热加工工艺基础第一章-铸造课件PPT文件格式下载.ppt

热加工工艺基础第一章-铸造课件PPT文件格式下载.ppt

《热加工工艺基础第一章-铸造课件PPT文件格式下载.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《热加工工艺基础第一章-铸造课件PPT文件格式下载.ppt（80页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

这将极大地影响铸件质量和铸造工艺的设置一、铸件的凝固（P2）n液态金属由液态转变为固态的过程，从结晶学液态金属由液态转变为固态的过程，从结晶学的角度，就是原子由无序排列经过生核、核心的角度，就是原子由无序排列经过生核、核心长大成为规则排列的晶体的过程。

因此合金凝长大成为规则排列的晶体的过程。

因此合金凝固又称固又称一次结晶一次结晶。

n得到的凝固组织称为得到的凝固组织称为铸态组织铸态组织（晶粒形态、大（晶粒形态、大小、分布、缺陷等）取决于成分、冷却速度、小、分布、缺陷等）取决于成分、冷却速度、形核条件等。

形核条件等。

1、铸件的温度场（P2）铸件断面上温度分布曲线线称为铸件的温度场铸件的温度场。

如图所示的T曲线是某圆柱形铸件的温度场。

2、铸件的凝固区域（P3）n除纯金属和共晶合金外，断面上存在三个区域：

（1）固相区

（2）凝固区（3）液相区n这三个区域随时间变化而变化：

液相区不断缩小，凝固区不断向中心推进固相区铸件扩大。

3、铸件的凝固方式（P3）铸件的凝固方式主要取决于凝固区的宽度，可分成三种：

（1）逐层凝固逐层凝固

（2）糊状凝固糊状凝固（3）中间凝固中间凝固a）逐层凝固b）中间凝固c）糊状凝固3、铸件的凝固方式（P4）n逐层凝固逐层凝固：

纯金属或共晶成分的合金，由于不存在液固并存的凝固区，固液之间由一条界限清楚分开，随温度下降，界限不断向中心移动，直至凝固完成。

n糊状凝固：

糊状凝固：

合金的结晶温度范围很宽，且铸件温度分布较为平坦，则在凝固时铸件表面不存在固体层，凝固区贯穿整个断面，即先糊状而固化。

n中间凝固：

中间凝固：

介于逐层凝固和糊状凝固之间，大多数合金为此凝固方式铸件质量与凝固方式有关铸件质量与凝固方式有关（P4P4）逐层凝固时，合金充型能力强（流动逐层凝固时，合金充型能力强（流动性好），便于防止缩孔、缩松。

性好），便于防止缩孔、缩松。

而糊状凝固时，充型能力差，易产生而糊状凝固时，充型能力差，易产生缩松缩松二、液态金属的充型能力二、液态金属的充型能力（P4P4）n充型能力充型能力：

熔融金属或合金充满铸型型腔，获得形状完整，轮廓清晰铸件的能力。

n一些铸造缺陷，如浇不到、冷隔、砂眼、抬箱及气孔等都是在充型能不利的情况下产生的。

n对于充型能力强的合金液，卷入其中的气体易于上浮而被排除，有利于对铸件凝固收缩进行补缩及补合在凝固后期出现的热裂纹，从而防止气孔、缩孔、缩松和热裂等缺陷。

影响液态合金充型能力的主要因素影响液态合金充型能力的主要因素（P4P4）1、合金的流动性2、铸型和浇注条件3、铸件结构合金的流动性是：

合金的流动性是：

液态合金本身的流动能力。

合金的流动性越好，填充性也越好。

流动性对铸件性能的影响：

（1）有利于液态合金中气体和熔渣的上浮与排除；

（2）有助于对凝固过程中所产生的收缩进行补缩；

（3）若合金的流动性差，铸件容易产生浇不到、冷隔等缺陷，而且也是引起铸件气孔、夹渣和缩孔等缺陷的间接原因。

0.45%C铸钢：

2004.3%C铸铁：

1800流动性的测定与钢和铸铁流动性比较合金的流动性合金的流动性用浇注流动性试样的方法来衡量，一般采用如图所示的螺旋形试样，流动距离越长，表明流动性越好。

浇口杯出气口决定合金流动性的主要因素有：

1）合金的种类。

2）合金的成分。

3）杂质和含气量。

合金的熔点、热导率、粘度等物理性能影响流动性；

熔点越高，热导率越大，粘度越大其流动性越差。

合金种类铸型种类浇注温度/螺旋线长度/铸铁wC+Si=6.2%wC+Si=5.9%wC+Si=5.2%wC+Si=4.2%砂型砂型砂型砂型1300130013001300180013001000600铸钢wC=0.4%铝硅合金（硅铝明）镁合金（含Al和Zn）锡青铜（wSn10%，wZn2%）硅黄铜（wSi=1.5%4.5%）砂型砂型金属型（300砂型砂型砂型160016406807207001040110010020070080040060042010002）合金的成分。

