材料工程基础课件之铸造篇
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铸造成型上(工程材料课件)
的。因为合金的线收缩并不是在完全凝固后开始的，
而是在图中液固两相区中阴影区开始的。在此阴影区
内的固态合金已形成了完整的骨架，但晶粒之间还存 在少量液体，故强度塑性甚低。 热裂分为外裂和内裂。 大部分外裂用肉眼就能观察到，细小的外裂用 磁力探伤或其它方法才能发现。 内裂需要用X射线，射线或超声波探伤检查。
“厚短薄长”： 冷却到室温，粗厚部位比薄 细部位有短一些的趋势。
“向厚凹曲”： 若铸件刚性不足，产生变形 的方向，向厚的一侧凹曲。
“厚拉薄压”： 粗厚部位受拉应力，薄细部 位受压应力。
框形铸件变形
T形梁铸钢件变形
用反变形法防止箱体、床身导轨的变形。
箱体件反变 形量和方向
床身导轨的翘曲 变形及反变形
五、铸件中的气孔
气孔是气体在铸件中形成的孔洞，其内壁光滑、明亮或 带轻微氧化色。
侵 入 气 孔
第二节 砂型铸造
砂型铸造是应用最广泛的铸造方法
一、砂型铸造生产过程简介
套筒的砂型铸造过程：
（一）手工造型 ——单件、小批量生产 （二）机器造型 ——中、小件大批量生产
（三）机器造芯 ——中、小件大批量生产
铸造生产的成本低。
铸造生产的零件其尺寸、形状可以做到与
零件最接近，从而减少机械加工的切削量，节
约金属材料和加工工时。
铸造生产的缺点： 铸造生产的产品其机械性能较差。如铸钢 45的抗拉强度为580Mpa，而锻钢45的抗拉强 度为 610Mpa。 铸造生产的质量不稳定。生产过程工序多 工艺复杂，对工人的技术要求高。 铸造生产的零件表面质量不高尤其是砂型 铸造。 铸造生产的劳动强度大，生产环境差。
金属的补充，而将缩孔转移到冒口之中。
铸 钢 轮 缘 加 冒 口 补 贴
而是在图中液固两相区中阴影区开始的。在此阴影区
内的固态合金已形成了完整的骨架，但晶粒之间还存 在少量液体，故强度塑性甚低。 热裂分为外裂和内裂。 大部分外裂用肉眼就能观察到，细小的外裂用 磁力探伤或其它方法才能发现。 内裂需要用X射线，射线或超声波探伤检查。
“厚短薄长”： 冷却到室温，粗厚部位比薄 细部位有短一些的趋势。
“向厚凹曲”： 若铸件刚性不足，产生变形 的方向，向厚的一侧凹曲。
“厚拉薄压”： 粗厚部位受拉应力，薄细部 位受压应力。
框形铸件变形
T形梁铸钢件变形
用反变形法防止箱体、床身导轨的变形。
箱体件反变 形量和方向
床身导轨的翘曲 变形及反变形
五、铸件中的气孔
气孔是气体在铸件中形成的孔洞，其内壁光滑、明亮或 带轻微氧化色。
侵 入 气 孔
第二节 砂型铸造
砂型铸造是应用最广泛的铸造方法
一、砂型铸造生产过程简介
套筒的砂型铸造过程：
（一）手工造型 ——单件、小批量生产 （二）机器造型 ——中、小件大批量生产
（三）机器造芯 ——中、小件大批量生产
铸造生产的成本低。
铸造生产的零件其尺寸、形状可以做到与
零件最接近，从而减少机械加工的切削量，节
约金属材料和加工工时。
铸造生产的缺点： 铸造生产的产品其机械性能较差。如铸钢 45的抗拉强度为580Mpa，而锻钢45的抗拉强 度为 610Mpa。 铸造生产的质量不稳定。生产过程工序多 工艺复杂，对工人的技术要求高。 铸造生产的零件表面质量不高尤其是砂型 铸造。 铸造生产的劳动强度大，生产环境差。
金属的补充，而将缩孔转移到冒口之中。
铸 钢 轮 缘 加 冒 口 补 贴
材料成型工艺基础——铸造 ppt课件
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2.机械应力（收缩应力）
