金属工艺学第二篇铸造上

缩孔的形成
• 缩孔——集中在铸件上部或最后凝固的部位较大的孔洞， 多呈
• 倒锥形，内表面粗糙。 • 形成条件：合金在恒温或很窄的温度范围内结晶，铸件以 缩孔逐特层征凝：固集的中方性式，。位于上部，呈倒锥形，内表面粗糙。 •
缩孔的形成过程
2007-8-3
缩松的形成
分散在铸件某区间的细小孔称为缩松。缩松的形成的原 因也是由于铸件最后凝固区域的液态收缩和凝固收缩得不 到补充,当合金以糊状凝固的方式凝固时 就易形成分散性的 缩孔导致缩松。缩松一般出现在铸件壁的轴线区域、热节 处、冒口根部和内浇口附近，也常分布在集中缩孔的下方
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1. 合金流动性
液态合金本身在铸型内的流动能力——合金流动性 流动性好，铸件成形容易，表面质量好， 形状、尺寸 精度高。流动性差，铸件会产生浇不到、冷隔等缺陷。
在相同的浇注条件下，合 金的流动性逾好，所浇注 出的试样逾长。
试验得出：灰口铸铁、硅 黄铜流动性最好，铸钢流 动性最差
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• 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。
• 冷裂的特征：裂纹细小，呈连续直线状，缝内有金属 光泽或氧化色。
• 预防措施：①减少铸件内应力；②降低合金的脆性； ③控制铸钢中磷的含量。
热
冷
裂
裂
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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、合金成分与性能不恰当等。
3.为防止缩孔的产生，可安放冒口和冷铁，造成 顺序凝固。冒口起补缩作用，冷铁也起补缩作 用。( )
4.气孔是气体在铸件内形成的孔洞。气孔不仅降 低了铸件的机械性能；而且还降低了铸件的气 密性。( )
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二、常用合金铸铁的生产
铸铁是含碳量大于2.11%（2. 8~4.0%）的铁碳合金。 根据碳在铸铁中存在的形式，铸铁分为：
a
b
c
d
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根据铸铁的化学成分，还分为: 普通铸铁和合金铸铁
合金铸铁是指含硅量大于4%、含锰量大于 2%，或者，指有一定数量的钛、钒、钼、铬 、铜等元素的铸铁。
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灰铸铁的分类：
按照基体组织的不同，灰铸铁分为三类： ① 铁素体灰铸铁 在铁素体基体上分布着粗大的石墨片
，强度、硬度低，易加工 ，铸造性能好。常用来生产要 求不高的机件和薄壁零件。 ② 珠光体灰铸铁 在珠光体的基体上，分布着细小的石 墨片，强度和硬度高，用来制造较重要的机件。 ③ 铁素体-珠光体灰铸铁 在铁素体-珠光体上分布着粗大 的石墨片，强度低可满足一般铸件要求，铸造性能、切 削加工性能减振性较好。应用广泛。
+- +
- +-
热应力分布规律：厚部（缓冷）——拉应力 薄部（先冷）——压应力
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两杆的固态冷却曲线图
(a)
(b)
(c)
(d)
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Ⅱ 变形与裂纹 变形的产生 残留铸件内的热应力是一种非稳态应力。它以铸
件变形来自发减缓应力而趋于平衡，以求稳定。 比如：车床床身、平板铸件，都是通过铸件变形
工作压力不太 大的支承件（ 支架、支座、 箱体、床身等 ）
生产中应用较 广泛（缸体、 缸盖）
P(孕育 处理）
高负荷零件（ 齿轮、凸轮等 ）以及镦模、 冷冲模等。
从表中 看出， 牌号后 面数字 代表
σb
σb与
HBS与 铸件壁 厚大小 有关。 同一牌 号可有 不同值 。
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性能
抗拉强度不如钢，为钢的20%~30%；脆性大；但有 良好的耐磨性、减震性；铸造性能优良。切削加工性能好.
