金屬凝固特點

1、關(guān)于金屬的凝固特點第一張，PPT共五十七頁，創(chuàng)作于2022年6月鑄造特點 鑄 造 優(yōu) 點 1具有較強的適應(yīng)性重量：幾克幾百噸尺寸：幾毫米十幾米壁厚：0.2mm1m結(jié)構(gòu)：復(fù)雜外形、內(nèi)腔材質(zhì)：不限，特別是脆性材料2鑄件成本低 原材料：來源廣、價格低、投資少、易生產(chǎn)鑄件：機械加工量相對較小，成本低 第二張，PPT共五十七頁，創(chuàng)作于2022年6月鑄造特點鑄 造 缺 點 工序復(fù)雜，方法落后，鑄件尺寸精度不高，表面質(zhì)量難保證，鑄件內(nèi)部易出現(xiàn)氣孔、砂眼、縮孔、晶粒粗大等現(xiàn)象。 第三張，PPT共五十七頁，創(chuàng)作于2022年6月1 金屬的凝固特點合金的鑄造性能 ： 金屬在由液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)的過程中，存在的一些與鑄件

2、質(zhì)量相關(guān)的性能特點。一般指鑄造過程中的流動性、收縮性、吸氣性等工藝性能。 第四張，PPT共五十七頁，創(chuàng)作于2022年6月幾個準備概念充型：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、輪廓清晰的鑄件的能力澆不足：因液態(tài)金屬充型能力不足而不能得到完整形狀的鑄件。冷隔：指鑄件雖可獲得完整的外形，但因存有未完全熔合的垂直接縫，鑄件的力學性能嚴重受損。 第五張，PPT共五十七頁，創(chuàng)作于2022年6月本節(jié)三大內(nèi)容一、液態(tài)金屬的流動特點二、合金的凝固特點三、合金的收縮特點第六張，PPT共五十七頁，創(chuàng)作于2022年6月一、液態(tài)金屬的流動特點 1.流動性流動性: 是描述液態(tài)金屬流動能力

3、的一個術(shù)語。流動性的高低主要取決于金屬的結(jié)晶特點和物理性能。 物質(zhì)由液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)晶體時，稱為“結(jié)晶”。粘度的大小表示液體中發(fā)生相對運動的難易程度，粘度大，液體粘稠，相對運動困難，就很難形成晶體。第七張，PPT共五十七頁，創(chuàng)作于2022年6月一、液態(tài)金屬的流動特點 1.流動性流動性對鑄件質(zhì)量影響：液態(tài)金屬流動性越好，越有利于液態(tài)金屬中的非金屬夾雜物和氣體上浮,排除；易于對液態(tài)金屬在凝固中產(chǎn)生的收縮進行及時補縮；越容易充滿鑄型的型腔、得到輪廓清晰、健全完整的鑄件；否則，鑄件越容易出現(xiàn)冷隔或澆注不足的缺陷。第八張，PPT共五十七頁，創(chuàng)作于2022年6月2.影響流動性的因素合金成分的影響 澆注溫度和

4、壓力的影響鑄型條件的影響 第九張，PPT共五十七頁，創(chuàng)作于2022年6月合金成分的影響a. 純金屬流動性好：一定溫度下結(jié)晶，凝固層表面平滑，對液流阻力小。b. 共晶成分流動性好：共晶成分的合金恒溫凝固，固體層表面光滑,且熔點低，過熱度大。c. 非共晶成分流動性差：結(jié)晶在一定溫度范圍內(nèi)進行，非共晶成分的合金凝固時在兩相區(qū)中生長出的大量枝狀晶粒阻礙液體金屬的流動。第十張，PPT共五十七頁，創(chuàng)作于2022年6月澆注溫度和壓力的影響澆注溫度 t 合金粘度下降, 流動性 t液態(tài)金屬的過熱度，充型能力 但過高,易產(chǎn)生縮孔,粘砂,氣孔, 晶粒粗大等,故不宜過高 結(jié)論：要在金屬液體具有足夠的充型能力的前提下，

5、盡量降低澆注溫度。第十一張，PPT共五十七頁，創(chuàng)作于2022年6月澆注溫度和壓力的影響充型壓力充型壓力，液態(tài)合金在流動方向上所受的壓力液體進入型腔的速度充型能力如 砂形鑄造-直澆道,靜壓力. 壓力鑄造,離心鑄造等充型壓力高.第十二張，PPT共五十七頁，創(chuàng)作于2022年6月鑄型條件的影響 鑄型結(jié)構(gòu)：若不合理,如壁厚小，直澆口低,澆口小等充型能力鑄型導熱能力：導熱，金屬降溫快，充型能力；第十三張，PPT共五十七頁，創(chuàng)作于2022年6月鑄型條件的影響鑄型溫度：t，充型能力，如金屬型預(yù)熱鑄型中氣體：排氣能力，充型能力，減少氣體來源，提高透氣性，少量氣體在鑄型與金屬液之間形成一層氣膜，減少流動阻力，有利

