材料的液态成形优秀课件
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大、条件差、生产率低。
三、应用
▪ 各类机械工业中铸件质量比
汽车、拖拉机
金属切削机床
重型机械、矿山机 械、水力发电设备
（60~70）% （70~80）%
85%以上
汽车上应用的部分铸件
四、铸造技术的发展历史
➢ 早 在 5000 多 年 前 的 夏 商 初 期 ， 我 们 的 祖先就能冶炼红铜和青铜制品，浇出了 形状简单的铜制器。
C+Si=6.2% C+Si=5.9% C+Si=5.2% C+Si=4.2%
砂型 砂型 砂型 砂型
1300 1300 1300 1300
1800 1300 1000 600
铸型中水分和煤粉 含量对低硅铸铁充 型能力的影响
2) 铸型的性质
➢ 铸型的蓄热系数 ➢ 铸型的温度 ➢ 铸型的表面状态和铸型中的气体)
3) 浇注条件
➢ 浇注温度 ➢ 充型压头 ➢ 浇注系统的结构
4) 铸件结构
➢ 铸件的折算厚度
铸件壁厚>最小允许壁厚
➢ 铸件的复杂程度
3、提高充型能力的措施
➢正确选择合金的成分和采用合理的熔炼工艺 ➢调整铸型的性质 ➢改善浇注条件 ➢合理设计铸件结构
二、铸件的凝固与收缩
1、铸件的凝固 ▪ 凝固方式
铸 造 （ Casting ） 是 指 将 熔 融 态 的 金 属 （或合金）浇注于特定型腔的铸型中凝固 成形的金属材料成形方法。
一、基本过程
液态 金属
充型
凝固 收缩
铸件
二、特点
1、适应性强，工艺灵活性大。 2、铸件大小不受限制。 3、铸件精度较高。 4、成本低廉。 5、零件质量不稳定，生产过程劳动强度
▪ 2、铸件的收缩
(1) 基本概念：铸造合金从液态冷至室温的过程 中，其体积和尺寸发生减小的现象。
(2) 过程三阶段
浇注温度
液态收缩
铸 件
开始凝固温度
体
ຫໍສະໝຸດ Baidu
温 度
凝固收缩
积 收
降
缩
低
凝固终止温度
固态收缩
室温
线收缩
收缩率：
体积收缩率是指单位体积的收缩量。
线收缩率是指单位长度上的收缩量。
体积收缩率：V
V0 V1 V0
纯金属、共晶合金流动性好
(恒温下结晶，凝固层内表面
光滑)
亚稳、过晶合金流动性差。
(在一定温度范围内结晶，凝
固层内表面粗糙不平)
➢ 合金的物理性质
Fe-C合金的流动性与状态图的关系
包括比热、密度、导热系数、结晶潜热和粘度等。
铸铁的流动性（试样截面8×8mm）
成 分 铸型种类 浇注温度℃ 螺旋线长度mm
河北沧州铁狮子 （公元953年）
铸铁范 战国（公元前475~前221年）
➢ 近二十多年来，我国的铸造技术发展迅速，已成 为世界铸件生产大国，部分技术已接近国际水平， 已建成较大规模的机械化造型生产线400多条， 能液态成型制造重210吨的大型厚板轧机铸钢机 架，成 型260吨 的大型 铸铁钢 锭模等 产品 。据 2005年统计，铸件产量约为2442万吨，居世界 第一。
湖北省随县曾候已墓出土的编钟
通高133厘米， 重875公斤， 1939年河南省 安阳殷墟出土， 现藏中国历史 博物馆
司母戊鼎因其 腹内壁上有铭 文“司母戊” 三字而得名， 是商王祭祀其 母（名戊）的 纪念器物。
河南安阳晚商遗址出土的司毋戊鼎
通高58.3厘米，1938 年湖南省宁乡县出 土，现藏中国历史 博物馆
材料的液态成形
第二章 材料的液态成形技术
▪ 材料的液态成形工艺通常是使液体的材料填 充成形模具，材料在凝固之前形成模腔内的 形状。
金属：砂型铸造、特种铸造 陶瓷：注浆、热压铸、凝胶注、流延成形 聚合物：注射成形、吹塑成形等
2-1 金属的液态成形
2-1-1 概述
金属材料的液态成形技术通常称之为铸 造，是金属材料成形的主要技术之一。
100%
线收缩率： L
L0 L1 L0
100%
其中 V0，L0表示铸件在高温T0时的体积和一维方
向的长度；
V1，L1表示铸件在低温T1时的体积和一维方 向的长度。
2-1-2 金属的铸造性能
▪ 金属的铸造性能是指金属在铸造过程中获 得尺寸精确、结构完整的铸件的能力。
▪ 主要包括金属的充型能力、收缩特性、吸 气性以及成分偏析倾向性等性能。
一、液态金属的充型能力
