材料成形工艺-液态金属铸造成形工艺基础课件

1第一部分

液态金属铸造成形工艺

第一章

液态金属铸造成形工艺基础材料成形工艺 第一部分液态金属铸造成形工艺1第一部分

液态金属铸造成形工艺

第一章

液态金属铸造成2液态金属铸造成形工艺 第一章液态金属铸造成形工艺基础2液态金属铸造成形工艺 第3液态金属铸造成形工艺 第一章液态金属铸造成形工艺基础3液态金属铸造成形工艺 第4概述铸造：使熔融的金属液流入并凝固在预先制备的铸型中，获得特定形状和性能的毛坯或零件(铸件)的方法或技术。铸造的基本工艺要素是：

铸造的基本工艺过程是：铸造的基本考核指标是：第一章液态金属铸造成形工艺基础概述熔融金属液预先制备的铸型充型过程凝固过程形状精确性性能及其稳定性4概述铸造：使熔融的金属液流入并凝固在预先制备的铸型中，5概述本章的重点内容1、哪些基本工艺要素会对铸造考核指标产生影响？2、哪些基本工艺过程会对铸造考核指标产生影响？3、如何控制铸造成形的基本工艺要素？4、如何控制铸造成形的基本工艺过程？第一章液态金属铸造成形工艺基础概述5概述本章的重点内容1、哪些基本工艺要素会对铸造考核指标6★铸造的基本工艺要素：

一、基本工艺要素及其控制第一章液态金属铸造成形工艺基础一、基本工艺要素及其控制熔融金属液成分温度预先制备的铸型温度结构材质6★铸造的基本工艺要素：一、基本工艺要素及其控制第一章71、金属液应满足以下要求：

一、基本工艺要素及其控制成分符合要求——各元素含量在标称范围内合金液含气量、杂质含量在允许范围内温度符合要求——合金液应具备适当的温度条件合金液温度对充型过程、凝固过程均产生显著影响。合金液成分对铸件性能起决定性的作用。某些情况下还需要对合金液进行精炼、除气等处理。第一章液态金属铸造成形工艺基础一、基本工艺要素及其控制71、金属液应满足以下要求：一、基本工艺要素及其控制成分符81、根据铸件性能要求选定合金牌号及铸造方法；2、根据合金牌号及成分计算配料；3、根据合金牌号制定合金熔炼工艺。应注意配料的加入顺序对于易烧损元素应适量增加其配比为避免元素过度损耗，应对熔炼气氛进行控制或进行覆盖通过精炼处理除气，降低合金含气量通过变质处理，形成丰富的形核核心以细化晶粒第一章液态金属铸造成形工艺基础一、基本工艺要素及其控制1、金属液应满足的要求1.2、合金成分的控制：

81、根据铸件性能要求选定合金牌号及铸造方法；应注意配料的加91.2、合金温度的控制：

1、金属液应满足的要求1、根据合金牌号及铸造方法确定适当的浇注温度范围；2、精炼、变质等工序可能需要特殊的处理温度；3、精炼、变质完毕后应将合金液调整到浇注温度。通常使用可控功率的熔炼炉来实现合金温度的控制坩埚炉电炉感应炉可能需要将金属液静置一定时间以实现渣、气、金属液分离变质处理工序则要求合金液在一定时间内完成浇注第一章液态金属铸造成形工艺基础一、基本工艺要素及其控制91.2、合金温度的控制：1、金属液应满足的要求1、根据合102、铸型应满足以下要求：

一、基本工艺要素及其控制具备适当的结构具备适当的材质具备适当的温度铸型的材质影响铸件的冷却速度、表面质量和内部性能。铸型的结构影响充型过程和凝固过程，影响铸造的效率。铸型的温度影响铸件的冷却速度，同时对铸件缺陷产生和铸型寿命有显著影响第一章液态金属铸造成形工艺基础一、基本工艺要素及其控制102、铸型应满足以下要求：一、基本工艺要素及其控制具备适112.1、铸型的结构：

2、铸型应满足的要求铸型种类浇注位置分型面位置及数量开合型方式浇注系统结构砂型的结构第一章液态金属铸造成形工艺基础一、基本工艺要素及其控制112.1、铸型的结构：2、铸型应满足的要求铸型种类砂型的122.1、铸型的结构：

2、铸型应满足的要求铸型种类浇注位置分型面位置及数量开合型方式浇注系统结构压铸型的结构第一章液态金属铸造成形工艺基础一、基本工艺要素及其控制122.1、铸型的结构：2、铸型应满足的要求铸型种类压铸型132.2、铸型的材质：

2、铸型应满足的要求

砂——石英砂、刚玉砂、锆砂、铬铁矿砂粘结剂——粘土、水玻璃、硅溶胶、植物油、树脂金属——铸铁、铸钢、锻钢、铜合金、铝合金其它——石墨、石膏、陶瓷、……铸型材料对铸件的表面质量及内部性能均产生显著影响。某些情况下需使用涂料对型腔表面进行处理。一次型永久型第一章液态金属铸造成形工艺基础一、基本工艺要素及其控制132.2、铸型的材质：2、铸型应满足的要求砂142.3、铸型的温度：

2、铸型应满足的要求常温：铸型在室温条件下直接进行浇注 预热：将铸型预热到一定温度后再进行浇注

金属液与铸型的热作用剧烈，冷却强度大，热冲击显著

可在一定程度上降低冷却强度，缓解热冲击，延长铸型寿命

第一章液态金属铸造成形工艺基础一、基本工艺要素及其控制142.3、铸型的温度：2、铸型应满足的要求常温：铸型在室153、铸型与金属之间的相互作用：

一、基本工艺要素及其控制机械作用： 金属液在进入型腔时对铸型的冲刷作用； 金属液充入型腔后对铸型壁面的压力作用； 铸型对金属凝固收缩而产生的阻碍作用。

热作用： 金属热量向铸型的换热传输作用。化学作用： 金属与铸型型壁元素的化学反应作用。第一章液态金属铸造成形工艺基础一、基本工艺要素及其控制153、铸型与金属之间的相互作用：一、基本工艺要素及其控制16金属液对铸型的冲刷作用金属液对型面的压力作用铸型对金属凝固收缩的阻碍3.1、机械作用：

