金屬的液態(tài)成形

1、機械制造基礎 -熱加工工藝基礎制造科學與工程學院 梅筱琴第第一一講講 金屬的液態(tài)成形金屬的液態(tài)成形與與砂型鑄造砂型鑄造 一、概述 n我國的鑄造技術歷史n鑄造的定義液態(tài)金屬鑄造型腔冷卻鑄件 n鑄造生產的優(yōu)點：可鑄造出外形、內腔復雜的毛坯或零件工藝靈活性大，適應性好成本低n鑄造生產的缺點：組織疏松，晶粒粗大，內部易產生縮孔、縮松、氣孔等缺陷力學性能較差鑄造過程復雜，鑄造缺陷和零件精度較難控制鑄造生產的特點 老祖宗的其它作品編編鐘鐘器器皿皿虎牛祭案(春秋晚期）-青銅現代鑄造技術的代表作品汽車發(fā)動機缸體汽車發(fā)動機缸體現代鑄造作品：鑲寶戒指樹現代鑄造產品：復雜零件鑄造缺陷導致鑄件報廢鑄件表面脹起及熱裂紋

2、鑄件內部大量氣孔冷裂紋 、冷隔裂紋晶間腐蝕 古錢幣-咸豐通寶背拾文雕母錢 古錢幣 -宣統(tǒng)通寶宮錢背天下太平闊緣古錢幣-順治連水治母錢 常見鑄造缺陷侵入氣孔+缺肉析出氣孔砂眼多肉粘砂結疤常見鑄造缺陷熱裂 冷 裂 變形 網紋 澆不足 錯箱常見鑄造缺陷抬箱損傷+偏析縮孔二、金屬的液態(tài)成形鑄造生產過程鑄造生產過程鑄造工藝-鑄造生產過程控制n制定鑄造工藝的目的避免可能出現的鑄造缺陷，獲取合格的鑄件簡化鑄造工藝，提高生產率，降低生產成本n那么：鑄件容易產生哪些缺陷？怎樣防止鑄造缺陷的產生n與金屬液態(tài)成形過程的關系緊密1.鑄件的凝固方式逐層凝固逐層凝固糊狀凝固糊狀凝固中間凝固中間凝固凝固方式對合金流動性的影

3、響恒恒溫溫下凝固下凝固一定一定溫溫度范度范圍圍下凝固下凝固2.液態(tài)合金的充型能力n充型能力液態(tài)合金充滿型腔，獲得形狀完整、輪廓清晰的鑄件液態(tài)合金充滿型腔，獲得形狀完整、輪廓清晰的鑄件的能力的能力n液態(tài)合金的充型能力對鑄造生產的影響充型能力強n易于充滿型腔，獲得完整鑄件n氣體易于浮出液面n易于補縮充型能力不足n澆不足、冷隔、氣孔、夾渣等液態(tài)金屬充型能力的影響因素n合金的流動性合金的流動性 合金的流動性合金的化學成分決定其流動能力n合金成分不同，結晶溫度范圍不同，凝固方式不同，則流動性不同n外界條件外界條件鑄型條件澆注條件鑄件結構條件液態(tài)金屬充型能力的影響因素n合金的流動性n外界條件外界條件鑄型條

4、件n鑄型材料鑄型材料造型材料比熱容影響金屬液降溫速度 金屬型比砂型容易澆不足、冷隔n鑄型溫度鑄型溫度鑄型預熱有利于金屬液保持流動性(鑄型溫度鑄型溫度)n鑄型排氣能力鑄型排氣能力鑄型的排氣能力影響型腔氣壓澆注條件n澆注溫度澆注溫度溫度高，保持流動的時間長（澆注溫度澆注溫度）n充型壓力充型壓力壓力高有利于充型 壓力鑄造、低壓鑄造、離心鑄造鑄件結構條件n鑄件大小n鑄件壁厚（壁厚）合金流動性實驗n液態(tài)金屬的充型能力合金的流動性凝固方式對合金流動性的影響恒恒溫溫下凝固下凝固一定一定溫溫度范度范圍圍下凝固下凝固鐵碳合金流動性與含碳量的關系返回返回澆注溫度對合金充型能力的影響n適當提高澆注溫度提高充型能力n

5、薄板澆注需要提高澆注溫度n澆注溫度過高晶粒粗大、組織疏松縮孔、縮松粘砂氣孔n因此滿足鑄件要求后不宜過高返回返回如果鑄型預熱不當n砂型預熱后鑄型強度可能下降易粘砂金屬液沖擊下可能垮砂形成夾砂、砂眼、夾渣返回返回課堂討論：砂型鑄件的壁厚n鑄件壁厚是怎樣影響充型能力的？厚好？n晶粒粗大、組織疏松、易產生變形或裂紋、粘砂薄好？n澆不足、冷隔、氣孔、夾渣n最小允許壁厚何謂最小允許壁厚在設計鑄件時怎樣應用？第一類缺陷：澆不足、冷隔n大中型鑄件或內腔結構復雜的薄壁零件澆不足冷隔n原因充型能力差n改進措施提高金屬液的充型能力n提高金屬液流動性n改善鑄型條件n改善澆注條件n改善鑄件結構3.鑄件的收縮n合金的收縮

