铸件的凝固

铸件的凝固
铸件的凝固

C4 铸件的凝固与补缩

本章内容:

铸件的凝固过程、凝固特性对铸件质量的影响,缩孔、缩松的形成机理、防止措施以及冒口和冷铁的应用。

§1 铸件的凝固

一铸件的凝固方式

1 凝固区域

除纯金属和共晶合金外,铸件凝固过程中断面有三区:固相区+凝固区+液相区,见下图。

图4-1铸件某一瞬间凝固区域

温度场T:指铸件断面上某瞬时的温度分布曲线

固相等温面:Ⅰ-Ⅰ’

液相等温面:Ⅱ-Ⅱ’

固相区:合金已凝固成固相的区域;

液相区:尚未开始凝固的区域;

凝固区:凝固和液固相并存的区域。

2 凝固方式

根据铸件凝固时其断面上凝固区域的大小,凝固方式分三种:逐层凝固、糊状凝固(体积凝固)、中间凝固。

铸件断面凝固区域的宽度δ由合金的结晶温度范围⊿tc和铸件断面上的温度梯度δt决定的。当温度梯度相同时,取决于合金的结晶温度范围;当合金成分一定时,则取决于温度梯度。温度梯度较大时,可使凝固区域变窄。

1)逐层凝固⊿tc=0,δ=0

恒温下结晶的合金,在凝固过程中其铸件断面上凝固区宽度等于零,断面上的固体和液体由一条界线清楚分开。随温度下降,凝固层逐渐加厚直至铸件凝固结束。包括纯金属、共晶合金、结晶温度范围很小或断面上温度梯度很大的情况。

逐层凝固糊状凝固中间凝固

左:纯金属或共晶合金左:结晶温度范围很宽左:结晶温度范围较窄右:窄结晶温度范围右:温度场平坦右:温度梯度较大

凝固特点:

易形成缩孔、热裂倾向小、较好的流动能力。(这类合金的补缩性良好,可以采取工艺措施,如设置冒口,来消除缩孔)。

合金种类:

纯金属、共晶合金、低碳钢、高合金钢、铝青铜、窄结晶温度范围黄铜等。

2)糊状凝固

铸件凝固过程中,铸件断面上的凝固区域很宽,在某一段时间内,凝固区域甚至会贯穿于铸件的整个断面,铸件表面尚未出现固相区,铸件中心已开始结晶,出现了固相。

凝固特点:

补缩性差(易形成缩松)、热裂倾向大、流动能力差。

合金种类:

高碳钢、球铁、锡青铜、铝镁合金及某些结晶温度范围宽的黄铜。

3)中间凝固

铸件断面上凝固区域宽度介于逐层凝固和糊状凝固之间。

中碳钢、高锰钢、白口铸铁、灰铸铁。

总结:铸件的凝固方式(3种),主要依据铸件断面上凝固区宽度δ来分,铸件

断面上凝固区域宽度δ是由合金的结晶温度范围⊿tc和铸件断面上的温度梯度δt决定的。

二铸件凝固原则

1 顺序凝固(定向凝固)

采用工艺措施使铸件远离冒口部分先凝固,后近冒口,最后冒口。具递增温度梯度。

冒口补缩作用好,铸件内部组织致密。但不同部分温差大,热应力大,易产生热裂。加冒口后金属消耗大。

2 同时凝固

采用工艺措施使铸件各部分之间没有温差或温差很小,使不同部分同时凝固。

铸件不易产生热裂,应力和变形小,不用冒口或冒口很小,节省金属。但铸件中心可能产生缩松缺陷,组织不够致密。

总结:逐层凝固是指铸件某一断面上的凝固顺序,顺序凝固(定向凝固)是指铸件宏观结构上各部分的凝固顺序。

三凝固原则的选择

如何选择凝固原则,应根据铸件的合金特点、工作条件、结构特点及可能出现的缺陷等综合考虑。

1 除承受静载荷外还受到动载荷作用的铸件,承受压力而不允许渗漏的铸件或表面粗糙度值要求低的铸件宜选择顺序凝固或局部顺序凝固原则。(致密性要求高或质量要求高的铸件)

2 厚实的或壁厚不均匀的铸件,当其材质是无凝固膨胀且倾向于逐层凝固的铸造合金时,宜采用顺序凝固原则。

3 碳硅含量较高的灰铁,其铸件凝固时有石墨化膨胀,不易出现缩孔和缩松,宜采用同时凝固原则。

4 球墨铸铁铸件利用凝固时的石墨化膨胀力实现自补缩时应选择同时凝固原则。(铸型刚度大时,如呋喃树脂自硬砂型、覆砂金属型等)

5 非厚实、壁厚均匀的铸件,尤其是各类合金的薄壁铸件,宜采用同时凝固。

6 当铸件易出现热裂、变形或冷裂缺陷时宜采用同时凝固原则。

7 对于结晶温度范围大、倾向于糊状凝固的合金铸件,对气密性要求不高时,宜采用同时凝固。如其重要部分不允许出现缩松,则可采取其它工艺措施(如覆砂金属型或加冷铁)。

例图4-8 (p115)同一铸件不同要求时采用不同凝固原则。

生产实践中,控制铸件凝固原则的工艺措施可包括正确地布置浇口位置、确定合理的浇铸工艺、采用冒口补缩、在铸件上增加补贴、采用冷铁或不同蓄热系数的铸型材料、浇铸后改变铸件位置等。

作业题:如何选择铸件的凝固原则?

