1、铸造非常重要，在一般的机械设备中，铸件占机器总量的45%-90%，而铸件的成本仅占机器总量的20%-25%。,铸造通常是指将液态材料浇入与零件形状、尺寸相适应的铸型型腔中。冷却凝固后，获得毛环或零件的方法。用铸造方法制造的毛坯或零件成为铸件.,第二章 液态材料的成形 铸造工艺,转炉自由度演示,免维护性,结构简洁,机构稳定,元件可靠,2.2 铸造工艺特点铸件的质量与合金的铸造性能密切相关。合金的铸造性能是指合金在铸造过程中表现出来的工艺性能，如：流动性、收缩性、吸气性、各部位的成分不均匀性(偏析)等。 一、液态金属的充型能力液态金属充满铸型型腔、获得形状完整、轮廓清晰的铸件的能力，叫做液态金属的
2、充型能力。充型能力主要受金属液本身的流动性、铸型性质、浇注条件及铸件结构等因素的影响。1、 合金的流动性对充型能力的影响 流动性是指金属液本身的流动能力，是金属的固有性质，主要取决于金属的结晶特性和物理性质。金属液的流动性越好，充型能力越强。流动性的好坏通常用螺旋形试样的长度来衡量,试样长度大，说明流动性好。,常用合金流动性,Fe-C合金流动性与碳含量的关系,纯金属和共晶成分的合金是在恒温下结晶，流动性能好； 共晶成分的合金往往熔点低，保持液态的时间长，其流 动性能好。非共晶成分的合金，在一定的温度范围内结 晶，流动性差，而且合金的结晶温度范围大，枝晶越发 达，其流动性越差。,2、浇铸（pou
3、ring ）条件对充型能力的影响 a 浇注温度 提高浇注温度， 流速加快；使铸型温度升高，金属散热速度变慢但浇注温度过高，容易产生粘砂、缩孔、气孔、粗晶等缺陷。b充型压力如压铸、提高直浇道高度等 ，会使流动性增加，增加充型能力。 3、铸型条件对充型能力的影响 铸型中凡能增加金属液流动阻力，降低流动速度和加快冷却速度的因素，如型腔复杂，直浇道过低，浇口截面积小或不合理，型砂水分过多，铸型排气不畅和铸型材料导热性过高等，均能降低充型能力。为改善铸型的充填条件，在设计铸件时必须保证其壁厚不小于规定的“最小壁厚”，在铸造工艺上也要采取相应的措施。,一般砂型铸造条件下，铸件的最小壁厚/mm,二、合金的凝
4、固特性合金从液态到固态的状态转变称为凝固或一次结晶。许多常见的铸造缺陷，如缩孔、缩松、热裂、气孔、夹杂、偏析等，都是在凝固过程中产生的。,1、逐层凝固 纯金属或共晶 成分合金在恒温下结晶，凝 固过程中铸件截面上的凝固 区域宽度为零，截面上固液 两相界面分明，随着温度的 下降，固相区不断增大，逐 渐到达铸件中心。,2、体积凝固 当合金的结晶温度范围很宽，或因铸件截面温度梯度很小，铸件凝固的某段时间内，其液固共存的凝固区域很宽，甚至贯穿整个铸件截面，这种凝固方式称为“体积凝固”（或浆糊凝固）。,3、中间凝固金属的结晶温度范围较窄，或结晶温度范围虽宽，但铸件截面温度梯度大。铸件截面上的凝固区域宽度介
5、于逐层凝固与体积凝出之间，称为“中间凝固”方法。,a 合金的结晶温度范围（取决于合金成分）(范围越小越趋于逐层凝固)b 铸件的温度梯度 （梯度越大越趋于逐层凝固）。合金的凝固温度愈低、导热率愈高、结晶潜热愈大，铸件内部温度均匀倾向愈大，而铸型的冷却能力下降，铸件温度梯度愈小。铸型的蓄热能力愈大，则激冷能力强，铸件温度梯度大；浇注温度愈高，铸型吸热愈多，冷却能力下降，铸件温度梯度减小。,影响凝固方式的主要因素,凝固方式对铸件质量影响：通常，逐层凝固时，合金的充型能力强，产生冷隔、浇不足、缩孔、编析、热裂等缺陷的倾向小。因此，当采用结晶温度范围宽的合金（如有色金属、球墨铸铁等）时，应采取适当的工艺
