工程材料及加工+铸造.ppt

在铸造的第二部分中，液态金属被注入到与零件的形状和尺寸相适应的模腔中，并被冷却和固化以获得毛坯或零件。这种生产方法叫做铸造。铸造是最古老的金属成形方法，并且仍然是毛坯生产的主要方法。它在机械制造业中占很大比例。在机床和内燃机中，铸件占总重量的70%-90%。拖拉机占50%-70%；农业机械占40%-70%。铸造生产的优点：可制成形状复杂的毛坯，特别是复杂的内腔，如箱体、缸体等。适应的范围很广。各种常用的金属材料都可以铸造，铸造尺寸几乎是无限的，从几克到几百吨；壁厚可从1毫米到1米。铸件的批次不受限制，从单件、小批量到大批量。可以利用废钢屑，设备成本低，铸造加工余量小，节约金属，制造成本低。普通铸造法，砂型铸造占铸件总产量的90%；特种铸造：熔模铸造、金属铸造、压力铸造、离心铸造等。第一章铸造工艺基础铸件生产工艺复杂，影响铸件质量的因素很多，废品率普遍较高。影响铸件质量的因素不仅与铸造工艺有关，还与铸造材料、铸造合金、熔炼、浇注等有关。首先讨论合金的铸造性能以及铸造缺陷的形成和预防，为合理选择铸造合金和铸造方法奠定基础。第1节液态合金的填充，用液态合金填充模具的过程，简称填充。液态合金填充型腔并获得形状完整、轮廓清晰的铸件的能力称为液态合金的填充能力。在液态合金的充型过程中，有时会伴随着结晶现象，如果充型能力不足，在型腔充型前，形成的晶粒会堵塞充型通道，金属液会被迫停止流动，从而导致铸件出现浇注不足或冷隔等缺陷。影响灌装量的主要因素如下。合金的流动性，液态合金本身的流动性，被称为合金的流动性，使其成为合金的主要铸造性能之一。合金的流动性越好，填充能力就越强，铸造轮廓清晰的薄而复杂的铸件就越容易。同时，它有利于非金属夹杂物和气体的漂浮和去除，也有利于合金凝固过程中产生的收缩。液态合金的流动性通常用螺旋试样的长度来衡量，而化学成分对液态合金流动性的影响通常最为显著。主要是结晶温度范围。纯金属和共晶合金的结晶是在具有最佳流动性的恒温下进行的。合金成分离共晶点越远，结晶温度范围越宽，流动性越差。随着碳含量的增加，亚共晶铸铁的结晶温度范围减小，流动性增加。(2)浇注条件，(1)浇注温度浇注温度越高，合金的粘度越低，由于过热度高，合金在模具中保持长时间流动，所以填充能力强；相反，填充能力差。流动性差的薄壁铸件或合金可适当提高浇注温度，以防止浇注不足和冷隔缺陷。但是，如果浇注温度过高，铸件容易出现缩孔、气孔、粘砂、气孔、粗晶等缺陷。因此，在保证足够灌装量的前提下，浇注温度不宜过高。液态合金上的压力越大，填充能力越好。因此，有压力铸造、低压铸造和离心铸造工艺。充填压力远远高于砂型铸造，因此充填能力更强。(3)充模条件。当填充液态合金时，模具阻力会影响合金的流速，模具与合金之间的热交换会影响合金保持流动的时间。因此，以下因素3.模具中的气体，在熔融金属的热作用下，模具(尤其是砂型)会产生大量的气体。如果模具的排气能力差，模腔中的气压将增加，从而阻碍液态合金的填充。为了降低气体的压力，除了尽量减少气体的来源外，模具应具有良好的透气性，并在远离浇口的最高处开有出气口。铸件第二部分的凝固和收缩。首先，在凝固过程中，铸件的凝固方式一般在其横截面上有三个区域，即固相区、凝固区和液相区，其中液相和固相共存的凝固区宽度是影响铸件的主要因素。铸件的“凝固模式”根据凝固带的宽度来划分。(a)逐层固化，(b)中间固化，(c)糊状固化，和(1)逐层固化，因为在纯金属或低共熔合金的固化过程中没有液体和固体共存的固化区。随着温度的降低，固体层不断增厚，液体层不断减少，直至达到铸件的中心。这种固化方法称为逐层固化。2.糊状凝固如果合金的结晶温度范围很宽，铸件的温度分布相对较平，在一定的凝固时间内，铸件表面没有固体层，液体和固体共存的凝固区贯穿整个截面。由于这种固化方法类似于水泥，即先成糊状，然后固化，因此称为糊状固化。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，这被称为中间凝固。