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轴承知识: 铸造工艺基础

时间:2019-10-27 10:01   作者:速优轴承 点击:

 铸造工艺基础

§1 液态合金的充型

充型: 液态合金填充铸型的过程。角接触球轴承高速精密角接触球轴承,主要用于载荷较轻的高速旋转场合,要求轴承高精度、高转速、低温升低振动和一定的使用寿命。常作高速电主轴的支承件成对安装使用,是内表面磨床高速电主轴的关键配套件。机床轴承零件在消费历程中,要经过许多道冷、热加工工序,为了满意少量量、高效力、高质量的请求,轴承钢应具备良好的加工性能。例如,冷、热成型性能,切削加工性能,淬透性等。

充型能力: 液态合金充满铸型型腔,获得形状完整,轮廓清晰的铸件的能力

充型能力不足:易产生: 浇不足: 不能得到完整的零件。

冷隔:没完整融合缝隙或凹坑, 机械性能下降。

            一 合金的流动性

   液态金属本身的流动性----合金流动性

     1 流动性对铸件质量影响

1)    流动性好,易于浇出轮廓清晰,薄而复杂的铸件。

2)    流动性好,有利于液态金属中的非金属夹杂物和气体上浮,排除。

3)    流动性好,易于对液态金属在凝固中产生的收缩进行补缩。

     2 测定流动性的方法:

  以螺旋形试件的长度来测定: 如 灰口铁:浇铸温度1300℃ 试件长1800mm。

铸钢:           1600℃        100mm

     3 影响流动性的因素

  主要是化学成分:

1)    纯金属流动性好:一定温度下结晶,凝固层表面平滑,对液流阻力小

2)    共晶成分流动性好:恒温凝固,固体层表面光滑,且熔点低,过热度大。

3)     非共晶成分流动性差: 结晶在一定温度范围内进行,初生数枝状晶阻碍液流

                     二 浇注条件

    1 浇注温度: t↑ 合金粘度下降,过热度高。 合金在铸件中保持流动的时间长,

∴  t↑ 提高充型能力。 但过高,易产生缩孔,粘砂,气孔等,故不宜过高

    2 充型压力: 液态合金在流动方向上所受的压力↑ 充型能力↑

如 砂形铸造---直浇道,静压力。 压力铸造,离心铸造等充型压力高。

                     三 铸型条件

  1 铸型结构: 若不合理,如壁厚小, 直浇口低, 浇口小等  充↓

  2 铸型导热能力: 导热↑ 金属降温快,充↓  如金属型

  3 铸型温度: t↑ 充↑   如金属型预热

  4 铸型中气体: 排气能力↑ 充↑ 减少气体来源,提高透气性, 少量气体在铸型与金属液之间形成一层气膜,减少流动阻力,有利于充型。

§2 铸件的凝固和收缩

 

1

2

3

        铸件的凝固过程如果没有合理的控制,铸件易产生缩孔,缩松

               一 铸件的凝固

       1 凝固方式:

  铸件凝固过程中,其断面上一般分为三个区: 1—固相区 2—凝固区 3—液相区

对凝固区影响较大的是凝固区的宽窄,依此划分凝固方式。

1)     逐层凝固:

纯金属,共晶成分合金在凝固过程中没有凝固区,断面液,固两相由一条界限清楚分开,随温度下降,固相层不断增加,液相层不断减少,直达中心。

2)     糊状凝固

合金结晶温度范围很宽,在凝固某段时间内,铸件表面不存在固体层,凝固区贯穿整个断面,先糊状,后固化。故---

3)     中间凝固

大多数合金的凝固介于逐层凝固和糊状凝固之间。

        2 影响铸件凝固方式的因素

1)    合金的结晶温度范围

范围小: 凝固区窄,愈倾向于逐层凝固

如: 砂型铸造, 低碳钢 逐层凝固, 高碳钢 糊状凝固

2)    铸件的温度梯度

合金结晶温度范围一定时,凝固区宽度取决于铸件内外层的温度梯度。

温度梯度愈小,凝固区愈宽。(内外温差大,冷却快,凝固区窄)

