華北理工大學2016年熱加工工藝復習重點章節(jié)部分鑄造部

1、n熱加工工藝基礎(chǔ)課程安排上課:1014 周 920學時;考試：閉卷，時間待定;成績：80%卷面+20%平時（出軌 作業(yè)）;熱加工工藝基礎(chǔ)材料基礎(chǔ)知識熱加工工藝金屬液態(tài)成形V金屬塑性成形金屬連接成形內(nèi)容關(guān)系液態(tài)成形（鑄造）塑性成形（壓力加工）毛坯型材切削零件i k裝配產(chǎn)品連接成形（焊接）知識點:知識點:第一童鑄造常用金屬材料第一童鑄造常用金屬材料hi鑄鋼和鑄鐵銅及銅合鋁及空口厶千口 1=1硬質(zhì) 厶仝粉末咼速鋼鑄造將液態(tài)金屬澆入與零件形狀相適應的鑄型空腔中, 待其冷卻凝固,以獲得毛坯或零件的工藝方法.作用：鑄造是制造毛坯、零件的重要方法之一。按鑄型材料 的不同,金屬液態(tài)成形可分為砂型鑄造和特種鑄造

2、（包括 壓力鑄造、金屬型鑄造等）其中砂型鑄造是最基本的液態(tài) 成形方法,所生產(chǎn)的鑄件要占鑄件總量的80%以上鑄造（金屬液態(tài)成型）1可生產(chǎn)形狀任意復雜的制件,特別是內(nèi)腔形狀復雜的制件。如:汽缸體.汽缸蓋.蝸輪葉片. 床身件等。2適應性強：(1) 合金種類不受限制；(2) 鑄件大小幾乎不受限制。3成本低：(1) 材料來源廣；(2) 廢品可重熔；(3) 設(shè)備投資低。4 廢品率高、表面質(zhì)量較低勞動條件差。 缺陷多：組織疏松、晶粒粗大、縮孔和縮松、氣孔 力學性能差：知識點:鑄造工藝基礎(chǔ)合金的鑄造性能鑄造缺陷分析縮孔和縮松鑄件與收縮流動性充型能力1.液態(tài)合金曲流動性合金的流動性：熔融金屬的流動能力.影響充型

3、能力:充滿薄.復雜型腔,輪 上浮和排除液體中氣體2 有利于補縮,減少熱裂f 合金流動性衡量指標10出氣口試樣凸臺試樣鑄件A-A8螺旋形試樣合金種類0.45%C 鑄鋼:2004.3%C 鑄鐵:180000000008060402003 2 16)畳 (E)純金屬和共晶成分合金a）在恒溫下凝固亞共晶成分合金結(jié)晶b）在一定的溫度范圍內(nèi)凝固(3)其他物理性能：熱彖、密度、結(jié)晶潛熱.黏度等。表常用合金的流動性（砂型，試樣截面8mm X 8mm）合金種類鑄型種類澆注溫度 /c螺旋線長度/鑄鐵 wc+Si=6.2%砂型13001800Wc+si=59 %砂型13001300Wc+si=52 %砂型13001

4、000Wc+si=2 %砂型1300600鑄鋼 wc=0.4%砂型1600100鋁硅合金（硅鋁明）砂型1640200鎂合金（含A1和Zn）金屬型300C680720700800錫青銅(WsFlO%,砂型700400600wzr2%)砂型1040420硅黃銅Wsi=l5%45%)砂型11001000第一節(jié)合金的鑄造性能充型液態(tài)合金填充鑄型的過程。充型能力:液體金屬充滿鑄型型腔,獲得尺寸精確.輪廓清晰的成形件的能力。充型能力不足時,會產(chǎn)生澆不足、冷隔、夾渣、氣孔等缺陷。影響充型能力因素:鑄型充填條件.澆注條件.鑄件結(jié)構(gòu)鑄型充填條件 :阻力和熱交換(1)鑄型的蓄熱系數(shù)鑄型的熱導率和質(zhì)量熱熔越大,對液

5、 體合金的激冷作用越強,合金的溫降越大,合金充型能力趣 差(2 )鑄型溫度 鑄型溫度越高,液態(tài)金屬與鑄型的溫差 越小，充型能力越強。(3 )鑄型中的氣體在熱作用下,型腔中氣體膨脹,型砂中 的水分氣化,有機物燃燒，增加型腔內(nèi)的壓力。澆注條件(1 )澆注溫度一般T澆越高,液態(tài)金屬的充型能力趣強。(2但是澆注溫度過高，乂會使液態(tài)合金吸氣嚴重、 收縮增人，反而易使鑄件產(chǎn)生其它缺陷，如氣1 孔、縮孔、縮松*粘砂和晶粒粗人等。故在保 (3證液態(tài)合金流動性足夠的前提下，澆注溫度應 睡盡可能低。通?；诣T鐵澆注溫度為12001380gC ；鑄鋼為15201620QC；鋁合金為 680780QCo薄乘復雜件取上限

