第一液態(tài)成型理論基礎(chǔ)

1、 俗稱“鑄造”指熔煉一定成分的合金，制造鑄型并將熔融金屬澆進(jìn)鑄型內(nèi)，凝固后獲得一定形狀和性能的鑄件 優(yōu)點(diǎn)：1）最經(jīng)濟(jì)地制造外形和內(nèi)腔很復(fù)雜的零件2）適應(yīng)性廣3）成型件的形狀、尺寸接近零件4）原材料來源廣，價(jià)廉，設(shè)備投資少 1.1 液態(tài)金屬的凝固一、凝固組織凝固過程是一個(gè)結(jié)晶過程，是形核和長(zhǎng)大過程凝固組織： 宏觀：晶粒的形態(tài)、大小、分布等 微觀：晶粒內(nèi)部結(jié)構(gòu)的形狀、大小、 分布等凝固組織對(duì)鑄件的力學(xué)性能影響很大。二、鑄件的凝固方式 凝固過程中的三個(gè)區(qū)域： 固相區(qū)、 凝固區(qū)、 液相區(qū)凝固方式是根據(jù)凝固區(qū)的寬度來劃分 1）逐層凝固不存在液、固共存的凝固區(qū)，有一平滑的界面。 純金屬和 共晶合金的凝固方

2、式 圖 2）糊狀凝固合金的結(jié)晶溫度范圍寬在凝固前沿有液、固共存區(qū)，結(jié)晶溫度范圍很寬的時(shí)候，共存區(qū)貫穿整個(gè)斷面3）中間凝固介于兩種凝固之間 影響凝固方式的因素： 1）合金的結(jié)晶溫度范圍 2）鑄件斷面的溫度梯度 溫度梯度 凝固區(qū)寬度1.2 液態(tài)金屬的工藝性能稱鑄造性能 流動(dòng)性、收縮性、吸氣性、偏析等 一、流動(dòng)性 1. 概念流動(dòng)性：合金流動(dòng)的能力。是最重要的鑄造性能充型能力：金屬液充滿鑄型型腔，獲得輪廓清晰、形狀準(zhǔn)確的鑄件的能力 流動(dòng)性的測(cè)試：用螺旋形流動(dòng)性試樣長(zhǎng)度在相同的鑄型及澆注條件下，流動(dòng)性試樣長(zhǎng)度越長(zhǎng)，則合金的流動(dòng)性越好1）合金成分 主要影響其凝固方式，進(jìn)而影響流動(dòng)性 凝固方式： 層狀凝固

3、糊狀凝固 中間凝固2）鑄型特點(diǎn) （1）鑄型的蓄熱能力（蓄熱系數(shù)） （2）鑄型形狀 （3）鑄型溫度 （4）鑄型中氣體 3）澆注條件 （1）澆注溫度 溫度 ，金屬液的粘度，流動(dòng) 性 （2）充型壓力 在流動(dòng)方向上受到的壓力，流動(dòng) 性越好 1. 收縮從液態(tài)室溫； 尺寸減少鑄件的縮孔、縮松、裂紋、變形等都于 收縮有關(guān)收縮的三個(gè)階段： 1）液態(tài)收縮 液面下降 2）凝固收縮 液態(tài)收縮和凝固收縮是鑄件產(chǎn)生縮孔、 縮松的根本原因 3）固態(tài)收縮 鑄件的外形尺寸減??；用線收縮率 產(chǎn)生鑄造應(yīng)力，變形、裂紋等的原因1）化學(xué)成分2）澆注溫度 溫度高，收縮大3）鑄型條件，鑄件結(jié)構(gòu) 由于各部分冷卻速度不同，使收縮相互 制約而

4、不能自由收縮凝固過程中由于補(bǔ)縮不良而產(chǎn)生孔洞。集中孔洞縮孔分散孔洞縮松常出現(xiàn)在最后凝固的部位純金屬、共晶合金、凝固范圍窄的合金易產(chǎn)生縮孔分散而細(xì)小的孔洞借助高倍放大鏡顯微縮松影響氣密性，易滲漏多發(fā)生在鑄件的軸線附近和熱節(jié)部位凝固溫度范圍越寬，越易產(chǎn)生縮松其產(chǎn)生使鑄件的機(jī)械性能下降，甚至滲漏采用順序凝固原則 經(jīng)冒口充型 向冒口和內(nèi)澆道方向凝固 最終將縮孔轉(zhuǎn)移到冒口中 可獲得致密的鑄件，但使鑄件各部分 溫差大，易產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力。冒口增加成本用于收縮大，凝固溫度范圍窄的合金合理確定澆注系統(tǒng)和澆注工藝 澆注系統(tǒng)的位置影響鑄型的溫度分布， 進(jìn)而影響其凝固順序 合理應(yīng)用冒口、冷鐵、補(bǔ)貼 目的為使鑄件順序凝固加

