液态金属成形课件.pptx

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1、材料工艺基础,材料工艺基础（液态金属成形）,2,材料加工工艺又称材料成形技术，是液态金属凝固成形、金属塑性加工、焊接、材料表面改性、粉末冶金与陶瓷技术等各种材料成形技术的总称。,一、 材料加工工艺在制造业中的地位,1.1 材料加工的任务,成形：获得必要几何尺寸的机器零部件、器件,材料零部件的微观组织及性能受控于成形制造方法和过程,改性：通过工艺过程的控制使材料零部件具有设定的化学成分、组织结构和性能（工艺性和服役性）,绪 论,发生熔化、结晶、塑性变形、扩散、相变等物理化学变化,材料工艺基础（液态金属成形）,3,1.2 材料加工在制造业中的任务和地位,机械制造工艺流程,材料工艺基础（液态金属成形

2、）,4,1.3 材料加工工艺的展望,精密成形技术：铸造、锻造、焊接,快速原型制造：3D打印技术,具有极端性能的新材料加工：激光加工、纳米/非晶材料,计算机辅助、并行工程技术，虚拟制造技术,无公害化加工：节能、环保,二、 材料加工工艺课程的任务,熟悉材料加工过程中的内在规律和物理本质了解技术现状，发展趋势,材料工艺基础（液态金属成形）,5,第一章 液态金属成形,材料工艺基础,材料工艺基础（液态金属成形）,6,1.1 概述,液态金属成形，通常也称铸造，是将液态金属注入铸型中使之冷却、凝固而形成一定形状和性能的零部件的方法。,适用范围广：可生产形状复杂，特别是具有复杂内腔的零件毛坯，如各种箱体、内燃

3、机缸体、机床床身、机架等 可制造各种合金铸件：常用金属材料均可用来进行铸造，铸件重量由几克到几百吨 成本低、经济性好 缺点：质量不够稳定，力学性能较低、生产条件较差,材料工艺基础（液态金属成形）,7,材料工艺基础（液态金属成形）,8,铸造方法,大部分铸件用砂型铸造方法生产（6070），还有熔模铸造、离心铸造、金属型铸造、压力铸造等方法。,材料工艺基础（液态金属成形）,9,铸造方法的选择,优先采用砂型铸造 据统计，在全部铸件产量中，6070%的铸件是用砂型生产的。当铸件的性能要求更高时，应该采用其它铸造方法，例如熔模铸造、压力铸造等。铸造方法应和生产批量相适应 单件小批量生产的重型铸件，手工造型

4、仍是重要的方法；对于单件生产的重型铸件，采用砂型造型法成本低，投产快；压力铸造、离心铸造等方法，因设备和模具价格昂贵，所以只适合批量生产。,材料工艺基础（液态金属成形）,10,铸造方法的选择,造型方法应适合生产条件 不同的企业生产条件（包括设备等）、所积累的经验各不一样，应该根据这些生产条件考虑适合的产品。兼顾铸件的精度要求和成本 应对所选用的铸造方法进行初步的成本估算，以确定经济效益高又能保证铸件要求的铸造方法。,材料工艺基础（液态金属成形）,11,1.2 合金的铸造工艺性能,合金在铸造生产中所表现出来的工艺性能包含以下几个方面的内容：流动性：熔融金属本身的流动能力，是其固有属性。 如：简单

5、黄铜 硅黄铜 铸钢充型能力：熔融金属充满型腔，获得形状完整铸件的能力。熔融金属流动性好，有利薄壁件和复杂件的成型，排气，去杂质和补缩。否则，易产生浇不足，冷隔，夹渣，气孔和缩松等缺陷收缩性：用体收缩率（体积变量）和线收缩率表示,材料工艺基础（液态金属成形）,12,（1）合金的流动性,液态合金本身的流动能力，与合金种类、化学成分、温度、杂质含量及其物理性质有关。,流动性影响因素合金的化学成分及结晶特点的影响 纯金属、共晶成分的合金流动性好，结晶温度范围大的合金流动性差合金结晶潜热和晶粒形状的影响合金物理性质：1）热导率、比热容C、密度；2) 合金的表面张力；3）液态合金的粘度,材料工艺基础（液态

