7章-铸造工艺基础

•第七章铸造工艺基础•铸件的废品率比较高，因为影响因素较多。如：铸造工艺、铸型材料、熔炼、浇铸等。•§7—1液态合金的充型•液态合金填充铸型的过程称充型。•充型能力表示液态合金充满型腔，获得形状完整、轮廓清晰的铸件的能力。•影响充型能力的主要因素有：•一、合金的流动性•表示液态合金本身的流动能力。•流动性愈好，充型能力愈强。•液态合金的流动性用“螺旋形试样”的长度来衡量。在相同的条件下，试样的长度愈长，表示流动性愈好。•影响流动性的主要因素为化学成分。•共晶成分的合金，在恒温下结晶，流动性比较好。其他合金在一定温度范围内逐步凝固，流动性差。合金成分离共晶点愈远，流动性愈差。•二、浇注条件•１、浇注温度•浇注温度愈高，合金的粘度下降，充型能力愈强。•２、充型压力•充型压力愈大，充型能力愈好。•三、铸型填充条件•１、铸型材料•铸型材料的导热系数和比热容愈大，液态合金激冷能力愈强，合金的充型能力就愈差。•２、铸型温度•铸型进行预热、减缓了冷却速度，固充型能力得到提高。•３、铸型中的气体•铸造时型腔内回产生大量气体，铸型排气能力差，气压增大，会阻止液态合金充型。因此应注意透气性。•４、铸件结构•铸件的壁厚太薄或过大的水平面都会使金属液体流动困难。•§7—2铸铁的凝固与收缩•一、铸件的凝固方式•分成固相区、凝固区、液相区。对铸件影响最大的是凝固区的宽窄。•１、逐层凝固•没有液、固并存的凝固区，温度的下降，固体层不断加厚、液体不断减少，直达铸件中心。•纯金属或共•晶成分合金。•２、糊状凝固•合金的结晶温度很宽，铸件温度分布较为平坦，铸件表面没有固体层，液、固并存的凝固区贯穿整个断面。图ｃ。•３、中间凝固•介于逐层凝固和糊状凝固之间。图ｂ大多数合金属于此种凝固方式。••二、铸造合金的收缩•合金从浇注、凝固直至冷却到室温，其体积或尺寸缩减的现象，成为收缩。•收缩给制造带来许多困难，造成许多缺陷(缩孔、缩松、裂纹、变形)。•三个阶段：•１、液态收缩；(体积收缩)•２、凝固收缩；(体积收缩)•３、固态收缩。(体积收缩+尺寸缩减)•表２-２•三、铸件中的缩孔与缩松•１、缩孔与缩松的形成•在液态和凝固收缩时，由于体积得不到补充，会产生孔洞，根据孔洞的大小分为缩孔与缩松。•(1)缩孔－集中在铸件上部，体积较大的孔洞。•铸件的收缩率愈大、浇注温度愈高、铸件愈厚，缩孔•容积愈大。•(2)、缩松－分散在铸件内的细小缩孔。一般缩松的面积比较大。•缩松分为宏观和微观缩松两种。宏观缩松可以同眼看到。微观缩松必须在显微镜大观察。•２、缩孔和缩松的防止•缩孔与缩松对铸件的力学性能影响很大，应尽量避免。在实际应用中常采用“顺序凝固”。•即在铸件可能出现缩孔的部位设置“冒口”，使缩孔出现在冒口上，不影响铸件。•另一方式按放冷铁。使铸件比较厚的部位先冷却凝固，防止缩孔、缩松的产生。•§7—3铸造内应力、变形和裂纹•铸件在冷却过程中，其固态收缩受到阻碍，铸件内部产生内应力。有些内应力一直保存到室温－残余内应力。•一、内应力的形成•１、热应力•由于铸件壁厚•不均匀，冷却速度•不一同，各部分收•缩不一致引起的。•固态金属在再结晶温度以上，处于塑性状态。应力产生变形，变形之后应力可自行消除。•再结晶温度以下呈弹性状态，在应力作用下产生弹性变形，变形后应力继续存在。•预防热应力的途径：•减少铸件各部位的温度差，设计时使各处壁厚基本一致；•在厚壁处放置冷铁。•２、机械应力•合金在固态收缩时，受铸型或型心的机械阻碍而形成的内应力。•这种应力在铸件落砂后可自动消除。•二、铸件的变形与防止•残余应力是不稳定的，它通过变形达到平衡，减缓内应力。即受拉部分－压缩应力；压缩部分－拉应力。•为防止变形，设计时应使壁厚均匀；铸造工艺上，顺序凝固；还可采取“反变形”工艺；对于要求精度比较高，稳定性好的零件，应采取时效处理。•三、铸件的裂纹与防止•１、热裂•特征：缝隙宽、形状曲折、缝内呈氧化色。•主要影响因素：合金性质、铸型阻力。•２、冷裂•特征：裂纹细小、呈连续直线状。•经常出现在形状复杂、受拉伸及应力集中的地方。•§7—4铸件中的气孔•气孔也是常见的铸造缺陷。气孔使铸件的力学性能下降。•气孔形成的原因，可以分为下面三种情况。•一、析出性气孔•金属液体中的气体未能有效的排出，在铸件中形成气泡。例如：氢气不易形成化合物，并溶入金属液体中，温度愈高，气体溶解度愈大。在凝固过程中，溶解度降低，原子形成分子以气泡状态存在，在铸件中形成气孔。•特点为：直径比较小，分布面积大。•二、侵入性气孔•砂型或砂芯在浇注时产生的气体聚集在金属表面侵入金属液表层，形成的气孔。特点是：尺寸较大，表面被氧化。•三、反应性气孔•金属液与铸型材料、型芯、熔渣等进行化学反应，形成气体留在铸件内部形成气孔。•皮下气孔－－铸件表层处的气孔。•冷铁气孔－－在型芯或冷铁附近产生的气孔。