第二篇铸造第一章铸造工艺基础演示文稿

第二篇铸造第一章铸造工艺基础演示文稿第一页，共二十页。11/28/2022优选第二篇铸造第一章铸造工艺基础第二页，共二十页。11/28/2022◆铸造概念：将液态金属浇注到具有与零件形状、尺寸相适应的铸型型腔中，待其冷却凝固，以获得毛坯或零件的生产方法，称为金属的液态成形。即铸造。液态金属浇注过程。砂型铸造工艺演示。◆铸造是历史最为悠久的金属成型方式，直到今天仍然是毛坯生产的主要方法。机器中铸件所占比例很大。◆铸造生产在机械制造业中的地位：视频。11/28/2022第三页，共二十页。◆铸造生产的优点：1）铸件可以生产形状复杂，特别是内腔复杂的毛坯；铸件的轮廓尺寸可从几毫米至几十米；重量可从几克至几百吨。2）适应范围广。铸造可用各种合金来生产铸件。3）铸造批量不限。从单件、小批，直到大量生产。4）铸件与零件的形状、尺寸很接近，因而铸件的加工余量小，可节省金属，减少切削加工量，从而降低制造成本。5）铸件所用的原材料大部分来源广泛、价格低廉，还可以使用废料和废零件；设备费用较低，因此铸件的成本低廉。◆铸造生产的缺点：1）工艺过程比较复杂，一些工艺过程还难以控制。2）液态成形零件内部组织的均匀性、致密性一般较差。3）液态成形零件易出现缩孔、缩松、气孔、砂眼、夹渣、夹砂、裂纹等缺陷，产品质量不够稳定。4）由于铸件内部晶粒粗大，组织不均匀，且常伴有缺陷，其力学性能比同类材料的塑性成形能力低。11/28/2022第四页，共二十页。◆金属液态成形可分为：砂型铸造和特种铸造。1、砂型铸造：是最基本的工艺方法，占铸件的90%。2、特种铸造方法：熔模、金属型、压力、离心铸造等。11/28/2022第五页，共二十页。第一章铸造工艺基础

液态合金填充铸型的过程-充型。液态合金充满铸型型腔，获得形状完整、轮廓清晰的铸件的能力-液态合金的充型能力。第一节液态合金的充型学习目的及要求：1.掌握影响充型能力的各种因素；2.了解凝固与收缩、内应力、变形和裂纹产生的原因及防止措施；3.了解铸件质量控制的方法。

重点及难点：1.充型能力；2.内应力的形成。◆铸造生产过程复杂，影响铸件质量的因素颇多，废品率一般较高。铸造废品的产生不仅与铸型工艺有关，还与铸型材料、铸造合金性能、熔炼、浇注等密切相关。充型能力不足可能有浇不足冷隔夹砂气孔夹渣11/28/2022第六页，共二十页。一、合金的流动性：

