一文掌握金屬鑄造基礎(chǔ)知識(shí)
2023-10-17 來(lái)自: 沈陽(yáng)市中聯(lián)銅鋁業(yè)有限公司 瀏覽次數(shù):796
鑄造:鑄造是將符合要求的液態(tài)金屬通過(guò)一系列的轉(zhuǎn)注工具澆注到與零件形狀、尺寸相適應(yīng)的鑄型型腔中,使液態(tài)金屬在重力場(chǎng)或外力場(chǎng)(如電磁力、離心力、振動(dòng)慣性力等)的作用下充滿鑄模型腔,待其冷卻凝固,以獲得毛坯或零件的生產(chǎn)方法,通常稱為金屬液態(tài)成形或鑄造。
①運(yùn)用液態(tài)金屬;
②可制造形狀復(fù)雜的工件;
③不受工件重量限制(從單件幾克到上百噸重);
④相對(duì)其他成型方法成本較低。
鑄造生產(chǎn)工藝:
典型鑄件的生產(chǎn)流程:
這里主要介紹幾個(gè)典型鑄造方法特點(diǎn):
1)砂型鑄造特點(diǎn)
①.型腔主要原材料由砂子制成。
②.可以制做形狀復(fù)雜的鑄件。
③.模具成本低,生產(chǎn)成本低。
④.生產(chǎn)周期短。
⑤.不受合金種類限制。
⑥.鑄件精度相對(duì)較低。
2)金屬型鑄造特點(diǎn)
①.型腔材料為金屬。
②.可制作較復(fù)雜形的毛坯件。
③.模具成本相對(duì)高,量產(chǎn)成本高。
④.生產(chǎn)周期較短。
⑤.合金種類受限,低熔點(diǎn)金屬。
⑦.鑄造精度高于砂型鑄造。
3)壓力型鑄造特點(diǎn)
①.液態(tài)金屬在高速高壓下成形,型腔材料為金屬。
②.充型和凝固時(shí)受壓力作用。
③.模具成本高,制做周期長(zhǎng)。
④.鑄件精度高,組織致密。
⑤.合金受限,低熔點(diǎn)金屬。
⑥.除特殊壓鑄外,不能進(jìn)行熱處理。
4)熔模鑄造(精密鑄造)特點(diǎn)
①.模具材料為低熔點(diǎn)的石蠟等。
②.型腔材料為硅酸鹽類物質(zhì)。
③.鑄件形狀可復(fù)雜,適合小件。
④.鑄件精度高。
⑤.適用于所有鑄造合金。
⑥.成本高,模具多且制造周期長(zhǎng)。
鑄造材料介紹
①灰口鑄鐵(灰鑄鐵):
灰口鑄鐵是在珠光體(或鐵素體)基體中分散有大量片狀石墨的鑄鐵。澆注時(shí)緩慢冷卻即可促使石墨化,便可得到灰口鑄鐵。
其牌號(hào)以“HT”后面附兩組數(shù)字。例如:HT20-40(數(shù)字表示抗拉強(qiáng)度,第二組數(shù)字表示抗彎強(qiáng)度)。
②白口鑄鐵(白口鐵):
白鑄鐵是組織中完全沒(méi)有或幾乎完全沒(méi)有石墨的一種鐵碳合金,即主要以滲碳體形態(tài)存在。
具有很高的硬度(一般在HB500以上),但性脆,多用作抗磨損零件,如農(nóng)具、磨球、磨煤機(jī)零件、拋丸機(jī)葉片、泥漿泵零件、鑄砂管以及冷硬軋輥的外表層等。
③蠕墨鑄鐵(蠕鐵):
將灰口鑄鐵鐵水經(jīng)蠕化處理后獲得,析出的石墨呈蠕蟲(chóng)狀。
④球墨鑄鐵(球鐵):
將灰口鑄鐵鐵水經(jīng)球化處理后獲得,析出的石墨呈球狀,簡(jiǎn)稱球鐵。n常見(jiàn)的球鐵牌號(hào)(Array)(都有標(biāo)準(zhǔn))有:QT400-15、QT450-10、QT500-7、QT600-3、QT700-2。
⑤可鍛鑄鐵(是不可鍛的,又叫瑪鋼,但不是鋼):
由白口鑄鐵退火處理后獲得,石墨呈團(tuán)絮狀分布,簡(jiǎn)稱韌鐵。
鑄鋼的分類:
鑄造非鐵合金主要分為:鋁合金、銅合金、鋅合金、鈦合金和鎂合金。
1)鑄造鋁合金
鑄造鋁合金是在純鋁的基礎(chǔ)上,加入各種不同的元素制成的。常用鑄造鋁合金按合金系列可分為5類。
(1)Al-Si系列這類合金中,硅的質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般為6%~13%,屬于亞共晶和共晶型合金。如ZL101、ZL101A、ZL107、ZL111等。
