金属工艺学第一章铸造工艺基础ppt课件

1、第二篇第二篇 铸铸 造造一、什么是铸造消费液态凝固成型一、什么是铸造消费液态凝固成型 将液态金属浇注到与零件外形相顺应的铸型型腔中，待其冷却凝固，以获得毛坯或零件的消费方法。铸造消费过程铸造消费过程零件图零件图铸造工艺图铸造工艺图铸铸型型型型芯芯芯盒芯盒 芯砂芯砂型砂型砂模型模型熔化熔化合合 箱箱落砂、清理落砂、清理检检 验验铸铸 件件二、砂型铸造的工艺过程二、砂型铸造的工艺过程浇注浇注冷却冷却凝固凝固1 1资料来源广；资料来源广；2 2废品可重熔；废品可重熔；3 3设备投资低。设备投资低。 三、铸造消费的特点三、铸造消费的特点1可消费外形恣意复杂的制件，特别是内腔外形复杂的制件。如汽缸体、汽

2、缸盖、蜗轮叶片、床身件等。1 1合金种类不受限制；合金种类不受限制；2 2铸件大小几乎不受限制。铸件大小几乎不受限制。2 2顺应性强：顺应性强： 3本钱低： 4 4废品率高、外表质量较低、劳动废品率高、外表质量较低、劳动条件差；铸件力学性能、砂型铸造铸条件差；铸件力学性能、砂型铸造铸件精度较差。件精度较差。性资料材质：不限，特别是脆构造：复杂外形、内腔壁厚：尺寸：几毫米十几米分量：几克几百吨mmm12. 0高档高档6缸小轿车的内部构造缸小轿车的内部构造不需加工或少加工的精细铸件不需加工或少加工的精细铸件不需加工开式叶轮精细铸件不需加工开式叶轮精细铸件1.1 液态合金的充型液态合金的充型充型才干

3、缺乏时，会产生浇缺乏、冷隔、夹渣、气孔等缺陷。 一液态合金的流动性合金的流动性是： 液态合金本身的流动才干。 充型充型 液态合金填充铸型的过程。液态合金填充铸型的过程。充型才干充型才干液体金属充溢铸型型腔，获得尺寸准确、液体金属充溢铸型型腔，获得尺寸准确、 轮廓明晰的成形件的才干。轮廓明晰的成形件的才干。影响充型才干的主要要素：影响充型才干的主要要素：第一章第一章 铸造工艺根底铸造工艺根底浇缺乏浇缺乏 冷隔景象冷隔景象0.45%C 铸钢：200mm出气口浇口杯 4.3%C 铸铁：1800mmv 合金流动性的测定：合金流动性的测定：v 螺旋试样测定法螺旋试样测定法合金的流动性愈好，合金的流动性愈

4、好，其长度就愈长。其长度就愈长。 合金的成分和结晶特征对流动性的影响最为显著。合金的成分和结晶特征对流动性的影响最为显著。 图图1不同结晶特征合金的流动性不同结晶特征合金的流动性 u亚共晶铸铁随含碳量的添亚共晶铸铁随含碳量的添加，结晶温度范围减小，流加，结晶温度范围减小，流动性提高。动性提高。a)在恒温下凝固在恒温下凝固b)在一定的温度范围内凝固在一定的温度范围内凝固图图2 Fe-C合金流动性与含碳量的关系合金流动性与含碳量的关系3 3浇注系统的构造浇注系统的构造 浇注系统的构造越复杂，流动阻力浇注系统的构造越复杂，流动阻力 越大，充型才干越差。越大，充型才干越差。 二浇注条件二浇注条件1 1

