金属工艺第二章特种铸造课件

上次课内容的回顾铸铁件生产碳在铁碳合金中的存在形式有：渗碳体和石墨白口铸铁、灰口铸铁、麻口铸铁铸铁的优点石墨形态对铸铁性能的影响铸铁的石墨化：影响石墨化因素灰口铸铁件的生产；球墨铸铁件的生产；可锻铸铁件的生产；蠕墨铸铁件的生产铸钢件的生产2.2.3铜铝合金铸件的生产由于铜、铝合金具有优良的物理、化学性能，以及良好的工艺性能和独特的力学性能，所以，它们也是铸造生产中常用的合金材料。1.铜合金铸件纯铜外观呈紫红色，导电、导热性能很好，塑性高，强度低，低温下塑性、韧性好。主要用于导电材料、电真空器件、仪器、仪表等。铜合金的分类——铸造铜合金分为铸造黄铜和铸造青铜两大类1铸造铜合金的牌号、成分、性能和应用①铸造青铜——铜和锌以外的元素所组成的合金统称青铜，其中CuSn合金称锡青铜，CuAl合金称铝青铜，CuPb合金称铅青铜，为区别起见，不含锡的青铜统称为无锡青铜。②铸造黄铜——铜和锌组成的合金统称为黄铜。其中CuZn二元合金称为普通黄铜,普通黄铜中再加入Mn、Al、Fe、Si、Pb、Sn等元素所组成的多元黄铜称特殊黄铜。2铸造铜合金的铸造工艺特点①锡青铜锡青铜的结晶温度范围很大,同时凝固区域很宽,流动性较差，易产生缩松。但氧化倾向不大，因所含Sn、Pb等元素不易氧化。对壁厚较大的重要铸件(蜗轮、阀体等)必须采取强烈的顺序凝固，对形状复杂的薄壁件和一般壁厚件，若致密性允许降低，可采用同时凝固。②铝青铜、铝黄铜等含铝较高的铜合金结晶温度范围很小，呈逐层凝固特征，故流动性较好，易形成集中缩孔，但极易氧化。铸造时要解决的主要问题是防止氧化夹杂和消除缩孔。为消除缩孔，必须使铸件顺序凝固。铸造铝合金铝的密度小、熔点低、导电、导热性优良、无磁性。纯铝的强度很低，但塑性很好，便于塑性加工成形。工业纯铝主要用作配制铝合金，制作电线、电缆及日用器皿等。铝合金根据加工方法分为铸造铝合金与变形铝合金两大类。铸造铝合金中加入合金元素的量较多，按照主要合金元素的不同，铸造铝合金分为铝硅合金、铝铜合金、铝镁合金、铝锌合金四个大类，其中铝硅合金应用最广1)．铝硅合金（Al-Si）铝硅合金流动性好、线收缩率低、热裂倾向小、气密性好，又有足够的强度，所以应用最广。常用于制造形状复杂的薄壁件或气密性要求较高的铸件，如内燃机缸体、化油器、仪表外壳等。2)．铝铜合金（Al-Cu）铝铜合金的铸造性能差，热裂倾向大、气密性和耐蚀性较差，但耐热性较好，主要用于制造活塞、汽缸头等。3)．铝镁合金（Al-Mg）铝镁合金是所有铝合金中比强度最高的，主要用于航天、航空或长期在大气、海水中工作的零件等。4)．铝锌合金（Al-Zn）能自动淬火,可以避免淬火变形和开裂，宜于压铸，抗腐蚀性和铸造性能差。工艺处理：熔炼设备有坩埚炉、反射炉、电弧炉和感应炉。为减缓铝合金的氧化和吸气,必须采用熔剂保护,如熔化时加入KCl、NaCl等盐类作为熔剂，将铝液覆盖,与炉气隔离进行熔炼；为了排出吸入的气体,在熔炼后期要进行去气精炼；为了改善铝硅合金的力学性能,需要进行变质处理,以细化共晶硅或过共晶硅。工艺特点:铸造铝合金熔点低，流动性好，故可铸形状复杂的薄壁铸件。铝合金导热快、易氧化和吸气，对浇注系统的要求是：充填时间短、铝液流动平稳，撇渣能力强，常采用开放式浇注系统，并多开内浇口，直浇口常用蛇形或鹅颈形等特殊形状。变形铝合金

