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2、式,第二級,第三級,第四級,第五級,*,*,單擊此處編輯母版標題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級,第三級,第四級,第五級,*,*,單擊此處編輯母版標題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級,第三級,第四級,第五級,*,*,單擊此處編輯母版標題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級,第三級,第四級,第五級,*,*,單擊此處編輯母版標題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級,第三級,第四級,第五級,*,*,單擊此處編輯母版標題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級,第三級,第四級,第五級,*,單擊此處編輯母版標題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級,第三級,第四級,第五級,*,單擊此處編輯

3、母版標題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級,第三級,第四級,第五級,*,單擊此處編輯母版標題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級,第三級,第四級,第五級,*,金屬液態(tài)成形,金屬的液態(tài)成型,金屬液態(tài)成型,是指將液態(tài)金屬填充到鑄型的型腔中待其冷卻凝固后獲得所需形狀、尺寸和性能的鑄件毛坯（或零件）的成型方法，即：鑄造。,6.1,合金的液態(tài)成型工藝理論基礎,一,.,凝固方式,金屬的液態(tài)成型實際上就是熔融金屬在,鑄型中的凝固過程。,三種凝固方式,01,逐層凝固,：純金屬或共晶成分的合金是恒溫凝固，凝固區(qū)寬度幾乎為零，凝固前沿清楚地將液、固相分開，由表層逐層向中心凝固。,02,糊狀凝固,：合金的結晶

4、溫度范圍很寬，且鑄件的溫度分布較為平坦，凝固時，鑄件表面并不存在固體層，而液、固并存的凝固區(qū)貫穿整個斷面，先呈糊化而后再固化。,03,中間凝固,：多數(shù)合金的凝固介于兩者之間，為中間凝固方式。,三種凝固方式示意圖,鑄件質量與其凝固方式密切相關。一般，逐層凝,固時，合金的充型能力強，便于防止縮孔和縮松；糊,狀凝固，則難以獲得結晶緊密的鑄件。,影響凝固方式的因素,合金的結晶溫度范圍,合金的結晶溫度范圍愈小,凝固區(qū)愈窄，愈傾向于逐層凝,固；反之，則傾向于逐層凝固。,鑄件的溫度梯度,當合金成分已確定，,凝固,區(qū)的寬窄，取決于其內(nèi)外層的,溫度梯度。,鑄件的溫度梯度愈,大，凝固區(qū)愈窄，愈傾向于逐,層凝固。鑄

5、件的溫度梯度愈小,，凝固區(qū)愈寬，愈傾向于糊,狀凝固。,二.合金的充型能力,01,合金在液態(tài)成型過程中表現(xiàn)出的工藝性能稱為鑄造性能。它包括液態(tài)合金的充型能力，合金的凝固與收縮、鑄造應力與裂紋，吸氣與偏析等。,02,液態(tài)合金填充鑄型型腔的過程稱為充型。,03,充型能力是使液態(tài)金屬充滿型腔并使鑄件形狀完整、輪廓清晰的能力。它首先與合金本身的流動性有關，同時澆注條件、鑄形填充條件、鑄件結構等對充型能力也有影響。,1.,合金的,流動性,（,1,）慨念：指液態(tài)金屬的流,動能力，在鑄造過程中即表現(xiàn),為液態(tài)金屬充填鑄型的能力。,合金流動性的大小，通常以螺,旋形試樣的長度來衡量。,合金的流動性愈好，充型能力愈強

6、，流動性良,好時，不僅易于鑄造出,輪廓清晰、薄而復雜,的鑄,件，而且有助于合金在鑄型中,收縮時得到補充,，,有利于液態(tài)金屬中的,非金屬夾雜物和氣體的上浮,與排除,。若流動性不足，則鑄件易產(chǎn)生,澆不足、,冷隔、縮孔、氣孔、夾渣,等缺陷。,（）影響流動性的因素,合金的種類,不同合金，其澆注溫度和,凝固溫度范圍均不相同。,如：,鑄鐵 導熱性差，不易散,熱，凝固慢，流動性好；,鑄鋼 熔點高，散熱快，,凝固快，流動性差；,鋁合金 導熱性好，散熱快，,流動性差；,等等。,合金的成分,不同成分的鑄造合金主要是由于其結晶特點的不同,而影響其流動性的。,純金屬及共晶合金在恒溫下結晶，結晶時液態(tài)金屬,從表層逐層向

7、中心凝固，對金屬液的流動阻力小，流動,性好。,其它合金的結晶是在一定溫度范圍內(nèi)凝固，固態(tài)的,樹枝狀晶體對金屬液的流動阻力大，流動性差。,2.澆注條件,（1）澆注溫度,澆注溫度愈高，合金的粘度下降，金屬液的流動阻,力減?。磺乙蜻^熱度高，金屬液的流動時間長，所以流,動性好。,但澆注溫度過高，鑄件易產(chǎn)生縮孔、縮松、粘砂、,氣孔等缺陷。因此在保證足夠流動性的前提下，澆注溫,度不易過高。通常遵循“高溫出爐，低溫澆注”的原則。,通?；诣T鐵的澆注溫度為12001380；,鑄鋼的澆注溫度為15201620；,鋁合金的澆注溫度為680780；,形狀復雜或薄壁件取上限。,（,2,）澆注壓力,液態(tài)合金在流動方向上所

