1、1材料成形工艺 第一部分 液态金属铸造成形工艺2液态金属铸造成形工艺 第一章 液态金属铸造成形工艺基础3液态金属铸造成形工艺 第一章 液态金属铸造成形工艺基础4 第一章 液态金属铸造成形工艺基础 概 述5第一章 液态金属铸造成形工艺基础 概 述6 第一章 液态金属铸造成形工艺基础 一、基本工艺要素及其控制7 第一章 液态金属铸造成形工艺基础 一、基本工艺要素及其控制8第一章 液态金属铸造成形工艺基础 一、基本工艺要素及其控制 9 第一章 液态金属铸造成形工艺基础 一、基本工艺要素及其控制10 第一章 液态金属铸造成形工艺基础 一、基本工艺要素及其控制11 第一章 液态金属铸造成形工艺基础 一、
2、基本工艺要素及其控制12 第一章 液态金属铸造成形工艺基础 一、基本工艺要素及其控制13 第一章 液态金属铸造成形工艺基础 一、基本工艺要素及其控制14 第一章 液态金属铸造成形工艺基础 一、基本工艺要素及其控制15 第一章 液态金属铸造成形工艺基础 一、基本工艺要素及其控制16 第一章 液态金属铸造成形工艺基础 一、基本工艺要素及其控制17 第一章 液态金属铸造成形工艺基础 一、基本工艺要素及其控制18夹砂缺陷(a)夹砂结疤/包砂 (b)鼠尾夹砂形成示意图 第一章 液态金属铸造成形工艺基础 一、基本工艺要素及其控制夹砂结疤缺陷通常发生于铸件上表面，鼠尾缺陷通常发生于铸件下表面。19第一章 液
3、态金属铸造成形工艺基础 一、基本工艺要素及其控制20第一章 液态金属铸造成形工艺基础 一、基本工艺要素及其控制21第一章 液态金属铸造成形工艺基础 一、基本工艺要素及其控制22第一章 液态金属铸造成形工艺基础 一、基本工艺要素及其控制23第一章 液态金属铸造成形工艺基础 一、基本工艺要素及其控制24第一章 液态金属铸造成形工艺基础 一、基本工艺要素及其控制25第一章 液态金属铸造成形工艺基础 一、基本工艺要素及其控制26第一章 液态金属铸造成形工艺基础 一、基本工艺要素及其控制27第一章 液态金属铸造成形工艺基础 一、基本工艺要素及其控制28第一章 液态金属铸造成形工艺基础 一、基本工艺要素及
4、其控制29第一章 液态金属铸造成形工艺基础 一、基本工艺要素及其控制30第一章 液态金属铸造成形工艺基础 一、基本工艺要素及其控制31第一章 液态金属铸造成形工艺基础 一、基本工艺要素及其控制32第一章 液态金属铸造成形工艺基础 一、基本工艺要素及其控制33第一章 液态金属铸造成形工艺基础 一、基本工艺要素及其控制分别代表抗拉强度和抗弯强度34第一章 液态金属铸造成形工艺基础 一、基本工艺要素及其控制35第一章 液态金属铸造成形工艺基础 一、基本工艺要素及其控制大型船用柴油机汽缸体大型船用柴油机汽缸体(HT-300)(HT-300)重型机床床身重型机床床身(HT-250)(HT-250)变速箱
5、体变速箱体36第一章 液态金属铸造成形工艺基础 一、基本工艺要素及其控制37第一章 液态金属铸造成形工艺基础 一、基本工艺要素及其控制38第一章 液态金属铸造成形工艺基础 一、基本工艺要素及其控制 性性 能能 4545号锻钢（正火）号锻钢（正火）珠光体球墨铸铁（正火）珠光体球墨铸铁（正火）抗拉强度抗拉强度 b/b/MpaMpa690 815690 815屈服强度屈服强度 0.2/0.2/MpaMpa 410 640410 640屈强比屈强比 0.2/0.2/b b0.59 0.7850.59 0.785延伸率延伸率（%）26 3 26 3 疲劳强度疲劳强度-1-1/MPaMPa 150 155
