金属的液态成型
金属液态成形工艺概述
铸造产品称为： 铸件、铸锭、铸坯、铸带等
一、金属液态成形工艺特点
1. 适应性强
铸件重量：几克 ~ 几百吨 铸件壁厚：0.5 毫米 ~ 1 米 铸件长度：几毫米 ~ 十几米 铸件材质：铁碳合金（鋳铁、鋳钢）、铝合金、铜合金、
镁合金、锌合金、钛合金、复合材料等
速箱体（灰口铸铁）
精密铸造件（不锈钢）
水轮机铸件（铜合金）
箱体（铝合金）
叶轮（钛合金）
一、金属液态成形工艺特点
1. 适应性强
铸件重量：几克 ~ 几百吨 铸件壁厚：0.5 毫米 ~ 1 米 铸件长度：几毫米 ~ 十几米 铸件材质：铁碳合金（鋳铁、鋳钢）、铝合金、铜合金、
镁合金、锌合金、钛合金、复合材料等
铸造方法几乎不受零件大小、形状和结构复杂程度的限制。
轧辊
异型件
装饰件
工艺品
一、金属液态成形工艺特点
2. 尺寸精度高
铸件比锻件、焊接件的尺寸精度高，更接近于零件的尺 寸，可节约大量的金属材料和机械加工工时。
一、金属液态成形工艺特点
2. 尺寸精度高
铸件比锻件、焊接件的尺寸精度高，更接近于零件的尺 寸，可节约大量的金属材料和机械加工工时。
形成的先进铸造技术
精密、优质化
精密成形与加工 近无缺陷成形
数字、网络化
数字造型 虚拟制造
网络制造
精确铸造成形 金属熔体的纯净化、致密化
铸造工艺CAD，铸造模具CAD/CAM一体化 铸造过程宏观模拟及工艺优化 铸件组织微观模拟及性能预测 分散网络化铸造系统
高效、智能化
快速制造 自动化制造系统
智能制造
快速原形及快速制模 铸造过程自动检测与控制，铸造机器人的应用
金属的液态成形与半固态成形
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快速 凝固 技术
急冷 凝固
模冷技术
“枪”法 双活塞法
熔体旋转法
平面流铸造法 电子束急冷淬火法 熔体提取法
水雾化与气体雾化法 双流雾化 高速旋转筒雾化法
雾化技术
离心雾化
可采用铸造、挤压、锻造和焊接等多种 成形工艺。 • 铸件质量高，力学性能好，尺寸精度高。 • 对成形装置的热冲击小，能耗低。 • 便于实现自动化，劳动生产率高。 • 生产成本低。
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• 3、半固态成形的发展 • 20世纪70年代初，美国MIT的博士研究生D B
Spencer在研究Sn-15%wt Pb合金的高温特性时， 偶然发现金属的半固态力学行为和组织特点。 这些发现引起了MIT的M C Flemings 教授的特别 重视，投入大量人力、物力，进行了深入、广 泛的研究，创立了金属半固态铸造技术。 • 半固态流变铸造（rheocasting） 金属液 搅拌、凝固半固态浆料 输送 成 形
控制方便灵活，但设备投资大，
成本高。
电磁搅拌
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• 应变激活工艺（Strain-induced melt activation
process，SIMA)
预先连续铸造出晶粒
细小的金属锭, 再将金属
锭热态挤压变形，变形
量要大，通过变形破碎
铸态组织，随后再加以
小量冷变形，在组织中
储存部分变形能量，最
后按需要将变形的金属
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• 4、半固态合金的制备方法 • 半固态合金的制备常用机械搅拌法、电
磁搅拌法和应变激活工艺。
连续式机械搅拌
金属的液态成形
金属的液态成形
