第一节绪论第二节金属的液态成型ppt课件

1、与当前世界工业化国家先进程度相比，我国的铸造消费的与当前世界工业化国家先进程度相比，我国的铸造消费的差距不是表如今规模和产量上，而是集中在质量和效率上差距不是表如今规模和产量上，而是集中在质量和效率上.3 旧砂 型芯砂 外型 砂箱 配置 制芯 工装 合型 落 铸件 清理 后处置 检 出 预备 浇注 砂 精整 热处置 验 厂 炉料 合金 预备 熔炼 报废铸件 砂型铸造流程图 第二节 金属的液态成形 一一. .铸件的凝固方式铸件的凝固方式 1. 1. 铸件的温度场铸件的温度场 凝固凝固: :凝固凝固( (结晶角度来看结晶角度来看):):温度场温度场 : :铸件温度分布曲线铸件温度分布曲线. .见图

2、见图1-1.1-1.温度梯度温度梯度: :温度场的变化速率温度场的变化速率. .三种含碳量的铸三种含碳量的铸铁的凝固方式铁的凝固方式8 金属的凝固方式金属的凝固方式 铸件的铸件的“凝固方式是根据凝固区的宽窄来凝固方式是根据凝固区的宽窄来划分的。普通分为逐层凝固方式、体积凝固或划分的。普通分为逐层凝固方式、体积凝固或称糊状凝固方式和中间凝固方式。称糊状凝固方式和中间凝固方式。1、 逐层凝固方式 书图1-2a为恒温下结晶的纯金属或共晶成分合金某瞬间的凝固情况，随着温度的下降，固体层不断加厚，逐渐到达铸件中心，这种情况称为“逐层凝固。9 tc是结晶温度，T1和T2是铸件断面上两个不同时辰的温度场，从

3、图中可以看到，恒温下结晶的金属，在凝固过程中其铸件断面上的凝固区域宽度等于零，断面上的固体和液相由一条界限凝固前沿清楚地分开。102 2 体积凝固方式体积凝固方式 假设合金的结晶温度范围很宽图2-5a，或因铸件断面温度场较平坦图2-5b，铸件凝固的某一段时间内，其凝固区域很宽，甚至贯穿整个铸件断面，而外表温度尚高于ts，这种情况称为“体积凝固方式，或称“糊状凝固方式。113 3、中间凝固方式、中间凝固方式 假设合金的假设合金的结晶温度范围较窄结晶温度范围较窄图图2-6a2-6a，或因铸，或因铸件断面的温度梯度较件断面的温度梯度较大图大图2-6b2-6b，铸件，铸件断面上的凝固区域宽断面上的凝固

4、区域宽度介于前二者之间时，度介于前二者之间时，那么属于那么属于“中间凝固中间凝固方式。方式。12 凝固区域的宽度可以根据凝固动态曲线上的“液相边境与“固相边境之间的纵向间隔直接判别，因此，这个间隔的大小是划分凝固方式的一个准那么。假设两条线重合在一同恒温下结晶的金属，或者其间距很小，那么趋向于逐层凝固方式。假设二曲线的间距很大，那么趋向于体积凝固方式。假设二曲线的间距较小，那么为中间凝固方式。 由上述可知，铸件断面凝固区域的宽度是由合金的结晶温度范围和温度梯度两个量决议的。13铸件的温度梯度主要取决于： (1) 合金的性质 合金的凝固温度愈低、导热率愈高、结晶潜热愈大，铸件内部温度均匀化才干愈

5、大、而铸型的激冷作用变小，故温度梯度小如多数铝合金； (2) 铸型的蓄热才干 铸型蓄热才干愈强，激冷才干愈强，铸件温度梯度愈大； (3) 浇注温度 浇注温度愈高，因带入铸型中热量增多，铸件的温度梯度减小。15 铸件构成实际根底铸件构成实际根底 液态金属充溢铸型，获得尺寸准确、轮廓液态金属充溢铸型，获得尺寸准确、轮廓明晰的铸件，取决于充型才干。在液态合金充明晰的铸件，取决于充型才干。在液态合金充型过程中，普通伴随着结晶景象，假设充型才型过程中，普通伴随着结晶景象，假设充型才干缺乏时，在型腔被填满之前，构成的晶粒将干缺乏时，在型腔被填满之前，构成的晶粒将充型的通道堵塞，金属液被迫停顿流动，于是充型

