鑄造工藝基礎(chǔ)大全

關(guān)于鑄造工藝基礎(chǔ)大全1第1頁，共47頁，2023年，2月20日，星期六2第二節(jié)

鑄造第一鑄造工藝基礎(chǔ)鑄造----將液態(tài)合金澆注到與零件形狀、尺寸相適應(yīng)的鑄型空腔中，待其冷卻凝固，以獲得毛坯或零件的生產(chǎn)方法稱為鑄造。影響鑄件質(zhì)量的因素很多，其中合金的鑄造工藝性就是主要因素之一。

第2頁，共47頁，2023年，2月20日，星期六3鑄造生產(chǎn)過程第3頁，共47頁，2023年，2月20日，星期六4§1液態(tài)合金的充型充型----液態(tài)合金填充鑄型的過程。充型能力-----液態(tài)合金充滿鑄型型腔，獲得形狀完整、輪廓清晰鑄件的能力。影響充型能力的主要因素有：一.合金的流動性流動性----液態(tài)合金本身的流動能力。第4頁，共47頁，2023年，2月20日，星期六5在相同的澆注工藝條件下，將金屬液澆入鑄型中，測出其實際螺旋線長度。澆出的試樣愈長，合金的流動性愈好！第5頁，共47頁，2023年，2月20日，星期六6第6頁，共47頁，2023年，2月20日，星期六7鑄鋼的流動性鑄鐵的流動性第7頁，共47頁，2023年，2月20日，星期六8由以上圖表可見：合金的充型能力是由合金的流動性決定，同時又受外界條件的影響。如鑄型、澆注條件、鑄件結(jié)構(gòu)........結(jié)論：合金流動性越強，充型能力越高。設(shè)計零件時，尤其是結(jié)構(gòu)復(fù)雜、壁厚薄的鑄件，一定要選流動性好的合金。第8頁，共47頁，2023年，2月20日，星期六9合金流動性的決定因素-------

具有共晶成分的合金、純金屬流動性好。鑄鐵類-----含碳量在4.3%C附近的鐵合金、多數(shù)QT的（不含鉻）流動性較好。

有色金屬類-----硅黃銅、硅鋁明（鋁—硅系鑄造鋁合金）的流動性好一般。

鑄鋼----流動性很差。第9頁，共47頁，2023年，2月20日，星期六10

二.澆注條件在“鑄造工藝學(xué)”中，引用了熱力學(xué)和流體力學(xué)的理論來研究液態(tài)金屬的充型能力。設(shè)：液態(tài)合金進入水平澆道后，經(jīng)過時間T停止流動，其流程L為：V---在液態(tài)金屬的靜壓頭H（直澆道的高度）平均流速。因此可以認為：影響液態(tài)合金充型能力的外部條件是通過兩個途徑發(fā)生作用的：1）流動時間T----T=T澆-T凝，即液態(tài)金屬在鑄型中的熱交換條件決定流動時間T。第10頁，共47頁，2023年，2月20日，星期六11流動性與澆注溫度的關(guān)系流動性澆注溫度T熔合金溫度高，液態(tài)時間長、粘度低....澆注溫度對流動性的影響第11頁，共47頁，2023年，2月20日，星期六122）平均流速V-----它與液態(tài)金屬的流體性質(zhì)有關(guān)如：粘度、表面張力等有關(guān)。還與流體壓力H、以及流動阻力（澆注系統(tǒng)、型腔截面積）有關(guān)。第12頁，共47頁，2023年，2月20日，星期六13從澆注條件及填充條件來看，影響充型能力的主要因素有：1.澆注溫度（T）2.充型壓力（H—V）3.鑄型的蓄熱能力4.鑄型溫度（熱交換—延長T）5.鑄型中氣體（阻力—V）第13頁，共47頁，2023年，2月20日，星期六14§2鑄件的凝固與收縮凝固—金屬從液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)的過程。這個轉(zhuǎn)變期稱為凝固期。一.鑄件的凝固方式實驗：做幾個直徑相同的球鑄型，一次同時澆注經(jīng)過不同時間，先后拔掉泥芯。倒出液態(tài)金屬，測量硬殼厚度，畫出凝固厚度—時間曲線。

泥芯第14頁，共47頁，2023年，2月20日，星期六151--φ752—φ1253—φ260時間厚度123第15頁，共47頁，2023年，2月20日，星期六16如圖：沿鑄件邊緣向中心布置測溫點，按時間順序記錄各點溫度。時間溫度液相線固相線測溫儀熱電偶工件中心第16頁，共47頁，2023年，2月20日，星期六17圖示：鑄件的凝固動態(tài)曲線。X/R---鑄件表面向中心的距離比。時間X/R液相線固相線10第17頁，共47頁，2023年，2月20日，星期六18三種含碳量的鑄鐵的凝固方式第18頁，共47頁，2023年，2月20日，星期六19結(jié)論：合金在凝固過程中，一般存在三個區(qū)域，即固相區(qū)、凝固區(qū)、液相區(qū)。按凝固區(qū)的寬窄，劃分為：

1.

