材料成型技术--第二章21ppt课件

1、2.12.1铸造基础铸造基础2.1.12.1.1金属液的充型能力金属液的充型能力一一. .基本概念：基本概念：1.1.铸造性能：铸造性能： 在铸造过程中合金所表现出来的工艺性能。在铸造过程中合金所表现出来的工艺性能。 如合金的充型能力、收缩性、吸气性和偏析等。如合金的充型能力、收缩性、吸气性和偏析等。2.2.合金的充型能力：合金的充型能力： 金属液充满铸型型腔，获得轮廓清晰、形状准确金属液充满铸型型腔，获得轮廓清晰、形状准确 的铸件的能力。的铸件的能力。3.3.合金的流动性：即熔融合金本身的流动能力。合金的流动性：即熔融合金本身的流动能力。（1 1流动性的衡量指标流动性的衡量指标“螺旋型试样螺

2、旋型试样”：在相同的铸：在相同的铸型及浇注条件下，流动性试型及浇注条件下，流动性试样越长，则合金样越长，则合金 的流动性越的流动性越好。好。灰口铸铁、硅黄铜灰口铸铁、硅黄铜 铝硅合金铝硅合金 铸钢铸钢（2 2流动性对充型能力的影响流动性对充型能力的影响 合金流动性好，则充型能力强，合金流动性好，则充型能力强，有利于保证铸件质量。有利于保证铸件质量。AA12A-A图流动性试样图流动性试样直浇道流动性试样直浇道流动性试样二二. .充型能力对铸件质量的影响：充型能力对铸件质量的影响： 轮廓不清、花纹模糊轮廓不清、花纹模糊 充型能力不足充型能力不足 浇不足、冷隔浇不足、冷隔 三三.影响充型能力的因素：

3、影响充型能力的因素： 1.合金流动性：共晶成分的合金或结晶合金流动性：共晶成分的合金或结晶间隔间隔 小的合金流动性好，充型能力强。小的合金流动性好，充型能力强。合金的凝固方式：合金的凝固方式：a)a)逐层凝固：不存在液、固并存的凝固区，合金流逐层凝固：不存在液、固并存的凝固区，合金流 动的阻力小，故合金流动性好。动的阻力小，故合金流动性好。b)b)中间凝固：有固体层、液相区及凝固区共存，凝中间凝固：有固体层、液相区及凝固区共存，凝 固温度范围较窄，故流动性较好。固温度范围较窄，故流动性较好。c)c)糊状凝固：液、固并存的凝固区贯穿整个断面，糊状凝固：液、固并存的凝固区贯穿整个断面， 故流动性差

4、。故流动性差。a)b)C)12341. 1. 固体层固体层 2. 2.液相区液相区3.3.铸件中心铸件中心 4. 4.固固- -液相区液相区2.2.铸型条件：铸型条件：（1 1铸型的蓄热系数，铸型的蓄热系数， 蓄热系数越大，蓄热能力强蓄热系数越大，蓄热能力强, ,导热性愈好导热性愈好, ,对液态合金的激冷能力愈强对液态合金的激冷能力愈强, , 则合金的流动性则合金的流动性愈差。愈差。（2 2铸型温度，铸型温度， 铸型温度越高，则充型能力越好；铸型温度越高，则充型能力越好；（3 3） 铸型中的气体，铸型中的气体， 气体越多，压力越大，排气不畅，则充型能气体越多，压力越大，排气不畅，则充型能力下降

5、。力下降。（4 4浇注系统，浇注系统， 浇注系统设计不合理，则充型能力下降。浇注系统设计不合理，则充型能力下降。3.3.浇注条件：浇注条件：（1浇注温度，浇注温度，提高浇注温度，提高浇注温度， 合金的流动性提高，则充型能力提高。合金的流动性提高，则充型能力提高。 过高浇注温度：过高浇注温度： 使铸件产生缩孔、缩松、气孔和粘砂缺陷。使铸件产生缩孔、缩松、气孔和粘砂缺陷。 灰铸铁：灰铸铁：12301450C， 铸钢：铸钢：15201620C， 铝合金：铝合金： 680780 C。 充型压力越大，流动性越好，则充型能力越强。充型压力越大，流动性越好，则充型能力越强。1砂型铸造时，充型压力取决于直浇道

6、的高度。砂型铸造时，充型压力取决于直浇道的高度。2离心铸造、压力铸造、低压铸造等，离心铸造、压力铸造、低压铸造等， 均可改善合金的流动性，从而改善充型能力。均可改善合金的流动性，从而改善充型能力。4.铸件结构：铸件结构： 铸件的折算厚度体积铸件的折算厚度体积/表面积表面积)越大，铸件越大，铸件结构形状越简单，其充型能力越好。结构形状越简单，其充型能力越好。（2充型压力，充型压力，2.1.2 2.1.2 金属的收缩特性金属的收缩特性 基本概念基本概念 金属的收缩：金属的收缩： 铸造合金从液态凝铸造合金从液态凝固和冷却至室温过程固和冷却至室温过程中产生的体积和尺寸中产生的体积和尺寸的缩减现象。的缩