3、铸型与金属之间的相互作用冲砂——铸件多肉、包砂型壁移动——铸件披缝、鼓胀拉伸应力——铸件变形、裂纹第一章液态金属铸造成形工艺基础一、基本工艺要素及其控制16金属液对铸型的冲刷作用3.1、机械作用：3、铸型与金属17冷却速度超出适当的工艺窗口型壁表面变形开裂金属液热量迅速导入铸型表层3.2、热作用：

3、铸型与金属之间的相互作用导致亚稳相的形成铸件表面质量差、夹砂结疤热击——铸型破裂或表面龟裂第一章液态金属铸造成形工艺基础一、基本工艺要素及其控制17冷却速度超出适当的工艺窗口3.2、热作用：3、铸型与金183、铸型与金属之间的相互作用夹砂缺陷(a)夹砂结疤/包砂(b)鼠尾夹砂形成示意图3.2、热作用不良导致的缺陷：

第一章液态金属铸造成形工艺基础一、基本工艺要素及其控制夹砂结疤缺陷通常发生于铸件上表面，鼠尾缺陷通常发生于铸件下表面。183、铸型与金属之间的相互作用夹砂缺陷夹砂形成示意图3.219构成铸件的金属与铸型之间可能发生化学反应。尤其是金属氧化物与铸型中的氧化物发生化学反应，形成低共熔点的产物，将铸件与铸型相互粘结。若产生化学粘砂，将导致难以完成铸件表面清理。金属与气氛相互作用，可能导致严重氧化、甚至燃烧。如：2Mg+O2=2MgO+Q3.3、化学作用：3、铸型与金属之间的相互作用第一章液态金属铸造成形工艺基础一、基本工艺要素及其控制19构成铸件的金属与铸型之间可能发生化学反应。3.3、化学作20气体的卷入、产生、析出或侵入：金属液进入铸型时裹入气体——卷入气孔；金属液中的气体析出——析出气孔；金属液与铸型反应形成气孔——反应气孔；铸型内气体膨胀而进入金属液——侵入气孔。

铸件中气孔的形成：

3、铸型与金属之间的相互作用应当注意气孔缺陷与疏松缺陷的差别和关联。第一章液态金属铸造成形工艺基础一、基本工艺要素及其控制20气体的卷入、产生、析出或侵入：铸件中气孔的形成：321

