第一章 液态成形.

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1、第一章第一章 液态成形液态成形 液态成形液态成形铸造成形铸造成形 将液态金属浇注到具有与零件形状、尺寸相适应的铸型型腔中，待其将液态金属浇注到具有与零件形状、尺寸相适应的铸型型腔中，待其冷却凝固后获得毛坯或零件的方法，称为冷却凝固后获得毛坯或零件的方法，称为铸造铸造(casting)。 铸造铸造是毛坯或机器零件成形的重要方法之一。是毛坯或机器零件成形的重要方法之一。铸造成形特点铸造成形特点1.优点优点 (1)适应性广泛适应性广泛 铸件材质、大小、形状几乎不受限制。铸件材质、大小、形状几乎不受限制。 不宜塑性加工或焊接成形的材料，铸造成形尤具优势。不宜塑性加工或焊接成形的材料，铸造成形尤具优势。

2、 (2)可形成形状复杂的零件可形成形状复杂的零件 (3)生产成本较低生产成本较低 铸造用原材料来源广泛，价格低廉。铸造用原材料来源广泛，价格低廉。 铸件与最终零件的形状相似，尺寸相近，加工余量小。铸件与最终零件的形状相似，尺寸相近，加工余量小。2.缺点缺点 涉及生产工序较多，过程难以精确控制，涉及生产工序较多，过程难以精确控制，废品率较高；废品率较高； 铸件铸件组织疏松，晶粒粗大，铸件某些力学性能较低；组织疏松，晶粒粗大，铸件某些力学性能较低； 铸件铸件表面粗糙，尺寸精度不高表面粗糙，尺寸精度不高。工作环境较差，工人。工作环境较差，工人劳动强度大劳动强度大。 1 金属液态成形基本原理金属液态成

3、形基本原理铸造性能铸造性能: 合金在铸造过程中所表现出来的工艺性能，称为合金的铸造性能。合金在铸造过程中所表现出来的工艺性能，称为合金的铸造性能。主要指流动性、收缩性、偏析和吸气性等。主要指流动性、收缩性、偏析和吸气性等。 铸件的质量与合金的铸造性能密切相关。铸件的质量与合金的铸造性能密切相关。1.1 1.1 合金的流动性和充型能力合金的流动性和充型能力1流动性流动性 液态合金本身的流动能力，叫做合金的流动性。液态合金本身的流动能力，叫做合金的流动性。 流动性好的合金，充型能力强，易于获得轮廓清晰、形状复杂的铸流动性好的合金，充型能力强，易于获得轮廓清晰、形状复杂的铸件。液态金属中的气体和夹杂

4、物易于上浮，利于铸件补缩。件。液态金属中的气体和夹杂物易于上浮，利于铸件补缩。 流动性差的合金，铸件容易产生浇不足、冷隔、气孔和夹杂缺陷。流动性差的合金，铸件容易产生浇不足、冷隔、气孔和夹杂缺陷。 液态合金的流动性，通常用螺旋形试样的长度来衡量。液态合金的流动性，通常用螺旋形试样的长度来衡量。 浇出的试样愈长，流动性愈好。浇出的试样愈长，流动性愈好。 灰铸铁、硅黄铜的流动性最好，而铸钢最差灰铸铁、硅黄铜的流动性最好，而铸钢最差. 图图1-1 1-1 螺旋形流动性试样示意图螺旋形流动性试样示意图2影响合金流动性的因素影响合金流动性的因素 化学成分对合金流动性的影响最为显著。化学成分对合金流动性的

5、影响最为显著。 纯金属和共晶成分的合金金流动性最好：恒温下结晶，固纯金属和共晶成分的合金金流动性最好：恒温下结晶，固液界面光滑，流动阻力较小。同时，共晶成分合金的凝固温度液界面光滑，流动阻力较小。同时，共晶成分合金的凝固温度最低，可获得较大的过热度，推迟了合金的凝固，故流动性最最低，可获得较大的过热度，推迟了合金的凝固，故流动性最好。好。 其他成分的合金是在一定温度范围内结晶的，由于初生树其他成分的合金是在一定温度范围内结晶的，由于初生树枝状晶体与液体金属两相共存，粗糙的固液界面使合金的流动枝状晶体与液体金属两相共存，粗糙的固液界面使合金的流动阻力加大，合金的流动性大大下降阻力加大，合金的流动

6、性大大下降. Fe-C合金的流动性与含碳量之间的关系：合金的流动性与含碳量之间的关系： 亚共晶铸铁随含碳量增加，结晶温度区间减小，流动性逐亚共晶铸铁随含碳量增加，结晶温度区间减小，流动性逐渐提高，越接近共晶成分，合金的流动性愈好渐提高，越接近共晶成分，合金的流动性愈好.3充型能力充型能力 充型能力是指金属液充满铸型型腔，获得轮廓清晰、充型能力是指金属液充满铸型型腔，获得轮廓清晰、形状准确的铸件的能力。形状准确的铸件的能力。 若充型能力不强，则易产生浇不足、冷隔等缺陷，造成若充型能力不强，则易产生浇不足、冷隔等缺陷，造成废品。废品。4影响充型能力的因素影响充型能力的因素1.合金本身流动性合金本身

