第二章铸造成形讲解
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)。
中南大学 Central South University
第二章 铸造成形
§ 2.1 铸造工艺基础
• 2.1.1 液态合金的充型 • 2.1.2 铸件的凝固收缩 • 2.1.3 铸造内应力，变形和裂纹 • 2.1.4 铸件中的气孔 • 2.1.5 铸件的质量控制
铸造的特点
• 可以生产出形状复杂的零件，特别是具 有复杂内腔的零件。
1. 收缩及其影响因素
合金的收缩：铸件在凝固 和冷却过程中，其体积或 尺寸减少的现象称为收缩。 包括： ①液态收缩（体收缩率） 浇注温度—液相线
T ① ② ③
成分(%)
②凝固收缩（体收缩率） 缩孔，缩松 液相线—固相线
③固态收缩（线收缩率） 固相线—室温
应力，变形，裂纹
铸造合金的收缩
合金 含碳量 浇注 种类 （%） 温度
• 中间凝固
– 大多数合金属 于这种方式。
凝固方式与铸件质量的关系： 逐层凝固有利于充型，可防 止缩孔和缩松。
影响铸件凝固方式的因素
• 合金的结晶温度
– 结晶温度范围越小，糊状凝固区越小。
• 铸件的温度梯度
温度梯度越大，糊状凝固区越小。 – 合金的性质 – 铸型的蓄热能力 – 浇注温度
合金的收缩性
– 缩孔 它是集中在铸件上部或最后凝固的 部位容积较大的孔洞
– 缩松 分散在铸件某区域内的细小孔洞， 称为缩松
顺序凝固原则（定向凝固）
• 所谓顺序凝固，就是在铸件上可能出现 缩孔的厚大部位通过安放冒口等工艺措 施，使铸件上远离冒口的部位先凝固， 尔后是靠近冒口部位凝固，最后才是冒 口本身的凝固。
• 实现顺序凝固的措施。合理设计冒口和 安放冷铁。
铸型填充条件
• 铸型的蓄热能力
– 散热越快的铸型，充型能力越差。
• 铸型温度
– 金属型铸造和熔模铸造时，铸型温度越高， 充型能力越好。
• 铸型中气体
– 铸型中的气体压力增大，液态合金的流动困 难，充型能力差。
§2.1.2 铸件的凝固与收缩
• 1、铸件的凝固方式
– 逐层凝固 – 糊状凝固 – 中间凝固
铸件上可能产生缩孔或缩松的部位
凝固等温线法
内切圆法
•等 温 线 未 画 到的部位
•内切圆大的部位可能产生缩 孔或缩松
§2.1.3 铸造内应力、变形 及裂纹
• 1、铸造内应力 • 2、铸件的变形 • 3、铸件的裂纹
1、铸造内应力
内应力的形成 • 热应力 它是由于铸件的壁厚不均匀，
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。薄 壁处受压应力，厚壁处受拉应力。
流动动性的测定
• 流动性实验
几种不同合金流动性的比较
比较下面几种合金流动性能 *铸钢的流动性
*铸铁的流动性
实验证明铸铁的流动性好，铸钢的流动性差。
合金的充型能力之二
浇注条件
• 浇注温度
– 浇注温度越高，充型能力越好。但温度过高。 会出现其他铸造缺陷。
• 充型压力
– 压力越大，充型能力越好。
合金的充型能力之三
铸造 碳钢 0.35 1610
白口 铸铁 3.00 1400
灰口 铸铁 3.50 1400
液态 收缩 1.6
2.4
3.5
凝固 固态 总收缩 收缩 收缩 （%）
3
7.8 12.46
12~ 4.2 5.4~6.3
12.9 6.9~ 0.1 3.3~4.2 7.8
铸件中的缩孔与缩松
• 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 的容积的得不到补足，则在铸件最后凝 固的部位形成一些孔洞
– 合金性质 铸造合金的结晶特点和化学成分 对热裂的产生均有明显的影响
– 铸型阻力 铸型(包括型芯)的退让性对热力 的形成有重要影响。
• 冷裂 冷裂是在低温下行成的裂纹。其形 状特征是:裂纹细小，呈连续直线状，有 时缝内呈轻微氧化色。
§2.1.4 铸件中的气孔
气孔的来源
1、侵入气孔
侵入气孔是由于砂型表面层聚集的气体侵入 金属液中而形成的。
•残余应力
•薄壁处受压力，厚壁处受拉力
•变形
防止变形的措施
• 设计铸件时尽可能壁厚均匀，形状对称。 • 采取同时凝固。 • 设计“反变形”量。
•时效处理：有内应力的铸件在加工前置于 露天半年以上，或550~650ºC去应力退火。
