第2章 液态材料铸造成形技术过程
液态成形铸造
液态成形——铸造
（三）填充压力
增大填充压力，可以使液态金属充型能力增强。
（四）铸型导热能力
铸型导热能力越差，液态金属处于高温下的时间越长， 有利于液态金属的流动和充型。
（五）铸型阻力
铸型型腔狭窄、形状复杂或铸型材料的发气量大，型腔内气 体量就显著增加，如果铸型排气又不通畅，则造成铸型内 气体反压力增大，导致铸型对金属液流动阻力增加，从而 降低合金流动性。
第五章
液态成型（铸造）
液态成形——铸造
教学目的与要求:
1.了解铸造的基本பைடு நூலகம்理。 2.掌握常用铸造方法的主要工艺过程、特点及应用条件。
教学内容：
1.铸造成形的基本原理。
2.各种常用铸造方法。 3.各种常用铸造方法的综合比较。
重点：常用铸造方法的工艺特点及应用条件。 难点：铸造的基本原理。
液态成形——铸造
线收缩率：
• 合金的固态收缩，直观地表现为铸件轮廓尺寸的减小， 因而常用铸件单位长度上的收缩量，即线收缩率来表示，是 铸件产生内应力、变形和裂纹的基本原因。
液态成形——铸造
（二）影响合金收缩的因素
1. 化学成分
2. 浇注温度
3. 铸件结构和铸型条件
液态成形——铸造
（三）铸件中的缩孔与缩松
⑴ 缩孔的形成
加大结晶压力液态成形铸造型砂模型熔化砂型铸造的工艺过程砂型铸造动画演示过程一砂型铸造第二节重力作用下的液态成形工艺方法液态成形铸造液态成形铸造常见的砂型铸造方法演示1整模造型2分模造型3三箱造型4挖砂造型5活块造型6机器造型液态成形铸造返回液态成形铸造返回液态成形铸造返回液态成形铸造返回液态成形铸造返回液态成形铸造返回液态成形铸造1概念液态金属在重力作用下注入金属型中成形的方法称为金属型铸造习惯上亦称之为硬模铸造
第2章液态材料铸造成形技术过程2剖析
3~4
孕育铸铁（HT300以上） 5~6
球墨铸铁
3~4
合金种类
＜50
铝合金
3
黄铜
6
锡青铜
3
无锡青铜
6
镁合金
4
6
9 9~10
10 10~12
4~5 6~8 4~8
50~100 3 6 5 6 4
11
14
12
16
12
16
12~16
16~20
5~6
6~8
8~10
10~12
8~10
10~12
铸件轮廓尺寸/mm
铸件壁厚大小主要与合金种类及铸件轮廓尺寸有关。 表3-2-1为砂型铸造时铸件最小允许壁厚。
5
§2.1 零件结构的铸造工艺性
合金种类
＜200
200~400
铸件轮廓尺寸/mm 400~800 800~1250 1250~2000 ＞2000
碳素铸钢
8
低合金钢
8~9
高锰钢
8~9
不锈钢、耐热钢
8~10
灰铸铁
10
§2.1 零件结构的铸造工艺性
3. 铸件的内壁应薄于外壁
铸件内壁的肋和壁的散热条件较差，因此应比外壁薄 些，以便使整个铸件的外壁和内壁能均匀地冷却，防止产 生内应力和裂纹。
合金种类
铸铁件
铸钢件
铸铝件
铸铜件
内壁比外壁应 减薄的值
10％～20％
20％～30％
10％～20％
15％～20％
铸件内部壁厚 相对减薄的实例：
防止产生内 应力和裂纹
11
a）不合理b） 合理
§2.1 零件结构的铸造工艺性
第二章 液态成形工艺——铸造
金属工艺学第二章 液态成形工艺重点与难点（1）重点：铸铁的石墨化及其对铸件组织和性能的影响，常用铸造合金的获得方法及铸造特点。
（2）难点：制定铸造方案、绘制出铸件的铸造工艺简图。
一 什么是铸造?将液体金属浇铸到与零件形状相适应的铸造空腔中,待其冷却凝固后,以获得零件或毛坯的方法.二 特点1 优点:1) 可以生产形状复杂的零件,尤其复杂内腔的毛坯(如暖气)2) 适应性广,工业常用的金属材料均可铸造. 几克~几百吨.3) 原材料来源广泛.价格低廉. 废钢,废件,切屑4) 铸件的形状尺寸与零件非常接近,减少切削量,属少无切削加工.∴ 应用广泛: 农业机械40~70% 机床:70~80%重量铸件2 缺点:1) 机械性能不如锻件(组织粗大,缺陷多等)2) 砂性铸造中,单件,小批,工人劳动强度大.3) 铸件质量不稳定,工序多,影响因素复杂,易产生许多缺陷.铸造的缺陷对铸件质量有着重要的影响,因此,我们从铸件的质量入手,结合铸件主要缺陷的形成与防止,为选择铸造合金和铸造方法打好基础.第一节 金属的凝固特点Ⅰ、液态合金的充型充型: 液态合金填充铸型的过程.充型能力: 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充型能力不足:易产生: 浇不足: 不能得到完整的零件.冷隔:没完整融合缝隙或凹坑, 机械性能下降.一 合金的流动性液态金属本身的流动性----合金流动性1 流动性对铸件质量影响1) 流动性好,易于浇出轮廓清晰,薄而复杂的铸件.2) 流动性好,有利于液态金属中的非金属夹杂物和气体上浮,排除.3) 流动性好,易于对液态金属在凝固中产生的收缩进行补缩.12 测定流动性的方法:以螺旋形试件的长度来测定: 如 灰口铁:浇铸温度1300℃ 试件长1800mm.铸钢: 1600℃ 100mm3 影响流动性的因素主要是化学成分:1) 纯金属流动性好:一定温度下结晶,凝固层表面平滑,对液流阻力小2) 共晶成分流动性好:恒温凝固,固体层表面光滑,且熔点低,过热度大.3) 非共晶成分流动性差: 结晶在一定温度范围内进行,初生数枝状晶阻碍液流二 浇注条件1 浇注温度: t↑ 合金粘度下降,过热度高. 