材料成形技术.ppt

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1、第一章液态成形液态成形——铸造成形将液态金属浇注到具有与零件形状、尺寸相适应的铸型型腔中，待其冷却凝固后获得毛坯或零件的方法，称为铸造(casting)。铸造是毛坯或机器零件成形的重要方法之一。铸造成形特点1.优点(1)适应性广泛铸件材质、大小、形状几乎不受限制。不宜塑性加工或焊接成形的材料，铸造成形尤具优势。(2)可形成形状复杂的零件(3)生产成本较低铸造用原材料来源广泛，价格低廉。铸件与最终零件的形状相似，尺寸相近，加工余量小。2.缺点涉及生产工序较多，过程难以精确控制，废品率较高；铸件组织疏松，晶粒粗大，铸件某些力学性能较低；铸件表面粗糙，尺寸精度不高。工

2、作环境较差，工人劳动强度大。§1金属液态成形基本原理铸造性能:合金在铸造过程中所表现出来的工艺性能，称为合金的铸造性能。主要指流动性、收缩性、偏析和吸气性等。铸件的质量与合金的铸造性能密切相关。1.1合金的流动性和充型能力1．流动性液态合金本身的流动能力，叫做合金的流动性。流动性好的合金，充型能力强，易于获得轮廓清晰、形状复杂的铸件。液态金属中的气体和夹杂物易于上浮，利于铸件补缩。流动性差的合金，铸件容易产生浇不足、冷隔、气孔和夹杂缺陷。液态合金的流动性，通常用螺旋形试样的长度来衡量。浇出的试样愈长，流动性愈好。灰铸铁、硅黄铜的流动性最好，而铸钢最差.图1-1螺

3、旋形流动性试样示意图2．影响合金流动性的因素化学成分对合金流动性的影响最为显著。纯金属和共晶成分的合金金流动性最好：恒温下结晶，固液界面光滑，流动阻力较小。同时，共晶成分合金的凝固温度最低，可获得较大的过热度，推迟了合金的凝固，故流动性最好。其他成分的合金是在一定温度范围内结晶的，由于初生树枝状晶体与液体金属两相共存，粗糙的固液界面使合金的流动阻力加大，合金的流动性大大下降.Fe-C合金的流动性与含碳量之间的关系：亚共晶铸铁随含碳量增加，结晶温度区间减小，流动性逐渐提高，越接近共晶成分，合金的流动性愈好.3．充型能力充型能力是指金属液充满铸型型腔，获得轮廓清晰

4、、形状准确的铸件的能力。若充型能力不强，则易产生浇不足、冷隔等缺陷，造成废品。4．影响充型能力的因素1.合金本身流动性2.工艺因素(1)浇注条件提高合金的浇注温度和浇注速度，增大静压头高度都会使合金的充型能力提高。但浇注温度太高，将使合金的收缩量增加，吸气增多，氧化严重，铸件会产生严重的粘砂和胀砂缺陷。每种合金的浇注温度都在一定的温度范围内：铸钢为1520-1620℃；铸铁为1230-1450℃；铝合金为680-780℃。(2)铸型a.铸型的温度和热物理性能：铸型温度越低，热容量越大，从合金中吸收并储存热量的能力越强；铸型的导热性越好，传导热量的能力越强。合金保

5、持液态的时间越短。——充型能力下降。b.铸型的发气量和排气能力：铸型发气量大、排气能力差，合金流动受阻。——充型能力下降。C.铸型结构的复杂程度：浇注系统和铸型的结构越复杂，合金充型时的阻力越大。——充型能力下降。1.2铸件的凝固与收缩1．铸件的凝固方式凝固过程中的铸件断面一般存在三个区域：固相区、凝固区和液相区。凝固区的宽度对铸件质量影响较大。铸件“凝固方式”依此区的宽窄来划分：(1)逐层凝固铸件在凝固过程中不存在凝固区，断面上外层的固体和内层的液体由一条界限(凝固前沿)清楚地分开。纯金属或共晶成分合金的凝固属此方式。(2)糊状凝固如果合金的结晶温度范围很宽，

6、且铸件的温度分布较为平坦，则在凝固的某段时间内，铸件表面并不存在固体层，而凝固区贯穿整个断面。先呈糊状而后固化。(3)中间凝固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。铸件质量与其凝固方式密切相关：逐层凝固时，合金充型能力强，利于防止缩孔和缩松。例灰铸铁、铝硅合金。糊状凝固时，难以获得结晶紧实的铸件。例球墨铸铁、锡青铜、铝铜合金。为获得紧实致密铸件常需采用适当的补缩工艺措施。图1-2铸件的凝固方式2．铸造合金的收缩液态合金在凝固和冷却过程中，体积和尺寸减小的现象称为液态合金的收缩。收缩能使铸件产生缩孔、缩松、裂纹、变形和内应力等缺陷，影响铸件质量

7、。合金的收缩经历三个阶段(如图1-3):(1)液态收缩:从浇注温度到凝固开始温度的收缩。(2)凝固收缩:从凝固开始温度到凝固终止温度间的收缩.(3)固态收缩:从凝固终止温度到室温间的收缩。合金的收缩率为上述三个阶段收缩率的总和。由于合金的液态收缩和凝固收缩体现为合金体积的缩减，故常用体积收缩率来表示；合金的固态收缩不仅引起体积上的缩减，而且还使铸件在尺寸上缩减，因此常用线收缩率来表示。不同合金的收缩率不同。常用合金中，铸钢的收缩率最大，灰铸铁最小。图1-3合金收缩的三个阶段表1-1几种铁碳合金的体积收缩率表1.2常用铸造合金的线收缩率3．缩孔和缩松(1)缩孔和缩

8、松的形成液态合金在铸型内