第四章_金属的液态成形与半固态成形

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1、第四章金属的液态成形与半固态成形4.1液态成形4.2半固态成形4.3快速凝固成形液态成形（铸造）和半固态成形（半固态合金成形）是金属材料的主要加工方法，它们是利用经过熔炼的液态金属或半固态金属，在外力作用下流动充型冷凝来实现成形的。液态成形即铸造，是应用最广的方法之一，半固态成形近年来得到了巨大的发展。4.1液态成形定义：液态成形（铸造）是将材料熔化成一定成分和一定温度的液体，然后在重力或外力作用下浇入到具有一定形状、尺寸大小的型腔中，经凝固冷却后形成所需要的零件的技术。1、液态成形的特点优点：适应性强，工艺灵活；成形件尺寸

2、精度高；成本低廉；不足之处：铸造组织疏松、晶粒粗大，内部易产生缩孔、缩松、气孔等缺陷，因此铸件的机械性能，特别是冲击性能不如锻件高；目前铸件凝固过程还不能精确控制，致使铸件质量不稳定，废品率高；铸造工序多，生产周期较长，以及劳动条件较差等。青铜器司母戊鼎河南安阳晚商遗址（1.33m×0.78m×1.10m）2、液态成形的历史及发展历史悠久，发展前景广阔战国，铁模铸造湖南长沙砂子塘战国凹形铁锄中国古代铁器的金相组织铁人黄河镇河大铁牛（唐开元12年铸）机床床身船用曲轴（大连重工）发动机汽缸液态成形基本工艺流程铸造工艺内容：1）熔化

3、合格合金液体：成分合格，温度合适；2）制作合理的铸型：造型材料，造型方法，铸造工艺，尺寸，型板，砂箱，分型面，浇注系统；3）浇注成型以及清理：浇注方法（重力，加压），清理；4）凝固成合格的铸件：内部质量，尺寸。3、铸造金属的熔炼熔炼是液态金属铸造成形技术过程中的一个重要环节，与铸件的品质、生产成本、产量、能源消耗以及环境保护等密切相关。在熔炼中，多种固态金属的炉料（废钢、生铁、回炉料、铁合金、有色金属等）按比例搭配装入相应的熔炉中加热熔化，通过冶金反应，转变成具有一定化学成分和温度的符合铸造成形要求的液态金属。熔炼的要求：（1

4、）保证金属液的化学成分和材质性能；（2）保证金属液有足够的温度；（3）保证金属液的数量(质量)；（4）保证低能耗、低成本；（5）保证低噪声、低污染。熔炼的分类：（1）按熔炼金属分：铸铁熔炼、铸钢熔炼和有色金属熔炼；（2）按熔炉分：冲天炉熔炼、电弧炉熔炼、感应电炉熔炼、坩埚炉熔炼。焦炭冲天炉熔炼电弧炉熔炼感应电炉坩埚炉坩埚炉分为：燃油、燃气、焦碳和电阻坩埚炉。主要用于有色金属的熔炼，如铜合金、铝合金、镁合金、低熔点轴承合金等。浇注金属熔化后，液态金属通过浇注系统充填铸型型腔的过程称为浇注过程。浇注系统的组成:浇口杯、直浇道、横浇

5、道、内浇道浇注系统浇口杯：缓解金属液冲蚀，阻挡熔渣；直浇道：有一定锥度以保证流速，排出空气；横浇道：将直浇道的金属液分配至内浇道；内浇道：将金属液引入型腔。浇注的形式浇注后的凝固浇注入铸型型腔的液态金属，随温度的降低，将经历由液态向固态的转变过程，即凝固过程。凝固是金属材料一种重要的相变过程。金属的凝固过程包括：晶核的形成和晶粒的长大。冒口：为避免铸件出现缺陷而附加在铸件上方或侧面的补充部分。在铸型中，冒口的型腔是存贮液态金属的容器，其功能是多方面的。功能不同的冒口，其形式、大小和开设位置均不相同，所以，冒口的设计要考虑铸造合

6、金的性质和铸件的特点。4、液态成形合金性能铸造性能是合金在铸造生产中所表现出来的工艺性能，是保证铸件质量的主要因素，是衡量铸造合金的主要指标。铸造性能有充型能力与流动性、收缩性、吸气性和偏析等。（1）合金的充型能力：液态金属充满铸型型腔，获得形状完整、轮廓清晰的健全铸件的能力。合金的流动性：液态合金的流动能力。一般流动性好的合金，其充型能力也强。浇不足冷隔现象螺旋形标准试样测试合金的流动性通常，灰铸铁、硅黄铜流动性最好，铸钢流动性最差。影响充型能力的因素合金的种类及化学成分、合金流动性、铸型的特点、浇注条件合金的种类不同，其流

7、动性不同;合金的成分和结晶特征对流动性的影响最为显著不同结晶特征合金的流动性亚共晶铸铁随含碳量的增加，结晶温度范围减小，流动性提高。浇注温度对流动性的影响浇注温度高，液态金属在铸型中保持液态的时间增长，可改善合金的流动性（薄壁铸件）；但是浇注温度过高，使铸件产生气孔、缩孔、缩松、粘砂等缺陷。在生产中采用：高温出炉，低温浇注的原则。灰铸铁浇注温度为1200～1380℃；铸钢为1520～1620℃；铝合金为680～780℃。薄壁复杂件取上限温度值，厚件则取下限。铸型条件对流动性的影响常采取加高直浇道，扩大内浇道截面，增设出气孔，烘

8、干铸型等工艺，以延长液态合金的流动时间，以改善铸型的填充条件。(2)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。收缩包括以下三个阶段：Ⅰ液态收缩（浇注温度-液相线）Ⅱ凝固收缩（液相线-固相线）Ⅲ固态收缩（固相线-室温）特点：体积收缩；浇注温度升