第4节金属型铸造工艺剖析

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1、Hubei Automotive Industries Institute,Department of Materials Engineering,金属型铸造工艺,材料工程系,对于铝、镁合金铸件：,对于铸钢件：b1cm时，v=2-3cm.s-1,一 浇注补缩系统的设计,确定浇注系统截面积时，通常是先计算该系统中的最小截面，然后再根据比例关系求得系统中其它组元的截面积。,（一）浇注系统尺寸的确定,浇注时间根据铸件的高度和限定的型内金属液面的上升速度来决定，即,Q通过浇注系统的金属重量 重度 镁合金Vmax 130cm.s-1； 对于铝合金Vmax 150cm.s-1,可以根据浇注时间和液体金属流

2、经浇注系统最小截面处的允许最大流动线速度Vmax，来计算最小截面积Fmin。,确定了最小截面积Fmin后，便可以确定浇注系统中其它组元的截面积。,大型铸件（40kg） F直：F横：F内=1：（23）：（36） 中型铸件（20-40kg） F直：F横：F内=1：（23）：（24） 小型铸件（20kg） F直：F横：F内=1：（1.53）：（1.534）,浇注铝、镁合金时为：,浇注黑色金属时，采用封闭式浇注系统，最小截面积为内浇口，各组元截面积比为： F内：F横：F直=1：（1.05-1.25）：（1.15-1.25） 内浇口长度一般应小于12mm。,（二）直浇道,直浇道是将合金液从浇口杯引入横浇

3、道的通道。为了避免带入气体，金属型铸造的直浇道应做成封闭式的。为了便于浇注，不带浇口杯的直浇道，上部尺寸最好不小于20mm。,1、垂直浇道,开始浇注铝合金液时，不能完全充满整个浇道，对底部的冲击较大，容易带进气体和杂质，对铸件质量不利，所以垂直浇道高度一般不应超过150mm。,可能带进气体和杂质，但其量比垂直浇道少得多。,2、斜浇道,在制造金属型时，加工很方便，所以一般浇道不超过250mm，要求不是很高的铸件，常常采用。,斜角根据铸件（包括冒口）的高度来选择,小于120mm：15 20,120250mm：8 15,3、倾斜弯转浇道,浇道的弯转处成为液封区 ，阻塞了气体和渣滓的进入。 可起缓冲作

4、用。,利用浇道防止气泡及氧化渣进入型腔的有效方法,增大了金属型的体积，增加了金属型的重量和材料消耗量。,因浇道曲折几次，增加了浇道壁对金属液的摩擦力，而降低了金属液流速，对除渣除气有良好的效果。,4.蛇形浇道,改为蛇形浇道后，大大提高了合格率因此生产中特别是夹渣严重的铸件，广泛地采用了蛇形浇道。,在实际生产中，有些铸件因夹渣氧化皮严重影响了质量。,能使合金液流动平稳，不易 引起涡流，有利于防止铸件形成氧化夹渣和气孔，常用于大、中型铝镁合金铸件及镁合金铸件。,5.片状浇道,通常用于圆筒形、箱形等薄壁铝、镁合金铸件以及具有大表面的高大薄壁铸件。,（三）浇注系统在型内的布置形式,1、侧注式,侧注式浇

5、注过程及温度分布,2、顶注式,顶注式浇注过程及温度分布 1金属型；2凝固层；3金属液,其热分布较合理，有利于顺序凝固，可减少金属液的消耗，但金属液流动不平稳，易进渣，铸件高时，易冲击型腔底部或型芯。若用于浇注铝合金件，一般只适用于铸件高度小于100的简单件。,3.底注式,金属液流动较平稳，有利于排气，但温度分布不合理，不利于铸件顺利凝固。,底注式浇注过程及温度分布 1金属型；2凝固层；3金属液,冒口设在直浇道与内浇口之间 1内浇口 2冒口 3直浇道,冒口颈的直径为热节圆直径的0.3-0.5。,（四）冒口的设计,金属型铸造灰铸铁件一般不设冒口。,铝、镁合金铸件冒口的体积为它所补缩的铸件热节体积的

6、1.5倍。,球墨铸铁和可锻铸铁件冒口的直径为它所补缩的铸件热节圆直径的1.2倍；,冒口的高度为热节圆直径的1.25倍；,二 涂料,保护金属型 调节铸件在金属型中各部位的冷却速度 改善铸件的表面质量 改善型腔中气体的排除条件,目的,气体通过涂料层排出 1型壁 2涂料层 3金属液流,涂料由耐火粉料、粘结剂、载体、附加物组成粉状耐火材料。,铜合金所用材料与铸铁相似，但不用硅石粉和镁粉。,铸铁与铸钢相似，还可用石棉粉和镁粉。,铸钢用硅石粉、石墨粉、耐火粘土。,铝、镁合金用白垩粉、氧化锌、石棉粉、石棉粉和滑石粉；铝合金还可用氧化钛、氧化镁。,石棉粉、硅藻土可高效提高涂料的绝热性能，石墨粉、滑石粉可减轻铸

7、件自型中取出所遇到的摩擦阻力，镁合金铸造时常在涂料中加硼酸以防止镁合金氧化。,粘结剂：常用水玻璃。铸钢、铸铁还用糖浆。,载体：一般用水，铜合金铸造常用矿物油。,附加物：赋予涂料特殊性能。,铝镁合金加入硅酸钡提高塑性。,铸铁和铸钢可在涂料中加入合金元素。,硅铁粉可预防铸铁件表面产生白口。,铸灰口铁时金属型涂料的质量组成配方可为：,耐火砖粉35%+粘土25%+硅石粉25%+水玻璃15%+水适量，用于浇冒口。,石墨粉（1015）%+粘土（1015）%+表面活性剂0.5%+水玻璃（57）%+水余量，用于型腔。,在金属型型面上涂覆涂料时，应事先将干净的金属型预热160-200，最好将喷雾器将混匀的涂料液

