第2章液态材料铸造成形技术过程

1、 机机 电电 工工 程程 学学 院院S c h o o l o f M e c h a n i c a l & E l e c t r i c a l E n g i n e e r i n g第第2章章 液态材料铸造成形技术过程液态材料铸造成形技术过程 机机 电电 工工 程程 学学 院院S c h o o l o f M e c h a n i c a l & E l e c t r i c a l E n g i n e e r i n g第第1节节 概述概述第第2节节 液态成形技术理论基础液态成形技术理论基础第第3节节 液态金属成形件的工艺过程设计液态金属成形件的工艺过程设计第第4节节

2、液态金属成形件的结构设计液态金属成形件的结构设计第第5节节 常用铸造合金及其熔炼常用铸造合金及其熔炼第第6节节 铸造成形技术过程铸造成形技术过程主要内容主要内容 机机 电电 工工 程程 学学 院院S c h o o l o f M e c h a n i c a l & E l e c t r i c a l E n g i n e e r i n g2.1 概概 述述液态材料成形技术通常称之为液态材料成形技术通常称之为铸造铸造，它是指它是指熔炼金属，熔炼金属，制造铸型并将熔融制造铸型并将熔融金属浇入铸型凝固后，获得具有金属浇入铸型凝固后，获得具有一定一定形状、尺寸和性能的金属零件或毛坯形状、

3、尺寸和性能的金属零件或毛坯的成形方法的成形方法。 机机 电电 工工 程程 学学 院院S c h o o l o f M e c h a n i c a l & E l e c t r i c a l E n g i n e e r i n g在材料成形工艺发展过程中，铸造是历史上在材料成形工艺发展过程中，铸造是历史上最悠久的一种工艺，在我国已有最悠久的一种工艺，在我国已有6000多年历多年历史，目前我国铸件年产量已超过史，目前我国铸件年产量已超过1000万吨。万吨。越王勾践越王勾践 编钟编钟 中国古代铸造产品中国古代铸造产品 机机 电电 工工 程程 学学 院院S c h o o l o f M

4、 e c h a n i c a l & E l e c t r i c a l E n g i n e e r i n g2.1 概概 述述金属铸造成形的主要工序如图所示：金属铸造成形的主要工序如图所示：零件技术要求零件技术要求原材料原材料造造 型型熔熔 化化控制调整成分控制调整成分浇浇 注注凝凝 固固出出 模模清理、检验等清理、检验等 机机 电电 工工 程程 学学 院院S c h o o l o f M e c h a n i c a l & E l e c t r i c a l E n g i n e e r i n g铸造的优缺点铸造的优缺点铸造的主要铸造的主要优点优点：投资小、生产

5、周期短、技术投资小、生产周期短、技术过程灵活性大、能制造形状复杂的零件过程灵活性大、能制造形状复杂的零件。铸造的铸造的缺点缺点： 铸件内部组织疏松、晶粒粗大，铸件内部组织疏松、晶粒粗大，易产生缩孔、缩松、气孔等缺陷；铸件外部易易产生缩孔、缩松、气孔等缺陷；铸件外部易产生粘砂、夹砂、砂眼等。由此，与同样材料产生粘砂、夹砂、砂眼等。由此，与同样材料的锻件相比，铸件的力学性能低，特别是冲击的锻件相比，铸件的力学性能低，特别是冲击韧性。韧性。又由于铸造工序多，难以精确控制，使又由于铸造工序多，难以精确控制，使铸件铸件品质不够稳定品质不够稳定。 机机 电电 工工 程程 学学 院院S c h o o l

6、o f M e c h a n i c a l & E l e c t r i c a l E n g i n e e r i n g 目前铸造成形技术的方法种类目前铸造成形技术的方法种类繁多。按繁多。按生产方法生产方法分类，可分为分类，可分为砂砂型铸造和特种铸造型铸造和特种铸造。按。按合金合金分类可分类可分为分为铸铁、铸钢、铝合金铸造、铜铸铁、铸钢、铝合金铸造、铜合金铸造、镁合金铸造、钛合金铸合金铸造、镁合金铸造、钛合金铸造造等。等。铸造成形技术方法铸造成形技术方法 机机 电电 工工 程程 学学 院院S c h o o l o f M e c h a n i c a l & E l e c

7、t r i c a l E n g i n e e r i n g各类机械工业中铸件质量所占的比率各类机械工业中铸件质量所占的比率机械类别机械类别比率比率/机床、内燃机、重型机器机床、内燃机、重型机器风机、压缩机风机、压缩机拖拉机拖拉机农业机械农业机械汽车汽车70906080507040702030 机机 电电 工工 程程 学学 院院S c h o o l o f M e c h a n i c a l & E l e c t r i c a l E n g i n e e r i n g2.2 铸造成形技术过程理论基础铸造成形技术过程理论基础12345液态金属的液态金属的充型能力充型能力铸件

8、的凝固铸件的凝固铸件的化学成分偏析铸件的化学成分偏析金属的吸气性金属的吸气性铸件的收缩铸件的收缩主要内容主要内容 机机 电电 工工 程程 学学 院院S c h o o l o f M e c h a n i c a l & E l e c t r i c a l E n g i n e e r i n g2.2.1 液态金属的充型能力液态金属的充型能力 液态金属充满铸型型腔，获得形状完整、轮廓液态金属充满铸型型腔，获得形状完整、轮廓清晰的铸件的能力，称为液态金属充填铸型的能力清晰的铸件的能力，称为液态金属充填铸型的能力，简称，简称液态金属的充型能力液态金属的充型能力。 液态金属的充型能力主要取

