铸造工艺基础大全

1机器制造过程矿石生铁铸锭毛坯零件机器型材2第二节铸造第一铸造工艺基础铸造----将液态合金浇注到与零件形状、尺寸相适应的铸型空腔中，待其冷却凝固，以获得毛坯或零件的生产方法称为铸造。影响铸件质量的因素很多，其中合金的铸造工艺性就是主要因素之一。3铸造生产过程4§1液态合金的充型充型----液态合金填充铸型的过程。充型能力-----液态合金充满铸型型腔，获得形状完整、轮廓清晰铸件的能力。影响充型能力的主要因素有：一.合金的流动性流动性----液态合金本身的流动能力。5在相同的浇注工艺条件下，将金属液浇入铸型中，测出其实际螺旋线长度。浇出的试样愈长，合金的流动性愈好！67铸钢的流动性铸铁的流动性8由以上图表可见：合金的充型能力是由合金的流动性决定，同时又受外界条件的影响。如铸型、浇注条件、铸件结构........结论：合金流动性越强，充型能力越高。设计零件时，尤其是结构复杂、壁厚薄的铸件，一定要选流动性好的合金。9合金流动性的决定因素-------具有共晶成分的合金、纯金属流动性好。铸铁类-----含碳量在4.3%C附近的铁合金、多数QT的（不含铬）流动性较好。有色金属类-----硅黄铜、硅铝明（铝—硅系铸造铝合金）的流动性好一般。铸钢----流动性很差。10二.浇注条件在“铸造工艺学”中，引用了热力学和流体力学的理论来研究液态金属的充型能力。设：液态合金进入水平浇道后，经过时间T停止流动，其流程L为：TVLV---在液态金属的静压头H（直浇道的高度）平均流速。因此可以认为：影响液态合金充型能力的外部条件是通过两个途径发生作用的：1）流动时间T----T=T浇-T凝，即液态金属在铸型中的热交换条件决定流动时间T。11流动性与浇注温度的关系流动性浇注温度T熔合金温度高，液态时间长、粘度低....浇注温度对流动性的影响12lV流动阻力2）平均流速V-----它与液态金属的流体性质有关如：粘度、表面张力等有关。还与流体压力H、以及流动阻力（浇注系统、型腔截面积）有关。13从浇注条件及填充条件来看，影响充型能力的主要因素有：1.浇注温度（T）2.充型压力（H—V）3.铸型的蓄热能力4.铸型温度（热交换—延长T）5.铸型中气体（阻力—V）lTlVHl散热蓄热14§2铸件的凝固与收缩凝固—金属从液态转变为固态的过程。这个转变期称为凝固期。一.铸件的凝固方式实验：做几个直径相同的球铸型，一次同时浇注经过不同时间，先后拔掉泥芯。倒出液态金属，测量硬壳厚度，画出凝固厚度—时间曲线。泥芯151--φ752—φ1253—φ260时间厚度12316如图：沿铸件边缘向中心布置测温点，按时间顺序记录各点温度。时间温度液相线固相线测温仪热电偶工件中心17图示：铸件的凝固动态曲线。X/R---铸件表面向中心的距离比。时间X/R液相线固相线1018三种含碳量的铸铁的凝固方式19结论：合金在凝固过程中，一般存在三个区域，即固相区、凝固区、液相区。按凝固区的宽窄，划分为：1.逐层凝固---凝固区不明显。2.糊状凝固---凝固区很宽。3.中间凝固---凝固区介于1、2之间。大多数合金的凝固方式属于这种凝固方式。20铸件凝固方式对铸件质量的影响：凝固过程实质是金属的结晶过程，它从两方面影响铸件的性能：1）形成的金相组织-----晶粒的大小、形状及晶粒的内部缺陷等影响合金的机械性能；2）金属的致密度-----液态金属结晶为固态，引起的体积收缩所形成的孔洞，若得不到液态金属的补缩，将产生铸造缺陷，影响合金的致密性及强度。21对于凝固区宽的合金，结晶是在液--固两相区进行的，从晶粒的形成---晶枝的长大过程中，晶体连成骨架，存在于骨架内的金属形成互相分隔的小“溶池”，继续结晶后，收缩的体积得不到补缩，形成微小的孔洞-----缩松。22缩孔形成过程23结论如下：1）逐层凝固和窄凝固范围的合金，在凝固过程中的体积收缩能得到补缩，倾向于最后形成大的孔洞---缩孔。合金的致密性好“热裂”倾向小。这类合金包括：共晶合金、纯金属。2）凝固范围越宽，形成缩松及热裂的倾向越大。这类金属包括：远离共晶点成分的合金。