铸造技术-知识点(金属热处理).doc

铸造1、基本概念：1铸造：将熔融的具有一定化学成分的合金浇入事先造好的铸型型腔内，待其冷却凝固后获得一定形状和性能铸件的工艺过程。2铸造的特点：（1）液态成形（2）能制造出外形和内腔很复杂的零件（3）适应性广（4）原材料来源广泛，价格低（5）铸件内部常有缺陷- 缩孔、缩松及气孔（6）铸件表面较粗糙，尺寸精度不高（7）劳动强度大，条件差，环境污染严重 3.铸造性能： 获得合格铸件的难易程度 -1 流动性- 2收缩性- 3吸气性 -4 偏析性1合金的流动性：是指熔融合金的流动能力。2影响流动性的因素： (1)合金的种类：铸铁流动性好，铸钢流动性差。 (2)化学成分：纯金属及共晶成分的合金是在恒温下结晶流动性好。而其他成分合金的结晶是在一定温度范围内进行，凝固层内初生的树枝晶使其内表面参差不齐，阻碍合金液流动 ，故流动性差。(back) (3)浇注温度：提高浇注温度可降低合金液粘度，流动性提高。但浇注温度过高，合金液收缩增加，吸气增多，氧化严重,流动性甚至下降。(Fig.) (4)铸型特点：铸型材料导热性不同流动性不同2合金的收缩性：合金从液态冷却到室温的过程中，体积和尺寸缩小现象收缩三阶段：(a) 液态收缩 （）: 体积收缩缩孔、缩松(b) 凝固收缩 （）: 体积收缩缩孔、缩松(c) 固态收缩 （）: 尺寸收缩变形、开裂.缩孔与缩松: 在凝固结束后，铸件最后凝固的部位会出现由于补缩不良而产生的孔洞 - 大而集中的孔洞: 缩孔 - 小而分散的孔洞: 缩松缩孔与缩松的防止：控制铸件凝固顺序-使其定向凝固是防止铸件产生缩孔有效方法冒口或冷铁(1)冒口-铸型内储存供补缩铸件用金属液的空腔及充填的金属 -明冒口：是指高度方向贯通上型的顶冒口或侧冒口。 -暗冒口：是指高度方向不伸出铸型顶面，全部冒口被型砂覆盖的顶冒口或侧冒口。(2)冷铁-为增加铸件局部冷却速度，在砂型、砂芯表面或型腔 中安放的金属物（铸铁或铸钢） -外冷铁:是造型时放置在模样表面而埋入砂型中的冷铁 -内冷铁:放置在型腔内能与铸件熔合为一体的冷铁。变形与开裂(固态收缩引起)：(1)铸造应力：铸件的固态收缩受到阻碍而产生的应力 -收缩应力-指铸件在固态收缩时，因受到铸型、型芯、浇冒口等外力的阻碍而产生的应力。 这种应力是暂时的-铸件经落砂后机械阻碍消除，应力随即消失。 -热 应力-指铸件在凝固和冷却过程中，不同部位由于不均衡的收缩而引起的应力。 这种应力是永久的（残余应力）(2) 铸件的变形: 当铸件内存在的应力超过合金的屈服极限时，铸件会通过不同程度的变形来减缓其应力。(3)铸件的裂纹：当铸造应力超过合金的强度极限时，铸件便产生裂纹。- 热裂: 热裂是在凝固后期高温下形成的。- 冷裂: 冷裂是在较低温度下产生的。3合金的吸气性：合金在熔炼和浇注时吸收气体的性能。合金液所吸收的气体如不能逸出而停留在合金液内，则使铸件产生气孔缺陷。分类：（1）侵入气孔：侵入气孔是由于砂型或砂芯受热而产生的气体侵入金属液内部而形成的。形成原因：砂型（芯）的水分 有机附加物含量过多 (燃)型（芯）砂的透气性差（2） 析出气孔：合金在熔炼和浇注过程中H2、O2、N2 等气体溶解在其中当合金液冷凝时，气体在合金中溶解度下降以气泡形式析出气泡如不能及时上浮逸出，便会在铸件中形成析出气孔。