铸造基础知识培训课程课件.ppt

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1、,铸造基础知识培训广州六和桐生机械有限公司,铸 造,主要培训内容： 铸造基础知识； 铸造方法； 铸件结构工艺性。,材料的液态成形工艺,金属的铸造工艺陶瓷的注浆成形塑料的注射成形,材料的液态成形，与材料的固态塑性变形、连接成形以及粉末冶金成形是制造业获得毛坯件的主要手段。,液态成形工艺,1.什么是铸造？,将液态金属浇注到与零件形状相适应的铸型型腔中，待其冷却凝固，以获得毛坯或零件的生产方法。,一、铸造工艺概论,零件的形状复杂； 工艺灵活； 成本较低; 适用范围广。,机械性能较低； 精度低； 效率低； 劳动条件差。,2.铸造生产的特点,可生产形状任意复杂的制件，特别是内腔形状复杂的制件。如支撑托架

2、、汽车制动盘、卡钳、支架、压缩机机架及涡旋动定盘件等。,用于核反应堆的大型铸件，重量达60多吨。,砂型铸造,金属型铸造,熔模铸造,压力铸造,低压铸造,离心铸造,陶瓷型铸造,实型铸造,3.铸造的方法,砂型铸造动画,4.铸造的工艺过程,砂型铸造,零件图,铸造工艺图,铸型,型芯,芯盒 芯砂,型砂模型,熔化,合 箱,落砂、清理,检 验,铸 件,（1）、砂型铸造流程图,出 货,（2）、砂型铸造造型方法,套筒的砂型铸造过程：,手工造型 单件、小批量生产,机器造型 中、小件大批量生产,机器造芯 中、小件大批量生产,柔性造型单元 各种形状与批量生产,常用造型方法,造型生产线示意图,机器造型,机器造型是将填砂、

3、紧实和起模等主要工序实现了机械化，并组成生产流水线。机器造型生产率高，铸型质量好，铸件质量高，适用于中小型铸件的大批量生产。,充型能力不足时，会产生浇不足、冷隔、夹渣、气孔等缺陷。,充型 液态合金填充铸型的过程。,充型能力液体金属充满铸型型腔，获得尺寸精 确、轮廓清晰的成形件的能力。,1-1 液态合金的充型,充型能力取决于,合金流动性,浇注条件,铸型填充条件,二、铸造工艺基础,0.45%C 铸钢：200mm,4.3%C 铸铁：1800mm,一、液态合金的流动性,合金的流动性是： 液态合金本身的流动能力。,浇注温度为1600，含碳量为0.45%的铸钢，流动性在螺旋铸棒中，只能填充200mm,浇注

4、温度为1300，含碳量为4.3%的铸铁，流动性在螺旋铸棒中，却能填充1800mm,合金流动性主要取决于合金化学成分所决定的结晶特点,a）在恒温下凝固,b）在一定温度范围内凝固,（3）浇注系统的结构 浇注系统的结构越复杂，流动 阻力越大，充型能力越差。 铸件复杂程度 铸件结构复杂，流动阻力大， 铸型的充填就困难。,二、浇注条件,（1）浇注温度 一般T浇越高，液态金属的充型能力 越强。,（2）充型压力 液态金属在流动方向上所受的压力 越大，充型能力越强。,（2）铸型温度 铸型温度越高，液态金属与铸型的 温差越小，充型能力越强。,（3）铸型中的气体,三、铸型充填条件,（1）铸型的材料,1-2 铸件的

5、凝固与收缩,一、铸件的凝固方式,1. 逐层凝固,2. 糊状凝固,3. 中间凝固,影响铸件凝固方式的主要因素:,合金的结晶温度范围,合金的结晶温度范围愈小，愈倾向于逐层凝固 。,液,液,二、铸造合金的收缩,1. 收缩的概念,合金的收缩经历如下三个阶段：,合金从浇注、凝固直至冷却到室温，其体积或尺寸缩减的现象。,（1）液态收缩 从浇注温度到凝固开始温度之间的收缩。 T浇 T液,（3）固态收缩 从凝固终止温度到室温间的收缩。 T固 T室,（2）凝固收缩 从凝固开始到凝固终止温度间的收缩。 T液 T固,体收缩率是铸件产生缩孔或缩松的根本原因。,体收缩率：,线收缩率：,线收缩率是铸件产生应力、变形、裂纹

6、的根本原因。,三、铸件中的缩孔与缩松,液态合金在冷凝过程中，若其液态收缩和凝固收缩所缩减的容积得不到补充，则在铸件最后凝固的部位形成一些孔洞 。大而集中的称为缩孔，细小而分散的称为缩松。,1 缩孔和缩松的形成,2 缩孔和缩松的防止,防止缩孔和缩松常用的工艺措施就是控制铸件的凝固次序，使铸件实现“顺序凝固”。 (定向凝固),冒口 储存补缩用金属液的空腔。,冷铁,寻找热节的方法,等温线法,内切圆法,1-3 铸造内应力、变形和裂纹,一、内应力的形成,铸件在凝固以后的继续冷却过程中，其固态收缩受到阻碍，铸件内部即将产生内应力。,1.机械应力（收缩应力）,合金的线收缩受到铸型、型芯、浇冒系统的机械阻碍而