金属的液态成形是一种先进的金属加工技术，它利用金属在高温下的液态特性，通过流动、填充、形变等方式对金属进行成形加工。
相比于传统的固态成形技术，液态成形具有以下优点：可以获得更高的成形精度和表面质量；可以实现复杂形状的制造；可以减少工艺环节和加工时间；可以节约材料和能源。
液态成形技术主要包括铸造、挤压、浇铸、注射成形等多个领域，其中挤压和注射成形是目前发展最快的两个领域。
液态成形技术在汽车、航空航天、造船、军工、能源等领域得到了广泛的应用，成为现代工业生产中不可或缺的一部分。
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金属的液态成形
金属的液态成形
金属的液态成形是现代制造业中一种重要的工艺。
它利用金属的熔融
中性，通过注射、挤压、铸造等操作，将金属材料精确地成形。
以下
是液态成形的步骤。
第一步，准备金属材料。
在液态成形过程中，首先需要准备好金属材料。
不同的成形工艺需要不同的金属材料。
一般情况下，常见的液态
成形材料有铝、铜、镁、钢等。
第二步，加热金属材料。
将金属材料加热到其熔点以上，使其成为液态，从而为后续加工过程做好准备。
这一步中需要注意金属材料的熔
点和其他性质，避免出现烧结、氧化等现象。
第三步，选择成形工艺。
根据金属材料的特性，以及生产需求，选择
不同的成形工艺。
一般来说，液态成形工艺分为注射、挤压、铸造等。
第四步，进行液态成形操作。
在进行液态成形操作时，需要注意操作
人员的专业技能和经验水平，尤其是对于一些高难度和高风险的操作。
操作中需要注意安全，配合机械和设备运转，精确控制工艺参数和加
工速度。
第五步，进行收尾工作。
当液态成形结束后，需要对设备和金属材料
进行清洗、维修和保养等收尾工作，确保设备和材料的安全可靠，以
及生产线的正常运转。
总体来说，液态成形在现代制造业中扮演着重要的角色，是现代制造
业的重要组成部分。
液态成形工艺的精细化、自动化和智能化也正在不断提高，使其在新时代更加高效、安全、环保和持续发展。
金属液态成形工艺原理
H0
P杯
v杯2 2g
0
P腔
v内2 2g
hi （2 - 1）
1. 充填下半型 设充填下半型时需要金属液m1，充填时间为t1。 以浇口杯液面和内浇道出口建立伯努利方程（能量方程）：
H0
P杯
v杯2 2g
0
P腔
v内2 2g
hi
式中：
P杯 —— 浇口杯液面压力 P腔 —— 型腔内的液面压力 v杯 —— 浇口杯液面金属流动速度 v内 —— 内浇口出口金属流动速度 hi —— 浇注系统中某段的流体压头损失
§2.2 液态金属充型过程的水力学计算
三、计算结果
计算条件： a. 浇注系统为充满流动
封闭式浇注系统； 对于开放式的型腔液面要淹过内浇道。
b. 浇口杯液面保持不变
c. 型腔内压力与外界相同，即砂型透气性要好，有排气孔
1. 充填下半型 设充填下半型时需要金属液m1，充填时间为t1。 以浇口杯液面和内浇道出口建立伯努利方程（能量方程）：
γ —— 重度（=ρg）
2. 充填上半型 设充填上半型时需要金属液m2，充填时间为t2。 以浇口杯液面和内浇道出口建立伯努利方程：
H0
P杯
v杯2 2g
0
P内
v内2 2g
hi
3. 充填整个铸型
设充填时需要金属液m，充填时间为t，则
m
F内 t 2gH均
式中 m为充填铸型所需金属液； t为充填时间； 为流量系数； H均为充型平均静压头。
学的规律在一定程度上也适用于液态金属的流动过程。
§2.2 液态金属充型过程的水力学计算 一、浇注系统的结构
§2.2 液态金属充型过程的水力学计算
一、浇注系统的结构
