金属工艺学(铸造)

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2020/12/20
螺旋形试样
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1)、合金流动性的测定：用“螺旋形 试样”的长度来衡量。在相同浇注
条件下，试样愈长，流动性愈好。
2)、影响合金流动性的因素：主要是 合金的化学成分。液相线与固相线
间的距离（T液－T固）称为结晶间隔。
Fe-C合金流动性与含碳量关系
结晶间隔越大流动性越差，反之越好，因此共晶成分合金流动性
２、防止措施：
减小内应力的所有方法 反变形法 时效处理（人工时效、自然时效）
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三、铸件的裂纹与ห้องสมุดไป่ตู้止：
１、产生的原因和分类：
当铸件内应力超过金属的强度极限时，铸件便产生裂纹，导
致铸件报废。
根据裂纹产生时温度的不同分为热裂和冷裂。
２、热裂：铸件在高温下产生的裂纹。合金在凝固末期的高温下
铁等发生化学反应
反应的材料周围
的透气性
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第五节 铸件的质量控制
１、合理选定铸造合金和铸件结构； ２、合理制订铸件的技术要求； ３、模型质量检验； ４、铸件质量检验； ５、铸件热处理。
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第二章 常用合金铸件的生产
第一节 液态合金的充型
一、充型概念：液态合金填充铸 型的过程，简称充型。液态合金 充满铸型型腔，获得形状完整、 轮廓清晰铸件的能力，称为液态 合金的充型能力。 二、充型能力的影响因素： １、合金的流动性（常用螺旋形 试样长度来衡量）：流动性愈好， 充型能力愈好，愈便于浇铸出轮 廓清晰、薄而复杂的铸件。
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缩孔
缩
松
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l ⑵偏析：合金中各部分化 学成分不均匀的现象称为 偏析。铸锭(件)在结晶时, 由于各部位结晶先后顺序 不同，合金中的低熔点元 素偏聚于最终结晶区，造 成宏观上的成分不均匀， 称宏观偏析。适当控制浇 注温度和结晶速度可减轻 宏观偏析。
墨对金属基体的割裂作用。
Ｂ、在改变石墨特性的基础上控制基体组织，以期充分发
挥基体的作用。
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４、影响铸铁组织和性能的因素
１）、化学成分（铸铁中主要的 化学成分是:C、Si、Mn、S、P。
P+F+G F+G
①、Ｃ、Si：Ｃ是形成石墨和促进 石墨化元素；
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第一章 铸造的工艺基础 一、铸造：将液态合金浇注 到与零件的形状、尺寸相适 应的铸型空腔中，待其冷却 凝固，以获得毛坯或零件的 生产方法，叫做铸造。
金属熔化
液态金属浇入铸型 PPT文档演模板
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落砂清理后成为铸件
墨化（常为0.6~1.2%）。
P：使铸造性能有所改善,但冷脆↑,属有害杂，(0.5%以下)
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二、气孔的分类：
气孔种类
形成原因
特征
预防途径
侵入气孔 砂型表面层聚集的气体 多位于上表面附近、尺寸较大、 砂的发气 侵入金属液中而形成。 椭圆形或梨形、内表面有氧化色 排气能力
析出气孔 溶于金属中的气体因温 分布面广、气孔尺寸小。有色金 清洁；隔
度下降而析出
属（如铝）中多见
离；去气
反应气孔 金属液与铸型材料、冷 形状多种多样，分布于发生化学 清洁；砂
固态收缩ε固:T固~室温的收缩,与合金的线膨胀系数有关。
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三、铸件中的缩孔与缩松： １、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，则在铸件最后凝固部位形成一些孔洞，按孔洞的大小和 分布，分为缩孔和缩松。 1）、缩孔：集中在铸件上部或最后凝固的部位容积较大的孔洞。 特征：多呈倒圆锥形，内表面粗糙，通常隐藏在铸件内层，有时暴 露于表面。
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第二节 铸件的凝固与收缩
