材料成型工艺学2-1液态合金的充型
材料成型复习题思考及答案
材料成型复习题思考及答案
《材料成形技术基础》复习思考题
第⼀篇铸造
1.何谓液态合⾦的充型能⼒？充型能⼒不⾜，铸件易产⽣的主要缺陷有哪
些？
充型能⼒：液态⾦属充满铸型型腔，获得形状完整、尺⼨精确、轮廓清晰铸件的能⼒。
充型能⼒不⾜，会产⽣浇不⾜、冷隔、⽓孔、夹渣等缺陷。
提⾼充型能⼒的⽅法：
1）选择凝固温度范围⼩的合⾦；
2）适当提⾼浇注温度、充型压⼒；
4）合理设计浇注系统结构；
4）铸型预热，合理的铸型蓄热系数和铸型发⽓量；
5）合理设计铸件结构。
2.影响液态合⾦充型能⼒的主要因素有哪些？
影响液态合⾦充型能⼒的主要因素有：流动性、铸型条件、浇注条件和铸件结构等。
3.浇注温度过⾼或过低，对铸件质量有何影响？
浇注温度过低，会产⽣浇不⾜、冷隔、⽓孔、夹渣等缺陷。浇注温度过⾼，液态合⾦的收缩增⼤，吸⽓量增加，氧化严重，容易导致产⽣缩孔、缩松、⽓孔、粘砂、粗晶等缺陷。可见，浇注温度过⾼或过低，都会产⽣⽓孔。
4.如何实现同时凝固？⽬的是什么？该原则适⽤于何种形状特征的铸件？
铸件薄璧部位设置在浇、冒⼝附近，⽽厚璧部位⽤冷铁加快冷却，使各部位的冷却速度趋于⼀致，从⽽实现同时凝固。⽬的：防⽌热应⼒和变形。该原则适⽤于壁厚均匀的铸件。
注意：壁厚均匀，并⾮要求壁厚完全相同，⽽是铸件各部位的冷却速度相近。
5.试述产⽣缩孔、缩松的机理。凝固温度范围⼤的合⾦，其缩孔倾向⼤还是缩松倾向⼤？与铸铁相⽐较，铸钢的缩孔、缩松倾向如何？
产⽣缩孔、缩松的机理：物理机制是因为液态收缩量＋凝固收缩量＞固态收缩量（或写为：体收缩量＞线收缩量）；⼯艺原因则是由于补缩不⾜。
液态金属(合金)的流动性及充型能力-PPT课件
三、教法分析
基于本课题的特点，我主要采用了 以下的教学方法：
1. 直观演示法：利用多媒体进行直观演示，激 发学生的学习兴趣，活跃课堂气氛，促进学生 对知识的掌握。课节内容公式较多，采用板书 推导的方法便于学生理解。 2. 引导提问法：通过提出问题引导学生，以学 生为主体，使学生的独立探索性得到了充分的 发挥，培养学生的自觉能力、思维能力。 3. 集体讨论法：针对学生提出的问题，组织学 生进行集体和分组语境讨论，促使学生在学习 中解决问题，培养学生团结协作的精神。
（2）、教材内容要点
①、液态金属流动性及充型能力的 概念 ②、液态金属（合金）充型能力的 计算
（3）、教学目标 ①、知识目标： 了解液态金属在成形过程中的流动特点 了解影响充型能力的因素和提高措施 熟悉并掌握液态金属停止流动机理及液态金属充 型能力的计算方法 ②、能力目标： 由于本节课内容是本门课的重点内容之一，属于 理论性较强的内容。通过多媒体演示和板书的合理应 用，培养学生勤于思考的学习能力。并且本节内容计 算部分较多，锻炼学生独立思考，独立分析问题的能 力。 ③、德育目标： 培养学生从事研究工作认真、严谨的作风。
液态金属停止流动机理分析及充型能力计算可编辑ppt二学情分析本门课所面对的是材料成型及控制工程专业大三的学生在此之前学生已经学习过材料工程导论金属学与热处理等专业相关课程并进行了金工实习和去工厂的参观实习对专业已经有了比较明确的认识对待本课程会比较用心
液态金属的充型能力1
充型能力的前提下，尽可能采用“高温出炉，低温浇注”的原则。
◆ 浇注系统的结构
浇注系统的结构越复杂，流动的阻力就越大，流动性就越差。
故在设计浇注系统时，要合理布置内浇口在铸件上的位置，选择
恰当的浇注系统结构和各部分的断面积。 ⑶充填条件 铸型中凡能增加金属流动阻力、降低流速和增加冷却速度的 因素，均会降低合金的充型能力。诸如：型腔过窄、型砂含水分 或透气性不足、铸型排气不畅和铸型材料导热性过大等，均能降 低充型能力，使铸件易于产生浇不足、冷隔等缺陷。
以上影响因素错综复杂，在实际生产中必须根据具体情况具 体分析，找出其中的主要矛盾，采取措施，才能有效地提高液态 金属的充型能力。
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3、对铸件质量的影响
