第二篇金属液态成形

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第二篇

金属液态成形工艺

湖北汽车工业学院材料工程系 Department of Materials Engineering

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绪论什么是液态成形(铸造) 一 什么是液态成形(铸造)?将液态合金浇注到一定形状、尺寸铸型空腔中， 将液态合金浇注到一定形状、尺寸铸型空腔中， 待其冷却凝固，以获得毛坯或零件的生产方法. 待其冷却凝固，以获得毛坯或零件的生产方法.

铸造的核心问题： 铸造的核心问题： 凝固组织的形成与控制； 凝固组织的形成与控制； 铸造的缺陷与防止； 铸造的缺陷与防止； 尺寸精度与表面粗糙度的控制。 尺寸精度与表面粗糙度的控制。

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二 铸造生产过程

变速箱壳体的铸造过程湖北汽车工业学院材料工程系 Department of Materials Engineering

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铸 零 件 图 造 工 艺 图

型砂 模型 熔化 芯盒 芯砂

铸 型 浇注 型 芯 冷却 凝固

铸 件

湖北汽车工业学院材料工程系 Department of Materials Engineering

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三 铸造生产的特点1.可生产形状任意复杂的制件，特别是内腔形状复 可生产形状任意复杂的制件， 杂的制件。 汽缸体、汽缸盖等 杂的制件。如汽缸体、汽缸盖等。 合金种类不受限制； ( 2.适应性强： 1)合金种类不受限制； 适应性强： 铸件大小几乎不受限制。 (2)铸件大小几乎不受限制。 材料来源广； ( 3.成本低： 1)材料来源广； 成本低： 废品可重熔； (2)废品可重熔； 4.废品率高、表面质量较低、劳动条件差。 废品率高、表面质量较低、劳动条件差。湖北汽车工业学院材料工程系 Department of Materials Engineering

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四 国内铸造技术状况1 中国古代铸造技术

中国古代铁器的金相组织中带有 湖北汽车工业学院材料工程系 球状石墨 Department of Materials Engineering

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2 东风公司铸造生产状况七个铸造生产单位， 铸造员工数约6000人。铸件 七个铸造生产单位， 铸造员工数约6000人 6000 年生产能力约23万吨，实际最高产量为17万吨。 23万吨 17万吨 年生产能力约23万吨，实际最高产量为17万吨。其中 灰铸铁件占43.9% 球墨铸铁件占46% 43.9%; 46%; 灰铸铁件占43.9%;球墨铸铁件占46%;蠕墨铸铁件占 2%,铸钢件占3% 铝合金铸件占3.4% 3%; 3.4%; 据2%,铸钢件占3%;铝合金铸件占3.4%;锌合金铸件 1.4%;铜合金铸件占0.3% 0.3%。 占1.4%;铜合金铸件占0.3%。

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汽车发动机铸件

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汽车底盘铸件

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汽车模具铸件

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第一章§1 - 1

液态成形工艺基础液态金属的充型

充型能力——液体金属充满铸型型腔， 充型能力——

液体金属充满铸型型腔，获得尺寸 ——液体金属充满铸型型腔 精确、轮廓清晰的成形件的能力。 精确、轮廓清晰的成形件的能力。 充型能力不足的缺陷：浇不足、冷隔、夹渣、气孔等。 充型能力不足的缺陷：浇不足、冷隔、夹渣、气孔等合金的流动性 铸型性质 浇注条件 铸件结构

影响因数

一、液态合金的流动性

合金的流动性： 液态合金本身的流动能力。 合金的流动性： 液态合金本身的流动能力。湖北汽车工业学院材料工程系 Department of Materials Engineering

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流动性测定试样浇口杯 出气口

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几种不同合金流动性的比较铸钢的流动性 铸铁的流动性

实验证明铸铁的流动性好，铸钢的流动性差。 实验证明铸铁的流动性好，铸钢的流动性差。湖北汽车工业学院材料工程系 Department of Materials Engineering

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合金流动性主要由合金结晶特点决定 合金流动性主要由合金结晶特点决定 合金结晶特点

温度(℃) 温度(

300 200 100 0

流动性(cm) 流动性(cm)