上型
铸件的收缩受到铸型、型
芯、浇注系统的机械阻碍而
形成的内应力。
下型
退让性：铸件冷却收缩时铸型（型芯）可以稍微压缩的性能。
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3. 铸件的变形与防止
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防止变形的方法：
1）使铸件壁厚尽可能均匀或形状对称； 2）采用同时凝固的原则； 3）采用反变形法。 对某些重要的、精密的铸件必须采取去应力退火（人工时效、 热时效）或自然时效等方法，消除残余内应力；必要时可在 粗加工后进行去应力退火或人工时效，再进行精加工。
2.在生产中，为什么要选择共晶成分、近共晶 成分或凝固温度范围小的合金作为铸造合金？
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10.2 砂型铸造
一、砂型铸造的生产过程
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二、砂型铸造工艺过程
1.造型 1) 手工造型 2) 机器造型
3) 造芯 4) 涂料 5) 开设浇注系统 6) 合型 2.熔炼与浇注 3.落砂与清理
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4. 铸件的裂纹与防止 (1) 热裂 热裂的特征是：裂纹短、缝隙宽、形状曲折、断面有严 重氧化、无金属光泽、裂纹沿晶界产生和发展等。
热裂的防止： 1) 应尽量选择凝固温度范围小、热裂倾向小的合金。 2) 应提高铸型和型芯的退让性，以减小机械应力。 3) 对于铸钢件和铸铁件，严格控制硫的含量，防止热脆性。
铸造缺点：组织晶粒粗大，实体内部常有气孔、缩孔、缩 松、砂眼，力学性能不如锻件；生产工序多，废品率高； 工作环境差，劳动强度大。
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10.1 铸造成形理论基础
铸造工艺基础大全完整版.ppt课件.ppt
精心整理
§2铸件的凝固与收缩
凝固—金属从液态转变为固态的过程。这个转变期 称为凝固期。
一 .铸件的凝固方式
实验：做几个直径相同
的球铸型，一次同时浇注
经过不同时间，先后拔掉
泥芯。倒出液态金属，
测量硬壳厚度，画出
凝固厚度—时间曲线。
泥 芯
精心整理
厚度 3 2 1
1--φ75
2—φ125
3—φ260
精心整理
3 . 中间凝固---凝固区介于1、2之间。大多数合 金的凝固方式属于这种凝固方式。
精心整理
铸件凝固方式对铸件质量的影响： 凝固过程实质是金属的结晶过程，它从两方 面影响铸件的性能： 1）形成的金相组织-----晶粒的大小、形状及晶 粒的内部缺陷等影响合金的机械性能； 2）金属的致密度-----液态金属结晶为固态，引 起的体积收缩所形成的孔洞，若得不到液态 金属的补缩，将产生铸造缺陷，影响合金的 致密性及强度。
精心整理
σ σ
精心整理
Al---Si 合金的高温强度
σ 500℃
固相线精心整理
T℃
影响热裂形成的因素 （1）合金性质
合金结晶温度 T℃
范围越宽，
热裂倾向性
越大。
热
裂
倾
向
精心整理
线收缩 开始温度
固 相 线
此外，合金中的一些其它元素对其热裂 倾向也有一定的影响。如：碳素钢中的S、
P、Si, Mn 四种因素对热裂性的影响。
精心整理
2 .机械应力（收缩应力）
