1997年6月 沈阳工业学院学报 Vol .16No .2
第16卷第2期 JOURNAL
OF SHENYANG INST ITU TE OF T ECH NOLOGY Jun.1997铸造合金凝固过程补缩机理的探讨
李玉海 郭广思 王连琪 王广泰
(沈阳工业学院材料工程系,沈阳110015)
摘 要 建立了描述铸造合金凝固过程补缩机理的数学模型,并应用
数学模型对一些铸造方法的补缩效果进行了比较,表明金属型差压铸造是
补缩能力最强的一种铸件成型方法.
关键词 补缩,数学模型,铸造合金.
分类号 TG245
0 引言
液态金属在凝固过程中的体积收缩是造成铸件内出现缩孔、缩松的根本原因.
对缩孔进行补缩的动力有:液态金属的表面张力,液态金属的压力包括液态金属的静压力和外界的附加压力.阻碍液态金属补缩的力有:补缩液体流向缩孔时的粘性摩擦力,晶间通道的局部阻力,低压和差压铸造中的金属液自重力.在固定的生产条件下,液态金属的体收缩率及结晶潜热无法改变,而其余各因素是制约还是促进补缩,将是本文要探讨的内容.
1 铸件补缩机理的理论分析
以低压和差压铸造为例,探讨由上至下顺序凝固的补缩问题.这涉及到固相骨架基本形成时的状态,如图1所示.在固相骨架形成初期,晶间通道可相互连成一片,且认为凝固过程无偏析存在,即液态金属的表面张力 、密度 及结晶温度间隔 T 均不变.此时,可将补缩过程简化为缝隙层流运动,如图2所示.推动液态金属进行补缩的力F 1为
F 1=B P +2B
(1)其中B 、 分别为补缩通道的宽度和厚度.阻碍补缩的力F 2为
F 2=
12 L uB +B L g (2)
式中 u ——液态金属补缩速度[1];
g ——重力加速度;
——液态金属的动力粘度.
图1 凝固区域结构示意图 图2 缝隙间层流流动示意图
式(2)中加号前的部分为缝隙间层流运动的粘性阻力.由于所流经的并非是平板间的平行通道,而是弯曲的晶粒间隙,因而阻力要比按平板间平行缝隙进行计算时大很多倍[2].令该倍数为 ,则式(2)可写成
F 2=
12 L uB +B L g (3) 与形成固相骨架的液固共存区厚度、晶粒大小和数量及晶粒在空间的排列状态、取向有关[2],一般可近似表示为
=
T G D
(4)
式中 T ——合金的结晶温度范围, T ≥0;G ——合金在液固共存区的温度梯度,G >0;
——补缩通道的实际长度与液固共存区的厚度之比,一般 >1;
D ——晶粒的平均直径;
——系数.
由于在补缩通道的曲折路径里,越伸向已凝固的固体层,液相体积分数越少,温度亦越低,路径亦越窄小,加之液态金属粘度迅速增加,因而每出现一次曲折,其阻力增加的值足以同假设的间隙 不变时的整个沿程阻力相当,故系数 是一个接近于“1”的数.式(3)中加号后部分由于低压及差压铸造时的重力将阻碍补缩,因而将其放在阻碍补缩式内.式(1)与式(3)的差值将造成液态金属薄层向上运动的力.由牛顿第二运动定律知
d u d t +12 2u =2 +P /L -g (5) 上式的解析解难以求出,须进行近似处理,即认为液态金属是以均速进行补缩,亦即d u d t =0,则式(5)可写成
(6)
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第2期 李玉海等:铸造合金凝固过程补缩机理的探讨
由于L =( T /G ) (L >0),因而要求G >0,将L , 代入式(6),得
u = 2DG 12 T G T 2 +P - g
(7) 将速度u 的单位取为液态金属单位时间内流过的晶粒个数,则式(7)可写成
u D = 2G 12 T G T 2
+P - g (8) 随着温度的降低,原来连成片的补缩通道将缩小成类似孔隙的通道,这时可用毛细管的模型来计算其补缩情况,则式(8)可写成
u D =d 2G 32 T G T 4 d
+P - g (9)
式中 d ——毛细管内径.
比较式(8)与式(9)可知,其机理完全一致,只是毛细管模型的补缩速度比平板模型的补缩速度更小一些.所以动力粘度 可表示为[3] =k 1e k 2/T
(10)式中 k 1——与金属原子间作用有关的常数;
k 2——与原子移动的激活能有关的常数;
T ——液态金属在凝固点的温度. 液态金属层厚度 可表示为
= 0-2k 3
t (11)式中 0——当时间t =0时液态金属层的厚度;
k 3——与铸型性质有关的常数.
将 、 代入式(8),有
u D =
( 0-2k 3
t )2 G 12k 1 e k 2/T T G T 2 0-2k 3t +P - g (12) 由式(12)可知,随着t 增加,( 0-2k 3
t )
0,而e k 2/T 将由于T 的降低而剧增,因而u /D
将很快趋于零,亦即停止补缩.对于重力铸造,金属液自重力为补缩动力.因而对于平板层流模型,补缩速度u ′的表达式为
u ′D =( 0-2k 3t )2G 12k 1 e k 2/T T G T 2 0-2k 3
t +P + g (13)
对于毛细管模型,表达式为
u ′D =d 2G 32 T G T 4 d +P + g (14)2 运用数学模型对各种铸造方法进行比较
首先对各种铸造方法的压力P 做如下说明.重力铸造P =P 0+ gh (15)38沈阳工业学院学报 1997年
差压铸造P=P1- gh(16)低压铸造P=P0+ P- gh(17)真空低压铸造P=P0- P- gh(18)以上各式中
P0——大气压;
h——冒口上沿(或坩埚液面)到液固界面的高度;
P1——同步进气压力;
P——保压时的压力(或真空度).
1)差压铸造与重力铸造相比较
令n为差压铸造与重力铸造补缩能力之比,则由式(9)、式(14)有
n=
G
T g
4
d
+P1- gh-1
G
T g
4
d+P0+ gh+1
(19)
将101铝合金数据[4]代入上式: T≈30℃;P0≈105Pa; ≈520×10-3N/m; ≈2.55×103kg/m3;g≈9.81m/s2并令d≈10-3m,P1=7×105Pa,则有
n=
7
7.5
G -1
1
7.5
G +1
(20)
砂型差压铸造底注法生产薄壁壳体件时,其下面温度可达700℃左右,而上面温度经常可达凝固点,即500℃左右.若件高为1m,则G=200℃/m.令 =10,代入式(20)可得n= 4.8.这说明差压铸造的补缩能力比砂型铸造约强4～5倍.
2)低压铸造与真空低压铸造相比较
同理得
n=
G
T g
4
d+P0+ P- g h-1
G
T g
4
d
+P0-P′- gh-1
(21)
一般地, P≈0.05MPa,P′≈0.08M Pa,将数据代入式(21)得(其它数据同前)
n=
1
5
G -1
1
38
G -1
(22)
令G=200℃/m, =10,则有n=3/(-0.474).由此可知,真空低压铸造的补缩能力与低压铸造相差甚远,这正是真空低压铸造不能得到广泛应用的原因.
3)差压金属型铸造与重力砂型铸造相比较
根据文献[5]
又可写成
n510(23)
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第2期 李玉海等:铸造合金凝固过程补缩机理的探讨
由式(23)可知,金属型差压铸造的补缩能力远大于砂型重力铸造,是一种很有前途的铸造方法.