3、铸件的裂纹与防止
• 热裂 热裂是铸件在高温下产生的裂纹。 其形状特征是：裂纹短，缝隙宽，形状 曲折，缝内呈氧化色。
•机械应力 它是合金的线收缩受到铸型或型 芯机械阻碍而形成的内应力。
同时凝固原则
• 尽量减少铸件各处的温度差，使铸件不 同壁厚各处在同一时间内凝固。
• 浇口开在薄壁处，在厚壁处安放冷铁， 力求使铸件各处同时冷却。
•同时凝固原则与顺序凝固原则对比
2、铸件的变形
• 铸件冷却到室温后，热应力保留在铸件中 •
• 适应性广。 • 成本低。 • 铸件的尺寸和形状与零件非常接近。可
以减少切削加工量。 • 缺点：工序多，质量不易控制，内部组
织缺陷多，力学性能低。
§2.1.1 液态合金的充型
• 液态合金填充铸型的过程，简称充型。 • 充型能力 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。 • 影响充型能力的因素
• 2、铸造合金的收缩 • 3、缩孔与缩松
铸件的凝固方式之一
• 逐层凝固
– 纯金属和共晶 成份的合金， 结晶温度是一 固定值。凝固 过程由表面向 中心逐步进行
温度
ຫໍສະໝຸດ Baidu
固 表层
液 中心
铸件的凝固方式之二
• 糊状凝固
– 结晶温度范围 很宽的合金， 从铸件的表面 至心部都是固 液两相混存。
铸件的凝固方式之三
2、析出气孔
溶解于金属液中的气体在冷凝过程中，因气 体溶解度下降而析出，在铸件中形成的气孔。
3、反应气孔
浇入铸型中的金属液与铸型材料、型芯撑、 冷铁或熔渣之间，因化学反应产生气体而形 成的气孔。
铸件中的偏析
• 铸件内部化学成份不均匀的现象，称为 偏析。
偏析类型 1、晶内偏析 结晶温度宽的合金易产生晶内偏析 2、区域偏析 合金中各成份因熔点的不同，引起 不同时凝固。
1、合金的流动性 2、浇注条件 3、铸型填充能力
充型能力不强，则易产生浇不足（short run） 、 冷隔（short run）…等。
合金的充型能力之一
合金的流动性
• 合金的流动性是指熔融合金的流动能力。
– 流动性好，充型能力强，便于浇注出轮廓清 晰、薄而复杂的铸件。
• 合金的流动性与合金的化学成份有关。
第二章 铸造成形
§ 2.1 铸造工艺基础
• 2.1.1 液态合金的充型 • 2.1.2 铸件的凝固收缩 • 2.1.3 铸造内应力，变形和裂纹 • 2.1.4 铸件中的气孔 • 2.1.5 铸件的质量控制
铸造的特点
• 可以生产出形状复杂的零件，特别是具 有复杂内腔的零件。
1. 收缩及其影响因素
合金的收缩：铸件在凝固 和冷却过程中，其体积或 尺寸减少的现象称为收缩。 包括： ①液态收缩（体收缩率） 浇注温度—液相线
T ① ② ③
成分(%)
②凝固收缩（体收缩率） 缩孔，缩松 液相线—固相线
③固态收缩（线收缩率） 固相线—室温
应力，变形，裂纹
铸造合金的收缩
合金 含碳量 浇注 种类 （%） 温度
• 中间凝固
– 大多数合金属 于这种方式。
凝固方式与铸件质量的关系： 逐层凝固有利于充型，可防 止缩孔和缩松。
影响铸件凝固方式的因素
• 合金的结晶温度
– 结晶温度范围越小，糊状凝固区越小。
• 铸件的温度梯度
温度梯度越大，糊状凝固区越小。 – 合金的性质 – 铸型的蓄热能力 – 浇注温度
合金的收缩性
– 缩孔 它是集中在铸件上部或最后凝固的 部位容积较大的孔洞
– 缩松 分散在铸件某区域内的细小孔洞， 称为缩松
顺序凝固原则（定向凝固）
• 所谓顺序凝固，就是在铸件上可能出现 缩孔的厚大部位通过安放冒口等工艺措 施，使铸件上远离冒口的部位先凝固， 尔后是靠近冒口部位凝固，最后才是冒 口本身的凝固。
• 实现顺序凝固的措施。合理设计冒口和 安放冷铁。
铸型填充条件
• 铸型的蓄热能力
– 散热越快的铸型，充型能力越差。
• 铸型温度
– 金属型铸造和熔模铸造时，铸型温度越高， 充型能力越好。
• 铸型中气体
– 铸型中的气体压力增大，液态合金的流动困 难，充型能力差。
§2.1.2 铸件的凝固与收缩
• 1、铸件的凝固方式
– 逐层凝固 – 糊状凝固 – 中间凝固
铸件上可能产生缩孔或缩松的部位
凝固等温线法
内切圆法
•等 温 线 未 画 到的部位