液态合金本身的流动能力，称为合金的流动性，是合金主要铸造性能之一。

◆合金的流动性越好，充型能力越强，越便于浇铸出轮廓清晰、薄而复杂的铸件。同时，有利于非金属夹杂物和气体的上浮和排除，还有利于对合金冷凝过程所产生的收缩进行补缩。◆充型能力的决定因素：合金的流动性铸型性质浇注条件铸件结构等◆充型能力不足原因：在液态合金的充型过程中，有时伴随着结晶现象，若充型能力不足，在型腔被填满之前，形成的晶粒将充型的通道堵塞，金属液被迫停止流动，于是铸件将产生浇不足或冷隔等缺陷。11/28/2022第七页，共二十页。◆流动性衡量方法：液态合金的流动性通常以“螺旋形试样”长度来衡量。◆测试合金充型能力的方法：将合金液浇入铸型中，冷凝后测出充满型腔的式样长度。浇出的试样越长，合金的流动性越好，合金充型能力越好。◆试验得知：灰口铸铁，硅黄铜（长度l≈1000mm）流动性最好。铸钢（长度l≈200mm）的流动性最差。显然，在相同的浇注条件下，合金的流动性愈好，所浇出的试样愈长。◆影响合金流动的性因素很多，但以化学成分的影响最为显著。11/28/2022第八页，共二十页。◆共晶合金：结晶是在恒温下进行的，液态合金从表层逐层向中心凝固，由于已结晶固体层表面比较光滑，对金属液的流动阻力小，故流动性最好。◆其它成分的合金：一定温度范围内逐步凝固和结晶是同时进行的，由于初生的树枝状晶体使固体层表面粗糙，所以合金的流动性变差。显然结晶间隔越小，则流动性越好。铸件晶粒组织◆由图亚共晶铸铁随含碳量的增加，结晶温度范围减小，流动性提高。实验证明铸铁的流动性好，铸钢的流动性差。11/28/2022第九页，共二十页。◆合金流动性对充型能力的影响合金流动性的决定因数：1）合金种类:合金不同，流动性不同2）化学成分：同种合金中成分不同的合金具有不同的结晶特点，流动性也不同。3）结晶特性：恒温下结晶，流动性较好；两相区（2区）内结晶，流动性较差。11/28/2022第十页，共二十页。二、浇注条件浇注条件对充型能力的影响：浇注条件浇注温度充型压力浇注系统浇注温度越高，液态金属的粘度越小，过热度高，金属液内含热量多，保持液态的时间长，充型能力强。液态金属在流动方向上所受的压力称为充型压力。充型压力越大,充型能力越强。浇注系统的结构越复杂，则流动阻力越大，充型能力越差。◆对薄壁铸件或流动性较差的合金可适当提高浇注温度，以防浇不足或冷隔缺陷。但浇注温度过高，容易产生缩孔缩松等缺陷，故保证充型能力前提下，不宜过高。11/28/2022第十一页，共二十页。（2）铸型温度：铸型的温度↑充型能力↑∴铸型可先预热。（1）铸型材料：导热系数和比热容↑激冷能力↑充型能力↓（3）铸型中气体：砂型铸造产生大量气体，排气能力差，型腔中气压↑流动阻力↑充型能力↓，所以铸型要留出排气口。三、铸型填充条件铸型充填条件对充型能力的影响：影响合金在型腔内流动的时间和速度。影响因素有：四、铸件结构条件铸件结构对充型能力的影响。折算厚度：折算厚度也叫当量厚度或模数，是铸件体积与铸件表面积之比。折算厚度越大，热量散失越慢，充型能力就越好。铸件壁厚相同时，垂直壁比水平壁更容易充填。(大平面铸件不易成形)复杂程度：铸件结构越复杂，流动阻力就越大，铸型的充填就越困难。11/28/2022第十二页，共二十页。第二节铸件的凝固与收缩浇入铸型中的金属液在冷凝过程中，其收缩得不到补充，铸件将产生缩孔和缩松缺陷。为防止缺陷应合理控制铸件凝固过程一、铸件的凝固方式