9、决于液态金属的充型能力主要取决于金属自身的流金属自身的流动能力动能力，还受，还受外部条件外部条件，如，如铸型性质、浇注条件、铸型性质、浇注条件、铸件结构铸件结构等因素的影响，是各种因素的综合反映。等因素的影响，是各种因素的综合反映。 充型能力强的液态金属，易于充满薄而复杂的充型能力强的液态金属，易于充满薄而复杂的型腔，有利于金属液中气体、杂质的上浮并排除，型腔，有利于金属液中气体、杂质的上浮并排除，利于对金属凝固时的收缩进行补缩。液态金属充型利于对金属凝固时的收缩进行补缩。液态金属充型能力弱，铸件易产生浇不足、冷隔、气孔等缺陷。能力弱，铸件易产生浇不足、冷隔、气孔等缺陷。 机机 电电 工工 程

10、程 学学 院院S c h o o l o f M e c h a n i c a l & E l e c t r i c a l E n g i n e e r i n g1) 金属流动性金属流动性流动性流动性定义：液态金属的流动能力定义：液态金属的流动能力。流动性不好：流动性不好：不能充满型腔，不能形成符合要求的优不能充满型腔，不能形成符合要求的优质铸件。质铸件。流动性好：流动性好：易于充满型腔，有利于气体和非金属夹杂易于充满型腔，有利于气体和非金属夹杂物上浮和对铸件进行补缩。物上浮和对铸件进行补缩。说明不同的合金具有不同说明不同的合金具有不同的流动性特点。在进行铸件设计和铸造工艺制定时，的

11、流动性特点。在进行铸件设计和铸造工艺制定时，必须考虑合金流动性。那么，我们怎样衡量合金的流必须考虑合金流动性。那么，我们怎样衡量合金的流动性呢？动性呢？ 机机 电电 工工 程程 学学 院院S c h o o l o f M e c h a n i c a l & E l e c t r i c a l E n g i n e e r i n g液态金属流动性测量液态金属流动性测量在相同的浇注工艺条件下，将金属液浇入铸型中，测出其实际螺旋线长度。浇出的试样愈长，合金的流动性愈好。出气口出气口浇口杯浇口杯铝合金铝合金镁合金镁合金 机机 电电 工工 程程 学学 院院S c h o o l o f M

12、 e c h a n i c a l & E l e c t r i c a l E n g i n e e r i n g常用合金的流动性常用合金的流动性表表2-3灰铸铁、硅黄铜灰铸铁、硅黄铜的流动性最好，的流动性最好，铝硅合金次之铝硅合金次之，铸钢铸钢的流动性最差的流动性最差。在铸铁中，流动性在铸铁中，流动性随碳硅含量的增加而提高随碳硅含量的增加而提高。 （砂型，试样截面（砂型，试样截面88）合金合金铸型铸型浇注温度浇注温度/螺旋线长度螺旋线长度/mm铸铁：铸铁：w(C+Si)=6.2% w(C+Si)=5.9% w(C+Si)=5.2% w(C+Si)=4.2%砂/p>

13、01300180013001000600铸钢：铸钢：w(C)=0.4%砂型16001640100200铝硅合金铝硅合金金属型(300)680720700800镁合金（镁合金（Mg-Al-Zn）砂型700400600锡青铜：锡青铜：w(Sn)=9%11% w(Zn)=2%4%硅黄铜：硅黄铜：w(Si)=1.5%4.5%砂型104011004201000 机机 电电 工工 程程 学学 院院S c h o o l o f M e c h a n i c a l & E l e c t r i c a l E n g i n e e r i n g合金的流动性主要取决于金属本身的合金的流动性主要取决于

14、金属本身的化学成分化学成分。 纯金属和共晶成分的合金纯金属和共晶成分的合金，由于是在，由于是在恒温下进行结晶恒温下进行结晶，液态合金从表层，液态合金从表层逐渐向中心凝固，固液界面比较光滑，对液态合金的流动阻力较小，同时，逐渐向中心凝固，固液界面比较光滑，对液态合金的流动阻力较小，同时，共晶成分合金的凝固温度最低，可获得较大的过热度，推迟了合金的凝固，共晶成分合金的凝固温度最低，可获得较大的过热度，推迟了合金的凝固，故流动性最好；故流动性最好；其它成分的合金其它成分的合金是在是在一定温度范围内结晶一定温度范围内结晶的，由于初生树枝的，由于初生树枝状晶体与液体金属两相共存，粗糙的固液界面使合金的流

15、动阻力加大，合金状晶体与液体金属两相共存，粗糙的固液界面使合金的流动阻力加大，合金的流动性大大下降，的流动性大大下降，合金的结晶温度区间越宽，流动性越差合金的结晶温度区间越宽，流动性越差 。a)在恒温下凝固b)在一定温度范围内凝固PbSn20406080204060800流动性(cm)100200300温度()0金属的流动性金属的流动性 机机 电电 工工 程程 学学 院院S c h o o l o f M e c h a n i c a l & E l e c t r i c a l E n g i n e e r i n g铁碳相图铁碳相图FeFe3CPSK 共析反应组成共晶相图的两组元，在

