第2章 铸造

析出气孔




溶于金属液中的气体在冷凝过程中，因气体溶解 度下降而析出， 使铸件形成气孔。 原因： 金属熔化和浇注中与气体接触 (H2 O2 NO CO等) 特征： 分布广，气孔尺寸甚小， 影响气密性 预防：减少气体来源、阴止气体析出。
反应气孔


金属液与铸型材料，型芯撑，冷铁或溶渣 之间，因化学反应生成的气体而形成的气 孔。如： 冷铁有锈 Fe3O4 + C –Fe + CO↑ ∴冷铁附近生成气孔 防止： 冷铁 型芯撑表面不得有锈蚀，油 污，要干燥。
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2.2 铸造方法
3.压力铸造 压力铸造是在高压作用下，将金属液以较 高的速度压入高精度的型腔内，并在压力 下快速凝固，以获得优质铸件的高效率铸 造方法。它的基本特点是高压（5-150MPa） 和高速（5-100m/s）。
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①压铸机及压铸工艺过程

压铸机按压射部分的特征可分为热压室式 和冷压室式两大类。冷压室式应用较广， 又可分为立式和卧式两种。卧式压铸机合 型力大，充型速度快，生产率高，应用较 广泛 。
2.2.2 特种铸造
垂直分型式金属型：
2.1.2 特种铸造
金属型铸造与砂型铸造比较：在技术上与经济上有许 多优点。 （1）金属型导热快，铸件冷却迅速，晶粒细小，其力学 性能比砂型铸件高。 （2）铸件的精度和表面质量比砂型铸件高，而且质量和 尺寸稳定。 （3）铸件的工艺收得率高，液体金属耗量减少，一般可 节约15～30％。 （4）不用砂或者少用砂，一般可节约造型材料80～100％。
缩孔和缩松形成原因


缩孔的形成： 纯金属、共晶成分和凝固温度范围 窄的合金，浇注后在型腔内是由表及里的逐层凝 固。在凝固过程中，如得不到合金液的补充，在 铸件最后凝固的地方就会产生缩孔。 缩松的形成：铸件最后凝固的收缩未能得到补足， 或者 结晶温度范围宽的合金呈糊状凝固，凝固区 域较宽，液、固两相共存，树枝晶发达，枝晶骨 架将合金液分割开的小液体区难以得到补缩所致。
2. 1. 2铸件的凝固过程
1.铸造合金的结晶 铸造合金从液态转为固态晶体的过程称为结晶 铸造合金在铸型中冷却结晶成为铸件的过程称为 铸件凝固。
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2.1 概述
2.铸件的凝固方式 铸件的凝固方式主要取决于铸造合金及其结晶特性 等因索。 (1)逐层凝固。纯金属、共晶类合金及窄结晶温 度范围的合金.如灰口铸铁、铝硅合金、硅黄铜 及低碳钢等.倾向于逐层凝固方式。 (2)糊状凝固。轻合金、结晶温度范围大的合金. 如铝铜合金、锡青铜及球墨铸铁、高碳钢等.倾 向于糊状凝固方式。 (3)中间凝固。中碳钢、白口铁以及部分特种黄 铜等.倾向于中间凝固方式。这种方式介于逐层 凝固和糊状凝固之间.既有柱状晶又有等轴晶。
2.1 概述
2. 1. 1铸造工艺基础
一个合格的铸件，应该是轮廓清晰、形状尺寸准 确、没有不能允许的缺陷和能满足使用要求等。 为此，除铸型制备要合乎要求外，还必须使成分 合乎要求的液态合金充型良好，控制其冷凝过程， 以确保铸件质量主要受铸件的凝固过程、合金铸 造性能的影响。
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2.1 概述
2.2 铸造方法
2.熔模铸造 熔模铸造是用易熔材料(如石蜡)制成模 样.然后在表面涂覆多层耐火材料.待硬化 干燥后.将蜡模熔去.而获得具有与蜡模形 状相应空腔的型壳.再经焙烧后进行浇铸 而获得铸件的一种方法。
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2.2 铸造方法
2)熔模铸造的特点及适用范围 (1)获得铸件精度高. 表面粗糙度低. (2)适合于各种合金的铸件。无论是有 色合金还是黑色金属.尤其是适用于熔点 高、难切削的高合金铸钢件的制造. (3)可铸出形状较复杂、不能分型的铸 件。 (4)铸件的质量一般不超过25㎏。
2.2.1 砂型铸造
3、造型和制芯 造型是指用型砂、模样、砂箱等工艺装备制造砂型的过程。 制芯是将芯砂制成符合芯盒形状的砂芯的过程。 1）造型 （1）手工造型 手工造型是全部用手工或手动工具完成的造型工序。 （1）整体模制型（形状比较 （2）分块模造型 简单 的铸件）
2.1.2 砂型铸造
（3）挖砂造型
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2.1 概述
2.1.3合金的铸造性能
1.合金的流动性 合金的流动性是指液态合金填充铸型的能力.它 对铸件质量有很大的影响。合金的流动性好.就容 易获得形状完整、轮廓清晰、壁薄或形状复杂的 铸件.同时有利于合金中气体和非金属夹杂物的上 浮和排除.有利于合金凝固时的补缩。合金的流动 性不好.易使铸件产生浇注不足、冷隔、气孔、夹 渣和缩孔等缺陷。合金的流动性常用液态合金浇 成的螺旋形试样的长度评定。 影响合金的流动性的因索很多.主要有合金的化 学成分、浇注温度和铸造工艺。
图4.27 卧式冷压室压铸机工作原理图
压力铸造优点
1.
2. 3.
压铸的生产率高，可达50～500件/h， 便于实现自动化。 获得铸件的尺寸精度高；表面粗糙度低。 由于金属铸型的冷却能力强，可获得细 晶粒组织的铸件，其机械强度比砂型铸 件的提高。
压力铸造缺点
1. 2.
3.
压铸设备投资大。 由于压铸时的充型速度快，型腔中的空 气很难完全排出，且厚壁处也很难补缩， 使铸件内部不能避免气孔和缩松缺陷。 压铸件不宜进行热处理或在高温下使用， 以免压铸件的气孔中的气体膨胀，引起 零件的变形和破坏。
第2章 铸造
2.1 概述 2.2 铸造方法 2.3 铸造工艺设计与铸件结构工艺 性
2.1 概述
铸造是指熔炼金属，制造铸型，并将熔融金 属浇入型腔，凝固后获得一定形状和性能铸 件的方法。铸件是指用铸造方法生产的金属 件。 优点:
(1)适用范围较广. (2)原材料来源广泛.还可直接利用报废的机件或 切屑.工艺设备费用少.成本较低。 (3)铸件的形状与零件的尺寸接近.可节省金属材 料的消耗.减少切削加工工作量。
2.2.3铸造过程中常见的几种缺陷
5.热裂 6.冷裂 7.粘砂 粘砂根据形成机理可分为机械粘砂和化 学粘砂 8.冲砂、掉砂和砂眼 9.夹砂结疤
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侵入气孔