铸件中气孔的形成：

3、铸型与金属之间的相互作用第一章液态金属铸造成形工艺基础一、基本工艺要素及其控制卷入气孔的形成气孔的一般分布区域21铸件中气孔的形成：3、铸型与金属之间的相互作用第一224、常用铸造合金及其熔炼：一、基本工艺要素及其控制黑色金属——铸铁：含碳量大于2.11%的铁碳合金，以铁、碳和硅为主要元素的多元合金，硬而脆，因成本低廉，铸造合金中应用最广；铸钢：以含碳不超过2.11%，同时含有少量其它元素的Fe基合金，凝固过程中不经历共晶转变，塑性和韧性较铸铁更高。第一章液态金属铸造成形工艺基础一、基本工艺要素及其控制224、常用铸造合金及其熔炼：一、基本工艺要素及其控制黑色23一、基本工艺要素及其控制有色金属——铸造铝合金：以铝为主要成分，其合金化元素可包括硅、铜、镁、锌，铸造铝合金密度低，熔点低，比强度较高，耐蚀性优良；铸造镁合金：以镁为主要成分，加入铝、锌等合金化元素，可得到与铸造铝合金相近的抗拉强度，并得到较铝合金更高的比强度及比刚度特性。第一章液态金属铸造成形工艺基础一、基本工艺要素及其控制4、常用铸造合金及其熔炼：23一、基本工艺要素及其控制有色金属——第一章液态244.1、铸铁及其熔炼：一、基本工艺要素及其控制铸铁的一般成分范围：C(2.5-4.0)%、Si(1.0-3.0)%、Mn(0.5-1.4)%、P(0.01-0.5)%、S(0.02-0.20)%等，还可以加入一定量的合金元素以改善和提高其力学及物理化学性能。铸铁的分类：①按碳的存在形式分:白口铸铁、灰口铸铁和麻口铸铁；②按石墨存在形式分：灰口铸铁、可锻铸铁、球墨铸铁、蠕墨铸铁；③按成分区分：普通铸铁、合金铸铁。第一章液态金属铸造成形工艺基础一、基本工艺要素及其控制244.1、铸铁及其熔炼：一、基本工艺要素及其控制铸铁的一254.1、铸铁及其熔炼：一、基本工艺要素及其控制铸铁特点：生产设备和工艺简单、价格便宜；有良好的铸造性、切削加工性及减震性等优良的使用性能和工艺性能。铸铁的主要应用范围：农业机械中占40～60％；汽车拖拉机中约占50～70％；机床制造中约占60～90％。第一章液态金属铸造成形工艺基础一、基本工艺要素及其控制254.1、铸铁及其熔炼：一、基本工艺要素及其控制铸铁特点264.1、铸铁及其熔炼：一、基本工艺要素及其控制随碳含量及凝固条件的不同，铸铁中的碳以片状、球状、絮状的石墨形态为存在形式。石墨的力学特性σb=20MPa、HB3~5、δ=0割裂作用——减振、机械性能降低，断屑性能好；尖端效应：应力集中；润滑作用(自润滑和储油)：减摩和耐磨、切削性能好。不同的石墨形态对铸铁性能产生不同影响。第一章液态金属铸造成形工艺基础一、基本工艺要素及其控制264.1、铸铁及其熔炼：一、基本工艺要素及其控制随碳含量274.1、铸铁及其熔炼：一、基本工艺要素及其控制第一章液态金属铸造成形工艺基础一、基本工艺要素及其控制不同的石墨形态对铸铁性能产生不同影响；通过优化熔炼及铸造工艺，改善铸铁中的石墨形态，对于提升铸件性能和品质十分重要。274.1、铸铁及其熔炼：一、基本工艺要素及其控制第一章28一、基本工艺要素及其控制第一章液态金属铸造成形工艺基础一、基本工艺要素及其控制灰口铸铁：显微组织为金属基体（F、P、F+P）+片状石墨（G）基体连续性只有60%左右，石墨对基体的割裂作用和尖端效应较大，降低材料性能。28一、基本工艺要素及其控制第一章液态金属铸造成形29一、基本工艺要素及其控制第一章液态金属铸造成形工艺基础一、基本工艺要素及其控制灰口铸铁件中的石墨化程度控制：石墨化程度主要受控于合金化学成分和冷却速度这两个因素。化学成分的影响：碳是形成石墨和促进石墨化的元素；硅是强烈促进石墨化的元素；硫是严重阻碍石墨化的元素；锰能抵消硫的有害作用，属于有益元素,但过多则阻碍石墨化,一般控制为0.6%~1.2%；磷的影响不显著。29一、基本工艺要素及其控制第一章液态金属铸造成形30一、基本工艺要素及其控制第一章液态金属铸造成形工艺基础一、基本工艺要素及其控制灰口铸铁件中的石墨化程度控制：石墨化程度主要受控于合金化学成分和冷却速度这两个因素。冷却速度的影响：铸件缓慢冷却，有利于石墨化；同化学成分的铸铁，若冷却速度不同，其组织和性能也不同，在铸件不同部位采用不同的铸型材料，可以在局部形成不同的组织和性能；壁厚不同的铸件因冷却速度的差异，铸铁的组织和性能也随之而变，必须按照铸件的壁厚选定铸铁的化学成分和牌号。30一、基本工艺要素及其控制第一章液态金属铸造成形31一、基本工艺要素及其控制第一章液态金属铸造成形工艺基础一、基本工艺要素及其控制灰口铸铁件中的石墨化程度控制：石墨化程度主要受控于合金化学成分和冷却速度这两个因素。冷却速度的影响：铸件缓慢冷却，有利于石墨化；同化学成分的铸铁，若冷却速度不同，其组织和性能也不同，在铸件不同部位采用不同的铸型材料，可以在局部形成不同的组织和性能；壁厚不同的铸件因冷却速度的差异，铸铁的组织和性能也随之而变，必须按照铸件的壁厚选定铸铁的化学成分和牌号。31一、基本工艺要素及其控制第一章液态金属铸造成形32一、基本工艺要素及其控制第一章液态金属铸造成形工艺基础一、基本工艺要素及其控制灰口铸铁性能特点：σb约为100~350MPa，抗压强度与钢接近，一般可达600~1200MPa，塑性和韧度近于零，属于脆性材料；不能锻造和冲压，焊接时产生裂纹的倾向大，焊接性差；铸造性能优良，切削加工性能好，减振能力为钢的5~10倍，是制造机床床身、机座的主要材料；耐磨性好，适于制造润滑状态下工作的导轨、衬套和活塞环等。32一、基本工艺要素及其控制第一章液态金属铸造成形33一、基本工艺要素及其控制第一章液态金属铸造成形工艺基础一、基本工艺要素及其控制灰口铸铁牌号区分：分别代表抗拉强度和抗弯强度33一、基本工艺要素及其控制第一章液态金属铸造成形34一、基本工艺要素及其控制第一章液态金属铸造成形工艺基础一、基本工艺要素及其控制灰口铸铁的生产特点：主要在冲天炉内熔化，高质量的可用电炉熔炼。铸造性能优良，工艺简单，便于制造出薄而复杂的铸件，多采用同时凝固原则，不需要加补缩冒口和冷铁；只有高牌号铸铁采用顺序凝固原则；主要用砂型铸造，浇注温度较低，对型砂的要求较低，中小件大多采用经济简便的湿型铸造。一般不需要进行热处理，或仅需时效处理即可。34一、基本工艺要素及其控制第一章液态金属铸造成形35一、基本工艺要素及其控制第一章液态金属铸造成形工艺基础一、基本工艺要素及其控制灰口铸铁的主要应用场合：机床床身、底座、电器壳体、缸体、泵体、盖、手轮等受力不大、耐磨、减震零件。大型船用柴油机汽缸体(HT-300)重型机床床身(HT-250)变速箱体35一、基本工艺要素及其控制第一章液态金属铸造成形36一、基本工艺要素及其控制第一章液态金属铸造成形工艺基础一、基本工艺要素及其控制球墨铸铁：显微组织为金属基体（F、P、F+P）+球状石墨（G）良好的石墨形态可降低其对基体的割裂作用，降低裂纹敏感性，提高材料性能。36一、基本工艺要素及其控制第一章液态金属铸造成形37一、基本工艺要素及其控制第一章液态金属铸造成形工艺基础一、基本工艺要素及其控制球墨铸铁性能特点：力学性能比灰铸铁高得多，抗拉强度可以和钢媲美，塑性和韧度大大提高。通常σb=400~900MPa，δ=2%~18%；同时，仍保持灰铸铁某些优良性能，如良好的耐磨性和减震性；

缺口敏感性小，切削加工性能好等。焊接性能和热处理性能都优于灰铸铁。37一、基本工艺要素及其控制第一章液态金属铸造成形38一、基本工艺要素及其控制第一章液态金属铸造成形工艺基础一、基本工艺要素及其控制珠光体球墨铸铁和45号锻钢的力学性能比较

