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材料加工原理之半固态铸造成形PPT(32张)

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金属工艺学 铸造成形PPT课件

金属工艺学 铸造成形PPT课件


变。开型不能过早。不能激冷 铸件。
在铸件表面上，全部或部分覆盖着
一层金属（或金属氧化物）与 减少砂粒间隙。适当降低金属的浇
8 粘砂
砂（或涂料）的混（化）合物
注温度。提高型砂、芯砂的耐
或一层烧结构的型砂，致使铸
火度。
件表面粗糙。
在铸件表面上，有一层金属瘤状物 严格控制型砂、芯砂性能。改善浇
9 夹砂
或片状物，在金属瘤片和铸件
金属工艺学适于做复杂外形特别是复杂内腔的毛坯对材料的适应性广铸件的大小几乎不受限制成本低原材料来源广泛价格低廉一般不需要昂贵的设备是某些塑性很差的材料如铸铁等制造其毛坯或零件的唯一成型工艺铸造成型金属工艺学工艺过程比较复杂一些工艺过程还难以控制液态成形零件内部组织的均匀性致密性一般较差液态成形零件易出现缩孔缩松气孔砂眼夹渣夹砂裂纹等缺陷产品质量不够稳定由于铸件内部晶粒粗大组织不均匀且常伴有缺陷其力学性能比同类材料的塑性成形低液态成型金属工艺学71铸造成形工艺基础711合金的流动性和充型能力液态合金的工艺性能表征为液态合金的铸造性能通常是指合金的流动性收缩性吸气性及偏析等性能合金铸造性能是选择铸造金属材料确定铸件的铸造工艺方案及进行铸件结构设计的依据金属工艺学充型能力的概念
第20页/共62页
铸件检验及铸件常见缺陷
序 缺陷名称
缺陷特征
预防措施
1
气孔
在铸件内部、表面或近于表面处，有大 小不等的光滑孔眼，形状有圆的、 长的及不规则的，有单个的，也有 聚集成片的。颜色有白色的或带一 层暗色，有时覆有一层氧化皮。
降低熔炼时流言蜚语金属的吸气量。减 少砂型在浇注过程中的发气量，改 进铸件结构，提高砂型和型芯的透 气性，使型内气体能顺利排出。
铸件检验及铸件常见缺陷
金属精密液态成形技术-第10章半固态铸造

金属精密液态成形技术-第10章半固态铸造


10.3半固态金属组织形成机理
10.3半固态金属组织形成机理
➢ 枝晶臂根部断裂机 ➢ 枝晶臂根部熔断机制 ➢ 枝晶臂弯曲机制
10.4半固态合金的力学行为
10.4半固态合金的力学行为
10.4.1半固态合金的流变性
（1）表观黏度的概念 流变性是指流体在流动变形过程中的力学性
质。 全液态合金属于牛顿流体，
CRP工艺示意图
射铸成形机
半固 态流 变压 铸过 程示 意图
10.6半固态金属触变变铸造
10.6 半固态金属触变铸造技术
10.6.1半固态触变压铸成形
半固态触变压铸成形工艺是将加热到一定温 度的半固态金属坯料送入压铸机的压射室，进 行压铸成形，并进行适当的保压。
半固态触变成形工作原理图
成形装备
电磁搅拌装置示意图
（3）喷射成形法
➢ 原理 利用惰性气体将金属熔体雾化, 这些极细小的 金属熔滴高速飞行，在尚未完全凝固前被喷射 到激冷沉积器上，快速凝固成组织非常细小的 具有一定几何形状的坯料。将该坯料重新加热 至金属的固液两相区，就可以进行触变成形。
➢ 特点 喷射成形工艺制备半固态坯料成本高，只适合 制备高级或难熔合金坯料和成形高级零件毛坯。
瑞士 BÜHLER 公司推出的触变压铸设备
意德拉半固态压铸机
10.6.2半固态触变射铸成形
原理 细小的镁合金颗粒通过料斗加入，在螺旋输
送器的作用下，镁屑一边被搅拌着向前移动， 一边被加热至半固态；半固态浆料在螺旋前段 储存到预定量时，和螺旋为一体的注射缸向前 移动，将半固态浆料高速射入模腔中，并在高 压下凝固成形。
流变挤压铸造工艺示意图
10.5.2 双螺旋机械搅拌式流变铸造工艺
供料机构能够保证向双螺旋机械搅拌机构提 供温度合适和数量合适的液态合金；液态合金 一旦进入搅拌系统，一边被双螺旋搅拌桶强烈 地搅拌，一边被快速冷却到预期的固相分数； 当半固态合金浆料到达输送阀时，初生固相已 经转变为球状颗粒，并均匀分布在低熔点的液 相中；当输送阀打开时，半固态合金浆料进入 压室，被压入模具型腔，并在模具中完全凝固；
铸造成形技术-铸造工艺设计PPT47页

