金属的液态成形技术研究
65页1、第1章 金属的液态成形技术,基本内容: 1. 铸造成形工艺的特点和分类 2. 合金的铸造性能,重点与难点: 铸造性能,铸造:金属液态成形是指将液态(或熔融态、浆状)材料注入一定形状和尺寸的铸型(Mold)(或模具)型腔(Mold Cavity)中,凝固后获得固态毛坯或零件的方法 。历史悠久,应用广泛。(古代的工艺品、农具和兵器等等)。,第1章 金属的液态成形技术,合金:由两种或两种以上的金属元素,或金属元素和非金属元素组成的具有金属性质的物质。,第1章 金属的液态成形技术,传统砂型铸造流程简图,铸造特点: 优点: 1复杂零件(外形、内腔); 2. 成本低; 2尺寸和重量不受限制。,缺点: 1废品率较高,生产过程难以控制; 2铸件力学性能较差; 3砂型铸造铸件精度较差。,第1章 金属的液态成形技术,第1章 金属的液态成形技术,铸造生产流水线,第1章 金属的液态成形技术,第1章 金属的液态成形技术,1.1 金属液态成形的基本原理,根据造型材料不同,可将铸造方法分为砂型铸造(Sand Casting Process)和特种铸造(Special Casting Process)两类。,1.1
2、金属液态成形的基本原理,铸造方法的分类,合金的铸造性能:是指合金在铸造过程中获得外形准确内部健全的铸件的能力。,流动性,充型能力,偏析和吸气性,收缩性,合金的铸造性能,1.1 金属液态成形的基本原理,偏析:是由于凝固或固态相变而导致的合金中化学成分的不均匀分布。,1.1 金属液态成形的基本原理,螺旋形流动性试样,合金的流动性越好,充填铸型能力就越强,越容易获得轮廓清晰的复杂薄壁铸件; 此外还有利于液态合金中气体和熔渣上浮与排除,越有助于对凝固过程中所产生的收缩进行补缩。反之产生相应的缺陷。,若液态合金的充型能力不足,铸件将产生浇不足、冷隔等缺陷。,合金化学成分对流动性的影响:,1.1 金属液态成形的基本原理,合金成分对流动性的影响,a共晶成分合金 b过共晶成分合金,结晶区间越大,流动性越差,共晶成分合金的流动性最好。 过共晶成分合金在结晶时因有液固两相存在,流动性较差。 P可提高流动性,S可使流动性下降。,1.1 金属液态成形的基本原理,1.1 金属液态成形的基本原理,表1-1 常用合金的流动性,灰铸铁、硅黄铜的流动性最好,铸钢的流动性最差。,合金充型能力的影响因素: 1. 流动性 2
3、浇铸条件,(1)浇注温度: 对合金流动性的影响很显著。 灰铸铁12001380、铸造碳钢15201620、铝合金680780。“高温出炉,低温浇注”,1.1 金属液态成形的基本原理,液态金属的充型能力(Mold Filling Capacity)是指液态金属充满铸型型腔,获得形状完整、轮廓清晰铸件的能力。,3铸型条件,(1)铸型的蓄热能力 (2)铸型预热温度 (3)铸型透气性,1.1 金属液态成形的基本原理,(4)铸件结构的壁厚,1.1 金属液态成形的基本原理,合金从液态到固态的状态转变称为凝固(Solidification)或一次结晶(Crystallization),1、逐层凝固 纯金属、二元共晶成分合金在恒温下结晶时,凝固过程中铸件截面上的凝固区域宽度为零,截面上固液两相界面分明,随着温度的下降,固相区由表层不断向里扩展,逐渐到达铸件中心,这种凝固方式称为“逐层凝固”。,1.1 金属液态成形的基本原理,2、体积凝固 当合金的结晶温度范围很宽,或因铸件截面温度梯度很小,铸件凝固的某段时间内,其液固共存的凝固区域很宽,甚至贯穿整个铸件截面,这种凝固方式称为“体积凝固”(或称糊状凝固)
4、。,1.1 金属液态成形的基本原理,3、中间凝固 金属的结晶范围较窄,或结晶温度范围虽宽,但铸件截面温度梯度大,铸件截面上的凝固区域宽度介于逐层凝固与体积凝固之间,称为“中间凝固”方法。 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;对于一定成分的合金,结晶温度范围已定,凝固方式取决于铸件截面的温度梯度,温度梯度越大,对应的凝固区域越窄,越趋向于逐层凝固。,合金从浇注、凝固直至冷却到室温的过程中,其体积或尺寸缩减的现象。 收缩是合金的物理本性,但如果在铸造过程中,不能对收缩进行控制,常常会导致铸件产生缩孔、缩松、应力、变形和裂纹等缺陷。,1、合金收缩过程,1.1 金属液态成形的基本原理,2、影响收缩的因素: (1)化学成分 含C量对碳钢收缩不大;灰铸铁随C、Si含量的增加,石墨化程度加大,故灰铸铁收缩率减小;而S可阻碍石墨析出,使灰铸铁收缩率增大。 (2)浇注温度:浇注温度越高,收缩率越大。 (3)铸型条件和铸件结构,冷却速度不同 机械阻力,1.1 金属液态成形的基本原理,1.1 金属液态成形的基本原理,金属由液态向固态的冷却收缩过程,1.1 金属液态成形的基本原理,体收缩率
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