金属液态成型工艺基础

材料成形技术基础讲授：刘玉高电话/p>

E-Mail：ygliu638@163.com1材料成形技术主要研究各种成形工艺方法本身的规律性及其在机械制造中的应用；各种成形方法的工艺过程和成形件的结构工艺性。简单说，这门课程是研究获得零件毛坯的方法。2机械产品的产生过程大致如下：设计与制造（1）设计——图纸（2）制造的过程一般是先用铸造、压力加工、焊接、粉末冶金等材料成形方法获得毛坯；然后再经过机械加工来获得合格零件；而且为了改善零件的机械性能，常要经过热处理；最后，将合格零件组合（装配）到一起便得到所需要的机械产品。3本课程讲授的主要内容有铸造、压力加工、焊接、粉末冶金、非金属材料的成形及毛坯的选择六个部分。前五部分是研究成形工艺的，每一种成形工艺都包括五方面内容：成形原理、成形方法、工艺设计、成形件结构工艺性及新技术新发展。毛坯的选择则主要介绍各类毛坯的特点及应用场合、毛坯的选择原则。4学习本课程应达到的

基本要求：掌握各种毛坯成型工艺的基本原理及工艺特点；能够初步设计一般零件的毛坯结构；具有选择毛坯及工艺分析的初步能力。5参考教材：《热加工工艺基础》

主编：任福东机械工业出版社《金属工艺学》

主编：丁德全机械工业出版社61.金属的液态成型7金属的液态成型

又称铸造，它是利用液态金属的流动来获得具有一定尺寸和形状的铸件的成型方法。其生产过程为：准备铸型（造型）→将熔融金属浇入铸型（浇注）→凝固成形→落砂清理→铸件

892.铸件

铸造成形所得的毛坯或零件。3.生产特点（1）成形方便——液体的形状=容器的形状

（2）适应性强（3）成本较低（4）力学性能特别是冲击性能较低。10天坛大佛114.应用场合（1）形状复杂，，特别是具有有复杂内腔的的毛坯或零件件，如发动机机机体和缸盖盖等。（2）尺寸大、重重量大的零件件，如重型机机械零件、机机床床身等。。（3）力学性能要要求不高，或或主要承受压压应力作用的的零件，如各各种底座、支支架。（4）特殊性能要要求的零件，，如内燃机主主轴瓦为用嵌嵌铸生产的双双金属件。125．铸造方法（液液态成型方法法）：砂型铸造：应用最广泛泛的铸造方法法；特种铸造：金属型铸造造；压力铸造造；离心铸造造；熔模铸铸造；低压铸铸造；新型铸造方法法：陶瓷型铸造造、消失模铸铸造、磁型铸铸造、真空吸吸铸、连续铸铸造。13§1-1金属液态成型型工艺基础14合金的铸造性性能：铸造过程中所所表现出来的的工艺性能。。主要包括氧氧化性、吸气气性、流动性性及充型能力力、收缩性和和偏析等方面面。良好铸造性能能是指：熔化时合金不不易氧化，熔熔液不易吸收收气体；浇注时合金熔熔液易充满型型腔；凝固时铸件不不易产生缩孔孔，且成分均均匀(无偏析）冷却时铸件不不易发生变形形和开裂。151．金属（合金金）的流动性性（1）流动性概念：指熔融融金属的流动动能力，是金金属的主要铸铸造性能之一一，也是影响响充型能力的的主要因素之之一，是金属属本身固有的的属性。（2）衡量指标：：常用“螺旋形试样”长度来衡量量。一、合金的流流动性16图1-1螺旋形流动性性试样1-模样2-浇口杯3-出气口4-试样凸点17（3）影影响响流流动动性性的的因因素素合金金的的性性质质1）合金金的的种种类类：灰灰铸铸铁铁的的流流动动性性最最好好，，铸铸钢钢的的流流动动性性最最差差2）化学学成成分分的的影影响响：共共晶晶成成分分的的合合金金流流动动性性最最好好。。