合金的铸造性能(20201028172244)
第二章 合金的铸造性能总结
合金的收缩及影响因素
合金的收缩： 铸件在凝固和冷却过程中，其体积或尺
寸减少的现象称为收缩。 １）收缩过程及影响因素
收缩可分为 液态收缩 凝固收缩 固态收缩
铸造缺陷照片
合金的充型能力及影响因素
• 1、熔融合金的充型能力
这里有二个基本概念即充型与充型能力。 ★熔化合金填充铸型的过程,简称充型。 ★熔融合金充满铸型型腔,获得形状完整, 轮廓清晰铸件的能力,称合金的充型能力。
2、影响合金充型能力的主要因素
(1)流动性 流动性指熔融金属的流动能力,它是影
2 、铸造特点
铸造成型 优点
适于做复杂外形，特别是 复杂内腔的毛坯
对材料的适应性广，铸件 的大小几乎不受限制
成本低，原材料来源广泛， 价格低廉,一般不需要昂 贵的设备
是某些塑性很差的材料 (如铸铁等)制造其毛坯或 零件的唯一成型工艺
铸造成型 缺点
工艺过程比较复杂，一些工艺 过程还难以控制
铸造成形零件内部组织的均匀性、 致密性一般较差
基本知识
铸造特点及合金铸造性能 合金的充型能力及影响因素
合金的收缩及影响因素
铸造特点及合金铸造性能
1 、基本概念 熔炼金属，制造铸型，并将熔融
金属浇入铸型，凝固后获得一定形状 和性能铸件的成形方法称为铸造。
铸造是机械制造中生产机器零件或 毛坯的主要方法之一。
机床、内燃机中铸件70~80%；
农业机械40~70%。
2、缩松
将集中缩孔分散为数量极多的小缩孔。 液一固两相区，形成树枝状结晶。这种凝 固方式称糊状凝固。
1合金的铸造性能
②灰铸铁：含C↑，Si ↑,S↓
铸钢：含C↑ 收缩↑；
收缩↓；
2、浇注温度↑
收缩↑；
3、铸件结构和铸型条件
三、合金的收缩与铸件质量
减小有效截面 液态、凝固收缩 缩孔、缩松 产生应力集中 渗漏（压力容器）
变形
固态收缩 铸造内应力 开裂
体积、尺寸减小
1.2.2 合金的收缩
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
• 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。
厚处或中心处
薄处或外层处
十
－
－十－十 Nhomakorabea十
十
0（或十）
0（或十）
注：表中“＋”表示受拉应力，“－”表示受压应力。
（2）热应力的形成
t
温度
固
Ⅰ Ⅱ
tK
T1
T2
时间
T3
Ⅱ
Ⅰ
Ⅱ
（3）常温下残余热应力及其引起的变
形的判断
口诀：厚热薄凉，厚短薄长，厚拉薄压， 向厚凹曲。
铸造应力大小的测定
.
σ— 铸造应力 e1 - e2 — 绝对变形量，即中间杆切断 前后两测定点的距离差 E — 金属的弹性模量 L — 试样杆长度 f1— 中间杆的断面积 f2 — 两侧杆的断面积之和
热应力
• 热应力是铸件在凝固和冷却过程中，不同 部位由于不均衡的收缩而引起的应力。影 响热应力大小的因素如下: • 1)铸件中热应力的大小与合金的弹性模量E 成正比，E值愈大，热应力也愈大。如铸钢 和球墨铸铁的热应力就比灰铸铁大。 • 2）合金的线收缩（膨胀）系数a愈大，则 热应力也愈大。
合金的铸造性能
减小液态合金流动阻力及降低冷却速度的工艺因 素均可提高合金的流动性。具体工艺措施有：
增加直浇口高度提高液态合金静压力 增大浇注速度提高液态合金动压力 简化浇注系统，光滑铸型型壁，减小流动阻力 减少型砂发气量，减小气体对合金流动的反压力 增大型砂透气性，减少气体反压力 预热铸型，降低冷却速度，提高合金流动性
在相同浇注温度下将不同的液态合金浇入相同砂型中以 测定化学成分对合金流动性的影响
2020年8月4日星期二
2-2 合金的铸造性能
浇注温度对合金流动性的影响
提高浇注温度
浇注温度过高
液态合金热容量增加， 冷却速度降低，合金 保持液态的时间增长， 流动性好；液态合金 内摩擦减少，粘度降 低，流动性好。
但是浇注温度如果过 高，则容易导致合金 的吸气、氧化及收缩 等缺陷的发生。
缩松—铸件中分散型的孔洞
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2-2 合金的铸造性能
