金属工艺学铸造

冒口
第二篇 铸造（2－8）
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浇注系统
冷铁
图 3.1-6
冒口补缩示意图
§1.3铸造内应力、变形和裂纹
• 铸件在凝固之后的继续冷却过程中，其固态收缩若受到阻碍， 铸件内部将产生内应力。有些内应力是暂存的。有的一直保 留到室温。后者称为残余内应力。 铸造内应力是铸件产生变形、裂纹的基本原因。 一、内应力的形成 按照内应力的产生原因，分为热应力和机械应力两种 1、热应力 *原因：是由于铸件壁厚不均匀，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。 P 45 图2-8 铸件的壁厚差别愈大，线收缩率愈大， 弹性模量愈大，热应力愈大 *预防热应力的途径： 减小个部分间的温差，均匀地冷却。
缩松的形成 ：主要出现在呈糊状凝固方式的合金中或断面较大 的铸件壁中，是被树枝状晶体分隔开的液体区难以得到补缩所致。 缩松大多分布在铸件中心轴线处、热节处、冒口根部、内浇口附 近或缩孔下方，如图1-7所示。
2、缩孔、缩松的防止 1 防止缩松、缩孔的措施：顺序凝固，实现顺序凝固， 就可实现“补缩”。 2 实现顺序凝固的方法：设冒口，加冷铁等。 3 倾向于糊状凝固的合金，整个截面上有树枝状晶架， 难以避免显微缩松。 思考：什么是顺序凝固？
其他几个铸造名词： • 热节：在凝固过程中，铸件内比周围金属凝固缓慢的节点或局部区域。这 个部位凝固慢，容易产生缩孔！ • 退让性：铸件在冷凝时，体积发生收缩，型砂应具有一定的被压缩的能力， 称为退让性。型砂的退让性不好，铸件易产生内应力或开裂。型砂越紧实， 退让性越差。在型砂中加入木屑等物可以提高退让性。
● 要控制铸铁的组织和性能，必须控制石墨化程度，影响石墨化 的主要因素是化学成份和冷却速度。 补充: ⑴ 化学成分 磷：P超过0.3%出现冷脆，一般限制在0.2%以下。 ⑵ 冷却速度 冷却速度：减小冷却速度可以促进石墨化。 壁厚（h）和冷却速度（v） h↓→v↑ 壁厚↑→石墨化倾向↑ 易得粗大石墨片、铁素体 壁厚↓→石墨化倾向↓ 易得细小石墨片、珠光体 壁厚↓→白口化倾向↑ V金属型>V砂型 V湿型>V干型
一、合金的流动性
• 流动性：液态合金本身的流动能力，称为流动性. 合金的流动性能愈好，充型能力愈强。 1 是合金的主要铸造性能之一. 铸铁流动性较好，铸 钢较差。 2 影响合金的流动性的主要因素是合金的化学成分， 亚共晶铸铁随含碳量增加离共晶点越近，结晶温度范 围减小，流动性提高。
流动性差： 铸件易产生浇不到、冷隔、气孔和 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。
第二章 常用合金铸件的生产
§2.1 铸铁件生产
一、灰铸铁 ⒈灰铸铁的性能 由于石墨的存在，减少了承载的有效面积，尖角处引起应力 集中。因此，灰铸铁的抗拉强度低。塑性韧性差，但抗压强 度与钢相近。 ♠可将灰铸铁视为布满细小裂纹的纯铁或钢。 ♠灰铸铁属脆性材料，不能锻造、冲压。 灰铸铁焊接性能很差。 灰铸铁有优良的铸造性能，切削加工性能。 ♠灰铸铁的优越性能 ⑴优良的减振性 石墨有缓冲作用，是制造床身 底座的好材料。 ⑵耐磨性好 石墨是一种润滑剂，石墨剥落后是 储油的凹坑。 ⑶缺口敏感性小
