第二章铸造成形-机械制造基础_林江

图2-3 螺旋形标准试样
决定合金流动性的主要因素有：
1）合金的种类。
2）合金的成分。同种合金，成 分不同，其结晶特点不同，流 动性也不同。如图2-4所示铅锡 合金的流动性与相图的关系；
纯金属和共晶合金在恒温下结 晶，为逐层凝固方式，如图2-5a 所示，凝固层表面光滑，阻力
小，故流动性好，同时共晶合
金熔点最低，故流动性最好。
而亚共晶合金，为中间凝固方 式，复杂枝晶阻碍流动，故流
图2-4铅锡合金的流动性与相图的关系
动性差，如图2-5b所示。
3）杂质和含气量。固态夹杂物使粘度增加，流动性下降； 如灰铁中的MnS；含气量越少，流动性越好。
2. 浇注条件
1）浇注温度越高，保持液态的时间越长，流动性越好； 温度越高，合金粘度越低，阻力越小，充型能力越强。 故提高浇注温度能有效提高充型能力；但过高吸气量和 总收缩大，易产生铸造缺陷。故在保证充型能力的前提 下温度应尽量低。生产中薄壁件常采用较高温度，厚壁 件采用较低浇注温度。
铸造性能是表示合金铸造成形获得优质铸件的能力； 用充型能力、收缩性等来衡量。
2.1.2.1 充型能力
充型能力：熔融金属或合金充满铸型型腔，获得形 状完整、轮廓清晰铸件的能力。主要影响因素有：
1. 金属或合金的流动性
流动性是熔融金属的流动能 力，合金的流动性用浇注流动性 试样的方法来衡量，一般采用如 图 2-3 所 示 的 螺 旋 形 试 样 。 流 动 距离越长，表明流动性越好。
2）充型压力。压力越大，充型能力越强。
3. 铸型条件
1）铸型的蓄热能力越强，充型能力越差； 2）铸型温度越高，充型能力越好； 3）铸型中的气体阻碍充型； 4）铸件结构，壁厚过小、壁厚变化剧烈、结构复杂、大 平面都影响充型。
2.1.2.2 合金的收缩
1、收缩。合金从液态冷却至常温的过程中，体积或尺寸缩 小的现象。通常用体收缩率或线收缩率来表示：
铸件温度梯度主要取决于：
a)合金的性质。合金的凝固温 度越低、热导率越高、结晶潜 热越大，温度梯度越小，如多 数铝合金。
b) 铸型的蓄热能力越强，激冷
能力越强，温度梯度越大，如
金属型铸造易得致密组织。
图2-2 温度梯度对凝固区域的影响
c) 浇注温度越高，温度梯度减小。
2.1.2 金属与合金的铸造性能
1）逐层凝固：纯 金属或共晶成分的 合金的凝固，如图 2-1a；
2）糊状凝固：结 晶温度范围很宽的 合金的凝固，如图 2-1c；
图2-1 铸件的凝固方式
a)逐层凝固 b)中间凝固 c)糊状凝固
3）中间凝固：介于逐层凝固和糊状凝固之间，大多数合 金为此凝固方式，如图2-1b所示。
铸件质量与凝固方式有关，逐层凝固时，合金充型能 力强（流动性好），便于防止缩孔、缩松。而糊状凝固时， 充型能力差，易产生缩松。
4）劳动条件较差,劳动强度较大。
铸造在机械制造业中应用十分广泛，在各种类型的 机器设备中铸件占很大比重。如表2-1所示。
表2-1 各类机械工业中铸件重量比
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
70~90 60 ~ 80 50 ~ 70 40 ~ 70 20 ~ 30
第2章 铸造成形
2.1 液态成形理论基础 2.2 砂型铸造方法 2.3 特种铸造方法 2.4 铸造工艺设计 2.5 铸件结构工艺性 2.6 铸造成形新发展
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铸造：将液态金属浇注到与零件形状、尺寸相适应 的铸型型腔中，待其冷却凝固后，获得一定形状的毛坯 或零件的方法。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成形。
第1节 液态成形理论基础
2.1.1 金属的凝固 2.1.2 金属与合金的铸造性能 2.1.3 铸造性能对铸件质量的影响
2.1.1 金属的凝固
1. 液态金属的结构与性质
1）液态金属的结构：固态金属经加热变为熔融状态即得 液态金属，是由呈有序排列的游动原子集团组成，其结 构与原有固体结构相似，但热运动剧烈，温度越高，热 运动越剧烈，原子集团越小，游动越快。
4. 影响铸件凝固方式的因素
1）合金的结晶温度范围: 结晶温度范围越小，凝固区域 越窄，越倾向于逐层凝固。低碳钢，近共晶成分铸铁倾 向于逐层凝固，高碳钢、远共晶成分铸铁倾向于糊状凝 固。
2）铸件的温度梯度：在合金的结晶温度范围已定时，若铸 件的温度梯度由小变大，则凝固区由宽变窄，倾向于逐层凝 固。如图2-2所示。
体收缩率 线收缩率
V
V0 V0
V1
100
%
V
t0
t1 100 %
百度文库
l
l0 l1 l0
100 %
l t0
t1 100 %
式中 V0 、V1 ——合金在 t0 、t1 时的体积（m3）； l0 、l1 ——合金在 t0 、t1 时的长度（ m ）； V 、 l ——合金在 t0 至t1 温度范围内的体收缩系数
2）液态金属的性质：具有粘度和表面张力。
2. 液态金属的凝固 液态金属由液态转变为固态的过程，包括形核和长
大两个过程。得到的凝固组织（铸态晶粒形态、大小、 分布、缺陷等）取决于成分、冷却速度、形核条件等。
3. 铸件的凝固方式
在铸件凝固过程中，铸件断面上存在三个区域，即固相 区、凝固区和液相区。其中凝固区对铸件质量有较大影响。 铸件的凝固方式也可根据凝固区的宽窄来划分，如图2-1。
和线收缩系数（1 0C ）
合金的收缩过程可分为三个阶段：如图2-6所示。
1）液态收缩。指合金从浇注温度冷却到液相线温度过程中 的收缩。
2）凝固收缩。指合金在液相线和固相线之间凝固阶段的收 缩。结晶温度范围越大，收缩率越大。液态和凝固收缩时金 属液体积缩小，是形成缩孔和缩松的基本原因。
3）固态收缩。指合金 从固相线温度冷却到室 温时的收缩。用线收缩 率表示。它对铸件形状 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。
铸造的优点：
1）可以铸出内腔、外形很复杂的毛坯； 2）工艺灵活性大。几乎各种合金，各种尺寸、形状、 重量和数量的铸件都能生产；
3）成本较低。原材料来源广泛，价格低廉。
铸造的缺点：
1）铸造组织疏松、晶粒粗大，内部易产生缩孔、缩松、 气孔等缺陷。 2）铸件的机械性能较低。 3）铸造工序多，难以精确控制，使铸件质量不够稳定。