金屬材料及工藝課件 第9章

第九章鑄造工藝基礎(chǔ)

鑄造：將液態(tài)金屬澆到事先做好的、具有與零件形狀、尺寸相適應(yīng)的鑄型型腔中，待其冷卻凝固，以獲得毛坯或零件的生產(chǎn)方法，稱為鑄造。主要工藝過程（以砂型鑄造為例）

砂型鑄造過程示意zhengmu[1]應(yīng)用實(shí)例：機(jī)床、汽車、拖拉機(jī)、機(jī)車、冶金機(jī)械、鍛壓機(jī)械等工藝特點(diǎn)：

a成型能力強(qiáng)

b適應(yīng)范圍廣：合金、結(jié)構(gòu)、生產(chǎn)類型

c成本低廉d缺陷多、組織不夠致密。主要方法9.1液態(tài)合金的充型充型液態(tài)合金的充型能力：液態(tài)合金充滿鑄型，獲得形狀完整、輪廓清晰的鑄件的能力。重要性：澆不足、冷隔，補(bǔ)縮效果。影響因素：合金的流動(dòng)性流動(dòng)性：液態(tài)金屬本身的流動(dòng)能力稱為“流動(dòng)性，是金屬的鑄造性能之一，與金屬的成分、溫度、雜質(zhì)含量及其物理性質(zhì)有關(guān)。流動(dòng)性的衡量：用螺旋形試樣。優(yōu)點(diǎn)：靈敏度高、對(duì)比形象、可供金屬液流動(dòng)相當(dāng)長(zhǎng)的距離，鑄型的輪廓尺寸并不太大缺點(diǎn)：金屬流線彎曲，沿途阻力損失較大，流程越長(zhǎng)，散熱越多，故金屬的流動(dòng)條件和溫度條件都在隨時(shí)改變影響流動(dòng)性的因素：主要是化學(xué)成分。流動(dòng)性和充型能力的關(guān)系。

澆注條件澆注溫度充型壓力澆注系統(tǒng)鑄型的充填條件鑄型材料鑄型溫度鑄型中的氣體鑄件結(jié)構(gòu)9.2.1鑄件的凝固方式鑄件凝固斷面上的三個(gè)區(qū)域：固相區(qū)、凝固區(qū)、液相區(qū)。

9.2鑄件的凝固與收縮特性凝固方式的劃分原則：按凝固區(qū)的寬窄。三種凝固方式a

逐層凝固b

糊狀凝固c

中間凝固影響凝固方式的因素a

合金的凝固溫度范圍b

鑄件斷面的溫度梯度凝固方式對(duì)鑄件質(zhì)量的影響：充型、補(bǔ)縮9.2.2鑄造合金的收縮收縮：收縮的三個(gè)階段：a

液態(tài)收縮b

凝固收縮c

固態(tài)收縮常用合金的收縮特性：灰口鑄鐵最小，鑄鋼最大。收縮特性對(duì)鑄件質(zhì)量的影響：液態(tài)、凝固收縮→縮孔（松）固態(tài)收縮→鑄造內(nèi)應(yīng)力、變形、裂紋。線收縮影響鑄件尺寸影響鑄造合金收縮的主要因素：

化學(xué)成分

澆注溫度

鑄件結(jié)構(gòu)和鑄型條件9.3.3鑄件中的縮孔與縮松概念鑄造合金在凝固過程中，液態(tài)收縮和凝固收縮得不到補(bǔ)充而出現(xiàn)的空洞，常出現(xiàn)在最后凝固的部位。種類

集中縮孔（簡(jiǎn)稱縮孔）

分散縮孔（縮松）危害

減小有效承載面積

產(chǎn)生應(yīng)力集中

降低氣密性?？s孔與縮松的形成縮孔特征：倒錐形、容積大，表面粗糙，常在鑄件上部或最后凝固部位。suoshiyi[1]產(chǎn)生原因

液態(tài)收縮和凝固收縮大于固態(tài)收縮而得不到補(bǔ)縮產(chǎn)生條件

鑄件以逐層凝固方式凝固特點(diǎn)

大而集中，表面氧化。對(duì)鑄件質(zhì)量的影響：外觀、力學(xué)性能下降?？s松的形成形成過程種類

宏觀縮松、顯微縮松產(chǎn)生原因

液態(tài)收縮和凝固收縮大于固態(tài)收縮而得不到補(bǔ)縮產(chǎn)生條件

鑄件以糊狀凝固方式凝固或在縮孔下方特點(diǎn)