防止缩孔缩松的工艺措施
浇注温度—合金浇注温度越高，液态收缩越大，铸件
越容易形成缩孔。因此在保证合金流动性的前提下应尽 量降低浇注温度。
化学成分—采用结晶间隔小的合金或接近共晶成分
的合金来生产铸件。另外增加铸铁含硅量可以促进石 墨化进程，因此控制铸件含碳量可以防止缩松。
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2-2 合金的铸造性能
化学成分对合金流动性的影响
化学成分的影响主要体现在碳含量对流动性的影 响上。
接近共晶成分
合金结晶温度范围缩小，所成树枝状晶体增 大未凝合金流动阻力及增大冷却速度的倾向 减弱，其流动性提高。
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2-2 合金的铸造性能
铸造工艺对合金流动性的影响
2020年8月4日星期二
铸造铝合金的性能
铸造铝合金物理性能合金代号密度ρ/g·cm-3熔化温度范围/℃20～100℃时平均线膨胀系数α/μm·(m·K)-1100℃时比热容с/J·(kg·K)-125℃时热导率λ/W·(m·K)-120℃时电导率κ(%IACS)20℃时电阻率ρ/nΩ·mZL10 1 2.66577～62023.0 879 151 36 45.7ZL10 1A 2.68557～61321.4 963 150 36 44.2ZL10 2 2.65577～60021.1 837 155 40 54.8ZL10 4 2.65569～60121.7 753 147 37 46.8ZL10 5 2.68570～62723.0 837 159 36 46.2ZL1062.73 —21.4 963 100.5 ——ZL1082.68 ———117.2 ——ZL1092.68 —19 963 117.2 29 59.4 ZL1112.69 —18.9 ————ZL20 1 2.78547.5～65019.5 837 113 —59.5ZL20 1A 2.83547.5～65022.6 833 105 —52.2Zl2022.91 —22.0 963 134 34 52.2 ZL2032.80 —23.0 837 154 35 43.3ZL20 4A 2.81544～65022.03 ————ZL20 5A 2.82544～63321.9 888 113 ——Zl20 6 2.90542～63120.6 —155 —64.5ZL20 7 2.83603～63723.6 —96.3 —53Zl20 8 2.77545～64222.5 —155 —46.5ZL3012.55 —24.5 1047 92.1 21 91.2ZL30 3 2.60550～65020.0 962 125 29 64.3ZL40 1 2.95545～57524.0 879 ———ZL4022.81 —24.7 963 138.2 35 —基本状态分为5种，如表达式所示代号名称说明与应用F 自由加工状态适用于在成型过程中，对于加工硬化和热处理条件特殊要求的产品，该状态产品的力学性能不作规定O 退火状态适用于经完全退火获得最低强度的加工产品H 加工硬化状态适用于通过加工硬化提高强度的产品，产品在加工硬化后可经过（也可不经过）使强度有所降低的附加热处理。
1-合金的铸造性能精品PPT课件
2）充型压力：
液态合金在流动方向上所受到的压力越大，其充型能力越好。
砂型铸造时，增加直浇道的高度可有效地提高充型能力；
直浇道高度应大于200mm；
特种铸造时，采用人为加压的方法使充型压力增大，充型 能力提高。
（1）合金的流动性对充型能力的影响最大，流动性 越好，充型能力越强；
（2）铸型填充条件对充型能力有着显著的影响；
1）铸型的蓄热能力：铸型从金属液中吸收和储存热 量的能力。铸型的热导率和质量热容越大，对液态 合金的激冷作用越强，合金的充型能力就越差。 如：金属型铸造较砂型铸造容易产生浇不到等缺陷。
2）铸型的温度：提高铸型温度，减少铸型和金属液 之间的温差，减缓了冷却速度，可提高合金液的充 型能力。
