第二篇第1章铸造工艺基础
第2篇第1章 低压铸造
顶铸式低压铸造机
1-电热加热 保温炉
2-机架 3-供气系统
顶铸式低压铸造机特点： 一台炉上只能放一副铸型，结构简单，操作方 便，但生产效率低，生产结构复杂的铸件需要向 下抽芯时，无法设置抽芯机构。
侧铸式低压铸造机
1-电热反射 式保温炉
2-机架 3-供气系统
侧铸式低压铸造机特点： 铸型和保温炉由升液管连接，一台保温炉可供 两副铸型交替作业，也可同时作业，生产效率 高。装料、撇渣和处理金属液都较方便。这类铸 型的结构复杂。
坩埚材料有一定的高温强度、热稳定性及抗铝液 侵蚀的能力，一般采用合金铸铁或中硅球铁。在 某些特殊情况下，如铁质对某种合金有害、影响 极为严重时，可选用石墨坩埚。
3、密封盖 电阻加热炉的密封盖工作条件差，要求严格，
不但起密封作用,且要承受铸型重量及开合机构 的冲击。因此必须有足够的强度和刚度，在受热 和压力下不变形。通常使用球墨铸铁的密封盖。
陶瓷升液管
1.3.2 铸型开合机构
铸型开合机构有 手动 机械传动 气动传动 液压传动
手动铸型开合机构，其结构简单，但开合力 小，适用于小件生产。
机械传动铸型开合机构，开模力中等，只适用 于两半开模的铸型。
气动传动铸型开合机构，开合动作不平稳，有 冲击，适用于简单小件生产。
液压传动铸型开合机构，开合动作平稳，开合 力大，适用于任何铸型。
—
90
砂型低压 345～374
—
18.5～ — 84～100
铸造
48.7
砂型铸造
—
350～360 —
13
—
砂型低压 铸造
金属型低 压铸造
—
390～395 — 21～24 —
—
440～450 — 17～22 —
铸造工艺基础详解
3—φ260
15
温度
液相线
测 温 仪
工件 中心
固相线
时间 时间顺序记录各点温度。
热电 偶
如图：沿铸件边缘向中心布置测温点，按
16
图示 ：铸件的凝固动态曲线。X/R--铸件表面向中心的距离比。
0
时间
17
三种含碳量的铸 铁的凝固方式
18
结论： 合金在凝固过程中，一般存在三个区域，即 固相区、凝固区、液相区。 按凝固区的宽窄，划分为： 1. 逐层凝固---凝固区不明显。 2 .糊状凝固---凝固区很宽。 3 . 中间凝固---凝固区介于1、2之间。大多数合 金的凝固方式属于这种凝固方式。
5
6
铸铁的流动性
铸 钢 的 流 动 性
7
由以上图表可见：
合金的充型能力是由合金的流动性决定，同 时又受外界条件的影响。如铸型、浇注条件、 铸件结构........ 结论：合金流动性越强，充型能力越高。 设计零件时，尤其是结构复杂、壁厚薄的铸件， 一定要选流动性好的合金。
8
合金流动性的决定因素-------
40
形状类缺陷
41
形状类缺陷
42
孔洞类缺陷
43
夹杂类缺陷
44
裂纹、冷隔类缺陷
45
表面缺陷
46
铸造工序繁多，影响铸件质量的因素复杂， 铸件缺陷几乎难以完全避免，因此废品率较 其它金属加工方法高！
47
20
对于凝固区宽的合金，结晶是在液--固两
相区进行的，从晶粒的形成---晶枝的长 大过程中，晶体连成骨架，存在于骨架 内的金属形成互相分隔的小“溶池”， 继续结晶后，收缩的体积得不到补缩， 形成微小的孔洞-----缩松。
第一章铸造工艺基础
1-3铸造内应力、变形和裂纹
• 铸造内应力：铸件的固态收缩受到阻碍而引起的内应力。 • 残余内应力：一直保持到室温的铸造内应力 • 临时内应力：在冷却过程中暂存的铸造内应力 • 铸造内应力是铸件产生变形和裂纹的基本原因 • 按内应力产生原因不同分为热应力和机械应力 一、铸造内应力的形成 • 介绍热应力和机械应力的产生 1.热应力： • 1）定义：由于铸件的壁厚不均，各部分冷却速度不同，各部分收缩 不一致引起的内应力。 • 2）金属应力状态改变：（金属自高温至室温） • 金属在再结晶温度以上处于塑性状态，在再结晶温度以下处于弹性状 态，再结晶温度是分界点 • 塑性状态降温 弹性状态 • 弹性状态升温 塑性状态
流动性
二、浇注条件 • 1.浇注温度: “决定性”影响 浇温升高充型能力越强 • 实践中可利用此规律对薄壁铸件或流动性较差的合金可适当提高浇温, 提高充型能力 • 浇温也不宜过高,否则易产生缩孔、缩松等缺陷 • 2.充型压力 • 合金受压越大充型能力越强 三、铸型填充条件 • 1.铸型材料: • 铸型导热系数和比热容升高,合金充型能力下降 • 2.铸型温度: • 铸型温度升高减缓冷却速度,充型能力升高 • 3.铸型中气体: • 铸型中气体阻碍液体合金的充型,应减少之.
