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文檔簡介

金屬的凝固特點第一頁,共五十四頁,編輯于2023年,星期二鑄造特點

鑄造優(yōu)點

1.具有較強的適應性重量:幾克—幾百噸尺寸:幾毫米—十幾米壁厚:0.2mm—1m結構:復雜外形、內腔材質:不限,特別是脆性材料2.鑄件成本低原材料:來源廣、價格低、投資少、易生產(chǎn)鑄件:機械加工量相對較小,成本低第二頁,共五十四頁,編輯于2023年,星期二鑄造特點鑄造缺點工序復雜,方法落后,鑄件尺寸精度不高,表面質量難保證,鑄件內部易出現(xiàn)氣孔、砂眼、縮孔、晶粒粗大等現(xiàn)象。

第三頁,共五十四頁,編輯于2023年,星期二§1金屬的凝固特點

合金的鑄造性能:金屬在由液態(tài)轉變?yōu)楣虘B(tài)的過程中,存在的一些與鑄件質量相關的性能特點。一般指鑄造過程中的流動性、收縮性、吸氣性等工藝性能。

第四頁,共五十四頁,編輯于2023年,星期二幾個準備概念充型:液態(tài)合金填充鑄型的過程.充型能力:液態(tài)合金充滿鑄型型腔,獲得形狀完整、輪廓清晰的鑄件的能力澆不足:因液態(tài)金屬充型能力不足而不能得到完整形狀的鑄件。冷隔:指鑄件雖可獲得完整的外形,但因存有未完全熔合的垂直接縫,鑄件的力學性能嚴重受損。第五頁,共五十四頁,編輯于2023年,星期二本節(jié)三大內容一、液態(tài)金屬的流動特點二、合金的凝固特點三、合金的收縮特點第六頁,共五十四頁,編輯于2023年,星期二一、液態(tài)金屬的流動特點

1.流動性流動性:是描述液態(tài)金屬流動能力的一個術語。流動性的高低主要取決于金屬的結晶特點和物理性能。物質由液態(tài)轉變?yōu)楣虘B(tài)晶體時,稱為“結晶”。粘度的大小表示液體中發(fā)生相對運動的難易程度,粘度大,液體粘稠,相對運動困難,就很難形成晶體。第七頁,共五十四頁,編輯于2023年,星期二一、液態(tài)金屬的流動特點

1.流動性流動性對鑄件質量影響:液態(tài)金屬流動性越好,越有利于液態(tài)金屬中的非金屬夾雜物和氣體上浮,排除;易于對液態(tài)金屬在凝固中產(chǎn)生的收縮進行及時補縮;越容易充滿鑄型的型腔、得到輪廓清晰、健全完整的鑄件;否則,鑄件越容易出現(xiàn)冷隔或澆注不足的缺陷。第八頁,共五十四頁,編輯于2023年,星期二2.影響流動性的因素合金成分的影響

澆注溫度和壓力的影響鑄型條件的影響

第九頁,共五十四頁,編輯于2023年,星期二合金成分的影響a.純金屬流動性好:一定溫度下結晶,凝固層表面平滑,對液流阻力小。b.共晶成分流動性好:共晶成分的合金恒溫凝固,固體層表面光滑,且熔點低,過熱度大。c.非共晶成分流動性差:結晶在一定溫度范圍內進行,非共晶成分的合金凝固時在兩相區(qū)中生長出的大量枝狀晶粒阻礙液體金屬的流動。第十頁,共五十四頁,編輯于2023年,星期二澆注溫度和壓力的影響①澆注溫度

t↑合金粘度下降,流動性↑

t↑液態(tài)金屬的過熱度↑,充型能力↑但過高,易產(chǎn)生縮孔,粘砂,氣孔,晶粒粗大等,故不宜過高

結論:要在金屬液體具有足夠的充型能力的前提下,盡量降低澆注溫度。第十一頁,共五十四頁,編輯于2023年,星期二澆注溫度和壓力的影響②充型壓力充型壓力↑,液態(tài)合金在流動方向上所受的壓力↑液體進入型腔的速度↑充型能力↑如砂形鑄造---直澆道,靜壓力.壓力鑄造,離心鑄造等充型壓力高.第十二頁,共五十四頁,編輯于2023年,星期二鑄型條件的影響

