第五章铸造成形技术PPT课件

3)节省金属材料和机械加工的工作量 这是因为铸件的形 状、尺寸与零件很接近。
4)生产成本较低 因为其原材料来源广泛,价格低廉；还 可利用废旧的金属,如废的机件、废钢和切屑等；其设备 投资也比较少。
但是,铸造生产存在着工序复杂,铸件容易产生缺陷,废 品率较高；铸件的力学性能低于锻件；劳动条件较差 等问题。 在机器设备中铸件所占比例很大，如机床、内燃机中， 铸件占总重量的70％-90％,压气机占60％-80％，拖拉 机占50％～70％，农业机械占40％～70％。
第五章 铸造成形技术
将液态金属浇铸到具有与零件形状、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，称 为铸造。铸造具有下列优点：
1)能够生产形状复杂的毛坯,特别是内腔形状复杂的毛坯 如各种机器的底座、箱体、壳体和支架,以及暖气包等。
2)适应性广 一方面,可以生产小至几克,大至数百吨的铸件； 另一方面,钢、铸铁、铜合金与铝合金等不同金属都可以 铸成毛坯或零件,而有些合金只能用铸造方法制成零件,如 高锰钢。
2）铸造应力、变形和裂纹 铸件在凝固和随后的冷却过程中，因收缩受到阻碍而引 起的内应力称为铸造应力。这些内应力有时是在冷却过 程中暂存的，有时则一直保留到室温，后者称为残余内 应力。应力是铸件发生变形和裂纹的主要原因。
按照铸造内应力的产生原因，可分为热应力、相变应力 和机械阻碍应力。 （1）热应力 铸件在凝固和其后的冷却过程中，因其壁 厚不均匀，各部分的冷却速度不同，结果造成铸件各部 分收缩量不一致，因此在铸件内产生热应力。 （2）相变应力 铸件冷却过程中，有的合金要经历固态 相变，比容发生变化。新旧两相的比容差越大，相变应 力就越大。
五、铸造常见缺陷
一、液态金属的充型能力 液态金属充满铸型容腔，获得形状完整、轮廓清晰的 铸件的能力，叫做液态金属的充型能力。
1、金属液的流动性 流动性是指金属液本身的流动 能力，是金属的固有性质，主 要取决于金属的结晶特性和物 理性质。金属的流动性越好， 充型能力越强。 反之亦反。 如图所示，试样长度越长，说 明该材料的流动性越好。 常用铸造金属的流动性中灰铸 铁和硅黄铜最好，而铸钢最差。
2、浇注条件 提高浇注温度，可使液态金属粘度下 降，流速加快，还能使铸型温度升高，使散热速度变 慢，从而大大提高金属液的充型能力。
3、铸型条件 铸型中凡能增加金属液流动阻力、降 低流动速度和加快冷却速度的因素，均能降低充型能 力。为改善铸型的充填条件，在设计铸件时必须保证 其壁厚不小于规定的“最小壁厚”（如下表），在铸 造工艺上也应采取相应措施。
合金种类 含碳量
（﹪）
浇注温度/℃ 液态收缩率 （﹪）
凝固收缩率 固态收缩率 总体收缩率Βιβλιοθήκη （﹪）（﹪）（﹪）
碳素铸钢 0.35 1610 1.6 白口铸铁 3.00 1400 2.4 灰铸铁 3.50 1400 3.5
3.0
7.86
12.46
4.2
5.4~6.3 12~12.9
0.1
3.3~4.2 6.9~7.8
3、中间凝固 金属的结晶范围较窄，或结晶温度范围虽宽但铸件 截面温度梯度大，铸件截面上的凝固区域宽度介于 逐层凝固与体积凝固之间，称为“中间凝固”。 （图ｃ）
影响铸件凝固方式的主要因素是合金的结晶温 度范围和铸件的温度梯度。
三、合金的收缩性 铸件在冷却过程中，其体积与尺寸缩小的现象叫做收缩, 它是铸造金属固有的特性。
2）浇注温度 浇注温度主要影响液态收缩。浇注温 度升高，液态收缩增加，则总收缩量增加.
3）铸件结构及铸件条件 铸件的收缩是受阻收缩。
2、收缩对铸件质量的影响 1）铸件的缩孔和缩松 铸件在凝固过程中，由于金属的液态收缩和凝固收缩， 往往在铸件最后凝固的部位出现孔洞。容积大而集中 的孔洞称为缩孔；细小而分散的孔洞称为缩松。
5.1 铸造成形基本原理 5.2 铸造成形方法 5.3 铸件的结构设计
5.1 铸造成形基本原理
铸件的质量与合金的铸造性能密切相关。 合金的铸造性是指在铸造过程中表现出来的工艺性 能，如流动性、收缩性、吸气性、各部位的成分不 均匀性等。
一、液态金属的充型能力
二、铸件的凝固特性
三、合金的收缩性
四、铸造应力及铸件的变形及裂纹
（3）机械阻碍应力 铸件在冷却过程中，收缩会受到 铸型、型芯及浇铸系统的机械阻碍，因此而产生的应 力称为机械阻碍应力。 防止方法：同时凝固原则。但铸件心部容易出现缩孔 或缩松。主要用于灰铸铁、锡青铜（糊状凝固）。
1、逐层凝固 纯金属或共晶成分合金在恒温下结晶，凝固过程中铸件 截面上的凝固区域宽度为零，截面上固液两相界面分明， 随着温度的下降，固相区不断增大，逐渐到达铸件中心， 这种凝固方式称为“逐层凝固”。 2、体积凝固（糊状凝固） 当合金的结晶温度范围很宽，或因铸件截面温度梯度过 小，铸件凝固在某段时间内，其液固共存的凝固区域很 宽，甚至贯穿整个铸件截面，这种凝固方式称为“体积 凝固”。
表 最小壁厚
铸件尺寸 铸钢 灰铸 球墨铸 可锻铸 铝合 铜合
/mm
铁铁
铁
金金
<200×200 8 4-6 6
5
3 3-5
200×200- 10- 6-10 12
500×500 12
>500×500 15- 15-20 ---
20
8
4
--- 6
6-8 ---
二、铸件的凝固特性 合金从液态到固态的转变成为凝固或一次结晶。 许多 常见的铸造缺陷，如缩孔、缩松、热裂、气孔、夹杂、 偏析等都是在凝固过程中产生的。凝固方式有如下三种：
缩孔形成过程示意图
缩孔和缩松能减小铸件的有效面积，并在该处产生应力 集中，降低其机械性能，缩松还可使铸件因渗漏而报废， 因此必须采取适当的工艺措施尽量减少铸件的缩孔和缩松。
防止缩孔和缩松基本方法： 顺序凝固原则
顺序凝固扩大了铸件各部分 的温度差，促进了铸件的变 形和裂纹倾向，因此，主要 用于必须补缩的场合，如铝 青铜、铝硅合金和铸钢件等。
经历三个相互联系的收缩阶段： 液态收缩—从浇注温度冷却到凝固开始温度之间的收缩； 凝固收缩—从凝固开始温度冷却到凝固结束温度之间的
收缩; 固态收缩—从凝固完毕时的温度冷却到室温之间的收缩。
1、 影响收缩的因素 1）化学成分 不同成分合金的收缩率不同（表３－３） 列出了几种铁碳合金的体收缩率。
表3-3