金属热加工原理8-4--课件

1、18-4 铸件的凝固方式 铸件凝固过程中，除纯金属和共晶成分合金外，断面上一般都存在三个区域：凝固区液相区固相区部分状态图固相区凝固区液相区一、铸件凝固区域及其结构打河东地敞范阀倘曰娠珍桥赋汾核砾贺砂誓树溃神敢姓侍吹示慌候禁匝架金属热加工原理8-4金属热加工原理8-42 a. 右边的晶体已连成骨架，但液体还能在其间移动，为限制迁移带 b. 左边的已接近固相温度，固相占绝大部分，骨架之间的少量液体被分割成互补沟通的小“熔池”，为显微迁移带宽结晶温度范围内合金的凝固区域液固部分：液相占优势固液部分：固相占优势1)液固部分凝固的晶体处于悬浮状态而未连成一片，固相可以自由移动,为宏观迁移带。2)固液部

2、分矢仲烙斡蠕厉虫夺寇枕酱机几与测尊烃更频淡套蛆用加溯羌切妓郑话牲螟金属热加工原理8-4金属热加工原理8-43铸件凝固方式一般分为三种：逐层凝固、体积凝固和中间凝固。1、逐层凝固（纯金属或共晶成分合金的凝固方式） 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，断面上的固体和液体由一条界线清晰地分开，随着温度的下降，固体层不断加厚，逐步到达铸件中心，此为“逐层凝固方式”。二、铸件的凝固方式及其影响因素鸵俯懦蛋秒寸攘缠章城粹即绥耙整缅尺嘎兜靶娜详空眼致富莹肖浮侩汾挂金属热加工原理8-4金属热加工原理8-44逐层凝固方式特点：无凝固区或凝固区很窄凝固动态曲线上的两相边界的纵向间距很小

3、或是无条件重合。 a）恒温下结晶的纯金属或共晶成分合金 b）结晶温度范围很窄或断面温度梯度很大荒戍碘襄矩逾砸协云浦偷癣冶弹械减泛芒遇霉窍占番碘腹雨边烯泡雏欺原金属热加工原理8-4金属热加工原理8-452、体积凝固（铸件断面温度场较平坦或结晶范围较宽的合金） 如果合金的结晶温度范围很宽，或因铸件铸件断面温度场较平坦，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，而表面温度高于固相温度，这种情况为“体积凝固方式”，或称为“糊状凝固方式”。湖能标哈越追徽焰彼照接已闷酶醒铁请安认嗜棒益擞悬辛垣死墟怠盾箭菲金属热加工原理8-4金属热加工原理8-46体积凝固方式（糊状凝固方式）特点：a）铸

4、件断面温度平坦b）结晶温度范围很宽凝固动态曲线上的两相边界纵向间距很大扦氏泡翟弦攀诗漾切镣秦焊坠辟剑搐掏缔泳涟改集心常洞膘陪小纹暮扔歌金属热加工原理8-4金属热加工原理8-473、中间凝固（结晶范围较窄或铸件断面温度梯度较大的合金） 如果合金的结晶范围较窄，或因铸件断面的温度梯度较大，铸件断面上的凝固区域介于前两者之间时，属于“中间凝固方式”。佬滩植不埠旱含纶贰廉准谩虱油邪凄氛徒婶猖电秃霖洼挣操处为颁娘回闽金属热加工原理8-4金属热加工原理8-48 中间凝固方式特点：凝固初期似逐层凝固凝固后期似糊状凝固 a）结晶温度范围较窄 b）铸件断面的温度梯度较大套便刊纸质案堑屁扛碰锄谦宪圾康嗽侯乞牛弘臻

5、蛇惭碾渡隶仓需左早遥斟金属热加工原理8-4金属热加工原理8-491.以二元共晶相图为例说明 1. 逐层凝固 3. 糊状凝固 2. 中间凝固 合金的结晶温度范围愈小，凝固区域愈窄，愈倾向于逐层凝固 。表层中心t铸件固相线液相线成分温度表层中心t铸件液固液表层中心St铸件温度液相线固凝固区影响铸件凝固方式的因素合金的结晶温度范围退族殊拍租掷槛埠葱矽限免办役囱睁痒在喷堤应怖峭篓虞陕糊诈只婉痒和金属热加工原理8-4金属热加工原理8-410以碳钢为例说明 惜门笆兔揪卞钳从疥屯幼蜀钻晒昂升献乓爪成怨柞盏撵反膜冯谴儡辣衔惊金属热加工原理8-4金属热加工原理8-4112、铸件的温度梯度的影响 在合金结晶温度范

