第二篇 铸造(第一章 铸造工艺基础)
金属工艺学部分课后习题解答
补充习题
下列铸件在大批量生产时，以什么铸造措施 为宜？ 铝活塞金属型铸造、汽轮机叶片熔模铸造、 汽缸套离心铸造、车床床身砂型铸造、摩托车 气缸体压力铸造、汽车喇叭压力铸造、大口径 污水管离心铸造、大模数齿轮滚刀熔模铸造
压力加工：第二章 铸造
7 图示零件采用锤上模锻制造，请选择最合适旳分模面
位置？ p127
I
铸造：第三章 砂型铸造
5.图示铸件在单件生产条件下该选用哪种造型措施？
方案I： 分型面为曲
面，不利于分型。
I
方案II：分型面在最
II
大截面处，且为平面，
方案可行。
铸造：第三章 砂型铸造
5.图示铸件在单件生产条件下该选用哪种造型措施？
I II
两方案均可， 但型芯头形状 不同。
铸造：第三章 砂型铸造
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旳形成原 因，并用虚线表达出铸件旳变形方向。p49
形成原因：壁厚不均匀。
铸造：第三章 砂型铸造
5.图示铸件在单件生产条件下该选用哪种造型措施？
p73
I方案存在错箱可能。 该零件不算太高，故 方案II稍好，从冒口
II
安放来看，II方案轻 易安放。
焊接措施: 手工电弧焊、二氧化碳气体保护焊
端面车刀
6.图示铸件有几种分型方案？在大批量生产中应选择 哪种方案？ p73
应采用方案I，方案II
I
型芯稳定，但φ40凸台
阻碍拔模。
II
铸造：第三章 砂型铸造
6.图示铸件有几种分型方案？在大批量生产中应选择 哪种方案？ p73
I
III II
应采用方案III，方案I需要活块，且下面活 块难以取出；方案II需要挖砂。
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
铸造工艺基础(1)
铸造工艺基础一、概述铸造是一种古老而重要的金属加工技术，它是将熔融的金属倒入模具中，待其冷却凝固后形成所需形状的金属零件的过程。
铸造工艺广泛应用于机械、航空、汽车、船舶、电力等工业领域，是制造各种零部件和产品的关键技术之一。
二、铸造工艺流程1.模具设计：根据产品图纸或样品，设计出模具的结构和尺寸。
2.模具制造：按照设计图纸，制造出精确的模具。
3.熔炼金属：将所需的金属材料加热至熔融状态。
4.浇注：将熔融的金属液体倒入模具中。
5.冷却凝固：使金属液体在模具中冷却凝固。
6.脱模：从模具中取出铸件。
7.清理和加工：对铸件进行清理、加工和检验，以满足产品要求。
三、铸造方法1.砂型铸造：利用砂型进行铸造的方法，适用于生产各种形状和尺寸的铸件。
2.金属型铸造：利用金属模具进行铸造的方法，适用于生产中小型、形状简单的铸件。
3.压力铸造：在高压下将熔融的金属注入模具，实现快速凝固和成型的方法，适用于生产小型、高精度、高强度铸件。
4.离心铸造：利用旋转的模具，将熔融的金属注入其中，实现离心浇注的方法，适用于生产管状、套筒状等旋转体铸件。
5.消失模铸造：利用可溶性泡沫塑料制造铸型，将熔融的金属注入其中，待冷却后泡沫塑料溶解，形成铸件的方法。
四、铸造材料铸造常用的材料有铸铁、铸钢、铝合金、铜合金等。
不同的材料具有不同的物理和化学性能，需要根据产品要求选择合适的材料。
五、铸造缺陷及预防措施1.气孔：铸件内部存在气体形成的孔洞，可采用控制熔炼温度和浇注速度、提高模具排气能力等措施预防。
2.缩孔：铸件冷却过程中，由于体积收缩引起的孔洞，可通过控制金属液的补缩量来预防。
3.夹渣和夹砂：铸件表面或内部的渣子和砂粒，可通过控制熔炼温度和时间、保持模具清洁等措施预防。
4.裂纹：铸件冷却过程中产生的裂纹，可通过优化模具设计和制造工艺、控制铸件壁厚等措施预防。
5.组织疏松：铸件内部组织不紧密，可通过控制熔炼温度和浇注温度等措施预防。
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。
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。
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
金属工艺学_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。
4.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。
5.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。
铸造
灰铸铁的 缩孔、缩 锡青铜倾向于糊 松倾向小 状凝固，采用定 铸件心部容易出现缩孔或缩松 向凝固也难消除 缩松 应用
主要用于灰铸铁、锡青铜等
冷铁
上型