二、合金的凝固与收缩
浇入铸型的金属液在其后的冷却凝固过程中，体积将会 缩减，如果这种收缩得不到及时地补足，将在铸件中产 生缩孔或缩松缺陷。 铸件中的热裂、析出性气体、偏析、非金属夹杂等缺陷 也都与合金的凝固过程有着密切的关系。
（一）铸件的凝固方式及影响因素
A
L
D
L+A
℃ 温
A
E
度G
A+F
FP
Q
A+Fe3C
收缩是铸造合金的物理性能，是多种铸造缺陷 （缩孔、缩松、残余内应力、变形、裂纹）产生 的基本原因。
收缩的形式和度量：
铸造合金从浇注、凝固、冷却到室温的过程中，其收
缩经历三个阶段：液态收缩
凝固收缩
固态收缩
1.液态收缩：金属在液态时由于温度降低而 发生的体积收缩。
液态收缩表现为型腔内液面的降低，合金 液体的过热度越大，则液态收缩也越大。 为减小合金的液态收缩及吸气，兼顾充型 能力，铸造合金的浇注温度一般控制在高 于液相线50℃-150℃。
第二章 合金的铸造性能
第三节 铸件中常见的缺陷及防止
铸件中的缩孔与缩松 铸件应力 铸件的变形 铸件的裂纹 铸造偏析 铸件中的气孔
一、铸件中的缩孔与缩松
缩孔的形成 缩松的形成 影响缩孔、缩松形成的因素 缩孔和缩松的防止方法
缩孔的形成
定义：液态金属在铸型内凝固过程 中，由于液态收缩和凝固收缩，使 体积缩小，若其收缩得不到补充， 就在铸件最后凝固处形成大而集中 的孔洞称为缩孔。
形成的条件：铸件呈逐层凝固方式 凝固。 易形成缩孔的金属：纯金属或共晶 成分的合金。
缩松的形成
定义：液态金属在铸型内凝固过程中， 由于液态收缩和凝固收缩，使体积缩 小，若其收缩得不到补充，就在铸件 最后凝固处形成细小而分散的孔洞称 为缩松。 形成的条件：铸件呈糊状凝固方式凝 固。 易形成缩松的金属：非共晶成分或有 较宽结晶温度范围的合金。
2.浇注条件
浇注温度：浇注温度越高，流动性
越好。
充型压力：充型压力越大，流动性
越好。
3.铸型结构及填充条件
铸型的蓄热能力：铸型的蓄热能力强， 充型能力差。 铸型温度：铸型温度高，有利于液体 金属充型。 铸型中气体：铸型中气体愈多，充型 的阻力阻力愈大。 铸型结构：铸型结构缩
一 铸造合金的凝固
铸造合金的凝固方式 影响凝固方式的因素
影响铸件凝固方式的主要因素 ：
（1）合金的结晶温度范围
（2）铸件的温度梯度
二、铸造合金的收缩
收缩阶段 影响收缩的因素
浇注温度 合金的浇注温度越高，也太收缩量 越大，其总收缩量增加。
第三章合金的铸造性能
第三章合金的铸造性能合金的铸造性能主要指合金的流动性能和收缩性能等。
第一节合金的充型能力液态合金充满铸型、获得形状完整、轮廓清晰铸件的能力，称为液态合金的充型能力。
充型能力不足，会使铸件产生浇不足或冷隔缺陷。
所谓浇不足是指铸件的形状不完整；冷隔是指铸件上某处由于两股或两股以上金属液流未熔合而形成的接缝。
影响充型能力的主要因素有：1．合金的流动性合金的流动性是指液态合金自身的流动能力，属于合金的一种主要铸造性能。
良好的流动性不仅易于铸造出薄而复杂的铸件，而且也利于铸件在凝固时的补缩以及气体和非金属夹杂物的逸出和上浮。
反之流动性差的合金，易使铸件上出现浇不足、冷隔、气孔、夹渣和缩孔等缺陷。
（1）合金流动性的衡量通常用浇注的螺旋形试样的长度来衡量合金的流动性。
如图3.1所示的螺旋形试样，其截面为等截面的梯形，试样上隔50mm长度有一个凸点，以便于计量其长度。
合金的流动性愈好，其长度就愈长。
（1）影响流动性的因素影响流动性的因素有很多，如合金的种类、成分和结晶特征及其它物理量等。
1）合金的种类不同，其流动性不同，如表3.1列出了一些常用铸造合金的流动性值，可看出铸铁和硅黄铜的流动性最好，铝硅合金的次之，铸钢的最差。
表3.1 常用合金的流动性（砂型，试样截面8×8mm）2)合金的成分和结晶特征对流动性的影响最为显著。
共晶成分的合金，其结晶同纯金属一样，是在恒温下进行的。
从铸型表面到中心，液态合金逐层凝固，如图3.2a），由于已凝固层的内表面光滑，对液态合金的流动阻力小。
而且，由于共晶成分合金的凝固温度最低，相同浇注温度下其过热度最大，延长了合金处于液态的时间，故流动性最好。
