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  • 一文掌握金屬鑄造基礎知識

    2023-10-17  來自: 沈陽市中聯銅鋁業有限公司 瀏覽次數:254
    01
    鑄造的定義

    鑄造:鑄造是將符合要求的液態金屬通過一系列的轉注工具澆注到與零件形狀、尺寸相適應的鑄型型腔中,使液態金屬在重力場或外力場(如電磁力、離心力、振動慣性力等)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方法,通常稱為金屬液態成形或鑄造。


    02
    鑄造的特點


    ①運用液態金屬;

    ②可制造形狀復雜的工件;

    ③不受工件重量限制(從單件幾克到上百噸重);

    ④相對其他成型方法成本較低。

    鑄造生產工藝:

    金屬鑄造

    典型鑄件的生產流程:

    金屬鑄造


    03
    鑄造的分類


    金屬鑄造

    這里主要介紹幾個典型鑄造方法特點:


    1)砂型鑄造特點

    ①.型腔主要原材料由砂子制成。

    ②.可以制做形狀復雜的鑄件。

    ③.模具成本低,生產成本低。

    ④.生產周期短。

    ⑤.不受合金種類限制。

    ⑥.鑄件精度相對較低。


    2)金屬型鑄造特點

    ①.型腔材料為金屬。

    ②.可制作較復雜形的毛坯件。

    ③.模具成本相對高,量產成本高。

    ④.生產周期較短。

    ⑤.合金種類受限,低熔點金屬。

    ⑦.鑄造精度高于砂型鑄造。


    3)壓力型鑄造特點

    ①.液態金屬在高速高壓下成形,型腔材料為金屬。

    ②.充型和凝固時受壓力作用。

    ③.模具成本高,制做周期長。

    ④.鑄件精度高,組織致密。

    ⑤.合金受限,低熔點金屬。

    ⑥.除特殊壓鑄外,不能進行熱處理。


    4)熔模鑄造(精密鑄造)特點

    ①.模具材料為低熔點的石蠟等。

    ②.型腔材料為硅酸鹽類物質。

    ③.鑄件形狀可復雜,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。


    04
    鑄造和鍛造的區別


    金屬鑄造


    鑄造材料介紹



    01
    鑄鐵


    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。澆注時緩慢冷卻即可促使石墨化,便可得到灰口鑄鐵。

    其牌號以“HT”后面附兩組數字。例如:HT20-40(數字表示抗拉強度,第二組數字表示抗彎強度)。

    ②白口鑄鐵(白口鐵):

    白鑄鐵是組織中完全沒有或幾乎完全沒有石墨的一種鐵碳合金,即主要以滲碳體形態存在。

    具有很高的硬度(一般在HB500以上),但性脆,多用作抗磨損零件,如農具、磨球、磨煤機零件、拋丸機葉片、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):

    將灰口鑄鐵鐵水經蠕化處理后獲得,析出的石墨呈蠕蟲狀。

    ④球墨鑄鐵(球鐵):

    將灰口鑄鐵鐵水經球化處理后獲得,析出的石墨呈球狀,簡稱球鐵。n常見的球鐵牌號(Array)(都有標準)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,石墨呈團絮狀分布,簡稱韌鐵。


    02
    鑄鋼


    鑄鋼的分類:


    金屬鑄造

    金屬鑄造




    03
    鑄造非鐵合金


    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,硅的質量分數一般為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,銅的質量分數一般都大于4%。如ZL201、ZL201A、ZL205、ZL207等。

    (3)Al-Mg系列這類合金中,鎂的質量分數一般都大于5%。如ZL301、ZL303、ZL305等。

    (4)Al-Zn系列鋅在鋁中的溶解度非常大,當鋁中加入的鋅大于10%時,能顯著提高合金的強度,這類合金不經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度高,熱穩定性好,可用于在350~400℃溫度下工作的零件。只是其室溫機械性能較差,目前應用不多,也未列入國標。

    *鑄鋁常用熱處理狀態

    ①T1-鑄態人工時效(合金無顯著熱處理效果或鑄件性能要求不高)