三、铸件的裂纹与防止 • 铸造内应力超过材料强度极限时产生裂纹 1.热裂 • （1）定义：在高温下形成的裂纹 • （2）形状特征：缝隙宽、形状曲折、缝内呈氧化色 • （3）形成原因：合金完全凝固前固态收缩已开始，晶粒间存在液体， 强度、塑性低 • （4）分布：一般分布在应力集中部位 • （5）主要影响因素：合金性质、铸型阻力 • （6）防止方法①使铸件结构合理②改善铸型和型芯的退让性③减少 浇、冒口对铸件收缩的机械阻碍④内浇口设置符合同时凝固原则⑤减 少合金中有害杂质含量。 2.冷裂 • （1）含义:在低温下形成的裂纹 • （2）形状特征：裂纹细小，呈连续直线状，缝内呈轻微氧化色 • （3）分布：常出现在形状复杂工件的受拉伸部分
热加工工艺基础-铸造
热加工工艺基础第一章铸造工艺基础1．名词解释充型能力：液态金属充满铸型型腔，获得形状完整、轮廓清晰的铸件的能力。
缩孔：在铸件上部或最后凝固部位出现的容积较大的孔洞。
缩松：铸件断面上出现的分散、细小的孔洞。
逐层凝固：纯金属或共晶成分合金在凝固过程中不存在固、液相并存的凝固区，故断面上外层的固体和内层的液体由一条界限清楚地分开，随着温度的下降，固体层不断加厚，液体层不断减少直到中心层全部凝固。
糊状凝固：合金的凝固温度范围很宽或铸件断面温度分布曲线较为平坦，其凝固区在某段时间内，液固并存的凝固区贯穿整个铸件断面。
中间凝固：介于逐层凝固和糊状凝固之间的凝固方式。
定向凝固：使铸件按规定方向从一部分到另一部分逐渐凝固的过程。
同时凝固：尽量减少铸件各部位间的温度差使铸件各部位同时冷却凝固。
热裂：凝固后期合金收缩且受到铸型等阻碍产生应力，当应力超过某一温度下合金的强度所产生的裂纹。
冷裂：铸件固态下产生的裂纹。
热应力：由于铸件壁厚不均匀，各部分冷却速度不同，以致在同一时期铸件各部分收缩不一致而产生的应力。
侵入气孔：砂型或砂芯受热产生气体侵入金属液内部在凝固前未析出而产生的气孔反应气孔：合金液与型砂中的水分、冷铁、芯撑之间或合金内部某些元素、化合物之间发生化学反应产生气体而形成的气孔。
·析出气孔：合金在熔炼和浇注过程中接触气体使气体溶解其中，当合金液冷却凝固时，气体来不及析出而形成的气孔。
2．合金的流动性不足易产生哪些缺陷？浇不足，冷隔，气孔，夹渣，缩孔，缩松。
影响合金流动性的主要因素有哪几个方面？合金的种类，合金的成分，温度。
在实际生产中常用什么措施防止浇不足和冷隔缺陷？a.选用黏度小，比热容大，密度大，导热系数小的合金，使合金较长时间保持液态。
b.选用共晶成分或结晶温度范围窄的合金作为铸造合金。
c.选择合理的浇注温度。
3．充型能力与合金的流动性有什么关系？合金的流动性越好，则其充型能力越好。
不同化学成分的合金为何流动性不同？合金的化学成分不同，它们的熔点及结晶温度范围不同，其流动性不同。
第2章(1)砂型铸造的造型工艺
零图
铸件
模样
(a)造下型、拔出钉子 (b)取出模样主体 (c) 取出活块
活块造型 1-用钉子连接活块 2-用燕尾连接活块
(4)挖砂造型
当铸件按结构特点需要采用分模造型，但 由于条件限制(如模样太薄，制模困难)仍做成 整模时，为便于起模，下型分型面需挖成曲面 或有高低变化的阶梯形状(称不平分型面)，这 种方法叫挖砂造型。
(a)造下砂型 (b)刮平、翻箱 (c)造上型、扎气孔
(d)起箱起模开浇口 (e)合型
(f) 带浇口的铸件
(2)分模造型
分模造型的特点是：模样是分开的，模样 的分开面（称为分型面）必须是模样的最大 截面，以利于起模。分模造型过程与整模造 型基本相似，不同的是造上型时增加放上模 样和取上半模样两个操作。
(4)抛砂造型 是利用高速旋转 的叶片将输送带 输送过来的型砂 高速抛下来紧实 砂型。抛砂造型 适应性强，不需 要专用砂箱和模 板，适用于大型 铸件的单件小批 生产。
三、制芯 为获得铸件的内腔或局部外形，用芯砂或 其他材料制成的、安放在型腔内部的铸型组元 称型芯。绝大部分型芯是用芯砂制成的。砂芯 的质量主要依靠配制合格的芯砂及采用正确的 造芯工艺来保证。 浇注时砂芯受高温液体金属的冲击和包围， 因此除要求砂芯具有铸件内腔相应的形状外， 还应具有较好的透气性、耐火性、退让性、强 度等性能，故要选用杂质少的石英砂和用植物 油、水玻璃等粘结剂来配制芯砂，并在砂芯内 放入金属芯骨和扎出通气孔以提高强度和透气 性。
④可塑性 指型砂在外力作用下变形，去除外力
后能完整地保持已有形状的能力。可塑性好，造型操作 方便，制成的砂型形状准确、轮廓清晰。