6、金属成形）,13,流动性测试方法,流动性测试方法：螺旋试样法,材料工艺基础（液态金属成形）,14,（2）铸造合金的充型能力,铸造合金的充型能力决定于液态金属的流动性，又受到铸型条件、浇注条件和铸件结构的影响。1）铸型条件 蓄热能力：铸型蓄热能力大，液态金属冷却快，充型能力降低 如金属模铸造比砂型膜铸造充型能力差 铸型温度：温度高，液态金属冷却慢，充型能力强 铸型中的气体：型腔中过多的气体阻碍熔融金属的充型 2）浇注条件 浇注温度、充型压力、浇注速度,材料工艺基础（液态金属成形）,15,（3）铸造合金的收缩性,铸造合金在液态、凝固态和固态冷却的过程中，由于温度的降低而发生的体积减小现象。 物理本

7、质：液态转变为固态时，金属原子由近程有序向远程有序转变，以及空穴的减少或消失。三个阶段： 液态收缩 凝固收缩 固态收缩,收缩是铸件中许多缺陷，如缩孔、缩松、热裂、变形和裂纹等产生的基本原因，是合金的重要铸造性能之一，对铸件质量有着很大的影响。,材料工艺基础（液态金属成形）,16,铸造合金的收缩性,液态收缩 金属在液态时由于温度降低而发生的体积收缩。凝固收缩 熔融金属在凝固阶段的体积收缩。 液态收缩和凝固收缩是铸件产生缩孔和缩松的基本原因。固态收缩 金属在固态时由于温度降低而发生的体积收缩。固态收缩是铸件内应力、变形和裂纹等缺陷产生的主要原因。,材料工艺基础（液态金属成形）,17,铸造合金收缩性

8、,液态收缩：金属原子由近程有序转为远程有序，及空穴减少,固态收缩：温度下降，原子间距离缩短,：线收缩系数,材料工艺基础（液态金属成形）,18,影响铸件收缩的因素,化学成分与合金类别：如铸钢的收缩最大，灰铸铁最小。浇注温度：合金浇注温度越高，过热度越大，液体收缩越大。铸件结构和铸型工艺条件：铸件的收缩并非自由收缩，而是受阻收缩。1）铸件中各部分冷却速度不同，收缩先后不一致，相互制约产生阻力；2）铸型等对铸件收缩产生的机械阻力。,材料工艺基础（液态金属成形）,19,缩孔和缩松,铸件在冷却和凝固过程中，若液态收缩和凝固收缩所缩减的体积得不到补充，往往在铸件最后凝固的地方出现孔洞。容积大而且比较集中的

9、孔洞缩孔；细小而且分散的孔洞缩松。产生原因：液态收缩和凝固收缩值大于固态收缩值缩孔和缩松存在：铸件有效承载面积减小，引起应力集中，力学性能下降，还降低气密性和物理性能。,缩孔的形成：在铸件上部或最后凝固的部位； 其外形特征是：近于倒圆锥形。,材料工艺基础（液态金属成形）,20,缩松的形成,由于结晶温度范围较宽，树枝晶发达，流动性低、液态和凝固收缩所形成的细小、分散孔洞得不到液态金属补充而造成。,材料工艺基础（液态金属成形）,21,缩孔的形成,纯金属和共晶成分的合金，易形成集中缩孔,材料工艺基础（液态金属成形）,22,缩孔的形成,材料工艺基础（液态金属成形）,23,1.3 合金的铸造工艺缺陷,变