充型能力好：
◆ 可获得外形完整、尺寸准确、轮廓清晰的铸件 ◆ 有利于排气和排渣
◆ 有利于补缩
充型能力不好，铸件易产生以下缺陷： 浇不足：液态金属未充满铸型而产生缺肉的现象。 冷隔：两股金属流汇合时因表层氧化而未能融合而产生凹坑 或缝隙的现象。
P S
尺寸变化
固态
K
Q 产生应力、变形、裂 产生缩孔、缩松 0 0.02 0.77 2.11 4.3 纹的基本原因 ω c ，% 的基本原因
6.69
图
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2、影响因素 ①化学成分
凡是促进石墨化的元素增加，收缩减少，否则收缩增大
工程材料与成型工艺基础习题及答案
100%
3.14(52 3.14
2.52 52
)
100%
75%
5. 零件的失效形式有哪些？影响失效的基本因素有哪些？ （1）断裂、塑性变形、过量弹性变形、磨损、腐蚀等。 （2）设计因素、材质因素、工艺因素和安装使用不当。
6.什么是同素异晶转变？请绘出纯铁的冷却曲线，并指出同
温度℃
素异晶转变温度和晶格类型 。
组织是否相同，各是何种组织？
1）不同。
2）由于铸件壁厚不同，其 各部分冷却速度不同。壁厚 5、10、20、30、40mm 处的组织分别为麻口组织 （Ld'＋石墨)、P＋石墨、P ＋石墨、F+P＋石墨、F+石 墨。
图2-2 阶梯铸件
7.某厂铸造一个ф1500mm的铸铁顶盖，有如图2-3所示两 种设计方案，试分析哪种方案易于生产？并简述其理由。
1）灰口铸铁的组织和性能决定于化学成分和冷却速度。
2）因为碳、硅含量越高，铸铁中的石墨片就越粗大， 石墨数量也越多，对基体的破坏就越严重。同时基体 中铁素体的量增加，珠光体的量减少。所以铸铁的强 度越低。
6．有一包铁水，其成分为wC＝3.2%，wSi=1.8%，浇成阶 梯型铸件，如图2-2所示。试问在五个厚度不同的截面上的
（1）固态下随着温度的变化， 金属的晶体结构从一种晶格类
1538 ℃ Fe
体心 1394 ℃
工程材料与成型工艺基础习题答案
一、填空题
1.工程材料的主要性能分为（1） 使用 性能和（2） 工 艺 性能。（1）又包括力学性能、 物理性能和化学性能 等。 2.金属的变形包括 弹性 变形和 塑性 变形。
3.通过拉伸试验可测得的强度指标主要有 屈服强度 和 抗拉 强度 ；可测得的塑性指标有 延伸率 和 断面收缩率 。
34940N，拉断后测得标距长度为65㎜，断裂处直
径为5㎜。试计算σb、σs、δ、ψ的值。
b
Fb S0
34940 3.14 52
445(MPa)
s
FS S0
21630 3.14 52
275(MPa)
Lk L0 100 % 65 30 100 % 116 .7%
L0
30
S0 Sk S0
③
12．铸件结构工艺性： 判断下列铸件的结构工艺性，若不合理，请在原图上进行改。
金属材料成形基础作业（3）
一、填空题
1.单晶体的塑性变形是通过滑移和孪晶的方式完成的；多晶 体的塑性变形包括晶内变形和晶间变形。
2.冷成形后的金属将产生加工硬化现象，表现为金属材料的 强度和硬度提高，而塑性和韧性降低。
1）变大。
2）因为凝固冷却后，ф30的粗 杆处于拉应力状态，ф10的细 杆处于压应力状态。当沿A-A锯 断后，粗杆给予细杆的压力被 释放，细杆的弹性压缩变形恢 复伸长，所以断口间隙会变大。
液态金属的流动性及充型能力
液态金属的流动性及充型能力
液态金属充填过程是铸件形成的第一阶段，铸件的许多缺陷是在这个过程中形成的。为了获得优质健全的铸件，必须掌握和控制这个过程。为此，研究液态金属充满铸型的能力，以便得到形状完整、轮廓清晰的铸件，防止在充型阶段产生缺陷
一、充型的概念
液态合金充满型腔，形成轮廓清晰、形状完整的优质铸件的能力，称为液态合金的流动性又叫做充型能力。液态合金的流动性愈好，不仅易于铸造出轮廓清晰，薄而形状复杂的铸件，而且有助于液态合金在铸型中收缩时得到补充，有利于液态合金中的气体及非金属夹杂物上浮与排除。若流动性不好，则易使铸件产生浇不足、冷隔、气孔、夹渣和缩松等缺陷
