2022年金属材料的液态成型.docx

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1、精选学习资料 - - - - - - - - - 第一章 金属材料的液态成形金属的液态成型常称为铸造,铸造成形技术的历史悠久；早在5000 多年前, 我们的祖先就能铸造红铜和青铜制品；铸造是应用最广泛的金属液态成型工艺；它是将液态金属浇注到铸型 型腔中,待其冷却凝固后,获得肯定外形的毛坯或零件的方法；在机器设备中液态成型件所占 比例很大,在机床、内燃机、矿山机械、重型机械中液态成型件占总重量的 70%90%；在汽车、拖拉机中占 50%70%；在农业机械中占 40%70%；液态成型工艺能得到如此广泛的应用,是由于 它具有如下的优点：1可制造出内腔、外形很复杂的毛坯；如各种箱体、机床床身、汽缸体、

2、缸盖等；2工艺敏捷性大,适应性广；液态成型件的大小几乎不限,其重量可由几克到几百吨,其壁厚可由到 1m 左右；工业上凡能溶化成液态的金属材料均可用于液态成型；对于塑性很差 的铸铁,液态成型是生产其毛坯或零件的唯独的方法；3液态成型件成本较低；液态成型可直接利用废机件和切屑,设备费用较低；同时,液 态成型件加工余量小,节约金属；但是,金属液态成型的工序多,且难以精确掌握,使得铸件质量不够稳固；与同种材料的 锻件相比,因液态成型组织疏松、晶粒粗大,内部易产生缩孔、缩松、气孔等缺陷；其机械性 能较低；另外,劳动强度大,条件差；近年来,随着液态成型新技术、新工艺、新设备、新材料的不断采纳,使液态成型件

3、的质 量、尺寸精度、机械性能有了很大提高,劳动条件究竟改善,使液态成型工艺的应用范畴更加 宽阔；液态材料铸造成形技术的优点：1适应性强,几乎适用于全部金属材料；2铸件外形复杂,特殊是具有复杂内腔的铸件,成形特别便利；3铸件的大小不受限制,可以由几克重到上百吨；4铸件的外形尺寸,组织性能稳固；5铸造投资小、成本低,生产周期短；液态材料铸造成形技术也存在着某些缺点：如铸件内部组织疏松,晶粒粗大,易产生缩孔、缩松、气孔等缺陷；而外部易产生粘砂、夹砂、砂眼等缺陷；另外铸件的力学性能低,特殊是冲击韧性较低；铸造成形工艺较为复杂,且难以精确掌握,使得铸件品质不够稳固；铸造成形技术的进展：1提高尺寸精度和外

4、表质量；2先进的造型技术及自动化生产线；3高效、节能,削减污染；4降低成本,改善劳动条件；1.2 钢铁的生产过程钢铁的生产过程是一个由铁矿石炼成生铁、再由生铁炼成钢液并浇注成钢锭的过1.2.1 炼铁 炼铁在高炉中进行,其过程为：将铁矿石、焦碳和石灰石等按肯定比例配成炉料,由加料车送入炉内,形成料柱,加料完毕,将炉顶关闭；被热风炉加热到9001200的热风,由炉壁上的风口吹入高炉下部,使焦碳燃烧,产生大量的炉气；炙热的炉气在炉内上升,加热炉料,名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页,共 22 页精选学习资料 - - - - - - - - - 并与之发生化学反应,如下图为钢铁生产过程

5、；图 1.1 钢铁生产过程示意图高炉中发生的冶金反应有：1复原反应：将氧化铁中的铁复原；2造渣反应：生成低熔点炉渣；3渗碳反应：生成碳含量较高,熔点较 低的铁液；炉渣的密度小,浮在铁液之上,炉渣和铁液分别从高炉下部的出渣口和出铁口排除炉外炼铁的产品有：炼钢生铁 用来炼钢铸造生铁 用来铸造1.2.2 炼钢炼钢的主要任务是将生铁中余外的碳和其它杂质氧化成氧化物,并使其随炉气或炉渣一起去除；间接氧化是炼钢的主要反应形式,即氧第一与铁液发生氧化反应,生成 FeO,然后再通过FeO 来氧化其它元素；钢的熔炼方法有：电炉炼钢、转炉炼钢和平炉炼钢；炼好的钢液,部分浇入连续铸锭机,铸成 铸成肯定外形和尺寸的钢

