金属的凝固特点课件.ppt

《金属的凝固特点课件.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《金属的凝固特点课件.ppt（54页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、金属的凝固特点第1页，此课件共54页哦铸造特点铸造特点 铸 造 优 点 1具有较强的适应性重量：几克几百吨尺寸：几毫米十几米壁厚：0.2mm1m结构：复杂外形、内腔材质：不限，特别是脆性材料2铸件成本低 原材料：来源广、价格低、投资少、易生产铸件：机械加工量相对较小，成本低 第2页，此课件共54页哦铸造特点铸造特点铸 造 缺 点 工序复杂，方法落后，铸件尺寸精度不高，表面质量难保证，铸件内部易出现气孔、砂眼、缩孔、晶粒粗大等现象。第3页，此课件共54页哦1 金属的凝固特点金属的凝固特点n合金的铸造性能合金的铸造性能：金属在由液态转变为固态的过程中，存在的一些与铸件质量相关的性能特点。一般指铸造

2、过程中的流动性、收缩性、吸气性等工艺性能。第4页，此课件共54页哦几个准备概念n充型：液态合金填充铸型的过程.n充型能力：液态合金充满铸型型腔，获得形状完整、轮廓清晰的铸件的能力n浇不足：因液态金属充型能力不足而不能得到完整形状的铸件。n冷隔：指铸件虽可获得完整的外形，但因存有未完全熔合的垂直接缝，铸件的力学性能严重受损。第5页，此课件共54页哦本节三大内容本节三大内容n一、液态金属的流动特点一、液态金属的流动特点n二、合金的凝固特点二、合金的凝固特点n三、合金的收缩特点三、合金的收缩特点第6页，此课件共54页哦一、液态金属的流动特点一、液态金属的流动特点 1.流动性流动性n流动性流动性:是描

3、述液态金属流动能力的一个术语。流动性的高低主要取决于金属的结晶特点和物理性能。物质由液态转变为固态晶体时，称为“结晶”。粘粘度度的的大大小小表示液体中发生相对运动的难易程度，粘度大，液体粘稠，相对运动困难，就很难形成晶体。第7页，此课件共54页哦一、液态金属的流动特点一、液态金属的流动特点 1.流动性流动性n流动性对铸件质量影响流动性对铸件质量影响：液态金属流动性越好，越有利于液态金属中的非金属夹杂物和气体上浮,排除；易于对液态金属在凝固中产生的收缩进行及时补缩；越容易充满铸型的型腔、得到轮廓清晰、健全完整的铸件；否则，铸件越容易出现冷隔或浇注不足的缺陷。第8页，此课件共54页哦2.影响流动性

4、的因素影响流动性的因素n合金成分的影响合金成分的影响 n浇注温度和压力的影响浇注温度和压力的影响n铸型条件的影响铸型条件的影响 第9页，此课件共54页哦合金成分的影响合金成分的影响a.a.纯纯金金属属流流动动性性好好：一一定定温温度度下下结结晶晶，凝凝固固层层表面平滑，对液流阻力小。表面平滑，对液流阻力小。b.b.共共晶晶成成分分流流动动性性好好：共共晶晶成成分分的的合合金金恒恒温温凝凝固，固体层表面光滑固，固体层表面光滑,且熔点低，过热度大。且熔点低，过热度大。c.c.非非共共晶晶成成分分流流动动性性差差：结结晶晶在在一一定定温温度度范范围围内内进进行行，非非共共晶晶成成分分的的合合金金凝凝

