第2章(2)常用的铸造合金48页PPT
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硫和磷是有害元素（S≤0.1~0.15%,P≤0.2）。 碳当量：CE = C + (Si+P)/3 %
CE =4.28% ，共晶成分； CE＜4.28% ，亚共晶成分； CE＞4.28% ，过共晶成分。
（2）冷却速度 同一铸件厚壁处为灰口组织，而薄壁处
模样的上半模和下半模未对好；合箱时， 上、下砂箱未对准。
铸件的结构不合理，壁厚相差太大；砂型 和砂芯的退让性差；落砂过早。
浇注温度太低；浇注速度太慢或浇注过 程曾有中断；浇注系统位置开设不当或浇道 太小。
浇注时金属量不够；浇注时液体金属从 分型面流出；铸件太薄；浇注温度太低；浇 注速度太慢。
同时凝固和定向凝固比较
定向凝固——用于收缩大或壁厚差距较大， 易产生缩孔的合金铸件，如铸钢、铝硅合金等。 定向凝固补缩作用好，铸件致密，但铸件成本 高，内应力大。
同时凝固——用于凝固收缩小的灰铸铁。 铸件内应力小，工艺简单，节省金属，组织不 致密。
⑷铸件的变形 对于厚薄不均匀、截面不对称及具有细长 特点的杆件类、板类及轮类等铸件，当残余铸 造应力超过铸件材料的屈服强度时，产生翘曲 变形。 用反变形法防止箱体、床身导轨的变形。
二、铸铁及工艺性能 铸铁是含碳量超过2.11%的铁碳合金。工业 用铸铁实际上是以Fe、C、Si为主要元素的多元 合金。 铸铁中碳的存在形式： 渗碳体——化合状态 石墨———游离状态
铸铁分类：白口铸铁 灰口铸铁 麻口铸铁
灰铸铁 （片状石墨） 可锻铸铁（团絮状石墨） 球墨铸铁（球状石墨）
（一）铸铁的石墨化 1、石墨化过程 石墨化——铸铁中析出石墨的过程。 石墨化形式：缓慢冷却时，L(A) → 石墨 加热时， Fe3C → 石墨 因此石墨是稳定相，是亚稳定相。 石墨是碳的一种结晶形态，具有六方晶
2、影响石墨化的因素 （1）化学成分
碳和硅是强烈促进石墨化元素。碳是石墨的基础， 硅促进石墨析出(C:2.7~3.6%, Si:1.1~2.5%)。碳和硅含 量高时，石墨量多、尺寸大、铁素体多，因此强度、硬 度低。
锰是微弱阻止石墨化元素，可促进珠光体基体形成， 提高铸铁强度和硬度(Mn : 0.4~1.2%)。
⑸铸件的裂纹
铸钢件热裂纹（防止办法：改善型芯的退 让性，大的型芯制成中空的或内部填以焦碳）
轮形铸件的冷裂（防止办法：减少铸件应 力的各项措施，降低合金的脆性）
常见的铸件缺陷及产生原因
型砂含水过多，透气性差；起模和修型 时刷水过多；砂芯烘干不良或砂芯通气孔堵 塞；浇注温度过低或浇注速度太快等。
导给铸型的热量多使金属液冷却速度减慢，都能提 高流动性。但是，浇注温度太高使铸件容易产生气 孔、缩孔，并易产生粘砂、夹砂等缺陷。因此，在 保证流动性的前提下，浇注温度不宜过高。
提高直浇道高度、增加充型静压力、降低铸型 导热系数(如用干型代替湿型)、提高铸型温度、提 高型砂透气性和开设出气冒口以降低气体阻力、简 化浇注系统和增大内浇道截面、减少金属液流动阻 力等，都可以提高合金的流动性。
C、铸件结构 铸件壁厚>最小允许壁厚
2．合金的收缩
⑴收缩的概念 收缩是铸件中的缩孔、缩松、变形和开裂 等缺陷产生的原因。 收缩的三个阶段：
液态收缩 形成缩孔、缩松（体收缩率）
凝固收缩 固态收缩 ——产生变形和裂纹（线收缩率）
几种铁碳合金的体积收缩率
合金种类 含碳 浇注 液态 凝固 固态收 总体积 线收缩率 量(%) 温度 收缩 收缩 缩 收缩(%) (%) (℃) (%) (%) (%)
1．合金的流动性
铸造时液态金属充填铸型的能力，称为流 动性。
流动性好的合金： ①易于浇注出轮廓清晰、薄而复杂的铸件； ②有利于非金属夹杂物和气体的上浮和排 除； ③易于补缩及热裂纹的弥合。 合金的流动性是以螺旋形流动试样的长度 来衡量。试样越长，流动性越好。
合金的流动性是以螺旋形流动试样的长度来衡量。 试样越长，流动性越好。
