工程材料及机械制造基础复习(热加工工艺基础)

工程材料及机械制造基础复习（Ⅱ）

——热加工工艺基础

铸造

1．1 铸造工艺基础

(1)液态金属的充型能力

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，称为液态金属充填铸型的能力。

充型能力好，易获得形状完整、尺寸准确、轮廓清晰的铸件，有利于排气和排渣，有利于补缩。

充型能力不好，铸件易产生浇不足、冷隔、气孔、渣孔等缺陷。

影响液态金属充型能力的因素是：

1)合金的流动性

液态金属的充型能力主要取决于合金的流动性，即合金本身的流动能力。流动性的好坏用螺旋线长度来表示。螺旋线长度越长，流动性越好；反之，则流动性越差。

共晶成分的合金流动性最好，离共晶成分越远，流动性越差。

2)浇注条件

①浇注温度：浇注温度越高，则充型能力越好。因为浇注温度高，金属液的黏度低，同时，因金属液含热量多，能保持液态的时间长，由于过热的金属液传给铸型的热量多，在结晶温度区间的降温速度缓慢。但在实际生产中，常用“高温出炉，低温浇注”的原则，因为浇注温度越高，金属收缩量增加，吸气增多，氧化也严重，铸件容易产生缩孔、缩松、粘砂、气孔等缺陷。

②充型压头。

③浇注系统的结构。

3)铸型填充条件：包括铸型材料、铸型温度和铸型中的气体等。

(2)合金的收缩

1)基本概念

铸件在冷却、凝固过程中，其体积和尺寸减少的现象叫做收缩。铸造合金从浇注温度冷到室温的收缩过程包括液态收缩、凝固收缩和固态收缩三个互相联系的阶段。

总收缩；液态收缩+凝固收缩+固态收缩

∨↓

体积变化尺寸变化

↓↓

产生缩孔、缩松的基本原因产生应力、变形、裂纹的基本原因

影响收缩的因素是：

①化学成分：凡是促进石墨化的元素增加，收缩减少，否则收缩率增大。

②浇注温度：T浇↑→过热度↑→液态收缩↑→总收缩↑。

③铸件结构与铸型条件。

2)缩孔、缩松的形成与防止

3)铸造内应力的产生及防止

铸造内应力按产生原因的不同可分热应力和收缩应力两种。

热应力是由于铸件各部分冷却速度不同，以致在同一时间内铸件各部分收缩不一致，在铸件内部产生了互相制约的内应力，铸件的厚大部分(或心部)受拉应力，薄的部分(或外部)受压应力。

收缩应力是铸件固态收缩时，受到机械阻碍而形成的内应力。

铸造内应力的防止措施有：

①设计上：力求铸件壁厚均匀。

②在工艺上：改善型(芯)砂的退让性；进行时效处理（包括人工时效和自然时效两种）。

4)铸件的变形及防止

由于铸造内应力的存在，铸件将会变形以缓解和消除这种内应力，变形方向是：厚的部分向内凹，薄的部分向外凸。

防止变形的措施有：

①尽量减少铸件内应力；

②使铸件结构对称；

③采用反变形法；

④设拉筋。

5)铸件的裂纹及防止

当铸件内应力超过金属强度极限时，铸件便会产生裂纹，裂纹包括热裂和冷裂两种。1．2 铸造工艺图的绘制

(1)浇注位置的选择

①铸件上的重要加工面应朝下或呈侧立面；

②铸件上的大平面应朝下，以免产生夹砂缺陷；

③大面积的薄壁部分应垂直或倾斜浇注，以免产生浇不足或冷隔缺陷；

④收缩率较大的合金应使之自下而上地进行顺序凝固，便于补缩。

(2)分型面的选择

分型面是指上半铸型和下半铸型的分界面，其选择原则是：

1)应便于起模，使造型工艺简化

①尽量使分型面平直且数量少；

②尽量避免不必要的活块或挖砂造型；

③应使型芯的数量少。

2)应尽量使铸件全部或大部分置于同一砂箱中(以免产生错箱缺陷)，且最好位于下箱（以便检验铸件壁厚及下芯)。

(3)工艺参数的确定

1)机械加工余量

在铸件上为切削加工的方便而加大的尺寸称为机械加工余量。

铸件的孔、槽是否铸出，不仅取决于工艺上的可能性，还必须考虑其必要性。

2)起模(拔模)斜度

凡垂直于分型面的加工表面都应设置拔模斜度，以便起模。

3)收缩率

由于铸件在冷却、凝固时都要产生收缩，为保证铸件的有效尺寸，模样和芯盒的制造尺寸应比铸件放大一个收缩量。

4)芯头：其作用是为了保证型芯在铸型中的定位、固定和通气。

※(4)浇注系统

1)对浇注系统的要求

a．使金属液平稳、连续、均匀地流人铸型，避免对砂型和型芯的冲击。b．防止熔渣、砂粒或其他杂质进入铸型。

c．调节铸件各部分温度分布，控制冷却和凝固顺序，避免缩孔、缩松及裂纹的产生。

2)浇注系统的组成及作用

a．浇口杯：承受金属液的冲击和分离熔渣，避免金属液对砂型的直接冲击。b．直浇道：利用它的高度所产生的静压力，可以控制金属液流人铸型的速度和提高充型能力。

c．横浇道：主要起挡渣作用。

d．内浇道：它是把金属液直接引入铸型的通道。利用它的位置、大小和数量可以控制金属液流人铸型的速度和方向，以及调整铸件各部分的温度分布。1．3铸铁件生产

(1)铸铁种类

(2)石墨对铸铁性能的影响

①力学性能差:由于石墨减少了基体的有效承载面积；在片状石墨的尖角处造成了应力集中。

②工艺性能：

铸造性能好：铸件产生缺陷的可能性小。

切削加工性好：切削加工时呈崩碎切屑。

可锻性差：属脆性材料。

可焊性差；焊接时产生裂纹的倾向大。

焊接区常出现白口组织。

③特殊性能：

减振性好：石墨对机械振动起缓冲作用，阻止了振动能量的传播。

耐磨性好：灰铸铁摩擦面上形成了大量显微凹坑，能起储存润滑油作用

使摩擦副内容易保持油膜的连续性；同时石墨本身也是良好

的润滑剂。

缺口敏感性低：由于石墨已使灰铸铁基体上形成了大量缺口，因此外来

缺口对灰铸铁的疲劳强度影响甚傲。

(3)常用铸铁一览表

注：铸铁的热处理只能改变其基体组织，而不能改变石墨的形态、大小及分布。灰铁的热处理有去应力退火和软化退火。球铁的热处理包括退火(获得铁素体基体)、正火(高温正火获得珠光体基体，低温正火获得珠光体+铁素体基体)、调质(获得回火索氏体基体)和等温淬火(获得下贝氏体基体)。

(4)影响石墨化的因素

1)化学成分

碳、硅是强烈促进石墨化的元素。碳、硅质量分数过低，铸铁易产生白口；碳、硅质量分数高，则析出的石墨数量多且粗大，基体中铁素体质量分数增高，力学性能降低。