铸造成形技术-铸造工艺设计PPT47页


39、没有不老的誓言，没有不变的承 诺，踏 上旅途 ，义无 反顾。 40、对时间的价值没有没有深切认再没有什么损失。——卡耐基 47、书到用时方恨少、事非经过不知难。——陆游 48、书籍把我们引入最美好的社会，使我们认识各个时代的伟大智者。——史美尔斯 49、熟读唐诗三百首，不会作诗也会吟。——孙洙 50、谁和我一样用功，谁就会和我一样成功。——莫扎特
铸造成形技术-铸造工艺设计
36、“不可能”这个字(法语是一个字 )，只 在愚人 的字典 中找得 到。--拿 破仑。 37、不要生气要争气，不要看破要突 破，不 要嫉妒 要欣赏 ，不要 托延要 积极， 不要心 动要行 动。 38、勤奋，机会，乐观是成功的三要 素。(注 意：传 统观念 认为勤 奋和机 会是成 功的要 素，但 是经过 统计学 和成功 人士的 分析得 出，乐 观是成 功的第 三要素 。
第二三篇铸造成形和金属塑性成形(共53张PPT)

第二三篇铸造成形和金属塑性成形(共53张PPT)

脱壳和清理 2、熔模铸造的特点 〔1〕铸件形状复杂精度高。〔尺寸精度达IT11~IT14，外表 粗糙度Ra12.5~1.6μm，最小壁厚为0.3mm，最小孔径为
0.5mm. 〔2〕铸造合金不受限制， 〔3〕铸件生产批量不受限制
〔4〕工序繁杂，生产周期长、本钱较高；
二、金属型铸造〔铸型用金属制成〕 种类—垂直分型式、水平分型式、复合分型式 金属型铸造的工艺过程
胀砂—在金属液的压力作用下铸件局部胀大
变形—铸造应力大于屈服强度。
预防：反变形量 ，加大加工余量
裂纹—铸造应力大于强度极限。
热裂：高温下产生热裂。裂纹短、缝隙宽、形状曲折、氧化 色。
冷裂：在较低温度下形成的裂纹。裂纹细小、呈直线状、 裂缝内呈蓝色。大而薄的铸件容易产生冷裂 防止裂纹：减小铸造应力、如铸件壁厚要均匀；增加型砂的退 让性；降低合金的脆性控制硫、磷量 。
外表喷刷涂料 →预热金属型→浇注 →开型 金属型铸造的优缺点及应用
1、有较高的尺寸精度〔IT12~IT16〕
2、铸件冷却速度快，晶粒较细，
3、可实现一型多铸，劳动生产率高。
4、金属型制造本钱高 ，不适宜熔点高、形状复杂和薄壁铸件；铸铁 件外表易产生白口
应用：大批量生产的铜合金、铝合金铸件，活塞、连杆、汽缸盖 等。
织致密；④铸件合格率高，节省金属；⑤设备投资少，劳动条件好。 用途：发动机缸体、缸盖、活塞、叶轮等。
五、离心铸造— 液体金属在离心力作用下充填铸型并凝固成形的一种铸 造方法 。
铸型转速在250~1500r/min 特点： ①铸中空铸件不用型芯； ②提高金属充型能力 ； ③补缩条件 好 ； ④无浇注系统和冒口，节约金属 。 用途：铸铁管、汽缸套、铜套、双金属轴承、无缝管坯、造纸机滚 筒等 铸件 。
铸造成形PPT课件