性能

45号锻钢（正火）

珠光体球墨铸铁（正火）抗拉强度b/Mpa 690815屈服强度0.2/Mpa 410640屈强比0.2/b 0.590.785延伸率δ（%） 263疲劳强度-1/MPa

150155硬度/HBS ﹤229 229~321

38一、基本工艺要素及其控制第一章液态金属铸造成形39一、基本工艺要素及其控制第一章液态金属铸造成形工艺基础一、基本工艺要素及其控制球墨铸铁牌号区分：39一、基本工艺要素及其控制第一章液态金属铸造成形40一、基本工艺要素及其控制第一章液态金属铸造成形工艺基础一、基本工艺要素及其控制球墨铸铁的生产特点：铁液要有足够高的含碳量，低的硫、磷含量，有时还要求低的含锰量。球化和孕育处理使铁水温度要降低50~100℃，为防止浇注温度过低，出炉的铁水温度必须高达1400℃以上。球化处理和孕育处理是制造球墨铸铁的关键，必须严格控制。球化剂：我国广泛采用的球化剂是稀土镁合金。孕育剂：常用的孕育剂为含硅75%的硅铁。40一、基本工艺要素及其控制第一章液态金属铸造成形41一、基本工艺要素及其控制第一章液态金属铸造成形工艺基础一、基本工艺要素及其控制球化及孕育处理：以冲入法最为普遍，将孕育剂及球化剂置于浇包底部，金属液冲入浇包并与孕育剂和球化剂充分作用。处理后的铁液应及时浇注，以避免孕育和球化作用的衰退。41一、基本工艺要素及其控制第一章液态金属铸造成形42一、基本工艺要素及其控制第一章液态金属铸造成形工艺基础一、基本工艺要素及其控制球墨铸铁的凝固特性：球墨铸铁含碳量较高，近共晶成分，凝固收缩率低，但缩孔、缩松倾向较大，凝固的外壳强度较低；球状石墨析出时的膨胀力很大，若铸型的刚度不够，铸件的外壳将向外胀大，造成铸件内部金属液的不足，在铸件最后凝固的部位产生缩孔和缩松。42一、基本工艺要素及其控制第一章液态金属铸造成形43一、基本工艺要素及其控制第一章液态金属铸造成形工艺基础一、基本工艺要素及其控制应对的铸造工艺措施：①在热节处设置冒口、冷铁，对铸件收缩进行补偿；②增加铸型刚度，防止铸件外形扩大，如：增加型砂紧实度、采用干砂型或水玻璃快干砂型，保证砂型有足够的刚度，并使上下型牢固夹紧。43一、基本工艺要素及其控制第一章液态金属铸造成形44一、基本工艺要素及其控制第一章液态金属铸造成形工艺基础一、基本工艺要素及其控制球墨铸铁的皮下气孔缺陷：缺陷表现——球墨铸铁件容易出现皮下气孔，常见位置为皮下0.5~2mm处，直径1~2mm；产生原因——铁液中过量的Mg或MgS与砂型表面水分发生如下化学反应生成气体而形成的：防止措施——降低铁液中含硫量和残余镁量；降低型砂含水量或采用干砂型；使铁液平稳地导入型腔，并有良好的挡渣效果，以防铸件内夹渣的产生。44一、基本工艺要素及其控制第一章液态金属铸造成形45一、基本工艺要素及其控制第一章液态金属铸造成形工艺基础一、基本工艺要素及其控制球墨铸铁的主要应用场合：球墨铸铁性能较灰口铸铁更为优异，而与部分钢种相当；其生产成本低于钢，这使得其应用非常广泛。主要应用场合包括：汽车、拖拉机底盘零件，阀体和阀盖，机油泵齿轮；柴油机和汽油机曲轴、缸体和缸；汽车拖拉机传动齿轮等。目前，球墨铸铁在制造曲轴方面正在逐步取代锻钢。45一、基本工艺要素及其控制第一章液态金属铸造成形46一、基本工艺要素及其控制第一章液态金属铸造成形工艺基础一、基本工艺要素及其控制铸铁还包括可锻铸铁，它是白口铸铁通过石墨化退火处理得到的一种高强韧铸铁，有较高的强度、塑性和冲击韧度，可以部分代替碳钢；先以较高的冷却速度铸造出白口铸铁，随后退火使Fe3C分解得到团絮状石墨，再进行长时间的石墨化退火处理，在900~980℃长时间保温以获得金属基体和团絮状石墨组成的微观组织。a)铁素体可锻铸铁b）珠光体可锻铸铁46一、基本工艺要素及其控制第一章液态金属铸造成形47一、基本工艺要素及其控制第一章液态金属铸造成形工艺基础一、基本工艺要素及其控制可锻铸铁的牌号及用途：KTH300—06、KTH330—08、KTH350—10、KTH370—12：用于制造管道配件、低压阀门、汽车拖拉机的后桥外壳、转向机构、机床零件等。KTZ450—06、KTZ550—04、KTZ650—02、KTZ700—02：制造强度要求较高、耐磨性较好的铸件，如齿轮箱、凸轮轴、曲轴、连杆、活塞环等KTB380—04、KTB380—12、KTB400—05、KTB450—07：为白心可锻铸铁，仅限于制造薄壁铸件和焊接后不需进行热处理的铸件、由于工艺较复杂，故在机械制造上较少应用。可锻铸铁的市场受到球墨铸铁的冲击……KTB400-05？