6、锭；1.3 铸造金属熔炼“ 钢坯 ” 直接用来轧制钢材；部分浇注到钢锭模内熔炼是液态金属铸造成形技术过程中的一个重要环节,与铸件的品质、生产成本、产量、能源消耗以及环境爱护等亲密相关；1.2.1 金属的熔炼在熔炼中,多种固态金属的炉料废钢、生铁、回炉料、铁合金、有色金属等按比例搭名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页,共 22 页精选学习资料 - - - - - - - - - 配装入相应的熔炉中加热熔化,通过冶金反应,转变成具有肯定化学成分和温度的符合铸造成 形要求的液态金属；熔炼的要求：1保证金属液的化学成分和材质性能；2保证金属液有足够的温度 过热 ；3保证金属液的数量 质量

7、 ；4保证低能耗、低成本；5保证低噪声、低污染；1.熔炼的分类1按熔炼金属分：铸铁熔炼、铸钢熔炼和有色金属熔炼；2按熔炉分：冲天炉熔炼、电弧炉熔炼、感应电炉熔炼、坩埚炉熔炼；2.熔炼过程和熔炼炉 在高温中熔炼,用耐火材料做熔炉的炉衬,用熔渣掩盖在液态金属表层,以防止液态金属 的氧化及溶入气体；炉衬分为：酸性炉衬和碱性炉衬；酸性炉衬 耐火粘土、石英砂组成；酸性炉衬牢固和廉价,能量消耗低且产量较高；熔 炼过程中造酸性渣,不能脘硫和脱磷；碱性炉衬 镁砂筑成；熔炼过程中造碱性渣,具有肯定的脱磷和脱硫才能；1冲天炉熔炼 应用极为广泛,具有结构简洁、设备费用少、电能消耗低、生产率高、成本低、操作和维 修便

8、利,并能连续进行生产等特点；常用的为用焦焦碳冲天炉,也有非焦冲天炉油、天燃气等；图 1.2 冲天炉用焦冲天炉是由：底焦燃烧热量交换冶金反应,三个基本过程组成；金属与炉气、焦炭、炉渣相互接触,发生一系列物理化学变化 化学成分的变化； 冶金反应,引起金属液名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页,共 22 页精选学习资料 - - - - - - - - - 焦碳冲天炉图 1.4 冲天炉工作过程原理图2电弧炉熔炼 电弧炉是利用电极与金属炉料之间电弧产生的热能,通过辐射、传导和对流传递给炉料,加热、熔化固体炉料,并使金属液过热,从而实现熔炼目标的一种设备,主要用于钢、铸铁的 熔炼；名师归纳总

9、结 - - - - - - -第 4 页,共 22 页精选学习资料 - - - - - - - - - 图 1.5 电弧炉熔炼3感应电炉熔炼常用为无芯感应电炉,其电流频率为： 工频 50Hz、中频 75010000Hz 、高频 10000Hz ；无芯感应电炉工作时,炉衬外的感应器线圈相当于变压器的原绕组,炉衬内的金属炉料相当于 副绕组,当感应线圈通以交变电流时,就因交变磁场的作用,使短路连接的金属炉料产生强大 的感应电流,电流流淌时,为克服金属炉料表层的电阻面产生热量,致使金属炉料加热熔化；图 1.6 感应电炉4坩埚炉 坩埚炉分为：燃油、燃气、焦碳和电阻坩埚炉；主要用于有色金属的熔炼,如铜合金

10、、铝 合金、镁合金、低熔点轴承合金等；图 1.7 坩埚炉名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页,共 22 页精选学习资料 - - - - - - - - - 常用的铸铁：1灰铸铁 灰铸铁是因断口呈灰色而得名,灰铸铁生产便利, 成品率高, 生产成本低,是目前应用最为广泛的一种铸铁；在各种铸铁总产量中,灰铸铁占 80%以上；灰铸铁的组织特点是在基体上分布着片状石墨；2可锻铸铁 可锻铸铁又称玛钢,是由铸态白口铸件经热处理而得到的一种高强度铸铁,其塑性比灰铸铁好,其组织为铁素体或珠光体基体上分布着团絮状石墨；可锻铸铁实际上并不能锻造；3球墨铸铁 球墨铸铁的石墨呈球状；其生成工艺是向铁水中加

