铸造工艺学课件

1、浇铸工艺、职工基础教学后勤编制，引言，第一节合金铸造性能，第二节常用铸造合金，第三节砂模铸造，第四节特种铸造，第五节零配件结构铸造技术性，铸造，引言，1，什么是铸造？ 熔炼金属，制造铸造模型，将熔液注入铸造模型，凝固后获得一定形状和性能的铸造件的成形方法称为铸造。 图9-1砂模铸造，2，铸造的优缺点：1)能生产具有复杂形状，特别是复杂内腔的零配件空白对照。 2 )铸造生产适应性广，技术灵活性大。 工业上常用的金属材料可用于铸造，铸造件的重量为数克至数百吨，壁厚为0.5mm至1m左右。 3 )铸造用原材料多为广泛、廉价、可直接利用废弃零件，铸件成本低。 缺点：1)铸造组织稀疏，晶粒粗大，内部容易

2、产生收缩、松弛、气孔等缺陷，铸件的力学性能，尤其是冲击韧性比同种材料的锻件低。 2 )铸件的质量不稳定。 图9-2的铸件，一、流变性和填充能力二合金的凝固和收缩三、铸造合金的偏析和吸气性、一节合金的铸造性能、(一)合金的流变性、流变性流变性是熔化金属的流动能力。 合金的流变性好坏通常以“螺旋状流变性试样”的长度测量，将金属液体注入螺旋状试样铸造模型，在相同的浇注条件下合金的流变性越好，注入的试样越长。 2 .流变性的影响因素1 )合金种类不同的合金，其螺旋长度不同，即流变性不同。 其中灰铸铁元素流变性最好，硅黄铜、铝硅合金次之，铸钢流变性最差。 (1)流变性和填充能力；(2)化学成分、晶体特征

3、纯金属和共晶成分的合金，凝固从铸造件壁表面向中心逐渐进行，凝固表面相对光滑，对未凝固液体流动阻力小，因此流变性良好，参照图9-3a . 在一定的凝固温度范围内结晶化的亚共晶合金，凝固时在铸造件内存在宽的液体和树枝状结晶的二相区域。 凝固温度范围越大，枝状晶越发达，对金属流动的阻力越大，金属的流变性越差，参见图9-3b。 图9-3的结晶特性不同的合金的流变性、铁元素-碳合金的流变性和相图的关系如图9-4所示。 根据图可以看出，纯铁元素和共晶铸造铁元素流变性最好，亚共晶铸造铁元素和碳钢随着凝固温度范围的增加，流变性越来越差. 图9-4铁元素碳合金的流变性和相图的关系，(2)合金的填充能力1 .考虑

4、到填充能力铸造模型和工艺因素的影响，将熔融金属流变性称为合金的填充能力。 合金的流变性是金属本身的属性，不会随外界条件的变化而变化。 合金的填充能力不仅与金属的流变性有关，还受到外在因素的影响。 2 .填充能力的影响因素1 )铸造模型填充条件a )铸造模型的蓄热能力，即铸造模型从金属液中吸收热量并积蓄的能力。 铸造模型的导热系数和质量热容量越大，对液态合金的制冷作用越强，合金的填充能力越差。 b )铸造模型温度可以提高铸造模型温度，降低铸造模型和金属液的温差，减缓蒸发制冷速度，提高合金液的填充能力。 c )铸造模型中气体铸造模型中的气体越多，合金的填充能力越差。 (二)合金的填充能力1 .考虑

5、到填充能力铸造模型和工艺因素的影响，熔融金属流变性称为合金的填充能力。 合金的流变性是金属本身的属性，不会随外界条件的变化而变化。 合金的填充能力不仅与金属的流变性有关，还受到外在因素的影响。 2 .填充能力的影响因素1 )铸造模型填充条件a )铸造模型的蓄热能力，即铸造模型从金属液中吸收热量并储存的能力。 铸造模型的导热系数和质量热容量越大，对液态合金的制冷作用越强，合金的填充能力越差。b )铸造模型温度可以提高铸造模型温度，降低铸造模型和金属液的温差，减缓蒸发制冷速度，提高合金液的填充能力。 c )铸造模型中气体铸造模型中的气体越多，合金的填充能力越差。 (1)铸造件的凝固方式和影响因素1