                  二 合金的收缩

   液态合金从浇注温度至凝固冷却到室温的过程中,体积和尺寸减少的现象---。是铸件许多缺陷(缩孔,缩松,裂纹,变形,残余应力)产生的基本原因。

       1 收缩的几个阶段

1)    液态收缩: 从金属液浇入铸型到开始凝固之前。 液态收缩减少的体积与浇注温度质开始凝固的温度的温差成正比。

2)    凝固收缩: 从凝固开始到凝固完毕。 同一类合金,凝固温度范围大者,凝固体积收缩率大。如: 35钢,体积收缩率3。0%, 45钢 4。3%

3)     固态收缩: 凝固以后到常温。  固态收缩影响铸件尺寸,故用线收缩表示。

        2 影响收缩的因素

1)     化学成分: 铸铁中促进石墨形成的元素增加,收缩减少。 如: 灰口铁 C, Si↑,收↓,S↑ 收↑。因石墨比容大,体积膨胀,抵销部分凝固收缩。

pc蛋蛋玩法有什么技巧2)    浇注温度: 温度↑ 液态收缩↑

3)    铸件结构与铸型条件

铸件在铸型中收缩会受铸型和型芯的阻碍。实际收缩小于自由收缩。∴ 铸型要有好的退让性。

        3 缩孔形成

在铸件最后凝固的地方出现一些空洞,集中—缩孔。 纯金属,共晶成分易产生缩孔

*产生缩孔的基本原因: 铸件在凝固冷却期间,金属的液态及凝固受缩之和远远大于固态收缩。

         4 影响缩孔容积的因素(补充)

pc蛋蛋玩法有什么技巧1)    液态收缩,凝固收缩 ↑ 缩孔容积↑

2)    凝固期间,固态收缩↑,缩孔容积↓

3)    浇注速度↓  缩孔容积↓

4)    浇注速度↑  液态收缩↑ 易产生缩孔

         5 缩松的形成

  由于铸件最后凝固区域的收缩未能得到补足,或者,因合金呈糊状凝固,被树枝状晶体分隔开的小液体区难以得到补缩所至。

1)    宏观缩松

肉眼可见,往往出现在缩孔附近,或铸件截面的中心。非共晶成分,结晶范围愈宽,愈易形成缩松。

2)    微观缩松

凝固过程中,晶粒之间形成微小孔洞---

凝固区,先形成的枝晶把金属液分割成许多微小孤立部分,冷凝时收缩,形成晶间微小孔洞。  凝固区愈宽,愈易形成微观缩松,对铸件危害不大,故不列为缺陷,但对气密性,机械性能等要求较高的铸件,则必须设法减少。(先凝固的收缩比后凝固的小,因后凝固的有液,凝,固三个收缩,先凝固的有凝,固二个收缩区----这也是形成微观缩松的基本原因。与缩孔形成基本原因类似)

         6 缩孔,缩松的防止办法

pc蛋蛋玩法有什么技巧  基本原则: 制定合理工艺—补缩, 缩松转化成缩孔。

 顺序凝固: 冒口—补缩

pc蛋蛋玩法有什么技巧 同时凝固: 冷铁—厚处。 减小热应力,但心部缩松,故用于收缩小的合金。

l             安置冒口,实行顺序凝固,可有效的防止缩孔,但冒口浪费金属,浪费工时,是铸件成本增加。而且,铸件内应力加大,易于产生变形和裂纹。∴主要用于凝固收缩大,结晶间隔小的合金。

pc蛋蛋玩法有什么技巧l             非共晶成分合金,先结晶树枝晶,阻碍金属流动,冒口作用甚小。

l             对于结晶温度范围甚宽的合金,由于倾向于糊状凝固,结晶开始之后,发达的树枝状骨状布满整个截面,使冒口补缩道路受阻,因而难避免显微缩松的产生。显然,选用近共晶成分和结晶范围较窄的合金生产铸件是适宜的。

§3 铸造内应力,变形和裂纹

  凝固之后的继续冷却过程中,其固态收缩若受到阻碍,铸件内部就发生内应力,内应力是铸件产生变形和裂纹的基本原因。(有时相变膨胀受阻,负收缩)

