鑄造工藝基礎(chǔ)80924

1、第十四講第十四講 鑄造工藝基礎(chǔ)鑄造工藝基礎(chǔ)主講：曹光明主講：曹光明鑄造工藝基礎(chǔ)鑄造工藝基礎(chǔ)一、概述一、概述 1、什么是鑄造？、什么是鑄造？ 2、我國鑄造業(yè)發(fā)展、我國鑄造業(yè)發(fā)展 3、鑄造生產(chǎn)特點(diǎn)、鑄造生產(chǎn)特點(diǎn) 二、二、液態(tài)合金的充型能力液態(tài)合金的充型能力 1、概念、概念 2、影響充型能力的因素、影響充型能力的因素 三、三、合金的收縮性合金的收縮性 1、收縮的三個(gè)階段、收縮的三個(gè)階段 2、影響收縮的因素、影響收縮的因素 3、縮孔與縮松、縮孔與縮松 4、鑄造應(yīng)力、鑄造應(yīng)力 5、鑄件變形、鑄件變形 6、鑄件開裂、鑄件開裂 鑄造工藝基礎(chǔ)鑄造工藝基礎(chǔ)一、概述一、概述 1、什么是鑄造？、什么是鑄造？ 待其冷

2、卻凝固，待其冷卻凝固， 以獲得以獲得毛坯或零件毛坯或零件的生產(chǎn)方法。的生產(chǎn)方法。 齒輪毛坯的鑄件生產(chǎn)過程：齒輪毛坯的鑄件生產(chǎn)過程： 鑄造方法主要包括砂型鑄造和特種鑄造。鑄造方法主要包括砂型鑄造和特種鑄造。 將液態(tài)金屬澆注到與零件形狀尺寸相適應(yīng)的鑄型中，將液態(tài)金屬澆注到與零件形狀尺寸相適應(yīng)的鑄型中，鑄造工藝基礎(chǔ)鑄造工藝基礎(chǔ)2、我國鑄造業(yè)發(fā)展、我國鑄造業(yè)發(fā)展 （1）歷史悠久、輝煌）歷史悠久、輝煌 司母戊大方鼎：司母戊大方鼎：重重875Kg875Kg，外型尺寸，外型尺寸1.33m1.33m0.78m0.78m1.10m1.10m是迄今世界上最古老的大是迄今世界上最古老的大型青銅器型青銅器編鐘：編鐘：

3、 戰(zhàn)國時(shí)期楚國的樂器，戰(zhàn)國時(shí)期楚國的樂器，音質(zhì)很好，音階準(zhǔn)確，音質(zhì)很好，音階準(zhǔn)確，至今仍可演奏樂曲。至今仍可演奏樂曲。 銅車馬：銅車馬： 出自戰(zhàn)國時(shí)期的秦出自戰(zhàn)國時(shí)期的秦國。由國。由3462個(gè)鑄件個(gè)鑄件組成，總重量達(dá)組成，總重量達(dá)1241公斤公斤鑄造工藝基礎(chǔ)鑄造工藝基礎(chǔ)（2）現(xiàn)狀：）現(xiàn)狀： 我國鑄件產(chǎn)量從我國鑄件產(chǎn)量從2000年起超越美國已連續(xù)年起超越美國已連續(xù)6年位居世界第一。年位居世界第一。 十大鑄件生產(chǎn)國可分為兩類：十大鑄件生產(chǎn)國可分為兩類： 一類是發(fā)展中國家，雖然產(chǎn)量大，但鑄件附加值低，小企業(yè)多，從業(yè)人一類是發(fā)展中國家，雖然產(chǎn)量大，但鑄件附加值低，小企業(yè)多，從業(yè)人員隊(duì)伍龐大，黑金屬比重

