第七章 金属液态成形
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合金的收缩合金从浇注、凝固、冷却到室温，
体积和尺寸缩小的现象。可用体收缩率εV 或 线收缩率εL 定量描述。
ε V = V0-V1 ×100% = αV (t0 - t1 ) ×100%
V0
ε L = L0 - L1 ×100% = α L (t0 - t1 ) ×100% L0
缩孔、缩松、裂纹、变形、残余应力等缺陷产生的主要原因。g
合 金 收 缩 的 三 个 阶 段：
（1）液态收缩 合金从 T浇注 → T凝固开始 间的收缩。
（2）凝固收缩（产生缩孔、缩松、裂纹） 合金从 T凝固开始 → T凝固终止 间的收缩。
（3）固态收缩（易产生铸造应力、变形、裂纹等。） 合金从 T凝固终止 → T室 间的收缩。
浇注温度
凝固温度
室温
（1）
开始
①合金—两种或两种以上的金属元素、或金属与非 金属元素（碳）熔和在一起，所构成具有
金属特性的物质。 特点：
[硬度、强度]合金 > [硬度、强度]纯金属
②充型— 液态合金填充铸型的过程。
1、合金的充型能力
熔融合金充满铸型型腔，获得形状完整、轮廓清Байду номын сангаас的 铸件的能力——合金的充型能力
影响因素： 熔融合金流动性、铸型性质、浇筑条件 和铸件结构等
（2）顺序凝固
控制铸件的凝固顺序；
Ⅰ→Ⅱ→Ⅲ
（3）合理确定铸件的
浇注工艺
加压补缩；离心浇注 （浇注系统布局…）。
冒口、冷铁的应用
常用冒口种类
4. 铸造内应力、变形和裂纹
铸件的固态收缩受到阻碍而产生的应 力称为铸造内应力。
铸件产生变形和裂纹的根本原因：
铸造内应力（残余内应力） <1> 内应力的形成和预防
1.5 m 不锈钢船用螺旋推进器
熔模铸造
熔模铸造
砂铸（形状复杂，铸件表面粗糙）
拉模铸造
7.1 金属液态成形原理
金属液态成形原理就是将液体注入预先制作好的容器内腔中，待其冷却凝固 后取出，即得到所需的物品。
基本条件：合格的液体；盛液体的容器
流动性和收缩性是合金的主要铸造工艺特性。 7.1.1、液态合金的充型——铸件形成第一阶段
内应力的产生原因：热应力、机械应力。
① 热应力
—— 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。
框形铸件热应力的形成
② 机械应力（收缩应力）
— 合金的固态收缩受 到铸型或型芯的机械 阻碍而形成的应力。
减小和消除铸造应力的 工艺方法：
借助于冷铁使铸件 实现同时凝固。
冷铁 — 为增加铸件局部冷却速度，在 型腔内部或工作表面安放的金属块。
产生作用： 液态合金与铸型之间的热交换—流动时间 液态合金在铸型中的动力学条件—流动速度
改进充型能力措施： 延长液态合金的流动时间； 加快液态合金的流动速度
2、影响合金充型能力的因素
1. 合金的流动性
熔融金属的流动能力。 衡量方法： “螺旋形流动性试样”法。
螺旋形流动性试样示意图
液态合金的充型
影响流动性的因素：
①合金的种类和化学成分
不同种类的合金其流动性不同，同一种 类不同成分的合金其流动性也不相同。
流动性最好
最差
灰口铸铁 → 硅黄铜 → 铝硅合金 → 铸钢
不同结晶特征的合金的流动性
a）流动性最好，凝固后的表面较平滑； b）流动性较差，凝固后的表面粗糙。
2、影响合金充型能力的因素
（2）合金的浇注条件 a. 浇注温度（T） T 越高（有界限），充型能力越好。 b. 充型压力 流动方向上所受压力越大， 充型能力越好。
合金、纯铜、纯铝等。
（2） 体积凝固方式
特点： ① 铸件组织不致密； ② 充型能力差，易产生
铸造缺陷； ③ 流动性较差；
eg. 球墨铸铁、高碳钢、
铝铜合金、锡青铜等。
（3） 中间凝固方式
—— 介于逐层凝固和 糊状凝固之间的凝固方 式。
eg. 中碳钢、高锰钢、
白口铸铁等。
2 影响铸件凝固方式的因素
终止
凝固收缩
（3）
2.影响收缩的因素
① 化学成分 不同合金的收缩率各不相同。 eg. 铸钢最大，灰铸铁最小。
② 浇注温度（T） T 越高，过热度越大 → 液体收缩越大。
③ 铸件结构与铸型条件 铸件的实际收缩率 < 铸件的自由收缩率
3. 缩孔与缩松（按孔洞的大小和分布）
（1）缩孔 —— 集中在铸件上部或最后凝 固部位容积较大的孔洞。 （逐层凝固的方式产生）
（2）缩松 —— 分散在铸件某区域内的细 小缩孔。
形成原因： • 收缩得不到及时补充； • 糊状凝固，被树枝晶体分隔区域难以实现补缩。
产生缩孔和缩松的主要原因：
液态收缩 和 凝固收缩 导致。
3）. 缩孔与缩松的防止（都会降低机械性能） （1）合理铸造合金
选择共晶成分的合金或结晶 温度范围窄的合金.
