工程材料液态成型原理cnxw.docx

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1、开放实验验指导书书 大纲纲实验名称称:工程材材料液态态成型引言什么是液液态成型型金属的液液态成型型常称为为铸造，铸铸造是将将金属熔熔炼成符符合一定定要求的的液体并并浇进铸铸型里，经经冷却凝凝固、清清整处理理后得到到有预定定形状、尺尺寸和性性能的铸铸件的工工艺过程程。图-1 铸造示意意图一、实验验目的1了解解铸造的概念及基基本原理理；2了解解并掌握握铸造的基基本工艺艺及其主要的工艺参参数；3了解解并掌握握铸造过过程中金金属从液液态到固固态转变变过程中中影响金金属性能能和铸件件质量的的一些基基本因素素；4了解解金属收收缩的基基本规律律，以及及常见铸铸造缺陷陷缩的形形成机理理，及其其影响因因素。二、

2、实验验原理1. 铸造的定定义 铸造过程程是指将将金属置置于熔炼炼炉内的的坩埚中中,加热熔炼炼成符合合一定要要求的液液体并浇浇铸到锭锭模或铸铸模中，经经冷却凝凝固, 液态金金属转变变成固态态金属, 清整整处理后后获得一定形状状、尺寸寸的铸件件或铸件件的工艺艺过程。铸铸造毛胚胚因近乎乎成形，而而达到免免机械加加工或少少量加工工的目的的降低了了成本并并在一定定程度上上减少了了时间铸造是是现代机机械制造造工业的的基础工工艺之一一.铸造工艺艺可分为为三个基基本部分分，即铸铸造金属属准备、铸铸型准备备和铸件件处理。 铸造金金属是指指铸造生生产中用用于浇注注铸件的的金属材材料，它它是以一一种金属属元素为为主

3、要成成分，并并加入其其他金属属或非金金属元素素而组成成的合金金，习惯惯上称为为铸造合合金，主主要有铸铸铁、铸铸钢和铸铸造有色色合金。2. 铸造的分分类铸造种类类很多，按按造型方方法习惯惯上分为为：普通砂砂型铸造造，包括括湿砂型型、干砂砂型和化化学硬化化砂型33类。特种铸铸造，按按造型材材料又可可分为以以天然矿矿产砂石石为主要要造型材材料的特特种铸造造（如熔熔模铸造造、泥型型铸造、铸铸造车间间壳型铸铸造、负负压铸造造、实型型铸造、陶陶瓷型铸铸造等）和和以金属属为主要要铸型材材料的特特种铸造造（如金金属型铸铸造、压压力铸造造、连续续铸造、低低压铸造造、离心心铸造等等）两类类。2.1 普通砂砂型铸造

4、造以型砂和和芯砂为为造型材材料制成成铸型，液液态金属属在重力力下充填填铸型来来生产铸铸件的铸铸造方法法。钢、铁铁和大多多数有色色合金铸铸件都可可用砂型型铸造方方法获得得。由于于砂型铸铸造所用用的造型型材料价价廉易得得，铸型型制造简简便，对对铸件的的单件生生产、成成批生产产和大量量生产均均能适应应，长期期以来，一一直是铸铸造生产产中的基基本工艺艺。图-2 砂型铸铸造示意意图2.2 特种铸铸造但随着科科学技术术的发展展，对铸铸造提出出了更高高的要求求，要求求生产出出更加精精确、性性能更好好、成本本更低的的铸件。为为适应这这些要求求，铸造造工作者者发明了了许多新新的铸造造方法，这这些方法法统称为为特

5、种铸铸造方法法，即特特种铸造造。图-3熔熔模铸造造示意图图 图图-4压力铸铸造示意意图图-5 消失模模铸造示示意图图-6 连续铸铸造示意意图 图-7 离心心铸造示示意图特种铸造造具有以以下优势势:铸件尺尺寸精确确，表面面粗糙值值低，更更接近零零件最后后尺寸，从从而易于于实现少少切削或或无切削削加工。铸件内部质量好，力学性能高，铸件壁厚可以减薄。减低金属消耗和铸件废品率。简化铸造工序（除熔模铸造外），便于实现生产过程的机械化、自动化。改善劳动条件，提高劳动生产率。3. 铸铸造过程程中液态态金属的的凝固过过程凝固,是是极为普普遍的物物理现象象。物质质凡由液液态到固固态的转转变一般般都经历历凝固过过