4、大。員隊(duì)伍龐大，黑金屬比重大。 一類是發(fā)達(dá)國家，如美國、日本及歐洲一些國家等，他們采用高新技術(shù)一類是發(fā)達(dá)國家，如美國、日本及歐洲一些國家等，他們采用高新技術(shù)主要生產(chǎn)高附加值鑄件。主要生產(chǎn)高附加值鑄件。在機(jī)械裝備中，鑄件占整機(jī)重量的比例很高在機(jī)械裝備中，鑄件占整機(jī)重量的比例很高 ：機(jī)床、重型機(jī)器、內(nèi)燃機(jī)中：鑄件占機(jī)床、重型機(jī)器、內(nèi)燃機(jī)中：鑄件占7090 如表如表壓氣機(jī)、風(fēng)機(jī)占壓氣機(jī)、風(fēng)機(jī)占6080拖拉機(jī)拖拉機(jī) 占占5070 汽車占汽車占2030農(nóng)業(yè)機(jī)械占農(nóng)業(yè)機(jī)械占4070 在一般的機(jī)器設(shè)備中，鑄件占機(jī)器總重量的在一般的機(jī)器設(shè)備中，鑄件占機(jī)器總重量的45%90% 鑄造工藝基礎(chǔ)鑄造工藝基礎(chǔ)3、鑄造生

5、產(chǎn)的特點(diǎn)、鑄造生產(chǎn)的特點(diǎn) （1）可制成形狀復(fù)雜，特別是具有復(fù)雜內(nèi)腔的毛坯，）可制成形狀復(fù)雜，特別是具有復(fù)雜內(nèi)腔的毛坯， 如各種箱體、床身、機(jī)座等。如各種箱體、床身、機(jī)座等。 （2）適應(yīng)性廣。）適應(yīng)性廣。 各種材料均可，鑄件品種繁多。各種材料均可，鑄件品種繁多。 （3）生產(chǎn)成本低。）生產(chǎn)成本低。 原料廣，價(jià)低，設(shè)備簡單，投資少。原料廣，價(jià)低，設(shè)備簡單，投資少。 （4）鑄件力性不及鍛件，質(zhì)量不易控制，條件差。）鑄件力性不及鍛件，質(zhì)量不易控制，條件差。 優(yōu)點(diǎn)多，缺點(diǎn)少，因而應(yīng)用廣。優(yōu)點(diǎn)多，缺點(diǎn)少，因而應(yīng)用廣。 鑄造性能鑄造性能: 合金通過鑄造成形獲得優(yōu)質(zhì)鑄件的能力。合金通過鑄造成形獲得優(yōu)質(zhì)鑄件的能力

6、。 充型能力充型能力 + 收縮性收縮性 鑄造工藝基礎(chǔ)鑄造工藝基礎(chǔ)二、液態(tài)合金的充型能力二、液態(tài)合金的充型能力 定義定義: 液體金屬充滿鑄型型腔，獲得形狀完整、尺寸精確、輪廓清晰的鑄件的能力。液體金屬充滿鑄型型腔，獲得形狀完整、尺寸精確、輪廓清晰的鑄件的能力。 充型能力不足時(shí)，會(huì)產(chǎn)生充型能力不足時(shí)，會(huì)產(chǎn)生澆不足、冷隔澆不足、冷隔等缺陷。等缺陷。 澆不足：不能得到完整的零件。澆不足：不能得到完整的零件。 冷隔：鑄件上有未完全融合的縫隙或凹坑。冷隔：鑄件上有未完全融合的縫隙或凹坑。 影響充型能力的因素：影響充型能力的因素： 合金的流動(dòng)性、鑄型條件、澆注條件、鑄件結(jié)構(gòu)。合金的流動(dòng)性、鑄型條件、澆注條件