10、形与开裂：铸造应力其他铸造缺陷：偏析，气体，夹杂物,铸造应力产生的原因通常分为三类：热应力：铸件在凝固和冷却过程中，不同部位由于不均衡的收缩而引起的应力。为铸造残留应力固态相变应力：有固态相变的合金铸件，各部分体积因相变发生不均衡变化而引起的应力。机械应力：铸件在固态收缩时，因受到铸型、型芯、浇冒口等机械阻碍而产生的应力。,材料工艺基础（液态金属成形）,24,（1）变形与开裂,铸件内的总应力超过合金的屈服强度，发生变形；超过抗拉强度，产生裂纹。由于铸造应力的缘故，处于应力状态（不稳定状态）下的铸件能够自发地发生变形以减少内应力而趋于稳定状态，快冷部分凸起，慢冷部分凹下；受拉部位趋于缩短，受压部

11、位趋于伸长。裂纹产生的温度范围：热裂、冷裂。铸件有裂纹存在时，其强度大为降低。使用时可能由于裂纹的扩展而使铸件断裂，发生事故。,材料工艺基础（液态金属成形）,25,铸造应力示意图,材料工艺基础（液态金属成形）,26,实例：罗得曼加农炮管的铸造方法,1860年美国内战时期，T J 罗德曼上校发明全新的加农炮管的铸造方法。该方法改变了炮筒的冷却形式，内壁首先开始凝固，此时外壁仍为液态，凝固结果使得炮筒内壁获得很大的残余压应力，使得火炮寿命延长超过20倍。有历史学家认为，该项新技术遏制了一些欧洲国家对美国内战的干涉。该项技术已经广泛应用于制作罐状高压储存容器,材料工艺基础（液态金属成形）,27,减少

12、或消除应力的方法,减少铸件各部位的温差，尽量形成同时凝固。改善铸型和型芯的退让性，以减少收缩的机械阻力。在性能满足的前提下，选择弹性模量E小和收缩系数小的合金。消除应力方法：1）人工失效：去应力退火 2）自然失效 3）振动时效,材料工艺基础（液态金属成形）,28,铸件裂纹,铸件裂纹: 热裂和冷裂。当固态合金的线收缩受到阻碍，产生的应力若超过该温度下合金的强度，即产生热裂；冷裂是铸件处于弹性状态产生。产生的应力若超过合金的强度极限。,材料工艺基础（液态金属成形）,29,铸件裂纹：热裂与冷裂,冷裂：外形呈连续直线状或圆滑区，而且常常是穿过晶粒延伸到整个断面，裂口处表面干净，具有金属光泽或呈微氧化色

13、。成因：与铸件形成应力大小密切相关。影响因素：合金的化学成分和杂质状况,热裂：断面严重氧化，无金属光泽，裂口沿晶界产生和发展， 外观形状曲折而不规则。铸钢件裂口表面近似黑色，铝合金则呈暗灰色。成因：在凝固末期，铸件中结晶的骨架已形成并开始收缩，但晶粒间还有一定液相存在，这时铸件强度和塑性极低，收缩受到铸型阻碍而开裂。结晶温度宽的合金产生热裂的可能性大。影响因素：合金本身的性质、铸型性质、铸件结构、浇注条件。,材料工艺基础（液态金属成形）,30,热裂示例,材料工艺基础（液态金属成形）,31,（2）偏析、气孔和夹杂物,偏析：微观和宏观微观偏析：微小（晶粒）尺寸范围内化学成分不均匀现象。晶内偏析（枝

14、晶偏析），晶界偏析宏观偏析：铸件较大尺寸范围内化学成分不均匀现象。正偏析，逆偏析，重力偏析 气体：存在形式：溶解状态，化合物状态，气泡。 影响铸造性能，晶间疏松，降低流动性，产生缺陷 夹杂物：分布、大小和形态,材料工艺基础（液态金属成形）,32,常见的铸造工艺缺陷,材料工艺基础（液态金属成形）,33,作业:1) 缩孔，缩松是铸件中的常见缺陷，哪些因素影响其形成，如何采取措施进行防止，举例说明合金成分对形成缩孔和缩松的影响。2）热应力产生的原因，举例说明如何采取措施减少应力对铸件性能的影响。 单号 周四前交,材料工艺基础（液态金属成形）,34,1.4 砂型铸造,以原砂为主要骨料的铸造工艺。,砂型