铸造成形PPT课件

4）铸件结构 铸件结构越复杂，铸件壁厚越薄，流动阻 力越大。
12
LOGO
2.1.2. 合金的收缩
1、合金的收缩及影响因素
1）收缩的概念 ——合金在浇注、凝固和冷却过程中，其 体积和尺寸减少的现象。
收缩将使铸件产生缩孔，缩松、裂纹、变 形、残余内应力……。
13
LOGO 合金收缩的三个阶段： a）液态收缩：从浇注温度到开始凝固温
（2）大平面朝下：同上原因。 图2-22 （3）大面积的薄壁部分置于下面。图2-23 （4）厚大部分朝上或置于侧面：便于安放 冒口补缩。 图2-24
32
LOGO
2.3.2 铸型分型面的选择
铸型分型面——各箱之间的界面。应考虑 以下原则：
（1）铸件的大部或全部置于同一箱内：易 保证尺寸精度。 图2-25
常见合金：黄铜、铸铁的流动性最好，铸
钢较差。
8
LOGO 2. 影响合金流动性的因素
1）化学成分 2）浇注条件：
（1）浇注温度; （2）充型压力; （3）浇注系统。 3）铸型条件 4）铸件结构
9
LOGO
1） 化学成分： 纯金属、共晶成分合金的流动性最好。如 图所示。因为他们的结晶在恒温下进行，液态 合金从表层向中心逐层凝固，固液界面光滑， 对尚未凝固的液态合金的流动阻力较小。 其它成分合金的结 晶在一定温度范围内进 行，结晶区为液态金属 与初生树枝状晶体并存 的两相区，合金的流动 阻力大，流动性差。
LOGO
2.1 概述
2.2 铸造工艺基础 2.3 砂型铸造
2.4 砂型铸造的结构工艺性 2.5 特种铸造
1
概述 LOGO
1.铸造——将金属材料加热到液态，浇注 到具有与零件形状、尺寸相适应的铸型型腔内 ，待其冷却凝固后，得到所需零件或毛坯的方 法。
材料成型工艺基础——铸造 ppt课件

材料成型工艺基础——铸造 ppt课件


ppt课件
18
ppt课件
19
2.机械应力（收缩应力）
上型
铸件的收缩受到铸型、型
芯、浇注系统的机械阻碍而
形成的内应力。
下型
退让性：铸件冷却收缩时铸型（型芯）可以稍微压缩的性能。
ppt课件
20
3. 铸件的变形与防止
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21
防止变形的方法：
1）使铸件壁厚尽可能均匀或形状对称； 2）采用同时凝固的原则； 3）采用反变形法。 对某些重要的、精密的铸件必须采取去应力退火（人工时效、 热时效）或自然时效等方法，消除残余内应力；必要时可在 粗加工后进行去应力退火或人工时效，再进行精加工。
2.在生产中，为什么要选择共晶成分、近共晶 成分或凝固温度范围小的合金作为铸造合金？
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10.2 砂型铸造
一、砂型铸造的生产过程
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二、砂型铸造工艺过程
1.造型 1) 手工造型 2) 机器造型
3) 造芯 4) 涂料 5) 开设浇注系统 6) 合型 2.熔炼与浇注 3.落砂与清理
ppt课件
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ppt课件
23
4. 铸件的裂纹与防止 (1) 热裂 热裂的特征是：裂纹短、缝隙宽、形状曲折、断面有严 重氧化、无金属光泽、裂纹沿晶界产生和发展等。
热裂的防止： 1) 应尽量选择凝固温度范围小、热裂倾向小的合金。 2) 应提高铸型和型芯的退让性，以减小机械应力。 3) 对于铸钢件和铸铁件，严格控制硫的含量，防止热脆性。
铸造缺点：组织晶粒粗大，实体内部常有气孔、缩孔、缩 松、砂眼，力学性能不如锻件；生产工序多，废品率高； 工作环境差，劳动强度大。
ppt课件
2
10.1 铸造成形理论基础
半固态成形技术(1)

半固态成形技术(1)

D2、HS6-5-2高速工具钢、100Cr6钢、60Si2Mn弹簧钢、 AISI304不锈钢、C80工具钢、铸铁等
.
13
高熔点黑色金属半固态加工进展缓慢
• 选择的材料液固线温度区间较小； • 高温半固态浆料难以连续稳定地制备； • 熔体的温度、固相的比率和分布难以准确控制； • 浆料在高温下输送和保温困难； • 成形温度高，工具材料的高温性能难以保证等。
SSM
铸态
110
220
14
60
SSM
T4
130
250
20
70
SSM
T5
180
255
5~10
80
A356
SSM
T6
240
320
12
105
(Al7Si0.3Mg)
PM
T6
186
262
5
80
PM
T51
138
186
2
——
CDF
T6
280
340
9
——
注：SSM为半固态加工；PM为金属型铸造；CDF为闭模锻造
.
19
几种铸造方法铸件性能比较
.
20
3、金属半固态的制备方法
金属半固态浆料或坯料的制备是半固态成形加工的基础，目前半固态浆 料或坯料的制备方法很多，常用的方法是有电磁搅拌法和机械搅拌法。
(1) 电磁搅拌法 电磁搅拌法是利用感应线圈产生的平行于或者垂直于铸型方向的强磁场
对处于液-固相线之间的金属液形成强烈的搅拌作用，产生剧烈的流动， 使金属凝固析出的枝晶充分破碎并球化，进行半固态浆料或坯料的制备。
③ 随着温度的继续下降，最终使得这种蔷薇形结构演化成更简单的球 形结构，演化过程如图8所示。
yh第四章半固态成型.

yh第四章半固态成型.


