金属工艺学(铸造)
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
第二篇 铸造 铸 件
GM-KD5025数控龙门磨床床身 （41T）
1 2020/8/9
第一章 铸造的工艺基础 一、铸造：将液态合金浇注 到与零件的形状、尺寸相适 应的铸型空腔中，待其冷却 凝固，以获得毛坯或零件的 生产方法，叫做铸造。
金属熔化
液态金属浇入铸型
落砂清理后成为铸件
2 2020/8/9
二、铸造的特点：
一、铸件的凝固 逐层凝固（充型能力好，便于补缩）
１、凝固方式 糊状凝固(易形成缩孔、难以获得结晶紧实的铸件） 中间凝固（介于上两者间）
铸件的凝固方式
6 2020/8/9
合金的结晶温度范围
２、影响凝固方式的主要因素
合金性质
铸件的温度梯度 铸型的蓄热能力
浇注温度
二、铸造合金的收缩
铸造合金在浇注、凝固、直至冷却到室温的过程中，其体积或尺寸
缩减的现象称为收缩。
1、收缩的实质：按空穴理论，随着温度的下降合金中空穴的数量 少，原子间距缩短，使其体积和尺寸缩小。
液态收缩ε液：T浇~T液的收缩，T浇越大， ε液则越大 ２、收缩的分类 凝固收缩ε凝：T液~T固的收缩，结晶间隔越大,ε凝则越大
固态收缩ε固:T固~室温的收缩,与合金的线膨胀系数有关。
螺旋形试样
4 2020/8/9
1)、合金流动性的测定：用“螺旋形
试样”的长度来衡量。在相同浇注
条件下，试样愈长，流动性愈好。
2)、影响合金流动性的因素：主要是
合金的化学成分。液相线与固相线
间的距离（T液－T固）称为结晶间隔。
Fe-C合金流动性与含碳量关系
结晶间隔越大流动性越差ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ反之越好，因此共晶成分合金流动性
由上可知：由于内应力的存在，就等于铸件在未承受载荷之前， 自身就已承受了应力载荷，因而使铸件的实际承载能力降低，同时 应力过大时，会导致变形、开裂而报废。
壁厚差 ２）、热应力的影响因素 线收缩率
弹性模量
17 2020/8/9
３）、预防措施： Ａ、设计壁厚均匀的铸件； Ｂ、选用线收缩率小的合金； Ｃ、在工艺上采取措施，控制铸件厚处和薄处同时冷却 （同时凝固原则）； Ｄ、对已存在应力铸件进行低温去应力退火。
影响因素：
缩孔的形成
Ａ、ε液、ε凝的大小；Ｂ、浇注温度的高低；Ｃ、铸件厚度。
8 2020/8/9
明集中缩孔 暗集中缩孔
分散缩孔
缩松
２）、缩松：分散在铸件某区域内的细小缩孔，称为缩松。
分宏观缩松和显微缩松。
形成原因：由于铸件最后凝固区域的收缩未能得到补足，
或者因合金呈糊状凝固，被树枝状晶体分隔的小液体区难
最好.(图2-3）。
２、浇注条件(浇注温度和充型压力）：浇注温度越高，充型压力
越大则充型能力越好。
３、铸型填充条件（铸型的蓄热能力，铸型温度和铸型中的气
体）：铸型的蓄热能力低，铸型温度较高，铸型排气能力较好时
则充型能力较好。
由于充型能力低而引起的缺陷有：冷隔、浇不足。
5 2020/8/9
第二节 铸件的凝固与收缩
2020/8/9
缩孔
缩
松
11 2020/8/9
⑵偏析：合金中各部分化 学成分不均匀的现象称为 偏析。铸锭(件)在结晶时, 由于各部位结晶先后顺序 不同，合金中的低熔点元 素偏聚于最终结晶区，造 成宏观上的成分不均匀， 称宏观偏析。适当控制浇 注温度和结晶速度可减轻 宏观偏析。
硫在钢锭中偏析的模拟结果
以得到补缩所致。
逐层凝固合金易产生缩孔（如纯金属、共晶合金），糊状
凝固合金易产生缩松，（如锡青铜）。
9 2020/8/9
２、缩孔和缩松的防止： １）、适当地降低浇注温度和浇注速度。 ２）、采用顺序凝固、冒口补缩(顺序凝固原则)。 ３）、按冷铁、采用金属型。 缩孔部位的确定：常用“凝固等温线法”、“内切圆法”10。
15 2020/8/9
A
T0-T1 均处于塑 性状态
B
C
T1-T2
Ⅱ处于弹性状态， Ⅰ处于 塑性状态
D
T2-T3 Ⅰ、Ⅱ均处 于弹性状态 16
2020/8/9
冷至室温（ T3）时，杆Ⅰ受拉，杆Ⅱ受压。 判断应力方向的规律：
最后冷却收缩的部分受拉伸应力，先冷却收缩的部位受压应力。 因此铸件的厚壁或心部受拉，薄壁或表层受压。
