液态金属铸造成形第2章1讲综述

材料科学与工程学院华中科技大学2020/12/191授课教师：董选普教授

吕书林博士2授课人：董选普、吕书林（董）（吕）

（董）（吕）

办公室：东八楼302，314平时答疑欢迎各位同学线上线下交流！2020/12/1932.1液态金属成形综述2.2浇注系统设计2.3凝固过程的收缩分析2.4冒口与冷铁第2章液态金属充型过程2020/12/194第一讲液态金属成形概述主讲：吕书林2020/12/1952.1液态金属成形概述2.1.1液态金属成形原理和特点2.1.2液态金属成形过程和控制2.1.3液态金属成形之应用范围2.1.4液态金属成形之科学内涵铸造是什么？铸造做什么用？铸造学科特点？2020/12/1962.1.1液态金属成形原理和特点液态金属成形原理－－－－铸造“水随方圆之器”的技术，也就是说可以让金属液

(水)流动凝固在预先制备的铸型(器)中而获得任何形状的毛坯或零件(铸件)的一种技术。核心问题：

充型＋凝固→液态成形→铸件质量金属学原理水力学原理流动控制凝固控制2020/12/197（1）难成形的材料---高温合金（2）难以机械加工的复杂结构（3）异型金属结构件（4）特大型金属构件转轮直径：10.56m；转轮高度：5.060m;转轮重量：430t；焊接厚度：280mm（二重为某钢厂制造的5000㎜轧机机架正在浇注）（5）要求大批量制造、成本低的通用设备结构件

进气歧管奔驰镁合金坐椅框架

轮毂宣德炉铸造技术和其他金属成型技术相比有许多独特的优势，使其在工程中占据着重要地位，尤其在装备制造业中不可替代。2.1.1液态金属成形原理和特点液态金属成形产品特点2020/12/198（6）艺术类金属构件液态金属成形特点适用于各种尺寸复杂形状的毛坯或零件；-----好的工艺柔性材料不受限制；--------------------------------------材料的广谱性生产成本低；---------------------------------------成形加工容易性应用广泛；--------------------------------------------产品广泛的适应性废品率高；--------------------------------------------工艺参数复杂劳动条件较差。-----------------------------------------高温、多粉尘2.1.1液态金属成形原理和特点2020/12/1992.1液态金属成形概述2.1.1液态金属成形原理和特点2.1.2液态金属成形过程和控制2.1.3液态金属成形之应用范围2.1.4液态金属成形之科学内涵2020/12/19102.1.2液态金属成形过程和控制铸造是将液态金属浇注到与零件形状尺寸相适应的铸型空腔中，待金属冷却凝固后获得毛坯或零件的生产工艺。浇注熔化清理・加工造型

加砂它包括熔化﹑凝固和成形三个部分，考察指标和影响因素多达几十个！！睁眼造型、闭眼浇注2020/12/19111、液态金属成形的浇注系统浇注系统由浇口杯（外浇口）、直浇道、横浇道和内浇道等组成2.1.2液态金属成形过程和控制铸型浇口杯直浇道直浇道窝横浇道集渣包内浇道2020/12/19122.1.2液态金属成形过程和控制2、液态金属充型过程水力学特性

金属液在浇注系统中的流动具有水力学特性：粘性流动←粘度→合金成分、温度、结晶流动的不稳定性散体材料的“多孔管流动”湍流流动，Re

如何控制流动？2020/12/19132.1.2液态金属成形过程和控制3、液态金属充型过程控制阻流单元的设计是关键内浇口2020/12/19142.1.2液态金属成形过程和控制3、液态金属充型过程控制阻流单元的设计是关键过滤器能有效滤除夹渣及非金属杂质。能梳整紊乱的金属液流，减少湍流，使金属液流变得平滑整洁。可以任何角度放置于浇注系统中，安放位置靠近型腔越好。使用陶瓷过滤器时可不考虑其他挡渣措施，简化浇注系统。2020/12/19152.1.2液态金属成形过程和控制3、液态金属充型过程控制表面/渣饼和纵深多重过滤过滤器滤渣的作用陶瓷网格型陶瓷泡沫型主要是表面过滤2020/12/1916大量夹杂积累在过滤器前端2.1.2液态金属成形过程和控制3、液态金属充型过程控制过滤器稳流的作用Directionofflow水流模型实验陶瓷纤维网泡沫陶瓷网数值模拟图2020/12/19172.1.2液态金属成形过程和控制3、液态金属充型过程控制