合金在铸件中保持流动的时间长,∴ t↑ 提高充型能力. 但过高,易产生缩孔,粘砂,气孔等,故不宜过高2 充型压力: 液态合金在流动方向上所受的压力↑ 充型能力↑如 砂形铸造---直浇道,静压力. 压力铸造,离心铸造等充型压力高.三 铸型条件1 铸型结构: 若不合理,如壁厚小, 直浇口低, 浇口小等 充↓2 铸型导热能力: 导热↑ 金属降温快,充↓ 如金属型3 铸型温度: t↑ 充↑ 如金属型预热4 铸型中气体: 排气能力↑ 充↑ 减少气体来源,提高透气性, 少量气体在铸型与金属液之间形成一层气膜,减少流动阻力,有利于充型.Ⅱ、铸件的凝固和收缩一 铸件的凝固1 凝固方式:铸件凝固过程中,其断面上一般分为三个区: 1—固相区 2—凝固区 3—液相区 对凝固区影响较大的是凝固区的宽窄,依此划分凝固方式.1) 逐层凝固:纯金属,共晶成分合金在凝固过程中没有凝固区,断面液,固两相由一条界限清楚分开,随温度下降,固相层不断增加,液相层不断减少,直达中心.2) 糊状凝固合金结晶温度范围很宽,在凝固某段时间内,铸件表面不存在固体层,凝固区贯穿整个断面,先糊状,后固化.故---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.2 影响铸件凝固方式的因素1) 合金的结晶温度范围范围小: 凝固区窄,愈倾向于逐层凝固如: 砂型铸造, 低碳钢 逐层凝固, 高碳钢 糊状凝固金属工艺学2) 铸件的温度梯度合金结晶温度范围一定时,凝固区宽度取决于铸件内外层的温度梯度.温度梯度愈小,凝固区愈宽.(内外温差大,冷却快,凝固区窄)二 合金的收缩液态合金从浇注温度至凝固冷却到室温的过程中,体积和尺寸减少的现象---.是铸件许多缺陷(缩孔,缩松,裂纹,变形,残余应力)产生的基本原因.1 收缩的几个阶段1) 液态收缩: 从金属液浇入铸型到开始凝固之前. 液态收缩减少的体积与浇注温度质开始凝固的温度的温差成正比.2) 凝固收缩: 从凝固开始到凝固完毕. 同一类合金,凝固温度范围大者,凝固体积收缩率大.如: 35钢,体积收缩率3.0%, 45钢 4.3%3) 固态收缩: 凝固以后到常温. 固态收缩影响铸件尺寸,故用线收缩表示.2 影响收缩的因素1) 化学成分: 铸铁中促进石墨形成的元素增加,收缩减少. 如: 灰口铁 C, Si↑,收↓,S↑ 收↑.因石墨比容大,体积膨胀,抵销部分凝固收缩.2) 浇注温度: 温度↑ 液态收缩↑3) 铸件结构与铸型条件铸件在铸型中收缩会受铸型和型芯的阻碍.实际收缩小于自由收缩.∴ 铸型要有好的退让性.3 缩孔形成在铸件最后凝固的地方出现一些空洞,集中—缩孔. 纯金属,共晶成分易产生缩孔*产生缩孔的基本原因: 铸件在凝固冷却期间,金属的液态及凝固受缩之和远远大于固态收缩.4 影响缩孔容积的因素(补充)1) 液态收缩,凝固收缩 ↑ 缩孔容积↑2) 凝固期间,固态收缩↑,缩孔容积↓3) 浇注速度↓ 缩孔容积↓4) 浇注速度↑ 液态收缩↑ 易产生缩孔5 缩松的形成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,被树枝状晶体分隔开的小液体区难以得到补缩所至.1) 宏观缩松肉眼可见,往往出现在缩孔附近,或铸件截面的中心.非共晶成分,结晶范围愈宽,愈易形成缩松.2) 微观缩松凝固过程中,晶粒之间形成微小孔洞---凝固区,先形成的枝晶把金属液分割成许多微小孤立部分,冷凝时收缩,形成晶间微小孔洞. 凝固区愈宽,愈易形成微观缩松,对铸件危害不大,故不列为缺陷,但对气密性,机械性能等要求较高的铸3件,则必须设法减少.(先凝固的收缩比后凝固的小,因后凝固的有液,凝,固三个收缩,先凝固的有凝,固二个收缩区----这也是形成微观缩松的基本原因.与缩孔形成基本原因类似)6 缩孔,缩松的防止办法基本原则: 制定合理工艺—补缩, 缩松转化成缩孔.顺序凝固: 冒口—补缩同时凝固: 冷铁—厚处. 减小热应力,但心部缩松,故用于收缩小的合金. 安置冒口,实行顺序凝固,可有效的防止缩孔,但冒口浪费金属,浪费工时,是铸件成本增加.而且,铸件内应力加大,易于产生变形和裂纹.∴主要用于凝固收缩大,结晶间隔小的合金. 非共晶成分合金,先结晶树枝晶,阻碍金属流动,冒口作用甚小. 对于结晶温度范围甚宽的合金,由于倾向于糊状凝固,结晶开始之后,发达的树枝状骨状布满整个截面,使冒口补缩道路受阻,因而难避免显微缩松的产生.显然,选用近共晶成分和结晶范围较窄的合金生产铸件是适宜的.铸造内应力,变形和裂纹凝固之后的继续冷却过程中,其固态收缩若受到阻碍,铸件内部就发生内应力,内应力是铸件产生变形和裂纹的基本原因.(有时相变膨胀受阻,负收缩)一 内应力形成1 热应力: 铸件厚度不均,冷速不同,收缩不一致产生.塑性状态: 金属在高于再结晶温度以上的固态冷却阶段,受力变形,产生加工硬化,同时发生的再结晶降硬化抵消,内应力自行消失.(简单说,处于屈服状态,受力—变形无应力)弹性状态: 低于再结晶温度,外力作用下,金属发生弹性变形,变形后应力继续存在.举例: a) 凝固开始,粗 细处都为塑性状态,无内应力∵两杆冷速不同,细杆快,收缩大,∵受粗杆限制,不能自由收缩,相对被拉长,粗杆相对被压缩,结果两杆等量收缩.b) 细杆冷速大,先进如弹性阶段,而粗杆仍为塑性阶段,随细杆收缩发生塑性收缩,无应力.c) 细杆收缩先停止,粗杆继续收缩,压迫细杆,而细杆又阻止粗杆的收缩,至室温, 粗杆受拉应力(+),(-)由此可见,各部分的温差越大,热应力也越大,冷却较慢的部分形成拉应力,冷却较快的部分形成压应力.预防方法: 1 壁厚均匀 2 同时凝固—薄处设浇口,厚处放冷铁优点: 省冒口,省工,省料缺点: 心部易出现缩孔或缩松,应用于灰铁锡青铜,因灰铁缩孔、缩松倾向小，锡青铜糊状凝固，用顺序凝固也难以有效地消除其显微缩松。
