铸造工艺及设备文档格式.docx

铸造工艺及设备文档格式.docx

《铸造工艺及设备文档格式.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《铸造工艺及设备文档格式.docx（41页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

不同纯度的铝在不同温度下密度略有不同。

2．导热性

铝的导热率高，在金属中仅次于银、金、铜居第四位，是铁的3倍，铜的55%，纯铝在0度时的导热率为0.50cal/cm.s.k。

等重量的铝的导热量是铁的12倍，铜的2倍，因此，铝材是制造热交换器，发热动机部件与家庭手暖设施的良好材料。

3．热膨长系数

铝的热膨胀系数大，纯铝的体膨长系数为68.1*10-6m3/m3.k，为不锈钢、铜、黄铜的15倍，是其应用的一项缺点。

4．导电性

铝导电性仅次于银、铜和金而居第四位，纯铝在20度时的导电率为37.6*10-4Ω-1.cm-1,等重量铝导线的导电量超过铜的2倍，因此铝被广泛应用于电线电缆工业中，铝箔大量用于制造电容器。

5．耐蚀性

铝及其合金表面，易生成一层致密，牢固的氧化铝保护膜，只有在卤素离子或碱离子的激烈作用下才会遭到破坏，因此，铝有很好的耐大气腐蚀和水腐蚀的能力，能抗多数酸及有机物腐蚀。

6．反射率

铝表面对红外线、紫外线、可见光线、激光、电波等有高的反射率，因此铝广泛用于制作光、热反射材料。

7．磁学性能

铝属弱磁材料，几乎不受电磁场影响，亦无磁性，因此在通讯、电子、超导材料及计算机领域是不可缺少的材料。

8．力学性能

铝合金的基本特征之一，是其常规力学性能随合金种类与状态不同，变化范围极宽，抗拉强度为50Mpa-800Mpa属服强度为10Mpa，伸长率为2%-50%。

铝材的正弹性模量变化范围窄，为（7-8）*104Mpa，刚性大致与密度成比例，与合金成分及状态的关系不大，相同刚性的铝零件比钢件轻50%。

铝及铝合金的疲劳强度较低，是其应用上的一个障碍。

根据不同种类合金的力学性能的特点，铝合金可用用来制作机械零件，建筑材料等。

9．超塑性能

铝合金具有良好的超塑性，铝—锂系与铝—镁—钪系合金是理想的航天航空材料。

10．其它性能

当铝合金的成份，组成，状态不同时，铝合金具有不同的高温性能，低温性能，工艺性能（成形性能，切削性能，焊接性能，锻造性能），在铝合金使用选材时应考虑这些因素的影响。

㈡金属材料的一般特性

金属材料从冶炼到作为成件使用以前，需要经过铸造，压力加工，热处理以及铆焊等一系列的工艺过程，它能否适应这些工艺过程中的要求，以及适应的程度如何，是决定它能否进行生产，或如何进行生产的重要因素。

金属材料所具有的那种能够适应实际生产工艺要求的能力统称为工艺性能，例如铸造性、煅造性、弯曲性、切削性、焊接性等。

金属材料制作成工件后，在使用过程中，则要求它能适应或抵抗到它上面的各种外界作用，如力学、化学、辐射、电磁场以及冷热—温度的作用等。

金属材料满足抵抗这些外界作用的能力统称使用性能，分别称力学性能，抗腐蚀性能（或化学性能）、电磁性能、耐热性能等。

工艺性能和使用性能是既有联系又不相同的两类性能，尽管它们都是金属材料本身蕴藏着的，但由于目的不同，它这两类性能上的好与坏或高与低，有时是一致的，有时都是互相矛盾的，金属材料性能方面具有多样性，多变性和特殊性，化学成分，原子集合体的结构及内部组织是决定金属材料性能的内在基本因素，金属材料性能方面的多变性，也正是通过这三个内在因素的多变性而表现出来的。

