[工学]2-1 铸造工艺基础.ppt

第二篇 铸 造 第一章 铸造工艺基础 第一节 液态合金的充型 第二节 铸件的凝固与收缩 第三节 铸造内应力、变形和裂纹 浇口 缩孔形成示意图 液态合金填满铸型型腔 ? 铸件表层凝固，形成封闭壳体，内部液体由于温度下降发生液态收缩，并对表层凝固收缩给予补充，液面下降，液面与表层硬壳脱离，形成一个真空空间 ? 铸件继续冷却，外壳内部液态金属继续凝固一层，发生凝固收缩，液态金属本身还发生液态收缩，并且对于凝固收缩给予补充，使得液面又继续下降一次。由于外界大气压作用，上面外壳还可能发生凹陷，这样凝固一层液面就下降一层，直至全部凝固完成。此时在铸件的上部形成一个倒锥形的集中缩孔。 缩松的形成 产生的基本原因和产生缩孔的是基本相同，但形成的条件又有所不同。合金的结晶温度范围比较宽，以糊状凝固方式凝固时就容易产生缩松。 凝固前沿 同时凝固区 缩松 缩松形成示意图 液态合金填满铸型型腔 ? 铸件表层凝固结壳 ? 内部有一个比较宽的液体和树枝状小晶体并存的凝固区 ? 树枝状小晶体长大互相接触，并且把还没有凝固的液体分割成为许多小的封闭区 ? 许多小的封闭区内的液体金属凝固收缩，得不到液体的补充，形成缩松。 缩孔和缩松的差别 形貌不同：缩孔是集中的倒锥形较大的孔洞；缩松是分散的细小孔洞。 产生的部位不同：缩孔产生在铸件厚大部位的上部或中心处；缩松一般出现在铸件中心轴线处。都产生在最后液体凝固的部位或热节（铸件凝固慢的节点或区域，一般在壁和壁相接或壁厚大的部位）处。 产生的条件不同：产生缩孔的条件是合金结晶温度范围窄小，铸件由表及里逐层凝固；产生缩松的条件是合金结晶温度范围宽，以糊状凝固方式凝固。 2.缩孔与缩松的防止 基本原则 制定合理工艺——补缩，将缩松转化成缩孔。 2.1控制铸件进行顺序凝固，同时设置冒口补缩 顺序凝固：铸件各部分按一定方向逐渐凝固，又称定向凝固。 工艺上是在铸件厚大的部位设置冒口和冷铁，可以使得铸件从冷铁附近向冒口方向进行定向凝固。 冒口：铸型内储存供补缩用的熔融金属的空腔，也指该空腔中填充的金属。 冷铁：为了增加铸件局部的冷却速度，在砂型中安放的金属物。 浇注系统 冒口 冷铁 冒口补缩示意图 设置冒口，是我们在工艺上防止缩孔和缩松形成的非常有效的一项措施。 铸件按照规定的方向顺序凝固，铸件的每一部分的收缩都会得到在以后凝固的金属液的补充，这样使得缩孔最后转移到冒口当中去，清理时将冒口切除即可。 2.2控制浇注温度和浇注速度 浇注温度高，液态收缩就越大，易产生缩孔。因此在保证充型能力的前提下，要尽量降低浇注温度。 浇注速度过快、过早停止浇注、金属液温度比较高都容易产生缩孔，浇注速度越慢，金属液流经铸型的时间越长，远离浇口的部位金属液的温度就越低，这时越有利于顺序凝固，所以慢浇有利于补缩，是防止缩孔形成的有效措施。 返 回 2.3合理选择铸造合金 共晶成分或结晶温度范围窄的合金，容易形成缩孔，不容易形成缩松，如果工艺合适，可以将缩孔转移到冒口，这样可以得到致密健全的铸件。 结晶温度范围宽的合金容易产生缩松，铸件的致密性比较差，因此对于致密性要求高的铸件，应尽量选用共晶成分或结晶温度范围窄的铸造合金。 下一页 一、铸造内应力 1.铸造内应力 铸件内由于铸造固态收缩受到阻碍而产生的应力。 铸件落砂后冷却到室温，仍存在于铸件不同部位的铸造应力。 铸造残留（残余）应力 应力过大，会使铸件产生裂纹。 残余应力不去除，零件在切削加工后会变形。 后 退 下一页 3.减小和消除内应力的措施 减小内应力的主要途径是减小铸件各部分冷却速度的差别（热应力）和改善铸型、型芯的退让性（机械应力）。 铸件结构设计 尽量使铸件各部分壁厚均匀。 铸件各部分的冷却收缩比较均衡一致，热应力就比较小。 后 退 箱 盖 零 件 铸造工艺设计 应该采用同时凝固原则。 这样铸件各部分的冷却速度比较均匀，温度就比较均匀。 同时凝固温度曲线 冷铁 铸件 温度(℃) 浇口 距离 Ⅰ Ⅱ Ⅲ 实现同时凝固措施： 浇口开在薄壁处，厚壁处加冷铁。 消除铸造残留应力 自然时效：将铸件放置在露天场地上，经过几天、几个月乃至半年以上，在这个过程中铸件内部有应力松弛的作用，这样使残留应力慢慢自然消失。需要时间长，效率低。长时间占用场地。 人工时效——去应力退火：热处理中讲过，对于零件形状尺寸、稳定性要求比较高的重要铸件，如床身、缸体、缸盖等都要进行消除铸造残留应力的退火处理。 下一页 二、铸件的变形 1.铸件变形产生的原因 指经过铸造后，铸件的形状和尺寸发生了变化，最常见的是挠曲变形。 在铸件冷却过程中，由于各部位的厚度不同，冷却速度不均匀，各部分收缩不能均匀一致，这样就产生变形。弯曲变形方向：厚部向内