液态成形理论基础.ppt

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1、热加工工艺基础热加工工艺基础1.课程的性质和任务课程的性质和任务l工工程程材材料料与与热热加加工工基基础础是是材材料料类类、机机械械类类各各专专业业学生必修的一门技术基础课。学生必修的一门技术基础课。l本课程的任务是本课程的任务是:ll）工程材料的性能：以力学性能为主，还要考虑工程材料的性能：以力学性能为主，还要考虑物理性能、化学性能及工艺性能；物理性能、化学性能及工艺性能；l2）金属学基本理论：使学生获得有关工程材料）金属学基本理论：使学生获得有关工程材料的基本理论和基本知识；常用工程材料成分组的基本理论和基本知识；常用工程材料成分组织性能应用之间关系的一般规律织性能应用之间关系的一般规律l

2、3）热处理方面：掌握钢的热处理基本原理和工）热处理方面：掌握钢的热处理基本原理和工艺，掌握热处理各种工艺方法的目的，以便正确艺，掌握热处理各种工艺方法的目的，以便正确选用热处理工艺方法，合理安排工艺路线。选用热处理工艺方法，合理安排工艺路线。绪论绪论1.课程的性质和任务课程的性质和任务l4）常用工程材料：掌握常用的工业用钢、）常用工程材料：掌握常用的工业用钢、铸铁、非铁金属及其合金的成分、组织、性铸铁、非铁金属及其合金的成分、组织、性能和用途；了解工程塑料、橡胶、陶瓷、复能和用途；了解工程塑料、橡胶、陶瓷、复合材料等常用非金属材料的分类、性能和用合材料等常用非金属材料的分类、性能和用途，以便合

3、理选用工程材料。途，以便合理选用工程材料。l5）热加工基础：掌握铸造、锻压和焊接的）热加工基础：掌握铸造、锻压和焊接的特点及应用范围，掌握金属的铸造性能、锻特点及应用范围，掌握金属的铸造性能、锻造性能和焊接性能；能初步分析各种热加工造性能和焊接性能；能初步分析各种热加工零件的结构工艺性，具有初步选择零件毛坯零件的结构工艺性，具有初步选择零件毛坯的能力。的能力。l6）零件材料与毛坯的选择：熟悉常用工程）零件材料与毛坯的选择：熟悉常用工程材料的生产工艺过程，正确选择零件的材料、材料的生产工艺过程，正确选择零件的材料、毛坯，并初步安排热处理在工艺过程中的位毛坯，并初步安排热处理在工艺过程中的位置。合

4、理选用工程材料的初步能力。置。合理选用工程材料的初步能力。2.课程概论课程概论金属材料金属材料非金属材料非金属材料工程材料的分类工程材料的分类钢铁材料钢铁材料非铁金属非铁金属高分子材料高分子材料陶瓷材料陶瓷材料复合材料复合材料2.课程概论课程概论铸造性能铸造性能 可锻性能可锻性能可焊性能可焊性能切削加工性能切削加工性能热处理性工艺性热处理性工艺性 工程材料的性能工程材料的性能 使用性能使用性能力学性能力学性能物理性能物理性能化学性能化学性能工艺性能工艺性能2.1工程材料的性能工程材料的性能2.2机械零件加工工艺机械零件加工工艺材材料料毛毛坯坯零零件件铸造铸造锻压锻压焊接焊接粉末冶金切削加工型材

5、型材热处理热处理 3.3.材料的发展材料的发展 公元前公元前12001200年左右，人年左右，人类进入了入了铁器器时代，代，开始使用的是开始使用的是铸铁，以后制钢工业迅速发铁，以后制钢工业迅速发展，称为展，称为1818世纪产业革命的重要内容和物世纪产业革命的重要内容和物质基础。质基础。由于铁的熔点较高（由于铁的熔点较高（1538），其出现时间较晚。），其出现时间较晚。图为伊朗出土的铁制器皿。图为伊朗出土的铁制器皿。3.3.材料的发展材料的发展20世纪中叶以来，科学技术突飞猛进，日新月异，作为“发明之母”和“产业的粮食”的新材料研制更是异常活跃，出现了称之为“高分子时代高分子时代”、“半导体时代

6、半导体时代”、“先进陶瓷时代先进陶瓷时代”和和“复合材料时代复合材料时代”等种种提法。在当今新技术革命波及整个国际社会的浪潮冲击下，人类进入了一个“材料革命”的新时代。l4.1铸造毛坯铸造毛坯l熔炼金属，制造铸熔炼金属，制造铸型，并将熔融金属型，并将熔融金属浇入铸型，凝固后浇入铸型，凝固后获得一定形状和性获得一定形状和性能铸件的成形方法，能铸件的成形方法，称为铸造称为铸造。4.零件的毛坯零件的毛坯l锻造毛坯锻造毛坯l锻压是对坯料施加外力，使锻压是对坯料施加外力，使其产生塑性变形、改变尺寸、其产生塑性变形、改变尺寸、形状及改善性能，用以制造形状及改善性能，用以制造机械零件、工件或毛坯的成机械零件

