材料成形(铸造).ppt

第一章 金属液态成型 定义：所谓金属液态成型，即铸造，casting，是将液态金属借助外力充填到型腔中，使其凝固冷却而获得所需形状和尺寸的毛坯或零件的工艺。 铸造工艺特点 （1）适应性广。适应铸铁，碳钢，有色金属等材料；铸件大小，形状和重量几乎不受限制；壁厚1mm到1m 。 （2）可复杂成形。适合形状复杂，尤其是有复杂内腔的毛坯或零件。 （3）成本较低。 （4）但也存在一些不足，如组织缺陷，力学性能偏低，质量不稳定，工作环境较差。因此，铸件多数做为毛坯用。 §1 金属液态成型工艺基础 本节主要内容：铸造工艺性问题 1.1 流动性及充型 （1） 流动性定义：flowability, 液态合金充满型腔，形成轮廓清晰，形状和尺寸符合要求的优质铸件的能力(CSS, configuration, shape and size)。 螺旋形流动性试样 见图1-2和表1-1。取浇注试样长度做比较度量。 分析表1-1。铸铁的流动性最好，最高可达1800mm。 此外应注意到，化学成分有很大影响，Wc+Si表示合金元素的含量，weight percent，用重量百分比度量。 影响合金流动性的材料因素 合金的流动性主要取决于它本身的化学成分。 合金的化学成分决定了2种凝固模式 纯金属和共晶合金，对应A点和C点成分，有确定的熔点，恒温结晶，结果在铸型中凝固过程将从表及里推进，称为逐层凝固 非共晶合金没有一个确定的熔点，它的凝固结晶是在一个温度区间内完成的，属非恒温结晶。在这个温度区间内，同时存在已经凝固的部分，如先晶，或树枝状晶主干，和还没有凝固的部分，固相和液相并存，象桨糊状态，流动性差，所以称为糊状凝固 影响熔融合金充型的工艺条件 ①浇注条件：主要指浇注温度，浇注速度和静压头高度。其中最重要的是浇注温度。 ②铸型：铸型温度，导热性，发气和排气，铸型结构。参看P3。 1.2液态合金的收缩 收缩定义是在凝固和冷却过程中，体积和尺寸减小的现象。 收缩历程对应凝固冷却过程可以分为3阶段 ①液态收缩 ②凝固收缩 ③固态收缩。 收缩是液态合金凝固冷却过程中的必然现象，它产生缩孔与缩松，内应力，变形和裂纹，对铸造工艺影响很大。 缩孔与缩松 铸造应力 铸件变形 铸件裂纹 1. 缩孔与缩松 定向凝固图解 2. 铸造应力与铸件变形 内应力产生原因： 凝固后固态收缩受阻引起。 热应力形成分析 所谓弹塑临界温度，epct（elastic plastic critical temperature）指金属从弹性状态向塑性状态转变的温度。实际就是对应的固相线温度tc。 在epct以上，金属处于塑性状态，应力可以通过塑性变形消除。 在epct 以下，金属处于弹性状态，应力不能通过弹性变形消除。 三杆热应力分析模型 典型结构变形举例 铸件变形归纳 由于内应力的存在，厚薄不均、截面不对称以及细长杆、板、轮类零件，在铸造应力超过铸件材料的屈服极限时，产生的翘曲变形。 减小应力措施 ①工艺上同时凝固原则； ②改善铸型和型芯的退让性； ③去应力退火。 1.3??? 铸件常见缺陷 冷隔、浇不足 气孔 粘砂、夹砂 砂眼，胀砂 归 纳本节主要介绍铸造工艺性：流动性与收缩。 1.流动性：充型 2.收缩：缩孔与缩松，内应力：热应力与机械应力（厚拉薄压），变形与裂纹： 拉凹压凸；热裂纹与冷裂纹。 3.其它缺陷 思考题：P62，1-1，1-3，1-5 * * 材料成形技术基础 Fundamental of Materials Forming Faculty of Mechanical Engineering Jimei University 前 言 材料是人类文明的基石，是现代高科技的三大支柱之一。没有材料，就没有人类文明。 但是，材料需要成形才能使用，材料的发展和成形工艺的发展是密不可分的。所以材料成形工艺是材料能否得到善用的关键。 1.金属液态成形 2.金属塑性成形 3.金属连接成形 4.非金属材料成型 5.材料成形方法选择 本 课 程 内 容 注意2个过程：（1）充填型腔；（2）凝固冷却 分 类 按造型分: 砂型铸造与特种铸造。 砂型铸造是基础，特种铸造是在砂型铸造基础上革新发展起来的。 型砂配制?造型?砂型干燥 工装准备?炉料准备?合金冶炼 芯砂配制?造芯?型芯干燥 工艺三大块：冶炼，造型（芯）和浇注 ?落砂清理?铸件检验?入库 砂型铸造工艺流程图 ?合型浇注?凝固冷却? 1.熔融合金的流动性与充型 2.凝固过程中的收缩及其影响 3.铸件常见缺陷 流动性通义是流体的流动能力，但不同学科对流动性有不同的定义，这里是材料成形学的定义。它的定义说流动性是这样的一种