-鑄造工藝基礎(chǔ)解析課件

1、10/10/202210/9/2022熱加工工藝基礎(chǔ)1金屬材料導(dǎo)論2金屬液態(tài)成形（鑄造）3金屬塑性成形（金屬壓力加工）4金屬連接成形（焊接）熱加工工藝10/10/2022熱加工工藝基礎(chǔ)1金屬材料導(dǎo)論2金屬液態(tài)成形3金屬塑性成形4金第2篇 金屬的液態(tài)成形 （鑄造） 鑄 造工藝基礎(chǔ)鑄件生產(chǎn)結(jié)構(gòu)設(shè)計 鑄造工藝1234工藝性能 鑄造的發(fā)展史10/10/2022第2篇 金屬的液態(tài)成形 （鑄造） 鑄 什么是金屬的液態(tài)成形:金屬的液態(tài)成形的方法: 金屬的液態(tài)成形是制造毛坯、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（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

2、方法，所生產(chǎn)的鑄件要占鑄件總量的80%以上. 將熔煉好的液態(tài)金屬澆入與零件形狀相適應(yīng)的鑄型空腔中，待其冷卻凝固，以獲得毛坯或零件的工藝方法,亦稱鑄造.鑄 造工藝過程簡介10/10/2022什么是金屬的液態(tài)成形:金屬的液態(tài)成形的方法: 將熔砂型鑄造過程10/10/2022砂型鑄造過程10/9/2022鑄造的優(yōu)點適于做復(fù)雜外形，特別是復(fù)雜內(nèi)腔的毛坯1對材料的適應(yīng)性廣，鑄件的大小幾乎不受限制2成本低，原材料來源廣， 價格低廉,一般不需要昂貴的設(shè)備3對于某些塑性很差的材料(如鑄鐵等)是制造其毛坯或零件的唯一成型工藝410/10/2022鑄造的優(yōu)點適于做復(fù)雜外形，特別是1對材料的適應(yīng)性廣，鑄件的大鑄造的

3、缺點工藝過程比較復(fù)雜，一些工藝過程還難以控制1液態(tài)成形零件內(nèi)部組織的均勻性、致密性一般較差2液態(tài)成形零件易出現(xiàn)縮孔、縮松、氣孔、砂眼、夾渣、夾砂、裂紋等缺陷，產(chǎn)品 質(zhì)量不夠穩(wěn)定3由于鑄件內(nèi)部晶粒粗大，組織不均勻，且常伴 有缺陷，其力學(xué)性能比同類材料的塑性成形低410/10/2022鑄造的缺點工藝過程比較復(fù)雜，一些1液態(tài)成形零件內(nèi)部組織的均2上次課內(nèi)容的回顧 LL+AAF+APLdLd退火：降低硬度，便于機加工。消除應(yīng)力。淬火：獲得馬氏體（M)組織。高硬度正火：用于普通結(jié)構(gòu)件的最終熱處理回火：主要是消除淬火內(nèi)應(yīng)力，降低鋼的脆性，防止產(chǎn)生裂紋金屬的液態(tài)成形 （鑄造）概述：鑄造的優(yōu)缺點鐵碳合金狀態(tài)圖

4、在工程中的應(yīng)用作業(yè)： P11：1.1；1.9； P30: 2.2; 2.7； P38: 3.6; 3.710/10/2022上次課內(nèi)容的回顧 LL+AAF+APLdLd退火：淬火：正第5章 鑄造工藝基礎(chǔ)鑄 造教學(xué)要求： 1.要重點掌握鑄造合金液體的流動性及其影響因素； 2.縮孔與縮松的產(chǎn)生與防止； 3.鑄造應(yīng)力、變形與裂紋的產(chǎn)生與防止。 4.掌握鑄件質(zhì)量的綜合控制方法。 5.2 鑄造合金的凝固與收縮5.1液態(tài)合金的充型5.3 鑄造內(nèi)應(yīng)力、變形與裂紋5.4 鑄件的氣孔與偏析（自學(xué)）教學(xué)內(nèi)容作業(yè)：P68: 5.1; 5.4; 5.5液態(tài)合金的工藝性能鑄造性能通常是指合金的流動性、收縮性吸氣性及偏析