液态金属充填铸型是一个复杂的物理、化学和流体力学问题，涉及到金属液的各种性质，如密度、黏度、表面张力、氧化性、氧化物的性质及润湿性等。充型能力的大小影响铸件的成型，充型能力较差的合金难以获得大型、薄壁、结构复杂的健全铸件
而良好的流动性能使铸件在凝固期间产生的缩孔得到液态金属的补充，铸件在凝固末期受阻出现的热裂可以得到液态金属的充填而弥合，有利于防止缺陷产生液态合金流动性的好坏，通常以螺旋形流动性试样的长度来衡量。如图2-3所示，
将液态合金注入螺旋形试样铸型中，冷凝后，测出其螺旋线长度。为便于测量，在标准试样上每隔50mm 作出凸点标记，在相同的浇注工艺条件下，测得的螺旋线长度越长，合金的流动性越好。常用合金的流动性如表2-1所示。其中，灰铸铁、硅黄铜的流动性最好，铝合金次之，铸钢最差
通常，流动性好的合金，充型能力强;流动性差的合金，充型能力差，在实际的铸造生产中，可以通过改善外界条件来提高其充型能力，根据铸件的要求及合金的充型能力采取相应的工艺措施以获得健全的优质铸件。
材料成型工艺基础重点总结
第一章：金属的液态成型
一、充型：
1.充型概念：液态合金填充铸型的过程，简称充型。
2.充型能力：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。
⏹充型能力不足时，会产生浇不足、冷隔、夹渣、气孔等缺陷
⏹影响充型能力的主要因素
⏹⑴合金的流动性—液态合金本身的流动能力
a 化学成分对流动性的影响—纯金属和共晶合金的成分的流动性好
b工艺条件对流动性的影响—浇注温度、充型能力、铸型阻力
c流动性的实验
⏹⑵工艺条件：a 、浇注温度一般T浇越高，液态金属的充型能力越强。
b、铸型填充条件—铸型的许热应力
c、充型压力：态金属在流动方向上所受的压力越大，充型能力越强。
d、铸件复杂程度:构复杂，流动阻力大，铸型的充填就困难
e、浇注系统的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。
f、折算折算厚度也叫当量厚度或模数，为铸件体积与表面积之比。折算厚度大，热量散失慢，充型能力就好。铸件壁厚相同时，垂直壁比水平壁更容易充填。
——影响铸型的热交换影响动力学的条件（充型时阻力的大小），必须在保证工艺条件下金属的流动性好充型能力才好。
二、冷却
⑴影响凝固的方式的因素：a.合金的结晶温度范围—合金的结晶温度范围愈小，凝固
区域愈窄，愈倾向于逐层凝固。金属和共晶成分的合金是在恒温下结晶的。由表层向中心逐层推进(称为逐层凝固)方式，固体层内表面比较光滑，流动阻力小，流动性好。
b.铸件的温度梯度—在合金结晶温度范围已定的前提下，凝固区域的宽窄取决与铸
件内外层之间的温度差。若铸件内外层之间的温度差由小变大，则其对应的凝固区由宽变窄。
材料成型工艺学 铸 造
◆ 耐磨、减振、缺口敏感性 同灰铁，高于钢
▲ 牌号：QT ×××-××
σb δ
▲ 应用：
2. 球墨铸铁的生产特点
(1) 铁水：高碳 （3.6%～4.0% ）
高硅 （2.4%～2.8% ）
出炉温度
(2) 球化处理和孕育处理（炉前处理）
浇注
铁水 + 球化剂 + 孕育剂
◆顺序凝固：如图。
▲选用共晶成分或结晶温度范围较窄的合金生产铸件是适宜的
热节：铸件上厚大的部位。
冷铁作用：加快某些部位的 冷却速度，以控制铸件的凝 固，本身并不起补缩作用。
冷铁材料：钢或铸铁
§3 铸造内应力、变形和裂纹 §3 铸造内应力、变形和裂纹
固态收缩若受到阻碍, 铸件内部将产生内应力 铸造内应力是铸件产生变形和裂纹的基本原因
σb ≥200MPa
▲ 用途：见下表
二、可锻铸铁（玛铁、玛钢）
■ 它是将白口铸铁经石墨化 退火而成的一种铸铁。
1. 可锻铸铁的牌号及应用 ▲ 组织:
金属基体 + 团絮状石墨
▲ 性能：
◆ 强度、硬度、塑性好
σb = 300 ～ 400MPa σmax = 700 MPa
δ ≤12%
◆ 铸造性能 不如 灰铁
灰铸铁中的碳： C总 = C石墨 + C化合
最新材料成型技术基础第2版课后习题答案
第一章金属液态成形
1.