16、液态可以无限互溶，在固态只能部分互溶，甚至完全不溶。两组元的混合物使合金的熔点比各组元低，因此，液相线从两端纯组元向中间凹下，两条液相线的交点所对应的温度称为共晶温度。在该温度下，液相通过共晶凝固同时结晶出两个固相，这样的两相的混合物称为共晶组织或共晶体。ECF 共晶反应11473LCcAFe C7273CAFFe C 机机 电电 工工 程程 学学 院院S c h o o l o f M e c h a n i c a l & E l e c t r i c a l E n g i n e e r i n gFe-C合金流动性与状态图的关系合金流动性与状态图的关系Fe-C合金的流动性与状态图的

17、关系合金的流动性与状态图的关系(a)相同过热温度的流动性相同过热温度的流动性 (b)相同浇注温度的流动性相同浇注温度的流动性 机机 电电 工工 程程 学学 院院S c h o o l o f M e c h a n i c a l & E l e c t r i c a l E n g i n e e r i n g2) 铸型性质铸型性质 铸型的阻力影响金属液的充型速度，铸型的阻力影响金属液的充型速度，铸型与金属的热交换强度影响金属液保持铸型与金属的热交换强度影响金属液保持流动的时间。流动的时间。 铸型的蓄热系数铸型的蓄热系数b 铸型的蓄热系数表铸型的蓄热系数表示铸型从其中的金属吸取热量并储存

18、在本示铸型从其中的金属吸取热量并储存在本身的能力。身的能力。 l 蓄热散热 机机 电电 工工 程程 学学 院院S c h o o l o f M e c h a n i c a l & E l e c t r i c a l E n g i n e e r i n glT(3)浇注系统的结构浇注系统的结构 浇注系统的结构越复杂，流动阻力越大，充型能力越差。 (1)浇注温度浇注温度 一般T浇越高，液态金属的充型能力越强。(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，充型能力越强。lVHn浇注温度浇注温度指的是浇注时熔融合金的温度，一般要求比它的液相线温度高，即存在过热度，推迟它的凝

19、固时间，以保持良好的流动性。但是也不能太高，否则造成氧化，吸气，过收缩，粘砂，胀砂等不良后果。所以，每种合金有自己的合理浇注温度范围。浇注温度：铸钢15201620；铸铁12301450；铝合金6807803) 浇注条件浇注条件 机机 电电 工工 程程 学学 院院S c h o o l o f M e c h a n i c a l & E l e c t r i c a l E n g i n e e r i n g(1)折算厚度折算厚度 折算厚度也叫当量厚度或模数折算厚度也叫当量厚度或模数，为铸件体积与散热表面积之比为铸件体积与散热表面积之比R=V/S。折。折算厚度大，由于与铸型接触表面积

20、相对较小算厚度大，由于与铸型接触表面积相对较小，热量散失慢，充型能力就好。，热量散失慢，充型能力就好。(2)铸件复杂程度铸件复杂程度 铸件结构复杂，流动阻力铸件结构复杂，流动阻力大，铸型的充填就困难。铸件壁厚相同时，大，铸型的充填就困难。铸件壁厚相同时，垂直壁比水平壁更容易充填垂直壁比水平壁更容易充填。4) 铸件结构铸件结构 机机 电电 工工 程程 学学 院院S c h o o l o f M e c h a n i c a l & E l e c t r i c a l E n g i n e e r i n g2.2.2 铸件的凝固铸件的凝固 铸型中的合金从铸型中的合金从液态液态转变为转变

21、为固态固态的过程，称为铸的过程，称为铸件的凝固，或称为件的凝固，或称为结晶结晶。 金属的凝固，一般均是在常温、常压金属的凝固，一般均是在常温、常压(重力重力)情况情况下进行的。压铸等技术除外。金属凝固时应满足的热下进行的。压铸等技术除外。金属凝固时应满足的热力学条件是：力学条件是：只有当体系所处的温度低于熔点温度只有当体系所处的温度低于熔点温度(液液相线温度相线温度)Tm时，才能发生凝固现象时，才能发生凝固现象。液固两相自液固两相自由能差由能差(GGl-Gsb时时，则产生裂纹；，则产生裂纹；冷裂常出现在复杂冷裂常出现在复杂铸件受拉应力的部位，特别是应力集中处铸件受拉应力的部位，特别是应力集中处

22、（如尖角处、缩孔、气孔、夹渣等缺（如尖角处、缩孔、气孔、夹渣等缺陷附近）。壁厚差悬殊，结构复杂的铸件易于发生冷裂。不同铸造合金冷裂倾陷附近）。壁厚差悬殊，结构复杂的铸件易于发生冷裂。不同铸造合金冷裂倾向不同，向不同，灰口铸铁、白口铸铁、高锰铜等塑性差的合金较易产生灰口铸铁、白口铸铁、高锰铜等塑性差的合金较易产生。防止措施： a减少铸造应力；减少铸造应力； b降低合金中降低合金中P的含量；的含量； c去应力退火；去应力退火； d设计铸件时应避免应力集中设计铸件时应避免应力集中。 机机 电电 工工 程程 学学 院院S c h o o l o f M e c h a n i c a l & E l

23、e c t r i c a l E n g i n e e r i n g以有利于释放铸造应力为原则；以有利于释放铸造应力为原则；1、采用、采用正确的铸造工艺正确的铸造工艺（正确设计浇注系（正确设计浇注系统、补缩系统等）；统、补缩系统等）；2、铸件形状设计要求、铸件形状设计要求简单、对称和厚薄均简单、对称和厚薄均匀；匀；3、对铸件、对铸件进行热处理进行热处理。铸件变形和裂纹的防止铸件变形和裂纹的防止 机机 电电 工工 程程 学学 院院S c h o o l o f M e c h a n i c a l & E l e c t r i c a l E n g i n e e r i n g2.