此外，其它成分的合金均是在一定宽度的温度范围内凝固的，即在其已凝固层和纯液态区之间存在一个液固两相共存的区域，使得已凝固层的内表面粗糙如图3.2b）。
所以非共晶成分的合金流动性变差，且随合金成分偏离共晶点愈远，其结晶温度范围愈宽，流动性愈差，如图3.3为铁—碳合金流动性与含碳量的关系图。
铸造铝合金的性能
铸造铝合金物理性能合金代号密度ρ/g·cm-3熔化温度范围/℃20～100℃时平均线膨胀系数α/μm·(m·K)-1100℃时比热容с/J·(kg·K)-125℃时热导率λ/W·(m·K)-120℃时电导率κ(%IACS)20℃时电阻率ρ/nΩ·mZL10 1 2.66577～62023.0 879 151 36 45.7ZL10 1A 2.68557～61321.4 963 150 36 44.2ZL10 2 2.65577～60021.1 837 155 40 54.8ZL10 4 2.65569～60121.7 753 147 37 46.8ZL10 5 2.68570～62723.0 837 159 36 46.2ZL1062.73 —21.4 963 100.5 ——ZL1082.68 ———117.2 ——ZL1092.68 —19 963 117.2 29 59.4 ZL1112.69 —18.9 ————ZL20 1 2.78547.5～65019.5 837 113 —59.5ZL20 1A 2.83547.5～65022.6 833 105 —52.2Zl2022.91 —22.0 963 134 34 52.2 ZL2032.80 —23.0 837 154 35 43.3ZL20 4A 2.81544～65022.03 ————ZL20 5A 2.82544～63321.9 888 113 ——Zl20 6 2.90542～63120.6 —155 —64.5ZL20 7 2.83603～63723.6 —96.3 —53Zl20 8 2.77545～64222.5 —155 —46.5ZL3012.55 —24.5 1047 92.1 21 91.2ZL30 3 2.60550～65020.0 962 125 29 64.3ZL40 1 2.95545～57524.0 879 ———ZL4022.81 —24.7 963 138.2 35 —基本状态分为5种，如表达式所示代号名称说明与应用F 自由加工状态适用于在成型过程中，对于加工硬化和热处理条件特殊要求的产品，该状态产品的力学性能不作规定O 退火状态适用于经完全退火获得最低强度的加工产品H 加工硬化状态适用于通过加工硬化提高强度的产品，产品在加工硬化后可经过（也可不经过）使强度有所降低的附加热处理。
第二章合金铸造性能
3、杂质
熔融金属中出现的固态夹杂物，将使 液体的粘度增加，合金的流动性下降。
如灰铁中锰和硫，多以MnS（熔点 1650）的形式悬浮在铁液中，阻碍铁液 的流动，使流动性下降。
4、含气量 熔融金属中的含气量愈少，合金的
流动性愈好。
•流动性的测定： “螺旋形试样”。 •流动性愈好，浇出 的试样愈长。 •灰铸铁、硅黄铜最 好，铝合金次之，
体收缩（缩孔、缩松） 线收缩（应力、变形、裂纹）
收缩过程及影响因素
1、收缩过程的三个阶段： 液态收缩、凝固收缩和固态收缩 合金的总收缩为上述三个阶段收缩之和。它与
合金的成分、温度和相变有关。不同合金收缩 率是不同的。
2、影响收缩的因素
1)化学成分
碳素钢随含碳量增加，凝固收缩增加， 而固态收缩略减。灰铸铁中碳是形成石墨 化元素，
铸造成形零件易出现缩孔、缩松、 气孔、砂眼、夹渣、夹砂、裂纹等 缺陷，产品 质量不够稳定
由于铸件内部晶粒粗大，组织不均 匀，且常伴有缺陷，其力学性能比 同类材料的塑性成形低
3、合金的铸造性能
• 合金的铸造性能主要是指合金的充 型能力与合金的收缩等。 铸造的缺陷,如浇不足、缩孔、 缩松、铸造应力、变形、裂纹等都 与合金的铸造性能有关。
4）铸型和型芯对铸件的收缩也产生机 械阻力
铸件的实际线收缩率比自由线收缩率 小。因此设计模样时，应根据合金的种类、 铸件的形状、缩松的形成与防止