15、铸造工件示意图,材料工艺基础（液态金属成形）,35,1.4.1 砂型铸造一般工艺流程,Molding,Mold,Sand,Melting of metal,Pouringinto mold,Casting,Heattreatment,Cleaningandfinishing,Inspection,Pattern making,Core making,Gating system,Furnaces,Solidification,ShakeoutRemoval of risersAnd gates,Additional heattreatment,DefectsPressure tightnessD

16、imensions,材料工艺基础（液态金属成形）,36,1.4.2 砂模的构成,模型：上模：上模箱；下模：下模箱芯棒：内孔成型浇注系统：浇口和冒口的制作砂型铸造的工艺过程：包括混砂、造型和造芯、烘干、合箱、熔化与浇注、铸件的清理和检验等工序。型（芯）砂应具备的性能： 强度； 透气性（与砂粒的形状、大小及粘土的比例、型砂的紧实度有关）； 耐火性； 退让性；型（芯）砂的分类：粘土砂（由砂、粘土和附加物如煤粉等组成）；水玻璃砂；油砂及合脂砂；树脂砂。,材料工艺基础（液态金属成形）,37,粘土沙型 由原沙和粘结剂（可能添加附加物）组成的具有一定强度的微孔-多孔隙体系。 微孔-多孔隙：保证型、芯具有一定

17、的透气性；但孔隙过大将降低表面质量、降低铸件尺寸精度。 原沙占总量的82-99%； 粘结剂起到粘结沙粒的作用； 附加物: 为了改善沙型性能而加入的物质。,砂型,材料工艺基础（液态金属成形）,38,1.4.3 砂型铸造示意图,铸件：90度带法兰的弯管接头,材料工艺基础（液态金属成形）,39,砂型铸造I (整模造型),材料工艺基础（液态金属成形）,40,砂型铸造-II（分模造型）,材料工艺基础（液态金属成形）,41,砂型铸造III (刮板造型),材料工艺基础（液态金属成形）,42,砂型铸造IV (活块造型),材料工艺基础（液态金属成形）,43,砂型铸造V (三箱造型),材料工艺基础（液态金属成形）

18、,44,砂型铸造VI (挖砂和假箱造型),材料工艺基础（液态金属成形）,45,1.5 特种铸造,砂型铸造生产的铸件，其尺寸精度和表面质量及内部质量在许多情况下不能满足需要。发展了消失模铸造、熔模铸造、陶瓷型铸造、金属型铸造、离心铸造、压力铸造、低压铸造、连续铸造、挤压铸造、负压造型和磁型铸造等,铸件尺寸精度高，表面粗糙度较低铸件的力学性能和内部质量好可生产一些技术要求高且难以加工制造的合金铸件降低材料消耗，改善劳动条件,材料工艺基础（液态金属成形）,46,特种铸造压力铸造,在高压作用下，将液态或半液态金属快速压入金属压铸型中，并在压力下凝固而获得铸件的方法。参数：压力：3070 MPa; 充填

19、速度：5100 m/s; 时间：0.050.25 s,应用：汽车、拖拉机、航空、仪表、纺织、国防等工业部门中；适用于低熔点有色金属（如Zn、Al、Cu、Mg等）的小型、薄壁、形状复杂工件的大批量生产。,材料工艺基础（液态金属成形）,47,材料工艺基础（液态金属成形）,48,压力铸造的特点,产品质量好；铸件精度高，表面光洁。零件形状可以较复杂。生产效率高，易实现机械化和自动化；易实现镶嵌结构铸件。,铸件表层以下出现不致密层，气密可靠性差。对内凹复杂的铸件，压铸较为困难。较高熔点合金（如铜，黑色金属），压铸型模寿命较低。,材料工艺基础（液态金属成形）,49,压力铸造视频,材料工艺基础（液态金属成形