7、形成的内应力。 机械应力是暂时应力。,上型,下型,热应力是由于铸件壁厚不均匀，各部分冷却速度不同，以致在同一时期内铸件各部分收缩不一致而引起的应力。,-,+,2热应力,热应力使铸件的厚壁或心部受拉伸，薄壁或表层受压缩。 热应力是永久应力。,二、铸件的变形与防止,变形的产生,防止变形的方法：,1）合理设计铸件结构,使铸件壁厚尽可能均匀；,2）采用同时凝固的原则；,3）采用反变形法。,4）时效处理,反变形法-,三、铸件的裂纹与防止,1区分热裂和冷裂,热裂的形状特征是：裂纹短且宽、形状曲折、缝内呈 氧化色。,热裂：合金凝固末期的高温下形成的裂纹。,冷裂的特征是：裂纹细小，呈连续直线状，缝内有金 属光

8、泽或轻微氧化色。,冷裂：低温下形成的裂纹。 出现于复杂工件的受拉部位和应力集中部位。,冷裂的防止：, 使铸件壁厚尽可能均匀；, 采用同时凝固的原则；, 对于铸钢件和铸铁件，必须严格控制磷 的含量，防止冷脆性。,热裂的防止：, 对于铸钢件和铸铁件，必须严格控制硫的含量， 防止热脆性。, 应尽量选择凝固温度范围小，热裂倾向小的合金。, 应提高铸型和型芯的退让性，以减小机械应力。,2防止热裂和冷裂,铸铁、铸钢、铜合金、铝合金,一、常用合金铸件的生产,2-1 铸铁件生产,铸铁是含碳量大于2.11%（通常为2.5%-4.0%）的铁碳合金。,3.麻口铸铁：组织中既存在石墨、又有莱氏体，是白口和灰口之间的过

9、渡组织，因断口处有黑白相间的麻点，故而得名。,根据碳在铸铁中存在形式的不同，铸铁可分为：,1.白口铸铁：碳全部以Fe3C的形式存在，断口呈银色。 具有良好的耐磨性，有时也用来制造一些耐磨件， 如轧辊、粉碎机锤头、和犁铧等。,2.灰口铸铁：碳大部或全部以石墨形式存在，断口呈暗灰色。,4蠕墨铸铁 ： 其石墨呈蠕虫状。如图d所示。,a,b,c,d,根据铸铁中石墨形态的不同，灰口铸铁可分为：,1灰铸铁：其石墨呈片状。如图a所示。,2可锻铸铁： 其石墨呈团絮状。如图b所示。,3球墨铸铁： 其石墨呈球状。如图c所示。,一、影响铸铁组织和性能的因素,1、化学成分,碳是形成石墨的元素，也是促进石墨化的元素。含

10、碳愈高，析出石墨愈多、石墨片愈粗大。,硅是强烈促进石墨化的元素，含硅量增加，石墨显著增多。,所以：当铸铁中碳、硅含量均高时，析出的石墨就愈多、愈粗大。,铸铁中的碳以化合态渗碳体和游离态石墨形式存在。,碳以石墨形式析出的现象称为石墨化。,1）碳和硅,3）锰,所以：硫含量限制在0.1-0.15%以下。,弱阻碍石墨化，但具有提高铸铁强度和硬度的作用。,锰含量控制在0.61.2%之间。,4）磷,对铸铁的石墨化影响不显著。含磷过高将增加铸铁的冷脆性。,磷含量限制在0.5%以下。,2）硫,强烈阻碍石墨化。高硫量促使碳以Fe3C存在，增加热脆性，恶化铸铁铸造性能,一、影响铸铁组织和性能的因素,2冷却速度,实

11、际生产中，一般是根据铸件主要部位的壁厚，选择适当的化学成分（主要指碳、硅），以获得所需要的组织。,1）铸型材料,2）铸件壁厚,铸件壁愈厚，冷却速度愈慢，则石墨化倾向愈大，愈易得到粗大的石墨片和铁素体基体。,一、影响铸铁组织和性能的因素,二、灰铸铁,（一）灰铸铁的化学成分、组织,灰铸铁的化学成分： C%:2.63.6% ， Si%:1.23.0% ， Mn%:0.41.2 Mn， S0.15%， P0.3%。,珠光体基体灰铸铁,铁素体基体灰铸铁,珠光体 + 铁素体基体灰铸铁,碳钢的基体 + 片状石墨,灰铸铁的组织：,(二) 灰铸铁的性能,5）低的缺口敏感性,1）力学性能：b=120-250Mpa

