铸件均衡凝固技术及其应用
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▪ 中性热节
▪ 接触热节的防止和消除
1）冒口不要放在几何热节上，离开热节， 又要靠近热节，使即防止热干扰又保证补缩；
2）用侧冒口代替顶冒口，如压边冒口、飞 边冒口、耳冒口等。避免采用圆柱形、方形 和腰圆形顶冒口；
3）在冒口下面、铸件的侧面安放冷铁，冒 口补缩，冷铁消除接触热节（图1-7）；
4）将冒口颈作成中性棒体尺寸；
5）从中性尺寸开始缩小冒口颈，加大冒口 体。
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第三节 灰/球铁补缩方式的微观过程 分析——均衡凝固过程的微观机理
铸铁件的树枝 晶凝固与收缩
铸铁件补缩 方式分析
铸铁件的自 补缩方式
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——控制压力冒口计算（图3-5-29） 冒口有效体积大于铸件所需补缩体积来校
核（图3-5-30）。 ——控制压力冒口颈计算：Mn=0.67Mr
——控制压力冒口补缩距离：与传统冒口补缩 概念不同，不是表明由冒口把铁液输送到铸 件的凝固部位，而是表明由凝固部位向冒口 回填铁液，能输送多大距离（图3-5-31）
控制压力冒口对湿砂型来说，只适合球 铁件模数<0.48cm，灰铁件模数<0.75cm的铸件， 如果模数再大就会出现铸件膨胀压力超过铸型 承受能力而使铸件涨大变形，产生缩松的现象。 所以控制压力冒口要求用干型、自硬型等强度 高的铸型。
——直接实用冒口体积计算
度共的晶体成收分缩铸率铁ε液液，，可从表浇示注为温度tp冷却至共晶温
返回
适用于湿型中铸造模数0.48~2.5cm的球铁件; 模数0.75~2.0cm的灰铁件，要求硬度>85。
计算冒口时用恒定的收缩膨胀值。用经 验曲线计算。 结论：如果铸铁的收缩膨胀值是均一恒定的， 则可以进行有规律的计算，但实际情况如何 呢？
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• 铸铁件收缩和补缩的特点
实验表明（教材pp1，图1-1)，铸铁件体收 缩不仅与合金化学成分、浇注温度有关， 还依赖于冷却速度，而冷却速度的表现是 铸件结构和壁厚、铸型条件。可以发现的 规律是：
固过程的微观机理 ➢铸铁件均衡凝固工艺原则
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第一节 均衡凝固理论基本思想分 析—冒口的大小
• 传统灰铸铁/球铁件的冒口设计方法分析 • 铸铁件收缩和补缩的特点
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• 传统灰铸铁/球铁件的冒口设计方法分析 传统灰铸铁/球铁件的冒口设计方法主要有： 类似铸钢冒口的模数法、直接实用冒口、控 制压力冒口。
4）各种合金铸件的收缩膨胀叠加图
5）从胀-缩动态曲线可知：铸件冷却凝 固至均衡点P之前，必须靠外部补缩，到 达P点之后，不需要补缩了。所以
AP
M AP K AP
2
r AP
则建立Mr与MAP之间的关系即可——有 限补缩。
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第二节 接触热节——冒口的位置
• 接触热节的产生 • 中性热节 • 接触热节的防止和消除
共晶铁液：
液 液℃ tp/℃ 1150 90 30 4.3tp/℃ 1150 106
碳当量CE=3.6的铸铁，共晶前先析出30%的奥 氏体，液态铁向奥氏体转变收缩率为3%，则体 收缩率增加30%×3%＝0.9%,则
液 90 30 4.3 tp /℃ 1150 106 0.9102
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▪ 接触热节的产生
取上图中平板铸件边长130mm，厚度25mm， 改变圆柱形冒口直径，在湿砂型条件下测定 不同位置的凝固时间如表1-3。
结论：1. 传统冒口设计取冒口直径为几 何热节的1.5倍，实际是增大了冒口根部 的热节圆；2. 即使冒口有斜度，但也存 在根部上附近部分直径小于根部直径的 危险性，造成根部容易产生缩孔、缩松 缺陷。
1）铸铁件的收缩值不是铸铁合金材料的收
缩值，而是一个变化量。铸铁合金材料的
体收缩是用标准小试样测定的，而铸件的
真实收缩的定量数据是无法测量的，因为
铸件不同部位冷却速度不同，收缩膨胀情
况不同；
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2）冷却速度大，体收缩大，越需要补缩；