24、2.4 金属的吸气性金属的吸气性 金属液吸收气体的过程：金属液吸收气体的过程： (1)气体分子气体分子撞击撞击到金属液表面；到金属液表面； (2)在高温金属液表面上气体分子在高温金属液表面上气体分子 离解离解为原子状态；为原子状态； (3)气体原子根据与金属元素之间的亲和力大小，以物理气体原子根据与金属元素之间的亲和力大小，以物理吸附方式或化学吸附方式吸附方式或化学吸附方式吸附吸附在金属表面；在金属表面； (4)气体原子气体原子扩散扩散进入金属液内部。进入金属液内部。 前三个过程是前三个过程是吸附过程吸附过程，最后一个是，最后一个是扩散过程扩散过程。金属。金属液吸收气体时，实际上这液吸收气体时

25、，实际上这4个过程同时存在，而个过程同时存在，而扩散是关扩散是关键键，因为它，因为它决定金属液的吸气速度决定金属液的吸气速度。 机机 电电 工工 程程 学学 院院S c h o o l o f M e c h a n i c a l & E l e c t r i c a l E n g i n e e r i n g气体在金属液中的溶解度气体在金属液中的溶解度 在一定温度和压力条件下，金属吸收气体的饱和浓在一定温度和压力条件下，金属吸收气体的饱和浓度，称为该条件下度，称为该条件下气体的溶解度气体的溶解度。常用每。常用每100g金属含有金属含有的气体在标准状态下的体积来表示的气体在标准状态下的

26、体积来表示(cm3100g)，有时，有时也用溶解气体对金属的质量分数表示。也用溶解气体对金属的质量分数表示。 影响气体在金属液中的溶解度的因素是：影响气体在金属液中的溶解度的因素是：温度、金温度、金属的化学成分属的化学成分和和气体在金属液面上的平衡分压。气体在金属液面上的平衡分压。如温度如温度对气体在金属中溶解度的影响随温度升高而增大。对气体在金属中溶解度的影响随温度升高而增大。 机机 电电 工工 程程 学学 院院S c h o o l o f M e c h a n i c a l & E l e c t r i c a l E n g i n e e r i n g气体的析出气体的析出溶解

27、于金属液中的气体，随温度下降则不断析出。溶解于金属液中的气体，随温度下降则不断析出。气体析出气体析出主要通过主要通过3种方式种方式： (1)气体以原子态气体以原子态扩散扩散到金属表面，然后到金属表面，然后脱离脱离吸吸附附(蒸发蒸发)。 (2)与金属内某元素与金属内某元素形成化合物形成化合物，以，以非金属夹杂非金属夹杂物物形式排出；形式排出； (3)以以气泡气泡形式从金属液中逸出。若金属液温度形式从金属液中逸出。若金属液温度较高，气泡能上浮到液面，气体逸出。较高，气泡能上浮到液面，气体逸出。 机机 电电 工工 程程 学学 院院S c h o o l o f M e c h a n i c a l

28、 & E l e c t r i c a l E n g i n e e r i n g气孔气孔侵入气孔侵入气孔析出气孔析出气孔1. 反应气孔反应气孔气孔气孔是铸造生产中的常见缺陷，铸件废品中的是铸造生产中的常见缺陷，铸件废品中的1/3是是由气孔造成的。由气孔造成的。按气孔产生的原因和气体来源按气孔产生的原因和气体来源3种类型的气孔种类型的气孔 ： 机机 电电 工工 程程 学学 院院S c h o o l o f M e c h a n i c a l & E l e c t r i c a l E n g i n e e r i n g析出气孔析出气孔特征是特征是多而分散多而分散，产生这类气

29、，产生这类气孔的主要原因是孔的主要原因是熔炼过程中金熔炼过程中金属液吸收了较多的气体而形成属液吸收了较多的气体而形成。液态时，能吸溶过量的氢、。液态时，能吸溶过量的氢、氮、氧等。在金属冷凝过程中氮、氧等。在金属冷凝过程中，其中大部分气体会逐渐析出，其中大部分气体会逐渐析出，但在金属液凝固阶段，气体，但在金属液凝固阶段，气体析出最为剧烈，这时金属液流析出最为剧烈，这时金属液流动性已经很差，析出的气体所动性已经很差，析出的气体所形成的气泡又很小。形成的气泡又很小。 机机 电电 工工 程程 学学 院院S c h o o l o f M e c h a n i c a l & E l e c t r

30、i c a l E n g i n e e r i n g2.2.5 铸件的化学成分偏析铸件的化学成分偏析 偏析偏析：铸件凝固后，截面上不同位置以及晶粒内部产生：铸件凝固后，截面上不同位置以及晶粒内部产生化学成分化学成分不均匀不均匀的现象。偏析产生的原因：的现象。偏析产生的原因：合金在结晶过程中溶质再分配合金在结晶过程中溶质再分配。晶体在结晶过程中，由于结晶速度大于溶质扩散速度，使得初。晶体在结晶过程中，由于结晶速度大于溶质扩散速度，使得初次析出的固相与液相的浓度不同，先析出晶体与后析出晶体化学次析出的固相与液相的浓度不同，先析出晶体与后析出晶体化学成分也不同。成分也不同。 偏析分为两大类：偏

