金属材料及工艺-第7章铸造工艺基础.ppt

第第7章章 铸造工艺基础铸造工艺基础铸造：是熔炼金属，制造铸型，并将熔融金属浇入铸型，铸造：是熔炼金属，制造铸型，并将熔融金属浇入铸型，凝固后获得一定形状与性能铸件的成形方法凝固后获得一定形状与性能铸件的成形方法铸造成形的优点：铸造成形的优点：主要缺点：主要缺点： 合金铸造性能合金铸造性能: 是指合金在铸造成形时获得外形准确、内是指合金在铸造成形时获得外形准确、内部健全铸件的能力主要包括合金的流动性、凝固特性、部健全铸件的能力主要包括合金的流动性、凝固特性、收缩性、吸气性等，它们对铸件质量有很大影响收缩性、吸气性等，它们对铸件质量有很大影响§7.1 液态合金的充型液态合金的充型§充型：液态合金填充铸型的过程充型：液态合金填充铸型的过程§充型能力：液态合金充满铸型型腔，获得形状完整、轮廓充型能力：液态合金充满铸型型腔，获得形状完整、轮廓清晰铸件的能力清晰铸件的能力§影响因素：合金的流动能力，同时又受铸型性质、浇注条影响因素：合金的流动能力，同时又受铸型性质、浇注条件及铸件结构等因素的影响件及铸件结构等因素的影响§7.1.1 合金的合金的流动性流动性§ 定义定义§ 试样试样§常用合金的流常用合金的流动性见表动性见表7.1.1。

图图7.1.1 螺旋形流动试样螺旋形流动试样7.1.2 影响流动性和影响流动性和充型能力的因素充型能力的因素1．化学成分．化学成分纯金属和共晶成分的合纯金属和共晶成分的合金，其他成分的合金金，其他成分的合金 Fe-C合金的流动性与含合金的流动性与含碳量之间的关系如图碳量之间的关系如图7.1.2所示 图图7.1.2 Fe-C合金的流动性与合金的流动性与 含碳量的关系含碳量的关系 过热度过热度Δt=t浇－浇－t液液2．铸型的结构和性质．铸型的结构和性质(1) 铸件结构，型腔结构铸件结构，型腔结构(2) 铸型材料铸型材料(3) 铸型温度铸型温度 (4) 铸型中的气体铸型中的气体 3．浇注条件．浇注条件(1) 浇注温度浇注温度 (2) 充型压力充型压力 (3) 浇注系统浇注系统 7.2 铸件的凝固与收缩铸件的凝固与收缩 铸件的成形过程是液态金属在铸型中的凝固过程铸件的成形过程是液态金属在铸型中的凝固过程7.2.1 铸件的凝固方式铸件的凝固方式 (1) 逐层凝固；逐层凝固；(2) 中间凝固中间凝固 ；；(3) 糊状凝固糊状凝固 (a) 逐层凝固逐层凝固 (b) 中间凝固中间凝固 (c) 糊状凝固糊状凝固 图图7.2.1 铸件的凝固方式铸件的凝固方式§7.2.2 铸造合金的收缩铸造合金的收缩 §铸件在凝固和冷却过程中，其体积和尺寸减小的铸件在凝固和冷却过程中，其体积和尺寸减小的现象称为收缩。

现象称为收缩§合金的收缩通常用体收缩率或线收缩率来描述合金的收缩通常用体收缩率或线收缩率来描述 金属从浇注温度冷却到室温要经历三个互联金属从浇注温度冷却到室温要经历三个互联的收缩阶段的收缩阶段图图7.2.2 合金收缩的合金收缩的3个阶段个阶段影响铸造合金收缩的主要因素如下：影响铸造合金收缩的主要因素如下：§(1)化学成分的影响化学成分的影响 §(2)浇注温度的影响浇注温度的影响 §(3)铸件结构和铸型条件的影响铸件结构和铸型条件的影响 7.2.3 铸件的缩孔与缩松铸件的缩孔与缩松1．缩孔和缩松的形成．缩孔和缩松的形成1)缩孔：缩孔： 集中在铸件上部或最后凝固部位容积较大的孔集中在铸件上部或最后凝固部位容积较大的孔 洞称为缩孔洞称为缩孔 (2)缩松：缩松： 细小而分散的孔洞称为缩松细小而分散的孔洞称为缩松 缩松分为宏观缩松和显微缩松两种缩松分为宏观缩松和显微缩松两种 图图7.2.3 缩孔形成过程示意图缩孔形成过程示意图 图图7.2.4 宏观缩松宏观缩松2．缩孔和缩松的防止方法．缩孔和缩松的防止方法 定向凝固补缩原则定向凝固补缩原则 ：为防止缩孔，可设置冒口补充：为防止缩孔，可设置冒口补充热节处金属液体的收缩，或采用冷铁激冷远离冒热节处金属液体的收缩，或采用冷铁激冷远离冒口处的金属，使之按预想的顺序凝固冷却。

