2-1 铸造工艺基础

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二．特点
1. 可以铸造出形状结构复杂、 特别是内腔复杂的零件毛坯 (如暖气、箱体、气缸体等)。 2. 适应性强。不受零件的材料种 类，零件的重量、尺寸、形状 和结构复杂程度的限制。 可以铸造出各种大小的铸件，大小从几克～几百 吨；壁厚从1mm～1m。 可以铸造出各种复杂形状的铸件。 可以铸造出各种金属和合金的铸件。
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第一节
液态合金的充型
充型：液态合金填充铸型的过程。 一、充型能力与流动性的概念
1.充型能力：液态合金充填铸型的能力，即液态合金 充满铸型型腔，获得形状完整、轮廓清晰铸件的能力。
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2.合金的流动性：
液态合金的流动能力。
是影响合金充型能力的主要因素之一。
3.测定流动性的方法：
以螺旋形试件的长度来测定。
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。
缩孔的形成
合金在恒温或窄小的结晶温度范围内结晶时，它是 以逐层凝固方式进行凝固的，此时可能产生缩孔。
合金的液态收缩和凝固收缩愈大、浇注温度愈高、 铸件愈厚，缩孔的容积愈大。
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三．应用
主要用于制造受力不大，但形状结构复杂的零件 毛坯。例如气缸体，缸盖，活塞，机床床身，机架， 箱体，阀体，泵体等。卡车：离合器，变速箱，刹车 片，后桥，气缸，活塞。
四．方法
砂型铸造：用型砂紧实成形的铸造方法。是最基本 的铸造方法。使用较为普遍。
特种铸造：与砂型铸造不同的其它铸造方法的统称。 金属型铸造，熔模铸造，压力铸造，低压铸造，离 心铸造等。
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2.影响合金收缩的因素
合金种类和化学成分 碳钢和铸铁的收缩率是不同的。铸钢和白口铸铁 的收缩率比较大，灰铸铁的收缩率就比较小。
这是由于灰铸铁结晶时，它里面的碳大部分以石 墨的形式析出，体积要膨胀，这样抵消了灰铸铁 的一部分收缩。 所以铸铁的含碳量越高，吸收的石墨就越多，最 后它的收缩率也就越小。
2.合金充型能力差，铸件容易产生浇不足、冷隔、气 孔、夹渣、缩孔等铸造缺陷，不能得到完整的零件。
浇不足： 铸件残缺，轮廓不完整，或轮廓可能
完整但边角圆而且光亮。
冷隔：在铸件上穿透或不穿透，边缘呈圆角状的
缝隙。
冷隔形成原因： 是由于浇注断流或浇注温度过低、充型能力差等原因造成 的，这时合金液流到汇合的地方就不能与已经凝固的合金熔化 结合在一起，这样就形成两部分隔开的缝隙。
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2.3合理选择铸造合金
共晶成分或结晶温度范围窄的合金，容易形成缩孔， 不容易形成缩松，如果工艺合适，可以将缩孔转移 到冒口，这样可以得到致密健全的铸件。 结晶温度范围宽的合金容易产生缩松，铸件的致密 性比较差，因此对于致密性要求高的铸件，应尽量 选用共晶成分或结晶温度范围窄的铸造合金。
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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2.2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。 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。
纯金属和共晶成分的合金，结晶是在恒温之下进行，此时金属 液的凝固是从金属件的表面开始向中心逐层推进，凝固层的内 表面比较平滑，对还没有凝固的液态金属阻力较小，合金的流 动性较好； 非共晶成分的合金的结晶过程是在一定的温度范围之内进行， 凝固时铸件存在两相区，其中既有没有凝固的液态金属，还有 已经凝固的小的树枝状结晶体，树枝状的小晶体和粗糙不平的 凝固层的内表面使得液态金属的流动阻力增大，因此这种合金 的流动性较差。合金的结晶范围越宽，则两相区越宽，合金的 流动性也就越差。
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浇 不 足
后 退
13
冷
隔
后 退
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三、影响充型能力的因素
1.合金性质——合金流动性：决定于合金种类与 化学成分。
合金种类
根据“螺旋型试样长度”实验： 灰铸铁和硅黄铜的流动性和充型能力最好； 铝硅合金其次； 铸钢最差。
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化学成分
同一种合金，化学成分不同，合金流动性也有不同。 因为化学成分不同，合金的结晶温度范围和结晶特性 不同。
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第三节 铸造内应力、变形和裂纹
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2.缩孔与缩松的防止
基本原则
制定合理工艺——补缩，将缩松转化成缩孔。
2.1控制铸件进行顺序凝固，同时设臵冒口补缩
顺序凝固：铸件各部分按一定方向逐渐凝固，又称定 向凝固。
工艺上是在铸件厚大的部位设臵冒口和冷铁，可以使 得铸件从冷铁附近向冒口方向进行定向凝固。 冒口：铸型内储存供补缩用的熔融金属的空腔，也指该
