第1讲：金属的液态成形.ppt

1、机械制造基础 -热加工工艺基础,制造科学与工程学院 梅筱琴,第一讲 金属的液态成形与砂型铸造,一、概述,我国的铸造技术历史 铸造的定义 液态金属铸造型腔冷却铸件,铸造生产的优点： 可铸造出外形、内腔复杂的毛坯或零件 工艺灵活性大，适应性好 成本低 铸造生产的缺点： 组织疏松，晶粒粗大，内部易产生缩孔、缩松、气孔等缺陷 力学性能较差 铸造过程复杂，铸造缺陷和零件精度较难控制,铸造生产的特点,老祖宗的其它作品,编钟,器皿,虎牛祭案(春秋晚期）-青铜,现代铸造技术的代表作品,汽车发动机缸体,现代铸造作品：镶宝戒指树,现代铸造产品：复杂零件,铸造缺陷导致铸件报废,铸件表面胀起及热裂纹,铸件内部大量气孔

2、,冷裂纹 、冷隔裂纹,晶间腐蚀,古钱币-咸丰通宝背拾文雕母钱,古钱币 -宣统通宝宫钱背天下太平阔缘,古钱币-顺治连水治母钱,常见铸造缺陷,侵入气孔+缺肉,析出气孔,砂眼,多肉,粘砂,结疤,常见铸造缺陷,热裂,冷 裂,变形,网纹,浇不足,错箱,常见铸造缺陷,抬箱,损伤+偏析,缩孔,二、金属的液态成形,铸造生产过程,铸造工艺-铸造生产过程控制,制定铸造工艺的目的 避免可能出现的铸造缺陷，获取合格的铸件 简化铸造工艺，提高生产率，降低生产成本 那么： 铸件容易产生哪些缺陷？ 怎样防止铸造缺陷的产生 与金属液态成形过程的关系紧密,1.铸件的凝固方式,逐层凝固,糊状凝固,中间凝固,凝固方式对合金流动性的

3、影响,恒温下凝固,一定温度范围下凝固,2.液态合金的充型能力,充型能力 液态合金充满型腔，获得形状完整、轮廓清晰的铸件的能力 液态合金的充型能力对铸造生产的影响 充型能力强 易于充满型腔，获得完整铸件 气体易于浮出液面 易于补缩 充型能力不足 浇不足、冷隔、气孔、夹渣等,液态金属充型能力的影响因素,合金的流动性 合金的流动性 合金的化学成分决定其流动能力 合金成分不同，结晶温度范围不同，凝固方式不同，则流动性不同 外界条件 铸型条件 浇注条件 铸件结构条件,液态金属充型能力的影响因素,合金的流动性 外界条件 铸型条件 铸型材料 造型材料比热容影响金属液降温速度 金属型比砂型容易浇不足、冷隔 铸

4、型温度 铸型预热有利于金属液保持流动性(铸型温度) 铸型排气能力 铸型的排气能力影响型腔气压 浇注条件 浇注温度 温度高，保持流动的时间长（浇注温度） 充型压力 压力高有利于充型 压力铸造、低压铸造、离心铸造 铸件结构条件 铸件大小 铸件壁厚（壁厚）,合金流动性实验,液态金属的充型能力 合金的流动性,凝固方式对合金流动性的影响,恒温下凝固,一定温度范围下凝固,铁碳合金流动性与含碳量的关系,返回,浇注温度对合金充型能力的影响,适当提高浇注温度 提高充型能力 薄板浇注需要提高浇注温度 浇注温度过高 晶粒粗大、组织疏松 缩孔、缩松 粘砂 气孔 因此满足铸件要求后不宜过高,返回,如果铸型预热不当,砂型