而产生的内应力。机械应力 使铸件产生拉伸或剪切应力， 并且是暂时的，在铸件落砂 之后，这种应力便可自行消 失。
14 2020/8/9
２、热应力：由于同一构件各部分冷却速度不同，以 致在同一时期内铸件各部分收缩不一致而引起的。 １）、热应力的形成 再结晶温度（t临）：产生了加工硬化的工件，在加热 至某一温度后能发生再结晶现象，此温度叫再结晶温 度。高于再结晶温度时，材料处于塑性状态，低于再 结晶温度时材料处于弹性状态。
１、能制成形状复杂，特别是具 有复杂内腔的毛坯；
２、铸件重量及所用合金几乎不 受限制；
３、铸件的切削加工余量较小、 成本低。因此，得到了广泛的 应用。
但是：
1、抗拉强度和冲击韧性不如锻、 焊件。
2、工艺复杂，故废品率高。
3 2020/8/9
第一节 液态合金的充型
一、充型概念：液态合金填充铸 型的过程，简称充型。液态合金 充满铸型型腔，获得形状完整、 轮廓清晰铸件的能力，称为液态 合金的充型能力。 二、充型能力的影响因素： １、合金的流动性（常用螺旋形 试样长度来衡量）：流动性愈好， 充型能力愈好，愈便于浇铸出轮 廓清晰、薄而复杂的铸件。
12 2020/8/9
⑶气孔: 是指液态金属中溶解的气体或反应生成的 气体在结晶时未逸出而存留于铸锭(件)中的气泡.铸 锭中的封闭的气孔可在热加工时焊合，张开的气 孔需要切除。铸件中出现气 孔则只能报废。
铸件中的气孔
13 2020/8/9
第三节 铸造内应力 变形和裂纹
内力：构件内部相互作用并达平衡的力。 与内应力、变形、裂纹相关的是固态收缩。 一、内应力的形成：因固态收缩受阻。 按内应力产生的原因分为：机械应力、热应力。 １、机械应力（受机械阻碍而形成的） 原因：铸件固态收缩时，受到铸型或型芯等的机械阻碍
7 2020/8/9
三、铸件中的缩孔与缩松： １、缩孔和缩松的形成： 液态合金在冷凝过程中，若其液态收缩和凝固收缩所缩减的容积得 不到补足，则在铸件最后凝固部位形成一些孔洞，按孔洞的大小和 分布，分为缩孔和缩松。 1）、缩孔：集中在铸件上部或最后凝固的部位容积较大的孔洞。 特征：多呈倒圆锥形，内表面粗糙，通常隐藏在铸件内层，有时暴 露于表面。
GM-KD5025数控龙门磨床床身 （41T）
1 2020/8/9
第一章 铸造的工艺基础 一、铸造：将液态合金浇注 到与零件的形状、尺寸相适 应的铸型空腔中，待其冷却 凝固，以获得毛坯或零件的 生产方法，叫做铸造。
金属熔化
液态金属浇入铸型
落砂清理后成为铸件
2 2020/8/9
二、铸造的特点：
一、铸件的凝固 逐层凝固（充型能力好，便于补缩）
１、凝固方式 糊状凝固(易形成缩孔、难以获得结晶紧实的铸件） 中间凝固（介于上两者间）
铸件的凝固方式
6 2020/8/9
合金的结晶温度范围
２、影响凝固方式的主要因素
合金性质
铸件的温度梯度 铸型的蓄热能力
浇注温度
二、铸造合金的收缩
铸造合金在浇注、凝固、直至冷却到室温的过程中，其体积或尺寸
缩减的现象称为收缩。
1、收缩的实质：按空穴理论，随着温度的下降合金中空穴的数量 少，原子间距缩短，使其体积和尺寸缩小。
液态收缩ε液：T浇~T液的收缩，T浇越大， ε液则越大 ２、收缩的分类 凝固收缩ε凝：T液~T固的收缩，结晶间隔越大,ε凝则越大
固态收缩ε固:T固~室温的收缩,与合金的线膨胀系数有关。
螺旋形试样
4 2020/8/9
1)、合金流动性的测定：用“螺旋形
试样”的长度来衡量。在相同浇注
条件下，试样愈长，流动性愈好。
2)、影响合金流动性的因素：主要是
合金的化学成分。液相线与固相线
间的距离（T液－T固）称为结晶间隔。
Fe-C合金流动性与含碳量关系
结晶间隔越大流动性越差ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ反之越好，因此共晶成分合金流动性
由上可知：由于内应力的存在，就等于铸件在未承受载荷之前， 自身就已承受了应力载荷，因而使铸件的实际承载能力降低，同时 应力过大时，会导致变形、开裂而报废。
壁厚差 ２）、热应力的影响因素 线收缩率
弹性模量
17 2020/8/9
