第四章 金属的液态成形与半固态成形.ppt

第四章 金属的液态成形与半固态成形 4.1 液态成形 4.2 半固态成形 4.3 快速凝固成形 液态成形（铸造）和半固态成形（半固态合金成形）是金属材料的主要加工方法，它们是利用经过熔炼的液态金属或半固态金属，在外力作用下流动充型冷凝来实现成形的。 液态成形即铸造，是应用最广的方法之一，半固态成形近年来得到了巨大的发展。 4.1 液态成形 定义：液态成形（铸造）是将材料熔化成一定成分和一定温度的液体，然后在重力或外力作用下浇入到具有一定形状、尺寸大小的型腔中，经凝固冷却后形成所需要的零件的技术。 1、液态成形的特点 优点： 适应性强，工艺灵活； 成形件尺寸精度高； 成本低廉； 不足之处： 铸造组织疏松、晶粒粗大，内部易产生缩孔、缩松、气孔等缺陷，因此铸件的机械性能，特别是冲击性能不如锻件高； 目前铸件凝固过程还不能精确控制，致使铸件质量不稳定，废品率高； 铸造工序多，生产周期较长，以及劳动条件较差等。 3、铸造金属的熔炼 熔炼是液态金属铸造成形技术过程中的一个重要环节，与铸件的品质、生产成本、产量、能源消耗以及环境保护等密切相关。 在熔炼中，多种固态金属的炉料（废钢、生铁、回炉料、铁合金、有色金属等）按比例搭配装入相应的熔炉中加热熔化，通过冶金反应，转变成具有一定化学成分和温度的符合铸造成形要求的液态金属。 熔炼的要求： （1）保证金属液的化学成分和材质性能； （2）保证金属液有足够的温度； （3）保证金属液的数量(质量)； （4）保证低能耗、低成本； （5）保证低噪声、低污染。 熔炼的分类： （1）按熔炼金属分：铸铁熔炼、铸钢熔炼和有色金属熔炼； （2）按熔炉分：冲天炉熔炼、电弧炉熔炼、感应电炉熔炼、坩埚炉熔炼。 浇注 金属熔化后，液态金属通过浇注系统充填铸型型腔的过程称为浇注过程。 浇注系统的组成: 浇口杯、直浇道、横浇道、内浇道 浇注的形式 浇注后的凝固 浇注入铸型型腔的液态金属，随温度的降低，将经历由液态向固态的转变过程，即凝固过程。凝固是金属材料一种重要的相变过程。 金属的凝固过程包括：晶核的形成和晶粒的长大。 4、液态成形合金性能 铸造性能是合金在铸造生产中所表现出来的工艺性能，是保证铸件质量的主要因素，是衡量铸造合金的主要指标。 铸造性能有充型能力与流动性、收缩性、吸气性和偏析等。 （1）合金的充型能力：液态金属充满铸型型腔，获得形状完整、轮廓清晰的健全铸件的能力。 合金的流动性：液态合金的流动能力。一般流动性好的合金，其充型能力也强。 影响充型能力的因素 合金的种类及化学成分、合金流动性、铸型的特点、浇注条件 合金的种类不同，其流动性不同; (2) 合金的收缩 铸造合金从液态冷却到室温的过程中，其体积和尺寸缩减的现象称为收缩。 注意： （1）冷铁是为了加快铸件某处的冷却速度，以控制或改变铸件的凝固顺序的激冷物，本身并不起补缩作用。 通常采用钢、铸铁或铜等金属制成。 （2）结晶温度范围宽的合金采取同时凝固方式； （3）铸造应力、变形及裂纹 为了分析热应力的形成，首先必须了解金属自高温冷却到室温时应力状态的改变。 固态金属在再结晶温度以上的较高温度时（钢和铸铁为620-650℃以上），处于塑性状态。此时，在较小的应力下就可发生塑性变形，变形之后应力可自行消除。 在再结晶温度以下，金属呈弹性状态，此时，在应力作用下将发生弹性变形，而变形之后应力继续存在。 再结晶：变形后的金属在较高温度加热时，由于原子扩散能力增大，被拉长（或压扁）、破碎的晶粒通过重新生核、长大变成新的均匀、细小的等轴晶。 再结晶温度:变形后的金属发生再结晶的温度是一个温度范围。一般所说的再结晶温度指的是最低再结晶温度，通常用经大变形量（70%以上）的冷塑性变形的金属，经一小时加热后能完全再结晶的最低温度表示。 T再=（0.35-0.4）T熔点 合金的偏析 偏析：铸件各部分化学成分不均匀的现象，分为微观偏析和宏观偏析。 微观偏析指微小范围内的化学成分不均匀（一般在一个晶粒尺寸范围内），有析晶偏析、胞状偏析和晶界偏析。 宏观偏析是指在较大尺寸范围内的成分不均匀，主要包括正偏析、逆偏析和重力偏析。 合金的吸气性：是指金属液吸收气体的能力。 凝固时溶解度急剧下降，气体大量析出。析出的气体形成气泡，当气泡浮出受阻不能排出，则在铸件中形成气孔。 按照合金中的气体来源，可将气孔分为三类：侵入气孔、析出气孔和反应气孔。 铸造工艺方法很多，通常分为砂型铸造和特种铸造。 将以型（芯）砂作为铸型材料，采用重力浇注的铸造方法称为砂型铸造，砂型铸造是应用最广泛的一种铸造方法。 砂型铸造的生产过程包括铸造工艺设计、生产准备和工艺过程三个环节。 1、铸造工艺设计 生