一、铸件的凝固 逐层凝固（充型能力好，便于补缩）
１、凝固方式 糊状凝固(易形成缩孔、难以获得结晶紧实的铸件） 中间凝固（介于上两者间）
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铸件的凝固方式 2020/12/20
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合金的结晶温度范围
２、影响凝固方式的主要因素
合金性质
第一节 铸铁件生产
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一、铸铁简介：（C%>2.11%的Fe-C合金，常为 2.8~3.5%C），是价廉、应用广泛的铸造合金（占机器 总重量50%以上）。
白口铸铁
（C以Fe3C存在）
普通灰口铸铁（HT）
二、铸铁的分类 灰口铸铁 可锻铸铁 （KT）
（C以G存在)
由上可知：由于内应力的存在，就等于铸件在未承受载荷之前， 自身就已承受了应力载荷，因而使铸件的实际承载能力降低，同时 应力过大时，会导致变形、开裂而报废。
壁厚差 ２）、热应力的影响因素 线收缩率
弹性模量
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３）、预防措施： Ａ、设计壁厚均匀的铸件； Ｂ、选用线收缩率小的合金； Ｃ、在工艺上采取措施，控制铸件厚处和薄处同时冷却 （同时凝固原则）； Ｄ、对已存在应力铸件进行低温去应力退火。
形成的机械应力超过该温度下的强度极限。
合金性质：结晶特点、化学成分等(铸钢\
Ａ、主要影响因素：
铸铝\可锻铸铁热裂倾向大)。
铸型阻力
Ｂ、特征：裂纹小、缝隙宽、形状曲折、缝内呈氧化色。
控制Ｐ、Ｓ含量
Ｃ、防止措施：提高铸型退让性
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３、冷裂：是在低温下形成的（主要由于热应力） 合金性质（塑性差的材料易产生）
最好.(图2-3）。
２、浇注条件(浇注温度和充型压力）：浇注温度越高，充型压力
越大则充型能力越好。
３、铸型填充条件（铸型的蓄热能力，铸型温度和铸型中的气 体）：铸型的蓄热能力低，铸型温度较高，铸型排气能力较好时
则充型能力较好。
由于充型能力低而引起的缺陷有：冷隔、浇不足。
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铸件的温度梯度 铸型的蓄热能力
浇注温度
二、铸造合金的收缩
铸造合金在浇注、凝固、直至冷却到室温的过程中，其体积或尺寸
缩减的现象称为收缩。
1、收缩的实质：按空穴理论，随着温度的下降合金中空穴的数量 少，原子间距缩短，使其体积和尺寸缩小。
液态收缩ε液：T浇~T液的收缩，T浇越大， ε液则越大 ２、收缩的分类 凝固收缩ε凝：T液~T固的收缩，结晶间隔越大,ε凝则越大
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第三节 铸造内应力 变形和裂纹
内力：构件内部相互作用并达平衡的力。 与内应力、变形、裂纹相关的是固态收缩。 一、内应力的形成：因固态收缩受阻。 按内应力产生的原因分为：机械应力、热应力。 １、机械应力（受机械阻碍而形成的） 原因：铸件固态收缩时，受到铸型或型芯等的机械阻碍
而产生的内应力。机械应力 使铸件产生拉伸或剪切应力， 并且是暂时的，在铸件落砂 之后，这种应力便可自行消 失。
度与钢相近（一般达600~800Mpa）；
２）、工艺性能：不能锻、冲；焊接性能性差；但铸造性
能优良；切削加工性能好。
３）、减振性好（为钢的5~10倍）；
４）、耐磨性较钢好；
５）、缺口敏感性低；
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按HT中金属基体显微组织分类：
１）、珠光体灰口铸铁：在P的基体上分布着细小而均匀
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２、热应力：由于同一构件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。 １）、热应力的形成 再结晶温度（t临）：产生了加工硬化的工件，在加热 至某一温度后能发生再结晶现象，此温度叫再结晶温 度。高于再结晶温度时，材料处于塑性状态，低于再 结晶温度时材料处于弹性状态。
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*第四节 铸件中的气孔
气孔：气体在铸件中形成的孔洞。它是铸件中最常见的缺陷。
破坏金属的连续性
机性
一、气孔的危害 减少承载的有效面积
降低
引起应力集中
气密性
白 口
P+G
麻 口
Si：强烈促进石墨化和改善铸造性
能的元素。
HT中Ｃ、Si含量一般是：2.7~3.9%C，1.1~2.6%Si。即接