20、）,50,特种铸造熔模铸造,液态金属在重力作用下浇入由蜡模熔化后形成的中空型壳中成型，从而获得精密铸件的方法,春秋时期的云纹铜禁，是中国最早用失蜡法铸造的青铜器，青铜器上有平面的浮雕浅刻，有半立体的动物雕刻，还有立体的雕像,铜散热器,汽车配件,材料工艺基础（液态金属成形）,51,mo,熔模铸造流程示意图,材料工艺基础（液态金属成形）,52,熔模铸造,材料工艺基础（液态金属成形）,53,熔模铸造特点,铸件的精度很高 可铸出形状复杂的薄壁铸件 铸造合金种类不受限制 生产批量不受限制,工序复杂，生产周期长 原材料价贵，铸件成本高 铸件尺寸不能太大,材料工艺基础（液态金属成形）,54,离心铸造：适合单

21、种金属或多合金复合中空回转体铸件,分为立式离心铸造和卧式离心铸造两种类型：立式离心铸造：主要用来生产高度小于直径的圆环类铸件。 卧式离心铸造：主要用来生产长度大于直径的套筒类和管类铸件。,材料工艺基础（液态金属成形）,55,离心铸造,材料工艺基础（液态金属成形）,56,离心铸造,几乎一切铸造合金都可用于离心铸造法生产；离心铸件的最小内径可达8 mm，最大直径可达3 m；铸件最大长度可达8 m；离心铸件的重量范围为零点几公斤至十多吨。所获得的铸件组织致密，没有气孔、缩松、缩孔、夹渣等缺陷，力学性能高。没有型芯和浇注系统便可生产中空铸件。铸件在离心的作用下，金属液的充型能力好，可浇注流动性差的金属

22、或壁薄件。铸件的内表面粗糙，且易产生比重偏析。,材料工艺基础（液态金属成形）,57,离心铸造实例,双金属机筒,母体,过渡层,合金层,组织致密,材料工艺基础（液态金属成形）,58,1.6 铸造工艺设计,材料工艺基础（液态金属成形）,59,铸件结构,铸件应有合适的壁厚 太薄：易产生浇不到、冷隔；太厚：缩孔、缩松铸件结构不应严重阻碍收缩，壁厚过渡或圆角内壁厚度小于外壁 使内、外壁均匀冷却，降低应力和防止裂纹壁厚力求均匀，防止形成热节利于补缩和顺序凝固防止变形避免浇注位置有水平的大平面结构,材料工艺基础（液态金属成形）,60,铸造工艺设计原则（1）,浇注位置：浇注时铸件在铸型中所处的空间位置重要加工面

23、或质量要求较高的面，应置下部或侧面大平面朝下大面积薄壁处，应置下面或侧面易产生缩孔的厚大部位应置顶部或侧面，以便安装冒口补缩,浇注位置的选择,材料工艺基础（液态金属成形）,61,铸造工艺设计原则（2）,形状平稳过渡，避免尖角,材料工艺基础（液态金属成形）,62,铸造工艺设计原则（3）,避免大的平面，防止出现低质量的表面,在浇注时，如果型腔内有较大的水平面存在，当金属液上升到该位置时，由于断面突然扩大，金属液面上升速度变得非常小，灼热的金属液面较长时间地、近距离烘烤顶面砂型壁，极易造成夹砂、渣孔、砂孔或浇不到等缺陷。,材料工艺基础（液态金属成形）,63,铸造工艺设计原则（4）,避免冷却时易产生缩

24、孔的厚大截面,材料工艺基础（液态金属成形）,64,避免冷却时易产生缩孔的厚大截面,铸造工艺设计原则,材料工艺基础（液态金属成形）,65,铸造工艺设计原则（5）,分型面的设计,分型面一般是铸件的最大截面尽量减少分型面数量铸件全部或大部分置于一箱中便于下芯，主要型芯位于下箱分型面应尽量平直,总原则：确保起模顺利和铸造工艺的简化。分型面一般在确定浇注位置后再选择。,材料工艺基础（液态金属成形）,66,铸造工艺设计原则（6）,工艺参数的确定：机械加工余量 铸孔起模斜度铸件收缩率型芯头铸造圆角,指为保证铸件加工面尺寸和零件精度，在铸件工艺设计时预先增加而在机械加工时切去的金属层厚度。铸铁，铸钢，有色金属