过滤器提高铸件质量的作用

在铸造生产中，由于非金属夹杂物等铸造缺陷导致的铸件废品率一般占废品总数的50％—60％。采用金属液过滤技术，可以有效地减少或消除其中的非金属夹杂物，净化液态铸造合金。减少金属中的夹杂物－夹渣缺陷减少改善了金属的力学性能（疲劳、抗蚀等）改进了切削性能，延长刀具寿命提高了铸件表面品质，减少了加工余量简化了浇注系统结构，提高了工艺出品率2020/12/19182.1液态金属成形概述2.1.1液态金属成形原理和特点2.1.2液态金属成形过程和控制2.1.3液态金属成形之应用范围2.1.4液态金属成形之科学内涵2020/12/19192.1.3液态金属成形之应用范围铸造是工业化现代经济的基础，几乎融入了我们的生活，隐而不见却无所不在，以至于人们已经习惯到不以为然了。大型发电设备三峡水轮机不锈钢转轮二重为日本某公司制造的整铸立辊轧机机架机床部件高铁车辆的行走部件许多日常生活用品，都有铸造的产品随处可见的铸造艺术品所有的现代交通工具都离不开铸件黄河铁牛武汉21世纪大钟2020/12/1920中国歼20美国F22俄罗斯苏351.铸造与航空飞机中什么最重要？2.1.3液态金属成形之应用范围2020/12/1921发动机是飞机的心脏1.铸造与航空我国是否已经掌握相关技术？2.1.3液态金属成形之应用范围2020/12/1922F35发动机燃烧室附近的温度高达2200℃以上什么材料可以在这么高的温度下工作呢？1.铸造与航空2.1.3液态金属成形之应用范围2020/12/1923发动机中的核心部件-叶片早期叶片采用锻造，目前最先进的叶片均为铸造1.铸造与航空铸造是制备叶片的核心技术2.1.3液态金属成形之应用范围2020/12/19242.铸造与汽车外观？价格？动力？配置？2.1.3液态金属成形之应用范围2020/12/19252.铸造与汽车2.1.3液态金属成形之应用范围油底殼曲軸箱汽缸體輪圈

儀表板支架

前置架支撐組件安全氣囊罩框鎖架外殼變速箱外殼方向盤座椅架

2020/12/19262.1液态金属成形概述2.1.1液态金属成形原理和特点2.1.2液态金属成形过程和控制2.1.3液态金属成形之应用范围2.1.4液态金属成形之科学内涵2020/12/19272.1.4

铸造的科学内涵优化凝固组织→提高性能凝固过程形成丰富的微观组织→优化凝固组织→提高铸件性能1.铸造与材料科学2020/12/1928

宏观层次(cm-m)传热、传质与传动量(三传)；凝固顺序；冷却速率；宏观偏析；与凝固收缩相关的铸造缺陷如缩松、缩孔、应力、变形、裂纹等问题2.1.4

铸造的科学内涵1.铸造与材料科学2020/12/1929微观层次(μ

m)枝晶形状；枝晶取向；枝晶间距；多相结构与尺寸；微观偏析2.1.4

铸造的科学内涵1.铸造与材料科学2020/12/19302.1.4

铸造的科学内涵2.铸造与工业化风电配件风电水电核电2020/12/19312.1.4

铸造的科学内涵3.铸造与高科技无模铸型的数字化快速成形机透视铸型、铸件,

洞观充型、凝固!

华铸CAE/InteCAST数值模拟浇注现场超大型铸件流动场模拟温度场模拟应力场模拟2020/12/1932铸造与材料科学密不可分铸造始终与工业化共进退铸造始终与高科技同发展2.1.4

铸造的科学内涵2020/12/1933铸造(Casting)：基本知识(Basictheory)砂型铸造(Sandcasting)离心铸造(Centrifugalcasting)压力铸造(Pressurecasting)低压铸造(Lowpressurecasting)消失模铸造(Lostfoamcasting)熔模铸造(Fusiblepatterncasting，