材料成形工艺第二章 液态金属成形过程及控制
第二章 液态金属成形过程及控制
第一节 第二节 第三节 第四节 第五节
液态金属充型过程的水力学特性及流动情况 浇注系统的设计 液态金属凝固收缩过程的工艺分析 冒口设计 冷铁设计
第一节 液态金属充型过程的水力学特性及流动情况
一、液态金属充型流动过程的水力学特性 二、液态金属在浇注系统中的流动情况 三、金属熔体过滤器及浇注系统
1.液态金属在浇口杯中的流动情况
图2-3 浇口杯内液面深度和浇注高度的影响 a)合理 b)、c)不合理
1.液态金属在浇口杯中的流动情况
为了减轻和消除水平旋涡，对于重要的中、大型铸件，常用 带浇口塞的浇口杯。先用浇口塞堵住浇口杯的流出口，然后进 行浇注，当浇口杯被充填到一定高度且熔渣已浮起时，再拔起 浇口塞，使合金液开始流入直浇道。浇口塞可用耐火材料或铸 铁材料制成，其结构应能保证拔起浇口塞时不产生涡流。有时 也用一金属薄片盖住浇口杯的流出口，当浇口杯被充填到一定 的高度时，金属薄片受热熔化，浇口杯的流出口就被打开，如 图2-4所示。
1.液态金属在浇口杯中的流动在浇口杯中的流动情况
浇口杯内出现水平旋涡会带入熔渣和气体，因而应注意防 止。当金属液从各个方向流入直浇道时，各向流量不均衡，某 一流股的流向偏离直浇道中心，就会形成水平涡流。根据水力 学原理，水平涡流越靠近中心部位压力越低，液面越低，这样 浮在液面上的熔渣会沿着弯曲的液面，一边旋转，一边和空气 一同进入直浇道，就有可能形成氧化夹渣等铸造缺陷。
1.液态金属在浇口杯中的流动情况
图2-4 有拔塞、浮塞或铁隔片的浇口杯 a)拔塞式 b)浮塞式 c)铁隔片式
2.液态金属在直浇道中的流动情况
图2-5 砂型中合金液流的充满条件 a)合金液流内任一截面上各点的压力p b)合金液流内任一截面上各点的压力p
材料成形工艺液态金属铸造成形工艺5
28
第二章 液态金属铸造成形工艺方法
二、利用外力完成的铸造
二、利用外力完成的铸造
2、离心铸造
2.2、离心铸造机分类：
根据旋转轴空间位置不同， 可分为立式和卧式两种。
立式离心铸造机主要用于生 产高度小于直径的圆环类铸 件(a)，卧式离心铸造机主 要用于生产长度大于直径的 管、套类铸件(b)。
另外，两者也可用于成形铸
二、利用外力完成的铸造
二、利用外力完成的铸造
2、离心铸造
2.4、离心铸造工艺 ➢铸型转速：提供充型及补缩压力 ➢浇注系统：保证金属液充型，同时保证金属液质量 ➢浇注定量：决定旋转件内径 ➢渣下凝固：保温并避免氧化 ➢金属过滤：提高金属液质量 ➢涂料使用：考虑其作用效果及工艺性 ➢浇注温度：可略低于重力浇注 ➢铸件脱型：尽早脱型以免铸件开裂，同时控制冷却速度
二、利用外力完成的铸造
二、利用外力完成的铸造
2、离心铸造
26
第二章 液态金属铸造成形工艺方法
二、利用外力完成的铸造
27
第二章 液态金属铸造成形工艺方法
二、利用外力完成的铸造
二、利用外力完成的铸造
2、离心铸造
2.1、工艺原理：离心铸造是将金属液浇注到旋转的铸型中， 在离心力作用下充型、凝固而获得铸件的方法。
立式冷压室压铸机 卧式冷压室压铸机
Hale Waihona Puke 全立式冷压室压铸机12
第二章 液态金属铸造成形工艺方法
二、利用外力完成的铸造
二、利用外力完成的铸造
1、压力铸造 1.2、压铸机： 热压室压铸机的动作原理：
13
第二章 液态金属铸造成形工艺方法
二、利用外力完成的铸造
二、利用外力完成的铸造
金属加工工艺学 第二篇 金属液态成型-铸造
缩松特征：分散性，为细小缩孔，位于铸件壁的轴线区域。
比较缩孔和缩松的特征
缩孔：集中性，位于上部，呈倒锥形，内表面粗糙。
缩松：分散性，位于铸件壁的轴线区域。为细小缩孔，
Ⅱ 缩孔和缩松减小铸件有效承载面积，降低力学性能， 缩松导致铸件渗漏。
Ⅲ 缩孔与缩松的防止
•
可以说，三星堆的发现，是真正颠复性的，它迫使我们不得不重
新认识中国的社会发展史、冶金史、畜牧农耕史、艺术史、文化史、
军事史和宗教史。许多约定俗成的观念都必须改变。比如：中国的青
铜时代，过去一向是从商朝算起，也就是3000多年。河南安阳出土
的中国最重的青铜器--司母戊铜方鼎是最典型的代表，然而"三星堆"
裂纹的产生与预防
裂纹的产生：内应力超过金属的抗拉强度。 分为热裂和冷裂 热裂——高温下形成的,在铸件凝固后接近于固相线
冷裂——较低温下形成, 铸件形状复杂，易形成冷裂
热
冷
裂
裂
• 热裂的形状特征：裂纹短，缝隙宽，形状曲折，缝内呈 氧化色。