6、 150 155 硬硬 度度/HBS/HBS229 229 229229321321 39第一章 液态金属铸造成形工艺基础 一、基本工艺要素及其控制40第一章 液态金属铸造成形工艺基础 一、基本工艺要素及其控制41第一章 液态金属铸造成形工艺基础 一、基本工艺要素及其控制42第一章 液态金属铸造成形工艺基础 一、基本工艺要素及其控制球墨铸铁含碳量较高，近共晶成分，凝固收缩率低，但缩孔、缩松倾向较大，凝固的外壳强度较低；球状石墨析出时的膨胀力很大，若铸型的刚度不够，铸件的外壳将向外胀大，造成铸件内部金属液的不足，在铸件最后凝固的部位产生缩孔和缩松。43第一章 液态金属铸造成形工艺基础 一、基本工
7、艺要素及其控制在热节处设置冒口、冷铁，对铸件收缩进行补偿；增加铸型刚度，防止铸件外形扩大，如：增加型砂紧实度、采用干砂型或水玻璃快干砂型，保证砂型有足够的刚度，并使上下型牢固夹紧。44第一章 液态金属铸造成形工艺基础 一、基本工艺要素及其控制缺陷表现球墨铸铁件容易出现皮下气孔，常见位置为皮下0.52mm处，直径12mm；产生原因铁液中过量的Mg或MgS与砂型表面水分发生如下化学反应生成气体而形成的：防止措施 降低铁液中含硫量和残余镁量；降低型砂含水量或采用干砂型；使铁液平稳地导入型腔，并有良好的挡渣效果，以防铸件内夹渣的产生。45第一章 液态金属铸造成形工艺基础 一、基本工艺要素及其控制46第
8、一章 液态金属铸造成形工艺基础 一、基本工艺要素及其控制47第一章 液态金属铸造成形工艺基础 一、基本工艺要素及其控制KTH30006、KTH33008、KTH35010、KTH37012：用于制造管道配件、低压阀门、汽车拖拉机的后桥外壳、转向机构、机床零件等。KTZ45006、KTZ55004、KTZ65002、KTZ70002：制造强度要求较高、耐磨性较好的铸件，如齿轮箱、凸轮轴、曲轴、连杆、活塞环等KTB38004、KTB38012、KTB40005、KTB45007：为白心可锻铸铁，仅限于制造薄壁铸件和焊接后不需进行热处理的铸件、由于工艺较复杂，故在机械制造上较少应用。KTB400-0
9、5？48第一章 液态金属铸造成形工艺基础 一、基本工艺要素及其控制，蠕化剂通常使用镁钛合金、稀土镁钛合金或稀土镁钙合金等；比灰铸铁中的石墨片的片状，端部较钝、较圆，介于片状和球状之间的一种石墨形态；蠕墨铸铁的强度、塑性和抗疲劳性能优于灰铸铁，其力学性能介于灰铸铁与球墨铸铁之间。牌号：RuT420、RuT380、RuT340、RuT300、RuT26049第一章 液态金属铸造成形工艺基础 一、基本工艺要素及其控制比灰铸铁中的石墨片的片状，端部较钝、较圆，介于片状和球状之间的一种石墨形态；蠕墨铸铁的强度、塑性和抗疲劳性能优于灰铸铁，其力学性能介于灰铸铁与球墨铸铁之间。牌号：RuT420、RuT38