3 分析数学模型
3.1 验证公式的合理性
a.温度梯度G:当G增大时,u亦增大,即补缩能力增强;当G为零时,u=0,即同时凝固,无补缩可能,合理.
b.合金结晶温度区间 T:当 T增大时,u急剧变小,即补缩能力剧减,此时为粥状凝固,不易补缩,合理.
c.金属液的动力粘度 : 增大,u变小,合理.
d.液态金属的表面张力 : 大,u亦大.但由于 值较小,故影响不明显.真空铸造时 的作用才较大些,这也是正确的.
e.外界压力P:P大,u则大,它是整个数学模型的主值项.由式(16)知差压铸造的P很大,因而补缩能力大为增强.而由式(18)知,真空低压铸造的补缩能力剧减,故高真空度低压铸造在生产中应用并不多.
f.液态金属的密度 : 大时在重力铸造中将强化补缩,而在反重力铸造时会削弱补缩,合理.
g.液态金属的补缩速度u:设二种金属凝固时的体收缩率分别为 1、 2,其形状相同,体积均为V0,凝固后要得到没有缩孔的组织.所需补缩金属液体积分别为 1V0、 2V0,这些液体都要通过收缩缝隙进入被补缩部位.但收缩缝隙的体积总和也分别为 1V0、 2V0.因此这些通道
的过流面积也应对应为 1V0
L
、 2
V0
L
.如果这两种金属是在相同的时间内完成凝固,则补缩通道
内的液态金属流速应为u1=
1V0
1 V0 t
L =L
t
;u2=
2V0
2 V0 t
L
=L
t
,即u=u1=u2.因此,
无论液态金属凝固时的体收缩率多大,其补缩时的液流速度均不变.因而对于体收缩大的金属不必增加补缩压头,只要提供足够的补缩液体即可.
3.2 分析公式探讨影响补缩的重要因素及提高补缩效果的途径
由式(9)可知,u与G2成正比,与 T2成反比,故决定补缩能力的关键是G与 T. 、d是铸件凝固时从大到小都要必经的,没有研究价值.从数量级分析可知:P 4 /d;(GP/ T ) g,因而决定u的主导量是P.事实上式(9)中 、 T、 、 在现有生产条件下无法改变.而 、d 又是不能控制的从大到小必经的量,比较方便且可以变化的量只有P、G.因而为了使补缩能力增强,只能增加P和G,这说明使用金属型差压铸造是最佳选择.
由(9)式可知,表面张力 及压力P都是表面力,若要参与补缩,则必须克服液态金属在晶间通道中的流动阻力.因此, 与P都必须与G/ T 相乘.而 g是质量力,它可直接参与补缩而不受晶间通道的制约,因而其补缩效率要比 与P高.但由于 g的数量级比P小很40沈阳工业学院学报 1997年
多,因而在实践中才没有引起人们的重视.但在离心铸造中,它的数量级猛增到106( RW 2)左
右,此时质量力就成为补缩作用的主导项.由此可知:离心铸造特别适合于密度大,结晶温度范围宽而温度梯度又较小的这类金属.
由以上分析可知,通过下列途径可以提高补缩效率.
a.对结晶温度范围宽的合金,为减少缩孔,最好的办法是增加温度梯度G ,或增大凝固时的外界压力P .由式(9)可算出:当G 增大一倍时,则相当于减小 T 一倍;而凝固时每增大外界压力n 倍,就相当于使结晶温度间隔变为 T /n ,即减小1/
n 倍.正如文献[6]所指出:用差压铸造法生产铸件时,用A 9合金(相当于我国的101铝合金),其密度增大0.007g /cm 3;在韧性方面, A 9增大30%;而 A 19增大43%.这说明宽结晶温度间隔的合金用增大P 的差压铸造方法更能提高其性能.
b.由式(9)可知:真空条件下凝固的铸件,其致密性远不如高压条件下凝固的铸件.钛合金铸件最好的成型方式是在充满惰性气体的高压炉内浇注成型.真空低压铸造不仅不利于补缩,而且由于外界压力剧减,溶解于金属液内的气体更易析出,形成较多的气孔,这种铸造方法是没有前途的.
c.由式(9)的数量级分析可知:由于 gh P 0,且 gh P 1,因而在补缩动力中因冒口高度h 所造成的分量是很小的,而补缩动力主值项是压力P .差压铸造时P =P 1- gh ;重力铸造时P =P 0+ gh .由此看来,完全没有必要在铸件的补缩工艺中去增大冒口高度,而只要保证有足够的贮备液即可.保温发热冒口由于可大大延长冒口的凝固时间,可大大减小冒口的体积和高度,这并未影响冒口的补缩效果.无论何种铸件,其冒口形状都应以模数最大为好.此外,从式(9)亦可知:对于 T 较大,而G 较小的情况,增大补缩冒口高度的意义不大,砂型铸造灰铁时一般冒口都不大.
4 结束语
1)本文建立的数学模型能够很好地解释传统工艺,说明了该数学模型在理论上的正确性.
2)通过对数学模型中各项参数进行分析,认为压力P 、温度梯度G 是影响补缩效果的重要因素.
3)运用数学模型对各种铸造方法进行比较表明:高真空状态下铸造成型的铸件难以获得高致密度,差压铸造的补缩效果远高于重力铸造,而金属型差压铸造是目前补缩能力最强的铸件成型方法.
参考文献
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41第2期 李玉海等:铸造合金凝固过程补缩机理的探讨
42沈阳工业学院学报 1997年Study on Feeding M echanism in Solidification
Process of Casting Alloy
Li Yuhai Guo Guangsi Wang Lianqi
(Dept.of M aterial E ngineering,S henyang Institute of T echnology,Shenyan g110015)
[Abstract] The mathematical mo del of feeding m echanism in the solidification pro-cess o f casting alloy is established.The feeding effects of som e casting metho ds ar e compared by means of the mathematical model and it concluds that the perm anent mo ld co unter-pres-sure casting is the m ost efficient w ay of shaping.
[Key words] feeding,m athematical m odel,casting allo y.
铝合金铸造工艺简析 一、铸造的分类 重力铸造、低压铸造、压力铸造，我厂主要为重力铸造，利用重力自行流入模具，通过结晶器进行梯度降温，让铝合金按顺序凝固的铸造方式铸造铸棒。 二、铝液的熔炼 铝合金熔炼简单知识 影响铝液质量的主要因素：铝液中的含气量和氧化夹杂物。在铝合金熔体（铝液）中溶解的气体有：、、CO、、（碳氢化合物）等气体；其中以为主。分析铝合金中的气体成分，证明占85﹪以上，因而铝合金的“含气量”可以近似地视为“含氢量”。铝液中的氢主要来自高温铝液和溶解在其中的水发生化学反应生成氢。 铝液中气体的主要来源： １.燃料：火焰反射炉熔炼铝合金时，煤气中的水分以及燃烧时产生的水分易进入熔体（铝液）； ２.大气：熔炼过程中，大气中的水蒸气被熔体（铝液）吸收； ３.炉衬：烘炉不彻底时，炉衬表面吸附的水分以及砌制时泥浆中的水分在熔炼头几个班次时对熔体（铝液）中的气体含量将有明显的影响； ４.炉料：吸附在炉料（包括铝锭和辅料）表面上的湿气，在熔