7、、工件或毛坯的成形加工方法。它是锻造与冲形加工方法。它是锻造与冲压的总称，属于压力加工的压的总称，属于压力加工的范畴。范畴。焊接的概念焊接的概念通过通过加热或加压加热或加压，或两者并用，并且用或不用，或两者并用，并且用或不用填充材料填充材料，使焊件达到原子结合，形成永久性，使焊件达到原子结合，形成永久性接头的的加工方法。接头的的加工方法。第一篇 金属液态成形加工工艺重点重点：铸造生产的特点、实质与应用，合金铸造生产的特点、实质与应用，合金的铸造性能，各种铸造方法的特点，铸件结的铸造性能，各种铸造方法的特点，铸件结构工艺性。构工艺性。第一章：液态成形理论基础第一章：液态成形理论基础引言引言铸造：

8、将熔融的液体浇注到与零件的形状相适应的铸造：将熔融的液体浇注到与零件的形状相适应的铸型型腔中，冷却后获得铸件的工艺方法。铸型型腔中，冷却后获得铸件的工艺方法。1、铸造的实质：利用了、铸造的实质：利用了液态金属的流动成型液态金属的流动成型1 1）适应性大（铸件重量、合金种类、零件形状都不受限制）适应性大（铸件重量、合金种类、零件形状都不受限制）2 2）成本低）成本低3 3）工序多，质量不稳定，废品率高）工序多，质量不稳定，废品率高4 4）机械性能较同样材料的锻件差）机械性能较同样材料的锻件差原因：晶粒粗大，组织疏松，成分不均匀原因：晶粒粗大，组织疏松，成分不均匀 含碳含碳0.3%的铸钢与锻钢机械

9、性能比较的铸钢与锻钢机械性能比较2、铸造生产的特点铸造生产的特点3、铸造的应用 主要用于受力较小，形状复杂或简单、重量较大的零件毛坯。主要用于受力较小，形状复杂或简单、重量较大的零件毛坯。铸造生产工艺流程铸造生产工艺流程 制模型制模型-造型造型 零件图零件图-制定铸造工艺图制定铸造工艺图-烘干烘干-合箱合箱-配料、熔配料、熔 制芯盒制芯盒-造芯造芯 化、浇注化、浇注-清理清理-检验废品检验废品-机加工、热处理机加工、热处理1.1 液态金属的凝固液态金属的凝固 是一个形核与长大的过程。有如下特点：以非匀是一个形核与长大的过程。有如下特点：以非匀质形核为主，以枝晶方式生长为主。质形核为主，以枝晶方

10、式生长为主。1.1.1 铸件的组织铸件的组织 影响凝固组织的主要因素有炉料、铸件的冷却速度和生产工艺。凝固组织的晶粒越小，其机械性能越好。可通过增加过冷度、加少量变质剂、振动等方式细化晶粒。1.1.2 铸件的凝固方式及影响因素铸件的凝固方式及影响因素1）逐层凝固）逐层凝固:纯金属或共晶成分合金在凝固过程中不纯金属或共晶成分合金在凝固过程中不存在液、固并存的凝固区，以逐层凝固方式凝固。存在液、固并存的凝固区，以逐层凝固方式凝固。2）糊状凝固：当合金的结晶温度范围很宽时，且铸件）糊状凝固：当合金的结晶温度范围很宽时，且铸件断面上的温度分布较为平坦，液、固共存的凝固区贯断面上的温度分布较为平坦，液、

11、固共存的凝固区贯穿整个断面。以此方式凝固。穿整个断面。以此方式凝固。3）中间凝固：介于上述二者之间。）中间凝固：介于上述二者之间。影响铸件凝固方式的主要因素：影响铸件凝固方式的主要因素：1）合金的结晶温度范围：结晶温度范围越宽，越趋）合金的结晶温度范围：结晶温度范围越宽，越趋于糊状凝固。于糊状凝固。2）铸件的温度梯度：温度梯度越陡，凝固区越窄。）铸件的温度梯度：温度梯度越陡，凝固区越窄。温度梯度取决于铸件合金的性质、铸型的蓄热能温度梯度取决于铸件合金的性质、铸型的蓄热能力、浇注温度。合金的凝固温度越低，导热率越高、力、浇注温度。合金的凝固温度越低，导热率越高、结晶潜热越大，铸件温度梯度越小；铸

12、型的蓄热能结晶潜热越大，铸件温度梯度越小；铸型的蓄热能力越强，铸件温度梯度越大；浇注温度越高，铸件力越强，铸件温度梯度越大；浇注温度越高，铸件温度梯度越小。温度梯度越小。铸件断面的温度梯度主要取决于：1合金的性质：合金的凝固温度越低，导热率越高，结晶潜热越大，铸件内部温度均匀化能力越大，铸件断面温度梯度越小(如多数铝合金)。2铸型的蓄热能力 铸型蓄热能力越强，对铸件的激冷能力越强，铸件断面温度梯度越大。3浇注温度 浇注温度越高，带入铸型中热量增多铸件的温度梯度减小。1.2 合金的铸造性能合金的铸造性能是合金在铸造生产中表现出来的工艺性能。主要包括是合金在铸造生产中表现出来的工艺性能。主要包括流

13、动性、收缩性、吸气性等。流动性、收缩性、吸气性等。1.2.1 合金的流动性与充型能力合金的流动性与充型能力流动性流动性:液态金属本身的流动能力。与金属的成分、温液态金属本身的流动能力。与金属的成分、温度、杂质含量及其物理性质有关。度、杂质含量及其物理性质有关。充型能力：合金充满型腔，获得形状完整、轮廓清晰充型能力：合金充满型腔，获得形状完整、轮廓清晰的铸件的能力。的铸件的能力。流动性好的合金，易于充满薄而复杂的型腔。有利于流动性好的合金，易于充满薄而复杂的型腔。有利于气体和夹杂物上浮排除，有利于铸件凝固时的补缩。气体和夹杂物上浮排除，有利于铸件凝固时的补缩。流动性不好的合金，其充型能力差，易产

