鑄造基本知識(shí)及理論.ppt

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1、鑄造的基本知識(shí)及理論第一節(jié)鑄造概述第二節(jié)鑄造的工藝基礎(chǔ)第三節(jié)砂型鑄造第四節(jié)特種鑄造課程大綱金屬的成形方法可分為鑄造、塑性成形（或稱壓力加工）、切削加工、焊接和粉末冶金五大類。鑄造是生產(chǎn)金屬零件毛坯的主要工藝方法之一，與其它工藝方法相比，它具有成本低，工藝靈活性大，適合生產(chǎn)不同材料、形狀和重量的鑄件，并適合于批量生產(chǎn)。第一節(jié)概述但它的缺點(diǎn)是公差較大，易產(chǎn)生內(nèi)部缺陷。鑄造是人類掌握比較早的一種金屬熱加工工藝，已有約6000年的歷史。中國(guó)約在公元前1700～前1000年之間已進(jìn)入青銅鑄件的全盛期，工藝上已達(dá)到相當(dāng)高的水平。中國(guó)商朝的重875公斤的司

2、母戊方鼎，戰(zhàn)國(guó)時(shí)期的曾侯乙尊盤，西漢的透光鏡，都是古代鑄造的代表產(chǎn)品。曾侯乙尊盤司母戊方鼎第二節(jié)鑄造的工藝基礎(chǔ)定義：鑄造是指將熔融態(tài)的金屬（或合金）澆注于特定型腔的鑄型中凝固成形的金屬材料成形方法。鑄造的基本過(guò)程：液態(tài)金屬充型鑄件凝固收縮實(shí)質(zhì)：液態(tài)金屬（或合金）充填鑄型型腔并在其中凝固和冷卻。砂型鑄造概略圖主要影響因素鑄造的主要影響因素主要體現(xiàn)在二個(gè)方面：一是影響充型的主要因素和影響凝固收縮的主要因素。階段主要影響因素鑄造充型金屬的流動(dòng)性澆注溫度充型壓力凝固收縮凝固方式冷卻速度金屬的流動(dòng)性：改善金屬的流動(dòng)性加快凝固中液體的補(bǔ)縮排除內(nèi)部夾雜物和

3、氣體形成薄壁復(fù)雜的鑄件有利于金屬流動(dòng)性測(cè)試實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)如右圖所示：澆注溫度：T澆注↑t凝固↑流動(dòng)性↑δ粘度↓充填路徑↑充型能力↑充型能力：P充型↑V流動(dòng)↑充型能力↑鑄件的凝固方式：在鑄件凝固過(guò)程中，對(duì)鑄件質(zhì)量影響較大的主要是固液兩相并存的凝固區(qū)的寬窄。鑄件的“凝固方式”就是依據(jù)凝固區(qū)的寬窄來(lái)劃分的。逐層凝固純金屬和共晶成分的合金在凝固中因?yàn)椴淮嬖诠桃簝上嗖⒋娴哪虆^(qū)，所以固體與液體分界面清晰可見(jiàn)，一直向鑄件中心移動(dòng)。糊狀凝固鑄件在結(jié)晶過(guò)程中，當(dāng)結(jié)晶溫度范圍很寬，且鑄件截面上的溫度梯度較小，則不存在固相層，固液兩相共存的凝固區(qū)貫穿整個(gè)區(qū)域。中間凝固

4、大多數(shù)合金的凝固是介于逐層凝固和糊狀凝固之間，稱為中間凝固。一般認(rèn)為：鑄模的冷卻能力越大，越有利于在結(jié)晶過(guò)程中保持較大的溫度梯度，從而利于柱狀晶區(qū)的發(fā)展。柱狀晶擇優(yōu)取向，晶界往往容易富集第二相，特別是在兩種位向交叉面是受力的薄弱環(huán)節(jié)，軋制時(shí)容易開(kāi)裂。因此，鋼鐵或鎳合金（塑形較差）應(yīng)避免柱狀晶的出現(xiàn)；而有色金屬，有時(shí)要求獲得柱狀晶。思考：若要避免柱狀晶的出現(xiàn)，應(yīng)采用哪種凝固方式，并如何實(shí)現(xiàn)？討論：鑄件的收縮：定義：收縮是指合金從澆注、凝固到冷卻至室溫的過(guò)程中，其體積或尺寸縮減的現(xiàn)象。分類：分為三類，液態(tài)收縮、凝固收縮和固態(tài)收縮。鑄件溫度降低澆注