•内切圆大的部位可能产生缩 孔或缩松
§2.1.3 铸造内应力、变形 及裂纹
• 1、铸造内应力 • 2、铸件的变形 • 3、铸件的裂纹
1、铸造内应力
内应力的形成 • 热应力 它是由于铸件的壁厚不均匀，
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。薄 壁处受压应力，厚壁处受拉应力。
流动动性的测定
• 流动性实验
几种不同合金流动性的比较
比较下面几种合金流动性能 *铸钢的流动性
*铸铁的流动性
实验证明铸铁的流动性好，铸钢的流动性差。
合金的充型能力之二
浇注条件
• 浇注温度
– 浇注温度越高，充型能力越好。但温度过高。 会出现其他铸造缺陷。
• 充型压力
– 压力越大，充型能力越好。
合金的充型能力之三
铸造 碳钢 0.35 1610
白口 铸铁 3.00 1400
灰口 铸铁 3.50 1400
液态 收缩 1.6
2.4
3.5
凝固 固态 总收缩 收缩 收缩 （%）
3
7.8 12.46
12~ 4.2 5.4~6.3
12.9 6.9~ 0.1 3.3~4.2 7.8
铸件中的缩孔与缩松
• 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 的容积的得不到补足，则在铸件最后凝 固的部位形成一些孔洞
– 合金性质 铸造合金的结晶特点和化学成分 对热裂的产生均有明显的影响
– 铸型阻力 铸型(包括型芯)的退让性对热力 的形成有重要影响。
• 冷裂 冷裂是在低温下行成的裂纹。其形 状特征是:裂纹细小，呈连续直线状，有 时缝内呈轻微氧化色。
§2.1.4 铸件中的气孔
气孔的来源
1、侵入气孔
侵入气孔是由于砂型表面层聚集的气体侵入 金属液中而形成的。
•残余应力
•薄壁处受压力，厚壁处受拉力
•变形
防止变形的措施
• 设计铸件时尽可能壁厚均匀，形状对称。 • 采取同时凝固。 • 设计“反变形”量。
•时效处理：有内应力的铸件在加工前置于 露天半年以上，或550~650ºC去应力退火。
3、铸件的裂纹与防止
• 热裂 热裂是铸件在高温下产生的裂纹。 其形状特征是：裂纹短，缝隙宽，形状 曲折，缝内呈氧化色。
•机械应力 它是合金的线收缩受到铸型或型 芯机械阻碍而形成的内应力。
同时凝固原则
• 尽量减少铸件各处的温度差，使铸件不 同壁厚各处在同一时间内凝固。
• 浇口开在薄壁处，在厚壁处安放冷铁， 力求使铸件各处同时冷却。
•同时凝固原则与顺序凝固原则对比
2、铸件的变形
• 铸件冷却到室温后，热应力保留在铸件中 •
• 适应性广。 • 成本低。 • 铸件的尺寸和形状与零件非常接近。可
以减少切削加工量。 • 缺点：工序多，质量不易控制，内部组
织缺陷多，力学性能低。
§2.1.1 液态合金的充型
• 液态合金填充铸型的过程，简称充型。 • 充型能力 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。 • 影响充型能力的因素
• 2、铸造合金的收缩 • 3、缩孔与缩松
铸件的凝固方式之一
• 逐层凝固
– 纯金属和共晶 成份的合金， 结晶温度是一 固定值。凝固 过程由表面向 中心逐步进行
温度
ຫໍສະໝຸດ Baidu
固 表层
液 中心
铸件的凝固方式之二
• 糊状凝固
– 结晶温度范围 很宽的合金， 从铸件的表面 至心部都是固 液两相混存。
铸件的凝固方式之三
2、析出气孔
溶解于金属液中的气体在冷凝过程中，因气 体溶解度下降而析出，在铸件中形成的气孔。
3、反应气孔
浇入铸型中的金属液与铸型材料、型芯撑、 冷铁或熔渣之间，因化学反应产生气体而形 成的气孔。
铸件中的偏析
• 铸件内部化学成份不均匀的现象，称为 偏析。
偏析类型 1、晶内偏析 结晶温度宽的合金易产生晶内偏析 2、区域偏析 合金中各成份因熔点的不同，引起 不同时凝固。
1、合金的流动性 2、浇注条件 3、铸型填充能力
充型能力不强，则易产生浇不足（short run） 、 冷隔（short run）…等。
合金的充型能力之一
合金的流动性
• 合金的流动性是指熔融合金的流动能力。
– 流动性好，充型能力强，便于浇注出轮廓清 晰、薄而复杂的铸件。
• 合金的流动性与合金的化学成份有关。