①鑄型結構:若不合理,如壁厚小,直澆口低,澆口小等充型能力↓②鑄型導熱能力:導熱↑,金屬降溫快,充型能力↓;第十三頁,共五十四頁,編輯于2023年,星期二鑄型條件的影響③鑄型溫度:t↑,充型能力↑,如金屬型預熱④鑄型中氣體:排氣能力↑,充型能力↑,減少氣體來源,提高透氣性,少量氣體在鑄型與金屬液之間形成一層氣膜,減少流動阻力,有利于充型。第十四頁,共五十四頁,編輯于2023年,星期二鑄型條件的影響結論:可通過改善鑄型型腔的結構提高金屬液的流動性及充型壓力。

第十五頁,共五十四頁,編輯于2023年,星期二鑄型條件的影響提高直澆道高度改善型腔結構采用散熱慢的鑄型材質原理:都是使金屬流動性增強,流動時間延長,增大充型壓力,從而有利于充型能力的提高。第十六頁,共五十四頁,編輯于2023年,星期二二、合金的凝固特點

鑄件凝固過程中其斷面上的三個區(qū)固相區(qū)固液共存區(qū)(通常稱為凝固區(qū))液相區(qū)第十七頁,共五十四頁,編輯于2023年,星期二對凝固區(qū)影響較大的是凝固區(qū)的寬窄,依此劃分凝固方式:1.逐層凝固2.體積凝固3.中間凝固第十八頁,共五十四頁,編輯于2023年,星期二1.

逐層凝固純金屬或共晶成分合金恒溫下結晶時,凝固過程中鑄件截面上的凝固區(qū)域寬度很窄,固液兩相由一條界線清楚分開,隨著溫度下降,固相層不斷增加,液相層不斷減少,逐漸達到鑄件中心。(圖2-2a)

逐層凝固時合金充型能力強,產(chǎn)生缺陷少。第十九頁,共五十四頁,編輯于2023年,星期二第二十頁,共五十四頁,編輯于2023年,星期二2.體積凝固

當合金的結晶溫度范圍很寬,或因鑄件截面溫度梯度很小時,在凝固某段時間內,鑄件表面不存在固體層,固液共存的區(qū)域很寬,凝固區(qū)甚至貫穿整個鑄件截面的凝固方式?;蚍Q為糊狀凝固方式(先糊狀,后固化。圖2-2c)。第二十一頁,共五十四頁,編輯于2023年,星期二3.中間凝固

金屬的結晶范圍較窄,或結晶溫度區(qū)間雖寬但鑄件截面溫度梯度大時,凝固區(qū)域的寬度介于逐層凝固與體積凝固之間,稱該凝固方式為中間凝固方式,圖2-2b。第二十二頁,共五十四頁,編輯于2023年,星期二影響凝固方式的主要因素

鑄造合金的結晶溫度區(qū)間寬窄和鑄件截面的溫度梯度大小是影響凝固方式的主要因素。

第二十三頁,共五十四頁,編輯于2023年,星期二結晶溫度區(qū)間越小,凝固區(qū)域越窄,合金越傾向于逐層凝固。當合金的成分一定時,結晶溫度范圍已定,凝固方式取決于鑄件截面的溫度梯度。溫度梯度愈小,凝固區(qū)愈寬,合金越趨向于體積凝固。溫度梯度越大,凝固區(qū)域越窄,合金越趨向于逐層凝固。第二十四頁,共五十四頁,編輯于2023年,星期二三、