11、入肯定量的球化剂如 Mg、稀土元素等进行球化处理,并再加入少量的孕育剂硅铁而制得；由于石墨呈球状,它对基体的缩减作用和造成应力集中都很少,使球墨铸铁具有很高的强度,良好的塑性和韧性,并且铸造性能好,生产工艺简便,成本低廉,获得广泛的应用；1.3.2 浇注金属熔化后,液态金属通过浇注系统充填铸型型腔的过程称为浇注过程；1.浇注压力1高压 215MPa,适用于薄的截面且对品质要求高的铸件；2低压,金属型铸件；3重力常压 一般铸件2.浇注系统浇注系统是铸型中液态金属注入铸型型腔的通道；浇注系统的主要功能：1将金属液由浇包导入型腔；2挡渣及排除铸型型腔中的空气及其它气体；3调剂温度分布,掌握凝固次序；

12、4保证充型时间、压力、速度；浇注系统的组成 : 浇口杯 缓解金属液冲蚀,阻挡熔渣；直浇道 有肯定锥度以保证流速,排出空气；横浇道 将直浇道的金属液安排至内浇道；内浇道 将金属液引入型腔；图 1.8 浇注系统名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页,共 22 页精选学习资料 - - - - - - - - - 图 1.9 浇注的形式 3.浇注后的冷凝 浇注入铸型型腔的液态金属,随温度的降低,将经受由液态向固态的转变过程,即冷凝过 程；冷凝是金属材料一种重要的相变过程；金属的凝固过程包括：晶核的形成和晶粒的长大；金属的冷凝过程中,熔液体积收缩是导致铸件在最终凝固部分产生缩孔、缩松的基本缘

13、由；而固态收缩是铸件变形、产生内应力和裂纹的主要缘由；在铸型中,合理放置冒口和冷铁以保证铸件质量,如下图；图 1.10 冒口的类型铸型中能储存肯定金属液,补偿铸件收缩以防止产生缩孔和缩松缺陷的空腔称为冒口；冒口的作用：补缩、集渣、通气、排气；冒口的要求：凝固时间铸件；金属液足够补缩量；补缩通道畅通；1.4 液态合金的工艺性能液态合金的工艺性能是指符合某种生产工艺要求所需要的性能；液态合金在铸造生产过程名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页,共 22 页精选学习资料 - - - - - - - - - 中所表现出来的工艺性能,常称为铸造性能,铸造性能是表示合金铸造成形获得优质铸件的能

14、 力；铸造性能是一个特别重要的工艺性能,对铸件质量、铸造工艺及铸件结构有显著的影响,通常用流淌性、收缩性等来衡量；合金的流淌性 1. 流淌性的概念 液态合金布满型腔,形成轮廓清楚、外形完整的优质铸件的才能,称为液态合金的流淌性又叫做“ 充型才能”；液态合金的流淌性愈好,不仅易于铸造出轮廓清楚,薄而外形复杂的铸件,而且有助于液态合金在铸型中收缩时得到补充,有利于液态合金中的气体及非金属夹杂物上浮 与排除；假设流淌性不好,就易使铸件产生浇不足、冷隔、气孔、夹渣和缩松等缺陷；液态合金流淌性的好坏,通常以螺旋形流淌性试样的长度来衡量；如下图,将液态合金注 入螺旋形试样铸型中,冷凝后,测出其螺旋线长度；

15、为便于测量,在标准试样上每隔 50mm 做 出凸点标记,在相同的浇注工艺条件下,测得的螺旋线长度越长,合金的流淌性越好；常用合 金的流淌性如表 1 所示；其中灰铸铁、硅黄铜的流淌性最好,铝合金次之,铸钢最差；图 1.11 螺旋形标准式样表 1 常用铸造合金的流淌性2. 影响流淌性的因素影响流淌性的因素很多,其中主要是合金的种类及化学成分、浇注温度和铸型的填充条件；1合金的种类及化学成分不同的合金,其流淌性有很大差异见表 不同；1对同种合金而言,化学成分不同,其流淌性纯金属和共晶成分的合金是在恒温下进行结晶的,此时由铸件断面的表层向中心逐层凝固,以结晶固体层与剩余液体的界面比较清楚、平滑,对中心

16、未凝固的液态金属的流淌阻力小,故流淌性最好；名师归纳总结 - - - - - - -第 8 页,共 22 页精选学习资料 - - - - - - - - - 其它成分的合金是在肯定温度范畴内结晶的,即经过液、固两相共存区；该区中液相与固 相界面不清楚,其固相为树枝晶,它使固体层内外表粗糙,增加了对液态合金流淌的阻力,因 而流淌性差；合金的结晶温度范畴愈宽,就液固两相共存的区域愈宽,液态合金的流淌阻力愈 大,故流淌性愈差；明显,合金成分愈接近共晶成分,流淌性愈好；图 1.12 所示为铁碳合金的 流淌性与含碳量的关系；由图可见,亚共晶铸铁随含碳量的增加,结晶温度范畴减小,流淌性 提高；图 1.12

