金属材料成型工艺基础重点

第一章：金属的液态成型一、充型：1.充型概念：液态合金填充铸型的过程，简称充型。

2.充型能力：液态合金充满铸型型腔，获得形状完整、轮廓清晰铸件的能力。

⏹充型能力不足时，会产生浇不足、冷隔、夹渣、气孔等缺陷⏹影响充型能力的主要因素⏹⑴合金的流动性—液态合金本身的流动能力a 化学成分对流动性的影响—纯金属和共晶合金的成分的流动性好b工艺条件对流动性的影响—浇注温度、充型能力、铸型阻力c流动性的实验⏹⑵工艺条件：a、浇注温度一般T浇越高，液态金属的充型能力越强。

b、铸型填充条件—铸型的许热应力c、充型压力：态金属在流动方向上所受的压力越大，充型能力越强。

d、铸件复杂程度:构复杂，流动阻力大，铸型的充填就困难e、浇注系统的的结构浇注系统的结构越复杂，流动阻力越大，充型能力越差。

f、折算折算厚度也叫当量厚度或模数，为铸件体积与表面积之比。

折算厚度大，热量散失慢，充型能力就好。

铸件壁厚相同时，垂直壁比水平壁更容易充填。

——影响铸型的热交换影响动力学的条件（充型时阻力的大小），必须在保证工艺条件下金属的流动性好充型能力才好。

二、冷却⑴影响凝固的方式的因素：a.合金的结晶温度范围—合金的结晶温度范围愈小，凝固区域愈窄，愈倾向于逐层凝固。

金属和共晶成分的合金是在恒温下结晶的。

由表层向中心逐层推进(称为逐层凝固)方式，固体层内表面比较光滑，流动阻力小，流动性好。

b.铸件的温度梯度—在合金结晶温度范围已定的前提下，凝固区域的宽窄取决与铸件内外层之间的温度差。

若铸件内外层之间的温度差由小变大，则其对应的凝固区由宽变窄。

⑵凝固:a.逐层凝固—充型能力强，便于防止缩孔、缩松。

灰铸铁和铝硅合金等倾向于逐层凝固。

b.糊状凝固—充型能力差，难以获得结晶紧实的铸件球铁倾向于糊状凝固。

c.中间凝固—⑶收缩:a.液态收缩从浇注温度到凝固开始温度之间的收缩。

由温度下降引起。

T浇—T液用体收缩率表示b.凝固收缩从凝固开始到凝固终止温度间的收缩。

由状态改变、温度下降和相变三部分组成。

T液—T固用体收缩率表示——液态收缩与凝固收缩产生的缺陷：1)缩孔产生部位：通常在铸件上部，或最后凝固的部分,呈倒锥形，内表面粗糙。

产生条件：铸件由表及里地逐层凝固，即纯金属或共晶成分的合金易产生缩孔。

影响因素：合金的液态收缩↑，凝固收缩↑→缩孔容积↑浇注温度↑→缩孔容积↑；铸件较厚→缩孔容积↑2)缩松缩松：分散在铸件某些区域内的细小孔洞，分为宏观缩松和显微缩松两种，显微缩松分布更为广泛。

形成条件:主要出现在结晶温度区间大呈糊状凝固的合金中。

3）和缩松的危害：铸件的致密性降低，降低有效的受力面积，降低有效受力面积。

4）孔和缩松的防止：a.工艺措施:设冒口，加冷铁，使铸件实现“顺序凝固”,以利“补缩”或转移缩孔和缩松至浇冒口。

b.顺序凝固-顺序凝固是指铸件按规定方向从一部分到另一部分逐渐凝固的过程。

c.固态收缩从凝固终止温度到室温间的收缩。

由温度下降和相变两部分组成。

T固—T室用线收缩率表示——固态收缩产生的缺陷：产生铸造应力、变形和开裂1.铸造应力:件在凝固以后的继续冷却过程中，其固态收缩受到阻碍，铸件内部即将产生内应力。

按成因可分为3种;——收缩应力：是有铸型的机械阻碍引起的，也叫机械阻碍应力，属于零食应力。

——相变应力：铸件固态时相变产生体积变化而引起的应力。

——热应力：由于铸件的壁厚不均匀，个部分的冷却速度不同，同一时刻住家个部分收缩量不同，在相互的制约下产生的应力。

其形成的3个阶段：（10图1-8）——热应力及机械应力的危害：有残余应力的铸件，经机械加工，一段时间后，将产生变形，影响零件精度——热应力的防止：尽量减小铸件个部分的温差，改善砂型和砂芯的退让性，尽量避免出现牵制收缩的结构，去应力退火。

2.铸件的变形:(1)当铸造应力形成时，若超过合金的屈服极限低于强度极限，则产生塑性变形。

(2)铸件内残留应力引起的铸件变形，即自发地通过变形来减缓其内应力。

——铸件变形的防止：a.工艺上采用同时凝固原则，减小温差，均匀冷却；适用于收缩小或倾向于糊状凝固的合金，如灰铸铁、锡青铜等。

b.铸件壁厚尽量均匀、对称c.反变形法模样制成与变形方向正好相反的形状以抵消其变形的方法叫反变形法。

适用于细长易变形铸件。

d.时效处理时效处理是去除残余应力防止变形的有效方法。

i)自然时效，将铸件置于露天半年以上；ii)人工时效，550-650℃去应力退火。

时效处理宜放在粗加工之后，以便将铸造应力、粗加工产生应力一并消除。

3.铸件的裂纹：当铸造应力大于铸件金属的强度极限时，铸件变产生裂纹——热裂纹：是指铸件在凝固的末期的高温下产生的裂纹，他的产生倾向与合金的收缩率、高温强度、铸件结构、铸件阻力等有关。

