第一节、第二节-金属的液态成形.ppt

,第一章 铸造,第二,节 金属的液态成形,第三节 砂型（芯）制造,第四节 砂型铸件结构的工艺性,第五节 砂型铸造工艺方案的确定,第六节 常用合金铸件的生产,第七节 特种铸造,返回,第八节 各种铸造方法的比较,第一,节 概述,第一节 概述,铸造,：将液态金属浇注到与零件形状、尺寸相适应的铸型型腔中，待其冷却凝固后，获得一定形状的毛坯或零件的方法。铸造是生产机器零件毛坯的主要方法之一，其实质是液态金属逐步冷却凝固成形。,铸造的优点,：,1）可以铸出内腔、外形很复杂的毛坯；,2）工艺灵活性大。几乎各种合金、各种尺寸、形状、重量和数量的铸件都能生产；,3）成本较低。原材料来源广泛，价格低廉。,铸造在机械制造业中应用十分广泛，在各种类型的机器设备中铸件占很大比重。如下表所示。,机床、内燃机、重型机器,机 械 类 别,风机、压缩机,拖拉机,农业机械,汽车,%,70-90,60-80,50-70,40-70,20-30,各类机械工业中铸件重量比,第一节 概述,2）铸件的机械性能较低。,3）铸造工序多，难以精确控制，是铸件质量不够稳定。,4）劳动条件较差,劳动强度较大。,我国铸造技术历史悠久。三千多年前，青铜铸器已有应用；二千五百年前，铸铁工具已经相当普遍；泥型、金属型、失蜡型是我国创造的三大铸造技术。,近几十年，我国铸造技术发展迅速，在型、芯砂方面，推广了快速硬化的水玻璃砂及各类自硬砂，成功运用树脂砂制造高强度砂芯；在铸造合金方面，发展了高强度、高韧性的球墨铸铁和合金铸铁；在铸造新工艺新技术方面，各种特种铸造或精密铸造方法得到运用和发展；铸造机械化、自动化提高了铸件质量，降低和改善了劳动条件。,铸造的缺点,：,1）铸造组织疏松、晶粒粗大，易产生缩孔、缩松、气孔等。,第二节 金属的液态成形,一、铸件的凝固,3、铸件的温度场,合金液充满型腔后，在凝固和冷却的某瞬间，铸件横断面上的温度分布曲线称为铸件的温度场。,4,、铸件的凝固区域,铸件凝固过程中，除纯金属和共晶成分合金外，断面上一般存在三个区：固相区、凝固区、液相区。,插入图1-1,一、铸件的凝固,5、铸件的凝固方式,1),逐层凝固,:,纯金属，共晶成分合金在凝固过程中没有凝固区，断面液，固两相由一条界限清楚分开，随温度下降，固相层不断增加，液相层不断减少，直达中心。,a)逐层凝固,b)中间凝固,c)糊状凝固,铸件的凝固方式,一、铸件的凝固,5、铸件的凝固方式,2）糊状凝固：合金的结晶温度范围很宽，且铸件温度分布较为平坦，则在凝固时铸件表面不存在固体层，凝固区贯穿整个断面，即先糊状而固化。,3）中间凝固：介于逐层凝固和糊状凝固之间，大多数合金为此凝固方式。,铸件质量与凝固方式有关，逐层凝固时，合金充型能力强（流动性好），便于防治缩孔、缩松。而糊状凝固时，充型能力差，易产生缩松。,第二节 金属的液态成形,二、液态合金的充型能力,充型,：液态合金填充铸型的过程。,充型能力,：液态合金充满铸型腔，获得形状完整，轮廓清晰的铸件的能力。,充型能力不足，易产生,:,浇不足，不能得到完整的零件冷隔，没完整融合缝隙或凹坑，机械性能下降。,影响液态合金充型能力的因素主要有；,1,、合金的流动性,液态金属本身的流动性-合金流动性。