特种铸造基础知识PPT课件

.,1,9.真空吸铸VacuumCasting,真空铸造是指利用真空条件进行的各种铸造过程包括造型、充型、凝固等等。,真空造型紧实砂型,真空吸铸,真空实型铸造;真空低压铸造;真空差压铸造;真空熔模吸铸,TheV-ProcesswasinventedinJapanin1971asanimprovementonconventionalsandcasting.,.,2,8.1真空铸造成形的主要原理,8.1.1真空度对型腔紧实的影响,在造型方面研究发现：真空度高，型腔紧实度高，铸件质量也高。但真空度过高时，造型材料的紧实度也大，铸件就易出现裂纹；而且金属液常被抽过铸模形成铸件表面的针刺和粘砂缺陷。当真空度过低时，会降低铸型的紧实度。同时还降低了排气效率，铸件易产生增碳和气孔等缺陷。,.,3,8.1.2真空度对金属液流动的影响充型,很多人对真空下金属液前沿流动形态和流动速度进行了大量研究。结果发现：抽真空，可以改变金属液前沿流动形态。而金属液前沿的流动形态直接影响铸件的充型情况。真空吸铸有利于铸型中气体的排除，抑制紊流及卷气的产生，使金属液的充型能力明显提高。正因为如此，真空吸铸时，金属液的浇注温度可以比重力浇注时低2030，可浇铸壁厚相差大、薄壁、品质要求高的铸件。真空吸铸时，金属液的充型可以近似为射流过程，此时金属液的充填状态取决于射流的宽度、金属液的粘度、金属液进入型腔的速度、内浇道的尺寸和分布、型腔的尺寸等因素，在内浇道的尺寸和分布及型腔的尺寸确定后主要取决于金属液进入型腔的速度。真空度在7346KPa之间比没有真空度的铸型，充型速度可提高一倍。,.,4,8.1.3真空度对金属液凝固的影响,真空造型主要是通过干砂之间的热传导来冷却，砂粒之间是以点或类似点的状态接触，砂粒间空气稀薄，热量只能,砂粒间极小接触面的热传导和热辐射传递出去，所以热的扩散能力较差，冷却速度最慢。浇入铸型内的金属液，在真空吸力作用下，具有密贴于型腔壁面的倾向，这似乎有利于热的传导，但与铸型型腔表面水的汽化及有机物燃烧时大量吸热、形成快冷的条件相比，其冷却效果还是较差的。所以真空度的大小将影响铸型的冷却速度。铸型中的真空度愈高，则铸件冷却速度就愈慢。另外,研究发现铸件凝固时间与铸件模数有关。试验测定不同真空度对模数低于2.O的试块，其凝固时间基本无影响；模数大于2.O，真空度越高，铸件凝固越慢。这是因真空度越高，砂粒间存留的空气越稀薄，空气以传导和对流方式作为热传递的媒质作用也微弱的缘故。,.,5,8.1真空铸造的主要工艺,.,6,真空吸铸是一种在型腔内造成真空，把金属液由下而上地吸入型腔，使金属凝固成形的铸造方法。,.,7,主要工艺参数：铸型型腔真空度真空保持时间吸铸温度涂料,.,8,这种材料成形方式并不局限于金属材料,.,9,9.连续铸造,连续铸造是一种先进的铸造方法，其原理是将熔融的金属，不断浇入一种叫做结晶器的特殊金属型中，凝固（结壳）了的铸件，连续不断地从结晶器的另一端拉出，它可获得任意长或特定的长度的铸件。ContinuousCasting,.,10,连续铸造方法的设想是英国人H.贝塞麦于1857年提出的，在当时的技术条件下未能实际应用，直到20世纪30年代，这种方法才成功地用于铜、铝合金的铸造。到50年代，连续铸造在各国的钢厂正式用于铸钢。根据铸造出的成型材料不同，连续铸造有铸锭、铸管、铸板等。