6、程, 广泛存存在于自自然界和和工程技技术领域域。从雪雪花凝结结到火山山熔岩固固化，从从钢铁、有有色金属属冶金生生产中单单铸锭及及连铸锭锭的结晶晶到材料料成形领领域铸件件及焊缝缝的凝固固,高分分子塑料料、橡胶胶在模具具中的固固化，以以及高技技术领域域的超细细晶、非非晶、微微晶材料料的快速速凝固, 半导导体、激激光晶体体、超导导体等功功能材料料的生长长, 均均属凝固固过程。 液态金金属凝固固结晶的的条件: 金属属熔体存存在过冷冷.图-8 金属凝凝固过程程3.1合合金的流流动性流动动性是指指熔融金金属的流流动能力力。合金金流动性性的好坏坏，通常常以“螺旋形形流动性性试样”的长度度来衡量量，将金金属液

7、体体浇入螺螺旋形试试样铸型型中，在在相同的的浇注条条件下，合合金的流流动性愈愈好，所所浇出的的试样愈愈长。流动性差差：铸件件易产生生浇不到到、冷隔隔、气孔孔和夹杂杂等缺陷陷。流动动性好：易于充充满型腔腔，有利利于气体体和非金金属夹杂杂物上浮浮和对铸铸件进行行补缩。螺螺旋形流流动性试试样衡量量合金流流动性，如如图1-2所示示。在常常用铸造造合金中中，灰铸铸铁、硅硅黄铜的的流动性性最好，铸铸钢的流流动性最最差。图-9 螺旋试试验影响熔融融合金充充型的条条件: 铸型的的温度低低、热容容量大，充充型能力力下降；铸型的的发气量量大、排排气能力力较低时时，会使使合金的的充型能能力下降降；浇注注系统和和铸件

8、的的结构越越复杂，合合金在充充型时的的阻力越越大，充充型能力力下降；提高浇浇注速度度、浇注注温度和和增加直直浇道的的高度会会使合金金的充型型能力提提高。3.2 合金的的充型能能力充型能力力考虑铸铸型及工工艺因素素影响的的熔融金金属流动动性叫合合金的充充型能力力。合金金的流动动性是金金属本身身的属性性，不随随外界条条件的改改变而变变化，而而合金的的充型能能力不仅仅和金属属的流动动性相关关，而且且也受外外界因素素的影响响。充型能力力的影响响因素: 1）铸型型填充条条件a）铸型型的蓄热热能力即即铸型从从金属液液中吸收收和储存存热量的的能力。铸铸型的热热导率和和质量热热容越大大，对液液态合金金的激冷冷

9、作用越越强，合合金的充充型能力力就越差差。b）铸型型温度提提高铸型型温度，可可以降低低铸型和和金属液液之间的的温差，进进而减缓缓了冷却却速度，可可提高合合金液的的充型能能力。cc）铸型型中的气气体铸型型中气体体越多，合合金的充充型能力力就越差差。3.3 铸件的的凝固方方式铸件件的凝固固方式（1）逐层凝固方式合金在凝固过程中其断面上固相和液相由一条界线清楚地分开，这种凝固方式称为逐层凝固。常见合金如灰铸铁、低碳钢、工业纯铜、工业纯铝、共晶铝硅合金及某些黄铜都属于逐层凝固的合金。（2）糊状凝固方式合金在凝固过程中先呈糊状而后凝固，这种凝固方式称为糊状凝固。球墨铸铁、高碳钢、锡青铜和某些黄铜等都是糊

10、状凝固的合金。（3）中间凝固方式大多数合金的凝固介于逐层凝固和糊状凝固之间，称为中间凝固方式。中碳钢、高锰钢、白口铸铁等具有中间凝固方式。凝固固方式的的影响因因素（1）合金金凝固温温度范围围的影响响合金的的液相线线和固相相交叉在在一起，或或间距很很小，则则金属趋趋于逐层层凝固；如两条条相线之之间的距距离很大大，则趋趋于糊状状凝固；如两条条相线间间距离较较小，则则趋于中中间凝固固方式。（2）铸件温度梯度的影响增大温度梯度，可以使合金的凝固方式向逐层凝固转化；反之，铸件的凝固方式向糊状凝固转化。3.4 铸造合合金的收收缩铸造合金金从液态态冷却到到室温的的过程中中，其体体积和尺尺寸缩减减的现象象称为

11、收收缩。它它主要包包括以下下三个阶阶段：11.液态态收缩金金属在液液态时由由于温度度降低而而发生的的体积收收缩。22.凝固固收缩熔熔融金属属在凝固固阶段的的体积收收缩。液液态收缩缩和凝固固收缩是是铸件产产生缩孔孔和缩松松的基本本原因。3.固态收缩金属在固态时由于温度降低而发生的体积收缩。固态收缩对铸件的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。影响响合金收收缩的因因素: 1. 化学成成分不同同成分的的合金其其收缩率率一般也也不相同同。在常常用铸造造合金中中铸刚的的收缩最最大，灰灰铸铁最最小。22. 浇浇注温度度合金浇浇注温度度越高，过过热度越越大，液液体收缩缩越大。3

