液态金属铸造成形的基本原理精品文稿.ppt

液态金属铸造成形的基本原理第1页，本讲稿共48页2.1.1 合金的铸造性能 合金的铸造性能即金属在液态成形过程中表现出的性能。主要有：流动性、收缩性、吸气性、氧化性、偏析等一、合金的流动性 1 流动性的概念 金属的流动性指液态金属本身的流动能力 2 流动性的测定 用螺旋形标准试样形成的铸型来测量，在相同条件下，合金在其中流动的长度越长，流动性越好。目录第2页，本讲稿共48页螺旋型标准试样第3页，本讲稿共48页3 影响合金流动性的因素 主要有金属的化学成分，浇注温度和物理性质。1）合金的种类及成分的影响 合金的种类不同，流动性也不同，铸钢的流动性硅黄铜的铸铁的 常用合金的流动性（砂型，试样截面88mm）合金种类 铸型种类 浇注温度/螺旋线长度/mm 铸铁 C+Si=6.2%C+Si=5.9%C+Si=5.2%C+Si=4.2%砂型 砂型 砂型 砂型 1300130013001300180013001000600铸钢 C=0.4%铝硅合金（硅铝明）镁合金（含A1及Zn）锡青铜（Sn10%,Zn2%）硅黄铜（Si=1.54.5%）砂型 金属型（300）砂型 砂型 砂型 1600680720700104011001007008004006004201000第4页，本讲稿共48页 同类合金，化学成分不同，流动性也不同：纯金属及接近共晶成分的流动好，结晶范围越宽，流动性越差 Fe-C合金的流动性与含碳量的关系第5页，本讲稿共48页 a）在恒温下凝固 b）在一定温度范围内凝固第6页，本讲稿共48页2）浇注温度 提高温度，合金的粘性降低，流动性增大。3）物理性质粘度 粘度小的合金流动性大4 合金的流动性与铸件质量的关系 合金的流动性直接影响其充型能力，进而合金的流动性直接影响其充型能力，进而影响铸件的质量，流动性不足易产生：影响铸件的质量，流动性不足易产生：浇不足、冷隔等缺陷。浇不足、冷隔等缺陷。第7页，本讲稿共48页第8页，本讲稿共48页二、合金的收缩性二、合金的收缩性 补充：铸件的凝固方式补充：铸件的凝固方式 1 收缩的概念收缩的概念液态收缩液态收缩凝固收缩凝固收缩固态收缩固态收缩T浇浇T凝凝产生缩孔及缩松产生内应力及变形T成分成分液态金属在凝固时液态金属在凝固时体积和尺寸的缩小体积和尺寸的缩小现象现象第9页，本讲稿共48页体收缩率：体收缩率：线收缩率：线收缩率：2 2 收缩的表示方法收缩的表示方法第10页，本讲稿共48页3 3 影响收缩的因素影响收缩的因素化学成分化学成分 合金不同，化学成分不同，其收缩率也不同；合金不同，化学成分不同，其收缩率也不同；C%C%含量增大，碳钢的收缩量增大；含量增大，碳钢的收缩量增大；铸铁的收缩率小于碳钢铸铁的收缩率小于碳钢。几种铁碳合金的体积收缩率几种铁碳合金的体积收缩率合金合金种类种类含碳含碳量量/%浇注浇注温度温度/液态液态收缩收缩/%凝固凝固收缩收缩/%固态固态收缩收缩/%总体积总体积收缩收缩/%铸造碳钢铸造碳钢白口铸铁白口铸铁灰口铸铁灰口铸铁0.353.003.51610140014001.62.43.534.20.17.85.46.33.34.212.41212.96.97.8第11页，本讲稿共48页浇注温度浇注温度 浇注温度越高，液态收缩越大，合金的总收缩量也大。浇注温度越高，液态收缩越大，合金的总收缩量也大。铸型条件铸型条件 铸型对铸件收缩的阻力越大，收缩越小。