31、析分为两大类：微观偏析和宏观偏析微观偏析和宏观偏析。 1)微观偏析：微观偏析： (1)晶内偏析晶内偏析 (2)晶界偏析晶界偏析 机机 电电 工工 程程 学学 院院S c h o o l o f M e c h a n i c a l & E l e c t r i c a l E n g i n e e r i n g2.2.5 铸件的化学成分偏析铸件的化学成分偏析固溶体固溶体无扩散结晶无扩散结晶晶体中心和表面成分相差大晶体中心和表面成分相差大固溶体固溶体有扩散结晶有扩散结晶晶体中心和表面成分相差缩小晶体中心和表面成分相差缩小 固溶体中的固溶体中的溶质在结晶过程中能够充分扩散溶质在结晶过程中能

32、够充分扩散时，晶体中心时，晶体中心和表面成分无区别，达到结晶平衡条件和表面成分无区别，达到结晶平衡条件晶内偏析：一个晶粒内部或枝晶的枝干和枝晶间的不同晶内偏析：一个晶粒内部或枝晶的枝干和枝晶间的不同部位化学成分不均匀。部位化学成分不均匀。 机机 电电 工工 程程 学学 院院S c h o o l o f M e c h a n i c a l & E l e c t r i c a l E n g i n e e r i n g树枝晶各树枝晶各截面的溶截面的溶质等浓度质等浓度线线.晶内偏析晶内偏析 机机 电电 工工 程程 学学 院院S c h o o l o f M e c h a n i c

33、 a l & E l e c t r i c a l E n g i n e e r i n g晶界偏析晶界偏析晶粒相对生长的晶界偏析晶粒相对生长的晶界偏析晶粒平行生长形成的晶界偏析晶粒平行生长形成的晶界偏析晶界偏析：晶粒与晶粒之间界面的化学成分不均匀。晶界偏析：晶粒与晶粒之间界面的化学成分不均匀。 机机 电电 工工 程程 学学 院院S c h o o l o f M e c h a n i c a l & E l e c t r i c a l E n g i n e e r i n g2) 宏观偏析宏观偏析(1)正偏析正偏析 铸件或铸锭凝固时，由于型壁强烈地定铸件或铸锭凝固时，由于型壁强烈

34、地定向散热，在进行凝固的合金内形成一个温度梯度。向散热，在进行凝固的合金内形成一个温度梯度。凝固不是在整个截面同时进行，而是从与铸型壁相凝固不是在整个截面同时进行，而是从与铸型壁相接触的外层开始。接触的外层开始。 如果是如果是溶质的分配系数溶质的分配系数k1的合金的合金，固液界面，固液界面的液相中溶质减少，因此的液相中溶质减少，因此愈是后来结晶的固相，溶愈是后来结晶的固相，溶质的浓度愈低质的浓度愈低。这种成分偏析称之为。这种成分偏析称之为正偏析正偏析。利用。利用溶质形成正偏析的规律，通过控制金属的凝固过程溶质形成正偏析的规律，通过控制金属的凝固过程使有害的杂质偏析到指定部位提高金属的纯度和使有

35、害的杂质偏析到指定部位提高金属的纯度和品质，可以使金属达到精练提纯的目的。品质，可以使金属达到精练提纯的目的。 机机 电电 工工 程程 学学 院院S c h o o l o f M e c h a n i c a l & E l e c t r i c a l E n g i n e e r i n g(2)逆偏析逆偏析 当当溶质的分配系数溶质的分配系数k1的合金的合金进进行凝固时，行凝固时，凝固界面上将有一部分溶质排向凝固界面上将有一部分溶质排向液相液相，随着温度的降低，溶质的浓度在固液，随着温度的降低，溶质的浓度在固液界面处的液相中逐渐增加。越是界面处的液相中逐渐增加。越是后来结晶的后来结

36、晶的固相，溶质浓度越高固相，溶质浓度越高，这种成分偏析称之为，这种成分偏析称之为逆偏析逆偏析。2) 宏观偏析宏观偏析 机机 电电 工工 程程 学学 院院S c h o o l o f M e c h a n i c a l & E l e c t r i c a l E n g i n e e r i n g液态成形件的质量与控制液态成形件的质量与控制常见铸件缺陷及特征常见铸件缺陷及特征 名名称称特特 征征名称名称特特 征征气气孔孔主要为梨形、圆形、椭圆形的孔洞，表面主要为梨形、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

37、现。立存在，小孔则成群出现。 缩孔缩孔缩松缩松 1缩孔：形状为不规则的封闭或敞露的缩孔：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，常出现在空洞，孔壁粗糙并带有枝状晶，常出现在铸件最后凝固部位。铸件最后凝固部位。 2所松：铸件断面上出现的分散而细小所松：铸件断面上出现的分散而细小的缩孔。的缩孔。 粘粘砂砂铸件的部分或整个表面粘附着一层金属和铸件的部分或整个表面粘附着一层金属和砂粒的机械混和物，多发生在铸件厚壁和砂粒的机械混和物，多发生在铸件厚壁和热节处。热节处。 裂纹裂纹 1热裂：断面严重氧化，无金属光泽，热裂：断面严重氧化，无金属光泽，断口沿晶界产生和发展，外形曲折而不规断口沿晶界