• 防止措施：①提高铸型和型芯的退让性，减少机械应 力；
• ②浇冒口的设计要合理；③铸钢件和铸铁件应严格控制 硫的含量；④选择凝固温度小，热裂倾向小的合金。
铸造结构阻碍得到消除（落砂）， 机械应力随即消失。
+++ +++
热应力——由于铸件壁厚不均匀，冷速不一， 致使同时期内线收缩不一致而相互牵制所引起。
+- +
- +-
热应力分布规律：厚部（缓冷）——拉应力 薄部（先冷）——压应力
两杆的固态冷却曲线图
材料成型技术 2-液态成形技术A
镁合金摄像机壳体铸件
镁合金汽车变速箱箱体
手机壳体镁合金压铸件
汽车离合器及变速箱壳体镁合金压铸件
四、铸造技术发展趋势
3. 铸件的精确化
消失模铸造新工艺 定向凝固熔模铸造 快速或直接铸造成形 半固态铸造
压力铸造发动机铝合金缸体
高温合金熔模铸造单 晶体汽轮机叶片
半固态铸造铝合金悬挂装置及 侧支架零件在汽车上的应用
温度诱导非连续液-液结构转变的发现 2000年我国科学家利用内耗技术研究Pb-Sn等合金熔体发现。
过去几十年里，凝固过程与条件控制技术 发展迅速，取得了卓越的成就，很多技术已广 泛应用于生产实践。然而，由于液态金属的复 杂性，现有研究手段和实验技术所限使得基于 金属熔体结构及其控制技术的研究远远落后于 凝固过程与条件控制技术的发展。深入研究液 态金属的结构信息，对于控制液固相变历程以 及提高铸件性能、减少凝固组织缺陷，具有重 要的意义。
2.2.1 液态金属和合金的结构
一、研究现状
液态金属的结构指在液态金属中原子或离子的排列或 分布状态，至今尚未建立类似于晶体理论和理想气体 理论的物理学理论和化学理论来描述液态金属的结构。
关于液态金属的研究较固态金属困难且液态金属应用 很少，长期以来液态金属的研究进展缓慢。
近二十年来，由于新材料（如半导体材料、快冷微晶 合金和非晶态金属等）和新技术的发展，人们对液态 金属结构和性质的兴趣激增，正在形成一个重要的学 科方向。
三、巨大的成就
4. 新装备的应用提高了铸造机械化水平 5. 原辅材料商品化为铸件质量提供了保障 6. 先进测试手段得到广泛的应用 7. 信息技术促进铸造行业技术进步
长江三峡水轮机不锈钢叶片采用计算机模拟技术 已由中国二重集团一次试制成功
液态成型工艺(
震击噪音小，劳动条件好。
生产率高（120箱/h），铸件质量好。 机器使用可靠，维修方便，价格低。
微震压实原理图
第四节
一、高压造型概述
水平分型高压造型
高压造型优缺点 优点：铸件质量高。 由于铸件质量高，可减少机加工余量，成本低。 降低劳动强度，改善劳动条件，提高生产率。 适应性强，能制造复杂、较大的铸件。 二、水平分型高压造型工艺过程 1、水平分型有箱高压造型 2、水平分型脱箱高压造型
四、冷冻造型
又称低温硬化造型法。其过程是采用普通石英砂作为骨架材料，加入少 量水，必要时加少量粘土，按普通造型方法制好铸型后送入冷冻室中， 用液态氮或二氧化碳作为制冷剂，使铸型冷冻，借助于包覆在砂粒表面 的冷冻水分而实现砂粒的结合，使铸型具有很高的强度及硬度。浇注时， 铸型温度升高，水分蒸发，铸型逐步解冻，稍加振动立即溃散，可方便 地取出铸件。 与其他造型方法相比，冷冻造型法具有以下特点： （1） 型砂中除少量的水及粘土外，无其他辅助材料，铸件的清理落砂方 便，设备简单； （2） 粉尘及有害气体少，环境污染小； （3） 铸型强度高、硬度大、透气性好，铸件表面粗糙度低、缺陷少。采 用这种造型方法生产球墨铸铁件可实现无冒口铸造，不会产生白口组织。
2、机器造型的特点
要使用模板 使用标准或专用砂箱
尽量采用单一砂
砂型只能有一个分型面 一般为流水线生产，浇注速度快，对浇注系统要求高
3、机器造型方法分类
砂型表面单位面积所受的压力称为压实比压。 根据比压大小可分为： 高压造型-----比压≥0.689MPa 中压造型-----比压在0.4~0.7MPa 低压造型-----比压在0.13~0.4MPa
5、出气孔与排气槽
四、垂直分型无箱高造型
第二章 金属液态成形
第二章金属液态成形将金属熔炼成符合一定要求的液体并浇入铸型，经冷却凝固、清理处理后得到预定形状、尺寸和性能的铸件的工艺过程。
铸造是现代机械制造工业的基础工业之一，是人类掌握较早的一种金属热加工工艺。
发展的三个历史阶段…铸造一般按造型方法分类：•普通砂型铸造▪湿砂型、干砂型、化学硬化砂型•特种铸造▪以天然矿产砂石为造型原料：熔模铸造、壳型铸造、负压铸造、泥型铸造、实型铸造、陶瓷型铸造等▪以金属作为主要造型原料：金属型铸造、离心铸造、连铸、压力铸造、低压铸造等第一节砂型铸造方法砂型铸造采用耐火度高的硅砂、锆英砂等，配以型砂粘结剂和其他辅助材料混制成型砂，作为铸型材料。
可分作手工造型和机械造型两种。
砂型铸造基本概念一、手工造型常用方法•整模造型•分模造型•挖砂造型•假箱造型•活块造型•刮板造型•三箱造型•地坑造型单件小批生产的重型铸件，手工造型仍是重要的方法。
手工造型能适应各种复杂的要求，不要求很多工艺装备。
对于单件生产的重型铸件，采用地坑造型法成本低，投产快。
比较灵活、易行，但效率低，劳动强度大，尺寸精度和表面质量低。
二、机械造型适用于批量生产的中、小铸件，尺寸精度和表面质量高，投资大。
