金属工艺学第一章铸造工艺基础

第二篇铸造一、什么是铸造生产（液态凝固成型）将液态金属浇注到与零件形状相适应的铸型型腔中，待其冷却凝固，以获得毛坯或零件的生产方法。铸造生产过程零件图铸造 工艺 钢结构制作工艺流程车尿素生产工艺流程自动玻璃钢生产工艺2工艺纪律检查制度q345焊接工艺规程 图铸型型芯芯盒芯砂型砂模型熔化合箱落砂、清理检验铸件二、砂型铸造的工艺过程浇注冷却凝固（1）材料来源广；（2）废品可重熔；（3）设备投资低。三、铸造生产的特点1．可生产形状任意复杂的制件，特别是内腔形状复杂的制件。如汽缸体、汽缸盖、蜗轮叶片、床身件等。（1）合金种类不受限制；（2）铸件大小几乎不受限制。2．适应性强：3．成本低：4．废品率高、表面质量较低、劳动条件差；铸件力学性能、砂型铸造铸件精度较差。性材料材质：不限，特别是脆结构：复杂外形、内腔～壁厚：尺寸：几毫米～十几米重量：几克～几百吨mmm12.0高档6缸小轿车的内部结构不需加工或少加工的精密铸件不需加工开式叶轮精密铸件高档6缸小轿车的发动机壳体1.1液态合金的充型充型能力不足时，会产生浇不足、冷隔、夹渣、气孔等缺陷。（一）液态合金的流动性合金的流动性是：液态合金本身的流动能力。充型——液态合金填充铸型的过程。充型能力——液体金属充满铸型型腔，获得尺寸精确、轮廓清晰的成形件的能力。影响充型能力的主要因素：第一章铸造工艺基础浇不足冷隔现象0.45%C铸钢：200mm出气口浇口杯4.3%C铸铁：1800mm合金流动性的测定：螺旋试样测定法合金的流动性愈好，其长度就愈长。通常，灰铸铁、硅黄铜流动性最好，铸钢流动性最差。合金的成分和结晶特征对流动性的影响最为显著。图1不同结晶特征合金的流动性亚共晶铸铁随含碳量的增加，结晶温度范围减小，流动性提高。a)在恒温下凝固b)在一定的温度范围内凝固图2Fe-C合金流动性与含碳量的关系（3）浇注系统的结构浇注系统的结构越复杂，流动阻力越大，充型能力越差。（二）浇注条件（1）浇注温度一般T浇越高，液态金属的充型能力越强。（2）充型压力液态金属在流动方向上所受的压力越大，充型能力越强。在生产中采用：高温出炉，低温浇注的原则。灰铸铁浇注温度为1200-1380℃；铸钢为1520-1620℃；铝合金为680-780℃。薄壁复杂件取上限温度值，厚件则取下限。（2）铸型温度铸型温度越高，液态金属与铸型的温差越小，充型能力越强。（3）铸型中的气体（4）铸件结构（三）铸型填充条件（1）铸型材料铸型材料的导热系数愈大，对液态合金的微冷能力愈强，合金的充型能力愈差。1.逐层凝固纯金属、二元共晶成分合金在恒温下结晶时，凝固过程中铸件截面上的凝固区域宽度为零，截面上固液两相界面分明，随着温度的下降，固相区由表层不断向里扩展，逐渐到达铸件中心，这种凝固方式称为“逐层凝固”。1.2、合金的凝固特点一、铸件的凝固方式(a)(b)(c)2.糊状凝固（体积凝固）当合金的结晶温度范围很宽，或因铸件截面温度梯度很小，铸件凝固的某段时间内，其液固共存的凝固区域很宽，甚至贯穿整个铸件截面，这种凝固方式称为“糊状凝固”（或称体积凝固）。(a)(b)(c)3．中间凝固金属的结晶范围较窄，或结晶温度范围虽宽，但铸件截面温度梯度大，铸件截面上的凝固区域宽度介于逐层凝固与体积凝固之间，称为“中间凝固”方法。(a)(b)(c)（2）铸件的温度梯度在合金结晶温度范围已定的前提下，凝固区域的宽窄取决于铸件内外层之间的温度差。若铸件内外层之间的温度差由小变大，则其对应的凝固区由宽变窄。表层中心St铸件温度成分温度S1T1T2T浇T液T固T室影响铸件凝固方式的主要因素：（1）合金的结晶温度范围合金的结晶温度范围愈小，凝固区域愈窄，愈倾向于逐层凝固。体收缩率是铸件产生缩孔或缩松的根本原因。体收缩率：线收缩率：线收缩率是铸件产生应力、变形、裂纹的根本原因。（3） 固态收缩从凝固终止温度到室温间的收缩。T固—T室（2） 凝固收缩从凝固开始到凝固终止温度间的收缩。T液—T固二、合金的收缩特点1.收缩的概念合金的收缩经历如下三个阶段：（1）液态收缩从浇注温度到凝固开始温度之间的收缩。T浇—T液表层中心St铸件温度成分温度S1T1T2T浇T液T固T室（1）化学成分灰铸铁中碳、硅含量愈高，硫含量愈低，收缩率越小。