由于收缩受阻，产生的都是拉应力或剪应力。
因为是产生在弹性状态下，落砂后随着产生弹 性变形而消失，为临时应力。（但产生弹性变 形的应力仍然留在弹性体内）
§2铸件的凝固与收缩
凝固—金属从液态转变为固态的过程。这个转变期 称为凝固期。
一 .铸件的凝固方式
实验：做几个直径相同
的球铸型，一次同时浇注
经过不同时间，先后拔掉
泥芯。倒出液态金属，
测量硬壳厚度，画出
凝固厚度—时间曲线。
泥 芯
精心整理
厚度 3 2 1
1--φ75
2—φ125
3—φ260
精心整理
3 . 中间凝固---凝固区介于1、2之间。大多数合 金的凝固方式属于这种凝固方式。
精心整理
铸件凝固方式对铸件质量的影响： 凝固过程实质是金属的结晶过程，它从两方 面影响铸件的性能： 1）形成的金相组织-----晶粒的大小、形状及晶 粒的内部缺陷等影响合金的机械性能； 2）金属的致密度-----液态金属结晶为固态，引 起的体积收缩所形成的孔洞，若得不到液态 金属的补缩，将产生铸造缺陷，影响合金的 致密性及强度。
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σ σ
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Al---Si 合金的高温强度
σ 500℃
固相线精心整理
T℃
影响热裂形成的因素 （1）合金性质
合金结晶温度 T℃
范围越宽，
热裂倾向性
越大。
热
裂
倾
向
精心整理
线收缩 开始温度
固 相 线
此外，合金中的一些其它元素对其热裂 倾向也有一定的影响。如：碳素钢中的S、
P、Si, Mn 四种因素对热裂性的影响。
精心整理
2 .机械应力（收缩应力）
由于收缩受阻，产生的都是拉应力或剪应力。
因为是产生在弹性状态下，落砂后随着产生弹 性变形而消失，为临时应力。（但产生弹性变 形的应力仍然留在弹性体内）
《铸造基础知识》课件
铸造工艺能够生产出形状复杂 的零件，且具有节约金属材料 、生产成本较低等优点。
02 铸造材料
铸造用金属材料
01
02
03
铸钢
用于生产承受较大载荷和 要求高强度、高耐磨性的 机械零件，如齿轮、曲轴 等。
铸铁
具有良好的铸造性能、减 震性能和耐磨性能，广泛 应用于制造各种铸件，如 汽缸体、底座等。
铝合金
流程
主要包括造型、制芯、熔炼、浇注 、冷却和落砂等步骤。
特种铸造
定义
特种铸造是一种采用特殊工艺和 材料的铸造方法，如消失模铸造
、金属型铸造、压力铸造等。
特点
特种铸造能够提高铸件质量、减 少废品率、提高生产效率，适用 于生产复杂、高精度和高质量的
铸件。
流程
各种特种铸造工艺的流程略有不 同，但通常包括模具设计、材料
质量轻、耐腐蚀、导热性 好，常用于制造轻量化要 求的零件，如汽车发动机 缸体、缸盖等。
铸造用非金属材料
树脂砂
以树脂为粘结剂的型砂，具有较高的强度和耐热 性，主要用于生产复杂形状的铸件。
陶瓷砂
具有高强度、高硬度和耐高温特性，适用于生产 耐磨、耐腐蚀的铸件，如轴承、密封件等。
石墨
具有良好的耐高温、耐腐蚀和润滑性能，常用于 生产高温、高压环境下工作的铸件。
《铸造基础知识》ppt课件
目录
• 铸造简介 • 铸造材料 • 铸造工艺 • 铸造缺陷与质量控制 • 铸造技术的发展趋势与展望
01 铸造简介
铸造的定义
01
铸造是一种通过将液态金属倒入 模具中，待其冷却凝固后形成固 态零件的工艺。
02
铸造工艺广泛应用于机械、汽车 、航空、船舶、轻工等工业领域 。
工程材料与金属工艺学4铸造.ppt
