《熔炼与铸锭》PPT课件.ppt

第二部分第二部分 铸铸 造造铸锭的凝固方式铸锭的凝固方式铸锭的凝固方式铸锭的凝固方式铸锭的收缩：铸锭的收缩：铸锭的收缩：铸锭的收缩：铸锭缺陷铸锭缺陷铸锭缺陷铸锭缺陷连续铸造：连续铸造：连续铸造：连续铸造：凝固理论的实际应用举例凝固理论的实际应用举例凝固理论的实际应用举例凝固理论的实际应用举例一一一一 铸锭的凝固方式：铸锭的凝固方式：铸锭的凝固方式：铸锭的凝固方式：在铸锭凝固过程中，对铸锭质量影响较大的主要在铸锭凝固过程中，对铸锭质量影响较大的主要是固液两相并存的凝固区的宽窄。是固液两相并存的凝固区的宽窄。铸铸铸铸锭锭的的的的“凝固方式凝固方式凝固方式凝固方式”就是依据凝固区的宽窄来划分的就是依据凝固区的宽窄来划分的就是依据凝固区的宽窄来划分的就是依据凝固区的宽窄来划分的。逐层凝固逐层凝固逐层凝固逐层凝固 纯金属和共晶成分的合纯金属和共晶成分的合金在凝固中因为不存在固液金在凝固中因为不存在固液两相并存的凝固区，所以固两相并存的凝固区，所以固体与液体分界面清晰可见，体与液体分界面清晰可见，一直向铸件中心移动。一直向铸件中心移动。糊状凝固糊状凝固糊状凝固糊状凝固 铸件在结晶过程中，当结铸件在结晶过程中，当结晶温度范围很宽，且铸件截面晶温度范围很宽，且铸件截面上的温度梯度较小，则不存在上的温度梯度较小，则不存在固相层，固液两相共存的凝固固相层，固液两相共存的凝固区贯穿整个区域。区贯穿整个区域。中间凝固中间凝固中间凝固中间凝固 大多数合金的凝固是介于逐大多数合金的凝固是介于逐层凝固和糊状凝固之间，称为中层凝固和糊状凝固之间，称为中间凝固。间凝固。一一般般认认为为：铸铸模模的的冷冷却却能能力力越越大大，越越有有利利于于在在结结晶晶过程中保持较大的温度梯度，从而利于柱状晶区的发展。过程中保持较大的温度梯度，从而利于柱状晶区的发展。柱柱状状晶晶择择优优取取向向，晶晶界界往往往往容容易易富富集集第第二二相相，特特别别是是在两种位向交叉面是受力的薄弱环节，轧制时容易开裂。在两种位向交叉面是受力的薄弱环节，轧制时容易开裂。因此，钢铁或镍合金（塑形较差）应避免柱状晶的出因此，钢铁或镍合金（塑形较差）应避免柱状晶的出现；而有色金属，有时要求获得柱状晶。现；而有色金属，有时要求获得柱状晶。思思思思 考：考：考：考：若要避免柱状晶的出现，应采用哪种凝固方式，并若要避免柱状晶的出现，应采用哪种凝固方式，并若要避免柱状晶的出现，应采用哪种凝固方式，并若要避免柱状晶的出现，应采用哪种凝固方式，并如何实现？如何实现？如何实现？如何实现？讨讨讨讨 论：论：论：论：二二二二 铸锭的收缩：铸锭的收缩：铸锭的收缩：铸锭的收缩：定义：定义：定义：定义：收缩是指合金从浇注、凝固到冷却至室温的过收缩是指合金从浇注、凝固到冷却至室温的过程中，其体积或尺寸缩减的现象。程中，其体积或尺寸缩减的现象。分类：分类：分类：分类：分为三类，液态收缩、凝固收缩和固态收缩。分为三类，液态收缩、凝固收缩和固态收缩。铸铸锭锭温温度度降降低低浇注温浇注温度度室温室温凝固终止温度凝固终止温度开始凝固温度开始凝固温度液态收缩液态收缩凝固收缩凝固收缩固态收缩固态收缩 体体积积收收缩缩线收线收缩缩收缩率：收缩率：收缩率：收缩率：体积收缩体积收缩体积收缩体积收缩是指单位体积的收缩量（体积收缩率）。是指单位体积的收缩量（体积收缩率）。线收缩线收缩线收缩线收缩是指单位长度上的收缩量（线收缩率）。是指单位长度上的收缩量（线收缩率）。体积收缩率：体积收缩率：体积收缩率：体积收缩率：线收缩率：线收缩率：线收缩率：线收缩率：其中其中 V V0 0，L L0 0表示铸件在高温表示铸件在高温T T0 0时的体积和一维方向的长度；时的体积和一维方向的长度；V V1 1，L L1 1表示铸件在高温表示铸件在高温T T1 1时的体积和一维方向的长度。