7、、鑄件結(jié)構(gòu)。 鑄造工藝基礎(chǔ)鑄造工藝基礎(chǔ)1、合金的流動(dòng)性、合金的流動(dòng)性 定義定義: 是液態(tài)合金本身的流動(dòng)能力。是液態(tài)合金本身的流動(dòng)能力。 （1）測定流動(dòng)性的方法）測定流動(dòng)性的方法 以螺旋形試件的長度來測定以螺旋形試件的長度來測定 0.45%C0.45%C鑄鋼（鑄鋼（16001600）：）：200mm200mm4.3%C4.3%C鑄鐵（鑄鐵（13001300） ：1800mm1800mm鑄鐵和硅黃銅的流動(dòng)性最好，鑄鐵和硅黃銅的流動(dòng)性最好， 鋁硅合金次之，鋁硅合金次之，鑄鋼最差。鑄鋼最差。 在相同的鑄型及澆注條件下，螺旋形試樣越在相同的鑄型及澆注條件下，螺旋形試樣越長，該合金的流動(dòng)性越好。長，該合金

8、的流動(dòng)性越好。 鑄造工藝基礎(chǔ)鑄造工藝基礎(chǔ)（2）影響流動(dòng)性的因素）影響流動(dòng)性的因素 熔點(diǎn)：熔點(diǎn)： 熔點(diǎn)越高，流動(dòng)性越差。熔點(diǎn)越高，流動(dòng)性越差。 結(jié)晶區(qū)間：結(jié)晶區(qū)間： 結(jié)晶區(qū)間越寬，枝晶越發(fā)達(dá)，對液流阻力越大。結(jié)晶區(qū)間越寬，枝晶越發(fā)達(dá)，對液流阻力越大。 雜質(zhì)元素：雜質(zhì)元素： 液態(tài)合金中高熔點(diǎn)固態(tài)物質(zhì)，增大了金屬液體的黏度，降低了液態(tài)合金中高熔點(diǎn)固態(tài)物質(zhì)，增大了金屬液體的黏度，降低了合金的流動(dòng)性。合金的流動(dòng)性。 PbSb20406080204060800流動(dòng)性流動(dòng)性（cmcm）100200300溫度（溫度（）0 a）在恒溫下凝固）在恒溫下凝固 b）在一定溫度范圍內(nèi)凝固）在一定溫度范圍內(nèi)凝固鑄造工藝基

9、礎(chǔ)鑄造工藝基礎(chǔ)2、鑄型條件、鑄型條件 （1）鑄型的導(dǎo)熱能力：）鑄型的導(dǎo)熱能力： 導(dǎo)熱性越好，熱量越容易散失，流動(dòng)性越差。導(dǎo)熱性越好，熱量越容易散失，流動(dòng)性越差。 （2）澆注系統(tǒng)：）澆注系統(tǒng)： 直澆道越低，澆口截面小或分布不合理，流動(dòng)性差。直澆道越低，澆口截面小或分布不合理，流動(dòng)性差。 （3）排氣能力）排氣能力 ，即透氣性，即透氣性， 充型能力充型能力。（4）鑄型溫度，）鑄型溫度， ，液態(tài)金屬與鑄型的溫差，液態(tài)金屬與鑄型的溫差 ， 充型能力充型能力。3、澆注條件、澆注條件 （1）澆注溫度：）澆注溫度： 一般一般T澆澆越高，充型能力越強(qiáng)。越高，充型能力越強(qiáng)。 但過高，但過高， 易產(chǎn)生縮孔、粘砂、氣

10、孔等。易產(chǎn)生縮孔、粘砂、氣孔等。 不宜過高。不宜過高。 （2）液態(tài)金屬在流動(dòng)方向上所受的壓力越大，充型能力越強(qiáng)。）液態(tài)金屬在流動(dòng)方向上所受的壓力越大，充型能力越強(qiáng)。 4、鑄件結(jié)構(gòu)、鑄件結(jié)構(gòu) 鑄件厚度太小，鑄件厚度太小， 厚薄變化大、多，厚薄變化大、多， 結(jié)構(gòu)復(fù)雜，結(jié)構(gòu)復(fù)雜， 有大水平面結(jié)構(gòu)時(shí)，有大水平面結(jié)構(gòu)時(shí)， 充型能力充型能力鑄造工藝基礎(chǔ)鑄造工藝基礎(chǔ)三、合金的收縮性三、合金的收縮性 收縮：收縮： 合金從液態(tài)合金從液態(tài)固態(tài)冷卻過程中，產(chǎn)生體積和尺寸減小的現(xiàn)象。固態(tài)冷卻過程中，產(chǎn)生體積和尺寸減小的現(xiàn)象。 線收縮線收縮 體收縮體收縮 是縮孔、縮松、裂紋、變形、殘余應(yīng)力產(chǎn)生的基本原因。是縮孔、縮松、

