铸造工艺基础大全课件.ppt

关于铸造工艺基础大全1第1页，此课件共47页哦2第二节 铸造第一 铸造工艺基础b铸造-将液态合金浇注到与零件形状、尺寸相适应的铸型空腔中，待其冷却凝固，以获得毛坯或零件的生产方法称为铸造。b影响铸件质量的因素很多，其中合金的铸造工艺性就是主要因素之一。第2页，此课件共47页哦3铸造生产过程第3页，此课件共47页哦41 液态合金的充型bb充型-液态合金填充铸型的过程。bb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。影响充型能力的主要因素有：一.合金的流动性bb流动性-液态合金本身的流动能力。第4页，此课件共47页哦5在相同的浇注工艺条件下，将金属液浇入铸型中，测出其实际螺旋线长度。浇出的试样愈长，合金的流动性愈好！第5页，此课件共47页哦6第6页，此课件共47页哦7铸钢的流动性铸铁的流动性第7页，此课件共47页哦8bb由以上图表可见：合金的充型能力是由合金的流动性决定，同时又受外界条件的影响。如铸型、浇注条件、铸件结构.bb结论：合金流动性越强，充型能力越高。设计零件时，尤其是结构复杂、壁厚薄的铸件，一定要选流动性好的合金。第8页，此课件共47页哦9bb合金流动性的决定因素-具有共晶成分的 合金、纯金属流动性好。铸铁类-含碳量在4.3%C 附近的铁合金、多数QT的（不含铬）流动性较好。有色金属类-硅黄铜、硅铝明（铝硅系铸造铝合金）的流动性好一般。铸钢-流动性很差。第9页，此课件共47页哦10 二.浇注条件 在“铸造工艺学”中，引用了热力学和流体力学的理论来研究液态金属的充型能力。设：液态合金进入水平浇道后，经过时间T停止流动，其流程L为：V-在液态金属的静压头H（直浇道的高度）平均流速。bb因此可以认为：影响液态合金充型能力的外部 条件是通过两个途径发生作用的：bb1）流动时间T-T=T浇浇-T凝凝 ，即液态金属在铸型中的热交换条件决定流动时间T。第10页，此课件共47页哦11 流动性与浇注温度的关系流动性浇注温度T熔合金温度高，液态时间长、粘度低.浇注温度对流动性的影响第11页，此课件共47页哦122）平均流速V-它与液态金属的流体性质有关bb如：粘度、表面张力等有关。还与流体压力H、以及流动阻力（浇注系统、型腔截面积）有关。第12页，此课件共47页哦13从浇注条件及填充条件来看，影响充型能力的主要因素有：1.浇注温度（T）2.充型压力（HV）3.铸型的蓄热能力4.铸型温度（热交换延长T）5.铸型中气体（阻力V）第13页，此课件共47页哦1422铸件的凝固与收缩铸件的凝固与收缩bb凝固金属从液态转变为固态的过程。这个转变期称为凝固期。一一.铸件的凝固方式铸件的凝固方式bb实验：实验：做几个直径相同做几个直径相同的球铸型，一次同时浇注的球铸型，一次同时浇注经过不同时间，先后拔掉泥芯。倒出液态金属，泥芯。倒出液态金属，测量硬壳厚度，画出 凝固厚度凝固厚度时间曲线。时间曲线。泥芯第14页，此课件共47页哦15bb1-75bb2125bb3260时间厚度123第15页，此课件共47页哦16bb如图：沿铸件边缘向中心布置测温点，按时间顺序记录各点温度。时间温度液相线固相线测温仪热电偶工件中心第16页，此课件共47页哦17图示：铸件的凝固动态曲线。X/R-铸件表面向中心的距离比。时间X/R液相线固相线10第17页，此课件共47页哦18三种含碳量的铸铁的凝固方式第18页，此课件共47页哦19结论：bb合金在凝固过程中，一般存在三个区域，即固相区、凝固区、液相区。bb 按凝固区的宽窄，划分为：1.逐层凝固-凝固区不明显。2.糊状凝固-凝固区很宽。3.中间凝固-凝固区介于1、2之间。大多数合金的凝固方式属于这种凝固方式。第19页，此课件共47页哦20bb铸件凝固方式对铸件质量的影响：bb凝固过程实质是金属的结晶过程，它从两方面影响铸件的性能：1）形成的金相组织-晶粒的大小、形状及晶粒的内部缺陷等影响合金的机械性能；2）金属的致密度-液态金属结晶为固态，引起的体积收缩所形成的孔洞，若得不到液态金属的补缩，将产生铸造缺陷，影响合金的致密性及强度。第20页，此课件共47页哦21bb对于凝固区宽的合金，结晶是在液-固两相区进行的，从晶粒的形成-晶枝的长大过程中，晶体连成骨架，存在于骨架内的金属形成互相分隔的小“溶池”，继续结晶后，收缩的体积得不到补缩，形成微小的孔洞-缩松。第21页，此课件共47页哦22缩孔形成过程第22页，此课件共47页哦23bb结论如下：1）逐层凝固和窄凝固范围的合金，在凝固过程中的体积收缩能得到补缩，倾向于最后形成大的孔洞-缩孔。合金的致密性好“热裂”倾向小。这类合金包括：共晶合金、纯金属。2）凝固范围越宽，形成缩松及热裂的倾向越大。这类金属包括：远离共晶点成分的合金。第23页，此课件共47页哦24bb防止缩孔和缩松的措施 1.选择合适的合金成分。2.工艺措施；bb顺序凝固原则-合理设置冒口。bb同时凝固原则-合理设置冷铁。