铸件的凝固过程中，其断面上一般存在三个区，即固相区、凝固区和液相区。对铸件影响较大的是凝固区的宽窄。◆凝固方式有：1）逐层凝固-纯金属或共晶合金在凝固中不存在液、固并存的凝固区。特点：合金的充型能力强，便于防止缩孔和缩松。2）糊状凝固-合金的结晶温度范围很宽，则整个断面为液、固并存的凝固区。特点：难以获得结晶紧实的铸件。3）中间凝固-多数合金的凝固介于逐层凝固和糊状凝固之间。11/28/2022第十三页，共二十页。二、铸件合金的收缩合金从浇注、凝固直至冷却到室温，其体积或尺寸缩减的现象，称为收缩-收缩是多种铸造缺陷产生的根源。(如：缩孔、缩松、裂纹、变形等)。◆影响凝固的主要因素1）合金的结晶温度范围：合金的结晶温度范围越小，凝固区域越窄，越趋向于逐层凝固。在铁碳合金中普通灰铸铁为逐层凝固，高碳钢为糊状凝固。2）铸件的温度梯度：在合金结晶温度范围已定的前提下，凝固区的宽窄取决于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，则其凝固区相应由宽变窄。◆合金的收缩经历有三个阶段：1）液态收缩、2）凝固收缩、3）固态收缩11/28/2022第十四页，共二十页。合金收缩固态合金冷却液态合金冷却液态收缩凝固收缩缩孔：恒温下结晶缩松：两相区结晶固态收缩裂纹变形应力体积的收缩，体积收缩率表示铸件尺寸上的收缩，线收缩率表示◆合金的收缩过程：11/28/2022第十五页，共二十页。三、铸件的缩孔与缩松1、缩孔与缩松的形成液态合金在冷凝过程中，若其液态收缩和凝固收缩所缩减的容积得不到补充，则在铸件最后凝固的部位形成一些孔洞。按照空洞的大小和分布，可将其分为缩孔和缩松两类。1）缩孔：集中在铸件上部或最后凝固部位容积较大的孔洞，称为缩孔。缩孔多呈倒圆锥形，内表面粗糙。通常隐藏在铸件内层，但有时表面有凹坑。动画演示。◆收缩率↑,浇注温度↑,铸件愈厚，则缩孔↑。11/28/2022第十六页，共二十页。2）缩松：分散在铸件某区域内的细小缩孔，称为缩松。缩松分为宏观缩松和纤维缩松。动画演示◆缩松的形成原因：铸件最后凝固的收缩未能得到补足，或者结晶温度范围宽的合金呈糊状凝固，凝固区域较宽，液、固两相共存，树枝晶发达，枝晶骨架将合金液分割开的小液体区难以得到补缩所致。动画◆凝固合金的缩孔和缩松的倾向：（1）逐层凝固合金-缩孔倾向大，缩松倾向小(纯金属、共晶合金或结晶温度范围窄)；（2）糊状凝固合金-缩松倾向小，但极易产生缩松。11/28/2022第十七页，共二十页。2、缩孔和缩松的防止缩孔和缩松都使铸件的力学性能下降，缩松还可以使铸件因渗漏而报废。因此，必须予以防止。◆防止原理：只要能使铸件实现“定向凝固”(即顺序凝固)，尽管合金的收缩较大，也可获得没有缩孔的致密铸件。◆定向凝固原则：是铸件让远离冒口的地方先凝固，靠近冒口的地方次凝固，最后才是冒口本身凝固。实现以厚补薄，将缩孔转移到冒口中去。顺序凝固：动画演示◆定向凝固缺点：安放冒口和冷铁，耗费许多金属和工时，加大了铸件成本。同时，扩大了铸件各部分的温度差，促进铸件变形和裂纹倾向。◆方法：在铸件上可能出现缩孔的厚大部位安放冒口和增设冷铁等措施，动画演示。11/28/2022第十八页，共二十页。第三节铸造内应力、变形和裂纹一、内应力的形成◆可见，热应力使铸件的厚壁或心部受拉伸，薄壁或表层受压缩。铸件的壁厚差别越大、合金线收缩率越高、弹性模量越大，热应力越大。1）热应力由于铸件的壁厚不均匀、各部分的冷却速度不同，以致在同一时期内铸件各部分收缩不一致而引起的。框形铸件热应力形成过程

◆固态金属在再结晶温度以上时，塑性状态，变形之后应力自行消除。再结晶温度以下时，弹性状态，变形之后应力继续存在。铸件在凝固之后的继续冷却过程中，其固态收缩若受到阻碍，铸件内部将产生内应力，内应力有时在冷却过程中暂存的，有时保留到室温，称残余内应力。按照内应力的产生原因，可分为热应力和机械应力。◆铸造内应力是铸件产生变形和裂纹的基本原因。11/28/2022第十九页，共二十页。◆同时凝固原则：安放冷铁和浇注口位置的正确布置可实现同时凝固。但可能形成缩孔等。动画∴为防止缩孔等缺陷安放冒口等。