比容较大，每析出1％石墨，铸铁的体积膨胀 2%,抵消了部分的收缩，灰口铸铁中增加T、Si 含量和减少S含量可使收缩率减少。
浇注温度
主要影响液态收缩，浇 注温度越高，则液态收缩相 应增加。
铸件结构和铸型条件
铸件的收缩不同于合金的收缩－受到铸件结 构和铸型的阻碍。
要求在铸件的设计和制造模型时，不应 采用合金的线收缩率，而应根据铸件收缩受阻 情况决定收缩率。
4. 直到凝固完毕，在铸件上部分 形成缩孔；
5. 已产生缩孔的铸件冷却到室温， 由于固态收缩，缩孔的体积略 有减少。
2. 缩松的形成
对具有一定凝固温度范围的合金，凝固 是在较大的区域内同时进行，先产生树技 晶体相互交错，将金属液分割成许多细小 而分散的封闭区域，当这些区域中金属液 凝固时得不到补充，就形成缩松。
合金处于液态下的收缩。 其结果使型腔液面降低，是形成缩孔
的基本原因之一。
2. 凝固收缩
指从凝固开始温度到凝固结束温度之 间，合金处于凝固产生的收缩。
其结果：仍然表现为型腔液面降低， 形成缩孔，而对凝固温度范围较大的合 金，则产生缩松。
3. 固态收缩
指从凝固结束温度冷却到室温之 间，合金处于固态下的收缩。
2. 浇注的温度
浇注的温度对流动性的影响性极为 重要浇注的温度高：流动性好，冷却 速度慢；有利于防止浇不足、冷隔等 缺陷。
但吸气多，氧化严重，铸件易出 现气孔、缩孔等缺陷
3. 充填条件
铸件的设计对液态金属流动的阻力大小 都会影响流动性。
型腔的大小 浇口截面的大小 铸型透气和排气的能力 故铸件设计有一个“最小壁厚”的问题
（三）铸件上的缩孔和缩松
1. 缩孔和缩松的形成 铸件在冷凝过程中，由于合金的
液态收缩和凝固收缩得不到液态合 金的补充，在铸件的最后凝固部分 将形成缩孔和缩松。
浇注温度
主要影响液态收缩，浇 注温度越高，则液态收缩相 应增加。
铸件结构和铸型条件
铸件的收缩不同于合金的收缩－受到铸件结 构和铸型的阻碍。
要求在铸件的设计和制造模型时，不应 采用合金的线收缩率，而应根据铸件收缩受阻 情况决定收缩率。
4. 直到凝固完毕，在铸件上部分 形成缩孔；
5. 已产生缩孔的铸件冷却到室温， 由于固态收缩，缩孔的体积略 有减少。
2. 缩松的形成
对具有一定凝固温度范围的合金，凝固 是在较大的区域内同时进行，先产生树技 晶体相互交错，将金属液分割成许多细小 而分散的封闭区域，当这些区域中金属液 凝固时得不到补充，就形成缩松。
合金处于液态下的收缩。 其结果使型腔液面降低，是形成缩孔
的基本原因之一。
2. 凝固收缩
指从凝固开始温度到凝固结束温度之 间，合金处于凝固产生的收缩。
其结果：仍然表现为型腔液面降低， 形成缩孔，而对凝固温度范围较大的合 金，则产生缩松。
3. 固态收缩
指从凝固结束温度冷却到室温之 间，合金处于固态下的收缩。
2. 浇注的温度
浇注的温度对流动性的影响性极为 重要浇注的温度高：流动性好，冷却 速度慢；有利于防止浇不足、冷隔等 缺陷。
但吸气多，氧化严重，铸件易出 现气孔、缩孔等缺陷
3. 充填条件
铸件的设计对液态金属流动的阻力大小 都会影响流动性。
型腔的大小 浇口截面的大小 铸型透气和排气的能力 故铸件设计有一个“最小壁厚”的问题
（三）铸件上的缩孔和缩松
1. 缩孔和缩松的形成 铸件在冷凝过程中，由于合金的
液态收缩和凝固收缩得不到液态合 金的补充，在铸件的最后凝固部分 将形成缩孔和缩松。
材料科学基础 课件2-铸造
铸造
特种铸造方法
• 离心铸造
• 将金属液浇入绕水平、倾斜或立轴旋转的铸型，在离心作 用下凝固成铸件的铸造方法。 • 生产空心旋转铸件时，可以省去型芯、浇注系统和冒口。 • 补缩条件好，使铸件致密，力学性能好。