(气体在金属液中的溶解度随温度的升高而增加）形成原因：-炉料含水、氧化物和油污-熔炼时间长（3）反应气孔：-合金液与型砂中的水分发生化学反应产生气体而形成的气孔 形成原因：含锈、油污等。4合金的偏析性：铸件或铸锭的各部分化学成分、金相组织不一致的现象。晶内偏析(枝晶偏析): 晶粒内各部分化学成分不均匀的现象,多发生在结晶温度范围较宽的合金中 -消除措施：可采用扩散退火的方法消除区域偏析 (宏观偏析）：铸件内各部分化学成分不均匀的现象,常发生在由密度相差较大的元素组成的合金中 -防止措施：应在浇注时充分搅拌或加大合金液的冷却速度铸 铁：含有Si、Mn、S、P元素并且碳质量分数大于2.11% 的铁碳合金。分类：- 按碳的存在形式白口铸铁、灰口铸铁、麻口铸铁。- (Fe3C) 石墨） （Fe3C+石墨）灰口铸铁按析出石墨的形态普通灰铸铁（灰铸铁）球墨铸铁可锻铸铁蠕墨铸铁2.1灰口铸铁：（1）特点：具有优良的铸造性能、减振性、切削加工性，缺口敏感性小以及成本低廉。 强度低、塑性差（2） 牌号：HT XXX： HT为灰、铁二字汉语拼音字头，其后的三位数字表示抗拉强度值 (MPa)。HT100, HT150, HT200, HT250, HT300, HT350（3）用途：带轮、阀体、箱体、机座 2.2. 球墨铸铁：是将铁液经球化处理，使石墨形态为球状而制成的。（1）特点：由于石墨呈球状，对铸铁基体的割裂作用减小，应力集中倾向降低，从而使球铁具有较高的综合机械性能。（2）牌号：QT XXX-XX第一组数字代表最低抗拉强度 第二组数字代表最低延伸率（3）用途：汽车、拖拉机底盘零件（后桥壳）、凸轮轴、连杆、曲轴、大型减速齿轮、蜗杆及蜗轮（主要用于承受冲击、震动及受力较复杂的零件）2.3. 可锻铸铁：（1）特点：是白口铸铁经长时间高温石墨化退火而成，具有较高的韧性（12%,，ak30J/cm2实际不可锻造）（2）用途：汽车、拖拉机的后桥壳、前后轮壳、制动器、连杆、凸轮轴、阀门以及管道配件等。（3）牌号：KT XXX-XX: 铁素体可锻铸铁 (KT 300-6)KTZ XXX-XX: 珠光体可锻铸铁 (KTZ500-4) 第一组数字表示最低抗拉强度值第二组数字表示伸长率 2.4.蠕墨铸铁：是在一定成分的合金中加入适量的蠕化剂而炼成的，其加入方法与程序与球墨铸铁基本相同。（1）特点：蠕墨铸铁因其中的石墨形似蠕虫而得名，常用它代替灰铸铁生产较高要求的铸件（2）用途：柴油机的缸盖和排气管、机床床身、液压阀（3）表示法：RuT后加表示其最低抗拉强度的数字组成，RuT4203铸铁的熔炼（化铁）（1）冲天炉 （2）感应电炉二铸钢：碳质量分数小于2.11%的铁碳合金。1.牌号：ZG XXX-XXX: 第一组数字表示其屈服强度，第二组数字表示抗拉强度。2. 用途：火车轮、车厢车钩、重型机床的机座、重型水压机机座和横梁、大型轧钢机架、高压阀门3.铸造工艺特点:（a）铸钢的熔点高铸件易产生粘砂缺陷，型腔表面要上涂料（石英粉涂料或锆英粉、镁砂粉涂料等）(b) 易氧化，渣较多(c) 流动性差(d) 收缩大(f) 易产生热裂或变形4. 铸钢熔炼: 三相电弧炉、感应电炉一. 铸造方法分类：砂型铸造：指用具有一定性能的型（芯）砂通过不同的紧实 方法制成铸型及砂芯的铸造法。