6、于充型。第十四張，PPT共五十七頁，創(chuàng)作于2022年6月鑄型條件的影響結(jié)論：可通過改善鑄型型腔的結(jié)構(gòu)提高金屬液的流動性及充型壓力。 第十五張，PPT共五十七頁，創(chuàng)作于2022年6月鑄型條件的影響提高直澆道高度改善型腔結(jié)構(gòu)采用散熱慢的鑄型材質(zhì)原理：都是使金屬流動性增強，流動時間延長，增大充型壓力，從而有利于充型能力的提高。第十六張，PPT共五十七頁，創(chuàng)作于2022年6月二、合金的凝固特點 鑄件凝固過程中其斷面上的三個區(qū) 固相區(qū) 固液共存區(qū)（通常稱為凝固區(qū)） 液相區(qū) 第十七張，PPT共五十七頁，創(chuàng)作于2022年6月對凝固區(qū)影響較大的是凝固區(qū)的寬窄,依此劃分凝固方式: 1.逐層凝固 2.體積凝固 3

7、.中間凝固 第十八張，PPT共五十七頁，創(chuàng)作于2022年6月1. 逐層凝固純金屬或共晶成分合金恒溫下結(jié)晶時，凝固過程中鑄件截面上的凝固區(qū)域?qū)挾群苷?，固液兩相由一條界線清楚分開，隨著溫度下降，固相層不斷增加，液相層不斷減少，逐漸達到鑄件中心。（圖2-2a） 逐層凝固時合金充型能力強，產(chǎn)生缺陷少。第十九張，PPT共五十七頁，創(chuàng)作于2022年6月第二十張，PPT共五十七頁，創(chuàng)作于2022年6月2.體積凝固 當合金的結(jié)晶溫度范圍很寬，或因鑄件截面溫度梯度很小時，在凝固某段時間內(nèi)，鑄件表面不存在固體層，固液共存的區(qū)域很寬，凝固區(qū)甚至貫穿整個鑄件截面的凝固方式?；蚍Q為糊狀凝固方式（先糊狀，后固化。圖2-2

8、c）。第二十一張，PPT共五十七頁，創(chuàng)作于2022年6月3.中間凝固 金屬的結(jié)晶范圍較窄，或結(jié)晶溫度區(qū)間雖寬但鑄件截面溫度梯度大時，凝固區(qū)域的寬度介于逐層凝固與體積凝固之間，稱該凝固方式為中間凝固方式，圖2-2b。第二十二張，PPT共五十七頁，創(chuàng)作于2022年6月影響凝固方式的主要因素 鑄造合金的結(jié)晶溫度區(qū)間寬窄和鑄件截面的溫度梯度大小是影響凝固方式的主要因素。 第二十三張，PPT共五十七頁，創(chuàng)作于2022年6月結(jié)晶溫度區(qū)間越小，凝固區(qū)域越窄，合金越傾向于逐層凝固。當合金的成分一定時，結(jié)晶溫度范圍已定，凝固方式取決于鑄件截面的溫度梯度。 溫度梯度愈小，凝固區(qū)愈寬，合金越趨向于體積凝固。 溫度梯

9、度越大，凝固區(qū)域越窄，合金越趨向于逐層凝固。第二十四張，PPT共五十七頁，創(chuàng)作于2022年6月三、 合金的收縮特點1. 合金的收縮2. 影響收縮的因素3. 收縮對鑄件質(zhì)量的影響及防止措施第二十五張，PPT共五十七頁，創(chuàng)作于2022年6月1.合金的收縮 鑄件在冷卻過程中的收縮是合金的固有物理性質(zhì)。 即：液態(tài)合金從澆注溫度至凝固冷卻到室溫的過程中,體積和尺寸減少的現(xiàn)象。 這是鑄件許多缺陷(縮孔,縮松,裂紋,變形,殘余應(yīng)力)產(chǎn)生的基本原因。第二十六張，PPT共五十七頁，創(chuàng)作于2022年6月 從液態(tài)冷卻到室溫的過程中，金屬要經(jīng)歷三個相互聯(lián)系的收縮階段： 液態(tài)收縮 凝固收縮 固態(tài)收縮第二十七張，PPT共