47一、基本工艺要素及其控制第一章液态金属铸造成形48一、基本工艺要素及其控制第一章液态金属铸造成形工艺基础一、基本工艺要素及其控制铸铁还包括蠕墨铸铁，它是在一定成分的铁液中加入适量的蠕化剂进行蠕化处理而成的，蠕化剂通常使用镁钛合金、稀土镁钛合金或稀土镁钙合金等；石墨形态：比灰铸铁中的石墨片的长厚比要小的片状，端部较钝、较圆，介于片状和球状之间的一种石墨形态；力学性能：蠕墨铸铁的强度、塑性和抗疲劳性能优于灰铸铁，其力学性能介于灰铸铁与球墨铸铁之间。牌号：RuT420、RuT380、RuT340、RuT300、RuT26048一、基本工艺要素及其控制第一章液态金属铸造成形49一、基本工艺要素及其控制第一章液态金属铸造成形工艺基础一、基本工艺要素及其控制铸铁还包括蠕墨铸铁，它是在一定成分的铁液中加入适量的蠕化剂进行蠕化处理而成的；石墨形态：比灰铸铁中的石墨片的长厚比要小的片状，端部较钝、较圆，介于片状和球状之间的一种石墨形态；力学性能：蠕墨铸铁的强度、塑性和抗疲劳性能优于灰铸铁，其力学性能介于灰铸铁与球墨铸铁之间。牌号：RuT420、RuT380、RuT340、RuT300、RuT260蠕墨铸铁中的石墨珠光体基体铁素体基体49一、基本工艺要素及其控制第一章液态金属铸造成形50一、基本工艺要素及其控制第一章液态金属铸造成形工艺基础一、基本工艺要素及其控制蠕墨铸铁常用于制造承受热循环载荷的零件和结构复杂、强度要求高的铸件。如钢锭模、玻璃模具、柴油机汽缸、汽缸盖、排气阀、液压阀的阀体、耐压泵的泵体等。玻璃模具制动鼓50一、基本工艺要素及其控制第一章液态金属铸造成形514.2、铸钢及其熔炼：一、基本工艺要素及其控制铸钢：铸钢是以铁、碳为主要元素的合金，碳含量在2.11%以下。铸钢包含铸造碳钢、铸造低合金钢和铸造特种钢三个类别。以碳为主要合金元素并含有少量其它元素的铸钢为铸造碳钢；含有锰、铬、铜等合金元素但其总量小于5%的铸钢为铸造低合金钢；铸造特种钢为满足特殊需要而炼制的合金铸钢，通常含有一种或多种的高量合金元素，以获得某种特殊性能。第一章液态金属铸造成形工艺基础一、基本工艺要素及其控制514.2、铸钢及其熔炼：一、基本工艺要素及其控制铸钢：铸52一、基本工艺要素及其控制以碳为主要合金元素并含有少量其它元素的铸钢为铸造碳钢。铸造低碳钢——含碳量小于0.2%铸造中碳钢——含碳量在0.2～0.5%范围内铸造高碳钢——含碳量在0.5～2.11%范围内随着含碳量的增加，铸造碳钢的强度增大，硬度提高。铸造碳钢具有较高的强度、塑性和韧性，成本较低，在重型机械中用于制造承受大负荷的零件，如轧钢机机架、水压机底座等；在铁路车辆上用于制造受力大又承受冲击的零件如摇枕、侧架、车轮和车钩等。第一章液态金属铸造成形工艺基础一、基本工艺要素及其控制52一、基本工艺要素及其控制以碳为主要合金元素并含有少量其它53一、基本工艺要素及其控制一般将含有锰、铬、铜等合金元素但其总量小于5%的铸钢称为铸造低合金钢。碳钢中除了铁和碳以外，通常还含有炉料带入的少量合金元素Mn、Si、Al，杂质元素P、S及气体N、H、O等；合金钢则是为了获得某种物理、化学或力学特性而有意添加了一定量的合金元素Cr、Ni、Mo、V，并对杂质和有害元素加以控制的另一类钢。典型碳素结构钢的最小屈服点为235MPa，而典型低合金高强度钢的最小屈服点可达到345MPa，因此采用合金钢替代碳钢可以减小结构件的尺寸及重量。第一章液态金属铸造成形工艺基础一、基本工艺要素及其控制53一、基本工艺要素及其控制一般将含有锰、铬、铜等合金元素54一、基本工艺要素及其控制铸造特种钢为满足特殊需要而炼制的合金铸钢，品种繁多，通常含有一种或多种高量合金元素，以获得某种特殊性能。如：含锰11%～14%的高锰钢能耐冲击磨损，多用于矿山机械、工程机械的耐磨零件；以铬或铬镍为主要合金元素的各种不锈钢，用于在有腐蚀或650℃以上高温条件下工作的零件，如化工用阀体、泵、容器或大容量电站的汽轮机壳体等。第一章液态金属铸造成形工艺基础一、基本工艺要素及其控制54一、基本工艺要素及其控制铸造特种钢为满足特殊需要而炼制的55一、基本工艺要素及其控制第一章液态金属铸造成形工艺基础一、基本工艺要素及其控制铸钢优点：力学性能高，特别是塑性和韧性比铸铁高，如：σb=400~650N/mm2，δ=10%~25%，αK=20~60J/cm2；焊接性能优良，适于采用铸、焊联合工艺制造重型机械。铸钢缺点：铸造性能、减震性和缺口敏感性都比铸铁差：熔点高，钢液易氧化；流动性差；收缩较大，体收缩和线收缩约为灰铸铁的3倍和2倍。55一、基本工艺要素及其控制第一章液态金属铸造成形56一、基本工艺要素及其控制第一章液态金属铸造成形工艺基础一、基本工艺要素及其控制铸钢的铸造工艺要点：