6、 .铸造件的凝固方式(1)逐层凝固方式合金的凝固过程在其断面上固相和液相在界限线上清晰地分开，这种凝固方式称为逐层凝固。 灰铸铁元素，低碳钢，工业纯铜，工业纯铝，共晶铝硅合金，真？ 等常见合金是逐层凝固的合金。 (2)糊状凝固方式合金用凝固过程首先形成糊状后凝固，这种凝固方式称为糊状凝固。 球墨铸铁，高碳钢，锡青铜，照片？ 等是凝固成糊状的合金。 二合金的凝固和收缩，(3)中间凝固方式很多合金的凝固介于每层凝固和糊状凝固之间，称为中间凝固方式。 中碳钢、高锰钢、白口铸铁元素等有中间凝固方式。图9-5铸造件的凝固方式、2 .凝固方式的影响因素(1)合金凝固温度范围的影响如果合金的液相线与固相交叉

7、、或间距小，则金属有逐层凝固的倾向的2个相线间的距离大，如果有凝固成糊状的倾向的2个相线间的距离小，则有成为中间凝固方式的倾向。 (2)铸造件温度梯度的影响增大了温度梯度，可以使合金的凝固方式逐步转变为凝固，而铸造件的凝固方式则转变为糊状凝固。 (2)铸造合金的收缩将铸造合金从液态蒸发制冷到室温的过程中，其体积和尺寸缩小的现象称为收缩。 这主要包括以下三个阶段：1.液体收缩金属为液体时温度下降而产生体积收缩。 2 .凝固收缩熔融金属在凝固阶段的体积收缩。 液态收缩和凝固收缩是铸造件收缩孔和松弛的基本原因。 3 .固体收缩金属在固体时的温度下降引起的体积收缩。 固态收缩对铸造件的形状和尺寸精度影

8、响很大，是产生铸造应力、变形和裂纹等缺陷的基本原因。 (3)影响合金收缩的主要原因1 .化学成分不同的成分的合金的收缩率一般也不同。 常用铸造合金中铸造刚性收缩最大，灰铸铁元素最小。 2 .浇注温度高的合金，浇注温度越高，过热度越大，液体的收缩越大。 3 .在铸造件结构和铸造模型条件铸造件的蒸发制冷收缩的情况下，根据其形状尺寸，各部分的蒸发制冷速度不同，收缩不均匀，相互阻碍，铸造模型和芯子对铸造件的收缩有抵抗，铸造件的实际收缩率总是比其自由收缩率小。 该电阻越大，铸造件的实际收缩率越小。 (4)收缩对铸造件质量的影响1 .收缩孔和形成收缩孔(1)收缩孔的收缩孔总是出现在铸造件的上部或最后凝固的

9、部位，其外形特征是内表面粗糙、形状不规则、接近倒圆锥形。 通常，缩痕隐藏在铸造件内部，有时被切削加工而露出。 收缩孔形成的主要原因是液体收缩和凝固收缩。 收缩孔的形成过程如图9图6所示。 图9-6收缩孔形成过程的示意图，(2)收缩的宏命令收缩多分布于铸造件最后凝固的部位，微收缩是晶粒之间存在的微小孔，收缩的主要原因也是液态收缩和凝固收缩。 松弛形成过程如图9图7所示。 图9-7的松弛形成过程的示意图，(3)收缩孔、松弛的防止措施a )采用定向凝固原则的定向凝固是指使铸造件沿一定方向从一部分向另一部分逐渐凝固的过程。 合理使用热水和冷铁元素，使铸造件定向凝固，有效消除收缩孔、松弛。 图9-8展示

