1、鑄造,材料與加工技術(shù),鑄造前言,鑄造是人類掌握較早的一種金屬熱加工工藝，已有約6000年的歷史。公元前3200年，美索不達(dá)米亞出現(xiàn)銅青蛙鑄件。 公元前13前10世紀(jì)之間，中國(guó)已進(jìn)入青銅鑄件的全盛時(shí)期，工藝上已達(dá)到相當(dāng)高的水平，如商代的重875Kg的司母戊方鼎、戰(zhàn)國(guó)的曾侯乙尊盤和西漢的透光鏡等都是古代鑄造的代表產(chǎn)品,司母戊方鼎,西漢透光鏡,前言,18世紀(jì)的工業(yè)革命后，鑄件進(jìn)入為大工業(yè)服務(wù)的新時(shí)期。 進(jìn)入20世紀(jì)，鑄造的發(fā)展速度很快，先后開發(fā)出球墨鑄鐵，可鍛鑄鐵，超低碳不銹鋼以及鋁銅、鋁硅、鋁鎂合金，鈦基、鎳基合金等鑄造金屬材料，并發(fā)明了對(duì)灰鑄鐵進(jìn)行孕育處理的新工藝。 50年代以后，出現(xiàn)了濕砂高壓

2、造型，化學(xué)硬化砂造型和造芯、負(fù)壓造型以及其他特種鑄造、拋丸清理等新工藝,1.鑄造的定義,鑄造是一種生產(chǎn)零件毛坯的傳統(tǒng)型行業(yè)。它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程。它具有適用性強(qiáng)、成本低等優(yōu)點(diǎn)，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面,2.鑄造的優(yōu)點(diǎn),1)鑄件不受零件大小，結(jié)構(gòu)形狀復(fù)雜的限制；幾乎所有的合金都能澆鑄成鑄件；既適用于單件、小批量生產(chǎn)，又適用于成批、大量生產(chǎn)。 2)鑄件形狀和尺寸與零件相近(某些精密鑄造產(chǎn)品甚至無需加工)，節(jié)省金屬材料和切削加工工時(shí)，且廢件和廢料可以回爐重熔，生產(chǎn)周期短。 因此，與機(jī)械加工等工藝相比，鑄造以其特

3、有的優(yōu)點(diǎn)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中起著舉足輕重的作用,3.鑄造的分類,按照造型方法和成型方式，鑄造可以分為砂型鑄造和特種鑄造兩類,3.1 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，一直是鑄造生產(chǎn)中的基本工藝,3.1 砂型鑄造,3.1.1粘土砂鑄造,粘土砂鑄造是以原砂為造型材料，以粘土和水為粘接劑生產(chǎn)鑄型，液態(tài)金屬在重力下充填鑄型來生產(chǎn)鑄件的鑄造方法。按照鑄型澆注時(shí)的不同狀態(tài)可以分為粘土砂濕型(潮模)、粘土

4、砂干型和粘土砂表干型鑄造,3.1.2消失模鑄造,消失模鑄造（又稱實(shí)型鑄造）是將與鑄件尺寸形狀相似的泡沫模型粘結(jié)組合成模型簇，刷涂耐火涂料并烘干后，埋在干石英砂中振動(dòng)造型，在負(fù)壓下澆注，使模型氣化，液體金屬占據(jù)模型位置，凝固冷卻后形成鑄件的新型鑄造方法。 與傳統(tǒng)鑄造技術(shù)相比，消失模鑄造技術(shù)具有與無倫比的優(yōu)勢(shì)，被國(guó)內(nèi)外鑄造界譽(yù)為“二十一世紀(jì)的鑄造技術(shù)”、“鑄造工業(yè)的綠色革命,3.1.2消失模鑄造,消失模鑄造有下列特點(diǎn)： 1)鑄件質(zhì)量好，成本低。材質(zhì)不限，大小皆宜；尺寸精度高，表面光潔，減少清理，節(jié)省機(jī)加；內(nèi)部缺陷大大減少，組織致密。 2)可實(shí)現(xiàn)大規(guī)模、大批量生產(chǎn)。自動(dòng)化流水線生環(huán)保。可以大大改善作