11、裂紋、變形、殘余應(yīng)力產(chǎn)生的基本原因。 1、收縮的三個(gè)階段、收縮的三個(gè)階段 液態(tài)收縮：液態(tài)收縮： 與澆注溫度至開始凝固溫度的與澆注溫度至開始凝固溫度的溫差成正相關(guān)。溫差成正相關(guān)。凝固收縮：凝固收縮： 與結(jié)晶溫度范圍正相關(guān)。與結(jié)晶溫度范圍正相關(guān)。 產(chǎn)生縮孔的基本原因。產(chǎn)生縮孔的基本原因。 固態(tài)收縮：固態(tài)收縮： 用線收縮率表示。用線收縮率表示。 是鑄件產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力、變形、開裂的主要原因。是鑄件產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力、變形、開裂的主要原因。 鑄造工藝基礎(chǔ)鑄造工藝基礎(chǔ)2、影響收縮的因素、影響收縮的因素 （1）化學(xué)成分：）化學(xué)成分： 鑄鐵中石墨化元素增加，收縮減少。鑄鐵中石墨化元素增加，收縮減少。 如：灰鐵如：灰鐵 C

12、、Si 收縮收縮， S收縮收縮。 （2）澆注溫度：）澆注溫度： 溫度溫度，液態(tài)收縮，液態(tài)收縮。 （3）鑄件結(jié)構(gòu)與鑄型條件）鑄件結(jié)構(gòu)與鑄型條件 鑄件收縮為受阻收縮。鑄件收縮為受阻收縮。 一是來自鑄件不同部分的相互阻礙；一是來自鑄件不同部分的相互阻礙； 二是來自鑄型和型芯的阻礙。二是來自鑄型和型芯的阻礙。 受阻越大，收縮越小。受阻越大，收縮越小。 但應(yīng)力變形大，因此要求鑄型要有良好的退讓性。但應(yīng)力變形大，因此要求鑄型要有良好的退讓性。 鑄造工藝基礎(chǔ)鑄造工藝基礎(chǔ)3、縮孔與縮松、縮孔與縮松 （1）縮孔）縮孔 基本條件：基本條件： 結(jié)晶溫度范圍窄，逐層凝固方式。結(jié)晶溫度范圍窄，逐層凝固方式。 原因：原因

13、： 液態(tài)收縮和凝固收縮得不到及時(shí)的補(bǔ)縮。液態(tài)收縮和凝固收縮得不到及時(shí)的補(bǔ)縮。 結(jié)果結(jié)果 ：在鑄件最后凝固的地方出現(xiàn)一些空洞。在鑄件最后凝固的地方出現(xiàn)一些空洞。 鑄造工藝基礎(chǔ)鑄造工藝基礎(chǔ)3、縮孔與縮松、縮孔與縮松 （2）縮松）縮松 基本條件：基本條件： 結(jié)晶溫度范圍寬，糊狀凝固方式。結(jié)晶溫度范圍寬，糊狀凝固方式。 原因：原因： 同縮孔。同縮孔。 結(jié)果結(jié)果 ：在鑄件最后凝固的地方出現(xiàn)分散縮孔。在鑄件最后凝固的地方出現(xiàn)分散縮孔。 宏觀縮松：宏觀縮松： 肉眼可見，往往出現(xiàn)在縮孔附近，或鑄件截面的中心。肉眼可見，往往出現(xiàn)在縮孔附近，或鑄件截面的中心。 微觀縮松：微觀縮松： 晶粒之間形成的微小孔洞。晶粒之