变形铝合金按性能特点分为四类:防锈铝,硬铝，超硬铝,锻铝。类别性能特点主要用途防锈铝抗蚀性、焊接性、塑性及低温力学性能良好。强度较低，切削加工性能较差。不可热处理强化材料。主要用于焊接零件、构件、容器、管道、飞机蒙皮，以及深冲和弯曲件，在航空工业中应用广泛。硬铝可热处理强化，强度高，与高强度钢接近。可制作铆钉、螺旋桨叶片、飞机翼肋、梁等。超硬铝室温强度最高的铝合金，但耐蚀性差，高温软化快。主要用作受力大的重要结构件和承受高载荷的零件。如飞机大梁、起落架锻铝具有优良的热塑性，适宜锻造，铸造性能、耐蚀性较好，力学性能与硬铝相近。主要用作航空及仪表业中形状复杂、要求比强度高的锻件。如叶轮、框架、支杆等。2.4近净成形精密铸造一.熔模铸造二.金属型铸造三.压力铸造四.低压铸造五.离心铸造六.其它特种铸造方法本节没有重点要求一.熔模铸造用易熔材料制成模型，然后用造型材料将其包住，经过硬化，再将模型熔失，从而获得无分型面的铸型。熔模工艺过程熔模铸造特点及应用：1铸件精度较高、表面粗糙度低其精度可达IT11~IT14，粗糙度达Ra12.5～1.6μm。减少机械加工工作量，提高金属材料的利用率。且可浇铸形状复杂件。2能够铸造各种合金铸件从铜、铝等有色合金到各种合金钢均可铸造，尤其适用于那些高熔点合金及难切削加工合金的铸造，如耐热合金、磁钢等。3生产批量不受限制适合单件、小批量到大量生产。但这种方法工序繁杂，生产周期较长(4～5天)，而且铸件不能太大和太长。熔模铸造件一般不超过25kg。熔模铸造是少切削、无切削加工工艺的重要方法，主要用于制造汽轮机、燃气轮机、涡轮发动机叶片和叶轮。中国式生产-熔模制造二.金属型铸造金属型铸造是指在重力作用下，让金属液充填金属铸型而获得铸件的一种铸造方法。水平分型式1.型芯;2.上型;3.下型垂直分型式金属铸造的工艺要点金属铸型导热速度快、无退让性、无透气性，易产生浇不足、冷隔、裂纹及白口等缺陷。金属铸型反复受灼热金属液的冲刷，寿命会降低，应采用相应的工艺措施。（1）喷刷涂料隔绝液态金属与金属型型腔的直接接触，方便铸件出型。延长铸型的使用寿命。减缓铸件的冷却速度，防止铸件产生裂纹等缺陷。（2）金属铸型应保持合适的工作温度对金属铸型要预热才能使用，有色金属件100～250℃，铸铁件预热温度为250～350℃。目的是减缓铸型的激冷作用。（3）控制出型时间浇注后出型太晚，铸型会阻碍铸件收缩而使其产生裂纹，增大取件和抽出型芯的难度,但出型过早会使铸件变形过大。（4）浇注温度浇注温度比砂型铸造高20～30℃，铝合金为680～740℃，铸铁为1300～1370℃金属型铸造的特点复用性好，可“一型多铸”。由于金属型对铸件的冷却能力强，使铸件的组织致密、机械性能高。铸件尺寸精度高，能获得较高尺寸精度IT6～IT9级和较低表粗糙度Ra12.5～6.3μm的铸件。金属型铸造不用砂或用砂少，改善了劳动条件。5.节省造型材料、设备及工时，生产效率高，便于自动化生产。不足：1.铸型制造周期长、成本高。2.金属型无透气性，且无退让性，易造成铸件浇不到、开裂和铸件白口现象,必须采取措施导出型腔中的气体。3.工艺要求严格，不适用于单件小批量铸件的生产金属型铸造适用于熔点较低的有色金属的大批量生产铸件，特别在铝、镁合金成批或大量生产中应用最广泛。3.压力铸造它是将熔融的金属在高压(30～70MPa)下，快速(充型时间为0.1～0.2s)地压入金属型(压型)中，并在压力下凝固，以获得铸件的方法。特点：高压、高速压铸设备两大类：热室压铸机和冷室压铸机热室压铸机的工作原理1.浇口；2.动模；3.定模；4.浇注缸；5.压射活塞;6.压室;7.保压浇壶;8.坩埚;9.加热炉;10.通道;11.压铸机;12.喷嘴压射活塞5上升时,液态金属通过进口进入压室内.动模2和定模3合型后,在压射活塞5下压时,液态金属沿通道经喷嘴12充填压铸型,冷却凝固成形,开型取出铸件冷室压铸机冷室压铸机的压室与保温炉是分开的,压铸时,要从保温炉中将金属液倒入压室后进行压铸。立式和卧式两种。卧式冷室压铸机的工作原理(a)浇入液态金属；（b)加压；(c)顶出铸件1.顶杆；2.金属铸型；3.高加压活塞；4.铸件金属铸型2由定型和动型两部分组成，定型是固定在压铸机的定模板上，动型固定在压铸机的动模板上，并可作水平移动；高加压活塞3将液态金属高速压入铸型2的型腔内，液态金属凝固后成为铸件。推杆Ⅰ由压铸机上的相应机构控制，可自由顶出铸件。