10、0、RuT340、RuT300、RuT260蠕墨铸铁中的石墨蠕墨铸铁中的石墨珠光体基体珠光体基体铁素体基体铁素体基体50第一章 液态金属铸造成形工艺基础 一、基本工艺要素及其控制蠕墨铸铁常用于制造承受热循环载荷的零件和结构复杂、强度要求高的铸件。如钢锭模、玻璃模具、柴油机汽缸、汽缸盖、排气阀、液压阀的阀体、耐压泵的泵体等。玻璃模具玻璃模具制动鼓制动鼓51第一章 液态金属铸造成形工艺基础 一、基本工艺要素及其控制52第一章 液态金属铸造成形工艺基础 一、基本工艺要素及其控制53第一章 液态金属铸造成形工艺基础 一、基本工艺要素及其控制54第一章 液态金属铸造成形工艺基础 一、基本工艺要素及其控制
11、55第一章 液态金属铸造成形工艺基础 一、基本工艺要素及其控制铸钢优点：铸钢优点：力学性能高，特别是塑性和韧性比铸铁高，如：力学性能高，特别是塑性和韧性比铸铁高，如：b b=400650N/mm=400650N/mm2 2，=10%25%=10%25%，K K=2060J/cm=2060J/cm2 2；焊接性能优良，适于采用焊接性能优良，适于采用铸、焊铸、焊联合工艺制造联合工艺制造重型机械重型机械。铸钢缺点：铸钢缺点：铸造性能铸造性能、减震性减震性和和缺口敏感性缺口敏感性都比铸铁差：都比铸铁差：熔点高，钢液易氧化；熔点高，钢液易氧化；流动性差；流动性差；收缩较大，体收缩和线收缩约为灰铸铁的收缩
12、较大，体收缩和线收缩约为灰铸铁的3 3倍和倍和2 2倍。倍。56第一章 液态金属铸造成形工艺基础 一、基本工艺要素及其控制铸钢的铸造工艺要点：铸钢的铸造工艺要点：型砂的强度、耐火度和透气性要高；型砂的强度、耐火度和透气性要高；为保证铸件质量，避免出现缩孔、缩为保证铸件质量，避免出现缩孔、缩松、裂纹、气孔和夹渣等缺陷，必须采松、裂纹、气孔和夹渣等缺陷，必须采取更为复杂的工艺措施，如使用取更为复杂的工艺措施，如使用补缩冒补缩冒口口和和冷铁；冷铁；严格控制严格控制浇注温度浇注温度，低碳钢流动性较，低碳钢流动性较差、薄壁小件或结构复杂不容易浇满的差、薄壁小件或结构复杂不容易浇满的铸件，应取较高的浇注温
13、度，高碳钢流铸件，应取较高的浇注温度，高碳钢流动性较好、大铸件、厚壁铸件及容易产动性较好、大铸件、厚壁铸件及容易产生热裂的铸件，应取较低的浇注温度，生热裂的铸件，应取较低的浇注温度，一般为一般为1500165015001650。57铝合金：铝合金：密度低，熔点低，导电性和耐蚀性优良密度低，熔点低，导电性和耐蚀性优良，被广泛，被广泛用于制造轻质铸件。用于制造轻质铸件。铸造铝合金：铸造铝合金：包括包括铝硅、铝铜、铝镁铝硅、铝铜、铝镁及及铝锌铝锌合金。合金。铸造铝合金牌号：铸造铝合金牌号：Z LZ L（铸铝）（铸铝）+序号序号 （1 1-硅系；硅系；2 2-铜系；铜系；3 3-镁系；镁系；4 4-锌
14、系）锌系）例，例，ZL109ZL109：表示铸造铝硅合金。：表示铸造铝硅合金。ZL205 ZL205：表示铸造铝铜合金。：表示铸造铝铜合金。第一章 液态金属铸造成形工艺基础 一、基本工艺要素及其控制58第一章 液态金属铸造成形工艺基础 一、基本工艺要素及其控制代号代号性能性能应用应用ZL109ZL109铝硅系铝硅系铸造性好、力学性能铸造性好、力学性能低，低，b b=140MPa=140MPa、=4%=4%。形状复杂的零件：仪表、形状复杂的零件：仪表、气缸体、水（油）泵壳气缸体、水（油）泵壳体等。体等。ZL201ZL201铝铜系铝铜系在较高温度下仍然具在较高温度下仍然具备较好的强度。备较好的强度
