緒論第二節(jié)金屬的液態(tài)成型(1)ppt課件

1、與當前世界工業(yè)化國家先進程度相比，我國的鑄造消費的與當前世界工業(yè)化國家先進程度相比，我國的鑄造消費的差距不是表如今規(guī)模和產量上，而是集中在質量和效率上差距不是表如今規(guī)模和產量上，而是集中在質量和效率上.3 舊砂 型芯砂 外型 砂箱 配置 制芯 工裝 合型 落 鑄件 清理 后處置 檢 出 預備 澆注 砂 精整 熱處置 驗 廠 爐料 合金 預備 熔煉 報廢鑄件 砂型鑄造流程圖 第二節(jié) 金屬的液態(tài)成形 一一. .鑄件的凝固方式鑄件的凝固方式 1. 1. 鑄件的溫度場鑄件的溫度場 凝固凝固: :凝固凝固( (結晶角度來看結晶角度來看):):溫度場溫度場 : :鑄件溫度分布曲線鑄件溫度分布曲線. .見圖

2、見圖1-1.1-1.溫度梯度溫度梯度: :溫度場的變化速率溫度場的變化速率. .三種含碳量的鑄三種含碳量的鑄鐵的凝固方式鐵的凝固方式8 金屬的凝固方式金屬的凝固方式 鑄件的鑄件的“凝固方式是根據凝固區(qū)的寬窄來凝固方式是根據凝固區(qū)的寬窄來劃分的。普通分為逐層凝固方式、體積凝固或劃分的。普通分為逐層凝固方式、體積凝固或稱糊狀凝固方式和中間凝固方式。稱糊狀凝固方式和中間凝固方式。1、 逐層凝固方式 書圖1-2a為恒溫下結晶的純金屬或共晶成分合金某瞬間的凝固情況，隨著溫度的下降，固體層不斷加厚，逐漸到達鑄件中心，這種情況稱為“逐層凝固。9 tc是結晶溫度，T1和T2是鑄件斷面上兩個不同時辰的溫度場，從

3、圖中可以看到，恒溫下結晶的金屬，在凝固過程中其鑄件斷面上的凝固區(qū)域寬度等于零，斷面上的固體和液相由一條界限凝固前沿清楚地分開。102 2 體積凝固方式體積凝固方式 假設合金的結晶溫度范圍很寬圖2-5a，或因鑄件斷面溫度場較平坦圖2-5b，鑄件凝固的某一段時間內，其凝固區(qū)域很寬，甚至貫穿整個鑄件斷面，而外表溫度尚高于ts，這種情況稱為“體積凝固方式，或稱“糊狀凝固方式。113 3、中間凝固方式、中間凝固方式 假設合金的假設合金的結晶溫度范圍較窄結晶溫度范圍較窄圖圖2-6a2-6a，或因鑄，或因鑄件斷面的溫度梯度較件斷面的溫度梯度較大圖大圖2-6b2-6b，鑄件，鑄件斷面上的凝固區(qū)域寬斷面上的凝固

4、區(qū)域寬度介于前二者之間時，度介于前二者之間時，那么屬于那么屬于“中間凝固中間凝固方式。方式。12 凝固區(qū)域的寬度可以根據凝固動態(tài)曲線上的“液相邊境與“固相邊境之間的縱向間隔直接判別，因此，這個間隔的大小是劃分凝固方式的一個準那么。假設兩條線重合在一同恒溫下結晶的金屬，或者其間距很小，那么趨向于逐層凝固方式。假設二曲線的間距很大，那么趨向于體積凝固方式。假設二曲線的間距較小，那么為中間凝固方式。 由上述可知，鑄件斷面凝固區(qū)域的寬度是由合金的結晶溫度范圍和溫度梯度兩個量決議的。13鑄件的溫度梯度主要取決于： (1) 合金的性質 合金的凝固溫度愈低、導熱率愈高、結晶潛熱愈大，鑄件內部溫度均勻化才干愈

