铸造工艺课件.ppt

铸造技术，员工基础课程，由裴军编写，简介，第一节合金铸造性能，第二节普通铸造合金，第三节砂型铸造，第四节特殊铸造，第五节零件结构铸造技术，铸造，简介，1。什么是铸造？熔炼金属，制作铸模，将熔融金属倒入铸模，凝固后得到具有一定形状和性能的铸件，称为铸件。图9-1砂型铸造。2.铸造的优点和缺点。优点：1)形状复杂的零件，特别是内腔复杂的零件，如各种箱体、床身、机架等。可以生产。2)铸造生产适应性广，工艺灵活性大。工业上常用的金属材料可用于铸造，铸件的重量范围从几克到几百吨，壁厚范围从0.5毫米到大约1米。3)大部分铸造原料来源广泛，价格低廉，可直接利用废旧零件，铸造成本低。缺点：1)铸件组织疏松，晶粒粗大，铸件容易出现缩孔、气孔、气孔等缺陷。因此，铸件的机械性能，尤其是冲击韧性，低于相同材料的锻件。2)铸造质量不够稳定。图9-2铸件，1。流动性和填充容量2。合金3的凝固和收缩。铸造合金1的偏析和吸杂。合金1的铸造性能。(1)合金1的流动性。流动性是指熔融金属的流动性。合金的流动性通常用“螺旋流动性样品”的长度来衡量。将金属液体倒入螺旋样品模具中。在相同的浇注条件下，合金的流动性越好，浇注的试样越长。2.影响流动性的因素1)合金类型不同种类的合金具有不同的螺旋长度，即不同的流动性。其中，灰铸铁流动性最好，其次是硅黄铜和铝硅合金，铸钢流动性最差。1、流动性和填充能力，2)纯金属和共晶成分合金的化学成分和结晶特性，凝固是从铸件壁面向中心逐渐推进，凝固后表面光滑，对未凝固液体的流动阻力小，所以流动性好，如图9-3a所示。对于在一定凝固温度范围内结晶的亚共晶合金，在凝固过程中铸件内存在较宽的液相和枝晶两相区。凝固温度范围越宽，枝晶越发达，金属流动阻力越大，金属流动越差，如图9-3b所示。图9-3示出了具有不同结晶特性的合金的流动性与图9-4所示的铁碳合金相图之间的关系。图中显示，随着凝固温度范围的增加，纯铁和共晶铸铁的流动性最好，而亚共晶铸铁和碳钢的流动性较差。图9-4铁碳合金流动性与相图的关系，(2)合金1的填充能力。考虑到铸模和工艺因素，熔融金属流动性的填充能力称为合金填充能力。合金的流动性是金属本身的性质，不随外界条件的变化而变化。合金的填充能力不仅与金属的流动性有关，还受外界因素的影响。2.模具填充能力的影响因素1)模具填充条件a)模具蓄热能力，即模具吸收和储存熔融金属热量的能力。模具的热导率和质量热容量越大，对液态合金的冷却效果越强，合金的填充能力越差。b)模具温度提高模具温度可以降低模具和熔融金属之间的温差，从而减缓冷却速度并提高合金液体的填充能力。c)气体模具中的气体越多，合金的填充能力越差。(2)合金1的填充能力。填充能力考虑到铸模和工艺因素，熔融金属的流动性称为合金的填充能力。合金的流动性是金属本身的性质，不随外界条件的变化而变化。合金的填充能力不仅与金属的流动性有关，还受外界因素的影响。2.充模能力的影响因素1)充模条件a)模具b)模具温度提高模具温度可以降低模具和熔融金属之间的温差，从而减缓冷却速度并提高合金液体的填充能力。c)气体模具中的气体越多，合金的填充能力越差。(1)铸件凝固方式及影响因素1。铸件的凝固方式(1)分层凝固方式在合金凝固过程中，其横截面上的固相和液相被一条边界线清楚地分开。这种凝固方式称为逐层凝固。普通合金，如灰铸铁、低碳钢、工业纯铜、工业纯铝、共晶铝硅合金和一些黄铜是逐层凝固的。(2)糊状凝固：合金先呈糊状，然后在凝固过程中凝固。这种固化方法称为糊状固化。球墨铸铁、高碳钢、锡青铜和一些黄铜是糊状凝固合金。(3)中间凝固模式大多数合金的凝固介于逐层凝固和糊状凝固之间，称为中间凝固模式。中碳钢、高锰钢和白口铸铁具有中间凝固模式。图9-5铸件的凝固方式。2.凝固方式的影响因素(1)合金液相线和固相线的凝固温度范围的影响交叉在一起，或者间距很小，金属倾向于逐层凝固。如果两个相线之间的距离很大，它往往是糊状的和凝固的。如果两相线之间的距离很小，则倾向于中间凝固模式。(2)铸造温度梯度的影响增加了温度梯度，可以将合金的凝固方式转变为逐层凝固。