第24页，此课件共47页哦25通过控制凝固顺序，使缩孔产生在冒口中！第25页，此课件共47页哦2633铸造内应力、变形和裂纹铸造内应力、变形和裂纹一一.内应力的形成内应力的形成铸造内应力铸造内应力-铸件在凝固收缩时，受到阻碍内部形成的应力。铸件在凝固收缩时，受到阻碍内部形成的应力。内应力发生在铸件凝固以后的继续冷却过程中，内应力发生在铸件凝固以后的继续冷却过程中，一般认为由下列三种情形产生：一般认为由下列三种情形产生：1）二次结晶时，新相与旧相体积不同，膨胀与收缩将产生-相变应力。相变应力。2 2）温度分布不同，各处收缩量不同时，内部互相制约，产）温度分布不同，各处收缩量不同时，内部互相制约，产生生-热应力。热应力。3 3）收缩时受到铸型、型芯的阻碍，产生）收缩时受到铸型、型芯的阻碍，产生-收缩应力收缩应力。第26页，此课件共47页哦27bb应力状态-拉应力和压应力、剪应力。bb应力性质-分为临时应力和残余应力。1.热应力-由于铸件的壁厚不均匀、各部分的冷却速度不同，使得在同一时期内铸件各部分收缩不一致而引起的应力。第27页，此课件共47页哦28再结晶温度以上时，金属处于塑性状态，不产生应力。再结晶温度以下时，金属处于弹性状态，将产生弹性变形从而形成应力。第28页，此课件共47页哦29结论：1）铸件的各部分截面积差越大，产生的应力 差越大。差越大。2 2）当厚大部分进入弹性状态时，厚薄部分温差越大，）当厚大部分进入弹性状态时，厚薄部分温差越大，产生的热应力越大。产生的热应力越大。3 3）冷却慢的部分，残余应力为拉应力；冷却快的）冷却慢的部分，残余应力为拉应力；冷却快的部分，残余热应力为压应力。部分，残余热应力为压应力。第29页，此课件共47页哦30bb2.机械应力（收缩应力）由于收缩受阻，产生的都是拉应力或剪应力。因为是产生在弹性状态下，落砂后随着产生弹性变形而消失，为临时应力。（但产生弹性变形的应力仍然留在弹性体内）bb铸造应力对铸件性能的影响：当铸造应力形成时，若超过合金的屈服极限，则产生塑性变形；若超过合金的强度极限，则产生裂纹冷裂；（冷裂形成机理）若低于弹性极限，则以残余应力的形式存在。bb 有残余应力的铸件，经机械加工，一段时间后，将产生变形，影响零件精度。第30页，此课件共47页哦31 二.铸件的变形与防止 由铸造应力的形成过程可知，铸件的变形发生在铸造应力超过材料的屈服极限时。因此防止铸件产生变形的根本措施是消除铸造应力。此外还可以从工艺上采取措施 1）反变形-制造模型时采取反变形。2）改变铸件结构-如改用弯轮辐代替直轮辐 3）设置拉筋-在铸造应力集中的部位设置拉筋，热处理后去除 4）控制打箱时间。第31页，此课件共47页哦32 三.铸件的裂纹与防止铸件裂纹分为：热裂纹和冷裂纹。1.热裂纹 裂纹断口形态：裂纹短、缝隙宽、形状曲折、呈氧化色。形成机理：在凝固后期的固相线附近的温度范围内（该区称为脆性区），合金的收缩系数急剧改变，若收缩受阻，将产生应力。而此时合金尚未完全凝固（残余液体约10%），强度极低，若应力超过其强度则形成裂纹。如图第32页，此课件共47页哦33第33页，此课件共47页哦34bb Al-Si 合金的高温强度T固相线500第34页，此课件共47页哦35bb影响热裂形成的因素（1）合金性质合金结晶温度范围越宽，热裂倾向性越大。T热裂倾向线收缩开始温度固相线第35页，此课件共47页哦36bb此外，合金中的一些其它元素对其热裂倾向也有一定的影响。如：碳素钢中的S、P、Si,Mn 四种因素对热裂性的影响。SpSiMn%第36页，此课件共47页哦37 （2）铸型阻力 铸型的退让性越大，合金热裂倾向越小。2.冷裂-形成冷裂的机理见“机械收缩”。第37页，此课件共47页哦384 铸件中的气孔bb气孔是铸件中最常见的缺陷。它对铸件质量的影响是：破坏金属的连续性、减少承载的有效面积、有应力集中现象等；显著降低零件的机械性能，特别是疲劳强度和冲击韧性；降低铸件的气密性。第38页，此课件共47页哦39bb气孔的形成：进入铸型的液态金属，在凝固过程中，由于在熔炼及浇注过程中对多种气体有一定的溶解度而溶入气体和铸型受热产生的侵入气体，若在凝固过程中不能逸出，则成为铸件中的气孔缺陷。bb各种气体在液态合金中存在的形态及其对铸件质量的影响如铸件的常见缺陷表所示第39页，此课件共47页哦40 5 铸件的质量控制bb 由于影响铸件质量的因素很多，并且错综复杂，难以综合控制，生产中一般控制主要或重点要素，具体为下列几方面：（1）合理选定铸造合金和铸件结构；（2）合理制订铸件的技术要求；（3）模型质量检验；（4）铸件质量检验；（5）铸件热处理第40页，此课件共47页哦41形状类缺陷第41页，此课件共47页哦42形状类缺陷第42页，此课件共47页哦43孔洞类缺陷第43页，此课件共47页哦44夹杂类缺陷第44页，此课件共47页哦45裂纹、冷隔类缺陷第45页，此课件共47页哦46表面缺陷第46页，此课件共47页哦2023/4/2感谢大家观看第47页，此课件共47页哦