《charpter2_3_铸造第三章__粉末冶金.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《charpter2_3_铸造第三章__粉末冶金.ppt（65页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、铸造非常重要，在一般的机械设备中，铸件占机器总量的45%-90%，而铸件的成本仅占机器总量的20%-25%。铸造通常是指将液态材料浇入与零件形状、尺寸相适应的铸型型腔中。冷却凝固后，获得毛环或零件的方法。用铸造方法制造的毛坯或零件成为铸件.冶炼铸造铸锭冷冲热锻冷轧板、棒、型材、管材焊接机加工机加工冷轧热拔锻件铸件零件第二章 液态材料的成形 铸造工艺转炉自由度演示免维护性免维护性结构简洁结构简洁机构稳定机构稳定元件可靠元件可靠 2.2 铸造工艺特点 铸件的质量与合金的铸造性能密切相关。合金的铸造性能是指合金在铸造过程中表现出来的工艺性能，如：流动性、收缩性、吸气性、各部位的成分不均匀性(偏析)等
2、。一、液态金属的充型能力 液态金属充满铸型型腔、获得形状完整、轮廓清晰的铸件的能力，叫做液态金属的充型能力。充型能力主要受金属液本身的流动性、铸型性质、浇注条件及铸件结构等因素的影响。1、合金的流动性对充型能力的影响 流动性是指金属液本身的流动能力，是金属的固有性质，主要取决于金属的结晶特性和物理性质。金属液的流动性越好，充型能力越强。流动性的好坏通常用螺旋形试样的长度螺旋形试样的长度来衡量 试样长度大，说明流动性好。合金造型材料浇注温度/螺旋线长度/mm灰铸铁砂型13001800铸钢砂型16001640100200锡青铜砂型1040420硅黄铜砂型11001000铝合金金属型（300 ）68
3、0720700800常用合金流动性Fe-C合金流动性与碳含量的关系纯金属和共晶成分的合金是在恒温下结晶，流动性能好；共晶成分的合金往往熔点低，保持液态的时间长，其流动性能好。非共晶成分的合金，在一定的温度范围内结晶，流动性差，而且合金的结晶温度范围大，枝晶越发达，其流动性越差。2、浇铸（pouring）条件对充型能力的影响 a 浇注温度 提高浇注温度，流速加快；使铸型温度升高，金属散热速度变慢 但浇注温度过高，容易产生粘砂、缩孔、气孔、粗晶等缺陷。b充型压力如压铸、提高直浇道高度等，会使流动性增加，增加充型能力。3、铸型条件对充型能力的影响 铸型中凡能增加金属液流动阻力，降低流动速度和加快冷却
4、速度的因素，如型腔复杂，直浇道过低，浇口截面积小或不合理，型砂水分过多，铸型排气不畅和铸型材料导热性过高等，均能降低充型能力。为改善铸型的充填条件，在设计铸件时必须保证其壁厚不小于规定的“最小壁厚”，在铸造工艺上也要采取相应的措施。一般砂型铸造条件下，铸件的最小壁厚/mm铸件尺寸铸钢灰铸铁球墨铸铁可锻铸铁铝合金 钢合金5005001520 1520-6-二、合金的凝固特性 合金从液态到固态的状态转变称为凝固或一次结晶。许多常见的铸造缺陷，如缩孔、缩松、热裂、气孔、夹杂、偏析等，都是在凝固过程中产生的。1、逐层凝固 纯金属或共晶成分合金在恒温下结晶，凝固过程中铸件截面上的凝固区域宽度为零，截面上