⑤退让性 指铸件在冷凝时，型砂可被压缩的能
力。退让性不好，铸件易产生内应力或开裂。型砂越紧 实，退让性越差。在型砂中加入木屑等物可以提高退让 性
铸造知识(全)汇总
第一章铸造工艺基础§1 液态合金的充型充型: 液态合金填充铸型的过程.充型能力: 液态合金充满铸型型腔,获得形状完整,轮廓清晰的铸件的能力充型能力不足:易产生: 浇不足: 不能得到完整的零件.冷隔:没完整融合缝隙或凹坑, 机械性能下降.一合金的流动性液态金属本身的流动性----合金流动性1 流动性对铸件质量影响1) 流动性好,易于浇出轮廓清晰,薄而复杂的铸件.2) 流动性好,有利于液态金属中的非金属夹杂物和气体上浮,排除.3) 流动性好,易于对液态金属在凝固中产生的收缩进行补缩.2 测定流动性的方法:以螺旋形试件的长度来测定: 如灰口铁:浇铸温度1300℃试件长1800mm.铸钢: 1600℃100mm3 影响流动性的因素主要是化学成分:1) 纯金属流动性好:一定温度下结晶,凝固层表面平滑,对液流阻力小2) 共晶成分流动性好:恒温凝固,固体层表面光滑,且熔点低,过热度大.3) 非共晶成分流动性差: 结晶在一定温度范围内进行,初生数枝状晶阻碍液流二浇注条件1 浇注温度: t↑合金粘度下降,过热度高. 合金在铸件中保持流动的时间长,∴t↑提高充型能力. 但过高,易产生缩孔,粘砂,气孔等,故不宜过高2 充型压力: 液态合金在流动方向上所受的压力↑充型能力↑如砂形铸造---直浇道,静压力. 压力铸造,离心铸造等充型压力高.三铸型条件1 铸型结构: 若不合理,如壁厚小, 直浇口低, 浇口小等充↓2 铸型导热能力: 导热↑金属降温快,充↓如金属型3 铸型温度: t↑充↑如金属型预热4 铸型中气体: 排气能力↑充↑减少气体来源,提高透气性, 少量气体在铸型与金属液之间形成一层气膜,减少流动阻力,有利于充型.§2 铸件的凝固和收缩铸件的凝固过程如果没有合理的控制,铸件易产生缩孔,缩松一铸件的凝固1 凝固方式:铸件凝固过程中,其断面上一般分为三个区: 1—固相区2—凝固区3—液相区对凝固区影响较大的是凝固区的宽窄,依此划分凝固方式.1) 逐层凝固:纯金属,共晶成分合金在凝固过程中没有凝固区,断面液,固两相由一条界限清楚分开,随温度下降,固相层不断增加,液相层不断减少,直达中心.2) 糊状凝固合金结晶温度范围很宽,在凝固某段时间内,铸件表面不存在固体层,凝固区贯穿整个断面,先糊状,后固化.3) 中间凝固大多数合金的凝固介于逐层凝固和糊状凝固之间.2 影响铸件凝固方式的因素1) 合金的结晶温度范围范围小: 凝固区窄,愈倾向于逐层凝固如: 砂型铸造, 低碳钢逐层凝固, 高碳钢糊状凝固2) 铸件的温度梯度合金结晶温度范围一定时,凝固区宽度取决于铸件内外层的温度梯度.温度梯度愈小,凝固区愈宽.(内外温差大,冷却快,凝固区窄)二合金的收缩液态合金从浇注温度至凝固冷却到室温的过程中,体积和尺寸减少的现象---.是铸件许多缺陷(缩孔,缩松,裂纹,变形,残余应力)产生的基本原因.1 收缩的几个阶段1) 液态收缩: 从金属液浇入铸型到开始凝固之前. 液态收缩减少的体积与浇注温度质开始凝固的温度的温差成正比.2) 凝固收缩: 从凝固开始到凝固完毕. 同一类合金,凝固温度范围大者,凝固体积收缩率大.如: 35钢,体积收缩率3.0%, 45钢 4.3%3) 固态收缩: 凝固以后到常温. 固态收缩影响铸件尺寸,故用线收缩表示.2 影响收缩的因素1) 化学成分: 铸铁中促进石墨形成的元素增加,收缩减少. 如: 灰口铁C, Si↑,收↓,S↑收↑.因石墨比容大,体积膨胀,抵销部分凝固收缩.2) 浇注温度: 温度↑液态收缩↑3) 铸件结构与铸型条件铸件在铸型中收缩会受铸型和型芯的阻碍.实际收缩小于自由收缩.∴铸型要有好的退让性.3 缩孔形成在铸件最后凝固的地方出现一些空洞,集中—缩孔. 纯金属,共晶成分易产生缩孔*产生缩孔的基本原因: 铸件在凝固冷却期间,金属的液态及凝固受缩之和远远大于固态收缩.4 影响缩孔容积的因素(补充)1) 液态收缩,凝固收缩↑缩孔容积↑2) 凝固期间,固态收缩↑,缩孔容积↓3) 浇注速度↓缩孔容积↓4) 浇注速度↑液态收缩↑易产生缩孔5 缩松的形成由于铸件最后凝固区域的收缩未能得到补足,或者,因合金呈糊状凝固,被树枝状晶体分隔开的小液体区难以得到补缩所至.1) 宏观缩松肉眼可见,往往出现在缩孔附近,或铸件截面的中心.