5、業(yè)環(huán)境、降低勞動(dòng)強(qiáng)度、減少能源消耗,3.1.2消失模鑄造,3.1.2消失模鑄造,3.1.2消失模鑄造,3.1.2消失模鑄造,3.1.3 V 法造型,真空密封造型鑄造方法，又稱負(fù)壓造型 國(guó)外取英文Vacuum（真空）一詞的字頭，而簡(jiǎn)稱之為V法。 V法造型有下列特點(diǎn)： 1)V法造型不采用粘接劑，因而可使造型和鑄件落砂清理勞動(dòng)量大大減輕，舊砂回用率可達(dá)95%。 2)V法造型的材料利用率高，鑄件廢品率低，內(nèi)外質(zhì)量好，從而降低鑄件成本,3.1.3 V 法造型,a. 將預(yù)先加熱好的塑料薄膜在負(fù)壓作用下，吸貼到模樣，模板的整個(gè)表面上，然后在薄膜上均勻地噴上快干涂料。 b.將帶有抽氣室的沙箱放上。 c.充填不

6、加粘結(jié)劑，水分及附加物的干沙，邊加砂邊微微振動(dòng)，以保證干沙填滿砂箱。刮平，并在砂箱頂部再覆蓋料膜，通過砂箱箱壁抽真空。 d.翻箱、起模，由于大氣壓力的作用，塑料薄膜均勻地貼在砂型上，而使型砂處于緊實(shí)狀態(tài)，取出模樣，達(dá)到硬度為90度左右的砂型。 e. 合型，鑄型的負(fù)壓狀態(tài)一直維持到澆注，鑄件凝固完成后。 f. 負(fù)壓解除后，鑄型自行潰散，可方便地從鑄型干砂中取出鑄件,3.1.3 V 法造型,3.1.3 V 法造型,3.1.4水玻璃砂造型,以水玻璃（硅酸鈉）為粘接劑制造鑄型的鑄造方法稱為水玻璃砂鑄造。 水玻璃砂潰散性差，舊砂再生困難，但也有許多優(yōu)點(diǎn)： 1)水玻璃砂成本低； 2) 生產(chǎn)過程中沒有刺激性

7、或有毒氣體溢出、污染小、有利于環(huán)保等等; 3)水玻璃砂高溫退讓性好，鑄件尺寸精度及表面質(zhì)量好,3.1.4水玻璃砂造型,目前常用的硬化方法主要有以下兩種： 1.普通CO2氣硬法； 優(yōu)點(diǎn)： 設(shè)備簡(jiǎn)單，操作方便，使用靈活，成本低廉 硬化速度快，強(qiáng)度高，鑄件精度高 ； 缺點(diǎn)： 水玻璃加入量大(7-8)；含水量大，易吸潮；冬季硬透性差； 潰散性差，舊砂再生困難，大量舊砂被廢棄，造成環(huán)境的堿性污染,3.1.4水玻璃砂造型,2.有機(jī)酯自硬法 優(yōu)點(diǎn)： 型(芯)砂具有較高的強(qiáng)度，水玻璃加入量可降至3.5%以下； 型(芯)砂潰散性好，清砂容易，舊砂易干法再生，回用率80，可減少水玻璃砂排放 ； 鑄件質(zhì)量和尺寸精度

8、可與樹脂砂相媲美，生產(chǎn)成本低，勞動(dòng)條件好。 缺點(diǎn)： 型芯砂硬化速度較慢； 流動(dòng)性較差。 因此，目前生產(chǎn)中有時(shí)采用復(fù)合硬化工藝，如：短時(shí)吹CO2達(dá)到起模強(qiáng)度后先起模，再吹熱空氣、或烘干、或利用有機(jī)酯固化,水玻璃主要參數(shù),1)模數(shù) 模數(shù)是指水玻璃中SiO2和Na2O的摩爾數(shù)比 ： M=MSiO2/MNa2O=1.033(SiO2)/(Na2O) 式中，(SiO2)、(Na2O)分別為硅酸鈉中SiO2和Na2O的質(zhì)量分?jǐn)?shù)(%) 鑄造生產(chǎn)中吹CO2硬化時(shí)小型芯采用較高模數(shù)(M=2.7-3.2),中等型芯采用中等模數(shù)(M=2.3-2.6)；生產(chǎn)周期長(zhǎng)的大型(芯)采用低模數(shù)(M=2.0-2.2)。采用有機(jī)

9、脂作為固化劑的水玻璃模數(shù)一般為(M=2.2-2.5),冬季取上限,水玻璃主要參數(shù),2)波美度 鑄造上習(xí)慣于用波美度(Be)來表示水玻璃的密度，波美度(Be)與密度的換算關(guān)系如下： =144.3/(144.3-波美度) 常用水玻璃的波美度為41-49Be 波美度越小水玻璃密度越低，含固量越少，水的質(zhì)量分?jǐn)?shù)越高；反之亦然,水玻璃的改性,水玻璃在存放過程中會(huì)產(chǎn)生縮聚，形成凝膠，即老化現(xiàn)象。水玻璃的存放時(shí)間越長(zhǎng)、模數(shù)越高、濃度越大則”老化”越嚴(yán)重。 1)物理改性 利用磁場(chǎng)、超聲波、高頻或加熱向水玻璃體系 提供能量。但其效果不持久。 2)化學(xué)改性 往水玻璃中加入少量含有極性基團(tuán)的化合物，提高聚硅酸的穩(wěn)定