纯金金属属、、共共晶晶合合金金流流动动性性好好。。（（恒恒温温下下结结晶晶，，凝凝固固层层内内表表面面光光滑滑））亚、、过过共共晶晶合合金金流流动动性性差差。。（（在在一一定定温温度度范范围围内内结结晶晶，，凝凝固固层层内内表表面面粗粗糙糙不不平平））18合金金性性质质方方面面铸型型和和浇浇注注条条件件铸件件结结构构提高高流流动动性性的的措措施施：：提高高铸铸型型的的透透气气性性，，降降低低导导热热系系数数；；确定定合合理理的的浇浇注注温温度度；；提高高金金属属液液的的压压头头；；浇注注系系统统结结构构简简单单。。铸件件壁壁厚厚>最最小小允允许许壁壁厚厚19常用用合合金金的的流流动动性性（砂砂型型，，试试样样截截面面8××8mm））合金种类铸型种类浇注温度（℃）螺旋线长度（mm）铸铁C+Si=6.2%C+Si=5.9%C+Si=5.2%C+Si=4.2%砂型砂型砂型砂型1300130013001300180013001000600铸钢C=0.4%砂型砂型16001640100200铝硅合金（铝硅明）镁合金（含Al及Zn）锡青铜（Sn=10%,Zn=2%）硅黄铜（Si=1.5～4.5%）金属型（300℃）砂型砂型砂型680～72070010401100700～800400～6004201000202．合合金金的的充充型型能能力力液态态合合金金充充满满铸铸型型型型腔腔的的能能力力，，是是考考虑虑铸型型及及工工艺艺因素素影影响响的熔熔融融金金属属的的流流动动性性。。（1）充充型型能能力力对对铸铸件件质质量量的的影影响响充型型能能力力高高---可浇浇注注薄薄壁壁及及形形状状复复杂杂件件，，且且不不易易产产生生夹夹渣渣、、砂砂眼眼、、气气孔孔和和浇浇不不足足等等缺缺陷陷；；充型型能能力力低低---只能能铸铸造造厚厚壁壁及及形形状状简简单单的的铸铸件件，，且且易易产产生生夹夹渣渣、、砂砂眼眼、、气气孔孔和和浇浇不不足足等等缺缺陷陷；；21（2）影影响响充充型型能能力力的的因因素素:1）合合金金的的流流动动性性对充充型型能能力力影影响响最最大大，，一一般般说说来来，，流流动动性性好好的的合合金金充充型型能能力力较较强强；；2）工工艺艺条条件件的的影影响响①浇注注温温度度浇注注温温度度高高，，充型型能能力力增增强强②铸型型的的影影响响3）铸铸件件结结构构4）其其它它方方面面22二、、合合金金的的收收缩缩性性1.收缩缩的概概念念合金金熔熔液液在在型型腔腔内内凝凝固固和和冷冷却却的的过过程程中中，，所所发发生生的的体体积积缩缩小小的的现现象象。。收收缩缩性性是是合合金金的的重重要要铸铸造造性性能能之之一一，，它它与与铸铸件件的的缩缩孔孔、、缩缩松松、、裂裂纹纹、、变变形形等等铸铸造造缺缺陷陷密密切切相相关关。。合金金的的收收缩缩过过程程可可分分为为如如下下三三个个阶阶段段：：①液态态收收缩缩②凝固固收收缩缩③固态态收收缩缩23242.影响响收收缩缩的的因因素素（1）化化学学成成分分（2）浇浇注注温温度度：：浇浇注注温温度度↑，合合金金的的液液态态收收缩缩量量↑。（3）铸铸型型条条件件和和铸铸件件结结构构253.缩孔孔和和缩缩松松（1）概概念念缩孔孔：铸铸件件在在凝凝固固过过程程中中，，由由于于补补缩缩不不良良而而产产生生的的孔孔洞洞，，形形状状不不规规则则、、孔孔壁壁粗粗糙糙并并带带有有枝枝晶晶，，常常出出现现在在铸铸件件最最后后凝凝固固的的部部位位。。