8、受到的壓力越大，充型能,力愈好。,3.,鑄型特點,（,1,）,鑄型蓄熱能力（鑄型從熔融合金中吸收和傳遞熱量的能力）,（,2,）鑄型溫度,（,3,）鑄型結構,（,4,）鑄型中的氣體,總之，鑄型中凡能增加金屬流動阻力、降低流速、加快冷卻速度的因素，均能降低合金的流動性；反之，則可提高合金的流動性。,三.合金的收縮性能,1.合金收縮的概念,液態(tài)合金在液態(tài)、凝,固態(tài)和固態(tài)過程中所發(fā)生,的體積和尺寸減小的現(xiàn)象,叫做收縮。,收縮是鑄件中許多缺,陷（如：縮孔、縮松、熱,裂、應力、變形和裂紋）,等產(chǎn)生的基本原因。,合金收縮的三個階段,液態(tài)收縮,凝固收縮,固態(tài)收縮,金屬液溫度下降，液面降低，液態(tài)金屬體積減小。（

9、與澆注溫度有關）,液態(tài)金屬凝固，體積顯著減小。（與合金結晶的溫度范圍有關）,固態(tài)金屬繼續(xù)冷卻，體積減小。一般直接表現(xiàn)為鑄件外型尺寸的變小。,合金的總收縮為上述三種收縮的總和。其中,液態(tài)收縮,和,凝固收縮,形成鑄件的,縮孔和縮松,，固態(tài)收縮使鑄件產(chǎn)生,內(nèi)應力、變形和裂紋,。,液態(tài)收縮時，合金從澆注溫度冷卻到液相線溫度。（體收縮）,凝固收縮時，合金從液相線溫度冷卻到固相線溫度。（體收縮）,固態(tài)收縮時，合金從固相線溫度冷卻到室溫。（線收縮）,合金的收縮量可用體收縮率和線收縮率來表示。,體收縮率,：單位體積的變化量。,線收縮率,：單位長度的變化量。,2.影響合金收縮的因素,（1）化學成分,不同種類的合

10、金，收縮率不同；同類合金，,化學成分不同，收縮率也不同。,C、Si：強烈促進鑄鐵石墨化，鑄鐵體收縮減,??；,S：強烈阻礙鑄鐵石墨化，鑄鐵收縮增大；,Mn：可抵消對S石墨化的阻礙作用，適量的Mn,可使鑄鐵收縮減小。,（,2,）澆注溫度,合金的澆鑄溫度越高，過熱度越大，液態(tài)收,縮也越大，總收縮也越大。因此在滿足足夠流動,性的前提下，盡量采用低的澆注溫度。遵循“高,溫出爐，低溫澆鑄”的原則。,（,3,）鑄件結構與鑄型條件,由于鑄件各部分冷速不同，鑄型和型芯對鑄件收縮的阻力，因此鑄件的實際線收縮率比合金自由收縮率小。,3.,合金收縮造成的鑄造缺陷,（,1,）,縮孔與縮松,縮孔與縮松的形成,澆入鑄型的液

11、態(tài)合金在凝固過程中，若液態(tài)收縮,和凝固收縮所縮減的體積得不到補充，在鑄件最后凝,固的部位會形成空洞，容積大而集中的是縮孔，容積,小而分散的是縮松。,影響縮孔與縮松的因素,化學成分,結晶溫度范圍越小的合金，產(chǎn)生縮孔的傾向越大；,結晶溫度范圍越大的合金，產(chǎn)生縮松的傾向越大。,澆鑄條件,提高,澆鑄溫度,，合金的總體積收縮和縮孔傾向增,大；,澆鑄速度,很慢或冒口中不斷補澆合金液，使液態(tài),和凝固收縮及時得到補償，總體積收縮和縮孔減小。,鑄型材料鑄件結構,鑄型材料對鑄件冷卻速度影響很大。冷卻速度大，,凝固區(qū)域變窄，縮松減少。,縮孔與縮松的防止,控制鑄件的凝固過程,采用,“順序凝固”,或,“同時凝固”,原則

12、，在,鑄件最后凝固地方，設置冒口來補縮。,順序凝固,原則適用于收縮大或壁厚差別較大，易產(chǎn)生縮孔的鑄件。其缺點是：鑄件各部分溫差大，會引起較大的熱應力，此外，由于要設置冒口，增大了金屬的消耗及切除毛口的工作量。,同時凝固,原則適用于收縮小或壁厚均勻的薄壁鑄件，采用,同時凝固,原則，鑄件熱應力小，但在鑄件中心往往產(chǎn)生縮松。,對結構復雜的鑄件，既要避免產(chǎn)生縮孔和縮松，又要減小熱應力，防止變形和裂紋，這兩種凝固原則可同時采用。,合理應用冒口、冷鐵等工藝措施,冒口一般設置在鑄件厚,壁和熱節(jié)部位，尺寸應保證,比補縮部位晚凝固，并有足,夠的金屬液供給，形狀多為,園柱形。,冷鐵通常是用鑄鐵、鋼,和銅等金屬材料