10、了定向凝固原则。图9-8的定向凝固原则、b )铸造件的浇注位置、内浇注位置及浇注工艺浇注位置的选择应遵循定向凝固的原则，为了合理地选择内浇道必须在铸造件的厚壁处开设、或者必须在接近浇注口的部位开设的浇注温度和浇注速度，而不增加其他缺陷地进行浇注温度和浇注速度2 .铸造应力、变形和裂纹在铸造件凝固和随后的蒸发制冷过程中，随着温度的下降收缩不断发生，一旦该收缩受到阻碍，铸造件内就会产生应力，引起变形和裂纹，该缺陷的发生严重影响铸造件的质量。 (1)铸造应力的产生铸造应力根据其产生原因分为三种： (a )热应力铸造件在凝固和蒸发制冷过程中，不同部位因不均衡收缩而产生的应力。 b )由于固体相变应力铸

11、造件固体相变，各部分的体积不均衡地变化而产生的应力。 c )收缩应力铸造件固体收缩时，因受铸造模型、型芯、浇口、箱门等外力阻碍而产生的应力。 铸造件铸造后，存在于铸造件不同部位的内部应力称为残馀应力。 (2)铸造应力的防止和消除措施a )采用云同步凝固原则的所谓云同步凝固，通过设置冷铁元素、布置男同性恋位置等技术措施，尽可能减小铸造件的温差，基本实现铸造件各部分在云同步的凝固。 如图9-9所示。 (b )提高铸造模型温度；(c )改善铸造模型和芯子的退避性；(d )进行了脱应力退火，图9-9的云同步凝固的原则；(3)铸造件的变形和铸造件的变形防止包括铸造件凝固后发生的变形和之后的切削加工的变形

12、。 为了防止铸造件的变形，有以下几种方法： a )通过采用逆变形法，在花纹上制作与铸造件变形量相同方向和相反方向的预备变形量，从而抵消铸造件变形，这种方法称为逆变形法。 b )在进行脱应力退火铸造件的机械加工之前，进行脱应力退火使铸造件的尺寸稳定，降低切削加工的变形程度。 c )设置工艺肋可以在容易变形的地方设置工艺肋，以防止铸造件的铸造状态的变形。 (4)铸造件的裂纹和(a )防止铸造件裂纹的分类及其形态铸造件一般分为热裂纹和冷裂纹两种。 如果固体合金的线收缩受到阻碍，所产生的应力超过该温度下的合金的强度，则会产生热裂纹，另一方面，冷裂纹是在铸造件处于弹性状态时，铸造应力超过合金的强度界限而

13、产生的。 热裂纹一般沿晶界发生发展，其外形短，裂纹内表面呈氧化色的冷裂纹常为穿孔断裂，裂纹细小，外形呈连续直线状或光滑曲线状，裂纹缝隙清，有时呈轻微氧化色。 b )铸造件裂纹的防止为了有效地防止铸造件裂纹的发生，必须采取尽可能减小铸造应力的措施在金属熔炼过程中，严格控制可能扩大金属凝固温度范围的元素体添加量和铁元素钢中的硫、磷含量。 1 .在偏析铸造件中出现化学成分不均匀的现象称为偏析。 铸造件的偏析分为晶内偏析、区域偏析和体积质量偏析三种。 (1)所谓晶内偏析(也称为枝状晶偏析)，是指晶粒内各部分的化学成分变得不均匀的现象，该偏析出现在具有一定凝固温度范围的合金铸造件中。 为了防止、减少晶内

14、偏析的发生，在生产中多采用缓慢的蒸发制冷和培养处理的方法。 (2)区域偏析是指铸造件截面的整体化学成分和组织的不均匀。 为了避免区域偏析的发生，主要是采用快速的蒸发制冷，使浇注温度不太高，不发生偏析，或者采用技术措施，形成铸造件截面低的温度梯度，使表层和中心部接近而凝固在云同步上。 (3)比重偏析铸造件上下的化学成分变得不均匀的现象称为比重偏析。 为了防止比重偏析，浇注时将金属液搅拌到一盏茶，或加速合金液的蒸发制冷，使液相和固相不能分离，凝固完毕。 三、铸造合金的偏析和吸气性，二、铸造件中的气孔和合金的吸气(1)侵入性气孔侵入性气孔是聚集在铸造模型表面的气体侵入金属液中而形成的气孔。 多位于铸