14、間形成的微小孔洞。 鑄造工藝基礎(chǔ)鑄造工藝基礎(chǔ)（3）縮孔與縮松的防止）縮孔與縮松的防止 基本原則：基本原則： 制定合理工藝制定合理工藝補(bǔ)縮，補(bǔ)縮， 縮松轉(zhuǎn)化成縮孔?？s松轉(zhuǎn)化成縮孔。 定向凝固：定向凝固： 通過設(shè)置冒口、冷鐵等措施，通過設(shè)置冒口、冷鐵等措施， 使鑄件按薄壁使鑄件按薄壁厚壁厚壁冒口順序凝固冒口順序凝固 使縮孔集中在冒口內(nèi)。使縮孔集中在冒口內(nèi)。 a 收縮大或壁厚差別較大易產(chǎn)生縮孔的鑄件；收縮大或壁厚差別較大易產(chǎn)生縮孔的鑄件； b 壁厚懸殊以及對氣密性要求高的鑄件壁厚懸殊以及對氣密性要求高的鑄件 。 適用對象：適用對象： 特點(diǎn)：特點(diǎn)：冒口浪費(fèi)金屬，且鑄件的溫差大、熱應(yīng)力大、冒口浪費(fèi)金屬，

15、且鑄件的溫差大、熱應(yīng)力大、變形大，容易引起裂紋。但組織致密。變形大，容易引起裂紋。但組織致密。 C 凝固收縮大，結(jié)晶范圍小的合金凝固收縮大，結(jié)晶范圍小的合金 。 鑄造工藝基礎(chǔ)鑄造工藝基礎(chǔ)（3）縮孔與縮松的防止）縮孔與縮松的防止 基本原則：基本原則： 定向凝固：定向凝固： 同時(shí)凝固：同時(shí)凝固： 厚處放冷鐵，薄處開澆口，以減少溫差，盡量同時(shí)凝固。厚處放冷鐵，薄處開澆口，以減少溫差，盡量同時(shí)凝固。 適用對象：適用對象： a 收縮小的合金薄壁件，如灰鐵收縮小的合金薄壁件，如灰鐵; b 收縮大的薄壁鑄鋼和有色金屬鑄件收縮大的薄壁鑄鋼和有色金屬鑄件; c 結(jié)晶溫度范圍寬，用冒口也難以消除縮松的結(jié)晶溫度范圍

16、寬，用冒口也難以消除縮松的鑄件。鑄件。 特點(diǎn)：特點(diǎn)：工藝簡單，節(jié)省金屬，不易形成應(yīng)力、工藝簡單，節(jié)省金屬，不易形成應(yīng)力、變形、裂紋；但易有疏松。變形、裂紋；但易有疏松。鑄造工藝基礎(chǔ)鑄造工藝基礎(chǔ)4、鑄造應(yīng)力、鑄造應(yīng)力 鑄件收縮受阻引起的應(yīng)力。鑄件收縮受阻引起的應(yīng)力。 熱應(yīng)力：熱應(yīng)力： 機(jī)械應(yīng)力機(jī)械應(yīng)力 ：相變應(yīng)力：相變應(yīng)力： 各部分收縮不均勻引起的各部分收縮不均勻引起的 收縮受到鑄型及型芯的阻礙引起的收縮受到鑄型及型芯的阻礙引起的 固態(tài)相變引起的固態(tài)相變引起的 （1）熱應(yīng)力）熱應(yīng)力 形成過程：形成過程： 先冷卻部分形成先冷卻部分形成壓壓應(yīng)力，應(yīng)力，后后冷卻部分形成拉應(yīng)力。冷卻部分形成拉應(yīng)力。 預(yù)