24防止缩孔和缩松的措施1.选择合适的合金成分。2.工艺措施；顺序凝固原则-----合理设置冒口。同时凝固原则-----合理设置冷铁。25通过控制凝固顺序，使缩孔产生在冒口中！26§3铸造内应力、变形和裂纹一.内应力的形成铸造内应力---铸件在凝固收缩时，受到阻碍内部形成的应力。内应力发生在铸件凝固以后的继续冷却过程中，一般认为由下列三种情形产生：1）二次结晶时，新相与旧相体积不同，膨胀与收缩将产生----相变应力。2）温度分布不同，各处收缩量不同时，内部互相制约，产生---热应力。3）收缩时受到铸型、型芯的阻碍，产生----收缩应力。27应力状态------拉应力和压应力、剪应力。应力性质-----分为临时应力和残余应力。1.热应力----由于铸件的壁厚不均匀、各部分的冷却速度不同，使得在同一时期内铸件各部分收缩不一致而引起的应力。28再结晶温度以上时，金属处于塑性状态，不产生应力。再结晶温度以下时，金属处于弹性状态，将产生弹性变形从而形成应力。29结论：1）铸件的各部分截面积差越大，产生的应力差越大。2）当厚大部分进入弹性状态时，厚薄部分温差越大，产生的热应力越大。3）冷却慢的部分，残余应力为拉应力；冷却快的部分，残余热应力为压应力。302.机械应力（收缩应力）由于收缩受阻，产生的都是拉应力或剪应力。因为是产生在弹性状态下，落砂后随着产生弹性变形而消失，为临时应力。（但产生弹性变形的应力仍然留在弹性体内）铸造应力对铸件性能的影响：当铸造应力形成时，若超过合金的屈服极限，则产生塑性变形；若超过合金的强度极限，则产生裂纹—冷裂；（冷裂形成机理）若低于弹性极限，则以残余应力的形式存在。有残余应力的铸件，经机械加工，一段时间后，将产生变形，影响零件精度。31二.铸件的变形与防止由铸造应力的形成过程可知，铸件的变形发生在铸造应力超过材料的屈服极限时。因此防止铸件产生变形的根本措施是消除铸造应力。此外还可以从工艺上采取措施1）反变形-----制造模型时采取反变形。2）改变铸件结构----如改用弯轮辐代替直轮辐3）设置拉筋----在铸造应力集中的部位设置拉筋，热处理后去除4）控制打箱时间。32三.铸件的裂纹与防止铸件裂纹分为：热裂纹和冷裂纹。1.热裂纹裂纹断口形态：裂纹短、缝隙宽、形状曲折、呈氧化色。形成机理：在凝固后期的固相线附近的温度范围内（该区称为脆性区），合金的收缩系数急剧改变，若收缩受阻，将产生应力。而此时合金尚未完全凝固（残余液体约10%），强度极低，若应力超过其强度则形成裂纹。如图33σσ34Al---Si合金的高温强度T℃σ固相线500℃35影响热裂形成的因素（1）合金性质合金结晶温度范围越宽，热裂倾向性越大。T℃热裂倾向线收缩开始温度固相线36此外，合金中的一些其它元素对其热裂倾向也有一定的影响。如：碳素钢中的S、P、Si,Mn四种因素对热裂性的影响。SpSiMn%37（2）铸型阻力铸型的退让性越大，合金热裂倾向越小。2.冷裂-----形成冷裂的机理见“机械收缩”。38§4铸件中的气孔气孔是铸件中最常见的缺陷。它对铸件质量的影响是：⑴破坏金属的连续性、减少承载的有效面积、有应力集中现象等；⑵显著降低零件的机械性能，特别是疲劳强度和冲击韧性；⑶降低铸件的气密性。39气孔的形成：进入铸型的液态金属，在凝固过程中，由于在熔炼及浇注过程中对多种气体有一定的溶解度而溶入气体和铸型受热产生的侵入气体，若在凝固过程中不能逸出，则成为铸件中的气孔缺陷。各种气体在液态合金中存在的形态及其对铸件质量的影响如《铸件的常见缺陷》表所示40§5铸件的质量控制由于影响铸件质量的因素很多，并且错综复杂，难以综合控制，生产中一般控制主要或重点要素，具体为下列几方面：（1）合理选定铸造合金和铸件结构；（2）合理制订铸件的技术要求；（3）模型质量检验；（4）铸件质量检验；（5）铸件热处理41形状类缺陷42形状类缺陷43孔洞类缺陷44夹杂类缺陷45裂纹、冷隔类缺陷46表面缺陷47铸造工序繁多，影响铸件质量的因素复杂，铸件缺陷几乎难以完全避免，因此废品率较其它金属加工方法高！