第十二章 铸造1讲解

1、缩孔
缩孔集中在铸件上部或最后的凝固部位，容积大 的孔洞多呈倒圆锥形，内表面粗糙，可见发达树枝晶 末梢。
缩孔的形成过程示意图
• 正确地估计铸件上缩孔和缩松的可能产生部位是合 理安设冒口和冷铁的重要依据。在实际中常以“凝固 等温线法”和“内切圆法”近似找出缩孔的位置。
缩孔位置的确定
2、缩松
•铸件内分散在某区域的细小缩孔称 为缩松和显微缩松
变形，甚至是铸件产生裂纹。
2、影响收缩的因素
化学成分—石墨比容大，Mn、C、Si 石墨化 使收 缩 S则相反
浇注温度—T 液态收缩量 则收缩 铸件结构与铸型条件—铸件在铸型中冷却时会受到
铸型和铸芯的阻碍，故实际 收缩量＜自由收缩
三、缩孔与缩松的形成与防止
液态合金在冷凝过程中，若其液态收缩和凝固收缩 所缩减的体积得不到及时补充，则在铸件最后凝固部分 形成孔洞。按孔洞大小分布分为缩孔和缩松。
固态金属在再结晶温度下金属发生弹性变形，应力 不消除。在结晶温度上发生塑性变形，当存在应力， 则发生塑性变形随之应力消失。此温度称临界温度。 Tk也称弹性转变临界温度。
ⅡⅠ
框形铸件分析热应力的形成
Ⅰ，Ⅱ杆固态冷却曲线
2、铸件的变形与防止 （1）变形的产生
具有残留内应力的铸件，厚的部位受拉应力、薄 的部位受压应力。变形的结果是受拉应力的部位趋于 缩短变形、受压应力的部位趋于伸长变形，以使铸件 中的残余应力减小或消除。
浇不足—铸件未能被金属液充满而残缺不全。 冷 隔—铸件上有未完全熔合的缝隙或洼坑，接
头处圆滑。
影响充型能力的主要因素如下：
1、合金的流动性
• 液态合金本身流动能力称为合金流动性。用螺旋试
样测量。 流动性↑—易于铸造薄壁、形状复杂件。有利于 收缩时得到补充、排气、夹杂物。
流动性↓—产生浇不足、冷隔、气孔、夹渣等缺陷。
1)机械阻碍力
它是合金的线收缩受到
铸型或型芯机械阻碍而形成的
内应力。一旦形成原因消除应
力自行消除。
机械应力虽是暂时的但在铸型中可与热应力共 同起作用，增大了某些部位的拉伸应力，促进 了铸件的裂纹倾向。
2)相变应力 相变过程导致体积变化，
受阻则产生应力。
机械应力
3)热应力
热应力是由于铸件壁厚不均匀，冷却速度不同在同 一时间内铸件各部分收缩不一样而引起的。
3、铸型的充填条件 蓄势能力—铸型材料导热系数和比热容 则急冷能力
充型能力 铸型温度—T 减小了铸型与液态金属温差，冷速 铸型中气体—排气性 充型能力
二、铸件的凝固与收缩
1、铸件的凝固方式
• 在铸件凝固过程中，其断面存在三个区域，即固相 区、凝固区和液相区。而对铸件质量影响较大的主 要是液相与固相并存凝固区的宽窄。铸件的凝固方式 就是以此而划分的。
在相同浇注条件下铸件试样越长流动性越好。
螺旋形试样
化学成份主要影响流动性： 共晶区附近—凝固温度间很 小。 其它区—在某一温度范围内 结晶有液相和发达的树枝晶 相区。
铁-碳合金的流动性与含碳量关系
不同结晶特征合金的流动性
2、浇注条件 温度↑ — 液态合金粘性↑ ；△T ↑ 铸型中液态保持时 间长、 充型 ↑ ；浇注 △T ↑则液态合金吸气量↑ 收缩 率↑ 缺陷↑ 压力↑—充型能力↑
铸件的凝固方式
1）、逐层凝固
纯金属或共晶成分合金在凝固过程中不存在液、固并存的 凝固区，故断面上外层的固体和内层的液体由一条界线(凝固 前沿)清楚分开。随着温度的下降，固体层不断加厚，液体层 不断减少，直达铸件中心，这种凝固方式为逐层凝固。
2）、糊状凝固
如果合金的结晶温度范围很宽，且铸件的温度分布较为平 坦，则在凝固的某段时间内，铸件表面并不存在固体层，而液、 固并存的凝固区贯穿整个断面，类似于水泥凝固，既先呈糊状 而后固化，称为糊状凝固。
它是采取一定的工艺措施， 尽量减少铸件结构上个部件之 间的温差，使铸件各部分在同 一时间进行凝固。
顺序凝固பைடு நூலகம்
•消除应力采用同时凝固。
同时凝固示意图
三、铸造内应力、变形和裂纹
1、铸造内应力
铸件在凝固之后的冷却过程中，不断产生固态线收 缩，有些合金还会发生固态相变造成膨胀或收缩。这
些都使铸件的体积和长度发生变化，这些现象一旦受 阻便在铸件中产生应力。分为：
•冒口：是一个储存金属液的空腔， 用来提供铸件体积变化而需要补偿 的金属液，防止收缩缺陷，还排气、 汇集浮渣。
•冷铁：金属块，用以加快金属局部 的冷却速度。
宏观缩孔 冷铁的应用
3、缩孔和缩松的防止
1）顺序凝固—防止缩孔
按薄壁—厚薄—冒口顺序先 后顺序进行，让缩孔集中在冒 口中，获得致密的铸件。
2）同时凝固—减少热应力
第十二章 铸造
第一节 铸造基本原理 第二节 砂型铸造 第三节 特种铸造 第四节 铸件结构设计
• 铸造是将液态合金浇注到具有与零件形状相适应 的铸型空腔中，待其冷却凝固后获得零件或毛胚的 方法。
• 铸造在机械中占70%～80%重量，农业机械占 40～70%。它适应性广，成本低但工序繁多，工艺 过程难以精确控制，使铸件质量不稳，废品率高， 且劳动条件差、强度大，使其受限。
3）、中间凝固
•大多数凝固介于逐层与糊状凝固之间，称为中间凝固。
•铸件质量与其凝固方式密切相关。一般来说，逐层凝固时合 金的充型能力强，便于防止缩孔和缩松；糊状凝固时唯一获得 紧实的铸件。
影响铸件凝固方式因素
合金的结晶温度范围—范围 愈倾向于逐层凝固。 铸件的温度梯度 合金的性质—凝固T 导热率 结晶潜热
铸件的极冷作用 铸件的蓄热能力—蓄热 急冷
浇注温度—T 带入热量 铸件
2、铸造合金的收缩
1)、合金的收缩 合金从浇注温度凝固冷却至室温过程中，其体积和
原有尺寸减小的现象称收缩。 液态收缩—从浇注温度冷却到凝固开始温度的收缩 凝固收缩—从凝固开始至结束温度的收缩 固态收缩—从凝固终止到室温的收缩 合金的收缩导致铸件形状、尺寸变化，产生应力和
第一节 铸造基本原理
液态合金的充型能力 铸件的凝固与收缩 铸造的内应力、变形与裂纹
一、液态合金的充型能力
液态合金充满铸型空腔，获得形状完善、轮廓清 晰的能力——液态合金的充型能力
若充型能力不足，在型腔填满之前，形成晶粒将 充型通道堵塞，合金液被迫停止流动，于是铸件将产 生浇不足或冷隔等缺陷。