5、固液两相界面分明，随着温度的下降，固相区不断增大，逐渐到达铸件中心。2、体积凝固 当合金的结晶温度范围很宽，或因铸件截面温度梯度很小，铸件凝固的某段时间内，其液固共存的凝固区域很宽，甚至贯穿整个铸件截面，这种凝固方式称为“体积凝固”（或浆糊凝固）。3、中间凝固 金属的结晶温度范围较窄，或结晶温度范围虽宽，但铸件截面温度梯度大。铸件截面上的凝固区域宽度介于逐层凝固与体积凝出之间，称为“中间凝固”方法。a 合金的结晶温度范围（取决于合金成分）(范围越小越趋于逐层凝固)b 铸件的温度梯度（梯度越大越趋于逐层凝固）。合金的凝固温度愈低、导热率愈高、结晶潜热愈大，铸件内部温度均匀倾向愈大，而铸型的冷却能
6、力下降，铸件温度梯度愈小。铸型的蓄热能力愈大，则激冷能力强，铸件温度梯度大；浇注温度愈高，铸型吸热愈多，冷却能力下降，铸件温度梯度减小。影响凝固方式的主要因素凝固方式对铸件质量影响：通常，逐层凝固时，合金的充型能力强，产生冷隔、浇不足、缩孔、编析、热裂等缺陷的倾向小。因此，当采用结晶温度范围宽的合金（如有色金属、球墨铸铁等）时，应采取适当的工艺措施，增大铸件截面的温度梯度，减小其凝固区域，防止某些铸造缺陷的产生。三、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。它是铸造合金固有的物理性质。金属从液态冷却到室温，要经历三个相互联系的收缩阶段：液态收缩、凝固收缩、固态收缩。a 金
7、属的液态收缩和凝固收缩，表现为合金体积的缩小，用体收缩率表示，是铸件产生缩孔和缩松的根本原因。b 固态收缩 使铸件在各方向上都表现出线尺寸减小，对铸件形状和尺寸精度影响最大，用线收缩率表示，是产生内应力以至引起变形和产生裂纹的主要原因。1、影响收缩的因素 化学成分、浇注温度、铸件结构与铸型条件化学成分对收缩率的影响合金种类浇注温度/液态收缩率%凝固收缩率%固态收缩率%总体收缩率%碳素铸钢16101.63.07.8612.16白口铸铁14002.11.25.46.31212.9灰铸铁14003.50.13.34.26.07.8浇注温度：主要影响液态收缩。浇注温度升高，液态收缩增加，总收缩量相应增
8、加。铸件的收缩是受阻收缩：阻力来源，一：由于铸件壁厚不均匀，各部分冷却速度不一致，相互制约而产生阻力；二：铸型和型芯对收缩的机械阻力。铸件收缩时受阻越大，实际收缩率就越小。因此在设计和制造模样时，应根据合金种类和铸件的受阻情况，采用合适的收缩率。a 缩孔和缩松的产生缩孔：纯金属和共晶合金在恒温下结晶，逐层凝固。缩孔常集中在铸件上部或粗大部位等最后凝固的区域。缩松：具有一定凝固温度范围的合金，凝固是在较大的区域内同时进行的，容易形成缩松。缩松常分布在铸件壁的轴线区域及厚大部位。2、收缩对铸件质量的影响也可能同时缩孔和缩松b 铸造应力、变形和裂纹1）热应力 铸件壁厚不均匀，各部分冷却速度不同，以致