⒉影响铸铁组织和性能的因素 ● 铸铁的性能取决于组织。组织不同实质上是碳在 铸铁中存在的形式不同。灰口铸铁中的碳是由化 合碳（Fe3C）和石墨组成，即C总=C石墨+C化合 ♠ 若化合碳为0.8%时为珠光体灰铸铁。 它们的强度、硬度较高。 石墨片均匀且细小。 ♠ 若化合碳小于0.8%属珠光体-铁素体灰铸铁。 强度、硬度中等。石墨片较粗大。 ♠ 若全部的碳以石墨状态存在属铁素体灰铸铁。 较软，强度较低，较少用。 石墨片粗大。
• 铸件的常见缺陷 ： • 砂型铸造铸件缺陷有：冷隔、浇不足、气孔、粘砂、夹砂、砂眼、胀砂等。 • 1．冷隔和浇不到 • 液态金属充型能力不足，或充型条件较差，在型腔被填满之前，金属液便停 止流动，将使铸件产生浇不足或冷隔缺陷。
• 浇不到时，会使铸件不能获得完整的形状； • 冷隔时，铸件虽可获得完整的外形，但因存有未完全融合的接缝，铸件的力 学性能严重受损。 • 防止浇不足和冷隔：提高浇注温度与浇注速度。 • 2．气孔 • 气体在金属液结壳之前未及时逸出，在铸件内生成的孔洞类缺陷。防止气孔 的产生：降低金属液中的含气量，增大砂型的透气性，以及在型腔的最高处 增设出气冒口等。 • 3．粘砂 • 铸件表面上粘附有一层难以清除的砂粒防止粘砂：在型砂中加入煤粉，以及 在铸型表面涂刷防粘砂涂料等。
二、浇注条件
1、浇注温度 浇注温度越低 则充型能力越差 （铸件容易产生 冷隔、浇不到） 浇注温度越高 则充型能力越强（铸件容易产生 缩孔、缩松、粘沙、析出性气孔、粗晶） 2、充型压力 压力↑→充型能力↑（提高直浇道高度）
三、铸型填充条件
1、铸型材料 导热系数大，比热大，充型能力↓ 2、铸型温度 温度↑→充型能力↑ 3、铸型中排气差，充型能力↓ 所以铸型具有良好透气性，并在最高处设出气口。 4、铸型表面越光滑，充型能力越强。 5、铸铁结构条件
第二篇 铸造（2－6）
图 3.1-4
缩孔形成示意图
(2)缩松 条件：糊状凝固和结晶温度较宽的合金。 位臵：宏观缩松--铸件中心轴线处或缩孔下方。 微观缩松--枝晶间。 缩松分为宏观和显微两种，显微缩松分布 更为广泛。 形成过程与缩孔相似。如图 (3)缩松、孔与合金的关系 ⊙ 逐层凝固合金，缩孔倾向大，如纯金属、 共晶合金或结晶温度范围窄的合金。 ⊙ 糊状凝固合金，缩松倾向大。
附归纳：铸件中的气孔气体来源： * 铸件中的气孔是最常见的缺陷，按气体来源可分为 ● 侵入气孔 是砂型表面聚集的气体侵入而成。常在铸件上表面。 增加铸型的排气能力可预防之。 ● 析出气孔 因温度下降，气体溶解度下降而析出气孔尺寸小， 分布广，有时可遍及整个截面。 ● 反应气孔 金属与铸型材料等之间发生化学反应而产生的气体。 大多分布在铸件表层下1~2mm处。
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，称收缩。 ﹡收缩是多种铸造缺陷的根源，如缩松(孔)，裂纹等。 • 收缩的三个阶段 (1)液态收缩 处于液态，温度下降，体积收缩。 (2)凝固收缩 分为状态改变和温度下降两部分组成，体积收缩，是 缩松(孔)的基本原因。 (3)固态收缩 由固相线温度到室温时收缩，尺寸收缩，是铸造应力和变 形、裂纹基本原因。
4．夹砂 在铸件表面形成的沟槽和疤痕缺陷。成因见P67.