10、五十七頁，創(chuàng)作于2022年6月液態(tài)收縮： 從澆鑄溫度冷卻至凝固開始溫度之間的收縮。即：從金屬液澆入鑄型到開始凝固之前。液態(tài)收縮減少的體積與澆注溫度和開始凝固的溫度的溫差成正比。第二十八張，PPT共五十七頁，創(chuàng)作于2022年6月凝固收縮：從凝固開始溫度冷卻至凝固結(jié)束溫度之間的收縮。即：從凝固開始到凝固完畢。同一類合金,凝固溫度范圍大者,凝固體積收縮率大。如：35鋼,體積收縮率3.0%, 45鋼 4.3%第二十九張，PPT共五十七頁，創(chuàng)作于2022年6月這兩種收縮（液態(tài)收縮、凝固收縮）表現(xiàn)為合金的體積縮小，使型腔內(nèi)金屬液面下降，它們是鑄件產(chǎn)生縮孔和縮松缺陷的根本原因。 第三十張，PPT共五十七頁，

11、創(chuàng)作于2022年6月固態(tài)收縮：從凝固完畢時的溫度冷卻到室溫之間的收縮. 固態(tài)收縮也會引起體積的變化，在鑄件各個方向上都表現(xiàn)出線尺寸的減小，對鑄件的形狀和尺寸精度影響最大，它是鑄件產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力以致引起變形和裂紋的主要原因。第三十一張，PPT共五十七頁，創(chuàng)作于2022年6月2. 影響收縮的因素 化學成分 澆鑄溫度 鑄件結(jié)構(gòu)與鑄型條件 第三十二張，PPT共五十七頁，創(chuàng)作于2022年6月化學成分的影響 成分不同，收縮率不同。鑄鐵中促進石墨形成的元素增加，收縮減少。 如: 灰口鐵 C, Si,收,S 收。 原因：石墨比容大,體積膨脹,抵銷部分凝固收縮。第三十三張，PPT共五十七頁，創(chuàng)作于2022年6月澆鑄

12、溫度 主要影響液態(tài)收縮: 澆鑄t，則此溫度與開始凝固的溫度之溫差，于是液態(tài)收縮，則總收縮量相應(yīng)。第三十四張，PPT共五十七頁，創(chuàng)作于2022年6月鑄件結(jié)構(gòu)與鑄型條件 鑄件收縮是受阻收縮，阻力主要來源于兩個方面：鑄件壁厚不均，各部分冷卻速度不同，收縮的先后不一致，相互制約而產(chǎn)生阻力；鑄型和型芯對收縮的機械阻力。鑄件收縮時受阻越大，實際收縮率就越小。 第三十五張，PPT共五十七頁，創(chuàng)作于2022年6月鑄件結(jié)構(gòu)與鑄型條件 結(jié)論： 設(shè)計和制造模型時，應(yīng)根據(jù)合金種類和鑄件的受阻情況，采用合適的收縮率。使鑄型有好的退讓性。第三十六張，PPT共五十七頁，創(chuàng)作于2022年6月3. 收縮對鑄件質(zhì)量的影響及防止措

13、施主要內(nèi)容：1）鑄件的縮孔和縮松及防止措施2）鑄造應(yīng)力（熱應(yīng)力、組織應(yīng)力、機械應(yīng)力）及其防止措施 3）變形與裂紋及防止措施 第三十七張，PPT共五十七頁，創(chuàng)作于2022年6月3.1 鑄件的縮孔和縮松及防止措施縮孔和縮松 鑄件凝固過程中，金屬液態(tài)收縮和凝固收縮造成體積減小，又得不到液態(tài)的補充，在鑄件最后凝固的部位形成了孔洞，容積較大而集中的孔洞稱為縮孔。細小而分散的孔洞稱為縮松。（見圖2-3）第三十八張，PPT共五十七頁，創(chuàng)作于2022年6月縮松分兩種：宏觀縮松（肉眼或放大鏡可以看到的小孔洞，分布于鑄件中心軸線處或縮孔下方）圖2-3顯微縮松（分布于晶粒之間的微小孔洞）。第三十九張，PPT共五十七

14、頁，創(chuàng)作于2022年6月縮孔和縮松的防止措施安置冒口,實行順序凝固 造型時在鑄件的厚大部分附設(shè)冒口,使鑄件的凝固順序由遠離冒口的部位先凝固并依次向冒口推進,冒口部位最后凝固（圖2-4）。 鑄件收縮時所需要的金屬液則由冒口提供，縮孔和縮松則出現(xiàn)在冒口中補縮。第四十張，PPT共五十七頁，創(chuàng)作于2022年6月圖2-4 順序凝固 第四十一張，PPT共五十七頁，創(chuàng)作于2022年6月縮孔和縮松的防止措施幾點注意1.安置冒口,實行順序凝固,可有效的防止縮孔,但冒口浪費金屬,浪費工時,使鑄件成本增加.而且,鑄件內(nèi)應(yīng)力加大,易于產(chǎn)生變形和裂紋.主要用于凝固收縮大,結(jié)晶間隔小的合金.第四十二張，PPT共五十七頁，