9、在同一时期内各部分收缩不一致引起的应力。一旦产生就不会自行消除，故又称残余应力。金属在冷却过程中，从凝固终止温度到再结晶温度阶段，处于塑性状态。此时，伸长率高、塑性好，在较小的外力下，就会产生塑性交形，但不会产生应力；低于再结晶温度的金属处于弹性状态，受力时不仅产生弹性交形，而且还产生应力。2）机械应力 合金的线收缩受到铸型、型芯、浇筑系统和冒口的机械阻碍作用而形成的应力。铸件落砂之后，随着阻碍作用的消除，应力也自行消除，。因此机械应力是短暂的，但当与其他应力迭加时会增大铸件产生变形与裂纹的倾向。当铸造应力超过材料的强度极限时铸件会产生裂纹，裂纹有热裂纹和冷裂纹两种。热裂纹是在铸件凝固末期的高
10、温下形成的，其形状特征是：裂纹短，缝隙宽，形状曲折缝内呈氧化色。铸件的结构不好，合金的收缩率高，型砂或芯砂的退让性差，合金的高温强度低等，易使铸件产生热裂纹。冷裂纹是在较低温度下形成的裂纹，常出现在铸件受拉伸的部位其形状细小，呈连续直线状、裂纹断口表面具有金属光泽或轻微氧化色。当铸件产生的应力的总和，大于该温度下金属的强度时，则产生冷裂。壁厚差别大、形状复杂的铸件，尤其是大而薄的铸件易于发生冷裂。凡是减少铸造内应力或降低合金脆性的因素，都有利于防止冷裂的产生。裂纹3 3、防止缩孔和缩松的方法、防止缩孔和缩松的方法：顺序凝固原则顺序凝固原则 设置冒口、冷铁设置冒口、冷铁阀体铸件的两种铸造方案：左
11、侧是阀体铸件的两种铸造方案：左侧是未安设冒口时，在热节处未安设冒口时，在热节处(即内接圆即内接圆直径最大的厚大部位），可能产生直径最大的厚大部位），可能产生缩孔，右侧为安设冒口和冷铁后，缩孔，右侧为安设冒口和冷铁后，因铸件实现顺序凝固而免除了缩孔因铸件实现顺序凝固而免除了缩孔的出现。的出现。4 4、减少铸造应力的方法：、减少铸造应力的方法：a a 同时凝固原则：浇口开在薄壁处、厚壁处放冷铁。同时凝固原则：浇口开在薄壁处、厚壁处放冷铁。b b 改善铸型和砂芯的退让性改善铸型和砂芯的退让性5、顺序凝固原则与同时凝固原则顺序凝固的特点是温差大，内应力大，容易产生变形和裂纹。此外，设置冒口，增加了金属
12、的消耗，耗费了工时。顺序凝固主要用于凝固收缩大、结晶温度范围窄的合金。如铸钢、高牌号灰铸铁、可锻铸铁和黄铜等。顺序凝固的原则：使铸件的凝固按薄壁-厚壁-冒口的顺序先后进行，让缩孔集中在冒口中，从而获得致密的铸件。为了使冒口真正起到补缩作用，必需保证冒口最后凝固，故冒口的尺寸要足够大，并尽可能设置在铸件的最厚和最高处，有条件的话，应使金属液从内浇口流经冒口，再进入型腔。铸件上重要表面放铸型下面，如果做不到可放侧面或倾斜放置，截面较厚的部分放上面便于设冒口补缩床身的主要工作面朝下床身的主要工作面朝下卷扬筒的工作面置于侧壁卷扬筒的工作面置于侧壁四、常用铸造合金的铸造性能特点1、铸铁 a.灰铸铁：熔点
13、较低，流动性好，凝固温度范围小，凝固收缩小。具有良好的铸造性能。b.可锻铸铁：熔点比灰铸铁高，凝固温度范围较大，流动性差。体积收缩和线收缩都较大。提高浇注温度，采取顺序凝固原则，设置冒口和冷铁。c.球墨铸铁：性能介于灰铸铁和铸钢之间，流动性和灰铸铁基本相同。但球化处理时铁水温度有所下降，必须提高铁水出炉温度。球墨铸铁在凝固收缩前有较大的膨胀。应采用提高铸型刚度，增设冒口等防止缩孔、缩松的产生。2、铸钢 a 熔点高，易产生粘砂：型砂具有较高的耐火性、透气性和强度。b 流动性比铸铁差，应采用干砂型，增大浇注系统截面积，保证足够的浇注温度等提高充型能力。c 收缩性大，要设置较多、尺寸较大的冒口，采用
