1-1.铸造工艺基础

材料成形技术主讲：盖雨聆Mobile：13511002866机械制造的基本过程机加工产品图纸工艺文件材料外购件铸造落料锻造剪裁/冲压/焊接热处理产品装配第一章铸造铸造——将液态金属浇注到与零件形状、尺寸相适应的铸型型腔中，冷却凝固后获得一定形状的毛坯或零件的方法。铸造方法的特点适于复杂外形和内腔；适应性广；形状尺寸与零件相近，减少切削加工；性能不如锻件，质量不稳定；劳动条件差。各类机械中铸件比重机械类别%机床、内燃机、重型机械风机、压缩机拖拉机农业机械汽车70~9060~8050~7040~7020~30本章内容•铸造工艺基础•铸造工艺与方法•铸件工艺设计•铸件结构设计1-1铸造工艺基础一、金属的凝固1、金属的凝固液态固态2、铸件的凝固方式(a)逐层凝固(b)中间凝固©糊状凝固缩孔缩松根据凝固区的宽窄来划分!3、影响铸件凝固方式的因素（1）合金的结晶温度范围（2）铸件的温度梯度1）合金的性质：低熔点合金温度梯度小；2）铸型的蓄热能力强，温度梯度大；3）浇注温度高梯度小。温度梯度大，凝固区域窄；金属型铸造减小凝固区!二、金属与合金的铸造性能——金属与合金在铸造成形的工艺过程中，容易获得外形正确、内部健全的铸件的性质。充形能力收缩1.合金的充型能力充型能力——液态金属充满铸型型腔，获得尺寸精确，轮廓清晰的铸件的能力。合金的流动性浇注条件（1）合金的流动性——液态合金的流动能力。冷隔几种不同合金流动性的比较*铸铁的流动性*铸钢的流动性实验证明铸铁的流动性好，铸钢的流动性差。常用合金的流动性（砂型，试样截面8㎜×8㎜）合金铸型浇注温度/℃螺旋线长度/mm铸铁：w(C+Si)=6.2%w(C+Si)=5.9%w(C+Si)=5.2%w(C+Si)=4.2%砂型1300130013001300180013001000600铸钢：w(C)=0.4%砂型16001640100200铝硅合金金属型()680～720700～800镁合金（Mg-Al-Zn）砂型700400～600锡青铜：w(Sn)=9%～11%w(Zn)=2%～4%硅黄铜：w(Si)=1.5%～4.5%砂型104011004201000常用合金的流动性决定合金流动性的因素合金的种类:合金不同，流动性不同.化学成分：同种合金中成分不同的合金具有不同的结晶特点，流动性也不同。结晶特性:恒温下结晶，流动性较好；两相区内结晶，流动性较差.（2）浇注条件浇注条件浇注温度充型压力浇注系统浇注温度越高，液态金属的粘度越小，过热度高，金属液内含热量多，保持液态的时间长，充型能力强。液态金属在流动方向上所受的压力称为充型压力。充型压力越大,充型能力越强。浇注系统的结构越复杂，则流动阻力越大，充型能力越差。浇注温度灰铸铁：1200℃~1380℃铸钢：1520℃~1620℃铝合金：680℃~780℃充型压力浇注系统示意图铸型条件•铸型的蓄热能力•铸型温度•铸型中的气体•铸件结构2、合金的收缩（1）（2）体收缩：从液态到常温体积改变。（3）线收缩：固态合金由高温到常温的尺寸改变。收缩率：体积收缩是指单位体积的收缩量（体积收缩率）。线收缩是指单位长度上的收缩量（线收缩率）。%100010VVVV体积收缩率：%100010LLLL线收缩率：其中V0，L0表示铸件在高温T0时的体积和一维方向的长度；V1，L1表示铸件在常温T1时的体积和一维方向的长度。影响收缩的因素1）化学成分碳钢:含碳量增加,凝固收缩增加，固态收缩略减；灰铸铁：碳、硅增加，收缩率减小；硫阻碍石墨化，增加收缩率。2）浇注温度：温度高，液态收缩增加。3）铸件结构和铸型条件三、铸造性能对铸件质量的影响收缩缩孔、缩松、应力、变形、裂纹。。。充型能力浇不到、冷隔。。。1、缩孔和缩松（1）缩孔和缩松的形成1）缩孔：逐层凝固铸件最后凝固部位。