时的体积和一维方向的长度。缩孔缩孔缩孔缩孔：三三 铸锭缺陷铸锭缺陷定义：定义：定义：定义：缩孔是指金属液在铸模中冷却和凝固时，在铸件缩孔是指金属液在铸模中冷却和凝固时，在铸件的厚大部位及最后凝固部位形成一些容积较大的孔洞。的厚大部位及最后凝固部位形成一些容积较大的孔洞。产生原因：产生原因：产生原因：产生原因：先凝固区域堵先凝固区域堵住液体流动的住液体流动的通道，后凝固通道，后凝固区域收缩所缩区域收缩所缩减的容积得不减的容积得不到补充。到补充。疏松疏松疏松疏松：定义：定义：定义：定义：疏松是指金属液在铸模中冷却和凝固时，在铸锭疏松是指金属液在铸模中冷却和凝固时，在铸锭的厚大部位及最后凝固部位形成一些分散性的小孔洞。的厚大部位及最后凝固部位形成一些分散性的小孔洞。产生原因：产生原因：产生原因：产生原因：当合金的结晶温度范围很宽或铸锭断面温当合金的结晶温度范围很宽或铸锭断面温度梯度较小时，凝固过程中有较宽的糊状凝固两相并存度梯度较小时，凝固过程中有较宽的糊状凝固两相并存的区域。随着树枝晶长大，该区域被分割成许多孤立的小的区域。随着树枝晶长大，该区域被分割成许多孤立的小熔池，各部分熔池内剩余液态合金的收缩得不到补充，最熔池，各部分熔池内剩余液态合金的收缩得不到补充，最后形成了形状不一的分散性孔洞后形成了形状不一的分散性孔洞即缩松即缩松。另外，疏松还可能由凝固时被截留在铸锭内的气体无另外，疏松还可能由凝固时被截留在铸锭内的气体无法排除所致。不过，疏松内表面应该是光滑，近似球状。法排除所致。不过，疏松内表面应该是光滑，近似球状。防止措施：防止措施：防止措施：防止措施：采取顺序凝固的办法避免缩孔、疏松的出现。采取顺序凝固的办法避免缩孔、疏松的出现。安装冒口或放置冷铁等工艺措施，使铸件上远安装冒口或放置冷铁等工艺措施，使铸件上远离冒口的部位先凝固离冒口的部位先凝固（图中（图中），尔后在靠近，尔后在靠近冒口的部位凝固冒口的部位凝固（图中（图中、），最后是冒口，最后是冒口本身凝固。本身凝固。顺序凝固：顺序凝固：顺序凝固：顺序凝固：是指通过在铸件上可能出现疏松的后大部位是指通过在铸件上可能出现疏松的后大部位 裂纹与变形裂纹与变形裂纹与变形裂纹与变形：在铸锭的固态收缩阶段会引起铸造应力。在铸锭的固态收缩阶段会引起铸造应力。铸造应力铸造应力相变应力相变应力热应力热应力机械应力机械应力铸锭收缩受阻铸锭收缩受阻铸锭收缩受阻铸锭收缩受阻锭铸因锭铸因锭铸因锭铸因V V冷却冷却冷却冷却、温度不同，、温度不同，、温度不同，、温度不同，各部位收缩不一致产生各部位收缩不一致产生各部位收缩不一致产生各部位收缩不一致产生铸锭组织发生相变时，因温铸锭组织发生相变时，因温铸锭组织发生相变时，因温铸锭组织发生相变时，因温度差异出现体积变化不一致度差异出现体积变化不一致度差异出现体积变化不一致度差异出现体积变化不一致铸造应力：铸造应力：铸造应力：铸造应力：四四 连续铸造：连续铸造：定义定义定义定义：是指将熔融金属连续不断地浇注到被成为结晶是指将熔融金属连续不断地浇注到被成为结晶是指将熔融金属连续不断地浇注到被成为结晶是指将熔融金属连续不断地浇注到被成为结晶器的特殊容器中，凝固的铸件不断从结晶器的另一端被引器的特殊容器中，凝固的铸件不断从结晶器的另一端被引器的特殊容器中，凝固的铸件不断从结晶器的另一端被引器的特殊容器中，凝固的铸件不断从结晶器的另一端被引出，从而获得任意长度的等横截面铸件的铸造方法。出，从而获得任意长度的等横截面铸件的铸造方法。出，从而获得任意长度的等横截面铸件的铸造方法。出，从而获得任意长度的等横截面铸件的铸造方法。