14、顺序凝固原则防止缩孔、缩松的产生。(见左下图)。对壁厚均匀的薄壁对壁厚均匀的薄壁铸钢件，可采用同铸钢件，可采用同时凝固原则和多通时凝固原则和多通道的内浇口道的内浇口(见右下见右下图图)，使钢，使钢 液能尽快液能尽快而均匀地填充砂型。而均匀地填充砂型。3、铸造有色金属 常用的有铝合金和铜合金，大都流动性好、收缩性大、易吸气和氧化。熔点低，易被污染和烧损。因而应在坩埚炉内进行熔化。铸造的分类铸造砂型铸造砂型铸造特种铸造特种铸造熔模铸造熔模铸造压力铸造压力铸造低压铸造低压铸造离心铸造离心铸造金属型铸造金属型铸造 2.3 砂型铸造 砂型铸造是在砂型中生产铸件的铸造方法。型（芯）砂通常由石英砂、粘土（或
15、其它粘结材料）和水按一定的比例混制而成的。型（芯）砂要具有“一强三性”，即一定的强度、透气性、耐火性和退让性。砂型可用手工制造，也可用机器制造。砂型铸造的特点：是目前最常用、最基本的铸造方法。造型材料来源广、价格低廉，所用设备简单，操作方便灵活，不受铸造合金种类、铸件形状和尺寸的限制，并适合于各种生产规模。目前，我国砂型铸造铸件约占全部铸件产量的80%以上。机床床身、轧钢机机器、混速器箱体、带轮等一般铸件常用砂型铸造。一、砂型铸造工艺过程收缩液态收缩凝固收缩固态收缩内应力变形、裂纹缩孔、缩松改善退让性合金的收缩性第4次课重点内容二、铸件结构工艺性:指铸件的本身结构应符合铸造生产的要求，既便于整
16、个工艺过程的进行，又利于保证产品质量。1、铸件结构应利于简化铸造工艺a 铸件外形要尽量简单，并尽量少用曲面，尽量避免使用活块。b 铸件内腔结构应符合铸造工艺要求，尽量不用或少用型芯。图a)分型面取在箱体开口处，将整个铸件置于上箱中，下芯方便，但合箱时无法检验型芯位置，容易产生箱体四周壁厚不均匀，显得不合理，应采用图b)所示方案。方案(a)有两个型芯，大的一个型芯呈悬臂状，安放时须用型芯撑A，稳定性和排气性差。方案(b)只用一个整体型芯其结构工艺性好。c 铸件的结构斜度 凡垂直于分型面的非加工表面，应留一定大小的结构斜度，以利于起模和保证铸件尺寸精度。2、铸件结构应利于避免产生铸件缺陷 a 壁厚
17、合理 最小壁厚，尽量减小壁厚（细化晶粒，节省材料）为保证强度可用加强筋，避免厚大截面。b 铸件壁厚力求均匀c 铸件壁的连接 铸件拐弯和交接处应采用较大的圆角连接，避免锐角结构(见图2-17)，以避免因应力集中而产生开裂。d d 避免较大水平面避免较大水平面 2.4 特种铸造 砂型铸造有许多优点，但也存在一些难以克服的缺点，如一型一件、生产率低，铸件表面粗糙，加工余量较大，废品率较高，工艺过程复杂，劳动条件差等。为了克服这些缺点，在生产实践中发展出一些区别于砂型铸造的其它铸造方法。我们统称为特种铸造。特种铸造方法很多，不同的方法往往在某种特定条件下，适应不同铸件生产的特殊要求，以获得更好的质量或
