金屬的凝固特點(diǎn)

關(guān)于金屬的凝固特點(diǎn)鑄造特點(diǎn)

鑄造優(yōu)點(diǎn)

1．具有較強(qiáng)的適應(yīng)性重量：幾克—幾百?lài)嵆叽纾簬缀撩住畮酌妆诤瘢?.2mm—1m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(lái)源廣、價(jià)格低、投資少、易生產(chǎn)鑄件：機(jī)械加工量相對(duì)較小，成本低第2頁(yè),共57頁(yè)，星期六，2024年，5月鑄造特點(diǎn)鑄造缺點(diǎn)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3頁(yè),共57頁(yè)，星期六，2024年，5月§1金屬的凝固特點(diǎn)

合金的鑄造性能：金屬在由液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)的過(guò)程中，存在的一些與鑄件質(zhì)量相關(guān)的性能特點(diǎn)。一般指鑄造過(guò)程中的流動(dòng)性、收縮性、吸氣性等工藝性能。

第4頁(yè),共57頁(yè)，星期六，2024年，5月幾個(gè)準(zhǔn)備概念充型：液態(tài)合金填充鑄型的過(guò)程.充型能力：液態(tài)合金充滿(mǎn)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(xué)性能?chē)?yán)重受損。第5頁(yè),共57頁(yè)，星期六，2024年，5月本節(jié)三大內(nèi)容一、液態(tài)金屬的流動(dòng)特點(diǎn)二、合金的凝固特點(diǎn)三、合金的收縮特點(diǎn)第6頁(yè),共57頁(yè)，星期六，2024年，5月一、液態(tài)金屬的流動(dòng)特點(diǎn)

1.流動(dòng)性流動(dòng)性:是描述液態(tài)金屬流動(dòng)能力的一個(gè)術(shù)語(yǔ)。流動(dòng)性的高低主要取決于金屬的結(jié)晶特點(diǎn)和物理性能。物質(zhì)由液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)晶體時(shí)，稱(chēng)為“結(jié)晶”。粘度的大小表示液體中發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)的難易程度，粘度大，液體粘稠，相對(duì)運(yùn)動(dòng)困難，就很難形成晶體。第7頁(yè),共57頁(yè)，星期六，2024年，5月一、液態(tài)金屬的流動(dòng)特點(diǎn)

1.流動(dòng)性流動(dòng)性對(duì)鑄件質(zhì)量影響：液態(tài)金屬流動(dòng)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(duì)液態(tài)金屬在凝固中產(chǎn)生的收縮進(jìn)行及時(shí)補(bǔ)縮；越容易充滿(mǎn)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8頁(yè),共57頁(yè)，星期六，2024年，5月2.影響流動(dòng)性的因素合金成分的影響

澆注溫度和壓力的影響鑄型條件的影響

第9頁(yè),共57頁(yè)，星期六，2024年，5月合金成分的影響a.純金屬流動(dòng)性好：一定溫度下結(jié)晶，凝固層表面平滑，對(duì)液流阻力小。b.共晶成分流動(dòng)性好：共晶成分的合金恒溫凝固，固體層表面光滑,且熔點(diǎn)低，過(guò)熱度大。c.非共晶成分流動(dòng)性差：結(jié)晶在一定溫度范圍內(nèi)進(jìn)行，非共晶成分的合金凝固時(shí)在兩相區(qū)中生長(zhǎng)出的大量枝狀晶粒阻礙液體金屬的流動(dòng)。第10頁(yè),共57頁(yè)，星期六，2024年，5月澆注溫度和壓力的影響①澆注溫度

t↑合金粘度下降,流動(dòng)性↑

t↑液態(tài)金屬的過(guò)熱度↑，充型能力↑但過(guò)高,易產(chǎn)生縮孔,粘砂,氣孔,晶粒粗大等,故不宜過(guò)高

結(jié)論：要在金屬液體具有足夠的充型能力的前提下，盡量降低澆注溫度。第11頁(yè),共57頁(yè)，星期六，2024年，5月澆注溫度和壓力的影響②充型壓力充型壓力↑，液態(tài)合金在流動(dòng)方向上所受的壓力↑液體進(jìn)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12頁(yè),共57頁(yè)，星期六，2024年，5月鑄型條件的影響