由于液态收缩和凝固收缩所缩减的体积 得不到补充，在铸造件最后凝固部位将形 成孔洞。
按孔洞的大小和分布可分为缩孔和缩松。 缩孔是比较集中的孔洞。 缩松是比较分散的孔洞。
在进行铸件结构设计时，铸件的 形状应尽量简单，壁厚应大于规定的 最小壁厚。对于形状复杂、薄壁、散 热面大的铸件，应尽量选择流动性好 的合金或采取其它相应措施。
1合金的铸造性能
三、 铸型的影响： 1铸型的温度低，蓄热能力大，导热性好，合金的 流动性差，充型能力差。
2 铸型的温度：烘干或预热铸型，可提高合金的充 型能力。 3 铸型的排气能力差，气体留在型腔中，阻碍合 金流动，合金的充型能力差。 4 铸型结构复杂，流动阻力越大，充型能力越差。
第一章 合金的铸造性能 §1.1 合金的充型
◆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。
第一章 合金的铸造性能 §1.1 合金的充型
◆ 缩孔和缩松是铸件中常见的缺陷之一,会使铸件 的力学性能、气密性和物化性能大大下降。
1 缩孔和缩松的形成
（1）缩孔的形成
第一章 合金的铸造性能 §1.1 合金的充型
▼缩孔位置：铸件上部或最后凝固部位。 ▼缩孔形状：倒锥形孔洞，内表面粗糙。
第一篇 铸造成形 概述
第一篇 铸造成形 概述
第一篇 铸造成形 概述
第一篇 铸造成形 概述
第一篇 铸造成形 概述
第一篇 铸造成形 概述
第一篇 铸造成形 概述
第一篇 铸造成形 概述
第一章 合金的铸造性能 §1.1 合金的充型
合金的铸造性能：包括流动性、收缩性、
吸气性等。
1.1 合金的充型
第一章 合金的铸造性能 §1.1 合金的充型
车床床身导轨面的变形
第一章 合金的铸造性能 §1.1 合金的充型
2 铸件变形的防止
（1）减小铸造内应力或形成平衡应力
（2）反变形法
（3）设防变形拉筋 （4）去应力退火
第一章 合金的铸造性能 §1.1 合金的充型
（五）铸件的裂纹 1 热裂纹
a. 产生：热裂纹是在凝固的末期形成的。
b. 特征：断面严
重氧化，无金 属光泽，形状 曲折而不规则
金属铸造的性能：合金的流动性、凝固性、收缩性、吸气性
金属铸造的性能：合金的流动性、凝固性、收缩性、吸气性1.金属铸造性能包括：合金的流动性、凝固特性、收缩性、吸气性。
2.流动性：液态合金本身的流动能力。
3.流动性不足产生的缺陷：形成的晶粒将充型的通道堵塞，金属液被迫停止流动，于是铸件将产生浇不到或冷隔等缺陷。
4.提高流动性的措施（简答）：浇注温度浇注温度对合金充型能力有着决定性的影响。
浇注温度越高，合金的粘度下降，且因过热度高，合金在铸型中保持流动的时间长，故充型能力强，反之，充型能力差。
充型压力砂型铸造时，提高直浇道高度，使液态合金压力加大，充型能力可改善。
压力铸造、低压铸造和离心铸造时，因充型压力提高甚多，股充型能力强。
5.既然提高浇注温度可改善充型能力，为什么又要防止浇注温度过高？答：浇注温度过高，铸件容易产生缩孔、缩松、粘砂、析出性气孔、粗晶等缺陷，故在保证充型能力足够的前提下，浇注温度不宜过高。
6.合金收缩经历的3个阶段：液态收缩凝固收缩固态收缩。
液态收缩和凝固收缩是体收缩，体积减小，产生孔洞、缩孔、缩松。
固态收缩是线收缩，三维方向尺寸减小，产生内应力。
7.缩孔：（1）位置：它是集中在逐渐上部或最后凝固部位容积较大的孔洞。
（2）判断热接位置：画等温线、画最大内接圆、用计算机凝固模拟法。
（3）如何消除缩孔：顺序凝固，顺序凝固是在铸件上可能出现缩孔的厚大部位通过安放冒口等工艺措施，使铸件远离冒口的部位先凝固，然后是靠近冒口部位凝固，最后才是冒口本身的凝固。
8.热应力：（1）热应力使铸件的厚壁或心部受拉伸，薄壁或表层受压缩。
铸件的壁厚差别越大，合金线收缩率越高，弹性模量越大，产生的热应力越大。
（2）去除热应力的方法：采用同时凝固原则可减少铸造内应力，防止铸件的变形和裂纹缺陷，又可免设冒口而省工省料。
9.时效处理：对于不允许发生形变的重要件必须进行时效处理。
自然时效是将铸件置于露天场地半年以上使缓慢的发生变形，使内应力消除。
人工时效是将铸件加热到550~650摄氏度进行去应力退火。