15、。内燃机气缸盖、活塞等内燃机气缸盖、活塞等高温（高温（300300以下）工作以下）工作的构件。的构件。59第一章 液态金属铸造成形工艺基础 一、基本工艺要素及其控制代号代号性能性能应用应用ZL109ZL109铝硅系铝硅系铸造性好、力学性能铸造性好、力学性能低，低，b b=140MPa=140MPa、=4%=4%。形状复杂的零件：仪表、形状复杂的零件：仪表、气缸体、水（油）泵壳气缸体、水（油）泵壳体等。体等。ZL201ZL201铝铜系铝铜系在较高温度下仍然具在较高温度下仍然具备较好的强度。备较好的强度。内燃机气缸盖、活塞等内燃机气缸盖、活塞等高温（高温（300300以下）工作以下）工作的构件。的
16、构件。汽缸头汽缸头(ZL201)轮毂轮毂(ZL109)60第一章 液态金属铸造成形工艺基础 一、基本工艺要素及其控制代号代号性能性能应用应用ZL301ZL301铝镁铝镁系系具有较好的耐蚀性能、具有较好的耐蚀性能、高强度，但铸造性和高强度，但铸造性和耐热性差。耐热性差。泵体、船舰泵体、船舰配件配件等大气等大气或或海水海水中工作的中工作的构件。构件。ZL401ZL401铝锌铝锌系系具有较高的具有较高的强度强度、铸、铸造性造性好、好、价格便宜，价格便宜，但耐热性差。但耐热性差。汽车、飞机汽车、飞机上形状上形状复杂复杂的的构件构件。61第一章 液态金属铸造成形工艺基础 一、基本工艺要素及其控制代号代号
17、性能性能应用应用ZL301ZL301铝镁铝镁系系具有较好的耐蚀性能、具有较好的耐蚀性能、高强度，但铸造性和高强度，但铸造性和耐热性差。耐热性差。泵体、船舰泵体、船舰配件配件等大气等大气或或海水海水中工作的中工作的构件。构件。ZL401ZL401铝锌铝锌系系具有较高的具有较高的强度强度、铸、铸造性造性好、好、价格便宜，价格便宜，但耐热性差。但耐热性差。汽车、飞机汽车、飞机上形状上形状复杂复杂的的构件构件。鼓风机密封件等鼓风机密封件等(ZL102、301)62第一章 液态金属铸造成形工艺基础 一、基本工艺要素及其控制63第一章 液态金属铸造成形工艺基础 一、基本工艺要素及其控制向坩埚炉内加入KCl
18、、NaCl等作为熔剂，将铝液与炉气隔离。为驱除铝液中已吸入的氢气、防止针孔的产生，在铝液出炉之前应进行除氢精炼，如用钟罩向铝液中压入氯化锌(ZnCl2)、六氯乙烷(C2Cl6)等氯盐或氯化物，发生如下反应：AlCl3沸点仅为183，故形成气泡，同时氢在AlCl3气泡中的分压力等于零，所以铝液中的氢向气泡中扩散，被上浮的气泡带出液面，上浮的气泡还将Al2O3夹杂一并带出。向熔液中吹入氩气形成气泡，将氢带出熔液。64第一章 液态金属铸造成形工艺基础 一、基本工艺要素及其控制变质处理：向金属液体中加入一些细小的形核剂（又称为孕育剂或变质剂），使它在金属液中形成大量分散的人工制造的非自发晶核，从而获得
19、细小的铸造晶粒，提高材料性能。ZL102变质前后的铸造组织65第一章 液态金属铸造成形工艺基础 一、基本工艺要素及其控制含Si量及变质处理对铝硅合金力学性能的影响变质处理后，Al-Si合金的力学性能有明显改善；含Si量越高，性能提升越明显。66第一章 液态金属铸造成形工艺基础 一、基本工艺要素及其控制传统铝合金变质剂由钠盐和钾盐混合而成，种类繁多；通用一号：变质、覆盖和精炼作用，用于浇注重要件：NaF:60%，NaCl:25%，NaAlF6:15%三元变质剂：一般在合金精炼后使用，以进行变质处理：NaF:25%，NaCl:62%，KCl:13%操作：除气精炼-扒去表面氧化夹渣-均匀撒2-3%变