①液态合金的充型能力是指熔融合金充满型腔，获得轮廓清晰、形状完整的优质铸件的能力。
②流动性好，熔融合金充填铸型的能力强，易于获得尺寸准确、外形完整的铸件。流动性不好，则充型能力差，铸件容易产生冷隔、气孔等缺陷。
③成分不同的合金具有不同的结晶特性，共晶成分合金的流动性最好，纯金属次之，最后是固溶体合金。
④相比于铸钢，铸铁更接近更接近共晶成分，结晶温度区间较小，因而流动性较好。
2.浇铸温度过高会使合金的收缩量增加，吸气增多，氧化严重，反而是铸件容易产生缩孔、缩松、粘砂、夹杂等缺陷。
3.缩孔和缩松的存在会减小铸件的有效承载面积，并会引起应力集中，导致铸件的力学性能下降。
缩孔大而集中，更容易被发现，可以通过一定的工艺将其移出铸件体外，缩松小而分散，在铸件中或多或少都存在着，对于一般铸件来说，往往不把它作为一种缺陷来看，只有要求铸件的气密性高的时候才会防止。
4 液态合金充满型腔后，在冷却凝固过程中，若液态收缩和凝固收缩缩减的体积得不到补足，便会在铸件的最后凝固部位形成一些空洞，大而集中的空洞成为缩孔，小而分散的空洞称为缩松。
浇不足是沙型没有全部充满。冷隔是铸造后的工件稍受一定力后就出现裂纹或断裂，在断口出现氧化夹杂物，或者没有融合到一起。
出气口目的是在浇铸的过程中使型腔内的气体排出，防止铸件产生气孔，也便于观察浇铸情况。而冒口是为避免铸件出现缺陷而附加在铸件上方或侧面的补充部分。
逐层凝固过程中其断面上固相和液相由一条界线清楚地分开。定向凝固中熔融合金沿着与热流相反的方向按照要求的结晶取向进行凝固。
加工工艺2-1成型工艺1
压射的压力为十几MPa到上百MPa，甚至高达 几百MPa；压射速度为0.5-120米/秒；充填时 间只有0.2-0.01秒。
压铸模型制造周期长，费用高，压铸机投资也 较大，不适合小批量生产。
应用
压铸主要用于有色金属，中小型薄壁复杂铸件 的大批量生产。在汽车、摩托车、航空航天、 农机、建筑装饰、医疗器械、电机电器、仪表、 计算机等行业得到广泛应用。如果摩托车发动 机缸体、缸盖、变速箱壳体，汽车化油器壳体 及零件，电机壳、端盖、转子，电扇底座，照 像机主体，电唱机唱片盘，打印机打印头壳体 等等。
5.消失模铸造
泡沫塑料模
浇注时气化消失 工件
各种铸造方法精度比较
工艺名称
尺寸精度
表面粗糙度
砂型铸造
IT14-16
100-12.5
熔模铸造
IT7-10
6.4-1.6
金属型铸造
IT8-IT10
12.5-6.3
压力铸造
IT7-9
3.2-0.8
本章主要内容
成形工艺基础理论
金属的铸造性 金属的锻压性能：金属滑移理论 金属的焊接性
金属型铸造
金属型铸造是用铸铁、钢或其他金属材料做铸 型，在重力下将液态金属浇入铸型获得铸件的 工艺方法。
材料成型技术基础第2版课后习题答案
第一章金属液态成形
1.