铸型对铸件收缩的阻力越大，收缩越小。铸件结构铸件结构 铸件结构越复杂，对收缩的阻力越大，收缩较小。铸件结构越复杂，对收缩的阻力越大，收缩较小。4 4 合金的收缩性与铸件质量的关系合金的收缩性与铸件质量的关系 液态收缩和凝固收缩缩孔、缩松。固态收缩内应力、变形、甚至开裂。第12页，本讲稿共48页1)缩孔和缩松形成及防止缩孔的形成过程缩孔的形成过程第13页，本讲稿共48页过程缩松的形成第14页，本讲稿共48页暗冒口暗冒口缩孔的防止：缩孔的防止：用顺序凝固方法防止用顺序凝固方法防止距离距离在铸件的厚截面处加在铸件的厚截面处加补缩冒口补缩冒口，使铸件按照，使铸件按照 薄截面薄截面次厚截面次厚截面厚截面厚截面冒口的顺序凝固，冒口的顺序凝固，将缩孔转移到冒口中，以防止铸件内产生缩孔的将缩孔转移到冒口中，以防止铸件内产生缩孔的铸造工艺措施铸造工艺措施。第15页，本讲稿共48页第16页，本讲稿共48页外冷铁的使用外冷铁的使用第17页，本讲稿共48页内冷铁的使用内冷铁的使用第18页，本讲稿共48页第19页，本讲稿共48页2)铸造应力、铸件的变形及裂纹(1)铸造应力的形成及防止a.铸造内应力的形成及防止铸件图铸件图第20页，本讲稿共48页铸造内应力的形成原因铸造内应力的形成原因（a a）凝固结束的铸件）凝固结束的铸件（b b）高温暂时应力状态）高温暂时应力状态(c)(c)瞬时零应力状态瞬时零应力状态（d d）室温残余应力状态）室温残余应力状态第21页，本讲稿共48页铸造内应力的防止与消除铸造内应力的防止与消除基本思路：尽量减少铸件各部位间的温度差，使其均匀冷却。工艺上：工艺上：同时凝固同时凝固防止铸造内应力的方法防止铸造内应力的方法设计上：设计上：截面均匀截面均匀第22页，本讲稿共48页冷铁距离距离铸件的同时凝固原则铸件的同时凝固原则消除内应力的方法消除内应力的方法自然时效自然时效人工时效人工时效（去应力退火）（去应力退火）第23页，本讲稿共48页顺序凝固与同时凝固的区别顺序凝固与同时凝固的区别 铸件心部铸件心部易产生易产生缩孔和缩松缩孔和缩松易产生应力易产生应力，材质，材质浪费大，工艺复杂，浪费大，工艺复杂，使铸件成本提高。使铸件成本提高。灰铸铁、锡青铜灰铸铁、锡青铜铝青铜、铝硅合金铝青铜、铝硅合金和铸钢件和铸钢件缺缺 点点应用场合应用场合作作 用用防止缩孔防止缩孔防止内应力防止内应力工艺措施工艺措施顺序凝固顺序凝固同时凝固同时凝固第24页，本讲稿共48页b.b.机械应力的形成与防止机械应力的形成与防止形成原因：合金的线收缩受到铸型、型芯、浇冒系统形成原因：合金的线收缩受到铸型、型芯、浇冒系统的机械阻碍而形成的应力。的机械阻碍而形成的应力。防止方法：增加造型材料的防止方法：增加造型材料的退让性、铸件及时出型。退让性、铸件及时出型。上型上型下型下型第25页，本讲稿共48页（2 2）铸件的变形与防止）铸件的变形与防止 a.a.铸件的变形铸件的变形第26页，本讲稿共48页床身的变形第27页，本讲稿共48页平板铸件的变形平板铸件的变形第28页，本讲稿共48页铸造内应力作用下铸件的变形规律：受拉应力的部位缩短 受压应力的部位伸长第29页，本讲稿共48页 有一直径为50mm，高100mm的圆柱形铸件，已知清理后未发生变形，假定立即进行切削加工，当：中心钻一30mm的通孔；车去厚度为15mm的外圆；铣去20mm一边。问该铸件会发生怎样的变形？