3）在一般砂型铸造条件下，越是薄小件， 收缩值越大，越要强调补缩；越是厚大件， 收缩有减小的趋势。表明大件却要小冒口 补缩，与铸钢件相反（图1-4）。
铸件均衡凝固技术 及其应用
主讲：河北工业大学材 料加工与控制系 李日
铸件均衡凝固技术及其应用
➢第一章 铸铁件均衡凝固理论及相应的冒 口设计技术
➢第二章 铸铁件冒口补缩设计及应用 ➢第四章 浇注系统大孔出流理论与设计
第wenku.baidu.com章 铸铁件均衡凝固理论及相 应的冒口设计技术
➢均衡凝固理论基本思想分析—冒口的大小 ➢接触热节——冒口的位置 ➢灰/球铁补缩方式的微观过程分析——均衡凝
问题：那么如何设计灰/球铁件的冒口呢？ 如何寻找其补缩的定量规律呢？
• 铸铁件的宏观收缩与膨胀的规律
1）铸钢件冒口是补缩哪部分收缩呢？A.铸件 缩尺已将固体收缩考虑在内；B.冒口补缩的 是液态收缩和凝固收缩；
2）铸铁件冒口也可以一锅端，全保险，忽略 石墨化膨胀，即传统模数法；
3）但可以仔细研究整体铸件的宏观凝固规律， 寻找更好的冒口计算方法—收缩与膨胀动态 叠加曲线（图1-2）。
实际铁液补缩量见图3-5-30。
——直接实用冒口颈计算
Mn M
s
tp
t p 1150℃ 1150℃
L c
——直接实用冒口位置（模数—体积份额图）
3）控制压力冒口根据铸铁合金的收缩膨胀曲 线，考虑了铸型的承压能力来设计冒口，其 原理如图3-5-27、3-5-28，目的是既要消除缩 松，又要避免铸件胀大变形。
1）用类似铸钢冒口的模数法来设计铸铁冒 口，忽略石墨化膨胀，设计出的冒口偏大， 出品率很低，而且出现了越补越缩的现象， 所以要寻求新的更好的方法。
2）直接实用冒口是根据铸铁合金的凝固过 程的收缩膨胀特性来计算冒口（如图3-5-20）。
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该种冒口是补缩铸件的液态（一次）收缩，当 液态收缩终止或体积膨胀开始时，让冒口颈及 时冻结。计算冒口时用液态收缩值，并认为该 值是不变的。
——冒口位置和数目：冒口应安放在模数大的 部位。复杂铸件可按铁液输送距离和模数-体 积份额图决定冒口位置和数目（图3-5-32）。
若M2/M1>0.8 ，则分体1可通过分体2把多 余铁水输送给安放在分体3上的冒口内，这时 只需要安放一个冒口；
若 M2/M1>0.8 ，则要在分体1、3上分别 安放冒口。
▪ 中性热节
▪ 接触热节的防止和消除
1）冒口不要放在几何热节上，离开热节， 又要靠近热节，使即防止热干扰又保证补缩；
2）用侧冒口代替顶冒口，如压边冒口、飞 边冒口、耳冒口等。避免采用圆柱形、方形 和腰圆形顶冒口；
3）在冒口下面、铸件的侧面安放冷铁，冒 口补缩，冷铁消除接触热节（图1-7）；
4）将冒口颈作成中性棒体尺寸；
5）从中性尺寸开始缩小冒口颈，加大冒口 体。
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第三节 灰/球铁补缩方式的微观过程 分析——均衡凝固过程的微观机理
铸铁件的树枝 晶凝固与收缩
铸铁件补缩 方式分析
铸铁件的自 补缩方式
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——控制压力冒口计算（图3-5-29） 冒口有效体积大于铸件所需补缩体积来校
核（图3-5-30）。 ——控制压力冒口颈计算：Mn=0.67Mr
——控制压力冒口补缩距离：与传统冒口补缩 概念不同，不是表明由冒口把铁液输送到铸 件的凝固部位，而是表明由凝固部位向冒口 回填铁液，能输送多大距离（图3-5-31）
控制压力冒口对湿砂型来说，只适合球 铁件模数<0.48cm，灰铁件模数<0.75cm的铸件， 如果模数再大就会出现铸件膨胀压力超过铸型 承受能力而使铸件涨大变形，产生缩松的现象。 所以控制压力冒口要求用干型、自硬型等强度 高的铸型。
——直接实用冒口体积计算
度共的晶体成收分缩铸率铁ε液液，，可从表浇示注为温度tp冷却至共晶温
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适用于湿型中铸造模数0.48~2.5cm的球铁件; 模数0.75~2.0cm的灰铁件，要求硬度>85。
计算冒口时用恒定的收缩膨胀值。用经 验曲线计算。 结论：如果铸铁的收缩膨胀值是均一恒定的， 则可以进行有规律的计算，但实际情况如何 呢？
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• 铸铁件收缩和补缩的特点
实验表明（教材pp1，图1-1)，铸铁件体收 缩不仅与合金化学成分、浇注温度有关， 还依赖于冷却速度，而冷却速度的表现是 铸件结构和壁厚、铸型条件。可以发现的 规律是：
固过程的微观机理 ➢铸铁件均衡凝固工艺原则