,2),测定流动性的方法,:,合金的流动性用浇注流动性试样的方法来衡量，一般采用如右图所示的螺旋形试样，流动距离越长，表明流动性越好。,螺旋形标准试样,1,、合金的流动性,1),流动性对铸件质量影响,-流动性好,(1)易于浇出轮廓清晰,薄而复杂的铸件.,(2)有利于液态金属中的非金属夹杂物和气体上浮,排除.,(3)易于对液态金属在凝固中产生的收缩进行补缩,.,二、液态合金的充型能力,2,、外界条件,1),铸型条件,(1),铸型的蓄热能力越强，充型能力越差；,(2),铸型温度越高，充型能力越好；,(3),铸型中的气体阻碍充型；,2),浇注条件,(1),浇注温度越高，流动性越好；合金粘度越低，阻力越小，充型能力越强。但过高吸气量和总收缩大，易产生铸造缺陷。故在保证充型能力的前提下温度应尽量低。,(2)充型压力：压力越大，充型能力越强。,3),铸件结构,壁厚过小、壁厚变化剧烈、结构复杂、大平面都影响充型。,三、铸件的收缩,1、合金收缩：,3）,固态收缩,：指合金从固相线温度冷却到室温时的收缩。表现为铸件外形尺寸的减小，用线收缩率表示，它对铸件形状和尺寸精度影响很大，是铸造应力、变形和裂纹等缺陷产生的基本原因,。,2,、铸件的收缩,铸件结构造成各部分冷却速度不同，产生内部应力阻碍收缩；铸型和型芯产生机械阻力，,实际收缩小于自由收缩。因此铸型要有好的退让性。,3,、凝固收缩缺陷,1）缩孔与缩松,凝固结束后在铸件某些部位出现的孔洞，大而集中的孔洞称缩孔，细小而分散的孔洞称缩松。缩孔缩松可使铸件机械性能大大降低，以致成为废品。,图1-6 缩孔形成过程示意图,缩孔产生的基本原因是合金的液态收缩和凝固收缩值大于固态收缩值，且得不到补偿。缩孔产生的部位在铸件最后凝固区域；此区域也称热节，用画圆方法确定。,三、铸件的收缩,3,、凝固收缩缺陷,2）缩孔的形成,：,形成条件，金属在恒温或很窄的温度范围内结晶，铸件壁成逐层凝固方式。,形成过程如,下,图,所示,：,动画视频演示,三、铸件的收缩,3,、凝固收缩缺陷,4）缩孔缩松的形成规律：,(1)合金的液态收缩和凝固收缩越大（如铸钢，白口铁等），铸件越易形成缩孔。,(2)合金的浇注温度越高，液态收缩越大，越易形成缩孔；,(3)结晶温度范围宽的合金，倾向于糊状凝固，易形成缩松；纯金属和共晶成分合金倾向于逐层凝固，易形成缩孔。,5）缩孔和缩松的防止：,防止缩孔和缩松的基本原则是,：采用合理的工艺条件，是缩松转化为缩孔，并使缩孔移至冒口中。,主要措施有,：,5）缩孔和缩松的防止：,(1),实现顺序凝固，用冒口补缩,是指采用各种工艺措施，使铸件上从远离冒口的部分到冒口之间建立一个逐渐递增的温度梯度，从而实现由远离冒口的部分向冒口的方向顺序地凝固，,如图1-9所示，使缩孔转移到冒口中。,动画视频演示,。,适用于收缩大或壁厚差别大，易产生缩孔的合金铸件；如铸钢，高强度灰铸铁,。可锻铸铁等。,图1-9 顺序凝固原则示意图,(2)合理确定内浇道位置及浇注工艺,。内浇道的引入位置应按照顺序凝固原则确定；浇注温度和浇注速度，应根据铸件结构、浇注系统类型确定，慢浇有利于顺序凝固，有利于补缩、消除缩孔。,3,、凝固收缩缺陷,5）缩孔和缩松的防止,(3)使铸件实现同时凝固,合理应用冒口、冷铁和补贴等工艺措施。