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1、热加工工艺根底热加工工艺根底热加工工艺热加工工艺2.1 2.1 金属液态成形根底概述金属液态成形根底概述什么是金属的液什么是金属的液态成形成形: 即将液即将液态金属金属浇入与零件外形相入与零件外形相顺应的的铸型空腔中，待其冷却凝固，以型空腔中，待其冷却凝固，以获得毛坯或零得毛坯或零件的工件的工艺方法方法,亦称亦称铸造造.金属的液金属的液态成形的作用成形的作用: 金属的液金属的液态成形是制造毛坯、零件的重要成形是制造毛坯、零件的重要方法之一。按方法之一。按铸型型资料的不同，金属液料的不同，金属液态成形可成形可分分为砂型砂型铸造和特种造和特种铸造包括造包括压力力铸造、金属造、金属型型铸造等造等.其
2、中砂型其中砂型铸造是最根本的液造是最根本的液态成形方成形方法，所消法，所消费的的铸件要占件要占铸件件总量的量的80%以上以上.2.2金属液态成形金属液态成形金属的液金属的液态成形成形2.12.1金属液金属液态成形的成形的铸造根底造根底2.22.2金属的液金属的液态成形工成形工艺2.32.3液液态成形金属件的工成形金属件的工艺设计2.42.4液液态金属成形件的构造金属成形件的构造设计砂型铸造过程砂型铸造过程液态成型的优点液态成型的优点适于做复适于做复杂外形，特外形，特别是是复复杂内腔的毛坯内腔的毛坯对资料的料的顺应性广，性广，铸件件的大小的大小几乎不受限制几乎不受限制本本钱低，原低，原资料来源广
3、泛，料来源广泛， 价价钱低廉低廉,普通不需求昂普通不需求昂贵的的设备是某些塑性很差的是某些塑性很差的资料料(如如铸铁等等)制造其毛坯或制造其毛坯或零件的独一成型工零件的独一成型工艺液液态成型成型优 点点液态成型的优点液态成型的优点工工艺过程比程比较复复杂，一些工，一些工艺过程程还难以控制以控制液液态成形零件内部成形零件内部组织的均匀性、的均匀性、致密性普通致密性普通较差差液液态成形零件易出成形零件易出现缩孔、孔、缩松、松、气孔、砂眼、气孔、砂眼、夹渣、渣、夹砂、裂砂、裂纹等等缺陷，缺陷，产品品 质量不量不够稳定定由于由于铸件内部晶粒粗大，件内部晶粒粗大，组织不均不均匀，且常伴匀，且常伴 有缺陷
4、，其力学性能有缺陷，其力学性能比同比同类资料的塑性成形低料的塑性成形低液液态成型成型缺缺 点点液态合金的工艺性能液态合金的工艺性能液液态合金的工合金的工艺性能表征性能表征为液液态合金的合金的铸造性能造性能通常是指合金的流通常是指合金的流动性、收性、收缩性性吸气性及偏析等性能吸气性及偏析等性能合金合金铸造性能是造性能是选择铸造金属造金属资料，确定料，确定铸件的件的铸造工造工艺方案及方案及进展展铸件构造件构造设计的根据的根据合金的充型才干合金的充型才干液液态金属充溢金属充溢铸型型腔，型型腔，获得尺寸准确、得尺寸准确、轮廓明晰廓明晰的成型件的才干的成型件的才干充型才干的概念充型才干的概念:充型才干缺
