机械制造基础之铸造概述(.ppt

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1、严绍华主编《工程材料与热加工基础》（Ⅱ）《热加工工艺基础》第二节金属的液态成形第一节概述第五节砂型铸造工艺方案的确定第三节砂型(芯)制造第四节砂型铸件结构的工艺性第六节常用合金铸件的生产第七节特种铸造第八节各种铸造方法的比较第一章铸造第一节概述一、铸造是熔炼金属，制造铸型，并将熔融金属浇入铸型，冷却凝固后获得一定形状与性能铸件的成型方法。所得产品称为铸件。图1-1砂型铸造二、铸造优缺点优点：缺点：1.可以铸出形状复杂的毛坯，特别是具有复杂内腔的零件毛坯，如各种箱体、床身、机架等。2.铸造生产的适应性广，工艺灵活性大。工业上常用的金属材料均可用来进行铸造，铸件的重量可由几克到几百吨，壁

2、厚可由0.3mm到1m左右。3.铸造成本较低，铸造用原材料大都来源广泛，价格低廉，并可直接利用废机件。1.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，铸件的力学性能，特别是冲击韧度低于同种材料的锻件。2.铸件质量不够稳定。图1-2铸造产品三、铸造方法砂型铸造（占铸件总产量的90%）、金属型铸造、压力铸造、熔模铸造和离心铸造等。以异径管为例介绍铸件的大致生产过程砂型铸造：用型砂制成铸型（砂型），然后注满液体金属并冷却成形的方法。型砂配制造型砂型干燥工装准备炉料准备合金冶炼芯砂配制造芯型芯干燥工艺三大块：冶炼、造型（芯）和浇注落砂清理铸件检验入库砂

3、型铸造工艺流程图合型浇注凝固冷却一、铸件的凝固凝固：合金从液态转变为固态的状态变化。（一）铸件的温度场合金液充满型腔后，在凝固和冷却的某瞬间，铸件横断面上的温度曲线。由于铸型壁的散热作用，铸件表面温度低于中心温度。一般曲线是对称的。温度场的变化速率称温度梯度，即铸件的冷却速率。第二节金属的液态成形（二）铸件的凝固区域除纯金属和共晶成分合金外，有三个区域：液相区、凝固区和固相区。这三个区域随着时间的变化而变化，在铸件的凝固过程中液相区不断缩小，凝固区不断向中心推进直至消失，而固相区逐步扩大直至占据铸件整个断面，此时凝固过程结束。（三）铸件的凝固方式及影响因素1.铸件的凝固方式（1

4、）逐层凝固方式（2）糊状凝固方式（3）中间凝固方式铸件凝固过程中，其断面上一般分为三个区:固相区、凝固区、液相区，根据凝固区的宽窄划分凝固方式。（1）逐层凝固方式（2）糊状凝固方式（3）中间凝固方式合金在凝固过程中先呈糊状而后凝固。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。图1-3铸件的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。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。铸件断面上的凝固区域宽度介于上述两者之间。大多数合金的凝固为中间凝固方式。中碳钢、高锰钢、白口铸铁等具有中间凝固方式。逐层凝固因先凝固

5、的表层硬壳内壁光滑，对尚未凝固的液体金属流动阻力小，利于合金的充型及补缩，便于防止缩孔和缩松;糊状凝固时，难以获得组织致密的铸件。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。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（二）合金的充型能力1.充型能力液态合金充满型腔，获得形状完整、轮廓清晰的铸件的能力。（一）合金的流动性1.流动性指熔融金属的流动能力。在相同的浇注工艺条

6、件下，将金属液浇入铸型中，测出其实际螺旋线长度。浇出的试样愈长，合金的流动性愈好！2.充型能力的影响因素不同种类的合金，具有不同的流动性。其中灰铸铁的流动性最好，硅黄铜、铝硅合金次之，而铸钢的流动性最差。2.流动性的影响因素1）合金的种类纯金属和共晶成分的合金，凝固是由铸件壁表面向中心逐渐推进，凝固后的表面比较光滑，对未凝固液体的流动阻力较小，所以流动性好，见图a。在一定凝固温度范围内结晶的亚共晶合金，凝固时铸件内存在一个较宽的既有液体又有树枝状晶体的两相区。凝固温度范围越宽，则枝状晶越发达，对金属流动的阻力越大，金属的流动性就越差，见图b。图1-4不同结晶特征的合金的流动性2）化学

7、成分和结晶特征铁碳合金的流动性与相图的关系见下图：纯铁和共晶铸铁的流动性最好，亚共晶铸铁和碳素钢随凝固温度范围的增加，其流动性变差。铁碳合金的流动性与相图的关系合金的流动性是金属本身的属性，不随外界条件的改变而变化，而合金的充型能力不仅和金属的流动性相关，而且也受外界因素的影响。合金种类铸型种类浇注温度/℃螺旋线长度/㎜铸铁wC+Si=5.2%wC+Si=4.2%砂型砂型130013001000600铸钢wC=0.4%铝硅合金（硅铝明）镁合金（含Al和Zn