①液态合金的充型能力是指熔融合金充满型腔，获得轮廓清晰、形状完整的优质铸件的能力。
②流动性好，熔融合金充填铸型的能力强，易于获得尺寸准确、外形完整的铸件。流动性不好，则充型能力差，铸件容易产生冷隔、气孔等缺陷。
③成分不同的合金具有不同的结晶特性，共晶成分合金的流动性最好，纯金属次之，最后是固溶体合金。
④相比于铸钢，铸铁更接近更接近共晶成分，结晶温度区间较小，因而流动性较好。
2.浇铸温度过高会使合金的收缩量增加，吸气增多，氧化严重，反而是铸件容易产生缩孔、缩松、粘砂、夹杂等缺陷。
3.缩孔和缩松的存在会减小铸件的有效承载面积，并会引起应力集中，导致铸件的力学性能下降。
缩孔大而集中，更容易被发现，可以通过一定的工艺将其移出铸件体外，缩松小而分散，在铸件中或多或少都存在着，对于一般铸件来说，往往不把它作为一种缺陷来看，只有要求铸件的气密性高的时候才会防止。
4 液态合金充满型腔后，在冷却凝固过程中，若液态收缩和凝固收缩缩减的体积得不到补足，便会在铸件的最后凝固部位形成一些空洞，大而集中的空洞成为缩孔，小而分散的空洞称为缩松。
浇不足是沙型没有全部充满。冷隔是铸造后的工件稍受一定力后就出现裂纹或断裂，在断口出现氧化夹杂物，或者没有融合到一起。
出气口目的是在浇铸的过程中使型腔内的气体排出，防止铸件产生气孔，也便于观察浇铸情况。而冒口是为避免铸件出现缺陷而附加在铸件上方或侧面的补充部分。
逐层凝固过程中其断面上固相和液相由一条界线清楚地分开。定向凝固中熔融合金沿着与热流相反的方向按照要求的结晶取向进行凝固。
2-1铸造工艺基础-1.2充型.收缩1
缩孔和缩松的防止
危害：显著降低铸件的机械性能，造成铸件渗漏等。
缩 孔
缩 松
主要工艺措施：
① 合理确定内浇口位臵及浇注工艺； ② 合理应用冒口、冷铁等工艺措施。
防止措施：
去应力退火
将铸件加热到弹塑性状态 （铸铁为500-600度），在 此温度下保温一段时间， 使应力消失，再缓慢冷却 到室温。
4、铸件的变形和冷裂
成。
液态金属具有黏度和表面张力等特性。
1200 ℃
1400 ℃
1700 ℃
2、铸件的凝固组织
凝固过程：形核+晶体长大
凝固组织：宏观状态指铸态晶粒的形态、大小、取向和分布
等情况。微观组织的概念包括晶粒内部亚结构的形状、大小和相对
分布，以及各种缺陷等。 晶粒越细小均匀，金属材料的强度和硬度越高，塑性和韧性越好。
液态金属的流动性
流动性定义： 液态合金充满型腔，形成轮廓清晰， 形状和尺寸符合要求的优质铸件的能力。 流动性不好：不能充满型腔，铸件易产生浇不到、冷
隔、气孔、夹杂等缺陷。
流动性好：易于充满型腔，有利于气体和非金属夹杂
物上浮和对铸件进行补缩。
冷隔
浇不足
气孔
液态合金的流动性通常以“螺旋形试样”长度来衡 量。
合金的流动性及合金的充型能力实验指导书
合金的流动性及合金的充型能力实验
一、实验目的
1．熟悉合金流动性的概念，掌握铸造合金流动性的测定方法。
2．了解影响合金流动性及充型能力的因素。
二、实验原理
液态合金充满铸型型腔．获得形状完整、轮廓清晰的铸件的能力，称为液态合金的充型能力。若充型能力不足，将使铸件产生浇不足或冷隔等缺陷。
影响合金充型能力的因素:
1．合金的流动性
液态合金本身的流动能力，称为合金的流动性，是合金主要铸造性能之一。合金的流动性愈好，充型能力愈强，愈便于浇出轮廓清晰、壁薄而复杂的铸件，同时也有利于夹杂物和气体的上浮与排除，有利于凝固过程的补缩。
影响合金流动性的因素很多，但化学成分的影响最为显著。纯金属和共晶成分的合金，是在恒温下逐层凝固的，凝固层内表面较光滑，对液体的流动阻力小，流动性好；非共晶成分合金是在一定温度范围内结晶的，且为糊状凝固方式，已结晶的树枝晶对液态合金的流动阻力较大，流动性较差，结晶温度范围愈大，则合金的流动性愈差。
2．浇注条件
(1) 浇注温度浇注温度愈高，合金的粘度下降，且因过热度大，合金在铸型中保持流动时间长，故充型能力强。反之充型能力差。
