第2章液态材料铸造成形技术过程1要点解析.ppt

2.2.3铸件的收缩 5）铸造应力 铸件在凝固和随后的冷却过程中，收缩受到阻碍而引起的内应力，称为铸造应力。铸造应力按阻碍形成的原因也就相应分为热应力、相变应力和机械阻碍应力。 2.2.3铸件的收缩 Ⅰ Ⅱ Ⅱ （1）热应力： 由于形状复杂，厚薄不均，各部分的冷却速度不同，以至在同一时刻，铸件各部位收缩不一致而引起的内应力称为热应力。热应力的形成过程如下图。 热应力是由于铸件壁厚不均匀，各部分冷却速度不同，以致在同一时期内铸件各部分收缩不一致而引起的应力。 t T 1 2 t0 t1 t2 t3 TH T临 T室 t0~t1: 塑性状态 弹性状态 1 2 + - 1 2 t1~t2： t2~t3： + - 1 2 1 2 - + 1 2 2.2.3铸件的收缩 热应力使铸件的厚壁或心部受拉伸，薄壁或表层受压缩。 热应力是永久应力。 2.2.3铸件的收缩 （2）相变应力 铸件冷却过程中，有的合金要经历固态相变，比容发生变化。当铸件各部位温度不同时，固态相变不同时发生，新旧两相的比容差越大，相变应力越大。 （3）机械阻碍应力 铸件在冷却过程中因收缩受到箱带，型芯，浇注系统和冒口等的机械阻碍而产生的应力为机械阻碍应力。机械应力是暂时应力。 2.2.3铸件的收缩 上型 下型 受砂型和砂芯机械阻碍的铸件 2.2.3铸件的收缩 （4）防止和减小铸造应力的措施 ①合理设计铸件结构； ②选用线收缩率小、弹性模量小的合金； ③采用同时凝固； ④合理设计浇冒口，缓慢冷却；采用退让性好的型芯（砂）； ⑤可以采用人工时效、自然时效的方法消除已有残余应力。 美国定义：在铸造过程中，型芯（砂）受到压力或者温度变化时，促使溃散的性能。 苏联定义：型芯（砂）不阻碍铸件收缩的性能。 2.2.3铸件的收缩 6）铸件的变形和裂纹 铸造应力是铸件产生变形和裂纹的根本原因。当残余应力的总和超过金属的屈服强度极限时，铸件将发生塑性变形，当铸造应力的总和超过金属的抗拉强度极限时，铸件便产生裂纹。 2.2.3铸件的收缩 + - 铸件变形示意图 2.2.3铸件的收缩 （1）铸件的变形与防止 a）使铸件壁厚尽可能均匀； b）采用同时凝固的原则； c）采用反变形法。 2.2.3铸件的收缩 热裂的防止： a) 应尽量选择凝固温度范围小，热裂倾向小的合金。 b) 应提高铸型和型芯的退让性，以减小机械应力。 c) 对于铸钢件和铸铁件，必须严格控制硫的含量， 防止热脆性。 （2）铸件的裂纹与防止 ①热裂 热裂的形状特征是：裂纹短、缝隙宽、形状曲折、缝内呈氧化色。 2.2.3铸件的收缩 ②冷裂 冷裂的特征是：裂纹细小，呈连续直线状，缝内有金属光泽或轻微氧化色。 冷裂的防止： 1）使铸件壁厚尽可能均匀； 2）采用同时凝固的原则； 3）对于铸钢件和铸铁件，必须严格控制磷的 含量，防止冷脆性。 2.2.4金属的吸气性 金属在熔炼过程中溶解气体，在浇注过程中因浇包未烘干，铸型浇注系统设计不当，铸型透气性差以及浇注速度控制不当，或型腔内气体不能及时排出，都会使气体进入金属液，增加金属中气体的含量，这就构成了金属的吸气性。 2.2.4金属的吸气性 1）金属液吸收气体的过程 ①气体分子撞击到金属液表面； ②在高温金属液表面上气体分子理解为原子状态； ③气体原子根据与金属元素之间的亲和力大小，以物理吸附方式或化学吸附方式吸附在金属表面； ④气体原子根据扩散进入金属液内部。 2.2.4金属的吸气性 2）气体在金属液中的溶解度 在一定温度和压力条件下，金属吸收气体的饱和浓度，称为该条件下气体的溶解度。常用每100克金属含有的气体在标准状态下的体积来表示，有时也用溶解气体对金属的质量分数来表示。 影响气体在金属液中的溶解度的因素：温度、 金属化学成分和气体在金属液面上的平衡分压。 2.2.4金属的吸气性 3）气体的析出与气孔 溶解于金属液中的气体，随温度下降则不断析出，其方式有3种： ①气体以原子态扩散到金属表面，然后脱离吸附。 ②与金属内某些元素形成化合物，以非金属夹杂物形式排除； ③以气泡形式从金属液中逸出。当铸件表面已凝固，气泡来不及排出而保留，致使铸件产生析出性气孔。 2.2.4金属的吸气性 4）气孔 按气孔的产生的原因，可分为：侵入气孔、析出气孔和反应气孔。 ①侵入气孔 气体侵入金属液而不上浮逸出的气孔。 ②析出气孔 由于溶解度下降而从合金中析出的气孔。 ③反应气孔 由化学反应生成的气孔。 2.2.4金属的吸气性 5）气体对铸件品质的影响 气孔不仅会减少