㈢金属及合金的结晶

金属和合金由液态转变为固态的过程称为凝固。

凝固过程主要是晶体或晶粒的生成和长大过程，所以也称结晶，这个过程决定了金属和合金的铸态结构、组织和性能。

1．成份、组织、结构

成份是组成金属材料的各类元素的量，各金属材料之间性能的相对差别，即是由这量上的差异引起的。

结构是指原子集合体中各原子的具体组合状态。

一个完整的晶粒是由同类的原子或不同比例的异类原子，按一定规律结合在一起，并可用严格的几何图案来表达出来。

组织是指用肉眼或借助于各种不同放大倍数显微镜所观察到金属材料内部的情景。

组织一词的含义包括着晶粒的大小、形状、种类以及各种晶粒之间的相对数量和相对分布。

晶粒是组成组织的类似生物学上的细胞的小单元，组织形态的复杂性是由这些小单元的形状、大小、相对数量和相对分布不同而产生的。

2．结晶的基本类型

金属在结晶过程中，要发生结构的变化，对于合金来说，同时还可能发生化学成份的变化。

根据这个特点，理论上可将结晶分为两大类。

1）同分结晶，其特点是结晶过程中只发生结构的改组而无成分的变化。

2）异分结晶，其特点是在结晶过程中，成分和结构同时都发生变化，也称选分结晶，绝大部分合金属这一类。

根据结晶后的组织特点，将结晶分为以下两类

1）均晶结晶。

其特点是结晶过程中只产生一种晶粒，结晶后的组织应由单一均匀晶粒组成。

2）非均晶结晶。

其特点是结晶中时由液体中同时或先后形成两种或两种以上的成分和结构都不相同的晶粒。

3．结晶过程

结晶过程的宏观现象主要表现在：

一是液体必须具有一定的过冷高，过冷是指实际结晶温度与其熔点的差值。

二是结晶过程中伴随着潜热的释放，这种潜热等于或小于以一定速度冷却而散发到周围环境中去的热量时，温度或保持恒定，或不断下降，结晶才可以继续进行，直到完全凝固，或达到新的平衡。

结晶过程的微观过程是一个由生核和长大两个过程交错重叠组合而成的过程。

液态金属是由许多类似晶体结构的原子小集团组成，其中尺寸最大的集团，就是晶体产生的胚，称为晶胚，在过冷液体中，热运动会使一些晶胚借胀落而达到某一规定的临界尺寸以上，从此它就能够稳定地成长而不再缩小，这就是晶核，液体中出现晶核后，附近向四周液体中伸展长大，同时液相中又不断产生新的晶核并且长大。

过冷度保证结晶时放出潜热不断散失，使温度不会回升，保证结晶不断进行，直至每个晶核都长大到互相接触，液相完全消失为止。

4．铸锭的一般组织

金属或合金的结晶过程大多是在铸模中进行的，铸锭的一般组织由外向内可按组织特征分为三个区域：

1）由许多细小的等轴晶粒所组成的细晶粒外壳；

2）紧接细晶粒外壳出现的由相当粗大的长柱粒所组成的柱晶区。

3）位于铸锭中部由许多较粗长的，各方向尺寸几乎一致的晶粒所组成的等轴晶区。

如图所示，铸锭的组织与合金成份和浇铸条件等因素有关，改变这些因素，就可改变这三层组织的相对厚度和晶粒大小，甚至可获得只由两个或一个晶区所组织的铸锭。

除了特殊要求希望获得具有单一柱晶区的铸锭或铸件外，生产上一般都希望铸锭中柱晶区短些，等轴晶区宽些，晶粒细些。

细晶组织具有如下优点：

1）各向同性。

2）组织致密，强度高，塑性好。

3）枝晶细，第二相分布均匀，有利于抑制铸造过程中产生的成分偏析，羽毛状晶，浮游晶和粗大金属间化合物的生成。

4）提高抗裂纹的能力。

偏析与其它组织缺陷。

铸锭内各部分化学成分不均匀的现象以及形成这种不均匀性的过程叫做偏析，连续铸造的铝合金铸锭内，常见的偏析有枝晶偏析，区域偏析和局部偏析。

枝晶偏析是属于一个晶粒范围内的显微偏析又叫晶内偏析。

在实际铸造条件下所得的固溶体中，每一个树枝晶内各部分的化学成分是不均匀。

区域偏析是指易熔组分在铸锭横截面上有规律性的不均匀分布，根据易熔组分在铸锭横截面上富集的部位，区域偏析可分为正偏析、反偏析、中间偏析三种类型，铸锭中心部分富集易熔组分的区域偏析叫正偏析；