6、措施，增大铸件截面的温度梯度，减小其凝固区域，防止某些铸造缺陷的产生。,三、合金的收缩性 铸件在冷却过程中,其体积和尺寸缩小的现象叫做收缩。它是铸造合金固有的物理性质。金属从液态冷却到室温，要经历三个相互联系的收缩阶段：液态收缩、凝固收缩、固态收缩。a 金属的液态收缩和凝固收缩，表现为合金体积的缩小，用体收缩率表示，是铸件产生缩孔和缩松的根本原因。b 固态收缩 使铸件在各方向上都表现出线尺寸减小，对铸件形状和尺寸精度影响最大，用线收缩率表示，是产生内应力以至引起变形和产生裂纹的主要原因。 1、影响收缩的因素 化学成分、浇注温度、铸件结构与铸型条件,化学成分对收缩率的影响,浇注温度：主要影响液态
7、收缩。浇注温度升高，液态收缩增加，总收缩量相应增加。 铸件的收缩是受阻收缩：阻力来源，一：由于铸件壁厚不均匀，各部分冷却速度不一致，相互制约而产生阻力；二：铸型和型芯对收缩的机械阻力。铸件收缩时受阻越大，实际收缩率就越小。因此在设计和制造模样时，应根据合金种类和铸件的受阻情况，采用合适的收缩率。,a 缩孔和缩松的产生,缩孔：纯金属和共晶合金在恒温下结晶，逐层凝固。缩孔常集中在铸件上部或粗大部位等最后凝固的区域。 缩松：具有一定凝固温度范围的合金，凝固是在较大的区域内同时进行的，容易形成缩松。缩松常分布在铸件壁的轴线区域及厚大部位。,2、收缩对铸件质量的影响,也可能同时缩孔和缩松,b 铸造应力、
8、变形和裂纹 1）热应力 铸件壁厚不均匀，各部分冷却速度不同，以致在同一时期内各部分收缩不一致引起的应力。一旦产生就不会自行消除，故又称残余应力。,金属在冷却过程中，从凝固终止温度到再结晶温度阶段，处于塑性状态。此时，伸长率高、塑性好，在较小的外力下，就会产生塑性交形，但不会产生应力；低于再结晶温度的金属处于弹性状态，受力时不仅产生弹性交形，而且还产生应力。,2）机械应力 合金的线收缩受到铸型、型芯、浇筑系统和冒口的机械阻碍作用而形成的应力。铸件落砂之后，随着阻碍作用的消除，应力也自行消除，。因此机械应力是短暂的，但当与其他应力迭加时会增大铸件产生变形与裂纹的倾向。,当铸造应力超过材料的强度极限
9、时铸件会产生裂纹，裂纹有热裂纹和冷裂纹两种。 热裂纹是在铸件凝固末期的高温下形成的，其形状特征是：裂纹短，缝隙宽，形状曲折缝内呈氧化色。铸件的结构不好，合金的收缩率高，型砂或芯砂的退让性差，合金的高温强度低等，易使铸件产生热裂纹。冷裂纹是在较低温度下形成的裂纹，常出现在铸件受拉伸的部位其形状细小，呈连续直线状、裂纹断口表面具有金属光泽或轻微氧化色。当铸件产生的应力的总和，大于该温度下金属的强度时，则产生冷裂。壁厚差别大、形状复杂的铸件，尤其是大而薄的铸件易于发生冷裂。 凡是减少铸造内应力或降低合金脆性的因素，都有利于防止冷裂的产生。,裂纹,3、防止缩孔和缩松的方法： 顺序凝固原则 设置冒口、冷
10、铁,阀体铸件的两种铸造方案：左侧是未安设冒口时，在热节处(即内接圆直径最大的厚大部位），可能产生缩孔，右侧为安设冒口和冷铁后，因铸件实现顺序凝固而免除了缩孔的出现。,4、减少铸造应力的方法： a 同时凝固原则：浇口开在薄壁处、厚壁处放冷铁。 b 改善铸型和砂芯的退让性,5、顺序凝固原则与同时凝固原则,顺序凝固的特点是温差大，内应力大，容易产生变形和裂纹。此外，设置冒口，增加了金属的消耗，耗费了工时。顺序凝固主要用于凝固收缩大、结晶温度范围窄的合金。如铸钢、高牌号灰铸铁、可锻铸铁和黄铜等。,顺序凝固的原则：使铸件的凝固按薄壁-厚壁-冒口的顺序先后进行，让缩孔集中在冒口中，从而获得致密的铸件。为了