铸件质量与其凝固方式密切相关。逐层凝固时，合金具有很强的填充能力，便于防止缩孔和气孔；当糊状物凝固时，很难获得具有致密晶体的铸件。普通合金中，灰铸铁、铝硅合金等。倾向于一层一层地凝固，使得获得致密铸件变得容易。球墨铸铁、锡青铜、铝铜合金等。倾向于凝固成糊状。为了获得致密铸件，通常需要适当的技术措施来补充或减少其凝固区域。当合金从浇注和凝固冷却到室温时，铸造合金的收缩称为收缩。收缩给铸造工艺带来许多困难，是许多铸造缺陷(如缩孔、缩松、裂纹、变形等)的根源。)。为了使铸件的形状和尺寸符合技术要求，结构紧凑，必须研究收缩规律。合金的收缩经历了以下三个阶段：(1)浇注温度和凝固开始温度(即液相线温度)之间的收缩；(2)凝固开始温度和凝固结束温度(即固相线温度)之间的收缩；(3)凝固结束温度和室温之间的收缩。合金的液体收缩和凝固收缩表示为合金的体积收缩，通常用单位体积的体积收缩来表示。合金的固态收缩不仅导致合金体积的减小，而且更明显地表现为铸件尺寸的减小。因此，实体收缩通常用单位长度的收缩(即线性收缩)来表示。不同的合金有不同的收缩率。铸件的实际收缩与其化学成分、浇注温度、铸件结构和铸造条件有关。几种铁碳合金的体积收缩，3。铸件中的收缩和收缩气孔，1。缩孔和缩松的形成在液态合金凝固过程中，如果因液态收缩和凝固收缩而减少的体积不能得到弥补，铸件的最终凝固部分将会形成一些孔洞。根据孔洞的大小和分布，可分为缩孔和气孔。(1)缩孔是集中在铸件上部或最终凝固部分的大体积孔。合金的液体收缩和凝固收缩越大，浇注温度越高，铸件越厚，凝固收缩越大2.防止缩孔和气孔。缩孔和气孔是铸件力学性能下降的原因。缩孔也会导致铸件因泄漏而报废。采取适当的技术措施来防止它。只要铸件能实现“定向凝固”(即顺序凝固)，就应安装冒口和冷铁，以实现铸件的定向凝固。然而，冒口和冷铁的安装以及定向凝固的实现可以有效地防止缩孔和宏观缩孔，但是这消耗了大量的金属和工时，并且增加了铸造成本。对于具有非常宽的结晶温度范围的合金，由于膏状物凝固的趋势和结晶后覆盖铸件整个横截面的巨大树枝状晶体框架，难以避免微观收缩孔隙。显然，它适用于使用近共晶成分或窄结晶温度范围的金属来生产铸件。第三节，铸件内应力、变形和裂纹。如果在凝固后的连续冷却过程中铸件的固体收缩受到阻碍，铸件内部将产生内应力。这些内应力有时会在冷却过程中暂时储存，有时会保持在室温。后者称为残余内应力。铸件变形的基本原因和铸件内应力引起的裂纹。1.内应力的形成。热应力是由不均匀的壁厚和铸件各部分不同的冷却速度造成的，导致铸件各部分在同一时期收缩不一致。分析了热应力的形成。根据上述分析，热应力使铸件的厚壁或芯拉伸，薄壁或表层压缩。铸件壁厚差异越大，合金的线性收缩率越高，弹性模量越大，热应力越大。防止热应力的基本方法是尽可能减小铸件各部分之间的温差，以便均匀冷却。采用同步凝固的原则可以降低铸件内应力，防止铸件变形和裂纹缺陷，避免设置冒口，节省人力和物力。它的缺点是铸件容易出现缩孔或气孔。例如，灰色铸铁和锡青铜，2。机械应力它是由模具或型芯机械阻碍合金固体收缩形成的内应力。2.铸件变形及预防。有残余内应力的铸件是不稳定的，会通过变形自发地释放内应力，从而变得稳定。为了防止铸件变形，除了铸件的壁厚应均匀和形状应尽可能对称之外，在铸造过程中应采用同步凝固的原则，以确保均匀冷却。对于长而易变形的铸件，也可采用“反向变形”工艺。实践证明，虽然变形铸件的内应力有所减轻，但并没有完全消除。这种铸件加工后，由于内应力的重新分布，轻微的变形会慢慢发生，使零件失去应有的精度。因此，必须对不允许变形的重要零件进行时效处理。自然失效是将铸件放置在露天超过半年，使其缓慢变形，从而消除内应力。人工时效是将铸件加热到550650进行应力消除退火。实际效果处理一般安排在粗加工之后。3、铸造裂纹及预防，当铸造应力超过金属强度极限时，会产生裂纹。裂纹是铸件的严重缺陷，经常导致铸件报废。