13、制成的激冷,物，與冒口配合，可擴大冒,口的有效補縮距離。,（2）鑄造應力、鑄件的變形與裂紋,鑄造應力,：鑄造應力分為熱應力和機械應力,鑄造應力的形成,熱應力：由于鑄件壁厚不均，各部分的冷卻速度不同而導致各部分收縮不一致引起的鑄件內(nèi)部應力。,階段（,t0,t1,）：,、,桿都處于塑性狀態(tài)，無應力產(chǎn)生。,階段（,t1,t2,）：,桿為塑性狀態(tài)，,桿為彈性狀態(tài)，無應力產(chǎn)生。,階段（,t2,t3,）：,、,桿都處于彈性狀態(tài)，,桿受拉，,桿受壓。,機械應力：,鑄件冷卻到彈性狀態(tài)后，由于受到鑄型、型芯和澆、冒口等的機械阻礙而產(chǎn)生的鑄件內(nèi)部應力。一般都是拉應力。,減少和消除鑄造應力的方法,采用“同時凝固”原

14、則；,改善鑄型、型芯的退讓性，合理設置澆、冒口等；,采用能自由收縮的鑄件結構（形狀簡單，壁厚均勻）；,對鑄件進行時效處理，消除內(nèi)應力。,鑄造應力使鑄件的精度和使用壽命大大降低。在存放、加工或使用過程中鑄件內(nèi)部的殘余應力將重新分布，使鑄件發(fā)生變形或裂紋。,鑄件的變形與裂紋,鑄件的變形,由于鑄件冷卻快的,部分受拉應力，冷卻慢,的部分受壓應力，因此，鑄件厚的部分向內(nèi)凹，薄的部分向外凸。如：床身鑄件的變形。,對厚薄均勻的平板鑄件，中心部位冷卻慢受拉應力，周邊受壓應力，且上面比下面冷卻快，因此中間向外凸。,變形的原因：,處于應力狀態(tài)的鑄件不穩(wěn)定，將通過變形來減小內(nèi)應力，逐漸趨于穩(wěn)定。,防止鑄件變形的方法

15、：,盡量減少鑄件內(nèi)應力；,使鑄件結構對稱，內(nèi)應力互相平衡而不易變形；,采用反變形法以補償鑄件變形；,在鑄件上設置拉筋來承受一部分應力，待鑄件經(jīng)熱處理后再去掉。,鑄件的裂紋,熱裂,產(chǎn)生：,凝固末期，金屬的強度和塑性都很低，若鑄件收縮受阻產(chǎn)生的很小應力也能超過該溫度下金屬的強度，即發(fā)生熱裂。熱裂分布在應力集中部位或熱節(jié)處。,防止：,采用合理的鑄件結構；改善鑄型、型芯的,退讓性；內(nèi)澆口設置應符合“同時凝固”原則；減少硫含量等。,冷裂,產(chǎn)生：,在較低的溫度下，由于熱應力和機械應力的綜合作用，使鑄件的應力大于金屬的強度極限而產(chǎn)生冷裂。冷裂往往出現(xiàn)在鑄件受拉應力的部位，尤其是應力集中處。,防止：,盡量減小

16、鑄造內(nèi)應力；降低材料的脆性，主要是減少,S,、,P,的含量；。,四.合金的偏析和吸氣性,1.合金的偏析,鑄件凝固時出現(xiàn)化學成分、金相組織不均勻,的現(xiàn)象稱為合金的偏析。偏析造成了鑄件性能的,不均勻，使鑄件整體的機械性能下降，并影響鑄,件的耐蝕性、氣密性和切削加工性。,（1）晶內(nèi)偏析：同一個支晶內(nèi)支桿和支葉的化學成分不均勻。,產(chǎn)生：結晶溫度范圍較大合金，結晶時，熔點較,高的成分先結晶，形成樹枝晶的枝干，而熔點較,低的成分則存于枝叉的空隙內(nèi)或晶界上后結晶。,影響：,晶粒內(nèi)機械性能不均勻，降低使用壽命；,晶粒內(nèi)化學性能不均勻，降低抗蝕性；,消除方法：,使鑄件緩慢冷卻；,對鑄件進行長時間高溫擴散退火。,（,2,）密度偏析（,又稱區(qū)域偏析）,：在凝固過程 中，先結晶部分的密度與剩余液體的密度不同，化學成分不均勻。,消除方法：,澆注時進行攪拌，使各部分密度均勻。,2.,吸氣性：合金在熔煉和澆注時吸收氣體的性能。,氣體在鑄件中形成的的孔洞是氣孔。它破壞,了金屬的連續(xù)性，減少了有效承載面積，并且在,氣孔附近引起應力集中，從而降低了鑄件的機械,性能，尤其是沖擊韌性和疲勞強度。彌散性氣孔,還促使顯微縮松的形