碳素铸钢 0.35 1610 1.6 3.0 7.86 12.46 1.38-2.0 白口铸铁 3.0 1400 2.4 4.0 5.4-6.3 12-12.9 1.35-2.0 灰铸铁 3.5 1400 3.5 0.1 3.3-4.2 6.9-7.8 0.8-1.0
⑵铸件的缩孔和缩松 缩孔的形成： 纯金属或共晶成分的合金易形成缩孔。 缩松的形成： 结晶温度范围大的合金易形成缩松。
铸件结构不合理，如壁厚相差过大大，造 成局部金属积聚；浇注系统和冒口的位置不对， 或冒口过小；浇注温度太高，或金属化学成分 不合格，收缩过大。
型砂和芯砂的强度不够；砂型和砂芯的紧 实度不够；合箱时铸型局部损坏浇注系统不合 理，冲坏了铸型。
型砂和芯砂的耐火性不够；浇注温度太高； 未刷涂料或涂料太薄。
源自文库
影响合金流动性的因素 a、合金性质方面 纯金属、共晶合金流动性好。（恒温下结 晶，凝固层内表面光滑） 亚、过共晶合金流动性差。（在一定温度 范围内结晶，凝固层内表面粗糙不平）
b、铸造工艺条件 凡是减小合金流动阻力、延长凝固时间的因素， 都可以提高流动性。 适当提高浇注温度，延长凝固时间，金属液传
格。原子呈层状排列，同一层面上的碳原子呈共 价键，结合力强；层与层之间呈分子键，结合力 弱。因此，石墨结晶形态常易发展为片状，强度、 硬度、塑性极低。
石墨是碳的一种结晶形态，具有六方晶格。 原子呈层状排列，同一层面上的碳原子呈共价 键，结合力强；层与层之间呈分子键，结合力 弱。因此，石墨结晶形态常易发展为片状，强 度、硬度、塑性极低。
缩孔和缩松的防止： 定向凝固——在铸件可能出现缩孔的厚大 部位，通过增设冒口或冷铁等工艺措施，使铸 件上远离冒口的部位先凝固，尔后是靠近冒口 的部位凝固，冒口本身最后凝固。 结果——铸件各部分的凝固收缩均能得到 液态金属的补充，而将缩孔转移到冒口之中。
⑶铸造应力 铸造内应力有热应力和机械应力，是铸件 产生变形和开裂的基本原因。 热应力的形成——热胀冷缩不均衡 机械应力的形成——收缩受阻 减少和消除应力的措施： 结构上——壁厚均匀，圆角连接，结构对 称。 工艺上——同时凝固，去应力退火。
CE =4.28% ，共晶成分； CE＜4.28% ，亚共晶成分； CE＞4.28% ，过共晶成分。
（2）冷却速度 同一铸件厚壁处为灰口组织，而薄壁处
模样的上半模和下半模未对好；合箱时， 上、下砂箱未对准。
铸件的结构不合理，壁厚相差太大；砂型 和砂芯的退让性差；落砂过早。
浇注温度太低；浇注速度太慢或浇注过 程曾有中断；浇注系统位置开设不当或浇道 太小。
浇注时金属量不够；浇注时液体金属从 分型面流出；铸件太薄；浇注温度太低；浇 注速度太慢。
同时凝固和定向凝固比较
定向凝固——用于收缩大或壁厚差距较大， 易产生缩孔的合金铸件，如铸钢、铝硅合金等。 定向凝固补缩作用好，铸件致密，但铸件成本 高，内应力大。
同时凝固——用于凝固收缩小的灰铸铁。 铸件内应力小，工艺简单，节省金属，组织不 致密。
⑷铸件的变形 对于厚薄不均匀、截面不对称及具有细长 特点的杆件类、板类及轮类等铸件，当残余铸 造应力超过铸件材料的屈服强度时，产生翘曲 变形。 用反变形法防止箱体、床身导轨的变形。
二、铸铁及工艺性能 铸铁是含碳量超过2.11%的铁碳合金。工业 用铸铁实际上是以Fe、C、Si为主要元素的多元 合金。 铸铁中碳的存在形式： 渗碳体——化合状态 石墨———游离状态
铸铁分类：白口铸铁 灰口铸铁 麻口铸铁
灰铸铁 （片状石墨） 可锻铸铁（团絮状石墨） 球墨铸铁（球状石墨）
（一）铸铁的石墨化 1、石墨化过程 石墨化——铸铁中析出石墨的过程。 石墨化形式：缓慢冷却时，L(A) → 石墨 加热时， Fe3C → 石墨 因此石墨是稳定相，是亚稳定相。 石墨是碳的一种结晶形态，具有六方晶
2、影响石墨化的因素 （1）化学成分
碳和硅是强烈促进石墨化元素。碳是石墨的基础， 硅促进石墨析出(C:2.7~3.6%, Si:1.1~2.5%)。碳和硅含 量高时，石墨量多、尺寸大、铁素体多，因此强度、硬 度低。
