《材料液态成形工艺》PPT课件

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1、第七章材料的液态成形工艺液态成形是指将液态（或熔融态、浆状）材料注入一定形状和尺寸的铸型(Mold)（或模具）型腔(MoldCavity)中，凝固后获得固态毛坯或零件的方法，本章主要介绍金属的铸造成形。第一节金属铸造工艺简介金属铸造(Foundry,Casting)是指将固态金属熔炼成液态，浇入与零件形状相适应的铸型型腔中，冷凝后获得铸件的工艺过程。根据造型材料不同，可将铸造方法分为砂型铸造(SandCastingProcess)和特种铸造(SpecialCastingProcess)两类。图7-1所示为砂型铸造工艺

2、过程示意图。第一节金属铸造工艺简介第二节铸造工艺基础知识一、液态金属的充型能力液态金属的充型能力(MoldFillingCapacity)是指液态金属充满铸型型腔，获得形状完整、轮廓清晰铸件的能力。1.金属液的流动性液态金属的流动性是指金属液的流动能力。流动性越好的金属液，充型能力越强。流动性的好坏，通常用在特定情况下金属液浇注的螺旋形试样的长度来衡量，如图7-2所示。图7-3为铁－碳合金的流动性与成分的关系。2.浇注(Pouring)条件3.铸型特性为改善铸型的充填条件，在设计铸件时必须保证其壁厚(WallThic

3、kness)不小于规定的“最小壁厚”(如表7-1所示)。第一节金属铸造工艺简介二．合金的凝固特性合金从液态到固态的状态转变称为凝固(Solidification)或一次结晶(Crystallization)1.逐层凝固纯金属、二元共晶成分合金在恒温下结晶时，凝固过程中铸件截面上的凝固区域宽度为零，截面上固液两相界面分明，随着温度的下降，固相区由表层不断向里扩展，逐渐到达铸件中心，这种凝固方式称为“逐层凝固”，如图7-4a。2.体积凝固当合金的结晶温度范围很宽，或因铸件截面温度梯度很小，铸件凝固的某段时间内，其液固共存

4、的凝固区域很宽，甚至贯穿整个铸件截面，这种凝固方式称为“体积凝固”（或称糊状凝固），如图7-4c。第一节金属铸造工艺简介3．中间凝固金属的结晶范围较窄，或结晶温度范围虽宽，但铸件截面温度梯度大，铸件截面上的凝固区域宽度介于逐层凝固与体积凝固之间，称为“中间凝固”方法，如图7-4b。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；对于一定成分的合金，结晶温度范围已定，凝固方式取决于铸件截面的温度梯度，温度梯度越大，对应的凝固区域越窄，越趋向于逐层凝固，如图7-5。第一节金属铸造工艺简介三、合金的收缩性1.收缩及

5、其影响因素铸件在冷却过程中，其体积和尺寸缩小的现象称为收缩，它是铸造合金固有的物理性质。金属从液态冷却到室温，要经历三个相互联系的收缩阶段：液态收缩——从浇注温度冷却至凝固开始温度之间的收缩。凝固收缩——从凝固开始温度冷却到凝固结束温度之间的收缩。固态收缩——从凝固完毕时的温度冷却到室温之间的收缩。不同成分合金的收缩率不同，表7-2列出几种铁碳合金的体积收缩率。第一节金属铸造工艺简介2．收缩导致的铸件缺陷(1)缩孔和缩松铸件在凝固过程中，由于金属液态收缩和凝固收缩造成的体积减小得不到液态金属的补充，在铸件最后凝固的部

6、位形成孔洞。其中容积较大而集中的称缩孔，细小而分散的称缩松。缩孔和缩松的形成过程示意图分别见图7－6和图7－7。使铸件的凝固按薄壁－厚壁－冒口的顺序先后进行，让缩孔移入冒口中，从而获得致密的铸件，如图7-8所示。第一节金属铸造工艺简介(2)铸造应力、变形和裂纹铸造应力按其形成原因的不同，分为热应力、机械应力等。减少铸造应力就应设法减少铸件冷却过程中各部位的温差，使各部位收缩一致，如将浇口开在薄壁处，在厚壁处安放冷铁，即采取同时凝固原则，如图7-9所示。铸造应力是导致铸件产生变形和开裂的根源。图7-10为“T”形铸件在

7、热应力作用下的变形情况，虚线表示变形的方向。当铸造应力超过材料的强度极限时，铸件会产生裂纹，裂纹有热裂纹和冷裂纹两种。第一节金属铸造工艺简介四、合金的吸气性及气孔液态金属在熔炼和浇注时能够吸收周围气体的能力称为吸气性。气孔是铸件中最常见的缺陷。1.析出性气孔溶入金属液的气体在铸件冷凝过程中，随温度下降，合金液对气体的溶解度下降，气体析出并留在铸件内形成的气孔称为析出性气孔。2.侵入性气孔造型材料中的气体侵入金属液内所形成的气孔称为侵入性气孔。3.反应性气孔反应性气孔主要是指金属液与铸型之间发生化学反应所产生的气孔。第

8、一节金属铸造工艺简介五、常用铸造合金的铸造性能特点1.铸铁(1)灰口铸铁(2)球墨铸铁(3)可锻铸铁2.铸钢铸钢的铸造性能差。铸钢的流动性比铸铁差，熔点高，易产生浇不足、冷隔和粘砂等缺陷。铸钢的收缩性大，产生缩孔、缩松、裂纹等缺陷的倾向大。3.铸造有色金属常用的有铸造铝合金、铸造铜合金等。它们大都具有流动性好，收缩性大，容易吸气和氧化等特点，特