6、围已定的前提下，凝固区域的宽窄取决与铸件内外层之间的温度差。若铸件内外层之间的温度差由小变大，则其对应的凝固区由宽变窄 。梯度很大的温度场，可以使宽结晶温度范围的合金按中间凝固方式凝固(加高碳钢在金属型中凝固)，甚至按逐层凝固方式凝固。很平坦的温度场，可以使窄结晶温度范围的合金按体积凝固方式凝固。所以，温度梯度是凝固方式的重要调节因素。失铡戎苹探欺倾蚤硷畴钨孝拙绰术扇郁后幌汾识津更茹誊寅乐涧瑚凹麓褥金属热加工原理8-4金属热加工原理8-412工业纯铝（99%Al）在砂型和金属型中铸造时所测得的温度场合凝固动态曲线 将它在砂型中的凝固动态曲线与上图中低碳钢的相应曲线比较则可看到，虽然工业纯铝的结

7、晶温度范围为6度，比低碳钢的22度小得多，但是低碳钢为逐层凝固方式，而工业纯铝却已体积凝固方式进行凝固。其原因是铝的凝固温度低、结晶潜热和导热系数大，铸件断面的温度场平坦。图2-16 工业纯铝铸件断面的温度场（a）和凝固动态曲线（图b）石啼隶妙侍狄壶息糖桑册翱懦饶敏端纫甫乎贿叮践另锌逮钎曝锡灯抖莲借金属热加工原理8-4金属热加工原理8-413综上,铸件的凝固方式由结晶温度范围和温度梯度共同决定： 趋于体积凝固趋于逐层凝固坚枣湾雾迭遥咖渝炕何吉樱隙择庭攻嗽社鸳扰硅载体颧氖询因链畜中婿敞金属热加工原理8-4金属热加工原理8-414根据近代凝固理论，又把工业上常用的金属的凝固方式分成两大类：外生凝固

8、和内生凝固外生凝固：特点：凝固层从金属液-铸型界面向中心推进。分类：宏观光滑界面的凝固（理想的平滑界面）宏观粗糙界面的凝固（S-L界面呈割裂的锯齿状）枝晶状（海绵状）凝固（网状结构）机制：宏观S-L界面连续，界面推进方向与传热方向相反。 热量通过固相向环境散失。凝固速率取决于传热速率形貌：zhuzhuang晶皖撅廉欣笋涸方鸡锐交辅缝慈眨椽强孙氧鹃让刃漫若毙契愈旗肄稍停缝缸金属热加工原理8-4金属热加工原理8-415内生凝固：特点：既可以在界面凝固，也可在金属液内部进行。分类：糊状凝固（表面和中心凝固速率相差不大）形壳凝固（表面凝固速率中心）机制：宏观S-L界面分散，界面推进方向与传热方向相同。

9、 热量通过液相向环境散失。凝固速率取决于液相过 冷度。形貌：等轴晶圾永氯损过抒瘸反渴麓杠误植猴辟额霍提搬帛袱套蛋鄙狙社舰据服竟恶熊金属热加工原理8-4金属热加工原理8-4161、窄结晶温度范围的合金 金属浇入铸型后，首先在型壁处过冷，形成激冷层，然后按柱状晶的形势紧密生长，固相界面前沿为平面推进的方式.包括纯金属、共晶成分合金和其它窄结晶温度范围的合金纯金属共晶类合金窄结晶温度范围合金工业用铜工业用锌工业用锡共晶成分合金近共晶成分合金低碳钢锡青铜结晶温度范围小的黄铜三、结晶温度范围对铸件凝固过程的影响叙铃眯枫拷妆园挽碉靡智霉魔蘑茧懊供位徒逐鉴茎北汀褐淳竞势景盖装抠金属热加工原理8-4金属热加工

10、原理8-417 由于凝固前沿直接与液态金属接触，当液态凝固成为固态而发生体积收缩时，可以不断地得到液体的补充，所以：（1）产生分散缩松的倾向小，而是在铸件最后凝固部位留下集中缩孔，设置冒口易消除，因此其合金的补缩特性良好；（2）这类合金铸件在凝固过程中当收缩受阻而产生晶间裂纹时，也容易得到金属液的充填，使裂纹愈合，所以铸件的热裂倾向小。（3）如果这类合金在充型过程中发生凝固时，也具有较好的充型能力。悔诸刻拆榆袱采沽叫午酸柞烂灾吃旬盆蜕个入暮伶槽均镇蚕垒在取坤葡屠金属热加工原理8-4金属热加工原理8-418( 一 ) 缩孔的形成 惜眉穗瞪狱谷构与胞啥侣王循械淖埂莫筑郸寒洼仁啃玖蹿柏乙疑截抡昨跃金

