材料工程基础课件：Chapter 3 Melting and Casting of Metals 液态金属成形.ppt

Chapter 3 Melting and Casting of Metals 液态金属成形 主要内容 钢锭模成形和连铸工艺 铸造技术(砂型铸造和特种铸造) 单晶生长技术 快速凝固技术 1.1 钢锭模 1. 顶铸 设备简单，无废料，但喷溅（表面质量不好），涡流（卷气、熔渣不易排除） 2. 底铸 浇冒口，特别适合铝合金，形成表面保护膜，这种方法尤为重要 1.2 连铸工艺 连铸 首先在Al、Cu等有色金属（non-ferrous metal）中，现在被大量应用在钢铁（ferrous）工业中，70－90％钢水被连铸，钢厂现代化程度的标志。 连铸过程介绍 垂直连铸 水平连铸 优点：1）不需要先铸锭，再加热、开坯、成形； 2）生产力高，不需要去冒口，节省人力； 3）连铸、连轧工艺，实现自动化。 缺点：投资大 2 铸造技术（制备零件 ） 金属的充型能力 铸件的收缩 铸件中的缺陷 砂型铸造 特种铸造 2.1 金属的充型能力 液态金属充填铸型型腔，获得完整形状、轮廓清晰铸件的能力，影响因素： （1）金属的流动性 相图有关（材料本身的性质），凝固方式（逐层凝固、糊状） （2）浇注条件 浇注温度越高，粘度小，流动性好，充型压力.特殊条件（如薄壁件）采用压力铸造。 2.2 铸件的凝固与收缩 铸件的凝固方式 逐层凝固，糊状凝固，中间凝固 影响因素：相图中两相区温度间隔、液相温度梯度 2.铸件的收缩 液态收缩，凝固收缩，固态收缩 2.3 铸件中的缺陷 （1）缩孔和缩松；形成机制，对性能的影响，冒口、铸造工艺、控制凝固方式等 （2）压力和裂纹，变形；形成机理，对性能的影响，零件设计、铸造工艺、热处理。 （3）偏析和气孔；形成机理（用相图解释，树枝晶生长）对性能的影响 ，热处理、排气 2.4 砂型铸造 意义，应用 设备 工艺 合金 2.4.1 设备 （1）熔炼设备 冲天炉 感应炉 电弧炉 （2）造型设备 （3）落砂、清理 设备 2.4.2 工艺 (1)型砂，测量 石英砂、膨润土、粘土、水玻璃、水 A.强度 B.透气性 C.退让性 凝固顺序（快冷） 2.4.3 合金 （1）熔炼，去渣、出铁水、成分控制 铸铁（冲天炉），炼钢（电弧炉），有色金属（电炉），成分精密控制（电炉） （2）合金化，1Cr18Ni9Ti, 30CrNiMo, Si铁 等等 （3）孕育处理――增加核心 （增加异质核心） 变质处理――控制长大 （控制晶粒长大） 球化处理――改变形态 （控制生长各向异性） 2.4.4 生产过程 选择一个合适零件，举例说明砂型铸造各阶段的全过程 材料45＃或球墨铸铁造型采用砂型铸造 1 技术准备 （1）浇注位置和分型面的选择 （2）确定主要工艺参数 (收缩量、加工余量、拔模斜度) （3）浇注系统设计（确保液态金属能够平稳而合理地充满型腔） （4）补缩系统设计（消除因液态金属收缩和凝固收缩而产生地缩孔和缩松，采用冒口和冷铁工艺） 2. 生产准备 （1）模样和芯盒的设计 模样决定了铸型型腔即铸件外部的形状和尺寸，型芯决定零件内部形状 （2）型（芯）沙的制备 3. 基本工艺过程 （1）造型和制芯 （2）合箱 （3）熔炼合金 45＃（感应炉，电炉）球铁（冲天炉，感应炉） 45＃：废料，新钢，荧石，氧化还原反应，控制C 、Si、Mn、P、S、O出钢水 球铁：废铁，生铁，荧石，（焦炭），C、Si、Mn、P、S、O，合金化，球化处理 （4）浇注 （5） 落沙和清理 2.5 特种铸造 金属型铸造 熔模铸造 压力铸造 离心铸造技术 2.5.1 金属型铸造 金属型铸造是指利用金属铸型，在重力条件下将熔融金属浇入铸型中制造铸件的一种铸造方法。金属型可以重复使用数百次甚至数万次。 优点： （1）金属型可以连续重复使用，生产率高，劳动条件好； （2）铸件质量稳定，尺寸精度高、表面粗糙度低； （3）金属型散热能力强，铸件晶粒细化、组织致密，力学性能明显提高。 局限性： （1）金属型成本高；（2）无透气性和退让性，铸件易浇不足和开裂；（3）受铸型限制，铸件熔点不易太高。 应用： 适用大批量有色金属铸件生产 2.5.2 熔模精密铸造 熔模铸造是指利用易熔材料（例如腊）制成模型，并在模型表面粘结一定厚度的耐火材料，然后将模型熔失，金属液充满型腔的一种铸造方法。 熔模铸造工艺过