14铸造工艺基础

第六章铸造主讲：高丽一、概述1、什么是铸造？一定形状和性能的铸件的成形方法。齿轮毛坯的铸件生产过程：熔炼金属，制造铸型，将熔融金属浇入铸型，凝固后获得铸造工艺基础2、我国铸造业发展（1）历史悠久、辉煌司母戊大方鼎重875Kg，外型尺寸1.33m×0.78m×1.10m迄今世界上最古老的大型青铜器铜车马出自战国时期的秦国。由3462个铸件组成，总重量达1241公斤永乐大钟重46.5吨，钟高6.75m，外径3.3m，钟体内铸经文22.7万字4、铸造生产的特点（1）可制成形状复杂，特别是具有复杂内腔的毛坯，如各种箱体、床身、机座等。（2）适应性广。各种材料均可，铸件品种繁多。（3）生产成本低。原料广，价低，设备简单，投资少。（4）铸件力性不及锻件，质量不易控制，条件差。优点多，缺点少，因而应用广。机床、重型机器、内燃机中：铸件占70％～90％压气机、风机占60％～80％拖拉机占50％～70％汽车占20％～30％农业机械占40％～70％3、铸造的应用在一般的机器设备中，铸件占机器总重量的45%～90%铸造性能:合金通过铸造成形获得优质铸件的能力。充型能力+收缩性第二节铸造工艺基础铸件的质量与铸件的工艺过程密切相关，其中影响较大的是合金的铸造性能和铸件的凝固。铸造工艺基础二、液态合金的充型能力定义:液体金属充满铸型型腔，获得形状完整、尺寸精确、轮廓清晰的铸件的能力。充型能力不足时，会产生浇不足、冷隔等缺陷。浇不足：不能得到完整的零件。冷隔：铸件上有未完全融合的缝隙或凹坑。影响充型能力的因素：合金的流动性、铸型条件、浇注条件、铸件结构。铸造工艺基础1、合金的流动性定义:是液态合金本身的流动能力。（1）测定流动性的方法以螺旋形试件的长度来测定0.45%C铸钢（1600℃）：200mm4.3%C铸铁（1300℃）：1800mm铸铁和硅黄铜的流动性最好，铝硅合金次之，铸钢最差。在相同的铸型及浇注条件下，螺旋形试样越长，该合金的流动性越好。铸造工艺基础（2）影响流动性的因素①熔点：熔点越高，流动性越差。②结晶区间：结晶区间越宽，枝晶越发达，对液流阻力越大。③杂质元素：液态合金中高熔点固态物质，增大了金属液体的黏度，降低了合金的流动性。PbSb20406080204060800流动性（cm）100200300温度（℃）0a）在恒温下凝固b）在一定温度范围内凝固铸造工艺基础2、铸型条件（1）铸型的导热能力：导热性越好，热量越容易散失，流动性越差。（2）排气能力↑，即透气性↑，充型能力↑。（3）铸型温度↑，液态金属与铸型的温差↓，充型能力↑。3、浇注条件（1）浇注温度：一般T浇越高，充型能力越强。但过高，易产生缩孔、粘砂、气孔等。不宜过高。（2）液态金属在流动方向上所受的压力越大，充型能力越强。4、铸件结构铸件厚度太小，厚薄变化大、多，结构复杂，有大水平面结构时，充型能力↓二、铸件的凝固1、铸造合金的结晶：晶核的形成和晶体的长大。晶核的形成：均匀形核和非均匀形核。铸锭组织示意图2、铸件的凝固方式1）逐层凝固；2）糊状凝固；3）中间凝固逐层凝固糊状凝固中间凝固铸造工艺基础三、合金的收缩性收缩：合金从液态→固态冷却过程中，产生体积和尺寸减小的现象。体收缩线收缩是缩孔、缩松、裂纹、变形、残余应力产生的基本原因。1、收缩的三个阶段液态收缩：浇注温度至开始凝固温度之间的收缩。凝固收缩：凝固开始温度到凝固终了温度之间的收缩。产生缩孔、缩松的基本原因。固态收缩：用线收缩率表示。是铸件产生内应力、变形、开裂的主要原因。从凝固终止温度冷却至室温的收缩。铸造工艺基础2、影响收缩的因素（1）化学成分：铸铁中石墨化元素增加，收缩减少。如：灰铁C、Si↑收缩↓，S↑收缩↑。（2）浇注温度：温度↑，液态收缩↑。（3）铸件结构与铸型条件铸件收缩为受阻收缩。一是来自铸件不同部分的相互阻碍；二是来自铸型和型芯的阻碍。受阻越大，收缩越小。但应力变形大，因此要求铸型要有良好的退让性。铸造工艺基础3、缩孔与缩松（1）缩孔基本条件：结晶温度范围窄，逐层凝固方式。