①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↓②鑄型導(dǎo)熱能力：導(dǎo)熱↑，金屬降溫快，充型能力↓；第13頁(yè),共57頁(yè)，星期六，2024年，5月鑄型條件的影響③鑄型溫度：t↑，充型能力↑，如金屬型預(yù)熱④鑄型中氣體：排氣能力↑，充型能力↑，減少氣體來(lái)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(dòng)阻力，有利于充型。第14頁(yè),共57頁(yè)，星期六，2024年，5月鑄型條件的影響結(jié)論：可通過(guò)改善鑄型型腔的結(jié)構(gòu)提高金屬液的流動(dòng)性及充型壓力。

第15頁(yè),共57頁(yè)，星期六，2024年，5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(dòng)性增強(qiáng)，流動(dòng)時(shí)間延長(zhǎng)，增大充型壓力，從而有利于充型能力的提高。第16頁(yè),共57頁(yè)，星期六，2024年，5月二、合金的凝固特點(diǎn)

鑄件凝固過(guò)程中其斷面上的三個(gè)區(qū)固相區(qū)固液共存區(qū)（通常稱(chēng)為凝固區(qū)）液相區(qū)第17頁(yè),共57頁(yè)，星期六，2024年，5月對(duì)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.中間凝固第18頁(yè),共57頁(yè)，星期六，2024年，5月1.

逐層凝固純金屬或共晶成分合金恒溫下結(jié)晶時(shí)，凝固過(guò)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(xiàn)清楚分開(kāi)，隨著溫度下降，固相層不斷增加，液相層不斷減少，逐漸達(dá)到鑄件中心。（圖2-2a）

逐層凝固時(shí)合金充型能力強(qiáng)，產(chǎn)生缺陷少。第19頁(yè),共57頁(yè)，星期六，2024年，5月第20頁(yè),共57頁(yè)，星期六，2024年，5月2.體積凝固

當(dāng)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(shí)，在凝固某段時(shí)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(gè)鑄件截面的凝固方式。或稱(chēng)為糊狀凝固方式（先糊狀，后固化。圖2-2c）。第21頁(yè),共57頁(yè)，星期六，2024年，5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(shí)，凝固區(qū)域的寬度介于逐層凝固與體積凝固之間，稱(chēng)該凝固方式為中間凝固方式，圖2-2b。第22頁(yè),共57頁(yè)，星期六，2024年，5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23頁(yè),共57頁(yè)，星期六，2024年，5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(dāng)合金的成分一定時(shí)，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。溫度梯度越大，凝固區(qū)域越窄，合金越趨向于逐層凝固。第24頁(yè),共57頁(yè)，星期六，2024年，5月三、

合金的收縮特點(diǎn)1.合金的收縮2.影響收縮的因素3.收縮對(duì)鑄件質(zhì)量的影響及防止措施第25頁(yè),共57頁(yè)，星期六，2024年，5月1.合金的收縮鑄件在冷卻過(guò)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(guò)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26頁(yè),共57頁(yè)，星期六，2024年，5月從液態(tài)冷卻到室溫的過(guò)程中，金屬要經(jīng)歷三個(gè)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27頁(yè),共57頁(yè)，星期六，2024年，5月液態(tài)收縮：

從澆鑄溫度冷卻至凝固開(kāi)始溫度之間的收縮。即：從金屬液澆入鑄型到開(kāi)始凝固之前。液態(tài)收縮減少的體積與澆注溫度和開(kāi)始凝固的溫度的溫差成正比。第28頁(yè),共57頁(yè)，星期六，2024年，5月凝固收縮：從凝固開(kāi)始溫度冷卻至凝固結(jié)束溫度之間的收縮。即：從凝固開(kāi)始到凝固完畢。同一類(lèi)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29頁(yè),共57頁(yè)，星期六，2024年，5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30頁(yè),共57頁(yè)，星期六，2024年，5月固態(tài)收縮：從凝固完畢時(shí)的溫度冷卻到室溫之間的收縮.