(2) 充型压力液态合金在流动方向上所受的压力愈大，则充型能力愈好。在离心铸造时，液态合金受到了离心力的作用，充型能力较强。
(3)铸型条件
液态合金充型时，铸型的阻力将影响合金的流动速度；铸型的导热速度也将影响合金的充型能力。铸型型腔复杂、导热速度快，均会降低液态合金的充型能力。
三、实验设备及材料
1．螺旋形硅橡胶铸型模具，螺旋形金属铸型模具。
2．HWIOO型离心铸造机。
液态金属的充型能力1
2、减少和消除铸造内应力的方法
⑴设计上：力求壁厚均匀 ⑵工艺上： ①尽量减少铸件在冷却过程中各部分温差 ②改善铸型和型芯的退让性 ③时效处理：包括人工时效和自然时效二种
㈣ 变形及其防止
1、变形方向的判断
结论：厚的部分向内凹，薄的部分向外凸。 上一页 下一页 退出
请注意：二次变形方向的判断与上述不同。
充型能力的前提下，尽可能采用“高温出炉，低温浇注”的原则。
◆ 浇注系统的结构
浇注系统的结构越复杂，流动的阻力就越大，流动性就越差。
故在设计浇注系统时，要合理布置内浇口在铸件上的位置，选择
恰当的浇注系统结构和各部分的断面积。 ⑶充填条件 铸型中凡能增加金属流动阻力、降低流速和增加冷却速度的 因素，均会降低合金的充型能力。诸如：型腔过窄、型砂含水分 或透气性不足、铸型排气不畅和铸型材料导热性过大等，均能降 低充型能力，使铸件易于产生浇不足、冷隔等缺陷。
共晶成分合金的流动性最好，离共晶成分越远，流动性越差。
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⑵浇注条件
◆ 浇注温度：T浇↑→充型能力↑
a. T浇↑→液态金属所含的热量↑→t液↑→充型能力↑ b. T浇↑→传给铸型的热量↑→铸型的温度↑→金属的冷却速度 ↓→t液↑→充型能力↑ c. T浇↑→液体金属的粘度↓→充型能力↑ 但浇注温度过高，会使金属的吸气量和总收缩量增大，氧化 严重，并易产生缩孔、缩松、粘砂和裂纹等缺陷。因此，在保证 ◆ 充型压力 液态合金在流动方向所受的压力愈大，充型能力愈好。如增 加直浇道高度，利用人工加压方法像压力铸造、低压铸造等。 上一页 下一页 退出
2-1 铸造工艺基础
铸件结构
三、铸件的缩孔和缩松 缩孔：铸件在凝固过程中，由于补缩不良产生的集中
的倒锥形较大的孔洞。
缩松：是铸件断面上出现的分散而细小的缩孔。
缩孔和缩松使得铸件的力学性能和气密性大大 降低，有可能发生渗漏的现象。都是危害严重
的铸造缺陷，因此必须设法防止。
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后
退
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1.缩孔与缩松的形成 产生缩孔和缩松的基本原因是相同的，都是合金 的液态收缩和凝固收缩得不到补充所致。
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4.铸件结构——铸型的型腔结构 铸件结构越复杂，铸件的厚度越小，或者是有大的、 薄的水平面时，金属液的流动阻力就比较大，这时 充型能力就比较差。 因此在设计铸件时，应尽量简单，壁厚必须大于规 定的最小允许壁厚。以防止产生浇不到、冷隔等缺 陷。
凡是能延长液态时间、减小流动阻力的因素， 都能提高合金的充型能力。
根据生产经验，常用铸造合金的浇注温度为：铸铁1230～1450C ；铸钢1520～1620C；铝合金680～780C。对薄壁及复杂铸件取 浇注温度的上限，对于厚大铸件可以取其下限。
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充型压力
浇注时，金属所受的充型压力越大，充型能力就越 强。 提高金属件的压头。例如增加直浇道的高度，可以 提高充型能力，这也是一项经常采用的工艺措施。
