哈工程材料成型课件--铸造成形理论基础讲解.ppt

1.1 铸件成形理论基础 1.1.5 铸件成形过程控制 2. 铸件的凝固方式及控制 2） 凝固方式的控制 （1）合金的结晶温度范围；（2）铸件截面的温度梯度。 温度梯度对凝固区域的影响 铸件的温度梯度主要受以下以个因素的影响： ③ 浇注温度:提高浇注温度，会降低铸型的冷却能力，从而降低铸件的温度梯度。 ④ 铸件的壁厚:铸件的壁厚越小，温度梯度就越大。 1.1 铸件成形理论基础 1.1.5 铸件成形过程控制 2. 铸件的凝固方式及控制 因此在选用铸造材料时，应尽量选用倾向于逐层凝固的合金（如灰铸铁、铝硅合金等）。当必须采用倾向于糊状凝固的合金时，可考虑采用适当的工艺措施（如选用金属型铸造），以减小其凝固区域。 1.1 铸件成形理论基础 1.1.5 铸件成形过程控制 3. 合金的收缩 1） 收缩的概念 合金从液态冷却到常温的过程中，体积和尺寸缩小的现象，称为收缩。收缩是合金的物理本性，它不仅影响铸件的几何形状和尺寸，以及致密性，而且还决定着铸件产生缩孔、缩松、内应力、变形和裂纹等缺陷的倾向性。合金的收缩量通常用体积收缩率和线收缩率来表示。金属从液态到常温的体积改变量称为体收缩。金属在固态由高温到常温的线尺寸改变量称为线收缩。 1.1 铸件成形理论基础 1.1.5 铸件成形过程控制 3. 合金的收缩 2） 合金收缩的三个阶段 ① 液态收缩; ② 凝固收缩; ③ 固态收缩 ①液态收缩。从浇注温度冷却至凝固开始温度（液相线温度）期间发生的收缩称为液态收缩。合金的液态收缩主要表现为液面的降低。 ②凝固收缩。从凝固开始温度至凝固终了温度（固相线温度）期间发生的收缩称为凝固收缩。凝固收缩仍主要表现为液面的下降。 ③固态收缩。从凝固终了温度至冷却到室温期间发生的收缩称为固态收缩。此阶段的收缩表现为铸件线尺寸的减小。 1.1 铸件成形理论基础 1.1.5 铸件成形过程控制 3. 合金的收缩 合金的液态收缩和凝固收缩是铸件产生缩孔、缩松的主要原因；而固态收缩是铸件产生铸造应力、变形和裂纹的根本原因，并直接影响铸件的尺寸精度。 1.1 铸件成形理论基础 1.1.5 铸件成形过程控制 3. 合金的收缩 3） 影响收缩的主要因素 ① 合金的化学成分。不同种类的合金，其收缩率不同。同类合金中，化学成分不同，其收缩率也不同。在铁碳合金中，铸钢和白口铸铁的收缩率大，灰铸铁的收缩率小。这是由于灰铸铁在凝固过程中碳大部分是以石墨状态存在的，石墨的比容大，由此产生的体积膨胀可以抵消部分凝固收缩。 ② 浇注温度。浇注温度主要影响液态收缩。提高浇注温度，合金的液态收缩增大。 1.1 铸件成形理论基础 1.1.5 铸件成形过程控制 3. 合金的收缩 3） 影响收缩的主要因素 ③铸型条件和铸件结构:如果铸件结构复杂或壁厚不均，冷却时各部分相互牵制也会阻碍收缩。 不同结构铸件的收缩情况 自由线收缩率为2.5% 受阻较小的线收缩率为1.5% 受阻较大的线收缩率为1.0% 受阻特别大的线收缩率为0.5% 1.1 铸件成形理论基础 1.1.6 铸件常见缺陷 、 、 1.1.6 铸件常见缺陷 铸造应力 金属在凝固和冷却过程中体积变化受到外界或其本身的制约，变形受阻而产生的应力。铸造应力可能是暂时性的，若引起应力的原因消除以后，应力便随之消失，称为临时应力；若引起应力的原因消除后应力不消失，则称为残余应力。常见的铸造应力有热应力、机械阻碍应力和相变应力三种。 （1）热应力：由于铸件各部分厚薄不同，在凝固和其后的冷却过程中，铸件各部分冷却速度不同，造成同一时刻各部分的收缩量不一致，而且各部分之间还存在约束作用，此时产生的内应力称为热应力。 、 Ⅰ—粗杆；Ⅱ—细杆；Ⅲ—横梁 tL—浇注温度; tY—合金线收缩开始温度; △tH—两杆卸载时的温差； TⅠ、 T Ⅱ —粗、细杆固态冷却曲线 壁厚不同的应力框铸件热应力的形成过程 、 1.1.6 铸件常见缺陷 铸造应力 （1）热应力：由于铸件各部分厚薄不同，在凝固和其后的冷却过程中，铸件各部分冷却速度不同，造成同一时刻各部分的收缩量不一致，而且各部分之间还存在约束作用，此时产生的内应力称为热应力。 、 、 1.1 铸件成形理论基础 1.1.6 铸件常见缺陷 1. 铸造应力 1） 铸造应力的形成 （2）机械阻碍应力：这种应力是由于铸件的收缩受到机械阻碍而产生的，是暂时性的。只要机械阻碍一消除，应力也随之消失。 、 、 套筒铸件收缩受到机械阻碍 1.1 铸件成形理论基础 1.1.6 铸件常见缺陷 1. 铸造应力 1） 铸造应力的形成 （3）相变应力：固态发生的合金，由于铸件各部分冷却条件不同，它们到达相变温度的时刻不同