• 在离心力作用下，密度大的金属液被推往外壁。而密度小的气体、 熔渣向自由表面移动，形成自外向内的顺序凝固。
2、使铁液成分和温度均匀；
3、降低铁液在炉缸中的增碳与增硫； 4、分离渣铁，净化铁液；
铸造
铸钢的熔炼
• 铸钢的熔炼
• 铸钢通常采用三相电弧炉进行熔炼，电弧炉的温度容易控制，熔炼速 度快，质量好，操作方便。 • 电弧炉用三相交流电为电源，一般用碳素电极或石墨电极。电弧发生 在电极与被熔炼的炉料之间，炉料受电弧直接加热。电弧长度靠电极 升降调节。
ห้องสมุดไป่ตู้铸造
特种铸造方法
• 压力铸造
• • • • • • 熔融金属在高压下高速充型，并在压力下凝固的铸造方法。 压力30～70MPa，速度5～100m/s 生产效率高,便于实现自动或半自动化。 铸件的精度高,表面粗糙度低。 铸件高压高速下结晶，故晶粒细小，表层紧实，铸件的强度、硬度高。 便于采用嵌铸,又称镶铸法
• • • •
• 优点 • 缺点
• 铸造清洁生产
铸造
铸造的分类
• 按生产方式，分为砂型铸造和特种铸造。砂型铸造 的铸件占总产量的80%以上。
铸造
2.2 造型材料和模样
• 型（芯）砂的组成
• • • • • • • • • 主要由原砂、黏结剂、附加物和水混制而成。 黏土砂 水玻璃砂 油砂和合脂砂 树脂砂 型砂强度 透气性 耐火性 退让性
• 模样用来获得铸件的外形 • 用芯盒制得的型芯主要用来获得铸件的内腔。
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汽车 主要用材：钢铁、非铁金属、塑料、橡胶、玻璃等
发 （动钢机板罩，冲压）前（夹窗层钢玻 玻化玻璃 璃璃）或
仪表板 （钢板，冲压） （塑料，注射）
顶盖 （钢板、冲压）
（镁合金，铸造
）
前灯： 透镜（玻璃） 聚光罩（钢板冲压 ）
车门
挡泥板
轮胎
（钢板，冲压） （钢板，冲压）（橡胶，压出）
机器生产过程
原
2.铸造成型工艺分类
按工艺方法分：砂型铸造和特种铸造。 特种铸造包括：熔模铸造、压力铸造、金属型铸造、离心 铸ห้องสมุดไป่ตู้、低压铸造、陶瓷型铸造和消失模铸造等。 按铸型材料分为：砂型铸造、金属型铸造、陶瓷型铸造。 按力场分为：重力铸造、压力铸造、低压铸造和离心铸造。
2.1.2 合金的铸造性能
合金的铸造性能是合金铸造的主要影响因素,主要体现 在二个方面：合金的充型能力和合金的收缩性。
的过程中，其体积或尺寸缩减的现象。
分类：分为液态收缩、凝固收缩和固态收缩三类。
浇注温度
铸 液态收缩
件 温
液相线温度
体
度 降
凝固收缩
积 收
低
缩
固相线温度
固态收缩
室温
线收缩
收缩率：
体积收缩率是指单位体积的收缩量（体积收缩率）。是产生缩孔、 缩松的基本原因。
线收缩是指单位长度上的收缩量（线收缩率）。表现为铸件外形 尺寸减少，是逐渐产生内应力、变形和裂纹的基本原因。
用每种材料特定的收缩率和实际铸件的尺寸，来换算成铸
模型腔的尺寸。
合金 种类
表2-1 典型合金的收缩率εV
碳含量 浇注温度 液态收缩 凝固收缩 固态收缩 （％） （ ℃） （％） （％） （％）
碳钢
0.35 1610
1.6
3.0
7.86
白口铸铁 3.00 1400
2.4
4.2
5.4～6.3
灰口铸铁 3.50 1400
柱状晶择优取向，晶界往往容易富集第二相，特别是 在两种位向交叉面是受力的薄弱环节，轧制时容易开裂。
因此，钢铁或镍合金（塑形较差）应避免柱状晶的出 现；而有色金属，有时要求获得柱状晶。