口处的金属，使之按预想的顺序凝固冷却 图图7.2.5 铸件的热节铸件的热节图图7.2.6 顺序凝固示意图顺序凝固示意图 7.3 铸造应力与变形、开裂铸造应力与变形、开裂7.3.1 铸造应力铸造应力铸造内应力根据形成原因不同可分为热应力、相变应力和收铸造内应力根据形成原因不同可分为热应力、相变应力和收缩缩(机械机械)应力等三种应力等三种 临时应力；临时应力； 残余应力残余应力1．热应力．热应力 热应力是由于热应力是由于铸件壁厚度不均匀，铸件壁厚度不均匀，各部分冷却速度不各部分冷却速度不同，以至在同一时同，以至在同一时期内各部分收缩不期内各部分收缩不一致而产生的一致而产生的a) (b) (c) (d) 图图7.3.1 热应力的形成过程热应力的形成过程§2．机械应力．机械应力(收缩应力收缩应力)§ 铸件冷却到弹性状态后，由于受到铸型、型铸件冷却到弹性状态后，由于受到铸型、型芯和浇冒口等的机械阻碍而产生的应力，称为机芯和浇冒口等的机械阻碍而产生的应力，称为机械应力械应力 。

图图7.3.2 法兰铸件的机械应力法兰铸件的机械应力3. 相变应力相变应力 铸件在冷却过程中，由于各部分冷却速度不同，导致铸件在冷却过程中，由于各部分冷却速度不同，导致相变不同时发生，则会产生相变应力相变不同时发生，则会产生相变应力 4. 减小应力的措施减小应力的措施 在铸造工艺上采取在铸造工艺上采取“同时凝固原则同时凝固原则”，是减少和消除，是减少和消除铸造应力的重要工艺措施铸造应力的重要工艺措施 图图7.3.3 同时凝固示意图同时凝固示意图7.3.2 铸件的变形铸件的变形防止方法防止方法§壁厚均匀壁厚均匀 §形状对称形状对称§同时凝固同时凝固 §反变形反变形§自然时效自然时效 §人工时效人工时效图图6.3.4 T型梁铸钢件变形示意图型梁铸钢件变形示意图7.3.3 铸件的裂纹铸件的裂纹§1. 热裂热裂§特征：特征： 缝隙宽、形状曲折、氧化色缝隙宽、形状曲折、氧化色§影响因素：合金性质，铸型阻力影响因素：合金性质，铸型阻力§防止方法：改善结构、退让性、降低含硫量防止方法：改善结构、退让性、降低含硫量§2. 冷裂冷裂§特征：细小、连续直线、裂缝干净或微氧化特征：细小、连续直线、裂缝干净或微氧化§出现位置：形状复杂件受拉伸部位，应力集中处出现位置：形状复杂件受拉伸部位，应力集中处§防止方法：降低内应力、降低含磷量防止方法：降低内应力、降低含磷量 7.4 铸件的缺陷与分析铸件的缺陷与分析 砂型铸造的铸件常见的缺陷有：气孔、冷隔、浇砂型铸造的铸件常见的缺陷有：气孔、冷隔、浇不足、粘砂、夹砂、砂眼、胀砂等。

不足、粘砂、夹砂、砂眼、胀砂等7.4.1 气孔气孔 气孔是气体在金属液结壳之前未及时逸出，在铸气孔是气体在金属液结壳之前未及时逸出，在铸件内生成的孔洞类缺陷件内生成的孔洞类缺陷图图7.4.1 因型砂水分过高和透气性太差使铸件产生的气孔因型砂水分过高和透气性太差使铸件产生的气孔7.4.2 砂眼砂眼7.4.3 粘砂粘砂7.4.4 夹砂夹砂7.4.5 胀砂胀砂7.4.6 冷隔和浇不足冷隔和浇不足图图7.4.2 粘砂缺陷粘砂缺陷图图7.4.3 冷隔冷隔。