铸造工艺培训

液面下降，使铸件内部出现空隙。直到内部完全 凝固，在铸件上部形成了缩孔。已经产生缩孔的 铸件继续冷却到室温时，因固态收缩使铸件的外 廓尺寸略有缩小。 总之，合金的液态收缩和凝固收缩越大，浇注温 度越高，铸件越厚，缩孔的容积越大。 （2）缩松 分散在铸件某区域内的细小缩孔，称 为缩松。当缩松与缩孔的容积相同时，缩松的分 布面积要比缩孔大得多。 缩松的形成原因也是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致。
1、侵入气孔 侵入气孔是由于砂型表面层聚集的气体侵入金 属液中而形成的气孔。 侵入气孔的特征是：多位于上表面附近，尺寸 较大，成椭圆形或梨形，孔的内表面被氧化。 侵入铸件中的气体主要来自造型材料中的水分、 粘结剂和各种附加物。水不仅发气量大，且发 气的临界温度最低。计算表明，水被加热成 100℃的水蒸汽后，若压力不变，体积增大 1700倍，这种剧烈膨胀使沙粒空隙中的气压猛 增，因此是湿型铸造中气体的主要来源。
在合格铸件中，允许存在哪些缺陷及其存在的 程度一般应在零件图或有技术文件中做出具体 规定，作为铸件质量检验的依据。 对铸件的质量要求必须合理。若要求过低，将 导致产品质量低劣，若要求过高，又可导致铸 件废品率的大幅度增加和铸件成本的提高。 （3）模型质量检验 如模型（模板）、型芯盒 不合格，可造成铸件形状或尺寸不合格、错箱 等缺陷。因此必须对模型、型芯盒机器有关标 记进行认真的检验、 （4）铸件质量检验 它是控制铸件质量的重要 措施。铸造车间检验铸件的目的是依据铸件缺 陷的存在程度，确定和分辨合格铸件、待修补 铸件及废品。同时通过“缺陷分析”寻找缺陷
2、缩孔和缩松的防止 缩孔和缩松都使铸件的机械性 能下降，缩松还可使质检因渗漏而报废。因此，缩孔 和缩松都属于铸件的重要缺陷，必须根据技术要求、 采取适当的工艺措施予以防止。实践证明，只要能使 铸件实现“顺序凝固”尽管合金的收缩较大，也可获 得没有缩孔的致密铸件。 所谓顺序凝固，就是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，使铸件上远离冒口的部 位先凝固（如图2-8 I)而后是靠近冒口部位凝固（图 中II III)
3、析出气孔
溶解于金属液中的气体在冷凝过程中，因气体 溶解度下降而析出，铸件因此而形成的气孔称 为析出气体， 金属所以吸收气体是由于金属在熔化和浇注过 程中很难与气体隔离，一些双原子气体（如H2、 N2、O2）等可从炉料、炉气等进入金属液中。 其中氢因不与金属形成化合物，且原子直径最 小，故较易溶解于金属。 合金的吸气性随温度升高而增大，气体在液态 合金中的溶解度较固态大得多，合金的过热度 越高，气体的含量越高，容有氢的液态合金在 冷凝过程中，由于氢的溶解度降低，呈饱和状
安放冒口和冷铁、实现顺序凝固，虽可有效地 放纵缩孔和缩松（宏观缩松），但却耗费许多 金属和工时，加大了铸件成本。同时，顺序凝 固扩大了铸件各部分的温度差，促进了铸件的 变形和裂纹倾向，因此，主要用于必须补缩的 场合。
2、铸件中的气孔
气孔是铸件中最常见的缺陷。据统计，因气孔 所造成的废品常占废品总数的三分之一左右， 因此是生产中十分关切的问题。 气孔是气体在铸件中形成的孔洞。气孔破坏了 金属的连续性，减少了承载的有效面积，并在 气孔附件引起了应力集中，因而降低了铸件的 机械性能，特别是冲击韧性和疲劳强度显著降 低，弥散性气孔还可促使显微缩松的形成，降 低了铸件的气密性。 按照气体的来源，气孔可分为侵入气孔、析出 气孔和反应气孔三类。