5、溫度室溫凝固終止溫度開(kāi)始凝固溫度液態(tài)收縮凝固收縮固態(tài)收縮體積收縮線收縮收縮率：體積收縮是指單位體積的收縮量（體積收縮率）。線收縮是指單位長(zhǎng)度上的收縮量（線收縮率）。體積收縮率：線收縮率：其中V0，L0表示鑄件在高溫T0時(shí)的體積和一維方向的長(zhǎng)度；V1，L1表示鑄件在高溫T1時(shí)的體積和一維方向的長(zhǎng)度。注意：在鑄模尺寸設(shè)計(jì)時(shí)必須考慮鑄件的收縮因素。即利用每種材料特定的收縮率和實(shí)際鑄件的尺寸，來(lái)?yè)Q算成鑄模型腔的尺寸。合金的收縮給鑄模的設(shè)計(jì)和鑄件的精密成形等帶來(lái)較大困難，是多數(shù)鑄造缺陷產(chǎn)生的根源。3.3～4.20.13.614003.50灰口鑄鐵5.4

6、～6.34.22.414003.00白口鑄鐵7.863.01.616100.35碳鋼固態(tài)收縮（％）凝固收縮（％）液態(tài)收縮（％）澆注溫度（℃）碳含量（％）合金種類表2-1典型合金的收縮率εV縮孔：鑄造缺陷定義：縮孔是指金屬液在鑄模中冷卻和凝固時(shí)，在鑄件的厚大部位及最后凝固部位形成一些容積較大的孔洞。產(chǎn)生原因：先凝固區(qū)域堵住液體流動(dòng)的通道，后凝固區(qū)域收縮所縮減的容積得不到補(bǔ)充。疏松：定義：疏松是指金屬液在鑄模中冷卻和凝固時(shí)，在鑄件的厚大部位及最后凝固部位形成一些分散性的小孔洞。產(chǎn)生原因：當(dāng)合金的結(jié)晶溫度范圍很寬或鑄件斷面溫度梯度較小時(shí)，凝固過(guò)程中

7、有較寬的糊狀凝固兩相并存的區(qū)域。隨著樹(shù)枝晶長(zhǎng)大，該區(qū)域被分割成許多孤立的小熔池，各部分熔池內(nèi)剩余液態(tài)合金的收縮得不到補(bǔ)充，最后形成了形狀不一的分散性孔洞即縮松。另外，疏松還可能由凝固時(shí)被截留在鑄件內(nèi)的氣體無(wú)法排除所致。不過(guò)，疏松內(nèi)表面應(yīng)該是光滑，近似球狀。危害：顯著降低鑄件的機(jī)械性能，造成鑄件滲漏等。防止措施：采取順序凝固的辦法避免縮孔、疏松的出現(xiàn)。順序凝固示意圖安裝冒口或放置冷鐵等工藝措施，使鑄件上遠(yuǎn)離冒口的部位先凝固（圖中Ⅰ），爾后在靠近冒口的部位凝固（圖中Ⅱ、Ⅲ），最后是冒口本身凝固。順序凝固：是指通過(guò)在鑄件上可能出現(xiàn)疏松的厚大部位內(nèi)置

8、冷鐵法外置冷鐵法設(shè)置冒口法冒口、冷鐵共用法裂紋與變形：在鑄件的固態(tài)收縮階段會(huì)引起鑄造應(yīng)力。鑄造應(yīng)力相變應(yīng)力熱應(yīng)力機(jī)械應(yīng)力鑄件收縮受阻鑄件因V冷卻、溫度不同，各部位收