14、生浇不足、流动性不好的合金，其充型能力差，易产生浇不足、冷隔、气孔、缩孔、缩松、热裂纹等缺陷。冷隔、气孔、缩孔、缩松、热裂纹等缺陷。熔融合金的流动性通常以“螺旋形试样”(图1-3)长度来衡量。在相同的浇注条件下，将液态合金浇注到螺旋形标准试样所形成的铸型中，浇注冷凝后，测出其实际螺旋线长度，测得的螺旋线长度越长，表明合金的流动性越好。影响合金流动性的因素影响合金流动性的因素(1)合金的种类 不同合金因其结晶特性、粘度不同，其流动性亦不同。常用铸造合金中灰铸铁、硅黄铜的流动性最好，铝合金次之，铸钢最差。(2)合金的成分 纯金属和共品成分合金的结晶为逐层凝固，结晶的固体层内表面比较光滑，如图14(

15、a)，对金属液的阻力较小。同时共晶成分合金的凝固温度最低，相对说来，合金的过热度大，推迟了合金的凝固，故流动性最好。(3)浇注条件 浇注温度 浇注温度对合金流动性的影响很显著。绕注温度越高，液态金属的粘度越低，且因其过热度高，金属液含热量多，保持液态时间长，有利于提高合金的流动性。但浇注温度过高，铸件容易产生绍孔、缩松、粘砂、气孔等缺陷，故在保证充型能力足够的前提下，浇注温度不要过高。通常，灰口铸铁的浇注温度为1200-1380度，铸钢为l5201620度，铝合金为680780度。充型压力 液态合金在流动方向上所受的压力越大，充型能力越好。砂型铸造时，充型压力是由直浇道所产生的静压力形成的，故

16、直浇道的压力必须适当。而压力铸造、离心铸造因增加了充型压力，充型能力较强，金属液的流动性也较好。(4)铸型的充填条件 铸型的蓄热能力 铸型的蓄热能力表示铸型从熔融合金中吸收并传出热量的能力。铸型温度 浇注前将铸型预热到一定温度，减少了铸型与熔融金属间的温度差，减缓了合金的冷却速度，延长合金在铸型中流动时间，合金流动性提高。铸型中的气体 在金属液的热作用下，型腔中的气体膨胀，型砂中的水分汽化，煤粉和其他有机构燃烧，将产生大量气体，如果铸型排气能力差，浇注时产生的大量气体来不及排出气体压力将增大，必然阻碍熔融金属的充型。铸型结构 当铸件壁厚过小，壁厚急剧变化、结构复杂，或有大的水平面时，均会使合金

17、充型困难。1.2.2 合金的收缩性合金的收缩性1 收缩的概念收缩的概念铸件在液态、凝固态、固态冷却过程中所发生的体铸件在液态、凝固态、固态冷却过程中所发生的体积和尺寸减小的现象。积和尺寸减小的现象。收缩的三个阶段收缩的三个阶段液态收缩液态收缩凝固态收缩凝固态收缩固态收缩固态收缩 2影响合金收缩的因素影响合金收缩的因素 (I)化学成分化学成分 碳素钢的含碳量增加，其液态收缩增加，而固态收缩略碳素钢的含碳量增加，其液态收缩增加，而固态收缩略减。灰铸铁中的碳、硅含量增多，其石墨化能力越强，石墨的比体积大，减。灰铸铁中的碳、硅含量增多，其石墨化能力越强，石墨的比体积大，能弥补收缩，故收缩越小。硫可阻碍

18、石墨析出，使收缩率增大。适当地能弥补收缩，故收缩越小。硫可阻碍石墨析出，使收缩率增大。适当地增加锰，锰与铸铁中的硫形成增加锰，锰与铸铁中的硫形成Mns，抵消了硫对石墨化的阻碍作用，使抵消了硫对石墨化的阻碍作用，使铸铁收缩率减小。但含锰量过高，铸铁的收缩率又有所增加。铸铁收缩率减小。但含锰量过高，铸铁的收缩率又有所增加。(2)浇注温度浇注温度 浇注温度越高，过热度越大，使液态收缩增加，合金的浇注温度越高，过热度越大，使液态收缩增加，合金的总收缩率加大。对于钢液，通常浇注温度提高总收缩率加大。对于钢液，通常浇注温度提高100度，体收缩率增加约度，体收缩率增加约1.6%，因此浇注温度越高，形成缩孔倾

19、向越大。，因此浇注温度越高，形成缩孔倾向越大。(3)铸件结构和铸型条件铸件结构和铸型条件 铸件在铸型中的冷凝过程中往往不是自由收铸件在铸型中的冷凝过程中往往不是自由收缩，而是受阻收缩。其阻力来源于：缩，而是受阻收缩。其阻力来源于：铸件各部分的冷却速度不同引铸件各部分的冷却速度不同引起各部分收缩不一致，相互约束而对收缩产生阻力。起各部分收缩不一致，相互约束而对收缩产生阻力。铸型和型心对收铸型和型心对收缩的机械阻力。因此，铸件的实际收缩率比自由收缩率要小一些。铸件缩的机械阻力。因此，铸件的实际收缩率比自由收缩率要小一些。铸件结构越复杂，铸型硬度越大型心骨越粗大，则收缩阻力亦越大。结构越复杂，铸型硬

