金属液态成形与半固态成形

10% 0
• 线收缩率：
l
L0 L1 10% 0 L0
合金从浇注温度的液态—常温，经历液态→凝固→固态三阶 段收缩，总收缩率为上述三阶段之和，与合金的成分、浇注 温度和相变有关。合金收缩过程示意图如图4-3所示。
一些典型合金的体收缩率见表4-1
（2）缩孔与缩松
• 缩孔：在铸件上部或最后凝固的部位出现的容积较大的孔洞。 • 缩松：由于合金液结晶温度范围很宽和温度梯度小，随树枝
防止措施：减少铸造应力，采取反变形法等。
（3） 裂纹：
• 铸造应力超过材料强度极限产生的裂纹，分为热裂和冷裂 • 常发生在铸件拐角、截面突变处等应力集中处或最后凝固
部位。
✓ 热裂：结晶温度范围内固相线附
近形成。断口氧化严重，无金属 光泽。裂口沿晶界产生发展，外 形曲折而不规则。
✓ 冷裂：铸件处于弹性或较低温度
第二篇 材料的成形与加工
在第一部分的内容中，已经讲述了材料制取与合成，工艺与方法， 包括三部分：
1) 材料的熔炼； 2) 粉末材料制备； 3) 高分子材料的聚合
制取的这些材料为适用于不同的用途，需进一步深加工成实用的材料， 制品或器件。材料的加工成形成为材料制备工程中的关键环节。
这一大部分内容中将涉及以下五大内容：
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4) 当今应用广泛，研究和发展成就丰硕。例如，我国成世界 铸件生产大国。1998年，我国铸件产量为1250万吨，居 世界第二。
a) 掌握凝固过程与铸件组织、性能之间的关系，能 够实现控制凝固技术。如定向凝固，单晶技术， 快速凝固技术。
b) 铸件轻量化、薄壁化和优质化成为趋势。 c) 工艺和设备的发展 d) 信息化
1) 液态成形（金属铸造） 2) 塑性加工方法 3) 粉末材料的成形与固结 4) 高分子材料的成形与加工 5) 材料连接
第二章 金属的液态成形与半固态成形
2.1 液态成形 2.2 半固态成形 2.3 快速凝固成形
2.1 液态成形
2.1.1 概述 2.1.2 液态成形合金的性能
1．合金的充型能力 2．合金收缩 3．铸造应力、变形和裂纹 4．合金的偏析及吸气性
b) 浇注条件 温度，充型压力、浇注系统结构 铸铁 1250——1420℃ 铸钢 1520——1620℃ 铝合金 680——780℃
c) 铸型性质及结构 铸型的导热、比热容，造成的冷 却能力，铸型排气能力。
2．合金收缩 （1）收缩的概念：指体积和尺寸缩小现象。
用体收缩和线收缩表示：
•
体收缩率：
V0 V1 V0
3．液态成形的基本工艺流程
2.1.2 液态成形合金的性能
1．合金的偏析及吸气性
1．合金的充型能力 充型能力：指液态合金充满铸型型腔，获得形状完整、
轮廓清晰的健全铸件的能力。
影响充型能力的因素：
a) 合金流动性 通常以螺旋形试样长度来测量。 见图示4—2。
时形成的。断口表面有金属光泽 或轻度氧化色，裂口宽度均匀， 走向平滑，且往往穿过晶粒。
4．合金的偏析及吸气性 （1）合金的偏析 指铸件各部分化学成分的不均匀现象。 微观偏析：
晶粒范围内化学成分不均匀现象。有枝晶、胞状和晶界偏 析。可通过高温扩散退火和晶粒化孕育处理而消除。
宏观偏析：
铸件各部位之间的化学成分的差异。有正、反、比重偏 析。如快速冷却调整铸件各处温差，降低有害元素含量可 防止偏析产生。
✓ 使铸件各部分温度均匀，同时凝固； ✓ 可安放冒口、冷铁或调整内浇口位置，提高铸型和芯
子的退让性. ✓ 设计合理铸件结构使壁厚均匀，结构对称等； ✓ 选用E和αL小的材料； ✓ 对铸件进行时效热处理。
（2） 变形：
冷却凝固在铸件内部产生的残留应力要自发的通过变形来 减少或消除。受拉应力处内凹，受压应力处外凸。
（2）合金的吸气性
凝固前气体来不及排除，在铸件中产生的气孔现象
• 侵入性气孔。浇铸过程铸形和型芯受热产生气体及型腔中
空气侵入形成气孔，量少,体积大，常出现在铸件表面或 靠近型芯的表面处。
• 析出性气孔。为溶解于合金液中气体，在冷凝过程中，溶
解度下降析出的。主要是氢气和氮气孔。直径小于1mm， 多而分散在某部分的整个断面。
1．液态成形的特点
1) 适用性强，工艺灵活性大。如最薄0.2mm, 最厚1m， 最长10m。
2) 成形尺寸精度高 3) 成本低 4) 零件的力学性能较差，尺寸的均一性差 5) 液态成形过程劳动强度大，生产条件较差，生产率较低
2．液态成形的发展
1) 历史悠久。追溯到5000年的夏商初期，青铜、 2) 公元前6世纪我国发明了生铁、铸铁技术 3) 隋、唐以后掌握了大型铸件的铸造技术，如公元935年河北沧州大铁
晶长大，枝晶分割成的许多小熔池，在凝固最后收缩得不到 补充形成的分散性孔洞。
防止缩孔与缩松的措施
a) 结晶温度范围窄的合金采取顺序凝固方式，冒口最后 凝固；
b) 结晶温度范围宽的合金采取同时凝固方式； c) 凝固在加压或热等静压下进行。
3．铸造应力、变形和裂纹 （1）铸造应力： 铸件凝固过程中由于凝固顺序和温度不均一，使各种收缩受阻 而在铸件内部产生的应力。收缩应力、热应力、相变应力。
• 反应性气孔。浇入铸形的金属液与铸形材料冷铁、熔渣间
反应或金属液内部成分间发生化学反应形成。前者又称皮 下气孔，直径为1～3mm，分布于铸件表皮下1～3mm处； 后者在铸件内部均匀分布。
2.1.3 液态成形方法
基本工艺流程 见图4-1
2.1.3 液态成形方法
1．砂型铸造 2．特种铸造 （1）熔模铸造（精密铸造） （2）金属型铸造 （3）压力铸造 （4）实型铸造 （5）离心铸造
2.1.1 概述
液态成形——指将材料熔化成一定成分和一定温度的液体， 然后在重力和外力作用下浇入到具有一定形状和尺寸的型腔 中，经冷却凝固后形成所需要的零件的技术。
1) 收缩应力：铸件在固态收缩时，因受铸型、砂芯、浇冒 口等外力阻碍而产生的应力。一般为拉应力，可以消除。
2) 热应力：铸件在冷却过程中因不同部位冷却速度不同， 收缩不均衡而形成的应力。
3) 相变应力：合金内部发生固态相变，铸件各部分体积产 生不均衡变化引起的应力。
4) 减少和消除铸造应力的措施。