5、固固时时在在两两相相区区中中生长出的大量枝状晶粒阻碍液体金属的流动生长出的大量枝状晶粒阻碍液体金属的流动。第10页，此课件共54页哦浇注温度和压力的影响浇注温度和压力的影响浇注温度浇注温度 t t 合金粘度下降合金粘度下降,流动性流动性 tt液态金属的过热度液态金属的过热度，充型能力，充型能力 但过高但过高,易产生缩孔易产生缩孔,粘砂粘砂,气孔气孔,晶粒粗大晶粒粗大等等,故不宜过高故不宜过高 结论：结论：要在金属液体具有足够的充型能力要在金属液体具有足够的充型能力的前提下，尽量降低浇注温度。的前提下，尽量降低浇注温度。第11页，此课件共54页哦浇注温度和压力的影响浇注温度和压力的影响充型压力充

6、型压力充型压力充型压力，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的压力液体进入型腔的速度液体进入型腔的速度充型能充型能力力如如 砂形铸造砂形铸造-直浇道直浇道,静压力静压力.压力铸造压力铸造,离心铸造等充型压力高离心铸造等充型压力高.第12页，此课件共54页哦铸型条件的影响铸型条件的影响 n铸铸型型结结构构：若若不不合合理理,如如壁壁厚厚小小，直直浇浇口口低低,浇口小等充型能力浇口小等充型能力n铸铸型型导导热热能能力力：导导热热，金金属属降降温温快快，充型能力充型能力；第13页，此课件共54页哦铸型条件的影响铸型条件的影响n铸铸型型温温度度：tt，充充型型能能力力，如如金金属属

7、型型预热预热n铸铸型型中中气气体体：排排气气能能力力，充充型型能能力力，减减少少气气体体来来源源，提提高高透透气气性性，少少量量气气体体在在铸铸型型与与金金属属液液之之间间形形成成一一层层气气膜膜，减减少少流动阻力，有利于充型。流动阻力，有利于充型。第14页，此课件共54页哦铸型条件的影响铸型条件的影响结论：结论：可通过改善铸型型腔的结构提高金可通过改善铸型型腔的结构提高金属液的流动性及充型压力。属液的流动性及充型压力。第15页，此课件共54页哦铸型条件的影响铸型条件的影响n提高直浇道高度提高直浇道高度n改善型腔结构改善型腔结构n采用散热慢的铸型材质采用散热慢的铸型材质原原理理：都都是是使使金

8、金属属流流动动性性增增强强，流流动动时时间间延延长长，增增大大充充型型压压力力，从从而而有有利利于于充充型型能力的提高。能力的提高。第16页，此课件共54页哦二、合金的凝固特点二、合金的凝固特点 n铸件凝固过程中其断面上的三个区铸件凝固过程中其断面上的三个区 固相区固相区 固液共存区（通常称为凝固区）固液共存区（通常称为凝固区）液相区液相区 第17页，此课件共54页哦n对凝固区影响较大的是凝固区的宽窄对凝固区影响较大的是凝固区的宽窄,依依此划分凝固方式此划分凝固方式:1.1.逐层凝固逐层凝固 2.2.体积凝固体积凝固 3.3.中间凝固中间凝固 第18页，此课件共54页哦1.1.逐层凝固逐层凝固

9、n纯金属或共晶成分合金恒温下结晶时，凝固纯金属或共晶成分合金恒温下结晶时，凝固过程中铸件截面上的过程中铸件截面上的凝固区域宽度很窄凝固区域宽度很窄，固固液两相由一条界线清楚分开液两相由一条界线清楚分开，随着温度下降，随着温度下降，固相层不断增加，液相层不断减少，逐渐达固相层不断增加，液相层不断减少，逐渐达到铸件中心。（图到铸件中心。（图2-2a）n逐层凝固时合金充型能力强，产生缺陷少。逐层凝固时合金充型能力强，产生缺陷少。第19页，此课件共54页哦第20页，此课件共54页哦2.2.体积凝固体积凝固 n当当合合金金的的结结晶晶温温度度范范围围很很宽宽，或或因因铸铸件件截截面面温温度度梯梯度度很很

