r001铸造-液态成形基础知识.ppt

1、第一章 铸造 Foundry概述 Summarization,铸造Foundry：是一种液态金属成形的方法，即将金属加热到液态，使其具有流动性，然后浇入到具有一定形状的型腔的铸型中，液态金属在重力场或外力场（压力、离心力、电磁力等）的作用下充满型腔，冷却并凝固成具有型腔形状的铸件。,三、铸造方法分类Clasfication of foundry Methods,砂型铸造Sand Casting 手工造型 Hand Molding 机器造型 Machine Molding 震压造型 Vibration Ramming 微震压实造型 Vibratory squeezing Molding 高压造型

2、 High Pressure Molding 射压造型 Shooting and Squeezing Molding 空气冲击造型 Air Impacting Molding 抛砂造型 Impeller Ramming,特种铸造Special Casting 熔模铸造 Fusible Pattern Molding 金属型铸造 Permanent Mold Casting 压力铸造 Pressure Die Casting 低压铸造 Low Pressure Die Casting 离心铸造 True Centrifugal Casting 实型铸造,一、铸造的实质,Pouring Melt

3、in the MoldSolidificationCasting 优点：complex in shape adaptability in technology cheap in production 缺点：lower mechanical properties unstable quality worse work condition,铸造的特点,（1）可以铸造出内腔、外形很复杂的毛坯。 （2）工艺灵活性大、适应性广。铸件重量可由几克到几百吨，壁厚可由0.5mm到1m左右；铸件材料可用铸铁、铸钢、碳钢和有色金属等。 （3）铸件成本低。 （4）有铸造缺陷，机械性能不如锻件等。,二、砂型铸造生产工

4、艺流程,8,1.铸铁介绍 2.DISA线的铸造生产 3.DISA线生产铸件质量控制,Emerson,9,铸铁介绍,工业上的铸铁是一种以铁、碳、硅为基础的复杂多元合金，其碳的质量分数在2.0-4.0的范围内变动。除碳硅以外，铸铁中还存在锰、磷、硫等元素。为了改善铸铁的某些性能，还经常有目的的向铸铁中加入不同种类和数量的合金元素，形成各种类型的合金铸铁。 铸铁可以按使用性能、断口特征或成分特征进行分类，较为方便的是分为以下八大类：,10,1.灰铸铁： 基体+片状石墨 2.球墨铸铁 ： 基体+球状石墨 *基体解释：铁素体=碳在铁中的固溶体 珠光体=铁素体+渗碳体,11,铁碳平衡图,12,铸件结构的影

5、响 冷却速度的影响 化学成分的影响 铁液的过热和高温静置的影响 孕育的影响 气体的影响 炉料遗传性的影响,13,灰铸铁的石墨形态,14,A型石墨是在石墨成核能力强，冷却速度较慢，共晶转变在很小的过冷度条件下生成，分布较为均匀。,15,B型石墨是在碳硅含量较高、冷却速度较大时产生。中心是D型，外围是A型，开始时过冷大，成核条件差，先析出D型，后期放出结晶潜热，过冷度小，形成型。,16,型石墨是过共晶成分、慢冷时形成的初生石墨。（粗大、平直、板状、只有分叉而不弯曲）,17,D型石墨是在碳当量低、成核条件差、初析奥氏体多、冷却速度快，过冷度大的条件下产生。,18,型石墨是碳当量较低，亚共晶程度大，但

6、冷却速度较慢，石墨核心不太多，共晶凝固时液体的数量已很少，故呈方向性分布,19,型石墨是过共晶成分快冷时形成的初生石墨，出现在截面尺寸很小，冷却速度非常快，如单体铸造的活塞环中常出现型石墨。（很少见）,20,关于石墨形态的结论,A型石墨为最常见的石墨，也是我们希望得到的。 B型石墨应避免其出现。 C型石墨在一般的铸件上是不可能出现的，因为常规铸件达不到这种高碳当量。 F型石墨也是很少见到的。 E型石墨的方向性，决定了其铸件强度低。 D型石墨对基体的割裂作用小。铸件强度不低。,21,灰铸铁的基体特征,22,球墨铸铁：石墨在铸铁中呈球状，减小了应力集中效应，从而提高了铸铁的强度。,23,腐蚀前的球

