ysl金属工艺学2-1铸造工艺基础

第一章铸造工艺基础第二章常用合金铸造生产第三章砂型铸造第四章特种铸造第五章铸件结构设计第二篇铸造铸造：将液态金属浇注到具有与零件形状、尺寸相适应的铸型型腔中，待其冷却凝固，用以获得毛坯或零件的生产方法，是金属毛坯生产的主要方法。应用广泛，历史悠久。优越性：(1)可制成形状复杂的零部件毛坯、特别是具有复杂内腔的毛坯，如箱体、气缸体等。(2)适应范围广。工业上常用金属材料(碳素钢、合金钢、铸铁、铜合金、铝合金等)都可铸造，广泛应用的铸铁件只能铸造。铸件大小不限，从几克到数百吨；铸件的壁厚可由1mm到1m左右；铸造的批量不限。(3)铸造可直接利用成本低廉的废机件和切屑，设备费用较低。同时，铸件加工余量小，节省金属，减少切削加工量，从而降低制造成本。缺点：1）污染严重，劳动强度大。2）铸造组织疏松、晶粒粗大，内部易产生缩孔、缩松、气孔等缺陷，因此，铸件的力学性能，特别是冲击韧度低于同种材料的锻件。3）铸件质量不够稳定。方法：砂型铸造、熔模铸造、金属型铸造、压力铸造、离心铸造等。第二篇铸造第二篇第一章铸造工艺基础第一节液态合金的充型液态合金的充型（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：合金流动性、浇注条件、铸型填充条件。一、合金的流动性：液态合金本身的流动能力。液态合金的流动性用“螺旋形试样”长度来衡量。在相同的浇注条件下，合金的流动性愈好，所浇出的试样愈长。灰铸铁、硅黄铜的流动性最好，铸钢的流动性最差。第二篇第一章铸造工艺基础第一节液态合金的充型一、合金的流动性*合金的流动性愈好，充型能力愈强，愈能浇铸出轮廓清晰、薄而复杂的铸件，同时还有利于非金属夹杂物的上浮和排除，还有利于对合金冷凝过程所产生的收缩进行补缩。*液态合金的充型过程中，有时伴随着结晶现象，若充型能力不足，在型腔被填满之前形成的晶粒将充型的通道堵塞，金属液被迫停止流动，于是铸件将产生浇不足或冷隔等缺陷第二篇第一章铸造工艺基础第一节液态合金的充型一、合金的流动性：影响合金流动性的主要因素是化学成分。共晶成分合金的结晶是在恒温下进行，液态合金从表层逐层向中心凝固，由于已结晶的固体层内表面比较光滑，对金属液的流动阻力小，流动性最好。除纯金属外，其它成分合金是在一定温度范围内逐步凝固的，此时，结晶是在一定宽度的凝固区内同时进行，初生的树枝状晶体使固体层内表面粗糙，合金的流动性变差，合金成分愈远离共晶点，结晶温度范围愈宽，流动性愈差。第二篇第一章铸造工艺基础第一节液态合金的充型二、浇注条件1．浇注温度浇注温度对合金的充型能力有着决定性影响。浇注温度愈高，合金的粘度下降，过热度越高，合金保持流动的时间长，充型能力强；合金的充型能力随浇注温度的提高呈直线上升，因此，对薄铸件或流动性较差的合金，适当提高浇注温度，以防浇不足和冷隔缺陷。浇注温度过高，铸件容易缩孔、缩松、粘砂、气孔．粗晶等缺陷，故在保证充型能力足够的前提下，浇注温度不可过高。2．充型压力液态合金所受的压力愈大，充型能力愈好。如压力铸造、离心铸造等就是使用的该原理，铸造时比砂型铸造的压力提高很多，所以充型能力较强。第二篇第一章铸造工艺基础第一节液态合金的充型三、铸型填充条件铸型本身的阻力也影响合金的流动速度，铸型与合金间的热交换又影响合金保持流动的时间，因此对充型能力有显著影响的铸型因素有:1．铸型材料铸型材料的导热系数和比热容愈大，对液态合金的激冷能力越强，充型能力就越差，如金属型铸造较砂型铸造容易产生浇不足和冷隔缺陷。2．铸型温度金属型铸造、压力铸造和熔模铸造时，铸型被预热到数百度，由于减缓了金属液的冷却速度，使充型能力得到提高。3．铸型中气体在金属液的热作用下，铸型(尤其是砂型)将产生大量气体，如果铸型排气能力差，型腔中的气压将增大，以致阻碍液态合金的充型。