型砂的强度、耐火度和透气性要高；为保证铸件质量，避免出现缩孔、缩松、裂纹、气孔和夹渣等缺陷，必须采取更为复杂的工艺措施，如使用补缩冒口和冷铁；严格控制浇注温度，低碳钢流动性较差、薄壁小件或结构复杂不容易浇满的铸件，应取较高的浇注温度，高碳钢流动性较好、大铸件、厚壁铸件及容易产生热裂的铸件，应取较低的浇注温度，一般为1500~1650℃。56一、基本工艺要素及其控制第一章液态金属铸造成形574.3、铸造铝合金及其熔炼：一、基本工艺要素及其控制铝合金：密度低，熔点低，导电性和耐蚀性优良，被广泛用于制造轻质铸件。铸造铝合金：包括铝硅、铝铜、铝镁及铝锌合金。铸造铝合金牌号：ZL（铸铝）+序号（1××-硅系；2××-铜系；3××-镁系；4××-锌系）例，ZL109：表示铸造铝硅合金。ZL205：表示铸造铝铜合金。第一章液态金属铸造成形工艺基础一、基本工艺要素及其控制574.3、铸造铝合金及其熔炼：一、基本工艺要素及其控制铝58典型铸造铝合金及其应用：一、基本工艺要素及其控制第一章液态金属铸造成形工艺基础一、基本工艺要素及其控制58典型铸造铝合金及其应用：一、基本工艺要素及其控制第一章59典型铸造铝合金及其应用：一、基本工艺要素及其控制第一章液态金属铸造成形工艺基础一、基本工艺要素及其控制汽缸头(ZL201)轮毂(ZL109)59典型铸造铝合金及其应用：一、基本工艺要素及其控制第一章60典型铸造铝合金及其应用：一、基本工艺要素及其控制第一章液态金属铸造成形工艺基础一、基本工艺要素及其控制60典型铸造铝合金及其应用：一、基本工艺要素及其控制第一章61典型铸造铝合金及其应用：一、基本工艺要素及其控制第一章液态金属铸造成形工艺基础一、基本工艺要素及其控制鼓风机密封件等(ZL102、301)大型空压机活塞(ZL401)61典型铸造铝合金及其应用：一、基本工艺要素及其控制第一章62铸造铝合金的熔炼要点：铝的化学性质活泼，易与空气中的氧气及水发生反应：4Al+3O2=2Al2O32Al+3H2O=Al2O3+6[H]氧化物Al2O3的熔点高达2050℃，比重稍大于铝，熔化搅拌时容易进入铝液，形成为非金属夹渣。铝液还极易吸收氢气，使铸件产生针孔缺陷。一、基本工艺要素及其控制第一章液态金属铸造成形工艺基础一、基本工艺要素及其控制62铸造铝合金的熔炼要点：一、基本工艺要素及其控制第一章63一、基本工艺要素及其控制第一章液态金属铸造成形工艺基础一、基本工艺要素及其控制铝合金的精炼——防止氧化和吸气：①向坩埚炉内加入KCl、NaCl等作为熔剂，将铝液与炉气隔离。②为驱除铝液中已吸入的氢气、防止针孔的产生，在铝液出炉之前应进行除氢精炼，如用钟罩向铝液中压入氯化锌(ZnCl2)、六氯乙烷(C2Cl6)等氯盐或氯化物，发生如下反应：AlCl3沸点仅为183℃，故形成气泡，同时氢在AlCl3气泡中的分压力等于零，所以铝液中的氢向气泡中扩散，被上浮的气泡带出液面，上浮的气泡还将Al2O3夹杂一并带出。向熔液中吹入氩气形成气泡，将氢带出熔液。