5、乏充型才干缺乏浇缺乏缺乏冷冷 隔隔夹 砂砂气气 孔孔夹 渣渣充型才干的决充型才干的决议因数因数合金的流合金的流动性性铸型性型性质浇注条件注条件铸件构造等件构造等浇缺乏缺陷浇缺乏缺陷气孔缺陷夹砂缺陷合金的充型才干合金的充型才干测试合金充型才合金充型才干的方法干的方法: 如右如右图,将合金将合金液液浇入入铸型中，型中，冷凝后冷凝后测出充溢出充溢型腔的式型腔的式样长度。度。浇出的出的试样越越长，合金的流合金的流动性越性越好好,合金充型才干合金充型才干越好越好.几种不同合金流动性的比较几种不同合金流动性的比较*铸铁的流动性铸铁的流动性*铸钢的流动性铸钢的流动性实验证明铸铁的流动性好，铸钢的流动性差。实
6、验证明铸铁的流动性好，铸钢的流动性差。比较下面几种合金流动性能比较下面几种合金流动性能合金流动性对充型才干的影响合金流动性对充型才干的影响合金流合金流动性的决性的决议因数因数 合金的种合金的种类: 合金不同流合金不同流动性不同性不同 化学成分：同种合金中成分不同的合金具有不同的化学成分：同种合金中成分不同的合金具有不同的结晶特点，流晶特点，流动性也不性也不同。同。 结晶特性晶特性: 恒温下恒温下结晶，流晶，流动性性较好；两相区内好；两相区内结晶，流晶，流动性性较差差浇注条件对充型才干的影响浇注条件对充型才干的影响浇注注条件条件浇注温度注温度充型充型压力力浇注系注系统浇注温度越高，液注温度越高，
7、液态金属的粘度越小，金属的粘度越小，过热度高，金属液内含度高，金属液内含热 量多，量多，坚持持液液态的的时间长，充型，充型 才干才干强。液液态金属在流金属在流动方向上所受的方向上所受的压力称力称为充型充型压力。充型力。充型压力越大力越大, 充型才干越充型才干越强。浇注系注系统的构造越复的构造越复杂，那么流，那么流动 阻力越大，充型才干越差。阻力越大，充型才干越差。铸型充填条件对充型才干的影响铸型充填条件对充型才干的影响铸型温度铸型温度(不能过高不能过高)铸型蓄热系数铸型蓄热系数:即从金属中汲取热量即从金属中汲取热量并储存的才干并储存的才干铸型的发气和铸型的发气和透气才干：透气才干：浇铸时产生气
8、体浇铸时产生气体能在金属液与铸型间构成气膜，能在金属液与铸型间构成气膜，减小摩擦阻力，有利于充型。减小摩擦阻力，有利于充型。但发气才干过强但发气才干过强,透气才干又差时透气才干又差时,假设浇铸速度太快假设浇铸速度太快,那么型腔中的气体压力增大，那么型腔中的气体压力增大，充型才干减弱。充型才干减弱。铸件构造对充型才干的影响铸件构造对充型才干的影响 折算厚度：折算厚度： 折算厚度也叫当量厚折算厚度也叫当量厚度或模数度或模数,是铸件体积是铸件体积与铸件外表积之比。折与铸件外表积之比。折算厚度越大，热量散失算厚度越大，热量散失越慢，充型才干就越好。越慢，充型才干就越好。铸件壁厚一样时，垂直铸件壁厚一样
9、时，垂直壁比程度壁更容易充填壁比程度壁更容易充填.(大平面铸件不易成形大平面铸件不易成形)复杂程度：复杂程度： 铸件构造越复杂，流铸件构造越复杂，流动阻力就越大，铸型的动阻力就越大，铸型的充填就越困难。充填就越困难。液态金属的凝固与收缩液态金属的凝固与收缩 铸件的凝固件的凝固过程：程： 在在铸件的凝固件的凝固过程中，其截面普通存程中，其截面普通存在三个区域，即液相在三个区域，即液相区、凝固区、固相区。区、凝固区、固相区。对铸件件质量影响量影响较大大的主要是液相和固相的主要是液相和固相并存的凝固区的并存的凝固区的宽窄。窄。铸件的凝固方式就是件的凝固方式就是根据凝固区的根据凝固区的宽窄来窄来划分的