    ②T2-鑄態退火(合金無顯著熱處理效果或鑄件性能要求不高)

    ③T4-淬火(固溶) 高塑性、低強度

    ④T5-淬火+不完全時效  既要求有強度又有塑性

    ⑤T6-淬火+完全時效  高硬度、低塑性

    ⑥T7-淬火+穩定化回火  鑄件尺寸穩定,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:分層凝固不斷有補縮來源,質量好,組織密。例如灰鑄鐵

    ②體積凝固(糊狀凝固):基本同時凝固,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,部分區域屬逐層凝固,部分區域屬體積凝固。


    鑄件的常見缺陷及處理方法




    ArrayGB/T5611-1998《鑄造術語》根據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形狀及重量差錯類缺陷

    ⑦夾雜類缺陷

    ⑧性能、成分及組織不合格類缺陷。


    01
    孔洞類缺陷


    主要有:氣孔、針孔、縮孔、縮松和疏松。

    針孔屬于氣孔的一種。氣孔主要是指出現在鑄件內部或表層,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,指細小的分散縮孔。

    縮孔與氣孔及縮松、疏松的區別:縮孔形狀不規則,表面粗糙,產生在鑄件熱節和Array凝固部位,常伴有粗大樹枝晶;氣孔形狀規則,表面光滑,分布在鑄件表面或遍布整個鑄件或某個局部,斷口不呈海綿狀;縮松與疏松斷口呈海綿狀,常產生在鑄件厚大部位,不遍布整個鑄件,縮松與疏松無嚴格分界,只是程度差別。

    縮孔、縮松、疏松產生的原因:凝固時間過長;澆注溫度不當,過高易產生縮孔,過低易產生縮松和疏松;凝固溫度間隔過寬,易產生縮松和疏松;合金雜質過多;澆注系統設置不當;鑄件結構不合理,壁厚變化突然;內澆道問題;合金雜質過多;模溫問題。

    縮孔、縮松、疏松的防止方法:改進鑄型工藝設計;改進鑄件結構設計;加強合金精煉;降低澆注溫度和澆注速度,延長澆注時間。

    縮孔、縮松、疏松的補救措施:焊補;浸滲;重要零件可進行熱等靜壓處理。


    02
    裂紋、冷隔類缺陷


    主要有:冷裂、熱裂、白點(發裂)、冷隔等。

    冷裂、熱裂及白點的定義:冷裂指鑄件凝固后冷卻到彈性狀態時,因鑄件局部的鑄造應力大于合金的極限強度而引起的裂紋。熱裂是鑄件在凝固末期或終凝后不久,鑄件尚處于強度和塑性很低狀態下,因鑄件固態收縮受阻而引起的裂紋。白點是淬透性高的合金鋼鑄件在快速冷卻時,因析出氫及產生較高的組織應力和熱應力而引起的微細裂紋。

    冷裂、熱裂及白點(發裂)的區別:冷裂為穿晶裂紋,呈平直折線,常貫穿整個鑄件截面;熱裂為沿晶裂紋,呈較寬,粗細不均的不規則曲線,多發生在鑄件壁厚突變和Array凝固部位;白點僅發生在超級合金及高淬透性鋼中,裂紋微細,呈毛發狀沿晶斷裂,無方向性。在斷口特征方面,冷裂一般有金屬光澤;熱裂氧化嚴重,無金屬光澤;白點為銀白色圓斑或橢圓斑,呈冰糖花樣。

    冷裂、熱裂及白點的防止方法:改進鑄件結構設計,壁厚力求均勻,平滑過渡,鑄件內腔圓角夠大,工藝設計合理,盡量減少鑄件收縮阻力;適當降低澆注溫度;提高模溫;縮短開模及抽芯時間;嚴格控制有害雜質,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、熱裂及白點的補救措施:冷裂允許焊補的鑄件,焊后應進行消除應力處理;熱裂鑄件一般應報廢,若允許焊補則應在挖除缺陷區的金屬后進行焊補,焊后應進行消除應力處理;白點致裂鑄件應報廢。

