第一篇金属的液态成形-图文

第一篇金属的液态成形-图文

1.金属的液态成形(铸造)

1.0概述

将金属材料加热到高温熔化状态，然后采取一定的成形方法，待其冷却、凝固后获得所需金属制品，这种制造金属毛坯的过程称为金属的液态

成形。金属的液态成形除了铸造之外，还有液态模锻。

1.0.1铸造的定义

铸造是指将液态合金浇注到与零件的形状、尺寸相适应的铸型型腔中，待其冷却凝固后，获得所需形状、尺寸和性能的毛坯或零件的金属液态成

形方法。它是生产机器零件毛坯的主要方法之一。

1.0.2铸造的基本过程

铸造生产的基本过程包括以下三个步骤：①根据零件的要求，准备一

定的铸型；

②把金属液体浇满铸型的型腔；③金属液体在铸型型腔中冷凝成形，

获得一定形状和尺寸的铸件。

1.0.3铸造生产的特点

铸造的实质就是液态金属(合金)逐步冷凝成形，具有以下特点：优点：①适应性广

几乎所有金属及其合金，只要能够熔化成液态便能铸造，尤其是适合

生产塑性差的材料。②工艺灵活性大

各种形状、尺寸(壁厚从0.5～1000mm、轮廓从几毫米至几十米)、重量(从几克～几百吨)和生产批量的铸件都能生产，能够制成如机床床身、箱体、机架、支座等具有复

杂内腔的毛坯。某些形状极其复杂的零件只能用铸造方法制造毛坯。

③省工省料

铸件毛坯与零件形状相似，尺寸相近，加工余量小，金属利用率高，可以省工省料，精密铸件甚至不需切削加工，就可直接装配。④生产成本低

①铸件内部晶粒比较粗大，组织疏松，容易产生气孔、夹渣等铸造缺陷，机械性能和可靠性不如锻件，尤其是冲击韧性较差，不宜制造受冲击或交变载荷作用的零件。

②生产过程比较复杂，工序多且一些工艺过程难以精确控制，铸件质量不稳定，废品率较高。

③工人劳动强度大，劳动条件差。

1.0.4铸造生产的发展历史

我国是世界上最早掌握铸造生产的文明古国之一。早在三千多年前，青铜铸器已有应用，二千五百多年前，铸铁工具也已相当普遍。

我国劳动人民对世界铸造业的三大贡献(三大铸造技术)：泥型铸造(砂型铸造)、铁型铸造(金属型铸造)、失蜡铸造(熔模铸造)。新中国成立后，在型(芯)砂方面：快速硬化的水玻璃砂及各种自硬砂；在铸造合金方面：球墨铸铁及各种合金铸铁，“以铸代锻，以铁代钢”；在铸造设备方面：机械化、自动化的高压造型生产线；在新工艺、新技术方面：各种特种铸造方法及精密铸造方法广泛应用。

代表性范例：

河南安阳武官村晚商遗址出土的司母戊大方鼎(重达875kg)、湖北大冶春秋铜矿遗址、湖北随县出土的战国曾侯乙编钟(一套共65件、总重2567kg)、

山西太原晋祠铁人(北宋)河北沧州铁狮子(后周公元953年)重约40吨

铜爵(商)四羊樽(商)铜斝(jia)(商)

《吕氏春秋》、《周礼2考工记》、《天工开物》(明代宋应星)、《梦溪笔谈》(北宋沈括)

1.1液态成形基础

铸造生产中很少采用纯金属，而是使用各种合金。铸造合金除应具有符合要求的机械性能和物理化学性能外，还必须考虑其铸造性能。

液态合金充填铸型的过程，简称充型。合金的充型能力即是其铸造性能。合金的铸造性能包括流动性、收缩性、吸气性、偏析等。

铸造性能是保证铸件质量的重要因素，是衡量各种铸造合金优异的重要标志。如果合金熔化时，不易氧化，不易吸收气体；浇注时液态合金容易充满型腔；凝固时铸件不易产生缩孔，且化学成分均匀；冷却时铸件不发生变形和开裂，这样的铸造合金就被认为具有良好的铸造性能，易获得完整而优质的铸件。

1.1.1合金的流动性

1.1.1.1流动性的概念流动性是指液态(熔融)金属的流动能力。它是影响液态金属充型能力的主要因素之一，也是合金的主要铸造性能之一。

合金流动性越好，充型能力越强，越容易获得轮廓细致清晰、薄壁而形状

复杂的铸件；同时，有利于非金属夹杂物和气体的上浮排除；还有利于对

合金冷凝过程中所产生的

图1-1测定合金流动性的螺旋试样

收缩进行补缩。流动性较差的铸造合金则易产生浇不足、冷隔及夹渣、气孔等铸造缺陷。

1.1.1.2合金流动性的测定

合金的流动性可用螺旋试样测定法进行测定。将液态合金浇入螺旋线

形的铸型型腔中，所得的螺旋试样的长度就代表其流动性的好坏。显然，

在相同的铸型及浇注条件下，浇出的螺旋试样越长，则表示该合金的流动

性越好。

在常用铸造合金中，铸铁和硅黄铜的流动性最好，铝硅合金次之，铸

钢最差。

表1-1几种铸造合金的流动性

合金种类铸铁：wC+Si=6.2%5.9%5.2%5.0%4.2%铸钢：wC=0.4%wC=0.4%

铝硅铝明镁合金锡青铜ZQSn10-2ZQSn3-7-5-1硅黄铜砂型砂型1300铸型

种类浇注温度/℃螺旋线长度/mm180013001000800600100200400700～800400～6004201951000砂型金属型（预热300℃）砂型16001640680680～72070010409801100

1.1.1.3影响流动性的因素

影响合金流动性的因素很多，其中化学成分的影响最为显著。⑴化学

成分

合金的结晶特性对流动性影响很大：结晶温度范围窄的合金流动性好，故纯金属和共晶成份合金流动性好；结晶温度范围宽的合金流动性差，故

远离共晶成分的亚共晶和过共晶合金流动性差。

C、Si含量越高，越接近共晶成分，流动性越好；P也可提高流动性，但易引起冷脆；S、Mn则会降低流动性。⑵浇注条件

①浇注温度

在一定范围内，浇注温度越高，合金保持液态的时间越长，且使金属

液粘度降低，其中的杂质易于上浮或溶解，减少了内摩擦。同时液态合金

过热度越高，传给铸型的热量越多，铸型与金属液的温差越小，故合金流

动性好，充型能力强。但浇注温度过高，液态合金收缩增大，吸收气体多，氧化严重，流动性反而会下降，铸件易产生缩孔、缩松、粘砂、气孔等缺陷。因此在保证流动性的前提下，浇注温度应尽可能低一些。但对于形状

复杂的薄壁件或流动性较差的合金可适当提高浇注温度，以防止浇不足、

冷隔等缺陷。生产中每种合金都有一定的浇注温度范围：铸钢为

1520℃～1620℃，铸铁为1230℃～1450℃，铝合金为680℃～780℃。薄壁复杂件取上限，厚壁件取下限。②充型压力

液态合金在流动方向上所受压力越大，其流动性越好，充型压力也越强。砂型铸造时，可采用增加内浇口截面、直浇口高度或提高浇包位置等

方法，以提高充型压力，增加合金流动性；也可采用压力铸造、低压铸造、离心铸造等人工加压的方法，提高充型能力，增加合金流动性。③浇注系

统的结构