10、性，阻止老化進(jìn)行。如加入：丙烯酰胺、改性淀粉、聚磷酸鹽等。 3)物理-化學(xué)改性 實(shí)際生產(chǎn)中通常采用物理改性與化學(xué)改性相結(jié)合的方法使水玻璃具有持久的改性效果。如高壓釜中加聚丙烯酰胺來改性“老化”的水玻璃,水玻璃砂的再生,水玻璃砂的再生目前主要有以下三種方法：干法再生、濕法再生、干熱聯(lián)合再生。 1)干法再生 工作過程分為預(yù)再生、再生、除塵三個(gè)階段，Na2O去除率達(dá)40-50%，且除塵階段至關(guān)重要。 2)濕法再生 Na2O去除率可達(dá)80%以上，甚至超過90%； 再生砂回用率高，可達(dá)95%以上； 再生砂可作為造型的面砂和單一砂使用； 對(duì)酯硬化水玻璃舊砂，能有效去除殘留酯，延長(zhǎng)再生砂混后的可使用時(shí)間。

11、3)干熱聯(lián)合再生 為提高砂粒表面水玻璃模的脫模效率，將舊砂加熱到180-200(酯硬化加熱到300-350 )，使水玻璃失水脆化，然后再進(jìn)行撞擊、摩擦，可提高Na2O去除率，可達(dá)50%以上,CO2-有機(jī)酯復(fù)合硬化水玻璃工藝,用CO2吹使型硬化到脫模強(qiáng)度，脫模后有機(jī)酯繼續(xù)硬化，吹完CO2再放置3-6小時(shí)即可進(jìn)行合箱澆注。 單獨(dú)使用有機(jī)酯，酯加入量為水玻璃的8-15%，此方法有機(jī)酯加入量只需4-6%，但水玻璃加入量相應(yīng)提高0.5-1,3.1.5 樹脂砂鑄造,樹脂砂鑄造是以樹脂為粘接劑制備型(芯)砂的鑄造方法。樹脂砂造型可分為：熱法覆膜樹脂砂、熱芯盒樹脂砂、冷芯盒樹脂砂、呋喃樹脂自硬砂等。 樹脂砂鑄

12、造具有如下特點(diǎn)： 1.樹脂砂硬化后強(qiáng)度高，特別適合于機(jī)器造型，能造出復(fù)雜、薄壁的鑄件 ； 2.鑄件組織致密，力學(xué)性能好。 3.粘接劑價(jià)格昂貴，對(duì)空氣有污染，工作環(huán)境差,3.1.5樹脂砂鑄造,3.2特種鑄造,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、水泥砂鑄造、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,3.2.1金屬型鑄造,金屬型鑄造又稱硬模鑄造，它是將液體金屬澆入金屬鑄型，以獲得鑄件的一種鑄造方法。 (1)金屬型生產(chǎn)的鑄件，其機(jī)械性能比砂型鑄件高。同樣的合金，其抗拉強(qiáng)度平均可提高約25，屈

13、服強(qiáng)度平均提高約20，其抗蝕性能和硬度亦顯著提高； (2)鑄件的精度和表面光潔度比砂型鑄件高，而且質(zhì)量和尺寸穩(wěn)定; (3)鑄件的工藝收得率高，液體金屬耗量減少，一般可節(jié)約1530,3.2.1金屬型鑄造,金屬型鑄造的生產(chǎn)效率高，工序簡(jiǎn)單，易實(shí)現(xiàn)機(jī)械化和自動(dòng)化。 但金屬型也具有如下缺點(diǎn)： 1)金屬型制造成本高； 2)金屬型不透氣，而且無退讓性，易造成鑄件澆不足、開裂或鑄鐵件白口等缺陷； 3)金屬型鑄造時(shí)，鑄型的工作溫度、合金的澆注溫度和澆注速度，鑄件在鑄型中停留的時(shí)間，以及所用的涂料等，對(duì)鑄件質(zhì)量的影響甚為敏感，需要嚴(yán)格控制,3.2.2熔模精密鑄造,熔模精密鑄造又稱失蠟法鑄造，是鑄造行業(yè)中的一項(xiàng)優(yōu)