试验：试验：第30页，本讲稿共48页第31页，本讲稿共48页第32页，本讲稿共48页第33页，本讲稿共48页b.b.防止铸件变形的方法防止铸件变形的方法设计上设计上：结构简单，以减少收缩阻力；结构简单，以减少收缩阻力；壁厚均匀壁厚均匀，厚薄逐步过渡，以减少温差，厚薄逐步过渡，以减少温差;设计加强筋，以增加铸件刚性。设计加强筋，以增加铸件刚性。工艺上工艺上：反变形法：反变形法第34页，本讲稿共48页（3）铸件的裂纹及防止）铸件的裂纹及防止a.热裂热裂 特征：特征：裂纹短、缝隙宽、形状裂纹短、缝隙宽、形状 曲折、缝内呈氧化色。曲折、缝内呈氧化色。防止：防止：减少含减少含S量、减少铸型量、减少铸型 阻力。阻力。b.冷裂冷裂 特征：特征：裂纹细小，呈连续直线裂纹细小，呈连续直线 状状,缝内有金属光泽或缝内有金属光泽或 轻微氧化色。轻微氧化色。防止：防止：降低内应力、降低内应力、避免应力避免应力 集中、集中、降低含降低含P量量、设设 防裂筋、及时出型减少防裂筋、及时出型减少 机械阻力。机械阻力。第35页，本讲稿共48页三、合金的吸气性三、合金的吸气性 合金在熔炼和浇注时吸收气体的性能称为合金的吸气性合金在熔炼和浇注时吸收气体的性能称为合金的吸气性氢在纯铝中的溶解度氢在纯铝中的溶解度产产生生气气孔孔第36页，本讲稿共48页合金的吸气性与铸件质量的关系 溶解在合金中的气体因合金的凝固、冷却、溶解度下降而溶解在合金中的气体因合金的凝固、冷却、溶解度下降而析出，使铸件形成气孔。析出，使铸件形成气孔。1.1.气孔的危害气孔的危害 破坏了金属材质的连续性，减少了铸件的截面，破坏了金属材质的连续性，减少了铸件的截面，产生应力集中。产生应力集中。导致：铸件的力学性能，特别是铸件的冲击韧导致：铸件的力学性能，特别是铸件的冲击韧性、疲劳强度下降，使高致密铸件产生渗漏而报废。性、疲劳强度下降，使高致密铸件产生渗漏而报废。第37页，本讲稿共48页2.气孔种类气孔种类 a.侵入气孔侵入气孔 砂型或砂芯受热而产生的气体侵入金属内部而形成的气孔，砂型或砂芯受热而产生的气体侵入金属内部而形成的气孔，通过降低型砂的发气量，增强砂型的排气能力，正确设计浇冒通过降低型砂的发气量，增强砂型的排气能力，正确设计浇冒口防止。口防止。b.反应气孔反应气孔 合金液与型砂的水分、冷铁、芯撑之间或合金内部某些元素、合金液与型砂的水分、冷铁、芯撑之间或合金内部某些元素、化合物之间发生化学反应产生气体而形成的气孔。通过严格控化合物之间发生化学反应产生气体而形成的气孔。通过严格控制型砂的水分，降低合金液的含气量，保证冷铁、芯撑干燥、制型砂的水分，降低合金液的含气量，保证冷铁、芯撑干燥、无锈、无油漆。无锈、无油漆。c.析出气孔析出气孔 合金冷凝时溶解于合金液中的气体溶解度逐渐下降以气泡形式析合金冷凝时溶解于合金液中的气体溶解度逐渐下降以气泡形式析出。可通过严格控制炉料质量，熔炼操作，浇注工艺防止。出。可通过严格控制炉料质量，熔炼操作，浇注工艺防止。