• 5．砂眼 在铸件内部或表面充塞着型砂的孔洞类缺陷。夹杂：铸件内或 表面存在的与基体成分不同的质点。与冲沙有关。 • 6. 冲沙 砂型表面被金属液冲刷掉，并在铸件表面流下不规则粗糙的金 属瘤状物。 • 7．胀砂 浇注时在金属液的压力作用下，铸型型壁移动，铸件局部胀大 形成的缺陷。为了防止胀砂，应提高砂型强度、砂箱刚度、加大合箱时的 压箱力或紧固力，并适当降低浇注温度，使金属液的表面提早结壳，以降 低金属液对铸型的压力
三、铸件的裂纹与防止 *ห้องสมุดไป่ตู้当铸造内应力超过金属的强度极限时，将产生裂纹。 ⒈热裂 ●热裂是在高温下形成的裂纹。 因为是高温，所以缝内呈氧化色，缝隙宽，形状曲折。 ●形成热裂的主要因素 ⑴合金性质 结晶温度范围宽、液、固两相绝对收缩量愈大， 热裂倾向也愈大。 另外，含硫（S）高，热裂倾向也大。 灰铸铁、球铸热裂倾向小。 铸钢、可锻铸铁热裂倾向大。 ⑵铸型阻力 铸型的退让性愈好，机械应力愈小，热裂倾向小。 砂土中加入少量锯木屑可增加退让性。
铸件的实际收缩率与其化学成分、浇注温度、铸件结构和铸型 条件有关。
三、铸件中的缩孔与缩松 1、缩孔与缩松的形成 形成原因 液态合金在冷凝过程中，液态收缩和凝固收缩 的容积得不到补足而形成。(补缩) (1)缩孔 条件：结晶温度间隔窄的合金－逐层凝固。 位臵：通常在铸件上部，或最后凝固的部分。 大小：合金的液态收缩↑，凝固收缩↑ →缩孔容积↑ 浇注温度↑→缩孔容积↑ 铸件较厚→缩孔容积↑ 形成过程：如图
特种铸造方法如:熔模铸造、金属型铸造、压力铸造、离心铸造 等。
第一章
铸造工艺基础
§1.1 液态合金的充型
• 合金的铸造性能:铸造成形时获得外形准确内部健全铸件 的能力.(包括流动性,凝固特性,收缩率,和吸气性) • 充型：液态合金填充铸型的过程，简称充型。 • 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。 1.1.1影响充型能力的主要因素 * 合金的流动性 * 浇注条件 * 铸型填充条件
§1.2 铸件的凝固与收缩
一、铸件的凝固方式 在铸件的凝固过程中，其断面上一般存在三个区域， 即固相区、凝固区和液相区，其中对铸件质量影响较 大的主要是液相和固相并存的凝固区的宽窄。
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，液固界限清楚分开，称为逐层凝固。
2、糊状凝固 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，称为糊状凝固。 3、中间凝固 介于逐层凝固和糊状凝固之间。 4、铸件质量与凝固方式密切相关 逐层凝固，充型能力强，便于防治缩孔、缩松 灰铸铁和铝硅合金等倾向于逐层凝固 糊状凝固，难以获得结晶紧实的铸件 球铁倾向于糊状凝固
⒉冷裂 ● 是在低温下形成的裂纹。 ● 特征： 裂纹细小，呈连续直线状，有时有轻微的氧化色。 ● 出现部位： 形状复杂的受拉伸部份，特别是应力集中处，如尖角、孔洞处。 ●塑性好的合金通过塑性变形应力自行缓解，故冷裂 倾向小，塑性差，脆性大的合金易冷裂如：高锰钢、 高碳钢含磷高时易冷裂。控制钢中的含P量。
2、机械应力 形成：合金的固态收缩受到铸型或型芯机械阻碍而形成的内应 力。 机械应力在铸件落砂后可自行消除。 但若机械应力与热应力共同作用，过大时，可能造成铸件的裂 纹。 P45 图2-10 二、铸件的变形与防止 当铸件内残留铸造应力超过材料屈服极限时，往往产生翘 曲变形。 即自发地通过变形来减缓其内应力。 防止措施： 1)工艺上采用同时凝固（冷铁），减小温差，均匀冷却； 2)设计时尽量使铸件壁厚均匀，形状对称； 3)可采用“反变形”。 4)提高型（芯）砂的退让性. 5)时效处理。自然时效，将铸件臵于露天半年以上； 人工时效，550-650℃去应力退火。宜放在粗加工之后 6)严格控制 S, P 含量。