20、度越大型心骨越粗大，则收缩阻力亦越大。3 缩孔、缩松的形成缩孔、缩松的形成 在铸件的凝固过程中，由于合金的液态收缩和固在铸件的凝固过程中，由于合金的液态收缩和固态收缩，使铸件的最后凝固部位出现孔洞，容积较态收缩，使铸件的最后凝固部位出现孔洞，容积较大而集中的孔洞称为缩孔，细小而分散的孔洞称为大而集中的孔洞称为缩孔，细小而分散的孔洞称为 缩松。缩松。影响缩孔缩松形成的因素：（a）成分：共晶成分、近共晶成分或凝固温度范围小的合金易形成集中缩孔，反之易形成缩松。缩孔易于检查和修补。(b)增加铸件的冷却速度可促进缩松向缩孔转化。(c)缩孔和缩松总是存在于铸件的最后部位。防止缩孔、缩松的措施防止缩孔、缩

21、松的措施A、实现实现“定向凝固定向凝固”B、加压补缩加压补缩C、热等静压法（在高温高压下，通过惰性气体介热等静压法（在高温高压下，通过惰性气体介质把压力从各个方向等压地传到铸件表面，经蠕变质把压力从各个方向等压地传到铸件表面，经蠕变-扩散结合，使内部缺陷闭合消失。扩散结合，使内部缺陷闭合消失。4 铸造内应力、变形与开裂铸造内应力、变形与开裂铸造内应力：铸件在凝固末期，其故态收缩如受到阻铸造内应力：铸件在凝固末期，其故态收缩如受到阻碍，铸件内部将产生内应力。碍，铸件内部将产生内应力。按其产生的原因，分为热应力、收缩应力和相变应力。按其产生的原因，分为热应力、收缩应力和相变应力。1.热应力：在凝固

22、和冷却过程中，不同部位由于不均热应力：在凝固和冷却过程中，不同部位由于不均衡的收缩而引起的应力。结论：铸件的厚壁或心部受衡的收缩而引起的应力。结论：铸件的厚壁或心部受拉，薄壁或表层受压。拉，薄壁或表层受压。2.2.收缩应力收缩应力:铸件在固体收缩时，因受到铸型、型心、铸件在固体收缩时，因受到铸型、型心、浇冒口等外力的阻碍而产生的应力称收缩应力。形成浇冒口等外力的阻碍而产生的应力称收缩应力。形成应力的原因一旦消除，收缩应力也就随之消失，所以应力的原因一旦消除，收缩应力也就随之消失，所以收缩应力是一种临时应力。收缩应力是一种临时应力。3.相变应力：固态下发生相变的合金，由于部分部分冷却速度不同，达

23、到相变温度的时刻不同，且发生相变的程度也不同，由此而产生的应力称为相变应力。减小或消除铸造应力的措施减小或消除铸造应力的措施A|、使铸件符合“同时凝固”的原则（内浇口开在薄壁处、厚壁处安放冷铁）B、造型工艺上，改善铸型或芯子的退让性C、铸件结构上尽量使铸件能自由收缩（壁厚均匀、壁与壁的联接均匀等）D、去应力退火E、合理选用合金铸件的变形与防止铸件的变形与防止 铸件变形是由铸造应力引起的，前面所提到的减小减小或消除铸造应力的措施可以防止和减小铸件的变形。另外还常采用反变形工艺，即在模型上预先作出相当于铸件变形的反变形量，待铸件冷却后变形正好被抵消。铸件的裂纹与防止热裂纹：是在固相线附近的高温下形

24、成的。特征是：裂热裂纹：是在固相线附近的高温下形成的。特征是：裂纹短，缝隙宽，形状曲折，缝内呈氧化色。纹短，缝隙宽，形状曲折，缝内呈氧化色。铸钢、可锻铸铁件常出现热裂纹。铸钢、可锻铸铁件常出现热裂纹。冷裂纹：是在铸件冷却到低温处于弹性状态时，铸造应冷裂纹：是在铸件冷却到低温处于弹性状态时，铸造应力超过合金的强度极限而形成的。特征是：裂纹细小，力超过合金的强度极限而形成的。特征是：裂纹细小，呈连续直线状，有时缝内呈轻微氧化色。呈连续直线状，有时缝内呈轻微氧化色。脆性大、塑性差的合金（白口铸铁、高碳钢等）及形状脆性大、塑性差的合金（白口铸铁、高碳钢等）及形状复杂的大型铸件的受拉应力处易产生冷裂纹。

25、复杂的大型铸件的受拉应力处易产生冷裂纹。防止冷裂纹的方法是尽量减小铸造应力。防止冷裂纹的方法是尽量减小铸造应力。1.2.3 合金的吸气性合金的吸气性 按气体来源不同铸件中的气孔可分三类：按气体来源不同铸件中的气孔可分三类：1、侵入性气孔、侵入性气孔 由于砂型表面层聚集的气体侵入金属液中形成的。气由于砂型表面层聚集的气体侵入金属液中形成的。气体来源于造型材料中的水分，粘结剂及各种附加物。体来源于造型材料中的水分，粘结剂及各种附加物。2、析出性气孔、析出性气孔 溶解于高温金属液中的气体在冷却过程中，由于溶解溶解于高温金属液中的气体在冷却过程中，由于溶解度下降而以气泡形式析出，上浮的气泡若受阻，则在