    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熔合不良造成。


    03
    表面缺陷


    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;修正模具結構(如頂出偏斜等);合理設計澆注系統避免金屬流對沖型芯型壁,適當降低填充速度;打光型壁表面粗糙處;涂料用量薄而均勻;適當增加含鐵量至0.6-0.8%。

    流痕特征:鑄件表面呈現與金屬液流動方向相一致的,用物感覺得出的局部下陷光滑紋路。

    流痕產生原因: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;涂料用量過多。

    流痕改善措施:調整內澆口截面積或位置;調整模溫,增大溢流槽;調整填充整度以改變金屬液填充型腔的流態;涂料使用薄面噴勻。

    皺皮特征:鑄件表面不規則的粗粒狀或皺褶狀,一般帶有較深的網狀溝槽。

    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。

    縮陷產生原因:鑄件結構設計不合理,有局部厚實部位,產生熱節;合金收縮率大;內澆口截面積太??;比壓低;模具溫度太高。

    縮陷防止方法:修改鑄件設計,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;正確設置澆注系統,加大內澆口的截面積;增大壓射力;調整模具熱平衡條件,采用溫控裝置及冷卻等。

    填充不良的改善措施:改善合金的流動性(采用正確的熔煉工藝,排除氣體及非金屬夾雜物;適當提高澆注溫度和模具溫度;提高壓射速度;補充氮氣,提高有效壓力;采用定量澆注;改進鑄件結構,適當調整壁厚);改善澆注系統(正確選擇澆口位置和導流方式;增大內澆口截面積和提高壓射速度);改善排氣條件(增設溢流槽和排氣道,深凹型腔處可開設通氣塞;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,金屬卷入氣體過多;涂料發氣量大,用量過多;排氣不暢;開模過早。

    氣泡改善措施:冷卻模具或湯料至適當溫度;降低壓射速度,避免渦流包氣;選用發氣量小的涂料,用量薄而均勻;清理和增設溢流槽和排氣道;調整留模時間。


    04
    殘缺類缺陷


    主要有澆不到、未澆滿、損傷等。

    澆不到與未澆滿的區別:澆不到鑄件的澆注系統是充滿的,未澆滿的澆注系統是未充滿的。

    損傷的形成原因:鑄件結構不良;鑄件在搬運、裝卸過程中受撞擊而損壞;鑄件在機械加工時夾緊力和切削力過大;澆道、冒口、出氣冒口截面積過大,與鑄件本體連接處無縮頸或縮頸尺寸太大;圓角過??;敲除冒口方法不當;鑄件強度和韌性差;鑄件內部有較大殘留應力或已有裂紋。

    損傷的防止方法:改進鑄件結構,避免薄弱結構,避免壁厚懸殊過大和尖角過渡;小心清理、存放、運輸鑄件;正確設計冒口;敲除冒口的方向和方法要正確;提高合金力學性能。


    05
    形狀及重量差錯類缺陷


    是指鑄件的形狀、尺寸、重量與鑄件圖樣或技術條件的規

    定不符。主要有尺寸和重量差錯、變形、錯型(錯箱)、錯芯、偏芯(漂芯)、舂移等。

    變形的改善措施:改進鑄件結構,使壁厚均勻;確定開模時間,加強鑄件剛性;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。

    錯型與錯芯和舂移的區別:錯型是鑄件外形在分型面處錯位,一側多肉,另一側缺肉;錯芯是鑄件內腔沿分芯面錯位,一側多肉,一側缺肉;舂移是鑄件外形在分型面附近局部突起,形成多肉,通常是單側多肉,另一側不缺肉。

    錯型的改善措施:合理設置內澆口;調整鑲塊加以緊固;更換導柱導套;進行修整,消除誤差。


    06
    夾雜類缺陷


    是鑄件中各種金屬和非金屬夾雜物的總稱,是常見的缺陷之一。主要分為金屬夾雜物和非金屬夾雜物。常見的非金屬夾雜物主要有夾渣和砂眼。

    關鍵詞: 金屬鑄造           

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