_铸造基本知识及理论
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程中，其体积或尺寸缩减的现象。
分类：分为三类，液态收缩、凝固收缩和固态收缩。
浇注温度
铸 液态收缩
件 温
开始凝固温度
体
度 降
凝固收缩
积 收
低
缩
凝固终止温度
固态收缩
室温
精品课件
线收缩
收缩率：
体积收缩是指单位体积的收缩量（体积收缩率）。 线收缩是指单位长度上的收缩量（线收缩率）。
体积收缩率：
V
V0 V1 10% 0 V1
铸造缺陷
➢ 缩孔：
定义：缩孔是指金属液在铸模中冷却和凝固时，在铸件
的厚大部位及最后凝固部位形成一些容积较大的孔洞。
产生原因：先
凝固区域堵住液 体流动的通道， 后凝固区域收缩 所缩减的容积得 不到补充。
精品课件
➢ 疏松：
定义：疏松是指金属液在铸模中冷却和凝固时，在铸件
的厚大部位及最后凝固部位形成一些分散性的小孔洞。
线收缩率：
L
L0 L1 L1
10% 0
其中 V0，L0表示铸件在高温T0时的体积和一维方向的长度； V1，L1表示铸件在高温T1时的体积和一维方向的长度。
精品课件
合金的收缩给铸模的设计和铸件的精密成形等带来较 大困难，是多数铸造缺陷产生的根源。
注意：在铸模尺寸设计时必须考虑铸件的收缩因素。即利
用每种材料特定的收缩率和实际铸件的尺寸，来换算成铸
铸造的基本知识及理论
精品课件
课程大纲
第一节 铸造概述 第二节 铸造的工艺基础 第三节 砂型铸造 第四节 特种铸造
精品课件
第一节 概 述
金属的成形方法可分为铸造、塑性成形（或称压力加 工）、切削加工、焊接和粉末冶金五大类。
铸造是生产金属零件毛坯的主要工艺方法之一，与其它 工艺方法相比，它具有成本低，工艺灵活性大，适合生产 不同材料、形状和重量的铸件，并适合于批量生产。
模型腔的尺寸。
表2-1 典型合金的收缩率εV
合 金 碳含量 浇注温度 液态收缩 凝固收缩 固态收缩 种 类 （％） （ ℃） （％） （％） （％）
碳钢
0.35 1610
1.6
3.0
7.86
白口铸铁 3.00 1400
2.4
4.2
5.4～6.3
灰口铸铁 3.50 1400
3.6
0.1
3.3～4.2
精品课件
产生原因： 当合金的结晶温度范围很宽或铸件断面温
度梯度较小时，凝固过程中有较宽的糊状凝固两相并存 的区域。随着树枝晶长大，该区域被分割成许多孤立的小 熔池，各部分熔池内剩余液态合金的收缩得不到补充，最 后形成了形状不一的分散性孔洞即缩松。
另外，疏松还可能由凝固时被截留在铸件内的气体无 法排除所致。不过，疏松内表面应该是光滑，近似球状。
但它的缺点是公差较大，易产生 内部缺陷。
精品课件
铸造是人类掌握比较
早的一种金属热加工工艺，
已有约6000年的历史。中
国约在公元前1700～前
1000年之间已进入青铜铸
件的全盛期，工艺上已达
到相当高的水平。中国商
朝的重875公斤的司母戊方
鼎，战国时期的曾侯乙尊
盘，西汉的透光镜，都是
古代铸造的代表产品。
精品课件
危害：显著降低铸件的机械性能，造成铸件渗漏等。 防止措施：采取顺序凝固的办法避免缩孔、疏松的出现。
顺序凝固：是指通过在铸件上可能出现疏松的厚大部位 安装冒口或放置冷铁等工 艺措施，使铸件上远离冒 口的部位先凝固（图中 Ⅰ），尔后在靠近冒口的 部位凝固（图中Ⅱ、Ⅲ）， 最后是冒口本身凝固。
顺序凝固示意图
柱状晶择优取向，晶界往往容易富集第二相，特别是 在两种位向交叉面是受力的薄弱环节，轧制时容易开裂。
因此，钢铁或镍合金（塑形较差）应避免柱状晶的出现； 而有色金属，有时要求获得柱状晶。
思 考：若要避免柱状晶的出现，应采用哪种凝固方式，并 如何实现？
精品课件
➢ 铸件的收缩：
定义：收缩是指合金从浇注、凝固到冷却至室温的过
精品课件
糊状凝固
铸件在结晶过程中，当结 晶温度范围很宽，且铸件截面 上的温度梯度较小，则不存在 固相层，固液两相共存的凝固 区贯穿整个区域。
中间凝固
大多数合金的凝固是介于逐 层凝固和糊状凝固之间，称为中 间凝固。
精品课件
讨 论：
一般认为：铸模的冷却能力越大，越有利于在结晶 过程中保持较大的温度梯度，从而利于柱状晶区的发展。
精品课件
