铸造基础知识

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1、铸造基础知识首页第2章铸造成形24>>．1概述铸造是液态金属成形的方法，铸造过程是熔炼金属，制造铸型，并将熔融金属在重力、压力、离心力、电磁力等外力场的作用下充满铸型，凝固后获得一定形状与性能铸件的生产过程，是生产金属零件和毛坯的主要形式之一。与其他零件成形工艺相比，铸造成形具有生产成本低，工艺灵活性大，不受零件尺寸大小及形状结构复杂程度限制等特点。铸件的质量可由几克到数百吨，壁厚可由0>.3mm到1m以上。现代铸造技术在现代化大生产中占据了重要的位置。铸件在一般机器中占总质量的40％～80％，但其制造成本只占机器总成本的25％～30％。1教学视

2、频：铸造定义2在材料成形工艺发展过程中，铸造是历史上最悠久的一种工艺，在我国已有6000多年历史了，目前我国铸件年产量已超过1000万吨。铸件的生产工艺方法大体分为砂型铸造和特种铸造两大类。砂型铸造可分为手工造型和机器造型两种，特种铸造是除砂型铸造以外的其他各种铸造方法，主要包括：熔模铸造、离心铸造、压力铸造、低压铸造、陶瓷型铸造、实型铸造、磁性铸造、石墨型铸造、真空吸铸和差压铸造等。3砂型铸造流程图砂型铸造可分为手工造型和机器造型两种，其工艺流程如动画所示。42>.2铸件形成理论基础2>.2>.1金属的充型液态金属充满铸型，获得尺寸精确、轮廓清

3、晰的铸件，取决于充型能力。在液态合金充型过程中，一般伴随着结晶现象，若充型能力不足时，在型腔被填满之前，形成的晶粒将充型的通道堵塞，金属液被迫停止流动，于是铸件将产生浇不足或冷隔等缺陷。教学视频：浇不足和冷隔5充型能力首先取决于金属液本身的流动能力，同时又受铸型性质、浇注条件及铸件结构等因素的影响。影响充型能力的因素有：合金的流动性、铸型的蓄热系数、铸型温度、铸型中的气体、浇注温度、充型压力、浇注系统的结构、铸件的折算厚度、铸件的复杂程度等。如表2-2所示。6表2-2影响充型能力的因素和原因7续表2-2影响充型能力的因素和原因82>.2>.2铸件

4、的温度场金属液在铸型中的凝固和冷却过程是一个不稳定的传热过程，铸件上各点的温度随时间下降，而铸型温度随时间上升；铸件的形状多样，其中大部分为三维传热问题；铸件在凝固过程中不断释放出结晶潜热，其断面上存在固态外壳、液固态并存的凝固区域和液态区，在金属型凝固时还可能出现中间层。因此，铸件与铸型的传热是通过若干个区域进行的。此外，铸型和铸件的热物理参数是随温度而变化的。由于这些因素的多样性和变化，采用数学分析法研究铸型温度场的变化必须要对问题进行合理的简化处理。图2-3逐层凝固方式示意图9图2-2（a）所示为厚度30mm的平板铸铁件在湿砂型（铸型的初始

5、水分为8%）中凝固时湿型断面上的温度场。可见，湿砂型被金属液急剧加热，随时间推移，铸型热量由型腔表面向内层砂型转移，高温表面层中的水分会向低温的里层迁移，含水铸型的温度场在任何时刻都可以划分为三个特征区，如图2-2（b）所示。I区为干砂区；II区是温度为100℃、水分（质量分数）由m0（湿型的原始水分）增至m1（凝聚区水分）的高水区；III区的温度和水分分别由相邻II区的100℃及m1降至室温t0和m0。这三个区是逐渐地由型腔表面向铸型内部延伸扩展的。10砂型铸造温度场112>.2>.3金属的凝固1>．金属的凝固方式液态合金的结晶与凝固，是铸件形

6、成过程的关键问题，其在很大程度上决定了铸件的铸态组织及某些铸造缺陷的形成，冷却凝固对铸件质量，特别是铸件力学性能，起决定性的作用。一般将铸件的凝固方式分为三种类型：逐层凝固方式、体积凝固（或称糊状凝固）方式和中间凝固方式。铸件的“凝固方式”是依据凝固区的宽窄来划分的。121）逐层凝固方式动画为恒温下结晶的纯金属或共晶成分合金某瞬间的凝固情况，tc是结晶温度，T1和T2是铸件断面上两个不同时刻的温度场。从动画中可以看到，恒温下结晶的金属，在凝固过程中其铸件断面上的凝固区域宽度等于零，断面上的固相和液相由一条界线（凝固前沿）清楚地分开。随温度的下降，

7、固体层不断加厚，逐步达到铸件中心，这种情况称为“逐层凝固”。132）体积凝固方式如果合金的结晶温度范围很宽（动画左图），或因铸件断面温度场较平坦（动画右图），铸件凝固的某一段时间内，其凝固区域很宽，甚至贯穿整个铸件断面，而表面温度尚高于ts，这种情况称为“体积凝固方式”，或称“糊状凝固方式”。143）中间凝固方式如果合金的结晶温度范围较窄（左图），或因铸件断面的温度梯度较大（右图），铸件断面上的凝固区域宽度介于前二者之间时，则属于“中间凝固方式”。15凝固区域的宽度可以根据凝固动态曲线上的“液相边界”与“固相边界”之间的纵向距离直接判断，因此，这

8、个距离的大小是划分凝固方式的一个准则。如果两条线重合在一起——恒温下结晶的金属，或者其间距很小，则趋向于逐层凝固方式。如果二曲线的间距很