6、的通道堵塞，金属液被迫停顿流动，于是铸件将产生浇缺乏或冷隔等缺陷。铸件将产生浇缺乏或冷隔等缺陷。16铸件的浇缺乏与冷隔铸件的浇缺乏与冷隔在一样的浇注在一样的浇注工艺条件下，工艺条件下，将金属液浇入将金属液浇入铸型中，测出铸型中，测出其实践螺旋线其实践螺旋线长度。浇出的长度。浇出的试样愈长，合试样愈长，合金的流动性愈金的流动性愈好！好！铸铸钢钢的的流流动动性性铸铁的流动性铸铁的流动性钢锭的宏观组织钢锭的宏观组织显微组织显微组织电镜组织电镜组织铸造消费过程23 影响充型才干的要素和缘由24 影响充型才干的要素和缘由 第三节第三节 铸件的收缩铸件的收缩一、合金的收缩性一、合金的收缩性收缩收缩: :铸

7、件在凝固过程中体积的减小的景象。铸件在凝固过程中体积的减小的景象。合金收缩的阶段：合金收缩的阶段： a.a.液态收缩液态收缩 b. b.凝固收缩凝固收缩 c. c.固态收缩固态收缩液态收缩、凝固收缩，是产生缩孔缩松的根本缘由。液态收缩、凝固收缩，是产生缩孔缩松的根本缘由。固态收缩是产生内应力、裂纹、变形的主要要素固态收缩是产生内应力、裂纹、变形的主要要素A A液态收缩对铸件质量影响不大液态收缩对铸件质量影响不大B B凝固收缩对铸件内在质量影响大凝固收缩对铸件内在质量影响大C C固态收缩对铸件外形质量影响大固态收缩对铸件外形质量影响大26 金属从浇注温度冷却到室温要阅历三个相互联络的收缩阶段：

8、液态收缩液态收缩 缘由：气体排出；空穴减少；原子缘由：气体排出；空穴减少；原子间间距减小。间间距减小。 (2)凝固收缩凝固收缩 缘由：空穴减少；原子间间距减缘由：空穴减少；原子间间距减小。小。 1与与2在外部表现皆为体积减小，普在外部表现皆为体积减小，普通表现为液面降低，因此称为体积收缩。是缩通表现为液面降低，因此称为体积收缩。是缩孔或缩松构成的根本缘由。孔或缩松构成的根本缘由。 (3) 固态收缩固态收缩 缘由空穴减少；原子间间距减缘由空穴减少；原子间间距减小。小。27 固态收缩还引起铸件外部尺寸的变化故称尺寸收缩或线收缩。线收缩对铸件外形和尺寸精度影响很大，是铸造应力、变形和裂纹等缺陷产生的

9、根本缘由。 不同的合金收缩率不同。在常用的合金中，铸钢的收缩最大，灰口铸铁的收缩最小。由于灰口铸铁中大部分碳是以石墨形状存在的，由于石墨的比容大，在结晶过程中，石墨析出所产生的体积膨胀，抵销了合金的部分收缩(普通每析出1%的石墨，铸铁体积约添加2%)。28 2.影响收缩的要素 (1) 化学成分 铸钢，随着碳含量添加，收缩率增大。灰口铸铁，随着碳和硅的含量添加，那么石墨添加，收缩率下降。合金的化学成分不同，收缩率也不同。 (2) 浇注温度 浇注温度升高，合金的液态收缩量添加，故合金的总收缩量增大。 (3) 铸件构造和铸型条件 铸件在铸型中是受阻收缩而不是自在收缩。阻力来自于铸型和型芯；铸件的壁厚

10、不同，各处的冷却速度不同，冷凝时，铸件各部分相互制约也会产生阻力。因此铸件的实践线收缩率比合金的自在线收缩率要小。2930 缩孔及缩松缩孔及缩松 缩孔和缩松缩孔和缩松可使铸件力学性可使铸件力学性能、气密性和物能、气密性和物化性能大大降低，化性能大大降低，以致成为废品。以致成为废品。是极其有害的铸是极其有害的铸造缺陷之一。造缺陷之一。二、收缩对铸件的质量影响二、收缩对铸件的质量影响(铸件的缺陷铸件的缺陷) A A 缩孔构成缩孔构成 缩孔缩孔: :铸件中大而集中的空洞铸件中大而集中的空洞 1型壁散热-凝固 2外层结壳-封锁3逐层凝固逐层凝固-空穴空穴 4凝固终了-缩孔-凹陷缩孔构成过程缩孔构成过程

