材料成型工艺学：第一章 铸造工艺基础.ppt

铸 造铸造： 将液态合金浇注到与零件的形状、尺寸相适应的铸型空腔中，待其冷却凝固，以获得毛坯或零件的生产方法，叫做铸造特点： 1. 工艺实质：液态成型 2. 铸件大小不受限制 3. 成本低 4. 废品率高第一章 铸造工艺基础1 液态合金的充型充型：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、轮廓清晰铸件的能力 充型能力不足，将产生浇不足或冷隔缺陷 影响充型能力的主要因素如下： 流动性： 液态合金本身的流动能力（合金主要铸造 性能之一 ） 流动性充型能力浇铸出轮廓清晰、薄而复杂的铸件 非金属夹杂物和 气体的上浮与排除 补缩 一. 合金的流动性 影响充型能力的主要因素流动性的测定： 化学成分：共晶成分的合金流动性最好 结晶特点（逐层） 过热度 离共晶成分愈远的合金，流动性愈差 灰口铸铁、硅黄铜的流动性最好， 铸钢的流动性最差影响合金流动性的因素: 化学成分 1 浇注温度 温度合金的粘度、过热度充型能力 温度缩孔、粘砂、气孔、粗晶 通常，灰铁：1200-1380 铸钢：1520-1620 铝合金：680-780 合适二. 浇注条件2 充型压力 充型压力 充型能力 （充型压力与直浇道的高度有关) 压力铸造、离心铸造因充型压力提高，所以充型能力较强。

1 铸型的蓄热能力 （即铸型从液态金属中 吸收和储存热量的能力） 蓄热能力 充型能力 2 铸型温度 液体冷速 充型能力 3 铸型中气体 充型能力 4 铸件结构复杂 充型能力三. 铸型填充条件如图，依据凝固区的 宽窄，划分为：1逐层凝固2糊状凝固3中间凝固 一. 铸件的凝固方式2. 铸件的凝固与收缩1. 逐层凝固 纯金属或共晶成分合金在凝固过程中因不存在液、固并存的凝固区(图2-3a)，故断面上外层的固体和内层的液体由一条界限(凝固前沿)清楚地分开随着温度的下降，固体层不断加厚、液体层不断减少，直达铸件的中心，这种凝固方式称为逐层凝固2. 糊状凝固 如果合金的结晶温度范围很宽，且铸件的温度分布较为平坦，则在凝固的某段时间内， 铸件表面并不存在固体层，而液、固并存的凝固区贯穿整个断面(图2-3c)由于这种凝固方式与水泥类似，即先呈糊状而后固化，故称糊状凝固3. 中间凝固 大多数合金的凝固介于逐层凝固和糊状凝固之间(图2-3b)，称为中间凝固方式 铸件质量与其凝固方式密切相关收缩：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 收缩是合金的物理本性收缩性：合金的主要性能之一。

收缩给铸造工艺带来许多困难，是多种铸造缺陷(如缩孔、缩松、裂纹、变形等)产生的根源 二. 铸造合金的收缩合金的收缩经历的三个阶段: (1) 液态收缩 从浇注温度到凝固开始温度(即 液相线温度) 间的收缩 (2) 凝固收缩 从凝固开始温度到凝固终止温 度(即固相线温度)间的收缩 (3) 固态收缩 从凝固终止温度到室温间的收 缩液态收缩凝固收缩固态收缩 合金体积的缩减 缩孔 体收缩率 合金尺寸的缩减 内应力 线收缩率三、铸件中的缩孔与缩松 1. 缩孔与缩松的形成 缩孔 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足，在铸件最后凝固的部位形成一些孔洞 三. 铸件中的缩孔与缩松 按照孔洞的大小和分布, 可将其分为 (1) 缩孔(集中缩孔) 集中在铸件上部或最后 凝固部位容积较大的孔洞 缩多呈倒圆锥形, 内表面粗糙 (2) 缩松(分散缩孔) 分散在铸件某区域内的 细小缩孔 宏观缩松、显微缩松 缩孔的形成 如图，以集中缩孔为例 逐层凝固合金(纯金属、共晶合金或结晶温度范围窄的合金)的缩孔倾向大, 缩松倾向小; 糊状凝固的合金缩孔倾向虽小, 但极易产生缩松 不同铸造合金的缩孔和缩松的倾向不同。

2. 缩孔和缩松的防止 危害： 使铸件的力学性能下降； 缩松使铸件渗漏 防止措施：使铸件实现 “顺序凝固”(定向凝固） 顺序凝固：如图 n热节：铸件上厚大的部位n冷铁作用：加快某些部位的冷却速度，以控制铸件的凝固，本身并不起补缩作用n冷铁材料：钢或铸铁选用共晶成分或结晶温度范围较窄的合金生产铸件是适宜的选用共晶成分或结晶温度范围较窄的合金生产铸件是适宜的3 铸造内应力、变形和裂纹 n固态收缩若受到阻碍, 铸件内部将产生内应力n铸造内应力是铸件产生变形和裂纹的基本原因 、内应力的形成 分为热应力和机械应力两种 1. 热应力 热应力：它是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 一. 内应力的形成3 铸造内应力、变形和裂纹 热应力形成分析：如图热应力：热应力：使铸件：使铸件： 厚壁（厚壁（+）、薄壁（）、薄壁（- -）固态金属：在再结晶温度以上(钢和铸铁为620650)时, 处于塑性状态 在再结晶温度以下的金属呈弹性状态 壁厚差线收缩率弹性模量热热应力 防止：基本途径：减少铸件温度差，使其均匀冷却 设计上： 壁厚均匀，减少聚集 工艺上： 同时冷却，“同时凝固” 如图：浇口开在薄壁处、 在厚壁处安放冷铁 注意：同时凝固时，铸件 心部容易出现缩孔 或缩松主要用于灰铸铁、锡青铜 2. 机械应力 机械应力：合金的线收缩受到铸型或型芯机械 阻碍而形成的应力暂时的：铸件落砂后，暂时的：铸件落砂后， 自行消失自行消失在铸型中，与热应力共在铸型中，与热应力共 同作用，促进裂纹产生同作用，促进裂纹产生变形： 利用变形来减少内应力：受拉部分产生压缩变形受压部分产生拉伸变形二. 铸件的变形与防止 防止、减少变形的措施： 基本途径：同热应力 设计上： 工艺上：同时凝固 反变形法： 时效处理： 自然时效 （置露天半年以上） 人工时效 （550 650去应力退火）三、铸件的裂纹与防止 铸造内应力 金属的强度极限 产生裂纹 1. 1. 热裂热裂 形成形成: : 是在高温是在高温( (凝固末期凝固末期) )下形成的裂纹。