7、铁金相,24,腐蚀后的球铁金相,25,腐蚀前的灰铸铁,26,腐蚀后的灰铸铁,27,DISA铸造工艺过程,28,铸造流程简介,29,铸造生产线的种类,有箱造型线： 1.静压造型：新东、KW、HWS、 2.气冲造型：BMD、GF、 无箱造型线： 1.垂直线：DISA 、KOYO、LORAMENDI、 维尔、科萌 2.水平线：亨特、东久、新东、光洋、迪砂、 华佩、ABM,30,各类铸造线的特点,有箱线：适宜铸件较重、型腔复杂的批量生产。如汽车发动机的缸体、缸盖生产。 无箱水平线：适宜形状较复杂件的批量生产。优点：易补缩、易下芯；缺点：效率较垂直线低，铸件错边量大。 无箱垂直线：适宜形状较为简单小铸件

8、的大批量生产。优点：效率高、尺寸精度高。缺点：生产复杂件较水平线为困难。,31,造型过程示意,32,丹麦DISA无箱射压造型机（DISA已成为业内垂直分型的代名词）,33,DISA造型机工作原理,34,型砂制备,新砂（工业砂） +旧砂（回用砂） +陶土（膨润土） +煤粉 +淀粉 +水-混合 湿强度、水份、 紧实率等检测-进入 造型机料斗,35,铁水熔化,生铁+废钢+回炉料+硅铁+锰铁+其它合金 -熔化 -取样 -化学成分分析 （碳硅当量分析 、光谱分析） -调整化学成分 -调整铁水温度 -铁水出炉 -注入浇注机,36,造型机造型-浇注机浇注造型速度300型/小时,浇注过程中 1.铁水温度检测

9、2.化学成分复检 3.球铁球化衰退检查 （快速金相分析） 4.铸件硬度检查,37,DISA 线工艺布置图,38,DISA造型生产线生产程序,39,铸造过程质量控制（1）,造型材料的质量控制 1.新砂：耐火度、含泥量、粒度、杂质含量、角形系数等 2.膨润土：水份、胶质价、膨润价、吸蓝量 3.煤粉：挥发份、胶渣特征、水份、含硫量 4.旧砂（回用砂）：温度、残余水份、烧灼减量、含泥量 型砂混制过程中的质量控制 1.湿压强度 5.有效膨润土含量 2.水份 6.烧灼减量 3.紧实率 7.型砂温度 4.透气性,40,铸造过程质量控制（2）,铁水熔化过程中的质量控制 1.原材料进厂检验：生铁、废钢等 2.炉

10、料配比：生铁+废钢+回炉料+铁合金 3.熔化后铁水的化学成分：碳、硅、锰、磷、硫、铜、锡、钛、钒、铝、镁. 4.熔化温度 5.出铁温度 6.球化反应,41,铸造过程质量控制（4）,浇注过程中的质量控制 1.浇注温度测定 2.浇注速度 3.孕育量调整 4.铁水化学成分检测 5.球化率测定（残余镁量+快速金相） 6.在线硬度检测 7.铸件缺陷检查（抛丸检查）,42,铸造过程质量控制（3）,造型过程中的质量控制 1.射砂压力 2.挤压压力 3.合型压力 4.铸型块厚度 5.下芯机准备,43,铸造过程质量控制（5）,铸件机械性能检测 1.硬度抽检 -硬度计 2.抗拉强度（本体或单铸试棒）-万能试验机

11、3.延伸率、屈服强度（球铁） -万能试验机 铸件金相检查 1.石墨形态 -金相显微镜 2.基体组织 -金相显微镜 铸件出厂前检查 1.尺寸检查 -检具、测量、三坐标 2.外观缺陷检查 -目视 3.抽样加工检查 -切割、机械、X光,1-1 液态成形基础知识一、金属的凝固 Melt Solidification,1. 液态金属的结构与性质 液态金属由许多近程有序排列的“游动的原子集团”所组成,瞬间存在、瞬间消失。 原子的排列和原有的固体相似 存在很大的能量起伏，热运动很强 温度越高，原子集团越小，游动越快。,液态金属具有粘度和表面张力等特性。 粘度是介质中一部分质点对另一部分质点作相对运动时所受到

12、的阻力。粘度的倒数称为流动性。 表面张力是在液体表面上平行于表面方向、且在各方向均相等的张力。,2铸件的凝固方式 Solidification Style,逐层凝固方式：恒温下结晶的纯金属或共晶合金，在凝固过程中其铸件断面上的凝固区域宽度等于零。 糊状凝固方式：如果铸件断面温度场较平坦，或合金的结晶温度范围很宽，铸件凝固的某一段时间内，其凝固区域在某时刻贯穿整个铸件断面。 中间凝固方式 ：介于上述二者之间。,3. 铸件的凝固原则 solidification Principle,顺序凝固原则：Directional Solidification 在铸件上从远离冒口或浇口到冒口或浇口之间建立一个