铸造过程模拟仿真

铸造过程模拟仿真 1、概述 在铸造生产中,铸件凝固过程是最重要的过程之一,大部分铸造缺陷产生于这一过程。凝固过程的数值模拟对优化铸造工艺,预测和控制铸件质量和各种铸造缺陷以及提高生产效率都非常重要。 凝固过程数值模拟可以实现下述目的: 1)预知凝固时间以便预测生产率。 2)预知开箱时间。 3)预测缩孔和缩松。 4)预知铸型的表面温度以及内部的温度分布,以便预测金属型表面熔接情况,方便金属型设计。 5)控制凝固条件[1]。 为预测铸应力,微观及宏观偏析,铸件性能等提供必要的依据和分析计算的基础数据。作为铸造工艺过程计算机数值模拟的基础,温度场模拟技术的发展历程最长,技术也最成熟。温度场模拟是建立在不稳定导热偏微分方程的基础上进行的。考虑了传热过程的热传导、对流、辐射、结晶潜热等热行为。所采用的计算方法主要有:有限差分法、有限元法、边界元法等;所采用的边界条件处理方法有N方程法、温度函数法、点热流法、综合热阻法和动态边界条件法;潜热处理方法有:温度回升法、热函法和固相率法。 自丹麦Forsound于1962年第一次采用电子计算机模拟铸件凝固过程以来,为铸造工作者科学地掌握与分析铸造工艺过程提出了新的方法与思路,在全世界范围内产生了积极的影响,许多国家的专家与学者陆续开展此项研究工作。在铸造工艺过程中,铸件凝固过程温度场的数值模拟计算相对简单,因此,各国的专家与学者们均以铸件凝固过程的温度场数值模拟为研究起点。继丹麦人之后,美国在60年代中期开始进行大型铸钢件温度场的计算机数值模拟计算研究,且模拟计算的结果与实测温度场吻合良好;进入70年代后,更多的国家加入了铸件凝固过程数值模拟的研究行列中,相继开展了有关研究与应用,理论研究与实际应用各具特色。其中有代表性的研究人员有美国芝加哥大学的R.D.Pehlke教授、佐治亚工学院的J.Berry教授、日本日立研究所的新山英辅教授、大阪大学的大中逸雄教授、德国亚探工业大学的P.Sham教授和丹麦科技大学的P.N.Hansen教授等。我国的铸件凝固过程温度场数值模拟研究始于70年代末期,沈阳铸造研究所的张毅高级工程师与大连工学院的金俊泽教授在我国率先开展了铸造工艺过程的计算机数值模拟研究工作,虽然起步较晚,但研究工作注重与生产实践密切结合,取得了较好的应用效果,形成了我国在这一研究领域的研究特色[2]。 1988年5月,在美国佛罗里达州召开的第四届铸造和焊接计算机数值模拟会议上,共有来自10个研究单位的从事铸造凝固过程计算机数值模拟技术研究的专家和学者参加了会议组织的模拟斧锤型铸件凝固过程的现场比赛。由于该铸件在几何形状上属复杂类型,模拟计算有一定的难度。从比赛结果看,绝大部分的模拟结果与实际测温结果相吻合。此次比赛得出如下结论[8]: l)铸件凝固过程的计算机模拟达到了相当的水平,如三维自动刻分、三维模拟计算、三维温度场显示等,并产生了一些软件包,如日立公司的HICASS、丹麦的Geomesh、大阪大学的SOLAM及亚琛的CASTS等。 2)模拟计算的结果都接近实测,这说明有限差分、有限元和边界元这三种计算方法对温度场计算都能满足精度要求,同时也说明了铸件凝固过程温度场计算机模拟计算技术已趋成熟。

铸件充型凝固过程数值模拟

铸件充型凝固过程数值模拟 1 概述 欲获得健全的铸件,必先确定一套合理的工艺参数。数值模拟或称数值试验的目的,就是要通过对铸件充型凝固过程的数值计算,分析工艺参数对工艺实施结果的影响,便于技术人员对所设计的铸造工艺进行验证和优化,以及寻求工艺问题的尽快解决办法。 铸件充型凝固过程数值计算以铸件和铸型为计算域,包括熔融金属流动和传热数值计算,主要用于液态金属充填铸型过程;铸件铸型传热过程数值计算,主要用于铸件凝固过程;应力应变数值计算,用于铸件凝固和冷却过程;晶体形核和生长数值计算,主要用于金属铸件显微组织形成过程和铸件机械性能预测;传热传质传动量数值计算,主要用于大型铸件或凝固时间较长的铸件的凝固过程。数值计算可预测的缺陷主要是铸件形成过程中易发生的冷隔、卷气、缩孔、缩松、裂纹、偏析、晶粒粗大等等,另外可以通过数值计算,提出合理的铸造工艺参数,包括浇注温度、铸型温度、铸件凝固时间、打箱时间、冷却条件等等。目前,用于液态金属充填铸型过程的熔融金属流动和传热数值计算以及用于铸件凝 固过程的铸件铸型传热过程数值计算已经比较成熟,逐渐为铸造厂家在实际生产中采用,下面主要介绍这两种数值试验

方法。 1.1 数学模型 熔融金属充型与凝固过程为高温流体于复杂几何型腔内作有阻碍和带有自由表面的流动及向铸型和空气的传热过程。该物理过程遵循质量守恒、动量守恒和能量守恒定律,假设液态金属为常密度不可压缩的粘性流体,并忽略湍流作用,则可以采用连续、动量、体积函数和能量方程组描述这一过程。 质量守恒方程 ? u/? x+? v/? y+? w/? z= 0 (2-1) 动量守恒方程 ?(ρ u)/? t+u?(ρ u)/? x+v?(ρ u)/? y+w?(ρ u) /?z = -? p/? x+μ(?2u/? x2+?2v/?y2+? 2w/? z2)+ρ g x (2-2a) ?(ρ v)/? t+u?(ρ v)/? x+v?(ρ v)/? y+w?(ρ v) /?z = -? p/?y+μ (?2u/?x2+?2v/?y2+? 2w/? z2)+ρ

-铸件的凝固时间和凝固速度

铸件的凝固时间和凝固速度 铸件的凝固时间是指从液态金属充满铸型后至凝固完毕所需要的时间,单位时间凝固层增长的厚度则称为凝固速度。铸件的凝固时间是设计冒口尺寸的依据。合理地确定冒口和冷铁的位置,控制铸件各部分的凝固速度,使其按一定的顺序或方向进行凝固,是获得致密健全铸件的重要条件。另外,对大型或重要铸件,为了控制开箱时间,需对凝固时间和凝固速度进行估算。下面介绍两种计算方法。 (1)平方根定律 对铸件的凝固过程进行传热计算,可以推导出凝固层厚度随时间的变化规律: t K =0δ 或 220K t δ= (1) t K dt d v 20 ==δ (2) 式中 δ0——凝固层厚度(cm); K ——凝固系数(cm/min 1/2); t ——凝固时间(min); υ——凝固速度(cm/min)。 式(1)就是平方根定律,表明在砂型或金属型铸造条件下凝固层厚度δ0与凝固时间t 的平方根成正比。凝固系数K 值与许多因素有关,实际中常用实验方法测得,见表1。铸件凝固完毕,凝固层厚度到达壁厚中心,将壁厚的一半(δ0/2)代入式(1),即可求得凝固时间。 表1 各种合金的凝固系数

平方根定律的推导,本身对铸件的凝固过程作了一些假设,故其仅适用于大型平板类结晶温度间隔较小的合金铸件,求得近似值。 (2)模数法 当合金、铸型和浇注条件确定之后,铸件凝固时间决定于铸件的体积与散热表面积之比,即铸件的模数M C (M C = V c / S),也称折算厚度或当量厚度。可以推出 2 2221??????== S V K K M t C C (3) 式中 t ——铸件凝固时间; V c ——铸件体积; S ——铸件散热表面积; M C ——铸件模数。 图1是各种形状的铸钢件(重量从10kg 到65t )实测凝固时间与模数的关系。 图1 实测凝固时间与模数的关系 模数法由于考虑了铸件结构形状的影响,使计算值更接近于实际。 由模数法可知,即使铸件的体积和重量相等,如果其几何形状不同,则铸件模数及其凝固时间均不相等。反之,不论铸件的体积和形状如何,只要其模数相等,则凝固时间相近。

