第一章 铸造成形工艺理论基础

温度↑→粘度↓过热度↑，保持 液态时间↑ →流动性好。 但过高→收缩增大，吸气增多， 氧化严重→缩孔、缩松、气孔、粘 砂等。
控制浇注温度： 灰铸铁：1200~1380℃ 铸 铜：1520~1620℃ 铝合金：680~780℃
（2）浇注压力
压力愈大，流动性愈好。 增加直浇口高度； 采用压力铸造、离心铸造。
第一篇 金属的铸造成形工艺 第一章 铸造成形工艺理论基础 本章学习目的是掌握铸造成形 工艺的特点及铸造的工艺性。 掌握影响铸造成形工艺性的主 要因素；
熟悉流动性、缩孔和缩松、应 力和变形的概念及影响因素；
了解铸件缺陷产生的原因及防 止方法。 重点：铸造工艺性及影响因素。 难点：铸件缺陷产生的原因。
① 热应力
由于铸件的壁厚不均匀，各部分冷 却速度不同，以致在同一时期内铸 件各部分收缩不一致而引起的。
热应力形成过程：三个阶段
应力框的冷却曲线：
a.热应力的性质：
铸件缓冷处（厚壁或心部）受拉伸；
快冷处（薄壁或表层）受压缩。
b.影响铸件热应为的因素：
冷却时各处的温差越大；
顺序凝固愈明显；
②缩松
分散在铸件某区域内的细小缩孔。 当容积相同时，缩松的分布面积比 缩孔大得多。
宏观缩松：肉眼或放大镜可见。 显微缩松：显微镜观察到。
（2）缩孔和缩松的防止
① 缩孔的防止 采用冒口和冷铁，控制铸件顺序凝固 即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，使远离冒口部 位先凝固，靠近冒口 部位次凝固，冒口本 身最后凝固。
固态收缩ε固：凝固→室温间收缩。
总收缩：ε总=ε液+ε凝+ε固
体收缩→产生缩孔、缩松； 线收缩→产生内应力、变形、裂纹。 常用铸造合金中铸钢收缩率最高；
灰铸铁收缩率最小，因为内部的石
墨析出，体积膨胀。
2．影响合金收缩的因素
1)化学成分 碳素钢随含碳量增加，凝固收缩增 加，而固态收缩略。 灰铸铁中，碳、硅含量增加，收缩 率减小。硫阻碍石墨的析出，使铸铁 的收缩率增大。适量的锰可与硫合成 MnS，抵硫对石墨的阻碍作用，使收缩 率减小。
或加大结晶压力，破碎枝晶， 流动性好。
4．铸造内应力、变形和裂纹
定义：铸件在凝固之后的继续冷却
过程中，因其固态收缩若受到阻碍， 在铸件内部产生了内应力，并一直 保留到室温，称残余内应力。
危害：铸造内应力是铸件产生变形
和裂纹的基本原因。
1）内应力的形成
按内应力产生的原因，可分为热应 力和机械应力。
二、合金的收缩性
1．合金收缩的概念
定义：合金从浇注、凝固直至冷却 到室温的过程中，其体积或尺寸缩减 的现象。
危害：收缩控制不好，易产生缩孔、 缩松、应力、变形和裂纹。
收缩过程：
液态收缩ε液：从浇注温度（T浇）
到凝固开始温度（T液）间收缩； 凝固收缩ε凝：凝固开始到凝固终了
温度间收缩；
指液态合金本身的流动能力， 它是合金主要的铸造性能。
流动性愈强，愈便于浇铸出轮 廓清晰、薄而复杂的铸件。 有利于非金属夹杂物和气体的 上浮与排除。
有利于对收缩进行补缩。
流动性不好→浇不足、冷隔。
流动性的测定：
“螺旋形试样”。 流动性愈好，浇出 的试样愈长。 灰铸铁、硅黄铜最 好，铝合金次之，铸 钢最差。
3．铸件中的缩孔和缩松
（1）缩孔和缩松的形成
液态合金在冷凝过程中，若其液态 收缩和凝固收缩所缩减的容积得不 到补足，则在铸件最后凝固的部位 形成一些孔洞。 按照孔洞的大小和分布，可将其分 为：缩孔和缩松。
①缩孔
集中在铸件上部或最后凝固的部位 容积较大的孔洞。
缩孔多呈倒圆锥形，内表面粗 糙，通常隐藏在铸件的内层， 但在某些情况下，可暴露在铸 件的上表面，呈明显凹坑。 纯金属、共晶成分合金易形成。
“反变形法”：统计铸件变形规律基 础上，在模型上预先作出相当于铸件 变形量的反变形量，以抵消铸件的变 形。用于长而易变形的工件。
3）铸件的裂纹与防止
当铸件的内应力超过金属的强度 极限时，铸件便产生裂纹。 是严重缺陷，导致报废。
热裂：在高温下产生的裂纹；裂
纹短，缝隙宽、形状曲折、缝内呈 氧化色。
是在一定温度范围的逐步凝固，即 经过液、固并存的两相区。
初生的“树枝状”晶体，使已结晶 固体层的表面粗糙。 故流动性变差。
③合金对金属液粘度的影响
P→铸铁凝固温度、粘度↓→ 流动性好；但引起冷脆性（性能 要求不高的小件）。 S→MnS→内摩擦→ 粘度↑→ 流动性↓