10、。划分的。 凝固方式有：凝固方式有： 逐逐层凝固凝固,糊状凝糊状凝固固,中中间凝固凝固.影响凝固的主要要素影响凝固的主要要素*合金的合金的结晶温度范晶温度范围： 合金的合金的结晶温度范晶温度范围越小，凝固区域越越小，凝固区域越 窄，越窄，越趋向于逐向于逐层凝固。在凝固。在铁碳合金中普通碳合金中普通 灰灰铸铁为逐逐层凝固，高碳凝固，高碳钢为糊状凝固。糊状凝固。*铸件的温度梯度：件的温度梯度： 在合金在合金结晶温度范晶温度范围已定的前提下，凝已定的前提下，凝 固区的固区的宽窄取决于窄取决于铸件内外件内外层之之间的温度差。的温度差。 假假设铸件内外件内外层之之间的温度差由小的温度差由小变大，那么其大
11、，那么其 凝固区相凝固区相应由由宽变窄。窄。合金的收缩合金的收缩 合金的收合金的收缩的的过程程: 合金从液合金从液态冷却至室温的冷却至室温的过程中，其体程中，其体积或尺寸或尺寸缩减的景象。合金的收减的景象。合金的收缩给液液态成形工成形工艺带来来许多多困困难，会呵斥，会呵斥许多多铸造缺陷。如：造缺陷。如：缩孔、孔、缩松、松、裂裂纹、变形等。形等。合金收合金收缩的三个的三个阶段段合金的收缩合金的收缩合金收合金收缩固固态合金冷却合金冷却液液态合金冷却合金冷却液液态收收缩凝固收凝固收缩缩孔孔:恒温下恒温下结晶晶缩松松:两相区两相区结晶晶线形收形收缩裂裂纹变形形应力力影响收缩的要素影响收缩的要素缩孔与缩
12、松的构成缩孔与缩松的构成缩孔的构成: 纯金属、共晶成分和凝固温度范围窄的 合金,浇注后在型腔内是由表及里的逐层凝 固。在凝固过程中，如得不到合金液的补充， 在铸件最后凝固的地方就会产生缩孔.缩松的构成缘由缩松的构成缘由: 铸件最后凝固的收缩未能得到补足，或者铸件最后凝固的收缩未能得到补足，或者 结晶温度范围宽的合金呈糊状凝固，凝固区域结晶温度范围宽的合金呈糊状凝固，凝固区域 较宽，液、固两相共存，树枝晶兴隆，枝晶骨较宽，液、固两相共存，树枝晶兴隆，枝晶骨 架将合金液分割开的小液体区难以得到补缩所架将合金液分割开的小液体区难以得到补缩所 致。致。缩孔与缩松的构成演示缩孔与缩松的构成演示缩孔易出现
13、的部位缩孔易出现的部位判别缩孔出现的方法判别缩孔出现的方法A等温线法等温线法 B内截圆法内截圆法消除缩孔和缩松的方法消除缩孔和缩松的方法定向凝固原那定向凝固原那么么是是铸件件让远离冒口的地方先凝离冒口的地方先凝固，接近冒口的地方次凝固，固，接近冒口的地方次凝固，最后才是冒口本身凝固。最后才是冒口本身凝固。实现以厚以厚补薄，将薄，将缩孔孔转移到冒口移到冒口中去。中去。原理原理合理布置内合理布置内浇道及确定道及确定浇铸工工艺。方法方法合理运用冒口、冷合理运用冒口、冷铁和和补贴等工等工艺措施。措施。处理缩孔的方法演示：处理缩孔的方法演示： 冒口和冷铁冒口和冷铁定向凝固原那么处理缩孔的方法演示定向凝固