化过程中起化学作用而产生的氢将被溶解，如果炉料放置过久，且表面有油污，对熔体（铝液）的吸气量尤有影响； ５.熔炼工具：如果熔炼工具干燥不好，易使熔体（铝液）的吸气量增加； ６.倒料过程中：如果熔体（铝液）落差大或液流翻滚过急时也会使气体及氧化夹杂卷入熔体（铝液）； 高温时铝和水汽的反应： 2Al+3O +3（溶入铝液中） 当在水汽比较多的环境下，剧烈反应，引起爆炸，造成事故。 当在干空气条件下（水分较少），水汽也能和铝液起反应，因此在铝液中总是含有一定数量的氢。 铝液中的氧化夹杂： 铝液与空气中的氧气O2、氮气N2、在高温下发生化学反应生成氧化夹杂物，其中以生成的氧化膜（Al2O3)对铝液的污染最大。这些氧化夹杂的熔点都较高，如氧化铝的熔点约为2050℃，所以铝液中的氧化夹杂主要以固态形式存在，严重影响我们熔炼的铝液质量。氧化夹杂表面疏松，能吸附空气中的水汽和氢，增加了铝液中的气体含量。 熔炼过程中，熔体（铝液）由于氧化而变成某些不能回收的金属氧化物时，这种损失统称为烧损。烧损大小与炉型、铝料状态和生产工艺有关。如：铝料表面积越大（即铝料越细碎）其烧损也越大，而且由于镁为易燃金属，烧损极大。为了避免和减少烧损，我公司主要
名词解释 1.材料成形技术：利用生产工具对各种原材料进行增值加工或处理，材料制备成具一定结构形式和形状工件的方法 2.液态成型：将液态金属浇注到与零件形状相适应的铸型型腔中，待其冷却凝固，以获得毛坯或零件的生产方法 3.逐层凝固：纯金属和共晶成分的合金在凝固中不存在固液两相并存的凝固区，所以固液分界面清晰可见，一直向铸件中心移动（铸铁） 4.糊状凝固：铸件在结晶过程中，当结晶温度范围很宽且铸件界面上的温度梯度较小，则不存在固相层，固液两相共存的凝固区贯穿整个区域（铸钢） 5.同时凝固原则：铸件相邻各部位或铸件各处凝固开始及结束的时间相同或相近，甚至是同时完成凝固过程，无先后的差异及明显的方向性 6.顺序凝固原则：在铸件上可能出现缩孔的厚大部位通过安放冒口等工艺措施，使铸件远离冒口的部位先凝固，然后是靠近冒口的部位凝固，最后才是冒口本身凝固。 7.均衡凝固原则：利用铸铁件石墨的共晶膨胀消除缩松的工艺方式 8.砂型铸造：以型砂（SiO2）为铸型、在重力下充型的液态成形工艺方法 9.金属型铸造：以金属为铸型、在重力下的液态成形方法。 10.熔模铸：以蜡为模型，以若干层耐火材料为铸型材料，成形铸型后，熔去蜡模形成型腔，最终在重力下成形的液态成形方法 11.压力铸：把液态或半液态的金属在高压作用下，快速充填铸型，并在高压下凝固而获得铸型的方法 12.低压铸造：是液态金属在较小的压力（20—80Kpa）作用下，使金属液由下而上对铸型进项充型，并在此压力下凝固成型的铸造工艺 13.反重力铸造：液态金属在与重力相反方向力的作用下完成充型，凝固和补缩的铸造成型 14.离心铸造：将液态金属浇注到高速旋转的铸型中，使金属在离心力的作用下充填型腔并凝固成型的方法 15.消失模铸造：用泡沫塑料制成带有浇冒系统的模型，覆上涂料，用干砂造型，无需取模，直接浇注的铸件方法 16.浇注系统：液态金属流入型腔的通道的总称，通常由浇口杯，直浇道，直浇道窝，横浇道和内浇道组成 17.阻流界面：在浇注系统各组元中，截面积最小的部分称为阻流截面 18.集渣包：横浇道上被局部加大加高的部分 19.浇口比：直浇道，横浇道，内浇道截面积之比 20.热节：在壁的相互连接处由于壁厚增加，凝固速度最慢，最容易形成收缩类缺陷 分型面：两半铸型相互接触的表面。分为平直和曲面。作用：便于造型、下芯和起模具。 21.砂芯：为了起模方便并形成铸件的内腔、孔和铸件外形不能出砂的部位，所采用的砂块 22.芯头：伸出铸件以外不与金属液接触的砂芯部分芯头种类：垂直芯头、水平芯头、特殊结构的芯头 23.冒口：铸型内用于储存金属液的空腔，在铸件凝固过程中补给金属，起到防止缩孔，缩松，排气和集渣的作用 冒口=冒口区+轴线缩松区+末端区 24.冒口的补缩距离：冒口补缩后形成的致密冒口区和致密末端区之和 25.补贴：为实现顺序凝固和增强补缩效果，在靠近冒口的壁厚上补加倾斜的金属块 26.均衡凝固：利用铸铁件石墨的共晶膨胀消除缩松的工艺方法 27.缩孔与缩松：液态合金在冷凝过程中，若其液态收缩和凝固收缩所缩减的容积得不到补充，则在铸件最后凝固的部位形成一些孔洞。大而集中的称为锁孔，细小而分散的称为缩松 28.收缩时间分数：铸铁件表观收缩时间与铸件凝固时间的比值 29.补缩量：铸件从浇注系统，冒口抽吸的补缩液量收缩模数：均衡凝固时均衡点的模数 30.复合材料：由有机高分子，无机非金属和金属等几类不同材料人工复合而成的新型材料。它既保留原组分的主要特征，又获得了原组分不具备的优越性能 31.机械加工余量：在铸件加工表面上流出的、准备切削去的金属厚度。 32.冒口补缩通道：末端多了一个散热面，散热快—构成一个朝向冒口而递增的温度梯度；存在平行于轴线的散热表面，形成一个朝向冒口的楔形的补缩通道 33.工艺出品率：铸件质量占铸件及浇注系统（含冒口）质量的比例 34.反重力铸造：指液态金属在与重力方向相反方向力的作用下完成充型，补缩和凝固过程的铸造成型方法 35.离心铸造：指将液态金属浇入高速旋转的铸型中，使金属在离心力的作用下充填型腔并凝固成型的方法
液态金属凝固过程中的传热与传质 摘要：液态金属熔体中传热和传质过程的改变会影响晶体的形核和生长，从而影响凝固组织。本文介绍了液态金属凝固的原理，凝固过程中传热“一热、二迁、三传”的特点，以及凝固过程中的传质及其基本问题。传热与传质的研究方法包括解析法、实验法、数值模拟法等。我国许多研究者对凝固过程中的传热和传质问题进行了研究，高新技术方面热质传递现象的机理和特有规律是今后重点发展的研究领域。 关键词：金属凝固；传热和传质；界面；溶质再分配 在金属的热态成形过程中，常常伴随着金属液的流动、气体的流动、金属件内部和它周围介质间的热量交换和物质转移现象，即动量传输、热量传输和质量传输现象。液态金属熔体中传热和传质过程的改变会影响晶体的形核和生长，从而影响凝固组织[1-2]。因此，只有正确和深入研究金属凝固过程中的传输现象，才能有助于建立正确的凝固过程理论模型。 1 金属凝固过程的传热与传质 1.1 金属凝固过程中的传热 在凝固过程中，伴随着潜热的释放、液相与固相降温放出物理热，定向凝固时，还需外加热源使凝固过程以特定的方式进行，各种热流被及时导出，凝固才能维持。宏观上讲，凝固方式和进程主要是由热流控制的。金属凝固过程的传热特点可以简明的归结为“一热、二迁、三传”[3-5]。 “一热”即在凝固过程中热量的传输是第一重要的，它是金属凝固过程能否进行的驱动力。凝固过程首先是从液体金属传出热量开始的。高温的液体金属浇入温度较低的铸型时，金属所含的热量通过液体金属、已凝固的固体金属、金属-铸型的界面和铸型的热阻而传出。凝固是一个有热源非稳态传热过程。 “二迁”指在金属凝固时存在着两个界面，即固相-液相间界面和金属-铸型间界面，这两个界面随着凝固进程而发生动态迁移，并使得界面上的传热现象变得极为复杂。图1为纯金属浇入铸型后发生的传热模型示意，由图可见在凝固过程中随着固相-液相间界面向液相区域迁移，液态金属逐步变为固态，并在凝固前沿释放出凝固潜热，并随着凝固进程而非线性地变化。在金属凝固过程中，由于金属的凝固收缩和铸型的膨胀，在金属和铸型间形成金属和铸型间的界面，由于接触不完全，它们之间存在着界面热阻。接触情况不断地变化，在一定条件下，会形成一个间隙（也称气隙），因此这里的传热不知是一种简单的传导，而是同时存在微观的对流和辐射传热。 “三传”即金属的凝固过程是一个同时包含动量传输、质量传输和热量传输的三传耦合的三维传热物理过程。在热量传输过程中也同时存在有导热、对流和辐射换热三种传热方式。一个从宏观上看是一维传热的单向凝固的金属，由于凝固过程中的界面现象使传热过程在微观变得非常复杂。当固/液界面是凹凸不平或生长为枝晶状时，在这个凝固前沿上，热总是垂直于这些界面的不同方位从液相传入固相，因而发生微观的三维传热现象。在金属和铸型界面上的传热也不只是一种简单的传导，而是同时存在微观的对流和辐射传热。
