金屬凝固原理

1、液態(tài)模鍛與其凝固CONTENTS目錄傳統(tǒng)成型方法1液態(tài)模鍛原理及優(yōu)點2液態(tài)模鍛工藝及對凝固的影響3鍛造鍛造是一種利用鍛壓機械對金屬坯料施加壓力，使其產(chǎn)生塑性變形以獲得具有一定機械性能、一定形狀和尺寸鍛件的加工方法。鑄造鑄造是熔煉金屬，制造鑄型，并將熔融金屬澆入鑄型，凝固后獲得具有一定形狀、尺寸和性能金屬零件毛坯的成型方法。傳統(tǒng)成型方法傳統(tǒng)成型方法優(yōu)缺點鑄造優(yōu)點：1、可以生產(chǎn)形狀復(fù)雜的零件，尤其是復(fù)雜內(nèi)腔的毛坯；2、適應(yīng)性廣，工業(yè)常用的金屬材料均可鑄造，幾克到幾百噸；3、原材料來源廣，價格低廉，如廢鋼、廢件、切屑等；4、加工量小，鑄件的形狀尺寸與零件非常接近，減少了切削量，屬于無切削加工；5、應(yīng)

2、用廣泛，農(nóng)業(yè)機械中40%70%、機床中70%80%的重量都是鑄件。缺點：1、機械性能不如鍛件，如組織粗大，缺陷多等；2、砂型鑄造中，單件、小批量生產(chǎn)，工人勞動強度大；3、鑄件質(zhì)量不穩(wěn)定，工序多，影響因素復(fù)雜，易產(chǎn)生許多缺陷。鍛造優(yōu)點：1、鍛造方法熱加工變形后由于金屬的變形和再結(jié)晶，使原來的粗大枝晶和柱狀晶粒變?yōu)榫Я］^細、大小均勻的等軸再結(jié)晶組織，使鋼錠內(nèi)原有的偏析、疏松、氣孔、夾渣等壓實和焊合，其組織變得更加緊密，提高了金屬的塑性和力學性能。2、鍛造加工能保證金屬纖維組織的連續(xù)性，使鍛件的纖維組織與鍛件外形保持一致，金屬流線完整，可保證零件具有良好的力學性能與長的使用壽命。鍛造缺點：1、工人們

3、同時暴露于高溫空氣和熱輻射下，導致熱量在體內(nèi)積累，熱量加上代謝的熱量，會造成散熱失調(diào)和病理變化。易引起缺鹽和熱痙攣。在寒冷季節(jié)，暴露于小氣候環(huán)境的變化中可能在一定程度上促進其適應(yīng)性，但迅速而過于頻繁的變化，可能構(gòu)成對健康的危害。2、大氣污染污染嚴重：有煙塵、一氧化碳、二氧化碳、二氧化硫等等廢氣。噪聲和振動:型鍛錘必然會產(chǎn)生低頻率噪聲和振動，但也可能有一定的高頻成分，其聲壓級在95115分貝之間。工作人員暴露于鍛造振動中，可能造成氣質(zhì)性和功能性失調(diào)，會降低工作能力和影響安全。3、具有一定的危險性。液態(tài)模鍛及其優(yōu)點鑄件組織致密，很少有縮孔縮松，可進行熱處理；工藝出品率高；鑄件的尺寸精度很高；工藝適

4、用性較強，常用合金都可以進行液態(tài)模鍛；力學性能高于其它普通鑄件， 接近或者相當于同種合金的鍛件水平。液態(tài)模鍛，又稱擠壓鑄造、連鑄連鍛，是一種既具有鑄造特點，又類似模鍛的新興金屬成形工藝。它是將一定量的被鑄金屬液直接澆注入涂有潤滑劑的型腔中，并持續(xù)施加機械靜壓力，利用金屬鑄造凝固成形時易流動和鍛造技術(shù)使已凝固的硬殼產(chǎn)生塑性變形，使金屬在壓力下結(jié)晶凝固并強制消除因凝固收縮形成的縮孔縮松，以獲得無鑄造缺陷的液態(tài)模鍛制件。液態(tài)模鍛的發(fā)展前蘇聯(lián)1937年，將這項技術(shù)應(yīng)用于軍事及高科技范圍金屬構(gòu)件的制造起始60年代中期已經(jīng)用于鋁合金儀表零件生產(chǎn)，70年代應(yīng)用于銅合金產(chǎn)品發(fā)展我國我國1958年開始液態(tài)模鍛相

5、關(guān)研究現(xiàn)在液鍛技術(shù)的應(yīng)用主要分為在有色金屬制件中的應(yīng)用和在黑色金屬制件中的應(yīng)用液態(tài)模鍛壓力對凝固的影響凝固時體積收縮合金：增加壓力使臨界晶核尺寸和形核功減小，有助于晶核生成。壓力提高過冷度，有利于形核。壓力還可以破碎長大的樹枝晶、使其脫落形成新晶核，細化晶粒。壓力對偏析的影響壓力使合金液凝固過程十分迅速，合金液的元素來不及分解，擴散，偏析現(xiàn)象大為減少，尤其是比重偏析。壓力對氣體析出的影響壓力可以增加氣體在合金溶液中的溶解度，并可阻止合金液氣體析出，防止液鍛件產(chǎn)生氣孔、針孔等。各國生產(chǎn)的液鍛件使用材料零件材料鋁合金鋁合金活塞、汽車輪毅、動力轉(zhuǎn)向部件、ABS零件、制動器主缸、發(fā)動機支架、油泵鋁殼體