63一、基本工艺要素及其控制第一章液态金属铸造成形64一、基本工艺要素及其控制第一章液态金属铸造成形工艺基础一、基本工艺要素及其控制铝硅合金的变质处理：变质处理：向金属液体中加入一些细小的形核剂（又称为孕育剂或变质剂），使它在金属液中形成大量分散的人工制造的非自发晶核，从而获得细小的铸造晶粒，提高材料性能。ZL102变质前后的铸造组织64一、基本工艺要素及其控制第一章液态金属铸造成形65一、基本工艺要素及其控制第一章液态金属铸造成形工艺基础一、基本工艺要素及其控制铝硅合金的变质处理：含Si量及变质处理对铝硅合金力学性能的影响变质处理后，Al-Si合金的力学性能有明显改善；含Si量越高，性能提升越明显。65一、基本工艺要素及其控制第一章液态金属铸造成形66一、基本工艺要素及其控制第一章液态金属铸造成形工艺基础一、基本工艺要素及其控制铝硅合金的变质处理：传统铝合金变质剂由钠盐和钾盐混合而成，种类繁多；通用一号：变质、覆盖和精炼作用，用于浇注重要件：NaF:60%，NaCl:25%，NaAlF6:15%三元变质剂：一般在合金精炼后使用，以进行变质处理：NaF:25%，NaCl:62%，KCl:13%操作：除气精炼-扒去表面氧化夹渣-均匀撒2-3%变质剂，保持10-12分钟(使其熔化结壳)-用压瓢轻压入Al液(100-150mm深处)-上浮结壳后，再重复压入数次(3-5分钟)-取样检验。66一、基本工艺要素及其控制第一章液态金属铸造成形67一、基本工艺要素及其控制第一章液态金属铸造成形工艺基础一、基本工艺要素及其控制其它变质剂：锶(Sr)变质：加入0.02-0.06%Sr，(720C，Al-Sr合金)长效6-8小时，但易形成SrH，增大除氢难度，且易发生铸型反应，并导致针孔；锑(Sb)变质稀土元素变质精炼-变质剂(复合作用)过共晶Al-Si合金变质：P-Cu合金(含P10%)，加1%即可Ti、B、Zr等以中间合金或盐类形式加入铝液，形成TiAl3、AlB2、TiB2等高熔点质点细化衰退——熔炼或浇注时间过长时，所形成的异质核心沉积到熔液底部，会导致细化能力丧失。67一、基本工艺要素及其控制第一章液态金属铸造成形68一、基本工艺要素及其控制第一章液态金属铸造成形工艺基础一、基本工艺要素及其控制铝合金的铸造工艺要点：铝合金的凝固收缩率大，多需加冒口使铸件实现顺序凝固，以便补缩。铝液性质活泼，为防止铝液的氧化，浇注时勿断流。浇注系统应能防止金属液的飞溅，以便将金属液平稳地导入型腔，不致卷入气体或氧化膜。68一、基本工艺要素及其控制第一章液态金属铸造成形694.4、铸造镁合金及其熔炼：一、基本工艺要素及其控制镁合金：纯镁中加入Al、Zn、Mn、Zr及稀土等元素，制成镁合金，其密度较铝合金更低，比强度高于铝合金和钢，比刚度接近铝合金和钢。铸造镁合金牌号：ZM＋顺序号表示。ZM1、ZM2、ZM7、ZM8：Mg-Al-Zn系ZM5：Mg-Zn-Zr系：较高的强度，良好的塑性和铸造工艺性能，耐热性较差，主要用于制造150℃以下工作的飞机、导弹、发动机中承受较高载荷的结构件或壳体。ZM3、ZM4和ZM6：Mg-RE-Zr系。良好铸造性能、常温强度和塑性较低、耐热性较高，主要用于制造250℃以下工作的高气密性零件。第一章液态金属铸造成形工艺基础一、基本工艺要素及其控制694.4、铸造镁合金及其熔炼：一、基本工艺要素及其控制镁70典型铸造镁合金的性能及应用：一、基本工艺要素及其控制第一章液态金属铸造成形工艺基础一、基本工艺要素及其控制70典型铸造镁合金的性能及应用：一、基本工艺要素及其控制第一71铸造镁合金的熔炼保护：一、基本工艺要素及其控制第一章液态金属铸造成形工艺基础一、基本工艺要素及其控制镁的化学活性很高，镁在空气中会和氧反应：生成的白色氧化膜（MgO）不致密，不能保护镁不再氧化。镁液遇氧气会剧烈氧化而燃烧，发出耀眼的白光，最高温度达2875℃。镁和水汽存在如下反应：高温时反应剧烈，生成的氢气和空气中的氧气迅速混和反应，以及液态的水受热而迅速汽化，导致猛烈的爆炸，引起镁液飞溅，危害极大。71铸造镁合金的熔炼保护：一、基本工艺要素及其控制第一章72铸造镁合金的熔炼保护：一、基本工艺要素及其控制第一章液态金属铸造成形工艺基础一、基本工艺要素及其控制氮气对于镁来说不是惰性的，它能与镁反应生成Mg3N2，该膜疏松多孔，不能阻止反应继续进行，当搅动镁液时，它还会混入镁液，悬浮在镁液中，成为非金属夹杂物。硫磺和镁液相遇时，首先受热蒸发为硫蒸气，部分在镁液表面形成MgS保护膜，大部分硫和氧气反应生成SO2，SO2又和镁液相遇产生下列放热反应：MgO+MgS复合表面膜很致密，可抑制镁的氧化，但当温度大于750C时，此膜失去保护作用。72铸造镁合金的熔炼保护：一、基本工艺要素及其控制第一章73铸造镁合金的熔炼保护：一、基本工艺要素及其控制第一章液态金属铸造成形工艺基础一、基本工艺要素及其控制硼酸（H3BO3）受热后脱水变成硼酐（B2O3），遇镁及MgO反应。生成致密的Mg3B2膜，MgO·B2O3是严密的釉质保护膜，也具有保护作用。NH4F·HF及NH4BF4与镁液相遇时即行分解，在镁液周围形成NH3及HF保护气体，并在镁液表面形成致密的MgF2膜。因此，镁合金熔炼时，可应用S、B、F等元素对其进行保护，以避免合金的过度氧化及燃烧。如在熔镁坩埚表面覆盖SF6气体、在铸型表面应用硼酸，以替代传统的熔剂覆盖保护方案。73铸造镁合金的熔炼保护：一、基本工艺要素及其控制第一章74铸造镁合金的精炼：一、基本工艺要素及其控制第一章液态金属铸造成形工艺基础一、基本工艺要素及其控制熔炼时镁液与炉气中的H2O反应生成MgO夹杂，镁液和N2接触也生成Mg3N2，当在熔剂保护下熔化时，镁液中也会产生熔剂夹杂。所以镁合金和铝合金一样，必须进行精炼。采取“下部熔剂法”，即用专门的勺子将镁液上下循环流动，把经充分脱水烘烤的由氯盐、氟盐组成的精炼熔剂撒在液面上，使其随着上下翻动的液流和镁液充分接触，多次循环把悬浮在镁液中的夹杂物俘获、沉淀到坩埚底部，静置10min，镁液呈“镜面”状，这样合金中的气体、氧化夹杂和熔剂夹杂将大大减少。精炼剂通常由CCl6、MgCO3、CaCO3等构成，由反应产生的气体将金属液中的气体及夹杂物排出。74铸造镁合金的精炼：一、基本工艺要素及其控制第一章75铸造镁合金的变质：一、基本工艺要素及其控制第一章液态金属铸造成形工艺基础一、基本工艺要素及其控制未经变质处理的镁合金，晶粒比较粗大，在厚处更为明显。晶粒粗大将使合金的缩松和热裂倾向大大加剧，力学性能下降很多，所以需对镁合金液进行变质处理，使δ（Mg）基体细化。对于含铝的ZM5合金，可采用“过热变质”，即把精炼后的镁液升温到850~900℃，保温10~15min，然后迅速冷却到浇注温度进行浇注。“过热变质”要求Mg-Al合金中含有一定量的铁。其机理可能是随着温度上升，铁在镁中的溶解量增加，迅速降温时，这些铁就以大量不溶于镁液的Mg-Al-Fe或Mg-Al-Fe-Mn化合物细小质点析出，成为镁合金凝固时的结晶核心，使晶粒细化。75铸造镁合金的变质：一、基本工艺要素及其控制第一章76铸造镁合金的变质：一、基本工艺要素及其控制第一章液态金属铸造成形工艺基础一、基本工艺要素及其控制另一种方法是往镁液中加入一些含碳物质，如MgCO3、C2Cl6等，它们与镁液反应，生成大量弥散分布的Al4C3质点，增加了结晶晶核，使晶粒细化。Mg-Zn系合金则可通过加入锆元素来细化晶粒。76铸造镁合金的变质：一、基本工艺要素及其控制第一章77第一部分