2）浇注条件
（1）浇注温度
3）铸型充填条件
（1）铸型的蓄热能力
铸型材料的导热系数和比热愈大， 对液态合金的“激冷”能力愈强，流 动性差。
如金属型比砂型铸造更容易产生浇 不足等缺陷。
（2）铸型中气体
在金属液的热作用下，型腔中气体
膨胀，腔中气体压力增大→流动性 差（阻力大）。
改善措施：使型砂具有良好的透
气性，远离浇口最高部位开设气口。
冷裂：在低温下形成的裂纹；
裂纹细小，呈连续直线状，缝 内有金属光泽或轻微氧化色。
防止热裂： 选择凝固温度范围小，热裂 倾向小的合金，提高型砂和芯 砂的退让性，控制含S，防热脆。 防止冷裂： 减小内应力，控制含P量， 浇注之后，勿过早打箱。
三、合金的吸气性
液态合金吸入了气体，若不能逸 出→气孔缺陷，破坏了金属的连续 性，减少了承载的有效面积→应力 集中→降低机械性能（冲击韧性， 疲劳强度）； 弥散性气孔还可使显微缩松的形 成，降低铸件的气密性。
这样，先凝固部位的收缩，由后 凝固部位的金属液来补充；后凝 固部位的收缩，由冒口的金属液 来补充→使铸件各部位收缩均能 得到补充。 缩孔移到冒口中除掉。
形状复杂有多个热节：冒口+冷铁”。 外冷铁：重复使用。 内冷铁：不重要铸件（熔合于铸件）。
② 缩松的防止
热节处要放冷铁；
或在局部砂型表面涂“激冷” 涂料，加大冷却速度；
按气体来源，气孔可分为： 侵入气孔： 砂型和型 芯中气体侵入 金属液中而形 成的气孔。
析出气孔
双原子气体随 温度降低溶解度下 降，呈过饱和状态 以气泡形式从金属 液中析出（铝合金 中最多见）；
反应气孔：液态金属与铸型材
料、芯撑、冷铁或溶渣之间发生 化学反应产生气体而形成气孔。
四、偏析
比重偏析； 成分偏析。
五、其它：
粘砂夹砂； 胀砂与掉砂； 渣孔。
结 束
合金的固态收缩率越大； 弹性模量愈大；
热应力愈大。
c.预防热应力的基本途径：
减少铸件各部分的温度差，使其 均匀冷却。
□主要措施：
E小、壁厚均 匀、控制各部位同 时凝固。
② 机械应力（收缩应力）
合金的线收 缩受到铸型或 型芯机械阻碍 而形成的应力。
使铸件产生拉伸或剪切应力（暂 时的），落砂后，内应力便消除。
百度文库
机床、内燃机中铸件70~80%；
农业机械40~70%。
4.但铸造生产过程较复杂，废品 率一般较高，易出现浇不足， 缩孔，夹渣、气孔、裂纹等缺 陷。
二、铸造分类
砂型铸造：90%以上，成本低。 特种铸造： ① 熔模、金属型、压力、低压、 离心。 ② 质量、生产率高，成本也高。
§1-2 合金的铸造性能 铸造性能：合金的流动性、 收缩性、吸气性、偏析等。 一、合金的流动性 1．概念
在铸型中可与热应力共同起作用， 增大某些各部位的拉伸应力，产 生裂纹。
2）铸件的变形与防止
① 产生变形的原因：残余内应力 （厚的部分受拉伸，薄的部分压缩） →不稳定状态→自发地通过变形， 减缓内应力→稳定状态。 即，原受拉→产生压缩变形。 原受压→产生拉伸变形。
② 防止变形的措施：
结构上：壁厚均匀，形状对称； 工艺上：同时凝固，冷却均匀；
§1-1 概述
金属液态成形工艺：铸造、液态 冲压、液态模锻等。
铸造（最广泛）：将液态合金浇 注到与零件的形状、尺寸相适应 的铸型空腔中，使其冷却凝固， 得到毛坯或零件的成形工艺（生 产方法）。
一、特点
1．能制成形状复杂、特别是具有复杂内 腔的毛坯：
如阀体、泵体、叶轮、螺旋浆等。 2．铸件的大小几乎不受限制，重量从几 克到几百吨。 3．常用原材料来源广泛，价格低廉，成 本较低，其应用及其广泛。
2．影响合金流动性的因素
1）化学成分 ① 共晶成分合金
□结晶是在恒温下进行的；
□从表层逐层向中心凝固，已结晶的 固体层内表面比较光滑对金属液的阻 力较小。
□共晶成分合金的凝固温度最低。
合金的过热度（浇注温度与合 金熔点之温差）大，推迟了合 金的凝固。
故共晶成分合金的流动性最好。
②其它成分合金
2)浇注温度
浇注温度愈高，过热度愈大，合金 的液态收缩增加。
3)铸件结构
铸型中的铸件冷却时，因形状和尺 寸不同，各部分的冷却速度不同， 结果对铸件收缩产生阻碍。
4)铸型和型芯对铸件的收缩也产生机 械阻力 铸件的实际线收缩率比自由线收缩 率小。 因此设计模样时，应根据合金的种 类、铸件的形状、尺寸等因素，选 取适合的收缩率。