合金的充型能力.PPT

机 械 制 造 基 础 第2章 铸 造 铸造是金属液态成形的一种方法，它能铸造各种尺寸、形状复杂的毛坯或零件，铸造具有适应性广、成本低廉的优点，是机械零件毛坯或零件成品热加工的一种重要工艺方法。本章主要介绍合金的铸造性、常用铸造方法、铸造工艺设计和铸件结构工艺基础知识等。 一、概述 将熔融金属浇人铸型中，待其冷却凝固后获得所需毛坯或零件的方法，称为铸造。 2、表面质量 2、工件表面 * 合金的铸造性能: 铸造成形的难易程度，容易 获得正确的外形、内部又健 全的铸件，其铸造性能就好。 合金的充型能力：熔融金属充满型腔，形成轮廓清晰、形状完整铸件的能力叫做液态合金的充型能力。 合金的流动性：通常以螺旋形流动性试样的长度来衡量，铸造合金流动性的好坏。 流道 2-浇口杯 3-冒口 4-试样凸点 铸铁和硅黄铜的流动性最好，铝硅合金次之，铸钢最差。 流动性好的合金，充型能力强，易得到形状完整、轮廓清晰、尺寸准确、薄而复杂的铸件。反之，铸件容易产生浇不足、冷隔等缺陷。 浇不足 冷隔 二、铸造工艺基础 纯金属、共晶类合金及结晶温度范围窄的合金：只存在固、液两相区 结晶温度范围大的合金：存在固相区、凝固(固-液两相)区和液相区。 倾向于逐层凝固方式 凝固前沿平滑 凝固前沿粗糙 倾向于糊状凝固方式 在相同的浇注温度下，共晶成分合金凝固温度最低，即液态金属的过热度较 大，推迟了液态金属的凝固，所以从流动性考虑，宜选用共晶成分或窄结晶 温度范围的合金作为铸造合金。 影响合金流动性的主要因素：合金的成分与铸件的凝固方式 外界条件 浇注条件： 浇注温度：在一定范围内，提高浇注温度，可使液态合金粘度下降，流速加快，还能使铸型温度升高，从而大大提高金属液的充型能力。但如果浇注温度过高，容易产生粘砂、缩孔、气孔、粗晶等缺陷。因此在保证金属液具有足够充型能力的前提下应尽量降低浇注温度。 铸钢：1520℃-1620℃ 铸铁：1230℃-1450℃ 铝合金：680℃-780℃ 浇口杯 直浇道 横浇道 内浇道 浇注压力 浇注系统结构 外界条件 铸型条件 铸型结构 铸型的导热速度越大或对金属液流动阻力越大，合金的充型能力越差。例如，液态合金在金属型中的充型能力比在砂型中差。 当铸件壁厚过小，壁厚急剧变化，结构复杂以及有大的水平面等结构时，都使金属液的流动困难。 合金的收缩性：铸件在冷却过程中，其体积和尺寸缩小的现象叫做收缩。合金的收缩量通常用体收缩率和线收缩率来表示。 Ⅰ：液态收缩 金属液体的过热度越高，液态收缩越多 Ⅱ：凝固收缩 结晶温度范围越宽，凝固收缩越大 Ⅲ：固态收缩 铸件的收缩会使铸件形状、尺寸发生变化，是产生铸造应力导致铸件变形，产生裂纹的主要原因。 t Ⅰ Ⅱ Ⅲ 体收缩率 影响收缩的因素有化学成分 、浇注温度 、铸件结构与铸型条件 。常用 的金属材料中，铸钢收缩最大，有色金属次之，灰口铸铁最小。灰口铸 铁收缩小是因析出石墨而引起体积膨胀的结果。 散热方向 凝固层 空穴 缩孔 冒口 收缩对铸件质量的影响： 缩孔与缩松 液态金属在冷却收缩过程中得不到充分补充而形成孔洞的现象。 散热方向 凝固层 缩松 缩孔与缩松的防止方法： 顺序凝固 同时凝固 冒口 浇口 结晶温度范围 越小的合金, 产生缩孔的倾 向越大,结晶温 度范围越宽的 合金,产生缩松 的倾向越大。 铸造应力、变形和裂纹： 铸造应力：铸件在冷却过程中，如果其固态收缩受到制约，就会在铸件内部产生铸造应力。 机械应力：铸件进入弹性状态时，收缩受机械阻碍引起的应力，如铸件收缩受到铸型、型芯或浇冒口的阻碍而引起的应力，落砂后阻碍消除，应力将自行消失。 相变应力：铸件在冷却过程中往往会产生固态相变。 碳钢发生 ? ? 转变时体积缩小 碳钢发生 ? α 转变时体积增大 铸件各部分冷却速度不同，发生相变不同步，出现铸造应力。 热应力：铸件各部分冷却速度不一致引起收缩量不一致造成。 开始时： 细杆2冷却快 拉应力 粗杆1冷却慢 压应力 后来： 细杆2冷却慢 压应力 粗杆1冷却快 拉应力 残余应力 收缩对铸件质量的影响： 变形和裂纹：当铸件中存在内应力时，会使其处于不稳定状态。当铸造应力值超过合金的屈服强度时，铸件将发生塑性变形；当铸造应力值超过合金的抗拉强度时，铸件将产生冷裂纹。 导轨面正确位置 模样反挠度 一般来说，薄壁或外层部位冷却速度快，存在压应力 如果铸件刚度不够，应力释放后往往会引起伸长或外 凸变形；反之，厚壁或心层部位冷却速度慢，存在拉 应力，会导致压缩或内凹变形。