14、異的工藝技術(shù)，其應(yīng)用非常廣泛。它不僅適用于各種類型、各種合金的鑄造，而且生產(chǎn)出的鑄件尺寸精度、表面質(zhì)量比其它鑄造方法要高，甚至其它鑄造方法難于鑄得的復(fù)雜、耐高溫、不易于加工的鑄件，均可采用熔模精密鑄造鑄得,3.2.2熔模精密鑄造應(yīng)用,如航空噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的葉片、葉輪、噴嘴等形狀復(fù)雜，尺寸精確以及表面光潔的耐熱合金零件，采用傳統(tǒng)方法很難加工制得,3.2.2熔模精密鑄造應(yīng)用,3.2.2熔模精密鑄造過程,3.2.3陶瓷型鑄造,陶瓷型鑄造是在砂型熔模鑄造的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種新工藝。陶瓷型是利用質(zhì)地較純、熱穩(wěn)定性較高的耐火材料作造型材料；用硅酸乙酯水解液作粘結(jié)劑，在催化劑的作用下，經(jīng)灌漿、結(jié)膠、起模、焙燒

15、等工序而制成的。采用這種鑄造方法澆出的鑄件，具有較高的尺寸精度和表面光潔度，所以這種方法又叫陶瓷型精密鑄造,3.2.3陶瓷型鑄造,3.2.3陶瓷型鑄造,3.2.3陶瓷型鑄造,3.2.4壓力鑄造,將熔融合金在高壓、高速條件下充型并在高壓下冷卻凝固成型的一種精密鑄造方法，簡(jiǎn)稱壓鑄，其最終產(chǎn)品是壓鑄件。 高壓、高速充填壓型是壓鑄的兩大特點(diǎn)。它常用的壓射比壓是從幾千至幾萬KPa，甚至高達(dá)2105kPa。充填速度約在1050m/s，有些時(shí)候甚至可達(dá)100m/s以上。充填時(shí)間很短，一般在0.010.2s范圍內(nèi),3.2.4壓力鑄造,3.2.4壓力鑄造模具,3.2.4壓力鑄造產(chǎn)品,3.2.5低壓鑄造,低壓鑄造

16、是使液體金屬在壓力作用下充填型腔，以形成鑄件的一種方法。由于所用的壓力較低，所以叫做低壓鑄造,3.2.6連續(xù)鑄造,利用貫通的結(jié)晶器在一端連續(xù)地澆入液態(tài)金屬，從另一端連續(xù)地拔出成型材料的鑄造方法稱為連續(xù)鑄造。 結(jié)晶器一般用導(dǎo)熱性較好，具有一定強(qiáng)度的材料，如銅、鑄鐵、石墨等制成，壁中空，空隙中間通冷卻水以增強(qiáng)其冷卻作用。鑄出的成型材料有方形、長(zhǎng)方形、圓形、平板型、管形或各種異形截面,3.2.6連續(xù)鑄造示意圖,3.2.6連續(xù)鑄造生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng),3.2.7離心鑄造,離心鑄造是將金屬液澆入旋轉(zhuǎn)的鑄型中，使液體金屬在離心力的作用下充填鑄型和凝固成型的一種鑄造方法。 目前離心鑄造主要用于生產(chǎn)離心鑄管、缸蓋、軋輥、

17、軸套瓦蓋及其他各種輪類鑄件,3.2.7離心鑄造,離心鑄造的特點(diǎn)如下： 1)金屬液能在鑄型中形成中空的圓柱形自由表面，這樣便可不用型芯就能鑄出中空的鑄件，大大簡(jiǎn)化了套筒，管類鑄件的生產(chǎn)過程； 2)離心鑄造工藝可提高金屬充填鑄型的能力，一些流動(dòng)性較差的合金和薄壁鑄件都可用離心鑄造法生產(chǎn)； 3)由于離心力的作用，改善了補(bǔ)縮條件，離心鑄件的組織較致密，縮孔（縮松）、氣孔、夾雜等缺陷也較少； 4)消除或大大節(jié)省澆注系統(tǒng)和冒口方面的金屬消耗； 5)鑄件易產(chǎn)生偏析，鑄件內(nèi)表面較粗糙,內(nèi)表面尺寸不易控制,3.2.7離心鑄造,3.2.7離心鑄造,4.1鑄鐵,鑄鐵是含碳大于2.1%的鐵碳合金，它是將鑄造生鐵(部分