非共晶成分,结晶范围愈宽,愈易形成缩松.2) 微观缩松凝固过程中,晶粒之间形成微小孔洞---凝固区,先形成的枝晶把金属液分割成许多微小孤立部分,冷凝时收缩,形成晶间微小孔洞. 凝固区愈宽,愈易形成微观缩松,对铸件危害不大,故不列为缺陷,但对气密性,机械性能等要求较高的铸件,则必须设法减少.(先凝固的收缩比后凝固的小,因后凝固的有液,凝,固三个收缩,先凝固的有凝,固二个收缩区----这也是形成微观缩松的基本原因.与缩孔形成基本原因类似)6 缩孔,缩松的防止办法基本原则: 制定合理工艺—补缩, 缩松转化成缩孔.顺序凝固: 冒口—补缩同时凝固: 冷铁—厚处. 减小热应力,但心部缩松,故用于收缩小的合金.l 安置冒口,实行顺序凝固,可有效的防止缩孔,但冒口浪费金属,浪费工时,是铸件成本增加.而且,铸件内应力加大,易于产生变形和裂纹.∴主要用于凝固收缩大,结晶间隔小的合金.l 非共晶成分合金,先结晶树枝晶,阻碍金属流动,冒口作用甚小.l 对于结晶温度范围甚宽的合金,由于倾向于糊状凝固,结晶开始之后,发达的树枝状骨状布满整个截面,使冒口补缩道路受阻,因而难避免显微缩松的产生.显然,选用近共晶成分和结晶范围较窄的合金生产铸件是适宜的.§3 铸造内应力,变形和裂纹凝固之后的继续冷却过程中,其固态收缩若受到阻碍,铸件内部就发生内应力,内应力是铸件产生变形和裂纹的基本原因.(有时相变膨胀受阻,负收缩)一内应力形成1 热应力: 铸件厚度不均,冷速不同,收缩不一致产生.塑性状态: 金属在高于再结晶温度以上的固态冷却阶段,受力变形,产生加工硬化,同时发生的再结晶降硬化抵消,内应力自行消失.(简单说,处于屈服状态,受力—变形无应力)弹性状态: 低于再结晶温度,外力作用下,金属发生弹性变形,变形后应力继续存在.举例: a) 凝固开始,粗细处都为塑性状态,无内应力∵两杆冷速不同,细杆快,收缩大,∵受粗杆限制,不能自由收缩,相对被拉长,粗杆相对被压缩,结果两杆等量收缩.b) 细杆冷速大,先进如弹性阶段,而粗杆仍为塑性阶段,随细杆收缩发生塑性收缩,无应力.c) 细杆收缩先停止,粗杆继续收缩,压迫细杆,而细杆又阻止粗杆的收缩,至室温, 粗杆受拉应力(+),(-) 由此可见,各部分的温差越大,热应力也越大,冷却较慢的部分形成拉应力,冷却较快的部分形成压应力.预防方法: 1 壁厚均匀2 同时凝固—薄处设浇口,厚处放冷铁优点: 省冒口,省工,省料缺点: 心部易出现缩孔或缩松,应用于灰铁锡青铜,因灰铁缩孔、缩松倾向小，锡青铜糊状凝固，用顺序凝固也难以有效地消除其显微缩松。
金属工艺学第五版(邓文英)课后习题解答
上翼板
3600 下翼板
焊接：第四章 焊接结构设计
4
确定焊缝位置，选择焊接方法，制气体保护焊
端面车刀
切断刀
作业题解答
铸造：第一章 铸造工艺基础
8.试用下面异形梁铸钢件分析其热应力的形成原 因，并用虚线表示出铸件的变形方向。p49
形成原因：壁厚不均匀。
铸造：第二章
常用合金铸件的生产
9.下列铸件宜选用哪类铸造合金？p61 车床床身、摩托车气缸体：灰铸铁 气缸套: 合金铸铁
火车轮：铸钢
压气机曲轴：球墨铸铁
压力加工：第三章 板料冲压
2
用φ50冲孔模具来生产 φ50落料件能否保证冲压件的精度？ 为什么？ p138
不能保证冲压件的精度。因为φ50冲孔模具的凸模直
径为50mm，凹模的直径为50+Z mm，而φ50落 料件所要求的凹模直径为50mm，所以此模具生产的落 料件直径大于50mm。
焊接：第一章 电弧焊
4
如图所示，拼接大块钢板是否合理？为什么？为减少焊 接应力与变形，应怎样改变？其合理的焊接次序是什么？p167
1 1 1 2 1 1 1
2
焊接：第二章 其他常用焊接方法
6
下列制品该选用什么焊接方法？ 自行车车架：硬钎焊 石油液化气罐主焊缝：缝焊、 自行车圈：缝焊（电阻焊） 电子线路板：软钎焊（一般）、激光、真空电子束 钢轨对接：电渣焊、对焊 不锈钢触罐：氩弧焊 钢管连接：对焊（闪光对焊 ） 焊缝钢管：摩擦焊 汽车油箱：缝焊
铸造：第五章 特种铸造
8.某公司开发的新产品铸铝小连杆，请问： p93 试制样机时，该连杆宜采用 砂型铸造 方法
当年产量为1万件时，宜采用
金属工艺学_邓文英_第五版_课后习题参考答案
第一章（p11）1.什么是应力？什么是应变？答：应力是试样单位横截面的拉力；应变是试样在应力作用下单位长度的伸长量2．缩颈现象在拉伸实验中当载荷超过拉断前所承受的最大载荷时，试样上有部分开始变细，出现了“缩颈”。