7、流动性2.工艺因素工艺因素 (1)浇注条件浇注条件 提高合金的提高合金的浇注温度浇注温度和和浇注速度浇注速度，增大，增大静压头高度静压头高度都会使合金的充型都会使合金的充型能力提高。能力提高。 但浇注温度太高，将使合金的收缩量增加，吸气增多，氧化严重，铸件会产生但浇注温度太高，将使合金的收缩量增加，吸气增多，氧化严重，铸件会产生严重的粘砂和胀砂缺陷。严重的粘砂和胀砂缺陷。 每种合金的浇注温度都在一定的温度范围内：每种合金的浇注温度都在一定的温度范围内： 铸钢为铸钢为1520-1620；铸铁为；铸铁为1230-1450；铝合金为；铝合金为680-780。 (2)铸型铸型 a. 铸型的温度和热物理

8、性能：铸型的温度和热物理性能： 铸型温度越低，热容量越大，从合金中吸收并储存热量的能力越强；铸型温度越低，热容量越大，从合金中吸收并储存热量的能力越强； 铸型的导热性越好，传导热量的能力越强。合金保持液态的时间越短。铸型的导热性越好，传导热量的能力越强。合金保持液态的时间越短。 充型能力下降。充型能力下降。 b.铸型的发气量和排气能力：铸型的发气量和排气能力： 铸型发气量大、排气能力差，合金流动受阻。铸型发气量大、排气能力差，合金流动受阻。充型能力下降。充型能力下降。 C.铸型结构的复杂程度：铸型结构的复杂程度： 浇注系统和铸型的结构越复杂，合金充型时的阻力越大。浇注系统和铸型的结构越复杂，合

9、金充型时的阻力越大。充型能力下降。充型能力下降。1.2 铸件的凝固与收缩铸件的凝固与收缩1铸件的凝固方式铸件的凝固方式 凝固过程中的铸件断面一般存在三个区域：固相区、凝固区和液相区。凝固过程中的铸件断面一般存在三个区域：固相区、凝固区和液相区。凝固区的宽度对铸件质量影响较大。铸件凝固区的宽度对铸件质量影响较大。铸件“凝固方式凝固方式” 依此区的宽窄来划分：依此区的宽窄来划分： (1)逐层凝固逐层凝固 铸件在凝固过程中铸件在凝固过程中不存在凝固区不存在凝固区，断面上外层的固体和内层的液体由一条界限，断面上外层的固体和内层的液体由一条界限(凝固前沿凝固前沿)清楚地分开。纯金属或共晶成分合金的凝固属

10、此方式。清楚地分开。纯金属或共晶成分合金的凝固属此方式。 (2)糊状凝固糊状凝固 如果合金的结晶温度范围很宽，且铸件的温度分布较为平坦，则在凝固的某段如果合金的结晶温度范围很宽，且铸件的温度分布较为平坦，则在凝固的某段时间内，铸件表面并时间内，铸件表面并不存在固体层不存在固体层，而凝固区贯穿整个断面。先呈糊状而后固化。，而凝固区贯穿整个断面。先呈糊状而后固化。 (3)中间凝固中间凝固 大多数合金的凝固介于逐层凝固和糊状凝固之间，称为中间凝固。大多数合金的凝固介于逐层凝固和糊状凝固之间，称为中间凝固。铸件质量与其凝固方式密切相关：铸件质量与其凝固方式密切相关： 逐层凝固逐层凝固时，合金充型能力强

11、，利于防止缩孔和缩松。例时，合金充型能力强，利于防止缩孔和缩松。例灰铸铁灰铸铁、铝硅合金铝硅合金。 糊状凝固糊状凝固时，难以获得结晶紧实的铸件。例时，难以获得结晶紧实的铸件。例球墨铸铁球墨铸铁、锡青铜锡青铜、铝铜合金铝铜合金。为为获得紧实致密铸件常需采用适当的补缩工艺措施。获得紧实致密铸件常需采用适当的补缩工艺措施。 图图1-2 铸件的凝固方式铸件的凝固方式2铸造合金的收缩铸造合金的收缩 液态合金在凝固和冷却过程中，体积和尺寸减小的现象称为液态合金液态合金在凝固和冷却过程中，体积和尺寸减小的现象称为液态合金的的收缩收缩。收缩能使铸件产生缩孔、缩松、裂纹、变形和内应力等缺陷，影响。收缩能使铸件产