2.影响收缩的因素（2）浇铸温度浇铸温度升高，液态收缩增加，总收缩量增大。（3）铸件结构与铸型条件铸件收缩是受阻收缩；铸件收缩受阻愈大，实际收缩率愈小。（1）缩孔与缩松液态合金在冷凝过程中，若其液态收缩和凝固收缩所缩减的容积得不到补充，则在铸件最后凝固的部位形成一些孔洞。大而集中的称为缩孔，细小而分散的称为缩松。1)缩孔和缩松的形成三、铸件中的缩孔与缩松缩孔与缩松2)缩孔和缩松的防止防止缩孔和缩松常用的工艺措施就是控制铸件的凝固次序，使铸件实现“顺序凝固”。缩孔与缩松的防止暗冒口冒口—储存补缩用金属液的空腔。顺序凝固—铸件按照一定的次序逐渐凝固。冷铁热节2.3铸造应力、变形和裂纹及其防止措施一.内应力的形成铸件在凝固以后的继续冷却过程中，其固态收缩受到阻碍，铸件内部即将产生内应力。1.机械应力（收缩应力）合金的线收缩受到铸型、型芯、浇冒系统的机械阻碍而形成的内应力。上型下型内应力分为机械应力和热应力机械应力是暂存的应力，铸件落砂后应力自行消失。防止产生机械应力的措施：提高铸型和型芯的退让性。2．热应力热应力是由于铸件壁厚不均匀，各部分冷却速度不同，以致在同一时期内铸件各部分收缩不一致而引起的应力。tT12t0t1t2t3THT临T室塑性状态弹性状态12+-12+-1212-+12t0~t1:t1~t2：t2~t3：T0-T1:粗、细杆均处在塑性状态，无应力；T1-T2:细杆进入弹性状态，而粗杆仍处在塑性状态；两杆收缩不同，形成暂时应力（如b），但随温度降低，应力消失（如c）；T2-T3:两杆均处在弹性状态，但T粗>T细，导致粗杆收缩>细杆。所以，粗杆受拉伸，细杆受压缩。热应力使铸件的厚壁或心部受拉伸，薄壁或表层受压缩。热应力是永久应力。结论：二.铸件的变形与防止+-反变形法防止变形的方法：1）使铸件壁厚尽可能均匀；3）采用同时凝固的原则；2）采用反变形法；4）时效处理。三、铸件的裂纹与防止1．热裂热裂的形状特征是：裂纹短、缝隙宽、形状曲折、缝内呈氧化色。热裂的防止：①应尽量选择凝固温度范围小，热裂倾向小的合金。②应提高铸型和型芯的退让性，以减小机械应力。③对于铸钢件和铸铁件，必须严格控制硫的含量，防止热脆性。2．冷裂冷裂的特征是：裂纹细小，呈连续直线状，缝内有金属光泽或轻微氧化色。冷裂的防止：1）使铸件壁厚尽可能均匀；2）采用同时凝固的原则；3）对于铸钢件和铸铁件，必须严格控制磷的含量，防止冷脆性。2.4铸件中的气孔一、析出性气孔当金属液冷却时，由于对气体的溶解度下降而析出的气体来不及跑出时，会在铸件中形成析出气孔。特点：裸眼可见的小圆孔，分布面大，热节处密集，多见于铝合金和铸钢件。防止：清理炉料油污，烘干炉料，真空熔炼，除气处理等。各种铸造合金尤其是有色金属和合金，在液态时都有吸气（H2为主）的特性。→气孔二、侵入性气孔造型材料中的气体侵入金属液中形成的气孔。特点：体积较大，圆形或椭圆形，分布在铸件表面。防止：控制型砂中的含水量，提高铸型排气能力等。三、反应性气孔金属液与铸型之间发生化学反应产生的气孔。特点：多见于黑色金属铸件，分布在表皮下面，又称皮下气孔。防止：型腔表面喷涂料，烘干炉料，减少型砂水分等。铸件中的缺陷常见铸件缺陷及特征名称特征名称特征气孔主要为梨形、圆形、椭圆形的孔洞，表面较光滑，一般不在铸件表面露出，大孔独立存在，小孔则成群出现。缩孔缩松1．缩孔：形状为不 规则 编码规则下载淘宝规则下载天猫规则下载麻将竞赛规则pdf麻将竞赛规则pdf 的封闭或敞露的空洞，孔壁粗糙并带有枝状晶，常出现在铸件最后凝固部位。2．缩松：铸件断面上出现的分散而细小的缩孔。粘砂铸件的部分或整个表面粘附着一层金属和砂粒的机械混和物，多发生在铸件厚壁和热节处。裂纹1．热裂：断面严重氧化，无金属光泽，断口沿晶界产生和发展，外形曲折而不规则的裂纹。2．冷裂：穿过晶体而不沿晶界断裂，断口有金属光泽或有轻微氧化色。夹砂铸件表面上有凸起的金属片状物，表面粗糙，边角锐利，有小部分与铸件本体相连。化学成分及力学性能不合格铸件的化学成分和硬度、强度、伸长率、冲击韧度、耐热、耐蚀及耐磨等性能不符合技术条件要求。白口灰铸铁件断面全部或表面出现亮白色组织，常在铸件薄的断面，棱角及边缘部分。