5、等性能合金鑄造性能是選擇鑄造金屬材料，確定鑄件的鑄造工藝方案及進行鑄件結(jié)構(gòu)設(shè)計的依據(jù)10/10/2022第5章 鑄造工藝基礎(chǔ)鑄 造教學(xué)要求：5.2 鑄造合金的凝固 5.1 液態(tài)合金的充型能力液態(tài)金屬充滿鑄型型腔，獲得尺寸精確、輪廓清晰的成型件的能力充型能力的概念:充型能力不足 澆不足 冷 隔夾 砂氣 孔夾 渣鑄造工藝基礎(chǔ)氣孔缺陷10/10/2022 5.1 液態(tài)合金的充型能力液態(tài)金屬充滿鑄型型腔，充型合金的充型能力測試合金充型能力的方法: 如右圖,將合金液澆入鑄型中，冷凝后測出充滿型腔的式樣長度。澆出的試樣越長，合金的流動性越好,合金充型能力越好幾種不同合金流動性的比較*鑄鋼的流動性*鑄鐵的流

6、動性充型能力的決定因數(shù)合金的流動性鑄型性質(zhì)澆注條件鑄件結(jié)構(gòu)等10/10/2022合金的充型能力測試合金充型能力的方法:幾種不同合金流動性的比5.1.1 合金流動性對充型能力的影響合金的種類: 合金不同流動性不同 化學(xué)成分：同種合金中成分不同的合金具有不同的結(jié)晶特點，流動性也不同。鑄造工藝基礎(chǔ)結(jié)晶特性: 恒溫下結(jié)晶，流動性較好；兩相區(qū)內(nèi)結(jié)晶，流動性較差合金流動性的決定因數(shù)10/10/20225.1.1 合金流動性對充型能力的影響合金的種類: 合金不5.1.2 澆注條件對充型能力的影響澆注條件澆注溫度充型壓力澆注系統(tǒng)澆注溫度越高，液態(tài)金屬的粘度越小，過熱度高，金屬液內(nèi)含熱 量多，保持液態(tài)的時間長，

7、充型 能力強。液態(tài)金屬在流動方向上所受的壓力稱為充型壓力。充型壓力越大, 充型能力越強。澆注系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)越復(fù)雜，則流動 阻力越大，充型能力越差。5.1.3 鑄型條件對充型能力的影響鑄型蓄熱系數(shù):即從液態(tài)金屬中吸取熱量并儲存的能力鑄型溫度(不能過高) 鑄型的發(fā)氣和透氣能力：鑄型發(fā)氣能力過強,透氣能力又差時,若澆鑄速度太快,則型腔中的氣體壓力增大，充型能力減弱。鑄造工藝基礎(chǔ)10/10/20225.1.2 澆注條件對充型能力的影響澆注澆注溫度充型壓力澆注5.1.4 鑄件結(jié)構(gòu)對充型能力的影響 折算厚度： 折算厚度也叫當量厚度或模數(shù),是鑄件體積與鑄件表面積之比。折算厚度越大，熱量散失越慢，充型能力就越好。

8、 鑄件壁厚相同時，垂直壁比水平壁更容易充填.(大平面鑄件不易成形)復(fù)雜程度： 鑄件結(jié)構(gòu)越復(fù)雜，流動阻力就越大，鑄型的充填就越困難。找到了影響因素，就可提出改進或提高合金充填能力的措施鑄造工藝基礎(chǔ)10/10/20225.1.4 鑄件結(jié)構(gòu)對充型能力的影響 折算厚度：復(fù)雜程度1.液態(tài)合金的充型能力與合金的流動性有何關(guān)系?2.不同化學(xué)成分的合金為何流動性不同?3.如何提高合金液的充填能力？思 考 題10/10/20221.液態(tài)合金的充型能力與合金的流動性有何關(guān)系?思 考 題105.2 液態(tài)金屬的凝固與收縮5.2.1 鑄件的凝固 在鑄件的凝固過程中，截面一般存在三個區(qū)域，即液相區(qū)、凝固區(qū)、固相區(qū)。對鑄件

