液态金属铸造成形的基本原理

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1、2.1液态金属成形基本原理2.1.1合金的铸造性能合金的铸造性能即金属在液态成形过程中表现出的性能。主要有：流动性、收缩性、吸气性、氧化性、偏析等一、合金的流动性1流动性的概念金属的流动性指液态金属本身的流动能力2流动性的测定用螺旋形标准试样形成的铸型来测量，在相同条件下，合金在其中流动的长度越长，流动性越好。目录螺旋型标准试样3影响合金流动性的因素主要有金属的化学成分，浇注温度和物理性质。1）合金的种类及成分的影响合金的种类不同，流动性也不同，铸钢的流动性∠硅黄铜的∠铸铁的常用合金的流动性（砂型，试样截面8×8mm）合金种类铸型种类浇注温度/℃螺旋线长度/mm铸铁C

2、+Si=6.2%C+Si=5.9%C+Si=5.2%C+Si=4.2%砂型砂型砂型砂型1300130013001300180013001000600铸钢C=0.4%铝硅合金（硅铝明）镁合金（含A1及Zn）锡青铜（Sn≈10%,Zn≈2%）硅黄铜（Si=1.5~4.5%）砂型金属型（300℃）砂型砂型砂型1600680~72070010401100100700~800400~6004201000同类合金，化学成分不同，流动性也不同：纯金属及接近共晶成分的流动好，结晶范围越宽，流动性越差Fe-C合金的流动性与含碳量的关系a）在恒温下凝固b）在一定温度范围内凝固2）浇注温度

3、提高温度，合金的粘性降低，流动性增大。3）物理性质——粘度粘度小的合金流动性大4合金的流动性与铸件质量的关系合金的流动性直接影响其充型能力，进而影响铸件的质量，流动性不足易产生：浇不足、冷隔等缺陷。二、合金的收缩性补充：铸件的凝固方式1收缩的概念液态收缩凝固收缩固态收缩T浇T凝产生缩孔及缩松产生内应力及变形T℃成分液态金属在凝固时体积和尺寸的缩小现象体收缩率：线收缩率：2收缩的表示方法3影响收缩的因素★化学成分合金不同，化学成分不同，其收缩率也不同；C%含量增大，碳钢的收缩量增大；铸铁的收缩率小于碳钢。几种铁碳合金的体积收缩率合金种类含碳量/%浇注温度/℃液态收缩/%

4、凝固收缩/%固态收缩/%总体积收缩/%铸造碳钢白口铸铁灰口铸铁0.353.003.51610140014001.62.43.534.20.17.85.4~6.33.3~4.212.412~12.96.9~7.8★浇注温度浇注温度越高，液态收缩越大，合金的总收缩量也大。★铸型条件铸型对铸件收缩的阻力越大，收缩越小。★铸件结构铸件结构越复杂，对收缩的阻力越大，收缩较小。4合金的收缩性与铸件质量的关系液态收缩和凝固收缩——缩孔、缩松。固态收缩——内应力、变形、甚至开裂。1)缩孔和缩松形成及防止缩孔的形成过程过程缩松的形成暗冒口缩孔的防止：用顺序凝固方法防止距离在铸件的厚截面

5、处加补缩冒口，使铸件按照薄截面——次厚截面——厚截面——冒口的顺序凝固，将缩孔转移到冒口中，以防止铸件内产生缩孔的铸造工艺措施。外冷铁的使用内冷铁的使用2)铸造应力、铸件的变形及裂纹(1)铸造应力的形成及防止a.铸造内应力的形成及防止铸件图★铸造内应力的形成原因（a）凝固结束的铸件（b）高温暂时应力状态(c)瞬时零应力状态（d）室温残余应力状态★铸造内应力的防止与消除基本思路：尽量减少铸件各部位间的温度差，使其均匀冷却。工艺上：同时凝固防止铸造内应力的方法设计上：截面均匀冷铁距离铸件的同时凝固原则消除内应力的方法自然时效人工时效（去应力退火）顺序凝固与同时凝固的区别铸

6、件心部易产生缩孔和缩松易产生应力，材质浪费大，工艺复杂，使铸件成本提高。灰铸铁、锡青铜铝青铜、铝硅合金和铸钢件缺点应用场合作用防止缩孔防止内应力工艺措施顺序凝固同时凝固b.机械应力的形成与防止★形成原因：合金的线收缩受到铸型、型芯、浇冒系统的机械阻碍而形成的应力。★防止方法：增加造型材料的退让性、铸件及时出型。上型下型（2）铸件的变形与防止a.铸件的变形床身的变形平板铸件的变形铸造内应力作用下铸件的变形规律：★受拉应力的部位缩短★受压应力的部位伸长有一直径为φ50mm，高100mm的圆柱形铸件，已知清理后未发生变形，假定立即进行切削加工，当：①中心钻一φ30mm的通孔

7、；②车去厚度为15mm的外圆；③铣去20mm一边。问该铸件会发生怎样的变形？试验：b.防止铸件变形的方法设计上：★结构简单，以减少收缩阻力；★壁厚均匀，厚薄逐步过渡，以减少温差;★设计加强筋，以增加铸件刚性。工艺上：反变形法（3）铸件的裂纹及防止a.热裂特征：裂纹短、缝隙宽、形状曲折、缝内呈氧化色。防止：减少含S量、减少铸型阻力。b.冷裂特征：裂纹细小，呈连续直线状,缝内有金属光泽或轻微氧化色。防止：降低内应力、避免应力集中、降低含P量、设防裂筋、及时出型减少机械阻力。三、合金的吸气性合金在熔炼和浇注时吸收气体的性能称为合金的吸气性氢在纯铝中的溶解