26、度下降而以气泡形式析出，上浮的气泡若受阻，则在铸件中就产生气孔。铸件中就产生气孔。3、反应性气孔、反应性气孔 金属液与铸型材料、型芯撑等因化学反应产生的气孔。金属液与铸型材料、型芯撑等因化学反应产生的气孔。1.3 铸件质量与检验1.3.1 铸件的质量 外观质量：铸件的表面质量、尺寸公差、形位偏差。内在质量：化学成分、组织、性能以及缺陷等。使用质量：指铸件能满足使用要求的性能。1.3.2 铸件的质量检验 外观质量检验：（1）形状、尺寸：工具、夹具、量具或划线检测等手段 内在质量检验：第二章第二章 常用合金铸件常用合金铸件 液态成形用的金属材料通常称为铸造合金，除了液态成形用的金属材料通常称为铸造

27、合金，除了少数几种特别难熔的合金外，几乎所有的合金都少数几种特别难熔的合金外，几乎所有的合金都能用于铸造生产。常用的铸造合金有铸铁、铸钢、能用于铸造生产。常用的铸造合金有铸铁、铸钢、铸造铜合金和铸造铝合金等，其中铸铁的应用最铸造铜合金和铸造铝合金等，其中铸铁的应用最广。广。2.1 铸铁铸铁 2.1.1铸铁的分类铸铁的分类 白口铸铁、灰口铸铁白口铸铁、灰口铸铁(普通灰口铸铁，简称灰普通灰口铸铁，简称灰铸铁，可锻铸铁，球墨铸铁，蠕墨铸铁）、麻铸铁，可锻铸铁，球墨铸铁，蠕墨铸铁）、麻口铸铁。口铸铁。212铸铁的石墨化铸铁的石墨化 石墨化过程分为三个阶段：石墨化过程分为三个阶段：第一阶段：通过共晶反应

28、形成；第一阶段：通过共晶反应形成；第二阶段：自奥氏体中沿第二阶段：自奥氏体中沿ES线析出二次石墨；线析出二次石墨；第一、二阶段称为高温石墨化过程。第一、二阶段称为高温石墨化过程。如要高温石墨化过程都得到充分进如要高温石墨化过程都得到充分进行，就可得到行，就可得到 第三阶段：通过共析反应形成。第三阶段：通过共析反应形成。影响铸铁石墨化的因素：影响铸铁石墨化的因素：成分：成分：C,SiC,Si促进石墨化；促进石墨化；S,MnS,Mn等阻碍石墨化。等阻碍石墨化。冷却速度：冷却越慢，越有利于石墨的形成。冷却速度：冷却越慢，越有利于石墨的形成。其中其中I区属于白口铸铁；区属于白口铸铁；2区区属于麻口铸铁

29、；属于麻口铸铁；3、4、5区分别属于区分别属于珠光体、珠光体加铁素体、铁素体珠光体、珠光体加铁素体、铁素体灰铸铁。灰铸铁。2.1.2、灰铸铁、灰铸铁组织：石墨呈片状，分布在珠光体、珠光体铁素体、铁素体的基体上。性能：抗拉强度和弹性模量均比钢低得多，塑性和韧性趋近于零。机械性能差是由于石墨造成的，可将灰铸铁视为布满裂纹的钢。有良好的减震性、耐磨性、缺口敏感性低、不能锻造和冲压、可焊性差、切削加工性好、铸造性能优良。孕育处理：常用孕育处理提高铸铁的性能。孕育处理可使铸铁得到细粒状珠光体和分布均匀的细片状石墨组织。灰铸铁件的生产特点及牌号灰铸铁的牌号 灰铸铁的牌号用“灰铁”的汉语拼音“HTxxx”表

30、示，数值表示其最低抗拉强度(MPa)。依照国标Gg943988从铸铁分级，灰铸铁共分为HTl00HT350六个牌号用途 用来制作各种承受压力和要求消震性的床身、机架、结构复杂的箱体、壳体和经受摩擦的导轨、缸体等。铸造特点 灰口铸铁一般在冲天炉中冶炼，成本低廉，成分接近共晶成分，结晶时因石墨析出产生体积膨胀，抵消了部分或全部的收缩，故流动性好，收缩小，形成缺陷的倾向小。可不设冒口，并可选用同时凝固。2.1.42.1.4球墨铸铁的性能球墨铸铁的性能通过向灰铸铁的铁水中加入一定量的球化剂(如镁、钙及稀土元素等)进行球化处理，并加入少量的孕育剂(硅铁或硅钙合金)以促进石墨化，在浇注后可获得具有球状石墨

31、的球墨铸铁。l球墨铸铁的化学成分和组织 球墨铸铁原铁水的化学成分为：W(C)3.640，W(Si)1.01.3、W(Mn)06%，W(S)O06，W(P)008。其特点是高碳，低硅，低锰、硫、磷。高碳是为了提高铁水的流动性，消除白口和减少缩松，使石墨球化效果好：硫与球化剂中的镁、稀土元素化合，促使球化衰退；磷可降低球墨铸铁的塑性和韧性；应尽量减少铁水中硫、磷含量。球墨铸铁的铸态组织:由珠光体、铁素体、球状石墨，以及少量自由渗碳体组成。2球墨铸铁的球化和孕育处理 球化和孕育处理是制造球墨铸铁的关键，必须严格控制。球化剂的作用是使石墨呈球状析出。纯镁是主要的球化剂.稀土元素其球化作用比镁弱.3球墨