9、質(zhì)量影響較大的主要是液相和固相并存的凝固區(qū)的寬窄。鑄件的凝固方式就是依據(jù)凝固區(qū)的寬窄來劃分的。凝固方式有： 逐層凝固 中間凝固 糊狀凝固鑄造工藝基礎(chǔ)10/10/20225.2 液態(tài)金屬的凝固與收縮5.2.1 鑄件的凝固凝固方式有影響凝固的主要因素*合金的結(jié)晶溫度范圍： 合金的結(jié)晶溫度范圍越小， 凝固區(qū)域越窄，越趨向于逐 層凝固。在鐵碳合金中普通 灰鑄鐵為逐層凝固，高碳鋼 為糊狀凝固。*鑄件的溫度梯度： 在合金結(jié)晶溫度范圍已定的 前提下，凝固區(qū)的寬窄取決于 鑄件內(nèi)外層之間的溫度差。若鑄件內(nèi)外層之間 的溫度差由小變大，則其凝固區(qū)相應(yīng)由寬變窄。10/10/2022影響凝固的主要因素*合金的結(jié)晶溫度范

10、圍：10/9/20225.2.2 合金的收縮 合金的收縮過程: 合金從液態(tài)冷卻至室溫的過程中，其體積或尺寸縮減的現(xiàn)象。合金的收縮給液態(tài)成形工藝帶來許多困難，會造成許多鑄造缺陷。（如：縮孔、縮松、應(yīng)力、裂紋、變形等）。1 合金收縮的三個階段液態(tài)收縮凝固收縮固態(tài)收縮什 么 結(jié) 果 ？鑄造工藝基礎(chǔ)10/10/20225.2.2 合金的收縮 合金的收縮過程:1 結(jié)果：合金收縮固態(tài)合金冷卻液態(tài)合金冷卻液態(tài)收縮凝固收縮縮孔:恒溫下結(jié)晶縮松:兩相區(qū)結(jié)晶固態(tài)收縮裂紋變形應(yīng)力縮孔、縮松、應(yīng)力、裂紋、變形等。線收縮10/10/2022 結(jié)果：合金收縮固態(tài)合金冷卻液態(tài)合金冷卻液態(tài)收縮凝固收縮縮 2 影響收縮的因素鑄

11、型條件鑄件結(jié)構(gòu)澆注溫度化學(xué)成分(c含量)合金收縮不確定要消除這些缺陷就要找出產(chǎn)生缺陷的影響因數(shù)合金收縮鑄造缺陷三個重要缺陷！鑄造工藝基礎(chǔ)10/10/2022 2 影響收縮的因素鑄型條件鑄件結(jié)構(gòu)澆注溫度化學(xué)成分(5.2.3 縮孔與縮松的形成縮孔的形成: 純金屬、共晶成分和凝固溫度范圍窄的合金,澆注后在型腔內(nèi)是由表及里的逐層凝固。在凝固過程中，如得不到合金液的補充，在鑄件最后凝固的地方就會產(chǎn)生縮孔.鑄造工藝基礎(chǔ)10/10/20225.2.3 縮孔與縮松的形成縮孔的形成:鑄造工藝基礎(chǔ)10/9縮松的形成原因: 鑄件最后凝固的收縮未能得到補充，或者結(jié)晶溫度范圍寬的合金呈糊狀凝固，凝固區(qū)域較寬，液、固兩相