17、 Fe-C 合金流淌性与含碳量的关系2铸型的特点 铸型材料的导热速度愈大,使液态合金的冷却速度加快,从而使流淌性变差；如液态合金 在金属型中的流淌性比在砂型中差；铸件壁厚过小,外形复杂,会增加液态合金的流淌阻力,故会降低合金的流淌性；因此设计铸件时,铸件的壁厚必需大于规定的最小答应壁厚值；并力 求外形简洁；型砂含水分多或铸型透气性差,会使浇注时产生大量气体且又不能准时排出,造成型腔内 气体压力增大,使液态合金流淌的阻力增加,从而降低合金的流淌性；因此提高铸型的透气性,削减型砂的水分,多设出气口等,有利于提高液态合金的流淌性；3浇注条件 浇注温度愈高,液态合金的粘度愈低,保持液态的时间愈长,故液

18、态合金的流淌性提高；提高浇注温度是生产中削减薄壁铸件的浇不足、冷隔等缺陷的重要措施；但浇注温度过高,铸 件易产生缩孔、缩松、粘砂、气孔、粗晶等缺陷,在保证铸件薄壁部分能布满的前提下,浇注温度不宜过高； 各种合金的浇注温度范畴是：铸铁为 12301450；铸钢为 15201620；铝合金为 680780；薄壁复杂件取上限,厚大件取下限；1.4.2 合金的收缩合金从浇注、凝固直至冷却到室温的过程中,其体积或尺寸缩减的现象,称为收缩；收缩 是合金的物理本性,是铸件中缩孔、缩松、裂纹、变形、残余应力等缺陷产生的主要缘由；液 态金属从浇注温度冷却到常温,其收缩过程如下图的三个阶段：名师归纳总结 - -

19、- - - - -第 9 页,共 22 页精选学习资料 - - - - - - - - - 图 1.13 铸造合金的收缩过程-液态收缩； -凝固收缩； -固态收缩1液态收缩 指合金从浇注温度冷却到液相线温度时的收缩；2凝固收缩 指合金从液相线温度冷却到固相线温度时的收缩；3固态收缩 指合金从固相线温度冷却到室温时的收缩；合金的总体积收缩为上述三个阶段收缩之和；液态收缩和凝固收缩会引起型腔内液面的下降,表现为合金体积的收缩,常用体收缩率表示；它们是铸件产生缩孔、缩松的基本缘由；固态收缩一般直观的表现为铸件外形尺寸的削减,常用线收缩率表示；它是铸件产生内应力、变形和裂纹的基本缘由；2.影响合金收缩

20、的因素合金的收缩与其化学成分、浇注温度、铸件结构和铸型条件有关；1化学成分碳钢随含碳量增加,凝固温度范畴扩大,收缩量随之增大； 灰口铸铁中碳、硅为促进石墨化元素,当其含量增加或碳以石墨外形存在的可能性愈大,就收缩量减小；因石墨密度小,比容大,抵消了灰口铸铁的部分收缩,使其总的收缩量减小；而阻碍石墨化元素,硫会使收缩量增加；总之,不同的合金,化学成分不同,收缩率也不一样；几种铸造合金的收缩见表 2；表 2 几种铸造合金的铸造收缩率2浇注温度 浇注温度愈高,过热度愈大其液态收缩量增加,合金总的收缩率增大；3铸型条件和铸件结构铸件在铸型中是受阻收缩而不是自由收缩；其阻力来自铸型和型芯；铸件壁厚不同,

21、壁在型内所处的位置不同,其冷却速度也不同,冷凝时,铸件各部分相 互制约也会产生阻力；这些都会影响合金的实际收缩率；3. 缩孔和缩松 液态金属在冷凝过程中,由于液态收缩和凝固收缩的结果,会在铸件最终凝固的部位形成 孔洞；容积大而集中的孔洞称为缩孔；细小分散的孔洞称为缩松；1缩孔的形成 缩孔常产生在铸件的厚大部位或上部最终凝固部位,常呈倒锥状,内外 表粗糙； 缩孔的形成过程如图 1.14 所示；液态合金布满铸型型腔后图中 a,由于铸型的吸热,液态合金温度下降,靠近型腔外表的金属凝固成一层外壳,此时内浇道以凝固,壳中金属液的收缩因被外壳阻碍,不能得到补缩,故其液面开头下降图中b；温度连续下降,外壳加