缩缩孔孔通通常常在在铸铸件件的的内内部部，，有有时时也也可可能能暴暴露露在在上上表表面面，，呈呈明明显显的的凹凹坑坑。。缩松松：铸铸件件断断面面上上出出现现的的分分散散而而细细小小的的缩缩孔孔。。有有缩缩松松缺缺陷陷的的铸铸件件易易产产生生渗渗漏漏。。26（2）缩缩孔孔的的形形成成27确定定缩缩孔孔位位置置的的方方法法：：画画凝凝固固等等温温线线法法和和内内接接圆圆法法28（3）缩缩松松的的形形成成29（4）防防止止缩缩孔孔和和缩缩松松的的措措施施①采取取工工艺艺措措施施，，实实现现““顺序序凝凝固固（（定定向向凝凝固固））”。。如如图图1-5所示示铸铸件件，，凝凝固固顺顺序序为为Ⅰ→→ⅡⅡ→→ⅢⅢ→→冒口口。。3031②合理理确确定定浇浇注注系系统统的的引引入入位位置置和和浇浇注注工工艺艺；；32冷铁铁：冷铁铁的的作作用用是是对对铸铸件件热热节节部部位位进进行行激激冷冷（（加加快快热热节节部部位位的的冷冷却却速速度度））。。一一般般设设在在厚厚壁壁处处。。分分外外冷冷铁铁和和内内冷冷铁铁两两种种。。补贴贴：为增增加加冒冒口口的的补补缩缩效效果果，，向向着着冒冒口口沿沿铸铸件件断断面面逐逐渐渐增增厚厚的的多多余余金金属属。。其其作作用用是是扩扩大大冒冒口口的的有有效效补补缩缩距距离离，，实实现现铸铸件件的的定定向向凝凝固固冒口口、、冷冷铁铁和和补补贴贴综综合合运运用用是是消消除除缩缩孔孔、、缩缩松松的的有有效效措措施施。。③合理理设设置置冒冒口口、、冷冷铁铁和和补补贴贴3334铸钢钢轮轮缘缘加加冒冒口口补补贴贴354.铸造造应应力力、、变变形形和和裂裂纹纹固态态收收缩缩是铸铸件件产产生生铸铸造造应应力力、、变变形形及及裂裂纹纹的的根根本本原原因因。。36（1）铸铸造造应应力力1）铸铸造造应应力力的的产产生生铸件件凝凝固固后后的的固态态收收缩缩受到到阻阻碍碍，，而而在在铸铸件件中中产产生生的的应应力力。。按产生生的原原因不不同分分为热热应力力、收收缩应应力（（机械械应力力）和和相变变应力力。①热应力力由于铸铸件壁壁厚不不均匀匀，各各部分分的冷冷却速速度不不同，，以致致在同同一时时期内内铸件件各部部分的的收缩缩不一一致而而引起起的。。37②收缩应应力（机械械应力力）是是指铸铸件在在固态态收缩缩时，，因受受到铸铸型或或型芯芯的机机械阻阻碍而而产生生的应应力，，这这种应应力是是暂时时的，，在铸铸件清清理后后便消消失。。38③相变应应力如碳钢钢中的的铁由由δ-铁转变变为γ-铁时体体积增增大，，由γ-铁转变变为α-铁时体体积减减小。。因各各部分分冷却却速度度不同同，则则相变变不同同时发发生，，所以以便产产生了了内应应力。。392）减小小铸造造应力力的措措施主要措措施：：①减小铸铸件各各部分分的温温差，，使铸铸件冷冷却均均匀，，即实实现同时凝凝固原则；；40同时凝凝固和和定向向凝固固比较较用于凝凝固收收缩小小的灰灰铸铁铁。铸铸件内内应力力小，，工艺艺简单单，节节省金金属但但同时时凝固固往往往使铸铸件中中心区区域出出现缩缩松，，组织织不致致密。。用于收缩大大或壁壁厚差差距较较大，，易产产生缩缩孔的的合金金铸件件，如如铸钢钢、铝铝硅合合金等等。定向凝凝固补缩作作用好好，铸铸件致致密，，但铸铸件成成本高高，内内应力力大。。