司母戊方鼎 曾侯乙尊盘
精品课件
第二节 铸造的工艺基础
定义：铸造是指将熔融态的金属（或合金）浇注于
特定型腔的铸型中凝固成形的金属材料成形方法。
铸造的基本过程：
液态 金属
充型
凝固 收缩
铸件
精品课件
实质：液态金属（或合金）充填铸型型腔并在其中
凝固和冷却。
砂型铸造精品概课略件 图
主要影响因素
精品课件
内置冷铁法
外置冷铁法
精品课件
设置冒口法 冒口、冷铁共用法
精品课件
➢ 裂纹与变形：
在铸件的固态收缩阶段会引起铸造应力。
铸造应力：
铸造应力
铸件收缩受阻
机械应力
铸件因V冷却、温度不同， 各部位收缩不一致产生
铸件组织发生相变时，因温 度差异出现体积变化不一致
热应力 相变应力
精品课件
裂纹的常见部位：
铸件特殊位置的裂纹示意图
精品课件
裂纹和变形的防止：
以有利于释放铸造应力为原则； 1、采用正确的铸造工艺（正确设计浇注系统、补缩系统等）； 2、铸件形状设计要求简单、对称和厚薄均匀； 3、对铸件进行热处理。
➢ 其它铸造缺陷：
鼓泡
精品课件
渗漏
冷隔
未注满
精品课件
第三节 砂型铸造
砂型铸造是指用砂粒制备铸型来生产铸件的铸造方 法。可追溯到公元前3000～4000年，用石头和金属型做 出铜器。
精品课件
➢ 浇注温度：
T浇注↑
δ粘度↓ t凝固↑
流动性↑ 充填路径↑
充型能力↑
精品课件
➢ 充型能力：
ຫໍສະໝຸດ Baidu
P充型↑
V流动↑
➢ 铸件的凝固方式：
充型能力↑
精品课件
在铸件凝固过程中，对铸件质量影响较大的主要 是固液两相并存的凝固区的宽窄。铸件的“凝固方式 ”就是依据凝固区的宽窄来划分的。
逐层凝固
纯金属和共晶成分的合 金在凝固中因为不存在固液 两相并存的凝固区，所以固 体与液体分界面清晰可见， 一直向铸件中心移动。
铸造的主要影响因素主要体现在二个方面：一是影响充 型的主要因素和影响凝固收缩的主要因素。
阶 段 主要影响因素
铸
金属的流动性
充 型 浇注温度
充型压力
造 凝 固 凝固方式
收 缩 冷却速度
精品课件
➢ 金属的流动性：
改善金属 有利于 的流动性
金属流动性 测试实验
实验如右图所示：
形成薄壁复杂的铸件 排除内部夹杂物和气体 加快凝固中液体的补缩
分类：分为三类，液态收缩、凝固收缩和固态收缩。
浇注温度
铸 液态收缩
件 温
开始凝固温度
体
度 降
凝固收缩
积 收
低
缩
凝固终止温度
固态收缩
室温
精品课件
线收缩
收缩率：
体积收缩是指单位体积的收缩量（体积收缩率）。 线收缩是指单位长度上的收缩量（线收缩率）。
体积收缩率：
V
V0 V1 10% 0 V1
铸造缺陷
➢ 缩孔：
定义：缩孔是指金属液在铸模中冷却和凝固时，在铸件
的厚大部位及最后凝固部位形成一些容积较大的孔洞。
产生原因：先
凝固区域堵住液 体流动的通道， 后凝固区域收缩 所缩减的容积得 不到补充。
精品课件
➢ 疏松：
定义：疏松是指金属液在铸模中冷却和凝固时，在铸件
的厚大部位及最后凝固部位形成一些分散性的小孔洞。
线收缩率：
L
L0 L1 L1
10% 0
其中 V0，L0表示铸件在高温T0时的体积和一维方向的长度； V1，L1表示铸件在高温T1时的体积和一维方向的长度。
精品课件
合金的收缩给铸模的设计和铸件的精密成形等带来较 大困难，是多数铸造缺陷产生的根源。
注意：在铸模尺寸设计时必须考虑铸件的收缩因素。即利
用每种材料特定的收缩率和实际铸件的尺寸，来换算成铸
铸造的基本知识及理论
精品课件
课程大纲
第一节 铸造概述 第二节 铸造的工艺基础 第三节 砂型铸造 第四节 特种铸造
精品课件
第一节 概 述
金属的成形方法可分为铸造、塑性成形（或称压力加 工）、切削加工、焊接和粉末冶金五大类。
铸造是生产金属零件毛坯的主要工艺方法之一，与其它 工艺方法相比，它具有成本低，工艺灵活性大，适合生产 不同材料、形状和重量的铸件，并适合于批量生产。
模型腔的尺寸。
表2-1 典型合金的收缩率εV
合 金 碳含量 浇注温度 液态收缩 凝固收缩 固态收缩 种 类 （％） （ ℃） （％） （％） （％）
碳钢
0.35 1610
1.6
3.0
7.86
白口铸铁 3.00 1400
2.4
4.2
5.4～6.3
灰口铸铁 3.50 1400