1、液态金属的充型能力
是指液态金属充满铸型型腔，获得形状完整、轮 廓清晰的铸件的能力。
2、影响液态金属充型能力的因素
在中国古代青铜器 中，有不少器物以 其独特的造型而引 人注目，四羊方尊 便是其中一例。它 的造型动静结合， 寓雄奇于秀美之间， 可谓巧夺天工。
湖南宁乡出土的四羊方尊
熔铜坩锅 商（公元前16~前11世纪）
➢ 公元前六世纪，发明了生铁和铸铁的技术； ➢ 战国中期，发明了金属型铸造法； ➢ 隋唐以后，已掌握大型铸件的铸造技术。
金属的流动性：液态金属本身的流动能力 ▪ 流动性好的合金： ▪ 易于浇注出轮廓清晰、薄而复杂的铸件； ▪ 有利于非金属夹杂物和气体的上浮和排除； ▪ 易于补缩及热裂纹的弥合。
衡量方法：在螺旋试样上，以相同的条件来浇 注，流动长度为流动性好坏的标准。
金属流动性测试实验
如右图所示：
1) 影响因素 ➢合金成分
纯金属
固溶体
均质体
纯金属：内部柱状晶+外壳部等轴晶
固溶体：外壳等轴晶+中间柱状晶+中心等轴晶
生产中获得等轴晶常采取的工艺措施： （1）适当降低浇注温度； （2）合理运用铸型的激冷作用； （3）孕育处理； （4）动态再结晶细化晶粒。
凝固时间
铸件凝固时间∝(体积/表面积)2
原因：
体积决定结晶潜热的释放； 表面积影响热量散发速度。
➢ 随着边缘学科和相关学科的突破和渗透，铸造已 向着掌握和控制凝固理论、铸件性能，铸件轻量、 薄壁和优质化方向发展，使用精化、高产、无害 或少害的工艺和设备，应用CAD/CAE/CAM及人 工智能(AI)、各种专家系统(ES)、CAP等已成为 现实。
发展方向： (1) 提高尺寸精度和表面质量； (2) 先进的造型技术及自动化生产线； (3) 高效、节能，减少污染； (4) 降低成本，改善劳动条件。
依据凝固区的宽窄分为逐层凝固、糊状凝固、 中间凝固。
逐层凝固
糊状凝固
中间凝固
影响凝固方式的主要因素
合金的凝固温度范围 铸件凝固期间固液相界面前沿的温度梯度
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。
▪ 凝固组织
凝 固 在 方 形 铸 模 中 的 金 属 组 织 示 意 图
三、应用
▪ 各类机械工业中铸件质量比
汽车、拖拉机
金属切削机床
重型机械、矿山机 械、水力发电设备
（60~70）% （70~80）%
85%以上
汽车上应用的部分铸件
四、铸造技术的发展历史
➢ 早 在 5000 多 年 前 的 夏 商 初 期 ， 我 们 的 祖先就能冶炼红铜和青铜制品，浇出了 形状简单的铜制器。
C+Si=6.2% C+Si=5.9% C+Si=5.2% C+Si=4.2%
砂型 砂型 砂型 砂型
1300 1300 1300 1300
1800 1300 1000 600
铸型中水分和煤粉 含量对低硅铸铁充 型能力的影响
2) 铸型的性质
➢ 铸型的蓄热系数 ➢ 铸型的温度 ➢ 铸型的表面状态和铸型中的气体)
3) 浇注条件
➢ 浇注温度 ➢ 充型压头 ➢ 浇注系统的结构
4) 铸件结构
➢ 铸件的折算厚度
铸件壁厚>最小允许壁厚
➢ 铸件的复杂程度
3、提高充型能力的措施
➢正确选择合金的成分和采用合理的熔炼工艺 ➢调整铸型的性质 ➢改善浇注条件 ➢合理设计铸件结构
二、铸件的凝固与收缩
1、铸件的凝固 ▪ 凝固方式
铸 造 （ Casting ） 是 指 将 熔 融 态 的 金 属 （或合金）浇注于特定型腔的铸型中凝固 成形的金属材料成形方法。
一、基本过程
液态 金属
充型
凝固 收缩
铸件
二、特点
1、适应性强，工艺灵活性大。 2、铸件大小不受限制。 3、铸件精度较高。 4、成本低廉。 5、零件质量不稳定，生产过程劳动强度
▪ 2、铸件的收缩
(1) 基本概念：铸造合金从液态冷至室温的过程 中，其体积和尺寸发生减小的现象。
(2) 过程三阶段
浇注温度
液态收缩
铸 件
开始凝固温度
体
ຫໍສະໝຸດ Baidu
温 度
凝固收缩
积 收
降
缩
低
凝固终止温度
固态收缩
室温
线收缩
收缩率：
体积收缩率是指单位体积的收缩量。
线收缩率是指单位长度上的收缩量。
体积收缩率：V
V0 V1 V0
纯金属、共晶合金流动性好
(恒温下结晶，凝固层内表面
