材料的成形工藝性能

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1、1.3材料的成形工藝性能一、材料的液態(tài)成形工藝性能液態(tài)成形是指將液態(tài)（或熔融態(tài)、漿狀）材料注入一定形狀和尺寸的鑄型(Mold)（或模具）型腔(MoldCavity)中，凝固后獲得固態(tài)毛坯或零件的方法.本節(jié)主要介紹液態(tài)金屬的充型性。一、液態(tài)金屬的充型能力充型是指液態(tài)金屬充填鑄型型腔的過程；液態(tài)金屬的充型能力(MoldFillingCapacity)是指液態(tài)金屬充滿鑄型型腔，獲得形狀完整、輪廓清晰鑄件的能力。金屬液的流動性——液態(tài)金屬的流動性是指金屬液的流動能力。流動性好的液態(tài)金屬，充型能力強，易于充滿薄而復(fù)雜的型腔，有利于金屬液中氣體、雜質(zhì)的上浮并排除，有利于對鑄件凝固時的收縮進(jìn)行

2、補縮；流動性不好的液態(tài)金屬，充型能力弱，鑄件易產(chǎn)生澆不足、冷隔、氣孔、夾雜、縮孔、熱裂等缺陷。合金流動性的好壞，通常以“螺旋形流動性試樣”的長度來衡量，將金屬液體澆入螺旋形試樣鑄型中，在相同的澆注條件下，合金的流動性愈好，所澆出的試樣愈長。液態(tài)金屬的充型能力取決于：內(nèi)因——金屬本身的流動性(流動能力)；外因——鑄型性質(zhì)、澆注條件、鑄件結(jié)構(gòu)等因素。先來了解幾個概念合金的凝固特性合金從液態(tài)到固態(tài)的狀態(tài)轉(zhuǎn)變稱為凝固或一次結(jié)晶。1.逐層凝固純金屬、二元共晶成分合金在恒溫下結(jié)晶時，凝固過程中鑄件截面上的凝固區(qū)域?qū)挾葹榱?，截面上固液兩相界面分明，隨著溫度的下降，固相區(qū)由表層不斷向里擴(kuò)展，逐漸

3、到達(dá)鑄件中心，這種凝固方式稱為“逐層凝固”，如圖a。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，鑄件凝固的某段時間內(nèi)，其液固共存的凝固區(qū)域很寬，甚至貫穿整個鑄件截面，這種凝固方式稱為“體積凝固”（或稱糊狀凝固），如圖c。3.中間凝固金屬的結(jié)晶范圍較窄，或結(jié)晶溫度范圍雖寬，但鑄件截面溫度梯度大，鑄件截面上的凝固區(qū)域?qū)挾冉橛谥饘幽膛c體積凝固之間，稱為“中間凝固”方法，如圖b。合金的結(jié)晶溫度范圍愈小，凝固區(qū)域愈窄，愈傾向于逐層凝固；對于一定成分的合金，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，溫度梯度越大，對應(yīng)的凝固區(qū)域越窄，越趨向于逐層凝固。1.鑄鐵(

4、1)灰口鑄鐵：碳主要以片狀石墨形式出現(xiàn)的鑄鐵，斷口呈灰色。(2)球墨鑄鐵：通過球化和孕育處理得到球狀石墨，有效地提高了鑄鐵的機械性能，特別是提高了塑性和韌性，從而得到比碳鋼還高的強度。(3)可鍛鑄鐵：用白口鑄鐵經(jīng)過熱處理后制成的有韌性的鑄鐵。2.鑄鋼鑄鋼的鑄造性能差。鑄鋼的流動性比鑄鐵差，熔點高，易產(chǎn)生澆不足、冷隔和粘砂等缺陷。鑄鋼的收縮性大，產(chǎn)生縮孔、縮松、裂紋等缺陷的傾向大。3.鑄造有色金屬常用的有鑄造鋁合金、鑄造銅合金等。它們大都具有流動性好，收縮性大，容易吸氣和氧化等特點，特別容易產(chǎn)生氣孔、夾渣缺陷。常用鑄造合金的性能特點液態(tài)金屬充型性的影響因素金屬性質(zhì)澆注條件鑄型條件金

5、屬性質(zhì)包括金屬的種類、成分、結(jié)晶特性及其熱性質(zhì)等，決定了液態(tài)金屬本身的流動能力及充型過程的變化特征。合金種類不同的合金，充型性差異很大。例如：灰鑄鐵充型能力最好，鑄鋼的充型性最差。合金的成分同種合金中，成分不同，結(jié)晶特征不同，充型性差異很大。純金屬和共晶成分的合金：在整個凝固結(jié)晶過程中，結(jié)晶溫度都是恒定不變的，屬于逐層凝固方式，從表面向中心逐層凝固結(jié)晶，凝固層的表面比較光滑，對尚未凝固的金屬的流動阻力小，故充型性好。當(dāng)液態(tài)凝固成為固體而發(fā)生體積收縮時，可以不斷地得到液體的補充，所以產(chǎn)生分散性縮松的傾向性很小，而是在鑄件最后凝固的部位留下集中縮孔。由于集中縮孔容易消除，一般認(rèn)為這類

6、合金的補縮性良好。在板狀或棒狀鑄件會出現(xiàn)中心線縮孔。這類鑄件在凝固過程中，當(dāng)收縮受阻而產(chǎn)生晶間裂紋時，也容易得到金屬液的填充，使裂紋愈合。鑄件在凝固過程中，由于金屬液態(tài)收縮和凝固收縮造成的體積減小得不到液態(tài)金屬的補充，在鑄件最后凝固的部位形成孔洞。其中容積較大而集中的稱縮孔，細(xì)小而分散的稱縮松。非共晶成分的合金：在一定溫度范圍內(nèi)結(jié)晶的，屬于糊狀凝固或中間凝固，結(jié)晶區(qū)域內(nèi)存在液相和固相并存的兩相區(qū)，在該區(qū)域內(nèi)，合金粘稠，樹枝狀晶發(fā)達(dá)，使凝固層內(nèi)表面參差不齊，合金液在其間的流動阻力很大，因而充型性差。合金的結(jié)晶溫度范圍越寬，充型性越差。寬結(jié)晶溫度范圍的合金，凝固區(qū)域?qū)?，散熱條件差，容

7、易發(fā)展成為樹枝晶發(fā)達(dá)的粗大等軸枝晶組織。當(dāng)粗大的等軸枝晶相互連接以后(固相約為70％)，將使凝固的液態(tài)金屬分割為一個個互不溝通的溶池，最后在鑄件中形成分散性的縮孔，即縮松，如圖。液態(tài)金屬流動機理與充型能力純金屬、共晶成分合金及結(jié)晶溫度很窄的合金流動機理示意圖前端析出15~20％的固相量時，流動就停止。充型能力強寬結(jié)晶溫度合金流動機理示意圖同時，金屬合金中的各合金元素對流動性有不同的影響。例：鐵碳合金碳、硅、磷含量高的鑄鐵，充型能力強；硫含量高的鑄鐵，充型能力弱。金屬的物理性質(zhì)比熱