14、原那么处理缩孔的方法演示液态成形内应力、变形与裂纹液态成形内应力、变形与裂纹内内应力力热应力力机械机械应力力变形形裂裂纹铸件在凝固和冷却的件在凝固和冷却的过程中，由于程中，由于铸件件的壁厚不均匀，的壁厚不均匀，导致不同部位不平衡的致不同部位不平衡的收收缩而引起的而引起的应力。力。铸件在固件在固态收收缩时，因遭到，因遭到铸型、型型、型芯、芯、浇冒口、砂箱等外力妨碍而冒口、砂箱等外力妨碍而产生生的的应力。力。剩余剩余热应力的存在，使力的存在，使铸件件处在一种非在一种非稳定定形状，将自形状，将自发地地经过铸件的件的变形来形来缓解其解其应力，以回到力，以回到稳定的平衡形状。定的平衡形状。当当热应力大到
15、一定程度会力大到一定程度会导致出致出现裂裂纹。热应力的构成过程演示热应力的构成过程演示热应力构成过程分析热应力构成过程分析 机械应力：机械应力会导致构成裂纹机械应力：机械应力会导致构成裂纹, 应适时开箱加以处理。应适时开箱加以处理。热应力的消除方法热应力的消除方法铸件的构造：件的构造：铸件各部分能自在收件各部分能自在收缩 工工艺方面：采用同方面：采用同时凝固原那么凝固原那么时效效处置：人工置：人工时效；自然效；自然时效效铸件的构造尽能件的构造尽能够对称称铸件的壁厚尽能件的壁厚尽能够均匀均匀铸件的变形缘由铸件的变形缘由结论：结论：厚部、心部受拉应厚部、心部受拉应力，出现内凹变形。力，出现内凹变形
16、。薄部、外表受压应薄部、外表受压应力，出现外凸变形。力，出现外凸变形。铸件的变形的消除方法铸件的变形的消除方法 防止防止变形的方法：与防止形的方法：与防止应力的方法根本一力的方法根本一样。带有剩余有剩余应力的力的铸件，件，变形使剩余形使剩余应力减小而力减小而趋于于稳定。定。问题问题铸造造时所受的所受的应力与力与变形情况。形情况。 分析有分析有长、短不一的两根、短不一的两根弹簧，将簧，将其固定，使其到达同等其固定，使其到达同等长度，即其中一度，即其中一弹簧被拉簧被拉长，另一，另一弹簧被簧被紧缩，此，此时所所受的受的应力形状？然后将其固定力形状？然后将其固定约束去掉，束去掉，试分析其分析其变形形趋
17、势？小结小结铸件的消费工艺铸件的消费工艺 实践消践消费中，由于中，由于铸铁资料料(包括灰口包括灰口铸铁、可、可锻铸铁、球墨、球墨铸铁)具有具有优良的良的铸造性能，且造性能，且资源丰富，冶源丰富，冶炼方便，价方便，价钱低廉，低廉，铸铁件占液件占液态成形件成形件中相当大的份中相当大的份额。 铸铁通常是通常是C%=2.5%4.0%的的铁碳合金。碳合金。 碳在碳在铁碳合金中的存在方式有：渗碳体和石墨碳合金中的存在方式有：渗碳体和石墨 根据碳在根据碳在铁碳合金中的存在方式碳合金中的存在方式铸铁可以分可以分为： 白口白口铸铁： 灰口灰口铸铁： 麻口麻口铸铁 普通灰口普通灰口铸铁 可可锻铸铁 球墨球墨铸铁
18、蠕墨蠕墨铸铁灰口铸铁灰口铸铁灰口灰口铸铁 可以看成是在可以看成是在钢的基体上分布着不同形状的石墨。而的基体上分布着不同形状的石墨。而石墨的形状、大小和分布直接影响着石墨的形状、大小和分布直接影响着铸铁的性能。的性能。根据根据铸铁中石墨形状的不同，灰口中石墨形状的不同，灰口铸铁可以分可以分为：普通灰口普通灰口铸铁：石墨呈片状：石墨呈片状可可锻铸铁：石墨呈：石墨呈团絮状絮状蠕墨蠕墨铸铁：石墨呈蠕虫状：石墨呈蠕虫状球墨球墨铸铁：石墨呈球状：石墨呈球状铸铁的性能铸铁的性能 铸铁之所以用得如此广泛之所以用得如此广泛,是由于石墨的存在，石墨的存在，使是由于石墨的存在，石墨的存在，使铸铁具有具有铸 钢所不具