11、使冒口真正起到补缩作用，必需保证冒口最后凝固，故冒口 的尺寸要足够大，并尽可能设置在铸件的最厚和最高处，有条件的话，应使金属液从内浇口流经冒口，再进入型腔。,铸件上重要表面放铸型下面，如果做不到可放侧面或倾斜放置，截面较厚的部分放上面便于设冒口补缩,四、常用铸造合金的铸造性能特点 1、铸铁a.灰铸铁：熔点较低，流动性好，凝固温度范围小，凝固收缩小。具有良好的铸造性能。b.可锻铸铁：熔点比灰铸铁高，凝固温度范围较大，流动性差。体积收缩和线收缩都较大。提高浇注温度，采取顺序凝固原则，设置冒口和冷铁。c.球墨铸铁：性能介于灰铸铁和铸钢之间，流动性和灰铸铁基本相同。但球化处理时铁水温度有所下降，必须提
12、高铁水出炉温度。球墨铸铁在凝固收缩前有较大的膨胀。应采用提高铸型刚度，增设冒口等防止缩孔、缩松的产生。,2、铸钢a 熔点高，易产生粘砂：型砂具有较高的耐火性、透气性和强度。b 流动性比铸铁差，应采用干砂型，增大浇注系统截面积，保证足够的浇注温度等提高充型能力。c 收缩性大，要设置较多、尺寸较大的冒口，采用顺序凝固原则防止缩孔、缩松的产生。(见左下图)。,对壁厚均匀的薄壁铸钢件，可采用同时凝固原则和多通道的内浇口(见右下图)，使钢 液能尽快而均匀地填充砂型。,3、铸造有色金属 常用的有铝合金和铜合金，大都流动性好、收缩性大、易吸气和氧化。熔点低，易被污染和烧损。因而应在坩埚炉内进行熔化。,铸造的
13、分类,2.3 砂型铸造砂型铸造是在砂型中生产铸件的铸造方法。型（芯）砂通常由石英砂、粘土（或其它粘结材料）和水按一定的比例混制而成的。型（芯）砂要具有“一强三性” ，即一定的强度、透气性、耐火性和退让性。砂型可用手工制造，也可用机器制造。砂型铸造的特点：是目前最常用、最基本的铸造方法。造型材料来源广、价格低廉，所用设备简单，操作方便灵活，不受铸造合金种类、铸件形状和尺寸的限制，并适合于各种生产规模。目前，我国砂型铸造铸件约占全部铸件产量的80%以上。机床床身、轧钢机机器、混速器箱体、带轮等一般铸件常用砂型铸造。,一 、砂型铸造工艺过程,改善退让性,合金的收缩性,第4次课重点内容,二、铸件结构工
14、艺性:指铸件的本身结构应符合铸造生产的要求，既便于整个工艺过程的进行，又利于保证产品质量。 1、铸件结构应利于简化铸造工艺 a 铸件外形要尽量简单，并尽量少用曲面，尽量避免使用活块。,b 铸件内腔结构应符合铸造工艺要求，尽量不用或少用型芯。,图a)分型面取在箱体开口处，将整个铸件置于上箱中， 下芯方便，但合箱时无法检验型芯位置，容易产生箱 体四周壁厚不均匀，显得不合理，应采用图b)所示方案。,方案(a)有两个型芯，大的一 个型芯呈悬臂状，安放时须用型芯撑A，稳定性和排气性差。方案(b)只用一个整体型芯其结构工艺性好。,c 铸件的结构斜度 凡垂直于分型面的非加工表面，应留一定大小的结构斜度，以利