相反，铸件的凝固模式变为糊状凝固。(2)铸造合金的收缩在铸造合金从液态冷却到室温的过程中，体积和尺寸减小的现象称为收缩。它主要包括以下三个阶段：1 .液态收缩金属由于液态温度降低而产生的体积收缩。2.凝固收缩熔融金属在凝固过程中的体积收缩。液体收缩和凝固收缩是铸件产生缩孔和气孔的根本原因。3.固态收缩金属因固态温度降低而产生的体积收缩。固体收缩对铸件的形状和尺寸精度有很大影响，是铸件产生应力、变形和裂纹等缺陷的根本原因。(3)影响合金1收缩的因素。具有不同化学成分的合金的收缩率通常是不同的。在普通铸造合金中，铸钢的收缩最大，灰铸铁的收缩最小。2.浇注温度合金浇注温度越高，过热度越大，液体收缩越大。3.铸件结构和铸造条件当铸件冷却和收缩时，由于铸件的不同形状和尺寸以及每个部件的不同冷却速度，铸件的实际收缩率总是小于其自由收缩率，这导致收缩不一致和相互阻碍，以及铸模和型芯对铸件收缩的阻力。该阻力越大，铸件的实际收缩越小。(4)收缩对铸件质量的影响1。收缩和收缩孔隙(1)缩孔总是在铸件的上部或最终凝固的部分形成。它的外部特征是：内表面粗糙，形状不规则，更像一个倒圆锥。缩孔通常隐藏在铸件内部，有时仅在切割后暴露。缩孔主要是由液体收缩和凝固收缩引起的。缩孔形成过程如图9-6所示。图9-6是缩孔形成过程的示意图，(2)宏观缩孔主要分布在铸件的最终凝固部位，微观缩孔是晶粒间存在的微小孔洞，形成缩孔的主要原因也是液体收缩和凝固收缩。缩孔的形成过程如图9-7所示。图9-7缩孔形成过程示意图，(3)缩孔和缩孔的预防措施(1)定向凝固是利用定向凝固的原理，按照规定的方向，将铸件从一个部位逐渐凝固到另一个部位的过程。合理性在铸件的凝固和随后的冷却过程中，随着温度的降低，铸件的应力、变形和裂纹将不断收缩。如果收缩受到阻碍，铸件中将产生应力，导致变形或开裂。这种缺陷的出现将严重影响铸件的质量。(1)铸造应力根据其成因可分为三种类型：a)在凝固和冷却过程中热应力铸件不同部分收缩不均匀引起的应力。b)由于固相变化引起的固相变化应力铸造各部分的不均匀体积变化引起的应力。c)收缩应力当铸件在固态下收缩时，应力是由外力如模具、型芯、浇口头、盒塞等的阻碍引起的。铸造后铸件不同部位存在的内应力称为残余应力。(2)防止和消除铸造应力的措施A)采用同步凝固的原则。同步凝固是指通过设置冷铁和设置浇口位置，使铸件的温差最小化，从而基本上实现铸件各部分同时凝固。如图9-9所示。b)提高模具温度c)提高模具和型芯的屈服d)执行应力消除退火，图9-9同时凝固的原理，和(3)铸件的变形和防止铸件变形，包括在铸件凝固后发生的变形和随后的切割变形。有几种方法可以防止铸件变形：a)反向变形法可以使预变形量等于铸件变形量，但与模型上的铸件变形量相反，以抵消铸件变形。这种方法称为反向变形法。b)应力消除退火应在应力消除退火铸件加工前进行，以稳定铸件尺寸并降低切削变形程度。c)设置工艺肋为了防止铸件的铸态变形，工艺肋可以设置在容易变形的位置。(4)铸件中的裂纹及预防A)铸件裂纹的分类和形态铸件通常有两种开裂方式：热裂和冷裂。当固体合金的线性收缩受到阻碍时，如果在该温度下产生的应力超过合金的强度，就会发生热裂纹。当铸件处于弹性状态且铸造应力超过合金的强度极限时，就会产生冷裂纹。热裂纹通常沿着晶界产生和发展。它们的形状短而弯曲，裂缝的内表面被氧化。冷裂纹通常是穿晶裂纹，具有小裂纹和连续的线性或光滑曲线形状。裂缝是干净的，有时会轻微氧化。b)防止铸造裂纹为了有效防止铸造裂纹的发生，应采取措施尽可能降低铸造应力；同时，在金属冶炼过程中，应严格控制可能扩大金属凝固温度范围的元素的添加以及钢中硫和磷的含量。偏析铸造中化学成分不均匀的现象称为偏析。铸件的偏析可分为三种类型：粒内偏析、区域偏析和体积质量偏析。(1)晶粒内偏析(也称为枝晶偏析)是指在一定凝固温度范围内的合金铸件中出现的晶粒各部分化学成分不均匀的现象。为了防止和减少颗粒内偏析的产生，生产中经常采用缓慢冷却或孕育。(2)区域分离是指铸造部分的整体化学成分和结构的不均匀性。