22、厚,名师归纳总结 内部剩余的液体由于液态收缩和补充凝固层的收缩,使体积缩减,液面连续下降图中c；此第 10 页,共 22 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 过程始终连续到凝固终了,在铸件上部形成了缩孔图中 缩使铸件的外轮廓尺寸略有减小图中 e；纯金属和共晶成分的合金,易形成集中的缩孔；d温度连续下降之室温,因固态收图 1.14 缩孔的形成过程示意图2缩松的形成 结晶温度范畴宽的合金易形成缩松,其形成的基本缘由与缩孔相同,也是由于铸件最终凝固区域得不到补充而形成的；缩松的形成过程如图 1.15 所示；当液态合金布满型腔后,由于温度下降,紧靠型壁处第一结

23、壳,且在内部存在较宽的液固两相共存区图中a；温度连续下降,结壳加厚,两相共存区逐步推向中心,发达的树枝晶将中心部分的合金液分隔成很多独立的小液体区图中c；b；这些独立的小液体区最终趋于同时凝固,因得不到液态金属的补充而形成缩松图中缩松分为宏观缩松和显微缩松两种；宏观缩松是用肉眼或放大镜可以看出的分散细小缩孔；显微缩松是分布在晶粒之间的微小缩孔,要用显微镜才能观看到,这种缩松分布面积更为广泛,甚至遍布铸件整个截面；图 1.15 缩松形成过程示意图3缩孔和缩松的防止缩孔和缩松都使铸件的机械性能下降,缩松仍可是铸件因渗漏而报废；因此,缩孔和缩松都属铸件的重要缺陷,必需依据技术要求、实行适当的工艺措施

24、予以防止；实践证明,只要能使铸件实现“ 次序凝固”致密铸件；,尽管合金的收缩较大,也可获得没有缩孔的所谓次序凝固,就是在铸件上可能显现缩孔的厚大部位通过安放冒口等工艺措施,使铸件 上远离冒口的部位先凝固如图 1.16 中 .,尔后是靠近冒口部位凝固图中、,最终才 是冒口本身的凝固；依据这样的凝固次序,先凝固部位的收缩,由后凝固部位的金属液来补充；后凝固部位的收缩,由冒口中的金属液来补充,从而使铸件各个部位的收缩均能得到补充,而 将缩孔转移到冒口之中；冒口为铸件的余外部分,在铸件清理时将其去除；名师归纳总结 - - - - - - -第 11 页,共 22 页精选学习资料 - - - - - -

25、 - - - 图 1.16 次序凝固为了实现次序凝固,在安放冒口的同时,仍可在铸件上某些厚大部位增设冷铁；图 1.17所示铸件的热节不止一个,假设仅靠顶部冒口,难以向底部凸台补缩,为此,在该凸台的型壁上安放了两个外冷铁；由于冷铁加快了该出的冷却速度,使厚度较大的凸台反而最先凝固,从而实现了自下而上的次序凝固,防止了凸台处缩孔、缩松的产生,可以看出,冷铁仅是加快某些部位的冷却速度,以掌握铸件的凝固次序,但本身并不起补缩作用；冷铁通常用钢或铸铁制成；图 1.17 冷铁的应用正确地估量铸件上缩孔或缩松可能产生的部位是合理安设冒口和冷铁的重要依据；在实际生产中,常以画“ 凝固等温线法” 和“ 内切圆法

26、” 近似地找出缩孔的部位,如图 1.18所示；图中等温线未曾通过的心部和内切圆直径最大处,即为简洁显现缩孔的热节；图 1.18 缩孔位置的确定名师归纳总结 安放冒口和冷铁,实现次序凝固,虽可有效的防止缩孔和缩松宏观缩松,但却消耗很多第 12 页,共 22 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 金属和工时,加大了铸件成本；同时,次序凝固扩大了铸件各部位的温度差,促进了铸件的变 形和裂纹倾向；因此,主要用于必需补缩的场合,如铝青铜、铝硅合金和铸钢件等；必需指出,对于结晶温度范畴甚宽的合金,结晶开头之后,发达的树枝状骨架布满了整个 截面,使冒口的补缩道路严峻受