6、液態(tài)收縮、凝固收縮、固態(tài)收縮（）n鑄件的收縮影響因素：合金成分、溫度、鑄型條件和鑄件結構凝固收縮缺陷固態(tài)收縮缺陷合金種類C%澆鑄溫度液態(tài)收縮凝固收縮固態(tài)收縮總體積收縮鑄造碳鋼0.3516101.637.812.4白口鑄鐵3.0014002.44.25.4 - 6.312 12.9灰鑄鐵灰鑄鐵3.5014003.50.13.3 - 4.26.9 7.8第二類缺陷：縮孔、縮松n完整的外殼下面縮孔縮松n成因鑄件凝固過程的收縮未補足凝固收縮缺陷縮孔的形成過程縮松n縮松的形成宏觀縮松微觀縮松n縮松與縮孔傾向相反逐層凝固（小、大）糊狀凝固（大、?。┛s松的形成過程順序凝固（定向凝固）n防止縮孔和宏觀縮松的工

7、藝措施防止縮孔和宏觀縮松的工藝措施工藝工藝目的：讓鑄件遠離澆、冒系統(tǒng)的部位先冷，然后是靠近澆、冒系統(tǒng)的部位冷卻，最后是冒口冷卻工藝工藝措施：冒口、冷鐵、補貼順序凝固帶來的問題n結晶溫度范圍寬的合金糊狀凝固，流動性很差，冒口起不到補縮作用如：鋁青銅、鋁硅合金、鑄鋼等n不均勻的溫度場導致不均勻熱應力，從而導致：n變形n裂紋顯微縮松的解決方案n顯微縮松特點：細小、分散分布于鑄件對稱中心軸線附近根源：糊狀凝固（合金成分）n解決方案：從根源解決：另選擇合適的合金另選擇合適的合金視情況而定：n若無大礙：同時凝固工藝措施n有一定致密性要求：表層冷激處理，加快表層金屬冷卻速度，使表層金屬致密同時凝固n同時凝固

8、均勻溫度場避免先冷后冷n可用于鑄鐵：n縮孔縮松傾向小錫青銅：n糊狀凝固，定向也沒有用，不能避免微觀縮松4.鑄造應力-熱應力先冷受壓先冷受壓后冷受拉后冷受拉室溫下：室溫下：第三類缺陷：變形、裂紋n除了正常收縮變形鑄件外形不規(guī)則變形外形破壞：裂紋n成因鑄件不均勻的內應力n熱應力n機械應力鑄件強度降低防止鑄造應力：同時凝固n同時凝固目的：n使鑄件內部溫度場均勻，各部位冷卻速度一致措施：n冒口、冷鐵同時凝固帶來的問題n問題：縮孔縮松現象嚴重n應用：縮孔縮松傾向小的合金：n鑄鐵縮孔縮松傾向大的合金：n錫青銅、鑄鋼等n糊狀凝固，采用順序凝固工藝措施也沒有用鑄造應力-機械應力n產生原因：鑄件收縮受到鑄型和型

9、芯的機械阻礙鑄件收縮受到鑄型和型芯的機械阻礙n解決辦法：及時落砂及時落砂鑄件變形及防止n不均勻內應力導致鑄造后變形、切削后變形n防止措施壁厚均勻、形狀對稱、反變形、同時凝固n消除的辦法時效處理n人工時效（去應力退火）n自然時效鑄件切削后的變形n圓柱體鑄件車削外圓后n變短？變長？鉆孔后n變短？變長？銑削側面后？n向去掉一側彎曲裂紋及其防止n熱裂紋：高溫下形成凝固末期n局部固液混合強度極低合金性質n結晶溫度寬、糊狀凝固n含S增加熱脆性鑄型阻力機械應力大n冷裂紋：低溫下形成合金抗拉強度較低產生部位:含P增加冷脆性第四類缺陷：氣孔n來源：空氣，爐料或鑄型所帶的氣體、鐵銹、油漬、煤粉、木屑和水分等有機物n氣孔種類：析出性氣孔侵入性氣孔反應性氣孔小結：共晶鑄鐵n共晶成分鑄鐵具有優(yōu)良的鑄造性能恒溫下結晶（1148C）-結晶溫度范圍為0n流動性好逐層凝固無發(fā)達的樹枝晶阻礙流動凝固收縮和固態(tài)收縮最小n凝固收縮0.1，總收縮率最?。?左右）鑄造缺陷及其防止措施n