32、铸铁的生产特点多数球墨铸铁件铸后要进行热处理，以保证应有的力学性能。常用的热处理为退火和正火。退火的目的是获得铁素体基体，以提高球铁的塑性和韧性。正火的目的是获得珠光体基体，以提高强度和硬度。4球墨铸铁的牌号 球墨铸铁牌号用汉语拼音“QTxxxxx”表示，前一组数字表示最低抗拉强度，后一组数字表示最低断后延伸率。铸造特点铸造特点 球墨铸铁因结晶后期凝固收缩前的膨胀迫使型球墨铸铁因结晶后期凝固收缩前的膨胀迫使型腔扩大，缩松倾向很大，一般要设冒口补缩。腔扩大，缩松倾向很大，一般要设冒口补缩。2.1.5 可锻铸铁可锻铸铁Before the discovery of nodular Before t

33、he discovery of nodular irons,malleable irons were the irons,malleable irons were the only ductile class of cast only ductile class of cast irons.irons.Tempered Tempered GraphiteGraphite石墨呈团絮状，比普通灰铸铁具有较高的强度、塑性和冲击韧性。因此名谓可锻铸铁。实际可锻铸铁并不能锻造。FerriticFerritic Malleable Cast iron Malleable Cast iron Pearlit

34、icPearlitic Malleable Cast Iron Malleable Cast Iron 1.1.可锻铸铁的组织可锻铸铁的组织 2.可锻铸铁的用途 常用来制造汽车、拖拉机的前后桥壳、减速器壳等薄壁零件。铸造特点铸造特点 首先必须获得首先必须获得100%100%的白口铸铁坯件。因此必须采用含的白口铸铁坯件。因此必须采用含碳、含硅很低的铁水，其流动性差，收缩大，容易产生碳、含硅很低的铁水，其流动性差，收缩大，容易产生缩孔、缩松和裂纹等缺陷。必须设置冒口补缩。缩孔、缩松和裂纹等缺陷。必须设置冒口补缩。2.1.6 蠕墨铸铁蠕墨铸铁是近几十年来发展起来的一种新型铸铁材料。1蠕墨铸铁的组织、

35、力学性能与应用 蠕墨铸铁的力学性能介于相同基体组织的灰铸铁与球墨铸铁之间。耐磨性比灰铸铁好，减振性比球墨铸铁好，铸造性能接近于灰铸铁，切削性能也不错。蠕墨铸铁突出的优点是导热性和耐热疲劳性好，壁厚敏感性比灰铸铁小得多。217 合金铸铁当铸铁件要求具有某些特殊性能(如高耐磨、耐蚀等)时，可在铸铁中加入一定量的合金元素，制成合金铸铁，常用的合金铸铁有耐磨铸铁、耐热铸铁、耐蚀铸铁。2.2 铸钢铸钢其用量仅次于灰铸铁。其用量仅次于灰铸铁。其力学性能高于各类铸铁，适用于制造形状复杂，强其力学性能高于各类铸铁，适用于制造形状复杂，强度、塑性等要求较高的零件；度、塑性等要求较高的零件；某些合金铸钢具有特殊的

36、性能；某些合金铸钢具有特殊的性能；铸钢的牌号与应用铸钢的牌号与应用碳素铸钢：碳素铸钢：ZG XXXXXX最小屈服点最小抗拉强度 碳素铸钢的应用最广，其产量约占铸铜总产量的80。碳素铸钢有较高的强度，较好的塑性、冲击韧性、疲劳强度等，适合于用来制造受力较复杂、交变应力较大和受冲击的铸件.而且铸钢的焊接性能比铸铁好，便于采用铸焊组合工艺制造重型零件，如重型水压机的横梁、大型轧钢机机架、大齿轮等。合金铸钢：ZG+数字合金元素符号数字碳含量的万分数，当其质量分数大于1时，不写。合金元素含量的百分数合金铸钢按合金元素的量分为低合金铸钢和高合金铸钢两类。低合金铸钢中合金元素总质量分数小于或等于5，它的力学

37、性能比碳钢高，因而能减轻铸钢重量提高铸件使用寿命。我国主要采用的是锰系、锰硅系及铬系铸钢系列。高合金铸钢中合金元素总质量分数大于10。由于合金元素含量高，这种铸钢一般都具有耐磨、耐热和耐腐蚀等特殊性能。如ZGMnl3中Mn的质量分数约为13，具有特殊耐磨性能，常用来制造铁路道岔、推土机刀片、履带板等耐磨零件。ZGl0crl8Ni9为铸造不锈钢，常用来制造耐园泵体等耐腐蚀零件。铸造特点：铸造特点：铸钢的铸造性能差：熔点高，钢液易氧化，流动性差，收缩大，吸气，易产生缺陷，如粘砂，冷隔，浇不足，缩孔，变形，裂纹，铸造困难。为了获得高质量的铸件，必须采取一些工艺措施。1）对型砂性能要求要高。有较高的耐