27、阻,因而难以防止显微缩松的产生；明显,选用近共晶成分或 结晶温度范畴较窄的合金生产铸件是相宜的；1.4.3 铸造应力、变形和裂纹 1.铸造应力 铸件的固态收缩受到阻碍而引起的内应力,称铸造应力；阻碍按形成的缘由不同分为热阻 碍和机械阻碍；铸件各部分由于冷却速度不同、收缩量不同而引起的阻碍称热阻碍；铸型、型 芯对铸件收缩的阻碍,称机械阻碍；由热阻碍引起的应力称热应力,由机械阻碍引起的应力称 机械应力收缩应力 ；铸造应力可能是临时的,当引起应力的缘由排除以后,应力随之消逝,称为临时应力；也可能是长期存在的,称残留应力；它是由于铸件的壁厚不匀称、各部分的冷却速度不一样,导致其收缩在同一1热应力 时期

28、内不相同,彼此相互制约而形成的；落砂后热应力仍存在于铸件内,是一种残留铸造应力；为了分析热应力的形成,第一必需明白金属自高温冷却到室温时应力状态的转变；固态金属在再结晶温度以上的较高温度时钢和铸铁为620650以上,处于塑性状态；此时,在较小的应力下就可发生塑性变形,变形之后应力可自行排除；在再结晶温度以下,金属呈弹性 状态,此时,再应力作用下将发生弹性变形,而变形之后应力连续存在；图 1.19 热应力的形成下面用图 1.19 a所示的框形铸件来说明热应力的形成过程；该铸件由杆和杆两部分组成,杆较粗、杆较细；当铸件处于高温阶段图中T 0T 1 间,两杆均处于塑性状态,尽管两杆的冷却速度不同、收

29、缩不一样,但瞬时的应力均可通过塑性变形而自行消逝；连续冷却后,冷速较快的杆以进入弹性状态,而粗杆仍处于塑性状态图中 T 1T2 间；由于细杆冷却快, 收缩大于粗杆,所以细杆受拉伸,粗杆受压缩 图中 b,形成了临时内应力,但这个内应力随之便被粗杆的微量塑性变形压短而消逝图中c；当进一步冷却到更低温度时图中 T 2T3 间,已被塑性压短的粗杆也处于弹性状态,此时,尽管两杆长度相同,但所处的温度不同；粗杆的温度较高,仍会进行较大的收缩；细杆的温度较低,收缩已趋停止；因此,粗杆的收缩必定受到细杆的剧烈阻碍,于是,杆受压缩,杆受拉伸,直名师归纳总结 - - - - - - -第 13 页,共 22 页精

30、选学习资料 - - - - - - - - - 到室温,形成了残余内应力图中 d；由此可见,热应力使铸件的厚壁或心部受拉伸,薄壁或外表受压缩；铸件的壁厚差异愈大,热应力愈大；预防热应力的基本途径是尽量削减铸件各部位间的温度差,使其匀称的冷却；为此,可将浇口开在薄壁处,使薄壁处铸型在浇注过程中的升温较厚壁处高,因而可补偿薄壁处的冷速快的现象；有时为增快厚壁处的冷速,仍可在厚壁处安放冷铁图 1.20；图 1.20 铸件的同时凝固原就坚持同时凝固原就可削减铸造内应力、防止铸件的变形和裂纹缺陷,又可不用冒口而省工省料；其缺点是铸件心部简洁显现缩孔或缩松,主要用于一般灰口铸铁、锡青铜等；这是由于灰口铸铁

31、的缩孔、缩松倾向小；锡青铜的糊状凝固倾向大,用次序凝固也难以有效地排除其显微缩松缺陷；2机械应力它是合金的线收缩受到铸型或型心机械阻碍而形成的内应力,如图 1.21所示；图 1.21 机械应力机械应力使铸件产生拉伸或剪切应力,并且是临时的,在铸件落砂之后,这种内应力便可自行排除；但机械应力在铸型中可与热应力共同起作用,增大了某些部位的拉伸应力,促进了铸件的裂纹倾向；2.铸件的变形与防止残余内应力使铸件不同部位被拉伸或压缩,好象被拉伸或压缩的弹簧一样,处于一种不稳定的状态,有自发通过铸件变形来缓解其应力,以回到稳固的平稳状态；明显,只有原先受拉伸的部分产生压缩变形、受压缩部分产生拉伸变形,才能使