細(xì)小、分散，表面氧化。對(duì)鑄件質(zhì)量的影響：滲漏、物理化學(xué)性能下降

縮孔和縮松的防止縮孔的防止順序凝固的原則：在鑄件上可能出現(xiàn)縮孔的厚大部位安放冒口等措施，使鑄件上遠(yuǎn)離冒口的部位先凝固，爾后是靠近冒口的部位凝固，最后才是冒口凝固，鑄件上最后凝固部位的收縮由冒口補(bǔ)充。實(shí)現(xiàn)順序凝固的工藝措施：冒口、冷鐵、補(bǔ)貼等。順序凝固與逐層凝固的區(qū)別順序凝固的弊端縮松的防止冒口對(duì)縮松效果較差。改變合金的凝固方式選用結(jié)晶溫度范圍窄的合金。

內(nèi)應(yīng)力：在沒有外力的條件下平衡于物體內(nèi)部的應(yīng)力。暫時(shí)應(yīng)力和殘余應(yīng)力。鑄造應(yīng)力產(chǎn)生原因：固態(tài)收縮受阻。類型：熱應(yīng)力、機(jī)械應(yīng)力、相變應(yīng)力。

9.3鑄造內(nèi)應(yīng)力、變形和裂紋熱應(yīng)力產(chǎn)生：壁厚不均→冷速不同→收縮量不同→內(nèi)應(yīng)力分析：以厚薄不同的T形桿鑄件為例。兩種狀態(tài)：

T>T臨，塑性狀態(tài)。

T<T臨，彈性狀態(tài)。冷卻曲線，如圖。

冷卻過程：t0—t1Ⅰ部分塑性→壓應(yīng)力→塑性壓縮變形→應(yīng)力消失

Ⅱ部分塑性→拉應(yīng)力→塑性拉伸變形→應(yīng)力消失t1—t2Ⅰ部分塑性→壓應(yīng)力→塑性壓縮變形→應(yīng)力消失

Ⅱ部分彈性→拉應(yīng)力→無拉伸變形→無應(yīng)力t2—t3Ⅰ部分彈性→拉應(yīng)力→彈性拉伸變形→殘余拉應(yīng)力

Ⅱ部分彈性→壓應(yīng)力→彈性壓縮變形→殘余壓應(yīng)力結(jié)論：厚壁處在冷卻后期（彈性階段）收縮滯后于薄壁部分，因而在冷卻后期產(chǎn)生殘余拉應(yīng)力；而薄壁部分在冷卻后期收縮已基本結(jié)束。因而受到厚壁部分收縮時(shí)施與的壓應(yīng)力yingli[1]。機(jī)械應(yīng)力產(chǎn)生：固態(tài)收縮受到鑄型（芯）的機(jī)械阻礙而產(chǎn)生。特性：暫時(shí)性拉應(yīng)力、剪切應(yīng)力。危害：與熱應(yīng)力厚大部分應(yīng)力方向相同，在共同作用下，促進(jìn)厚大部分冷裂。防止：降低鑄件的收縮阻力，提高型（芯）的退讓型。相變應(yīng)力產(chǎn)生

固態(tài)相變發(fā)生的時(shí)刻不同，各部分相變程度不同。鋼材加熱冷卻時(shí)的體積變化減小應(yīng)力的措施

a

減小各部分溫差，采用同時(shí)凝固的原則。

b

緩慢冷卻

c

鑄件結(jié)構(gòu)均勻。

鑄件的變形與防止產(chǎn)生原因：內(nèi)應(yīng)力造成鑄件不穩(wěn)定，通過自發(fā)變形減緩。變形方向：殘余拉應(yīng)力→壓縮變形殘余壓應(yīng)力→拉伸變形變形的預(yù)防：

a

設(shè)計(jì)合理的鑄件結(jié)構(gòu)（均勻、對(duì)稱）。

b

采用同時(shí)凝固的原則。

c預(yù)先在模樣上設(shè)計(jì)反變形量。

d

精加工前時(shí)效處理。鑄件的裂紋與防止原因：鑄造內(nèi)應(yīng)力超過強(qiáng)度極限。類型：熱裂、冷裂。熱裂特征：短、寬、曲、不規(guī)則、表面氧化。

產(chǎn)生：高溫下（凝固后期）產(chǎn)生，合金形成完整骨架，但晶粒間尚有液相，強(qiáng)度、塑性低。影響因素：a

結(jié)晶溫度范圍（鋼、可鐵、鑄鋁易產(chǎn)生）b

合金中的S形成低熔點(diǎn)共晶體。c

鑄型的退讓性。（采用有機(jī)粘結(jié)劑、加鋸末等）。冷裂特征：直、細(xì)、連續(xù)、表面干凈。產(chǎn)生：在彈性階段→內(nèi)應(yīng)力→裂紋。影響因素及防止：a

鑄件內(nèi)應(yīng)力。b

合金的塑性。c

鋼鐵中的含磷量。鋼>0.1%，鑄鐵>0.5%。

冷裂9.4鑄件的缺陷與分析工序的復(fù)雜→缺陷的多樣性。

氣孔

氣體在鑄件中形成的空洞氣體的來源

材料、熔煉、鑄型、澆注。氣孔的危害

減小承載面積、局部形成應(yīng)力集中、滲漏分