5、预热后铸型强度可能下降 易粘砂 金属液冲击下可能垮砂 形成夹砂、砂眼、夹渣,返回,课堂讨论：砂型铸件的壁厚,铸件壁厚是怎样影响充型能力的？ 厚好？ 晶粒粗大、组织疏松、易产生变形或裂纹、粘砂 薄好？ 浇不足、冷隔、气孔、夹渣 最小允许壁厚 何谓最小允许壁厚 在设计铸件时怎样应用？,第一类缺陷：浇不足、冷隔,大中型铸件或内腔结构复杂的薄壁零件 浇不足 冷隔 原因 充型能力差 改进措施 提高金属液的充型能力 提高金属液流动性 改善铸型条件 改善浇注条件 改善铸件结构,3.铸件的收缩,合金的收缩 液态收缩、凝固收缩、固态收缩（） 铸件的收缩 影响因素：合金成分、温度、铸型条件和铸件结构 凝固收缩缺陷

6、 固态收缩缺陷,第二类缺陷：缩孔、缩松,完整的外壳下面 缩孔 缩松 成因 铸件凝固过程的收缩未补足 凝固收缩缺陷,缩孔的形成过程,缩松,缩松的形成 宏观缩松 微观缩松 缩松与缩孔倾向相反 逐层凝固（小、大） 糊状凝固（大、小）,缩松的形成过程,顺序凝固（定向凝固）,防止缩孔和宏观缩松的工艺措施 工艺目的：让铸件远离浇、冒系统的部位先冷，然后是靠近浇、冒系统的部位冷却，最后是冒口冷却 工艺措施：冒口、冷铁、补贴,顺序凝固带来的问题,结晶温度范围宽的合金 糊状凝固，流动性很差，冒口起不到补缩作用 如：铝青铜、铝硅合金、铸钢等 不均匀的温度场导致 不均匀热应力，从而导致： 变形 裂纹,显微缩松的解决

7、方案,显微缩松特点： 细小、分散 分布于铸件对称中心轴线附近 根源：糊状凝固（合金成分） 解决方案： 从根源解决：另选择合适的合金 视情况而定： 若无大碍：同时凝固工艺措施 有一定致密性要求：表层冷激处理，加快表层金属冷却速度，使表层金属致密,同时凝固,同时凝固 均匀温度场避免先冷后冷 可用于 铸铁： 缩孔缩松倾向小 锡青铜： 糊状凝固，定向也没有用，不能避免微观缩松,4.铸造应力-热应力,先冷受压 后冷受拉,室温下：,第三类缺陷：变形、裂纹,除了正常收缩变形 铸件外形不规则变形 外形破坏：裂纹 成因 铸件不均匀的内应力 热应力 机械应力 铸件强度降低,防止铸造应力：同时凝固,同时凝固 目的：

8、 使铸件内部温度场均匀，各部位冷却速度一致 措施： 冒口、冷铁,同时凝固带来的问题,问题： 缩孔缩松现象严重 应用： 缩孔缩松倾向小的合金： 铸铁 缩孔缩松倾向大的合金： 锡青铜、铸钢等 糊状凝固，采用顺序凝固工艺措施也没有用,铸造应力-机械应力,产生原因： 铸件收缩受到铸型和型芯的机械阻碍 解决办法： 及时落砂,铸件变形及防止,不均匀内应力导致 铸造后变形、切削后变形 防止措施 壁厚均匀、形状对称、反变形、同时凝固 消除的办法 时效处理 人工时效（去应力退火） 自然时效,铸件切削后的变形,圆柱体铸件 车削外圆后 变短？变长？ 钻孔后 变短？变长？ 铣削侧面后？ 向去掉一侧弯曲,裂纹及其防止,热裂纹：高温下形成 凝固末期 局部固液混合强度极低 合金性质 结晶温度宽、糊状凝固 含S增加热脆性 铸型阻力机械应力大 冷裂纹：低温下形成 合金抗拉强度较低 产生部位: 含P增加冷脆性,第四类缺陷：气孔,来源： 空气，炉料或铸型所带的气体、铁锈、油渍、煤粉、木屑和水分等有机物 气孔种类： 析出性气孔 侵入性气孔 反应性气孔,小结：共晶铸铁,共晶成分铸铁具有优良的铸造性能 恒温下结晶（1148C）-结晶温度范围为0 流动性好 逐层凝固 无发达的树枝晶阻碍流动 凝固收缩和固态收缩最小 凝固收缩0.1，总收缩率最小（7左右）,铸造缺陷及其防止措施,铸造缺陷 名称（JB302-64） 质量控制