几种典型的机械造型1.震压造型•空气震动，噪音大•适用于中小型铸件2.微震压实造型•振动f=150~500Hz,A=25~80mm微振f=400~3000Hz,A=5~10mm•压实效果好、生产效率高•弹簧气动结构较复杂、噪声大3.高压造型•整体预震和局部微震结合，效果好•结构复杂，适用于自动生产线4.射砂造型1）热芯盒射砂造型•含树脂型砂喷射和热固化•效率高、质量好2）冷芯盒射砂造型•型砂喷射，气体硬化•质量好、生产灵活5.射压造型•造型质量好•自动化程度高•生产率高第二节特种铸造方法一、熔模铸造1.工艺步骤•制造压型•制造熔模•制造型壳•脱模、焙烧•浇注、清理2.工艺简介：1).熔模和模组的制造• 熔模：压型表面涂分型剂，压制熔模 • 组模：焊接法、机械组装法 熔模制造：多采用压力把糊状模料压入压型的方法制造熔模。
将液态金属浇注到铸型型腔中
第2章铸造2.1 概述将液态金属浇注到铸型型腔中，待其冷却凝固后，获得一定形状和性能的铸件的成形方法称为铸造。
铸造是生产机器零件毛坯的主要方法之一，其实质是液态金属逐步冷却凝固而成形。
与其它成形方法相比，具有下列特点：（1）成形方便，工艺灵活性大。
铸件的轮廓尺寸可由几mm到数十米，壁厚由0.5mm到1m左右；质量可由几克到数万千克。
可生产形状简单或十分复杂的零件。
对于具有复杂内腔的零件，铸造是最好的成形方法。
（2）成本低廉，设备简单，周期短。
铸件所用材料来源广泛，价格低廉，并可直接利用废机件和金属废料。
一般情况下，铸造生产不需要大型、精密设备。
（3）铸件的力学性能较差，质量不够稳定。
液态金属在冷却凝固过程中，形成的晶粒较粗大，容易产生气孔、缩孔和裂纹等缺陷。
所以铸件的力学性能不如相同材料的锻件好，而且存在生产工序多，铸件质量不稳定，废品率高，工作条件差，劳动强度较高等问题。
随着生产技术的不断发展，铸件性能和质量正在进一步提高，劳动条件正逐步改善。
2.2 铸造工艺基础铸件的质量与合金的铸造性能密切相关。
合金的铸造性能是指合金在铸造过程中表现出来的工艺性能，如流动性、收缩性、吸气性、偏析等。
合金的铸造性能好，是指合金熔化时不易氧化，熔液不易吸气，浇注时金属液易充满型腔，凝固时铸件收缩小，且化学成分均匀，冷却时铸件变形和开裂倾向小等。
铸造性能差的合金易使铸件产生缺陷，铸造时应采取相应工艺措施。
2.2.1 液态金的充属型能力熔融合金填充铸型的过程，简称充型。
熔融合金充满铸型型腔，获得形状完整，轮廓清晰铸件的能力，称合金的充型能力。
液态金属的充型能力强，则能浇注出壁薄而形状复杂的铸件；充型能力差，则易产生冷隔、浇不足等缺陷。
影响充型能力的主要因素有：1、合金的流动性流动性是指熔融金属的流动能力，是合金的固有属性，它只与金属本身的化学成分、温度、杂质量以及物理性质有关。
金属液的流动性越好，充型能力越强。
流动性的好坏，通常用螺旋形试样的长度来衡量。
材料成形技术基础复习提纲及复习题
材料成形技术基础复习提纲及复习题材料成形技术基础——复习提纲及复习题江西理工大学熊佳乐第一部分复习提纲第一章绪论1、现代制造过程的分类（质量增加、质量不变、质量减少）。
2、那几种机械制造过程属于质量增加（不变、减少）过程第二章液态金属材料铸造成形技术过程1、液态金属冲型能力和流动性的定义及其衡量方法2、影响液态金属冲型能力的因素（金属性质、铸型性质、浇注条件、铸件结构）3、收缩的定义及铸造合金收缩过程（液态、凝固、固态）4、缩孔、缩松的定义，形成条件、产生的基本原因，形成部位及防止方法。
5、铸造应力的定义及分类，产生的缺陷（热裂、冷裂、变形），防止和减少措施。
6、金属的吸气性及金属吸收气体的过程，主要气体（H2、N2、O2）7、偏析、宏观偏析、微观偏析、正偏析、逆偏析的定义及其消除方法。
8、铸件可能出现那几种气孔（析出性、反应性、侵入性）及其定义9、熔炼的分类（按合金和熔炼特点）及熔炼的基本要求10、浇注系统的组成及主要功能11、铸件冒口的定义、作用及设计必须满足的基本要求（P51）12、冷铁的作用13、常用的机器造型和制芯方法有哪些？14、液态金属的凝固过程，顺序凝固、同时凝固的定义15、砂型铸造和特种铸造的技术特点（P52）16、常用的特种铸造方法有哪些？其基本原理和特点是什么？17、何谓金属的铸造性能，铸造性能不好会引起哪些铸造缺陷？第三章固态材料塑性成形过程1、金属塑性变形的概念、基本条件及常见的金属塑性变形的主要成形方法。
2、冷、热变形及加工硬化的定义及其对金属性能的影响3、金属的可锻性的定义、衡量指标和影响因素4、金属塑性变形的基本规律5、金属自由锻成形的定义及自由锻成形过程（重点放在锻件图的绘制及其应考虑的因素、锻造工序<基本工序、辅助工序、精整工序>的确定、坯料质量及尺寸的计算、加热冷却规范）6、模锻的定义及模锻成形过程（重点在分模面的确定原则）7、模锻锻模模膛的分类及其作用8、金属在模锻模膛内的变形过程、特点及影响金属充填模腔的因素9、模锻飞边和冲孔连皮的作用及去除模具的特点第四章金属材料的连接成形1、固态材料的连接可分为永久性和非永久性连接两种2、焊接的定义、特点、分类及主要影响因素（温度、压力）3、焊接接头的组成及热影响区形成的原因及其对焊接接头组织和性能的影响4、焊接应力和变形产生的原因、形成过程，变形形式及矫正方法，消除应力的措施。