侵入气孔的形成过程如下：当金属液浇入到铸 型的初期，型壁表层的水分汽化、并向型壁里 层δ处迁移（如图），形成一层水分饱和凝聚区 （水幕），这时气流只能沿着被烘干的表层δ， 从分型面和通气孔等处排出，或者在表层聚集 成许多高气压中心点，若铸型的排气不良，聚 集的气压就会越来越高，当气压超过了金属液 的静压力时，部分气体就会侵入到金属液中。 已进入金属液的气泡一部分穿过金属液逸出， 其余留在铸件内部形成气孔。 预防侵入气孔的基本途径是降低型砂（型芯砂） 的发气量和增加铸型的排气能力。
铸造的工艺技术（一）
1、铸件中的缩孔与缩松
缩孔和缩松的形成 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足，则在铸 件最后凝固的部位形成一些孔洞，按照孔洞的大小和 分布，可将其分为缩孔和缩松两类。 （1）缩孔 它是集中在铸件上部或最后凝固的部位容积 较大的孔洞。缩孔多呈倒圆锥形，内表面粗糙，通常 隐藏在铸件的内层，单在某些情况下，可暴露在铸件 的上表面，呈明显的凹坑。 为便于分析缩孔的形成，假设铸件呈逐层凝固，液态 合金填满铸型型腔后，由于铸型的吸热，靠近型腔表 面的金属很快凝结成一层外壳，而内部仍然是高于凝 固温度的液体。温度继续下降、外壳加厚，但内部液 体因液态收缩和补充凝固层的凝固收缩，体积缩减、
铸件缺陷的产生不仅来源于不合理的铸造工艺， 还与造型材料、模具、合金的熔炼与浇注等各 个环节密切相关、此外铸造合金的选择、铸件 结构的工艺性、技术要求的制定等设计因素是 否合理，对于是否易于健全铸件也具有重要影 响，就一般机械设计和制造人员而言，应从如 下几个方面来控制铸件质量： （1）合理选定铸造合金和铸件结构 在进行设计 选材时，在能保证铸件使用要求的前提ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ，应 尽量选用铸造性能好的合金。同时还应结合合 金铸造性能要求，合理设计铸件结构。 （2）合理制订铸件的技术要求 具有缺陷的铸件 并不都是废品，若其缺陷不影响铸件的使用要 求，则为合格铸件。
5、铸件的质量控制
由于铸造工序繁多，影响铸件质量的因素复杂、 难以控制综合控制，因此，铸件缺陷几乎难以 完全避免，废品率较其它金属加工方法高，同 时，许多铸造缺陷隐藏在铸件内部，难于发现 和补修，有些则是机械加工时才暴露出来，这 不仅浪费了机械加工工时，增加了制造成本， 有时延误了整个生产任务的完成，因此进行铸 件质量控制，降低废品率，是非常重要的。 铸件缺陷种类繁多，名称也不尽统一。如表列 出铸件缺陷名称及分类
最后才是冒口本身的凝固。按照这样的凝固顺 序，现凝固部位的收缩，由后凝固部位的金属 液来补充，而将缩孔转移到冒口之中。冒口为 铸件的多余部分，在铸件清理时将其去除。 顺序凝固和逐层凝固是两个不同的概念，逐层 凝固是指铸件某截面上的凝固方式，即表层先 凝固，然后一层层向铸件心部长厚，由于逐层 凝固时铸件心部保持液态的时间长，冒口的补 缩通道易于保持畅通，故能充分发挥补缩效果。 为了实现顺序凝固，在安放冒口的同时，还可 在铸件上某些大部位增设冷铁，图2-9所示铸件 的热节不止一个，若仅靠顶部冒口，难以向底 部凸台补缩，为此，在该凸台的型壁上安放了 两个外冷铁。