5、浇注温度浇注温度 普通普通T T浇越高，液态金属的充型才干越强。浇越高，液态金属的充型才干越强。2 2充型压力充型压力 液态金属在流动方向上所受的压力越大，液态金属在流动方向上所受的压力越大， 充型才干越强。充型才干越强。在消费中采用：高温出炉，低温浇注的原那么。在消费中采用：高温出炉，低温浇注的原那么。灰铸铁浇注温度为灰铸铁浇注温度为1200-0；铸钢为；铸钢为1520-1620；铝合金为；铝合金为680-780。薄壁复杂件取上限温度值，厚件那么取下限。薄壁复杂件取上限温度值，厚件那么取下限。 2 2铸型温度铸型温度 铸型温度越高，液态金属与铸型的温差铸型温度越高，液态金属与铸型的温差 越小

6、，充型才干越强。越小，充型才干越强。3 3铸型中的气体铸型中的气体4铸件构造铸件构造三铸型填充条件三铸型填充条件1 1铸型资料铸型资料 铸型资料的导热系数愈大，对液态合金的铸型资料的导热系数愈大，对液态合金的微冷才干愈强，合金的充型才干愈差。微冷才干愈强，合金的充型才干愈差。1.1.逐层凝固逐层凝固 纯金属、二元共晶成分合金在恒温下结晶时，凝固过纯金属、二元共晶成分合金在恒温下结晶时，凝固过程中铸件截面上的凝固区域宽度为零，截面上固液两相界程中铸件截面上的凝固区域宽度为零，截面上固液两相界面清楚，随着温度的下降，固相区由表层不断向里扩展，面清楚，随着温度的下降，固相区由表层不断向里扩展，逐渐到

7、达铸件中心，这种凝固方式称为逐渐到达铸件中心，这种凝固方式称为“逐层凝固。逐层凝固。1.2、合金的凝固特点、合金的凝固特点一、铸件的凝固方式一、铸件的凝固方式 (a)(b)(c)2. 2. 糊状凝固体积凝固糊状凝固体积凝固 当合金的结晶温度范围很宽，或因铸件截当合金的结晶温度范围很宽，或因铸件截面温度梯度很小，铸件凝固的某段时间内，其面温度梯度很小，铸件凝固的某段时间内，其液固共存的凝固区域很宽，甚至贯穿整个铸件液固共存的凝固区域很宽，甚至贯穿整个铸件截面，这种凝固方式称为截面，这种凝固方式称为“糊状凝固或称糊状凝固或称体积凝固。体积凝固。(a)(b)(c) 3 3中间凝固中间凝固 金属的结晶

8、范围较窄，或结晶温度范围虽金属的结晶范围较窄，或结晶温度范围虽宽，但铸件截面温度梯度大，铸件截面上的凝宽，但铸件截面温度梯度大，铸件截面上的凝固区域宽度介于逐层凝固与体积凝固之间，称固区域宽度介于逐层凝固与体积凝固之间，称为为“中间凝固方法。中间凝固方法。 (a)(b)(c)2 2铸件的温度梯度铸件的温度梯度 在合金结晶温度范围已定的前提下，凝固区域的宽窄取决于铸件内外层之间的温度差。假设铸件内外层之间的温度差由小变大，那么其对应的凝固区由宽变窄 。表层中心St铸件温度成分温度S1T1T2T浇T液T固T室影响铸件凝固方式的主要要素影响铸件凝固方式的主要要素 ：1 1合金的结晶温度范围合金的结晶

9、温度范围 合金的结晶温度范围愈小，凝固合金的结晶温度范围愈小，凝固区域愈窄，愈倾向于逐层凝固区域愈窄，愈倾向于逐层凝固 。体收缩率是铸件产生缩孔或体收缩率是铸件产生缩孔或缩松的根本缘由。缩松的根本缘由。 %100 铸件铸件铸件铸件铸型铸型VVVV %100 铸铸件件铸铸件件铸铸型型LLLL 体收缩率：体收缩率：线收缩率：线收缩率：线收缩率是铸件产生应力、线收缩率是铸件产生应力、变形、裂纹的根本缘由。变形、裂纹的根本缘由。 3 3 固态收缩固态收缩 从凝固终止温度到室从凝固终止温度到室温间的收缩。温间的收缩。 T T固固 T T室室2 2 凝固收缩凝固收缩 从凝固开场到凝固从凝固开场到凝固终止温