合金的收縮特點1.合金的收縮2.影響收縮的因素3.收縮對鑄件質量的影響及防止措施第二十五頁,共五十四頁,編輯于2023年,星期二1.合金的收縮鑄件在冷卻過程中的收縮是合金的固有物理性質。即:液態(tài)合金從澆注溫度至凝固冷卻到室溫的過程中,體積和尺寸減少的現(xiàn)象。

這是鑄件許多缺陷(縮孔,縮松,裂紋,變形,殘余應力)產(chǎn)生的基本原因。第二十六頁,共五十四頁,編輯于2023年,星期二從液態(tài)冷卻到室溫的過程中,金屬要經(jīng)歷三個相互聯(lián)系的收縮階段:液態(tài)收縮

凝固收縮

固態(tài)收縮第二十七頁,共五十四頁,編輯于2023年,星期二液態(tài)收縮:

從澆鑄溫度冷卻至凝固開始溫度之間的收縮。即:從金屬液澆入鑄型到開始凝固之前。液態(tài)收縮減少的體積與澆注溫度和開始凝固的溫度的溫差成正比。第二十八頁,共五十四頁,編輯于2023年,星期二凝固收縮:從凝固開始溫度冷卻至凝固結束溫度之間的收縮。即:從凝固開始到凝固完畢。同一類合金,凝固溫度范圍大者,凝固體積收縮率大。如:35鋼,體積收縮率3.0%,45鋼4.3%第二十九頁,共五十四頁,編輯于2023年,星期二這兩種收縮(液態(tài)收縮、凝固收縮)表現(xiàn)為合金的體積縮小,使型腔內金屬液面下降,它們是鑄件產(chǎn)生縮孔和縮松缺陷的根本原因。

第三十頁,共五十四頁,編輯于2023年,星期二固態(tài)收縮:從凝固完畢時的溫度冷卻到室溫之間的收縮.

固態(tài)收縮也會引起體積的變化,在鑄件各個方向上都表現(xiàn)出線尺寸的減小,對鑄件的形狀和尺寸精度影響最大,它是鑄件產(chǎn)生內應力以致引起變形和裂紋的主要原因。第三十一頁,共五十四頁,編輯于2023年,星期二2.影響收縮的因素

化學成分澆鑄溫度鑄件結構與鑄型條件

第三十二頁,共五十四頁,編輯于2023年,星期二化學成分的影響

成分不同,收縮率不同。鑄鐵中促進石墨形成的元素增加,收縮減少。如:灰口鐵C,Si↑,收↓,S↑收↑。原因:石墨比容大,體積膨脹,抵銷部分凝固收縮。第三十三頁,共五十四頁,編輯于2023年,星期二澆鑄溫度

主要影響液態(tài)收縮:

澆鑄t↑,則此溫度與開始凝固的溫度之溫差↑,于是液態(tài)收縮↑,則總收縮量相應↑。第三十四頁,共五十四頁,編輯于2023年,星期二鑄件結構與鑄型條件

鑄件收縮是受阻收縮,阻力主要來源于兩個方面:鑄件壁厚不均,各部分冷卻速度不同,收縮的先后不一致,相互制約而產(chǎn)生阻力;鑄型和型芯對收縮的機械阻力。鑄件收縮時受阻越大,實際收縮率就越小。第三十五頁,共五十四頁,編輯于2023年,星期二鑄件結構與鑄型條件

結論:

設計和制造模型時,應根據(jù)合金種類和鑄件的受阻情況,采用合適的收縮率。使鑄型有好的退讓性。第三十六頁,共五十四頁,編輯于2023年,星期二3.收縮對鑄件質量的影響及防止措施主要內容:1)鑄件的縮孔和縮松及防止措施2)鑄造應力(熱應力、組織應力、機械應力)及其防止措施3)變形與裂紋及防止措施第三十七頁,共五十四頁,編輯于2023年,星期二3.1鑄件的縮孔和縮松及防止措施縮孔和縮松鑄件凝固過程中,金屬液態(tài)收縮和凝固收縮造成體積減小,又得不到液態(tài)的補充,在鑄件最后凝固的部位形成了孔洞,容積較大而集中的孔洞稱為縮孔。細小而分散的孔洞稱為縮松。(見圖2-3)第三十八頁,共五十四頁,編輯于2023年,星期二縮松分兩種:宏觀縮松(肉眼或放大鏡可以看到的小孔洞,分布于鑄件中心軸線處或縮孔下方)圖2-3顯微縮松(分布于晶粒之間的微小孔洞)。第三十九頁,共五十四頁,編輯于2023年,星期二縮孔和縮松的防止措施安置冒口,實行順序凝固