砂型材料表面聚集的气体侵入金属液体中而形成。 气体来源： 造型材料中水分， 粘结剂，各种附 加物。 特征： 多位于表面附近，尺寸较大，呈椭圆形或 梨形孔的内表面被氧化。 预防： 降低型砂(型芯砂)的发气量，增加铸型排 气能力。
夹渣原因和措施
原因： 1）浇注时挡渣不好，浮渣随液态金属进入 铸型 2）浇注系统设计不合理，挡渣效果差 措施： 设置集渣包和挡渣装置；浇注前设置除渣 剂；尽量降低s的含量；提高液态金属的出 炉温度。
冷隔原因和措施
原因： 浇注温度低，流动性差；浇注系统设计不合 理，浇注速度过慢；型腔内气体未完全排出。 措施： 提高出炉温度，提高液态金属的流动性；合 理布置浇注系统，增大内浇道截面积和增多 内浇道数量；提高透气性，设置出气冒口。
4.低压铸造
低压铸造是介于重力铸造与压力铸造之间的 一种铸造方法.铸型可用金属型或砂型。液 态金属装在密封的柑锅中.由管道通入的压 缩空气.使金属液在20-70kPa压力作用下.沿 升液管自下而上平稳地压人铸型.并在压力 下铸件凝固.然后解除压力.升液管中末凝固 的金属回落流入柑锅.开型取出铸件。
2.1.2 砂型铸造
4）冒口 尺寸较大的铸件或体收缩率较大的金属还要加设冒口 起补缩作用，为便于补缩，冒口一般设在铸件的厚部或上 部。冒口还可起排气和集渣作用。
2.2.2 特种铸造
特种铸造是指与砂型铸造不同的其他铸造方法。特种 铸造有近二十种，常用的有熔模铸造、金属型铸造、压力 铸造、离心铸造、低压铸造等。 1、金属型铸造 金属型铸造又称硬模铸造，它是将液体金属浇入金属 铸型，以获得铸件的一种铸造方法。 根据分型面位置不同，金属型分为整体式、垂直分型 式、水平分型式和复合分型式。 垂直分型式便于开设内浇道和取出铸件，易于实现机 械化，应用较多。
2.2.3铸造过程中常见的几种缺陷
1.气孔与针孔 气孔可根据形成的机理分为侵入气孔、析出气 孔及反应气孔 3种。 2.夹渣 铸件内部或表面有外来的非金属夹杂物称为 夹渣。原因和措施如下。 3.冷隔 铸件上有末完全融合的缝隙.其交接边缘是 圆滑的这种缝隙成为冷隔。原因和措施如下。 4.缩孔与缩松
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2.1 概述
2.合金的收缩性 合金在凝固和冷却过程中.体积和尺寸减小的特性称为收 缩性。熔融金属冷却至室温的收缩过程可分为液态收缩、 凝固收缩和固态收缩3部分。液态收缩是指熔融金属在液态 时由于温度降低而发生的体积收缩.是形成缩孔、缩松的基 本原因之一;凝固收缩是指熔融金属在凝固阶段的体积收缩. 使型腔内液面降低.是铸件产生缩孔的基本原因;固态收缩 是指金属在固态由于温度降低而发生的体积收缩.产生铸造 内应力.使铸件尺寸缩小.影响铸件尺寸精度。为防止铸件 缩松和缩孔.应扩大内浇道.利用浇道直接补缩.或在壁厚处 设置冒口.由冒口中金属液补充壁厚处凝固收缩。 影响凝固收缩的因索主要有合金的化学成分、浇注温度、 铸型工艺及铸件结构。
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2.2.1 砂型铸造
砂型铸造生产套筒铸件的工艺流程示意图
2.2.1 砂型铸造