,连续铸造适用于铁、钢、铜、铅、镁等合金的断面形状不变和长度较大的铸件生产。连续铸造使用的设备和工艺过程都很简单，生产效率和金属利用率高，用以和轧机组成生产线时，还可大量节省能源。,.,11,.,12,.,13,连续铸造的特点和应用连续铸造在国内外已被广泛采用，例如连续铸锭（钢或有色金属锭），连续铸管等。连续铸造和普遍铸造法比较有下述优点：1.由于金属被迅速冷却，结晶致密，组织均匀，机械性能较好；2.连续铸造时，铸件上没有浇注系统的冒口，故连续铸锭在轧制时不用切头去尾，节约了金属，提高了收得率；3.简化了工序，免除造型及其它工序，因而减轻了劳动强度；所需生产面积也大为减少；4.连续铸造生产易于实现机械化和自动化，铸锭时还能实现连铸连轧，大大提高了生产效率。,.,14,特种铸造技术与可持续发展,铸造：制造业基础，国民经济基础产业。中国世界制造工厂振兴装备制造业是“十六大”提出的一项战略任务中国铸造大国，但不是铸造强国,.,15,电弧炉,铸造行业技术水平低、能耗高、污染严重,铸铁件平均生产能耗（kgce/吨）,冲天炉,.,16,我国节能减排的潜力巨大先进熔炼技术与设备先进造型工艺计算机技术废弃物综合利用,以传统砂型铸造铸铁工艺流程为例,造型机械化,先进熔炼设备,冶炼过程烟尘治理,铸造过程模拟,目前7080%铸件仍采用砂型铸造,.,17,新材料技术（废钢直接利用等）,计算机技术应用,近净成形技术,集成与创新：先进技术+设备+管理,提高铸件性能质量,降低废品率,节能减排,烟尘治理废渣综合利用,先进造型材料与工艺,先进熔炼工艺与设备,主攻方向,手段,手段,铸件成形工艺发展方向：高精度、短流程、复杂化、大型化先进铸造技术及管理,.,18,特种铸造一般能至少实现以下一种性能：,提高铸件的尺寸精度和表面质量提高铸件的物理及力学性能提高金属的利用率(工艺出品率)减少原砂消耗量适宜高熔点、低流动性、易氧化合金铸造改善劳动条件，便于实现机械化和自动化,特种铸造的内涵泛指除传统砂型铸造以外的铸造方法,复习大纲,.,19,1.熔模铸造,熔模铸造通常是在可熔模样的表面涂覆多层耐火材料，待其氧化干燥后，加热将其中模样熔去，而获得具有与模样形状相应空腔的型壳，再经过焙烧，然后在型壳温度很高的情况下进行浇注，从而获得铸件的一种方法。,定义,熔模铸造工艺、工序及其描述,.,20,制造型壳用的材料可分为两种类型一种是用来直接形成型壳的，如耐火材料、粘结剂等，构成涂料另一类是为了获得优质的型壳，简化操作、改善工艺用的材料，如熔剂、硬化剂、表面活性剂（润湿、消泡）等。,制壳用材料的分类和组成,常用加热方法及其适用范围、特点,脱蜡De-wax,热水法：95未沸腾适用于蜡基模料熔模缺点：砂粒易落入型壳内引起铸件夹砂溶化不均匀引起型壳开裂粘接剂吸水回溶引起型壳破热水中模料易皂化,高压蒸汽法：350600kPa,150,1015min适用于松香基和蜡基模料熔模,熔模铸造工艺的优点,.,21,2.金属型铸造,金属型铸造与砂型铸造相比，在性能上有什么区别？在铸件充型凝固过程中有何表现？,砂型,透气性,没有透气性,金属型,导热性差,导热性很好,退让性,没有退让性,.,22,金属型（如铸铁）的热扩散系数比砂型大约20倍，如不考虑中间层的影响，同样的铸件在金属型中的冷却速度要比砂型中快约20倍。