逐層凝固---凝固區(qū)不明顯。

2.糊狀凝固---凝固區(qū)很寬。

3.

中間凝固---凝固區(qū)介于1、2之間。大多數(shù)合金的凝固方式屬于這種凝固方式。第19頁，共47頁，2023年，2月20日，星期六20鑄件凝固方式對鑄件質(zhì)量的影響：凝固過程實質(zhì)是金屬的結(jié)晶過程，它從兩方面影響鑄件的性能：

1）形成的金相組織-----晶粒的大小、形狀及晶粒的內(nèi)部缺陷等影響合金的機械性能；

2）金屬的致密度-----液態(tài)金屬結(jié)晶為固態(tài)，引起的體積收縮所形成的孔洞，若得不到液態(tài)金屬的補縮，將產(chǎn)生鑄造缺陷，影響合金的致密性及強度。

第20頁，共47頁，2023年，2月20日，星期六21對于凝固區(qū)寬的合金，結(jié)晶是在液--固兩相區(qū)進行的，從晶粒的形成---晶枝的長大過程中，晶體連成骨架，存在于骨架內(nèi)的金屬形成互相分隔的小“溶池”，繼續(xù)結(jié)晶后，收縮的體積得不到補縮，形成微小的孔洞-----縮松。第21頁，共47頁，2023年，2月20日，星期六22縮孔形成過程第22頁，共47頁，2023年，2月20日，星期六23結(jié)論如下：

1）逐層凝固和窄凝固范圍的合金，在凝固過程中的體積收縮能得到補縮，傾向于最后形成大的孔洞---縮孔。合金的致密性好“熱裂”傾向小。這類合金包括：共晶合金、純金屬。2）凝固范圍越寬，形成縮松及熱裂的傾向越大。這類金屬包括：遠離共晶點成分的合金。第23頁，共47頁，2023年，2月20日，星期六24防止縮孔和縮松的措施1.選擇合適的合金成分。

2.工藝措施；順序凝固原則-----合理設(shè)置冒口。同時凝固原則-----合理設(shè)置冷鐵。第24頁，共47頁，2023年，2月20日，星期六25通過控制凝固順序，使縮孔產(chǎn)生在冒口中！第25頁，共47頁，2023年，2月20日，星期六26§3鑄造內(nèi)應(yīng)力、變形和裂紋一.內(nèi)應(yīng)力的形成鑄造內(nèi)應(yīng)力---鑄件在凝固收縮時，受到阻礙內(nèi)部形成的應(yīng)力。內(nèi)應(yīng)力發(fā)生在鑄件凝固以后的繼續(xù)冷卻過程中，一般認為由下列三種情形產(chǎn)生：1）二次結(jié)晶時，新相與舊相體積不同，膨脹與收縮將產(chǎn)生----相變應(yīng)力。2）溫度分布不同，各處收縮量不同時，內(nèi)部互相制約，產(chǎn)生---熱應(yīng)力。3）收縮時受到鑄型、型芯的阻礙，產(chǎn)生----收縮應(yīng)力。

第26頁，共47頁，2023年，2月20日，星期六27應(yīng)力狀態(tài)------拉應(yīng)力和壓應(yīng)力、剪應(yīng)力。應(yīng)力性質(zhì)-----分為臨時應(yīng)力和殘余應(yīng)力。