(2)Al-Cu系列這類合金中,銅的質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般都大于4%。如ZL201、ZL201A、ZL205、ZL207等。
(3)Al-Mg系列這類合金中,鎂的質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般都大于5%。如ZL301、ZL303、ZL305等。
(4)Al-Zn系列鋅在鋁中的溶解度非常大,當(dāng)鋁中加入的鋅大于10%時(shí),能顯著提高合金的強(qiáng)度,這類合金不經(jīng)熱處理就可直接使用。如ZL401、ZL402等。
(5)AI-RE系列這類合金高溫強(qiáng)度高,熱穩(wěn)定性好,可用于在350~400℃溫度下工作的零件。只是其室溫機(jī)械性能較差,目前應(yīng)用不多,也未列入國(guó)標(biāo)。
*鑄鋁常用熱處理狀態(tài)
①T1-鑄態(tài)人工時(shí)效(合金無(wú)顯著熱處理效果或鑄件性能要求不高)
②T2-鑄態(tài)退火(合金無(wú)顯著熱處理效果或鑄件性能要求不高)
③T4-淬火(固溶) 高塑性、低強(qiáng)度
④T5-淬火+不完全時(shí)效 既要求有強(qiáng)度又有塑性
⑤T6-淬火+完全時(shí)效 高硬度、低塑性
⑥T7-淬火+穩(wěn)定化回火 鑄件尺寸穩(wěn)定,耐熱鋁合金
2)鑄造銅合金
(1)黃銅
黃銅是以鋅為主加合金元素的銅合金。在鑄造黃銅中又因加入其他合金元素而形成錳黃銅、鋁黃銅、硅黃銅、鉛黃銅等。
(2)青銅
在銅合金中不以鋅為主加元素的統(tǒng)稱為青銅,如錫青銅、鋁青銅、鉛青銅、鈹青銅等。
3)鑄造銅合金
常用鑄造鎂合金按合金系列分為三類:Mg-Al系列、Mg-Zn-Zr系列、Mg-Re-Zr系列。
4)鑄造鋅合金
鑄造鋅合金分為壓力鑄造鋅合金和重力鑄造鋅合金。
鑄件的凝固方式
①逐層凝固:分層凝固不斷有補(bǔ)縮來(lái)源,質(zhì)量好,組織密。例如灰鑄鐵
②體積凝固(糊狀凝固):基本同時(shí)凝固,組織不致密。例如球鐵
③中間凝固:介于逐層和體積凝固之間,在鑄件中,部分區(qū)域?qū)僦饘幽?,部分區(qū)域?qū)袤w積凝固。
鑄件的常見(jiàn)缺陷及處理方法
ArrayGB/T5611-1998《鑄造術(shù)語(yǔ)》根據(jù)鑄件缺陷的外貌特征將其分為八大類:
①多肉類缺陷
②孔洞類缺陷
③裂紋、冷隔類缺陷
④表面類缺陷
⑤殘缺類缺陷
⑥形狀及重量差錯(cuò)類缺陷
⑦夾雜類缺陷
⑧性能、成分及組織不合格類缺陷。
主要有:氣孔、針孔、縮孔、縮松和疏松。
針孔屬于氣孔的一種。氣孔主要是指出現(xiàn)在鑄件內(nèi)部或表層,截面呈圓形、橢圓形、腰圓形、梨形或針頭狀,孤立存在或成群分布的孔洞。縮松屬于縮孔的一種,指細(xì)小的分散縮孔。
縮孔與氣孔及縮松、疏松的區(qū)別:縮孔形狀不規(guī)則,表面粗糙,產(chǎn)生在鑄件熱節(jié)和Array凝固部位,常伴有粗大樹(shù)枝晶;氣孔形狀規(guī)則,表面光滑,分布在鑄件表面或遍布整個(gè)鑄件或某個(gè)局部,斷口不呈海綿狀;縮松與疏松斷口呈海綿狀,常產(chǎn)生在鑄件厚大部位,不遍布整個(gè)鑄件,縮松與疏松無(wú)嚴(yán)格分界,只是程度差別。
縮孔、縮松、疏松產(chǎn)生的原因:凝固時(shí)間過(guò)長(zhǎng);澆注溫度不當(dāng),過(guò)高易產(chǎn)生縮孔,過(guò)低易產(chǎn)生縮松和疏松;凝固溫度間隔過(guò)寬,易產(chǎn)生縮松和疏松;合金雜質(zhì)過(guò)多;澆注系統(tǒng)設(shè)置不當(dāng);鑄件結(jié)構(gòu)不合理,壁厚變化突然;內(nèi)澆道問(wèn)題;合金雜質(zhì)過(guò)多;模溫問(wèn)題。