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3. 成本低廉。 以普通车床为例，车床中铸件的重量占到80％左
工程材料及成型工艺基础-金属材料成形基础 作业集
16. GCr9、GCr15钢按化学成分分类，它们属于结构钢中的 合金钢，主要用来制造轴承套圈、滚珠、滚柱。
二、简答题与应用题
1.材料的常用力学性能指标有那些？若某种材料的零件在使 用过程中突然发生断裂，是由于那些力学性能指标不足所造 成的？
形、裂纹的原因是固态收缩 。
4．铸件在凝固过程中所造成的体积缩减如得不到液态金属 的补充，将产生缩孔或缩松。凝固温度范围窄的合金，倾 向于“逐层凝固”，因此易产生缩孔；而凝固温度范围宽 的合金，倾向于“糊状凝固”，因此易产生缩松。
5．准确地估计铸件上缩孔可能产生的位置是合理安排冒口 和冷铁的主要依据。生产中确定缩孔位置的常用方法有画 等温线法、内切圆法和计算机模拟凝固法等。
2．什么是合金的铸造性能？衡量合金铸造性能的主要指标 是什么 ？其是如何影响的？
（1）合金在铸造生产条件下，获得优质铸件的难易程度。
（2）流动性和收缩。合金的流动性越好、收缩越小，铸造 性能越好。
3．现采用铸造方法浇注三根直径分别为10mm、30mm、 60mm的灰口铸铁试棒，测得它们的抗拉强度均为200MPa， 问这三根试棒的成分是否相同？牌号是否相同？若不相同，应 有何区别？
图2-1 铸造应力框铸件
5. 灰口铸铁的组织和性能决定于什么因素？为什么在 灰口铸铁中，碳硅含量越高，则其强度越低？
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(3) 固态收缩 从凝固终止温度到室温间的收 缩。
液态收缩 > 合金体积的缩减 > 缩孔 > 体收缩率 凝固收缩
固态收缩 > 合金尺寸的缩减 > 内应力 > 线收缩率
三、铸件中的缩孔与缩松
三. 铸件中的缩孔与缩松
1. 缩孔与缩松的形成
2. 机械应力
▲机械应力：合金的线收缩受到铸型或型芯机械 阻碍而形成的应力
▲暂时的：铸件落砂后， 自行消失
▲在铸型中，与热应力共 同作用，促进裂纹产生
二. 铸件的变形与防止
▲变形： 利用变形来减少内应力：
受拉部分产生压缩变形 受压部分产生拉伸变形
▲防止、减少变形的措施：
◊ 基本途径：同热应力 ◊ 设计上： ◊ 工艺上：同时凝固 ◊ 反变形法： ◊ 时效处理：
(灰铁与铸钢、S含量）
◊ 铸型阻力: 退让性↑→ 机械应力↑→ 热裂↓
2. 冷裂
形成: 低温下形成的裂纹
特征: 裂纹细小、呈连续直线状、有时缝内呈
氧化色
防止(影响因素): ◊ 合金性质: 塑性好↑→应力↓ → 冷裂↓
(灰铁与铸钢、P含量） ◊ 铸型内应力: 复杂件↑→ 应力↑→ 冷裂↑
§4 铸件中的气孔
铸造
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。
特点： 1. 工艺实质：液态成型 2. 铸件大小不受限制 3. 成本低 4. 废品率高
流动性的测定：
影响合金流动性的因素: 化学成分
△
化学成分：○共晶成分的合金流动性最好 ◇结晶特点（逐层） ◇过热度
◆顺序凝固：如图。
▲选用共晶成分或结晶温度范围较窄的合金生产铸件是适宜的
热节：铸件上厚大的部位。
冷铁作用：加快某些部位的 冷却速度，以控制铸件的凝 固，本身并不起补缩作用。
冷铁材料：钢或铸铁
§3 铸造内应力、变形和裂纹 §3 铸造内应力、变形和裂纹
固态收缩若受到阻碍, 铸件内部将产生内应力 铸造内应力是铸件产生变形和裂纹的基本原因
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(图2-3c)。由于这种凝固方式与 水泥类似，即先呈糊状而后固化，故称糊状凝固。
3. 中间凝固