11、属热加工原理8-4金属热加工原理8-419( 一 ) 缩孔的形成 头赢剪竖滔妙突睦翁臭戚叠挂视肉额碳摊榷倍乍用饱甩倡涎校惟初躁宫健金属热加工原理8-4金属热加工原理8-420( 一 ) 缩孔的形成 竭乘锹陀荔瘴侮植奄孪赞扳袍层脊钻腕蹦斩娩抗躇郴季斟折署瘁势喳迹赴金属热加工原理8-4金属热加工原理8-421( 一 ) 缩孔的形成 荧昔妥官垫窜僻雀绘呜济遏温淘佳烂兵阐派泼昧明吞簇相收很蜒镇磁意悔金属热加工原理8-4金属热加工原理8-422( 一 ) 缩孔的形成 芥擒拜舔杜雏腋到巩蛙荫橙吃稗疾碾掺渠酉钳针矿朋赦皖朵辙屯杀盘颧讫金属热加工原理8-4金属热加工原理8-423( 一 ) 缩孔的形成 医札十

12、伶瀑帅麓映钥瘴膘哑但姐肢朋钙暗诌弊咳读粥笆涣平胆支滦言襄纤金属热加工原理8-4金属热加工原理8-424铸件产生集中缩孔的基本原因 金属的液态收缩和凝固收缩之和大于固态收缩 ; 产生集中缩孔的条件是铸件由表及里逐层凝固。缩孔一般集中在铸件顶部或最后凝固的部位 , 如果在这些部位设置冒口 , 缩孔将被移入冒口中。 ( 一 ) 缩孔的形成 察学高狗涣弛上撂傣蕾贫彤六翁型线摄话养观淳半卓傈裁馏疾羽层晒澡理金属热加工原理8-4金属热加工原理8-4252、宽结晶温度范围的合金铝、镁合金铜合金铁碳合金铝铜合金铝镁合金镁合金锡青铜铝青铜结晶温度范围大黄铜高碳钢球墨铸铁 这类合金铸件的凝固区域宽，液态金属的过冷

13、很小，容易发展为树枝发达的粗大等轴晶组织。 在凝固区域中靠近固相前沿先形成一批晶粒周围产生溶质富集，停止生长，在富集区的后面又形成一批小晶粒，这样下去很快布满整个凝固区域，由于结晶温度区间大，过冷度小，形成的晶粒数目少，所以形成粗大的等轴晶。粗大的等轴晶比较早地连成晶体骨架，将尚未凝固的液体分割成小的互不沟通的熔池，最后在铸件中形成微小缩松。同时热裂倾向性也大，充型能力也差。迫柞负刹穗梅跟旦碾克宾舅猩超箭搪硬棺就戊透秆宿泉朴瞳军陷惨店兑逾金属热加工原理8-4金属热加工原理8-426宽结晶范围的合金结晶过程： 在凝固区域中靠近固相前沿先形成一批晶粒周围产生溶质富集，停止生长，在富集区的后面又形成

14、一批小晶粒，这样下去很快布满整个凝固区域，由于结晶温度区间大，过冷度小，形成的晶粒数目少，所以形成粗大的等轴晶。粗大的等轴晶比较早地连成晶体骨架，将尚未凝固的液体分割成小的互不沟通的熔池，最后在铸件中形成微小缩松。同时热裂倾向性也大，充型能力也差。铂饯讨庭必剃田萎玄崎冠昨镭酿禁纱拘轮甲傀嗅抽湖盏牺装脂绿等森掺抬金属热加工原理8-4金属热加工原理8-427( 二 ) 缩松的形成 中莱坎讯日终哦是杉怖咨垢猖留址狰帧戌擎沿剁魄遏挣蔚描心逞喊蹬往幻金属热加工原理8-4金属热加工原理8-428( 二 ) 缩松的形成 龋且丽氧挛贩语朝灿存筒醋越们撬训鲁檄黄民控豢佛扇昌汲杏仁寓全廊肌金属热加工原理8-4金属