二、半固态下合金的流动性能
非枝晶的形成与演化
图7 Al-20Cu合金未搅拌和机械搅拌(流变铸造)状态的凝固组织
液体金属在凝固过程中搅拌且激冷，其结晶造成固体颗粒的 初始形貌呈树枝状，然后在剪切力作用下，枝晶会破碎，形成小 的球形晶，图 7 未常规铸造和半固态铸造的组织对比，可见利用 流变铸造方法生产的半固态金属具有独特的非枝晶、近似球形的 显微结构。
Thixomolding工艺简图
Thixomolding成形件的特点： ① 表面质量和内部质量改善； ② 成形件尺寸精度提高； ③ 力学性能提高； ④ 耐蚀性提高； ⑤ 可精密成形薄壁件
三种镁合金采用Thixomolding和模铸成形件的力学性能比较 材料 AZ91D AM60B ZM50A 成形方法 Thixomolding 模 模 模 铸 铸 铸 屈服强度/MPa 180 160 抗拉强度/MPa 299 230 伸长率/% 10 3
• 1960年美国加州理工学院的 P Duwez等采用一种
独特的熔体急冷技术，第一次使液态合金在大于
10 7 K/s 的冷却速度下凝固。他们的发现，在世界
的物理冶金和材料学工作者面前展开了一个新的
广阔的研究领域。在快速凝固条件下，凝固过程
的一些传输现象可能被抑制，凝固偏离平衡。经
典凝固理论中的许多平衡条件的假设不再适应，
法和应变激活工艺。
连续式机械搅拌
间歇式机械搅拌
(1) 电磁搅拌法
电磁搅拌法是利用感应线圈产生的平行于或者垂直于铸型方向
的强磁场对处于液-固相线之间的金属液形成强烈的搅拌作用，产
生剧烈的流动，使金属凝固析出的枝晶充分破碎并球化，进行半 固态浆料或坯料的制备。
优点：不污染金属液，金属浆料纯净，不卷入气体，可以 连续生产流变浆料或连续铸锭坯，产量可以很大。
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半固态铸造成形
铸造
• 砂型铸造、金属型铸造、熔模铸造、消失 模铸造、石膏型铸造等
• 重力铸造、低压铸造、挤压铸造
利用凝固结晶过程来控制组织的变化
金属液温度在液相线以上进行成形
铸造、 液态模锻
半固态成形
锻造、 挤压
• 20世纪70年代初，美国麻省理工学院Flemings 与Spencer等人发现了金属凝固过程中的特殊力 学行为，根据强力搅拌半凝固金属所呈现的流变 学性质．成功用搅拌方法制备出了半固态金属并 进行了铸造成形，称之为流变铸造 (Rheocasting)。
5、世上最美好的事是：我已经长大，父母还未老;我有能力报答，父母仍然健康。
•
6、没什么可怕的，大家都一样，在试探中不断前行。
•
7、时间就像一张网，你撒在哪里，你的收获就在哪里。纽扣第一颗就扣错了，可你扣到最后一颗才发现。有些事一开始就是错的，可只有到最后才不得不承认。
•
8、世上的事，只要肯用心去学，没有一件是太晚的。要始终保持敬畏之心，对阳光，对美，对痛楚。
• 凝固时间短，有利于提高生产效率。
• 主要缺点： 半固态成形技术对金属的合金成分有一定适用
范围。需具有足够大的半固态区间，并且固相率 随温度变化比较缓慢，以便于监控半固态合金的 固相率，从而实现对半固态材料制备与成形过程 的控制。
液一固相线区间范围小的合金不适合。 如纯金属、共晶合金
•
1、有时候，我们活得累，并非生活过于刻薄，而是我们太容易被外界的氛围所感染，被他人的情绪所左右。
设备投资大，工艺较复杂，成本高。
电磁搅拌示意图
3、应力诱发熔化激活工艺：S.I.M.A.(Strain Induced Metl Activated) 常铸锭经过20%左右的预形变，然后加热至 半固态。
加热过程组织变化：
首先发生再结晶，然后部分熔化，使固相晶粒分散 在液相基体中，得到半固态金属成型所需的原材 料。
普通铸造 （T6）
310
半固态压铸 （T6）
337
提高量
27MPa
屈服强度(MPa)
248 提高量 20MPa
26812
半固态成形技术应用