18、煉鋼生鐵)在爐中重新熔化，并加進(jìn)鐵合金、廢鋼、回爐鐵調(diào)整成分而得到。與生鐵區(qū)別是鑄鐵是二次加工，大都加工成鑄鐵件。鑄鐵件具有優(yōu)良的鑄造性可制成復(fù)雜零件，一般有良好的切削加工性。另外具有耐磨性和消震性良好，價(jià)格低等特點(diǎn),4.1鑄鐵,4.1鑄鐵,白口鑄鐵：白口鑄鐵中的碳全部以滲碳體（Fe3C）形式存在，因斷口呈亮白色。故稱白口鑄鐵，由于有大量硬而脆的Fe3C，白口鑄鐵硬度高、脆性大、很難加工。因此，在工業(yè)應(yīng)用方面很少直接使用，只用于少數(shù)要求耐磨而不受沖擊的制件，如拔絲模、球磨機(jī)鐵球等。大多用作煉鋼和可鍛鑄鐵的坯料,4.1鑄鐵,灰口鑄鐵；鑄鐵中的碳大部或全部以自由狀態(tài)片狀石墨存在。斷口呈灰色。它具有

19、良好鑄造性能、切削加工性好，減磨性，耐磨性好、加上它熔化配料簡(jiǎn)單，成本低、廣泛用于制造結(jié)構(gòu)復(fù)雜鑄件和耐磨件,4.1鑄鐵,可鍛鑄鐵：可鍛鑄鐵是用碳、硅含量較低的鐵碳合金鑄成白口鑄鐵坯件，再經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間高溫退火處理，使?jié)B碳體分解出團(tuán)絮狀石墨而成，即可鍛鐵是一種經(jīng)過石墨化處理的白口鑄鐵,4.1鑄鐵,球墨鑄鐵：在鐵水澆注前加一定量的球化劑，使鑄鐵中石墨球化。由于碳(石墨)以球狀存在于鑄鐵基體中，改善其對(duì)基體的割裂作用，球墨鑄鐵的抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度、塑性、沖擊韌性大大提高。并具有耐磨、減震、工藝性能好、成本低等優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)已廣泛替代可鍛鑄鐵及部分鑄鋼、鍛鋼件、如曲軸、連桿、軋輥、汽車后橋等,4.1鑄鐵 沖天爐

20、熔煉,4.1鑄鐵,4.1鑄鐵電爐,4.1鑄鐵產(chǎn)品,4.2鑄鋼,鑄鋼可以分為鑄造碳鋼、鑄造低合金鋼和鑄造 特種鋼3類。 1)鑄造碳鋼。以碳為主要合金元素并含有少量其他元素 的鑄鋼。 含碳0.6 鑄造高碳鋼 2)鑄造低合金鋼，含有錳 、鉻、銅等合金元素的鑄鋼。 合金元素總量一般小于5，具有較大的沖擊韌性，并能通過熱處理獲得更好的機(jī)械性能。鑄造低合金鋼比碳鋼具有較優(yōu)的使用性能，能減小零件質(zhì)量，提高使用壽命。 3)鑄造特種鋼 為適應(yīng)特殊需要而煉制的合金鑄鋼稱為鑄造特種鋼。它的品種繁多，通常含有一種或多種的高量合金元素，用以獲得某種特殊性能。 如含錳1114的高錳鋼能耐沖擊磨損；以鉻或鉻鎳為主要合金元素

21、的各種不銹鋼，具有耐蝕或耐高溫性能,4.2鑄鋼表示方法,1)按力學(xué)性能驗(yàn)收： 如ZG200-400； 其中200為屈服強(qiáng)度，400為抗拉強(qiáng)度 2)按化學(xué)成分驗(yàn)收： 碳鋼：如ZG25 其中25為碳的名義質(zhì)量分?jǐn)?shù)(萬分比)； 合金鋼：如ZG15Cr1Mo1V 15為碳以萬分表示的名義質(zhì)量分?jǐn)?shù)，1為Cr和Mo的名義質(zhì)量分?jǐn)?shù)，V的質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于0.9%故只標(biāo)元素符號(hào)。 1)Mn含量為0.9-1.4%只標(biāo)符號(hào)不標(biāo)含量，0.9%不標(biāo)符號(hào)； 2)Mo含量為0.15-0.9%只標(biāo)符號(hào)不標(biāo)含量，0.15%不標(biāo)符號(hào)； 3)其他元素含量為0.5-0.9%時(shí)只標(biāo)符號(hào)不標(biāo)含量，0.5%不標(biāo)符號(hào),4.2鑄鋼牌號(hào),4.2鑄鋼