5、大、而鑄型的激冷作用變小，故溫度梯度小如多數(shù)鋁合金； (2) 鑄型的蓄熱才干 鑄型蓄熱才干愈強，激冷才干愈強，鑄件溫度梯度愈大； (3) 澆注溫度 澆注溫度愈高，因帶入鑄型中熱量增多，鑄件的溫度梯度減小。15 鑄件構成實際根底鑄件構成實際根底 液態(tài)金屬充溢鑄型，獲得尺寸準確、輪廓液態(tài)金屬充溢鑄型，獲得尺寸準確、輪廓明晰的鑄件，取決于充型才干。在液態(tài)合金充明晰的鑄件，取決于充型才干。在液態(tài)合金充型過程中，普通伴隨著結晶景象，假設充型才型過程中，普通伴隨著結晶景象，假設充型才干缺乏時，在型腔被填滿之前，構成的晶粒將干缺乏時，在型腔被填滿之前，構成的晶粒將充型的通道堵塞，金屬液被迫停頓流動，于是充型

6、的通道堵塞，金屬液被迫停頓流動，于是鑄件將產生澆缺乏或冷隔等缺陷。鑄件將產生澆缺乏或冷隔等缺陷。16鑄件的澆缺乏與冷隔鑄件的澆缺乏與冷隔在一樣的澆注在一樣的澆注工藝條件下，工藝條件下，將金屬液澆入將金屬液澆入鑄型中，測出鑄型中，測出其實踐螺旋線其實踐螺旋線長度。澆出的長度。澆出的試樣愈長，合試樣愈長，合金的流動性愈金的流動性愈好！好！鑄鑄鋼鋼的的流流動動性性鑄鐵的流動性鑄鐵的流動性鋼錠的宏觀組織鋼錠的宏觀組織顯微組織顯微組織電鏡組織電鏡組織鑄造消費過程23 影響充型才干的要素和緣由24 影響充型才干的要素和緣由 第三節(jié)第三節(jié) 鑄件的收縮鑄件的收縮一、合金的收縮性一、合金的收縮性收縮收縮: :鑄

7、件在凝固過程中體積的減小的景象。鑄件在凝固過程中體積的減小的景象。合金收縮的階段：合金收縮的階段： a.a.液態(tài)收縮液態(tài)收縮 b. b.凝固收縮凝固收縮 c. c.固態(tài)收縮固態(tài)收縮液態(tài)收縮、凝固收縮，是產生縮孔縮松的根本緣由。液態(tài)收縮、凝固收縮，是產生縮孔縮松的根本緣由。固態(tài)收縮是產生內應力、裂紋、變形的主要要素固態(tài)收縮是產生內應力、裂紋、變形的主要要素A A液態(tài)收縮對鑄件質量影響不大液態(tài)收縮對鑄件質量影響不大B B凝固收縮對鑄件內在質量影響大凝固收縮對鑄件內在質量影響大C C固態(tài)收縮對鑄件外形質量影響大固態(tài)收縮對鑄件外形質量影響大26 金屬從澆注溫度冷卻到室溫要閱歷三個相互聯(lián)絡的收縮階段：

8、液態(tài)收縮液態(tài)收縮 緣由：氣體排出；空穴減少；原子緣由：氣體排出；空穴減少；原子間間距減小。間間距減小。 (2)凝固收縮凝固收縮 緣由：空穴減少；原子間間距減緣由：空穴減少；原子間間距減小。小。 1與與2在外部表現(xiàn)皆為體積減小，普在外部表現(xiàn)皆為體積減小，普通表現(xiàn)為液面降低，因此稱為體積收縮。是縮通表現(xiàn)為液面降低，因此稱為體積收縮。是縮孔或縮松構成的根本緣由?？谆蚩s松構成的根本緣由。 (3) 固態(tài)收縮固態(tài)收縮 緣由空穴減少；原子間間距減緣由空穴減少；原子間間距減小。小。27 固態(tài)收縮還引起鑄件外部尺寸的變化故稱尺寸收縮或線收縮。線收縮對鑄件外形和尺寸精度影響很大，是鑄造應力、變形和裂紋等缺陷產生的