縮孔、縮松、疏松的防止方法:改進(jìn)鑄型工藝設(shè)計(jì);改進(jìn)鑄件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì);加強(qiáng)合金精煉;降低澆注溫度和澆注速度,延長(zhǎng)澆注時(shí)間。
縮孔、縮松、疏松的補(bǔ)救措施:焊補(bǔ);浸滲;重要零件可進(jìn)行熱等靜壓處理。
主要有:冷裂、熱裂、白點(diǎn)(發(fā)裂)、冷隔等。
冷裂、熱裂及白點(diǎn)的定義:冷裂指鑄件凝固后冷卻到彈性狀態(tài)時(shí),因鑄件局部的鑄造應(yīng)力大于合金的極限強(qiáng)度而引起的裂紋。熱裂是鑄件在凝固末期或終凝后不久,鑄件尚處于強(qiáng)度和塑性很低狀態(tài)下,因鑄件固態(tài)收縮受阻而引起的裂紋。白點(diǎn)是淬透性高的合金鋼鑄件在快速冷卻時(shí),因析出氫及產(chǎn)生較高的組織應(yīng)力和熱應(yīng)力而引起的微細(xì)裂紋。
冷裂、熱裂及白點(diǎn)(發(fā)裂)的區(qū)別:冷裂為穿晶裂紋,呈平直折線,常貫穿整個(gè)鑄件截面;熱裂為沿晶裂紋,呈較寬,粗細(xì)不均的不規(guī)則曲線,多發(fā)生在鑄件壁厚突變和Array凝固部位;白點(diǎn)僅發(fā)生在超級(jí)合金及高淬透性鋼中,裂紋微細(xì),呈毛發(fā)狀沿晶斷裂,無(wú)方向性。在斷口特征方面,冷裂一般有金屬光澤;熱裂氧化嚴(yán)重,無(wú)金屬光澤;白點(diǎn)為銀白色圓斑或橢圓斑,呈冰糖花樣。
冷裂、熱裂及白點(diǎn)的防止方法:改進(jìn)鑄件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),壁厚力求均勻,平滑過(guò)渡,鑄件內(nèi)腔圓角夠大,工藝設(shè)計(jì)合理,盡量減少鑄件收縮阻力;適當(dāng)降低澆注溫度;提高模溫;縮短開(kāi)模及抽芯時(shí)間;嚴(yán)格控制有害雜質(zhì),鋅合金降低鉛、錫、鎘、鐵的含量,鋁合金降低鋅、銅、鐵的含量。
冷裂、熱裂及白點(diǎn)的補(bǔ)救措施:冷裂允許焊補(bǔ)的鑄件,焊后應(yīng)進(jìn)行消除應(yīng)力處理;熱裂鑄件一般應(yīng)報(bào)廢,若允許焊補(bǔ)則應(yīng)在挖除缺陷區(qū)的金屬后進(jìn)行焊補(bǔ),焊后應(yīng)進(jìn)行消除應(yīng)力處理;白點(diǎn)致裂鑄件應(yīng)報(bào)廢。
冷隔定義:冷隔是鑄件上穿透或不穿透的縫隙,邊緣呈圓角狀,由充型金屬流股匯合時(shí)熔合不良造成。
主要有拉模、流痕、皺皮、縮陷、填充不良、氣泡等。
拉模原因:型芯、型壁的鑄造斜度太小或出現(xiàn)倒斜度;型芯、型壁有壓傷痕;合金粘附模具;鑄件頂出偏斜,或型芯軸線偏斜;型壁表面粗糙;涂料常涂噴不到;鋁合金中含鐵量低于0.6%。
拉模的改善措施:修正模具,保證制造斜度;打光型芯、型壁的壓痕;修正模具結(jié)構(gòu)(如頂出偏斜等);合理設(shè)計(jì)澆注系統(tǒng)避免金屬流對(duì)沖型芯型壁,適當(dāng)降低填充速度;打光型壁表面粗糙處;涂料用量薄而均勻;適當(dāng)增加含鐵量至0.6-0.8%。
流痕特征:鑄件表面呈現(xiàn)與金屬液流動(dòng)方向相一致的,用物感覺(jué)得出的局部下陷光滑紋路。
流痕產(chǎn)生原因:兩股金屬流不同步充滿型腔而留下的痕跡;模溫低;填充速度太高;涂料用量過(guò)多。
流痕改善措施:調(diào)整內(nèi)澆口截面積或位置;調(diào)整模溫,增大溢流槽;調(diào)整填充整度以改變金屬液填充型腔的流態(tài);涂料使用薄面噴勻。
皺皮特征:鑄件表面不規(guī)則的粗粒狀或皺褶狀,一般帶有較深的網(wǎng)狀溝槽。
縮陷指鑄件厚斷面或斷面交接處上平面塌陷??s陷下面常伴有縮孔和縮松。