22、鑄造低合金鋼的分類,4.2鑄鋼鑄造特種鋼的分類,4.2鑄鋼熔煉,4.2鑄鋼熔煉設(shè)備,4.2鑄鋼熔煉設(shè)備,4.2鑄鋼產(chǎn)品,4.3鑄造鋁合金,可以用金屬鑄造成形工藝直接獲得零件的鋁合金稱為鑄造鋁合金。鑄造鋁合金主要可以分為鋁硅合金、鋁銅合金、鋁鎂合金和鋁鋅系合金。 目前國(guó)標(biāo)中列有15種鋁硅合金、6種鋁銅合金、3種鋁鎂合金和兩種鋁鋅合金,4.3鑄造鋁合金,1)鋁硅系合金 良好的鑄造性能和耐磨性能，熱膨脹系數(shù)小，在鑄造鋁合金中品種最多，用量最大，含硅量在1025。添加0.20.6鎂的鋁硅合金，廣泛用于結(jié)構(gòu)件，如殼體、缸體、箱體和框架等。添加適量的銅和鎂，能提高合金的力學(xué)性能和耐熱性。 2)鋁銅系合金

23、鋁銅合金，含銅4.55.3合金強(qiáng)化效果最佳，適當(dāng)加入猛和鈦能顯著提高室溫、高溫強(qiáng)度和鑄造性能。主要用于制作承受大的動(dòng)、靜載荷和形狀不復(fù)雜的砂型鑄件,4.3鑄造鋁合金,3)鋁鎂系合金 鋁鎂合金是密度最小(2.55g/cm3)，強(qiáng)度很高的鑄造鋁合金；含鎂12的鎂鋁合金強(qiáng)化效果最佳。合金在大氣和海水中的抗腐蝕性能好，室溫下有良好的綜合力學(xué)性能和可切削性，可用于作雷達(dá)底座、飛機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)匣、螺旋槳、起落架等零件，也可作裝飾。 4)鋁鋅系合金 鋁鋅系合金為改善性能常加入硅、鎂等元素，被常稱為“鋅硅鋁明”。在鑄造條件下，該合金有淬火作用，即“自行淬火”。不經(jīng)熱處理就可使用，經(jīng)變質(zhì)熱處理后，鑄件有較高的強(qiáng)度

24、。經(jīng)穩(wěn)定化處理后，尺寸穩(wěn)定，常用于制作模型、型板及設(shè)備支架等,4.3鑄造鋁合金,4.3鑄造鋁合金產(chǎn)品,4.4鑄造銅合金,鑄造銅合金是工業(yè)上廣泛應(yīng)用的一種鑄造合金材料。鑄造銅合金具有良好的機(jī)械性能、鑄造性能、導(dǎo)熱性能、耐蝕性，而且鑄件組織細(xì)密，因而被廣泛應(yīng)用于汽車、輪船、石油化工等產(chǎn)品中。 鑄造銅合金可以分為兩大類，即黃銅與青銅。 1)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它合金元素而形成錳黃銅、鋁黃銅、硅黃銅、鉛黃銅等。 2)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、鉛青銅等,4.4鑄造銅合金,4.4鑄造銅合金產(chǎn)品,4.4鑄造銅合金產(chǎn)品,5.造型材料,制造鑄型

25、的材料統(tǒng)稱為造型材料。主要包括：原砂、粘接劑、附加物和涂料等。 5.1原砂 砂子是最主要的造型原材料，原砂按其使用范圍可以分為硅砂和特種砂兩大類,5.1.1硅砂,硅砂是一種堅(jiān)硬、耐磨、化學(xué)性能穩(wěn)定的硅酸鹽礦物，其主要礦物成分是SiO2，除此之外還含有長(zhǎng)石、云母、鐵的氧化物、碳酸鹽以及粘土等礦物。純凈的石英砂顏色為乳白色、或無色半透明狀，被鐵的氧化物污染時(shí)常呈淡黃色或淺紅色,5.1.1硅砂,5.1.1硅砂,硅砂的主要性能指標(biāo)有SiO2含量和硅砂顆粒度,5.1.1硅砂,鑄造用硅砂的粒度采用鑄造用實(shí)驗(yàn)篩進(jìn)行分析，其篩號(hào)和篩孔尺寸符合下表,5.1.2特種砂,除硅砂外的各種鑄造用砂均稱為特種砂。常用的特

