金属液态成形(铸造)

2）硫 硫是强烈阻碍石墨化元素。 硫量高易促使碳以Fe3C 白口组织； 硫量高 热脆性； 使铸铁铸造性能恶化（如降低流动性，增大收率）。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
所以：硫含量限制在0.1-0.15%以下，高强度铸铁则应更低。
3）锰 锰是弱阻碍石墨化元素，具有稳定珠光体，提 高铸铁强度和硬度的作用。 MnS
一般控制在0.6~1.2%之间
四羊方尊 （公元前13~11世纪） 青铜 高58.3CM
曾侯乙尊盘 公元前476年~公元前4世纪上半叶
§1 金属液态成形（铸造）工艺基础
§1-1 液态金属的充型能力与流动性
充型—— 液态合金填充铸型的过程。
充型能力——液体金属充满铸型型腔，获得尺寸精确、 轮廓清晰的铸件（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。
三、铸件的裂纹与防止
1 ．热裂 热裂的形状特征是：裂纹短、缝隙宽、形状曲折、缝内 呈氧化色。
① 热裂的防止： 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，必须严格控制硫的含量， 防止热脆性。
2 ．冷裂 冷裂的特征是：裂纹细小，呈连续直线状，缝内有金属 光泽或轻微氧化色。 冷裂的防止： 1）使铸件壁厚尽可能均匀； 2）采用同时凝固的原则； 3）对于铸钢件和铸铁件，必须严格控制磷的 含量，防止冷脆性。
1 2
1 T临
塑性状态 弹性状态
+ + t0~t1: t1~t2： t2~t3：
1 1
2 2
T室 t0 t1
2 t2 t3
t
热应力使铸件的厚壁或心部受拉伸，薄壁或表层受压缩。 热应力是永久应力。
二、铸件的变形与防止
+ -
反变形法
防止变形的方法： 1）使铸件壁厚尽可能均匀； 2）采用同时凝固的原则； 3）采用反变形法。
§2 常用铸造合金及其熔炼
§2-1 铸铁件生产
铸铁是含碳量大于2.11%（通常为2.5%-4.0%）的铁碳合金。
根据碳在铸铁中存在形式的不同，铸铁可分为：
1.白口铸铁：碳全部以Fe3C的形式存在，断口呈银色。
由于白口铸铁具有良好的耐磨性，所以有时也用来制造一些耐 磨件，如轧辊、粉碎机锤头、衬板、球磨机磨球和犁铧等。
b）在一定温度范围内凝固
40
60 80
Pb 20
Sb
2.合金的物理性质 合金的黏度、导热系数、结晶潜热、热容、密度等
二、浇注条件
（1）浇注温度 一般T浇越高，液态金属的充型能力越强。 （2）充型压力 液态金属在流动方向上所受的压力越大， 充型能力越强。 （3）浇注系统的的结构 浇注系统的结构越复杂，流动阻力
型砂 零 件 图
铸 造 工 艺 图
模型 熔化 芯盒 芯砂
铸 型 浇注 型 芯 合 冷却
箱 凝固
落 砂 、 清 理
检 验
铸 件
三、铸造生产的特点
1．可生产形状任意复杂的制件，特别是内腔形状复杂的 制件。如汽缸体、汽缸盖、蜗轮叶片、床身件等。
（1）合金种类不受限制； 2．适应性强： （2）铸件大小几乎不受限制。 3．成本低：（1）材料来源广； （2）废品可 重熔； （3）设备投资低。 4．废品率高、表面质量较低、劳动条件差。
孕育处理 — 熔炼出相当于白口或麻口组织的低碳、低 硅的高温铁水，向铁水中冲入细颗粒的孕育剂，孕育剂 在铁水中形成大量弥散的石墨结晶核心，使石墨化作用 骤然提高，从而得到在细晶粒珠光体上均匀的分布着细 片状石墨的组织。 180 孕育铸铁：P细+G细片 σb=250-400Mpa，
硬度HB 170 160 150 140 150 100 50
a
b
c
d
一、影响铸铁组织和性能的因素
铸铁中的碳可以以化合态渗碳体和游离态石墨两种形式存在。 碳以石墨形式析出的现象称为石墨化。 1、化学成分 1）碳和硅 碳是形成石墨的元素，也是促进石墨化的素。 含碳愈高，析出的石墨愈多、石墨片愈粗大。 硅是强烈促进石墨化的元素，随着含硅量的 增加，石墨显著增多。 所以：当铸铁中碳、硅含量均高 时，析出的石墨就愈多、 愈粗大，而金属基体中铁素体增多，珠光体减少。
（wC+wSi）%
白口铸铁： P+Fe3C+Le 麻口铸铁： P+Fe3C+G+Le 灰口铸铁： 珠光体灰口铸铁： P+G片
7.0 6.0 白 5.0 口 铸 4.0 铁
灰口铸铁
10
20
30
40
50
60
70
铸铁壁厚（mm）
珠光体+铁素体灰口铸铁：P+F+G片 铁素体灰口铸铁： F+G片
二、灰口铸铁
一、铸造内应力