特点：它具有灵活性大、生产周期短、成本低廉等优点。特种铸造：除砂型铸造以外的其它铸造方法。包括：金属型铸造 熔模铸造 压力铸造 离心铸造 壳型铸造 挤压铸造二造型材料：型砂、芯砂1型芯砂的组成：砂 ：主要成分石英（SiO2）, 高质量铸造用砂，要求原砂中SiO2的含量高（8597），砂粒呈圆形且大小均匀。高熔点合金铸造用砂：锆砂（Zr2O3）、镁砂(MgO)、铬砂（Cr2O3).粘结剂 : 能使砂粒相互粘结的物质称粘结剂。粘土粘土又分为普通粘土和膨润土。水 : 水被用来将原砂和粘土混为一体而制成具有一定强度、透气性的型（芯）砂。附加物 ：煤粉、重油: 防止铸件粘砂木屑: 增加退让性和透气性。 涂料 : 涂料是型腔和型芯表面的涂覆材料-目的是防止粘砂。铸铁件:刷涂石墨粉-铸钢件:刷涂石英粉 配制过程是在混砂机中进行的。常用的是碾轮式混砂机 手工造型工具2. 型（芯）砂应具备的性能: 强 度 : 型（芯）砂抵抗外力破坏的能力。 耐火度 : 型（芯）砂在高温金属液作用下，不软化、不熔融的能力。砂中SiO2（熔点1700）含量高而杂质少时，其耐火度好。 透气性 : 紧实后的型砂透过气体的能力。 退让性 : 铸件凝固后冷却收缩时，型（芯）砂是否易被压缩的能力。3. 造型（制芯）：3.1. 基本概念：（1）模样：是用来形成铸型型腔的。（2）芯盒：是用来制造型芯（构成铸件的孔、空腔及凹陷与凸起部分）所用的装备3.2. 造型方法：1. 分 类：（1）手工造型：全部用手工或手动工具完成的造型工序。 整模造型 分模造型 挖砂造型 假箱造型 活块造型 三箱造型 刮板造型 地坑造型 组芯造型（2）机器造型：用机器全部完成(填砂、紧实、起模)或至少完成紧实型砂操作的造型工序。4. 合型及熔炼：合型：是指将铸型的各个组元，如上型、下型、型芯、浇口盆等组合成一个完整铸型的操作过程。熔炼：感应电炉（工频-中频-高频） 电弧炉5浇注、落砂及清理：浇注：将金属液浇入铸型型腔的过程。浇注温度: 浇注温度应合理。过高，金属液含气量大，液态收缩大，对型砂热作用强烈，铸件易产生气孔、缩孔、缩松、粘砂等缺陷；过低，铸件易产生浇不到、冷隔等缺陷。浇注速度: 浇注速度应适中，太慢，降低金属液温度，易产生浇不到、冷隔等缺陷；太快，会使气体来不及排出而产生气孔，同时由于金属液动压力的增大，增加了对铸型、型芯的冲击，易造成冲砂、跑火等。 一铸件的结构工艺性：零件的结构首先要满足功能要求，但更重要的是能保质保量地铸出来，因此其结构必须符合铸造生产的要求。 铸造工艺 对铸件结构的要求 铸造合金 对铸件结构的要求 铸造方法 对铸件结构的要求1铸造工艺对结构的要求 ?上中下(1) 尽量避免妨碍起模的结构（2）尽量减少和简化分型面 （3）尽量减少砂芯数量及其装配工作量 (2)（4）铸件结构要有利于砂芯的固定和排气，尽量避免采用悬臂砂芯（5）大型复杂件可考虑分体铸造后焊接2. 铸造合金对铸件结构的要求 （1）铸件的结构应考虑合金的收缩特性 易产生集中缩孔的合金其铸件壁厚按顺序凝固方式设计 （铸钢、可锻铸铁、黄铜、铝硅共晶合金等）易于产生缩松缺陷的的合金其壁厚按同时凝固方式设计等收缩小，使缩松分散些(灰铸铁、锡青铜等) （2）铸件应有合理的壁厚 过薄的铸件壁厚，会造成浇不足、冷隔等缺陷。