26、種砂有：石灰石砂、鎂砂、橄欖石砂、鋯砂、鉻鐵礦砂、剛玉砂、高鋁礬土等。 與硅砂比特種砂具有耐火度高、導(dǎo)熱性好、熱膨脹小，抗熔渣侵蝕能力強(qiáng)等特點(diǎn),5.1.2特種砂,常用特種砂種類如下,5.1.2特種砂,5.1.2特種砂,鉻鐵礦砂： 鑄造用鉻鐵礦砂主要化學(xué)成分為Cr2O3，鉻鐵礦砂受熱體積膨脹穩(wěn)定、熱傳導(dǎo)率高、激冷效果好。與熔融金屬接觸時(shí)不僅具用很好的抗堿性渣的作用，不與氧化鐵等起化學(xué)反應(yīng)，而且本身具有固相燒結(jié)的特點(diǎn)，因而能很好地防止熔融金屬的滲透，避免產(chǎn)生粘砂缺陷,5.1.2特種砂,橄欖石砂： 1.導(dǎo)熱性能好，熱澎脹緩慢均勻、不易產(chǎn)生夾砂； 2.無游離SiO2存在，無硅砂危害，生產(chǎn)環(huán)境好； 3.

27、耐火度高(1750)抗金屬氧化物浸蝕能力強(qiáng)，能有效防止鑄件化學(xué)、機(jī)械粘砂，鑄件表面質(zhì)量好，尺寸準(zhǔn)確，合格率高； 4.鎂橄欖石砂熔點(diǎn)高，化學(xué)性能穩(wěn)定，對(duì)鐵的氧化物和堿性爐渣有很高的抗浸蝕能力，易回收,5.2涂料,覆蓋在型腔和型芯表面，以改善其表面耐火性、化學(xué)穩(wěn)定性、抗金屬液沖刷性、抗粘砂性、抗粘型性等性能的鑄造輔助材料，統(tǒng)稱為鑄型涂料。 涂料按載體可以分為水基涂料和醇基涂料； 按用途可以分為防粘砂涂料、合金化涂料和隔熱涂料； 按涂料的使用狀態(tài)可以分為液態(tài)、稠狀、膏狀和粉狀,5.2涂料,5.2.1涂料的作用 1)填平型(芯)表面小空隙，提高型腔(芯)表面平整度，從而降低鑄件表面粗糙度值，提高鑄件表

28、面質(zhì)量和使用性能; 2)增加砂型(芯)表面強(qiáng)度和抗粘砂的能力，防止或減少鑄件粘砂、砂眼、夾砂缺陷; 3)便于鑄件落砂和清理，減少落砂和清理勞動(dòng)量，提高鑄件落砂和清理效率,5.2.1涂料的作用,4)含有金屬粉末的涂料，能使鑄件表面合金化和晶粒細(xì)化，改善鑄件材料質(zhì)量; 5)通過不同涂料來減緩或加速鑄件表面的冷卻速度，或制造氧化氛圍，防止不銹鋼鑄件的增碳; 6)涂料用于樹脂砂可以防止或減緩某些樹脂砂熱解產(chǎn)物對(duì)鑄件的不良影響; 7)涂料用于金屬型鑄造，能夠提高金屬型的使用壽命，控制鑄件的不同激冷速度，使鑄件獲得所需金相組織,5.2涂料,5.2.2涂料的主要性能 涂料本身應(yīng)具有一定的物理性能，涂掛時(shí)還應(yīng)

29、有良好的工藝性能，使用時(shí)應(yīng)具有好的工作性能,5.2.2涂料的性能,5.2.3涂料的組成,涂料由五類原輔材料配制而成，包括：耐火材料、載體、懸浮劑、粘接劑、添加劑等。 1.耐火材料 耐火材料又稱耐火填料其主要作用是防止鑄件粘砂，使鑄件表面得到較低的表面粗糙度。 耐火材料需具有高的耐火度，適度的燒結(jié)點(diǎn)和細(xì)度，不被金屬液及金屬氧化物所潤(rùn)濕，不與型砂起化學(xué)反應(yīng)，熱膨脹系數(shù)小，資源豐富，價(jià)格便宜等特點(diǎn),5.2.3涂料的組成,耐火材料的種類及主要物化性能,5.2.3涂料的組成,針對(duì)不同的合金種類耐火粉料的選擇,5.2.3涂料的組成,2.載體 載體又稱載液、溶劑或分散介質(zhì) 。 1)載體的作用：使耐火粉料分散