                    一 内应力形成

        1 热应力: 铸件厚度不均,冷速不同,收缩不一致产生。

  塑性状态: 金属在高于再结晶温度以上的固态冷却阶段,受力变形,产生加工硬化,同时发生的再结晶降硬化抵消,内应力自行消失。(简单说,处于屈服状态,受力—变形无应力)

pc蛋蛋玩法有什么技巧  弹性状态: 低于再结晶温度,外力作用下,金属发生弹性变形,变形后应力继续存在。

举例: a) 凝固开始,粗 细处都为塑性状态,无内应力

∵两杆冷速不同,细杆快,收缩大,∵受粗杆限制,

不能自由收缩,相对被拉长,粗杆相对被压缩,结果

两杆等量收缩。

b) 细杆冷速大,先进如弹性阶段,而粗杆仍为塑性阶段,随细杆收缩发生塑性收缩,无应力。

c) 细杆收缩先停止,粗杆继续收缩,压迫细杆,而细杆又阻止粗杆的收缩,至室温, 粗杆受拉应力(+),(-)

  由此可见,各部分的温差越大,热应力也越大,冷却较慢的部分形成拉应力,冷却较快的部分形成压应力。

预防方法: 1 壁厚均匀 2 同时凝固—薄处设浇口,厚处放冷铁

优点: 省冒口,省工,省料

缺点: 心部易出现缩孔或缩松,应用于灰铁锡青铜,因灰铁缩孔、缩松倾向小,锡青铜糊状凝固,用顺序凝固也难以有效地消除其显微缩松。

         2 机械应力

合金的线收缩受到铸型或型芯机械阻碍而形成的内应力。

机械应力是暂时的,落砂后,就自行消失。*机械应力与热应力共同作用,可能使某些部位增加了裂纹倾向。

预防方法: 提高铸型和型芯的退让性。

         3 相变应力

  冷却过程中,固态相变时,体积会发生变化。如A—P, A—P体积会增大,Fe3C—石墨,体积↑。  若体积变化受阻。则产生内应力---

铁碳合金三种应力在铸件不同部位情况如下表:

铸件部位

 

热应力

相变应力

机械应力

共析转变

石墨化

落砂前

落砂后

薄或外层

-

    +

  +

+

  0

厚或内层

+

    -

  -

  +

  0

pc蛋蛋玩法有什么技巧前面讲过预防应力方法,若产生应力,还可通过自然时效和人工时效的方法消除应力。

               二 变形与防止

 铸件通过自由变形来松弛内应力,自发过程。铸件厂发生不同程度的变形。

举例: 平板铸件

pc蛋蛋玩法有什么技巧∵ 平板中心散热慢,受拉力。平板下部冷却慢。

pc蛋蛋玩法有什么技巧∴ 发生如图所示变形

  防止方法: 1壁厚均匀,形状对称,同时凝固。 2 反变形法(长件,易变形件)

残余应力:  自然时效,  人工时效---低温退火  550—650℃

               三 铸件的裂纹与防止

pc蛋蛋玩法有什么技巧  铸件内应力超过强度极限时,铸件便发生裂纹。

   1 热裂纹: 高温下形成裂纹

   特征: 裂纹短,缝宽,形状曲折。缝内呈氧化色,无金属光泽,裂缝沿晶粒边界通过,多发生在应力集中或凝固处。  灰铁,球铁热裂少,铸钢,铸铝,白口铁大。

   原因: 1  凝固末期,合金呈完整骨架+液体,强,塑↓

pc蛋蛋玩法有什么技巧         2   含S—热脆   3  退让性不好

预防:  设计结构合理,  改善退让性,   控制含S量

pc蛋蛋玩法有什么技巧    2 冷裂纹:  低温下裂纹

  特征: 裂纹细,连续直线状或圆滑曲线,裂口表面干静,具有金属光泽,有时里轻微氧化色

  原因: 复杂大工件受拉应力部位和应力集中处易发生; 材料塑性差; 

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