单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,热加工工艺基础,1金属材料导论,2金属液态成形,（铸造）,3金属塑性成形,（金属压力加工）,4金属连接成形,（焊接）,热加工工艺,11/18/2024,热加工工艺基础1金属材料导论2金属液态成形3金属塑性成形4金,1,第2篇 金属的液态成形,（铸造）,铸 造,工艺基础,铸件生产,结构设计,铸造工艺,1,2,3,4,工艺性能,铸造的发展史,11/18/2024,第2篇 金属的液态成形 （铸造）铸,2,什么是金属的液态成形:,金属的液态成形的方法,:,金属的液态成形是制造毛坯、零件的重要方法之一。按铸型材料的不同，金属液态成形可分为砂型铸造和特种铸造（包括压力铸造、金属型铸造等）.其中砂型铸造是最基本的液态成形方法，所生产的铸件要占铸件总量的80%以上.,将,熔炼,好的液态金属浇入与零件形状相适应的,铸型,空腔中，待其冷却凝固，以获得,毛坯或零件,的工艺方法,亦称铸造.,工艺过程简介,11/18/2024,什么是金属的液态成形:金属的液态成形的方法:将熔炼好,3,砂型铸造过程,11/18/2024,砂型铸造过程9/20/2023,4,铸造的优点,适于做复杂外形，特别是,复杂内腔的毛坯,1,对材料的适应性广，铸件的大小几乎不受限制,2,成本低，原材料来源广，,价格低廉,一般不需要昂贵,的设备,3,对于某些塑性很差的材料,(如铸铁等)是制造其毛坯或,零件的唯一成型工艺,4,11/18/2024,铸造的优点适于做复杂外形，特别是1对材料的适应性广，铸件的大,5,铸造的缺点,工艺过程比较复杂，一些,工艺过程还难以控制,1,液态成形零件内部组织的均,匀性、致密性一般较差,2,液态成形零件易出现缩孔、缩松、气孔、砂眼、夹渣、夹砂、裂纹等缺陷，产品 质量不够稳定,3,由于铸件内部晶粒粗大，组织不均匀，且常伴 有缺陷，其力学性能比同类材料的塑性成形低,4,11/18/2024,铸造的缺点工艺过程比较复杂，一些1液态成形零件内部组织的均2,6,第7章 铸造工艺基础,教学要求：,1.要重点掌握铸造合金液体的流动性及其影响因素；,2.缩孔与缩松的产生与防止；,3.铸造应力、变形与裂纹的产生与防止。,4.掌握铸件质量的综合控制方法。,7.2 铸造合金的凝固与收缩,7.1 液态合金的充型,7.3 铸造内应力、变形与裂纹,7.4 铸件的气孔与偏析,（自学）,教学内容,液态合金的工艺性能,铸造性能,通常是指合金的,流动性,、,收缩性,吸气性,及,偏析,等性能,合金铸造性能是,选择铸造金属材料,，,确定铸件的铸造工艺方案,及进行,铸件结构设计,的依据,11/18/2024,第7章 铸造工艺基础教学要求：7.2 铸造合金的凝固与收缩,7,7.1 液态合金的充型能力,液态金属充满铸型型腔，获得形状准确、轮廓清晰的成型件的能力,充型能力的概念:,充型能力,不足,浇不足,冷 隔,夹 砂,气 孔,夹,渣,铸造工艺基础,气孔缺陷,11/18/2024,7.1 液态合金的充型能力液态金属充满铸型型腔，获得,8,测试合金流动性的方法:,如右图,将合金液浇入铸型中，冷凝后测出充满型腔的式样长度。浇出的试样越长，合金的流动性越好,合金,充型能力越好,几种不同合金流动性的比较,*,铸钢的流动性,*铸铁的流动性,7.1.1 合金流动性对充型能力的影响,铸造工艺基础,11/18/2024,测试合金流动性的方法:几种不同合金流动性的比较*铸钢的流动性,9,合金的种类:,合金不同流动性不同,化学成分,：,同种合金中成分不同的合金具有不同的结晶特点，流动性也不同,。,铸造工艺基础,结晶特性:,恒温下结晶，流动性较好；两相区内结晶，流动性较差,合金流动性的决定因数,11/18/2024,合金的种类:合金不同流动性不同铸造工艺基础结晶特性:,10,7.1.2 浇注条件对充型能力的影响,浇注,条件,浇注温度,充型压力,浇注系统,浇注温度越高，液态金属的粘度越小，过热度高，金属液内含热 量多，保持液态的时间长，充型 能力强。