为避免局部偏析的发生，应采取预防措施，如控制浇注温度不要过高，采用快速冷却以防止偏析发生过晚，或采取工艺措施使铸件横截面的温度梯度降低，使表层和中心部分同时凝固。(3)重力偏析铸件上下部分化学成分不均匀的现象称为重力偏析。为了防止比重偏析，在浇注过程中，应充分搅拌金属液体或加速合金液体的冷却，以使液相和固相不能它的特点是体积小，形状多而分散，多为圆形、椭圆形或针形，通常分布在整个铸造区。(3)反应性孔统称为反应性孔，由注入模具的熔融金属与模具材料、型芯支架、冷铁或炉渣之间的化学反应产生的气体形成。这种气孔通常出现在铸件表层以下1毫米至2毫米处。孔的内表面光滑，孔的直径为1-3毫米。铸铁是一系列合金的总称，主要由铁、碳和硅组成。在这些合金中，碳的质量分数超过了共晶温度下奥氏体固溶体中的碳含量。(1)铸铁的分类1。按铸铁中碳的形式分类(1)白口铸铁是指铸铁中的碳主要以游离碳化铁的形式存在，并有银白色的断口。(2)灰铸铁是指碳主要以片状石墨形式存在的铸铁，断口为灰色。它是工业上使用最广泛的铸铁。(3)大麻铸铁是指碳部分以游离碳化铁的形式出现，而部分以石墨的形式出现，具有灰色和白色的断口。在第二部分，铸造合金I和铸铁是常用的。2.根据铸铁中石墨形态的分类(1)普通灰铸铁中石墨呈片状，如图9-10所示。图9-10灰铸铁，(2)蠕墨铸铁为蠕虫状，如图9-11所示；图9-11蠕墨铸铁，(3)可锻铸铁石墨呈絮状，见图9-12；图9-12可锻铸铁，(4)球墨铸铁石墨为球形，见图9-13。图9-13球墨铸铁。3.根据铸铁的化学成分，(1)普通铸铁，(2)合金铸铁，(2)灰铸铁1。灰铸铁的组织和性能(1)灰铸铁的组织灰铸铁的组织由金属基体(铁素体和珠光体)和片状石墨组成。灰铸铁结构：铁氧体片状石墨铁氧体。珠光体片状石墨珠光体片状石墨(2)灰铸铁的性能a)由于石墨的存在，一方面降低了基体轴承的有效面积，另一方面，容易在基体中造成应力集中现象，导致灰铸铁的抗拉强度和弹性模量都比钢低得多，断裂强度通常为120 250 MPa塑性和冲击韧性接近0，属于脆性材料。b)工艺性能灰铸铁是脆性材料，不能冲压。同时，它的焊接性能也很差。然而，灰铸铁具有良好的可加工性。c)阻尼灰铸铁具有良好的阻尼性能，其阻尼能力约为钢的5 10倍。工业上常用它来制造机床床身、机床底座等。d)良好的耐磨性e)低缺口敏感性。2.灰铸铁的孕育是一种向熔融金属中加入少量材料以促进成核并改善其结构和性能的方法。添加的材料称为孕育剂。常用的孕育剂是FeSi75，熔点为1300，孕育后的铸铁称为孕育铸铁。与普通灰铸铁相比，孕育铸铁的强度和硬度有显著提高。孕育铸铁适用于对强度、硬度和耐磨性要求高的重要铸件，尤其适用于大型铸件，如床身、凸轮、凸轮轴、气缸体和气缸套。灰铸铁的孕育处理见图9-14。图9-14灰铸铁的孕育处理。(3)可锻铸铁可锻铸铁是通过石墨化或氧化脱碳可锻铸铁以改变其金相组织或成分而获得的具有较高韧性的铸铁。事实上，可锻铸铁是不可锻的。这个名字只表明它有一定的可塑性和韧性。1.可锻铸铁的显微组织和性能特征(1)可锻铸铁的显微组织可锻铸铁的显微组织由金属基体(铁素体和珠光体)和石墨团组成。(2)可锻铸铁的性能可锻铸铁的强度一般为300 400兆帕，最高可达700兆帕。同时，可锻铸铁具有一定的塑性和较高的冲击韧性。可锻铸铁的铸造性能可锻铸铁具有低碳和硅的质量分数，熔点比灰铸铁高，且凝固温度范围大，因此铁水的流动性差，且出钢率低在设计铸件时，除了考虑合理的结构形状外，还应根据铸造过程中的定向凝固原理设置冒口和冷铁，以适当改善型砂的耐火性、屈服性和透气性。为了阻挡炉渣，应在浇注系统中放置过滤网。(4)球墨铸铁球墨铸铁是一种铸铁，其中大部分或全部石墨是球状的，有时少量石墨在铁水球化后呈絮状。1.球墨铸铁的组织和性能(1)球墨铸铁的组织球墨铸铁的组织由金属基体(铁素体和珠光体)和球状石墨组成。(2)球墨铸铁的性能球墨铸铁不仅比灰铸铁强得多，比可锻铸铁和其他铁更好，甚至可与钢相媲美，尤其是屈强比(一般大于0.7)明显高于碳钢(仅约0.6)，疲劳强度接近中碳钢，而