25、的加工余量一般不同,材料工艺基础（液态金属成形）,67,铸造工艺设计原则,铸孔,零件上的孔、槽、台阶等应从铸件质量及经济方面考虑。 较大的孔、槽等应铸出来，以便节约金属和机械加工工时，同时还避免铸件局部过厚所造成的热节，提高铸件的质量， 较小的孔槽，则不宜铸出，直接加工反而方便；如有特殊要求，且无法实行机加工的孔如弯曲孔，则一定要铸出。,材料工艺基础（液态金属成形）,68,铸造工艺设计原则,起模斜度,为使模样容易从铸型中取出或型芯自芯盒中脱出，平行于起模方向在模样或芯盒壁上的斜度称为起模斜度。 凡垂直于分型面（分盒面）的没有结构斜度的壁均应设起模斜度。 起模斜度的大小，应根据模壁测量面高度、模

26、样材料及造型方法确定。,材料工艺基础（液态金属成形）,69,铸造工艺设计原则,铸件收缩率,收缩余量 指为了补偿铸件收缩，模样比铸件图样尺寸增大的数值。工艺补正量 由于工艺上的原因，在铸件相应部位非加工面上增加的金属厚度称为工艺补正量。,材料工艺基础（液态金属成形）,70,铸造工艺设计原则,指模样上的突出部分，在型内形成芯座并放置芯头。或指型芯的外伸部分，不形成铸件轮廓，只是落入芯座内，用以定位和支承型芯。,型芯头,铸造圆角,铸件上相邻两壁之间的交角，应该做出铸造圆角，防止在尖角处产生冲砂和裂纹等缺陷，圆角半径一般为相交两壁平均厚度的1/3-1/2,材料工艺基础（液态金属成形）,71,作业1）离

27、心铸造在制备圆桶件时有哪些优越性，用离心铸造成型的目的是什么？举例说明加工双金属套筒的工艺过程。2）浇注位置设计的原则是什么？对铸件质量有何影响？ 双号,材料工艺基础（液态金属成形）,72,1.7 铸铁,铸铁的结晶及石墨化：石墨化影响因素：化学成分、冷却速度）灰铸铁 普通灰铸铁(3.0-3.7% C, 1.8-2.4% Si)，铁水不须处理孕育铸铁 (2.8-3.2% C, 1.0-2.0% Si)，铁水须孕育处理球墨铸铁（成分特点、球化处理、孕育处理、热处理） 铸造工艺特点：流动性差、铸型的刚度与收缩蠕墨铸铁 须蠕化处理(用稀土硅铁合金和稀土硅钙合金)和孕育处理可锻铸铁,材料工艺基础（液态金

28、属成形）,73,铸铁,铸铁是含碳量大于2.11%或者组织中具有共晶组织的铁碳合金。还加入各种合金元素，以便获得具有各种性能的合金铸铁。根据碳在铸铁中存在的形态不同，通常可将铸铁分为白口铸铁（碳主要以渗碳体存在）、灰口铸铁。灰口铸铁中又可根据石墨的形态不同而分为普通灰铸铁（层片状石墨），蠕虫状石墨铸铁，球墨铸铁以及可锻铸铁（絮状石墨）。,材料工艺基础（液态金属成形）,74,Fe-C 相图,材料工艺基础（液态金属成形）,75,灰铸铁的显微组织,材料工艺基础（液态金属成形）,76,灰铸铁的性能,优良的铸造性能；抗压强度与钢接近，抗拉强度低；塑性、韧性差；脆性大不能锻压和焊接；铸造性和切削加工性优良；