第二篇金属液态成形
§1-3 液态成形内应力、变形与裂纹
3. 铸件的质量控制 1）铸件缺陷难以避免。 常见缺陷有：气孔、粘砂、夹砂、缩孔、缩松； 裂纹； 合金成分、性能不合格等。 2）铸件中，可许存在一些合乎技术要求的铸造缺陷。 3）铸件质量检验——外部、内部、成分、性能检测等。
缩孔
气孔
浇不到
小结
流动性
充型能力
合金工艺性能
下型 上型
机械应力是暂时应力。
§1-3 液态成形内应力、变形与裂纹
2．热应力
铸件壁厚不均匀，各部分冷却速度不同，在同一时期内 铸件各部分收缩不一致而引起的应力。
1 2
T TH 1 T临 T室 t0 t1 2 t2 t3
塑性状态 弹性状态
+ + t0~t1: t1~t2： t2~t3：
1 固与收缩
缩孔的形成: 纯金属、共晶成分和凝固温度范围窄的合金，浇注 后在型腔内是由表及里的逐层凝固。在凝固过程，如 得不到合金液的补充，在铸件最后凝固的地方就会产 生缩孔.
§1-2 液态金属的凝固与收缩
缩松的形成原因: 铸件最后凝固的收缩未能得到补足，或者结晶温度范围 宽的合金呈糊状凝固，凝固区域较宽，液、固两相共存，树 枝晶发达，枝晶骨架将合金液分割开的小液体区难以得到补 缩所致。
第二篇
金属液态成形工艺
绪论 第一章 第二章 第三章 第四章
金属液态成形工艺基础 常用液态成形合金及其熔炼 液态金属的成形工艺方法 液态成形件的工艺设计
绪论 一 什么是液态成形（铸造）?
将液态合金浇注到一定形状、尺寸铸型空腔中， 待其冷却凝固，以获得毛坯或零件的生产方法. 铸造的核心问题：
凝固组织的形成与控制； 铸造的缺陷与防止； 尺寸精度与表面粗糙度的控制。
02金属材料液态成形工艺技术
案例介绍
地处杏林的厦门路达有限公司为台资企业 ，产品为高档水龙头。国际市场售价在$几十到 $几百不等。
该水龙头基体为黄铜铸件，采用数控低压 铸造，生产过程瑞士远端实时故障监控。铸件 外表防护装饰性电镀，或根据需要进行磁控溅 射特殊涂层。
路漫漫其修远兮, 吾将上下而求索
3 分类 按造型分: 砂型铸造与特种铸造。
砂型铸造是基础，特种铸造是在砂 型铸造基础上革新发展起来的。
路漫漫其修远兮, 吾将上下而求索
4 砂型铸造工艺流程图
型砂配制造型砂型干燥 工装准备炉料准备合金冶炼 芯砂配制造芯型芯干燥
合型浇注凝固冷却
落砂清理铸件检验入库
工艺三大块：冶炼，造型(芯)和浇注
路漫漫其修远兮, 吾将上下而求索
路漫漫其修远兮, 吾将上下而求索
砂型铸造
两箱砂型铸 造
收缩是液态合金凝固冷却过程中的必然现 象，它产生缩孔与缩松，内应力，变形和裂纹 ，对铸造工艺影响很大。
缩孔与缩松 铸造应力 铸件变形 铸件裂纹
路漫漫其修远兮, 吾将上下而求索
铸件的缩孔
路漫漫其修远兮, 吾将上下而求索
定向凝固图解
温度 浇注系统
压铸特点
精度高(IT11-14级；3.2-0.8m)、组织致密； 适应形状复杂、轮廓清晰、薄壁深腔铸件；可
组合压铸或镶嵌压铸； 生产率高、材料利用率提高60-70%、实现少切
削和零切削，经济效益好。 缺点：压铸型寿命短、压铸机投资大、压铸件
存在气孔。
路漫漫其修远兮, 吾将上下而求索
工业应用：汽车、摩托车、家电、照相机、仪 表、计算机、医疗器械、电器、航天航空 、五金、办公用品、钟表、纺织、军事武 器等。
(材料成型技术基础)第二章液态材料铸造成形技术过程
❖
合金的固态收缩，尽管也是体积变
化,但它只引起铸件各部分尺寸的变化。
因此，通常用线收缩率来表示。固态收
缩是铸件产生内应力、裂纹和变形等缺
陷的主要原因。
❖ 2）收缩的三个基本阶段 金属由浇注温度冷 却到室温经历了液态收缩、凝固收缩和固态 收缩三个相互关联的收缩阶段，如图2-5所示。
❖ （1）液态收缩阶段(Ⅰ) 金属从浇注温
❖ 金属的凝固包括晶核的形成及晶体的 长大两过程。当液态金属冷却到熔点温 度以下时，就不断从液相中产生固相的 核心(晶核)，接下来这些核心逐渐长大， 同时在剩余的液相中继续出现新的核心 并长大，直至液相消耗完毕。结晶终了。 整个凝固结晶过程也就是形核和长大过 程交替、交迭进行的过程。
❖ 铸件在凝固过程中除纯金属和共晶成 分合金外，断面上一般都存在三个区域， 即固相区、凝固区（固液两相区）和液 相区。凝固区的大小对铸件品质影响较 大，按照凝固区的宽窄，铸件的凝固方 式可分为逐层凝固、体积凝固（糊状凝 固）和中间凝固三种方式，如图2-4所 示。
❖ 即：
体收缩率 线收缩率
V
V0 V1 V0
100
%
V
(T0
T1) 100 %
V l
l0 l1 、 l0
100 %
第2章液态材料铸造成形技术过程
（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压力越大，充型能力越强。
（3）浇注系统的的结构越复杂，流动阻力越大，充型能力越差。
2.2.1液态金属的充型能力与流动性
2.2.1液态金属的充型能力与流动性
温度（℃）
流动性（cm ）
300 200 100
0 80 60 40 20 0
Pb 20 40 60 80 Sb
a）在恒温下凝固 b）在一定温度范围内凝固
合金流动性主要取决于合金化学成分所决定的结晶特点