12、共存，樹枝晶發(fā)達，枝晶骨架將合金液分割開的小液體區(qū)難以得到補縮所致。結(jié)論：純金屬、共晶成分（逐層凝固）和凝固溫度范圍窄的合金易產(chǎn)生縮孔 凝固區(qū)域較寬（糊狀凝固）的合金易產(chǎn)生縮松10/10/2022縮松的形成原因:結(jié)論：純金屬、共晶成分（逐層凝固）和凝固溫度縮孔與縮松的形成演示縮孔易出現(xiàn)的部位10/10/2022縮孔與縮松的形成演示縮孔易出現(xiàn)的部位10/9/2022定向凝固原則是鑄件讓遠離冒口的地方先凝固，靠近冒口的地方次凝固，最后才是冒口本身凝固。實現(xiàn)以厚補薄，將縮孔轉(zhuǎn)移到冒口中去。原則合理布置內(nèi)澆道及確定澆鑄工藝。方法合理應(yīng)用冒口、冷鐵和補貼等工藝措施。消除縮孔和縮松的方法A等溫線法B內(nèi)切圓

13、法判斷縮孔出現(xiàn)的方法10/10/2022定向凝固原則是鑄件讓遠離冒口的地方先凝固，靠近冒口的地方次凝解決縮孔的方法演示冒口和冷鐵定向凝固原則10/10/2022解決縮孔的方法演示冒口和冷鐵定向凝固原則10/9/20221.合金的收縮分為哪幾個階段?影響的因素有哪些?2.縮孔和縮松是如何形成的，對鑄件質(zhì)量有何影響，怎樣防止或減小它們的危害?思 考 題10/10/20221.合金的收縮分為哪幾個階段?影響的因素有哪些?思 考 題1上次課內(nèi)容的回顧什么是金屬的液態(tài)成形液態(tài)成型的優(yōu)、缺點合金的充型能力影響充型能力的因數(shù)合金的流動性鑄型性質(zhì)澆注條件鑄件結(jié)構(gòu)等結(jié)晶特性: 恒溫下結(jié)晶，流動性較好；兩相區(qū)內(nèi)結(jié)

14、晶，流動性較差澆注溫度充型壓力澆注系統(tǒng)復(fù)雜程度、折算厚度鑄型溫度、鑄型的發(fā)氣和透氣能力合金的種類、化學(xué)成分（結(jié)晶特性）液態(tài)金屬的凝固與收縮凝固方式有：逐層凝固、糊狀凝固、中間凝固合金的收縮：液態(tài)收縮、凝固收縮、固態(tài)收縮影響收縮的因素：化學(xué)成分(c含量)、澆注溫度、鑄件結(jié)構(gòu)、鑄型條件三種收縮導(dǎo)致鑄件的缺陷？作業(yè)： P11：1.1；1.9； P30: 2.2; 2.7； P38: 3.6; 3.710/10/2022上次課內(nèi)容的回顧什么是金屬的液態(tài)成形液態(tài)成型的優(yōu)、缺點合金的5.3 鑄造內(nèi)應(yīng)力、變形與裂紋內(nèi)應(yīng)力熱應(yīng)力機械應(yīng)力變形裂紋鑄件在凝固和冷卻的過程中，由于鑄件的壁厚不均勻，導(dǎo)致不同部位不均衡

15、的收縮而引起的應(yīng)力。鑄件在固態(tài)收縮時，因受到鑄型、型芯、澆冒口、砂箱等外力阻礙而產(chǎn)生的應(yīng)力。殘余熱應(yīng)力的存在，使鑄件處在一種非穩(wěn)定狀態(tài)，將自發(fā)地通過鑄件的變形來緩解其應(yīng)力，以回到穩(wěn)定的平衡狀態(tài)。當熱應(yīng)力大到一定程度會導(dǎo)致出現(xiàn)裂紋(熱裂紋與冷裂紋）。鑄造工藝基礎(chǔ)10/10/20225.3 鑄造內(nèi)應(yīng)力、變形與裂紋內(nèi)應(yīng)力熱應(yīng)力機械應(yīng)力變形5.3.1 鑄造熱應(yīng)力的形成過程分析t0t1 高溫階段，塑性狀態(tài)，塑性變形消除t1 t2 桿彈性狀態(tài)，塑性狀態(tài)，桿受拉應(yīng)力， 受壓應(yīng)力，塑性變形消除t2 t3 桿彈性狀態(tài)，比溫度高，收縮大于， 收縮受的阻礙，產(chǎn)生拉應(yīng)力鑄造工藝基礎(chǔ)10/10/20225.3.1 鑄造