2、机械应力 由于合金的固态收缩受到铸型或 型芯的机械阻碍而产生的内应力 机械应力使铸件产生暂时性 的拉应力或剪应力 落砂后随着产生弹性变形而消失，为临时应力 二、铸件的变形和防止 有残余应力的铸件
二、铸造合金的收缩
收缩
收缩是合金 的物理本性
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
体积收缩率是铸件产生缩 孔或缩松的根本原因
合金的收缩经历如下三个阶段：
1、液态收缩
体积的 收缩
从浇注温度到凝固开始温度间的收缩 从凝固开始温度到凝固终止间的收缩 从凝固终止温度到室温间的收缩
线收缩率是铸件产生 应力、变形和裂纹的 根本原因
不稳定
下型
变形
减缓内应力 稳定状态
铸件变形的防止 1、铸件设计时尽量使铸件的壁厚均匀、形状 对称
+
-
2、在铸造工艺上应采用同时凝固原则，以 便均匀冷却。
同时凝固原则只用于普 通灰铸铁和锡青铜等铸 造性能好的铸件的生产。
3、对长而容易变形的铸件，可采用“反变 形”工艺
4、对于不允许发生变形的重要机件必须进 行时效处理
4）由此可见，热应力使铸件的厚壁或心部受拉伸，薄壁 或表层受压缩。铸件的壁厚差越大、合金的线收缩率愈高、 弹性模量愈大，热应力越大。
热应力的预防措施 同时凝固原则
Байду номын сангаас尽量减少铸件各个部位间的温 度差，使其均匀冷却
优点 同时凝固可减少铸造内应力，防止铸件的变形和裂纹 缺陷，同时可免设冒口而省工省料
铸造工艺基础大全完整版.ppt课件.ppt
§2铸件的凝固与收缩
凝固—金属从液态转变为固态的过程。这个转变期 称为凝固期。
一 .铸件的凝固方式
实验：做几个直径相同
的球铸型，一次同时浇注
经过不同时间，先后拔掉
泥芯。倒出液态金属，
测量硬壳厚度，画出
凝固厚度—时间曲线。
泥 芯
精心整理
厚度 3 2 1
1--φ75
2—φ125
3—φ260
精心整理
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。
精心整理
铸件凝固方式对铸件质量的影响： 凝固过程实质是金属的结晶过程，它从两方 面影响铸件的性能： 1）形成的金相组织-----晶粒的大小、形状及晶 粒的内部缺陷等影响合金的机械性能； 2）金属的致密度-----液态金属结晶为固态，引 起的体积收缩所形成的孔洞，若得不到液态 金属的补缩，将产生铸造缺陷，影响合金的 致密性及强度。
精心整理
σ σ
精心整理
Al---Si 合金的高温强度
σ 500℃
固相线精心整理
T℃
影响热裂形成的因素 （1）合金性质
合金结晶温度 T℃
范围越宽，
热裂倾向性
越大。
热
裂
倾
向
精心整理
线收缩 开始温度
固 相 线
此外，合金中的一些其它元素对其热裂 倾向也有一定的影响。如：碳素钢中的S、
P、Si, Mn 四种因素对热裂性的影响。
精心整理
2 .机械应力（收缩应力）
由于收缩受阻，产生的都是拉应力或剪应力。
因为是产生在弹性状态下，落砂后随着产生弹 性变形而消失，为临时应力。（但产生弹性变 形的应力仍然留在弹性体内）
铸造工艺基础
一、合金的流动性 与以下因素有关： 1.化学成分 纯金属、共晶成分合金流动性好。 2.物理性质 如导热性、粘滞性、侵润性等。
铸造工艺基础
第二篇 铸 造
GB/T5611－1998规定： 铸造是指熔炼金属，制造铸型，并将熔融金属浇入铸型，凝固后获得一定形状、尺寸和性能的金属零件毛坯的成形方法。 用铸造方法获得的金属毛坯或零件称为铸件. 铸造被广泛采用，具有如下优点： 1. 适应性广
谓：性能改善形状精，加工量少成本低。 但是，铸造生产过程中的工艺控制较困难，因而铸件质量不稳定，废品率较高; 铸造劳动强度大，条件差，环境污染严重。 铸造按生产方式不同，可分为： 砂型铸造和特种铸造 砂型铸造的铸件占总产量的80%以上，其生产过程如图。
此两项形成体收缩是造成缩孔（松）的主要原因。 3.固态收缩 造成线收缩，形成应力、变形的原因。 影响收缩的因素: 1.化学成分 见附表 钢收缩大，灰铸铁收缩小(为什么？) 2.浇注温度 3.铸件结构与铸型条件
它适用于各种合金(如铸铁、铸钢和有色金属等),能制出外形和内腔很复杂的零件,铸件的尺寸、重量和生产批量都不受限制。 谓：材料能熔便可铸，尺寸形状复杂件 2. 成本低廉。 所用原材料来源广，设备投资少，节省工时，材料利用率高。铸件材质内在质量得到提高，一些现代铸造方法生产出来的铸件质量已接近锻件。
三、 铸件中的缩孔与缩松
1.缩孔与缩松的形成 1）缩孔—集中的凝固收缩孔洞，产生于铸件厚大热节处。 2）缩松—细小而分散的缩孔， 具体又分： 宏观缩松—肉眼可见分散小孔； 显微缩松—显微镜下可见分散小孔。 2.缩孔与缩松的防止
一般固态金属在再结晶温度以上（钢和铸铁为620～650℃）时，处于塑性状态的变形应力可自行消除； 在此温度以下金属呈弹性状态，而弹性状态下的变形应力将会继续存在。 结论： 铸件厚壁或心部受拉伸； “＋”为拉应力；”－”为压应力。 薄壁或表层受压缩。