液态收缩和凝固收缩是铸件产生缩孔和缩松的基本原因

液态收缩和凝固收缩是铸件产生缩孔和缩松的基本原因 影响铸件收缩的因素: 化学成分与合金类别:如铸钢的收缩最大,灰铸铁最小。 浇注温度:合金浇注温度越高,过热度越大,液体收缩越大。 铸件结构和铸型工艺条件:铸件的收缩并非自由收缩,而是受阻收缩。1)铸件中各部分冷却速度不同,收缩先后不一致,相互制约产生阻力;2)铸型等对铸件收缩产生的机械阻力。 铸件在冷却和凝固过程中,若液态收缩和凝固收缩所缩减的体积得不到补充,往往在铸件最后凝固的地方出现孔洞。容积大而且比较集中的孔洞—缩孔;细小而且分散的孔洞—缩松。 产生原因:液态收缩和凝固收缩值大于固态收缩值 缩孔和缩松存在:铸件有效承载面积减小,引起应力集中,力学性能下降,还降低气密性和物理性能。 缩孔的形成:在铸件上部或最后凝固的部位; 其外形特征是:近于倒圆锥形。 缩松的形成:由于结晶温度范围较宽,树枝晶发达,流动性低、液态和凝固收缩所形成的细小、分散孔洞得不到液态金属补充而造成。 纯金属和共晶成分的合金,易形成集中缩 如何防止缩孔和缩松: 防止措施①合理选用铸造合金②按照定向凝固原则进行凝固采用各种措施保证铸件结构上各部分按照远离冒口的部分先凝固然后是靠近冒口部分最后是冒口本身的凝固③合理选择浇注系统和浇注位置④合理地应用冒口、冷铁和补贴等工艺措施。附缩孔补救措施焊补。挖去缺陷区金属用与基体金属相同或相容的焊条焊补缺陷区焊后修平进行焊后热处理。 举例: Ti-47Al-2Cr-2Nb合金铸锭有很强的柱状晶生长趋势,在轴线附近区域形成分散的缩松;加入0.8%B(原子分数)后,铸锭的组织得到细化,并削弱了柱状晶生长趋势,收缩缺陷分布集中以大缩孔方式存在,显微缩松的密度和尺寸均降低.添加0.1%C(原子分数)后,铸锭的组织和缩孔缩松与Ti-47Al-2Cr-2Nb比均无明显变化. 热应力:铸件在凝固和冷却过程中,不同部位由于不均衡的收缩而引起的应力。为铸造残留应力 减少或消除应力的方法: 减少铸件各部位的温差,尽量形成同时凝固。 改善铸型和型芯的退让性,以减少收缩的机械阻力。 在性能满足的前提下,选择弹性模量E小和收缩系数小的合金。 消除应力方法:1)人工失效:去应力退火 2)自然失效 3)振动时效 铸件内应力的预防措施铸件产生铸造内应力的主要原因是合金的固态收缩。为了减小铸造内应力在铸造工艺上可采取同时凝固原则。所谓同时凝固原则就是采取工艺措施保证铸件结构上各部分之间没有温差或温差尽量小使各部分同时凝固。此外还可以采取去应力退火或自然时效等方法将残余应力消除。

材料成型第二章重难点复习题解答

第二章凝固温度场 第一节传热基本原理 一、填空 1. 温度梯度指温度随距离的变化率,对于一定温度场,沿等温面或等温线法线方向的温度梯度最大,图形上沿着该方向的等温面(或等温线)最密集。 2. 根据传热学的基本理论,热量传递的基本方式有热传导、热对流和热辐射三种。在连续介质内部或相互接触的物体之间不发生相对位移而仅依靠分子、原子及自由电子等微观粒子的热运动而产生的热量传输称为热传导。 3. 铸造过程中液态金属在充型时与铸型间的热量交换以热对流为主,铸件在铸型中的凝固、冷却过程以热传导为主。 4. 不仅在空间上变化并且也随时间变化的温度场称为不稳定温度场。熔焊时焊件各部位的温度随热源的施加及移动而变,属于不稳定温度场,又称之为焊接热循环。 5. 傅里叶定律是热传导过程的数学模型,求解该偏微分方程的主要方法有解析方法与数值方法,后者是用计算机程序来求解数学模型的近似解,最常用的数值解法是差分法和有限元法。 6. 在求解热传导过程中的温度场时需要根据具体问题给出导热体的边界条件,一般将边界条件分为三类,其中以换热边界条件最为常见。对于不稳定温度场的求解,除了边界条件之外,还要提供导热体的初始条件。 二、单选题: 1. 熔焊过程中热源与焊件间的热量传递方式属于:(4) (1)热传导(2)热对流(3)热辐射(4)以上全部 2. 熔焊过程中熔池内部的热量传递以( 2 )方式为主。 (1)热传导(2)热对流(3)热辐射(4)以上全部 3. 熔焊过程中焊件内部的热量传递以( 1 )方式为主。 (1)热传导(2)热对流(3)热辐射(4)以上全部 4. 熔焊过程中焊件表面与周围空气介质之间的热量传递方式属于:(4) (1)热传导(2)热对流(3)热辐射(4)以上全部 三、简答

动态扭振法测固化曲线

动态扭振法测定热固性树脂的固化曲线 一. 实验目的 1.通过对热固性树脂等温固化曲线的测定,了解其固化历程,求取凝胶化时间,固化时间和固化反应表观活化能, 2.理解如何利用动态力学的方法来研究固化过程和学习到我们创立的研究热固性树脂和树脂基复合材料固化的动态扭振法。 二. 实验原理 热固性树脂的固化属线形高分子的交联,历程复杂。高分子一旦发生交联就不溶不熔, 致使固化过程的研究十分困难。传统上对固化的研究采用化学分析、红外光谱、量热法等 化学手段来分析反应官能团的转化率。然而在固化的最后阶段官能团消耗程度的增加已经 不明显,致使这些分析的灵敏度和功能大为减小。而正是这个最后固化阶段对固化产物的 性能有很大影响,在很大程度上决定了固化树脂的最佳性能。 但固化总与力学性能有关。从力学性能来看,固化过程是树脂聚合物模量逐渐增加的 过程。在某些分析技术灵敏度急剧下降的固化最后阶段,其在力学强度上却有很好的反映, 不同的固化程度可以通过它们模量的变化反映出来。因此,用力学的方法可以很好地研究 热固性树脂的固化过程。使用动态力学方法可以由一个单独的实验来监测聚合物从液态到 固态交联树脂转变的固化全过程,逼真地模拟整个成型工艺,并反映材料力学性能随温度 变化的规律,得到一些固化反应表观动力学的数据。在筛选配方的固化条件时,它和力学 破坏实验相比省力省时,颇受工业界的欢迎。 动态扭振法是我们创立的研究热固性树脂和树脂基复合材料固化的新方法,它是强迫振动非共振法的一种,它以一定速率不断对树脂固化剂体系作小角度扭振,测定为维持这扭振所必需的扭矩的变化。随着固化程度的增加,树脂的模量变大,扭矩也随之增加,因此这扭矩的大小就反映了树脂的固化程度。 图1. 树脂固Array化仪及其原理图. 1.测力传感器; 2. 上模; 3.下模;4. 偏心轮;5.扭振电 机; 6.升降电机; 7.变速箱;8.放大 器;9.温控仪; 10. 计算机;11.电源动态扭振法是强迫振动非共振法的一种。根据这个方法原理构造的树脂固化仪(图1)装置原理 见图2。仪器主要由三部分组成,即温度的控制和测量,扭矩的测定和记录,机械传动(图1)。