工艺过程工艺过程工艺过程工艺过程：如右图所示。如右图所示。特点和应用特点和应用特点和应用特点和应用：1 1、冷却速度快，组织致密，、冷却速度快，组织致密，机械性能好；机械性能好；2 2、工艺简单，生产效率高；、工艺简单，生产效率高；3 3、适于横截面一定的钢材、适于横截面一定的钢材、铝材和铸铁管等铸件的生产。铝材和铸铁管等铸件的生产。连续铸造工艺过程示意图连续铸造工艺过程示意图连续铸造工艺过程示意图连续铸造工艺过程示意图五、凝固理论的实际应用举例n n一、铸锭（铸件）的宏观组织控制：三三层层典典型型组组织织 1.激冷层（表面细晶区）2.柱状晶区3.中心等轴晶区1.激冷层（表面细晶区）2.柱状晶区3.中心等轴晶区弱面 铸锭（铸件）的宏观组织控制：特殊情况下可得到全部为柱状晶和等轴晶柱状晶形成弱面，热轧时开裂铸锭（铸件）的宏观组织控制：特殊情况下可得到全部为柱状晶和等轴晶n n铸锭中心等轴晶粒的来源：仔晶卷入，枝晶漂移仔晶卷入，枝晶漂移 ，晶体下沉，晶体下沉n n例：三个成份相同，但铸造温度和铸模材料不同的铸件得到三种横截面：A.粗等轴晶 B.细等轴晶 C.典型三层晶带组织，试解释为何产生不同的组织。A 高的浇注温度，导热性差的砂模B 低的浇注温度,导热性差的砂模C 适中的浇注温度,导热性好的砂模铸锭的宏观组织控制：控制晶粒的大小a.a.增加过冷度增加过冷度 过冷度过冷度增大，增大，N/VN/V0 0增加增加 实际结晶时，过冷度是由冷却速度来控制的实际结晶时，过冷度是由冷却速度来控制的 b.b.变质处理变质处理c.c.振动，搅拌振动，搅拌AlMg合金没有变质处理晶粒AlMg合金经过变质处理晶粒有色合金的熔炼有色合金的熔炼n n熔炼工艺对有色合金铸件的性能和缺陷有很大影熔炼工艺对有色合金铸件的性能和缺陷有很大影响。多数有色合金易产生气孔和夹杂，尤其是钛响。多数有色合金易产生气孔和夹杂，尤其是钛合金、铝合金、镁合金和某些铜合金。一般的熔合金、铝合金、镁合金和某些铜合金。一般的熔炼工艺流程是：炼工艺流程是：11）根据铸件技术要求所规定的合金牌号，可）根据铸件技术要求所规定的合金牌号，可查出合金的化学成分范围，从中选定化学成分；查出合金的化学成分范围，从中选定化学成分；22）根据元素的烧损率和成分要求，进行配料）根据元素的烧损率和成分要求，进行配料计算，得出各种炉料的加入量，并选择炉料。若计算，得出各种炉料的加入量，并选择炉料。若炉料受到污染，则需要进行处理，保证所有的炉炉料受到污染，则需要进行处理，保证所有的炉料清洁、无锈，并在投料前进行预热；料清洁、无锈，并在投料前进行预热；33）检查和准备化用具，涂刷涂料，并预热，）检查和准备化用具，涂刷涂料，并预热，防止气体、夹杂物和有害元素的污染；防止气体、夹杂物和有害元素的污染；n n4 4）加料。一般加料顺序为：回炉料、中间合）加料。一般加料顺序为：回炉料、中间合金和金属料，低熔点易氧化的金属料，如镁，金和金属料，低熔点易氧化的金属料，如镁，在炉料熔化之后加入；在炉料熔化之后加入；55）为了减少合金液的吸气和氧化的污染，）为了减少合金液的吸气和氧化的污染，应尽快熔化，防止过热，根据需要，有的合金应尽快熔化，防止过热，根据需要，有的合金液须加覆盖剂保护；液须加覆盖剂保护；66）炉料熔化后，进行精炼处理，以净化合）炉料熔化后，进行精炼处理，以净化合金液，并进行精炼效果的检验；金液，并进行精炼效果的检验；77）根据需要，进行变质处理和细分组织处）根据需要，进行变质处理和细分组织处理以提高性能，并检验处理效果；理以提高性能，并检验处理效果；88）调整温度，进行浇注。有的合金在浇注）调整温度，进行浇注。有的合金在浇注前要进行搅拌，以防发生比重偏析。前要进行搅拌，以防发生比重偏析。