13、递增的温度梯度，从而实现由远离冒口的部分向冒口的方向顺序地凝固。,同时凝固原则：Simultaneously Solidification 是采取工艺措施保证铸件结构上各部分之间没有温差或温差尽量小，使各部分同时凝固。如图所示。,二、金属和合金的铸造性能,铸造性能：Foundry Technological Properties 是表示合金铸造成形获得优质铸件的能力，是一个极其重要的工艺性能。通常用流动性和收缩性等来衡量。,合金的充型能力 mold filling capacity,充型能力的概念（流动性） 液态合金充满型腔，形成轮廓清晰、形状正确的优质铸件的能力。 它是考虑铸型及工艺因素影响

14、的熔融金属的流动性。 流动性不好时，易产生冷隔、浇不到、气孔、夹杂、缩孔、热裂等。 合金的流动性好坏用浇注螺旋型流动试样的长度来衡量。,改善充型能力的措施,合金性质properties of alloys.同类金属的结晶温度范围越小，结晶时固液両相区越窄，对内部液体的流动阻力越小，流动性越好。 铸型条件 mould condition。铸型的导热速度越大或对金属液流动阻力越大，流动性越差。 浇注条件 pouring condition 。浇注温度越高，流动性越好。 铸件结构 casting structure。壁厚过小、壁厚急剧变化、结构复杂及有大的水平面等结构时， 都使金属液的流动困难。,通

15、过两个途径发生作用： 影响金属与铸型之间的热交换条件，改变金属液的流动时间； 影响金属液在铸型中的水动力学条件，改变金属液的流动速度。,2. 合金的收缩性 The Contraction of Alloys, 收缩的概念： 合金从液态冷却到常温的过程中，尺寸和体积缩小的现象称为收缩。 The Conception of the Contraction 体收缩率rate of volume Contraction:vv0_-v1/v0*100 线收缩率 rate of linear Contraction：l=l0-l1/l0*100, 收缩的阶段 Contraction Stages 液态收缩

16、 Liquid Contraction 凝固收缩 Solidification Contraction 固态收缩 Solid Contraction 前两个阶段的收缩使合金体积减少，表现为铸型内液面的降低，用体收缩率表示；后一阶段表现为铸件的外形尺寸减小，用线收缩率表示。, 影响收缩的因素,自由收缩 free Contraction 受阻收缩 hindered Contraction 和浇注、铸型条件和铸件结构等有关。 同时和金属本身的成份、温度及相变有关,三、铸造性能对铸件质量的影响,缩孔和缩松 Shrinkage and Dispersed Shrinkage 缩孔和缩松的形成 （图7为缩

17、松的形成；图18为缩孔的形成）, 缩孔和缩松的防止办法,1、变缩松为缩孔，选择结晶温度范围窄的合金。 2、采用顺序凝固 Directional olidification原则。 3、合理应用冒口Riser 、冷铁Chilling和补贴等工艺措施。 控制热节 Hot Spot,2、铸件的热裂,热裂是在铸件凝固末期高温下形成的，裂纹表面与空气接触而被氧化，呈氧化色。热裂的形成与两方面因素有关： 铸件的凝固方式，呈糊状凝固方式最易产生热裂。 凝固时期受到阻碍,2铸造应力 Casting Stress,铸造应力：铸件的固态收缩受到阻碍而引起的应力称为铸造应力。分为：热阻碍和机械阻碍，由热阻碍引起的应力

18、为热应力，由机械阻碍引起的应力为机械应力。 残留应力 Residual Stress 临时应力 Temporary Stress, 热应力 以框形铸件为例，如图所示：冷到室温Thermal Stress,2杆：压应力：Compression Stress,1杆：拉应力 Tensile Stress, 机械应力 Contraction Stress ：铸件冷到弹性状态后，由于受到铸型、型芯和浇冒口等的 阻碍而产生的应力为机械应力。,机械应力为拉应力，如图： Tensile Stress, 减小和消除铸造应力的方法 同时凝固 Simultaneously Solidifying 在工艺上采取措施减少铸造应力，如改善型芯砂的退让性、合理设置浇、冒口。 在结构上避免阻碍收缩的结构。如壁厚均匀、壁之间连接均匀、热节小而分散的结构。 减小机械阻碍：Reduction of Restraint 去应力退火：Relief Annealing,3铸件的变形和冷裂Deformation and Crack of Ca