9、根本緣由。 不同的合金收縮率不同。在常用的合金中，鑄鋼的收縮最大，灰口鑄鐵的收縮最小。由于灰口鑄鐵中大部分碳是以石墨形狀存在的，由于石墨的比容大，在結晶過程中，石墨析出所產生的體積膨脹，抵銷了合金的部分收縮(普通每析出1%的石墨，鑄鐵體積約添加2%)。28 2.影響收縮的要素 (1) 化學成分 鑄鋼，隨著碳含量添加，收縮率增大?；铱阼T鐵，隨著碳和硅的含量添加，那么石墨添加，收縮率下降。合金的化學成分不同，收縮率也不同。 (2) 澆注溫度 澆注溫度升高，合金的液態(tài)收縮量添加，故合金的總收縮量增大。 (3) 鑄件構造和鑄型條件 鑄件在鑄型中是受阻收縮而不是自在收縮。阻力來自于鑄型和型芯；鑄件的壁厚

10、不同，各處的冷卻速度不同，冷凝時，鑄件各部分相互制約也會產生阻力。因此鑄件的實踐線收縮率比合金的自在線收縮率要小。2930 縮孔及縮松縮孔及縮松 縮孔和縮松縮孔和縮松可使鑄件力學性可使鑄件力學性能、氣密性和物能、氣密性和物化性能大大降低，化性能大大降低，以致成為廢品。以致成為廢品。是極其有害的鑄是極其有害的鑄造缺陷之一。造缺陷之一。二、收縮對鑄件的質量影響二、收縮對鑄件的質量影響(鑄件的缺陷鑄件的缺陷) A A 縮孔構成縮孔構成 縮孔縮孔: :鑄件中大而集中的空洞鑄件中大而集中的空洞 1型壁散熱-凝固 2外層結殼-封鎖3逐層凝固逐層凝固-空穴空穴 4凝固終了-縮孔-凹陷縮孔構成過程縮孔構成過程

11、液態(tài)液態(tài)冷卻冷卻結殼結殼進一步進一步逐層凝逐層凝固構成固構成真空真空固體收固體收縮構成縮構成真空泡真空泡(縮孔縮孔B B 縮松的構成縮松的構成 分散的微小孔分散的微小孔. . 對于凝固區(qū)寬的合金，結晶是在液對于凝固區(qū)寬的合金，結晶是在液-固兩相區(qū)進展的，從晶粒的構成固兩相區(qū)進展的，從晶粒的構成-晶枝的長大過程中，晶體連成骨架，晶枝的長大過程中，晶體連成骨架，存在于骨架內的金屬構成相互分隔的存在于骨架內的金屬構成相互分隔的小小“溶池，繼續(xù)結晶后，收縮的體溶池，繼續(xù)結晶后，收縮的體積得不到補縮，構成微小的孔洞積得不到補縮，構成微小的孔洞- -縮松?？s松。 1型壁散熱型壁散熱-凝固凝固 2外層結殼外

12、層結殼-封鎖封鎖 3糊狀凝固糊狀凝固-縮松縮松 4凝固終了凝固終了-縮松構成過程縮松構成過程 分散的微小孔分散的微小孔. 縮松構成過程液態(tài)冷卻結殼進一步糊狀凝固固液共存固體收縮構成松散細真空泡(縮松縮孔及縮松：液態(tài)金屬在冷卻收縮過程中得不到縮孔及縮松：液態(tài)金屬在冷卻收縮過程中得不到 充分補充而構成孔洞的景象。充分補充而構成孔洞的景象。金屬按一定次序結晶順序凝固易構成縮孔金屬按一定次序結晶順序凝固易構成縮孔金屬在大范圍內結晶同時凝固易構成縮松金屬在大范圍內結晶同時凝固易構成縮松實現(xiàn)順序凝固的方法：實現(xiàn)順序凝固的方法：安放冒口、冷鐵！安放冒口、冷鐵！36 集中縮孔易于檢查和修補，便于采取工藝措施防