41②在铸件件结构构方面面，壁壁厚力力求均均匀，，尽量量使铸铸件各各部分分能自自由收收缩，，避免免受阻阻收缩缩；③改善铸铸型、、型芯芯的退退让性性，减减小机机械阻阻碍；；④对重要要的铸铸件，，可进进行时时效处处理来来消除除内应应力42（2）铸件件的变变形与与防止止铸造应应力的的释放放过程程（应应力松松弛））--带有残残余内内应力力的铸铸件是是不稳稳定的的，会会自发发地变变形使使残余余应力力减少少而趋趋于稳稳定。。431）变形形规律律对于厚厚薄不不均匀匀、截截面不不对称称及具具有细细长特特点的的杆类类、板板类、、箱体体类零零件，，往往往产生生翘曲曲变形形，变形的的规律律厚壁壁部分分内凹凹，薄薄壁部部分外外凸出出。44452)防止变变形的的措施施①减小铸铸造应应力；；②采取工工艺措措施：：反变形形法—用人为为的反反向变变形抵抵消铸铸造变变形，，如图图1-10中双点点划线线为反反变形形的模模型轮轮廓，，虚线线为获获得的的铸件件的轮轮廓；；46③铸件结结构方方面，，可设设计适适当的的加强强筋以以增加加铸件件的刚刚度；；④具有一一定塑塑性的的铸件件如铸铸钢件件，变变形后后可用用机械械方法法校正正。47（3）铸件件的裂裂纹与与防止止当铸造造应力力超过过了金金属的的抗拉拉强度度时，，铸件件便产产生裂裂纹。。裂纹纹是严严重的的铸造造缺陷陷。按按产生生裂纹纹时的的温度度范围围分为为热裂裂纹和和冷裂裂纹：：48热应力力及裂裂纹的的形成成过程程491）热裂裂纹热裂是是铸钢钢件（（结晶晶温度度范围围宽、、熔点点高））、可可锻铸铸铁（（白口口）和和某些些铝合合金（（吸气气、氧氧化严严重））铸件件常见见的缺缺陷之之一。。防止热热裂的的措施施：①使铸件件结构构合理理，尽尽可能能使铸铸件壁壁厚均均匀，，形成成铸件件同时时凝固固条件件，减减小热热应力力；避避免铸铸件壁壁十字字相交交或壁壁厚突突变，，减小小应力力集中中。②改善铸铸型和和型芯芯的退退让性性，减减小机机械应应力。。可在在混合合料中中渗入入少量量木屑屑、采采用有有机粘粘合剂剂（植植物油油、合合成树树脂））配制制型芯芯砂。。③减少浇浇、冒冒口对对铸件件收缩缩的机机械阻阻碍（（↓机械应应力）），内内浇道道的设设置应应符合合同时时凝固固原则则(↓热应力力)。④减少合合金中中有害害杂质质硫、、磷含含量，，可提提高合合金的的高温温强度度。502）冷裂裂纹灰铸铁铁、白白口铸铸铁、、高锰锰钢等等塑性性较差差的合合金易易产生生冷裂裂。塑塑性好好的合合金因因内应应力可可以通通过塑塑性变变形而而缓解解，所所以冷冷裂倾倾向小小。防止冷冷裂的的措施施：①改善铸铸件结结构，，减少少铸型型的机机械阻阻碍--减小铸铸造应应力；；②控制钢钢、铸铸铁的的含磷磷量（（含磷磷量↑，冷裂裂倾向向↑），如如铸钢钢的含含磷量量＜0.1%，铸铁铁的含含磷量量＜0.5%；51（三））合金金的吸吸气性性合金在在熔炼炼和浇浇注时时吸收收气体体的性性能1.对铸件件质量量的影影响合金液液吸收收的气气体如如不能能逸出出而停停留在在合金金液内内，则则使铸铸件产产生气孔缺陷。。破坏坏了合合金的的连续续性，，减少少了承承载的的有效效面积积，引引起应应力集集中，，降低低力学学性能能。气孔的的特征征：气气孔孔孔壁光光滑，，形状状较规规则。522.