材料加工工艺

灰铸铁：中小型与小型件 中、大型铸件 圆筒形件：长度方向 直径方向 孕育铸铁 可锻铸铁 球墨铸铁 白口铸铁
铸造碳钢和低合金钢 含铬高合金钢 铸造铝硅合金 铸造铝镁合金 铝铜合金(wCu＝7％～18％） 锡青铜 锌黄铜

不仅与所用合金的因素有关，而且还与铸型工艺特点、铸件 结构形状以及合金在熔炼过程中溶解的气体量等因素有关。




铸件的收缩缺陷——缩孔、缩松、热裂、 应力、变形和裂纹等 体收缩——铸造合金由液态到常温的收 缩。 长度改变量来表示合金在固态时的收缩， 称为线收缩。在设计和制造模样时，线收 缩更有意义。
矩形铸件体积亏损
Ⅰ）型腔容积，即金属液原 始体积V原始
V原始＝S× S× H
Ⅱ）常温下铸件假想轮廓外 形体积V假
• 充型能力的好与差，首先 取决于铸造合金的流动 的好与差， 又受到外界条件，如铸型性质、浇注条 性，同时 又受到外界条件，如 性， 件、铸件结构等因素的影响，是各种因素的综合反 映，要注意两者（合金的流动性、充型能力）的差别。
2.2.2 铸造合金的收缩性及 缩孔、缩松的形成
1. 铸造合金的收缩性 液态合金当温度下降,而由液态转变为固态时， 因为金属原子由近程有序逐渐转变为远程有序，以 及空穴的减少或消失，一般都会发生体积减小。液 态合金凝固后，随温度的继续下降，原子间的距离 还要缩短，体积也进一步减小。 铸造合金在液态、凝固态和固态冷却的过程 中，由于温度的降低而发生的体积减小现象，称为 铸造合金的收缩性。
1.75 1.5
缩孔、缩松



铸件在冷却和凝固过程中，由于合金的液 态收缩和凝固收缩，往往在铸件最后凝固 的地方出现孔洞。 容积大而且比较集中的孔洞称为缩孔；细 小而且分散的孔洞称为缩松。缩孔的形状 不规则，表面粗糙，可以看到发达的树枝 晶末梢，故可以明显地与气孔区别开来。 缩孔和缩松是铸件中常见的缺陷之一，因 此，在生产中必须设法防止。
材料加工工艺
复 习

1.1 材料加工工艺及其 在制造业中的地位 1.2 21世纪材料加工工艺展望

2.1金属液态成形（铸造）概述 液态金属在铸型中冷却、凝固形成零件。 铸造工艺的特点 各种铸造方法应用范围
Fe-C合金状态图
稳态与非稳态 状态平衡！
2.2 铸造合金的工艺性能 2.2.1 铸造合金的充型能力
液态收缩和凝固收缩是铸件产生缩 孔和缩松的基本原因
各种纯金属的凝固体收缩率（%） 金属 Fe Al 种类 αV液
4. 0 6．24
Mg Cu Co Zn
Ag
Sn
Pb
Sb
Bi
4．83
4 ．8
4．8
4．4 4
4．3 5
2．7 9
2．6 9
- 0．93
- 3．1
（3）固态收缩

当铸造合金从固相线温度t固冷到室温t室时 的收缩，由于合金处于固体状态，故称为 固态收缩。其固态收缩率表示如下：
灰口铸铁液态金属及有色金属（例 如铝合金）液凝固

晶粒在金属液内部形 核、长大。但在铸型 型壁处的晶粒由于热 量能迅速传出，故形 核、长大速度快，结 晶得快形成固体外 壳，有粗糙的凝固前 沿，故称为
εV固 =αv固（t固－ t室）X 100%

但在实际生产中，由于固态收缩往往表现 为铸件外形尺寸的减小，因此，一般采用 线收缩率来表示： εL＝αL（t固－t室）X 100％
铸件的铸造收缩率
收 缩 率（％） 合金类别 自由收缩 1.0 0.9 0.9 0.7 1.0-1.5 0.75-1.0 1.0 1.75 受阻收缩 1.9 0.8 0.8 0.5 0.8-1.0 0.5-0.75 0.8 1.5 合金类别 收 缩 率（％） 自由收缩 1．6—2．0 1.3-1.7 1.0-1.2 1.3 1.6 1.4 1.8-2.0 受阻收缩 1．3—l．7 1.0-1.4 0.8-1.0 1.0 1.4 1.2 1.5-1.7
铸件中缩孔形成过程示意图
合金成分与缩孔、缩松形成的关系
定向凝固的 合金倾向于产 生集中缩孔； 糊状凝固的 合金倾向于产 生缩松.
合金的不同凝固特性


碳素钢金属液凝固时，结 晶从铸型型壁开始，外生 晶粒群体形成的凝固前沿 是光滑的。凝固前沿向集 中在铸件中心部的液相逐 层推进，当相互面向的凝 固前沿在铸件中心会合 时，凝固告终。凝固开始 形成的外生壳承载能力 高，凝固时液相补缩通道 畅通，铸件接受补缩（受 补）能力高。这种凝固有 光滑的凝固前沿，是 外生壳状凝固方式。
（1）wenku.baidu.com态收缩

当液态合金从浇注温度t浇冷却至开始凝固 的液相线温度t液时的收缩，由于合金是处 于液体状态，故称其为液态收缩，表现为 型腔内液面的降低。 液态收缩率εv液可用下式表示：

εV液=αv液（t浇－t液）X 100％
（2）凝固收缩


对于具有一定结晶温度范围的合金，由液 态 t液转变为固态t固时，由于合金处于凝固 状态，故称为凝固收缩。 这类合金的凝固体收缩率主要包括温度降 低（与合金的结晶范围有关）和状态改变 （状态改变时的体积变化）两部分。
V假＝S’× S’× h
Ⅲ）铸件轮廓体积亏损V亏 V亏＝v原始一V假 Ⅳ）常温下铸件轮廓外形体 积V轮廓。 1一外缩孔 2一内缩孔 3一缩松 4一缩陷 缩陷容积＝V假－V轮廓
合金的收缩经历三个相互联系 的阶段： 液态收缩阶段（I）； 凝固收缩阶段（Ⅱ）； 固态收缩阶段（Ⅲ）。
a)合金状态图 b）具有结晶温度范围合金（m成分）的收缩过程 c）共晶合金（n成分）的收缩过程
常用铸造合金的铸件线收缩率
收缩率 （％） 合金类别 自由 收缩
1.0
收 缩 率（％） 合金类别 自由收缩
1．6—2．0 1.3-1.7 1.0-1.2 1.3 1.6 1.4 1.8-2.0
受阻 收缩
1.9
受阻收 缩
1.3— l.7 1.0-1.4 0.8-1.0 1.0 1.4 1.2 1.5-1.7
灰铸铁：中小型 与小型件 中、大型铸件 圆筒形件：长度 方向 直径方向 孕育铸铁 可锻铸铁 球墨铸铁 白口铸铁
铸造碳钢和低合 金钢 0.8 0.9 含铬高合金钢 0.8 0.9 铸造铝硅合金 铸造铝镁合金 0.5 0.7 铝铜合金(wCu＝7 0.8-1.0 1.0-1.5 ％～18％） 0.75-1.0 0.5-0.75 锡青铜 0.8 1.0 锌黄铜