钢的凝固收缩系数

钢的凝固收缩系数 1、钢凝固收缩过程的三个阶段:液态收缩、凝固收缩和固态收缩 钢的总体收缩为上述三个阶段收缩之和。它与合金的成分、温度和相变有关。不同合金收缩率是不同的。 2、影响收缩的因素 (1)化学成分 碳素钢随含碳量增加,凝固收缩增加,而固态收缩略。灰铸铁中,碳是形成石墨化元素,硅是促进石墨化元素,所以碳硅含量增加,收缩率减小。硫阻碍石墨的析出,使铸铁的收缩率增大。适量的锰,可与硫合成MnS,抵硫对石墨的阻碍作用,使收缩率减小。但含锰量过高,铸铁的收缩率又有增加。 (2)浇注温度 浇注温度愈高,过热度愈大,合金的液态收缩增加。 (3)铸件结构 铸型中的铸件冷却时,因形状和尺寸不同,各部分的冷却速度不同,结果对铸件收缩产生阻碍。 (4)铸型和型芯对铸件的收缩也产生机械阻力 铸件的实际线收缩率比自由线收缩率小。因此设计模具时,应根据合金的种类、铸件的形状、尺寸等因素,选取适合的收缩率。 3、钢水凝固过程中的收缩: 钢水由液态转变为固态,随着温度下降,收缩可分为: (1)液态收缩:由浇注温度降到液相线温度的收缩。对于低碳钢一般为1%; (2)凝固收缩:液体完全变为固体的体积收缩。对于钢一般为3~4%。体积收缩会在钢锭中留下缩孔。 (3)固态收缩:从固相线温度冷却到室温的收缩。一般为7~8%。固态收缩表现为整个钢锭的线收缩,它与钢冷却过程的相变有关。对钢锭产生裂纹有重要影响。 液体钢密度为7.0g/cm3,固体钢密度为7.8g/cm3,则液体变为固体收缩量为:((7.8-7.0)/7.0)×100%=11.4%,其中液态收缩量约1%,凝固收缩3~6%,固态收缩7~8%。凝固时3~4%的体积收缩在钢锭中会留下缩孔,采用保护帽使缩孔集中在钢锭头部。而连铸时钢水不断补充到液相,故连铸坯中无集中缩孔。而带

材料成型基础复习题

一、名词解释 1、铸造:将液态金属浇注到与零件的形状相适应的铸型型腔中冷却后获得铸件的方法。 2、热应力:在凝固冷却过程中,不同部位由于不均衡的收缩而引起的应力。 3、收缩:铸件在液态、凝固态和固态的冷却过程中所发生的体积缩小的现象,合金的收缩 一般用体收缩率和线收缩率表示。 4、金属型铸造:用重力浇注将熔融金属注入金属铸型而获得铸件的方法。 5、流动性:熔融金属的流动能力,近于金属本身的化学成分、温度、杂质含量及物理性质 有关,是熔融金属本身固有的性质。 二、填空题 1、手工造型的主要特点是(适应性强)(设备简单)(生产准备时间短)和(成本低),在 (成批)和(大量)生产中采用机械造型。 2、常用的特种铸造方法有(熔模铸造)(金属型铸造)(压力铸造)(低压铸造)和(离心 铸造)。 3、铸件的凝固方式是按(凝固区域宽度大小)来划分的,有(逐层凝固)(中间凝固)和 (糊状凝固)三种凝固方式。纯金属和共晶成分的合金是按(逐层)方式凝固。 4、铸造合金在凝固过程中的收缩分三个阶段,其中(液态收缩和凝固收缩)是铸件产生缩 孔和缩松的根本原因,而(固态)收缩是铸件产生变形、裂纹的根本原因。 5、铸钢铸造性能差的原因主要是(熔点高,流动性差)和(收缩大)。 6、影响合金流动性的内因有(液态合金的化学成分),外因包括(液态合金的导热系数) 和(黏度和液态合金的温度)。 7、铸造生产的优点是(成形方便)(适应性强)和(成本低),缺点是(铸件力学性能较低) (铸件质量不够稳定)和(废品率高)。 三、是非题 1、铸造热应力最终的结论是薄壁或表层受拉。错 2、铸件的主要加工面和重要的工作面浇注时应朝上。错 3、冒口的作用是保证铸件的同时冷却。错 4、铸件上宽大的水平面浇注时应朝下。对 5、铸造生产特别适合于制造受力较大或受力复杂零件的毛坯。错 6、收缩较小的灰铸铁可以采用定向(顺序)凝固原则来减少或消除铸造内应力。错 7、相同的铸件在金属型铸造时,合金的浇注温度应比砂型浇注时低。错 8、压铸由于熔融金属是在高压下快速充型,合金的流动性很强。对 9、铸件的分型面应尽量使重要的加工面和加工基准面在同一砂箱内,以保证铸件精度。对 10、采用震击紧实法紧实砂型时,砂型下层的紧实度小于上层的紧实度。错 11、由于压力铸造具有质量好、效率高、效益好等优点,目前大量应用于黑色金属的 铸造。错 12、熔模铸造所得铸件的尺寸精度高,而表面光洁度较低。错 13、金属型铸造主要用于形状复杂的高熔点难切削加工合金铸件的生产。错 四、选择题 1、形状复杂的高熔点难切削合金精密铸件的铸造应采用(B) A 金属型铸造 B 熔模铸造 C 压力铸造 2、铸造时冒口的主要作用是(B) A 增加局部冷却速度 B 补偿热态金属,排气及集渣 C 提高流动性 3、下列易产生集中缩孔的合金成分是(C) A 0.77%C B 球墨铸铁 C 4.3%C

铸件凝固动态曲线测定

实验一铸件凝固动态曲线测定 1.实验目的 合金液相线到固相线之间的温度间隔谓之结晶间隔,凝固过程中逐渐液相线等温面和固相线等温面之间的区域谓之凝固区域,反映凝固区域由表及里推移的最直观方法是凝固动态曲线,凝固区域是液固并存区。它的宽、窄、结构,向铸件中推进的速度以及最终推进到铸件中心的时间,对铸件的质量,如缩孔、缩松热裂,偏析等的形成都有影响。因此它是研究铸件凝固问题重要领域之一。本实验的目的在于学会测定铸件凝固动态曲线,对凝固区域结构建立起直观认识,验证铸件凝固的平方根定律。 2.实验原理 如下图所示,由一维铸件表面至中心安放六根热电偶测得相应的六条冷却曲线,如图(a)所示,再以时间为横坐标轴,以铸件表面至中心的六根热电偶的安装位置,即以铸件表面至中心之距离为纵坐标轴,如图(a)每根冷却曲线与液相线和固相线的交点分别向下引出垂线,与各热电偶的位置线相交,得到的相应交点,把交点连接起来就构成了凝固动态曲线,所得之图即为凝固动态图如图(c)所示。