19、所不具备的性能。的性能。铸铁的的优点点 良好的良好的铸造性能，如流造性能，如流动性好、收减少性好、收减少 良好的切削加工性能；良好的切削加工性能； 高的耐磨性；高的耐磨性； 良好的吸振良好的吸振缓冲性能；冲性能； 低的缺口敏感性能。低的缺口敏感性能。石墨形状对铸铁性能的影响石墨形状对铸铁性能的影响 石墨片越圆整、越细小、分布越均匀对基体石墨片越圆整、越细小、分布越均匀对基体 割裂作用越小。割裂作用越小。铸铁的石墨化铸铁的石墨化 碳以石墨的方式析出的碳以石墨的方式析出的过程。程。 通常通常视石墨化石墨化过程充分与否，会得到程充分与否，会得到不同基体的不同基体的铸铁组织。铸铁的基体通常有：的基体通
20、常有：*铁素体灰口素体灰口铸铁*铁素体素体珠光体灰口珠光体灰口铸铁*珠光体灰口珠光体灰口铸铁影响石墨化的要素化学成分影响石墨化的要素化学成分 化学成分：化学成分：C是构成石墨的元素是构成石墨的元素Si是促进构成石墨是促进构成石墨的元素通常的元素通常C%、 Si%越高，越容易石墨化。越高，越容易石墨化。影响石墨化的要素冷却速度影响石墨化的要素冷却速度 冷却速度：冷却速度： 减小冷却速度可以促减小冷却速度可以促进石墨化，进石墨化， 易得到粗大易得到粗大的石墨片和铁素体基体；的石墨片和铁素体基体；增大冷却速度那么妨碍增大冷却速度那么妨碍石墨化，此时只需部分石墨化，此时只需部分碳以细石墨片析出，而碳以
21、细石墨片析出，而另一部分碳那么以渗碳另一部分碳那么以渗碳体析出，体析出， 得到铸光体基得到铸光体基体。体。影响石墨化的要素：壁厚影响石墨化的要素：壁厚普通灰口铸铁件普通灰口铸铁件基体：基体：F、P、F+P消消费：铁水熔水熔炼好后直接好后直接浇铸牌号：牌号：HTXXXHT: 表示灰口表示灰口铸铁中文拼音的代号中文拼音的代号XXX: 三位数字表示最抵抗拉三位数字表示最抵抗拉强度度(MPa)石墨形状：片状石墨形状：片状问题问题1灰口灰口铸铁牌号牌号为什么不用含碳量多少表什么不用含碳量多少表示，而用力学性能表示？示，而用力学性能表示？2有一有一铸件当其件当其强度不度不够时，可否，可否经过增增大截面大截
22、面 处理？理？灰口铸铁的孕育处置灰口铸铁的孕育处置提高和改善灰口提高和改善灰口铸铁的性能的途径的性能的途径改善基体改善基体组织改改动石墨形状、数量、石墨形状、数量、 大小和分布大小和分布灰口灰口铸铁的孕育的孕育处置是提高和改善灰口置是提高和改善灰口铸铁的性能的途径行之的性能的途径行之有效的方法。常用的孕育有效的方法。常用的孕育剂是含是含Si量量为75%的硅的硅铁。灰口灰口铸铁的孕育的孕育处置方法置方法即将熔即将熔炼出的出的铁水在水在 浇铸前参与前参与质量分数量分数为 0.25%0.60%的孕育的孕育剂，孕育，孕育剂在在铁水水中构成大量弥散的石墨中构成大量弥散的石墨结晶中心，使石墨化晶中心，使石