生的原因，以便“对症下药”解决生产问题。 检验铸件质量最常用的是宏观法。它是通过肉眼观察 （或借助尖咀锤）找出铸件的表面缺陷和皮下缺陷， 如气孔、砂眼、夹渣、夹砂、粘砂、缩孔、浇不足、 冷隔、尺寸误差等。对于铸件内部缺陷则要通过一定 的仪器才能发现，如进行耐压试验、磁力探伤、超声 波探伤、X射线探伤等，此外若有必要还可对铸件 （或试样）进行解剖检验、金相检验、机械性能检验 和化学成分分析等。 （5）铸件热处理 为了保证工件质量要求、有些铸件 铸后必须进行热处理。如为消除内应力而进行时效处 理，为改善切削加工性、降低硬度对铸铁件进行软化 处理，为保证机械性能对铸件钢件、球墨铸铁件进行 退火或正火处理等。
类型
名称 气孔 缩孔 缩松
类型
名称 多肉 浇不足 形 状 、 尺 寸 和 重 量 不 合 格 落砂
类型
名称 粘砂
表面缺陷
夹砂 冷隔 化学成分不 合格 金相不合格
孔眼
渣眼（夹渣）
砂眼 铁豆 热烈 裂纹 冷咧
抬箱
错箱 偏芯 变形 形状、尺寸 和重量不合 格 成分、组织 和性能不合 格
偏析 过硬（白口） 物理、机械 性能不合格
4、反应气孔
浇入铸型中的金属液与铸型材料、型芯撑、冷 铁或熔渣之间，因化学反应产生气体而形成的 气孔，统统成为气孔。 反应气孔的种类甚多，形状各异。如金属液与 砂型界面因化学反应生成的气孔，多分布在铸 件表层下1~2mm处，呈皮下气孔。 冷铁、型芯撑若有锈蚀，与灼热的钢、铁液接 触时将发生如下化学反应： Fe3O4+4C=3Fe+4CO↑ 产生的CO气体常在冷铁、型芯撑附近，因此冷 铁、型芯撑表面不得有锈蚀、油污，并保持干 燥。
由于冷铁加快了该处的冷却速度，使厚度较大 的凸台反而最先凝固，从而 实现了自下而上的顺序凝固， 防止了凸台处缩孔、缩松的 产生，可以看出，冷铁仅是 加快某些部位的冷却速度， 以控制铸件的凝固顺序， 但本身并不起补缩作用。 冷铁通常用钢或铸铁制成。
正确地估计铸件上缩孔或缩松可能产生的部位 是合理安设冒口和冷铁的重要依据。在实际生 产中，常以画“凝固等温线法”和“内切圆法” 近似的找出缩孔的部位，如图所示，图中等温 线未曾通过的心部和内切直径最大处，即为容 易出现缩孔的热节。
缩松分为宏观缩松和显微缩松两种。宏观缩松是用肉 眼或放大镜可以看出的小孔洞，多分布在铸件中心轴 线处或缩孔下方，显微缩松是分布在晶粒之间的微小 孔洞，要用显微镜才能观察出来，这种缩松分布面积 更为广泛，有时遍及整个截面。显微缩松难以完全避 免，对于一般铸件多不作为缺陷对待，但对气密性、 机械性能、物理性能或化学性能要求很高的铸件，则 必须设法减少。 不同铸造合金的缩孔和缩松倾向不同。逐层凝固合金 （纯金属、共晶合金或窄结晶温度范围合金）的缩孔 倾向大、缩孔倾向小；反之，糊状凝固的合金缩孔倾 向虽小，但极易产生缩松。由于采用一些工艺措施可 以控制铸件的凝固方式，因此，缩孔和缩松可在一定 范围内使其互相转化。
态，于是氢原子结合成分子，以气泡的形式从 合金中析出。上浮的气泡若遇有阻碍，或由于 金属液因冷却粘度增加使其不能上浮，则在铸 件中就产生了气孔。 析出气孔的特征是：分布面积较广，有时遍及 整个铸件截面，而气孔的尺寸甚小。析出气孔 在铝合金中最为多见，因其直径多小于1mm， 这不仅影响合金的机械性能，并将严重影响铸 件的气密性。