固態(tài)收縮也會(huì)引起體積的變化，在鑄件各個(gè)方向上都表現(xiàn)出線(xiàn)尺寸的減小，對(duì)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31頁(yè),共57頁(yè)，星期六，2024年，5月2.影響收縮的因素

化學(xué)成分澆鑄溫度鑄件結(jié)構(gòu)與鑄型條件

第32頁(yè),共57頁(yè)，星期六，2024年，5月化學(xué)成分的影響

成分不同，收縮率不同。鑄鐵中促進(jìn)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(xiāo)部分凝固收縮。第33頁(yè),共57頁(yè)，星期六，2024年，5月澆鑄溫度

主要影響液態(tài)收縮:

澆鑄t↑，則此溫度與開(kāi)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34頁(yè),共57頁(yè)，星期六，2024年，5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(lái)源于兩個(gè)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(duì)收縮的機(jī)械阻力。鑄件收縮時(shí)受阻越大，實(shí)際收縮率就越小。第35頁(yè),共57頁(yè)，星期六，2024年，5月鑄件結(jié)構(gòu)與鑄型條件

結(jié)論：

設(shè)計(jì)和制造模型時(shí)，應(yīng)根據(jù)合金種類(lèi)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36頁(yè),共57頁(yè)，星期六，2024年，5月3.收縮對(duì)鑄件質(zhì)量的影響及防止措施主要內(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(jī)械應(yīng)力）及其防止措施3）變形與裂紋及防止措施第37頁(yè),共57頁(yè)，星期六，2024年，5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(guò)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(bǔ)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(chēng)為縮孔。細(xì)小而分散的孔洞稱(chēng)為縮松。（見(jiàn)圖2-3）第38頁(yè),共57頁(yè)，星期六，2024年，5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(xiàn)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39頁(yè),共57頁(yè)，星期六，2024年，5月縮孔和縮松的防止措施安置冒口,實(shí)行順序凝固

造型時(shí)在鑄件的厚大部分附設(shè)冒口,使鑄件的凝固順序由遠(yuǎn)離冒口的部位先凝固并依次向冒口推進(jìn),冒口部位最后凝固（圖2-4）。鑄件收縮時(shí)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(bǔ)縮。第40頁(yè),共57頁(yè)，星期六，2024年，5月圖2-4順序凝固

第41頁(yè),共57頁(yè)，星期六，2024年，5月縮孔和縮松的防止措施幾點(diǎn)注意1.安置冒口,實(shí)行順序凝固,可有效的防止縮孔,但冒口浪費(fèi)金屬,浪費(fèi)工時(shí),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42頁(yè),共57頁(yè)，星期六，2024年，5月縮孔和縮松的防止措施幾點(diǎn)注意2.對(duì)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(kāi)始之后,發(fā)達(dá)的樹(shù)枝狀骨狀布滿(mǎn)整個(gè)截面,使冒口補(bǔ)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43頁(yè),共57頁(yè)，星期六，2024年，5月3.2鑄造應(yīng)力及其防止措施鑄造應(yīng)力又稱(chēng)內(nèi)應(yīng)力

包括：熱應(yīng)力組織應(yīng)力機(jī)械應(yīng)力第44頁(yè),共57頁(yè)，星期六，2024年，5月1.熱應(yīng)力鑄件凝固過(guò)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(shí)刻的收縮量不一致而產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力稱(chēng)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45頁(yè),共57頁(yè)，星期六，2024年，5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(dǎo)致發(fā)生組織結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變的時(shí)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46頁(yè),共57頁(yè)，星期六，2024年，5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(shí)凝固的工藝方法同時(shí)凝固(圖2-6)：就是設(shè)法減少鑄件冷卻過(guò)程中各部位的溫差，使各部位收縮一致，如將澆注系統(tǒng)開(kāi)在薄壁處，在厚壁處則安放冷鐵等。當(dāng)應(yīng)力較大時(shí)，可通過(guò)熱處理消除。第47頁(yè),共57頁(yè)，星期六，2024年，5月圖2-6同時(shí)凝固

第48頁(yè),共57頁(yè)，星期六，2024年，5月同時(shí)凝固方法的優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn):省冒口,省工,省料缺點(diǎn):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49頁(yè),共57頁(yè)，星期六，2024年，5月3.機(jī)械應(yīng)力定義：是合金固態(tài)收縮時(shí)受到鑄型或型芯的機(jī)械阻礙作用形成的，當(dāng)阻礙作用消除后，應(yīng)力能夠自行消除。防止措施：通過(guò)改進(jìn)鑄件結(jié)構(gòu)和增加型砂的退讓性來(lái)解決。第50頁(yè),共57頁(yè)，星期六，2024年，5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(guò)自由變形來(lái)松弛內(nèi)應(yīng)力，這是一個(gè)自發(fā)過(guò)程。應(yīng)力>σS時(shí)，鑄件發(fā)生變形；應(yīng)力>σb時(shí)，鑄件開(kāi)裂，產(chǎn)生裂紋。根據(jù)開(kāi)裂的特點(diǎn)不同，分為熱裂紋和冷