近共晶成分。可根据碳当量法计算：Ｃ当=C%+0.3Si%
②、Mn、S、P：S阻碍石墨化、↑热脆、↓铸造性能，须 严格控制（0.1~0.15%以下）。
Ｍn：抵消Ｓ的有害作用，提高基体强、硬度，但阻碍石
麻口铸铁
球墨铸铁 蠕墨铸铁
(QT） (RuT)
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(C以G +Fe3C)
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三、灰口铸铁 （占各类铸铁总产量的80%） １、HT的组织
金属基体＋片状石墨 （常看作是有大量微小裂纹或孔 洞的碳钢, 强度利用率为30~50%）
２、HT的性能：
１）、机械性能：σb和弹性模量比钢低得多（通常σb 仅为 120~250Mpa），塑、韧性近于0，属脆性材料；但抗压强
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A
T0-T1 均处于塑 性状态
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B
C
T1-T2
Ⅱ处于弹性状态， Ⅰ处于 塑202性0/12状/20态
D
T2-T3 Ⅰ、Ⅱ均处 于弹性状态
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冷至室温（ T3）时，杆Ⅰ受拉，杆Ⅱ受压。 判断应力方向的规律：
最后冷却收缩的部分受拉伸应力，先冷却收缩的部位受压应力。 因此铸件的厚壁或心部受拉，薄壁或表层受压。
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硫在钢锭中偏析的模拟结果
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l ⑶气孔: 是指液态金属中溶解的气体或反应生成的气 体在结晶时未逸出而存留于铸锭(件)中的气泡.铸锭 中的封闭的气孔可在热加工时焊合，张开的气 孔需要切除。铸件中出现气 孔则只能报废。
铸件中的气孔
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二、铸件的变形与防止： １、变形产生的原因：当铸件中的内应力大于铸件所用合 金的屈服强度时，就会引起铸件变形。通过应变来减小应 力，因此其变形方向是：受拉应力的部分向内凹，而受压 应力部分向外凸，即受拉部分产生压缩变形，受压部分产 生拉伸变形。变形过大时将引起报废。
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二、铸造的特点：
１、能制成形状复杂，特别是具有 复杂内腔的毛坯；
２、铸件重量及所用合金几乎不受 限制；
３、铸件的切削加工余量较小、成 本低。因此，得到了广泛的应用。
但是：
1、抗拉强度和冲击韧性不如锻、 焊件。
2、工艺复杂，故废品率高。
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影响因素：
缩孔的形成
Ａ、ε液、ε凝的大小；Ｂ、浇注温度的高低；Ｃ、铸件厚度。
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明集中缩孔 暗集中缩孔
分散缩孔
缩松
２）、缩松：分散在铸件某区域内的细小缩孔，称为缩松。
分宏观缩松和显微缩松。
形成原因：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，被树枝状晶体分隔的小液体区难
以得到补缩所致。
逐层凝固合金易产生缩孔（如纯金属、共晶合金），糊状
凝固合金易产生缩松，（如锡青铜）。
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２、缩孔和缩松的防止：
１）、适当地降低浇注温度和浇注速度。
２）、采用顺序凝固、冒口补缩(顺序凝固原则)。
３）、按冷铁、采用金属型。
缩孔部位的确定：常用“凝固等温线法”、“内切圆法”。
Ａ、影响因素：含Ｐ量 铸件结构
Ｂ、特征：裂纹细小、呈连续直线状，有时缝内呈轻微氧化色。 Ｃ：防止措施：与影响因素相对应，另外浇注后勿过早开箱。
变形和裂纹都是因内应力而引起，因此所有降低内应力的 方法对减少变形和裂纹倾向都是有效的。
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的石墨片。它与其它基体的铸铁相比强度、硬度高，用来
制造较为重要的机件。
２）、珠光体＋铁素体HT：在（P+F）的基体上分布着
较为粗大的石墨片（G）。是用途最广的一种HT。
３）、铁素体HT：在铁素体上分布着粗大的石墨。强度、
硬度低，机性差，很少应用。
提高HT性能有两条途径：
Ａ、改变石墨的数量、大小、形状及分布情况，以减轻石