工程材料与金属工艺学5）铸造ppt课件.ppt

金属工艺学 铸造 唐伟强 三. 铸造应力、铸件变形和开裂 铸造内应力的形成 铸件的固态收缩受到阻外而引起的应力，称“铸造应力”，分为三种： 由铸件各部分冷却时收缩不一致引起的应力称“热应力”； 由铸件固态相变时产生体积变化而产生的应力称“相变应力”； 由铸件在冷却过程中因机械阻碍引起的应力称“收缩应力”。 例：相变应力的形成 例：以薄壁不均匀的T型铸件 为例，分析热应力的形 成。 2. 变形与裂纹 当上述T 型铸件在热应力作用下，超过屈服强度时，会产生变形，其方向如图虚线所示，这是因为T型铸件冷却后，厚壁受拉，薄壁受压，相当于两根不同长度的弹簧 ，图示Ⅰ所示。 将上面的短弹簧拉长，下面的长弹簧压短，以维持同样的长度，图示Ⅱ所示； 但这样的组合不稳定，力图恢复原来的自由状态，即上面的弹簧要缩短，下面的弹簧要伸长，就出现图Ⅲ所示的情况； 因此，在设计上把减少铸造的内应力作为防止变形的根本措施。 设计上力求铸件的壁厚均匀； 铸造上以各部分基本达到同时冷却； 增加型芯（砂）的容让型； 对铸件的变形趋向预测，制造模型采用反变形补偿； 在热处理上，应用退火，去除部分铸造残余应力。 关于裂纹 当铸造应力超过材料强度极限时，铸件会产生裂纹缺陷,有“热裂”和“冷裂”两种。 热裂：高温下形成的裂纹； 特征为裂纹短裂缝宽，一般在 铸件的连接处的位置 原因: 主要铸型容让性差。 冷裂：室温或低温下形成的裂纹 特征裂纹细小，呈连续直 线状，一般在应力集中的 位置。 解决的措施： 铸件的设计；铸型的工艺； 材料中S、P的控制。 合金的偏析 偏析： 在铸件中出现化学成分不均匀的现象，偏析使到铸件的性能不均匀，严重的造成废品。 原因： 合金的凝固速度较快，原子来不及扩散，由开始进行下一轮的结晶过程，合金的成分出现集聚。 解决： 用高温保温，使原子扩散或进行扩散退火； 在浇注时对金属液进行搅拌； 加速金属液的冷却，使不同比重的合金来不及分离。 合金的吸气性 合金在熔炼和浇注时吸收气体的性能 被吸收的气体可能与合金中的某些元素形成化合物，如FeO等，以杂质物的形式存在于铸件中，若所吸收的气体以原子状态存在，凝固后则以固溶体存在于合金中。 气体在合金中的溶解度与气体的压力和温度有关，压力越高，温度越高，溶解度越大。 因此，液态合金在冷却凝固中，随着温度的降低会析出过饱和气体，这些气体来不及从合金液排出，将在铸件中形成气孔的铸造缺陷。 解决： 缩短熔炼时间； 精练除气； 真空熔炼。 四.造型方法 按造型的手段分为手工造型和机械造型两大类，手工造型的方法很多，要根据铸件的形状、大小和生产量的不同进行选择，常用的有： 一. 整箱造型 模型为一个整体，造型时模型全部放在一个砂箱内，分型面（上型和下型的接触面）是平面。这类零件的最大截面一般是在底部，而且是平面，造型方法简单。适用于生产各种批量而形状简单的铸件。 二. 分模造型 分模造型的模型是分成两半的，造型时分别在上、下箱内，分型面也是平面。 这类零件的最大截面不在端部，如果做成整模，在造型时会取不出来。 如：套筒的铸造，其分型面（分开模型的平面）也是分型面。 适用于各种套筒、管子、阀体等。 三. 挖砂造型和假箱造型 有些铸件，如手轮，最大截面不在一端，模型不允许分成两半，可以把模型做成整体，采用挖砂造型。 由于挖砂造型操作技术要求高，生产率低，只适用单件生产，生产数量多时，一般采用假箱造型—先造出一个假箱代替底板，再在假箱上下造型，用假箱造型不必挖砂就可以露出最大的截面。假箱只用于造型，不参与浇注，所以称 “假箱” 四. 活块造型 活块造型用于有凸台的铸件，模型上有小凸台，取模时，难以和模型主体取出，就可以把模型的土台做成活动的，称为 “活块”。 五. 三箱造型 有些形状较复杂的铸件，往往具有两头截面大而中间截