38、产生和发展，外形曲折而不规则的裂纹。则的裂纹。 2冷裂：穿过晶体而不沿晶界断裂，断冷裂：穿过晶体而不沿晶界断裂，断口有金属光泽或有轻微氧化色。口有金属光泽或有轻微氧化色。 夹夹砂砂 铸件表面上有凸起的金属片状物，表面铸件表面上有凸起的金属片状物，表面粗糙，边角锐利，有小部分与铸件本体相粗糙，边角锐利，有小部分与铸件本体相连。连。 化学化学成分成分及力及力学性学性能不能不合格合格 铸件的化学成分和硬度、强度、伸长率、铸件的化学成分和硬度、强度、伸长率、冲击韧度、耐热、耐蚀及耐磨等性能不符冲击韧度、耐热、耐蚀及耐磨等性能不符合技术条件要求。合技术条件要求。 白白口口灰铸铁件断面全部或表面出现亮白色

39、组织，灰铸铁件断面全部或表面出现亮白色组织，常在铸件薄的断面，棱角及边缘部分。常在铸件薄的断面，棱角及边缘部分。 机机 电电 工工 程程 学学 院院S c h o o l o f M e c h a n i c a l & E l e c t r i c a l E n g i n e e r i n g铸件工艺过程设计铸件工艺过程设计就是根据铸造零件的结构特点、就是根据铸造零件的结构特点、技术、要求、生产批量和生产条件等，确定技术、要求、生产批量和生产条件等，确定铸件方铸件方案和技术参数，绘制工艺过程图、编制工艺过程卡案和技术参数，绘制工艺过程图、编制工艺过程卡等技术文件的过程。等技术文件的

40、过程。铸件工艺过程设计的有关文件，是生产准备、管理铸件工艺过程设计的有关文件，是生产准备、管理和铸件验收的依据，并用于直接指导生产操作。因和铸件验收的依据，并用于直接指导生产操作。因此，铸件工艺过程设计的好坏，对铸件品质、生产此，铸件工艺过程设计的好坏，对铸件品质、生产率和成本起着重要的作用。率和成本起着重要的作用。2.3 液态金属成形件的工艺过程设计液态金属成形件的工艺过程设计 机机 电电 工工 程程 学学 院院S c h o o l o f M e c h a n i c a l & E l e c t r i c a l E n g i n e e r i n g2.3.1 铸造工艺设计

41、内容与步骤铸造工艺设计内容与步骤铸造工艺过程设计的内容铸造工艺过程设计的内容:铸造工艺过程设计的内容主要决定于批量大小、生铸造工艺过程设计的内容主要决定于批量大小、生产要求和生产条件。一般包括：产要求和生产条件。一般包括：铸造工艺过程图、铸造工艺过程图、铸件图、铸型装配图、工艺过程卡、操作技术规铸件图、铸型装配图、工艺过程卡、操作技术规程程。广义地讲，凡铸造技术装备的设计内容，诸。广义地讲，凡铸造技术装备的设计内容，诸如模样图、模板图、芯盒图、砂箱图、压铁图、如模样图、模板图、芯盒图、砂箱图、压铁图、专用检具图、专用量具图及组芯夹具图等，均属专用检具图、专用量具图及组芯夹具图等，均属于铸造工艺

42、过程设计的内容。于铸造工艺过程设计的内容。 机机 电电 工工 程程 学学 院院S c h o o l o f M e c h a n i c a l & E l e c t r i c a l E n g i n e e r i n g铸造工艺过程设计的步骤铸造工艺过程设计的步骤铸造工艺方案的内容铸造工艺方案的内容2.工艺过程工艺过程方案的确定方案的确定1.铸件结构铸件结构工艺性分析工艺性分析4 .型芯设计型芯设计3.工艺参数工艺参数确定确定6.出气冒口出气冒口补缩冒口补缩冒口5.浇注系统浇注系统设计设计8.绘制绘制铸件图铸件图7.绘制铸造绘制铸造工艺图工艺图零件图零件图 机机 电电 工工 程

43、程 学学 院院S c h o o l o f M e c h a n i c a l & E l e c t r i c a l E n g i n e e r i n g铸造方法铸造方法的选择的选择造型及造造型及造芯方法的芯方法的选择选择浇注位置浇注位置的选择的选择分型面分型面的选择的选择工艺方案的确定工艺方案的确定2.3.2 铸造工艺方案的确定铸造工艺方案的确定 机机 电电 工工 程程 学学 院院S c h o o l o f M e c h a n i c a l & E l e c t r i c a l E n g i n e e r i n g 上节课内容复习上节课内容复习一一.

44、.铸造应力铸造应力 热应力热应力 相变应力相变应力 机械应力机械应力二二.铸造应力的防止和减少铸造应力的防止和减少三三.铸造变形、裂纹及其防止措施铸造变形、裂纹及其防止措施 变形：变形：薄压薄压(凸出凸出) 厚拉厚拉(凹进凹进) 裂纹：裂纹：热裂纹热裂纹和和冷裂纹冷裂纹四四.铸件的气孔类型及形成原因铸件的气孔类型及形成原因 侵入气孔侵入气孔 析出气孔析出气孔 反应气孔反应气孔四四.铸件的化学成分偏析铸件的化学成分偏析 (1)成分偏析、分类成分偏析、分类 (2)正偏析与逆偏析形成正偏析与逆偏析形成+ 机机 电电 工工 程程 学学 院院S c h o o l o f M e c h a n i c

45、 a l & E l e c t r i c a l E n g i n e e r i n g浇注位置浇注位置是指浇注时铸件在铸型中所处的位置。是指浇注时铸件在铸型中所处的位置。确定浇注位置应考虑以下原则：确定浇注位置应考虑以下原则：铸件的铸件的重要加工面重要加工面应朝下或位于侧面。应朝下或位于侧面。防止产生防止产生铸造缺陷铸造缺陷 1) 浇注位置选择原则浇注位置选择原则床身导轨面的浇注床身导轨面的浇注位置位置 机机 电电 工工 程程 学学 院院S c h o o l o f M e c h a n i c a l & E l e c t r i c a l E n g i n e e r

