材料的液態(tài)成形工藝

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1、第四章材料的液態(tài)成形工藝本章內(nèi)容：鑄造基礎(chǔ)部分；鑄造方法；鑄件結(jié)構(gòu)工藝性。本章重點：鑄造基礎(chǔ)知識，即合金的鑄造性能。第四章材料的液態(tài)成形工藝液態(tài)材料鑄型模腔凝固固態(tài)毛坯澆注金屬的鑄造工藝陶瓷的注漿成形塑料的注射成形材料的液態(tài)成形，與材料的固態(tài)塑性變形、連接成形以及粉末冶金成形是制造業(yè)獲得毛坯件的主要手段。§4-1金屬鑄造工藝簡介金屬鑄造（foundry,casting）1.定義：將熔煉好的液態(tài)金屬澆注到與零件形狀尺寸相適應(yīng)的鑄型型腔（moldcavity）內(nèi),待其冷卻凝固后,獲得毛坯或零件的方法。2.優(yōu)點：適應(yīng)性強(qiáng)，金屬種類、鑄件尺寸、形狀不受限制；成本低；尤其適于制造內(nèi)

2、腔復(fù)雜的大型箱體件。缺點：鑄造工藝復(fù)雜；鑄件缺陷多，廢品率高；鑄件力學(xué)性能一般較同類鍛件差；勞動環(huán)境差等。3.鑄造方法：砂型鑄造（sandcastingprocess）特種鑄造（specialcastingprocess）用于核反應(yīng)堆的大型鑄件，重量達(dá)60多噸。模樣：pattern型砂：mouldingsand砂箱：flask型芯：core配制的型砂模樣砂型配制的芯砂芯盒砂芯合箱熔化的合金澆注檢驗冷卻落砂清理合格的鑄件砂型鑄造基本工藝過程§4-2鑄造工藝基礎(chǔ)知識合金的鑄造性能包括：流動性、收縮性、氧化性、吸氣性、偏析性等。一、液態(tài)金屬的充型能力定義：指液態(tài)金屬充滿鑄型型腔

3、，獲得形狀完整、輪廓清晰鑄件的能力。充型能力差→澆不足（shortrun）、冷隔（coldshuts）影響因素：包括金屬液的流動性、性質(zhì)、澆注條件及鑄型條件等。金屬流動性試樣指液態(tài)合金自身的流動能力。流動性好，則充型能力強(qiáng)。流動性的測試通常用螺旋形試樣來衡量，l?，流動性?金屬液的流動性合金種類：灰口鑄鐵，硅黃銅，流動性最好，l?1000mm。鑄鋼的流動性最差，l?200mm；成分：共晶合金的流動性最好；結(jié)晶特征：結(jié)晶間隔越小，則流動性越好；粘度：粘度越大，流動性越差；結(jié)晶潛熱：結(jié)晶潛熱越小，流動性越差。影響流動性因素：2.澆注（pouring）條件T澆?→粘度?→充型能

4、力?；但T澆??→粘砂（sandadherence）、縮孔（shrinkagecavity）、氣孔（blowhole）、粗晶（graincoarsening）等缺陷充型壓力?→充型能力?。3.鑄型特性鑄型的導(dǎo)熱能力?，T液?，充型能力?；鑄型的溫度?，充型能力?，所以金屬型要預(yù)熱；鑄型的排氣能力?，流動阻力?，充型能力?；鑄型結(jié)構(gòu)不宜太復(fù)雜。最小壁厚（wallthickness）二、合金的凝固（solidification）特性合金從液態(tài)變?yōu)楣虘B(tài)，稱為凝固或一次結(jié)晶（crystallization）。在此過程，易產(chǎn)生缺陷：縮孔、縮松（porosity）、氣孔、夾雜（inc

5、lusion）、熱裂（hottear）、偏析等。1.鑄件的凝固方式鑄件斷面上有三個區(qū)域：固相區(qū)、液相區(qū)、凝固區(qū)。逐層凝固：不存在凝固區(qū)（純金屬或共晶成分合金）；體積凝固（糊狀凝固）：凝固區(qū)很寬（結(jié)晶溫度范圍寬或鑄件截面溫度梯度?。恢虚g凝固：介于二者之間。合金的凝固方式影響鑄件質(zhì)量。逐層凝固的合金產(chǎn)生缺陷的傾向小。影響鑄件凝固方式的因素有：合金的結(jié)晶溫度范圍：越窄→逐層凝固鑄件的溫度梯度：梯度越大→逐層凝固S1S2T1T2T液T固LL+αα表面中心溫度梯度對凝固區(qū)域的影響三、合金的收縮性1.收縮及其影響因素合金的收縮：鑄件在凝固和冷卻過程中，其體積或尺寸減少的現(xiàn)象稱為收縮

6、。包括：①液態(tài)收縮（體收縮率）澆注溫度—液相線②凝固收縮（體收縮率）液相線—固相線③固態(tài)收縮（線收縮率）固相線—室溫縮孔，縮松應(yīng)力，變形，裂紋成分(%)T①②③影響鑄件收縮的主要因素：化學(xué)成分：鑄鋼和白口鑄鐵收縮率大，灰鑄鐵、球鐵??；澆注溫度：T↑→收縮率大；鑄件結(jié)構(gòu)：壁厚不均勻→收縮受阻→收縮率??；鑄型條件：鑄型、型芯阻礙收縮→收縮率小2.收縮導(dǎo)致的鑄件缺陷（1）縮孔與縮松（體積縮減得不到補(bǔ)充）縮孔：出現(xiàn)在鑄件上部或最后凝固部位,倒錐形,容積較大.縮松：鑄件最后凝固區(qū)未得到補(bǔ)縮形成分散細(xì)小的孔洞.逐層凝固合金易形成縮孔，糊狀凝固合金易產(chǎn)生縮松?？s松嚴(yán)重影響鑄件的氣密性。

7、縮松形成示意圖順序凝固：在厚大部位安放冒口、冷鐵和補(bǔ)貼，使薄壁→厚壁→冒口順序凝固，讓縮孔移入冒口。熱節(jié)：“內(nèi)切圓法”和“凝固等溫線法”。順序凝固用于收縮率較大必須補(bǔ)縮的場合(鋁青銅、鑄鋼)，不能預(yù)防顯微縮松。選用共晶成分的合金：可消除縮松?？s孔和縮松防止:（2）鑄造應(yīng)力、變形和開裂鑄造應(yīng)力：熱應(yīng)力和機(jī)械應(yīng)力1)熱應(yīng)力：鑄件壁厚不均或各處冷速不同，導(dǎo)致各處收縮不同步引起的應(yīng)力。殘余應(yīng)力鑄造內(nèi)應(yīng)力在固態(tài)收縮階段產(chǎn)生，是鑄件變形、開裂的根本原因。鑄件厚壁或心部受拉應(yīng)力，薄壁或表層受壓應(yīng)力?？蛐舞T件熱應(yīng)力形成過程2)機(jī)械應(yīng)力：鑄件的