铸件成形原理 教学课件 作者 祖方遒 第11章　凝固收缩过程中的.pptx

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1、铸件成形原理第11章　凝固收缩过程中的11.1　金属的收缩11.2　缩孔与缩松的分类及特征11.3　缩孔与缩松的形成机理11.4　影响缩孔与缩松的因素及防止措施11.5　热裂纹的形成与控制11.1　金属的收缩11.1.1　收缩的基本概念11.1.2　铸铁的收缩11.1.3　铸钢的收缩11.1.4　铸件的收缩11.1.1　收缩的基本概念金属在凝固过程中，由于外界环境吸热导致金属温度降低，金属原子间的距离逐渐变短；因液、固两相的密度差别，金属在液-固转变过程中通常体积也会陡然变小(一级相变特征)。金属在液态冷却、凝固过程和固态冷却过程中发生体积减小的现象

2、称为收缩。金属从液态到常温的体积改变量称为体收缩；金属在固态时的线尺寸改变量称为线收缩。收缩是金属本身的物理性质，也是导致缩孔、缩松、热裂、应力及变形等缺陷的基本原因。液态金属从浇注温度冷却到常温，其收缩要经历三个阶段，如图11-1所示，即液态收缩阶段(Ⅰ)、凝固收缩阶段(Ⅱ)及固态收缩阶段(Ⅲ)。11.1.1　收缩的基本概念1.液态收缩2.凝固收缩3.固态收缩11.1.1　收缩的基本概念图11-1　二元合金收缩过程示意图a)合金相图　b)一定结晶温度范围的合金　c)恒温凝固合金11.1.1　收缩的基本概念1.液态收缩2.凝固收缩金属从液相线冷却到固

3、相线所产生的体收缩，称为凝固收缩，其大小由凝固收缩率εV凝表示。对于纯金属和共晶合金而言，凝固期间的体收缩是由状态变化引起的，与温度无关，故凝固收缩率具有一定的数值。对于具有一定结晶温度范围的合金，其凝固收缩率不仅与状态改变时的体积变化有关，而且还与结晶温度范围有关。对于Ga、Bi-Sb等合金，在凝固过程中体积不但不收缩反而膨胀，故其凝固收缩率为负值。凝固收缩的表现形式分为两个阶段：当结晶较少未连成骨架时，表现为液面的降低；当结晶较多并搭成完整骨架时，收缩表现为三维尺寸减小，在结晶骨架间残留的液体则表现为液面下降。3.固态收缩11.1.2　铸铁的收缩

4、1.液态收缩2.凝固收缩3.固态收缩11.1.2　铸铁的收缩图11-2　铸铁的收缩过程曲1—白口铸铁　2—灰口铸铁1.液态收缩1.液态收缩表11-1　亚共晶铸铁的液态收缩率与含碳量的关系2.凝固收缩2.凝固收缩表11-2　亚共晶铸铁的凝固收缩率与含碳量的关系3.固态收缩(1)最初收缩ε初缩铸铁凝固开始后，已凝固的外壳缩小，发生初步收缩，但收缩量很小，如图11-3中所示不明显。(2)缩前膨胀ε缩前共晶转变时析出奥氏体和石墨，发生膨胀。(3)珠光体前收缩ε珠前在共析转变前的收缩。(4)共析转变膨胀ε共膨共析转变时析出铁素体、石墨和珠光体，产生膨胀。(5

5、)珠光体后收缩ε珠后在共析转变后的收缩。3.固态收缩图11-3　Fe-C合金的固态自由线收缩曲线1—碳钢　2—白口铸铁　3—灰铸铁　4—球墨铸铁表11-3　几种Fe-C合金的自由线收缩率3.固态收缩11.1.3　铸钢的收缩1.液态收缩2.凝固收缩3.固态收缩11.1.3　铸钢的收缩图11-4　碳钢和纯铁的收缩过程曲1.液态收缩铸钢的液态收缩率见式(11-3)。在浇注温度不变时，随着含碳量的增加，液相线温度降低，αV液相应增大，铸钢的液态收缩率也增大。在铸钢的化学成分一定时，若浇注温度提高，液态收缩率也增大。2.凝固收缩表11-4　碳钢的凝固收缩率与

6、含碳量的关系3.固态收缩(1)珠光体转变前收缩ε珠前介于凝固结束温度与γ→α相变前的温度范围内。(2)共析转变期膨胀εγ→α发生在γ→α相变温度范围内。(3)珠光体转变后收缩ε珠后发生在γ→α相变结束到室温的温度范围内。11.1.4　铸件的收缩1.铸型表面摩擦力2.机械阻力3.热阻力1.铸型表面摩擦力铸件收缩时，其表面和铸型表面间摩擦力的大小与铸件质量、铸型表面的光滑程度有关。例如，当铸型表面涂有涂料时，摩擦阻力可以忽略不计。2.机械阻力图11-5　铸件收缩受阻3.热阻力3.热阻力表11-5　常用合金的铸造收缩率11.2　缩孔与缩松的分类及特征11.

7、2.1　缩孔11.2.2　缩松11.2　缩孔与缩松的分类及特征图11-6　缩孔与缩松形貌a)Al-4.5%Cu合金挤压铸造缩孔形　b)Mg-6%Al合金二维缩松形　c)Al-4.5%Cu合金三维缩松形11.2.1　缩孔图11-7　铸件缩孔形式a)顶部缩孔　b)凹角缩孔　c)芯面缩孔　d)内部缩孔11.2.1　缩孔图11-8　铸件热节处的缩孔与缩松11.2.2　缩松缩松常出现在结晶温度范围较宽的合金中，多分布于铸件轴线附近较宽的区域及缩孔附近等部位，如图11-8所示。缩松按其形态分为宏观缩松和微观缩松两种类型；按其分布特点又可分为分散性缩松、轴线

8、缩松和局部缩松三种类型。宏观缩松简称缩松，微观缩松也称为显微缩松。宏观缩松可以通过肉眼观察，微观缩松只有在显