32、铸件中的残余应力削减或排除；图1.22所示为车床床身,其导轨部分因较厚而受拉应力,床壁部分较薄而受压应力,于是朝着导轨方向发生扰曲变形,使导轨呈内凹；图 1.23为一平板铸件,尽管其壁厚匀称,但其中心部分因比边缘散热慢而受拉应力,其边缘处受压应力；由于铸型上面比下面冷却快,于是该平 板发生如下图方向变形；为防止铸件产生变形,除在铸件设计时尽可能使铸件的壁厚匀称、外形对称外,再铸造工艺上应采纳同时凝固原就,以便冷却匀称；对于长而易变形的铸件,仍可采纳“ 反变形” 工艺；名师归纳总结 - - - - - - -第 14 页,共 22 页精选学习资料 - - - - - - - - - 反变形法是在

33、统计铸件变形规律的基础上,在模样上预先作出相当与铸件变形量的反变形量,以抵消铸件的变形；图 1.22 床身导轨面的扰曲变形图 1.23 平板铸件的变形实践证明,尽管变形后铸件的内应力有所减缓,但并未完全去除,这样的铸件经机械加工 之后,由于内应力的重新分布,仍将缓慢地发生微量变形,使零件丢失了应有的精确度；为此,对于不答应发生变形的重要机件必需进行时效处理；自然时效是将铸件置于露天场地半年以上,使其缓慢地发生变形,从而使内应力排除,人 工时效是将铸件加热到 550650进行去应力退火；时效处理宜在粗加工之后进行,以便将粗 加工所产生的内应力一并排除；3.铸件的裂纹与防止 依据裂纹形成的温度范畴

34、可将其分为冷裂和热裂两种；冷裂是铸件处于弹性状态时,铸造应力超过合金在该温度下的强度极限而产生的；他往往 显现在铸件受拉应力的部位,特殊是应力集中之处,如尖角处以及缩孔、气孔和渣眼邻近；冷裂是在较低温度下形成的,故外表具有金属光泽或只呈稍微的氧化色泽,断口圆滑、干 净、且常穿过晶粒延长到铸件外表；复杂的铸件以及灰铸铁、白口铸铁和高锰钢等塑性差的材 料易产生这类缺陷；要防止冷裂,主要是削减铸造应力,提高合金的力学性能；钢和铸铁中的磷会使合金的冲 击韧性下降,脆性增加,是冷裂倾向增大；钢液脱氧不良和非金属夹杂物也会增加冷裂倾向；热裂是铸件在凝固过程中和固相线温度邻近形成的；此时结晶骨架已经完成,但

35、晶粒间仍 有少量液体,强度很低,其收缩时受到铸型、型心等的阻碍,铸件就产生热裂；热裂是在较高温度下形成的,因此,断口氧化严峻,无金属光泽,裂口往往沿晶界产生和进展,外形曲折而不规章；铸钢件特殊是合金钢件这类裂纹；、可锻铸铁件和某些铝合金铸件简洁产生要防止热裂,削减铸造应力是关键,如合理设计铸件结构,提高砂型芯的退让性；合 理设计浇冒口系统；严格掌握铸钢和铸铁中的含硫量；在易产生热裂处设防裂筋等；铸件的化学成分偏析 化学成分不匀称的现象称为偏析；1微观偏析名师归纳总结 微观偏析指微小范畴内的化学成分不匀称一般在一个晶粒尺寸范畴内；第 15 页,共 22 页- - - - - - -精选学习资料

36、- - - - - - - - - 2宏观偏析区域偏析宏观偏析是指在较大尺寸范畴内的成分不匀称,主要包括正偏析和逆偏析；在实际生产中,铸件断面成分偏析极为复杂；往往以一种偏析为主,其他偏析同时存在；1.5 铸件的结构设计及几何外形特点在液态材料铸造成形技术中,铸件的结构设计及几何外形是否合理,即结构技术性是否良 好,对铸造零件的品质、生产率及成本等有较大的影响；1.铸件结构设计的一般原就1必需针对不同的铸造合金的性能、铸造方法、产品多少和生产条件,综合考虑合理的 结构；2铸件壁厚的变化对金属的力学性能均有影响；3铸件的最小壁厚必需结合零件的复杂程度、尺寸大小、材料及制造技术来确定；4简化模型设

37、计；5易于造型及合理确定分型面,尽量防止或减采纳型芯,便于落砂清理；6考虑浇注的特点；7充分考虑材料的不同特性；2.铸件的结构要素设计1铸件的最小壁厚在肯定铸造条件下,铸造合金液能布满铸型的最小厚度称为该铸造合金的最小壁厚；2铸件的临界壁厚 厚壁铸件易产生缩孔、缩松等缺陷,不产生此类缺陷的最大壁厚称为临界壁厚；一般临界 壁厚取最小壁厚的 3 倍；3铸件的内壁厚 为保证铸件同时凝固,削减热应力,内壁厚要小于外壁厚；4铸件壁的过渡和连接 采纳逐步过渡；连接应防止交叉,以削减和分散热节点；5肋 为了增加铸件的力学性能和减轻铸件的质量,排除缩孔和防止裂纹、变形、夹砂等缺陷,在铸件结构设计中大量采纳肋；