思 考：若要避免柱状晶的出现，应采用哪种凝固方式，并 如何实现？
2.合金的收缩性：
定义：合金收缩是指合金从浇注、凝固到冷却至室温
金属固态连接
焊接 焊接容器
焊接示范
焊接件
金属切削加工成形
车 床
数控车床
切削加工
数控铣床
金属材料加工：
第二章
铸造(金属液态凝固成形)
金
第三章
压力加工(金属塑性成形)
属
热
第四章
金属材料热处理(材料改性) 加
第五章
工
焊接(金属固态连接)
金属切削加工
第二章 铸 造
2.1 铸造成形工艺理论 2.2 铸造合金及熔炼 2.3 铸造成形方法 2.4 特种铸造
T浇注↑
δ粘度↓ t凝固↑
流动性↑ 充填路径↑
充型能力↑
充型压力：
P充型↑
➢ 铸件的凝固方式：
V流动↑
充型能力↑
在铸件凝固过程中，对铸件质量影响较大的主要 是固液两相并存的凝固区的宽窄。铸件的“凝固方式 ”就是依据凝固区的宽窄来划分的。
逐层凝固
纯金属和共晶成分的合 金在凝固中因为不存在固液 两相并存的凝固区，所以固 体与液体分界面清晰可见， 一直向铸件中心移动。
金属的成形方法可分为铸造、塑性成形（或称压力加 工）、切削加工、焊接和粉末冶金五大类。
铸造是生产金属零件毛坯的主要工艺方法之一，与其 它工艺方法相比，它具有成本低，工艺灵活性大，适合生 产不同材料、形状和重量的铸件，并适合于批量生产。
但它的缺点是公差较大，易产生 内部缺陷。
2.1 铸造成形工艺理论
缩松
宏观缩松：指用肉眼或放大镜可以看到的细小孔洞，通常出 现在缩孔的下方。 显微缩松：是指分布在枝晶间的微小孔洞，在显微镜下才能 看到。
阶 段 主要影响因素
铸
金属的流动性
充 型 浇注温度
充型压力
造
凝 固 凝固方式
收 缩 冷却速度
1.液态合金的充型能力
➢ 液态合金的流动性：
形成薄壁复杂的铸件
改善金属 有利于 的流动性
排除内部夹杂物和气体 加快凝固中液体的补缩
金属流动性 测试实验
实验如右图所示：
➢ 影响液态合金充型能力的因素： 浇注温度：
铸造
热处理
切削
热处理
材
锻压
毛坯
加工
零件
机器
料
焊接
装配
➢ 机器生产过程：原材料——毛坯——零件——机器 ➢ 机器制造方法：原材料选取择与材料改性（热处理）;
毛坯成形（铸、锻、焊等）; 零件成形（切削加工等）与装配。
金属液态凝固成形
铸造成形
汽缸体铸件 端盖铸件
金属塑性成形
锻造 锻件
锻压成形
冲压 冲压件
产生原因： 当合金的结晶温度范围很宽或铸件断面温
度梯度较小时，凝固过程中有较宽的糊状凝固两相并存 的区域。随着树枝晶长大，该区域被分割成许多孤立的小 熔池，各部分熔池内剩余液态合金的收缩得不到补充，最 后形成了形状不一的分散性孔洞即缩松。
另外，疏松还可能由凝固时被截留在铸件内的气体无 法排除所致。不过，疏松内表面应该是光滑，近似球状。
糊状凝固
铸件在结晶过程中，当结 晶温度范围很宽，且铸件截面 上的温度梯度较小，则不存在 固相层，固液两相共存的凝固 区贯穿整个区域。
中间凝固
大多数合金的凝固是介于逐 层凝固和糊状凝固之间，称为中 间凝固。
讨 论：
一般认为：铸模的冷却能力越大，越有利于在结晶 过程中保持较大的温度梯度，从而利于柱状晶区的发展。
定义：铸造是指将液态金属（或合金）充填满铸型
型腔并冷却凝固的过程。
铸造的基本过程：
液态 金属
充型
凝固 收缩
铸件
实质：液态金属（或合金）充填铸型型腔并在其中
凝固和冷却。
砂型铸造概略图
2.1.1 铸造成型工艺特点及分类
1.铸造成型工艺特点
优点：
1）可制造出内腔、外形很复杂的毛坯； 2）工艺灵活性大，适应性广； 3）材料的使用范围广； 4）铸件生产成本较低。