• 1978年，美国Alumax公司建成了世界上第一条 汽车零部件的触变生产线。
• 1988－1998年间，生产的铝合金汽缸，用于 Volve、BMW 、Audi等汽车
生产效率低、固相分数30%－60%、 搅拌棒会造成熔融金属的污染。
间歇式 连续式
2、电磁搅拌法： 利用旋转电磁场在金属液中产生感应电流，
感应电流产生的洛伦兹力驱动金属液运动，从而 达到对金属液搅拌的目的。 两种产生旋转磁场的方法： 一种是在感应圈内通交流电的方法 另一种是旋转永磁体法，通过改变永磁体的排列 方式，可使金属液产生明显的三维流动，从而提 高了搅动效果。 缺点：
下直接送往成形设备进行成形加工，通常称为半固态金属 的流变成形(Rheoforming) 触变成形是将半固态金属浆料进一步凝固成坯料后，再按 需要将坯料分切成一定大小，把这种切分的半固态坯料重 新加热到半固态温度，然后将半固态坯料送往成形设备进 行成形加工 (Thixoforming)
高温合金半固态组织
特点：
对制备较高熔点的非枝晶组织合金具有其独特 的优越性，如不锈钢，铜合金。
增加了一道预变形工序，成本提高，锭坯尺寸 受限制。
• 4、等温处理
组织变化：
枝晶 短枝晶
枝晶碎块
颗粒
颗粒长大
均匀化
还有什么其它方法？
• 晶粒细化 • 超声波细化
半固态成形工艺
主要有两种：流变成形和触变成形 流变成形是将获得的半固态金属浆料在保持其半固态温度
•
13、时间，抓住了就是黄金，虚度了就是流水。理想，努力了才叫梦想，放弃了那只是妄想。努力，虽然未必会收获，但放弃，就一定一无所获。
• 为Ford汽车公司生产的1500万件铝合金压缩机活 塞，成品率几乎为100％。
• 此外，应用于铝合金轮毂
生产效率与经济性
半固态主要特点
• 凡具有固液两相区的合金均可实现半固态加工。 可适用于铸造、挤压、锻压、焊接多种加工工艺。
• 充型平稳，无湍流和喷溅，加工温度低，凝固收 缩小。
• 铸件尺寸精度高，成形尺寸与成品零件几乎相同， 极大减少了机械加工量。
半固态成形定义？
利用金属从固态向液态或从液态向固态两相转变过 程中的半固态区的金属具有良好的流变特性而进行的金 属成形。
通过金属液搅拌产生的流变性与搅熔性来控制铸件的质量。
• 流变性：搅拌过程中，固相分数增加使金属浆料的粘性提 高，但仍能保持流动的特性。
• 搅熔性：流变成型的锭坯在加热到一定程度后，其粘度随
•
2、身材不好就去锻炼，没钱就努力去赚。别把窘境迁怒于别人，唯一可以抱怨的，只是不够努力的自己。
•
3、大概是没有了当初那种毫无顾虑的勇气，才变成现在所谓成熟稳重的样子。
•
4、世界上只有想不通的人，没有走不通的路。将帅的坚强意志，就像城市主要街道汇集点上的方尖碑一样，在军事艺术中占有十分突出的地位。
•
着剪切速率的增加而降低的特性。
非常小的流动阻力和良好的成形性能。
技术核心： 固－液混合浆料获得非枝晶组织，固
相必须球化和细化，
近球形晶或等轴晶
枝晶
球形晶或 等轴晶
工艺如何实现？
半固态金属坯料制备方式
1、机械搅拌法： 是最早用于制备非枝晶组织金属的方法。
一种是由两个同心带齿的圆筒组成，内筒保持静 止，外筒旋转；另一种是在熔融的金属中利用搅 拌棒进行搅动。 存在问题：
a 铜合金 b 不锈钢 c 低合金钢
铝合金 铝基复合材料
SIMA加工过程组织变化
a 原始组织 b 挤压预变形后 C 挤压预变形后再加热 至半固态
ZL101A合金不同成型方式显微组织对比
半固态铸造
重力铸造
液态成形
半固态成形
ZL101A合金力学性能对比
合金 ZL101A
状态 抗拉强度（MPa）
•
9、别再去抱怨身边人善变，多懂一些道理，明白一些事理，毕竟每个人都是越活越现实。
•
10、山有封顶，还有彼岸，慢慢长途，终有回转，余味苦涩，终有回甘。
•
11、人生就像是一个马尔可夫链，你的未来取决于你当下正在做的事，而无关于过去做完的事。
•
12、女人，要么有美貌，要么有智慧，如果两者你都不占绝对优势，那你就选择善良。