,由于金属型材料本身没有透气性，很易被挤赶入铸型内凹入的死角或两股金属流的汇合处，形成气阻，使液体金属不能充满，造成铸件浇不足和冷隔等缺陷。,金属型铸造时，在采用金属型芯的场合，铸型和型芯都没有退让性，因此，当金属凝固至固相枝晶形成连续骨架时，铸件上某些部位产生的线收缩便会受到金属铸型和金属型芯的阻碍，在此情况下，铸件上收缩受阻的部位内出现拉应力，不能收缩的铸件部位呈现拉伸变形。,.,23,对应金属型铸型无退让性和无透气性，应采取何种措施？,1设计金属型是必须注意金属型排气系统的建立，如开通气孔、排气槽、设计排气塞等。2设计金属型工艺时，必须注意型腔气体的引出，如利用砂芯和较厚的涂料层排气。3尽可能消除产生气体的根源，如采用发气性较小的涂料原料，金属性必需预热100以上才浇注，涂料层应充分干燥，及时去除型腔表面的铁锈和微裂纹等。,无透气性：,.,24,无退让性：,采取措施：在金属型铸造时特别注意尽可能早地从型中取出铸件和从铸件中取出金属型芯；金属型设计时考虑设置能简易、平稳去除铸件和型芯的机构；对严重阻碍铸件内孔收缩的部位改用砂芯形成孔腔，增大金属型铸件的铸造斜度，增加涂料层厚度，在涂料中加入可减少摩擦系数的成分等。,.,25,涂料应符合下列技术要求：要有一定粘度，便于喷涂，在金属型表面上能形成均匀的薄层；涂料干后不发生龟裂或脱落，且易于清除；具有高的耐火度；高温时不会产生大量气体；不与合金发生化学反应（特殊要求者除外）等。,金属型的涂料的作用、性能要求和主要组成,.,26,影响金属型的寿命的主要因素有哪些？,影响金属型使用寿命的主要因素：,（1）应力叠加铸件中的铸造应力（由于热处理不足形成的铸型中的铸造应力）浇注时温度分布不均匀产生的热应力,（2）热应力疲劳,（3）铸铁生长铸铁中的珠光体在浇注金属的热作用下分解为石墨和铁素体，伴随有体积的增大。增大部位分布不均匀，造成热应力疲劳裂纹扩展。,（4）氧气侵蚀热应力疲劳裂纹中的空气中的氧在高温下加速与裂缝壁上的金属发生氧化，伴随体积膨胀。,（5）金属液的冲刷浇注时金属液流过金属型表面，有一定的冲刷作用。金属型工作表面再高温金属流冲刷下温度迅速升高，强度也随之降低。,（6）铸件的摩擦在取出铸件时，由于金属型无退让性，其表面承受较大的表面接触摩擦。在高温低强度时，容易摩擦受损。,.,27,提高金属型寿命的途径有哪些？1选用导热系数大，热膨胀系数小，而且强度较高的材料制造金属型；2合理的涂料工艺，严格遵守工艺规范；3金属型结构合理，制造毛坯过程中应注意消除残余应力；4金属型材料的晶粒要细小。5控制好工作温度，尽可能早取出铸件。,.,28,低压铸造的概念（LowPressureCasting）在低压气体作用下使液态金属充填铸型并凝固成铸件的铸造方法。气体压力一般为0.61.5帕。,差压铸造的概念(DifferentialPressureCasting)又称反压铸造、压差铸造。它是在低压铸造的基础上，铸型外罩个密封罩，同时向坩埚和罩内通入压缩空气，但坩埚内的压力略高，使坩埚内的金属液在压力差的作用下经升液管充填铸型，并在压力下结晶。它是低压铸造与压力下结晶两种铸造方法的结合。,.,29,4.压力铸造,定义:压力铸造(PressureCasting/DieCasting/HighPressureDieCasting)是液态或半固态金属在活塞的高压作用下以较高的速度充填铸型型腔,并在压力作用下凝固而获得铸件的方法。