铸造工艺课件.ppt

1、a，1。铸造技术，由裴军编写，员工基本教程，a，2。导言，第1节。合金的铸造性能，第2节。常用铸造合金，第3节。砂型铸造，第4节。特殊铸造，第5节。零件结构铸造工艺性，铸件，a，3。导言，1。什么是选角？熔化金属，制作模具，将熔化的金属倒入模具中，凝固，得到具有一定形状和性能的铸件，称为铸件。图9-1砂型铸造，a，4，2，铸造的优点和缺点，优点：1)形状复杂的零件毛坯，特别是具有复杂内腔的零件毛坯，如各种箱体、底座、机架等。2)铸造生产适应性广，工艺灵活性大。工业上常用的金属材料可用于铸造。铸件重量可从几克到几百吨，壁厚可从0.5毫米到1米。3)大多数铸造原料来源广泛，价格低廉，废料可直接利用

2、，铸造成本低。缺点：1)铸件组织疏松，晶粒粗大，易产生缩孔、气孔、气孔等内部缺陷。因此，铸件的机械性能，尤其是冲击韧性，低于由相同材料制成的锻件。2)铸造质量不够稳定。a，5，图9-2铸造产品，a，6，第1节合金的铸造性能，a，7，(1)合金的流动性1。流动性是指熔融金属的流动性。合金的流动性通常用“螺旋流动性试样”的长度来衡量。在相同的浇注条件下，金属液浇注到螺旋试样模具中时，合金的流动性越好，浇注的试样越长。2.流动性的影响因素1)合金的类型不同的合金具有不同的螺旋长度，即它们具有不同的流动性。其中，灰铸铁流动性最好，其次是硅黄铜和铝硅合金，铸钢流动性最差。1。流动性和充型能力，a，8，2

3、)纯金属和共晶成分的合金的化学成分和结晶特性，凝固从铸件壁面向中心逐渐推进，凝固表面相对光滑，对未凝固液体的流动阻力小，因此流动性好，如图9-3a所示。亚共晶合金在一定的凝固温度范围内结晶时，凝固过程中铸件内存在液态和枝晶两相区。凝固温度范围越宽，枝晶越发达，金属流动阻力越大，金属流动性越差，如图9-3b所示。图9-3不同结晶特性合金的流动性，以及a、9和铁碳合金的流动性与相图的关系如图9-4所示。图中显示，随着凝固温度范围的增加，纯铁和共晶铸铁的流动性最好，而亚共晶铸铁和碳钢的流动性较差。图9-4铁碳合金流动性与相图的关系，a，10，(2)合金1的充型能力。充型能力考虑到模具和工艺因素的影响

4、，熔融金属的流动性称为合金的充型能力。合金的流动性是金属本身的性质，它不随外界条件的变化而变化。合金的充型能力不仅与金属的流动性有关，还受外界因素的影响。2.模具填充能力的影响因素1)模具填充条件a)模具的蓄热能力是指模具吸收和储存熔融金属热量的能力。模具的热导率和质量热容量越大，对液态合金的冷却效果越强，合金的充型能力越差。提高铸型温度可以降低铸型与熔融金属之间的温差，从而减缓冷却速度，提高熔融合金的充型能力。模具中的气体模具中的气体越多，合金的充型能力越差。合金的填充能力1。填充能力考虑到模具和工艺因素的影响，熔融金属的流动性称为合金的填充能力。合金的流动性是金属本身的性质，它不随外界条件

5、的变化而变化。合金的充型能力不仅与金属的流动性有关，还受外界因素的影响。2.充模能力的影响因素1)充模条件提高铸型温度可以降低铸型与熔融金属之间的温差，从而减缓冷却速度，提高熔融合金的充型能力。模具中的气体模具中的气体越多，合金的充型能力越差。铸件的凝固方式及影响因素1。铸件的凝固方式1。铸件的分层凝固模式在凝固过程中，合金横截面上的固相和液相被一条边界线清楚地分开，这就是所谓的分层凝固。普通合金如灰铸铁、低碳钢、工业纯铜、工业纯铝、共晶铝硅合金和一些黄铜属于逐层凝固合金。(2)糊状凝固模式合金在凝固过程中先呈糊状，然后凝固。这种凝固方式称为糊状凝固。球墨铸铁、高碳钢、锡青铜和一些黄铜是糊状凝

6、固合金。两种合金的凝固和收缩，a，13，(3)中间凝固模式大多数合金的凝固介于逐层凝固和糊状凝固之间，称为中间凝固模式。中碳钢、高锰钢和白口铸铁具有中间凝固模式。图9-5铸件的凝固方式，a，14，2。凝固方式的影响因素(1)合金凝固温度范围的影响合金的液相线和固相线交叉在一起，或者间距很小，金属趋于逐层凝固；如果两个相线之间的距离很大，则容易发生粘贴和固化；如果两相线之间的距离很小，则倾向于中间凝固模式。(2)铸造温度梯度的影响增加了温度梯度，使合金的凝固方式转变为逐层凝固；相反，铸件的凝固方式转变为糊状凝固。铸造合金的收缩在将铸造合金从液态冷却到室温的过程中，体积和尺寸减小的现象称为收缩。它