光滑)
亚稳、过晶合金流动性差。
(在一定温度范围内结晶，凝
固层内表面粗糙不平)
➢ 合金的物理性质
Fe-C合金的流动性与状态图的关系
包括比热、密度、导热系数、结晶潜热和粘度等。
铸铁的流动性（试样截面8×8mm）
成 分 铸型种类 浇注温度℃ 螺旋线长度mm
河北沧州铁狮子 （公元953年）
铸铁范 战国（公元前475~前221年）
➢ 近二十多年来，我国的铸造技术发展迅速，已成 为世界铸件生产大国，部分技术已接近国际水平， 已建成较大规模的机械化造型生产线400多条， 能液态成型制造重210吨的大型厚板轧机铸钢机 架，成 型260吨 的大型 铸铁钢 锭模等 产品 。据 2005年统计，铸件产量约为2442万吨，居世界 第一。
湖北省随县曾候已墓出土的编钟
通高133厘米， 重875公斤， 1939年河南省 安阳殷墟出土， 现藏中国历史 博物馆
司母戊鼎因其 腹内壁上有铭 文“司母戊” 三字而得名， 是商王祭祀其 母（名戊）的 纪念器物。
河南安阳晚商遗址出土的司毋戊鼎
通高58.3厘米，1938 年湖南省宁乡县出 土，现藏中国历史 博物馆
材料的液态成形
第二章 材料的液态成形技术
▪ 材料的液态成形工艺通常是使液体的材料填 充成形模具，材料在凝固之前形成模腔内的 形状。
金属：砂型铸造、特种铸造 陶瓷：注浆、热压铸、凝胶注、流延成形 聚合物：注射成形、吹塑成形等
2-1 金属的液态成形
2-1-1 概述
金属材料的液态成形技术通常称之为铸 造，是金属材料成形的主要技术之一。
100%
线收缩率： L
L0 L1 L0
100%
其中 V0，L0表示铸件在高温T0时的体积和一维方
向的长度；
V1，L1表示铸件在低温T1时的体积和一维方 向的长度。
2-1-2 金属的铸造性能
▪ 金属的铸造性能是指金属在铸造过程中获 得尺寸精确、结构完整的铸件的能力。
▪ 主要包括金属的充型能力、收缩特性、吸 气性以及成分偏析倾向性等性能。
一、液态金属的充型能力
1、液态金属的充型能力
是指液态金属充满铸型型腔，获得形状完整、轮 廓清晰的铸件的能力。
2、影响液态金属充型能力的因素
在中国古代青铜器 中，有不少器物以 其独特的造型而引 人注目，四羊方尊 便是其中一例。它 的造型动静结合， 寓雄奇于秀美之间， 可谓巧夺天工。
湖南宁乡出土的四羊方尊
熔铜坩锅 商（公元前16~前11世纪）
➢ 公元前六世纪，发明了生铁和铸铁的技术； ➢ 战国中期，发明了金属型铸造法； ➢ 隋唐以后，已掌握大型铸件的铸造技术。
金属的流动性：液态金属本身的流动能力 ▪ 流动性好的合金： ▪ 易于浇注出轮廓清晰、薄而复杂的铸件； ▪ 有利于非金属夹杂物和气体的上浮和排除； ▪ 易于补缩及热裂纹的弥合。
衡量方法：在螺旋试样上，以相同的条件来浇 注，流动长度为流动性好坏的标准。
金属流动性测试实验
如右图所示：
1) 影响因素 ➢合金成分
纯金属
固溶体
均质体
纯金属：内部柱状晶+外壳部等轴晶
固溶体：外壳等轴晶+中间柱状晶+中心等轴晶
生产中获得等轴晶常采取的工艺措施： （1）适当降低浇注温度； （2）合理运用铸型的激冷作用； （3）孕育处理； （4）动态再结晶细化晶粒。
凝固时间
铸件凝固时间∝(体积/表面积)2
原因：
体积决定结晶潜热的释放； 表面积影响热量散发速度。
➢ 随着边缘学科和相关学科的突破和渗透，铸造已 向着掌握和控制凝固理论、铸件性能，铸件轻量、 薄壁和优质化方向发展，使用精化、高产、无害 或少害的工艺和设备，应用CAD/CAE/CAM及人 工智能(AI)、各种专家系统(ES)、CAP等已成为 现实。
发展方向： (1) 提高尺寸精度和表面质量； (2) 先进的造型技术及自动化生产线； (3) 高效、节能，减少污染； (4) 降低成本，改善劳动条件。
依据凝固区的宽窄分为逐层凝固、糊状凝固、 中间凝固。
逐层凝固
糊状凝固
中间凝固
影响凝固方式的主要因素
合金的凝固温度范围 铸件凝固期间固液相界面前沿的温度梯度
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。
▪ 凝固组织
凝 固 在 方 形 铸 模 中 的 金 属 组 织 示 意 图