15、創(chuàng)作于2022年6月縮孔和縮松的防止措施幾點注意2. 對于結(jié)晶溫度范圍甚寬的合金（非共晶成分合金）,由于傾向于糊狀凝固,結(jié)晶開始之后,發(fā)達的樹枝狀骨狀布滿整個截面,使冒口補縮道路受阻,因而冒口的作用很小，難避免顯微縮松的產(chǎn)生。顯然,選用近共晶成分和結(jié)晶范圍較窄的合金生產(chǎn)鑄件是適宜的。第四十三張，PPT共五十七頁，創(chuàng)作于2022年6月3.2 鑄造應(yīng)力及其防止措施 鑄造應(yīng)力又稱內(nèi)應(yīng)力 包括： 熱應(yīng)力 組織應(yīng)力 機械應(yīng)力第四十四張，PPT共五十七頁，創(chuàng)作于2022年6月1.熱應(yīng)力 鑄件凝固過程中，由于鑄件壁厚不均勻，各部位的散熱情況也不同，造成各部位的冷卻速度不同，使得各部位在同一時刻的收縮量不一致

16、而產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力稱為熱應(yīng)力。 它使鑄件的厚壁或心部受拉伸，薄壁或表層受壓縮。鑄件的壁厚差別越大，熱應(yīng)力越大。 第四十五張，PPT共五十七頁，創(chuàng)作于2022年6月2.組織應(yīng)力(相變應(yīng)力)由于鑄件的各部分冷卻速度不同，從而導致發(fā)生組織結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變的時間不一致，產(chǎn)生相互制約的結(jié)果，既可以有拉應(yīng)力又可以有壓應(yīng)力。第四十六張，PPT共五十七頁，創(chuàng)作于2022年6月以上兩種應(yīng)力（熱應(yīng)力與相變應(yīng)力）的防止：a. 壁厚均勻b. 采取同時凝固的工藝方法同時凝固(圖2-6)：就是設(shè)法減少鑄件冷卻過程中各部位的溫差，使各部位收縮一致，如將澆注系統(tǒng)開在薄壁處，在厚壁處則安放冷鐵等。 當應(yīng)力較大時，可通過熱處理消除。第四十七

17、張，PPT共五十七頁，創(chuàng)作于2022年6月圖2-6 同時凝固 第四十八張，PPT共五十七頁，創(chuàng)作于2022年6月同時凝固方法的優(yōu)缺點優(yōu)點: 省冒口,省工,省料缺點: 心部易出現(xiàn)縮孔或縮松,應(yīng)用于灰鐵錫青銅,因灰鐵縮孔、縮松傾向小，錫青銅糊狀凝固，用順序凝固也難以有效地消除其顯微縮松。第四十九張，PPT共五十七頁，創(chuàng)作于2022年6月3.機械應(yīng)力定義： 是合金固態(tài)收縮時受到鑄型或型芯的機械阻礙作用形成的，當阻礙作用消除后，應(yīng)力能夠自行消除。防止措施： 通過改進鑄件結(jié)構(gòu)和增加型砂的退讓性來解決。第五十張，PPT共五十七頁，創(chuàng)作于2022年6月4.變形與裂紋及防止措施 鑄件常發(fā)生不同程度的變形，通過

18、自由變形來松弛內(nèi)應(yīng)力，這是一個自發(fā)過程。應(yīng)力S時，鑄件發(fā)生變形；應(yīng)力b時，鑄件開裂，產(chǎn)生裂紋。 根據(jù)開裂的特點不同，分為熱裂紋和冷裂紋兩種。第五十一張，PPT共五十七頁，創(chuàng)作于2022年6月定義：高溫下形成的裂紋。特點：長度較短，縫寬，邊沿彎曲，縫內(nèi)有氧化顏色，無金屬光澤；裂縫沿晶粒邊界通過，多發(fā)生在應(yīng)力集中或凝固處。 灰鐵,球鐵熱裂少,鑄鋼,鑄鋁,白口鐵大。（1）熱裂紋第五十二張，PPT共五十七頁，創(chuàng)作于2022年6月形成原因： 合金退讓性不好； 含S產(chǎn)生熱脆（S以FeS的形式存在于鋼鐵鑄件中，F(xiàn)eS與Fe形成低熔點共晶體分布于晶界上,當進行熱加工時,發(fā)生融化導致逐漸開裂）。預(yù)防:合理設(shè)計結(jié)構(gòu),改善退讓性,控制含S量。第五十三張，PPT共五十七頁，創(chuàng)作于2022年