——热裂纹的防止：①应尽量选择凝固温度范围小，热裂倾向小的合金。

②应提高铸型和型芯的退让性，以减小机械应力。

③对于铸钢件和铸铁件，必须严格控制硫的含量，防止热脆性。

——冷裂纹：是在低温下形成的，长出现在铸件收拉伸的部位。

苏醒差的合金易产生冷裂纹，磷元素含量过大也已产生裂纹，壁厚差大，形状复杂，尤其是大而薄的铸件。

——冷裂纹的防止：①使铸件壁厚尽可能均匀；②采用同时凝固的原则；③对于铸钢件和铸铁件，必须严格控制磷的含量，防止冷脆性。

4.变形：1）塑性变形：铸件在热应力的形成过程中产生的变形。

2）弹性变形：又残余应力的住家产生的变形。

三、机器铸造;1)概念：机器造型是将填砂、紧实和起模等主要工序实现了机械化，并组成生产流水线。

机器造型生产率高，铸型质量好，铸件质量高，适用于中小型铸件的大批量生产。

四、特种铸造：1.熔模铸造：1）概念：在易熔模样表面包覆若干层耐火材料，待其硬化干燥后，将模样熔去制成中空型壳，经浇注而获得铸件的一种成形工艺方法。

2)工艺特点：a铸件的精度和表面质量较高，公差等级可达IT11~IT13，表面粗糙度Ra值达1.6~12.5μm。

b合金种类不受限制，尤其适用于高熔点及难加工的高合金钢，如耐热合金、不锈钢、磁钢等。

c可铸出形状较复杂的铸件，如铸件上宽度大于3mm的凹槽、直径大于2mm的小孔均可直接铸出。

d生产批量不受限制，单件、成批、大量生产均可适用。

e工艺过程较复杂，生产周期长；原材料价格贵，铸件成本高；铸件不能太大、太长，否则熔模易变形，丧失原有精度。

2.压力铸造：1）概念：液态金属在高压作用下快速压入金属铸型中，并在压力下结晶，以获得铸件的成形工艺方法。

2）工艺特点：1．铸件的尺寸精度和表面质量最高。

公差等级一般为IT11~IT13级，Ra 为3.2~0.8μm。

2．铸件的强度和表面硬度高。

抗拉强度可比砂型铸造提高25~30%，但伸长率有所下降。

3．可压铸出形状复杂的薄壁件。

4．生产率高。

国产压铸机每小时可铸50~150次，最高可达500次。

5．便于采用镶嵌法。

6．压铸设备投资大，压铸型制造成本高，工艺准备时间长，不适宜单件、小批生产。

7．由于压铸型寿命的原因，目前压铸尚不适宜铸铁、钢等高熔点合金的铸造。

8．压铸件内部存在缩孔和缩松，表皮下形成许多气孔。

3.离心铸造：1）概念：离心铸造是将金属液浇入绕水平或立轴旋转的铸型中，在离心力的作用下凝固的铸造方法。

铸型可用金属型、砂型、陶瓷型、熔模壳型等2）工艺特点：织致密，机械性能好2、不用型芯和浇注系统，简化生产，节约金属3、金属液的充型能力强，便于流动性差的合金及薄壁铸件4、便于制造双金属结构5、铸件易产生偏析，内孔不准确且内表面粗糙4.低压铸造：1）概念：低压铸造是在0.2~0.7大气压的低压下将金属液注入型腔，并在压力下凝固成形，以获得铸件的方法。

2）工艺特点：1．浇注压力和速度便于调节，可适应不同材料的铸型。

2．铸件的气孔、夹渣等缺陷较少。

3．便于实现顺序凝固，使铸件组织致密、力学性能高。

4．由于省去了补缩冒口，使金属的利用率提高到90~98%。

5.连续铸造：1）概念：连续铸造是指将金属液连续的浇入水冷金属型(结晶器)中,连续凝固成形的方法。

2）工艺特点：①组织致密,力学性能好;②不用浇注系统,中空铸件不用型芯,降低了金属的损耗，简化了造型工序,降低了劳动强度,减少了生产占地面积;③设备比较简单,生产过程易于实现机械化、自动化；④几乎适用于各种合金;⑤但连续铸造不适于截面有变化,壁厚不均匀的铸件生产,而且铸管的质量较离心铸造差。

四、1.的铸造性能对零件结a.合理设计铸件壁厚（1）壁厚适当1.最小壁厚——定铸造工艺条件下，所能浇注出的铸件最小壁厚。

2.铸件的临界壁厚——在砂型铸造条件下，临界壁厚≈3×最小壁厚，在最小壁厚和临界壁厚之间就是适宜的铸件壁厚。

3.铸件截面形状(2)铸件壁厚应均匀、避免厚大截面(1)内壁厚应小于外壁厚b.铸件壁的连接1 ．铸件的结构圆角2 ．避免锐角连接3 ．厚壁与薄壁间的联接要逐步过渡4 ．防止铸件产生变形2.铸造工艺对零件结构的要求a.铸件外形的设计1、应利于减少和简化铸型的分型面2、凸台、筋条不应妨碍起模3、垂直于分型面的非加工面应具有结构斜度4 ．避免外部侧凹、凸起；5 ．分型面应尽量为平直面；6 ．凸台、筋条的设计应便于起模。

b.铸件的内腔的设计：1 ．应尽量减少型芯的数量，避免不必要的型芯。

2 ．便于型芯的固定、排气和清理。

五、砂型铸造工艺设计：p145。