为减小气体的压力，应设法减少气体的来源，并使铸型具有良好的透气性，并在远离浇口的最高部位开设出气口。第二篇第一章铸造工艺基础第二节铸件的凝固与收缩一铸件的凝固方式及影响因素1.铸件的凝固方式凝固三区：固相区、凝固区、液相区。凝固方式由凝固区宽窄划分。（1）逐层凝固方式合金在凝固过程中其断面上固相和液相由一条界线清楚地分开，这种凝固方式称为逐层凝固。常见合金如灰铸铁、低碳钢、工业纯铜、工业纯铝、共晶铝硅合金及某些黄铜都属于逐层凝固的合金。图2-3铸件的凝固方式第二篇第一章铸造工艺基础第二节铸件的凝固与收缩一铸件的凝固方式及影响因素（2）糊状凝固方式合金在凝固过程中先呈糊状而后凝固，这种凝固方式称为糊状凝固。球墨铸铁、高碳钢、锡青铜和某些黄铜等都是糊状凝固的合金。（3）中间凝固方式大多数合金的凝固介于逐层凝固和糊状凝固之间，称为中间凝固方式。中碳钢、高锰钢、白口铸铁等具有中间凝固方式。2.凝固方式的影响因素（1）合金凝固温度范围合金的液相线和固相交叠或间距很小，趋于逐层凝固；两条相线之间的距离很大，趋于糊状凝固；两条相线间距离较小，趋于中间凝固方式。（2）铸件温度梯度增大温度梯度，可以使合金的凝固方式向逐层凝固转化；反之，铸件的凝固方式向糊状凝固转化。第二篇第一章铸造工艺基础第二节铸件的凝固与收缩二铸造合金的收缩收缩：铸造合金从液态冷却到室温的过程中，其体积和尺寸缩减的现象。主要包括以下三个阶段：1.液态收缩金属在液态时由于温度降低而发生的体积收缩。2.凝固收缩熔融金属在凝固阶段的体积收缩。*液态收缩和凝固收缩是铸件产生缩孔和缩松的基本原因，用单位体积收缩率表示。3.固态收缩金属在固态时由于温度降低而发生的体积收缩。固态收缩对铸件的形状和尺寸精度影响很大，用线收缩率表示，是铸造应力、变形和裂纹等缺陷产生的基本原因。影响合金收缩的因素1.化学成分不同成分的合金收缩率一般不相同。铸刚收缩最大，灰铸铁最小。2.浇注温度合金浇注温度越高，过热度越大，液体收缩越大。3.铸件结构与铸型条件铸件冷却收缩时，因其形状、尺寸的不同，各部分的冷却速度不同，导致收缩不一致，且互相阻碍，加之铸型和型芯对铸件收缩的阻力，故铸件的实际收缩率总是小于其自由收缩率。这种阻力越大，铸件的实际收缩率就越小。第二篇第一章铸造工艺基础第二节铸件的凝固与收缩三铸件中的缩孔与缩松1.缩孔与缩松的形成（1）缩孔：在铸件上部或最后凝固的部位容积较大的孔洞，源于液态收缩和凝固收缩。外形特征：内表面粗糙，形状不规则，呈倒圆锥形。第二篇第一章铸造工艺基础第二节铸件的凝固与收缩（2）缩松：分散在铸件某区域内的细小缩孔。分宏观缩松和显微缩松。宏观缩松多分布在铸件最后凝固的部位。显微缩松存在于在晶粒之间的微小孔洞。形成缩松的主要原因也是液态收缩和凝固收缩所致。危害：力学性能下降；渗漏。方法：定向凝固。第二篇第一章铸造工艺基础第二节铸件的凝固与收缩2.缩孔与缩松的防止a）定向凝固：使铸件按规定方向从一部分到另一部分逐渐凝固的过程。措施：增加冒口，使用冷铁，造成铸件定向凝固，有效消除缩孔、缩松。b）合理确定铸件浇注位置、浇注工艺，服从定向凝固原则。c）合理确定铸件的合金材料。第二篇第一章铸造工艺基础第三节铸件内应力、变形和裂纹铸件内应力的产生：在铸件的凝固以及以后的冷却过程中，随温度的不断降低，收缩不断发生，如果固态收缩受到阻碍，就会在铸件内产生应力。铸件内应力是引起变形或裂纹的基本原因。残余内应力：铸件中一直保留到室温的内应力。一、内应力的形成铸造应力按产生的原因分为两种：a）热应力：铸件在凝固和冷却过程中，由于铸件壁厚不均匀、各部分的冷却速度不同，在同一时期铸件不同部位由于不均衡的收缩而引起的应力。b）机械应力（收缩应力）：铸件在固态收缩时，因受到铸型、型芯、浇冒口、箱挡等机械阻碍而产生的应力。