10、小小时时，在在凝凝固固某某段段时时间间内内，铸铸件件表表面面不不存存在在固固体体层层，固固液液共共存存的的区区域域很很宽宽，凝凝固固区区甚甚至至贯贯穿穿整整个个铸铸件件截截面面的的凝凝固固方方式式。或或称称为为糊糊状状凝凝固固方方式式（先先糊糊状状，后后固固化化。图图2-2c）。）。第21页，此课件共54页哦3.中间凝固中间凝固 n金金属属的的结结晶晶范范围围较较窄窄，或或结结晶晶温温度度区区间间虽虽宽宽但但铸铸件件截截面面温温度度梯梯度度大大时时，凝凝固固区区域域的的宽宽度度介介于于逐逐层层凝凝固固与与体体积积凝凝固固之之间间，称称该该凝固方式为凝固方式为中间凝固中间凝固方式，图方式，图2-

11、22-2b b。第22页，此课件共54页哦影响凝固方式的主要因素影响凝固方式的主要因素 n铸造合金的铸造合金的结晶温度区间宽窄结晶温度区间宽窄和铸和铸件截面的件截面的温度梯度大小温度梯度大小是影响凝是影响凝固方式的主要因素固方式的主要因素。第23页，此课件共54页哦n结结晶晶温温度度区区间间越越小小，凝凝固固区区域域越越窄窄，合合金金越越倾向于逐层凝固。倾向于逐层凝固。n当当合合金金的的成成分分一一定定时时，结结晶晶温温度度范范围围已已定定，凝固方式取决于铸件截面的温度梯度凝固方式取决于铸件截面的温度梯度。温温度度梯梯度度愈愈小小，凝凝固固区区愈愈宽宽，合合金金越越趋趋向向于于体积凝固。体积凝

12、固。温温度度梯梯度度越越大大，凝凝固固区区域域越越窄窄，合合金金越越趋趋向向于逐层凝固。于逐层凝固。第24页，此课件共54页哦三、三、合金的收缩特点合金的收缩特点1.合金的收缩2.影响收缩的因素3.收缩对铸件质量的影响及防止措施第25页，此课件共54页哦1.1.合金的收缩合金的收缩n 铸件在冷却过程中的收缩是合金的固有物理铸件在冷却过程中的收缩是合金的固有物理性质。性质。即：液态合金从浇注温度至凝固冷却到室温即：液态合金从浇注温度至凝固冷却到室温的过程中的过程中,体积和尺寸减少的现象。体积和尺寸减少的现象。这是铸件许多缺陷这是铸件许多缺陷(缩孔缩孔,缩松缩松,裂纹裂纹,变形变形,残余应力残余应

13、力)产生的基本原因产生的基本原因。第26页，此课件共54页哦 从液态冷却到室温的过程中，金属要经历三个相互联系的收缩阶段：n 液态收缩液态收缩n 凝固收缩凝固收缩 固态收缩固态收缩第27页，此课件共54页哦A.液态收缩液态收缩：从浇铸温度冷却至凝固开始温度之间的收缩。即：从金属液浇入铸型到开始凝固之前。液态收缩减少的体积与浇注温度和开始凝固的温度的温差成正比。第28页，此课件共54页哦B.B.凝凝固固收收缩缩：从凝固开始温度冷却至凝固结束温度之间的收缩。即：从凝固开始到凝固完毕。n同一类合金,凝固温度范围大者,凝固体积收缩率大。n如：35钢,体积收缩率3.0%,45钢 4.3%第29页，此课件

14、共54页哦n这两种收缩（这两种收缩（液态收缩、凝固收缩液态收缩、凝固收缩）表）表现为合金的体积缩小，使型腔内金属液现为合金的体积缩小，使型腔内金属液面下降，它们面下降，它们是铸件产生缩孔和缩松缺是铸件产生缩孔和缩松缺陷的根本原因陷的根本原因。第30页，此课件共54页哦C.C.固态收缩：固态收缩：从凝固完毕时的温度冷却到室温之间的收缩从凝固完毕时的温度冷却到室温之间的收缩.固固态态收收缩缩也也会会引引起起体体积积的的变变化化，在在铸铸件件各各个个方方向向上上都都表表现现出出线线尺尺寸寸的的减减小小，对对铸铸件件的的形形状状和和尺尺寸寸精精度度影影响响最最大大，它它是是铸铸件件产产生生内内应应力力