29、其它优良性能；减振性能良好成本低廉,材料工艺基础（液态金属成形）,77,灰铸铁牌号和用途,HT 100 100 铁素体基体HT 150 150 珠光体+铁素体基体HT 200 200 珠光体基体HT 250 250 珠光体基体（孕育）HT 300 300 孕育铸铁HT 350 350 孕育铸铁用于机床床身，底座，套筒等,材料工艺基础（液态金属成形）,78,球墨铸铁球化处理,球墨铸铁：铁水经球化处理后，石墨大部或全部呈球状形态的铸铁。力学性能显著高于灰铸铁，合金化及热处理后强韧性、耐磨性、耐热性和耐蚀性等大幅提高，广泛应用于汽车、铸管、机床、矿山和核工业等领域。球化处理是球墨铸铁的关键工序。球化

30、处理发展经历两个阶段：20世纪50年代，以纯镁和压入法为主：20世纪60年代中期开始，以稀土镁合金球化剂和冲入法为主，还相继采用了盖包法、型内法和密流法，20世纪80年代又采用了喂丝法工艺。,材料工艺基础（液态金属成形）,79,球墨铸铁孕育处理,孕育处理是球化处理后不可或缺的工序。它能促进石墨化，增加石墨球数，提高石墨圆整度。孕育处理是受多种因素制约的，如孕育剂种类，孕育剂粒度、孕育剂数量、孕育方式、铁液温度和孕育位置等，应使处于饱和孕育状态的铁液尽可能接近铁液凝固的瞬间，这样才能以最小的孕育处理成本达到最大的孕育效果。,材料工艺基础（液态金属成形）,80,球墨铸铁显微组织,牛眼状球墨铸铁 奥

31、-贝球墨铸铁,材料工艺基础（液态金属成形）,81,球墨铸铁牌号,材料工艺基础（液态金属成形）,82,可锻铸铁,可锻铸铁俗称马口铁。生产过程:首先浇注成白口铸铁件，经可锻化退火(使渗碳体分解为团絮状石墨)而获得可锻铸铁件。化学成分： wC：2.22.8%，wSi：1.01.8%, wMn：0.30.8%， wS0.2%，wP0.1%.显微组织：铁素体+团絮状状石墨；珠光体+团絮状石墨力学性能：由于显微组织中的石墨呈团絮状，对基体的割裂作用较小，力学性能高于灰铸铁，塑性和韧性好。可锻铸铁的性能因基体组织变化而不同，铁素体可锻铸铁具有较高塑性和韧性，而珠光体可锻铸铁具有较高的强度，硬度和耐磨性。,材

32、料工艺基础（液态金属成形）,83,可锻铸铁显微组织,材料工艺基础（液态金属成形）,84,1.8 铸钢,铸钢是用钢（主要为中碳钢和合金钢）作为铸件材料，产量约占铸件总产量的15%左右。优点：力学性能高，特别是塑性韧性比铸铁高得多；焊接性优良。缺点：铸造性能低；砂型要求耐火；为使钢液顺利地流动、充型、补缩，使用更多的冒口和冷铁 ；浇注温度控制严格，过高使钢液易氧化，或过低使流动性降低。 应用：因铸钢件的机械性能（强度、塑性、韧性等）优良和具有良好的焊接性能（指低碳铸钢），所以铸钢常用于制造承受重载荷及冲击载荷的零部件及构件，如水压机的横梁、立柱，锻压机械的机架、大齿轮、轧辊，装甲车和坦克的底板等，

33、还适于制造用于铸焊联合工艺的大型铸件。,材料工艺基础（液态金属成形）,85,铸钢,碳素铸钢（低碳铸钢ZG15、中碳铸钢ZG25、高碳铸钢ZG55）合金铸钢（低合金铸钢、高合金铸钢）铸钢铸造工艺特点：熔点高、钢液易氧化、流动性差、收缩大 相应的措施：壁厚8mm，提高浇注温度以改善铸造性能，采用干铸型和热铸型。由于收缩大，应采用冒口冷铁和补缩，以实现顺序凝固。薄壁铸钢件应采用同时凝固。采用耐火度高的人造石英砂制作铸型，并在铸型表面涂刷石英粉或锆砂，以防粘砂。铸型采用干型或快干型，如用CO2硬化的水玻璃砂型。铸钢件的热处理(不宜进行淬火处理) 含碳量0.35%的铸钢件应采用正火及高温回火； 含碳量0