３）、预防措施： Ａ、设计壁厚均匀的铸件； Ｂ、选用线收缩率小的合金； Ｃ、在工艺上采取措施，控制铸件厚处和薄处同时冷却 （同时凝固原则）； Ｄ、对已存在应力铸件进行低温去应力退火。
影响因素：
缩孔的形成
Ａ、ε液、ε凝的大小；Ｂ、浇注温度的高低；Ｃ、铸件厚度。
8 2020/8/9
明集中缩孔 暗集中缩孔
分散缩孔
缩松
２）、缩松：分散在铸件某区域内的细小缩孔，称为缩松。
分宏观缩松和显微缩松。
形成原因：由于铸件最后凝固区域的收缩未能得到补足，
或者因合金呈糊状凝固，被树枝状晶体分隔的小液体区难
最好.(图2-3）。
２、浇注条件(浇注温度和充型压力）：浇注温度越高，充型压力
越大则充型能力越好。
３、铸型填充条件（铸型的蓄热能力，铸型温度和铸型中的气
体）：铸型的蓄热能力低，铸型温度较高，铸型排气能力较好时
则充型能力较好。
由于充型能力低而引起的缺陷有：冷隔、浇不足。
5 2020/8/9
第二节 铸件的凝固与收缩
2020/8/9
缩孔
缩
松
11 2020/8/9
⑵偏析：合金中各部分化 学成分不均匀的现象称为 偏析。铸锭(件)在结晶时, 由于各部位结晶先后顺序 不同，合金中的低熔点元 素偏聚于最终结晶区，造 成宏观上的成分不均匀， 称宏观偏析。适当控制浇 注温度和结晶速度可减轻 宏观偏析。
硫在钢锭中偏析的模拟结果
以得到补缩所致。
逐层凝固合金易产生缩孔（如纯金属、共晶合金），糊状
凝固合金易产生缩松，（如锡青铜）。
9 2020/8/9
２、缩孔和缩松的防止： １）、适当地降低浇注温度和浇注速度。 ２）、采用顺序凝固、冒口补缩(顺序凝固原则)。 ３）、按冷铁、采用金属型。 缩孔部位的确定：常用“凝固等温线法”、“内切圆法”10。
15 2020/8/9
A
T0-T1 均处于塑 性状态
B
C
T1-T2
Ⅱ处于弹性状态， Ⅰ处于 塑性状态
D
T2-T3 Ⅰ、Ⅱ均处 于弹性状态 16
2020/8/9
冷至室温（ T3）时，杆Ⅰ受拉，杆Ⅱ受压。 判断应力方向的规律：
最后冷却收缩的部分受拉伸应力，先冷却收缩的部位受压应力。 因此铸件的厚壁或心部受拉，薄壁或表层受压。
而产生的内应力。机械应力 使铸件产生拉伸或剪切应力， 并且是暂时的，在铸件落砂 之后，这种应力便可自行消 失。
14 2020/8/9
２、热应力：由于同一构件各部分冷却速度不同，以 致在同一时期内铸件各部分收缩不一致而引起的。 １）、热应力的形成 再结晶温度（t临）：产生了加工硬化的工件，在加热 至某一温度后能发生再结晶现象，此温度叫再结晶温 度。高于再结晶温度时，材料处于塑性状态，低于再 结晶温度时材料处于弹性状态。
１、能制成形状复杂，特别是具 有复杂内腔的毛坯；
２、铸件重量及所用合金几乎不 受限制；
３、铸件的切削加工余量较小、 成本低。因此，得到了广泛的 应用。
但是：
1、抗拉强度和冲击韧性不如锻、 焊件。
2、工艺复杂，故废品率高。
3 2020/8/9
第一节 液态合金的充型
一、充型概念：液态合金填充铸 型的过程，简称充型。液态合金 充满铸型型腔，获得形状完整、 轮廓清晰铸件的能力，称为液态 合金的充型能力。 二、充型能力的影响因素： １、合金的流动性（常用螺旋形 试样长度来衡量）：流动性愈好， 充型能力愈好，愈便于浇铸出轮 廓清晰、薄而复杂的铸件。
12 2020/8/9
⑶气孔: 是指液态金属中溶解的气体或反应生成的 气体在结晶时未逸出而存留于铸锭(件)中的气泡.铸 锭中的封闭的气孔可在热加工时焊合，张开的气 孔需要切除。铸件中出现气 孔则只能报废。
铸件中的气孔
13 2020/8/9
第三节 铸造内应力 变形和裂纹
内力：构件内部相互作用并达平衡的力。 与内应力、变形、裂纹相关的是固态收缩。 一、内应力的形成：因固态收缩受阻。 按内应力产生的原因分为：机械应力、热应力。 １、机械应力（受机械阻碍而形成的） 原因：铸件固态收缩时，受到铸型或型芯等的机械阻碍
7 2020/8/9
三、铸件中的缩孔与缩松： １、缩孔和缩松的形成： 液态合金在冷凝过程中，若其液态收缩和凝固收缩所缩减的容积得 不到补足，则在铸件最后凝固部位形成一些孔洞，按孔洞的大小和 分布，分为缩孔和缩松。 1）、缩孔：集中在铸件上部或最后凝固的部位容积较大的孔洞。 特征：多呈倒圆锥形，内表面粗糙，通常隐藏在铸件内层，有时暴 露于表面。