。
缩松特征：分散性，为细小缩孔，位于铸件壁的轴线区域。
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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，
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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
A 选用逐层凝固的铸造合金（趋近共晶成份）； B 对于壁厚不匀的铸件，采用定向凝固，控制凝固次序， 让薄部先凝固，厚部后凝固； C 在铸件最后凝固的部位，设置冒口，在热节处放置冷
应用
HT150、HT200用于支承体，如机床床身、底座等 。HT200以上则用于箱体、刹车鼓、汽缸体、泵体、阀门 、大型冲压模板等。
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铸铁熔炼
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1）铸铁石墨化及影响因素
石墨化即渗碳体分解出纯碳的石墨晶体。
铸铁的组织和性能主要决定于石墨的形态， 即其形状、大小及分布。
石墨化的影响因素是化学成分和铸件的冷却 速度。
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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
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• 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；
来力图减小内部热应力。
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如下图所示： 导轨较厚，冷却速度慢，形成内部残留拉应
力；床腿较薄，冷却速度快，形成内部残留压 应力，最后导致床身导轨内凹的挠曲变形
车床床身铸件的变形图
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平板铸件的变形图
如左图所示的 平板铸件：
尽管其壁厚均匀 ，中心的冷却速 度慢受拉，边缘 的冷却速度快受 压；
• 金属铸造性能主要以何种物理特性来表征？其 影响因素如何？请分别予以分析？
• 铸造凝固方式，根据合金凝固特性分成哪几类 ？它们对铸件质量将分别产生什么影响？
• 金属液态成形中，其收缩过程分为哪几个相互 联系的阶段，对铸件质量将产生什么影响？如 何防止缩孔和缩松的产生？
• 何谓铸件热应力和机械应力？它们对铸件质量 将产生什么影响？如何防止铸件变形？
金属工艺学第二篇铸造上
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一、概述
1.液态成形---铸造
将液态金属浇注到具有与零件形状、尺寸相适应的铸 型型腔中,待其冷却凝固,以获得毛坯或零件的生产方法。
砂型铸造过程如右图所示
下面请看汽车变速箱体铸件的液态成形过 程
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2.铸造过程包括以下内容:
平板的上面又比 下面散热冷却快 ，平板产生了外 凸的变形。
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变形的防止 有如下措施： • 铸件结构对称，壁厚均匀； • 预留挠度，用反变形法补偿（床身预拱出1~3mm）；
• 采用时效或去应力退火（自然时效： 置于露天半年 • 以还上有；振人动工法时去效应：力加。热550~650℃ ）；
C、Si（%）——促进石墨化 S（%） ——反石墨化 Mn（%） ——脱S，提高铸铁强度、减小S 的有害作用。
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2）铸铁（HT200以上）的孕育处理
在含碳（2.8%~3.2%）、含硅（1%~2%） 均低的铁液中加入Si-Fe（WSi=75%），形成大 量弥散的非自发结晶核心，使石墨呈细片状而均 匀分布，因此得到在细晶粒珠光体基体上均匀分 布着细片状石墨的组织---灰铁（ σb=250~350MPa，170~270HBS）
① 白口铸铁 碳除少数溶于铁素体外，全部以 Fe3C形式存在，断口呈银白色，故称白口铸铁。
② 灰口铸铁 碳除微量溶于铁素体外，大部或全 部以石墨形式存在，因断口呈暗灰而得名，广泛应用 工业生产中。
③ 麻口铸铁 组织中既存在石墨，又有莱氏体， 是介于白口和灰口之间的过渡组织，因断口处有黑白 相间的麻点而得名。
1）造型和制芯直到装配,得到铸型 2）金属熔炼—得到成分、温度合格的金 属液 3）浇注，型腔内冷却凝固 4）清理，检验。得到不同形状、性能要 求的铸件
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3.铸造的优越性
1）铸造最适合于制造形状复杂，特别是
有复杂内腔的毛坯件。
实例： 汽车发动机曲轴、机床床身、飞 机叶轮、
航天器内精密复杂件等铸件。
铁，把缩孔引入冒口中，最后割去冒口。
冒口
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（5）铸造内应力、变形与 裂纹
由固态收缩受到阻碍而引起
Ⅰ铸造内应力分为两类：
机械应力——指合金的固态收缩 受到铸型或型芯的机械阻碍所形成。
铸造结构阻碍得到消除（落砂）， 机械应力随即消失。
+++ +++
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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。
根据凝固区的宽窄“S”分: 分： 逐层凝固；糊状凝固；中间凝固
逐层凝固 中间凝固 糊状凝固
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按铸件壁厚分布均匀程度不同（即冷却快慢不同）分为 ：
顺序凝固（或称定向凝固)；薄部先凝固，厚部后凝固，冒口
最后凝固。
同时凝固（厚薄不同部位趋近同时凝固，金属液从薄部引入）。
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顺序凝固
同时凝固
由于白口铸铁和麻口铸铁性能较差，所以在生产上应用很少。
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根据铸铁中石墨形态的不同，灰口铸铁又可分为：
① 普通灰口铸铁 ： 简称灰铸铁，其石墨呈片状。如图a所示。 ② 可锻铸铁： 其石墨呈团絮状。如图b所示。 ③ 球墨铸铁： 其石墨呈球状。如图c所示。 ④ 蠕墨铸铁 ：其石墨呈蠕虫状。如图d所示。
影响因素
• 合金种类及合金成分
； • 浇注温度； • 充型压力； • 铸型内流动阻力等。
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