课件 铸造典型案例与习题作业

铸造

以某零件为例：

零件说明：

（1）压盖材料HT200

（2）工艺分析与设计：铸造、机加工、塑性成形铸造生产过程：

一、材料

1.1 材料分析：HT200

HT200是灰铸铁的牌号，HT代表灰口铸铁,HT是灰色铸铁汉语拼音的缩写，灰铸铁HT200表ø30试样的最低抗拉强度200MPa.

材料硬度：163~255HB。抗拉强度和塑性低，但铸造性能和减震性能好。

化学成分：C: 3.1~3.5% Si:1.8~2.1% Mn:0.7~0.9% P<0.15% S≤0.12%

应用：主要用来铸造汽车发动机汽缸、汽缸套、车床床身等承受压力及振动部件。

二、工艺原理（及铸造合金的铸造性能）

2.1 充型能力

（1）概念：指液态金属充满铸型，获得形状完整、轮廓清晰铸件的能力。

（2）提出问题：怎样评价铸造合金充型能力的好坏？HT200

（3）分析问题：从材料、工艺、设备与工装三方面进行考虑。

材料：合金的流动性。

工艺：浇注温度：液相线以上100-150℃。

工艺：浇注压力：重力

铸型：铸型材料、铸型温度

根据铁碳合金相图

2.2 合金的收缩性、缩孔、缩松、应力、变形、裂纹

2.2.1 收缩

（1）概念：铸件在凝固和冷却过程中，体积和尺寸缩小的现象。

（2）合金的三个收缩阶段：1）液态收缩2）凝固收缩3）固态收缩

（3）收缩的作用与影响：

液态收缩和凝固收缩是缩孔或缩松形成的基本原因。

固态收缩是铸造应力、变形、裂纹产生的基本原因。

（4）收缩率：HT200收缩率：体积5~8%，线收缩率：1%

2.2.2 缩孔与缩松

（1）概念：液态合金在液态收缩和凝固收缩中，若缩减容积得不到补足，则在铸件最后凝固的部位形成缩孔或缩松。

大而集中的孔洞称为缩孔。分散在铸件某区域内的细小而分散的孔洞，称为缩松。

（2）缩孔与缩松的位置

缩孔集中在铸件上部或最后凝固部位，容积较大，多呈倒圆锥形，内表面粗糙。

缩松在铸件某区域内内部，厚大部位、中心轴线附近。

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（3）防止缩孔和缩松的方法：采用“顺序凝固”补缩原则：

工艺：用冒口补充热节圆处的金属液体，用冷铁激冷远离冒口处的金属。使远离冒口的金属先凝固，而后是靠近冒口的金属凝固，冒口处的金属最后凝固，于是形成一条补缩通道。

HT200：

2.2.3 铸造内应力

（1）概念：铸件在固态收缩时受阻，会在铸件中产生“铸造内应力”。

（2）作用：铸造内应力是铸件产生变形和裂纹的基本原因。

（3）分类：根据形成原因不同，可分为热应力、相变应力和机械应力三种。（4）热应力：

热应力的概念：铸件各部分壁厚不均匀，冷却速度不同，同一时期的收缩不一致，导致产生热应力。

热应力分布：一般先行收缩的簿壁部分产生压应力，较慢收缩的厚壁部分产生拉应力。

（5）机械应力：

概念：铸件冷却到弹性状态后，由于受到铸型、型芯、浇冒口等的机械阻碍而产生应力。

性质：机械应力一般都是拉应力，且是一种临时应力，当约束消除后会逐渐释放而消除。

（6）减小和消除铸造应力的方法：

（1）采用同时凝固原则

工艺：将浇口开在薄壁处，使薄壁处升温较厚壁处高，以减缓冷速；可在厚壁处安放冷铁，增快厚壁处的冷速，这样可减少铸件各个部位间的温度差，使其均匀地冷却。

HT200：同时凝固原则主要用于灰铸铁、锡青铜等。

（2）在造型工艺上，采取相应措施，减小铸造应力。改善铸型、型芯的退让性，合理设置浇口、冒口等。

（3）在铸件结构上，尽量避免牵制收缩的结构，使铸件各部分能自由收缩。壁厚均匀、壁和壁之间连接均匀、热节小而分散的结构，可减少铸造应力。

（4）去应力退火。可减小或消除残余铸造应力。

HT200退火方式：去应力处理（加温到550º~626，保温3~6h，随炉至室温出炉）

2.2.4 铸件的变形

（1）定义：铸造应力重新分布使铸件变形。

（2）变形方式：簿壁部分产生压应力，较慢收缩的厚壁部分产生拉应力。因此，在变形中，厚壁由于受拉往往有内凹的变形趋势，薄壁由于受压往往有外凸的变形趋势。

2.2.5 裂纹

（1）概念：铸件内应力超过金属的强度极限时，铸件便产生裂纹。

（2）分类：裂纹可分为热裂和冷裂两种。

（3）热裂纹：在凝固末期的高温下形成的裂纹，断口毛糙不平，裂纹短而缝隙大，形状曲折，缝内呈氧化色。

导致热裂的主要因素有：合金的结晶温度范围宽，含硫量高易热脆，铸型尤其是型芯的退让性差等。

【铸件凝固的方法有很多种。铸件在凝固的过程中，其断面上一般分为三个区: 1—固相区2—凝固区3—液相区

对凝固区影响较大的是凝固区的宽窄，依此划分凝固方式。

第一，中间凝固：大多数合金的凝固介于逐层凝固和糊状凝固之间。

第二，逐层凝固: 纯金属，共晶成分合金在凝固过程中没有凝固区，断面液，固两相由一条界限清楚分开，随温度下降，固相层不断增加，液相层不断减少，直达中心。

第三，糊状凝固：合金结晶温度范围很宽，在凝固某段时间内，铸件表面不存在固体层，凝固区贯穿整个断面，先糊状，后固化。

合金的结晶温度范围小，凝固区窄，愈倾向于逐层凝固。如: 砂型铸造，低碳钢逐层凝固，高碳钢糊状凝固。】

（4）冷裂纹：大多发生在固态收缩后期低温下形成的裂纹，裂纹较长，缝隙小，呈连续直线状或圆滑曲线，裂口表面干净，具有金属光泽或轻微氧化色。

导致冷裂的主要因素有：形状复杂的大件受拉应力部位和应力集中处易发生，含磷量高易冷脆，材料塑性差等。

（5）防止裂纹的措施

尽量使铸件的壁厚均匀，以减少其热应力；

在工艺上要特别注意芯砂的容让性，尽量减少机械应力；

控制硫、磷的含量，降低材料的热脆性和冷脆性。

2.3 气孔与偏析

（1）气孔：按形成气孔的气体来源，气孔可分为侵入气孔、析出气孔、反应气孔三种。

（2）偏析：合金中化学成分的不均匀现象称为偏析。

铸造中，合金的偏析主要有晶内偏析和比重偏析两种。

晶内偏析：晶粒内部化学成分不均匀。晶内偏析的现象在铸钢锭中最为显著，先结出的晶轴较之后结晶的部分含碳量低、熔点高。

比重偏析：由合金组元的比重不同所引起。

如铅青铜中铜的比重为8.9g/cm3，铅为11.3g/cm3，在熔化中，铅总是倾向于