铸造成型技术DOC

第一章铸造成型技术

铸造：将液态金属浇注到与零件尺寸、形状相适应的铸型型腔中，待其冷却凝固后，获得一定形状的毛坯或零件的方法。

铸件：采用铸造方法铸出的金属制品。

铸造生产的特点

1.适应范围广，工艺灵活性大（材料、大小、形状几乎不受限制）

2. 可制造各种合金铸件，各种箱体、机架、阀体等

3.成本较低（铸件与最终的零件形状相似，尺寸相近）

铸造的局限性

1材料力学性能比锻件低2容易产生铸造缺陷3劳动条件差

第一节铸造成型理论基础

一、液态金属冲型

充型能力：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。

液态金属重要的铸造性能指标。

冲型能力差：形状不完整、轮廓不清晰产生缺陷。（浇不足，冷隔）

问：影响液态金属充型能力的因素有哪些？

★合金本身的流动性

★浇注条件

★铸型填充条件

★铸件结构

1.合金流动性

1）合金流动性的概念：合金本身的流动能力

流动性好

●容易浇注出轮廓清晰、薄而复杂的铸件

●气体、夹杂上浮与排除

●补缩好

流动性差

●薄壁铸件浇不足

●复杂铸件产生冷隔

2）合金流动性的测量

螺旋形试样测量法：用浇注后试样的长度表示（实际浇注的螺旋线的长度，长度越长，流动性越好）

3）影响合金流动性的因素

合金的化学成分：固液两相的间距越大，流动性越差。

A.具有共晶成分的合金，纯金属流动性好

B.合金成分越远离共晶点结晶温度范围越宽，流动性越差

亚共晶铁随含碳量增加，结晶温度范围减小，流动性提高

2 浇注条件

1）浇注温度：浇注温度越高充型能力越好

2）充型压头：压头越大，金属流动速度越大，充型能力越好，压力铸造、离心铸造的充型能力就比砂型铸造好。

缺点：压力过大：引起喷射和飞溅，增加金属氧化，气体来不及排除，易造成浇不足和冷隔。3）浇注系统结构：复杂，流动阻力大，充型能力差

浇注系统如阻流式、缓流式易增大铸件的流动阻力，使充型能力降低。

浇口杯和内浇口等也有同样的影响。

3. 铸型填充条件

1）铸型材料：导热系数越大，合金的充型能力越差

金属型铸造较砂型铸造易产生浇不足和冷隔等缺陷

2）铸型温度：铸型温度越高，合金的充型能力越强

3）铸型中的气体：铸型排气能力差，阻碍液态合金的充型

4. 铸件结构

1）铸件的折算厚度（体积与表面积之比）：折算厚度越大，充型能力越强

2）铸件的复杂程度越大，充型能力差

5. 提高充型能力的措施

1）铸型性质方面

金属铸型、熔模铸型：提高铸型温度，填涂料增加铸型热阻，提高铸型排气量，减少铸型在金属充填期间的发气速度等。

2）浇注条件方面

适当提高浇注温度，提高充型压头，简化浇注系统等。

二、铸件的凝固

凝固：金属在铸型中由液态转变为固态的过程。

结晶：得到晶体组织的凝固过程。

铸件凝固过程一般得到晶体组织，所以，铸件的凝固一般也称为结晶。

一）、铸件的凝固方式

合金在凝固过程中，一般存在三个区域，即固相区、凝固区、液相区

铸件的凝固方式：逐层凝固方式、糊状凝固方式、中间凝固方式。

1）逐层凝固方式：纯金属或共晶合金

结晶温度特点？：恒定温度，凝固区不明显

2）糊状凝固方式：

结晶温度特点:：结晶温度范围较宽，凝固区很宽

3）中间凝固方式：凝固区介于1）、2）之间

二）、影响铸件凝固方式的因素

凝固方式凝固区域的大小温度梯度、结晶温度间隔

1 铸件断面温度梯度

温度梯度越大，凝固区越小，趋向逐层凝固

2 合金结晶温度间隔

结晶温度间隔越大，凝固区越大，趋向糊状凝固

金属型：温度梯度大，凝固区小，逐层凝固

砂型：温度梯度小，结晶范围大，糊状凝固

三、铸件的结晶组织

一次结晶：液态金属在熔点（液相线）附近由液态转变为固态晶体的过程。

二次结晶：固态下的相变过程。

一）、液态金属的结晶过程：形核和长大两个过程

二）、铸件的结晶组织

宏观组织：铸态晶粒的形成、大小、取向和分布；

微观组织：晶粒内部的结构形式，如树枝晶、包状晶等亚结构形态。

铸件宏观结晶组织由三个区组成a.表面细晶区b.内部柱状晶区c.中心等轴晶区

表面细晶区：晶粒细小的等轴晶，无方向性。

内部柱状晶区：晶粒垂直型壁排列。

中心等轴晶区：晶粒较大的等轴晶，无方向性

1）表面细晶区的形成：铸型对液态金属的激冷作用，产生较大的过冷度，大量非均匀形核长大，形成细小的等轴晶

2）柱状晶区的形成：固-液界面的晶体与型壁垂直的单相热流柱状晶

3）中心等轴晶区的形成：

①正常形核和长大的晶粒

②晶粒游离：1.顶部液面结晶的晶体因体积大而下沉2.型壁晶粒脱落，枝晶熔断和增值产生的晶粒

三）、铸件结晶组织与性能的关系

柱状晶：优点：组织致密，缩松和缩孔很难形成

缺点：①易于聚集气体和夹杂物，易开裂

②生长方向明显，使横向性能减低

③易于形成穿晶结构，使致密度降低。

等轴晶：优点：①晶界夹杂缺陷分散，宏观偏析和热裂倾向小

②成分均匀

③强度、塑性和韧性较高

缺点：枝晶分枝发达，显微缩松较多，组织不够致密。

可通过晶粒细化得到改善。

四）、铸件结晶组织的控制

控制铸件中柱状晶和中心等轴晶的比例。

等轴晶：由于其具有较好的强度、塑性和韧性。适用于大部分钢材。

柱状晶：由于其纵向性能比较好，对于要求只受单向应力的零件，如涡轮叶片，要求磁性较好的电工钢等。

1）等轴晶的获得与细化

形成条件：凝固界面前沿的液相中有①晶核来源，在液相中存在晶核形成和长大所需的②过冷度。

细化原则：①提高形核率②降低生长率

获得细小等轴晶的方法：

①浇注过程和传热条件的控制：缓慢浇注，提供大量后续晶核；减低浇注温度，控制浇注过热度，细化晶粒；提高冷却速度，增加过冷度。

②化学处理方法：向金属液中加入少量的化学元素,促进形核或阻止生长，使晶粒细化。如孕育处理（影响形核过程）和变质处理（影响生长过程）。

③微区成分扰动生核处理方法：向金属液中加入与金属液溶质含量不同的同类金属，造成一定的成分起伏，降低形核所需能量，提高形核率。

④动力学细化和物理处理方法：机械力或电磁力搅拌和震动。