年5月29日工程材料液態(tài)成型實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)文檔僅供參考開(kāi)放實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)大綱實(shí)驗(yàn)名稱:工程材料液態(tài)成型引言什么是液態(tài)成型金屬的液態(tài)成型常稱為鑄造,鑄造是將金屬熔煉成符合一定要求的液體并澆進(jìn)鑄型里,經(jīng)冷卻凝固、清整處理后得到有預(yù)定形狀、尺寸和性能的鑄件的工藝過(guò)程。圖-1鑄造示意圖一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?．了解鑄造的概念及基本原理;2．了解并掌握鑄造的基本工藝及其主要的工藝參數(shù);3．了解并掌握鑄造過(guò)程中金屬?gòu)囊簯B(tài)到固態(tài)轉(zhuǎn)變過(guò)程中影響金屬性能和鑄件質(zhì)量的一些基本因素;4．了解金屬收縮的基本規(guī)律,以及常見(jiàn)鑄造缺陷縮的形成機(jī)理,及其影響因素。二、實(shí)驗(yàn)原理鑄造的定義鑄造過(guò)程是指將金屬置于熔煉爐內(nèi)的坩堝中,

加熱熔煉成符合一定要求的液體并澆鑄到錠?；蜩T模中,經(jīng)冷卻凝固,液態(tài)金屬轉(zhuǎn)變成固態(tài)金屬,清整處理后獲得一定形狀、尺寸的鑄件或鑄件的工藝過(guò)程。鑄造毛胚因近乎成形,而達(dá)到免機(jī)械加工或少量加工的目的降低了成本并在一定程度上減少了時(shí)間．鑄造是現(xiàn)代機(jī)械制造工業(yè)的基礎(chǔ)工藝之一.鑄造工藝可分為三個(gè)基本部分,即鑄造金屬準(zhǔn)備、鑄型準(zhǔn)備和鑄件處理。鑄造金屬是指鑄造生產(chǎn)中用于澆注鑄件的金屬材料,它是以一種金屬元素為主要成分,并加入其它金屬或非金屬元素而組成的合金,習(xí)慣上稱為鑄造合金,主要有鑄鐵、鑄鋼和鑄造有色合金。鑄造的分類鑄造種類很多,按造型方法習(xí)慣上分為:①普通砂型鑄造,包括濕砂型、干砂型和化學(xué)硬化砂型3類。②特種鑄造,按造型材料又可分為以天然礦產(chǎn)砂石為主要造型材料的特種鑄造(如熔模鑄造、泥型鑄造、鑄造車間殼型鑄造、負(fù)壓鑄造、實(shí)型鑄造、陶瓷型鑄造等)和以金屬為主要鑄型材料的特種鑄造(如金屬型鑄造、壓力鑄造、連續(xù)鑄造、低壓鑄造、離心鑄造等)兩類。2.1普通砂型鑄造以型砂和芯砂為造型材料制成鑄型,液態(tài)金屬在重力下充填鑄型來(lái)生產(chǎn)鑄件的鑄造方法。鋼、鐵和大多數(shù)有色合金鑄件都可用砂型鑄造方法獲得。由于砂型鑄造所用的造型材料價(jià)廉易得,鑄型制造簡(jiǎn)便,對(duì)鑄件的單件生產(chǎn)、成批生產(chǎn)和大量生產(chǎn)均能適應(yīng),長(zhǎng)期以來(lái),一直是鑄造生產(chǎn)中的基本工藝。圖-2砂型鑄造示意圖2.2特種鑄造但隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,對(duì)鑄造提出了更高的要求,要求生產(chǎn)出更加精確、性能更好、成本更低的鑄件。為適應(yīng)這些要求,鑄造工作者創(chuàng)造了許多新的鑄造方法,這些方法統(tǒng)稱為特種鑄造方法,即特種鑄造。圖-3熔模鑄造示意圖圖-4壓力鑄造示意圖圖-5消失模鑄造示意圖圖-6連續(xù)鑄造示意圖圖-7離心鑄造示意圖特種鑄造具有以下優(yōu)勢(shì):①鑄件尺寸精確,表面粗糙值低,更接近零件最后尺寸,從而易于實(shí)現(xiàn)少切削或無(wú)切削加工。②鑄件內(nèi)部質(zhì)量好,力學(xué)性能高,鑄件壁厚能夠減薄。③減低金屬消耗和鑄件廢品率。④簡(jiǎn)化鑄造工序(除熔模鑄造外),便于實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程的機(jī)械化、自動(dòng)化。⑤改進(jìn)勞動(dòng)條件,提高勞動(dòng)生產(chǎn)率。3.鑄造過(guò)程中液態(tài)金屬的凝固過(guò)程凝固,是極為普遍的物理現(xiàn)象。物質(zhì)凡由液態(tài)到固態(tài)的轉(zhuǎn)變一般都經(jīng)歷凝固過(guò)程,廣泛存在于自然界和工程技術(shù)領(lǐng)域。從雪花凝結(jié)到火山熔巖固化,從鋼鐵、有色金屬冶金生產(chǎn)中單鑄錠及連鑄錠的結(jié)晶到材料成形領(lǐng)域鑄件及焊縫的凝固,高分子塑料、橡膠在模具中的固化,以及高技術(shù)領(lǐng)域的超細(xì)晶、非晶、微晶材料的快速凝固,半導(dǎo)體、激光晶體、超導(dǎo)體等功能材料的生長(zhǎng),均屬凝固過(guò)程。液態(tài)金屬凝固結(jié)晶的條件:金屬熔體存在過(guò)冷.圖-8金屬凝固過(guò)程3.1合金的流動(dòng)性流動(dòng)性是指熔融金屬的流動(dòng)能力。合金流動(dòng)性的好壞,一般以”螺旋形流動(dòng)性試樣”的長(zhǎng)度來(lái)衡量,將金屬液體澆入螺旋形試樣鑄型中,在相同的澆注條件下,合金的流動(dòng)性愈好,所澆出的試樣愈長(zhǎng)。流動(dòng)性差:鑄件易產(chǎn)生澆不到、冷隔、氣孔和夾雜等缺陷。流動(dòng)性好:易于充滿型腔,有利于氣體和非金屬夾雜物上浮和對(duì)鑄件進(jìn)行補(bǔ)縮。螺旋形流動(dòng)性試樣衡量合金流動(dòng)性,如圖1-2所示。在常見(jiàn)鑄造合金中,灰鑄鐵、硅黃銅的流動(dòng)性最好,鑄鋼的流動(dòng)性最差。