气孔的的产生生原因因及防防止措措施（1）侵入入气孔孔产生原原因：是由由于铸铸型表表面聚聚集的的气体体侵入入合金金液而而产生生的气气孔，，主要要来自自造型型材料料中的的水分分、粘粘结剂剂和各各种附附加物物以及及浇注注时卷卷入的的气体体。防止措措施：①↓铸型的的发气气量（（如用用干型型）；；②↑铸型的的排气气能力力；③正确设设计浇浇冒口口系统统。53（2）析出出气孔孔产生原原因：溶解解于合合金液液中的的气体体在合合金凝凝固过过程中中，因因溶解解度下下降而而析出出，铸铸件中中因此此形成成析出出气孔孔。防止措措施：①严格控控制炉炉料质质量、、熔炼炼操作作及浇浇注工工艺。。如尽尽量缩缩短熔熔炼时时间，，熔炼炼时加加覆盖盖剂，，避免免剧烈烈搅拌拌等；；②控制合金液液的温度，，温度越高高，吸气性性越强。54（3）反应气孔孔产生原因：合金液与与铸型材料料、型心撑撑、冷铁或或熔渣之间间，由于化化学反应产产生气体而而形成的气气孔。这类类气孔大多多数位于铸铸件表皮下下1～3mm处，形状多多为针状，，因此常称称为皮下针孔或皮下气孔。防止措施：①提高合金液液质量，控控制型砂水水分；②冷铁、型心心撑无锈蚀蚀、干燥、、无油污。。55常见的铸件件缺陷56作业题：P8:1,2,4,6,8,9,10补充：1.共晶成分的的合金与其其它成分的的合金的流流动性有何何不同？为为什么？2.如何防止铸铸件产生缩缩孔？3.铸造热应力力是如何形形成的？579、静夜四无无邻，荒居居旧业贫。。。12月-2212月-22Tuesday,December20,202210、雨中黄叶叶树，灯下下白头人。。。04:37:3904:37:3904:3712/20/20224:37:39AM11、以我独沈沈久，愧君君相见频。。。12月-2204:37:3904:37Dec-2220-Dec-2212、故人江海海别，几度度隔山川。。。04:37:4004:37:4004:37Tuesday,December20,202213、乍见翻疑梦梦，相悲各问问年。。12月-2212月-2204:37:4004:37:40December20,202214、他乡生白发发，旧国见青青山。。20十二月月20224:37:40上午04:37:4012月-2215、比不了得就就不比，得不不到的就不要要。。。十二月224:37上上午12月-2204:37December20,202216、行动出成果果，工作出财财富。。2022/12/204:37:4004:37:4020December202217、做前前，能能够环环视四四周；；做时时，你你只能能或者者最好好沿着着以脚脚为起起点的的射线线向前前。。。4:37:40上上午4:37上上午午04:37:4012月月-229、没有有失败败，只只有暂暂时停停止成成功！！。12月月-2212月月-22Tuesday,December20,202210、很多多事情情努力力了未未必有有结果果，但但是不不努力力却什什么改改变也也没有有。。。04:37:4004:37:4004:3712/20/20224:37:40AM11、成功功就是是日复复一日日那一一点点点小小小努力力的积积累。。。12月月-2204:37:4004:37Dec-2220-Dec-2212、世间成成事，不不求其绝绝对圆满满，留一一份不足足，可得得无限完完美。。。04:37:4004:37:4004:37Tuesday,December20,202213、不