金属材料的液态成形

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1、目录金属材料的液态成形.31概述31.1基本概念31.1基本应用31.2优点与不足32钢铁的生产过程42.1炼铁42.2炼钢53铸造金属熔炼.53.1金属的熔炼63.2熔炼的分类与熔炼过程63.3冲天炉熔炼63.4电弧炉熔炼83.5感应电炉熔炼83.6堪竭炉93.7常用的铸铁94浇注114.1浇注压力114.2浇注系统114.3浇注后的冷凝125液态合金的工艺性能.135.1合金的流动性135.2合金的收缩156铸造应力、变形和裂纹.196.1铸造应力196.2铸件的变形与防止206.3铸件的裂纹与防止217铸件的化学成分偏析.227.1微观偏析227.2宏观偏析（区

2、域偏析）227.3铸件的结构设计及几何形状特征222铸造成形方法232.1砂型铸造232.2特种铸造243半固态成形.263.1基本概念263.2流变成形263.3触变成形273.4铸锻成形28金属材料的液态成形1概述金属的液态成型常称为铸造，铸造成形技术的历史悠久。早在5000多年前，我们的祖先就能铸造红铜和青铜制品。铸造是应用最广泛的金属液态成型工艺。它是将液态金属浇注到铸型型腔中，待其冷却凝固后，获得一定形状的毛坯或零件的方法。1.1基本应用在机器设备屮液态成型件所占比例很大，在机床、内燃机、矿山机械、重型机械屮液态成型件占总重量的70%〜90%；在汽车、拖拉机

3、中占50%〜70%；在农业机械中占40%~70%。1.2优点与不足1.2.1优点液态成型工艺能得到如此广泛的应用，是因为它具有如下的优点：(1)可制造出内腔、外形很复杂的毛坯。如各种箱体、机床床身、汽缸体、缸盖等。(2)工艺灵活性大，适应性广。液态成型件的大小几乎不限，其重量可rti几克到几百吨，其壁厚可由0.5mm到lm左右。工业上凡能溶化成液态的金属材料均可用于液态成型。对于塑性很差的铸铁，液态成型是生产其毛坯或零件的唯一的方法。(3)液态成型件成本较低。液态成型可直接利用废机件和切屑，设备费用较低。同时，液态成型件加工余量小，节约金属。但是，金属液态成型的工序多

4、，且难以精确控制，使得铸件质量不够稳定。与同种材料的锻件相比，因液态成型组织疏松、晶粒粗大，内部易产生缩孔、缩松、气孔等缺陷。其机械性能较低。另外，劳动强度大，条件差。近年来，随着液态成型新技术、新工艺、新设备、新材料的不断采用，使液态成型件的质量、尺寸精度、机械性能有了很大提高，劳动条件到底改善，使液态成型工艺的应用范围更加广阔。液态材料铸造成形技术的优点：(1)适应性强，儿乎适用于所有金属材料。(2)铸件形状复杂，特别是具有复杂内腔的铸件，成形非常方便。(3)铸件的大小不受限制，可以由几克重到上百吨。(4)铸件的形状尺寸，组织性能稳定。(5)铸造投资小、成本低，生

5、产周期短。1.2.2不足液态材料铸造成形技术也存在着某些缺点：如铸件内部组织疏松，品粒粗大，易产生缩孔、缩松、气孔等缺陷；而外部易产生粘砂、夹砂、砂眼等缺陷。另外铸件的力学性能低，特别是冲击韧性较低。铸造成形工艺较为复杂，且难以精确控制，使得铸件品质不够稳定。1.2.3铸造成形技术的发展⑴提高尺寸精度和表面质量；(2)先进的造型技术及自动化生产线；(3)高效、节能，减少污染；(4)降低成本，改善劳动条件。2钢铁的生产过程钢铁的生产过程是一个由铁矿石炼成生铁、再由生铁炼成钢液并浇注成钢锭的过2.1炼铁炼铁在高炉中进行，其过程为：将铁矿石、焦碳和石灰石等按一定比例配成炉料

6、，由加料车送入炉内，形成料柱，加料完毕，将炉顶关闭。被热风炉加热到900°C〜1200°C的热风，由炉壁上的风口吹入高炉下部，使焦碳燃烧，产生大量的炉气。炙热的炉气在炉内上升，加热炉料，并与之发生化学反应，如图所示为钢铁生产过程。图2-1钢铁生产过程示意图高炉屮发生的冶金反应有：(1)还原反应：将氧化铁中的铁还原。(2)造渣反应：生成低熔点炉渣。(3)渗碳反应：生成碳含量较高，熔点较低的铁液。炉渣的密度小，浮在铁液之上，炉渣和铁液分别从高炉下部的11!渣口和出铁口排除炉外炼铁的产品有：(1)炼钢生铁一用来炼钢(2)铸造生铁一用来铸造2.2炼钢炼钢的主要任务是将生铁中多

7、余的碳和其它杂质氧化成氧化物，并使其随炉气或炉渣一起去除。间接氧化是炼钢的主要反应形式，即氧首先与铁液发生氧化反应，生成FeO,然后再通过FeO来氧化其它元素。钢的熔炼方法有：电炉炼钢、转炉炼钢和平炉炼钢。炼好的钢液，部分浇入连续铸锭机，铸成“钢坯”直接用来轧制钢材；部分浇注到钢锭模内铸成一定形状和尺寸的钢锭。3铸造金属熔炼熔炼是液态金属铸造成形技术过程屮的一个重要环节，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。3.1金属的熔炼在熔炼屮，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