浇注系统：引导金属液进入和充满型腔的一系列通道。
金属的液态成形
金属的液态成形
金属的液态成形是一种常见的金属加工方式，它利用高温使金属达到液态状态，然后通过模具的成形使其恢复原来的形状。
这种加工方式可以制造出各种各样的金属制品，如汽车发动机的零部件、航空飞行器的机身等。
液态成形的好处在于可以制造出更为精密的零部件，也可以减少材料的浪费，提高生产效率。
液态成形还可以应用于金属的再加工，如淬火、退火等，使其性能得到进一步的提升。
同时，液态成形也面临着一些挑战，如必须控制温度、压力等参数，否则可能会导致制品出现缺陷。
因此，液态成形需要高超的技术和精密的设备，才能确保制品的质量和性能。
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第七章 金属的液态成形
缩松：分散在铸件内部分散而细小的缩孔，大多分布在 铸件中心轴线处、冒口根部、内浇口附近或缩孔下方。形成 的原因与缩孔基本相同。 缩孔及缩松使铸件力学性能下降，防止其发生的主要 措施是“定向凝固”，通过增设冒口、冷铁等一些工艺措施 ，使凝固顺序形成向着冒口方向进行，如下图。远离冒口的 部位先凝固，冒口最后凝固，使缩松和缩孔产生在冒口处。 或在铸件厚大部位增设冷铁，以加快该处的凝固速度。
第七章 金属的液态成形
什么是金属的液态成形: 即将液态金属浇入与零件形状相适应的铸型空腔 中，待其冷却凝固，以获得毛坯或零件的工艺方法,亦 称铸造. 金属的液态成形的作用: 金属的液态成形是制造毛坯、零件的重要方法之一。 按铸型材料的不同，金属液态成形可分为砂型铸造和特 种铸造（包括压力铸造、金属型铸造等）。 其中砂型铸 造产品成本最低，应用最普遍，所生产的铸件要占铸件 总量的80%以上。但工艺过程较复杂不易控制，，铸件内 部常有缩孔、夹渣、气孔、裂纹等缺陷产生，导致铸件 力学性能，特别是冲击性能较低。
• （2） 浇注温度 • 浇注温度越高，液态合金的流动性越好，若过高，铸 件易产生缩松、粘沙等缺陷。一般浇注温度控制在：铸钢 1520~1620℃；铸铁1230~1450℃；铝合金680~780℃。 • （3）铸型填充条件 • 内浇道横截面小、型腔表面粗糙、型砂透气性差都会增加 液态合金的流动阻力；铸型材料的导热性过大，使液体金 属凝固快，同样会降低流动性。
f) 挖砂造型
活块造型是在制模时将铸件上的妨碍起模的小凸台，肋 条等这些部分作成活动的（即活块）。起模时，先起出 主体模样，然后再从侧面取出活块。其造型费时，工人 技术水平要求高。主要用于单件、小批生产带有突出部 分、难以起模的铸件。
活块造型
三箱造型的铸型由上、中、下三型构成。中型高度 需与铸件两个分型面的间距相适应。三箱造型操作 费工。主要适用于具有两个分型面的单件、小批生 产的铸件。
金属液态成形
材料成形技术基础第一章 金属液态成形金属液态成形（铸造）：将液态金属在重力或外力作用下充填到型腔中，待其凝固冷却后，获得所需形状和尺寸的毛坯或零件的方法。
液态成形的优点：（1）适应性广，工艺灵活性大（材料、大小、形状几乎不受限制）（2）最适合形状复杂的箱体、机架、阀体、泵体、缸体等（3）成本较低（铸件与最终零件的形状相似、尺寸相近）主要问题：组织疏松、晶粒粗大，铸件内部常有缩孔、缩松、气孔等缺陷产生，导致铸件力学性能，特别是冲击性能较低。
分类：铸造从造型方法来分，可分为砂型铸造和特种铸造两大类。
其中砂型铸造工艺如图1-1所示。
图1-1 砂型铸造工艺流程图第一节金属液态成形工艺基础一、熔融合金的流动性及充型液态合金充满型腔是获得形状完整、轮廓清晰合格铸件的保证，铸件的很多缺陷都是在此阶段形成的。