金属凝固原理复习题部分参考答案 （杨连锋2009年1月） 2004年 二 写出界面稳定性动力学理论的判别式，并结合该式说明界面能，温度梯度，浓度梯度对界面稳定性的影响。 答：判别式, 2 01()()2 (1)m c v D s g m v D g G T k ωωωω * *??- ??? =-Γ- ++?? -- ??? ，()s ω的正负决定 着干扰振幅是增长还是衰减，从而决定固液界面稳定性。第一项是由界面能决定的，界面能不可能是负值，所以第一项始终为负值，界面能的增加有利于固液界面的稳定。第二项是由温度梯度决定的，温度梯度为正，界面稳定，温度梯度为负，界面不稳定。第三项恒为正，表明该项总使界面不稳定，固液界面前沿形成的浓度梯度不利于界面稳定，溶质沿界面扩散也不利于界面稳定。 三 写出溶质有效分配系数E k 的表达式，并说明液相中的对流及晶体生长速度对E k 的影 响。若不考虑初始过渡区，什么样的条件下才可能有0s C C * = 答：0 00 (1)N L s v E D C k k C k k e δ*- = = +- 可以看出，搅拌对流愈强时，扩散层厚度N δ愈小， 故s C * 愈小。生长速度愈大时，s C * 愈向0C 接近。（1）慢的生长速度和最大的对流时，N L v D δ《1，0E k k = ；（2）大的生长速度或者液相中没有任何对流而只有扩散时，N L v D δ》1，E k =1 （3）液相中有对流，但属于部分混合情况时，0 1E k k <<。1E k =时，0 s C C * = ，即在 大的生长速度或者液相中没有任何对流而只有扩散时。 四 写出宏观偏析的判别式，指出产生正偏析，负偏析，和不产生偏析的生长条件。 答：0 1s q q C k C k = -+，s C 是溶质的平均浓度，0C 是液相的原始成分，q 是枝晶 内溶质分布的决定因素，它是合金凝固收缩率β，凝固速度u 和流动速度v 的函数， (1)(1)v q u β=-- 。0s C C =，即 1p u v β β =- -时，q=1，无宏观偏析。0s C C >时，对于01k <的合金来说，为正偏析，此时 1p u v β β >- -。0s C C <时，对于01k <的合金来 说，为负偏析，此时 1p u v β β <- -。 五 解：用2m m m m r m m k r T V T V T H H σσ?=- ?=- ? ??计算
金属材料检测标准大汇 总 Last revised by LE LE in 2021
金属材料化学成分分析 GB/T 222—2006钢的成品化学成分允许偏差 GB/T 系列钢铁及合金X含量的测定 GB/T 4336—2002碳素钢和中低合金钢火花源原子发射光谱分析方法(常规法) GB/T 系列海绵钛、钛及钛合金化学分析方法X量的测定 GB/T 系列铜及铜合金化学分析方法第X部分：X含量的测定 GB/T 5678—1985铸造合金光谱分析取样方法 GBT 系列铝及铝合金化学分析方法 GB/T 7999—2007铝及铝合金光电直读发射光谱分析方法 GB/T 11170—2008不锈钢多元素含量的测定火花放电原子发射光谱法(常规法) GB/T 11261—2006钢铁氧含量的测定脉冲加热惰气熔融-红外线测定方法 GB/T 系列镁及镁合金化学分析方法第X部分X含量测定 金属材料物理冶金试验方法 GB/T 224—2008钢的脱碳层深度测定法 GB/T 225—2006钢淬透性的末端淬火试验方法(Jominy 试验) GB/T 226—2015钢的低倍组织及缺陷酸蚀检验法 GB/T 227—1991工具钢淬透性试验方法 GB/T 1954—2008铬镍奥氏体不锈钢焊缝铁素体含量测量方法 GB/T 1979—2001结构钢低倍组织缺陷评级图 GB/T 1814—1979钢材断口检验法 GB/T 2971—1982碳素钢和低合金钢断口检验方法 GB/T —2012变形铝及铝合金制品组织检验方法第1部分显微组织检验方法GB/T —2012变形铝及铝合金制品组织检验方法第2部分低倍组织检验方法GB/T 3488—1983硬质合金显微组织的金相测定 GB/T 3489—1983硬质合金孔隙度和非化合碳的金相测定 GB/T 4236—1984钢的硫印检验方法 GB/T 4296—2004变形镁合金显微组织检验方法 GB/T 4297—2004变形镁合金低倍组织检验方法 GB/T 4334—2008金属和合金的腐蚀不锈钢晶间腐蚀试验方法 GBT 4335—2013低碳钢冷轧薄板铁素体晶粒度测定法 GB/T —2015不锈钢5%硫酸腐蚀试验方法 GB/T 4462—1984高速工具钢大块碳化物评级图 GB/T 5058—1985钢的等温转变曲线图的测定方法(磁性法) GB/T 5168—2008α-β钛合金高低倍组织检验方法 GB/T 5617—2005钢的感应淬火或火焰淬火后有效硬化层深度的测定 GB/T 8359—1987高速钢中碳化物相的定量分析X射线衍射仪法 GB/T 8362—1987钢中残余奥氏体定量测定X射线衍射仪法 GB/T 9450—2005钢件渗碳淬火硬化层深度的测定和校核 GB/T 9451—2005钢件薄表面总硬化层深度或有效硬化层深度的测定 GB/T 10561—2005钢中非金属夹杂物含量的测定标准评级图显微检验法 GB/T 10851—1989铸造铝合金针孔 GB/T 10852—1989铸造铝铜合金晶粒度