裂纹可分为热裂纹和冷裂纹。热裂纹是在高温下形成的裂纹。它的形状特点是缝隙宽，形状曲折，缝隙中有氧化色。影响热裂纹形成的主要因素有：(1)合金性能合金的结晶温度范围越宽，液固两相区的绝对收缩越大，合金的热裂纹倾向越大。灰铸铁和球墨铸铁具有较小的热裂纹倾向，而铸钢、铸铝和可锻铸铁具有较大的热裂纹倾向。此外第四节铸件质量控制由于铸造工艺多种多样，影响铸件质量的因素复杂，难以综合控制，因此铸件缺陷几乎不可能完全避免，废品率高于其他金属加工方法。表2-2列出了铸造缺陷的名称和分类，以及铸造缺陷的名称和分类。铸造质量应从以下几个方面控制：(1)合理选择铸造合金和铸造结构；(2)合理制定铸造技术要求；(3)外观质量检查；(4)铸件质量检验；(5)铸造热处理。第二章是普通合金铸件的生产。本章介绍了各种铸铁的组织、性能、生产特点和应用，同时介绍了铸钢、铸铜和铝合金及其生产特点。第一节铸铁件的生产。首先，灰口铸铁灰口铸铁是指含有片状石墨的铸铁，这是使用最广泛的铸铁，占铸铁总产量的80%以上。灰铸铁的显微组织由金属基体(铁素体和珠光体)和片状石墨组成，相当于在纯铁或钢基体上嵌入大量石墨片。石墨具有极低的强度、硬度和塑性，所以灰铸铁可视为纯铁或有细小裂纹的钢。灰铸铁的性能灰铸铁的抗拉强度低，塑性和韧性差。它是一种易碎的材料，不能锻造或冲压。焊接性能差；卓越的切割性能；铸造性能特别好。此外，石墨的存在还赋予铸铁以下优异的性能：优异的减震性、良好的耐磨性和小的缺口敏感性。2.影响铸铁组织和性能的因素。铸铁的组织由金属基体和片状石墨组成，可分为珠光体灰铸铁、珠光体铁素体灰铸铁和铁素体灰铸铁。铸铁的微观结构与铸铁中碳的形式或碳的石墨化程度有关。铸铁中石墨形状和尺寸的分布对铸铁的力学性能有很大影响。影响石墨化的因素是：1)化学成分2)在相同冷却速度下具有相同化学成分的铸铁。如果冷却速度不同，其结构和性能也不同。3.灰铸铁的孕育处理灰铸铁孕育剂的孕育处理(75%硅铁合金，铁水重量的0.25%0.6%)在浇注前加入铁水中。原理：孕育剂增加石墨晶体的核心，形成细小均匀的石墨片，获得珠光体基体组织。铸铁的机械性能大大提高。(1)灰铸铁的等级由其机械性能表示。灰铸铁的品牌以“高温”开头，后跟三个数字，其中“高温”表示灰铸铁，数字是其最小抗拉强度值。例如，HT200，II，可锻铸铁，也称为可锻铸铁。它是一种由白口铸铁经石墨化和退火制成的铸铁。由于其石墨团聚且呈絮状，大大降低了对金属基体的分裂作用，抗拉强度显著提高，如b一般达到300-400兆帕，最大可达700兆帕。特别有价值的是，这种铸铁具有相当高的塑性和韧性(b12%aK30J/cm2)。可锻铸铁以此命名，但它不能真正用于锻造。可锻铸铁的品牌由“KTH”两组数字代表，分别代表最低抗拉强度和伸长率。可锻铸铁通常用于制造形状复杂并承受冲击载荷的薄壁小零件。如果这些小零件是由普通铸钢制成，就很难制造，如果使用球墨铸铁，就很难保证质量。可锻铸铁的生产首先铸造成白口铸铁，然后进行石墨化退火，得到带有絮状石墨的灰口铸铁。球墨铸铁球墨铸铁是20世纪40年代后期发展起来的一种铸造合金。它是球状石墨铸铁，通过向从熔炉排出的铁水中加入球化剂和孕育剂而获得。1.球墨铸铁的组织和性能由于石墨球化，石墨对金属基体的分裂作用进一步降低。m的利用率球墨铸铁铸造前加入球化剂和稀土镁合金。加入铁水重量的1%-1.6%；为了促进石墨化，通常加入75%硅铁合金作为孕育剂。球墨铸铁铸件应在铸造后进行热处理。第二节铸钢件的生产。根据化学成分，铸钢件的类型和性能：铸造碳钢(80%)和铸造合金钢。铸钢的性能比铸铁好，适用于大型零件。铸钢具有良好的焊接性能，可用于铸焊结合制造大型零件。有些合金铸钢，如耐磨钢和耐腐钢，是用普通铸造方法生产的，如ZGMn13、ZG1Cr18Ni9等。二、铸钢件的生产特点。1.炼钢炉，如电弧炉和感应炉，通常用于炼钢。2.铸造工艺用钢浇注温度高，流动性差，易氧化和吸入，收缩率大，即铸造性能差。