压力铸造的特点1生产率极高压铸生产易实现机械化和自动化操作，效率高，适用于大批量生产。压铸是生产率最高的一种方法。例如，一般冷压室压铸机平均每班可压铸600～700次，小型热室压铸机平均每班可压铸3000～7000次。2铸件的精度高，表面粗糙度低尺寸精度可达IT11～IT13，Ra值可达3.2～0.8μm，有时达0.4μm。产品互换性好，并可直接铸出极薄件或带有小孔、螺纹的铸件。3压铸件组织致密，具有较高的强度和硬度并具有良好的耐磨性和耐蚀性。压铸件抗拉强度一般比砂型铸件提高25％～30％，但延伸率有所下降。4材料利用率高其材料利用率约为60%～80%，毛坯利用率达90％。5可以制造形状复杂、薄壁深腔的金属零件目前锌合金压铸件最小壁厚可达0.3mm,可铸出的螺纹最小螺距为0.75mm。6压铸机费用高压型铸造成本高昂、工艺准备时间长，因此不适宜单件、小批量生产。7目前压铸尚不适用于钢、铸铁等高熔点合金的铸造8压铸件内部存有气孔、缩孔和缩松等缺陷四.低压铸造低压铸造是介于金属型铸造和压力铸造之间的一种铸造方法。低压铸造的特点及适用范围（1）浇注时的压力和速度便于调节，故可适应各种不同的铸型(如金属型、砂型、熔模型壳等)。同时，其充型平稳，对铸型的冲刷力小，气体较易排除。（2）便于实现顺序凝固，以防止缩孔和缩松，尤能有效地克服铝合金的针孔缺陷。（3）铸件的表面质量高于金属型(IT12～IT14，Ra值12.5～3.2μm)，可生产出壁厚为1.5～2mm的薄壁铸件。（4）由于不用冒口，金属的利用率可提高到90%～98%。此外，其设备费用远较压铸低。低压铸造主要用于铝合金铸件的大批量生产，如轮毂、汽缸体、缸盖、活塞、曲轴箱、曲轴等铸件的生产。五.离心铸造将液体金属浇入高速旋转的铸型中，使金属在离心力作用下填充铸型和结晶，这种铸造方法称为离心铸造。离心铸造特点及应用（1）离心铸造可以用金属型，也可以用砂型。它既适合浇铸中空铸件，又能铸造实形铸件。（2）铸件结晶细密，无缩孔、缩松、气孔、夹渣等缺陷，力学性能好。（3）当铸造具有圆形内腔的铸件时，可省去型芯和浇注系统，这比普通砂型铸造既省工，又省料。（4）离心铸造还便于铸造“双金属”铸件，如钢套镶铜轴承等，其结合面牢固，耐磨，又节约许多贵重金属材料。离心铸造广泛用于制造铸铁管、缸套及滑动轴承等铸件。（5）离心铸造铸出的内孔不准确，内表面质量比较差，对于内孔待加工的机器零件，则可采用加大内孔加工余量的方法来解决。离心铸造广泛用于制造铸铁管、缸套及滑动轴承等铸件。六.其它特种铸造方法1.挤压铸造挤压铸造又称液态金属模锻，是一种铸、锻结合的少切屑或无切屑工艺。挤压铸造具有如下特点：1品质优良挤压铸造件一般无铸件中常见的气孔、疏松、缩孔等缺陷；内部组织紧密、均匀、晶粒细小；其力学性能可以和锻件相媲美；表面粗糙度低、尺寸精度高，能生产出一般模锻方法无法生产的形状复杂的零件；对壁厚较大、性能要求较高、有耐渗漏要求的零件，采用挤压铸造工艺生产是最理想的方法。2生产效率高挤压铸造工艺生产过程简单，操作容易，便于组织机械化、自动化生产；3材料消耗少，节能显著直接挤压铸造加压冲头直接作用在正在成形的液态金属上，没有浇、冒口系统，可节省大约10%以上的合金液。4间接挤压铸造浇口短，截面积大，金属液充填速度低，流程阻力小，减少了气体带入量，所以间接挤压铸件通常也能进行固溶热处理，可进一步提高零件的综合力学性能。挤压铸造工艺在模具材料、机理研究及专用设备等方面，还存在着不少问题，但它已在机电、汽车、船舶、五金工具、轻工、化工机械、航空、航天、军工等行业中得到了广泛的应用。2.实型铸造消失模铸造特点和应用不分型，不起模，工艺简化，精度提高；能制造形状复杂的铸件和工艺品；冒口设置可自由设置，不易产生缩孔、疏松等；易产生有害气体，铸件易渗碳，降低铸件表面质量；适于生产起模困难，形状复杂的铸件。快速成形技术快速成型技术又称快速原型制造(RapidPrototyping