（3）合金的铸型特点 结构越复杂，充型越困难。
7.1.2、液态合金的凝固
1. 铸件的凝固及影响因素
固相区； 凝固区； 液相区（影响最大）
（1）逐层凝固方式 特点：
① 铸件组织致密、紧实； ② 充型能力强，不易产生
铸造缺陷； ③ 流动性较好，铸件轮廓
清晰； ④ 断面固、液分界线清晰。 eg. 灰铸铁、低碳钢、铝硅
第七章 金属的液态成形 （铸造）
铸造 — 将熔融金属浇入铸型型腔， 经 冷却凝固后获得所需铸件的方法。
铸造实质：液态成形。 • 铸件大小、重量不限； • 可生产复杂外形和内腔的铸件； • 制造成本低，废品可重熔； • 生产过程较复杂，铸件质量不稳定； • 劳动条件差。
铸件示例
金属铸件
680 Kg
冷铁分为内冷铁、外冷铁两种。
<2> 铸件的变形与防止
(a) 板 I 受拉，板 II 受压 → 板 I 内凹，板 II 外凸。 (b) 板 I 受压，板 II 受拉 → 板 I 外凸，板 II 内凹。
防止铸件产生变形的措施：
① 设计时，应尽量使铸件壁厚均匀、形状 对称，避免金属聚集；
② 铸造工艺上采用同时凝固的原则； ③ 采用“反变形”工艺； ④ 对铸件进行时效处理（自然时效、人工
1）合金的结晶温度范围
合金的结晶温度范围越小，凝固区越窄，越倾向于逐层凝固。
2）铸件截面的温度梯度
对于一定成分的合金，结晶温度范围已定，凝固方式取决 于铸件截面的温度梯度，温度梯度越大，对应的凝固区越窄。 越趋向于逐层凝固。
影响温度梯度因素：合金性质，铸型的蓄热能力，浇注温度等
7.1.3、液态合金收缩、应力及变形
体积和尺寸缩小的现象。可用体收缩率εV 或 线收缩率εL 定量描述。
ε V = V0-V1 ×100% = αV (t0 - t1 ) ×100%
V0
ε L = L0 - L1 ×100% = α L (t0 - t1 ) ×100% L0
缩孔、缩松、裂纹、变形、残余应力等缺陷产生的主要原因。g
合 金 收 缩 的 三 个 阶 段：
（1）液态收缩 合金从 T浇注 → T凝固开始 间的收缩。
（2）凝固收缩（产生缩孔、缩松、裂纹） 合金从 T凝固开始 → T凝固终止 间的收缩。
（3）固态收缩（易产生铸造应力、变形、裂纹等。） 合金从 T凝固终止 → T室 间的收缩。
浇注温度
凝固温度
室温
（1）
开始
①合金—两种或两种以上的金属元素、或金属与非 金属元素（碳）熔和在一起，所构成具有
金属特性的物质。 特点：
[硬度、强度]合金 > [硬度、强度]纯金属
②充型— 液态合金填充铸型的过程。
1、合金的充型能力
熔融合金充满铸型型腔，获得形状完整、轮廓清Байду номын сангаас的 铸件的能力——合金的充型能力
影响因素： 熔融合金流动性、铸型性质、浇筑条件 和铸件结构等
（2）顺序凝固
控制铸件的凝固顺序；
Ⅰ→Ⅱ→Ⅲ
（3）合理确定铸件的
浇注工艺
加压补缩；离心浇注 （浇注系统布局…）。
冒口、冷铁的应用
常用冒口种类
4. 铸造内应力、变形和裂纹
铸件的固态收缩受到阻碍而产生的应 力称为铸造内应力。
铸件产生变形和裂纹的根本原因：
铸造内应力（残余内应力） <1> 内应力的形成和预防
1.5 m 不锈钢船用螺旋推进器
熔模铸造
熔模铸造
砂铸（形状复杂，铸件表面粗糙）
拉模铸造
7.1 金属液态成形原理
金属液态成形原理就是将液体注入预先制作好的容器内腔中，待其冷却凝固 后取出，即得到所需的物品。
基本条件：合格的液体；盛液体的容器
流动性和收缩性是合金的主要铸造工艺特性。 7.1.1、液态合金的充型——铸件形成第一阶段
内应力的产生原因：热应力、机械应力。
① 热应力
—— 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。
框形铸件热应力的形成
② 机械应力（收缩应力）