6、溫度值，厚件 則取下限。鑄件結(jié)構(gòu)(1)折算厚度折算厚度也叫當量厚度或模數(shù),為鑄件體積 與表面積之比。折算厚度大,熱量散失慢,充型能力就 好。鑄件壁厚相同時,垂直壁比水平壁更容易充填。(2 )鑄件復雜程度鑄件結(jié)構(gòu)復雜,流動阻力大,鑄型的 充填就困難。12合金的凝固與收縮一、鑄件的凝固方式固相區(qū)。對鑄件質(zhì)量影響較大的主要是液相在鑄件的凝固過程中,其截面一般存在三個區(qū)域,即液 相區(qū)、凝固區(qū)、 和固相并存的凝固區(qū)的寬窒。鑄件的凝固方式就是依據(jù)凝固區(qū)的寬窄來劃分的。1 凝固方式：（1）逐層凝固：恒溫下結(jié)晶的金屬或合金糊狀凝:合金的凝溫度范Bl很寬中間凝-層狀凝固：純金屬或共晶成分的合金,凝固時鑄件的斷面

7、 上不存在液固兩相的凝固區(qū),已凝固層與沒凝固的液相區(qū) 之間界限清晰,隨著溫度的下降,凝固層不斷加厚,液相 區(qū)逐漸減少,一直到逐漸完全凝固。0糊狀凝固：如果合金的結(jié)晶溫度范BI很寬,且鑄件的斷面 溫度梯度較小，則在開始凝固的一段時間內(nèi),鑄件表面不 會形成堅固的凝固層 而是液固兩相共存區(qū)貫穿鑄件的整 個斷面。中間凝固：介于層狀凝固和糊狀凝固之間 凝固過程中鑄件斷面上存在一定竟度的液固兩相共存的凝固區(qū)。2 影響凝固的主要因素區(qū)域越 :中普通下，凝 溫度差。二鑄造合金的收縮收縮時合金從液態(tài)冷 的體積或尺寸減小到現(xiàn)象 松.應力.變形.裂紋等合金的收緒階段I一液杰收縮I一凝固收縮一固凍收縮合金的收縮經(jīng)歷如

8、下三個階段:(1)液態(tài)收縮 從澆注溫度到凝固開始溫度之間的收縮。高于液相線50C150T澆T液(2 )凝固收縮從凝固開始到凝固終止溫度間的收縮。T液T固 共晶相變.液相一固相相變.溫度下降(3 )固態(tài)收縮從凝固終止溫度到室溫間的收縮。T T 室體收縮率：體收縮率是鑄件產(chǎn)生磁越細根本原因。線收縮率：町/鑄型一乙鑄件Xi。L鑄件線收縮率是鑄件產(chǎn)生應力.變形.裏線的根本原因。影響合金收縮的因素化學成分澆注溫度鑄件結(jié)構(gòu)和鑄型條件四.收縮對鑄件質(zhì)量的影響1.縮孔與縮松液態(tài)合金在冷凝過程 中f若其液態(tài)收縮和凝 固收縮所縮減的容積得 不到補充 則在鑄件最 后凝固的部位形成一些 孔洞。大而集中的稱 為縮孔 細

9、小而分散的 稱為編卑1）縮孔的形成70彫*液態(tài)收縮和凝固收縮圖繃侈瞬:乙么么么么么么么么么么勺縮孑L必么么么么么么么么購I h Ir=金液分割開的小液體 區(qū)難以得到補縮所致o*液態(tài)收縮和凝固收縮2 ）縮松的形成： 鑄件最后凝固的 收縮未能得到補足， 或者結(jié)晶溫度范圉寬 的合金呈糊狀凝 凝固區(qū)域較竟,液.兩相共存,樹枝晶 發(fā)達,枝晶骨架將合3）縮孔和縮松的防止1=1控制鑄件的凝固次序,定向凝固（順序凝固） 口一儲存補縮用金屬液的空腔。遠離冒口的部位先凝固 然后向著冒口方向凝固,最后是合理確定鑄件的瀟注位置定向凝固原則,便于補縮 開設(shè)內(nèi)澆道 合理的澆注溫度和澆注速度3鑄件的內(nèi)應力、變形與裂紋鑄造內(nèi)