46、i n g铸件的铸件的宽大平面宽大平面朝下或倾斜浇注朝下或倾斜浇注 铸型的上表面除了容易产生砂眼、气孔、夹渣外，大平面铸型的上表面除了容易产生砂眼、气孔、夹渣外，大平面还常产生夹砂缺陷。同时也有利于排气、减小金属液对铸还常产生夹砂缺陷。同时也有利于排气、减小金属液对铸型的冲刷力。型的冲刷力。 1) 浇注位置选择原则浇注位置选择原则 机机 电电 工工 程程 学学 院院S c h o o l o f M e c h a n i c a l & E l e c t r i c a l E n g i n e e r i n g铸件铸件大面积大面积薄壁薄壁置于铸型下部或位置于铸型下部或位垂直垂直/倾斜

47、，倾斜，防止浇不到和冷隔缺陷防止浇不到和冷隔缺陷；大平面大平面倾斜倾斜 1) 浇注位置选择原则浇注位置选择原则 机机 电电 工工 程程 学学 院院S c h o o l o f M e c h a n i c a l & E l e c t r i c a l E n g i n e e r i n g易缩孔铸件的厚大部分易缩孔铸件的厚大部分置于分型面附近的上部或侧面置于分型面附近的上部或侧面热节处应位于分型面附近的上部或侧面，容易形成缩孔的热节处应位于分型面附近的上部或侧面，容易形成缩孔的铸件铸件( (如铸钢、球墨铸铁、可锻铸铁、黄铜如铸钢、球墨铸铁、可锻铸铁、黄铜) )浇注时应把厚浇注时应

48、把厚的部位放在分型面附近的上部或侧面，的部位放在分型面附近的上部或侧面，以便安放冒口以便安放冒口，实，实现现自下而上的顺序凝固自下而上的顺序凝固，进行，进行补缩补缩。1-冒口；2、3-砂芯；铸钢链轮的浇注位置 1) 浇注位置选择原则浇注位置选择原则 机机 电电 工工 程程 学学 院院S c h o o l o f M e c h a n i c a l & E l e c t r i c a l E n g i n e e r i n g2) 分型面的选择原则分型面的选择原则分型面分型面(Parting line)是指是指铸型组元间的结铸型组元间的结合面合面。除了。除了实型铸造法实型铸造法(6

49、5页页)外，外，都要选都要选择分型面择分型面。便于起模，使造型工艺简化。考虑分型便于起模，使造型工艺简化。考虑分型面形状和数目，活块，型芯。面形状和数目，活块，型芯。 机机 电电 工工 程程 学学 院院S c h o o l o f M e c h a n i c a l & E l e c t r i c a l E n g i n e e r i n g(1) 应尽可能使全部或大部分铸件，或者加工应尽可能使全部或大部分铸件，或者加工基准面与重要的加工面处于同一半型内。基准面与重要的加工面处于同一半型内。 以避免因合型不准产生错型，保证铸件尺寸精度。管子堵头分型方案管子堵头分型方案2) 分型

50、面的选择原则分型面的选择原则 机机 电电 工工 程程 学学 院院S c h o o l o f M e c h a n i c a l & E l e c t r i c a l E n g i n e e r i n g尽量使铸件尽量使铸件全部或大部全部或大部置于同一砂置于同一砂箱，以保证箱，以保证铸件精度。铸件精度。增加外芯凸台妨碍起模方案方案B易产生错箱可用于单件生产。2) 分型面的选择原则分型面的选择原则 机机 电电 工工 程程 学学 院院S c h o o l o f M e c h a n i c a l & E l e c t r i c a l E n g i n e e r

51、i n g(2)应尽量应尽量减少分型面减少分型面的的数目数目 分型面数量少，既能保证铸件精度，又能简化造型操作。2) 分型面的选择原则分型面的选择原则三通铸件的分型面选择 机机 电电 工工 程程 学学 院院S c h o o l o f M e c h a n i c a l & E l e c t r i c a l E n g i n e e r i n g2) 分型面的选择原则分型面的选择原则 机机 电电 工工 程程 学学 院院S c h o o l o f M e c h a n i c a l & E l e c t r i c a l E n g i n e e r i n g水平

52、分型面水平分型面-便于造型操作，适宜批量生产！挖砂造型挖砂造型 费时、费工，尽 量避免。单件生产时可用此法！2) 分型面的选择原则分型面的选择原则 (3) 分型面应分型面应尽量选用平面尽量选用平面 平直的分型面可简化造型工艺过程和模板制造，容易保证铸件精度，这对于机器造型尤为重要。 起重臂起重臂分型面的确定分型面的确定 机机 电电 工工 程程 学学 院院S c h o o l o f M e c h a n i c a l & E l e c t r i c a l E n g i n e e r i n g4) 尽量使尽量使型腔及主要型芯位于下型型腔及主要型芯位于下型。上型内铸件壁厚不便于检