,液态金属在流动方向上所受的压力称为充型压力。充型压力越大,充型能力越强。,浇注系统的结构越复杂，则流动,阻力越大，充型能力越差。,7.1.3 铸型条件对充型能力的影响,铸型蓄热系数:,即从液态金属中吸取,热量并储存的能力,铸型温度,(不能过高),铸型的发气和透气能力：,铸型发气能力过强,透气能力又差,时,若浇铸速度太快,则型腔中的,气体压力增大，充型能力减弱。,铸造工艺基础,11/18/2024,7.1.2 浇注条件对充型能力的影响浇注浇注温度充型压力浇注,11,7.1.4 铸件结构对充型能力的影响,折算厚度：,折算厚度也叫当量厚度或模数,是,铸件体积与铸件表面积之比,。折算厚度越大，热量散失越慢，充型能力就越好。,铸件壁厚相同时，垂直壁比水平壁更容易充填.(大平面铸件不易成形),复杂程度：,铸件结构越复杂，流动阻力就越大，铸型的充填就越困难。,找到了影响因素，就可提出改进或提高合金充填能力的措施,铸造工艺基础,11/18/2024,7.1.4 铸件结构对充型能力的影响 折算厚度：复杂程度,12,什么是金属的液态成形？,铸造的优缺点,7.1液态合金的充型,充型能力不足,浇不足、冷 隔、夹 砂、夹,渣、,气 孔、,合金的流动性,合金的种类:,合金不同流动性不同,化学成分,：,同种合金中成分不同的合金具有不同的结晶特点，流动性也不同,。,浇注条件,：,浇注温度、充型压力、浇注系统,铸型性质,：,铸型蓄热系数、铸型温度、铸型的发气和透气能力,铸件结构,：,折算厚度、复杂程度,找到了影响因素，就可提出改进或提高合金充填能力的措施,11/18/2024,什么是金属的液态成形？铸造的优缺点7.1液态合金的充型充型能,13,1.液态合金的充型能力与合金的流动性有何关系?,2.不同化学成分的合金为何流动性不同?,3.如何提高合金液的充填能力？,思 考 题,11/18/2024,1.液态合金的充型能力与合金的流动性有何关系?思 考 题9/,14,7.2 液态金属的凝固与收缩,7.2.1 铸件的凝固,在铸件的凝固过程中，截面一般存在三个区域，即,液相区,、,凝固区,、,固相区,。对铸件质量影响较大的主要是液相和固相并存的,凝固区,的宽窄。铸件的凝固方式就是依据凝固区的宽窄来划分的。,凝固方式有：,逐层凝固,中间凝固,糊状凝固,铸造工艺基础,11/18/2024,7.2 液态金属的凝固与收缩7.2.1 铸件的凝固凝固方式有,15,7.2.2 合金的收缩,合金的收缩过程:,合金从液态冷却至室温的过程中，其体积或尺寸缩减的现象。合金的收缩给液态成形工艺带来许多困难，会造成许多铸造缺陷。（如：缩孔、缩松、应力、裂纹、变形等）。,1 合金收缩的三个阶段,液态收缩,凝固收缩,固态收缩,什 么 结 果？,铸造工艺基础,11/18/2024,7.2.2 合金的收缩 合金的收缩过程:1,16,结果：,合金收缩,固态合金冷却,液态合金冷却,液态收缩,凝固收缩,缩孔:,恒温下结晶,缩松:两相区结晶,固态收缩,裂纹,变形,应力,缩孔、缩松、应力、裂纹、变形等。,线收缩,11/18/2024,结果：合金收缩固态合金冷却液态合金冷却液态收缩凝固收缩缩,17,7.2.3 缩孔与缩松的形成,缩孔的形成:,纯金属、共晶成分和凝固温度范围窄的合金,浇注后在型腔内是由表及里的,逐层凝固,。在凝固过程中，如得不到合金液的补充，在铸件,最后凝固的地方,就会产生缩孔.,铸造工艺基础,11/18/2024,7.2.3 缩孔与缩松的形成缩孔的形成:铸造工艺基础9/20,18,缩松的形成原因:,铸件最后凝固的收缩未能得到补充，或者结晶温度范围宽的合金呈,糊状凝固,，凝固区域较宽，液、固两相共存，树枝晶发达，枝晶骨架将合金液分割开的小液体区难以得到补缩所致。