（一）熔融合金的流动性1.流动性 液态合金充满型腔，形成轮廓清晰、形状和尺寸符合要求的优质铸件的能力，称为液态合金的流动性。
流动性差：铸件易产生浇不到、冷隔、气孔和夹杂等缺陷。
流动性好：易于充满型腔，有利于气体和非金属夹杂物上浮和对铸件进行补缩。
螺旋形流动性试样衡量合金流动性，如图1-2所示。
在常用铸造合金中，灰铸铁、硅黄铜的流动性最好，铸钢的流动性最差。
常用合金的流动性数值见表1-1。
表1-1 常用合金的流动性（砂型，试样截面8㎜×8㎜）2. 影响合金流动性的因素（1） 化学成份 纯金属和共晶成分的合金，由于是在恒温下进行结晶，液态合金从表层逐渐向中心凝固，固液界面比较光滑，对液态合金的流动阻力较小，同时，共晶成分合金的凝固温度最低，可获得较大的过热度，推迟了合金的凝固，故流动性最好；其它成分的合金是在一定温度范围内结晶的，由于初生树枝状晶体与液体金属两相共存，粗糙的固液界面使合金的流动阻力加大，合金的流动性大大下降，合金的结晶温度区间越宽，流动性越差。
Fe-C合金的流动性与含碳量之间的关系如图1-3所示。
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·流动性对铸件质量的影响
1)流动性好，容易获得尺寸准确，轮廓清晰的铸件。
2)流动性好的合金 ，有利于液态金属中的非金属夹杂 物和气体的上浮和排除，从而使铸件的内在质量得到 保证 。 3)流动性好的合金，可使铸件的凝固收缩部分及时得 到液态合金的补充，从而可防止铸件中产生缩孔、缩 松等缺陷。
断后伸长率≥6％ 。
性能：抗拉强度比灰铸铁高，为碳钢的40~70%，
接近于铸钢；有一定塑性和韧性。但仍不可锻造。
断口 心部 呈黑 色
铁素体基体黑心可锻铸铁
珠光体基体可锻铸铁
3. 球墨铸铁
是石墨呈球状分布的灰口铸铁，简称球铁。
牌号：QT × × ×- × ×
（如QT600-03）
组织 ：钢基体+ 球状G
成分
合金铸铁（特殊性能铸铁）
按石墨的形 态(灰口铸 铁分类)
灰 铸 铁：石墨呈粗片状 可锻铸铁：石墨呈团絮状 球墨铸铁：石墨呈球状 蠕墨铸铁：石墨蠕虫状
白口 灰口
● 常用铸铁的特点及应用
常用铸铁的种类：
灰口铸铁 合金铸铁
灰铸铁 可锻铸铁 球墨铸铁 蠕墨铸铁
1. 灰铸铁
指石墨呈片状分布的灰口铸铁。 成分： 2.5～4.0%C； 1.0～3.0% Si；少量Mn 、S、P 等。 组织： F +片状G ；F + P+片状G； P +片状G ； 性能：抗压不抗拉，塑性差，铸造性能和切削加工性能好；
二. 合金的收缩
(一)收缩的概念
金属由液态向固态的冷却过程中，其体积和尺寸减小 的现象称为收缩。
三个收缩阶段: 液态收缩,凝固收缩,固态收缩
应用:在常用的合金中，铸钢的收缩最大，灰铸铁的 最小。
(二)影响收缩的因素
化学成分、浇注温度、铸件结构和铸型条件等 1 ) 化学成分
碳素钢随含碳量增加，凝固收缩增加，而固态收缩稍减。 灰 铸铁中，碳是形成石墨化的元素，硅是促进石墨化的元素，所态金属成形工艺理论
1.1.1 液态金属成形工艺的概念 液态金属成型是指将液态金属填充到铸型的型腔中
待其冷却凝固后获得所需形状、尺寸和性能的铸件毛坯 （或零件）的成型方法，即：铸造。
1.1.2 液态金属成形工艺特点 1．可生产形状任意复杂的制件，特别是内腔形状复 杂的制件。如汽缸体、汽缸盖、蜗轮叶片、床身件 等。 2．适应性强：（1）合金种类不受限制；
消除铸造应力，才能使用，但不宜淬火处理。
组织：钢基体+蠕虫状G 生产：蠕化处理→孕育处理 用途：制造汽车的汽缸盖、活塞环和