7、主要包括以下三个阶段：1 .当温度降低时，液态收缩金属会发生体积收缩。2.凝固收缩熔融金属在凝固阶段的体积收缩。液体收缩和凝固收缩是铸件缩孔缩松的根本原因。3.固态收缩由于温度降低，固态金属的体积收缩。固体收缩对铸件的形状和尺寸精度有很大影响，是铸件产生应力、变形和裂纹等缺陷的根本原因。影响合金收缩的因素1。具有不同化学成分的合金通常具有不同的收缩率。在普通铸造合金中，铸钢的收缩最大，而灰铸铁的收缩最小。2.铸造温度合金铸造温度越高，过热越大，液体收缩越大。3.铸件结构和模具状况当铸件冷却收缩时，由于其形状和尺寸不同，各部分的冷却速度不同，导致收缩不一致，相互阻碍。此外，模具和型芯对铸件收缩的

8、抵抗力，铸件的实际收缩率总是小于其自由收缩率。阻力越大，铸件的实际收缩越小。收缩对铸件质量的影响。收缩率和孔隙率1。收缩通常发生在铸件的上部或最后凝固的部分，其外观特征是内表面粗糙、形状不规则和近似倒锥形。缩孔通常隐藏在铸件中，有时可以通过切割暴露出来。缩孔形成的主要原因是液体收缩和凝固收缩。缩孔的形成过程见图9-6。a，17，图9-6缩孔形成过程示意图a，18，(2)缩孔的形成宏观缩孔主要分布在铸件的最终凝固部分，微观缩孔存在于晶粒间的微孔中，缩孔形成的主要原因也是由液体收缩和凝固收缩引起的。缩孔的形成过程见图9-7。图9-7缩孔形成过程示意图，A，19，(3)缩孔和缩孔的预防措施A)采用定

9、向凝固的原理，所谓定向凝固是指图9-8定向凝固原理，a、20、b)铸件浇注位置、内浇道位置和浇注工艺浇注位置的合理确定应遵循定向凝固原理；内浇道应在铸件的厚壁处或冒口附近打开；为了合理选择浇注温度和速度，浇注温度和速度应尽量降低，不增加其他缺陷。在铸件的凝固和随后的冷却过程中，随着温度的不断降低，收缩会不断发生。如果这种收缩受到阻碍，就会在铸件中产生应力，导致变形或开裂，这种缺陷的出现将严重影响铸件的质量。(1)铸件应力根据其产生原因可分为三种类型：a)热应力铸件凝固和冷却过程中不同部位的不平衡收缩引起的应力。b)固相转变各部分体积不平衡变化引起的应力固相转变引起的应力铸件。收缩应力当铸件在固

10、态收缩时，由外力如铸模、型芯、冒口和盒形块引起的应力。铸造后铸件不同部位存在的内应力称为残余应力。A、22、(2)防止和消除铸造应力的措施A)同步凝固的原理是指通过设置冷铁和设置浇口位置，尽可能减小铸件的温差，铸件的所有零件基本上可以同时凝固。如图9-9所示。b)提高模具温度c)改善模具和型芯的屈服性能d)进行应力消除退火，如图9-9所示，同时凝固原理a，23，(3)铸件变形和防止铸件变形包括铸件凝固后的变形和随后的切削变形。有几种方法可以防止铸件变形：a)使用反向变形方法，可以在模型上形成与铸件变形量相等且相反的预变形量，以抵消铸件变形。这种方法称为反向变形法。b)应在加工铸件前进行去应力退

11、火，以稳定铸件尺寸并降低切割过程中的变形程度。设置工艺肋为了防止铸件在铸造时变形，工艺肋可以设置在容易变形的部位。A、24、(4)铸件中的裂纹及预防A)铸件中裂纹的分类和形态一般有两种开裂方式：热开裂和冷开裂。当固体合金的线性收缩受阻时，如果在该温度下应力超过合金的强度，就会发生热裂纹；当铸件处于弹性状态时，铸造应力超过合金的强度极限会导致冷裂纹。热裂纹一般沿晶界产生和发展，其形状短而曲折，裂纹内表面被氧化；冷裂纹常为穿晶断裂，裂纹小，呈连续直线或光滑曲线状，内部裂纹干净，有时颜色稍有氧化。b)铸造裂纹的预防为了有效地防止铸造裂纹的发生，应尽可能采取措施降低铸造应力；同时，在金属冶炼过程中，应