10、度间的收缩。终止温度间的收缩。 T T液液 T T固固二、合金的收缩特点二、合金的收缩特点1. 1. 收缩的概念收缩的概念合金的收缩阅历如下三个阶段：1 1 液态收缩液态收缩 从浇注温度到凝固从浇注温度到凝固开场温度之间的收缩。开场温度之间的收缩。 T T浇浇 T T液液表层中心St铸件温度成分温度S1T1T2T浇T液T固T室1 1化学成分化学成分 灰铸铁中碳、硅含量愈高，硫含量愈低，收缩率越小。2. 2. 影响收缩的要素影响收缩的要素2 2浇铸温度浇铸温度 浇铸温度升高，液态收缩添加，总收缩量增大。3 3铸件构造与铸型条件铸件构造与铸型条件 铸件收缩是受阻收缩；铸件收缩受阻愈大，实践收缩率愈

11、小。1 1缩孔与缩松缩孔与缩松 液态合金在冷凝过程中，假设其液态收缩和凝固收缩所缩减的容积得不到补充，那么在铸件最后凝固的部位构成一些孔洞 。大而集中的称为缩孔，细小而分散的称为缩松。1) 1)缩孔和缩松的构成缩孔和缩松的构成三、铸件中的缩孔与缩松三、铸件中的缩孔与缩松缩孔与缩松缩孔与缩松2)2)缩孔和缩松的防止缩孔和缩松的防止 防止缩孔和缩松常用的工艺措施就是控制铸件的凝固次序，使铸件实现“顺序凝固。 缩孔与缩松的防止缩孔与缩松的防止暗冒口冒口冒口 储存补缩用金属储存补缩用金属液的空腔。液的空腔。顺序凝固顺序凝固 铸件按照一定铸件按照一定的次序逐渐凝固。的次序逐渐凝固。冷铁热节2.3铸造应力

12、、变形和裂纹及其防止措施铸造应力、变形和裂纹及其防止措施 一一. .内应力的构成内应力的构成 铸件在凝固以后的继续冷却过程中，其固态收缩遭到妨碍，铸件内部即将产生内应力。 1. 1.机械应力收缩应力机械应力收缩应力 合金的线收缩遭到铸型、型芯、浇冒系统的机械妨碍而构成的内应力。上型下型内应力分为机械应力和热应力内应力分为机械应力和热应力v机械应力是暂存的应力，铸件落砂后机械应力是暂存的应力，铸件落砂后应力自行消逝。应力自行消逝。v防止产活力械应力的措施：提高铸型和型芯的退让性。防止产活力械应力的措施：提高铸型和型芯的退让性。2 2热应力热应力 热应力是由于铸件壁厚不均匀，各部分冷却速度不同，以

13、致在同一时期内铸件各部分收缩不一致而引起的应力。 tT12t0t1t2t3THT临T室塑性形状弹性形状12+-12+-1212-+12t0t1:t1t2：t2t3：T0-T1:粗、细杆均处在塑性形状，粗、细杆均处在塑性形状，无应力；无应力；T1-T2:细杆进入弹性形状，而粗细杆进入弹性形状，而粗杆仍处在塑性形状；两杆收缩不杆仍处在塑性形状；两杆收缩不同，构成暂时应力如同，构成暂时应力如b，但随，但随温度降低，应力消逝如温度降低，应力消逝如c；T2-T3:两杆均处在弹性两杆均处在弹性形状，但形状，但T粗粗T细，导致细，导致粗杆收缩粗杆收缩细杆。所以，细杆。所以，粗杆受拉伸，细杆受紧粗杆受拉伸，细