7、减现象。 收缩的实质：收缩的实质： 随着温度下降，合金中空穴随着温度下降，合金中空穴数量减少，原子间距缩短。数量减少，原子间距缩短。铸件铸件裂纹裂纹铸造铸造变形变形铸造铸造应力应力缩松缩松缩孔缩孔影响影响要素要素收缩收缩阶段阶段收缩收缩特性特性1. 1. 金属收缩的阶段金属收缩的阶段（1 1液态收缩：主要表液态收缩：主要表现为合金液面的下降。现为合金液面的下降。（2 2凝固收缩：发生体凝固收缩：发生体积收缩。凝固温度范围积收缩。凝固温度范围愈大，凝固收缩愈大。愈大，凝固收缩愈大。（3 3固态收缩：发生体固态收缩：发生体积收缩。主要表现为尺积收缩。主要表现为尺寸减小。寸减小。LSL+S1T T浇

8、浇液液凝凝固固2. 2. 影响收缩的因素影响收缩的因素 （1 1化学成分：化学成分：铸钢、白口铸铁，收缩大；铸钢、白口铸铁，收缩大；对灰口铸铁：碳以石墨形式存在，石墨膨胀可对灰口铸铁：碳以石墨形式存在，石墨膨胀可抵消一部分收缩。抵消一部分收缩。 （2 2浇注温度：浇注温度： 浇注温度高，过热度大液态收缩增大，浇注温度高，过热度大液态收缩增大， 同时，氧化、吸气也增大。同时，氧化、吸气也增大。 （3 3铸件结构和铸型条件：铸件结构和铸型条件：铸件在铸型中收缩是受阻收缩。铸件在铸型中收缩是受阻收缩。3. 3. 缩孔与缩松缩孔与缩松（1 1定义定义 1 1缩孔缩孔: : 即铸件在凝固过程中，由于补缩

9、不良而产生的即铸件在凝固过程中，由于补缩不良而产生的孔洞，形状极不规则、孔壁粗糙并带有枝状晶，孔洞，形状极不规则、孔壁粗糙并带有枝状晶，常出现在铸件最后凝固的部位。常出现在铸件最后凝固的部位。 2 2缩松：缩松： 即铸件断面上出现的分散而细小的缩孔。即铸件断面上出现的分散而细小的缩孔。（2 2形成过程形成过程缩孔与缩松的形成过程（3 3缩孔、缩松形成规律缩孔、缩松形成规律1 1纯金属、共晶成分合金及凝固温度范围窄的合金，纯金属、共晶成分合金及凝固温度范围窄的合金， 易产生缩孔。易产生缩孔。 凝固温度范围宽的合金，凝固温度范围宽的合金， 易产生缩松，如远离共晶成分的合金。易产生缩松，如远离共晶成

10、分的合金。2 2浇注条件：浇注条件： 浇注温度提高，收缩增大，缩松倾向增大。浇注温度提高，收缩增大，缩松倾向增大。3 3铸件结构：铸件结构：铸件壁越厚大，壁与壁连接不当，易产生缩孔、缩松。铸件壁越厚大，壁与壁连接不当，易产生缩孔、缩松。（4 4） 防止措施防止措施采用顺序凝固原则采用顺序凝固原则铸件凝固顺序：薄壁铸件凝固顺序：薄壁厚壁厚壁冒口。冒口。合理选择铸造合金，合理选择铸造合金， 如选用共晶成分或合金温度范围窄的合金。如选用共晶成分或合金温度范围窄的合金。合理使用冒口、冷铁和补贴，合理使用冒口、冷铁和补贴，加压补缩，加压补缩， 将铸型置于压力罐中，使铸件在压力下凝将铸型置于压力罐中，使铸

11、件在压力下凝固。固。4. 4. 铸造应力铸造应力（1 1定义：定义： 即铸件在凝固和冷却过程中由受阻收即铸件在凝固和冷却过程中由受阻收缩、热作用和相变等因素而引起的内应力。缩、热作用和相变等因素而引起的内应力。（2 2铸造应力类型：铸造应力类型： 1 1收缩应力：即铸件在固态收缩时，因收缩应力：即铸件在固态收缩时，因铸型、型芯、浇冒口、箱带及铸件本身结铸型、型芯、浇冒口、箱带及铸件本身结构阻碍收缩而引起的铸造应力。构阻碍收缩而引起的铸造应力。2 2热应力：即铸件在凝固和冷却过程中，热应力：即铸件在凝固和冷却过程中，不同部位由于温差造成不均匀收缩而引起不同部位由于温差造成不均匀收缩而引起的铸造应