原因：液态收缩和凝固收缩得不到及时的补缩。结果：在铸件最后凝固的地方出现一些孔洞。如：壁的上部、中心处、热节处。铸造工艺基础3、缩孔与缩松（2）缩松基本条件：结晶温度范围宽，糊状凝固方式。原因：同缩孔。结果：在铸件最后凝固的地方出现分散缩孔。缩松：一般出现在轴线区域、热节处、冒口根部和内浇口附近，也常分布在集中缩孔的下方。铸造工艺基础（3）缩孔与缩松的防止①基本原则：制定合理工艺—补缩，缩松转化成缩孔。②定向凝固：通过设置冒口、冷铁等措施，使铸件按薄壁→厚壁→冒口顺序凝固使缩孔集中在冒口内。a收缩大或壁厚差别较大易产生缩孔的铸件；b壁厚悬殊以及对气密性要求高的铸件。适用对象：特点：冒口浪费金属，且铸件的温差大、热应力大、变形大，容易引起裂纹。但组织致密。C凝固收缩大，结晶范围小的合金。铸造工艺基础（3）缩孔与缩松的防止①基本原则：②定向凝固：③同时凝固：厚处放冷铁，薄处开浇口，以减少温差，尽量同时凝固。适用对象：a收缩小的合金薄壁件，如灰铁;b收缩大的薄壁铸钢和有色金属铸件;c结晶温度范围宽，用冒口也难以消除缩松的铸件。特点：工艺简单，节省金属，不易形成应力、变形、裂纹；但易有疏松。铸造工艺基础4、铸造应力铸件收缩受阻引起的应力。热应力：机械应力：相变应力：各部分收缩不均匀引起的收缩受到铸型及型芯的阻碍引起的固态相变引起的（1）热应力①形成过程：先冷却部分形成压应力，后冷却部分形成拉应力。②预防方法：a:壁厚均匀，尽量减少温差；b:同时凝固—薄处开浇口，厚处放冷铁（2）机械应力—暂时的，落砂后自行消失。预防方法：提高铸型和型芯的退让性。（3）相变应力固态相变时，体积会发生变化所致铁碳合金三种应力在铸件不同部位情况消除应力：时效。铸造工艺基础5、铸件变形铸件内应力松弛的自发过程。（2）反变形法防止方法：（1）壁厚均匀，形状对称，同时凝固。（2）反变形法（车床床身导轨面）T型梁铸钢件变形示意图应力框铸件变形示意图薄壁或外层部位：冷速快、存在压应力、应力释放后会引起伸长或外凸变形。厚壁或内层部位：冷速慢、存在拉应力、应力释放后会引起压缩或内凸变形。铸造工艺基础6、铸件开裂（1）热裂纹：高温下形成裂纹。特征：裂纹短，缝宽，形状曲折。缝内呈氧化色，无金属光泽，裂缝沿晶界通过，多发生在应力集中或凝固处。灰铁，球铁热裂少，铸钢、铸铝、白口铁大。原因：①凝固末期，合金呈完整骨架+液体，强度、塑性↓；②合金含S—热脆；③铸型退让性不好。预防：设计结构合理,改善退让性,控制含S量。（2）冷裂纹：低温下产生的裂纹。特征：裂纹细，直线或圆滑曲线，裂口干净，金属光泽，有时呈轻微氧化色。原因：复杂大工件受拉应力部位和应力集中处易发生；材料塑性差；P—冷脆。预防：合理设计，减少内应力，控制P含量，提高退让性。铸造工艺基础小结液态合金的充型能力1、合金的流动性2、铸型条件3、浇注条件4、铸件结构合金的收缩性1、收缩的三个阶段2、影响收缩的因素3、缩孔与缩松4、铸造应力5、铸件变形与开裂铸造工艺基础小结合金收缩固态合金冷却液态合金冷却液态收缩凝固收缩缩孔:恒温下结晶缩松:两相区结晶固态收缩裂纹变形应力铸造工艺基础热应力形成过程返回铸造工艺基础机械应力形成过程上型下型返回铸造工艺基础铁碳合金三种应力在铸件不同部位情况铸件部位热应力相变应力机械应力共析转变石墨化落砂前落砂后薄或外层－+++0厚或内层+－－+0返回铸造工艺基础国别总产量万吨主要类别构成比，%灰铁铸件球铁铸件铸钢铸件铝合金件中国1,62658.318.510.96美国1,18137.831.37.115.9日本57540.930.3421.2德国46048.927.83.914.3印度32772.59.210.17.3法国30283.1-412.9意大利24438.1183.332墨西哥20339.48.914.823.7巴西19761.924.94.66.1韩国17154.430.48.82.9返回铸造工艺基础返回