15、于起模和保证铸件尺寸精度。,2、铸件结构应利于避免产生铸件缺陷a 壁厚合理 最小壁厚，尽量减小壁厚（细化晶粒，节省材料）为保证强度可用加强筋，避免厚大截面。,b 铸件壁厚力求均匀,c 铸件壁的连接 铸件拐弯和交接处应采用较大的圆角连接，避免锐角结构(见图2-17)，以避免因应力集中而产生开裂。,d 避免较大水平面,2.4 特种铸造砂型铸造有许多优点，但也存在一些难以克服的缺点，如一型一件、生产率低，铸件表面粗糙，加工余量较大，废品率较高，工艺过程复杂，劳动条件差等。为了克服这些缺点，在生产实践中发展出一些区别于砂型铸造的其它铸造方法。我们统称为特种铸造。特种铸造方法很多，不同的方法往往在某种特
16、定条件下，适应不同铸件生产的特殊要求，以获得更好的质量或更高的经济效益。以下介绍几种常用的特种铸造方法。 一、熔模铸造 用易熔材料如蜡料制成模样，在模样上包覆若干层耐火涂料，制成型壳，熔出模样后经高温焙烧即可浇注的铸造方法，又称“失蜡铸造”。铸件有较高的精度和表面质量，故有“精密铸造”之称。,1、基本工艺过程,蜡模制造（a-b-c-d-e-f）结壳脱蜡(g)焙烧和浇铸,汽车变速拨叉的铸造工艺过程：,(1)制造蜡模(图a)把熔化成糊状的蜡质材料(常用50%石蜡和50%硬脂酸)压入压型里，待冷却凝固后取出，就得到蜡模， 由此可知，压型是制造蜡模的模具，它在成批生产中，常用碳钢、铝合金等经切削加工制
17、成。在试制、单件小批生产中，常用石膏、塑料和易熔合金等浇铸而成。为了保证蜡模质量，压型的型腔必须尺寸精确和表面光滑。在铸造小型零件时，常把很多蜡模粘合在蜡质浇注系统上，组成蜡模组以便浇注金属时能一次铸出数个铸件。(2)制造型壳(图b) 包括结壳、脱模、填砂和焙烧等过程。结壳是无用粘合剂(如水玻璃等)和石英粉配制成涂料，把蜡模组浸挂涂料后，在上面撤一层石英砂，再放入硬化剂(如氯化铁溶液等)中硬化。如此反复，以便在蜡模组外面形成由多层耐火材料组成的坚硬型壳(一般为4-10层，具体层数应视铸件的大小和材料而定)。脱模通常是将带有蜡模组的型壳放在80一90 的热水中，使蜡料熔化并从浇口中流出。 脱模也
18、可以采用在型壳中通入蒸汽或微波加热的方法。焙烧是将脱模后的型壳加热到800一950度，烧去型腔内的残蜡和水分，并使型壳强度进一步增加。为了防止浇注时型壳变形或破裂，常把型壳置于铁箱中，周围用干砂填紧再装炉培烧。如型壳强度足够，可不必填砂直接送入炉内焙烧。 （3）金属浇铸（图c)：通常情况下，将型壳从焙烧炉中取出后，即可趁热（600-700度）进行浇铸。,2、特点 铸件精度高、表面质量好，可铸出形状复杂的薄壁铸件。大大减少机械加工工时，显著提高金属材料的利用率。,3、应用 适用于各种合金材料，尤其是高熔点合金及难切削加工合金的铸造，批量不受限制。但工序复杂、生产周期长铸件尺寸和重量受限。主要用于
19、成批生产形状复杂、精度要求高或难以进行切削加工的小型零件，如汽轮机叶片和叶轮、大模数滚刀等 。,二、金属型铸造定义：是重力作用下将熔融金属浇入金属铸型获得铸件的铸造方法。金属型可重复使用，所以又称“永久型铸造”。 1金属型的结构及其铸造工艺 根据铸件的结构特点，金属型可采用多种形式，图2-20为活塞的金属型铸造示意图。,为了保证金属型铸造铸件的质量及金属型的寿命，应采取一定 的措施： 加强金属型的排气；使金属型保持一定的工作温度； 金属型的型腔应喷刷涂料；应尽早取出铸件,2、特点 金属型“一型多铸”，工序简单，生产率高。劳功条件好。铸件精度高，表面质量好。金属型导热快，铸件冷却速度快，凝固后，