3.6
0.1
3.3～4.2
精品课件
产生原因： 当合金的结晶温度范围很宽或铸件断面温
度梯度较小时，凝固过程中有较宽的糊状凝固两相并存 的区域。随着树枝晶长大，该区域被分割成许多孤立的小 熔池，各部分熔池内剩余液态合金的收缩得不到补充，最 后形成了形状不一的分散性孔洞即缩松。
另外，疏松还可能由凝固时被截留在铸件内的气体无 法排除所致。不过，疏松内表面应该是光滑，近似球状。
但它的缺点是公差较大，易产生 内部缺陷。
精品课件
铸造是人类掌握比较
早的一种金属热加工工艺，
已有约6000年的历史。中
国约在公元前1700～前
1000年之间已进入青铜铸
件的全盛期，工艺上已达
到相当高的水平。中国商
朝的重875公斤的司母戊方
鼎，战国时期的曾侯乙尊
盘，西汉的透光镜，都是
古代铸造的代表产品。
精品课件
危害：显著降低铸件的机械性能，造成铸件渗漏等。 防止措施：采取顺序凝固的办法避免缩孔、疏松的出现。
顺序凝固：是指通过在铸件上可能出现疏松的厚大部位 安装冒口或放置冷铁等工 艺措施，使铸件上远离冒 口的部位先凝固（图中 Ⅰ），尔后在靠近冒口的 部位凝固（图中Ⅱ、Ⅲ）， 最后是冒口本身凝固。
顺序凝固示意图
柱状晶择优取向，晶界往往容易富集第二相，特别是 在两种位向交叉面是受力的薄弱环节，轧制时容易开裂。
因此，钢铁或镍合金（塑形较差）应避免柱状晶的出现； 而有色金属，有时要求获得柱状晶。
思 考：若要避免柱状晶的出现，应采用哪种凝固方式，并 如何实现？
精品课件
➢ 铸件的收缩：
定义：收缩是指合金从浇注、凝固到冷却至室温的过
精品课件
糊状凝固
铸件在结晶过程中，当结 晶温度范围很宽，且铸件截面 上的温度梯度较小，则不存在 固相层，固液两相共存的凝固 区贯穿整个区域。
中间凝固
大多数合金的凝固是介于逐 层凝固和糊状凝固之间，称为中 间凝固。
精品课件
讨 论：
一般认为：铸模的冷却能力越大，越有利于在结晶 过程中保持较大的温度梯度，从而利于柱状晶区的发展。
精品课件
司母戊方鼎 曾侯乙尊盘
精品课件
第二节 铸造的工艺基础
定义：铸造是指将熔融态的金属（或合金）浇注于
特定型腔的铸型中凝固成形的金属材料成形方法。
铸造的基本过程：
液态 金属
充型
凝固 收缩
铸件
精品课件
实质：液态金属（或合金）充填铸型型腔并在其中
凝固和冷却。
砂型铸造精品概课略件 图
主要影响因素
精品课件
内置冷铁法
外置冷铁法
精品课件
设置冒口法 冒口、冷铁共用法
精品课件
➢ 裂纹与变形：
在铸件的固态收缩阶段会引起铸造应力。
铸造应力：
铸造应力
铸件收缩受阻
机械应力
铸件因V冷却、温度不同， 各部位收缩不一致产生
铸件组织发生相变时，因温 度差异出现体积变化不一致
热应力 相变应力
精品课件
裂纹的常见部位：
铸件特殊位置的裂纹示意图
精品课件
裂纹和变形的防止：
以有利于释放铸造应力为原则； 1、采用正确的铸造工艺（正确设计浇注系统、补缩系统等）； 2、铸件形状设计要求简单、对称和厚薄均匀； 3、对铸件进行热处理。
➢ 其它铸造缺陷：
鼓泡
精品课件
渗漏
冷隔
未注满
精品课件
第三节 砂型铸造
砂型铸造是指用砂粒制备铸型来生产铸件的铸造方 法。可追溯到公元前3000～4000年，用石头和金属型做 出铜器。
精品课件
➢ 浇注温度：
T浇注↑
δ粘度↓ t凝固↑
流动性↑ 充填路径↑
充型能力↑
精品课件
➢ 充型能力：
ຫໍສະໝຸດ Baidu
P充型↑
V流动↑
➢ 铸件的凝固方式：
充型能力↑
精品课件
在铸件凝固过程中，对铸件质量影响较大的主要 是固液两相并存的凝固区的宽窄。铸件的“凝固方式 ”就是依据凝固区的宽窄来划分的。
逐层凝固
纯金属和共晶成分的合 金在凝固中因为不存在固液 两相并存的凝固区，所以固 体与液体分界面清晰可见， 一直向铸件中心移动。
铸造的主要影响因素主要体现在二个方面：一是影响充 型的主要因素和影响凝固收缩的主要因素。
阶 段 主要影响因素
铸
金属的流动性
充 型 浇注温度
充型压力
造 凝 固 凝固方式
收 缩 冷却速度
精品课件
➢ 金属的流动性：
改善金属 有利于 的流动性
金属流动性 测试实验
实验如右图所示：
形成薄壁复杂的铸件 排除内部夹杂物和气体 加快凝固中液体的补缩