,冒口,：在铸件厚壁处和热节部位设置冒口，是防止缩孔、缩松最有效的措施。,冷铁,：用铸铁、钢、铜等材料制成的激冷物。加大冷却速度，调节凝固顺序。,补贴,：在铸件壁上部靠近冒口处增加一个楔型厚度，使铸件壁厚变成朝冒口逐渐增厚的形状，即造成一个向冒口逐渐递增的温度梯度，增大补缩距离。,三者综合应用是消除缩孔缩松的有效措施。,动画视频演示,三、铸件的收缩,4固态收缩缺陷,1)铸造应力,:铸件的固态收缩受到阻碍而引起的内应力。可分为热应力和收缩应力；,热阻碍,：,铸件各部分由于冷却速度不同，收缩量不同而引起的阻碍；,由,其引起的应力称,热应力,。,机械阻碍,：铸型、型芯对铸件收缩的阻碍,；由,其引起的应力称,机械应力,（,收缩应力,）。,1)铸造应力,(1)热应力：,由热阻碍引起，,落砂后热应力仍存在于铸件内，是一种残留铸造应力，以框架铸件为例，说明残留热应力的形成过程,分三阶段,，如下图,a),两者都塑性变形，无热应力；,b)一塑性，一弹性，仍无热应力；,c)两者均弹性变形，,热应力的形成,因温差不同，热应力产生。冷却慢的受拉，快的受压。残留热应力和合金的弹性模量、线收缩系数、铸件各部分壁厚差别及温度差成正比。,动画视频演示,(3)减小和消除铸造应力的措施：,d）设法改善铸型、型芯的退让性，合理设置浇冒口。,e）对铸件进行时效处理。自然时效、热时效（去应力退火）和共振时效。,2)铸件的变形,(1)铸件的变形,：残留铸造应力超过铸件材料的屈服极限时产生的翘曲变形,。如图a)所示的框架铸件，图b)的T型梁，当刚度不够时，将产生如图所示的变形。,图a)框架铸件的变形,图b)T型梁的变形,(2)变形规律,：厚壁部分表面内凹，薄壁部分表面外凸；对于壁厚均匀的各种铸件，则散热慢的表面内凹，散热快的表面外凸。,防止铸造应力的方法也是防止变形的根本方法；同时在工艺上还可以采用反变形法，提早落砂、去应力退火消除机械应力。,3)铸件的裂纹,：当铸造应力超过金属的强度极限时，铸件便产生裂纹。可分为热裂和冷裂。,(1)热裂,：在凝固末期高温下形成的裂纹。裂纹表面被氧化而呈氧化色，裂纹沿晶粒边界产生和发展，外形曲折而不规则；裂纹短，缝隙宽。,产生原因,：凝固末期，合金绝大部分已成固体，但强度和塑性很低，当铸件受到机械阻碍产生很小的铸造应力就能引起热裂。分布在应力集中处或热节处。,4固态收缩缺陷,3)铸件的裂纹,防止热裂的措施：,应尽量选用凝固温度范围小、热裂倾向小的合金；,提高铸型、型芯的退让性，减小机械应力；,合理设计浇道、冒口；,对于铸钢、铸铁件，严格控制硫含量，防止热脆性。,(2)冷裂,：是铸件处于弹性状态即在低温时形成的裂纹。其表面光滑，具有金属光泽或呈微氧化色，裂纹穿过晶粒而发生，外形规则，常是圆滑曲线或直线。防止方法是尽量减少铸造应力。,思考题：,1、何谓合金的铸造性能？它可以用那些性能来衡量？铸造性能不好，会引起哪些缺陷？,2、试分析下图所示铸件：1）那些是自由收缩，哪些是受阻收缩？2）受阻收缩的铸件形成哪一类铸造应力？3）图示各点应力属什么性质（拉应力、压应力）？,图1 铁碳合金相图,图1-15 收缩应力的形成,图1-13 同时凝固原则,