12、力。的铸造应力。（3 3热应力的形成过程热应力的形成过程（4 4热应力的防止措施热应力的防止措施1 1合理设计铸件结构，尽量使壁厚均匀。合理设计铸件结构，尽量使壁厚均匀。采用同时凝固原则：采用同时凝固原则： 即：使型腔内即：使型腔内 各部分金属液各部分金属液 温差很小，温差很小， 同时进行同时进行 凝固的原则。凝固的原则。5. 5. 铸件变形铸件变形（1 1铸件变形：铸件变形： 在铸造应力和残留应力作用下所产生的在铸造应力和残留应力作用下所产生的变形以及由于模样或铸型变形所引起的变形。变形以及由于模样或铸型变形所引起的变形。 由于残余应力的存在，铸件内部处于不由于残余应力的存在，铸件内部处于不

13、稳定状态，而铸件总是力图趋于稳定状态，稳定状态，而铸件总是力图趋于稳定状态，故会自发地产生变形。故会自发地产生变形。 + + + + + + + + - - - - - - - - - -例：下图铸造例：下图铸造T T形梁内有残余应力，形梁内有残余应力， 试分析将会如何变形？试分析将会如何变形？（2 2变形规律：变形规律： 普通，受拉应力部分厚壁），向内凹普通，受拉应力部分厚壁），向内凹; ; 受压应力部分薄壁），向外受压应力部分薄壁），向外凸。凸。（3 3形成原因：形成原因： 1 1铸造应力超过了材料的屈服强度；铸造应力超过了材料的屈服强度； 2 2切削加工破坏了应力平衡。切削加工破坏了应力

14、平衡。（4 4防止措施：防止措施：1 1减小和消除内应力，减小和消除内应力，2 2采用反变形法：采用反变形法： 在制造木模时，把模样制成与铸件在制造木模时，把模样制成与铸件变形变形相反的形状。相反的形状。6. 6. 铸件裂纹铸件裂纹（1 1铸件裂纹：铸件表面或内部由于各种铸件裂纹：铸件表面或内部由于各种原因原因 发生断裂而形成的条纹状发生断裂而形成的条纹状裂缝。裂缝。 包括热裂、冷裂、热处理裂包括热裂、冷裂、热处理裂纹等。纹等。（2 2裂纹类型：裂纹类型： 1 1热裂：铸件在凝固后期或凝固后在较热裂：铸件在凝固后期或凝固后在较 高温度下形成的裂纹。高温度下形成的裂纹。 裂纹较短，形状曲折，缝内

15、呈裂纹较短，形状曲折，缝内呈氧化色。氧化色。 2 2冷裂：冷裂： 铸件凝固后在较低温度下形成的裂铸件凝固后在较低温度下形成的裂纹。纹。 裂纹细小，呈连续直线或曲线，裂纹细小，呈连续直线或曲线， 裂纹表面干净，呈金属本色。裂纹表面干净，呈金属本色。 常出现在铸件受拉应力的部位。常出现在铸件受拉应力的部位。（3 3裂纹的防止措施：裂纹的防止措施： 1 1减小和消除内应力，减小和消除内应力， 2 2严格控制硫的含量对热裂纹），严格控制硫的含量对热裂纹）， 严格控制磷的含量对冷裂纹）。严格控制磷的含量对冷裂纹）。 2.1.3 2.1.3 常用铸造合金的铸造性能常用铸造合金的铸造性能1.1.铸铁铸铁常用

16、的有：灰铸铁、球墨铸铁、可锻铸铁等。常用的有：灰铸铁、球墨铸铁、可锻铸铁等。（1 1灰铸铁：灰铸铁： 铸造性能优良。流动性好，收缩小。铸造性能优良。流动性好，收缩小。 一般采用同时凝固原则，无需设置冒口。一般采用同时凝固原则，无需设置冒口。（2 2球墨铸铁：球墨铸铁： 铸造性能介于灰铸铁和铸钢之间。铸造性能介于灰铸铁和铸钢之间。 流动性较差，收缩较大，易产生缩孔、缩流动性较差，收缩较大，易产生缩孔、缩松缺陷。松缺陷。 一般采用顺序凝固原则。一般采用顺序凝固原则。（3 3可锻铸铁：可锻铸铁： 原铁液铸造性能差。原铁液铸造性能差。为获得白口坯件，原铁液为获得白口坯件，原铁液C C、SiSi含量较低

17、，含量较低，凝固区间大，故流动性较差，收缩也较大。凝固区间大，故流动性较差，收缩也较大。一般采用顺序凝固原则，设置冒口。一般采用顺序凝固原则，设置冒口。2.2.铸钢铸钢 铸造性能差。流动性差，收缩大。铸造性能差。流动性差，收缩大。 易产生冷隔、浇不到，缩孔、裂纹等缺陷。易产生冷隔、浇不到，缩孔、裂纹等缺陷。一般采用顺序凝固原则，设置冒口。一般采用顺序凝固原则，设置冒口。3.3.铸造铝合金：铸造铝合金：铝硅合金铸造性能好，其它系列合金较差；铝硅合金铸造性能好，其它系列合金较差； 且易吸气、氧化，故易产生夹杂、气孔等缺陷。且易吸气、氧化，故易产生夹杂、气孔等缺陷。 一般采用顺序凝固原则，设置冒口；一般采用顺序凝固原则，设置冒口； 熔炼时应注意除气