11、液态液态冷却冷却结壳结壳进一步进一步逐层凝逐层凝固构成固构成真空真空固体收固体收缩构成缩构成真空泡真空泡(缩孔缩孔B B 缩松的构成缩松的构成 分散的微小孔分散的微小孔. . 对于凝固区宽的合金，结晶是在液对于凝固区宽的合金，结晶是在液-固两相区进展的，从晶粒的构成固两相区进展的，从晶粒的构成-晶枝的长大过程中，晶体连成骨架，晶枝的长大过程中，晶体连成骨架，存在于骨架内的金属构成相互分隔的存在于骨架内的金属构成相互分隔的小小“溶池，继续结晶后，收缩的体溶池，继续结晶后，收缩的体积得不到补缩，构成微小的孔洞积得不到补缩，构成微小的孔洞- -缩松。缩松。 1型壁散热型壁散热-凝固凝固 2外层结壳外

12、层结壳-封锁封锁 3糊状凝固糊状凝固-缩松缩松 4凝固终了凝固终了-缩松构成过程缩松构成过程 分散的微小孔分散的微小孔. 缩松构成过程液态冷却结壳进一步糊状凝固固液共存固体收缩构成松散细真空泡(缩松缩缩 孔孔 及及 缩缩 松松 的的 形形 成成缩孔及缩松：液态金属在冷却收缩过程中得不到缩孔及缩松：液态金属在冷却收缩过程中得不到 充分补充而构成孔洞的景象。充分补充而构成孔洞的景象。金属按一定次序结晶顺序凝固易构成缩孔金属按一定次序结晶顺序凝固易构成缩孔金属在大范围内结晶同时凝固易构成缩松金属在大范围内结晶同时凝固易构成缩松实现顺序凝固的方法：实现顺序凝固的方法：安放冒口、冷铁！安放冒口、冷铁！3

13、6 集中缩孔易于检查和修补，便于采取工艺措施防止。但缩松，特别是显微缩松，分布面广，既难以补缩，又难以发现。合金液态收缩和凝固收缩愈大(如铸钢、白口铸铁、铝青铜等),收缩的容积就愈大，愈易构成缩孔。合金浇注温度愈高，液态收缩也愈大(通常每提高100，体积收缩添加1.6%左右)，愈易产生缩孔。结晶间隔大的合金，易于产生缩松；纯金属或共晶成分的合金，易于构成集中的缩孔。以下图表示相图与缩孔、缩松和铸件致密性的关系。 37经过控制凝固顺序，使缩孔产生在冒口中！二二. .固态金属的收缩固态金属的收缩( (铸造应力、变形、裂纹铸造应力、变形、裂纹) ) 应力的产生与防止应力的产生与防止: : 铸造应力：

14、由固态收缩受阻而产生的应力。铸造应力：由固态收缩受阻而产生的应力。 1. 1.机械应力机械应力 由于铸型和型芯的机械妨碍的作用，铸件的收由于铸型和型芯的机械妨碍的作用，铸件的收缩受阻而产生的应力缩受阻而产生的应力. . 落砂后机械妨碍消除，机械应力自行消逝。落砂后机械妨碍消除，机械应力自行消逝。 防止防止: :提高铸型和型芯的容让性。提高铸型和型芯的容让性。 在型砂中加在型砂中加一些锯木等来减小铸件的一些锯木等来减小铸件的 收缩阻力收缩阻力. . 2. 2.热应力热应力 由于壁厚不均匀由于壁厚不均匀, , 使铸件各处热收缩不均匀使铸件各处热收缩不均匀, , 因此产生的应力。因此产生的应力。温度

15、下降温度下降 体积、尺寸收缩体积、尺寸收缩 收缩不自在时收缩不自在时 应力、变形、裂纹应力、变形、裂纹两种形状两种形状塑性形状橡皮泥塑性形状橡皮泥:自动消除内应力自动消除内应力弹性形状弹簧：不能消除内应力弹性形状弹簧：不能消除内应力-=-+收缩过程中热应力的构成收缩过程中热应力的构成+下面用框形铸件分析热应力的构成过程下面用框形铸件分析热应力的构成过程:结论结论: 由于铸件的冷却速度不一致由于铸件的冷却速度不一致,产生热应力产生热应力,冷却速度慢的冷却速度慢的(厚壁或心部厚壁或心部)受拉应力受拉应力,冷却速度快冷却速度快的的(薄壁或外表薄壁或外表)受压应力受压应力.先冷却的受紧缩先冷却的受紧缩