下形成的裂纹 机械应力机械应力 金属强度极限金属强度极限 特征特征: : 缝隙宽、形状曲折、缝隙宽、形状曲折、缝内呈氧化色缝内呈氧化色三. 铸件的裂纹与防止 防止(影响因素): 合金性质: 结晶间隔 收缩 热裂 (灰铁与铸钢、S含量） 铸型阻力: 退让性 机械应力 热裂2.冷裂 形成: 低温下形成的裂纹 特征: 裂纹细小、呈连续直线状、有时缝内呈 氧化色 防止(影响因素): 合金性质: 塑性好应力 冷裂 (灰铁与铸钢、P含量） 铸型内应力: 复杂件 应力 冷裂 4 铸件中的气孔气孔：由于金属液中的气体未能排出，在铸件中形成气 泡所致危害：减少铸件的有效承载面积； 造成局部应力集中种类：按气体来源， * 析出性气孔 * 侵入性气孔 * 反应性气孔力力学学力学了铸件力学性能下降 一、析出性气孔产生： 气体在金属中的溶解度 过饱和 析出 分子 上浮受阻 针孔分布：范围广防止：浇注前除气处理 二、侵入性气孔形成：砂型或砂芯在浇注时产生的气体聚集在型腔表层侵 入金属液内所形成的气孔出现部位：多在铸件局部上表面附近特征：尺寸较大，呈椭圆或梨形，表面被氧化防止：提高型砂透气性，减少发气量 增加铸型的排气能力铸件中的气孔大多属于这种气孔 三、反应性气孔形成：由高温金属液与铸型材料、冷铁（或型芯撑）、熔 渣之间，由于化学反应形成的气体留在铸件内形成的。

形式：（1）皮下气孔 铸件表层13mm处； 湿型铸造2）冷铁气孔 冷铁表面油污或铁锈 高温下，CO气体 第二章 常用合金铸件的生产 铸铁 生铁重新熔炼而成 根据 碳在铸铁中存在形式的不同，分为 除了微量溶入铁素体外， 白口铸铁： 碳全部以Fe3C形式存在，断口呈银白 色，硬而脆 灰口铸铁： 碳全部或大部以石墨形式存在, 断口 呈灰色 （灰、球墨、可锻、蠕墨铸铁） 麻口铸铁： Fe3C、石墨 ，断口呈黑白相间，硬而脆 1 铸铁件生产 一、灰铸铁 1. 灰铸铁的性能 （ 1）显微组织 金属基体 (铁素体和珠光体) + 片状石墨 相当于在钢的基体上嵌入大量的石墨片（缺口） （2）性能力学性能：抗拉强度低，塑性韧性差 b=120250MPa 0,k0 抗压强度与钢相近 工艺性能：不可锻，焊接性能差 铸造性能好 切削性能好减振性好耐磨性好缺口敏感性小2. 影响铸铁组织和性能(石墨化)的因素灰铸铁分类： 依照其金属基体显微组织的不同, 可分为珠光体灰铸铁：强度、硬度高 用于重要件珠光体-铁素体灰铸铁：强度、硬度较高用途最广铁素体灰铸铁 ：强度、硬度低较少使用灰铸铁中的碳： C总 = C石墨 + C化合 C化合 = 0.8% 珠光体灰铸铁 C化合 0.8% 珠光体-铁素体灰铸铁 C化合 = 0 铁素体灰铸铁n 影响铸铁石墨化的因素: 化学成分、冷却速度 化学成分： 碳和硅 碳 石墨化 石墨粗 铁素体 硅 石墨化 硫和锰 硫 石墨化 ( (Cu2O+Cu)3. 铸造工艺 细砂造型: 铸件表面光滑 加冒口: 凝固收缩大 (除锡青铜外) 浇注系统：挡渣 第二篇 复习题1. 什么是液态合金的充型能力? 它与合金的流动性有何关系? 不同化学成分的合金为何流动性不同? 为什么铸钢的充型能力比铸铁差?2. 缩孔和缩松对铸件质量有何影响? 为何缩孔比缩松较容易防止?3. 区分以下名词: 缩孔和缩松 浇不足和冷隔 出气口和冒口 逐层凝固和定向凝固4. 试用下图轨道铸件分析热应力的形成原 因, 并用虚线表示出铸件的变形方向。

5. 试从石墨的存在分析灰铸铁的力学性能 和其性能特征6. 影响铸铁石墨化的主要因素是什么?为什么铸铁的牌号不用化学成分来表示? 7. 为什么球墨铸铁是“以铁代钢”的好材料?球墨铸铁是否可以全部取代可锻铸铁? 。