14、杆受紧缩。缩。热应力使铸件的厚壁或心部受拉伸，薄壁或表层受紧缩。热应力使铸件的厚壁或心部受拉伸，薄壁或表层受紧缩。 热应力是永久应力。热应力是永久应力。结论：结论：二二. .铸件的变形与防止铸件的变形与防止 +-反变形法反变形法防止变形的方法：防止变形的方法： 1 1使铸件壁厚尽能够均匀；使铸件壁厚尽能够均匀；3 3采用同时凝固的原那么；采用同时凝固的原那么；2 2采用反变形法；采用反变形法；4 4时效处置。时效处置。三、铸件的裂纹与防止三、铸件的裂纹与防止 1 1 热裂热裂 热裂的外形特征是：裂纹短、缝隙热裂的外形特征是：裂纹短、缝隙宽、外形曲折、缝内呈氧化色。宽、外形曲折、缝内呈氧化色。

15、热裂的防止：热裂的防止： 应尽量选择凝固温度范围小，应尽量选择凝固温度范围小， 热裂倾向小的合金。热裂倾向小的合金。 应提高铸型和型芯的退让性，以减小机械应力。应提高铸型和型芯的退让性，以减小机械应力。 对于铸钢件和铸铁件，必需严厉控制硫的含量，对于铸钢件和铸铁件，必需严厉控制硫的含量， 防止热脆性。防止热脆性。 2 2 冷裂冷裂 冷裂的特征是：裂纹细小，呈延续直线状，缝内有金属光泽或细微氧化色。 冷裂的防止：冷裂的防止：1 1使铸件壁厚尽能够均匀；使铸件壁厚尽能够均匀；2 2采用同时凝固的原那么；采用同时凝固的原那么；3 3对于铸钢件和铸铁件，必需严厉控制磷的对于铸钢件和铸铁件，必需严厉控制

16、磷的 含量，防止冷脆性。含量，防止冷脆性。 2.4 铸件中的气孔铸件中的气孔一、析出性气孔一、析出性气孔 当金属液冷却时，由于对气体的溶解度下降而当金属液冷却时，由于对气体的溶解度下降而析出的气体来不及跑出时，会在铸件中构成析出析出的气体来不及跑出时，会在铸件中构成析出气孔。气孔。 特点：裸眼可见的小圆孔，分布面大，热节处密集，特点：裸眼可见的小圆孔，分布面大，热节处密集，多见于多见于 铝合金和铸钢件。铝合金和铸钢件。 防止：清理炉料油污，烘干炉料，真空熔炼，除气防止：清理炉料油污，烘干炉料，真空熔炼，除气处置等。处置等。 各种铸造合金尤其是有色金属和合金，在液态时都有各种铸造合金尤其是有色金

17、属和合金，在液态时都有吸气吸气H2为主的特性。为主的特性。 气孔气孔二、二、 侵入性气孔侵入性气孔 外型资料中的气体侵入金属液中构成的气孔。外型资料中的气体侵入金属液中构成的气孔。 特点：体积较大，圆形或椭圆形，分布在铸件外表。特点：体积较大，圆形或椭圆形，分布在铸件外表。 防止：控制型砂中的含水量，提高铸型排气才干等。防止：控制型砂中的含水量，提高铸型排气才干等。三、三、 反响性气孔反响性气孔 金属液与铸型之间发生化学反响产生的气孔。金属液与铸型之间发生化学反响产生的气孔。 特点：多见于黑色金属铸件，分布在表皮特点：多见于黑色金属铸件，分布在表皮 下面，又称皮下气孔。下面，又称皮下气孔。 防止：型腔外表喷涂料，烘干炉料，减少防止：型腔外表喷涂料，烘干炉料，减少 型砂水分等。型砂水分等。 铸件中的缺陷铸件中的缺陷 常见铸件缺陷及特征 名称 特 征名称 特 征气 孔主要为梨形、圆形、椭圆形的孔洞，表面较光滑，一般不在铸件表面露出，大孔独立存在，小孔则成群出现。 缩孔缩松 1缩孔：形状为不规则的封闭或敞露的空洞，孔壁粗糙并带有枝状晶，常出现在铸件最后凝固部位。 2缩松