制动盘，电机壳，重型机床和
大型柴油机的机体。
5. 合金铸铁
高强度合金铸铁：加入Cr、Ni、Cu、Mo等，增加基体中珠光体数量
并细化组织，从而显著提高铸铁强度；制造曲轴、连杆等 。 耐热合金铸铁：加入Si、Al、Cr 等，使铸件表面形成致密的SiO2、
2 ) 浇注温度
浇注温度越高，过热度越大，合金的液态收缩也越大。
3 )铸件结构与铸型条件
阻碍收缩,产生内应力
三. 合金的偏析和吸气性
(一)合金的偏析 ·铸件内部化学成分不均匀的现象，称为偏析。 ·影响:降低力学性能,耐腐蚀性能,热裂和疲劳 ·种类:晶内偏析,区域偏析和比重偏析 (二)合金的吸气性 ·合金在加热过程中不断吸收(溶解)与其相接触的
合金铸 铁应用
2. 铸 钢
1. 铸钢分类
1）铸造碳钢：
牌号： ZG + 数字 — 数字
例：ZG270-500
铸钢代号 屈服强度值 抗拉强度值
性能特点：
强度和塑性、韧性高于铸铁 ，但铸造工艺性差。 （原因：熔点高，钢液易氧化，流动性差，收缩率大。）
热处理：铸钢件必须经过退火或正火处理，改善组织和性能，
●铸铁的分类
按碳的 存在形式
白口铸铁：以Fe3C形式存在，无石墨，断口呈银白色；
硬而脆，少用；但可制作耐磨件或作为冶炼钢铁的原料
灰口铸铁：主要以游离石墨的形式存在，断口暗灰色；
应用广泛，在我国铸铁与钢应用比例为0.46：1
麻口铸铁：以Fe3C＋石墨形式存在，断口呈灰白色；
脆性大，少用
按化学 普通铸铁
（2）铸件大小几乎不受限制。 3．成本低： （1）材料来源广；
（2）废品可重熔； （3）设备投资低。 4．废品率高、表面质量较低、劳动条件差。
1.1.3 合金的铸造性能
概念:铸造性能是指合金铸造成形获得优质铸件的能 力。
合金的铸造性能指标:流动性、收缩性、偏析和吸气 性等
一. 合金的流动性
流动性概念:合金的流动性是指熔融合金的流动能力。 影响因素:流动性不仅与合金本身的性质有关，而且
气体的性质，称为合金的吸气性。 ·影响:导致气孔
1.2 铸造合金及熔炼
1.2.1 常用铸造合金材料
1.铸铁
2.铸钢
3.非铁铸造合金
1. 铸 铁
铸铁：是含碳量大于2.11%并含有较多硅、锰、硫、磷等
元素的多元铁基合金；铸铁生产工艺简单、成本低， 是使用最早、应用最广泛的材料之一。
● 铸铁的分类 ● 常用铸铁的特点及应用
基体组织有F、P、（P+F）3种类型
F基体＋球状G
P基体＋球状G
(P ＋F )基体＋球状G
4. 蠕墨指大铸部铁分石墨呈蠕虫状分布的灰口铸铁。
牌号：RuT××× 成分：高C、Si，低Mn、P、S 性能：力学性能介于基体相同的灰铸铁和球墨铸铁之间；
气密性、耐磨性比灰铸铁好；减震性比球铁好，但不如灰铸铁； 铸造工艺性与灰铸铁相近，切削加工性与球铁相近。
耐磨减摩、减震性好，压力加工和焊接性能差。
用途：常利用灰铸铁的减震和抗压性能，制作机床底座、床身、
工作台、导轨、箱体等。
F基体 +片状G
P 基体+片状G
(F + P)基体+片状G
2. 可锻铸铁—玛钢
指石墨呈团絮状的灰口铸铁，由亚共晶白口铸铁 经长时间石墨化退火（900～960℃）获得。
牌号：如 KTH300-06 ，表示抗拉强度≥300MPa ，
Al2O3、CrO3等氧化膜，制造加热炉的炉底板、烟道挡板等。
耐蚀合金铸铁：加入Si、Al、
Cr、Cu、Ni等，在铸铁表面
形成致密的保护膜，减少各相
间的电位差；制造化工管道、
阀门等。
耐磨合金铸铁：加入Cr、V、
Mo、Ti、Re等；制造大型球
磨机衬板等。 其它：激冷铸铁、高磷铸铁、
高铬耐磨铸铁等。