,结论,：,纯金属、共晶成分,（逐层凝固）,和凝固温度范围窄的合金易产生,缩孔；,凝固区域较宽,（糊状凝固）,的合金,易产生,缩松,11/18/2024,缩松的形成原因:结论：纯金属、共晶成分（逐层凝固）和凝固温度,19,缩孔与缩松的形成演示,缩孔易出现的部位,11/18/2024,缩孔与缩松的形成演示缩孔易出现的部位9/20/2023,20,定向凝固原则,是铸件让远离冒口的地方先凝固，靠近冒口的地方次凝固，最后才是冒口本身凝固。实现以厚补薄，将缩孔转移到冒口中去。,原则,合理布置内浇道及确定浇铸工艺。,方法,合理应用冒口、冷铁和补贴等工艺措施。,消除缩孔和缩松的方法,A等温线法,B内切圆法,判断缩孔出现的方法,11/18/2024,定向凝固原则是铸件让远离冒口的地方先凝固，靠近冒口的地方次凝,21,解决缩孔的方法演示,冒口和冷铁,定向凝固原则,11/18/2024,解决缩孔的方法演示冒口和冷铁定向凝固原则9/20/2023,22,1.合金的收缩分为哪几个阶段?影响的因素有哪些?,2.缩孔和缩松是如何形成的，对铸件质量有何影响，怎样防止或减小它们的危害?,思 考 题,11/18/2024,1.合金的收缩分为哪几个阶段?影响的因素有哪些?思 考 题9,23,7.3 铸造内应力、变形与裂纹,内应力,热应力,机械应力,变形,裂纹,铸件在凝固和冷却的过程中，由于铸件的,壁厚不均匀,，导致不同部位,不均衡的收缩,而引起的应力。,铸件在固态收缩时，因受到铸型、型芯、浇冒口、砂箱等外力,阻碍,而产生的应力。,残余热应力的存在，使铸件处在一种非稳定状态，将自发地通过铸件的变形来缓解其应力，以回到稳定的平衡状态。,当热应力大到一定程度会导致出现裂纹(热裂纹与冷裂纹）。,铸造工艺基础,11/18/2024,7.3 铸造内应力、变形与裂纹内应力热应力机械应力变形,24,7.3.1,铸造热应力,的形成过程分析,t,0,t,1,高温阶段，塑性状态，塑性变形消除,t,1,t,2,杆弹性状态，塑性状态，杆受拉应力，受压应力，塑性变形消除,t,2,t,3,杆弹性状态，比温度高，收缩大于，收缩受的阻碍，产生拉应力,铸造工艺基础,11/18/2024,7.3.1 铸造热应力的形成过程分析t0t1 高温阶段,25,1,机械应力,形成过程,机械应力：,应适时开箱加以解决,。,机械应力与热应力共同作用，当大于材料的,强度极限,时会导致,裂纹的,形成,11/18/2024,1 机械应力形成过程 机械应力：应适时,26,2,减小和消除铸造应力的方法,铸件的结构：,铸件各部分能自由收缩,工艺方面：,采用,同时凝固原则,时效处理：,人工时效；自然时效,铸件的结构尽可能对称,铸件的壁厚尽可能均匀,11/18/2024,2 减小和消除铸造应力的方法 铸件的结构：铸件各部分能自,27,L,L+A,A,F+A,P,L,d,L,d,退火：,降低硬度，便于机加工。消除应力。,淬火：,获得马,氏体（M)组织。高硬度,正火：,用于普通结构件的最终热处理,回火：,主要是消除淬火内应力，降低钢的脆性，防止产生裂纹,金属的液态成形 （铸造）,铁碳合金状态图在工程中的应用,11/18/2024,LL+AAF+APLdLd退火：淬火：正火：回火：金属的,28,7.3.2 铸件的变形,结论：,最后凝固厚部、心部,受拉应力，出现,内凹变形,。,薄部、表面,受压应力，出现,外凸变形,。,原因,铸造工艺基础,受压伸长、受拉缩短,11/18/2024,7.3.2 铸件的变形结论：原因铸造工艺基础受压伸长、受拉缩,29,铸件的变形的消除方法,防止变形的方法：,与防止应力的方法基本相同。带有残余应力的铸件，变形使残余应力减小而趋于稳定。,问题,分析有长、短不一的两根弹簧，将其固定，使其达到同等长度，即其中一弹簧被拉长，另一弹簧被压缩，此时所受的应力状态？然后将其固定约束去掉，试分析其变形趋势？,将一长度为的圆柱体铸件：,1）将中间钻一通孔；,2）将外表面车掉一层；,问：在这两种情况下其长度会发生什么变化？,若将应力框中间的粗杆沿中间锯断：,问：应力框中间的间隙会发生什么变化？,