20、质剂，保持10-12分钟(使其熔化结壳)-用压瓢轻压入Al液(100-150mm深处)-上浮结壳后，再重复压入数次(3-5分钟)-取样检验。67第一章 液态金属铸造成形工艺基础 一、基本工艺要素及其控制其它变质剂：锶(Sr)变质：加入0.02-0.06%Sr，(720C，Al-Sr合金)长效6-8小时，但易形成SrH，增大除氢难度，且易发生铸型反应，并导致针孔；锑(Sb)变质稀土元素变质精炼-变质剂(复合作用)过共晶Al-Si合金变质：P-Cu合金(含P 10%)，加1%即可Ti、B、Zr等以中间合金或盐类形式加入铝液，形成TiAl3、AlB2、TiB2等高熔点质点细化衰退熔炼或浇注时间过长时
21、，所形成的异质核心沉积到熔液底部，会导致细化能力丧失。68第一章 液态金属铸造成形工艺基础 一、基本工艺要素及其控制69镁合金：镁合金：纯镁中加入纯镁中加入AlAl、ZnZn、MnMn、Zr Zr及稀土等元素，制成镁合及稀土等元素，制成镁合金，其金，其密度较铝合金更低，比强度高于铝合金和钢密度较铝合金更低，比强度高于铝合金和钢，比刚度接比刚度接近铝合金和钢近铝合金和钢。铸造镁合金牌号铸造镁合金牌号：ZMZM顺序号表示。顺序号表示。ZM1ZM1、ZM2ZM2、ZM7ZM7、ZM8ZM8：Mg-Al-Zn Mg-Al-Zn 系系ZM5ZM5：Mg-Zn-Mg-Zn-Zr Zr系：较高的强度，良好的
22、塑性和铸造工艺性能，系：较高的强度，良好的塑性和铸造工艺性能，耐热性较差，主要用于制造耐热性较差，主要用于制造150150以下工作的飞机、导弹、发以下工作的飞机、导弹、发动机中承受较高载荷的结构件或壳体。动机中承受较高载荷的结构件或壳体。ZM3ZM3、ZM4ZM4和和ZM6ZM6：Mg-RE-Mg-RE-Zr Zr系。良好铸造性能、常温强度和系。良好铸造性能、常温强度和塑性较低、耐热性较高，主要用于制造塑性较低、耐热性较高，主要用于制造250250以下工作的高气以下工作的高气密性零件。密性零件。第一章 液态金属铸造成形工艺基础 一、基本工艺要素及其控制70典型铸造镁合金的性能及应用：典型铸造镁
23、合金的性能及应用：第一章 液态金属铸造成形工艺基础 一、基本工艺要素及其控制牌号抗拉强度（Mpa）伸长率用 途ZM12355飞机轮毂、支架等抗冲击件ZM21852.5200以下工作的发动机零件等ZM31181.5高温高压下工作的发动机匣等ZM52255机舱隔框、增压机匣等高载荷零件71铸造镁合金的熔炼保护：铸造镁合金的熔炼保护：第一章 液态金属铸造成形工艺基础 一、基本工艺要素及其控制镁的化学活性很高，镁在空气中会和氧反应：生成的白色氧化膜（MgO）不致密，不能保护镁不再氧化。镁液遇氧气会剧烈氧化而燃烧，发出耀眼的白光，最高温度达2875。镁和水汽存在如下反应：高温时反应剧烈，生成的氢气和空气