6、、空調(diào)壓縮機缸體、高厭鍋等鎂合金飛機起落架、鎂合金輪毅、鎂合金軸筒、發(fā)動機外殼等鋅合金增氧機鋅合金蝸輪、鋅合金齒輪等銅合金 青銅蝸輪、柱塞軸流青銅泵體、青銅法蘭盤、銅合金套筒、紫銅吹氧噴頭、黃銅閥體、黃銅三通閥等鋼、鐵 碳鋼平法蘭、碳鋼壓環(huán)、導彈合金鋼前艙蓋、鑿巖機合金鋼缸體、 高速鋼輥環(huán)、迫擊炮球鐵彈體、球鐵齒輪、鑄鐵閥蓋等常見液鍛件鋁合金的凝固鋁合金具備較好的機械性能和機械加工性能，以及優(yōu)良的焊接性能，應(yīng)用比較廣泛。通常情況下，鋁合金中的溶質(zhì)元素在凝固過程中的結(jié)晶溫度和成分范圍比較寬，鑄造性能不高，一般出現(xiàn)糊狀的凝固特征，所以很容易形成縮孔、縮松和熱裂等鑄造缺陷。鋁合金中平衡分配系數(shù)Ko

7、1的低熔點富硅液相在凝固時被排擠到枝晶間隙，將呈現(xiàn)出比較嚴重的枝晶偏析。同時，在復(fù)雜厚壁件的鑄造生產(chǎn)過程中，還存在溶質(zhì)元素的宏觀偏析，例如比重偏析、正偏析、逆偏析和帶狀偏析等。在鑄件壁厚變化較大的地方，金屬流動速度存在差異，更加容易致使鑄件成分的宏觀不均勻。大尺度范圍內(nèi)的成分不均勻也會影響鑄件后續(xù)的熱處理工藝，致使鑄件各處力學性能存在較大的差異，在使用過程中，零件可能因局部強度降低而出現(xiàn)斷裂失效。鎂合金液態(tài)模鍛應(yīng)該注意的問題液態(tài)鎂合金質(zhì)量 鎂合金液態(tài)模鍛過程是經(jīng)過鑄造同時加壓進行鍛造。液態(tài)鎂合金的質(zhì)量問題直接決定了液鍛件的好壞。液態(tài)鎂合金的質(zhì)量取決于鎂合金的熔煉。熔煉過程中需注意以下幾個方面的

8、問題。除氣。溶解在金屬液中的氣體，在結(jié)晶過程中會在液鍛件中形成氣孔。實際生產(chǎn)中，應(yīng)該快速溶化，不要使金屬液過熱和在高溫卜長時問停留，且熔煉中盡量少攪動金屬液。脫氧。鎂合金在熔煉過程中容易氧化燃燒，為了防比鎂合金熔體的氧化、燃燒，一般采用在熔劑層或者在保護氣體的保護下進行熔煉。變質(zhì)處理。變質(zhì)處理是在鎂合金液中加入少量變質(zhì)劑，以改善結(jié)晶的條件使組織晶粒細化從而改善鎂合金的性能。成分偏析，主要有晶內(nèi)偏析、區(qū)域偏析和密度偏析三種?？梢酝ㄟ^適當提高鎂合金的澆注溫度或者晶粒細化，減少鎂合金的晶內(nèi)偏析，且長時間的擴散退火也能改善晶內(nèi)偏析。此外，減少合金液的靜置時問，加快冷卻速度，能減少合金的密度偏析。液態(tài)模鍛主要參數(shù)與影響模具預(yù)熱溫度將會對鑄件的質(zhì)量和模具的壽命產(chǎn)生影響。模具溫度過低，合金液熱量散失快，容易造成充不滿、冷隔等鑄造缺陷，此外，高溫合金液容易使模具產(chǎn)生較大熱應(yīng) 力，造成模具疲勞損壞。模具溫度高，模具容易產(chǎn)生變形損壞。由于液態(tài)模鍛充型時有較大的壓力，模具溫度可以適當?shù)娜〉鸵恍沧囟冗^低，熔體在尚未充滿型腔就己經(jīng)凝固，鑄件會出現(xiàn)表面質(zhì)量差等問題；澆注溫度過高，晶粒容易粗化，而且澆 注的溫度越高，合金越容易吸氣，使得金屬液體中的氣體溶解增多，在金屬液凝固階段，溶解在熔體中的氣體由于冷卻速度較快，來不及析出，存留在固相中，使得鑄件易出現(xiàn)氣