13、止。但縮松，特別是顯微縮松，分布面廣，既難以補縮，又難以發(fā)現(xiàn)。合金液態(tài)收縮和凝固收縮愈大(如鑄鋼、白口鑄鐵、鋁青銅等),收縮的容積就愈大，愈易構成縮孔。合金澆注溫度愈高，液態(tài)收縮也愈大(通常每提高100，體積收縮添加1.6%左右)，愈易產生縮孔。結晶間隔大的合金，易于產生縮松；純金屬或共晶成分的合金，易于構成集中的縮孔。以下圖表示相圖與縮孔、縮松和鑄件致密性的關系。 37經過控制凝固順序，使縮孔產生在冒口中！二二. .固態(tài)金屬的收縮固態(tài)金屬的收縮( (鑄造應力、變形、裂紋鑄造應力、變形、裂紋) ) 應力的產生與防止應力的產生與防止: : 鑄造應力：由固態(tài)收縮受阻而產生的應力。鑄造應力：由固態(tài)收

14、縮受阻而產生的應力。 1. 1.機械應力機械應力 由于鑄型和型芯的機械妨礙的作用，鑄件的收由于鑄型和型芯的機械妨礙的作用，鑄件的收縮受阻而產生的應力縮受阻而產生的應力. . 落砂后機械妨礙消除，機械應力自行消逝。落砂后機械妨礙消除，機械應力自行消逝。 防止防止: :提高鑄型和型芯的容讓性。提高鑄型和型芯的容讓性。 在型砂中加在型砂中加一些鋸木等來減小鑄件的一些鋸木等來減小鑄件的 收縮阻力收縮阻力. . 2. 2.熱應力熱應力 由于壁厚不均勻由于壁厚不均勻, , 使鑄件各處熱收縮不均勻使鑄件各處熱收縮不均勻, , 因此產生的應力。因此產生的應力。溫度下降溫度下降 體積、尺寸收縮體積、尺寸收縮 收

15、縮不自在時收縮不自在時 應力、變形、裂紋應力、變形、裂紋兩種形狀兩種形狀塑性形狀橡皮泥塑性形狀橡皮泥:自動消除內應力自動消除內應力彈性形狀彈簧：不能消除內應力彈性形狀彈簧：不能消除內應力-=-+收縮過程中熱應力的構成收縮過程中熱應力的構成+下面用框形鑄件分析熱應力的構成過程下面用框形鑄件分析熱應力的構成過程:結論結論: 由于鑄件的冷卻速度不一致由于鑄件的冷卻速度不一致,產生熱應力產生熱應力,冷卻速度慢的冷卻速度慢的(厚壁或心部厚壁或心部)受拉應力受拉應力,冷卻速度快冷卻速度快的的(薄壁或外表薄壁或外表)受壓應力受壓應力.先冷卻的受緊縮先冷卻的受緊縮 薄壁部分薄壁部分后冷卻的受拉伸后冷卻的受拉伸

16、厚壁部分厚壁部分因冷卻速度及溫差不同而構成的應力。因冷卻速度及溫差不同而構成的應力。熱應力較大時，會引起工件的變形！熱應力較大時，會引起工件的變形！假設冷卻速度有差別，那么：假設冷卻速度有差別，那么：防止變形的措施防止變形的措施: : 1. 1.壁厚均勻壁厚均勻 2. 2.外形對稱外形對稱 3. 3.同時凝固同時凝固 4. 4.反變形反變形 2.冷裂紋： 在較低溫度下構成的裂紋. 特征：紋細呈延續(xù)直線狀有時紋內呈細微 氧化色,出如今外形復雜的拉伸部位，特別是具有應力集中處。 防止措施：1把內澆口開在薄壁處，實現(xiàn)同時凝固。2較早開箱，立刻用砂埋好，去除機械力。3修正構造，減小應力集中的尖角等4限