液态金属铸造成形工艺

第一章

液态金属铸造成形工艺基础材料成形工艺 第一部分液态金属铸造成形工艺1第一部分

液态金属铸造成形工艺

第一章

液态金属铸造成78液态金属铸造成形工艺 第一章液态金属铸造成形工艺基础2液态金属铸造成形工艺 第79液态金属铸造成形工艺 第一章液态金属铸造成形工艺基础3液态金属铸造成形工艺 第80概述铸造：使熔融的金属液流入并凝固在预先制备的铸型中，获得特定形状和性能的毛坯或零件(铸件)的方法或技术。铸造的基本工艺要素是：

铸造的基本工艺过程是：铸造的基本考核指标是：第一章液态金属铸造成形工艺基础概述熔融金属液预先制备的铸型充型过程凝固过程形状精确性性能及其稳定性4概述铸造：使熔融的金属液流入并凝固在预先制备的铸型中，81概述本章的重点内容1、哪些基本工艺要素会对铸造考核指标产生影响？2、哪些基本工艺过程会对铸造考核指标产生影响？3、如何控制铸造成形的基本工艺要素？4、如何控制铸造成形的基本工艺过程？第一章液态金属铸造成形工艺基础概述5概述本章的重点内容1、哪些基本工艺要素会对铸造考核指标82★铸造的基本工艺要素：

一、基本工艺要素及其控制第一章液态金属铸造成形工艺基础一、基本工艺要素及其控制熔融金属液成分温度预先制备的铸型温度结构材质6★铸造的基本工艺要素：一、基本工艺要素及其控制第一章831、金属液应满足以下要求：

一、基本工艺要素及其控制成分符合要求——各元素含量在标称范围内合金液含气量、杂质含量在允许范围内温度符合要求——合金液应具备适当的温度条件合金液温度对充型过程、凝固过程均产生显著影响。合金液成分对铸件性能起决定性的作用。某些情况下还需要对合金液进行精炼、除气等处理。第一章液态金属铸造成形工艺基础一、基本工艺要素及其控制71、金属液应满足以下要求：一、基本工艺要素及其控制成分符841、根据铸件性能要求选定合金牌号及铸造方法；2、根据合金牌号及成分计算配料；3、根据合金牌号制定合金熔炼工艺。应注意配料的加入顺序对于易烧损元素应适量增加其配比为避免元素过度损耗，应对熔炼气氛进行控制或进行覆盖通过精炼处理除气，降低合金含气量通过变质处理，形成丰富的形核核心以细化晶粒第一章液态金属铸造成形工艺基础一、基本工艺要素及其控制1、金属液应满足的要求1.2、合金成分的控制：

81、根据铸件性能要求选定合金牌号及铸造方法；应注意配料的加851.2、合金温度的控制：

1、金属液应满足的要求1、根据合金牌号及铸造方法确定适当的浇注温度范围；2、精炼、变质等工序可能需要特殊的处理温度；3、精炼、变质完毕后应将合金液调整到浇注温度。通常使用可控功率的熔炼炉来实现合金温度的控制坩埚炉电炉感应炉可能需要将金属液静置一定时间以实现渣、气、金属液分离变质处理工序则要求合金液在一定时间内完成浇注第一章液态金属铸造成形工艺基础一、基本工艺要素及其控制91.2、合金温度的控制：1、金属液应满足的要求1、根据合862、铸型应满足以下要求：

一、基本工艺要素及其控制具备适当的结构具备适当的材质具备适当的温度铸型的材质影响铸件的冷却速度、表面质量和内部性能。铸型的结构影响充型过程和凝固过程，影响铸造的效率。铸型的温度影响铸件的冷却速度，同时对铸件缺陷产生和铸型寿命有显著影响第一章液态金属铸造成形工艺基础一、基本工艺要素及其控制102、铸型应满足以下要求：一、基本工艺要素及其控制具备适872.1、铸型的结构：

2、铸型应满足的要求铸型种类浇注位置分型面位置及数量开合型方式浇注系统结构砂型的结构第一章液态金属铸造成形工艺基础一、基本工艺要素及其控制112.1、铸型的结构：2、铸型应满足的要求铸型种类砂型的882.1、铸型的结构：

2、铸型应满足的要求铸型种类浇注位置分型面位置及数量开合型方式浇注系统结构压铸型的结构第一章液态金属铸造成形工艺基础一、基本工艺要素及其控制122.1、铸型的结构：2、铸型应满足的要求铸型种类压铸型892.2、铸型的材质：

2、铸型应满足的要求

砂——石英砂、刚玉砂、锆砂、铬铁矿砂粘结剂——粘土、水玻璃、硅溶胶、植物油、树脂金属——铸铁、铸钢、锻钢、铜合金、铝合金其它——石墨、石膏、陶瓷、……铸型材料对铸件的表面质量及内部性能均产生显著影响。某些情况下需使用涂料对型腔表面进行处理。一次型永久型第一章液态金属铸造成形工艺基础一、基本工艺要素及其控制132.2、铸型的材质：2、铸型应满足的要求砂902.3、铸型