铸造2
1 铸造工艺基础 Base of Founding Technics
（2）机械应力 合金的线收缩受到铸型或型芯机械阻碍而形 成的内应力。机械应力是暂时的，在铸件落砂之 后，这种应力便可自动消除。
2.铸件的变形与防止
残余应力导致变形，受拉的部分产生压缩变形，受 压缩的部分产生拉伸变形。 防止： （1）设计上，壁厚均匀，且对称 （2）工艺上，同时凝固原则 （3）反变形法
Ⅱ进行弹性状态，由于Ⅱ冷速﹥Ⅰ冷速，所以Ⅰ受拉，Ⅱ 受压，形成内应力但Ⅰ的微量塑变而消失。 c 在t2-t3之间， TⅠ﹤ T临、TⅡ﹥T临， TⅠ的温度较 高，还会进行较大的收缩，于是Ⅱ受压，而Ⅰ受拉伸。 热应力使铸件的厚壁或心部受拉伸，薄壁或表层受 压缩。 ◊同时凝固原则：为了减小热应力，可将浇口开在 薄壁处，或在厚壁处安放冷铁。
• （3）铸型填充条件
a 铸型的畜热能力 即铸型从金属中吸收和储存热量的能力。 金属型铸造比砂型铸造容易产生浇不足等缺陷。 b 铸型温度速度。 c 铸型中气体 在金属液的热作用下，型腔中的气体膨胀，型砂中的水 分汽化，煤粉和其它有机物燃烧。将产生大量气体。为减 少气体压力，除应设法减少气体来源外，应使砂型具有良 好的透气性，并在远离浇口的最高部位设出气口。 d 铸件的结构（壁厚、大小、复杂程度等）
●
特点：
（1）制成形状复杂（内腔的毛坯）； （2）铸件大小不限； （3）铸件成本较低（原材料来源广泛，价格低廉）； （4）应用广泛（在机床、内燃机中占机器总重的70-80%， 农业机械占40%-70%）。
●
问题：
废品率较高，铸件容易出现浇不足，缩孔、夹渣、气孔和裂 纹等缺陷。
1 铸造工艺基础 Base of Founding Technics
铸造知识(全)
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。
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
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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。
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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。
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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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◆ 铸造生产的优点：
1）铸件可以生产形状复杂，特别是内腔复杂的毛坯；铸件
的轮廓尺寸可从几毫米至几十米；重量可从几克至几百吨。
2）适应范围广。铸造可用各种合金来生产铸件。
3）铸造批量不限。从单件、小批，直到大量生产。
4）铸件与零件的形状、尺寸很接近，因而铸件的加工余量
小，可节省金属，减少切削加工量，从而降低制造成本。
◆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。
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◆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。 3）结晶特性：恒温下结晶，流动性较好；两相区（2区）内 结晶，流动性较差。
第二篇 铸 造
1.铸造工艺基础 2.常用合金铸件的生产 3.砂型铸造 4.特种铸造 5.铸件结构设计 6.讲授学时：10学时
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◆铸造概念： 将液态金属浇注到具有与零件形状、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，称为金属的 液态成形。即铸造。液态金属浇注过程。砂型铸造工艺演示。 ◆铸造是历史最为悠久的金属成型方式，直到今天仍然是毛 坯生产的主要方法。机器中铸件所占比例很大。 ◆铸造生产在机械制造业中的地位：视频。
学习目的及要求： 1.掌握影响充型能力的各种因素； 2.了解凝固与收缩、内应力、变形和裂纹产生的原因及防止 措施； 3.了解铸件质量控制的方法。 重点及难点：1.充型能力；2.内应力的形成。 ◆铸造生产过程复杂，影响铸件质量的因素颇多，废品率一 般较高。铸造废品的产生不仅与铸型工艺有关，还与铸型材料、 铸造合金性能、熔炼、浇注等密切相关。