1.熱應(yīng)力----由于鑄件的壁厚不均勻、各部分的冷卻速度不同，使得在同一時期內(nèi)鑄件各部分收縮不一致而引起的應(yīng)力。第27頁，共47頁，2023年，2月20日，星期六28再結(jié)晶溫度以上時，金屬處于塑性狀態(tài)，不產(chǎn)生應(yīng)力。再結(jié)晶溫度以下時，金屬處于彈性狀態(tài)，將產(chǎn)生彈性變形從而形成應(yīng)力。第28頁，共47頁，2023年，2月20日，星期六29結(jié)論：1）鑄件的各部分截面積差越大，產(chǎn)生的應(yīng)力差越大。2）當(dāng)厚大部分進入彈性狀態(tài)時，厚薄部分溫差越大，產(chǎn)生的熱應(yīng)力越大。3）冷卻慢的部分，殘余應(yīng)力為拉應(yīng)力；冷卻快的部分，殘余熱應(yīng)力為壓應(yīng)力。第29頁，共47頁，2023年，2月20日，星期六302.機械應(yīng)力（收縮應(yīng)力）由于收縮受阻，產(chǎn)生的都是拉應(yīng)力或剪應(yīng)力。因為是產(chǎn)生在彈性狀態(tài)下，落砂后隨著產(chǎn)生彈性變形而消失，為臨時應(yīng)力。（但產(chǎn)生彈性變形的應(yīng)力仍然留在彈性體內(nèi)）鑄造應(yīng)力對鑄件性能的影響：當(dāng)鑄造應(yīng)力形成時，若超過合金的屈服極限，則產(chǎn)生塑性變形；若超過合金的強度極限，則產(chǎn)生裂紋—冷裂；（冷裂形成機理）若低于彈性極限，則以殘余應(yīng)力的形式存在。有殘余應(yīng)力的鑄件，經(jīng)機械加工，一段時間后，將產(chǎn)生變形，影響零件精度。第30頁，共47頁，2023年，2月20日，星期六31

二.鑄件的變形與防止由鑄造應(yīng)力的形成過程可知，鑄件的變形發(fā)生在鑄造應(yīng)力超過材料的屈服極限時。因此防止鑄件產(chǎn)生變形的根本措施是消除鑄造應(yīng)力。此外還可以從工藝上采取措施1）反變形-----制造模型時采取反變形。

2）改變鑄件結(jié)構(gòu)----如改用彎輪輻代替直輪輻

3）設(shè)置拉筋----在鑄造應(yīng)力集中的部位設(shè)置拉筋，熱處理后去除4）控制打箱時間。第31頁，共47頁，2023年，2月20日，星期六32三.鑄件的裂紋與防止鑄件裂紋分為：熱裂紋和冷裂紋。1.熱裂紋

裂紋斷口形態(tài)：裂紋短、縫隙寬、形狀曲折、呈氧化色。

形成機理：在凝固后期的固相線附近的溫度范圍內(nèi)（該區(qū)稱為脆性區(qū)），合金的收縮系數(shù)急劇改變，若收縮受阻，將產(chǎn)生應(yīng)力。而此時合金尚未完全凝固（殘余液體約10%），強度極低，若應(yīng)力超過其強度則形成裂紋。如圖第32頁，共47頁，2023年，2月20日，星期六33σσ第33頁，共47頁，2023年，2月20日，星期六34

Al---Si合金的高溫強度T℃σ固相線500℃第34頁，共47頁，2023年，2月20日，星期六35影響熱裂形成的因素（1）合金性質(zhì)合金結(jié)晶溫度范圍越寬，熱裂傾向性越大。

T℃熱裂傾向線收縮開始溫度固相線第35頁，共47頁，2023年，2月20日，星期六36此外，合金中的一些其它元素對其熱裂傾向也有一定的影響。如：碳素鋼中的S、P、Si,Mn四種因素對熱裂性的影響。SpSiMn%第36頁，共47頁，2023年，2月20日，星期六37（2）鑄型阻力鑄型的退讓性越大，合金熱裂傾向越小。2.冷裂-----形成冷裂的機理見“機械收縮”。

第37頁，共47頁，2023年，2月20日，星期六38§4鑄件中的氣孔氣孔是鑄件中最常見的缺陷。它對鑄件質(zhì)量的影響是：⑴破壞金屬的連續(xù)性、減少承載的有效面積、有應(yīng)力集中現(xiàn)象等；⑵顯著降低零件的機械性能，特別是疲勞強度和沖擊韌性；⑶降低鑄件的氣密性。第38頁，共47頁，2023年，2月20日，星期六39氣孔的形成：進入鑄型的液態(tài)金屬，在凝固過程中，由于在熔煉及澆注過程中對多種氣體有一定的溶解度而溶入氣體和鑄型受熱產(chǎn)生的侵入氣體，若在凝固過程中不能逸出，則成為鑄件中的氣孔缺陷。各種氣體在液態(tài)合金中存在的形態(tài)及其對鑄件質(zhì)量的影響如《鑄件的常見缺陷》表所示第39頁，共47頁，2023年，2月20日，星期六40

§5鑄件的質(zhì)量控制由于影響鑄件質(zhì)量的因素很多，并且錯綜復(fù)雜，難以綜合控制，生產(chǎn)中一般控制主要或重點要素，具體為下列幾方面：（1）合理選定鑄造合金和鑄件結(jié)構(gòu)；（2）合理制訂鑄件的技術(shù)要求；（3）模型質(zhì)量檢驗；（4）鑄件質(zhì)量檢驗；（5）鑄件熱處理第40頁，共47頁，2023年，