又同老的核心一起长大，直至凝固
结束。
液态成型原理及工艺
3、形核方式：
均质形核
依靠液态金属(合 金)内部自身的结
构自发地形核
异质形核
依靠外来夹杂 所提供的异质 界面非自发地
形核液态成型原理及工艺
4、纯金属晶体长大：
形成稳定的晶核后，液相中的
原子不断地向固相核心堆积，
使固－液界面不断地向液相中
推移，导致液态金属(合金)的
液态成型原理及工艺
1-1液态金属理论基础
一、 液
态
金
属
固态
的
结
从固态金属的熔化过 程看出，在熔点附近 或过热度不大的液态 金属中仍然存在许多 的固态晶粒，其结构 接近固态而远离气态.
构
液态
液态成型原理及工艺
1、纯金属的液态结构：
纯 金
原子集团由数
原子集团
量不等的原子 组成，其大小
属
为10-l0m数量
液态金属凝固的驱动 力是由过冷度提供的
图1-1 液态成型原理及工艺
2、液态金属(合金)凝固过程
在相变驱动力∆T的作用下，液态金
属开始凝固。凝固过程不是在一瞬
间完成的。首先产生结晶核心，然
后是核心的长大直至相互接触为止。
但生核和核心长大不是截然分开的，
而是同时进行的，即在晶核长大的
同时又会产生新的核心。新的核心
液 液态成型件在机械产品中占有重 态 要比例：
成 在机床、内燃机、重型机器中铸 型 件约占70％-90％；在风机、压
的 缩机中占60％-80％；在拖拉机
重 中占50％-70％；在农业机械中
要 占40％-70％；汽车中占20％-30
性 ％。
液态成型原理及工艺
液 态 成 型 的 优 点：
(1) 适应性广，工艺灵活性大
图1-2
液态成型原理及工艺
其它成分合金，其结晶是在一定温 度区间内完成的，在结晶区间中， 既有形状复杂的枝晶，又有液体。 由于初生枝晶使结晶固体层内表面 粗糙，枝晶不仅阻碍液体流动，还 使液体金属的冷却速度加快，所以 合金的流动性变差。如图1-2b。
液态成型原理及工艺
铸铁的凝固温度范围虽比铸钢的宽， 但流动性却比铸钢的好。这是由于 铸钢的熔点高，钢液的过热度比铸 铁的小，保持液态流动的时间短。 另外，由于钢液的温度高，在铸型 中的散热速度快，很快析出一定数 量的枝晶，使钢液失去流动能力。 同时，液态金属的粘度愈高，金属 液的流动性愈差。
液态成型原理及工艺
绪 论 复习题
1、什么是液态成型？优缺点有哪些？
液态成型原理及工艺
第一章液态成型工艺基础理论
1-1液态金属理论基础
本 1-2液态金属的充型能力与流动性 章 1-3液态金属的凝固方式与收缩 内 1-4液态成形内应力、变形与裂纹 容 1-5液态合金吸气性
1-6铸件凝固组织的形成 1-7液态成形件的质量与控制
液态成型原理及工艺
一、液态合金的流动性
1、合金流动性：是指液态合金本身的
流动能力。
合金的流动性用浇注 流动性试样的方法来 衡量。流动性试样的 种类很多，如螺旋形、 球形、α形、真空试 样等等，应用最多的 是螺旋形试样，如图11所示。
图1-1 液态成型原理及工艺
合金流动性主要取决于合金化学成分。对应着纯 金属、共晶点和形成金属间化合物的成分，流动 性出现最大值；而有结晶温度范围的合金，流动 性下降。这是因为纯金属和共晶成分的合金是在 恒温下结晶的，凝固层表面光滑，对尚未凝固的 金属液流动阻力小，因此流动性好；如图1-2a。
凝固。液相原子堆积的方式及
速率与凝固驱动力和固－液界
面的特性有关。
液态成型原理及工艺
1-2液态金属的充型能力与流动性
充型
液态金属填充铸型的 过程
充型 能力
液体金属充满铸型型腔， 获得尺寸精确、轮廓清
晰的成形件的能力.
充型能力不足时，会产生浇不足、冷
隔、夹渣、气孔等缺陷。 液态成型原理及工艺
充型能力要考虑铸型及工艺因素 影响的熔融金属的流动性。它首 先取决于金属本身的流动性(流动 能力)，同时又受铸型性质、浇注 条件和铸件结构等因素的影响。
(2)铸型温度：铸型温度越高，液态金属与铸型 的温差越小，充型能力越强。
液态成型原理及工艺
(3)铸型中的气体：铸型在浇注时发 气，能在金属液与铸型间形成气膜， 减小摩擦阻力，有利于充型。但铸 型的发气力过强，浇注速度太快， 而铸型的排气能力又小时，则型腔 中的气体压力增大，阻碍金属流动。
液态成型原理及工艺
合金的固态收缩同样表现为合金体积 的缩减，但也表现为铸件线尺寸的缩 减，它是铸件产生应力、变形和裂纹 的根本原因，常用单位长度的收缩量 即线收缩率(εL)来表示。
液态成型原理及工艺
不同合金的收缩率不同。在常用合金中 铸钢的收缩率最大，灰口铸铁的收缩率 最小。灰口铸铁收缩率最小，是因为其 中大部分碳是以石墨状态存在的，石墨 的比容大，在结晶过程中石墨析出所产 生的体积膨胀，抵消了合金的部分收缩.