12、，低，仅为钢件的20-30%， 伸长率 0，塑性韧性差。,2）良好的减振性,3）良好的耐磨性,4）良好的切削加工性,二、灰铸铁,是常用铸铁件中力学性能最差的铸铁。,孕育处理 浇注前向铁水中冲入细颗粒的孕育剂(人工晶核如硅铁和硅钙合金 )，形成大量的、弥散的难熔质点，成为石墨的结晶核心，促进石墨的形核，得到具有细片状石墨的组织。,b= 250-400 Mpa， 0,（三）灰铸铁的孕育处理 孕育铸铁,二、灰铸铁, 用于制造力学性能要求较高而截面尺寸变化较大的 大型铸件。如重型机床床身，汽缸体等。, 强度和韧性优于普通灰铸铁。, 孕育处理使不同壁厚铸件的 组织较均匀，性能基本一致。,孕育铸铁特点：,

13、灰铸铁的牌号用汉语拼音“HT”+ 数字表示，数字表示其最低抗拉强度b （MPa）。,（四）灰铸铁牌号及选用,二、灰铸铁,三、可锻铸铁,白口铸铁通过退火处理使渗碳体分解而得到团絮状石墨的一种高强度铸铁。,又叫展性铸铁或韧性铸铁,1 可锻铸铁的组织、性能及选用,塑性和韧性好，耐蚀性较高，适于制造承受振动和冲击、形状复杂的薄壁小件，如汽车拖拉机的底盘类零件。,1）铁素体（黑心）可锻铸铁,2）珠光体可锻铸铁,强度、硬度、耐磨性优良，用于石油管道、炼油厂管道和商用及民用建筑的供气和供水系统的管件。,3）白心可锻铸铁,三、可锻铸铁,白口铸铁在氧化气氛中退火，产生几乎是全部脱碳的可锻铸铁。国内应用较少，国外

14、有用作水暖管件的。,2 可锻铸铁的牌号,可锻铸铁的牌号用汉语拼音和两组数字表示，第一组数字表示其最低抗拉强度b （Mpa），第二组数字表示其最低断后伸长率(%) 。,KTH30006,KTZ45006,KTB450-07,三、可锻铸铁,四、球墨铸铁,向铁水中加入球化剂和孕育剂得到的具有球状石墨的铸铁。,1)强度高,1球墨铸铁的性能,抗拉强度不仅高于铸铁，甚至高于碳钢，疲劳强度大致与中碳钢相似，耐磨性优于表面淬火钢，所谓“以铁代钢”，主要指球墨铸铁。,2)塑性、韧性好,3)良好的铸造性能、减摩性、切削加工性及低的缺口敏感性,球墨铸铁的牌号用汉语拼音“QT”和两组数字表示，两组数字分别表示最低抗拉

15、强度和伸长率。,2.球墨铸铁的牌号：,QT500-07抗拉强度最低值为500MPa，伸长率最低值为7%,四、球墨铸铁,3球墨铸铁的生产,1）控制原铁水化学成分,2）较高的铁水温度,3）球化处理和孕育处理,出炉温度应高于1400 。,a）S和P含量要低,b）C含量要高（3.64.0%C）。,球化处理：促使石墨在结晶时呈球状析出。 孕育处理：促进铁水的石墨化。,铁水孕育处理球化处理,球化处理工艺：冲入法,五、蠕墨铸铁,向铁水中加入蠕化剂（如镁钛合金）进行蠕化处理，然后加入孕育剂作孕育处理，得到的具有短片状石墨的铸铁。,蠕墨铸铁的性能：,（1）力学性能（强度和韧性）比灰铸铁高， 比球墨铸铁低。,（2

16、）壁厚敏感性比灰铸铁小得多。,（3）导热性和耐疲劳性好。,（4）优良的铸造性能,蠕墨铸铁的牌号：“RuT”+ 数字表示。RuT420，表示抗拉强度不低于420MPa的蠕墨铸铁,五、蠕墨铸铁,蠕墨铸铁主要用来生产复杂的大型铸件。如大型柴油机机体、大型机床立柱等。 更适合制造在热循环作用下工作的零件，如大型柴油机汽缸盖、排汽管、制动盘、液压阀、金属型等。 -,蠕墨铸铁的应用：,五、蠕墨铸铁,3-2 浇注位置和分型面的选择,一、浇注位置的选择,浇注时铸件在铸型中所处的空间位置。在铸造工艺图上用汉字和箭头表示。, 铸件的重要工作面或主要加工面应朝下或呈侧立状态,车床床身的浇注位置,不合理,合理, 铸件

17、上的大平面结构或薄壁结构应朝下或呈侧立状态,合理,不合理, 选择浇注位置应有利于补缩，防止在铸件中产生缩孔,卷扬机筒,不合理,合理,确定分型面 分型面的确定应能方便、顺利地取出模样或铸件，分型面一般选在铸件的最大截面处,二、分型面的选择,确定分型面 分型面以平面为宜，越少越好（一）,不合理,合理,确定分型面分型面以平面为宜，越少越好（二）,确定分型面 应尽量使型腔全部或大部分置于同一个砂型内，最好使型腔或使加工面与基准面位于下型中,合理,不合理,确定分型面 应使型芯和活块数量少，并便于安放和稳定(一),确定分型面 应使型芯和活块数量少，并便于安放和稳定(二),合理,不合理,3-3 工艺参数的选择,工艺参数,加工余量,拔模斜度,型芯及型芯头,铸造圆角,收缩率,铸造车间,谢 谢！,