第一篇铸铁及其熔炼 1、按石墨形态的不同，铸铁分为灰口铸铁；球墨铸铁；蠕墨铸铁。 2、在Fe-G-Si相图中，硅的作用 （1）共晶点和共析点含碳量随硅量的增加而减少； （2）共晶转变和共析转变出现三相共存区； （3）改变共晶转变温度范围；提高共析转变温度； （4）减小奥氏体区域。 3、只考虑Si、P等元素对共晶点实际碳量影响的计算公式为CE=C+1/3（Si+P）； 4、亚共晶铸铁凝固特点：凝固过程中，共晶体不是在初析树枝晶上以延续的方式在结晶前沿形核并长大，而是在初析奥氏体晶体附近的枝晶间、具有共晶成分的液体中单独由石墨形核开始；石墨作为领先相与共晶奥氏体共生生长； 5、过共晶铸铁的凝固特点：凝固过程则由析出初析石墨开始，到达共晶温度时，共晶石墨在初析石墨上析出，共晶石墨与初析石墨相连。 6、石墨的晶体结构是六方晶体。 7、如图所示，形成片状石墨的晶体生长是Ａ向占优，而球状石墨是Ｃ向生长占优， 8、F、C型石墨属于过共晶成分铸铁中形成的石墨 Ａ型Ｂ型Ｄ型Ｆ型 9、球状石墨形成的两个必要条件：铁液凝固时必须有较大的过冷度；铁液与石墨间较大的表面张力。 10、球墨铸铁的球状石墨的长大包括两个过程：石墨球在熔体中直接析出并长大；形成奥氏体外壳，在奥氏体外壳包围下长大。 11、由于球状石墨的生长是在共晶成分下形成的石墨和奥氏体分离长大，因此其共晶过程又称之为离异共晶； 12、灰铸铁的金相组织由金属基体和片状石墨组成，基体的主要形式有珠光体、铁素体、珠光体加铁素体。 13、普通铸铁中除铁以外，五大基本元素包括碳、硅、锰、硫、磷，其中碳、硅是最基本的成分，磷、硫是杂质元素，因此加以限制。 14、在铁碳双重相图中，稳定系和亚稳定系的共晶反应温度差别形成了共晶温度间隔，对于Ni、Si、Cr、S这四种元素来说，促进合金液在冷却过程中按稳定系转变的元素有Ni、Si，按亚稳定系转变的元素有Cr、S。 15、Cr元素在铸铁中的作用: (1)反石墨化元素,珠光体稳定元素;
过冷度对金属凝固的影响 金属材料作为支撑国民生活富裕及安全的基础结构材料而大量使用。随着材料使用方法的多样化，对材料特性的要求也日益严格。因此，利用现代科学技术开发出高质量和高性能的钢铁材料将具有重大的现实意义。 金属的凝固过程对金属的机械性能特点有重大影响，它决定着该零件组织，包括各种相的形态，大小和分布，直接影响到该零件后面的加工处理工艺，间接地影响了工件的加工性能和使用性能。而对于铸件和焊接件来说，结晶过程基本上就决定了它的使用性能和使用寿命，而对尚需进一步加工的铸锭来说，结晶过程既直接影响了它的轧制和锻压工艺性能，又不同程度地影响着其制品的使用性能。因此，研究和控制金属的结晶过程，已成为了提高金属力学性能和工艺性能的重要手段。而金属的结晶过程总是伴随着过冷，可以说研究金属的结晶过程就是相当于研究结晶过程对过冷的控制。 1过冷度的概念 1.1几种过冷定义 过冷：金属理论凝固温度与实际温度之差。即图1中的ΔT。 图1：过冷度 热过冷：金属凝固时所需过冷度完全由传热所提供。仅由熔体实际温度分布决定。 成分过冷：凝固时由于溶质再分配造成固液界面前沿溶质浓度变化，引起理论凝固温度的改变而在液固界面前液相内形成的过冷。这种由固-液界面前方溶质再分配引起的过冷，称为成分过冷。由界面前方的实际温度和液相线温度分布两者共同决定。成分过冷不仅受热扩散的控制，更受溶质扩散的控制。
1.2过冷现象 实验表明纯金属的实际凝固温度Tn总比其熔点Tm低，这种现象叫做过冷。金属实际结晶温度Tn与理论结晶温度Tm之差，称为过冷度，用△T表示。其大小取决于： 1）液态金属的本性，金属不同，△T也不同； 2）纯度越高，△T越大； 3）冷却速度越快，△T越大。但无论多慢也不能在Tm结晶。 2金属结晶的必要条件 2.1过冷是结晶的必要条件 由热力学规律可知，在等温等压条件下，物质系统总是自发地从自由能较高的状态向自由能较低的状态转变。如果液相的自由能比固相的自由能低，那么金属将自发地从固相转变为液相，即金属发生熔化。如果液相的自由能高于固相的自由能，那么液相将自发地转变为固相，即金属发生结晶，从而使系统的自由能降低，处于更为稳定的状态。结晶过程的驱动力：液相金属和固相金属的自由能之差，即体积自由能的下降就是促进这种转变的驱动力。而结晶的阻力就是其表面能。二者的大小与温度的关系如图2。 图2：液相和固相自由能随温度的变化 低值温度自由能：熵的物理意义是表征系统中原子排列混乱程度的参数。温度升髙，原子的活动能力提高，因而原子排列的混乱程度増加，即熵值增加，系统的自由能也就随着温度的升高而降低。 纯金属液，固两相自由能随温度变化规律：
1 铸造通用基础及工艺标准规范汇编 1.1 GBT 5611-1998 铸造术语 1.1.1 基本术语1.1.2 砂型铸造1.1.3 特种铸造1.1.4 造型材料1.1.5 铸件后处理1.1.6 铸件质量1.1.7 铸造工艺设计及工艺装备1.1.8 铸造合金及熔炼、浇注 1.2 GBT 5678-1985铸造合金光谱分析取样方法 1.3 GBT 60601-1997 表面粗糙度比较样块铸造表面 1.4 GBT 6414-1999 铸件尺寸公差与机械加工余量 1.5 GBT1 1351-1989 铸件重量公差 1.6 GBT 15056-1994 铸造表面粗糙度评定方法 1.7 JBT 2435-1978 铸造工艺符号及表示方法 1.8 JBT 40221-1999 合金铸造性能测定方法 1.9 JBT 40222-1999 合金铸造性能测定方法 1.10 JBT 5105-1991 铸件模样起模斜度 1.11 JBT5106-1991 铸件模样型芯头基本尺寸 1.12 JBT 6983-1993 铸件材料消耗工艺定额计算方法 1.13 JBT7528-1994 铸件质量评定方法 1.14 JBT 7699-1995 铸造用木制模样和芯盒技术条件 2 铸铁标准规范汇编 2.1 GBT 1348-1998 球墨铸铁件 2.2 GBT 3180-1982 中锰抗磨球墨铸铁件技术条件 2.3 GBT 5612-1985 铸铁牌号表示方法 2.4 GBT 5614-1985 铸铁件热处理状态的名称、定义和代号 2.5 GBT 6296-1986 灰铸铁冲击试验方法 2.6 GBT 7216-1987 灰铸铁金相 2.7 GBT 8263-1999 抗磨白口铸铁件 2.8 GBT 8491-1987 高硅耐蚀铸铁件 2.9 GBT 9437-1988 耐热铸铁件 2.10 GBT 9439-1988 灰铸铁件 2.11 GBT 9440-1988 可锻铸铁件 2.12 GBT 9441-1988 球墨铸铁金相检验 2.13 GBT 17445-1998 铸造磨球 2.14 JBT 2122-1977 铁素体可锻铸铁金相标准 2.15 JBT 3829-1999 蠕墨铸铁金相 2.16 JBT 4403-1999 蠕墨铸铁件 2.17 JBT 5000.4-1998 重型机械通用技术条件铸铁件 2.18 JBT 7945-1999 灰铸铁力学性能试验方法 2.19 JBT 9219-1999 球墨铸铁超声声速测定方法 2.20 JBT 9220.1-1999 铸造化铁炉酸性炉渣化学分析方法总则及—般规定 2.21 JBT 9220.2-1999 铸造化铁炉酸性炉渣化学分析方法高氯酸脱水重量法测定二氧化硅量 2.22 JBT 9220.3-1999 铸造化铁炉酸性炉渣化学分析方法重铬酸钾容量法测定氧化亚铁量 2.23 JBT 9220.4-1999 铸造化铁炉酸性炉渣化学分析方法亚砷酸钠—亚硝酸钠容量法测定—氧化锰量 2.24 JBT 9220.5-1999 铸造化铁炉酸性炉渣化学分析方法氟化钠—EDTA容量法测定三氧化二铝量 2.25 JBT 9220.6-1999 铸造化铁炉酸性炉渣化学分析方法 DDTC分离EGTA容量法测定氧化钙量 2.26 JBT 9220.7-1999 铸造化铁炉酸性炉渣化学分析方法高锰酸钾容量法测定氧化钙
SHANGHAI JIAO TONG UNIVERSITY 镁及镁合金的概述 读书报告 学生姓名: 学生学号: 专业:
(c) (d) (a) (b) 图1.1 镁的晶胞(a)原子位置(b)基面、晶面和[1210]晶带轴的主要晶面(c)[1100]晶带轴的主要晶面(d)主要晶向 镁及镁合金的概述 1. 绪论 20实际末，由于人们对节能、环保的共识和迫切需求，同时也由于镁的冶炼技术、表面保护技术的发展，世界各国对镁的开发和利用给予新的重视。镁属于轻金属，镁的密度约为铝的2/3，钢的密度的1/4。镁可以通过有效合金化制备合金，最轻的位Mg-Li 合金仅为0.95g/cm 3，可浮于水面。随着国际国内镁产品市场开发应用空间的增大，镁资源将发挥更重要的作用，镁可能会成为铜、铝后时代的第一接力棒。近年来，镁合金及其成型技术的研究应用已取得重要进展，镁合金的材料质量不断提高而生产成本得以下降，更能发挥其性能优势的在航空航天和其他高新技术领域有潜在的应用价值。迄今为止，主要的镁合金系有Mg-Al 系、Mg-Zn 系、Mg-Re 系合金，只要分成两大类铸造镁合金和变形镁合金。 2. 镁及镁合金的特性 2.1 纯镁的特性 镁的晶体结构和原子核外层的电子构造决定了镁具有特殊的物理化学性质和力学性能。镁单胞内沿主要晶面和晶轴方向的原子排布如图1.1所示。在标准大气压和室温下，镁的晶格常数分别为a=0.3202nm ，c=0.5199nm ，c/a=1.624。其中c/a 值非常接近由紧密堆积球体得到的理论比值 1.632，镁的这种物理结构对理解镁和镁合金的物理冶金非常重要。镁晶格常数a 和c 与温度的关系如图1.2所示。室温(293K)下镁的密度为 1.738g·cm -3，接近熔点(923K)时，固态镁的密度大约为 1.65g·cm -3，液态镁的密度约为 1.58g·cm -3。凝固结晶时，纯镁体积收缩率为4.2％。固态镁从923K 降温至293K 时，体积收缩率为5％左右。由于镁在铸造和凝固冷却时的收缩量大，从而会导致铸件中形成微孔，使铸件具有低韧性和高缺口敏感性。
一、名词解释 1、铸造：将液态金属浇注到与零件的形状相适应的铸型型腔中冷却后获得铸件的方法。 2、热应力：在凝固冷却过程中，不同部位由于不均衡的收缩而引起的应力。 3、收缩：铸件在液态、凝固态和固态的冷却过程中所发生的体积缩小的现象，合金的收缩 一般用体收缩率和线收缩率表示。 4、金属型铸造：用重力浇注将熔融金属注入金属铸型而获得铸件的方法。 5、流动性：熔融金属的流动能力，近于金属本身的化学成分、温度、杂质含量及物理性质 有关，是熔融金属本身固有的性质。 二、填空题 1、手工造型的主要特点是（适应性强）（设备简单）（生产准备时间短）和（成本低），在 （成批）和（大量）生产中采用机械造型。 2、常用的特种铸造方法有（熔模铸造）（金属型铸造）（压力铸造）（低压铸造）和（离心 铸造）。 3、铸件的凝固方式是按（凝固区域宽度大小）来划分的，有（逐层凝固）（中间凝固）和 （糊状凝固）三种凝固方式。纯金属和共晶成分的合金是按（逐层）方式凝固。 4、铸造合金在凝固过程中的收缩分三个阶段，其中（液态收缩和凝固收缩）是铸件产生缩 孔和缩松的根本原因，而（固态）收缩是铸件产生变形、裂纹的根本原因。 5、铸钢铸造性能差的原因主要是（熔点高，流动性差）和（收缩大）。 6、影响合金流动性的内因有（液态合金的化学成分），外因包括（液态合金的导热系数） 和（黏度和液态合金的温度）。 7、铸造生产的优点是（成形方便）（适应性强）和（成本低），缺点是（铸件力学性能较低） （铸件质量不够稳定）和（废品率高）。 三、是非题 1、铸造热应力最终的结论是薄壁或表层受拉。错 2、铸件的主要加工面和重要的工作面浇注时应朝上。错 3、冒口的作用是保证铸件的同时冷却。错 4、铸件上宽大的水平面浇注时应朝下。对 5、铸造生产特别适合于制造受力较大或受力复杂零件的毛坯。错 6、收缩较小的灰铸铁可以采用定向（顺序）凝固原则来减少或消除铸造内应力。错 7、相同的铸件在金属型铸造时，合金的浇注温度应比砂型浇注时低。错 8、压铸由于熔融金属是在高压下快速充型，合金的流动性很强。对 9、铸件的分型面应尽量使重要的加工面和加工基准面在同一砂箱内，以保证铸件精度。对 10、采用震击紧实法紧实砂型时，砂型下层的紧实度小于上层的紧实度。错 11、由于压力铸造具有质量好、效率高、效益好等优点，目前大量应用于黑色金属的 铸造。错 12、熔模铸造所得铸件的尺寸精度高，而表面光洁度较低。错 13、金属型铸造主要用于形状复杂的高熔点难切削加工合金铸件的生产。错 四、选择题 1、形状复杂的高熔点难切削合金精密铸件的铸造应采用（B） A 金属型铸造 B 熔模铸造 C 压力铸造 2、铸造时冒口的主要作用是（B） A 增加局部冷却速度 B 补偿热态金属，排气及集渣 C 提高流动性 3、下列易产生集中缩孔的合金成分是（C） A 0.77%C B 球墨铸铁 C 4.3%C
金属材料化学成分分析 GB/T 222 —2006 钢的成品化学成分允许偏差 GB/T 223.X 系列钢铁及合金X 含量的测定 GB/T 4336 —2002 碳素钢和中低合金钢火花源原子发射光谱分析方法(常规法) GB/T 4698.X 系列海绵钛、钛及钛合金化学分析方法X 量的测定 GB/T 5121.X 系列铜及铜合金化学分析方法第X 部分：X 含量的测定 GB/T 5678 —1985 铸造合金光谱分析取样方法 GBT 6987.X 系列铝及铝合金化学分析方法 GB/T 7999 —2007 铝及铝合金光电直读发射光谱分析方法 GB/T 11170 —2008 不锈钢多元素含量的测定火花放电原子发射光谱法(常规法) GB/T 11261 —2006 钢铁氧含量的测定脉冲加热惰气熔融- 红外线测定方法 GB/T 13748.X 系列镁及镁合金化学分析方法第X 部分X 含量测定 金属材料物理冶金试验方法 GB/T 224 —2008 钢的脱碳层深度测定法 GB/T 225 —2006 钢淬透性的末端淬火试验方法(Jominy 试验) GB/T 226 —2015 钢的低倍组织及缺陷酸蚀检验法 GB/T 227 —1991 工具钢淬透性试验方法 GB/T 1954 —2008 铬镍奥氏体不锈钢焊缝铁素体含量测量方法 GB/T 1979 —2001 结构钢低倍组织缺陷评级图 GB/T 1814 —1979 钢材断口检验法
GB/T 2971 —1982 碳素钢和低合金钢断口检验方法 GB/T 3246.1 —2012 变形铝及铝合金制品组织检验方法第 1 部分显微组织检验方法GB/T 3246.2 —2012 变形铝及铝合金制品组织检验方法第 2 部分低倍组织检验方法GB/T 3488 —1983 硬质合金显微组织的金相测定 GB/T 3489 —1983 硬质合金孔隙度和非化合碳的金相测定 GB/T 4236 —1984 钢的硫印检验方法 GB/T 4296 —2004 变形镁合金显微组织检验方法 GB/T 4297 —2004 变形镁合金低倍组织检验方法 GB/T 4334 —2008 金属和合金的腐蚀不锈钢晶间腐蚀试验方法 GBT 4335 —2013 低碳钢冷轧薄板铁素体晶粒度测定法 GB/T 4334.6 —2015 不锈钢5% 硫酸腐蚀试验方法 GB/T 4462 —1984 高速工具钢大块碳化物评级图 GB/T 5058 —1985 钢的等温转变曲线图的测定方法(磁性法) GB/T 5168 —2008 α- β钛合金高低倍组织检验方法 GB/T 5617 —2005 钢的感应淬火或火焰淬火后有效硬化层深度的测定 GB/T 8359 —1987 高速钢中碳化物相的定量分析X 射线衍射仪法 GB/T 8362 —1987 钢中残余奥氏体定量测定X 射线衍射仪法 GB/T 9450 —2005 钢件渗碳淬火硬化层深度的测定和校核 GB/T 9451 —2005 钢件薄表面总硬化层深度或有效硬化层深度的测定 GB/T 10561 —2005 钢中非金属夹杂物含量的测定标准评级图显微检验法