17、防方法：預(yù)防方法： a: 壁厚均勻，盡量減少溫差；壁厚均勻，盡量減少溫差； b: 同時(shí)凝固同時(shí)凝固薄處開澆口，厚處放冷鐵薄處開澆口，厚處放冷鐵 （2）機(jī)械應(yīng)力機(jī)械應(yīng)力 暫時(shí)的，落砂后自行消失。暫時(shí)的，落砂后自行消失。 預(yù)防方法：預(yù)防方法： 提高鑄型和型芯的退讓性。提高鑄型和型芯的退讓性。（3）相變應(yīng)力）相變應(yīng)力 固態(tài)相變時(shí)，體積會(huì)發(fā)生變化所致固態(tài)相變時(shí)，體積會(huì)發(fā)生變化所致 鐵碳合金三種應(yīng)力在鑄件不同部位情況鐵碳合金三種應(yīng)力在鑄件不同部位情況 消除應(yīng)力：消除應(yīng)力： 時(shí)效。時(shí)效。 鑄造工藝基礎(chǔ)鑄造工藝基礎(chǔ)5、鑄件變形、鑄件變形 鑄件內(nèi)應(yīng)力松弛的自發(fā)過程。鑄件內(nèi)應(yīng)力松弛的自發(fā)過程。 防止方法：防止方

18、法： （1）壁厚均勻，形狀對稱，同時(shí)凝固。）壁厚均勻，形狀對稱，同時(shí)凝固。 （2）反變形法）反變形法 鑄造工藝基礎(chǔ)鑄造工藝基礎(chǔ)6、鑄件開裂、鑄件開裂 （1）熱裂紋：）熱裂紋： 高溫下形成裂紋。高溫下形成裂紋。 特征：特征： 裂紋短，縫寬，形狀曲折。裂紋短，縫寬，形狀曲折。 縫內(nèi)呈氧化色，無金屬光澤，縫內(nèi)呈氧化色，無金屬光澤， 裂縫沿晶界通過，多發(fā)生在應(yīng)力集中或凝固處。裂縫沿晶界通過，多發(fā)生在應(yīng)力集中或凝固處。 灰鐵，球鐵熱裂少，灰鐵，球鐵熱裂少， 鑄鋼、鑄鋁、白口鐵大。鑄鋼、鑄鋁、白口鐵大。 原因：原因： 凝固末期，合金呈完整骨架凝固末期，合金呈完整骨架+液體，強(qiáng)度、塑性液體，強(qiáng)度、塑性； 合

19、金含合金含S熱脆；熱脆； 鑄型退讓性不好。鑄型退讓性不好。 預(yù)防：預(yù)防： 設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)合理設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)合理, 改善退讓性改善退讓性, 控制含控制含S量。量。 （2）冷裂紋：）冷裂紋： 低溫下產(chǎn)生的裂紋。低溫下產(chǎn)生的裂紋。 特征：特征： 裂紋細(xì)，直線或圓滑曲線，裂口干凈，金屬光澤，有時(shí)呈輕微氧化色。裂紋細(xì)，直線或圓滑曲線，裂口干凈，金屬光澤，有時(shí)呈輕微氧化色。 原因：原因： 復(fù)雜大工件受拉應(yīng)力部位和應(yīng)力集中處易發(fā)生；復(fù)雜大工件受拉應(yīng)力部位和應(yīng)力集中處易發(fā)生； 材料塑性差；材料塑性差； P冷脆。冷脆。 預(yù)防：預(yù)防： 合理設(shè)計(jì)，減少內(nèi)應(yīng)力，控制合理設(shè)計(jì)，減少內(nèi)應(yīng)力，控制P含量，提高退讓性。含量，提高退讓性。 鑄造工藝基礎(chǔ)鑄造工藝基礎(chǔ)小結(jié)小結(jié)液態(tài)合金的充型能力液態(tài)合金的充型能力1、合金的流動(dòng)性、合金的流動(dòng)性2、鑄型條件、鑄型條件 3、澆注條件、澆注條件 4、鑄件結(jié)構(gòu)、鑄件結(jié)構(gòu) 合金的收縮性合金的收縮性1、收縮的三個(gè)階段、收縮的三個(gè)