- 过厚的铸件壁厚，产生缩孔、缩松。 (3) 壁厚应尽量均匀(4) 壁的连接、交叉应合理 哪一种合理？(5) 铸件结构应有利于自由收缩而不应受到大的阻碍 (6) 铸件应有合适的加强筋(7) 尽量避免水平的大平面结构 3铸造方法对铸件结构的要求（1）铸造方法 重力铸造-合金的充型能力小-最小壁厚大 加压铸造-合金的充型能力大-最小壁厚小 (2) 冷却条件 砂 型 铸 造- 合金的充型能力大 - 最小壁厚小 金属型铸造-合金的充型能力小 - 最小壁厚大二铸造工艺方案的确定浇注位置: 指在浇注时铸件在型内所处的位置(铸件的方位及位置）分型面: 指上下铸型相互接触的面。分型面为水平、垂直、倾斜时的浇注分别称为- 水平浇注 - 垂直浇注 - 倾斜浇注1。浇注位置和分型面的选择原则(1) 铸件的主要工作面和重要加工面、基准面应朝下或至少位于侧面(2) 铸件的大平面应朝下放置或采用倾斜浇注(3) 铸件的薄壁部分应放在下部或位于侧面或倾斜浇注(4) 铸件厚大的部分应放在上部或位于侧面 (5)分型面应选在最大截面处以便于起模 分型面选择最大横截面(6)应尽量减少分型面的数量 (7) 分型面应尽量选用平直面 (8) 应尽量使铸件的全部或大部分处于同一半型内（最好位于下型），或使主要加工面与加工基准面处于同一砂箱中 (9) 应尽量减少型芯和活块的数量，以简化制模、制芯和造型等工序 (10) 选择分型面不应削弱铸件的结构强度 (11) 分型面的选择应尽量与浇注位置一致，以免合型后再翻转砂箱 特种铸造一. 金属型铸造 (永久型铸造)金属型铸造是指金属液在重力作用下浇入金属铸型中，以获得铸件的方法。金属型铸造的特点 （与砂型铸造相比） 实现了“一型多铸”，(节约了)了大量的造型材料、工时、设备和占地面积，显著地提高了生产率，并减少了粉尘对环境的污染。 金属型冷却速度(快)，铸件组织(好)，力学性能(好)，如铝、铜合金铸件的力学性能比砂型铸造提高20以上。 铸件的精度(高)，表面质量(高)。可实现少、无切削加工。 由于金属型铸造工序大为简化，影响铸件质量的工艺因素减少，铸造工艺容易控制，故铸件质量较稳定。与砂型铸造相比，废品率可减少50左右。二. 熔模铸造 (失蜡铸造或精密铸造)它是用易熔性一次模代替木模或金属模，在模样表面包覆若干层耐火涂料后熔出模料，再经高温焙烧后浇注。三. 离心铸造离心铸造是将金属液浇入绕水平、倾斜或立轴旋转的铸型，在离心力的作用下凝固的铸造方法。离心铸造的特点： 铸件组织（好），（减少）缩孔、缩松、气孔、夹渣等缺陷，力学性能（好） 铸造圆形中空铸件时，（？）型芯和浇注系统，简化了工艺过程，降低了金属消耗。 金属液的充型能力（强），改善了充型条件，可用于浇注流动性较差的合金及薄铸件。 可生产（？）金属铸件，如钢套内镶铜轴瓦等，其结合面牢固、耐磨，又可节约贵重金属。 不宜生产（？）偏析的合金（如铅青铜等），铸件内表面较粗糙，尺寸难控制。离心铸造的应用：离心铸造主要用于生产各种管、套、环类铸件，如铸铁管、铜套、滑动轴承、缸套、双金属钢背铜套等铸件四. 压力铸造：金属液在高压下高速充型，并在压力下凝固的铸造方法。五. 低压铸造金属液在气体压力作用下完成充型和凝固的铸造方法。(重力铸造