80 60 40 20 0

a)恒温下凝固特性

Pb 20

40

60

80

Sb

b)一定温度范围凝固特性湖北汽车工业学院材料工程系 Department of Materials Engineering

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二、浇注条件越高，液态金属的充型能力越强。 (1)浇注温度: T浇越高，液态金属的充型能力越强。 浇注温度: (2)充型压力: 压力越大，充型能力越强。 充型压力: 压力越大，充型能力越强。 (3)浇注系统结构: 结构复杂，充型能力差。 浇注系统结构: 结构复杂，充型能力差。

三、铸型充填条件铸型的蓄热系数大，充型能力越差。 (1)铸型材料 铸型的蓄热系数大，充型能力越差。 (2)铸型温度 铸型温度越高，充型能力越强。 铸型温度越高，充型能力越强。湖北汽车工业学院材料工程系 Department of Materials Engineering

(3)铸型中的气体

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§1 - 21. 逐层凝固 2. 糊状凝固 3. 中间凝固 影响铸件凝固方 式的主要因素 ：

液态金属的凝固与收缩a b c

一、铸件的凝固方式温度 温度

液相线

液相线 固相线

S成分

固表层

液中心

固表层

液中心 表层 中心

(1)合金的结晶温度范围 结晶温度范围小， 结晶温度范围小，倾向于逐层凝固

凝固区

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温度

T浇

温度

(2)铸件的温度梯度 凝固区域的宽窄还与铸件内 外层之间的温度差有关。 外层之间的温度差有关。若铸 件温度梯度大， 件温度梯度大，则其对应的凝 固区窄 。T液 T固

S1

T2 T1

ST室 成分表层 中心

二、合金的收缩1. 收缩的概念 合金的收缩经历如下三个阶段： 合金的收缩经历如

下三个阶段：

浇注温度~凝固开始温度间的收缩。 (1)液态收缩 浇注温度~凝固开始温度间的收缩。湖北汽车工业学院材料工程系 Department of Materials Engineering

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凝固开始~凝固终止温度间的收缩。 (2) 凝固收缩 凝固开始~凝固终止温度间的收缩。 凝固终止温~到室温间的收缩。 (3) 固态收缩 凝固终止温~到室温间的收缩。

体收缩率： 体收缩率：εV =ε 线收缩率： 线收缩率： L =

V铸型 V铸件 V铸件L铸型 L铸件 L铸件

× 100%× 100%

铸件缩孔或缩松的原因。 铸件缩孔或缩松的原因。 缩孔或缩松的原因 铸件产生应力、 铸件产生应力、变 应力 裂纹原因 原因。 形、裂纹原因。湖北汽车工业学院材料工程系 Department of Materials Engineering

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2. 缩孔与缩松液体金属冷凝时，液态收缩和凝固收缩所缩减的 液体金属冷凝时， 容积得不到补充， 容积得不到补充，在铸件最后凝固的部位形成一些孔 大而集中的为缩孔 细小而分散的为缩松 缩孔， 缩松。 洞 。大而集中的为缩孔，细小而分散的为缩松。 1)缩孔和缩松的形成

2)缩孔和缩松的防止 2)缩孔和缩松的防止 措施: 控制铸件的凝固次序，使铸件实现“顺序凝固” 措施: 控制铸件的凝固次序，使铸件实现“顺序凝固”。湖北汽车工业学院材料工程系 Department of Materials Engineering

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暗冒口

冒口— 冒口— 储存补缩用金 属液的空腔。 属液的空腔。 顺序凝固— 铸件按照一定的次序逐渐凝固。 顺序凝固— 铸件按照一定的次序逐渐凝固。湖北汽车工业学院材料工程系 Department of Materials Engineering

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液态成形内应力、 §1-3 液态成形内应力、变形与裂纹一、液态成形内应力铸件在凝固以后的继续冷却过程中， 铸件在凝固以后的继续冷却过程中，其固态收缩受 到阻碍，铸件内部即将产生内应力。 到阻碍，铸件内部即将产生内应力。

1.机械应力(收缩应力) 1.机械应力(收缩应力) 机械应力合金的线收缩受到 铸型、型芯、 铸型、型芯、浇冒系统 的机械阻碍而形成的内 应力。 应力。 机械应力是暂时应力。 机械应力是暂时应力。

上型

下型

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