20、铸件晶粒细小，从而提高了铸件的力学性能。但成本高，生产周期长工艺规程要求严格。 3、应用 大批量生产形状简单的有色合金铸件，如铝活塞、气缸等。,三、压力铸造 压力铸造是熔融金属在高压下高速充型，并在压力下凝固的铸造方法。有立式和卧式专用的压铸机。 1、压力铸造的工艺过程,2、特点 压力铸造是在高速、高压下成形，可铸出形状复杂、轮廓清晰的薄壁铸件。铸件的尺寸精度高，表面质量好， 而且组织细密，力学性能高，生产率高，劳动条件好。但投资大、成本高、周期长。,3、应用主要用于大批生产低熔点合金的中小型铸件，在汽车、拖拉机、航空、仪表、电器、纺织、医疗器械、日用五金等 获得广泛应用。,四、低压铸造1、工
21、作原理： 低压铸造是介于金属型铸造和压力铸造之间的一种铸造方法。低压铸造铸型安放在密封的坩埚上方，坩埚中通以压缩空气，在熔池表面形成低压力，使金属液通过升液管充填铸型和控制凝固的铸造方法。,2、特点 充型时的压力和速度存易控制，充型平稳，对铸型的冲刷力小。故可运用各种不同的铸型；金属在压力下结晶，而且浇口有一定补缩作用，故铸件组织致密，力学性能高。设备投资较少，便于操作，易实现机械化和自动化。 3、应用 广泛用于大批量生产铝合金和镁合金铸件。,五、离心铸造离心铸造是将熔融金属浇入高速旋转的铸型中，使其在离心力作用下填充铸型和结晶，从而获得铸件的方法。,特点和应用 离心铸造不用型芯，不需要设冒口
22、。工艺简单，生产率和金属利用率高，成本低。铸件组织致密，无缩孔、气孔、夹渣等缺陷，力学性能高，而且金属液的充型能力好。但是，利用自由表面所形成的内孔，尺寸误差大，内表面质量差，且不适于比重偏析大的合金。目前主要用于生产空心回转体铸件，如铸铁管、气缸套等，也可用于生产双金属铸件。,六 、 铸 造 方 法 的 选 择,第三章 颗粒材料的成形 粉末冶金,一、几个概念 粉末：通常指尺寸小于1mm的离散颗粒的集合体。 成形：将粉末转变具有所需形状的凝聚体的过程。 烧结：将预烧后的坯件加热到高温，使坯件内部发生一系列的物理变化和化学变化，获得致密的、坚硬的和体积稳定的制品过程。 固结：将粉末或压坯密实的过
23、程。 粉末冶金：不经熔炼和铸造而直接用金属粉末或金属与非金属粉末做原料，通过配料、压制成型、烧结和后处理等工艺过程而制成的材料，称为粉末冶金材料。这种工艺过程称为粉末冶金。,二、粉末冶金的生产过程,化学,机械,物理,液体法,气体法,冷压成型,热压成型,热处理,表面处理,特殊处理,去除挥发物质,三、粉末冶金的特点 1、可以获得多组元材料 刹车片 2、可以获得多孔材料 过滤材料、含油轴承 3、可以获得难熔材料和硬质合金 4、可以实现少或无切削加工但缺点：1、工艺过程复杂、成本高2、 某些高熔点的金属烧结温度依然太高，对设备要求增高3、产品力学性能有时不理想，如脆性大，致密度不够等4、目前难以出产较大的产品，工件重量从数克到数十千克,液态金属的充型能力定义、影响因素、是如何影响的？ 凝固方式有哪些？主要影响因素是什么？是如何影响的？ 合金的收缩经历了什么过程？什么叫顺序凝固？什么叫同时凝固？ 铸造合金的铸造性能 什么叫特种铸造？工作原理分别是什么？分别适合什么生产条件？ 粉末冶金的特点、生产过程及应用,第2、3章应掌握的内容,例如： 1、说出图示的铸造方法、工作原理。 2、简单叙述熔模铸造的工艺过程。 3、指出下列零件大批量生产时宜采用的铸造方法：床身、汽轮机叶片等 4、请问含油轴承宜采用那种方法制造A 铸造 B 锻造C 粉末冶金,