3.6
0.1
3.3～4.2
铸件的缩孔和缩松
➢ 缩孔：
定义：缩孔是指金属液在铸模中冷却和凝固时，在铸件
的厚大部位及最后凝固部位形成一些容积较大的孔洞。
产生原因：先
凝固区域堵住液 体流动的通道， 后凝固区域收缩 所缩减的容积得 不到补充。
➢ 缩松：
定义：缩松是指金属液在铸模中冷却和凝固时，在铸件
的厚大部位及最后凝固部位形成一些分散性的小孔洞。
体积收缩率：
V
V0 V1 100% V1
线收缩率：
L
L0 L1 L1
100%
其中 V0，L0表示铸件在高温T0时的体积和一维方向的长度；
V1，L1表示铸件在高温T1时的体积和一维方向的长度。
合金的收缩给铸模的设计和铸件的精密成形等带来较 大困难，是多数铸造缺陷产生的根源。
注意：在铸模尺寸设计时必须考虑铸件的收缩因素。即利
发 （动钢机板罩，冲压）前（夹窗层钢玻 玻化玻璃 璃璃）或
仪表板 （钢板，冲压） （塑料，注射）
顶盖 （钢板、冲压）
（镁合金，铸造
）
前灯： 透镜（玻璃） 聚光罩（钢板冲压 ）
车门
挡泥板
轮胎
（钢板，冲压） （钢板，冲压）（橡胶，压出）
机器生产过程
原
2.铸造成型工艺分类
按工艺方法分：砂型铸造和特种铸造。 特种铸造包括：熔模铸造、压力铸造、金属型铸造、离心 铸ห้องสมุดไป่ตู้、低压铸造、陶瓷型铸造和消失模铸造等。 按铸型材料分为：砂型铸造、金属型铸造、陶瓷型铸造。 按力场分为：重力铸造、压力铸造、低压铸造和离心铸造。
2.1.2 合金的铸造性能
合金的铸造性能是合金铸造的主要影响因素,主要体现 在二个方面：合金的充型能力和合金的收缩性。
的过程中，其体积或尺寸缩减的现象。
分类：分为液态收缩、凝固收缩和固态收缩三类。
浇注温度
铸 液态收缩
件 温
液相线温度
体
度 降
凝固收缩
积 收
低
缩
固相线温度
固态收缩
室温
线收缩
收缩率：
体积收缩率是指单位体积的收缩量（体积收缩率）。是产生缩孔、 缩松的基本原因。
线收缩是指单位长度上的收缩量（线收缩率）。表现为铸件外形 尺寸减少，是逐渐产生内应力、变形和裂纹的基本原因。
用每种材料特定的收缩率和实际铸件的尺寸，来换算成铸
模型腔的尺寸。
合金 种类
表2-1 典型合金的收缩率εV
碳含量 浇注温度 液态收缩 凝固收缩 固态收缩 （％） （ ℃） （％） （％） （％）
碳钢
0.35 1610
1.6
3.0
7.86
白口铸铁 3.00 1400
2.4
4.2
5.4～6.3
灰口铸铁 3.50 1400
柱状晶择优取向，晶界往往容易富集第二相，特别是 在两种位向交叉面是受力的薄弱环节，轧制时容易开裂。
因此，钢铁或镍合金（塑形较差）应避免柱状晶的出 现；而有色金属，有时要求获得柱状晶。
思 考：若要避免柱状晶的出现，应采用哪种凝固方式，并 如何实现？
2.合金的收缩性：
定义：合金收缩是指合金从浇注、凝固到冷却至室温
金属固态连接
焊接 焊接容器
焊接示范
焊接件
金属切削加工成形
车 床
数控车床
切削加工
数控铣床
金属材料加工：
第二章
铸造(金属液态凝固成形)
金
第三章
压力加工(金属塑性成形)
属
热
第四章
金属材料热处理(材料改性) 加
第五章
工
焊接(金属固态连接)
金属切削加工
第二章 铸 造
2.1 铸造成形工艺理论 2.2 铸造合金及熔炼 2.3 铸造成形方法 2.4 特种铸造
T浇注↑
δ粘度↓ t凝固↑
流动性↑ 充填路径↑
充型能力↑
充型压力：
P充型↑
➢ 铸件的凝固方式：
V流动↑
充型能力↑
在铸件凝固过程中，对铸件质量影响较大的主要 是固液两相并存的凝固区的宽窄。铸件的“凝固方式 ”就是依据凝固区的宽窄来划分的。