2.2.1液态金属的充型能力与流动性
2）铸型性质： 铸型的阻力影响金属液态的充型速度，铸型与
2.3液态金属成形的工艺设计
2.3.1铸造工艺设计内容与步骤
1)铸造工艺过程设计的内容 一般包括：铸造工艺过程图、铸件图、铸型装配
图、工艺过程图、工艺过程卡、操作技术规程。广 义的讲，凡铸造技术装备的设计内容诸如模样图、 模板图、芯盒图、砂箱图、压铁图、专用检具图、 专用量具图及组芯夹具图等，均属于铸造工艺的内 容。
铸造合金的收缩过程示意图
2.2.3铸件的收缩
3）铸件的实际收缩 前面所说的收缩为自由收缩，它只考虑了金属自
身的成分，温度和相变的影响，实际铸件是受阻收缩， 它还受到以下几种阻力： （1）铸型表面的摩擦阻力； （2）热阻力 铸件各部分收缩时彼此制约产生的阻力。 （3）机械阻力 铸件收缩时，受到铸型和型芯的阻力。
浓度，称为该条件下气体的溶解度。常用每100克金 属含有的气体在标准状态下的体积来表示，有时也 用溶解气体对金属的质量分数来表示。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
零件技术要求
原材料
造型 浇注
熔化 控制调整成分
凝固 出模
清理、检验等
机电工程学院 School of Mechanical & Electrical Engineering
Page 5
铸造的优缺点
铸造的主要优点：投资小、生产周期短、技术 过程灵活性大、能制造形状复杂的零件。
ECF 共晶反应
Lc 噲 垐11垐 4垐7C?? A Fe3C
PSK 共析反应
A噲 垐72垐 7垐C?? F Fe3C
Fe
Fe3C
机电工程学院 School of Mechanical & Electrical Engineering
Page 15
Fe-C合金流动性与状态图的关系
Fe-C合金的流动性与状态图的关系 (a)相同过热温度的流动性 (b)相同浇注温度的流动性
Page 3
中国古代铸造产品
在材料成形工艺发展过程中，铸造是历史上 最悠久的一种工艺，在我国已有6000多年历 史，目前我国铸件年产量已超过1000万吨。
越王勾践
编钟
机电工程学院 School of Mechanical & Electrical Engineering
Page 4
2.1 概 述
纯金属和共晶成分的合金，由于是在恒温下进行结晶，液态合金从表层 逐渐向中心凝固，固液界面比较光滑，对液态合金的流动阻力较小，同时， 共晶成分合金的凝固温度最低，可获得较大的过热度，推迟了合金的凝固， 故流动性最好；其它成分的合金是在一定温度范围内结晶的，由于初生树枝 状晶体与液体金属两相共存，粗糙的固液界面使合金的流动阻力加大，合金 的流动性大大下降，合金的结晶温度区间越宽，流动性越差 。
1 液态金属的充型能力 2 铸件的凝固 3 铸件的收缩 4 金属的吸气性
5 铸件的化学成分偏析
机电工程学院 School of Mechanical & Electrical Engineering
Page 9
2.2.1 液态金属的充型能力
液态金属充满铸型型腔，获得形状完整、轮廓清 晰的铸件的能力，称为液态金属充填铸型的能力， 简称液态金属的充型能力。
w(Zn)=2%~4% 硅黄铜：w(Si)=1.5%~4.5%
（砂型，试样截面8㎜×8㎜）
铸型
浇注温度/℃ 螺旋线长度/mm
1300
1800
砂型
1300 1300
1300 1000
1300
600
砂型
金属型(300℃) 砂型
1600 1640 680~720 700
100 200 700~800 400~600
机电工程学院 School of Mechanical & Electrical Engineering
Page 20
铸件的凝固方式
1.逐层凝固 纯金属或共晶成分合金凝固过程中不存在液、固 并存现象，其断面上固相和液相由一条界线清楚地分开，液 固界限清楚分开，称为逐层凝固。常见合金如灰铸铁、低碳 钢、工业纯铜、工业纯铝、共晶铝硅合金及某些黄铜都属于 逐层凝固的合金。
。固态收缩对铸件的形状和尺寸精度影响很大，是铸造应 力、变形和裂纹等缺陷产生的基本原因。
机电工程学院 School of Mechanical & Electrical Engineering
Page 24
收缩过程
液态收缩阶段(I)：金属从浇注温度冷却到液相线温度过程中完全处于液态收缩。 凝固收缩阶段(II) ：金属从液相线温度冷却到固相线温度产生凝固阶段的收缩。 固态收缩阶段(III)：金属从固相线温度冷却到室温的收缩。
机电工程学院 School of Mechanical & Electrical Engineering
Page 2
2.1 概 述
液态材料成形技术通常称之为铸造， 它是指熔炼金属，制造铸型并将熔融 金属浇入铸型凝固后，获得具有一定 形状、尺寸和性能的金属零件或毛坯 的成形方法。
机电工程学院 School of Mechanical & Electrical Engineering
机电工程学院 School of Mechanical & Electrical Engineering
Page 10
1) 金属流动性