2）缩松：糊状凝固，厚壁铸件缩孔和缩松的形成规律合金的液态收缩和凝固收缩越大（铸钢、白口铁、铝青铜），越容易形成缩孔。浇注温度高，液态收缩大，容易形成缩孔。结晶温度范围宽的合金，倾向于糊状凝固，易形成缩松。纯金属和共晶合金倾向于逐层凝固，易形成集中缩孔。（2）缩孔和缩松的防止——定向凝固原则顺序凝固示意图阀体的冒口补缩2、铸造应力热应力——由于铸件壁厚不均匀，各部分冷却速度不同，以致在同一时期各部分收缩不一致而引起的。机械应力——合金的线收缩受到铸型或型芯机械阻碍而形成的应力。（1）热应力T临：弹塑性转变温度钢、铸铁：620~650℃厚壁受拉薄壁受压塑性状态弹性状态（2）机械应力（收缩应力）•因铸件的收缩受到铸型或型芯等的机械阻碍而形成的应力（3）减小和消除铸造应力的措施•设计铸件时壁厚均匀，形状对称。•选用线收缩率小的合金，改善铸型、型芯的退让性。。•工艺上采取同时凝固。•时效。自然时效：放置半年以上；人工时效（去应力退火）：550~650℃，2~4h。振动时效：在其共振频率下振动10~60min。同时凝固3、铸件的变形与裂纹铸造应力大于屈服强度变形铸造应力大于抗拉强度裂纹（1）铸件的变形结论：厚部、心部受拉应力，出现内凹变形。薄部、表面受压应力，出现外凸变形。防止变形方法设计铸件时壁厚均匀，形状对称。工艺上采取同时凝固。模型制成与铸件变形相反的形状，抵消铸件变形。时效。机床导轨的反变形法（2）铸件的裂纹1）热裂纹——铸件在凝固后期，在接近固相线的高温下形成的。机械应力超过高温强度（晶粒间有少量液体）裂纹短、缝隙宽、形状曲折、缝内呈氧化色。影响热裂纹形成的主要因素合金性质：结晶温度范围宽,凝固收缩大,热裂倾向大.铸钢、铸铝、可锻铸铁热裂倾向大灰铁、球铁热裂倾向小铸型阻力:铸型退让性热裂纹防止措施：•a．合理设计铸件结构；b．改善铸型和型心的退让性；c．限制铸钢和铸铁中的S含量；d．选用结晶温度区间小的合金。2）冷裂纹受拉伸部位、应力集中部位；细小、连续直线状，有时有轻微氧化色；减小铸造应力，降低含磷量。在低温时形成（常在清理、搬运、加工时震动形成）冷裂纹防止措施：••a．减少铸造应力；b．降低合金中P的含量；c．去应力退火；d．设计铸件时应避免应力集中。3、常见铸件缺陷及产生原因1）气孔型砂含水过多或起模和修型时刷水过多；型芯烘干不充分或型芯通气孔被堵塞；春砂过紧，型砂透气性差；浇注温度过低或浇注速度太快等2）砂眼在铸件内部或表面有型砂充塞的孔眼①型砂强度太低或砂型和型芯的紧实度不够，故型砂被金属液冲入型腔；②合箱时砂型局部损坏；③浇注系统不合理，内浇口方向不对，金属液冲坏了砂型；④合箱时型腔或浇口内散砂未清理干净3）缩孔、缩松•①铸件结构设计不合理，如壁厚相差过大，厚壁处未放冒口或冷铁；•②浇注系统和冒口的位置不对；•③浇注温度太高；•④合金化学成分不合格，收缩率过大，冒口太小或太少缩孔、缩松4）粘砂•铸件表面粗糙，粘有一层砂粒①原砂耐火度低或颗粒度太大；②型砂含泥量过高，耐火度下降；③浇注温度太高；④湿型铸造时型砂中煤粉含量太少；⑤干型铸造时铸型未刷涂斜或涂料太薄5）夹砂①型砂热湿拉强度低，型腔表面受热烘烤而膨胀开裂；②砂型局部紧实度过高，水分过多，水分烘干后型腔表面开裂；③浇注位置选择不当，型腔表面长时间受高温铁水烘烤而膨胀开裂；④浇注温度过高，浇注速度太慢6）冷隔•铸件上有未完全融合的缝隙或洼坑，其交接处是圆滑的①浇注温度太低，合金流动性差；②浇注速度太慢或浇注中有断流；③浇注系统位置开设不当或内浇道横截面积太小；④铸件壁太薄；⑤直浇道（含浇口杯）高度不够；⑥浇注时金属量不够，型腔未充满7）浇不到•铸件未被浇满8）错箱①模样的上半模和下半模未对准；②合箱时，上下砂箱错位；③上下砂箱未夹紧或上箱未加足够压铁，浇注时产生错箱小结合金工艺性能充型能力凝固方式应力与变形流动性浇注条件铸型条件逐层凝固糊状凝固中间凝固收缩性能液态收缩凝固收缩固态收缩