逐层凝固
纯金属和共晶成分的合 金在凝固中因为不存在固液 两相并存的凝固区，所以固 体与液体分界面清晰可见， 一直向铸件中心移动。
金属的成形方法可分为铸造、塑性成形（或称压力加 工）、切削加工、焊接和粉末冶金五大类。
铸造是生产金属零件毛坯的主要工艺方法之一，与其 它工艺方法相比，它具有成本低，工艺灵活性大，适合生 产不同材料、形状和重量的铸件，并适合于批量生产。
但它的缺点是公差较大，易产生 内部缺陷。
2.1 铸造成形工艺理论
缩松
宏观缩松：指用肉眼或放大镜可以看到的细小孔洞，通常出 现在缩孔的下方。 显微缩松：是指分布在枝晶间的微小孔洞，在显微镜下才能 看到。
阶 段 主要影响因素
铸
金属的流动性
充 型 浇注温度
充型压力
造
凝 固 凝固方式
收 缩 冷却速度
1.液态合金的充型能力
➢ 液态合金的流动性：
形成薄壁复杂的铸件
改善金属 有利于 的流动性
排除内部夹杂物和气体 加快凝固中液体的补缩
金属流动性 测试实验
实验如右图所示：
➢ 影响液态合金充型能力的因素： 浇注温度：
铸造
热处理
切削
热处理
材
锻压
毛坯
加工
零件
机器
料
焊接
装配
➢ 机器生产过程：原材料——毛坯——零件——机器 ➢ 机器制造方法：原材料选取择与材料改性（热处理）;
毛坯成形（铸、锻、焊等）; 零件成形（切削加工等）与装配。
金属液态凝固成形
铸造成形
汽缸体铸件 端盖铸件
金属塑性成形
锻造 锻件
锻压成形
冲压 冲压件
产生原因： 当合金的结晶温度范围很宽或铸件断面温
度梯度较小时，凝固过程中有较宽的糊状凝固两相并存 的区域。随着树枝晶长大，该区域被分割成许多孤立的小 熔池，各部分熔池内剩余液态合金的收缩得不到补充，最 后形成了形状不一的分散性孔洞即缩松。
另外，疏松还可能由凝固时被截留在铸件内的气体无 法排除所致。不过，疏松内表面应该是光滑，近似球状。
糊状凝固
铸件在结晶过程中，当结 晶温度范围很宽，且铸件截面 上的温度梯度较小，则不存在 固相层，固液两相共存的凝固 区贯穿整个区域。
中间凝固
大多数合金的凝固是介于逐 层凝固和糊状凝固之间，称为中 间凝固。
讨 论：
一般认为：铸模的冷却能力越大，越有利于在结晶 过程中保持较大的温度梯度，从而利于柱状晶区的发展。
定义：铸造是指将液态金属（或合金）充填满铸型
型腔并冷却凝固的过程。
铸造的基本过程：
液态 金属
充型
凝固 收缩
铸件
实质：液态金属（或合金）充填铸型型腔并在其中
凝固和冷却。
砂型铸造概略图
2.1.1 铸造成型工艺特点及分类
1.铸造成型工艺特点
优点：
1）可制造出内腔、外形很复杂的毛坯； 2）工艺灵活性大，适应性广； 3）材料的使用范围广； 4）铸件生产成本较低。
3.6
0.1
3.3～4.2
铸件的缩孔和缩松
➢ 缩孔：
定义：缩孔是指金属液在铸模中冷却和凝固时，在铸件
的厚大部位及最后凝固部位形成一些容积较大的孔洞。
产生原因：先
凝固区域堵住液 体流动的通道， 后凝固区域收缩 所缩减的容积得 不到补充。
➢ 缩松：
定义：缩松是指金属液在铸模中冷却和凝固时，在铸件
的厚大部位及最后凝固部位形成一些分散性的小孔洞。
体积收缩率：
V
V0 V1 100% V1
线收缩率：
L
L0 L1 L1
100%
其中 V0，L0表示铸件在高温T0时的体积和一维方向的长度；
V1，L1表示铸件在高温T1时的体积和一维方向的长度。
合金的收缩给铸模的设计和铸件的精密成形等带来较 大困难，是多数铸造缺陷产生的根源。
注意：在铸模尺寸设计时必须考虑铸件的收缩因素。即利