缩颈发生在拉伸曲线上bk段。
不是，塑性变形在产生缩颈现象前就已经发生，如果没有出现缩颈现象也不表示没有出现塑性变形。
布氏硬度法和洛氏硬度法各有什么优缺点？下列材料或零件通常采用哪种方法检查其硬度？库存钢材硬质合金刀头锻件台虎钳钳口洛氏硬度法测试简便，缺点是测量费时，且压痕较大，不适于成品检验。
布氏硬度法测试值较稳定，准确度较洛氏法高。
；迅速，因压痕小，不损伤零件，可用于成品检验。
其缺点是测得的硬度值重复性较差，需在不同部位测量数次。
硬质合金刀头，台虎钳钳口用洛氏硬度法检验。
库存钢材和锻件用布氏硬度法检验。
第五题下列符号所表示的力学性能指标名称和含义是什么?σb抗拉强度它是指金属材料在拉断前所能承受的最大应力.σs屈服点它是指拉伸试样产生屈服时的应力。
σ2.0规定残余拉伸强度σ1-疲劳强度它是指金属材料在应力可经受无数次应力循环不发生疲劳断裂，此应力称为材料的疲劳强度。
σ应力它指试样单位横截面的拉力。
a K冲击韧度它是指金属材料断裂前吸收的变形能量的能力韧性。
HRC 洛氏硬度它是指将金刚石圆锥体施以100N的初始压力，使得压头与试样始终保持紧密接触，然后，向压头施加主载荷，保持数秒后卸除主载荷。
以残余压痕深度计算其硬度值。
HBS 布氏硬度它是指用钢球直径为10mm，载荷为3000N为压头测试出的金属的布氏硬度。
HBW 布氏硬度它是指以硬质合金球为压头的新型布氏度计。
第二章（p23）(1)什么是“过冷现象”?过冷度指什么？答：实际结晶温度低于理论结晶温度（平衡结晶温度），这种线性称为“过冷”。
理论结晶温度与实际结晶温度之差，称为过冷度。
（2）金属的晶粒粗细对其力学性能有什么影响？细化晶粒的途径有哪些？答：金属的晶粒粗细对其力学性能有很大影响。
第一章 铸造工艺基础
合金的粘度下降，流动性增强，充型能力提高
对薄壁铸件或流动性较差的合金适当提高浇注温度，可以防止浇 不足和冷隔缺陷。
浇注温度过高: 金属的收缩量增加．吸气增多，氧化也越严重。 铸件易产生缩孔、缩松、粘砂、气孔、粗晶等缺陷，保证充型能 力前提下，浇注温度不宜过高。
2. 充型压力
液态合金流动方向压力大
过高时，会发生喷射、飞溅和冷隔现象
浇注时因铸型发气而形 能在金属液与铸型间产生气膜，减小摩擦阻力，但
4 铸型中的气体 成在铸型内的气体
发气太大，铸型的排气能力又小时，铸型中的气体压 力增大，阻碍金属液的流动
7
续表1-1 影响充型能力的因素和原因
5 铸型的蓄热系数 铸型从其中的金属吸取 蓄热系数愈大，铸型的激冷能力就愈强， 并存储在本身中热量的能 金属液于其中保持液态的时间就愈短，充
曾侯乙尊盘是春秋战国时期最复杂、最精美的
青铜器件。曾侯乙尊通高33.1厘米，口径25厘米， 重约9公斤；曾侯乙盘通高24厘米，口径57.6厘米， 重约19.2公斤。全套器物通高42厘米，口径58厘 米，重约30公斤。曾侯乙尊盘装饰纷繁复杂，铜 尊上是用34个部件，经过56处铸接、焊接而连成 一体，尊体上装饰着28条蟠龙和32条蟠螭，颈部 刻有“曾侯乙作持用终”7字铭文。
充型能力强
三 铸型填充条件
铸型中凡能增加金属流动阻力，降低流速和加快冷却速度的因素， 均能降低合金的流动性。
铸型材料 铸型材料导热系数和比热容高
对液态合金激冷能力强
充型能力低
铸型温度 由于铸型预热
金属液冷却速度低
充型能力强
铸型中气体 （铸型中将产生大量气体，阻碍液态合金的充型）
铸型排气能力强
定义
1铸造-铸造工艺基础.ppt-铸造
防止措施:
（1）铸件壁厚要尽量均匀，并使之
形状对称。 （2）尽量采用同时凝固原则。 （3）反变形法。 （4）时效处理。
三、铸件的裂纹与防止
1、热裂：高温下形成的裂纹。 形状特征：缝隙宽、形状曲折、缝内呈 氧化色。 主要影响因素： 合金性质 凝固时期受到阻碍
⑵ 冷裂：低温下形成的裂纹。 形状特征：裂纹细小、呈连续直线 状，有时缝内呈轻微氧化色。
灰铸铁、硅黄铜流
动性最好； 铸钢流动性最差。 影响合金流动性的 主要因素：化学成分
二、浇注条件
1、浇注温度 2、充型压力
三、铸型填充条件
1、铸型材料：导热系数、比热容
2、铸型温度
3、铸型中气体 4、铸件结构
第二节 铸件的凝固与收缩
一、铸件的凝固方式
逐层凝固方式：纯金属或共晶合金 糊状凝固方式：合金的结晶温度范围宽 中间凝固方式：介于上述二者之间。
三、铸件中的缩孔与缩松
1. 缩孔和缩松的形成
缩孔：集中在铸件上部或最后凝固部位容积较大的孔洞.