图(c)左边曲线同液相线相对应(如有过冷,则与一个略低的等温线相对应)。它表示不同时间铸件断面中凝固开始的部位,故谓之“凝固始液”。它实质上表示了铸件断面中液相线等温面从铸件表面向中心推进,在不同时间所处之部位,该曲线之斜率就表示液相线等温面向中心推进至速度。 图(c)右边曲线同固相线相对应,它表示不同时间铸件断面中凝固结束的部位,故谓之“凝固终夜”。它实质上表示了铸件断面中固相线等温面在不同时间时所处之部位,它的斜率就表示了固相线等温面向铸件中心推进的速度。 在凝固动态图(c)上可以看出具有结晶间隔的合金在每个时间,从铸件表面至中心参在固相区(铸件表面至凝固终液),凝固区(凝固终波至凝固始波之垂直距离)和液相区三个区域。在图上可以看出铸件凝固过程即是凝固区域不断推向铸件中心液相区随之不断缩小以至于消失之过程。凝固终波到达铸件中心就表示铸件凝固过程已经结束。 所以动态曲线测定原理实际上就是把具有温度-时间坐标的多根冷却曲线 转变成具有距离-时间坐标的凝固动态曲线图。无论多么复杂的合金,只要能在冷却线上找出合金在凝固过程中析出新相和析出终了的拐点,就能在凝固动态图上画出析出新相的始波和新相析出终了之终波。 将某液态金属在同一浇注温度下同时注入几个同样的铸型,经过不同时间间隔,分别使铸型中尚未凝固的残余液体流失,获得固态金属硬壳。这种铸件凝固的研究方法谓之残余液体流失法或倾出法。所得到的硬壳内表面叫倾出边界,所得到的硬壳厚度即为倾出边界向铸件中心推进之距离。此距离应符合平方根定律。在凝固动态图上不同时间内所得到的硬壳厚度的点并且再连接成线,就可以得到倾出边界动态曲线。 在凝固动态图上,倾出边界愈靠近凝固始波则说明愈易达成牢固的晶粒骨架,这种情况表示铸件凝固时,晶粒骨架中可能存在较多的、被晶架分隔成许多个孤立小熔池的残余金属波,并且亦表示铸件在凝固时期可能较早地产生线收缩。因此具有这种特点的合金就容易产生晶间缩松和热裂。 3.实验内容 测定纯铝(Al)和ZL102(铝铜合金4.0~5.0%重量比),一维铸件的凝固动态曲线。

第二节 常用的铸造方法

第二节常用的铸造方法 (五)离心铸造 离心铸造是将金属液浇入绕水平、倾斜或立轴旋转的铸型,在离心力的作用下凝固的铸造方法。铸件的轴线与旋转铸型的轴线重合。铸型可用金属型、砂型、陶瓷型、熔模壳型等。 1.离心铸造机 离心铸造机是离心铸造所用的设备,按其旋转轴空间位置的不同分为立式、卧式二种。立式离心铸造机的铸型是绕垂直轴旋转(图2-2-41a),由于金属液的重力作用,铸件的内表面呈抛物线形,故铸件不易过高,它主要用于铸造高度小于直径的环类、套类及成形铸件。卧式离心铸造机的铸型是绕水平轴旋转(图2-2-41b),铸件的壁厚较均匀,主要用长度大于直径的管类、套类铸件。 图2-2-41 离心铸造示意图 图 2-2-9 离心铸造 2.离心铸造的特点和应用 与其它铸造方法相比,离心铸造的优点是: (1)优点 1)铸件组织致密,无缩孔、缩松、气孔、夹渣等缺陷,力学性能好。 2)铸造圆形中空铸件时,不用型芯和浇注系统,简化了工艺过程,降低了金属消耗。 3)提高了金属液的充型能力,改善了充型条件,可用于浇注流动性较差的合金及薄壁铸件。 4)可生产双金属铸件,如钢套内镶铜轴承等,其结合面牢固、耐磨,又可节约贵重金属材料。 5)离心铸造适应性较广,铸造合金的种类几乎不受限制。既合适于铸造中空件,又可以铸造

成形铸件。中空铸件的内径通常为8~3000mm;铸件长度可达8000mm;质量可由几克至十几吨。 但离心铸造不宜生产易偏析的合金(如铅青铜等),铸件内表面较粗糙,尺寸不易控制。 (2)应用 离心铸造主要用于生产各种管、套、环类铸件,如铸铁管、铜套、滑动轴承、缸套、双金属钢背铜套等铸件,也可用于生产齿轮、叶轮、涡轮等成形铸件。 (六)熔模铸造 熔模铸造是指在易熔(如蜡料)制成的模样上包覆若干层耐火涂料,待其干燥硬化后熔出模样而制成型壳,型壳经高温培烧后即可浇注的铸造方法。熔模铸造是精密铸造方法之一。 1.熔模铸造的工艺过程 熔模铸造的工艺过程如动画2-2-7所示。 (1)用钢或铜合金等加工制成用来制造压型的母模。 (2)制造压型压型是制造熔模的模具。压模尺寸精度和表面质量要求高,它决定了熔模和铸件的质量。批量大、精度高的铸件所用压型常用钢或铝合金加工制成,小批量生产可用易熔合金浇注而成。 (3)制造模样。模样的材料有石蜡、蜂蜡、硬脂酸和松香等,常用的为50%石蜡加50%硬脂酸。将其加热只熔融(糊状)状态后压入压型,凝固后取出得到蜡模组。当铸件较小时,常将单个蜡模粘焊在预制好的蜡质浇注系统上制成蜡模组。 动画2-2-7 熔模铸造工艺过程 (4)制造型壳。将蜡模组浸入涂料(石英粉加水玻璃粘结剂)中,取出后在其表面撒上一层石英砂,再放入硬化剂(氯化铵熔液)中进行化学硬化。如此反复涂挂4~9层,得到厚度约5~10mm 的坚硬型壳。然后将结壳后的蜡模组放入90~95℃的热水中,使蜡模熔化并从浇口流出得到中空的型壳。 (5)造型和培烧为加固型壳,防止型壳浇注时变形或破裂,可将其竖放在铁箱中,周围用干砂填紧,此过程称为造型。对于强度高的型壳可不必填砂。为进一步排除型壳内的水分、残留蜡料及其他杂质,提高其强度,还需将装好型壳的铁箱送入加热炉内在900~950℃培烧。 (6)浇注为提高金属液的充型能力,应在型壳培烧出炉后趁热(600~700℃)进行浇注。冷却凝固后清除型壳,便得到一组带有浇注系统的铸件。 2.熔模铸造的特点和应用 由于熔模铸造采用可熔化的一次模,无需起模,故型壳为一整体而无分型面,而且型壳是由耐火度高的材料制成,因此熔模铸造具有下列优点:。 (1)可生产形状复杂、轮廓清晰、薄壁铸件。其最小铸出孔的直径为0.5mm,最小壁厚为0.3mm。 (2)铸件精度高,表面质量好。铸件尺寸公差等级可达:钢铁材料CT7~CT5,铜合金等