锰是微弱阻止石墨化元素，可促进珠光体基体形成， 提高铸铁强度和硬度(Mn : 0.4~1.2%)。
⑸铸件的裂纹
铸钢件热裂纹（防止办法：改善型芯的退 让性，大的型芯制成中空的或内部填以焦碳）
轮形铸件的冷裂（防止办法：减少铸件应 力的各项措施，降低合金的脆性）
常见的铸件缺陷及产生原因
型砂含水过多，透气性差；起模和修型 时刷水过多；砂芯烘干不良或砂芯通气孔堵 塞；浇注温度过低或浇注速度太快等。
导给铸型的热量多使金属液冷却速度减慢，都能提 高流动性。但是，浇注温度太高使铸件容易产生气 孔、缩孔，并易产生粘砂、夹砂等缺陷。因此，在 保证流动性的前提下，浇注温度不宜过高。
提高直浇道高度、增加充型静压力、降低铸型 导热系数(如用干型代替湿型)、提高铸型温度、提 高型砂透气性和开设出气冒口以降低气体阻力、简 化浇注系统和增大内浇道截面、减少金属液流动阻 力等，都可以提高合金的流动性。
C、铸件结构 铸件壁厚>最小允许壁厚
2．合金的收缩
⑴收缩的概念 收缩是铸件中的缩孔、缩松、变形和开裂 等缺陷产生的原因。 收缩的三个阶段：
液态收缩 形成缩孔、缩松（体收缩率）
凝固收缩 固态收缩 ——产生变形和裂纹（线收缩率）
几种铁碳合金的体积收缩率
合金种类 含碳 浇注 液态 凝固 固态收 总体积 线收缩率 量(%) 温度 收缩 收缩 缩 收缩(%) (%) (℃) (%) (%) (%)
1．合金的流动性
铸造时液态金属充填铸型的能力，称为流 动性。
流动性好的合金： ①易于浇注出轮廓清晰、薄而复杂的铸件； ②有利于非金属夹杂物和气体的上浮和排 除； ③易于补缩及热裂纹的弥合。 合金的流动性是以螺旋形流动试样的长度 来衡量。试样越长，流动性越好。
合金的流动性是以螺旋形流动试样的长度来衡量。 试样越长，流动性越好。
碳素铸钢 0.35 1610 1.6 3.0 7.86 12.46 1.38-2.0 白口铸铁 3.0 1400 2.4 4.0 5.4-6.3 12-12.9 1.35-2.0 灰铸铁 3.5 1400 3.5 0.1 3.3-4.2 6.9-7.8 0.8-1.0
⑵铸件的缩孔和缩松 缩孔的形成： 纯金属或共晶成分的合金易形成缩孔。 缩松的形成： 结晶温度范围大的合金易形成缩松。
铸件结构不合理，如壁厚相差过大大，造 成局部金属积聚；浇注系统和冒口的位置不对， 或冒口过小；浇注温度太高，或金属化学成分 不合格，收缩过大。
型砂和芯砂的强度不够；砂型和砂芯的紧 实度不够；合箱时铸型局部损坏浇注系统不合 理，冲坏了铸型。
型砂和芯砂的耐火性不够；浇注温度太高； 未刷涂料或涂料太薄。
源自文库
影响合金流动性的因素 a、合金性质方面 纯金属、共晶合金流动性好。（恒温下结 晶，凝固层内表面光滑） 亚、过共晶合金流动性差。（在一定温度 范围内结晶，凝固层内表面粗糙不平）
b、铸造工艺条件 凡是减小合金流动阻力、延长凝固时间的因素， 都可以提高流动性。 适当提高浇注温度，延长凝固时间，金属液传
格。原子呈层状排列，同一层面上的碳原子呈共 价键，结合力强；层与层之间呈分子键，结合力 弱。因此，石墨结晶形态常易发展为片状，强度、 硬度、塑性极低。
石墨是碳的一种结晶形态，具有六方晶格。 原子呈层状排列，同一层面上的碳原子呈共价 键，结合力强；层与层之间呈分子键，结合力 弱。因此，石墨结晶形态常易发展为片状，强 度、硬度、塑性极低。
缩孔和缩松的防止： 定向凝固——在铸件可能出现缩孔的厚大 部位，通过增设冒口或冷铁等工艺措施，使铸 件上远离冒口的部位先凝固，尔后是靠近冒口 的部位凝固，冒口本身最后凝固。 结果——铸件各部分的凝固收缩均能得到 液态金属的补充，而将缩孔转移到冒口之中。
⑶铸造应力 铸造内应力有热应力和机械应力，是铸件 产生变形和开裂的基本原因。 热应力的形成——热胀冷缩不均衡 机械应力的形成——收缩受阻 减少和消除应力的措施： 结构上——壁厚均匀，圆角连接，结构对 称。 工艺上——同时凝固，去应力退火。