23、墨化作用作用显著提高，从而得到在著提高，从而得到在细珠光体上珠光体上均匀分布着均匀分布着细片状石墨的片状石墨的组织。灰口铸铁的孕育处置灰口铸铁的孕育处置选用碳、硅量低的铁水：原铁水含碳量越低，石选用碳、硅量低的铁水：原铁水含碳量越低，石墨越细小，铸铁墨越细小，铸铁 的强度、硬度就越高。的强度、硬度就越高。冷却速度冷却速度:对其组织和性能影响较小。如下面的图：对其组织和性能影响较小。如下面的图：球墨铸铁件的消费球墨铸铁件的消费 向高温向高温铁水中参与一定水中参与一定量的球化量的球化剂和孕育和孕育剂，直接，直接得到球状石墨的得到球状石墨的铸造合金。造合金。球化球化剂：金属：金属镁或稀土或稀土镁 孕
24、育孕育剂：含：含Si量量为75%或或95%的硅的硅铁球墨球墨铸铁件主要特点：件主要特点：石墨成球状，石墨成球状，对基体的割裂作用已降到最低，基体的割裂作用已降到最低，力学性能比灰力学性能比灰铸铁有有显著提高。著提高。可可经过热处置改善金属基体，置改善金属基体，进一步提高性能一步提高性能。这一点与灰一点与灰铸铁不同。不同。球墨球墨铸铁较灰灰铸铁易易产生生缩孔、孔、缩松、松、皮下气孔、皮下气孔、夹渣等缺陷。渣等缺陷。石墨析出石墨析出时，发生膨生膨胀，应适当提高适当提高铸型型刚度。度。球墨球墨铸铁件件消消费中中应留意的留意的问题控制原控制原铁液的化学成分，与普通灰液的化学成分，与普通灰铸铁根本一根本
25、一样；具有高具有高C高高Si,中中Mn,低低S、P特点。特点。较高的高的铁液温度，以防止球化液温度，以防止球化处置、孕育置、孕育处置后置后铁液温度液温度过低，低，产生生浇缺乏等缺陷缺乏等缺陷球化球化处置、孕育置、孕育处置。置。球墨铸铁的牌号、性能及用途球墨铸铁的牌号、性能及用途可锻铸铁可锻铸铁可可锻铸铁消消费：将白口：将白口铸铁件件经长时间的高温石墨化退火，使白口的高温石墨化退火，使白口铸铁中的渗碳中的渗碳体分解，体分解，获得在得在铁素体或珠光体的基体分布着素体或珠光体的基体分布着团絮状石墨的絮状石墨的铸铁。黑心可黑心可锻铸铁(KTH, 铁素体基体素体基体)珠光体可珠光体可锻铸铁(KTZ) 白
26、心可白心可锻铸铁(KTB，很少用，很少用)种种类特点：特点：强度高度高b=300-400Mpa，塑性，塑性12%和和韧性性k 30J/Cm2)好。好。石墨化退火周期石墨化退火周期长，40-70h, 铸件本件本钱高。高。适用于制造接受震适用于制造接受震动和冲和冲击、外、外形复形复杂的薄壁小件。的薄壁小件。铸钢铸钢按化学成分：按化学成分：铸造碳造碳钢：以：以铸造中碳造中碳钢用的最多；用的最多；而而铸造低碳造低碳钢和和铸造高碳造高碳钢用的少。用的少。铸造合金造合金钢：在碳：在碳钢的根底上参与少量的合金元素，的根底上参与少量的合金元素，如如锰、铬、钼、钒等。等。ZGMn13为铸造耐磨造耐磨钢；ZG1Cr18Ni9为铸造不造不锈钢。按用途分按用途分类：不不锈钢耐磨耐磨钢铸钢件的铸造工艺铸钢件的铸造工艺 铸钢的熔点高，的熔点高，钢液易氧化，吸气，流液易氧化，吸气，流动性差，收性差，收缩大。因此，大。因此，铸造困造困难，易，易产生生浇缺乏、气孔、缺乏、气孔、缩松松缩孔、孔、夹渣和粘砂等缺渣和粘砂等缺陷。陷。* 要求型砂的耐火度高，有良好的透气性和退要求型砂的耐火度高，有良好的透气性和退让性。性。* 应严厉控制控制浇注温度，防止注温度，防止过高或高或过低。低。* 铸钢件件须热处置。置。