5、壓補(bǔ)縮 使鑄件在壓力下凝固，可顯著減少縮松 如壓力鑄造、離心鑄造等鑄造應(yīng)力因凝固受阻產(chǎn)生 s變形 b開裂（1） 鑄造應(yīng)力 有熱應(yīng)力和機(jī)械應(yīng)力在凝固收縮時(shí)，因鑄型、型心、澆冒口及 鑄件本身結(jié)構(gòu)阻礙收縮而引起的應(yīng)力。 機(jī)械應(yīng)力是暫時(shí)存在的應(yīng)力當(dāng)形成應(yīng)力的原因消除后便會(huì)消失但機(jī)械應(yīng)力一般是拉應(yīng)力或切應(yīng)力，鑄件在高溫下強(qiáng)度低，若瞬間應(yīng)力之和超過其抗拉強(qiáng)度時(shí)，就可能產(chǎn)生裂紋。凝固和冷卻過程中，不同部位由于溫差造成不均勻收縮而引起的鑄造應(yīng)力冷卻后，熱應(yīng)力殘留在鑄件內(nèi)部 形成過程：三個(gè)階段 1之前 粗細(xì)桿溫度較高，易產(chǎn)生變形雖冷卻速度不同收縮不一致，但產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力將會(huì)引起微量變形而自行消除。 圖T1T2之間

6、細(xì)桿溫度已較低，難于產(chǎn)生塑性變形，但粗桿溫度仍較高兩個(gè)桿冷卻速度不同，收縮不一致，但產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力將使粗桿產(chǎn)生微量的收縮而自行消除。 圖 T2之后粗細(xì)桿溫度均較低，難以產(chǎn)生塑性變形；其中細(xì)桿已接近室溫，收縮趨于停止；粗桿粗桿溫度較細(xì)桿高，仍會(huì)有較大的收縮，因此將受到細(xì)桿阻礙而受拉受拉，細(xì)桿受壓細(xì)桿受壓圖合理設(shè)計(jì)鑄件的結(jié)構(gòu) 壁厚均勻、圓角過度等同時(shí)凝固原則去應(yīng)力退火鑄件內(nèi)應(yīng)力存在，鑄件總是力圖趨于穩(wěn)定狀態(tài)，故會(huì)自發(fā)地產(chǎn)生變形一般，受拉應(yīng)力部分內(nèi)凹 受壓應(yīng)力部分凸出防止措施： 減少應(yīng)力 增加鑄件的剛性（如加強(qiáng)筋等） 反變形法 造型時(shí)使型腔具有相反的預(yù)變形量 鑄件凝固后抵消變形有熱裂和冷裂（彈性狀態(tài)和

7、塑性狀態(tài)）熱裂 在凝固后期或凝固后在較高溫度下形成 的裂紋 裂紋斷面嚴(yán)重氧化，無金屬光澤，沿晶常見于鑄鋼件、鋁合金件冷裂 在較低溫度下形成的裂紋 斷面有金屬光澤，或微氧化常見于受拉的部位，特別是應(yīng)力集中處防止裂紋的措施 減少和消除應(yīng)力 控制 S、P 含量一般液態(tài)金屬，在高溫下會(huì)吸收大量氣體，若在其冷卻過程中不能逸出，則在冷卻后使鑄件內(nèi)形成氣孔缺陷。氣孔，減少鑄件有效承載面積，降低性能特別是韌性和疲勞性能 有三種類型的氣孔 大量氣體侵入金屬液而形成 氣體來源：澆注時(shí)，砂型及型心縮含水分 蒸發(fā)、有機(jī)物及附加物揮發(fā)特征：位于砂型及型心表面附近 呈橢圓形或梨形溶解于金屬液中的氣體在冷卻過程中，因氣體溶解度下降而析出，并在鑄件中殘留特征：尺寸小，分布面積廣，甚至遍布 整個(gè)鑄件截面。也稱“針孔”針孔影響機(jī)械性能、氣密性液態(tài)金屬與鑄型材料、心撐、冷鐵或熔渣之間發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而產(chǎn)生氣體形成的氣孔特征：分布在鑄件表層12mm處， 也稱“皮下孔”鑄件質(zhì)量：鑄件本身能滿足用戶要求的程度 包括外觀質(zhì)量、內(nèi)在質(zhì)量、使用質(zhì)量外觀質(zhì)量：指表面質(zhì)量達(dá)到用戶要求 粗糙度；表面質(zhì)量；尺寸公差等內(nèi)在質(zhì)量：不能用肉眼檢查出來的質(zhì)量 化學(xué)成分；物理、力學(xué)性能等使用質(zhì)量：能滿足使用要求的性能 在高速、磨耗、高熱等條件下 的工作性能；切削性能；焊接 主要影響充型能力影響質(zhì)量流動(dòng)性好：完整、輪廓清晰、尺寸精確