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缩松的形成
产生的基本原因和产生缩孔的是基本相同，但形 成的条件又有所不同。合金的结晶温度范围比较
宽，以糊状凝固方式凝固时就容易产生缩松。
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缩松形成示意图
缩 松
凝 固 前 沿
同 时 凝 固 区
液态合金填满铸型型腔 铸件表层凝固结壳 内部 有一个比较宽的液体和树枝状小晶体并存的凝固区 树枝状小晶体长大互相接触，并且把还没有凝固的液体 分割成为许多小的封闭区 许多小的封闭区内的液体 金属凝固收缩，得不到液体的补充，形成缩松。
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铁碳合金状态图
t A
温 度 （ ）
L
L+A L+Fe3CI
D
℃
G
A3 A+F
A
Acm
A+Fe3CII
E
Ld+A+Fe3CII A1 Ld+P+Fe3CII
C
1148
F
Ld+Fe3CI
727
F
Q
P
P+F
S
P+Fe3CII L'd+Fe3CI 6.69
后 退
F+Fe3CIII 0 0.02
Fe
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缩孔和缩松的差别
形貌不同：缩孔是集中的倒锥形较大的孔洞；缩松是 分散的细小孔洞。 产生的部位不同：缩孔产生在铸件厚大部位的上部或 中心处；缩松一般出现在铸件中心轴线处。都产生在 最后液体凝固的部位或热节（铸件凝固慢的节点或区 域，一般在壁和壁相接或壁厚大的部位）处。
产生的条件不同：产生缩孔的条件是合金结晶温度范 围窄小，铸件由表及里逐层凝固；产生缩松的条件是 合金结晶温度范围宽，以糊状凝固方式凝固。
铸件结构
铸件由于结构特点造成各部分冷却速度不一致，使得 各部分的冷却收缩因彼此相互制约而受阻。
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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
的较大的倒锥形孔洞。
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
空腔中填充的金属。
冷铁：为了增加铸件局部的冷却速度，在砂型中安放的
金属物。
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冒口补缩示意图
浇注系统 冒口
冷铁
设臵冒口，是我们在工艺上防止缩孔和缩松形成的非 常有效的一项措施。 铸件按照规定的方向顺序凝固，铸件的每一部分的收 缩都会得到在以后凝固的金属液的补充，这样使得缩 孔最后转移到冒口当中去，清理时将冒口切除即可。
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一、合金收缩的三个阶段
1.液态收缩 合金在液态时，由于温度降低而发生的收缩。
2.凝固收缩
合金在凝固阶段的收缩。
液态收缩和凝固收缩是铸件产生缩孔和缩 松的根本原因。
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3.固态收缩 合金在固态由于温度降低而发生的收缩。固态收缩 表现为尺寸的缩小。 合金的固态收缩是铸件产生铸造应力、变形 和裂纹的基本原因。
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第二篇 铸 造
第一章 铸造工艺基础
第二章 常用合金铸件的生产
第三章 砂型铸造
第四章 特种铸造
第五章 铸件结构设计
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第一章 铸造工艺基础
铸造性能：合金通过铸造获得外形正确、内部健全的
优质铸件的能力，主要包括充型能力和收缩性。
1-1 液态合金的充型 1-2 铸件的凝固与收缩 1-3 铸造内应力、变形与裂纹 1-4 铸件中的气孔
0.77
2.11
4.3
C%
2.浇注条件
2.1浇注温度 对液态金属的充型能力有决定性的影响。
温度高，充型能力就强。这是因为浇注温度提高，合金液的粘 度就降低，浇注以后保持液态的时间也就延长，传给铸型的热 量就增多，这就使铸型和金属液的冷却速度就降低，从而使合 金的充型能力增强。 对于薄壁铸件，适当提高浇注温度是改善充型能力、防止产生 浇不到、冷隔的重要措施。这些措施在生产中经常采用，也比 较方便。
其他方式是外加压力，比如压力铸造、低压铸造也 都能提高充型能力。
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3.铸型性质——铸型材料和铸型温度
铸型材料的导热性小，铸型温度高，都会使 得金属液冷却慢，保持液态流动时间长，充 型能力就强。 因此充型能力砂型比金属型强；干型比湿型 强；铸型预热温度高的比预热温度低或不预 热的要强。 铸型中的气体：要求尽快排出，否则将增加 型腔中的气压，阻碍充型。一般在最高位臵 开设出气口。
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后
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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
右，但其成本仅仅占到总成本的20％～30％。
原材料便宜；还可以利用废品、废料以及一些 破损的零件； 加工余量小；可以直接铸出复杂零件毛坯，可 以省工省料。 能源消耗少。