,压铸机的主要分类压铸机有热压室和冷压室之分，热压室是指压铸机上给铸件金属施加压力的空间浸泡在熔融的金属液中，而冷压室的周围则没有特殊的加热措施。冷压室压铸机根据压室在空间位置的不同又可分为立式、卧式和全立式三种。,.,30,A活塞移动的加速过慢则可能会使液面上波峰的前进传布速度大于活塞的移动速度，当波峰前进传布到达压室的左端面时，在波峰后面的金属液面上还有一个充满空气的空间，最后反流波峰和活塞面上升高的金属液便会在压室中裹进被封死的空气进入压铸型，使铸件中形成气孔。,以卧式冷压室压铸机为例，描述压铸时金属所受压力和活塞移动速度之间的关系（三种情况），那种情况时理想状况？,B活塞移动的加速过快在活塞端面前可能会形成液流的波峰，它也会把空气裹入金属液，在铸件中形成气孔。,C活塞移动速度适当随着活塞的移动，在活塞端面前形成充满压室整个断面的液面抬高短，随着活塞的继续前进，一次增加抬高段的程度，把压室内空气向左挤，进入型腔，通过排气通道进入大气。,.,31,压铸用涂料的性能要求,压铸过程中，为了避免铸件与压铸型焊合，减少铸件顶出的摩擦阻力和避免压铸型过分受热而采用涂料。对涂料的要求：1）在高温时，具有良好的润滑性；2）挥发点低，在100150时，稀释剂能很快挥发；3）对压铸型及压铸件没有腐蚀作用；4）性能稳定在空气中稀释剂不应挥发过决而变稠；5）在高温时不会析出有害气体；6）不会在压铸型腔表面产生积垢。,.,32,压力铸造工艺特征,与其它铸造方法相比，压铸有以下三方面优点：1.产品质量好铸件尺寸精度高，一般相当于67级，甚至可达4级；表面光洁度好，一般相当于58级；强度和硬度较高，强度一般比砂型铸造提高2530，但延伸率降低约70；尺寸稳定，互换性好；可压铸薄壁复杂的铸件。例如，当前锌合金压铸件最小壁厚可达0.3mm；铝合金铸件可达0.5mm；最小铸出孔径为0.7mm；最小螺距为0.75mm。2.生产效率高机器生产率高，例如国产J3型卧式冷空压铸机平均八小时可压铸600700次，小型热室压铸机平均每八小时可压铸30007000次；压铸型寿命长，一付压铸型，压铸钟合金，寿命可达几十万次，甚至上百万次；易实现机械化和自动化。3.经济效果优良由于压铸件尺寸精确，表泛光洁等优点。一般不再进行机械加工而直接使用，或加工量很小，所以既提高了金属利用率，又减少了大量的加工设备和工时；铸件价格便易；可以采用组合压铸以其他金属或非金属材料。既节省装配工时又节省金属。,.,33,压铸虽然有许多优点，但也有一些缺点，尚待解决。如：1).压铸时由于液态金属充填型腔速度高，流态不稳定，故采用一般压铸法，铸件易产生气孔，不能进行热处理；2).对内凹复杂的铸件，压铸较为困难；3).高熔点合金（如铜，黑色金属），压铸型寿命较低；4).不宜小批量生产，其主要原因是压铸型制造成本高，压铸机生产效率高，小批量生产不经济。,.,34,5.挤压铸造,定义：挤压铸造(又称液态模锻),作为一种实现锻铸相结合,净成形的先进工艺技术，是指液态或半液态金属在压力作用下以合理的速度充填模腔并在高压下快速凝固成型的方法.SqueezeCasting/Squeeze-casting/ExtrusionCasting,挤压力的范围及依据,铸型垂直合型挤压铸造时所采用的冲头加压压力值是保证铸件质量的重要参数，一般铸件壁越薄，所需施加的压力越大；铸钢比有色合金铸造时需要的压力大；铸造半固态合金时比铸造液态合金所需要的压力大。