铸造性能

铸造内应力可分为三类：热应力、收缩应力和相：屈服极限较高。 弹性变形 产生应力。 塑性状态： 温度＞T k ：屈服极限较低。 塑性变形 没有应力。
以框形铸件为例分析热应力形成过程： 铸件由两个横梁和三个立杆组成
2 12
℃
21 Tk
t0
t1 t2
第一阶段（t 0～t1）：塑性阶段 不产生应力 第二阶段（t1～t2）: 弹塑性阶段 不产生应力 第三阶段（t2～t3）：弹性阶段 产生应力
常出现在应力集中部位或热节附近 其特征：裂纹短小，形状曲折，缝内有氧化色。 结晶温度范围越大，收缩应力越大，越容易产生热裂纹
铸钢、可锻铸铁、某些铝合金热裂倾向大；灰铸铁件、球磨铸铁件热裂倾向小
冷裂：铸件于弹性阶段即在低温时形成的裂纹。
其特征：裂纹细小，呈连续直线状，缝内干净。 铸件上受拉伸部位，尤其是有应力集中部位容易产生冷裂纹。 塑性差的合金，如白口铸铁件、高碳钢件容易产生冷裂纹。
t3 时间 粗杆(厚)：拉应力；细杆(薄) ：压应力。
-+ -
热应力产生的原因：
铸件壁厚不均，冷却速度不一致，收缩不同步且互相阻碍。
练习
分析如图所示铸件所产生的热应力
-
+
T型梁铸件
- +-
园柱铸件
热应力性质： 厚（冷却慢）：拉应力
薄（冷却快） ：压应力 （2）相变应力 如铸件各部分发生相变的时间不一致，其体积
二 铸造合金的收缩 （一） 概念：
铸件在凝固和冷却的过程中，其体积和尺寸减小的现象。
（二）收缩的形式和度量：
液态收缩：图中的AB段，从浇注温度到开始凝固温度。 此阶段的收缩通常用体积收缩率来表示：
℃A
v
v0 v1 v0
v (t0
t1) 100%
B C
D
时间
凝固收缩：图中的BC段，从凝固开始温度到凝固结束温度。 凝固收缩通常也用体积收缩率来表示。
2 流动性的度量：（螺旋型流动性试样）
铸铁的流动性最好，试样长度可达1000mm； 铝合金的流动性次之，试样长度可达800mm； 铸钢的流动性最差，其试样长度仅为200mm。
3 流动性的影响因素： a 合金的种类； b 合金的化学成分和结晶特征：
纯金属和共晶成分的金属流动性最好； 结晶温度范围越宽，流动性越差
沧州铁狮子：高5.4m，长6. 5m，重40吨
高22m，42臂， 重120吨。
3、成本低；原材料来源广，价格便宜，设备投资少。 4、力学性能差，特别是冲击韧性低于同材料的锻件，
铸件笨重； 5、工序多且难于精确控制，质量不稳，废品率高； 6、劳动条件差：高温、高粉尘、高的劳动强度。
三 铸造生产的用途 除受力复杂，尤其受拉力、冲击力较大，对强度和韧性 要求较高的重要件外，均可使用铸件。
固态收缩：图中的CD段，即从凝固终了冷却到室温的收缩。 固态收缩通常用线收缩率来表示：
l
l0 l1 l0
l (t0
t1) 100%
灰铸铁的收缩最小，而铸钢和白口铁的收缩最大。
（三）收缩对铸件质量的影响 1 铸件中的缩孔和缩松 a 缩孔的形成过程：
由于收缩而产生的大而集中的孔洞叫缩孔， 细小而分散的孔洞叫缩松。 热节：铸件中局部厚大的部位。
（5）应力、变形和裂纹的防止措施：
a 减小应力的措施
铸件设计尽量使壁厚均匀；
采取合理的铸造工艺
同时凝固原则；
增加型（芯）砂的退让性；
去应力退火。 冷铁
b 减小变形的措施
铸件设计壁厚力求均匀，形状对称；
采用反变形法；
c 防止裂纹的措施
尽量减小铸造应力； 限制有害元素的含量，如钢铁中的S、P含量。
如：机床床身、减速器箱体、电动机外壳等。
§1 合金的铸造性能
合金的铸造性能：指合金在铸造生产中所表现出来的工艺性能。 铸造性能是合金的流动性、收缩性、偏析性和吸气性等性能的综合体现。
一 合金的流动性和充型能力 （一）合金的流动性
1 概念：液体合金本身的流动能力。合金的流动性越好，就越能：
a 容易浇注出轮廓清晰、薄而复杂的铸件； b 有利于夹杂物和气体的上浮和排除，减少夹杂和气孔缺陷； c 有利于凝固过程中的补缩，减少缩孔和缩松。
变化不均衡，则可能导致相变应力的产生。
（3）收缩应力 铸件弹性阶段的收缩受到铸型和型芯的机械 阻碍而产生的应力。
收缩应力是临时应力，落砂后自行消失。
（4）铸造应力对铸件的危害 a 铸态变形：
-
+
厚：内凹 变形规律：
薄：外凸
b 切削加工变形：
- +-
铸态 车外圆 钻中心孔 刨侧面
c 铸件的裂纹： 当铸件内的应力大于材料的强度极限时，则会产生裂纹。 热裂： 凝固末期高温下形成的裂纹。 含碳0.3%碳钢 室温 ： σb≥480Mpa；δ＞17% 1400 ℃：σb 约为2Mpa；δ约为0.3% 收缩应力 ＞ σb 产生热裂纹
b 产生原因：合金的液态收缩、凝固收缩得不到液态金属的补充。
结晶温度范围较宽的金属易形成缩松。
c 缩孔的防止方法：
加冒口、 加冷铁， 工艺上采用顺序凝固原则。 在结构设计时，避免铸件壁过厚；
2 铸造应力： 铸件凝固后仍处于高温，在继续冷却的过程中收缩受到阻碍， 内部将产生应力，这个内应力叫做铸造内应力。
铸型的蓄热能力：铸型从金属液中吸收和储存热量的能力。 铸型的导热性↑、比热容↑→ 激冷作用↑→ 充型能力↓
铸型的温度；铸型的温度↑→ 充型能力↑ 铸型中的气体：阻碍金属液的流动↑→ 充型能力↓ 铸件结构对充型能力有着相当的影响。
3 提高充型能力的措施： 设计铸件时，尽量选用流动性好的合金； 提高浇注温度，加高直浇道，扩大内浇口截面积； 烘干铸型，增大出气口； 改进铸件结构。
浇注温度： 温度↑ → 充型能力↑
适宜的浇注温度：铸铁 1230～1380℃
铸钢 1520～1620 ℃
充型压力（直浇道高度）：
铝合金 680～780 ℃
提高充型压力或增加直浇道高度可有效地提高充型能力。
直浇道高度应大于200mm。
浇注系统结构：浇注系统越复杂，流动阻力越大，充型能力下降。
铸型条件对充型能力有着显著的影响；
c 合金的物理性能：粘度↑ 、结晶潜热↓ 、导热系数↑ →流动性 ↓ 。 （二）合金的充型能力
1 充型能力：合金充满型腔，形成轮廓清晰、形状正确的优质铸件的能力。 2 影响充型能力的因素： 流动性；浇注条件；铸型条件；铸件结构。 流动性对充型能力的影响最大，流动性越好，充型能力越强； 浇注条件对充型能力有着决定性的影响： 浇注温度： 充型压力（直浇道高度）； 浇注系统结构。