同种合金，成分不同，其结晶特点不同，流动性也不同。

如图5所示铁碳合金的流动性与相图的关系.纯金属和共晶合金在恒温下结晶，为逐层凝固方式，如图a所示，凝固层表面光滑，阻力小，故流动性好，同时共晶合金熔点最低，故流动性最好。

而亚共晶合金，为中间凝固方式，复杂枝晶阻碍流动，故流动性差，如图b所示。

图5铁碳合金的流动性与相图的关系100200300温度（）0PbSb20406080204060800流动性（cm）22、铸型和浇注条件、铸型和浇注条件（P5P5）1）浇注温度浇注温度越高，保持液态的时间越长，流动性越好；

越高，保持液态的时间越长，流动性越好；

越高，合金粘度越低，阻力越小，充型能力越强。

2）充型压力充型压力压力越大，充型能力越强。

33）铸型条件铸型条件铸型温度越高，充型能力越好；

铸型温度越高，充型能力越好；

铸型中的气体阻碍充型。

33、铸件结构条件、铸件结构条件（P5P5）1）折算厚度折算厚度折算厚度也叫当量厚度或模数，为铸件体积与表面积之比。

折算厚度大，热量散失慢，充型能力就好。

铸件壁厚相同时，垂直壁比水平壁更容易充填。

2）铸件复杂程度铸件结构复杂，流动阻力大，铸型的铸件结构复杂，流动阻力大，铸型的充填就困难。

充填就困难。

三、铸件的收缩（P6）n合金的收缩合金的收缩：

合金从液态冷却至常温的过程中，体积或尺寸缩小的合金从液态冷却至常温的过程中，体积或尺寸缩小的现象。

现象。

n收缩能使铸件产生缩孔、缩松、裂纹、变形和内应力收缩能使铸件产生缩孔、缩松、裂纹、变形和内应力等缺陷。

等缺陷。

n通常用体收缩率或线收缩率来表示：

通常用体收缩率或线收缩率来表示：

体收缩率体收缩率：

体收缩率是铸件产生缩孔或缩松的根本原因。

线收缩率：

线收缩率是铸件产生应力、变形、裂纹的根本原因。

三、铸件的收缩（P6）合金的收缩过程可分为三个阶段：

如图所示。

1）液态收缩2）凝固收缩3）固态收缩1）液态收缩：

液态收缩：

指合金从浇注温度冷却到液相线温度过程中的收缩。

过热度越大，收缩系数越大，液态收缩率均增加。

液态时的体积收缩仅表现为型腔内液面得降低，可以从浇注系统中获得液体补充，以保持形腔充满。

22）凝固收缩：

）凝固收缩：

指合金在液相线和固相线之间凝固阶段的收缩；

由状态改变和温度下降两部分组成。

结晶温度范围越大，收缩率越大。

在凝固阶段如果合金的体积收缩得不到及时补充，则会形成缩孔和缩松。

33）固态收缩）固态收缩：

指合金从固相线温度冷却到室温时的收缩。

表现为铸件外形尺寸的减小，用线收缩率表示.它对铸件形状和尺寸精度影响很大.是铸造应力、变形和裂纹等缺陷产生的基本原因。

22、铸件的收缩、铸件的收缩（P7）（P7）n铸件的收缩要比合金的收缩复杂得多，当合金成分和温度一定时，铸件的收缩还与铸件结构和铸型条件有关。

n铸件结构造成各部分冷却速度不同，产生内部应力阻碍收缩；

铸型和型芯产生机械阻力。

33、缩孔、缩松的形成和防止办法、缩孔、缩松的形成和防止办法（P7）（P7）n铸件的收缩要比合金的收缩复杂得多，当合金成分和温度一定时，铸件的收缩还与铸件结构和铸型条件有关。