有色金属铸型垂直合型挤压铸造时所采用的压力一般应大于50MPa；而挤压铸造钢件时，采用的压力应大于250MPa。,.,35,简述合金压力下结晶的强化机理,改变合金状态图和某些热物理参数结晶时体积收缩的纯金属和共晶合金,如铝、镁、锌、钢、铁及Al2Si等,压力下结晶会使其熔点升高,即增加其过冷度,这有利于合金显微组织的细化。反之,结晶时体积膨胀的金属与共晶合金则会有相反的结果。实际上,压力的变化会导致整个状态图变化,如改变相变点位置、相区范围,甚至相的性质等。,影响合金的宏观晶粒度,细化其显微组织由于压力结晶会改善合金与铸型壁的热交换条件,使生长中的枝晶破碎,以形成新晶核,因此,在工艺选配得当的情况下,压力结晶是可以使合金宏观晶粒细化的。,阻止气体的析出及气孔的形成这是由于外部的压力能提高气体在合金中溶解度,并阻止气泡在液态合金中的形核及长所致。这无疑对提高挤压铸件内部质量是至关重要的。,.,36,压力补缩及塑性变形的作用压力补缩是挤压铸造的最主要特征。而为了使凝固中的液态合金受压,外加的机械压力必须使已形成的结晶硬壳不断压缩变形才能实现。因此,挤压铸造过程会使铸件有少量塑性变形。当然这种压力补缩及塑性变形的效果是与铸件形状、挤压方式和工艺参数密切相关的,也是决定铸件合金强化效果的关键所在。,压力增大液态合金的流动性,减少铸件收缩及裂纹倾向挤压铸造时,液态合金是靠压力充型的。因此,挤压铸造对合金本身的铸造流动性的要求不高。压力下凝固可减少合金凝固的铸造收缩率,一般情况下,挤压铸造的收缩率为常规金属型铸造的1/21/3,因而挤压铸造可减少合金的铸造裂纹倾向。因此,挤压铸造对合金本身的铸造性能(即上述的流动性、裂纹倾向等)要求不高。使某些铸造性不好的变形合金也适用于挤压铸造工艺生产。,.,37,6.离心铸造,定义：离心铸造是将液体金属浇入旋转的铸型中，使液体金属在离心力的作用下充填铸型和凝固形成的一种铸造方法。CentrifugalCasting,特点：由于离心铸造时液体金属是在旋转情况下充填铸型并凝固的，因而离心铸造便具有如下特点：（1）液体金属能在铸型中形成中空的圆柱形自由表面，这样便可不用型芯就能铸出中空铸件，大大简化了套筒、管类铸件的生产过程；（2）由于旋转式液体金属所产生的离心力作用，离心铸造工艺可提高金属冲填铸型的能力，因此一些流动性较差的合金和薄壁铸件都可用离心铸造生产；（3）由于离心力的作用，改善了补缩条件，气体和非金属夹杂也易于自液体金属中排出，因此离心铸件的组织较致密，缩孔（缩松）、气孔、夹杂等缺陷较少；（4）消除或大大节省浇注系统和冒口方面的金属消耗；（5）铸件易产生偏析，铸件内表面较粗糙。内表面尺寸不易控制。,.,38,7.消失模铸造,定义:消失模铸造技术是将与铸件尺寸形状相似的发泡塑料模型粘结组合成模型簇，刷涂耐火涂层并烘干后，埋在干石英砂中振动造型，在一定条件下浇注液体金属，使模型气化并占据模型位置，凝固冷却后形成所需铸件的方法。,主要工艺流程、工序,.,39,LFC法的主要特点：1）LFC是一种近无余量、精确成形的工艺；2）容易实现清洁生产；3）为铸件结构设计提供了充分的自由度；4）金属液的流动前沿是热解的消失模产物（气体和液体），它会与金属液发生反映并影响到金属液的充填，如果金属充型过程中热解产物不能顺利排除，就容易引起气孔、皱皮、增碳等缺陷。这就要