18、更高的经济效益。以下介绍几种常用的特种铸造方法。一、熔模铸造 用易熔材料如蜡料制成模样，在模样上包覆若干层耐火涂料，制成型壳，熔出模样后经高温焙烧即可浇注的铸造方法，又称“失蜡铸造”。铸件有较高的精度和表面质量，故有“精密铸造”之称。1、基本工艺过程蜡模制造（a-b-c-d-e-f）结壳脱蜡(g)焙烧和浇铸汽车变速拨叉的铸造工艺过程：(1)制造蜡模(图a)把熔化成糊状的蜡质材料(常用50%石蜡和50%硬脂酸)压入压型里，待冷却凝固后取出，就得到蜡模，由此可知，压型是制造蜡模的模具，它在成批生产中，常用碳钢、铝合金等经切削加工制成。在试制、单件小批生产中，常用石膏、塑料和易熔合金等浇铸而成。为了
19、保证蜡模质量，压型的型腔必须尺寸精确和表面光滑。在铸造小型零件时，常把很多蜡模粘合在蜡质浇注系统上，组成蜡模组以便浇注金属时能一次铸出数个铸件。(2)制造型壳(图b)包括结壳、脱模、填砂和焙烧等过程。结壳是无用粘合剂(如水玻璃等)和石英粉配制成涂料，把蜡模组浸挂涂料后，在上面撤一层石英砂，再放入硬化剂(如氯化铁溶液等)中硬化。如此反复，以便在蜡模组外面形成由多层耐火材料组成的坚硬型壳(一般为4-10层，具体层数应视铸件的大小和材料而定)。脱模通常是将带有蜡模组的型壳放在80一90 的热水中，使蜡料熔化并从浇口中流出。脱模也可以采用在型壳中通入蒸汽或微波加热的方法。焙烧是将脱模后的型壳加热到80
20、0一950度，烧去型腔内的残蜡和水分，并使型壳强度进一步增加。为了防止浇注时型壳变形或破裂，常把型壳置于铁箱中，周围用干砂填紧再装炉培烧。如型壳强度足够，可不必填砂直接送入炉内焙烧。（3）金属浇铸（图c)：通常情况下，将型壳从焙烧炉中取出后，即可趁热（600-700度）进行浇铸。2、特点 铸件精度高、表面质量好，可铸出形状复杂的薄壁铸件。大大减少机械加工工时，显著提高金属材料的利用率。3、应用 适用于各种合金材料，尤其是高熔点合金及难切削加工合金的铸造，批量不受限制。但工序复杂、生产周期长铸件尺寸和重量受限。主要用于成批生产形状复杂、精度要求高或难以进行切削加工的小型零件，如汽轮机叶片和叶轮、
21、大模数滚刀等。二、金属型铸造 定义：是重力作用下将熔融金属浇入金属铸型获得铸件的铸造方法。金属型可重复使用，所以又称“永久型铸造永久型铸造”。1金属型的结构及其铸造工艺根据铸件的结构特点，金属型可采用多种形式，图2-20为活塞的金属型铸造示意图。为了保证金属型铸造铸件的质量及金属型的寿命，应采取一定的措施：加强金属型的排气；使金属型保持一定的工作温度；金属型的型腔应喷刷涂料；应尽早取出铸件2、特点 金属型“一型多铸”，工序简单，生产率高。劳功条件好。铸件精度高，表面质量好。金属型导热快，铸件冷却速度快，凝固后，铸件晶粒细小，从而提高了铸件的力学性能。但成本高，生产周期长工艺规程要求严格。3、应
22、用 大批量生产形状简单的有色合金铸件，如铝活塞、气缸等。三、压力铸造压力铸造是熔融金属在高压下高速充型，并在压力下凝固的铸造方法。有立式和卧式专用的压铸机。1、压力铸造的工艺过程2 2、特点、特点 压力铸造是在高速、高压下成形，可铸出形状复杂、压力铸造是在高速、高压下成形，可铸出形状复杂、轮廓清晰的薄壁铸件。铸件的尺寸精度高，表面质量好，轮廓清晰的薄壁铸件。铸件的尺寸精度高，表面质量好，而而且组织细密，力学性能高，生产率高，劳动条件好。但投资且组织细密，力学性能高，生产率高，劳动条件好。但投资大、成本高、周期长。大、成本高、周期长。3 3、应用主要用于大、应用主要用于大批生产低熔点合金的批生产