缩松：分散在铸件某区域内的细小缩孔。
宏观缩松 显微缩松
逐层凝固合金：缩孔倾向大； 糊状凝固合金：缩松倾向大。
2、 缩孔和缩松的防止
顺序凝固（定向凝固）原则： 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，而后是靠 近冒口的部位凝固，最后 才是冒口本身的凝固。
⑴ 热应力：由于铸件
壁厚不均匀、各部分冷却速度 不同，以至在同一时期内铸件 各部分收缩不一致而引起的。
1杆：拉应力
2杆：压应力：
温 度 (℃) 浇口
同时凝固温度曲线铸件源自冷铁 ⅢⅠ Ⅱ 距离
铸件实现同时凝固示意图
2-1铸造工艺基础-1.2充型.收缩1
液态金属的流动性
流动性定义： 液态合金充满型腔，形成轮廓清晰， 形状和尺寸符合要求的优质铸件的能力。 流动性不好：不能充满型腔，铸件易产生浇不到、冷
隔、气孔、夹杂等缺陷。
流动性好：易于充满型腔，有利于气体和非金属夹杂
物上浮和对铸件进行补缩。
冷隔
浇不足
气孔
液态合金的流动性通常以“螺旋形试样”长度来衡 量。
机械学院金工教研室
课程考核方式及成绩评定方法
开课学时：48（理论44，实验4） 成绩构成：
卷面成绩60%：期末考试成绩×0.6；
实验成绩5%：实验室成绩（满分10分）/2；
作业成绩20%：共提交4次作业，每次5分，每次 作业打错1处扣1分，扣完5分为止；
平时成绩5%：缺席1次扣0.5分，扣完5分为止；
体收缩率：
线收缩率：
V0 V1 V 100% V (t0 t1 ) 100% V0
l0 l1 L 100% l (t0 t1 ) 100% l1
V0，V1——金属在 t0 和 t1 时的体积，m3； l0，l1——金属在 t0 和 t1 时的长度，m；
课程大作业10%：课程结束后提交大作业，满分 10分，答错一处扣1分，扣完10分为止。
机器生产过程：原材料——毛坯——零件——机器
机器制造方法： • 原材料选取择与改性（热处理）； • 毛坯成形（铸、锻、焊等）； • 零件成形（切削加工等）与装配。
主要教学内容
•
各种毛坯制造方法的生产原理、特点和应用
落砂后热应力仍存在与铸件之中，属于残余应力。
粗杆：拉应力
细杆：压应力
铸件热应力的产生
分析下列铸件内的纵向残余应力
厚壁筋板内拉伸应力 薄壁筋板内压缩应力
第二篇铸造第一章铸造工艺基础演示文稿
坑。动画演示。 ◆收缩率↑,浇注温度↑,铸件愈厚，则缩孔↑。
现在是16页\一共有20页\编辑于星期五
2）缩松：分散在铸件某区域内的细小缩孔，称为缩松。缩松分为宏 观缩松和纤维缩松。动画演示
（2）铸型温度： 铸型的温度↑ 充型能力↑∴铸型可先预热。
（3）铸型中气体： 砂型铸造产生大
量气体，排气能力差，型腔中气压↑流 动阻力↑充型能力↓，所以铸型要留出
排气口。
四、铸件结构条件
铸件结构对充型能力的影响。
折算厚度： 折算厚度也叫当量厚度或模数，是铸件体积与铸件表面积之比。折算厚度 越大，热量散失越慢，充型能力就越好。铸件壁厚相同时，垂直壁比水平壁更容
二、铸件合金的收缩 合金从浇注、凝固直至冷却到室温，其体积
或尺寸缩减的现象，称为收缩 - 收缩是多种铸造
缺陷产生的根源。(如：缩孔、缩松、裂纹、
变Байду номын сангаас等)。
◆合金的收缩经历有三个阶段：
1）液态收缩、2）凝固收缩 、3）固态收缩
现在是14页\一共有20页\编辑于星期五
◆合金的收缩过程： 液态合金冷却
合金收缩 固态合金冷却
越小，则流动性越好。铸件晶粒组织
◆由图亚共晶铸铁随含碳量的增加，结晶温度范围减小，流动性提高。
实验证明铸铁的流动性好，
铸钢的流动性差
。
现在是9页\一共有20页\编辑于星期五
◆合金流动性对充型能力的影响
合金流动性的决定因数：
1）合金种类: 合金不同，流动性不同
2）化学成分：同种合金中成分不同的合金具有不同的结晶特点， 流动性也不同。
2-1 铸造工艺基础
下一页
17
浇 不 足
后 退
18
冷
隔
后 退
19
三、影响充型能力的因素
1.合金性质——合金流动性：决定于合金种类与 化学成分。合金种类0.77
2.11
4.3
C%
2.浇注条件
浇注温度
对液态金属的充型能力有决定性的影响。
温度高，充型能力就强。这是因为浇注温度提高，合金液的粘度 就降低，浇注以后保持液态的时间也就延长，传给铸型的热量就 增多，这就使铸型和金属液的冷却速度就降低，从而使合金的充 型能力增强。 对于薄壁铸件，适当提高浇注温度是改善充型能力、防止产生浇 不到、冷隔的重要措施。这些措施在生产中经常采用，也比较方 便。
空腔中填充的金属。
冷铁：为了增加铸件局部的冷却速度，在砂型中安放的
金属物。
40
冒口补缩示意图
浇注系统 冒口
冷铁
设臵冒口，是我们在工艺上防止缩孔和缩松形成的非 常有效的一项措施。 铸件按照规定的方向顺序凝固，铸件的每一部分的收 缩都会得到在以后凝固的金属液的补充，这样使得缩 孔最后转移到冒口当中去，清理时将冒口切除即可。
有利于液态金属中的气体和熔渣的上浮 与排除。