24、中的氧气迅速混和反应，以及液态的水受热而迅速汽化，导致猛烈的爆炸，引起镁液飞溅，危害极大。222MgOMgOQ122QHMgOOHMg2222)(2QHOHMgOHMg72铸造镁合金的熔炼保护：铸造镁合金的熔炼保护：第一章 液态金属铸造成形工艺基础 一、基本工艺要素及其控制氮气对于镁来说不是惰性的，它能与镁反应生成Mg3N2，该膜疏松多孔，不能阻止反应继续进行，当搅动镁液时，它还会混入镁液，悬浮在镁液中，成为非金属夹杂物。硫磺和镁液相遇时，首先受热蒸发为硫蒸气，部分在镁液表面形成MgS保护膜，大部分硫和氧气反应生成SO2，SO2又和镁液相遇产生下列放热反应：MgO+MgS复合表面膜很致密，可抑
25、制镁的氧化，但当温度大于750C时，此膜失去保护作用。2323MgNMg N22SOOSMgSMgOSOMg23273铸造镁合金的熔炼保护：铸造镁合金的熔炼保护：第一章 液态金属铸造成形工艺基础 一、基本工艺要素及其控制硼酸（H3BO3）受热后脱水变成硼酐（B2O3），遇镁及MgO反应。生成致密的Mg3B2膜，MgOB2O3是严密的釉质保护膜，也具有保护作用。NH4FHF及NH4BF4与镁液相遇时即行分解，在镁液周围形成NH3及HF保护气体，并在镁液表面形成致密的MgF2膜。因此，镁合金熔炼时，可应用S、B、F等元素对其进行保护，以避免合金的过度氧化及燃烧。如在熔镁坩埚表面覆盖SF6气体、在铸
26、型表面应用硼酸，以替代传统的熔剂覆盖保护方案。BMgOMgOB233323232OBMgOMgOOB2332BMgMgB74铸造镁合金的精炼：铸造镁合金的精炼：第一章 液态金属铸造成形工艺基础 一、基本工艺要素及其控制熔炼时镁液与炉气中的H2O反应生成MgO夹杂，镁液和N2接触也生成Mg3N2，当在熔剂保护下熔化时，镁液中也会产生熔剂夹杂。所以镁合金和铝合金一样，必须进行精炼。采取“下部熔剂法”，即用专门的勺子将镁液上下循环流动，把经充分脱水烘烤的由氯盐、氟盐组成的精炼熔剂撒在液面上，使其随着上下翻动的液流和镁液充分接触，多次循环把悬浮在镁液中的夹杂物俘获、沉淀到坩埚底部，静置10min，镁液
27、呈“镜面”状，这样合金中的气体、氧化夹杂和熔剂夹杂将大大减少。精炼剂通常由CCl6、MgCO3、CaCO3等构成，由反应产生的气体将金属液中的气体及夹杂物排出。75铸造镁合金的变质：铸造镁合金的变质：第一章 液态金属铸造成形工艺基础 一、基本工艺要素及其控制未经变质处理的镁合金，晶粒比较粗大，在厚处更为明显。晶粒粗大将使合金的缩松和热裂倾向大大加剧，力学性能下降很多，所以需对镁合金液进行变质处理，使（Mg）基体细化。对于含铝的ZM5合金，可采用“过热变质”，即把精炼后的镁液升温到850900，保温1015min，然后迅速冷却到浇注温度进行浇注。“过热变质”要求Mg-Al合金中含有一定量的铁。其机理可能是随着温度上升，铁在镁中的溶解量增加，迅速降温时，这些铁就以大量不溶于镁液的Mg-Al-Fe或Mg-Al-Fe-Mn化合物细小质点析出，成为镁合金凝固时的结晶核心，使晶粒细化。76铸造镁合金的变质：铸造镁合金的变质：第一章 液态金属铸造成形工艺基础 一、基本工艺要素及其控制另一种方法是往镁液中加入一些含碳物质，如MgCO3、C2Cl6等，它们与镁液反应，生成大量弥散分布的Al4C3质点，增加了结晶晶核，使晶粒细化。Mg-Zn系合金则可通过加入锆元素来细化晶粒。23COMgOMgCOCMgOCOMg2223443CAlAlC