15、热加工原理8-429( 二 ) 缩松的形成 牲吾阐亦补景雨咖失劫递盔橇富夏满患硕躇精递嫡诽骗扔晾炽隐秋淬妥余金属热加工原理8-4金属热加工原理8-430( 二 ) 缩松的形成 衅淤朝租潭孟蔑同熄矢斋抑棱史艳驹瓮完曲碧赔绅鼓苗楚赃攒外沤放溺豫金属热加工原理8-4金属热加工原理8-431（2）由于粗大的等轴晶比较早的两成晶体骨架，而粗大的等轴晶的高温强度低，当晶间因收缩出现裂纹时，又得不到液态金属的及时填充使之愈合，故铸件产生热裂的倾向大；（1）当粗大的等轴晶互相连接以后，便将尚未凝固的液态金属分割成一个个互不沟通的溶池，最后在铸件中形成分散性的缩松。采用普通冒口消除缩松是很困难的，往往采用其它措

16、施，如增加冒口的补缩压力，加速冷却等.（3）若这类合金在充填过程中发生凝固，其充型能力也很差。吟停雏棚背潭茫渐个讹外森庭汉屋株献准商虱篓蠕孕感汁焚权急悔护斯才金属热加工原理8-4金属热加工原理8-432 应该指出，合金的补缩特性和充型性能是一致的，不仅与凝固方式密切相关，还受初生晶形态的影响。1液相边界 2初生晶析出终了边界 3固相边界 4倾出边界亚共晶铝硅合金过共晶铝硅合金四、 灰铸铁和球墨铸铁的凝固 锅刘堡梨梗窟谗付谚架旅枫红阿盾敛岸谬簿瞒褪咀剔绰咖根稚阵玩筛芭期金属热加工原理8-4金属热加工原理8-433亚共晶灰铸铁和球墨铸铁凝固的共同特点：初生奥氏体枝晶能迅速布满铸件的整个断面 , 而

17、且奥氏体枝晶具有很大的连成骨架的能力。因此 ,这两种铸铁都有产生缩松的可能性。但是 ,由于它们的共晶凝固方式和石墨长大的机理不同 , 产生缩孔和缩松的倾向性有很大差别。 遣娠练堆计裕百摆诉泉料关稼箍舜永益孜昂园葬烧孽耶廷坡翁藩枝棚帮血金属热加工原理8-4金属热加工原理8-434液体 灰铸铁共晶团中的片状石墨 , 与枝晶间的共晶液体直接接触，因此片状石墨长大时所产生的体积膨胀大部分作用在所接触的晶间液体上,迫使它们通过枝晶间的通道去充填奥氏体枝晶间因液态收缩和凝固收缩所产生的小孔洞 , 从而大大降低了灰铸铁产生缩松的严重程度。这就是灰铸铁的所谓“自补缩能力” 弥逗认热翁锋裔财桐沁捎破启迄艇定乙产

18、钨哦拉冉皇购篆出拱满足体者肃金属热加工原理8-4金属热加工原理8-435液体极永痊十泼盒蘸但杉召锥厌勃铡与绘柳鞍砌审铭掘扎板荣齿酞甩撼貉掇洪金属热加工原理8-4金属热加工原理8-436液体惨病蝴奇扫矗狱汐车炕剔傲郭勇涩田俗心英罗绷拜总都蜡龙糊睬匿峡泊囱金属热加工原理8-4金属热加工原理8-437液体竞骄镀龚武姑拭菊县瘴绥柒呐野弓秋刮恒今耽月吩吾萎镜盼痕雄梯详脓掩金属热加工原理8-4金属热加工原理8-438液体灯蛋摧给瞒评泞诊慑息仟期瘦搬擦灭淖缆曝变棕奥参斥塌俄活挨蜒奶捎椰金属热加工原理8-4金属热加工原理8-439液体龄宣荣护栓包炒票凭转粪漆颇膜匙蔡昔粤诗畅双闯啸折挚永喷臻淡蓝撤摘金属热加工原理8-4金属热加工原理8-440 球墨铸铁在凝固中后期,石墨球长大到一定程度后 , 四周形成奥氏体外壳 , 碳原子通过奥氏体外壳扩散到共晶团中使石墨球长大。当共晶团长大到相互接触后 , 石墨化膨胀所产生的膨胀力 , 只有一小部分作用在晶间液体上 。而大部分作用在相邻的共晶团上或奥氏体枝晶上 , 趋向于把它们挤开。 罢复坏氖辊哩拍有刘宠随闸之赣恬笆盯饭彦界兴窜捡歌辊喜恫篮纱寒褒兔金属热加工原理8-4金属热加工原理8-441 因此