15、以以致引起变形和裂纹的主要原因致引起变形和裂纹的主要原因。第31页，此课件共54页哦2.2.影响收缩的因素影响收缩的因素v 化学成分化学成分v 浇铸温度浇铸温度v 铸件结构与铸型条件铸件结构与铸型条件 第32页，此课件共54页哦n化学成分的影响化学成分的影响 成分不同，收缩率不同成分不同，收缩率不同。铸铁中促进石墨形铸铁中促进石墨形成的元素增加，收缩减少。成的元素增加，收缩减少。如如:灰口铁灰口铁 C,Si,C,Si,收收,S S 收收。原因：石墨比容大原因：石墨比容大,体积膨胀体积膨胀,抵销部分凝固抵销部分凝固收缩。收缩。第33页，此课件共54页哦n浇铸温度浇铸温度 主要影响液态收缩主要影响

16、液态收缩:浇浇铸铸tt，则则此此温温度度与与开开始始凝凝固固的的温温度度之之温温差差，于于是是液液态态收收缩缩，则则总总收收缩缩量相应量相应。第34页，此课件共54页哦n铸件结构与铸型条件铸件结构与铸型条件 铸件收缩是受阻收缩，阻力主要来源于两个方面：A.铸件壁厚不均，各部分冷却速度不同，收缩的先后不一致，相互制约而产生阻力；B.铸型和型芯对收缩的机械阻力。铸件收缩时受阻越大，实际收缩率就越小。第35页，此课件共54页哦n铸件结构与铸型条件铸件结构与铸型条件 结论结论：设计和制造模型时，应根据合金种类和铸件的受阻情况，采用合适的收缩率。使铸型有好的退让性。第36页，此课件共54页哦3.3.收缩

17、对铸件质量的影响及防止措收缩对铸件质量的影响及防止措施施主要内容：主要内容：1 1）铸件的缩孔和缩松及防止措施）铸件的缩孔和缩松及防止措施2 2）铸造应力（热应力、组织应力、机械应力）铸造应力（热应力、组织应力、机械应力）及其防止措施及其防止措施 3 3）变形与裂纹及防止措施）变形与裂纹及防止措施 第37页，此课件共54页哦3.1 3.1 铸件的缩孔和缩松及防止措施铸件的缩孔和缩松及防止措施缩孔和缩松n 铸件凝固过程中，金属液态收缩和凝固收缩造成体积减小，又得不到液态的补充，在铸件最后凝固的部位形成了孔洞，容积较大而集中的孔洞称为缩缩孔孔。细小而分散的孔洞称为缩松缩松。（见图2-3）第38页，

18、此课件共54页哦n缩松缩松分两种：a.宏观缩松（肉眼或放大镜可以看到的小孔洞，分布于铸件中心轴线处或缩孔下方）图2-3b.显微缩松（分布于晶粒之间的微小孔洞）。第39页，此课件共54页哦缩孔和缩松的防止措施缩孔和缩松的防止措施安置冒口安置冒口,实行顺序凝固实行顺序凝固 造型时在铸件的厚大部分附设冒口,使铸件的凝固顺序由远离冒口的部位先凝固并依次向冒口推进,冒口部位最后凝固（图2-4）。铸件收缩时所需要的金属液则由冒口提供，缩孔和缩松则出现在冒口中补缩补缩。第40页，此课件共54页哦图2-4 顺序凝固 第41页，此课件共54页哦缩孔和缩松的防止措施几点注意1.安置冒口,实行顺序凝固,可有效的防止