铸锭周边层富集易熔组分的区域偏析叫反偏析，易熔组分主要富集在铸锭中心和周边层之间的中间区域时的偏析则叫中间偏析；

在连续铸造的铝合金铸锭内，区域偏析主要表现为易熔组分的反偏析。

局部偏析是指铸锭内宏观体积上某些地方化学成份的偶然不均匀性。

铝合金棒连续铸锭内的局部偏析主要是由于光亮晶粒和金属化合物的偶然堆放造成的。

铸锭在结晶过程中或是随后的冷却过程中，由于不同方向收缩受到阻碍产生的铸造应力的作用，并受合金成份、杂质等的影响形成裂纹；

因体积收缩形成缩孔，熔体中的气体来不及逸出液面留在铸锭中形成的气孔，造成铸锭内疏松，严重影响了铸锭组织的连续性。

6.杂质铸锭结晶组织的主要因素

1）杂质的影响

金属中非金属夹杂物的形态和大小，对金属性质有重要影响，细小、弥散均匀分布的夹杂颗粒，在金属凝固时，可以成为结晶的异质核心，同时也可阻碍晶粒的长大，起到细化晶粒的作用，聚结成粗大颗粒的杂质，与金属基体存在着明显的分界，破坏金属的整体、连续性，从而使铸锭和制品产生很多缺陷。

2）铸造条件的影响。

冷却速度对铸锭的结晶起决定性作用。

冷却速度大，铸锭的结晶速度就提高，晶内结构细化，有利于柱状晶的发展，即获得细密的柱状组织，冷却速度小，是得到粗大的球状晶粒。

冷却速度大，因相内的温度梯度愈大，晶内偏析愈严重，但达到一定程度时，反而抑制降低偏析程度。

浇铸温度，提高浇铸温度，易获得粗大的晶粒组织，较低的浇铸温度，易获得细小的结晶组织。

浇铸速度。

铸造速度慢，铸锭冷却的方向性强。

易获得细密的结晶组织，过快的铸造速度，由于热传导有一个极限，反而使中部分的温度升高而使晶粒变大变粗大。

7.改善金属结晶组织的途径和方法

对于铸锭或铸件，常存在着内在的不均性，它包括：

结晶组织方面的不均匀性（如三个晶区中的晶粒形状大小和取向不同；

化学成分方面的不均匀性（如各种类型的偏析的产生）物理方面的不均匀性（如各种缩孔、裂纹、气泡等的存在）。

这些不均匀性产生是相互联系的，其存在使得铸件或铸锭不能充分发挥金属材料的性能。

在现实生产条件下，完全消除上述不均匀性是难于实现的。

所以在尽可能减小内在不均匀性的条件下，细化晶粒的基本途径在于尽可能地提高晶核的形成速率，并同时减小晶体的成长速度，以使大量晶核在没有显著长大的条件下便相互干扰而凝固。

主要有以下几种方法：

1．化学孕育法或变质法：

向液态金属中加入孕育剂或变质剂，变质剂分两类：

一是促进形核；

一是阻止长大。

一般以前者为主，常以钛、硼的一些盐类或中间合金的形式作为变质剂加入。

2．快速冷却法。

加快冷却速度可增加结晶时的过冷度ΔT，一般来说，过冷度越大，晶核的形成速率与长大速率也增大，但前者比后者随过冷度的变大更大一些。

因此，增大冷却速度可细化晶粒。

3.加强液体运动法。

应用电磁搅拌、机械振动、加压浇铸及离心浇铸可增强液体流动，使液体与产生的枝晶发生剪切作用，加快枝晶的剥落与繁殖而达到细化晶粒的作用。

若铸锭整体组织细化而又均匀化了，则铸锭物理和化学的不均匀性也得到显著改善。

此外，可对铸锭进行热处理，即是把固态下的铝合金加热到一定温度，进行必要的保温，并以适当的冷却速度冷却到室温，以改变铝合金的内部组织和性能。

第二单元铝及铝合金生产工艺

1、铝及铝合金生产的基本工艺流程

原铝、冷材、合金元素配料熔炼中间取样铸造锯切、包装

成品

㈡配料

配料的目的是控制铝或铝合金的成份。

由于从不同电解槽取出的铝液品位不同，且各种杂质含量也不同，同时，生产过程中产生的残铝、废品，电解车间因停槽等原因产生的高铁铝都需要到生产过程消耗掉，所以为满足产品质量要求或提高铝液品位，配料是一项重要工作，对于铝合金生产，根据不同合金产品的要求，需加入合金元素，配料尤为重要。

1．配料的一般计算式

生产中一般是以计算铝液中的杂质或合金元素量来控制铝品位。

X=（X1Q1+X2Q2+X3Q3+·

·

+