数值模拟在铸造充型及凝固过程的应用进展

数值模拟在铸造充型及凝固过程的应用进展 摘要:综述了铸造过程中数值计算的基本理论,简要介绍了铸造充型及凝固当前国内外发展状况以及所存在的问题,并对铸造过程数值模拟的相关软件进行评述。最后指出合理地利用铸造模拟软件,能够优化铸件的微观组织,提高产品质量,降低产品成本,缩短产品设计和试制周期。 关键词:铸造;充型过程;数值模拟;模拟软件

The Application of Numerical Simulation in Mold Filling and Solidification Process Abstract:The basic theory of numerical calculations is summarized, and a brief introduction of the developing situation and existing problems of the casting mold filling and solidification process at home and abroad,reviewed the numerical simulation software of casting process. In the end, it also clearly shows that it can optimize the casting microstructure, improve the quality, decrease the cost and reduce the design and trial cycle for the products by using the numerical simulation software properly. Key words: Casting; Filling and Solidification process; Numerical Simulation; Simulation Software

铸造工艺理论基础测验题

第一讲铸造工艺理论基础测验题 1. 液态合金在冷凝过程中,有可能产生缩孔。缩孔往往产生在铸件最后凝固的部位 2. 冒口的主要作用是补缩 3. 为防止铸件中产生热应力,正确的工艺措施是同时凝固 4 .预防热应力的基本途径是铸件各部位的温度差尽量减少 5. 铸件热裂纹的形状特征是缝内有氧化色 5. 铸造性能属于工艺性能 6. 影响合金流动性的因素很多,但以的影响最为显着化学成分 6. 铸件产生冷隔的原因是:。浇注温度太低 6. 为防止铸件上产生缩孔,正确的工艺措施为。顺序凝固 6. 降低铸件凝固时的温度梯度,可以使铸件凝固区域减小 增加铸件结晶时的凝固区域,有利于防止铸件产生缩松 为了消除铸件中的机械应力,可在铸造后对铸件采用时效处理 去应力退火是消除机械应力最有效的工艺措施 7. 拟生产一批小铸铁件,力学性能要求不高,但要求越薄越好。在下列措施中哪些是有用的 提高铁水的浇注温度 提高铸型的退让性以便在浇铸时使铸型中的气体尽快排出 选用含碳量为%的共析钢。 选用金属铸型以提高铸型的强度。 8. 图示铸件,在冷却到室温后,可能 产生左右两端向上,中部向下的弯曲变形 在上半部分内部产生纵向残余拉应力 产生左右两端向下,中部向上的弯曲变形 在下半部分内部形成纵向残余拉应力 产生比较大的扭转变形 9. 铸造时,提高液态合金的浇注温度将使铸件产生缩孔的倾向增加1 9. HT200的流动性好于ZG175-570 9 凝固温度范围大的合金,铸造时铸件中容易产生缩松。 9. 当铸型温度等其他条件相同时,含碳%的铸铁比含碳%的铸铁更容易补缩。 10. 为了使铸件实现同时凝固,可在铸件上某些厚大部位增设冷铁,对铸件进行补缩2 11. 顺序凝固”是防止铸件的应力、变形和缩孔等缺陷有效的工艺措施 12. 合金的流动性愈好,充型能力愈强,愈有利于得到薄而复杂的铸件 13. 纯金属具有较好流动性 13.提高浇注温度和充型压力,有助于使合金实现顺序凝固,从而提高合金的充型能力 13. 当铸件壁厚相差较大时,铸件产生缩孔可能性也将增大。 14. 铸造时,提高液态合金的浇注温度将使铸件产生缩孔的倾向增加 15. 铸型上设置冒口的目的是为了排出浇注时注入的多余铁水 16. 为了使铸件实现同时凝固,可在铸件上某些厚大部位增设冷铁,对铸件进行补缩

铸件的凝固方式

铸件的凝固方式:逐层凝固,中间凝固,糊状凝固 合金的结晶温度范围越小,铸件断面的温度梯度越大,铸件越倾向于逐层凝固方式,也越容易铸造 一,合金的收缩分类及导致的缺陷、缩孔与缩松形成原因及防止 答:分类:1.液态收缩2.凝固收缩3.固态收缩。会导致如缩孔、缩松、变形、裂纹、残余应力等缺陷。形成原因:合金液在铸型内冷凝过程中,若其体积收缩得不到补充时,将在铸件最后凝固的部位形成孔洞,容积较大的孔洞叫缩孔,细小而分散的孔叫缩松。防止:1.合理选择铸造合金。2.合理选用凝固原则。铸件的凝固原则分为“顺序凝固”和“同时凝固”两种。实现顺序凝固的办法:1,在铸件的厚大部位安放冒口2.安放冷铁3.设置补贴 浇注位置的选择原则:1.铸件的重要加工面或质量要求高的面,尽可能置于铸件的下部或处于侧立位置2.大平面的浇注位置是将铸件的大平面朝下,以免在此面上出现气孔和夹砂等缺陷3.具有大面积薄壁的铸件,应将薄壁部分放在铸型的下部或处于侧立位置,以免产生浇不足和冷隔等缺陷 4.为防止铸件产生缩孔缺陷,应把铸件容易产生缩孔的厚大部位置于铸型的顶部和侧面 拔模斜度与结构斜度:为使模样(或型芯)易从铸型(或芯盒)中取出,在制造模样或芯盒时,凡平行于拔模方向上的壁,需给出一定的斜度,此斜度称为拔模斜度(拔模斜度);铸件上凡垂直于分型面的不加工面都应有一定的倾斜度,即结构斜度。 浇注系统的分类:1.顶注式浇注系统:优点容易实现顺序凝固和进行补缩。缺点是金属液对铸型冲击大,容易产生飞溅,氧化和卷入空气。适于高度不大,形状简单,薄壁或中等壁厚的铸件。2.中注式浇注系统:其横浇道和内浇道均开设在分型面上,易于操作,便于控制金属夜的流量分布和铸型的热分布。3.底注式浇注系统:优点金属液的充型过程平稳,无飞溅,型腔中的气体易于排出,挡渣效果好,缺点是不能利用金属夜的自重进行补缩 压力铸造的特点:1.生产效率高,便于实现自动化2.获得铸件的尺寸精度高(11~13),表面粗糙度低(3.2~0.8),一些铸件无需机加工可直接使用3.可获得细晶粒组织的铸件,机械强度比砂型铸造高4.便于实在嵌铸 自由锻的基本工序:墩粗和拔长。墩粗是降低高度,增大横截面积。拔长是减小横截面积,增大长度 板料冲压的基本工序:分离工序和变形工序。变形工序:弯曲,拉深 冒口与冷铁:冒口:补给铸件凝固收缩时所需的金属,避免产生缩孔;冷铁:为增加铸件局部冷却速度,在砂型、砂芯表面或型腔内安放的金属激冷物。 焊接的特点:优点:1.接头牢靠,密封性好2.可化大为小,以小拼大3.可实现异种金属的连接4.重量轻,加工装配简单5.焊接结构不可拆卸。缺点:焊接应力变形大,接头容易产生裂纹,夹渣,气孔等缺陷 实现切削加工的三个条件:1.工件与刀具知己要有相对运动即切削运动2.刀具材料必须具有一定的切削能力3.刀具必须具有适当的几何参数即切削角度等 切削用量三要素:切削速度,进给量和背吃刀量 冲孔与落料:落料和冲孔是使坯料按封闭轮廓分离。这两个过程中坯料变形过程和模具结构相同,只是用途不同。落料是被分离的部分为所需要的工件,而留下的周边部分是废料;冲孔则相反。 一、自由锻工序(种类)及含义,典型零件的自由锻工序、反复镦粗拔长的目的。 答:工序有:拔长、墩粗、冲孔、弯曲、扭转、错移、切割。自由锻是金属在锤面与砧面之间受压变形的加工方法。典型工序:1.压肩2.拔长一端切去料头3.调头压肩4.拔长,倒棱,滚圆5.端部拔长切去料头6.全部滚圆并校直。目的:可以提高后续拔长工序的锻造比;同时使晶体更细小,力学性能更好。

