材料成型工艺基础重点总结[1]

第一章：金属的液态成型

一、充型：

1.充型概念：液态合金填充铸型的过程，简称充型。

2.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。

⏹充型能力不足时，会产生浇不足、冷隔、夹渣、气孔等缺陷

⏹影响充型能力的主要因素

⏹⑴合金的流动性—液态合金本身的流动能力

a 化学成分对流动性的影响—纯金属和共晶合金的成分的流动性好

b工艺条件对流动性的影响—浇注温度、充型能力、铸型阻力

c流动性的实验

⏹⑵工艺条件：a 、浇注温度一般T浇越高，液态金属的充型能力越强。

b、铸型填充条件—铸型的许热应力

c、充型压力：态金属在流动方向上所受的压力越大，充型能力越强。

d、铸件复杂程度:构复杂，流动阻力大，铸型的充填就困难

e、浇注系统的的结构浇注系统的结构越复杂，流动阻力越大，充型能力越差。

f、折算折算厚度也叫当量厚度或模数，为铸件体积与表面积之比。折算厚度大，热量散失慢，充型能力就好。铸件壁厚相同时，垂直壁比水平壁更容易充填。

——影响铸型的热交换影响动力学的条件（充型时阻力的大小），必须在保证工艺条件下金属的流动性好充型能力才好。

二、冷却

⑴影响凝固的方式的因素：a.合金的结晶温度范围—合金的结晶温度范围愈小，凝固

区域愈窄，愈倾向于逐层凝固。金属和共晶成分的合金是在恒温下结晶的。由表层向中心逐层推进(称为逐层凝固)方式，固体层内表面比较光滑，流动阻力小，流动性好。

b.铸件的温度梯度—在合金结晶温度范围已定的前提下，凝固区域的宽窄取决与铸

件内外层之间的温度差。若铸件内外层之间的温度差由小变大，则其对应的凝固区由宽变窄。

⑵凝固:

a.逐层凝固—充型能力强，便于防止缩孔、缩松。灰铸铁和铝硅合金等倾向于逐层凝固。

b.糊状凝固—充型能力差，难以获得结晶紧实的铸件球铁倾向于糊状凝固。

c.中间凝固—

⑶收缩:a.液态收缩从浇注温度到凝固开始温度之间的收缩。由温度下降引起。

T浇— T液用体收缩率表示

b.凝固收缩从凝固开始到凝固终止温度间的收缩。由状态改变、温度下降和

相变三部分组成。

T液— T固用体收缩率表示

——液态收缩与凝固收缩产生的缺陷：1)缩孔

产生部位：通常在铸件上部，或最后凝固的部分,呈倒锥形，内表面粗糙。

产生条件：铸件由表及里地逐层凝固，即纯金属或共晶成分的合金易产生缩孔。

影响因素：合金的液态收缩↑，凝固收缩↑→缩孔容积↑浇注温度↑→缩孔容积↑；铸件较厚→缩孔容积↑

2)缩松

缩松：分散在铸件某些区域内的细小孔洞，分为宏观缩松和显微缩松两种，显微缩松分

布更为广泛。

形成条件:主要出现在结晶温度区间大呈糊状凝固的合金中。

3）和缩松的危害：铸件的致密性降低，降低有效的受力面积，降低有效受力面积。

4）孔和缩松的防止：a.工艺措施:设冒口，加冷铁，使铸件实现“顺序凝固”,以利“补缩”或转移缩孔和缩松至浇冒口。b.顺序凝固-顺序凝固是指铸件按规定方向从一部分到另一部分逐渐凝固的过程。

c.固态收缩从凝固终止温度到室温间的收缩。由温度下降和相变两部分组成。

T固— T室用线收缩率表示

——固态收缩产生的缺陷：产生铸造应力、变形和开裂

1.铸造应力: 件在凝固以后的继续冷却过程中，其固态收缩受到阻碍，铸件内部即将

产生内应力。按成因可分为3种;

——收缩应力：是有铸型的机械阻碍引起的，也叫机械阻碍应力，属于零食应力。

——相变应力：铸件固态时相变产生体积变化而引起的应力。

——热应力：由于铸件的壁厚不均匀，个部分的冷却速度不同，同一时刻住家个部分收缩量不同，在相互的制约下产生的应力。其形成的3个阶段：（10图1-8）

——热应力及机械应力的危害：有残余应力的铸件，经机械加工，一段时间后，将产生变形，影响零件精度

——热应力的防止：尽量减小铸件个部分的温差，改善砂型和砂芯的退让性，尽量避免出现牵制收缩的结构，去应力退火。

2.铸件的变形:(1)当铸造应力形成时，若超过合金的屈服极限低于强度极限，则产

生塑性变形。(2)铸件内残留应力引起的铸件变形，即自发地通过变形来减缓其内应力。

——铸件变形的防止：

a.工艺上采用同时凝固原则，减小温差，均匀冷却；适用于收缩小或倾向于糊状凝

固的合金，如灰铸铁、锡青铜等。

b.铸件壁厚尽量均匀、对称

c.反变形法

模样制成与变形方向正好相反的形状以抵消其变形的方法叫反变形法。适用于细长易变形铸件。

d.时效处理

时效处理是去除残余应力防止变形的有效方法。

i)自然时效，将铸件置于露天半年以上；

ii)人工时效，550-650℃去应力退火。

时效处理宜放在粗加工之后，以便将铸造应力、粗加工产生应力一并消除。

3.铸件的裂纹：当铸造应力大于铸件金属的强度极限时，铸件变产生裂纹

——热裂纹：是指铸件在凝固的末期的高温下产生的裂纹，他的产生倾向与合金的收缩率、高温强度、铸件结构、铸件阻力等有关。

——热裂纹的防止：

①应尽量选择凝固温度范围小，热裂倾向小的合金。

②应提高铸型和型芯的退让性，以减小机械应力。

③对于铸钢件和铸铁件，必须严格控制硫的含量，

防止热脆性。

——冷裂纹：是在低温下形成的，长出现在铸件收拉伸的部位。苏醒差的合金易产生冷

裂纹，磷元素含量过大也已产生裂纹，壁厚差大，形状复杂，尤其是大而薄的铸件。——冷裂纹的防止：①使铸件壁厚尽可能均匀；②采用同时凝固的原则；③对于铸钢件和铸铁件，必须严格控制磷的含量，防止冷脆性。