— 合金的固态收缩受 到铸型或型芯的机械 阻碍而形成的应力。
减小和消除铸造应力的 工艺方法：
借助于冷铁使铸件 实现同时凝固。
冷铁 — 为增加铸件局部冷却速度，在 型腔内部或工作表面安放的金属块。
产生作用： 液态合金与铸型之间的热交换—流动时间 液态合金在铸型中的动力学条件—流动速度
改进充型能力措施： 延长液态合金的流动时间； 加快液态合金的流动速度
2、影响合金充型能力的因素
1. 合金的流动性
熔融金属的流动能力。 衡量方法： “螺旋形流动性试样”法。
螺旋形流动性试样示意图
液态合金的充型
影响流动性的因素：
①合金的种类和化学成分
不同种类的合金其流动性不同，同一种 类不同成分的合金其流动性也不相同。
流动性最好
最差
灰口铸铁 → 硅黄铜 → 铝硅合金 → 铸钢
不同结晶特征的合金的流动性
a）流动性最好，凝固后的表面较平滑； b）流动性较差，凝固后的表面粗糙。
2、影响合金充型能力的因素
（2）合金的浇注条件 a. 浇注温度（T） T 越高（有界限），充型能力越好。 b. 充型压力 流动方向上所受压力越大， 充型能力越好。
合金、纯铜、纯铝等。
（2） 体积凝固方式
特点： ① 铸件组织不致密； ② 充型能力差，易产生
铸造缺陷； ③ 流动性较差；
eg. 球墨铸铁、高碳钢、
铝铜合金、锡青铜等。
（3） 中间凝固方式
—— 介于逐层凝固和 糊状凝固之间的凝固方 式。
eg. 中碳钢、高锰钢、
白口铸铁等。
2 影响铸件凝固方式的因素
终止
凝固收缩
（3）
2.影响收缩的因素
① 化学成分 不同合金的收缩率各不相同。 eg. 铸钢最大，灰铸铁最小。
② 浇注温度（T） T 越高，过热度越大 → 液体收缩越大。
③ 铸件结构与铸型条件 铸件的实际收缩率 < 铸件的自由收缩率
3. 缩孔与缩松（按孔洞的大小和分布）
（1）缩孔 —— 集中在铸件上部或最后凝 固部位容积较大的孔洞。 （逐层凝固的方式产生）
（2）缩松 —— 分散在铸件某区域内的细 小缩孔。
形成原因： • 收缩得不到及时补充； • 糊状凝固，被树枝晶体分隔区域难以实现补缩。
产生缩孔和缩松的主要原因：
液态收缩 和 凝固收缩 导致。
3）. 缩孔与缩松的防止（都会降低机械性能） （1）合理铸造合金
选择共晶成分的合金或结晶 温度范围窄的合金.
（3）合金的铸型特点 结构越复杂，充型越困难。
7.1.2、液态合金的凝固
1. 铸件的凝固及影响因素
固相区； 凝固区； 液相区（影响最大）
（1）逐层凝固方式 特点：
① 铸件组织致密、紧实； ② 充型能力强，不易产生
铸造缺陷； ③ 流动性较好，铸件轮廓
清晰； ④ 断面固、液分界线清晰。 eg. 灰铸铁、低碳钢、铝硅
第七章 金属的液态成形 （铸造）
铸造 — 将熔融金属浇入铸型型腔， 经 冷却凝固后获得所需铸件的方法。
铸造实质：液态成形。 • 铸件大小、重量不限； • 可生产复杂外形和内腔的铸件； • 制造成本低，废品可重熔； • 生产过程较复杂，铸件质量不稳定； • 劳动条件差。
铸件示例
金属铸件
680 Kg
冷铁分为内冷铁、外冷铁两种。
<2> 铸件的变形与防止
(a) 板 I 受拉，板 II 受压 → 板 I 内凹，板 II 外凸。 (b) 板 I 受压，板 II 受拉 → 板 I 外凸，板 II 内凹。
防止铸件产生变形的措施：
① 设计时，应尽量使铸件壁厚均匀、形状 对称，避免金属聚集；
② 铸造工艺上采用同时凝固的原则； ③ 采用“反变形”工艺； ④ 对铸件进行时效处理（自然时效、人工
1）合金的结晶温度范围
合金的结晶温度范围越小，凝固区越窄，越倾向于逐层凝固。
2）铸件截面的温度梯度
对于一定成分的合金，结晶温度范围已定，凝固方式取决 于铸件截面的温度梯度，温度梯度越大，对应的凝固区越窄。 越趋向于逐层凝固。
影响温度梯度因素：合金性质，铸型的蓄热能力，浇注温度等
7.1.3、液态合金收缩、应力及变形