38、火度、高强度、良）对型砂性能要求要高。有较高的耐火度、高强度、良好的透气性和退让性。好的透气性和退让性。2）铸造工艺上采用定向凝固原则，多使用冒口和冷铁。）铸造工艺上采用定向凝固原则，多使用冒口和冷铁。3）严格控制浇注温度。）严格控制浇注温度。铸后进行热处理，以细化晶粒，提高机械性能，消除铸造铸后进行热处理，以细化晶粒，提高机械性能，消除铸造内应力。内应力。2.3 铸造有色金属及合金铸造有色金属及合金 1）铸造铜合金）铸造铜合金ZCu主加合金元素符号主加合金元素质量百分数 铸造特点铸造特点 各种铜合金的成分不同，铸造性能和铸造工艺特点也不同。各种铜合金的成分不同，铸造性能和铸造工艺特点也不同。

39、锡青铜的结晶范围大，凝固区域宽，流动性差，易产生缩松，锡青铜的结晶范围大，凝固区域宽，流动性差，易产生缩松，铸造时重点解决缩松问题。铸造时重点解决缩松问题。铝青铜、铝黄铜等含铝较高的铜合金，结晶范围很小，呈逐铝青铜、铝黄铜等含铝较高的铜合金，结晶范围很小，呈逐层凝固，流动性好，易形成集中缩孔，且极易氧化，铸造时重点层凝固，流动性好，易形成集中缩孔，且极易氧化，铸造时重点解决缩孔和氧化问题。解决缩孔和氧化问题。为了防止氧化和吸气，铜合金熔炼时应采取：为了防止氧化和吸气，铜合金熔炼时应采取：覆盖：用熔剂（木炭、硼砂或碎玻璃等）。覆盖：用熔剂（木炭、硼砂或碎玻璃等）。脱氧：加磷铜。脱氧：加磷铜。铸造

40、铝合金铸造铝合金牌号：ZAl主加合金元素符号主加合金元素质量百分数分类：铝硅合金、铝铜合金、铝镁合金、铝锌合金等。适用于制造薄壁件或气密性要求较高的零件，如调速器壳，机油泵体等耐热性好，强度较高。适用于制造形状简单、负荷较大的零件。如活塞等。耐蚀性差但，强度高。常用来制作汽车发动机配件、仪表元件。耐蚀性好，强度高。但铸造工艺复杂。常用来制作耐蚀性、装饰性部件。铸造特点铸造特点：1）高温下易氧化，吸气能力强，易产生小气孔，使机械性能下）高温下易氧化，吸气能力强，易产生小气孔，使机械性能下降。一般用坩锅熔炼，各种炉料都要进行预热或烘干。降。一般用坩锅熔炼，各种炉料都要进行预热或烘干。2）铝硅合金应

41、用钠盐进行变质处理。铝硅合金的流动性好，可）铝硅合金应用钠盐进行变质处理。铝硅合金的流动性好，可铸出薄壁件。铸出薄壁件。3）铝合金一般熔点低，对型砂的耐火度要求不高。）铝合金一般熔点低，对型砂的耐火度要求不高。4）铝铜和铝镁合金的铸造性能差，应保证型芯砂有足够的退让）铝铜和铝镁合金的铸造性能差，应保证型芯砂有足够的退让性，可适当提高浇注温度和浇注速度，并在厚部安放冒口。性，可适当提高浇注温度和浇注速度，并在厚部安放冒口。第三章第三章 铸造方法及发展铸造方法及发展砂型铸造、砂型铸造、特种铸造特种铸造 3.1、砂型铸造（看一段录像）、砂型铸造（看一段录像）是最传统的铸造方法，按砂型紧实成型方式不同

42、，可分是最传统的铸造方法，按砂型紧实成型方式不同，可分为两大类：为两大类：1、手工造型、手工造型 特点：特点：操作灵活，工装简单，准备时间短，适应性强，操作灵活，工装简单，准备时间短，适应性强，适用于各种形状的铸件。但铸件精度低，质量不稳定，适用于各种形状的铸件。但铸件精度低，质量不稳定，工人的劳动强度大。主要用于单件小批量生产。工人的劳动强度大。主要用于单件小批量生产。2、机器造型、机器造型 用机器代替人工填砂、紧实型砂、起模。用机器代替人工填砂、紧实型砂、起模。只能两箱造型，湿型、单一砂，专用模板（将模型、浇只能两箱造型，湿型、单一砂，专用模板（将模型、浇注系统沿分型面与底板联接成一整体的

43、专用模具，造型注系统沿分型面与底板联接成一整体的专用模具，造型后底板形成分型面。模型形成型腔。后底板形成分型面。模型形成型腔。机器造型的特点及应用范围：机器造型的特点及应用范围：生产效率高，铸件尺寸精度及表面光洁度高，质量好。生产效率高，铸件尺寸精度及表面光洁度高，质量好。但设备和工装费用高，生产准备时间长，适用于中、小但设备和工装费用高，生产准备时间长，适用于中、小型铸件的成批或大量生产。型铸件的成批或大量生产。3.2、特种铸造、特种铸造（一）熔模铸造（失蜡铸造）（一）熔模铸造（失蜡铸造）1、熔模铸造的工艺过程、熔模铸造的工艺过程 1）制母模）制母模 2）制压型）制压型 3）制蜡模）制蜡模

44、4）组合蜡模）组合蜡模 5）蜡模结壳）蜡模结壳 6）失蜡）失蜡 7）焙烧、浇注）焙烧、浇注2、熔模铸造的特点及应用范围、熔模铸造的特点及应用范围 1）铸件精度高，尺寸精度）铸件精度高，尺寸精度IT11IT14，表面光洁度好，表面光洁度好，表面粗糙度表面粗糙度(Ra253.2)节省加工工时和材料。节省加工工时和材料。2）合金液的流动性好，可铸出形状复杂的薄壁铸件，最）合金液的流动性好，可铸出形状复杂的薄壁铸件，最小壁厚小壁厚0.7mm,最小孔径最小孔径0.5mm。3）因型壳采用高级耐火材料制成，特别适合那些高熔点因型壳采用高级耐火材料制成，特别适合那些高熔点难切削合金的铸造。难切削合金的铸造。4