15、造件上表面附近，尺寸大，呈椭圆形或梨形，孔壁光滑，表面有光泽或轻微氧化色。 (2)析出性气孔析出性气孔是溶解在金属液中的瓦斯气体，凝固时从金属液中析出而无法从铸造件中逃脱的气孔。其特点是尺寸小，分散较多，形状为圆形、椭圆形、针状，多分布于整个铸造件截面。 (3)反应性气孔是流入铸造模型的金属液和铸造模型材料、中子支承、冷铁元素或熔渣之间，化学反应产生的瓦斯气体的气孔统称为反应性气孔。 该气孔常常出现在铸造件表层下1mm-2mm，孔内表面光滑，孔径为1mm-3mm。 铸铁元素是主要由铁元素、碳和硅组成的合金的总称。 在这些个合金中，碳的质量分数超过了在共晶温度中残留在奥氏体不锈钢固态溶液上的量。

16、 (1)铸铁元素的分类1 .根据铸铁元素中碳的存在形式不同，分类(1)白口铸铁元素指碳主要以游离碳化铁元素的形式出现的铸铁元素，断口呈银白色。 (2)灰铸铁元素是指碳主要以板状黑金属铅的形式出现的铸铁元素，切口呈灰色。 是工业上使用最广泛的铸造铁元素。 (3)麻口铸铁元素碳部分以游离碳化铁元素的形式出现，部分以黑金属铅的形式出现，处于断口灰白相间。第二节常用铸造合金一、铸造铁元素、2 .铸造铁元素中的黑金属铅形态分类(1)普通灰铸铁元素黑金属铅呈板状，参照图9-1.0，图9-1.0灰口铸铁元素，(2)蠕墨铸铁石墨呈蠕虫状，参照图9-11，图9-11蠕墨铸铁，(3)锻造铸造图9-13球墨铸铁，3

17、 .铸铁元素的化学成分分类(1)普通铸铁元素(2)合金铸铁，(2)灰铸铁元素1 .灰铸铁元素的金相组织及其性能(1)灰铸铁的显微组织灰铸铁的显微组织，由金属基体(铁素体和珠光体)和片状石墨组成。 灰口铸铁元素的组织：镍锌铁氧体片状黑金属铅镍锌铁氧体珍珠岩片状黑金属铅珍珠岩片状黑金属铅，(2)灰铸铁的性能a )力学性能由于石墨的存在，减小基体承载的有效面积，但容易在基体上发生应力集中现象，最终灰铸铁的拉伸强度和弹性模量一直低于钢，断裂强度通常为120255 b )过程性能灰铸铁元素为脆性材料，不能冲压的云同步，焊接性能也差。 灰铸铁元素切削加工性好。 c )减振性灰铸铁元素具有良好的减振性，其减

18、振能力约为钢的510倍。 工业上常用于制造工作母机床、床等。 d )耐磨性、e )欠易感性低、2 .灰铸铁元素的培育处理是用少量材料添加熔融金属、促进成核、改善其组织和性能的方法。 添加的材料叫育成剂。 常用的孕育剂为FeSi75，熔点为1300，经孕育处理的铸造铁元素称为铸造铁元素。 铸铁元素的强度、硬度比普通的灰铸铁元素显着提高。 孕育铸造铁元素适用于强度、硬度、耐磨耗性要求高的重要铸造件，特别是床、抢先版、抢先版轴、汽缸摇滾乐、汽缸衬等的厚铸造件。 灰铸铁元素的培育处理如图914所示。 图9-14灰口铸铁元素的培育处理，(三)锻铸铁元素是白口铸铁元素经黑金属铅化或氧化脱碳锻处理、变成金相组织或成分而得到的韧性高的铸铁元素。 锻铸铁元素实际上并不能锻造，这一名称具有一定的塑性和韧性。 1、铸造铁元素零配件的金相组织及其性能特点(1)铸造铁元素的金相组织铸造铁元素的金相组织由金属沉积基质(铁素体和珠光体)和团棉状石墨组成。