16、熱應(yīng)力的形成過程分析t0t1 高溫階段 1 機械應(yīng)力形成過程 機械應(yīng)力：應(yīng)適時開箱加以解決。 機械應(yīng)力與熱應(yīng)力共同作用，當大于材料的強度極限時會導(dǎo)致裂紋的形成, 10/10/2022 1 機械應(yīng)力形成過程 機械應(yīng)力：應(yīng) 2 減小和消除鑄造應(yīng)力的方法 鑄件的結(jié)構(gòu)：鑄件各部分能自由收縮 工藝方面：采用同時凝固原則時效處理：人工時效；自然時效鑄件的結(jié)構(gòu)盡可能對稱鑄件的壁厚盡可能均勻10/10/2022 2 減小和消除鑄造應(yīng)力的方法 鑄件的結(jié)構(gòu)：鑄件各部分能自5.3.2 鑄件的變形結(jié)論：最后凝固厚部、心部受拉應(yīng)力，出現(xiàn)內(nèi)凹變形。薄部、表面受壓應(yīng)力，出現(xiàn)外凸變形。原因鑄造工藝基礎(chǔ)10/10/20225.

17、3.2 鑄件的變形結(jié)論：原因鑄造工藝基礎(chǔ)10/9/202鑄件的變形的消除方法 防止變形的方法：與防止應(yīng)力的方法基本相同。帶有殘余應(yīng)力的鑄件，變形使殘余應(yīng)力減小而趨于穩(wěn)定。問題 分析有長、短不一的兩根彈簧，將其固定，使其達到同等長度，即其中一彈簧被拉長，另一彈簧被壓縮，此時所受的應(yīng)力狀態(tài)？然后將其固定約束去掉，試分析其變形趨勢？ 將一長度為的圓柱體鑄件： 1）將中間鉆一通孔； 2）將外表面車掉一層； 問：在這兩種情況下其長度會發(fā)生什么變化？ 若將應(yīng)力框中間的粗桿沿中間鋸斷： 問：應(yīng)力框中間的間隙會發(fā)生什么變化？ 只有原來受拉伸部分產(chǎn)生壓縮變形、受壓縮部分產(chǎn)生拉伸變形，才能使殘余應(yīng)力減少或消除。1

18、0/10/2022鑄件的變形的消除方法 防止變形的方法：與防止應(yīng)力的方法 5.3.3 鑄件的裂紋 當鑄造應(yīng)力超過金屬的強度極限時，鑄件便產(chǎn)生裂紋，裂紋是嚴重的鑄造缺陷，必須設(shè)法防止。 1 熱裂熱裂一般分布在應(yīng)力集中部位(尖角或斷面突變處)或熱節(jié)處。 鑄鋼件結(jié)構(gòu)對熱裂的影響 鑄造工藝基礎(chǔ)防止方法熱裂改善鑄型和型芯的退讓性，減小澆、冒口對鑄件收縮的機械阻礙，內(nèi)澆口設(shè)置應(yīng)符合同時凝固原則，此外減少合金中有害雜質(zhì)硫、磷含量，可提高合金高溫強度。特別是硫增加合金的熱脆性，使熱裂傾向大大提高。10/10/2022 5.3.3 鑄件的裂紋 當鑄造應(yīng)力超冷裂 是鑄件處于彈性狀態(tài)即在低溫時形成的裂紋。 輪形鑄件的冷裂 防止方法：冷裂盡量減小鑄造應(yīng)力 。把內(nèi)澆口開在薄的輪輻處，以實現(xiàn)同時凝固。較早打箱，以去除鑄型對收縮的阻礙，打箱后立即用砂子埋好鑄件，使其緩慢冷卻。修改結(jié)構(gòu)，加大輪輻和輪緣的連接圓角，以增加強度和減少應(yīng)力集中。 10/10/2022冷裂輪形鑄件的冷裂 防止方法：10/9/2022小結(jié)合金工藝性能充 型