縮陷產(chǎn)生原因:鑄件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理,有局部厚實(shí)部位,產(chǎn)生熱節(jié);合金收縮率大;內(nèi)澆口截面積太?。槐葔旱?;模具溫度太高。
縮陷防止方法:修改鑄件設(shè)計(jì),避免斷面厚度突然變化,或在厚薄斷面交接處加大圓角;選擇收縮率小的合金;正確設(shè)置澆注系統(tǒng),加大內(nèi)澆口的截面積;增大壓射力;調(diào)整模具熱平衡條件,采用溫控裝置及冷卻等。
填充不良的改善措施:改善合金的流動(dòng)性(采用正確的熔煉工藝,排除氣體及非金屬夾雜物;適當(dāng)提高澆注溫度和模具溫度;提高壓射速度;補(bǔ)充氮?dú)?,提高有效壓力;采用定量澆注;改進(jìn)鑄件結(jié)構(gòu),適當(dāng)調(diào)整壁厚);改善澆注系統(tǒng)(正確選擇澆口位置和導(dǎo)流方式;增大內(nèi)澆口截面積和提高壓射速度);改善排氣條件(增設(shè)溢流槽和排氣道,深凹型腔處可開(kāi)設(shè)通氣塞;涂料使用薄而均勻,吹干燃盡后合模;降低模溫)。
氣泡產(chǎn)生原因:模具或湯料溫度太高;填充速度太高,金屬卷入氣體過(guò)多;涂料發(fā)氣量大,用量過(guò)多;排氣不暢;開(kāi)模過(guò)早。
氣泡改善措施:冷卻模具或湯料至適當(dāng)溫度;降低壓射速度,避免渦流包氣;選用發(fā)氣量小的涂料,用量薄而均勻;清理和增設(shè)溢流槽和排氣道;調(diào)整留模時(shí)間。
主要有澆不到、未澆滿、損傷等。
澆不到與未澆滿的區(qū)別:澆不到鑄件的澆注系統(tǒng)是充滿的,未澆滿的澆注系統(tǒng)是未充滿的。
損傷的形成原因:鑄件結(jié)構(gòu)不良;鑄件在搬運(yùn)、裝卸過(guò)程中受撞擊而損壞;鑄件在機(jī)械加工時(shí)夾緊力和切削力過(guò)大;澆道、冒口、出氣冒口截面積過(guò)大,與鑄件本體連接處無(wú)縮頸或縮頸尺寸太大;圓角過(guò)小;敲除冒口方法不當(dāng);鑄件強(qiáng)度和韌性差;鑄件內(nèi)部有較大殘留應(yīng)力或已有裂紋。
損傷的防止方法:改進(jìn)鑄件結(jié)構(gòu),避免薄弱結(jié)構(gòu),避免壁厚懸殊過(guò)大和尖角過(guò)渡;小心清理、存放、運(yùn)輸鑄件;正確設(shè)計(jì)冒口;敲除冒口的方向和方法要正確;提高合金力學(xué)性能。
是指鑄件的形狀、尺寸、重量與鑄件圖樣或技術(shù)條件的規(guī)
定不符。主要有尺寸和重量差錯(cuò)、變形、錯(cuò)型(錯(cuò)箱)、錯(cuò)芯、偏芯(漂芯)、舂移等。
變形的改善措施:改進(jìn)鑄件結(jié)構(gòu),使壁厚均勻;確定開(kāi)模時(shí)間,加強(qiáng)鑄件剛性;放大鑄造斜度;小心取放鑄件;合理堆放及去除澆口;合理布置推桿位置。
錯(cuò)型與錯(cuò)芯和舂移的區(qū)別:錯(cuò)型是鑄件外形在分型面處錯(cuò)位,一側(cè)多肉,另一側(cè)缺肉;錯(cuò)芯是鑄件內(nèi)腔沿分芯面錯(cuò)位,一側(cè)多肉,一側(cè)缺肉;舂移是鑄件外形在分型面附近局部突起,形成多肉,通常是單側(cè)多肉,另一側(cè)不缺肉。
錯(cuò)型的改善措施:合理設(shè)置內(nèi)澆口;調(diào)整鑲塊加以緊固;更換導(dǎo)柱導(dǎo)套;進(jìn)行修整,消除誤差。
是鑄件中各種金屬和非金屬夾雜物的總稱,是常見(jiàn)的缺陷之一。主要分為金屬夾雜物和非金屬夾雜物。常見(jiàn)的非金屬夾雜物主要有夾渣和砂眼。
產(chǎn)品展示
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