第38页，本讲稿共48页合合金金的的铸铸造造性性能能顺序凝固顺序凝固应力应力固态收缩固态收缩浇不足浇不足冷隔冷隔液态收缩液态收缩凝固收缩凝固收缩缩孔缩孔缩松缩松合理设计浇注系统合理设计浇注系统提高流动性提高流动性同时凝固同时凝固均匀壁厚均匀壁厚时时 效效变形变形裂纹裂纹减减小小应应力力减减小小材材料料脆脆性性设设防防裂裂筋筋减减小小应应力力反反变变形形法法设设加加强强筋筋小结：小结：流动性流动性收缩性收缩性吸气性吸气性侵侵入入气气孔孔反反应应气气孔孔析析出出气气孔孔第39页，本讲稿共48页2.1.2铸件缺陷分析及铸件质量控制一、常见铸件缺陷类别名称类别名称类别名称孔眼类气孔形状、尺寸和重量不合格多肉表面缺陷粘砂缩孔浇不足夹砂缩松落砂冷隔渣眼（夹渣）抬箱成分、组织和性能不合格化学成分不合格砂眼错箱金相组织不合格铁豆偏芯偏析裂类纹热裂变形过硬（白口）冷裂形状、尺寸和重量不合格物理、力学性能不合格第40页，本讲稿共48页二、控制铸件质量的途径1、合理选定铸造合金和铸件结构2、合理制定铸件的技术要求3、模样质量检验4、铸件质量检验5、铸件热处理第41页，本讲稿共48页补充1：液态合金的充型一 充型概念 充型：液态合金填充铸型的过程。充型能力：液态合金充满铸型型腔，获得形状完整，轮廓清晰铸件的 能力。二二 影响充型能力的因素影响充型能力的因素1 1 合金的流动性合金的流动性2 2 浇注条件浇注条件浇注温度浇注温度 浇注温度越高，充型能力越强。浇注温度越高，充型能力越强。充型压力充型压力 液态合金在流动方向上所受液态合金在流动方向上所受的压力，压力越大，充型能力越的压力，压力越大，充型能力越强。强。第42页，本讲稿共48页3 3 铸型填充条件铸型填充条件 液态合金充型时，铸型的阻力将影响合金的流液态合金充型时，铸型的阻力将影响合金的流动速度，而铸型与合金间的热交换又将影响合金流动速度，而铸型与合金间的热交换又将影响合金流动的时间，因此，铸型的如下因素对充型能力有显动的时间，因此，铸型的如下因素对充型能力有显著影响。著影响。铸型的导热能力铸型的导热能力 铸型材料的导热系数和比热容愈大，对液态合金的激冷能铸型材料的导热系数和比热容愈大，对液态合金的激冷能力愈强，合金的充型能力就愈差。力愈强，合金的充型能力就愈差。铸型温度铸型温度铸型中的气体铸型中的气体 包括：型腔中的气体，型砂中的水分汽化，煤粉等有机包括：型腔中的气体，型砂中的水分汽化，煤粉等有机物燃烧产生的气体。物燃烧产生的气体。防止方法：防止方法：减少气体来源干型；型砂具有良好的透气减少气体来源干型；型砂具有良好的透气 性；开设出气口。性；开设出气口。视频，浇不足与冷隔视频，浇不足与冷隔第43页，本讲稿共48页补充2：铸件的凝固方式一 铸件凝固过程中的横断面 三个区域：固相区 凝固区：液固共存区 液相区二 铸件的凝固方式 1 逐层凝固 不存在液固并存的凝固区 形成条件：纯金属或共晶成分合金 2 糊状凝固 在凝固的某段时间内，液固并存的凝固区贯穿整个界面 形成条件：合金的结晶温度范围很宽，铸件的温度分布较为平坦。3 中间凝固 介于糊状凝固与逐层凝固之间根据凝固区的大小区分凝固方式根据凝固区的大小区分凝固方式第44页，本讲稿共48页温度t铸件温度表层中心成分液相线液相线固相线表层中心St铸件凝固区逐层凝固糊状凝固中间凝固表层中心t铸件液固温度第45页，本讲稿共48页三 铸件质量与其凝固方式的关系 逐层凝固时，合金的充型能力强，便于防止缩孔和缩松，糊状凝固时，难以获得结晶紧实的铸件。结论：1倾向于逐层凝固的合金便于铸造，应尽量选用，如：灰口铸铁，铝硅合金2当必须采用倾向于糊状凝固合金时（锡青铜、球墨铸铁、铝铜合金），可考虑采用适当的工艺措施，如选用金属型铸造，以减少其凝固区域。合金的收缩性第46页，本讲稿共48页第47页，本讲稿共48页第48页，本讲稿共48页