暂时性的内应力，铸件落砂后即消除，但在冷却过程中会与热应力共同作用，增加了裂纹的倾向。*固态相变应力铸件由于固态相变，各部分体积发生不均衡变化而引起的应力。第二篇第一章铸造工艺基础第三节铸件内应力、变形和裂纹热应力的形成分析：第二篇第一章铸造工艺基础第三节铸件内应力、变形和裂纹预防铸造应力的途径：a）尽量减少铸件各部位温度差，使其均匀冷却。采用同时凝固的原则。同时凝固是指通过设置冷铁、布置浇口位置等工艺措施，使铸件温差尽量变小，基本实现铸件各部分在同一时间凝固。缺点：比定向凝固易于出现缩孔和缩松。b）提高铸型温度c）改善铸型和型芯的退让性d）进行去应力退火同时凝固原则第二篇第一章铸造工艺基础第三节铸件内应力、变形和裂纹二铸件的变形和防止变形的原因:具有残余内应力的铸件是不稳定的，自发地通过变形来减缓其内应力，以便趋于稳定状态。铸件的变形包括铸件凝固后所发生的变形以及随后的切削加工变形。防止铸件变形的方法：a)铸件设计尽可能壁厚均匀、形状对称。b)采取同时凝固原则，以便冷却均匀。c)采用反变形法在研究铸件变形规律的基础上，在模样上做出与铸件变形量相等而方向相反的预变形量来抵消铸件的变形的方法。d)进行时效处理自然时效：铸件放置在于自然场地半年以上，使其缓慢发生变形，从而消除内应力的方法。人工时效（去应力退火）：将铸件加热到550-650度保温消除应力。铸件精加工之前进行，以稳定铸件尺寸，降低切削加工变形程度。e）设置工艺肋在容易变形部位设置工艺肋，防止铸件的铸态变形。第二篇第一章铸造工艺基础第三节铸件内应力、变形和裂纹三铸件的裂纹及防止一)铸件裂纹的分类及其形貌铸件一般有热裂和冷裂两种开裂方式。1、热裂：在合金凝固末期的高温下产生的裂纹。缝隙宽、形状曲折、缝内呈氧化色。一般为沿晶裂纹，高温下晶间少量液态金属使抗拉强度降低。热裂的主要影响因素：合金性质：结晶温度范围宽，液固两相区的绝对收缩量大，热裂倾向大。灰铸铁和球墨铸铁热裂倾向小，铸钢、铸铝、可锻铸铁的热裂倾向大，此外在钢铁中含硫愈高，热裂倾向也愈大。铸型阻力：铸型的退让性愈好，机械应力愈小，热裂倾向小。铸型的退让性与型芯砂粘结剂种类密切相关，如采用有机粘结剂(如植物油、合成树脂等)配制的型芯砂，因高温强度低，退让性较粘士砂好。第二篇第一章铸造工艺基础第三节铸件内应力、变形和裂纹三铸件的裂纹及防止冷裂：在低温下形成的裂纹，即铸件处于弹性状态时，铸造应力超过合金的强度极限而产生的。冷裂纹常常是穿晶断裂，裂纹细小，外形呈连续直线状，裂纹缝内干净，有时呈轻微氧化色。冷裂常出现在形状复杂工件的受拉伸部位，特别是应力集中处(如尖角、孔洞类缺陷附近)，不同铸造合金的冷裂倾向不同。如塑性好的合金，可通过塑性变形使内应力内行缓解，故冷裂倾向小；反之，脆性大的合金较易产生冷裂。为防止铸件的冷裂，应设法降低内应力，控制钢铁中的硫、磷含量。二）铸件裂纹的防止为有效地防止铸件裂纹的发生，应尽可能采取措施减小铸造应力；同时金属在熔炼过程中，应严格控制有可能扩大金属凝固温度范围元素的加入量及钢铁中的硫、磷含量。第二篇第一章铸造工艺基础第四节铸件的质量控制第四节铸件的质量控制铸件的废品率高、种类繁杂。第二篇第一章铸造工艺基础第四节铸件的质量控制控制铸件质量的方法：(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)模样质量检验。(4)铸件质量检验。检验铸件质量最常用的是宏观法，通过肉眼观察(或借助尖嘴锤）检查缺陷，如气孔、砂眼、夹渣、夹砂、粘砂、粘砂、浇不足、冷隔等。无损检测法：耐压试验、磁力探伤、超声波探伤、射线探伤等。破坏性检验：解剖检验、金相检验、力学性能检验、化学成分分析。(5)铸件热处理时效处理、软化处理、退火或正火处理等。作业：P43：2、5、7、10题