有利于合金凝固收缩时的补缩等。
16
2.合金充型能力差，铸件容易产生浇不足、冷隔、气 孔、夹渣、缩孔等铸造缺陷，不能得到完整的零件。
浇不足： 铸件残缺，轮廓不完整，或轮廓可能
完整但边角圆而且光亮。
冷隔：在铸件上穿透或不穿透，边缘呈圆角状的
《金属工艺学》工程材料及机械制造基础(铸造)
4) 铸件结构: 壁太薄、大水平面，流动困难
§2 铸件的凝固与收缩Freezing and Shrinkage
液态收缩和凝固收缩得不到补偿，将产生缩孔或缩松
1. 铸件的三种凝固方式 the wideness of paste zone
P36 图2-3 (a)逐层凝固 Freezing layer by layer (c)糊状凝固 Paste freezing (b)中间凝固 Middle freezing
2. 铸造合金的收缩 Shrinkage of the Casting Alloys
合金从浇注、凝固、直至冷却到室温，其体积和尺寸缩减 现象（p36）
液态收缩liquid Contraction 体收缩
凝固收缩freezing contraction 体收缩
固态收缩solid contraction 线收缩
Especially for the production of articles with
complicate shape and structure
铸
例如：机箱、阀体、汽缸等
造
各种材料
的
广泛
Suit for almost all kinds of alloy
特
wide-ranging 大小：g~t
白口铸铁→高温退火→石墨呈团絮状 成分：低碳、低硅；2.4～2.8%C，0.4～1.4%Si 适用范围：中压阀门
形状复杂的薄壁小件：大件容易产生麻口 受一定冲击的零件 大批量生产: 单件成本高 牌号KTH300-06
第二篇 铸造 Foundry
什么叫铸造 Casting？ (p33) The production of shaped articles by pouring molten metal into the mould
铸造第一章铸造工艺基础
裂 纹
作业： 作业：P48 (3) (6)
缩孔和缩松的危害: 将减小铸件有效承载面积，降低力学性能。 缩孔和缩松的危害: 将减小铸件有效承载面积，降低力学性能。 缩松导致铸件渗漏。 缩松导致铸件渗漏。
2. 缩孔与缩松的防止 a . 对于壁厚不匀的铸件，采用顺序凝固控制凝固次序， 对于壁厚不匀的铸件，采用顺序凝固控制凝固次序， 让薄部先凝固，厚部后凝固；在铸件最后凝固的部位， 让薄部先凝固，厚部后凝固；在铸件最后凝固的部位，设 置冒口，把缩孔引入冒口中，最后割去冒口。 置冒口，把缩孔引入冒口中，最后割去冒口。 b .在热节处放置冷铁。 .在热节处放置冷铁 在热节处放置冷铁。 c. 选用近共晶成份或结晶温度范围较窄的合金。 选用近共晶成份或结晶温度范围较窄的合金。
三. 铸件中的缩孔与缩松 1.缩孔与缩松的形成 体积收缩导致。 1.缩孔与缩松的形成: 体积收缩导致。 缩孔与缩松的形成: (1). 缩孔：集中性。位于上部，呈倒锥形，内表面粗糙。 缩孔：集中性。位于上部，呈倒锥形，内表面粗糙。
缩孔形成过程示意图
(2). 缩松：分散性。为细小缩孔，位于铸件壁的轴线区域。 缩松：分散性。为细小缩孔，位于铸件壁的轴线区域。
司母戊大方鼎
模座 轴瓦 电机壳
一、概述 1. 铸造
将液态金属浇注到铸型中，待其冷却凝固， 将液态金属浇注到铸型中，待其冷却凝固，以获得一 定形状、尺寸和性能的毛坯或零件的成形方法。 定形状、尺寸和性能的毛坯或零件的成形方法。
汽车变速箱铸造.MPG 汽车变速箱铸造.MPG
2. 铸造过程包括以下主要内容: 铸造过程包括以下主要内容:
顺序凝固
第三节 铸造内应力、变形与裂纹 铸造内应力、
一. 内应力的形成 ——由固态收缩受到阻碍而引起。 ——由固态收缩受到阻碍而引起。是铸件产生变形和裂 由固态收缩受到阻碍而引起 纹的基本原因。 纹的基本原因。 铸造内应力有两类： 铸造内应力有两类： 1. 机械应力——合金固态收 机械应力——合金固态收 缩受到铸型或型芯的机械阻碍 所形成。阻碍得到消除（ 所形成。阻碍得到消除（落 ），机械应力随即消失 机械应力随即消失。 砂），机械应力随即消失。 2. 热应力——由于铸件壁厚不均匀，冷速不一，致使在 热应力——由于铸件壁厚不均匀 冷速不一， 由于铸件壁厚不均匀， 同一时期内铸件各部分收缩不一致所引起。 同一时期内铸件各部分收缩不一致所引起。
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粗晶等缺陷,故不宜过高．
➢高温出炉，低温浇注
普通灰口铸铁浇注温度:1250℃~1380℃
碳素钢浇注温度:
1500℃~1550 ℃
铝合金的浇注温度: 680℃~780℃
2 、充型压力:
液态合金在流动方向上所受的压力↑ 充型能力↑
如 砂型铸造---直浇道,静压力.
压力铸造,离心铸造等充型压力高.