53、验，合型时容易上型内铸件壁厚不便于检验，合型时容易碰坏型芯。碰坏型芯。型芯、型腔大部分位于下箱，方案合理上箱上箱太高太高2) 分型面的选择原则分型面的选择原则 机机 电电 工工 程程 学学 院院S c h o o l o f M e c h a n i c a l & E l e c t r i c a l E n g i n e e r i n g 3)确定工艺参数确定工艺参数 机加工余量机加工余量 最小铸出孔最小铸出孔 起模斜度起模斜度 铸造圆角铸造圆角 收缩率收缩率 机机 电电 工工 程程 学学 院院S c h o o l o f M e c h a n i c a l & E l e

54、c t r i c a l E n g i n e e r i n g(1) 机加工余量机加工余量加工余量加工余量为机加工时被切去的金属层厚度。为机加工时被切去的金属层厚度。加工余量必须认真选取，加工余量必须认真选取，余量过大，切削加工费工，余量过大，切削加工费工，且浪费金属材料且浪费金属材料；余量过小，制品会因残留黑皮而报余量过小，制品会因残留黑皮而报废废，或者，因铸件表层过硬，或者，因铸件表层过硬 而加速刀具磨损。确定而加速刀具磨损。确定公差等级之前，需先确定铸件的尺寸公差等级和加工公差等级之前，需先确定铸件的尺寸公差等级和加工余量等级。余量等级。铸件尺寸公差等级代号为铸件尺寸公差等级代号

55、为CT，公差等级由精到粗分，公差等级由精到粗分为为16级。加工余量等级代号为级。加工余量等级代号为MA，加工余量等级由，加工余量等级由精到粗分为精到粗分为AJ共共9个等级。个等级。 3)确定工艺参数确定工艺参数 机机 电电 工工 程程 学学 院院S c h o o l o f M e c h a n i c a l & E l e c t r i c a l E n g i n e e r i n g与铸件尺寸公差配套使用的铸件加工余量与铸件尺寸公差配套使用的铸件加工余量 机机 电电 工工 程程 学学 院院S c h o o l o f M e c h a n i c a l & E l e

56、c t r i c a l E n g i n e e r i n g(2) 最小铸出孔最小铸出孔 铸孔及铸槽铸孔及铸槽 铸件上的孔和槽类这部分结构是否铸出，取决于铸件上的孔和槽类这部分结构是否铸出，取决于工艺的可行性和必要性。工艺的可行性和必要性。 较大的孔、槽应直接铸出，较大的孔、槽应直接铸出，尺寸较小的孔不铸出尺寸较小的孔不铸出反而经济反而经济。设计时查手册。设计时查手册。 注注-零件图上没有要求加工的孔必须铸出。零件图上没有要求加工的孔必须铸出。 因此，设计时必须注意这类孔的尺寸不可太小！因此，设计时必须注意这类孔的尺寸不可太小！ 机机 电电 工工 程程 学学 院院S c h o o

57、l o f M e c h a n i c a l & E l e c t r i c a l E n g i n e e r i n g小孔不铸出，留待机加工。不铸出孔的表示不铸出孔的表示 机机 电电 工工 程程 学学 院院S c h o o l o f M e c h a n i c a l & E l e c t r i c a l E n g i n e e r i n g灰铸铁件铸孔尺寸灰铸铁件铸孔尺寸(最小铸出孔最小铸出孔) (mm)灰铁铸件灰铁铸件铸钢件铸钢件大量生产大量生产成批生产成批生产单件、小批量生产单件、小批量生产121515303050305050(2) 最小铸出孔最小

58、铸出孔 机机 电电 工工 程程 学学 院院S c h o o l o f M e c h a n i c a l & E l e c t r i c a l E n g i n e e r i n g (3) 起模斜度起模斜度起模斜度是起模斜度是为了使模样为了使模样(或型芯或型芯)便于从砂型便于从砂型(或芯盒或芯盒)中取中取出，凡出，凡垂直于分型面的立壁垂直于分型面的立壁在制造模样时，必须留出一定在制造模样时，必须留出一定的的倾斜度倾斜度。起模斜度取决于立壁高度；造型方法和模样材料等因素，起模斜度取决于立壁高度；造型方法和模样材料等因素，一般一般15-3 。内外壁有分。内外壁有分(内壁内壁3-

59、10 )。立壁愈高，斜度愈小立壁愈高，斜度愈小。 机机 电电 工工 程程 学学 院院S c h o o l o f M e c h a n i c a l & E l e c t r i c a l E n g i n e e r i n g(4) 铸造圆角铸造圆角铸造圆角铸造圆角是制造模样时，是制造模样时，壁的连接和转角处壁的连接和转角处要做成圆弧过度要做成圆弧过度。它既可使转角处不产生脆。它既可使转角处不产生脆弱面，又可弱面，又可减少应力集中减少应力集中，还可，还可避免产生冲避免产生冲砂、缩孔和裂纹砂、缩孔和裂纹。一般小型铸件，。一般小型铸件，外圆角半外圆角半径取径取28mm ，内圆角半径

60、取内圆角半径取416mm。 机机 电电 工工 程程 学学 院院S c h o o l o f M e c h a n i c a l & E l e c t r i c a l E n g i n e e r i n g(5) 铸造收缩率铸造收缩率 铸造收缩率铸造收缩率是铸件从线收缩起始温度冷却到室温时，是铸件从线收缩起始温度冷却到室温时，线尺寸的相对收缩量。以模样与铸件的长度差与模样线尺寸的相对收缩量。以模样与铸件的长度差与模样的长度的百分比表示：的长度的百分比表示：K=(L0-L1)/L0*100% K铸件线收缩率铸件线收缩率 L0，L1同一尺寸分别在模样和铸件上的长度同一尺寸分别在模样和