第二节常用的铸造方法 (五)离心铸造 离心铸造是将金属液浇入绕水平、倾斜或立轴旋转的铸型，在离心力的作用下凝固的铸造方法。铸件的轴线与旋转铸型的轴线重合。铸型可用金属型、砂型、陶瓷型、熔模壳型等。 1．离心铸造机 离心铸造机是离心铸造所用的设备，按其旋转轴空间位置的不同分为立式、卧式二种。立式离心铸造机的铸型是绕垂直轴旋转（图2-2-41a）,由于金属液的重力作用,铸件的内表面呈抛物线形,故铸件不易过高,它主要用于铸造高度小于直径的环类、套类及成形铸件。卧式离心铸造机的铸型是绕水平轴旋转（图2-2-41b），铸件的壁厚较均匀，主要用长度大于直径的管类、套类铸件。 图2-2-41 离心铸造示意图 图 2-2-9 离心铸造 2．离心铸造的特点和应用 与其它铸造方法相比，离心铸造的优点是： （1）优点 1）铸件组织致密，无缩孔、缩松、气孔、夹渣等缺陷，力学性能好。 2）铸造圆形中空铸件时，不用型芯和浇注系统，简化了工艺过程，降低了金属消耗。 3）提高了金属液的充型能力，改善了充型条件，可用于浇注流动性较差的合金及薄壁铸件。 4）可生产双金属铸件，如钢套内镶铜轴承等，其结合面牢固、耐磨，又可节约贵重金属材料。 5）离心铸造适应性较广，铸造合金的种类几乎不受限制。既合适于铸造中空件，又可以铸造
成形铸件。中空铸件的内径通常为8～3000mm；铸件长度可达8000mm；质量可由几克至十几吨。 但离心铸造不宜生产易偏析的合金（如铅青铜等），铸件内表面较粗糙，尺寸不易控制。 （2）应用 离心铸造主要用于生产各种管、套、环类铸件，如铸铁管、铜套、滑动轴承、缸套、双金属钢背铜套等铸件，也可用于生产齿轮、叶轮、涡轮等成形铸件。 （六）熔模铸造 熔模铸造是指在易熔（如蜡料）制成的模样上包覆若干层耐火涂料，待其干燥硬化后熔出模样而制成型壳，型壳经高温培烧后即可浇注的铸造方法。熔模铸造是精密铸造方法之一。 1．熔模铸造的工艺过程 熔模铸造的工艺过程如动画2-2-7所示。 （1）用钢或铜合金等加工制成用来制造压型的母模。 （2）制造压型压型是制造熔模的模具。压模尺寸精度和表面质量要求高，它决定了熔模和铸件的质量。批量大、精度高的铸件所用压型常用钢或铝合金加工制成，小批量生产可用易熔合金浇注而成。 （3）制造模样。模样的材料有石蜡、蜂蜡、硬脂酸和松香等，常用的为50%石蜡加50%硬脂酸。将其加热只熔融（糊状）状态后压入压型，凝固后取出得到蜡模组。当铸件较小时，常将单个蜡模粘焊在预制好的蜡质浇注系统上制成蜡模组。 动画2-2-7 熔模铸造工艺过程 （4）制造型壳。将蜡模组浸入涂料（石英粉加水玻璃粘结剂）中，取出后在其表面撒上一层石英砂，再放入硬化剂（氯化铵熔液）中进行化学硬化。如此反复涂挂4~9层，得到厚度约5~10mm 的坚硬型壳。然后将结壳后的蜡模组放入90~95℃的热水中，使蜡模熔化并从浇口流出得到中空的型壳。 （5）造型和培烧为加固型壳，防止型壳浇注时变形或破裂，可将其竖放在铁箱中，周围用干砂填紧，此过程称为造型。对于强度高的型壳可不必填砂。为进一步排除型壳内的水分、残留蜡料及其他杂质，提高其强度，还需将装好型壳的铁箱送入加热炉内在900~950℃培烧。 （6）浇注为提高金属液的充型能力，应在型壳培烧出炉后趁热（600~700℃）进行浇注。冷却凝固后清除型壳，便得到一组带有浇注系统的铸件。 2．熔模铸造的特点和应用 由于熔模铸造采用可熔化的一次模，无需起模，故型壳为一整体而无分型面，而且型壳是由耐火度高的材料制成，因此熔模铸造具有下列优点：。 （1）可生产形状复杂、轮廓清晰、薄壁铸件。其最小铸出孔的直径为0.5mm，最小壁厚为0.3mm。 （2）铸件精度高，表面质量好。铸件尺寸公差等级可达：钢铁材料CT7~CT5，铜合金等
最新铸造标准规范汇编 │目录.txt 7.39 KB ├─1铸造通用基础及工艺标准规范汇编 │1_1 GBT 5611-1998 铸造术语.pdf 2.05 MB │1_10 JBT 5105-1991 铸件模样起模斜度.pdf 459.19 KB │1_11 JBT5106-1991 铸件模样型芯头基本尺寸.pdf 1.03 MB │1_12 JBT 6983-1993 铸件材料消耗工艺定额计算方法.pdf 887.80 KB │1_13 JBT7528-1994 铸件质量评定方法.pdf 1.37 MB │1_14 JBT 7699-1995 铸造用木制模样和芯盒技术条件.pdf 813.12 KB │1_2 GBT 5678-1985铸造合金光谱分析取样方法.pdf 547.41 KB │1_3 GBT 60601-1997 表面粗糙度比较样块铸造表面.pdf 477.20 KB │1_4 GBT 6414-1999 铸件尺寸公差与机械加工余量.pdf 751.29 KB │1_5 GBT1 1351-1989 铸件重量公差.pdf 116.19 KB │1_6 GBT 15056-1994 铸造表面粗糙度评定方法.pdf 395.49 KB │1_7 JBT 2435-1978 铸造工艺符号及表示方法.pdf 1.26 MB │1_8 JBT 40221-1999 合金铸造性能测定方法.pdf 474.26 KB │1_9 JBT 40222-1999 合金铸造性能测定方法.pdf 630.48 KB ├─2铸铁标准规范汇编 (0 folders, 31 files, 20.70 MB, 20.70 MB in total.) │2_1 GBT 1348-1998 球墨铸铁件.pdf 764.01 KB │2_10 GBT 9439-1988 灰铸铁件.pdf 0.96 MB │2_11 GBT 9440-1988 可锻铸铁件.pdf 568.96 KB │2_12 GBT 9441-1988 球墨铸铁金相检验.pdf 1.49 MB │2_13 GBT 17445-1998 铸造磨球.pdf 698.91 KB │2_14 JBT 2122-1977 铁素体可锻铸铁金相标准.pdf 0.97 MB │2_15 JBT 3829-1999 蠕墨铸铁金相.pdf 1.21 MB │2_16 JBT 4403-1999 蠕墨铸铁件.pdf 820.70 KB │2_17 JBT 5000.4-1998 重型机械通用技术条件铸铁件.pdf 640.51 KB │2_18 JBT 7945-1999 灰铸铁力学性能试验方法.pdf 668.51 KB │2_19 JBT 9219-1999 球墨铸铁超声声速测定方法.pdf 544.11 KB │2_2 GBT 3180-1982 中锰抗磨球墨铸铁件技术条件.pdf 490.58 KB │2_20 JBT 9220.1-1999 铸造化铁炉酸性炉渣化学分析方法总则及—般规定.pdf 361.44 