34、.35%的铸钢件应采用退火。,材料工艺基础（液态金属成形）,86,铸钢显微组织（ZG25MnNi）,铸态组织 正火温度偏高,材料工艺基础（液态金属成形）,87,1.9 铸造铝合金,铸造铝合金的密度比铸铁和铸钢小，比强度较高，在航空工业、动力机械和运输机械制造中，铝合金铸件得到广泛的应用。铸造特点： 1. 铸造铝合金接近共晶成分，流动性良好，有利于铸造薄壁和结构复杂的铸件； 2. 熔点较低，能广泛采用金属型及压力铸造等先进铸造方法； 3. 由于铝合金液易氧化和吸气，浇注时尽快将铝合金液平稳地导入铸型中，要求有好的挡渣能力，保证金属液连续不断，防止飞溅和氧化。,材料工艺基础（液态金属成形）,88,

35、铸造铝合金代号,材料工艺基础（液态金属成形）,89,材料工艺基础（液态金属成形）,90,铸造铝合金分四个系列：铸造铝硅合金 ZL 1 X X 铸造铝铜合金 ZL 2 X X 铸造铝镁合金 ZL 3 X X 铸造铅锌合金 ZL 4 X X,材料工艺基础（液态金属成形）,91,材料工艺基础（液态金属成形）,92,1.10 铸造铜合金,根据GB 1176-87，铸造铜合金按合金成分的名义含量命名，如5-5-5锡青铜，58黄铜，25-6-3-3铝黄铜铸造方法代号： S： 砂型铸造； J： 金属型铸造； La：连续铸造； Li：离心铸造。,材料工艺基础（液态金属成形）,93,铸造铜合金牌号和成分示例,材

36、料工艺基础（液态金属成形）,94,铜及其合金铸件的制造,铜及其合金的熔炼特点： 在坩埚炉中熔炼，熔炼时易氧化和吸气，为防氧化，可用木炭、玻璃屑、苏打、硼砂等覆盖液面，除黄铜和铝青铜外，可用814%的磷脱氧。铝青铜用加苏打、萤石和冰晶石等碱性熔剂的方法，造出低熔点、密度小的熔渣加以去除。除气主要是除去氢气：锡青铜是吹氮气，铝青铜是加ZnCl和CCl4，黄铜用锌。铸造特点：铸型采用细砂以防粘砂和降低粗糙度，浇注系统应有挡渣能力。,材料工艺基础（液态金属成形）,95,1.11 铸造技术的发展,1计算机在铸造中的应用 （1）铸造过程数值模拟（收缩预测、应力场、微观组织模拟） （2）铸造工艺CAD （3

37、）模具制造的快速成形技术2凝固理论的研究促进铸造新技术的发展 （1）差压铸造 （2）定向凝固和单晶及细晶铸造 （3）半固态铸造 （4）快速凝固技术及其它3铸造金属基复合材料4造型技术的新发展（气压冲压造型、静压造型、V法造型）5铸件的轻量化和优质化,材料工艺基础（液态金属成形）,96,气轮机叶片定向凝固和单晶铸造,材料工艺基础（液态金属成形）,97,区域重熔制作硅单晶,材料工艺基础（液态金属成形）,98,本章小结,铸件设计和生产的要求：产品无缺陷、满足尺寸公差、服役要求和相关规定及标准；铸造工艺参数很多，特别要掌握液态金属的流动性，收缩、充型性能和冷却速率的技术意义铸造技术的适用性广泛，设计铸件时同时要考虑其切削加工性能，焊接性能，表面性能等。除了铸造技术性能要求，生产铸件的经济性是设计生产的重要因素，包括原材料，模具，设备，劳动力，后续加工，生产规模地点,