38、设计肋时,要尽量分散和削减热节点,防止多条肋相互交叉,肋与肋和肋与壁的连接处要 有圆角过渡,垂直于分型面的肋应有铸造斜度；6铸造斜度 铸件壁的内、外两侧,沿起模方向应设计适当的斜度即结构斜度；1.6 铸造成形方法1.砂型铸造 以型芯砂为主要造型材料制备铸型的方法称为砂型铸造；常见的砂型铸造过程如下图,造型方法有：整模造型、两箱造型、三箱造型、活块造型、刮板造型、挖砂造型等；名师归纳总结 - - - - - - -第 16 页,共 22 页精选学习资料 - - - - - - - - - 图 1.24 两箱造型图 1.25 三箱造型图 1.26 锥齿轮铸造工艺常见的典型铸件有：床身铸件、三通铸件

39、、支架类铸件等；常见的砂型结构有：砂芯、砂垛、外型芯等；2.特种铸造1熔模铸造熔模铸造又称为失蜡铸造、熔模精密铸造；方法是先将低熔点易熔材料蜡制成模样,再在蜡模外表涂上耐火材料,待其硬化干燥后将其中的蜡模样熔失,而制成无分型面的铸型型壳,再经焙烧,然后进行浇注,最终清理获得铸件；特点是铸件尺寸精度高、外表质量好；熔模铸造如下图,其生产过程为：组装蜡模、上涂料、失蜡、熔模焙烧、熔模浇注及清理等；名师归纳总结 - - - - - - -第 17 页,共 22 页精选学习资料 - - - - - - - - - 图 1.27 熔模铸造2金属型铸造 金属型铸造又称硬模铸造、永久型铸造；其铸型是金属材料

40、制成,可以反复使用；如活塞 铸型；图 金属型铸造形式3压力铸造 压力铸造简称压铸,是将液态金属在高压作用下以较高的速度充填压铸型型腔,并在压力 作用下结晶凝固,而获得铸件的方法；压力铸造的生产原理如下图,常用的生产设备有：热压铸机、卧式压铸机等；名师归纳总结 - - - - - - -第 18 页,共 22 页精选学习资料 - - - - - - - - - 图 1.29 热压铸机工作过程4离心铸造 离心铸造是将液态金属浇入旋转的铸型中,使液态金属在离心力的作用下充填铸型,结晶 凝固而获得铸件的铸造方法；铸造离心机的工作原理如下图；离心铸造5机械铸造 对于大量生产的铸件,为提高生产效率,采纳机

41、械造型机生产；名师归纳总结 - - - - - - -第 19 页,共 22 页精选学习资料 - - - - - - - - - 1.7 半固态成形半固态合金是将合金熔化后,待合金冷却到液相线温度以下时,使固态组分到达 4060%类似糊状悬液并具有肯定的流淌性的合金；利用半固态合金实现浇注或压注成形方法称为半固态成形；半固态成形的特点：1应用范畴广；2铸件质量高,力学性能好,尺寸精度高；3成型时削减了对成型装置的热冲击,节约能源；4便于实现自动化,提高了劳动生产率,降低了生产成本；半固态成形的方法：1.流变成形利用半固态金属制备器,批量制备或连续制备糊状浆料,然后直接进行铸造、挤压、轧制、模锻

42、等成型的方法；图 1.31 半固态流变成形2.触变成形利用半固态金属制备器制成半固态浆料,冷却后得到铸锭；再分割铸锭并加热到半固态温度进行成型的方法；图 1.32 半固态触变成形3.铸锻成形1液态模锻名师归纳总结 - - - - - - -第 20 页,共 22 页精选学习资料 - - - - - - - - - 图 1.33 液态模锻工艺过程2液态挤压图 1.34 液态挤压工艺过程3连续铸挤图 1.35 连续铸挤工艺过程名师归纳总结 - - - - - - -第 21 页,共 22 页精选学习资料 - - - - - - - - - 4液态轧制图 1.36 液态轧制工艺过程名师归纳总结 - - - - - - -第 22 页,共 22 页