19、缩孔,但冒口浪费金属,浪费工时,使铸件成本增加.而且,铸件内应力加大,易于产生变形和裂纹.主要用于凝固收缩大,结晶间隔小的合金.第42页，此课件共54页哦缩孔和缩松的防止措施几点注意2.对于结晶温度范围甚宽的合金（非共晶成分合金）,由于倾向于糊状凝固,结晶开始之后,发达的树枝状骨状布满整个截面,使冒口补缩道路受阻,因而冒口的作用很小，难避免显微缩松的产生。显然,选用近共晶成分和结晶范围较窄的合金生产铸件是适宜的。第43页，此课件共54页哦3.2 3.2 铸造应力及其防止措施铸造应力及其防止措施 n铸造应力又称内应力铸造应力又称内应力 n包括：包括：热应力热应力 组织应力组织应力 机械应力机械应

20、力第44页，此课件共54页哦1.1.热应力热应力 铸件凝固过程中，由于铸件壁厚不均匀，各部位的散热情况也不同，造成各部位的冷却速度不同，使得各部位在同一时刻的收缩量不一致而产生的内应力称为热应力热应力。它使铸件的厚壁或心部受拉伸，薄壁或表层受压缩。铸件的壁厚差别越大，热应力越大。第45页，此课件共54页哦2.2.组织应力组织应力(相变应力相变应力)n由于铸件的各部分冷却速度不同，从而导致发生组织结构转变的时间不一致，产生相互制约的结果，既可以有拉应力又可以有压应力。第46页，此课件共54页哦n以上两种应力（热应力与相变应力）的防止：a.壁厚均匀b.采取同时凝固的工艺方法同时凝固同时凝固(图图2

21、-6)：就是设法减少铸件冷却过程中各部位的温差，使各部位收缩一致，如将浇注系统开在薄壁处，在厚壁处则安放冷铁等。当应力较大时，可通过热处理消除。第47页，此课件共54页哦图2-6 同时凝固 第48页，此课件共54页哦同时凝固方法的优缺点n优点:省冒口,省工,省料n缺点:心部易出现缩孔或缩松,应用于灰铁锡青铜,因灰铁缩孔、缩松倾向小，锡青铜糊状凝固，用顺序凝固也难以有效地消除其显微缩松。第49页，此课件共54页哦3.3.机械应力机械应力定义：是合金固态收缩时受到铸型或型芯的机械阻碍作用形成的，当阻碍作用消除后，应力能够自行消除。n防止措施：通过改进铸件结构和增加型砂的退让性来解决。第50页，此课

22、件共54页哦4.4.变形与裂纹及防止措施变形与裂纹及防止措施 n铸件常发生不同程度的变变形形，通过自由变形来松弛内应力，这是一个自发过程。n应力S时，铸件发生变形；n应力b时，铸件开裂，产生裂纹裂纹。根据开裂的特点不同，分为热热裂裂纹纹和和冷冷裂裂纹纹两种。第51页，此课件共54页哦n定义：高温下形成的裂纹。特点：长度较短，缝宽，边沿弯曲，缝内有氧化颜色，无金属光泽；裂缝沿晶粒边界通过，多发生在应力集中或凝固处。灰铁,球铁热裂少,铸钢,铸铝,白口铁大。（1 1）热裂纹）热裂纹第52页，此课件共54页哦形成原因：合金退让性不好；含S产生热脆（S以FeS的形式存在于钢铁铸件中，FeS与Fe形成低熔点共晶体分布于晶界上,当进行热加工时,发生融化导致逐渐开裂）。预防:合理设计结构,改善退让性,控制含S量。第53页，此课件共54页哦（2）冷裂纹）冷裂纹定义：低温下形成的裂纹。特点：细长，连续直线状或圆滑曲线，裂口表面干静，具有金属光泽，一般无氧化颜色或氧化颜色较轻。第54页，此课件共54页哦