16、 薄壁部分薄壁部分后冷却的受拉伸后冷却的受拉伸厚壁部分厚壁部分因冷却速度及温差不同而构成的应力。因冷却速度及温差不同而构成的应力。热应力较大时，会引起工件的变形！热应力较大时，会引起工件的变形！1杆粗杆受拉，杆粗杆受拉，2杆细杆受压杆细杆受压结论：粗拉细压结论：粗拉细压假设冷却速度有差别，那么：假设冷却速度有差别，那么：防止变形的措施防止变形的措施: : 1. 1.壁厚均匀壁厚均匀 2. 2.外形对称外形对称 3. 3.同时凝固同时凝固 4. 4.反变形反变形 2.冷裂纹： 在较低温度下构成的裂纹. 特征：纹细呈延续直线状有时纹内呈细微 氧化色,出如今外形复杂的拉伸部位，特别是具有应力集中处。

17、 防止措施：1把内浇口开在薄壁处，实现同时凝固。2较早开箱，立刻用砂埋好，去除机械力。3修正构造，减小应力集中的尖角等4限制磷的含量。52 1. 防止缩孔、缩松的方法 根本原那么：针对该合金的收缩和凝固特点制定正确的铸造工艺，使铸件在凝固过程中建立良好的补缩条件，尽能够使缩松转化为缩孔，并使缩孔出如今铸件最后凝固的地方。这样，在铸件最后凝固的地方安顿一定尺寸的冒口，使缩孔集中于冒口中，或者把浇口开在最后凝固的地方直接补缩，就可以获得健全的铸件。 缩孔、缩松、应力和变形的防止方法缩孔、缩松、应力和变形的防止方法53 缩松转化为缩孔的途径可从两方面思索： 第一，尽量选择凝固区域较窄的合金，使合金倾

18、向于逐层凝固，从根本上处理缩松的生成条件； 第二，对一些凝固区域较宽的合金，可采用增大凝固的温度梯度方法，使合金尽能够地趋向于逐层凝固。(1) 使缩松转化为缩孔的方法54 要使铸件在凝固过程中建立良好的补缩条件，主要是经过控制铸件的凝固方向使之符合“定向凝固原那么。(2) 防止缩孔的方法55 铸造热应力是由于铸件壁厚有大小，冷却有先后，致使铸件收缩不一致而构成。防止热应力和变形的方法是采用同时凝固原那么。 2. 2. 防止应力和变形的方法防止应力和变形的方法56 同时凝固原那么的优点同时凝固原那么的优点 凝固期间不容易产生热裂，凝固后也不凝固期间不容易产生热裂，凝固后也不易引起应力、变形；由于

19、不用冒口或冒口很易引起应力、变形；由于不用冒口或冒口很小而节省金属，简化工艺、减少任务量。缺小而节省金属，简化工艺、减少任务量。缺陷是铸件中心区域往往有缩松，铸件不致密。陷是铸件中心区域往往有缩松，铸件不致密。同时凝固普通用于以下情况：同时凝固普通用于以下情况：(1) 碳硅含量高的灰铸铁，其体积收缩较小碳硅含量高的灰铸铁，其体积收缩较小甚至不收缩，合金本身不易产生缩孔和缩松。甚至不收缩，合金本身不易产生缩孔和缩松。57 (2) 结晶温度范围大，容易产生缩松的合金如锡青铜，对气密性要求不高时，可采用同时凝固。(3) 壁厚均匀的铸件，尤其是均匀薄壁铸件。(4)球墨铸铁件利用石墨化膨胀力实现本身补缩

20、时，那么必需采用同时凝固原那么。(5)由于合金性质宜采用定向凝固原那么的铸件，当热裂、变构成为主要矛盾时，也可采用同时凝固原那么。58 为使铸件实现定向凝固或同时凝固原那么，可采取以下工艺措施：(1)正确布置浇注系统的引入位置，确定合理的浇注工艺；(2)采用冒口；(3)采用补贴；(4)采器具有不同蓄热系数的外型资料或冷铁。 3. 两种凝固原那么应采用的工艺措施 一.侵入气孔 侵入气孔：砂型外表层聚集的气体侵入液体中构成 的气孔.特征:在外表附近;气孔尺寸较大,呈椭圆或梨形.孔内 外表被氧化。气孔构成过程:汽化处迁移水分饱和凝聚区假设排气不良气气压 气压液体静压气体进入液体 穿过液体逸出留在铸件内气孔 预防:降低型砂的发气量和添加铸型的排气才干. 二二. .析出气孔析出气孔 析出气孔析出气