12、. 铸件结构与铸型条件铸件冷却收缩时，因其形状、尺寸的不同，各部分的冷却速度不同，导致收缩不一致，且互相阻碍，又加之铸型和型芯对铸件收缩的阻力，故铸件的实际收缩率总是小于其自由收缩率。这种阻力越大，铸件的实际收缩率就越小。收缩对铸铸件质量量的影响响: 1. 缩孔孔和缩松松（1）缩孔孔的形成成缩孔总总是出现现在铸件件上部或或最后凝凝固的部部位，其其外形特特征是：内表面面粗糙，形形状不规规则，多多近于倒倒圆锥形形。通常常缩孔隐隐藏于铸铸件的内内部，有有时经切切削加工工才能暴暴露出来来。缩孔孔形成的的主要原原因是液液态收缩缩和凝固固收缩。（2）缩松的形成宏观缩松多分布在铸件最后凝固的部位，显微缩松则

13、是存在于在晶粒之间的微小孔洞，形成缩松的主要原因也是液态收缩和凝固收缩所致。图-100 缩孔孔形成过过程图-111缩孔形形成过程程在铸铸件的凝凝固以及及以后的的冷却过过程中，随随温度的的不断降降低，收收缩不断断发生，如如果这种种收缩受受到阻碍碍，就会会在铸件件内产生生应力，引引起变形形或开裂裂，这种种缺陷的的产生，将将严重影影响铸件件的质量量。（1）铸铸造应力力的产生生铸造应应力按其其产生的的原因可可分为三三种：aa）热应应力铸件件在凝固固和冷却却过程中中，不同同部位由由于不均均衡的收收缩而引引起的应应力。bb）固态态相变应应力铸件件由于固固态相变变，各部部分体积积发生不不均衡变变化而引引起的

14、应应力。cc）收缩缩应力铸铸件在固固态收缩缩时，因因受到铸铸型、型型芯、浇浇冒口、箱箱挡等外外力的阻阻碍而产产生的应应力。铸铸件铸出出后存在在于铸件件不同部部位的内内应力称称为残留留应力。图-122铸件中中应力分分布3.5 铸件的的常见缺缺陷砂型铸造造铸件缺缺陷有：冷隔、浇浇不足、气气孔、粘粘砂、夹夹砂等。三、实验验设备及及材料准准备1. 加加热炉(熔炼炉炉)图-133 熔炼炼炉2. 熔熔炼用金金属图-144铝锭 图-15镁锭3. 熔熔炼工具具坩埚、工工具和锭锭模图-166 坩埚埚 图-17 模具四、实验验过程及及步骤1了解解铸造的基基本设备备并熟悉悉其基本本操作；2炉前前准备由于本试试验所用

15、用坯料需需要加热热至液态态金属，所所需时间间较长，故故在试验验前由指指导老师师提前加加热熔炼炼至700要求学生生掌握配配料的计计算方法法:根据熔制制合金的的实际重重量W，计算算各元素素的需要要量AAQQ3. 精炼+浇浇注五、实验验报告工程材料料液态成成型实验验报告要要求学院： 专业业：姓名： 学号号： 实验时间间：一、实实验目的的和要求求1.了了解铸造造工艺的的基本过过程。2.通通过具体体的熔炼炼浇注工工艺，了了解基本本概念，工工艺特点点，以用用在日常常生活中中的具体体应用。3.了解一种金属材料(A356)的熔炼基本工序。二、实验原理铸造过程是指将金属置于熔炼炉内的坩埚中,加热熔炼成符合一定要

16、求的液体并浇铸到锭模或铸模中，经冷却凝固, 液态金属转变成固态金属, 清整处理后获得一定形状、尺寸的铸件或铸件的工艺过程。铸造工艺艺可分为为三个基基本部分分，即铸铸造金属属准备、铸铸型准备备和铸件件处理。铸铸造种类类很多，按按造型方方法习惯惯上分为为：普通砂砂型铸造造, 特种铸铸造.根据熔制制合金的的实际重重量W，计算算各元素素的需要要量AAQQ三、主要要仪器设设备实验验所用设设备包括括：加热热熔炼炉, 熔熔炼用金金属, 坩埚, 熔炼炼工具,模具四、实验验内容及及实验数数据记录录1了解解铸造的基基本设备备并熟悉悉其基本本操作；2、配料料熔炼A3356铝铝合金220Kgg，A3556化学学成分: Sii6.557.5,Mg00.2000.400;铝铝为余量量。根据熔制制合金的的实际重重量W，计计算各元元素的需需要量AAAQQ3炉前前准备由于本试试验所用用坯料需需要加热热至液态态金属，所所需时间间较长，故故在试验验前由指指导老师师提前加加热熔炼炼至7004. 精炼+浇浇注五、思考考题1.常见的的液态成成型方法法包括砂型型铸造, 特种种铸造2.铸件件中常见的缺缺陷有哪哪些？