12、严格控制可能扩大金属凝固温度范围的元素的添加以及钢中硫和磷的含量。偏析偏析铸件中化学成分不均匀的现象称为偏析。铸件的偏析可分为三种类型：粒内偏析、区域偏析和体积质量偏析。(1)晶内偏析(又称枝晶偏析)是指在一定凝固温度范围内的合金铸件中，晶粒内各部分的化学成分不均匀的现象。为了防止和减少颗粒内偏析的发生，生产中经常采用缓慢冷却或孕育处理。(2)区域偏析是指整个铸件断面的化学成分和显微组织的不均匀性。为避免局部偏析的发生，应采取主要的预防措施，如控制浇注温度不要过高，采用快速冷却使偏析发生得太晚，或采取工艺措施使浇注段温度梯度降低，使表层和中部同时接近凝固。(3铸造合金a，26，2的偏析和吸杂。

13、铸件中的孔隙和合金的吸杂(1)侵入性孔隙侵入性孔隙是由积聚在模具表面的气体侵入熔融金属而形成的孔。它们大多位于铸件的上表面附近，尺寸较大，呈椭圆形或梨形，孔壁光滑，表面有光泽或轻微氧化。(2)沉淀孔是由溶解在熔融金属中的气体产生的孔，这些气体在凝固过程中从熔融金属中沉淀出来，不能从铸件中逸出。它的特点是体积小、数量多、分散，形状多为圆形、椭圆形或针状，通常分布在整个铸造段。(3)反应性气孔被称为反应性气孔，其形成于倒入模具中的熔融金属与模具材料、型芯支架、激冷剂或炉渣之间，气体通过化学反应产生。这种气孔通常出现在铸件表层以下1-2mm，内表面光滑，孔径1-3mm。铸铁是一系列合金的总称，主要由

14、铁、碳和硅组成。在这些合金中，碳的质量分数超过了共晶温度下奥氏体固溶体中的碳含量。(1)铸铁的分类1。根据铸铁中碳的存在形式进行分类(1)白口铸铁是指碳主要以游离碳化铁的形式出现的铸铁，其断口为银白色。(2)灰口铸铁是指碳主要以片状石墨形式出现，断口为灰色的铸铁。它是工业上使用最广泛的铸铁。(3)麻铸铁是指碳部分以游离碳化铁的形式出现，另一部分以石墨的形式出现，断口呈灰白色。第二节常用铸造合金1。铸铁，a，28，2。按铸铁中石墨形态分类(1)普通灰铸铁石墨呈片状，如图9-10所示；图9-10灰铸铁，a，29，(2)蠕墨，如图9-11所示；图9-11蠕墨铸铁，a，30，(3)可锻铸铁石墨呈絮状，

15、如图9-12所示；图9-12可锻铸铁，a，31，(4)球墨铸铁石墨是球形的，如图9-13所示。图9-13球墨铸铁，a，32，3。根据铸铁的化学成分分类(1)普通铸铁(2)合金铸铁(2)灰铸铁1。灰铸铁的组织和性能(1)灰铸铁的组织灰铸铁的组织由金属基体(铁素体和珠光体)和片状石墨组成。灰铸铁的显微组织：铁素体片状石墨铁素体，珠光体片状石墨，a，33，(2)灰铸铁的性能a)力学性能由于石墨的存在，一方面基体所承载的有效面积减小，另一方面基体中容易出现应力集中，最后灰铸铁的抗拉强度和弹性模量远低于钢，断裂强度通常为120 250 MPa塑性和冲击韧性接近0，是一种脆性材料。工艺性能灰铸铁是脆性材料

16、，不能冲压；同时，它的焊接性也很差。但灰铸铁的加工性能更好。c)阻尼灰铸铁具有良好的阻尼性能，其阻尼能力约为钢的5 10倍。它常用于工业中制造机床床身和底座。d)良好的耐磨性E)低缺口敏感性a，34，2。灰铸铁孕育是向熔融金属中加入少量材料以促进成核并改善其组织和性能的一种方法。添加的材料称为孕育剂。常用的孕育剂是FeSi75，熔点为1300。孕育后的铸铁称为孕育铸铁。与普通灰铸铁相比，孕育铸铁的强度和硬度均有显著提高。孕育铸铁适用于对强度、硬度和耐磨性要求较高的重要铸件，尤其适用于大型铸件，如床身、凸轮、凸轮轴、缸体和缸套。灰铸铁的孕育处理见图9-14。图9-14灰铸铁的孕育处理，a，35，(3)可锻铸铁可锻铸铁是通过石墨化或氧化脱碳白口铸铁以改变其金相组织或成分而获得的高韧性铸铁。可锻铸铁事实上是无法锻造的。这个名字只表明它有一定的可塑性和韧性。1.可锻铸铁的显微组织和性能特征(1)可锻铸铁的显微组织(2)可锻铸铁的性能可锻铸铁的强度一般为300 400兆帕，最高可达700兆帕。同时，可锻铸铁具有一定的塑性和较高的冲击韧性。可锻铸铁的铸造性能可锻铸铁的碳和硅质量分数较低，熔点比灰铸铁高，凝固温