铸件在凝固以后的继续冷却过程中，其固态收缩受到阻 碍，铸件内部即将产生内应力。 1.机械应力（收缩应力） 合金的线收缩受到铸型、 型芯、浇冒系统的机械阻 碍而形成的内应力。
上型
机械应力是暂时应力。
下型
2．热应力
热应力是由于铸件壁厚不均匀，各部分冷却速度不同，以 致在同一时期内铸件各部分收缩不一致而引起的应力。 T TH
V铸型 V铸件 V铸件 100%
体收缩率是铸件产生缩 孔或缩松的根本原因。
L
L铸型 L铸件 L铸件
线收缩率是铸件产生应 100% 力、变形、裂纹的根本 原因。
2. 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 。大而集中的称为缩孔，细小而分散的称为缩松。
2．灰口铸铁：碳大部或全部以石墨形式存在，断口呈暗灰色。 3．麻口铸铁： 组织中既存在石墨、又有莱氏体，是白口和灰 口之间的过渡组织，因断口处有黑白相间的麻 点，故而得名。
根据铸铁中石墨形态的不同，灰口铸铁又可分为：
1．普通灰口铸铁 ： 简称灰口铸铁，其石墨呈片状。如图a所示。 2．可锻铸铁： 其石墨呈团絮状。如图b所示。 3．球墨铸铁： 其石墨呈球状。如图c所示。 4．蠕墨铸铁 ： 其石墨呈蠕虫状。如图d所示。
第二章
金属液态成形（铸造）
§1 金属液态成形（铸造）工艺基础
§2 常用铸造合金及其熔炼 §3 砂型铸造
§4 特种铸造
§5 铸件结构设计
第二篇
铸造（金属液态成形）
一、什么是铸造生产（液态成形）
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。
二、砂型铸造的工艺过程
4）磷 磷对铸铁的石墨化影响不显著。含磷过高将增 加铸铁的冷脆性。
限制在0.5%以下，高强度铸铁则限制在0.2~0.3%以下。
2．冷却速度
1）铸型材料 2）铸件壁厚
铸件壁愈厚，冷却速度愈慢，则石墨化倾向愈 大，愈易得到粗大的石墨片和铁素体基体。 由此可知：随着壁厚的增加，石墨片的数量和尺 寸都增大，铸铁强度、硬度反而下降。这一现象 称为壁厚（对力学性能的）敏感性。 在实际生产中，一般是根据铸件的壁厚（主要部位的壁厚）， 选择适当的化学成分（主要指碳、硅），以获得所需要的组 织。
（一）灰口铸铁的化学成分、组织和性能 1 ．灰口铸铁的化学成分与组织 灰口铸铁的化学成分一般为：2.6~3.6%C，1.2~3.0%Si， 0.4~1.2Mn，S≤0.15%，P≤0.3%。 1) 铁素体灰口铸铁（F+G片）： 这种铸铁抗拉强度和硬度低，易加工，铸造性能好。常用 来制造性能要求不高的铸件和一些薄壁件。 2) 铁素体-珠光体灰口铸铁（F+P+G片）：
T2
S1
T1
T固
S
T室 成分
表层 中心
二、合金的收缩
1. 收缩的概念 合金的收缩经历如下三个阶段：
（1）液态收缩 从浇注温度到凝固开始温度
之间的收缩。T浇 — T液
（2） 凝固收缩 从凝固开始到凝固终止温度间的收缩。
T液 — T固 （3） 固态收缩 从凝固终止温度到室温间的收缩。 T固 — T室 体收缩率：V 线收缩率：
三、可锻铸铁
（一）可锻铸铁的组织、性能、牌号及选用 1 ．可锻铸铁的组织、性能、牌号及选用 1）铁素体（黑心）可锻铸铁（F+G团）： 具有良好的塑性和韧性，耐蚀性较高，适于制造承受振动 和冲击、形状复杂的薄壁小件，如汽车拖拉机的底盘类零 件、各种水管接头、农机件等。 2）珠光体（P+ G团）： 其强度、硬度、耐磨性优良，并可通过淬火、调质等热 处理强化。可取代锻钢制造小型连杆、曲轴等重要件。
一、液态合金的流动性
合金的流动性是： 液态合金本身的流动能力。
浇口杯
出气口
0.45%C 铸钢：200 4.3%C 铸铁：1800
合金流动性主要取决于 合金化学成分所决定的 结晶特点
影响流动性的因素： 1.合金的化学成分
温度（℃） 300 200 100
0
流动性（cm）
a）在恒温下凝固
80
60 40 20 0
此种铸铁强度亦较低，但可满足一般机件要 求，且其铸造性能、切削加工性能和减振性 较好，因此应用较广。
3) 珠光体灰口铸铁（ P+G片）： 这种铸铁强度和硬度较高，主要用来制造较为重要的机件。 2 ．灰口铸铁的性能 1）力学性能：σb=120-250Mpa，仅为钢件的20-30%， δ≈ 0 差 2）良好的减振性 3）良好的耐磨性 4）低的缺口敏感性 （二）灰口铸铁的孕育处理 灰口铸铁的组织和性能，很大程度上取决 于石墨的数量、大小和形态。
HB=170-270，δ≈ 0
常用的孕育剂为含硅75%的硅铁， 加入量为铁水重量的0.25-0.6%。
表面
中心
0
50 100 150
表面