1、模样和芯盒 模样是用来形成铸型型腔的工艺装备,按组合形式，可分为 整体模和分开模。 芯盒是制造砂芯或其他种类耐火材料芯所用的装备。 模样和芯盒由木材、金属或其他材料制成。
2.2.1 砂型铸造
2、造型材料 制造铸型或型芯用的材料，称为造型材料。一般指砂型铸造 用的材料 ，包括砂、有机或无机粘结剂、水和其他附加物。
（5）刮板造型
（4）活块造型
（6）假箱造型
2.1.2 砂型铸造
（7）两箱造型 （8）三箱造型
2.1.2 砂型铸造
（2）机器造型
2.1.2 砂型铸造
2）制芯 芯的主要作用是形成铸件的内腔或局部外形。 单件、小批生产时采用手工制芯，大批生产时采用机器制 芯。 手工制芯常采用芯盒制芯。 3）浇注系统 浇注系统是为填充型腔和冒口 而开设于铸型中的一系列通道。 通常有浇口杯、直浇道、横浇 道、内浇道和冒口组成，如右 图所示。
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2.1 概述
3.偏析和吸气性 1)偏析 凝固过程中，铸件中化学成分不均匀的现象称偏析.有晶内 偏析和质量密度偏析两种。 2)吸气性 合金在熔炼和浇注时吸收气体的性能称为合金吸气性。 4.常用合金的铸造性能 (1)灰口铸铁:收缩性小，流动性好 (2)碳索铸钢：流动性差，收缩大，铸造性能差，易产生 粘砂，缩孔，裂纹，气孔等缺陷。 (3)有色金属：防止氧化，隔绝合金液体与炉气的接触。
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2.2 铸造方法
2. 2. 1砂型铸造
砂型铸造就是将熔化的金属浇注到砂型型腔中.经冷却、凝 固后.获得铸件的方法。当从砂型中取出铸件时.砂型便被 破坏.故又称一次性铸造.俗称翻砂。砂型铸造是最基本的 铸造方法.目前大部分铸件都是用这种方法生产的.它的生 产过程可以归纳为以下几点。 (1)根据零件图制造模型和型芯盒。 (2)制备型砂及芯砂。 (3)利用模样及芯盒进行造型和造芯。 (4)烘干型芯(或铸型)。 (5)合箱浇注。 (6)出砂和清理铸件.
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缺点：铸造生产过程复杂，工序较多，常因 铸型材料、模具、铸造合金、合金的熔炼 与浇注等工艺过程难以综合控制，而出现 缩孔、缩松、砂眼、冷隔、裂纹等铸造缺 陷。因此铸件质量不够稳定，铸件的力学 性能不及同类材料的锻件。
铸造可分为砂型铸造和特种铸造 两大类。特种铸造方法有金属型铸 造、连续铸造、压力铸造、离心铸 造、熔模铸造、壳型铸造和陶瓷型 铸造等。
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5.离心铸造

离心铸造是将液态金属浇入高速旋转 的铸型内，使其在离心力作用下充型， 凝固后获得铸件的方法。
离心铸造的特点及应用
1. 2. 3. 4.
5.
铸件组织致密、无缩孔、缩松、气孔和夹 渣等缺陷。 由于离心力的作用，金属液的充型能力好， 可以浇注流动性差的合金和壁薄的铸件。 便于铸造双层金属的铸件。如钢套镶铜轴 承。 生产中空铸件无需芯子和浇注系统，节约 了金属。 易产生比重偏析缺陷，且内表面粗糙。 总之，离心铸造主要用来生产大批套、管 类铸件，如铸铁管、铜套、缸套。