大多数合金的凝固介于逐层凝固和糊状凝 固之间(图2-3b)，称为中间凝固方式。
▲缩孔 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， 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
(1) 缩孔(集中缩孔) 集中在铸件上部或最后
凝固部位容积较大的孔洞。 缩多呈倒圆锥形, 内表面粗糙。
(2) 缩松(分散缩孔) 分散在铸件某区域内的
细小缩孔。 宏观缩松、显微缩松
壁厚差 线收缩率 弹性模量
▲热应力：使铸件： 厚壁（+）、薄壁（-）
热热 应力
▲防止：基本途径：减少铸件温度差，使其均匀冷却 设计上： 壁厚均匀，减少聚集 工艺上： 同时冷却，“同时凝固” 如图：浇口开在薄壁处、 在厚壁处安放冷铁
注意：同时凝固时，铸件 心部容易出现缩孔 或缩松
主要用于灰铸铁、锡青铜
充型压力↑ →充型能力↑ （充型压力与直浇道的高度有关)
△ 压力铸造、离心铸造因充型压力提高， 所以充型能力较强。
三. 铸型填充条件
1 铸型的蓄热能力 （即铸型从液态金属中 吸收和储存热量的能力）
蓄热能力↑ → 充型能力↓ 2 铸型温度↑ → 液体冷速↓ → 充型能力↑ 3 铸型中气体↑ → 充型能力↓ 4 铸件结构复杂↑ → 充型能力↓
铸件质量与其凝固方式密切相关。
二. 铸造合金的收缩
▲收缩：合金从浇注、凝固直至冷却到室温，其体
积或尺寸缩减的现象，称为收缩。
收缩是合金的物理本性。
▲收缩性：合金的主要性能之一。
收缩给铸造工艺带来许多困难，是多种铸造 缺陷(如缩孔、缩松、裂纹、变形等)产生的根源。
▲合金的收缩经历的三个阶段:
(1) 液态收缩 从浇注温度到凝固开始温度(即 液相线温度) 间的收缩。
§2. 铸件的凝固与收缩
一. 铸件的凝固方式
如图，依据凝固区的 宽窄，划分为：
1 逐层凝固 2 糊状凝固 3 中间凝固
1. 逐层凝固
纯金属或共晶成分合金在凝固过程中因不存 在液、固并存的凝固区(图2-3a)，故断面上外层 的固体和内层的液体由一条界限(凝固前沿)清楚 地分开。随着温度的下降，固体层不断加厚、液 体层不断减少，直达铸件的中心，这种凝固方式 称为逐层凝固。
气孔：由于金属液中的气体未能排出，在铸件中形成气
○ 离共晶成分愈远的合金，流动性愈差
灰口铸铁、硅黄铜的流动性最好， 铸钢的流动性最差。
二. 浇注条件
1 浇注温度
温度↑→合金的粘度↓、过热度↑→充型能力↑ 温度↑→缩孔、粘砂、气孔、粗晶↑
》合适
Leabharlann Baidu
△通常，灰铁：1200-1380℃ 铸钢：1520-1620℃ 铝合金：680-780℃
2 充型压力
▲缩孔的形成
如图，以集中缩孔为例。
不同铸造合金的缩孔和缩松的倾向不同。
逐层凝固合金(纯金属、共晶合金或结晶温度范 围窄的合金)的缩孔倾向大, 缩松倾向小;
糊状凝固的合金缩孔倾向虽小, 但极易产生缩松。
2. 缩孔和缩松的防止
▲危害： ●使铸件的力学性能下降； ●缩松使铸件渗漏。
▲防止措施：使铸件实现 “顺序凝固”(定向凝固）
一、. 内应力的形成
分为热应力和机械应力两种。
1. 热应力
▲热应力：它是由于铸件的壁厚不均匀、各部分
的冷却速度不同, 以致在同一时期内铸 件各部分收缩不一致而引起的。
▲热应力形成分析：如图
固态金属：●在再结晶温度以上(钢和铸铁为620～650℃)时, 处于塑性状态。 ●在再结晶温度以下的金属呈弹性状态
自然时效 （置露天半年以上） 人工时效 （550 — 650℃去应力退火）
三、三.铸铸件件的的裂裂纹纹与与防止止
铸造内应力 > 金属的强度极限 →产生裂纹 1. 热裂
形成: 是在高温(凝固末期) 下形成的裂纹。
机械应力> 金属强度极限
特征: 缝隙宽、形状曲折、 缝内呈氧化色
防止(影响因素):
◊ 合金性质: 结晶间隔↑→ 收缩↑→ 热裂↑