铸件合金的凝固与收缩

铸件合金的凝固与收缩 合金凝固温度范围和铸件温度梯度会对铸件的凝固方式产生影响,化学成分不同、浇注温度和铸件结构会对逐渐的收缩产生影响。 (一)铸件的凝固方式及影响因素 1.铸件的凝固方式 (1)逐层凝固方式 合金在凝固过程中其断面上固相和液相由一条界线清楚地分开,这种凝固方式称为逐层凝固。常见合金如灰铸铁、低碳钢、工业纯铜、工业纯铝、共晶铝硅合金及某些黄铜都属于逐层凝固的合金。 (2)糊状凝固方式 合金在凝固过程中先呈糊状而后凝固,这种凝固方式称为糊状凝固。球墨铸铁、高碳钢、锡青铜和某些黄铜等都是糊状凝固的合金。 (3)中间凝固方式 大多数合金的凝固介于逐层凝固和糊状凝固之间,称为中间凝固方式。中碳钢、高锰钢、白口铸铁等具有中间凝固方式。 2.凝固方式的影响因素 (1)合金凝固温度范围的影响 合金的液相线和固相交叉在一起,或间距很小,则金属趋于逐层凝固;如两条相线之间的距离很大,则趋于糊状凝固;如两条相线间距离较小,则趋于中间凝固方式。 (2)铸件温度梯度的影响 增大温度梯度,可以使合金的凝固方式向逐层凝固转化;反之,铸件的凝固方式向糊状凝固转化。 (二)铸造合金的收缩 铸造合金从液态冷却到室温的过程中,其体积和尺寸缩减的现象称为收缩。它主要包括以下三个阶段: 1.液态收缩金属在液态时由于温度降低而发生的体积收缩。 2.凝固收缩熔融金属在凝固阶段的体积收缩。液态收缩和凝固收缩是铸件产生缩孔和缩松的基本原因。 3.固态收缩金属在固态时由于温度降低而发生的体积收缩。固态收缩对铸件的形状和尺寸精度影响很

大,是铸造应力、变形和裂纹等缺陷产生的基本原因。 (三)影响合金收缩的因素 1.化学成分不同成分的合金其收缩率一般也不相同。在常用铸造合金中铸刚的收缩最大,灰铸铁最小。 2.浇注温度合金浇注温度越高,过热度越大,液体收缩越大。 3.铸件结构与铸型条件铸件冷却收缩时,因其形状、尺寸的不同,各部分的冷却速度不同,导致收缩不一致,且互相阻碍,又加之铸型和型芯对铸件收缩的阻力,故铸件的实际收缩率总是小于其自由收缩率。这种阻力越大,铸件的实际收缩率就越小。 (四)收缩对铸件质量的影响 1.缩孔和缩松 (1)缩孔的形成 缩孔总是出现在铸件上部或最后凝固的部位,其外形特征是:内表面粗糙,形状不规则,多近于倒圆锥形。通常缩孔隐藏于铸件的内部,有时经切削加工才能暴露出来。缩孔形成的主要原因是液态收缩和凝固收缩。 (2)缩松的形成 宏观缩松多分布在铸件最后凝固的部位,显微缩松则是存在于在晶粒之间的微小孔洞,形成缩松的主要原因也是液态收缩和凝固收缩所致。(3)缩孔、缩松的防止措施 a)采用定向凝固的原则所谓定向凝固,是使铸件按规定方向从一部分到另一部分逐渐凝固的过程。冒口和冷铁的合理使用,可造成铸件的定向凝固,有效地消除缩孔、缩松。 b)合理确定铸件的浇注位置、内浇道位置及浇注工艺浇注位置的选择应服从定向凝固原则;内浇道应开设在铸件的厚壁处或靠近冒口;要合理选择浇注温度和浇注速度,在不增加其它缺陷的前提下,应尽量降低浇注温度和浇注速度。 2.铸造应力、变形和裂纹 在铸件的凝固以及以后的冷却过程中,随温度的不断降低,收缩不断发生,如果这种收缩受到阻碍,就会在铸件内产生应力,引起变形或开裂,这种缺陷的产生,将严重影响铸件的质量。 (1)铸造应力的产生 铸造应力按其产生的原因可分为三种: a)热应力铸件在凝固和冷却过程中,不同部位由于不均衡的收缩而引起的应力。 b)固态相变应力铸件由于固态相变,各部分体积发生不均衡变化而引起的应力。