17、制磷的含量。52 1. 防止縮孔、縮松的方法 根本原那么：針對該合金的收縮和凝固特點制定正確的鑄造工藝，使鑄件在凝固過程中建立良好的補縮條件，盡能夠使縮松轉化為縮孔，并使縮孔出如今鑄件最后凝固的地方。這樣，在鑄件最后凝固的地方安頓一定尺寸的冒口，使縮孔集中于冒口中，或者把澆口開在最后凝固的地方直接補縮，就可以獲得健全的鑄件。 縮孔、縮松、應力和變形的防止方法縮孔、縮松、應力和變形的防止方法53 縮松轉化為縮孔的途徑可從兩方面思索： 第一，盡量選擇凝固區(qū)域較窄的合金，使合金傾向于逐層凝固，從根本上處理縮松的生成條件； 第二，對一些凝固區(qū)域較寬的合金，可采用增大凝固的溫度梯度方法，使合金盡能夠地趨

18、向于逐層凝固。(1) 使縮松轉化為縮孔的方法54 要使鑄件在凝固過程中建立良好的補縮條件，主要是經過控制鑄件的凝固方向使之符合“定向凝固原那么。(2) 防止縮孔的方法55 鑄造熱應力是由于鑄件壁厚有大小，冷卻有先后，致使鑄件收縮不一致而構成。防止熱應力和變形的方法是采用同時凝固原那么。 2. 2. 防止應力和變形的方法防止應力和變形的方法56 同時凝固原那么的優(yōu)點同時凝固原那么的優(yōu)點 凝固期間不容易產生熱裂，凝固后也不凝固期間不容易產生熱裂，凝固后也不易引起應力、變形；由于不用冒口或冒口很易引起應力、變形；由于不用冒口或冒口很小而節(jié)省金屬，簡化工藝、減少任務量。缺小而節(jié)省金屬，簡化工藝、減少任

19、務量。缺陷是鑄件中心區(qū)域往往有縮松，鑄件不致密。陷是鑄件中心區(qū)域往往有縮松，鑄件不致密。同時凝固普通用于以下情況：同時凝固普通用于以下情況：(1) 碳硅含量高的灰鑄鐵，其體積收縮較小碳硅含量高的灰鑄鐵，其體積收縮較小甚至不收縮，合金本身不易產生縮孔和縮松。甚至不收縮，合金本身不易產生縮孔和縮松。57 (2) 結晶溫度范圍大，容易產生縮松的合金如錫青銅，對氣密性要求不高時，可采用同時凝固。(3) 壁厚均勻的鑄件，尤其是均勻薄壁鑄件。(4)球墨鑄鐵件利用石墨化膨脹力實現(xiàn)本身補縮時，那么必需采用同時凝固原那么。(5)由于合金性質宜采用定向凝固原那么的鑄件，當熱裂、變構成為主要矛盾時，也可采用同時凝固原那么。58 為使鑄件實現(xiàn)定向凝固或同時凝固原那么，可采取以下工藝措施：(1)正確布置澆注系統(tǒng)的引入位置，確定合理的澆注工藝；(2)采用冒口；(3)采用補貼；(4)采器具有不同蓄熱系數(shù)的外型資料或冷鐵。 3. 兩種凝固原那么應采用的工藝措施 一.侵入氣孔 侵入氣孔：砂型外表層聚集的氣體侵入液體中構成 的氣孔.特征:在外表附近;氣孔尺寸較大,呈橢圓或梨形.孔內 外表被氧化。氣孔構成過程:汽化處遷移水分飽和凝聚區(qū)假設排氣不良氣氣壓 氣壓液體靜壓氣體進入液體 穿過液體逸出留在鑄件內氣孔 預防:降低型砂的發(fā)氣量和添加鑄型的排氣才干. 二二. .析出氣孔析出氣孔 析出氣孔析出氣孔-溶解在金