KB │2_21 JBT 9220.2-1999 铸造化铁炉酸性炉渣化学分析方法高氯酸脱水重量法测定二氧化硅量.pdf KB │2_22 JBT 9220.3-1999 铸造化铁炉酸性炉渣化学分析方法重铬酸钾容量法测定氧化亚铁量.pdf │2_23 JBT 9220.4-1999 铸造化铁炉酸性炉渣化学分析方法亚砷酸钠—亚硝酸钠容量法测定—氧化锰量.pdf 516.27 KB │2_24 JBT 9220.5-1999 铸造化铁炉酸性炉渣化学分析方法氟化钠—EDTA容量法测定三氧化二铝 量.pdf 437.86 KB │2_25 JBT 9220.6-1999 铸造化铁炉酸性炉渣化学分析方法 DDTC分离EGTA容量法测定氧化钙量.pdf KB │2_26 JBT 9220.7-1999 铸造化铁炉酸性炉渣化学分析方法高锰酸钾容量法测定氧化钙.pdf 61│2_27 JBT 9220.8-1999 铸造化铁炉酸性炉渣化学分析方法DDTC分离EDTA容量法测定氧化镁.pdf │2_28 JBT 9220.9-1999 铸造化铁炉酸性炉渣化学分析方法磷矾钼黄—甲基异丁基甲酮萃取光度法测定量.pdf 419.32 KB
铸件的凝固方式：逐层凝固，中间凝固，糊状凝固 合金的结晶温度范围越小，铸件断面的温度梯度越大，铸件越倾向于逐层凝固方式，也越容易铸造 一，合金的收缩分类及导致的缺陷、缩孔与缩松形成原因及防止 答：分类：1.液态收缩2.凝固收缩3.固态收缩。会导致如缩孔、缩松、变形、裂纹、残余应力等缺陷。形成原因：合金液在铸型内冷凝过程中，若其体积收缩得不到补充时，将在铸件最后凝固的部位形成孔洞，容积较大的孔洞叫缩孔，细小而分散的孔叫缩松。防止：1.合理选择铸造合金。2.合理选用凝固原则。铸件的凝固原则分为“顺序凝固”和“同时凝固”两种。实现顺序凝固的办法：1，在铸件的厚大部位安放冒口2.安放冷铁3.设置补贴 浇注位置的选择原则：1.铸件的重要加工面或质量要求高的面，尽可能置于铸件的下部或处于侧立位置2.大平面的浇注位置是将铸件的大平面朝下，以免在此面上出现气孔和夹砂等缺陷3.具有大面积薄壁的铸件，应将薄壁部分放在铸型的下部或处于侧立位置，以免产生浇不足和冷隔等缺陷 4.为防止铸件产生缩孔缺陷，应把铸件容易产生缩孔的厚大部位置于铸型的顶部和侧面 拔模斜度与结构斜度：为使模样（或型芯）易从铸型（或芯盒）中取出，在制造模样或芯盒时，凡平行于拔模方向上的壁，需给出一定的斜度，此斜度称为拔模斜度（拔模斜度）；铸件上凡垂直于分型面的不加工面都应有一定的倾斜度，即结构斜度。 浇注系统的分类：1.顶注式浇注系统：优点容易实现顺序凝固和进行补缩。缺点是金属液对铸型冲击大，容易产生飞溅，氧化和卷入空气。适于高度不大，形状简单，薄壁或中等壁厚的铸件。2.中注式浇注系统：其横浇道和内浇道均开设在分型面上，易于操作，便于控制金属夜的流量分布和铸型的热分布。3.底注式浇注系统：优点金属液的充型过程平稳，无飞溅，型腔中的气体易于排出，挡渣效果好，缺点是不能利用金属夜的自重进行补缩 压力铸造的特点：1.生产效率高，便于实现自动化2.获得铸件的尺寸精度高（11~13），表面粗糙度低（3.2~0.8），一些铸件无需机加工可直接使用3.可获得细晶粒组织的铸件，机械强度比砂型铸造高4.便于实在嵌铸 自由锻的基本工序：墩粗和拔长。墩粗是降低高度，增大横截面积。拔长是减小横截面积，增大长度 板料冲压的基本工序：分离工序和变形工序。变形工序：弯曲，拉深 冒口与冷铁：冒口：补给铸件凝固收缩时所需的金属，避免产生缩孔；冷铁：为增加铸件局部冷却速度，在砂型、砂芯表面或型腔内安放的金属激冷物。 焊接的特点：优点：1.接头牢靠，密封性好2.可化大为小，以小拼大3.可实现异种金属的连接4.重量轻，加工装配简单5.焊接结构不可拆卸。缺点：焊接应力变形大，接头容易产生裂纹，夹渣，气孔等缺陷 实现切削加工的三个条件：1.工件与刀具知己要有相对运动即切削运动2.刀具材料必须具有一定的切削能力3.刀具必须具有适当的几何参数即切削角度等 切削用量三要素：切削速度，进给量和背吃刀量 冲孔与落料：落料和冲孔是使坯料按封闭轮廓分离。这两个过程中坯料变形过程和模具结构相同，只是用途不同。落料是被分离的部分为所需要的工件，而留下的周边部分是废料；冲孔则相反。 一、自由锻工序（种类）及含义，典型零件的自由锻工序、反复镦粗拔长的目的。 答：工序有：拔长、墩粗、冲孔、弯曲、扭转、错移、切割。自由锻是金属在锤面与砧面之间受压变形的加工方法。典型工序：1.压肩2.拔长一端切去料头3.调头压肩4.拔长，倒棱，滚圆5.端部拔长切去料头6.全部滚圆并校直。目的：可以提高后续拔长工序的锻造比；同时使晶体更细小，力学性能更好。
第五章 液态金属的传热与凝固方式 1. 试分析铸件在金属型，砂型，保温型中凝固时的传热过程，并讨论在上述几种情况影响传热的限制性环节及温度场的特点。 答： （1）砂型： 2λ 远小于1λ ，铸件冷却缓慢断面上的温差很小，而铸型内表面被铸件加热到很高的温度，而外表面仍处于较低的温度。砂型本身的热物理性质是主要因素（限制环节）。 （2）金属型： a.铸件较厚，涂料较厚。 铸件的冷却和铸型的加热都不十分激烈，大部分温度降在中间层，而铸型和铸件上温度分布均匀。 传热过程主要取决于涂料层的热物理性质。 b.当涂料层很厚时，铸件的冷却和铸型的加热都很激烈，有明显的温度梯度界面热量很小，可忽略。 传热过程取决于铸件、铸型的热物理性质。 （3）保温型： 与砂型情况类似，只是铸型比铸件的冷却更缓慢，铸型界面处温度梯度较大，而外部温度低（接近金属型后涂料）。 2.试应用凝固动态曲线分析铸件的凝固特征，根据铸件的动态凝固曲线能否判断其停止流动的过程。 答： ①某一时刻的各区宽度，L 、L+S 、S 、L+S 宽度分别为，逐层、体积、中间凝固方式。 ②结壳早晚：
停止流动的过程： 两线重合或垂直距离小，流动管道中晶体长大阻塞而停止流动。 两线垂直距离大，液体中析出晶体较多，连成网络而阻塞。 两线垂直中等，管道壁有一部分柱状晶，中心有等轴晶，使剩余的液体停止流动。 3. 试证明铁在熔点浇入铝制容器中，铝型内表明不会熔化。 已知：铁液熔点t 10=1539℃ λ1=23.26()k m w ?，k kg J C ?=9211，3 1kg 6900m =ρ 铝液熔点660℃，λ2=23.26()k m w ?，k kg J C ?=9212，3 kg 6900m =ρ， t 20=20℃。 解：起始边界温度t F 2 120 2101b b t b t b t F ++= ()()c c t p c b p c b 00F 2222111166064.642k 64.9152 .174549.121572092732.1745427315399.121572.17459.12157<==+?++?= ====λλ 不会熔化。 4. 用契福利诺夫定律计算铸件的凝固时间，误差来源于几方面？半径相同的圆柱和球哪个误差大？大铸件与小铸件哪个误差大？金属型和砂型哪个误差大？ 契福利诺夫定律：22 K R =τ 答： ⑴误差来自： ①金属型和接触面是无限大的平面，铸件和铸型的壁厚都是半无限大的; ② 与金属液接触的铸型表面温度浇注后立即达到金属表面温度，且以后保持 结壳晚 结壳早 结壳正常