33、缩孔、缩松的形成和防止办法、缩孔、缩松的形成和防止办法（P7）（P7）n凝固结束后在铸件某些部位出现的孔洞，大而集中的孔洞称缩孔缩孔，细小而分散的孔洞称缩松缩松。

n缩孔缩松可使铸件机械性能大大降低，以致成为废品。

n缩孔和缩松是常见的铸造缺陷之一，要设法防止。

（1）缩孔的形成（P8）n形成条件，金属在恒温或很窄的温度范围内结晶，铸件壁成逐层凝固方式。

形成过程如图1-6所示；

动画视频演示；

n缩孔产生的基本原因是合金的液态收缩和凝固收缩值大于固态收缩值，且得不到补偿。

缩孔产生的部位在铸件最后凝固区域；

此区域也称热节，用画圆方法确定。

（2）缩松的形成（P8）n缩松形成的基本原因也是液态收缩和凝固收缩大于固态收缩。

但主要出现在糊状凝固的合金中，或断面较大的铸件壁中。

形成过程如图18所示。

动画视频演示。

n一般出现在铸件壁的轴线区域、热节处、冒口根部和内浇口附近缩孔和缩松影响缩孔、缩松形成的因素a）a）合金的成分合金的成分：

缩孔、缩松的形成倾向与化学成分密切相关；

共晶点附近的合金易形成缩孔，反之易形成缩松，如图所示；

b）b）浇注条件和铸型条件浇注条件和铸型条件：

合金的浇注温度越高，液态收缩越大，越易形成缩孔；

铸型材料的冷却能力愈大，有利于减少缩松；

c）c）铸件的结构铸件的结构。

消除缩孔、缩松的方法（P8）防止缩孔和缩松的基本原则是：

采用合理的工艺条件，是缩松转化为缩孔，并使缩孔移至冒口中。

主要措施有：

1）实现顺序凝固，用冒口补缩：

是指采用各种工艺措施，使铸件上从远离冒口的部分到冒口之间建立一个逐渐递增的温度梯度，从而实现由远离冒口的部分向冒口的方向顺序地凝固，如图19所示。

图11顺序凝固原则示意图2）合理利用冒口、冷铁和补贴（P9）n冒口冒口：

在铸件厚壁处和热节部位设置冒口，是防止缩孔、缩松最有效的措施。

n冷铁：

冷铁：

用铸铁、钢、铜等材料制成的激冷物。

加大冷却速度，调节凝固顺序。

n补贴：

在铸件壁上部靠近冒口处增加一个楔型厚度，使铸件壁厚变成朝冒口逐渐增厚的形状，即造成一个向冒口逐渐递增的温度梯度，增大补缩距离。

n三者综合应用是消除缩孔缩松的有效措施。

动画视频演示四、铸造应力、铸件变形和裂纹（P10）n铸件的固态收缩受到阻碍而引起的内应力称为铸造应铸造应力力。

n阻碍按形成的原因不同分为热阻碍热阻碍和机械阻碍机械阻碍。

n铸件各部分由于冷却速度不同，收缩量不同而引起的阻碍称为热阻碍，由其引起的应力称热应力热应力。

n铸型、型芯对铸件收缩的阻碍称为机械阻碍，由其引起的应力称机械应力机械应力。

（11）热应力（）热应力（P10P10）n热应力：

由热阻碍引起，落砂后热应力仍存在于铸件内，是一种残留应力残留应力。

n残留热应力的形成过程：

图132为一框架铸件，第一阶段，两者都为塑性变形，无热应力；

第二阶段，一塑一弹，仍无热应力；

第三阶段，两者均为弹性变形此时产生热应力。

n冷却慢的产生拉应力，冷却快的产生压应力。

n残留热应力和合金的弹性模量、线收缩系数、铸件各部分壁厚差及温度差成正比。

（22）机械应力（）机械应力（P11P11）n由机械阻碍产生，一般都是拉应力拉应力。

n机械应力是一种临时应力临时应力，在形成应力的原因消除时，应力也随之消除。

n但如果临时拉应力和残留热应力同时作用在某瞬间超过铸件的强度极限时，铸件将产生裂纹裂纹。

（3）减小和消除铸件应力的方法（P11）1）合理设计铸件结构。

尽量避免牵制收缩的结构，使铸件各部分能自由收缩。

2）采用同时凝固的工艺。

如图134所示，各部分温差小，不易产生热应力。

主要用于收缩较小的普通灰铸铁、结晶范围大，不易实现冒口补缩，对气密性要求不高的锡青铜铸件等。

3）设法改善铸型、型芯的退让性，合理设置浇冒口。

4）对铸件进行时效处理。

自然时效