30、在其中，形成便于涂覆膏狀或漿狀涂料。 2)常用載體種類：有水和有機(jī)溶劑兩種。以水為載體的稱為水基涂料，以有機(jī)溶劑為載體的稱為有機(jī)溶劑涂料。其中以醇類做載體的涂料稱為醇基涂料,5.2.3涂料的組成,3.懸浮劑 1)懸浮劑的作用:促進(jìn)涂料中的固體耐火材料在水中呈懸浮狀態(tài)，使涂料成為均勻的懸濁液，防止沉淀，并易于涂刷。 2)懸浮劑的選擇:水基涂料常用的懸浮劑有：鈉膨潤(rùn)土、活化膨潤(rùn)土、羧甲基纖維素鈉(CMC)、聚丙烯酰胺 (PAM)等。醇基涂料常用的懸浮劑有：有機(jī)膨潤(rùn)土、鋰膨潤(rùn)土、聚乙烯醇縮丁醛(PVB)等,5.2.3涂料的組成,4.粘接劑 粘接劑的作用是將涂料中的耐火粉料等組分粘接起 來，使涂料層具

31、有一定的強(qiáng)度和耐磨性，并將涂層和 基體粘接在一起。粘接劑的分類如下,5.2.3涂料的組成,5.添加劑 為了改善涂料的某些性能添加的少量附加物稱為添加劑。如： 1) 防腐劑 防止水基涂料發(fā)酵、腐敗、變質(zhì)的添加劑。 2) 消泡劑 消除涂料中氣泡的添加劑。 3) 活化劑 提高涂料對(duì)型芯滲透能力的添加劑,6.鑄件缺陷,鑄件缺陷是鑄造生產(chǎn)過程中，由于種種原因，在鑄件表面和內(nèi)部產(chǎn)生的各種缺陷的總稱。 鑄件缺陷是導(dǎo)致鑄件性能低下，使用壽命短，失效和報(bào)廢的主要原因。 分析鑄件缺陷的形貌特點(diǎn)、產(chǎn)生原因及其形成過程，目的是防止、減少和消除鑄件缺陷,6.鑄件缺陷,鑄件缺陷可以分為如下8類,6.鑄件缺陷,6.鑄件缺陷

32、,6.鑄件缺陷,6.鑄件缺陷,6.鑄件缺陷,6.鑄件缺陷,7.粘砂缺陷,粘砂模式： (1)機(jī)械粘砂：金屬液由表層向砂型的砂粒間滲透，形 成砂粒與浸入金屬成為一體的滲透粘砂； (2)化學(xué)粘砂：砂型與金屬液化學(xué)反應(yīng)較強(qiáng)時(shí)，形成低 熔點(diǎn)化合物； (3)熱粘砂：砂型耐火度低時(shí)，鑄型表面層的砂粒彼此 嚴(yán)重熔接在一起，形成熱粘砂,液態(tài)金屬成型件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),一 、砂型鑄造工藝對(duì)鑄件結(jié)構(gòu)的要求 二、 合金鑄造性能對(duì)鑄件結(jié)構(gòu)的要求 三、不同成形工藝對(duì)鑄件結(jié)構(gòu)的要求,一、砂型鑄造工藝對(duì)鑄件結(jié)構(gòu)的要求,1.鑄件的外形設(shè)計(jì) 原則：外形設(shè)計(jì)應(yīng)便于起模，簡(jiǎn)化造型工藝 實(shí)例分析,實(shí)例分析,實(shí)例分析,2.鑄件的內(nèi)腔設(shè)計(jì),原則

33、：減少形芯數(shù)量，利于型芯的固定、排氣和清理,作用：防止偏芯、氣孔等缺陷的產(chǎn)生； 簡(jiǎn)化造型工藝，降低成本,鑄件內(nèi)腔設(shè)計(jì),減少型芯的數(shù)量，避免不必要的型芯,便于型芯的穩(wěn)定、排氣和鑄件的清理,少型芯的數(shù)量，避免不必要的型芯,實(shí)例分析,實(shí)例分析,便于型芯的穩(wěn)定、排氣和鑄件的清理,實(shí)例分析,實(shí)例分析,二、合金鑄造性能對(duì)鑄件結(jié)構(gòu)的要求,1.鑄件壁厚的設(shè)計(jì),缺陷分析,結(jié)論：鑄件壁厚介于臨界壁厚和最小壁厚之間,概念,原則1：合理設(shè)計(jì)鑄件壁厚,最小壁厚：在各種工藝條下，鑄造合金能充滿型腔的最小厚度。主要取決于合金的種類、鑄件的大小及形狀等因素。 臨界壁厚：各種鑄造合金都存在一個(gè)臨界壁厚，在砂型鑄造條件下，各種鑄造合金臨界壁厚約等于其最小壁厚的3倍,如果所設(shè)計(jì)鑄件的壁厚小于允許的 “最小壁厚”，