铸件均衡凝固技术及其应用.ppt

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1、铸件均衡凝固技术及其应用主讲：河北工业大学材料加工与控制系李日铸件均衡凝固技术及其应用第一章铸铁件均衡凝固理论及相应的冒口设计技术第二章铸铁件冒口补缩设计及应用第四章浇注系统大孔出流理论与设计第一章铸铁件均衡凝固理论及相应的冒口设计技术均衡凝固理论基本思想分析—冒口的大小接触热节——冒口的位置灰/球铁补缩方式的微观过程分析——均衡凝固过程的微观机理铸铁件均衡凝固工艺原则返回第一节均衡凝固理论基本思想分析—冒口的大小传统灰铸铁/球铁件的冒口设计方法分析铸铁件收缩和补缩的特点返回传统灰铸铁/球铁件的冒口设计方法分析传统灰铸铁/球铁件的冒

2、口设计方法主要有：类似铸钢冒口的模数法、直接实用冒口、控制压力冒口。1）用类似铸钢冒口的模数法来设计铸铁冒口，忽略石墨化膨胀，设计出的冒口偏大，出品率很低，而且出现了越补越缩的现象，所以要寻求新的更好的方法。2）直接实用冒口是根据铸铁合金的凝固过程的收缩膨胀特性来计算冒口（如图3-5-20）。返回该种冒口是补缩铸件的液态（一次）收缩，当液态收缩终止或体积膨胀开始时，让冒口颈及时冻结。计算冒口时用液态收缩值，并认为该值是不变的。控制压力冒口对湿砂型来说，只适合球铁件模数<0.48cm，灰铁件模数<0.75cm的铸件，如果模数再大就会出

3、现铸件膨胀压力超过铸型承受能力而使铸件涨大变形，产生缩松的现象。所以控制压力冒口要求用干型、自硬型等强度高的铸型。——直接实用冒口体积计算共晶成分铸铁液，从浇注温度tp冷却至共晶温度的体收缩率ε液，可表示为共晶铁液：碳当量CE=3.6的铸铁，共晶前先析出30%的奥氏体，液态铁向奥氏体转变收缩率为3%，则体收缩率增加30%×3%＝0.9%,则实际铁液补缩量见图3-5-30。——直接实用冒口颈计算——直接实用冒口位置（模数—体积份额图）3）控制压力冒口根据铸铁合金的收缩膨胀曲线，考虑了铸型的承压能力来设计冒口，其原理如图3-5-27、3

4、-5-28，目的是既要消除缩松，又要避免铸件胀大变形。——控制压力冒口计算（图3-5-29）冒口有效体积大于铸件所需补缩体积来校核（图3-5-30）。——控制压力冒口颈计算：Mn=0.67Mr——控制压力冒口补缩距离：与传统冒口补缩概念不同，不是表明由冒口把铁液输送到铸件的凝固部位，而是表明由凝固部位向冒口回填铁液，能输送多大距离（图3-5-31）——冒口位置和数目：冒口应安放在模数大的部位。复杂铸件可按铁液输送距离和模数-体积份额图决定冒口位置和数目（图3-5-32）。若M2/M1>0.8，则分体1可通过分体2把多余铁水输送给安放

5、在分体3上的冒口内，这时只需要安放一个冒口；若M2/M1>0.8，则要在分体1、3上分别安放冒口。返回适用于湿型中铸造模数0.48~2.5cm的球铁件;模数0.75~2.0cm的灰铁件，要求硬度>85。计算冒口时用恒定的收缩膨胀值。用经验曲线计算。结论：如果铸铁的收缩膨胀值是均一恒定的，则可以进行有规律的计算，但实际情况如何呢？返回铸铁件收缩和补缩的特点实验表明（教材pp1，图1-1)，铸铁件体收缩不仅与合金化学成分、浇注温度有关，还依赖于冷却速度，而冷却速度的表现是铸件结构和壁厚、铸型条件。可以发现的规律是：1）铸铁件的收缩值不是

6、铸铁合金材料的收缩值，而是一个变化量。铸铁合金材料的体收缩是用标准小试样测定的，而铸件的真实收缩的定量数据是无法测量的，因为铸件不同部位冷却速度不同，收缩膨胀情况不同；返回2）冷却速度大，体收缩大，越需要补缩；3）在一般砂型铸造条件下，越是薄小件，收缩值越大，越要强调补缩；越是厚大件，收缩有减小的趋势。表明大件却要小冒口补缩，与铸钢件相反（图1-4）。问题：那么如何设计灰/球铁件的冒口呢？如何寻找其补缩的定量规律呢？铸铁件的宏观收缩与膨胀的规律1）铸钢件冒口是补缩哪部分收缩呢？A.铸件缩尺已将固体收缩考虑在内；B.冒口补缩的是液态收

7、缩和凝固收缩；2）铸铁件冒口也可以一锅端，全保险，忽略石墨化膨胀，即传统模数法；3）但可以仔细研究整体铸件的宏观凝固规律，寻找更好的冒口计算方法—收缩与膨胀动态叠加曲线（图1-2）。4）各种合金铸件的收缩膨胀叠加图5）从胀-缩动态曲线可知：铸件冷却凝固至均衡点P之前，必须靠外部补缩，到达P点之后，不需要补缩了。所以则建立Mr与MAP之间的关系即可——有限补缩。返回第二节接触热节——冒口的位置接触热节的产生中性热节接触热节的防止和消除返回接触热节的产生取上图中平板铸件边长130mm，厚度25mm，改变圆柱形冒口直径，在湿砂型条件下测定

8、不同位置的凝固时间如表1-3。结论：1.传统冒口设计取冒口直径为几何热节的1.5倍，实际是增大了冒口根部的热节圆；2.即使冒口有斜度，但也存在根部上附近部分直径小于根部直径的危险性，造成根部容易产生缩孔、缩松缺陷。返回中性热节接触热节