1-3液态金属的凝固方式与收缩
一、铸件的凝固方式
在铸件凝固过程中，其断面上一般存在三 个区域，即固相区、凝固区和液相区。其 中对铸件质量影响较大的，是液相和固相 并存的凝固区的宽窄。铸件的凝固方式就 是依据凝固区的宽窄来划分的，图1-3中S所 示即为凝固区。其凝固方式有三种。
液态成型原理及工艺
图1-3
液态成型原理及工艺
二、液态金属的收缩
(一)收缩的概念
合金从液态冷却至室温的过程中，其体积 或尺寸缩减的现象，称为收缩。收缩是合 金的物理本质。合金的收缩给液态成型工 艺带来许多困难，是许多铸造缺陷(如缩孔、 缩松、裂纹、变形等)产生的根源。
液态成型原理及工艺
合金的收缩经历如下三 个阶段，如图1-4：
(3)浇注系统的结构：浇注系统的结构越复杂， 流动阻力越大，充型能力越差。
液态成型原理及工艺
三、铸型充填条件
液态合金充型时，铸型的阻力将影响合金的流 动速度，而铸型与合金的热交换又将影响合金 保持流动的时间。铸型的如下因素对充型能力 均有显著影响:
(1)铸型的蓄热系数：表示铸型从金属吸取热量 并储存在本身的能力。蓄热系数愈大，铸型的 激冷能力就愈强，金属液于其中保持液态的时 间就愈短，充型能力下降。
液态成 型技术
中频炉出钢
电弧炉出钢
铸铁连铸生产线 液态成型原理及工艺
产品
液态成型原理及工艺
成型件的应用
液态成型原理及工艺
本课程主要研究内容：
第一章液态成型工艺基础理论 第二章常用液态成型合金及其熔炼 第三章成型工艺及方法 第四章液态成型件的结构设计 第五章液态成型件的工艺设计 第六章液态成型工作过程 第七章液态成型技术的新发展
实用的液态合金除了存在能量起伏外， 还存在浓度起伏和结构(或称相)起伏。 三个起伏影响液态合金凝固过程，从而 对产品的质量有着重要的影响。
液态成型原理及工艺
二、液态金属的凝固
1、液态金属(合金)凝固热力学
条件：
液态金属(合金)的凝固是一个 体系自由能降低的自发进行的 过程。
液态成型原理及工艺
在熔点Tm的温度以下Gs 低于GL；故T<Tm时液态 金属进行凝固变成固态； T>Tm时固态金属的自由 能高于液态金属，发生 熔化，金属由固态变成 液态；当金属温度T=Tm 时，∆Gv=0，即液、固 态处于平衡状态。
缸体等。
液态成型原理及工艺
液 (3) 成本较低
态
所用原料大都来源广泛，价格
成
低廉，一般不需要昂贵的设备。
型
的 (4)成型件尺寸精度高
优
成型件与最终零件的形状相似、
点：
尺寸相近，因而切削加工余量可 减少到最小，从而减少了金属材
料消耗，节省了切削加工工时。
液态成型原理及工艺
液
1. 组织疏松，晶粒粗大，成型件 内部常有缩孔、缩松、气孔等缺
液态成型原理及工艺
2、实际的液态金属结构：
纯金属在工程中的应用极少，特别是 作为结构材料，在材料成形过程中也 很少使用纯金属。即使平常所说的化 学纯元素，其中也包含着无数其他杂 质元素。对于实际的液态金属，特别 是材料成形过程中所使用的液态合金 具有二个特点，一是化学元素的种类 多；二是过热度不高，一般为100～ 300℃。
态 陷产生，导致成型件力学性能，
成 特别是冲击性能较低。
型 2. 涉及的工序很多，难以精确控
的 制，成型件质量不稳定。
缺 3.由于目前仍以砂型铸造为主，
点：
自动化程度还不很高，且属于热 加工行业，因而工作环境较差。
4.大多数成型件只是毛坯件，需 经过切削加工才能成为零件。
液态成型原理及工艺
冲天炉出铁
的 游离原子
级，在此范围 内仍具有一定
近
液
的规律性。原
程
态
子集团间的空
结ห้องสมุดไป่ตู้
空穴或裂纹 穴或裂纹内分
布着排列无规
有 序
构
则的游离的原
子。
液态成型原理及工艺
这样的结构不是静止的，而是 处于瞬息万变的状态，即原子 集团、空穴或裂纹的大小、形 态及分布及热运动的状态都处 于无时无刻不在变化的状态。 液态中存在着很大的能量起伏。
液态成型原理及工艺
绪论：
金属液态成型又称为铸造，
金 它是将固态金属熔炼成符合
属 液 态 成 型：
一定要求的液态金属，然后 将液态金属在重力或外力作 用下充填到具有一定形状型 腔中，待其凝固冷却后获得 所需形状和尺寸的毛坯或零 件，即铸件的方法。
制造毛坯或机器零件的重要方法。
液态成型原理及工艺
绪论：
液态成型原理及工艺
二、浇注条件