8、喷涂在型面上，使形成致密均匀的覆盖层。,涂料层的厚度一般小于0.5mm，在浇冒口系统的型面上可为0.5-1mm，个别情况达4mm的。,浇注不同合金时金属型的工作温度,四 金属型的工作温度,金属型铸造时合金的浇注温度比砂型铸造时高； 采用顶注式系统时的浇注温度可比底注时低。,五 合金的浇注温度,六 金属型铸造机,浇注操作,先慢后快； 倾转铸型。,金属型铸造铸态铁素体球墨铸铁的试验研究,生产铁素体球铁通常采用高、低温退火，以便消除共晶碳化物，分解珠光体以获得80%以上的铁素体基组织。因此，国内、国外铸造工作者相继研制成功了砂型铸造铸态铁素体球铁，这样既节约了能源，又缩短了生产周期，提高了经济效益。

9、若能用金属型铸造铸态铁素体球铁，与用一般砂型铸造方法相比，就可更有效地达到提高品质，降低成本。,铁素体球墨铸铁是1种综合性能很好的高韧性、高强度的金属材质。它主要用于制造受力较大而又能承受形变和冲击的零件，如汽车的底盘和轮毂等零件。,按传统的观点,金属型对金属液具有激冷特性，铸件易产生表面白口，以及组织中会含有大量的自由渗碳体，珠光体含量也高。本试验的技术思想就是利用金属型冷却能力大这一特点，采取必要的措施，使金属液产生大量石墨结晶核心。获得非常细小石墨球，从而防止自由渗碳体的产生以及自然地得到大于80%的铁素体基体。,1.实验方案的确定及综合分析 为了得到铸态铁素体球墨铸铁，可利用金属型快冷

10、的冷却性能，同时进行有效的孕育使石墨核数量增加，由于金属型铸造其冷却速度大于砂型的20倍以上，在合适的化学成分和充分孕育的条件下，就可以析出大量的石墨核心，增加了单位面积的石墨球数。随着球数增加，铁素体量就会相应地增加，当单位面积上石墨球数达到一定数量后就可得到以铁素体为主的基体。另一方面，冷却速度大，易析出自由渗碳体，影响球铁性能。因此本试验的关键在于保证产生大量石 墨球和抑制自由渗碳体的产生。,1.1 试样及金属型 试验用的试样为Y型试块。金属型的壁厚取试样主要壁厚的1.5倍，制作1个浇注Y型试样用的金属型。试验中采用提高金属型的预热温度和刷涂料来缓解铸型对金属件表面过分的激冷作用。,1.

11、2 化学成分的选择 用金属型生产铸态铁素体球铁，只有在化学成分符合要求的前提下通过其他措施才能得到铁素体基体的球铁。 碳的选择原则以不出现石墨漂浮为准，本试验由于用的是金属型，其冷却能力强，故可取较高的含碳量，试验中取为3.8%-4.0%。,在含碳量相同时，石墨球数随着硅量增加急剧增加，并且硅量增加，冷却速度越快，石墨球数对硅量越敏感，此外增加硅量还可以减少白口。因此一般将硅量控制为2.5%-2.8%。 锰是强烈的珠光体形成元素及弱的碳化物形成元素，所以把锰控制在0.45%以下。,对生产铸态铁素体球铁，磷、硫都是有害元素，应控制越低越好，试验中都控制在0.05%以下。镁和稀土元素既是强有力的球

12、化元素，又是使铁液强烈过冷的元素。残余镁量与稀土量对生产的稳定性影响很大。在保证球化的前提下，应严格控制残余镁量和稀土量。一般要求残余镁为0.03%-0.04%，残余稀土为0.02%-0.03%。试验中选用低镁低稀土合金，能有效地控制残余镁和残余稀土量，并使白口倾向较小及处理时反应平稳。,1.3 炉前处理 1.3.1 球化处理 采用常规的包底冲入法，选用低MgRE球化剂。 在本试验中，选用Ba-1合金作为 一次大剂量孕育剂，用Ba-1、1#REFeSi、Be、Al配置成的复合孕育剂作瞬时孕育剂,1.3.3预处理 试验中以石墨和铝作为预处理剂，加入量 各0.1%。 2. 实验方案及结果,4#式样

13、铸态组织,5#式样铸态组织,轮毂,铸件的显微组织,3.结论 （1）增加石墨球数 （2）防止Fe3C的析出 （3）增加铁素体的措施,砂型铸造工艺简图,Al-Si合金壳体的金属型铸造,1.砂型铸造工艺存在的问题,金属型铸造工艺简图,2.金属型铸造工艺 2.1 缝隙式浇注系统设计,壳体铸件金属芯结构图,2.2 金属芯设计,2.3 排气系统设计 2.4 涂料及喷涂工艺,2.5 预热和浇注 3. 应用效果 产品合格率达90%,覆膜砂芯金属型铸造无人机缸体,1.概述 2.模具设计 2.1 金属模设计 （1）铸造分型面设计 （2）浇注系统设计 （3）冒口设计,缸体产品示意图,（4）砂芯的定位 （5）铸件散热片部位设计 （6）开模机构和模具定位 2.2 覆膜砂芯模设计 （1）砂芯模分型面设计 （2）射砂口设计,缸体砂芯,带浇冒系统的缸体铸件,3.铸造工艺 4.金属型铸造 （1）模具温度 （2）涂料层厚度 （3）排气道清理 5.铸件热处理,