第二章作业答案

第二章作业答案 1. 凝固速度对铸件凝固组织、性能与凝固缺陷的产生有重要影响。试分析可以通过哪些工艺措施来改变或控制凝固速度? 解:①改变铸件的浇注温度、浇铸方式与浇铸速度; ②选用适当的铸型材料和起始(预热)温度; ③在铸型中适当布置冷铁、冒口与浇口; ④在铸型型腔内表面涂敷适当厚度与性能的涂料。 2. 对于板状对接单面焊焊缝,当焊接规范一定时,经常在起弧部位附近存在一定长度的未焊透,分析其产生原因并提出相应工艺解决方案。 解:(1)产生原因:在焊接起始端,准稳态的温度场尚未形成,周围焊件的温度较低,电弧热不足以将焊件熔透,因此会出现一定长度的未焊透。 (2)解决办法:焊接起始段时焊接速度慢一些,对焊件进行充分预热,或焊接电流加大一些,待焊件熔透后再恢复到正常焊接规范。生产中还常在焊件起始端固定一个引弧板,在引弧板上引燃电弧并进行过渡段焊接,之后再转移到焊件上正常焊接。 3.补充题一:金属铸件的凝固方式分为哪几种?他们是如何划分的?高碳钢和低碳钢在砂型凝固时,分别属于哪种凝固方式。 解:根据固液两相区的宽度,可将凝固过程分为逐层凝固方式与体积凝固方式(或糊状凝固方式); 当固液两相区很窄时称为逐层凝固方式,反之为糊状凝固方式,固液两相区宽度介于两者之间的称为中间凝固方式; 高碳钢属于体积凝固,低碳钢属于逐层凝固。 4.补充题二:给出式(2-17)和(2-18)的推导过程。 解:省略。 5.附加题:实验设计题:设置一个实验来验证半无限大平板铸铁分别在砂型和金属型铸型中在不同时刻(一般取3个时刻)的温度分布曲线,并得出结论。要求:思路、原理阐述清楚;需要的主要设备选择恰当;实验结果的处理与实验结论。 省略。

铸件缩松浅析

铸件缩松浅析 一、缩松的定义 缩松分为宏观缩松和显微缩松(显微缩松也称之为疏松)。 宏观缩松是用肉眼或放大镜可以看出的分散的细小缩孔; 显微缩松是铸件凝固缓慢的区域因微观补缩通道堵塞而在枝晶间及枝晶的晶臂之间形成的微小缩孔。疏松的宏观端口形貌与缩松相似,微观形貌为分布在晶界和晶臂间,伴有粗大树枝晶的显微空穴。 二、缩松的形成原因 当合金结晶温度范围较宽时,在铸件表面结壳后,内部有一个较宽的液、固两相共存的凝固区域。继续凝固,固相不断增多。凝固后期,先生成的树枝晶相互接触,将合金液分割成许多小的封闭区域,当封闭区域内合金液凝固收缩得不到补充时,就形成了缩松。缩松可以看成为许多分散的小缩孔,合金的结晶温度范围愈宽,愈易形成缩松。缩松一般出现在铸件壁的轴线区域、热节处、冒口根部和内浇口附近,也常分布在集中缩孔的下方。 缩松的产生原因主要可分为合金特性、熔炼工艺、铸造工艺等几大方面: 1、合金特性: (1)凝固温度间隔宽的合金具有体积凝固(糊状凝固)特性,补缩困难,易形成疏松; (2)合金凝固温度间隔过宽,糊状凝固倾向强,使低熔点成分最后凝固时得不到有效补缩,易形成疏松; (3)合金中易形成低熔点相的杂质元素含量过多,使凝固温度间隔增大。例如,铸铁中硫、磷含量过多时会在凝固后期形成低熔点共晶,使铸件产生疏松。 2、熔炼工艺: (4)炉料含气量太多:合金中杂质和溶解的气体过多,在合金凝固过程中杂质和析出的气体被推向结晶前沿,阻塞补缩通道,使疏松加重; (5)合金晶粒粗大:合金中缺少晶粒细化元素,凝固组织晶粒粗大,易阻塞补缩通道,形成疏松; (6)浇注工艺的不当:浇注温度过低易产生疏松;浇注温度过高,浇注速度太快使凝固后期得不到足够的铁液补缩; 3、铸造工艺: (7)铸件在铸型中的位置不当 (8)浇注系统、冒口、冷铁、补贴等设置不当,使铸件在凝固时得不到有效补缩; (9)铸件结构不合理,壁厚变化突然,孤立的热节得不到补缩; (10)冒口补缩作用差:冒口数量、尺寸、形状、设置部位以及冒口与铸件连接不合理,补缩效果差; (11)内浇道尺寸或位置不当,使铸件不能顺序凝固或在铸件中形成局部热节;

泵体铸件凝固过程模拟

第一章绪论 1.1选题的背景及意义 铸造行业是一个古老而又非常重要的传统行业,具有数千年的历史。无论过去还是现在,无论发达国家还是发展中国家,铸造行业对国民经济的发展都起着十分重要的作用。据有关资料统计,铸件(按重量计)在机床、内燃机、重型机器中占70%~90%,农业机械中占40%--70%。此外,在冶金工业、能源工业的水电站、火电站与核电站、航空、航天等产业部门都发挥着重要作用。 铸造技术随着科学技术和生产机械化的发展而获得了巨大发展,但我国铸造行业的技术水平与国外相比有较大差距,它严重制约着我国国民经济的发展。我国铸件年产量已超过1000万吨。居世界第二,但其中高性能、优质铸件的比例只占20.7%,丽美国已占40.7%(1998年统计);精密铸件比例只占2%,而美国已占13%(1994年统计)。又如,服务予航空、航天工业的精密熔模铸造业,全世界销售额为52.3亿美元,其中美国为24.8亿奖元,占47.4%,而中国仅1.8亿美元,只占3.4%。另外,我国铸件重量平均比国外重10%、20%,劳动生产率低5~8倍,而能耗高2倍。再以汽车发动机缸体铸件为例:我国生产的发动机缸体铸件平均壁厚为5.5~6.0mm,而国外只有3.5-4.5mm。我国的轿车生产已有多年历史,但目前发动机铸铁缸体质量仍然是关键技术问题。 铸件充型凝固过程计算机模拟仿真是铸造学科发展的前沿领域,是改造传统铸造产业的重要途径。经历了数十年的努力,铸件充型凝固过程计算机模拟仿真发展已进入工程实用化阶段。铸造生产正在由凭经验走向科学理论指导。铸件充型凝固过程的数值模拟,可以帮助工作人员在实际铸造前对铸件可能出现的某些缺陷及其大小、部位和发生的时间予以有效的预测,在浇注前采取对策以确保铸件的质量。缩短试制岗期,降低生产成本。计算机技术的突飞猛进使得这一梦想成为现实。 1.2用计算机技术改造传统铸造行业 1.2.1 铸造过程计算数值模拟的国内外研究概况 随着计算机技术的迅猛发展,计算机在铸造中的应用越来越广泛。60年代初,杰·麦德弗洛桑德把戴森摩尔等人在工程应用中提出的有限差分近似法第一次用于铸造凝固过程的传热计算,开始了铸件凝固的过程模拟。此后,美国密西根大学的曼.万等人以及日本的大中逸雄等相继开始了凝固过程模拟,并取得了显著的进步。在第50届国际铸造年会举办的“凝固过程计算机模拟”专题讨论会上,深入讨论了铸件凝国过程数值模拟在研究微观组织结构和铸件性能等方面的应用,总结了凝固过程模拟所依据的。系列关系式,并设想利用这些关系式将几何

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