45、）生产批量不受限制。）生产批量不受限制。5）因蜡模强度有限，所以只适用于中小件的生产。）因蜡模强度有限，所以只适用于中小件的生产。6）工艺过程复杂，生产周期长，成本高。）工艺过程复杂，生产周期长，成本高。主要用于形状复杂的高熔点难切削合金铸件的精密铸造。主要用于形状复杂的高熔点难切削合金铸件的精密铸造。如麻花钻头、叶轮等。如麻花钻头、叶轮等。（二）金属型铸造（二）金属型铸造 在重力下将液体金属浇入金属铸型中，冷凝后获在重力下将液体金属浇入金属铸型中，冷凝后获得铸件的方法。得铸件的方法。1、金属型铸造的工艺特点、金属型铸造的工艺特点 1）预热铸型）预热铸型 2）喷刷涂料）喷刷涂料 3）及时开型）

46、及时开型2、金属型铸造的特点及应用范围、金属型铸造的特点及应用范围1）简化了造型等工序，使生产率提高，改善了劳动条件。）简化了造型等工序，使生产率提高，改善了劳动条件。便于实现机械化、自动化生产。便于实现机械化、自动化生产。2)有较高的尺寸精度有较高的尺寸精度(IT1216)和较好的表面光洁度，表面粗糙度和较好的表面光洁度，表面粗糙度(Ra2512.5），机加工余量少。机加工余量少。3）由于冷却快，晶粒细小，铸件机械性能好。）由于冷却快，晶粒细小，铸件机械性能好。4）金属型制造成本高，周期长，不适合单件小批量生产。）金属型制造成本高，周期长，不适合单件小批量生产。5）铸件的外形尤其是内腔不能太

47、复杂。）铸件的外形尤其是内腔不能太复杂。6）铸件不宜过薄，以防浇不足等缺陷。）铸件不宜过薄，以防浇不足等缺陷。7）用于高熔点合金时，金属型的寿命低。铸铁件还易出现白口组）用于高熔点合金时，金属型的寿命低。铸铁件还易出现白口组织。织。主要用于有色金属铸件的大批量生产。如内燃机活塞、缸体、油主要用于有色金属铸件的大批量生产。如内燃机活塞、缸体、油泵壳体、轴瓦等铸件。泵壳体、轴瓦等铸件。（三）压力铸造三）压力铸造 将熔融金属在高压（将熔融金属在高压（3070MPa)3070MPa)下，快速（下，快速（0.010.2s)0.010.2s)压入金属型中，并在压力作用下凝固，获得铸件的方法。压入金属型中，

48、并在压力作用下凝固，获得铸件的方法。1、压力铸造的特点及应用范围、压力铸造的特点及应用范围1）生产率高）生产率高，可实现机械化自动化生产。，可实现机械化自动化生产。2）铸件精度高，）铸件精度高，尺寸公差等级为尺寸公差等级为(IT1113)，表面粗表面粗糙度糙度(Ra6.31.6），大都不需机加工就可使用。大都不需机加工就可使用。3）铸件强度、硬度高）铸件强度、硬度高 4）便于生产双金属件）便于生产双金属件 5）成本高，不适于单件小批量生产）成本高，不适于单件小批量生产 6）不适于高熔点合金的铸造）不适于高熔点合金的铸造 7）压铸件不能热处理）压铸件不能热处理 8）压铸件的塑性与韧性差。）压铸件

49、的塑性与韧性差。主要用于铝、锌、镁等低熔点非铁合金的铸造。主要用于铝、锌、镁等低熔点非铁合金的铸造。（四）离心铸造（四）离心铸造 将熔融液体金属浇入高速旋转的铸型中，使其在离心力作将熔融液体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的方法。用下填充铸型和结晶的方法。1、离心铸造的基本类型（立式和卧式）、离心铸造的基本类型（立式和卧式）2、离心铸造的特点及应用范围离心铸造的特点及应用范围 1）生产率高，成本低。）生产率高，成本低。2）在离心力作用下结晶，无气孔、缩孔，组织致密，）在离心力作用下结晶，无气孔、缩孔，组织致密，力学性能好。气渣多集于内腔，外表面质量好。力学性能好。气渣

50、多集于内腔，外表面质量好。3）便于生产双金属件。）便于生产双金属件。4）不适于比重偏析大的合金）不适于比重偏析大的合金铸造。铸造。主要用于制造铸铁管、气缸套、双金属轴承、特殊钢无主要用于制造铸铁管、气缸套、双金属轴承、特殊钢无缝管等。缝管等。（五）低压铸造（五）低压铸造 低压铸造是介于压力铸造和重力铸造之间的一种铸造低压铸造是介于压力铸造和重力铸造之间的一种铸造方法。它是在方法。它是在0.060.060.15MPa0.15MPa的压力作用下，将金属液的压力作用下，将金属液注入型腔，并在压力下凝固，以获得铸件的方法。注入型腔，并在压力下凝固，以获得铸件的方法。1、低压铸造的工艺过程、低压铸造的工