10、應力及其防止鑄件在凝固以后的繼續(xù)冷卻過程中,其固態(tài)收縮受到 阻礙,鑄件內(nèi)部即將產(chǎn)生內(nèi)應力。1 ）熱應力:凝固和冷卻過程中，不同部位由于不均衡 的收縮引起的應力。2 ）相變應力:壁厚不均一冷卻速度不同收縮量不同_熱應力 態(tài)相變發(fā)生后各部分體積發(fā)生不均衡 變化而引起的應力。各部位溫度一致一相變同時發(fā)生一不產(chǎn)生應力 各部位溫度不一致T相變不能同時發(fā)生-產(chǎn)生應力 3 ）收縮應力:合金的線收縮受到鑄型、型芯、澆冒系 統(tǒng)的機械阻礙而形成的內(nèi)應力。機械應力是暫時應力。渤當進一步冷至更低溫度時（tZt3）,兩桿均進入了彈性狀態(tài)， 祁此時由丁兩桿的溫度不同、冷卻速度也不同，所以二者的收 儲縮也不同步，粗桿I的溫

11、度較高，還耍進行較大的收縮，細 時桿II的溫度較低，收縮已趨于停止，因此粗桿I的收縮必定受：|=1 詁到細桿II的阻礙，使其收縮不徹底，在部產(chǎn)牛拉應力；而桿II刖 今則受到桿I因收縮而施與的壓應力（圖d） o直到室溫,殘留熱應力一直存在熱應力的形成過程演示才3L才=i葉冋J S應1框的冷如曲弱圖 J抉:應力的農(nóng)威+轟年垃應打F 一衣忝圧應力 熱應力使鑄件的厚壁或心部受拉伸，薄壁或表層受壓縮。 熱應力可長時間存在。防止變形的方法:1）采用同時凝固的原則；2）提高鑄型溫度；3）應提高鑄型和型芯的退讓性,及時開型4）去應力退火I緩緩繆緩冷鐵同時凝固一整個鑄件幾乎同時凝固。2、鑄件的變形與防片變形方向

12、的判定：1I先冷部位（薄壁或表層）伸長; 后冷部位（厚壁或心部）縮短。防止變形的方法：1）防止內(nèi)應力的所有措施;2 ）采用反變形法。反變形法3 ）設(shè)置工藝肋；3.鑄件的裂紋與防止1 ）熱裂形狀特征:裂紋短、縫隙寬、形狀曲折、縫內(nèi)呈氧化色。2 ）冷裂特征:裂紋細小,呈連續(xù)直線狀,縫內(nèi)有金屬光澤或輕微 氧化京。裂紋的防止:防止內(nèi)應力的所有措施必須嚴格控制硫和磷的含量,防止熱脆性和 冷脆性。液態(tài)收縮 f縮孔:恒溫下結(jié)晶（液態(tài)合金冷卻合金收縮Y凝固收縮固態(tài)合金冷卻f線形收縮f.縮松:兩相區(qū)結(jié)晶血力變形裂紋三影響收縮的因素三.鑄造合金的偏析和吸氣性1偏析:鑄件中出現(xiàn)化學成分不均勻的現(xiàn)象稱為偏析。鑄件的偏

13、析可分為晶內(nèi)偏析、區(qū)域偏析和體積質(zhì)量偏析三類。晶內(nèi)偏析(又稱枝晶偏析)是指晶粒內(nèi)各部分化學成分不均勻的現(xiàn) 象,這種偏析出現(xiàn)在具有一定凝固溫度范圍的合金鑄件中。為防止和減 少晶內(nèi)偏析的產(chǎn)生,在生產(chǎn)中常采取緩慢冷卻或孕育處理的方法。(2)區(qū)域偏析是指鑄件截面的整體上化學成分和組織的不均勻。避免區(qū) 域偏析的發(fā)生,主要應該采取預防措施，如控制澆注溫度不要太高, 采取快速冷卻使偏析來不及發(fā)生,或采取工藝措施造成鑄件斷面較低的 溫度梯度，使表層和中心部分接近同時凝固。比重偏析鑄件上下部分化學成分不均勻的現(xiàn)象稱為比重偏析。 為防止比重偏析,在澆注時應充分攪拌金屬液或加速合金液的冷卻, 使液相和固相來不及分離 凝固即告結(jié)束。2鑄件中的氣孔和合金的吸氣(1)侵入性宅孔侵入性氣孔是由于鑄型表面聚集的宅體侵入金 屬液中而形成的孔洞。多位于鑄件的上表面附近,尺寸較大， 呈橢圓形或梨形，孑L壁光滑，表面有光澤或有輕微氧化色。(2 )析出性宅孔析出性氣孔是溶解在金屬液中的氣體,在凝固 時由金