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第一节 均衡凝固理论基本思想分 析—冒口的大小
• 传统灰铸铁/球铁件的冒口设计方法分析 • 铸铁件收缩和补缩的特点
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• 传统灰铸铁/球铁件的冒口设计方法分析 传统灰铸铁/球铁件的冒口设计方法主要有： 类似铸钢冒口的模数法、直接实用冒口、控 制压力冒口。
4）各种合金铸件的收缩膨胀叠加图
5）从胀-缩动态曲线可知：铸件冷却凝 固至均衡点P之前，必须靠外部补缩，到 达P点之后，不需要补缩了。所以
AP
M AP K AP
2
r AP
则建立Mr与MAP之间的关系即可——有 限补缩。
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第二节 接触热节——冒口的位置
• 接触热节的产生 • 中性热节 • 接触热节的防止和消除
共晶铁液：
液 液℃ tp/℃ 1150 90 30 4.3tp/℃ 1150 106
碳当量CE=3.6的铸铁，共晶前先析出30%的奥 氏体，液态铁向奥氏体转变收缩率为3%，则体 收缩率增加30%×3%＝0.9%,则
液 90 30 4.3 tp /℃ 1150 106 0.9102
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▪ 接触热节的产生
取上图中平板铸件边长130mm，厚度25mm， 改变圆柱形冒口直径，在湿砂型条件下测定 不同位置的凝固时间如表1-3。
结论：1. 传统冒口设计取冒口直径为几 何热节的1.5倍，实际是增大了冒口根部 的热节圆；2. 即使冒口有斜度，但也存 在根部上附近部分直径小于根部直径的 危险性，造成根部容易产生缩孔、缩松 缺陷。
1）铸铁件的收缩值不是铸铁合金材料的收
缩值，而是一个变化量。铸铁合金材料的
体收缩是用标准小试样测定的，而铸件的
真实收缩的定量数据是无法测量的，因为
铸件不同部位冷却速度不同，收缩膨胀情
况不同；
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2）冷却速度大，体收缩大，越需要补缩；
3）在一般砂型铸造条件下，越是薄小件， 收缩值越大，越要强调补缩；越是厚大件， 收缩有减小的趋势。表明大件却要小冒口 补缩，与铸钢件相反（图1-4）。
铸件均衡凝固技术 及其应用
主讲：河北工业大学材 料加工与控制系 李日
铸件均衡凝固技术及其应用
➢第一章 铸铁件均衡凝固理论及相应的冒 口设计技术
➢第二章 铸铁件冒口补缩设计及应用 ➢第四章 浇注系统大孔出流理论与设计
第wenku.baidu.com章 铸铁件均衡凝固理论及相 应的冒口设计技术
➢均衡凝固理论基本思想分析—冒口的大小 ➢接触热节——冒口的位置 ➢灰/球铁补缩方式的微观过程分析——均衡凝
问题：那么如何设计灰/球铁件的冒口呢？ 如何寻找其补缩的定量规律呢？
• 铸铁件的宏观收缩与膨胀的规律
1）铸钢件冒口是补缩哪部分收缩呢？A.铸件 缩尺已将固体收缩考虑在内；B.冒口补缩的 是液态收缩和凝固收缩；
2）铸铁件冒口也可以一锅端，全保险，忽略 石墨化膨胀，即传统模数法；
3）但可以仔细研究整体铸件的宏观凝固规律， 寻找更好的冒口计算方法—收缩与膨胀动态 叠加曲线（图1-2）。
实际铁液补缩量见图3-5-30。
——直接实用冒口颈计算
Mn M
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t p 1150℃ 1150℃
L c
——直接实用冒口位置（模数—体积份额图）
3）控制压力冒口根据铸铁合金的收缩膨胀曲 线，考虑了铸型的承压能力来设计冒口，其 原理如图3-5-27、3-5-28，目的是既要消除缩 松，又要避免铸件胀大变形。
1）用类似铸钢冒口的模数法来设计铸铁冒 口，忽略石墨化膨胀，设计出的冒口偏大， 出品率很低，而且出现了越补越缩的现象， 所以要寻求新的更好的方法。
2）直接实用冒口是根据铸铁合金的凝固过 程的收缩膨胀特性来计算冒口（如图3-5-20）。
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该种冒口是补缩铸件的液态（一次）收缩，当 液态收缩终止或体积膨胀开始时，让冒口颈及 时冻结。计算冒口时用液态收缩值，并认为该 值是不变的。
——冒口位置和数目：冒口应安放在模数大的 部位。复杂铸件可按铁液输送距离和模数-体 积份额图决定冒口位置和数目（图3-5-32）。
若M2/M1>0.8 ，则分体1可通过分体2把多 余铁水输送给安放在分体3上的冒口内，这时 只需要安放一个冒口；
若 M2/M1>0.8 ，则要在分体1、3上分别 安放冒口。