流动性定义：液态金属的流动能力。 流动性不好：不能充满型腔，不能形成符合要求的优 质铸件。 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。说明不同的合金具有不同 的流动性特点。在进行铸件设计和铸造工艺制定时， 必须考虑合金流动性。那么，我们怎样衡量合金的流 动性呢？
各类机械工业中铸件质量所占的比率
机械类别 机床、内燃机、重型机器 风机、压缩机 拖拉机 农业机械 汽车
比率/％ 70～90 60～80 50～70 40～70 20～30
机电工程学院 School of Mechanical & Electrical Engineering
Page 8
2.2 铸造成形技术过程理论基础 主要内容
(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。
H V l
(3)浇注系统的结构 浇注系统的结构越复杂，流动阻力越大，充型能
力越差。
机电工程学院 School of Mechanical & Electrical Engineering
Page 18
4) 铸件结构
(1)折算厚度 折算厚度也叫当量厚度或模数 ，为铸件体积与散热表面积之比R=V/S。折 算厚度大，由于与铸型接触表面积相对较小 ，热量散失慢，充型能力就好。
机电工程学院 School of Mechanical & Electrical Engineering
Page 16
2) 铸型性质
铸型的阻力影响金属液的充型速度， 铸型与金属的热交换强度影响金属液保持 流动的时间。
铸型的蓄热系数b 铸型的蓄热系数表 示铸型从其中的金属吸取热量并储存在本 身的能力。
Page 6
铸造成形技术方法
目前铸造成形技术的方法种类 繁多。按生产方法分类，可分为砂 型铸造和特种铸造。按合金分类可 分为铸铁、铸钢、铝合金铸造、铜 合金铸造、镁合金铸造、钛合金铸 造等。
机电工程学院 School of Mechanical & Electrical Engineering
Page 7
铸造的缺点： 铸件内部组织疏松、晶粒粗大， 易产生缩孔、缩松、气孔等缺陷；铸件外部易 产生粘砂、夹砂、砂眼等。由此，与同样材料 的锻件相比，铸件的力学性能低，特别是冲击 韧性。又由于铸造工序多，难以精确控制，使 铸件品质不够稳定。
机电工程学院 School of Mechanical & Electrical Engineering
机电工程学院 School of Mechanical & Electrical Engineering
Page 21
铸件的凝固方式
2. 体积凝固
合金的结晶温度范围很宽，温度分布较平坦 (内外温度较小)，整个断面内均为液固并存 先呈糊状而后固化，称为体积凝固。球墨铸 铁、高碳钢、锡青铜和某些黄铜等都是体积 凝固的合金。 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，称为中间凝固。中碳钢、高锰钢、白 口铸铁等具有中间凝固方式。
机电工程学院 School of Mechanical & Electrical Engineering
Page 12
常用合金的流动性
表2-3
合金 铸铁：w(C+Si)=6.2%
w(C+Si)=5.9% w(C+Si)=5.2% w(C+Si)=4.2% 铸钢：w(C)=0.4%
铝硅合金 镁合金（Mg-Al-Zn） 锡青铜：w(Sn)=9%~11%
温度 (℃)
流动性 (cm)
300
200
100 0 80 60 40
20
0Pb 20 40 60 80 Sn
a)在恒温下凝固 b)在一定温度范围内凝固
机电工程学院 School of Mechanical & Electrical Engineering
Page 14
铁碳相图
组成共晶相图的两组元，在液态可 以无限互溶，在固态只能部分互溶 ，甚至完全不溶。两组元的混合物 使合金的熔点比各组元低，因此， 液相线从两端纯组元向中间凹下， 两条液相线的交点所对应的温度称 为共晶温度。在该温度下，液相通 过共晶凝固同时结晶出两个固相， 这样的两相的混合物称为共晶组织 或共晶体。
金属的凝固，一般均是在常温、常压(重力)情况下 进行的。压铸等技术除外。金属凝固时应满足的热力 学条件是：只有当体系所处的温度低于熔点温度(液相 线温度)Tm时，才能发生凝固现象。液－固两相自由 能差(△G＝Gl-Gs<0。)是凝固过程能保持继续进行的驱 动力。
金属的凝固包括晶核的形成及晶体的长大两个过 程。
(2)铸件复杂程度 铸件结构复杂，流动阻力 大，铸型的充填就困难。铸件壁厚相同时， 垂直壁比水平壁更容易充填。
机电工程学院 School of Mechanical & Electrical Engineering
Page 19
2.2.2 铸件的凝固
铸型中的合金从液态转变为固态的过程，称为铸 件的凝固，或称为结晶。
机电工程学院 School of Mechanical & Electrical Engineering
Page 23
2.2.3 铸件的收缩
收缩：是铸件在凝固和冷却过程中， 体积和尺寸减小的现象。