造型時在鑄件的厚大部分附設冒口,使鑄件的凝固順序由遠離冒口的部位先凝固并依次向冒口推進,冒口部位最后凝固(圖2-4)。鑄件收縮時所需要的金屬液則由冒口提供,縮孔和縮松則出現(xiàn)在冒口中——補縮。第四十頁,共五十四頁,編輯于2023年,星期二圖2-4順序凝固

第四十一頁,共五十四頁,編輯于2023年,星期二縮孔和縮松的防止措施幾點注意1.安置冒口,實行順序凝固,可有效的防止縮孔,但冒口浪費金屬,浪費工時,使鑄件成本增加.而且,鑄件內應力加大,易于產(chǎn)生變形和裂紋.∴主要用于凝固收縮大,結晶間隔小的合金.第四十二頁,共五十四頁,編輯于2023年,星期二縮孔和縮松的防止措施幾點注意2.對于結晶溫度范圍甚寬的合金(非共晶成分合金),由于傾向于糊狀凝固,結晶開始之后,發(fā)達的樹枝狀骨狀布滿整個截面,使冒口補縮道路受阻,因而冒口的作用很小,難避免顯微縮松的產(chǎn)生。顯然,選用近共晶成分和結晶范圍較窄的合金生產(chǎn)鑄件是適宜的。第四十三頁,共五十四頁,編輯于2023年,星期二3.2鑄造應力及其防止措施鑄造應力又稱內應力

包括:熱應力組織應力機械應力第四十四頁,共五十四頁,編輯于2023年,星期二1.熱應力鑄件凝固過程中,由于鑄件壁厚不均勻,各部位的散熱情況也不同,造成各部位的冷卻速度不同,使得各部位在同一時刻的收縮量不一致而產(chǎn)生的內應力稱為熱應力。

它使鑄件的厚壁或心部受拉伸,薄壁或表層受壓縮。鑄件的壁厚差別越大,熱應力越大。第四十五頁,共五十四頁,編輯于2023年,星期二2.組織應力(相變應力)由于鑄件的各部分冷卻速度不同,從而導致發(fā)生組織結構轉變的時間不一致,產(chǎn)生相互制約的結果,既可以有拉應力又可以有壓應力。第四十六頁,共五十四頁,編輯于2023年,星期二以上兩種應力(熱應力與相變應力)的防止:a.壁厚均勻b.采取同時凝固的工藝方法同時凝固(圖2-6):就是設法減少鑄件冷卻過程中各部位的溫差,使各部位收縮一致,如將澆注系統(tǒng)開在薄壁處,在厚壁處則安放冷鐵等。當應力較大時,可通過熱處理消除。第四十七頁,共五十四頁,編輯于2023年,星期二圖2-6同時凝固

第四十八頁,共五十四頁,編輯于2023年,星期二同時凝固方法的優(yōu)缺點優(yōu)點:省冒口,省工,省料缺點:心部易出現(xiàn)縮孔或縮松,應用于灰鐵錫青銅,因灰鐵縮孔、縮松傾向小,錫青銅糊狀凝固,用順序凝固也難以有效地消除其顯微縮松。第四十九頁,共五十四頁,編輯于2023年,星期二3.機械應力定義:是合金固態(tài)收縮時受到鑄型或型芯的機械阻礙作用形

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