圖-9螺旋試驗(yàn)影響熔融合金充型的條件:鑄型的溫度低、熱容量大,充型能力下降;鑄型的發(fā)氣量大、排氣能力較低時(shí),會(huì)使合金的充型能力下降;澆注系統(tǒng)和鑄件的結(jié)構(gòu)越復(fù)雜,合金在充型時(shí)的阻力越大,充型能力下降;提高澆注速度、澆注溫度和增加直澆道的高度會(huì)使合金的充型能力提高。3.2合金的充型能力充型能力考慮鑄型及工藝因素影響的熔融金屬流動(dòng)性叫合金的充型能力。合金的流動(dòng)性是金屬本身的屬性,不隨外界條件的改變而變化,而合金的充型能力不但和金屬的流動(dòng)性相關(guān),而且也受外界因素的影響。充型能力的影響因素:1)鑄型填充條件a)鑄型的蓄熱能力即鑄型從金屬液中吸收和儲(chǔ)存熱量的能力。鑄型的熱導(dǎo)率和質(zhì)量熱容越大,對(duì)液態(tài)合金的激冷作用越強(qiáng),合金的充型能力就越差。b)鑄型溫度提高鑄型溫度,能夠降低鑄型和金屬液之間的溫差,進(jìn)而減緩了冷卻速度,可提高合金液的充型能力。c)鑄型中的氣體鑄型中氣體越多,合金的充型能力就越差。3.3鑄件的凝固方式鑄件的凝固方式(1)逐層凝固方式合金在凝固過(guò)程中其斷面上固相和液相由一條界線清楚地分開(kāi),這種凝固方式稱為逐層凝固。常見(jiàn)合金如灰鑄鐵、低碳鋼、工業(yè)純銅、工業(yè)純鋁、共晶鋁硅合金及某些黃銅都屬于逐層凝固的合金。(2)糊狀凝固方式合金在凝固過(guò)程中先呈糊狀而后凝固,這種凝固方式稱為糊狀凝固。球墨鑄鐵、高碳鋼、錫青銅和某些黃銅等都是糊狀凝固的合金。(3)中間凝固方式大多數(shù)合金的凝固介于逐層凝固和糊狀凝固之間,稱為中間凝固方式。中碳鋼、高錳鋼、白口鑄鐵等具有中間凝固方式。凝固方式的影響因素(1)合金凝固溫度范圍的影響合金的液相線和固相交叉在一起,或間距很小,則金屬趨于逐層凝固;如兩條相線之間的距離很大,則趨于糊狀凝固;如兩條相線間距離較小,則趨于中間凝固方式。(2)鑄件溫度梯度的影響增大溫度梯度,能夠使合金的凝固方式向逐層凝固轉(zhuǎn)化;反之,鑄件的凝固方式向糊狀凝固轉(zhuǎn)化。3.4鑄造合金的收縮鑄造合金從液態(tài)冷卻到室溫的過(guò)程中,其體積和尺寸縮減的現(xiàn)象稱為收縮。它主要包括以下三個(gè)階段:1.液態(tài)收縮金屬在液態(tài)時(shí)由于溫度降低而發(fā)生的體積收縮。2.凝固收縮熔融金屬在凝固階段的體積收縮。液態(tài)收縮和凝固收縮是鑄件產(chǎn)生縮孔和縮松的基本原因。3.固態(tài)收縮金屬在固態(tài)時(shí)由于溫度降低而發(fā)生的體積收縮。固態(tài)收縮對(duì)鑄件的形狀和尺寸精度影響很大,是鑄造應(yīng)力、變形和裂紋等缺陷產(chǎn)生的基本原因。影響合金收縮的因素:1.化學(xué)成分不同成分的合金其收縮率一般也不相同。在常見(jiàn)鑄造合金中鑄剛的收縮最大,灰鑄鐵最小。2.澆注溫度合金澆注溫度越高,過(guò)熱度越大,液體收縮越大。3.鑄件結(jié)構(gòu)與鑄型條件鑄件冷卻收縮時(shí),因其形狀、尺寸的不同,各部分的冷卻速度不同,導(dǎo)致收縮不一致,且互相阻礙,又加之鑄型和型芯對(duì)鑄件收縮的阻力,故鑄件的實(shí)際收縮率總是小于其自由收縮率。這種阻力越大,鑄件的實(shí)際收縮率就越小。收縮對(duì)鑄件質(zhì)量的影響:1.縮孔和縮松(1)縮孔的形成縮孔總是出現(xiàn)在鑄件上部或最后凝固的部位,其外形特征是:內(nèi)表面粗糙,形狀不規(guī)則,多近于倒圓錐形。一般縮孔隱藏于鑄件的內(nèi)部,有時(shí)經(jīng)切削加工才能暴露出來(lái)?？s孔形成的主要原因是液態(tài)收縮和凝固收縮。(2)縮松的形成宏觀縮松多分布在鑄件最后凝固的部位,顯微縮松則是存在于在晶粒之間的微小孔洞,形成縮松的主要原因也是液態(tài)收縮和凝固收縮所致。圖-10縮孔形成過(guò)程圖-11縮孔形成過(guò)程在鑄件的凝固以及以后的冷卻過(guò)程中,隨溫度的不斷降低,收縮不斷發(fā)生,如果這種收縮受到阻礙,就會(huì)在鑄件內(nèi)產(chǎn)生應(yīng)力,引起變形或開(kāi)裂,這種缺陷的產(chǎn)生,將嚴(yán)重影響鑄件的質(zhì)量。(1)鑄造應(yīng)力的產(chǎn)生鑄造應(yīng)力按其產(chǎn)生的原因可分為三種:a)熱應(yīng)力鑄件在凝固和冷卻過(guò)程中,不同部位由于不均衡的收縮而引起的應(yīng)力。b)固態(tài)相變應(yīng)力鑄件由于固態(tài)相變,各部分體積發(fā)生不均衡變化而引起的應(yīng)力。c)收縮應(yīng)力鑄件在固態(tài)收縮時(shí),因受到鑄型、型芯、澆冒口、箱擋等外力的阻礙而產(chǎn)生的應(yīng)力。鑄件鑄出后存在于鑄件不同部位的內(nèi)應(yīng)力稱為殘留應(yīng)力。圖-12鑄件中應(yīng)力分布3.5鑄件的常見(jiàn)缺陷砂型鑄造鑄件缺陷有:冷隔、澆不足、氣孔、粘砂、夾砂等。三、實(shí)驗(yàn)設(shè)備及材料準(zhǔn)備1.加熱爐(熔煉爐)圖-13熔煉爐2.熔煉用金屬圖-14鋁錠圖-15鎂錠3.熔煉工具坩堝、工具和錠模圖-16坩堝圖-17模具四、實(shí)驗(yàn)過(guò)程及步驟1．了解鑄造的基本設(shè)備并熟悉其基本操作;2．爐前準(zhǔn)備由于本試驗(yàn)所用坯料需要加熱至液態(tài)金屬,所需時(shí)間較長(zhǎng),故在試驗(yàn)前由指導(dǎo)老師提前加熱熔煉至700℃要求學(xué)生掌握配料的計(jì)算方法:根據(jù)熔制合金的實(shí)際重量W,計(jì)算各元素的需要量AA＝×Q精煉+澆注五、實(shí)驗(yàn)報(bào)告工程材料液態(tài)成型實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求學(xué)院:

專業(yè):

姓名:

學(xué)號(hào):

實(shí)驗(yàn)時(shí)間:

一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮鸵?/p>

1.了解鑄造工藝的基本過(guò)程。

2.經(jīng)過(guò)具體的熔煉澆注工藝,了解基本概念,工藝特點(diǎn),以用在日常生活中的具體應(yīng)用。

3.了解一種金屬材料(A356)的熔煉基本工序。

二、實(shí)驗(yàn)原理

鑄造過(guò)程是指將金屬置于熔煉爐內(nèi)的坩堝中,

加熱熔煉成符合一定要求的液體并澆鑄到錠?；蜩T模中,經(jīng)冷卻凝固,液態(tài)金屬轉(zhuǎn)變成固態(tài)金屬,清整處理后獲得一定形狀、尺寸的鑄件或鑄件的工藝過(guò)程。鑄造工藝可分為三個(gè)基本部分,即鑄造金屬準(zhǔn)備、鑄型準(zhǔn)備和鑄件處理。鑄造種類很多,按造型方法習(xí)慣上分為:①普通砂型鑄造,②特種鑄造.根據(jù)熔制合金的實(shí)際重量W,計(jì)算各元素的需要量AA＝×Q三、主要儀器設(shè)備

實(shí)驗(yàn)所用設(shè)備包括:加熱熔煉爐,熔煉用金