第二篇第1章铸造工艺基础
第二篇第1章铸造工艺基础
(1)逐层凝固 纯金属．共晶合金在凝固过程中不存在
液固并存的两相区，断面上液体与固体之间由一条界限清楚 分开，随温度下降而加厚，液层减少直至铸件中心，凝固区 宽窄等于0。如灰口铸铁、铝硅合金、黄铜、低碳钢等。
三 铸型条件
1、 铸型蓄热能力: 金属材料导热系数↑激冷能 力↑ 液态金属降温快,充型能力↓ (蓄热能力:铸型从金属中吸收储存热量的能力)
2、铸型温度: t↑ 充型↑ (在金属型中浇注铝合金铸
件,铸型温度由340℃提高到520 ℃,同在760 ℃时浇注,螺 旋线长度则由525mm增加到950mm
3、 铸型中气体: 排气能力↑ 充型↑ 减少气体来 源,提高透气性, 少量气体在铸型与金属液之间形 成一层气膜,减少流动阻力,有利于充型
第二篇第1章铸造工艺基础
铸造成形的原理
第二篇第1章铸造工艺基础
二.铸造方法
液态成型工艺
砂型铸造 特种铸造
手工造型
机器造型
金属型铸造 熔模铸造 压力铸造 低压铸造 陶瓷型铸造 离心铸造
第二篇第1章铸造工艺基础
4
（一）砂型铸造 1、手工造型
手工造型
整模造型:整体模,分型面是平面时,整模两型造型 分模造型:分开模 三箱造型:铸型由上中下三型构成,分型面是平面 活块造型 挖砂造型 刮板造型等
§1液态合金的充型能力
液态金属充满铸型型腔，获得尺寸精确、轮廓 清晰的成型件的能力。
没完整融合缝隙或凹坑
充型能力不足
浇不足
冷隔
夹砂
气孔
夹渣
不能得到完整的零件
第二篇第1章铸造工艺基础
充型能力的影响因素
合金流动性、浇注条件、铸型条件、铸件结构条件
一.合金流动性:液态金属本身的流动能力
1 流动性对铸件质量影响：
第二篇第1章铸造工艺基础
合金成分 加入不同的合金元素对流动性也有影响： 如：加入硅，改善流动性；加入锰、硫，流动性降低．
第二篇第1章铸造工艺基础
充型能力的影响因素 二 .浇注条件
1、 浇注温度:
t↑ 合金粘度下降,过热度高. 合金在铸件中保持流动
的时间长,充型能力就好. ∴ t↑ 提高充型能力. 但过高,易产生缩孔,粘砂,气孔、
第二篇第1章铸造工Leabharlann 基础5（一）砂型铸造
2、机器造型(只用于两箱造型)
优点:生产效率高,铸件尺寸精度好,手工余量少,成本低, 劳动强度低,铸件质量稳定.
震压造型机
第二篇第1章铸造工艺基础
6
三.铸造特点
优点: 1 、适应范围广。可以生产形状复杂的零件,尤其复杂内腔的零件(如
汽车用多缸水冷整铸汽缸体)铸件大小几乎不限（铸件外形尺寸可 从几毫米到十几米，壁厚可从1mm到1m ） ；生产的批量不限。 2 、可以制造各种合金铸件（如铸铁、铝合金、铜合金、合金钢、 碳素钢等）。 3、铸件尺寸精度高。 4、铸件形状、尺寸与零件相近，减少了切削加工余量，所以成本低 廉。可直接利用成本低廉的废机件和切屑，设备费用较低；在金 属切削机床中，铸件占机床总重量75%以上，而生产成本仅占 15~30%。 ∴ 应用广泛: 农业机械40~70% 机床:70~80% 在汽车中占4060%(重量)
第二篇第1章铸造工艺基础
缺点:
1、机械性能不如锻件(组织粗大,缺陷多等)
2、铸造工序多，生产周期长。工人劳动强度大.
3、铸件凝固过程不能精确控制，铸件质量不稳 定,工序多,影响因素复杂,易产生缺陷。
4、劳动条件较差。
第二篇第1章铸造工艺基础
四.我国铸造技术的发展
铸造历史悠久，我国是世界上最早掌握铸造技 术的文明古国之一，是最早应用铸铁的国家。
➢在常用铸造合金中,灰口铸铁．铝硅合金．黄铜流 动性最好，铸钢第较二篇差第1。章铸造工艺基础
3 影响流动性的因素
主要是化学成分: 1)纯金属流动性好:一定温度下结晶,凝固层表
面平滑,对液流阻力小. 2)共晶成分合金流动性好:恒温凝固,由于已凝
固层的内表面光滑，对液态合金的流动阻力小。 且熔点低,过热度大,推迟了合金凝固. 3)非共晶成分流动性差: 结晶在一定温度范围 内进行,初生数枝状晶阻碍液体流动
第一篇 铸造
第二篇第1章铸造工艺基础
绪论
一、铸造(金属液态成型技术)
将液体金属浇铸到与零件形状、尺寸相适应的铸 型空腔中,待其冷却凝固后,以获得零件或毛坯的生产 方法. 称为铸造。
用铸造方法制成的毛坯或零件称为铸件。 铸造工艺过程主要包括：金属熔炼、铸型制造、 浇注凝固和落砂清理等。 铸件的材质有碳素钢、合金钢、铸铁、铸造有色合 金等。
1)流动性好,易于浇出轮廓清晰,薄而复杂的铸件. 2)流动性好,有利于液态金属中的非金属夹杂物和 气体上浮、排除. 3)流动性好,易于对液态金属在凝固中产生的收缩 进行补缩.
在常用铸造合金中,灰口铸铁．铝硅合金．黄铜 流动性最好，钢较差。
第二篇第1章铸造工艺基础
2 测定流动性的方法:
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。
第二篇第1章铸造工艺基础
四 铸件结构条件
铸件模数：铸件体积与散热表面积之比 模数↑则充型能力↓
第二篇第1章铸造工艺基础
§2 合金的凝固与收缩
一、铸件的凝固 1、铸件的凝固区域
液相区、凝固区和固相区 对铸件质量影响较大的是凝固区的宽窄. 2、铸件的凝固方式：
逐层凝固、中间凝固、糊状凝固
铸件的凝固方式就是根据凝固过程中,凝固 区的宽窄来划分.
商朝创造的灿烂青铜文化（如1978年湖北随州 出土的曾候乙墓青铜编钟）；北京明朝永乐青 铜大钟，重达46.5t，钟高6.75m，钟唇厚 22cm，外径3.3m，钟体内遍铸经文22.7万字， 击钟时尾音长达2分钟以上，传距20km；河北 沧州大铁狮；黄河大铁牛等。
第二篇第1章铸造工艺基础
第一章 铸造工艺基础