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热加工工艺基础 第2篇 金属的液态成形 （铸造） 什么是金属的液态成形: 砂型铸造过程 铸造的优点 铸造的缺点 液态合金的工艺性能 5.1 液态合金的充型能力 合金的充型能力 5.1.1 合金流动性对充型能力的影响 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。 5.1.2 浇注条件对充型能力的影响 5.1.4 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。 5.2 液态金属的凝固与收缩 5.2.1 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。 影响凝固的主要因素 *合金的结晶温度范围： 合金的结晶温度范围越小， 凝固区域越窄，越趋向于逐 层凝固。在铁碳合金中普通 灰铸铁为逐层凝固，高碳钢 为糊状凝固。 *铸件的温度梯度： 在合金结晶温度范围已定的 前提下，凝固区的宽窄取决于 铸件内外层之间的温度差。若铸件内外层之间 的温度差由小变大，则其凝固区相应由宽变窄。 5.2.2 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）。 结果： 2 影响收缩的因素 5.2.3 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. 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。 A等温线法 解决缩孔的方法演示 5.3 铸造内应力、变形与裂纹 5.3.1 铸造热应力的形成过程分析 1 机械应力形成过程 2 减小和消除铸造应力的方法 5.3.2 铸件的变形 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。 5.3.3 铸件的裂纹 当铸造应力超过金属的强度极限时，铸件便产生裂纹，裂纹是严重的铸造缺陷，必须设法防止。 小结 5.4.2 铸件的偏析 t0——t1 高温阶段，塑性状态，塑性变形消除 t1 ——t2 Ⅱ杆弹性状态，Ⅰ塑性状态，Ⅱ杆受拉应力， Ⅰ受压应力，Ⅰ塑性变形消除 t2 ——t3 Ⅰ杆弹性状态，Ⅰ比Ⅱ温度高，Ⅰ收缩大于Ⅱ， Ⅰ收缩受Ⅱ的阻碍，产生拉应力 铸造工艺基础 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, 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 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 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？ 只有原来受拉伸部分产生压缩变形、受压缩部分产生拉伸变形，才能使残余应力减少或消除。 1 热裂 ——热裂一般分布在应力集中部位(尖角或断面突变处)或热节处。 铸钢件结构对热裂的影响 铸造工艺基础 防止方法 热裂——改善铸型和型芯的退让性，减小浇、 冒口对铸件收缩的机械阻碍，内浇口设置应符合同时凝固原则，此外减少合金中有害杂质硫、磷含量，可提高合金高温强度。特别是硫增加合金的热脆性，使热裂倾向大大提高。