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二、浇注条件 浇注条件对充型能力的影响：
浇注 条件
浇注温度 充型压力 浇注系统
◆对薄壁铸件或流动性较差的合金可 浇适当注提温高度浇越注高温，度液，态以金防属浇的不粘足度或越冷小 ，隔缩过缺孔热陷缩度。松高但等，浇缺金注陷属温，液度故内过保含高证热，充量容型多易能，产力保生前 持提液下态，的不时宜间过长高，。充型能力强。 液态金属在流动方向上所受的压力称 为充型压力。充型压力越大, 充型能 力越强。
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第二节 铸件的凝固与收缩
浇入铸型中的金属液在冷凝过程中，其收缩得不到补充，铸
件将产生缩孔和缩松缺陷。为防止缺陷应合理控制铸件凝固过程
一、铸件的凝固方式
铸件的凝固过程中，其断面上一般存在三个区，即固相区
、凝固区和液相区。对铸件影响较大的是凝固区的宽窄。
第一节 液态合金的充型 液态合金填充铸型的过程- 充型。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 - 液态合金的充型能力。
充型能力不足 可能有
浇不足 冷 隔 夹 砂 气 孔 夹 渣
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◆充型能力不足原因： 在液态合金的充型过程中，有时伴随着结晶现象，若充型能 力不足，在型腔被填满之前，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足或冷隔等缺陷。
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易充填。(大平面铸件不易成形) 复杂程度： 铸件结构越复杂，流动阻力就越大，铸型的充填就越困难。
5）铸件所用的原材料大部分来源广泛、价格低廉，还可以
使用废料和废零件；设备费用较低，因此铸件的成本低廉。
◆铸造生产的缺点：
1）工艺过程比较复杂，一些工艺过程还难以控制。
2）液态成形零件内部组织的均匀性、致密性一般较差。
3）液态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。
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◆流动性衡量方法： 液态合金的流动性通常以“螺旋形试样”长度来衡量。 ◆测试合金充型能力的方法： 将合金液浇入铸型中，冷凝后测出充满型腔的式样长度。浇 出的试样越长，合金的流动性越好，合金充型能力越好。
◆试验得知：灰口铸铁，硅 黄铜（长度l≈1000mm）流动性 最好。铸钢（长度l≈200mm）的 流动性最差。
浇注系统的结构越复杂，则流动阻力 越大，充型能力越差。
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三、铸型填充条件 铸型充填条件对充型能力的影响：影响合金在型腔内流动的 时间和速度。 影响因素有：
（1）铸型材料： 导热系数和比热容 ↑激冷能力↑充型 能力↓
（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↓，
◆充型能力的决定因素：
合金的流动性 铸型性质 浇注条件 铸件结构等
一、合金的流动性： 液态合金本身的流动能力，称为合金的流动性，是合金主要 铸造性能之一。 ◆ 合金的流动性越好，充型能力越强，越便于浇铸出轮廓 清晰、薄而复杂的铸件。同时，有利于非金属夹杂物和气体的上 浮和排除，还有利于对合金冷凝过程所产生的收缩进行补缩。
显然，在相同的浇注条件下 ，合金的流动性愈好，所浇出的 试样愈长。
◆影响合金流动的性因素很 多，但以化学成分的影响最为显 著。
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◆共晶合金：结晶是在恒温下进行的，液态合金从表层逐层 向中心凝固，由于已结晶固体层表面比较光滑，对金属液的流动 阻力小，故流动性最好。
◆其它成分的合金：一定温度范围内逐步凝固和结晶是同时 进行的，由于初生的树枝状晶体使固体层表面粗糙，所以合金的 流动性变差。显然结晶间隔越小，则流动性越好。铸件晶粒组织
4）由于铸件内部晶粒粗大，组织不均匀，且常伴有缺陷，
其力学0
◆金属液态成形可分为： 砂型铸造和特种铸造。 1、砂型铸造：是最基本的工艺方法，占铸件的90%。 2、特种铸造方法：熔模、金属型、压力、离心铸造等。
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第一章 铸造工艺基础