23、低熔点合金的中小型铸件，在汽车、中小型铸件，在汽车、拖拉机、航空、仪表、拖拉机、航空、仪表、电器、纺织、医疗器电器、纺织、医疗器械、日用五金等械、日用五金等 获得获得广泛应用。广泛应用。四、低压铸造 1、工作原理：低压铸造是介于金属型铸造和压力铸造之间的一种铸造方法。低压铸造铸型安放在密封的坩埚上方，坩埚中通以压缩空气，在熔池表面形成低压力，使金属液通过升液管充填铸型和控制凝固的铸造方法。2、特点 充型时的压力和速度存易控制，充型平稳，对铸型的冲刷力小。故可运用各种不同的铸型；金属在压力下结晶，而且浇口有一定补缩作用，故铸件组织致密，力学性能高。设备投资较少，便于操作，易实现机械化和自动化。3
24、、应用 广泛用于大批量生产铝合金和镁合金铸件。五、离心铸造 离心铸造是将熔融金属浇入高速旋转的铸型中，使其在离心力作用下填充铸型和结晶，从而获得铸件的方法。特点和应用 离心铸造不用型芯，不需要设冒口。工艺简单，生产率和金属利用率高，成本低。铸件组织致密，无缩孔、气孔、夹渣等缺陷，力学性能高，而且金属液的充型能力好。但是，利用自由表面所形成的内孔，尺寸误差大，内表面质量差，且不适于比重偏析大的合金。目前主要用于生产空心回转体铸件，如铸铁管、气缸套等，也可用于生产双金属铸件。六、铸造方法的选择第三章 颗粒材料的成形 粉末冶金一、几个概念粉末：通常指尺寸小于1mm的离散颗粒的集合体。成形：将粉末转变
25、具有所需形状的凝聚体的过程。烧结：将预烧后的坯件加热到高温，使坯件内部发生一系列的物理变化和化学变化，获得致密的、坚硬的和体积稳定的制品过程。固结：将粉末或压坯密实的过程。粉末冶金：不经熔炼和铸造而直接用金属粉末或金属与非金属粉末做原料，通过配料、压制成型、烧结和后处理等工艺过程而制成的材料，称为粉末冶金材料。这种工艺过程称为粉末冶金。二、粉末冶金的生产过程制粉配料预压成型预烧结烧结成型后处理化学机械物理液体法气体法冷压成型热压成型热处理表面处理特殊处理去除挥发物质三、粉末冶金的特点1、可以获得多组元材料 刹车片2、可以获得多孔材料 过滤材料、含油轴承3、可以获得难熔材料和硬质合金4、可以实现
26、少或无切削加工但缺点：1、工艺过程复杂、成本高 2、某些高熔点的金属烧结温度依然太高，对设备要求增高 3、产品力学性能有时不理想，如脆性大，致密度不够等 4、目前难以出产较大的产品，工件重量从数克到数十千克液态金属的充型能力定义、影响因素、是如何影响的？凝固方式有哪些？主要影响因素是什么？是如何影响的？合金的收缩经历了什么过程？什么叫顺序凝固？什么叫同时凝固？铸造合金的铸造性能什么叫特种铸造？工作原理分别是什么？分别适合什么生产条件？粉末冶金的特点、生产过程及应用第2、3章应掌握的内容例如：例如：1 1、说出图示的铸造方法、工作原理。、说出图示的铸造方法、工作原理。2 2、简单叙述熔模铸造的工艺过程。、简单叙述熔模铸造的工艺过程。3 3、指出下列零件大批量生产时宜采、指出下列零件大批量生产时宜采用的铸造方法：床身、汽轮机叶片用的铸造方法：床身、汽轮机叶片等等4 4、请问含油轴承宜采用那种方法制、请问含油轴承宜采用那种方法制造造 A A 铸造铸造 B B 锻造锻造C C 粉末冶金粉末冶金