铸造理论复习题

何为铸造？熔炼金属，制造铸型，并将熔融金属浇入铸型，凝固后获得一定形状和性能铸件的成形方法，称为铸造。

铸造的特点：优点：1 .可以生产出形状复杂，特别是具有复杂内腔的零件毛坯，如各种箱体、床身、机架等。将原材料加工成接近产品最终形状尺寸，并保证其组织、性能符合要求，安全可靠。 2. 具有投资小、技术过程灵活性大和生产周期短，被广泛应用于机械制造、矿山冶金、交通运输、土建工程、电力电子、航空航天、国防军工等领域。缺点： 1. 铸件内部组织疏松、晶粒粗大，易产生缩孔、缩松、气孔等缺陷；而外部易产生粘砂、夹砂、砂眼等缺陷。因此，铸件的力学性能低，特别是冲击韧性，比同样材料锻件的力学性能低。2. 铸造工序多，且难以精确控制，使得铸件品质不够稳定。

铸造生产的主要工艺 :

铸型填充条件a）铸型的蓄热能力即铸型从金属液中吸收和储存热量的能力。铸型的热导率和质量热容越大，对液态合金的激冷作用越强，合金的充型能力就越差。b）铸

型温度提高铸型温度，可以降低铸型和金属液之间的温差，进而减缓了冷却速度，可提高合金液的充型能。c）铸型中的气体铸型中气体越多，合金的充型能力就越差。

铸造应力按其产生的原因可分为三种： a）热应力铸件在凝固和冷却过程中，不同部位由于不均衡的收缩而引起的应力。 b）固态相变应力铸件由于固态相变，各部分体

积发生不均衡变化而引起的应力。 c）收缩应力铸件在固态收缩时，因受到铸型、型芯、浇冒口、箱挡等外力的阻碍而产生的应力。铸件铸出后存在于铸件不同部位的内应力称为残留应力。

铸造应力的防止和消除措施a）采用同时凝固的原则同时凝固是指通过设置冷铁、布置浇口位置等工艺措施，使铸件温差尽量变小，基本实现铸件各部分在同一时间凝固。b）提高铸型温度 c）改善铸型和型芯的退让性 d）进行去应力退火

细化晶粒的措施概括为：1）添加晶粒细化剂，即向液体金属中引入大量形核能力很强的异质晶核，达到细化晶粒的目的。2）添加阻止生长剂以降低晶核的长大速度，使形核数量相对提高，获得细小的等轴晶组织。3）采用机械搅拌、电磁搅拌、铸型振动等物理方法，促使枝晶折断、破碎，使晶粒数量增多，尺寸减小。4）去除液相中的异质形核，抑制低过冷度下的形核，使合金液能够获得较大过冷度，从而使形核能够在瞬间进行。5）快速凝固，提高冷却速率，使液态金属在很大过冷度下突然大量形核，如喷射沉积技术等。

定向凝固技术:定向凝固技术:在凝固过程中，如果热流(散热)是单向的，又有足够的温度梯度，则新晶核的形成将受到限制，晶体便以柱状晶方式生长，且这种生长有一定

的晶体学取向，这就是定向凝固技术。

造型方法的选择:用造型混合料及模样等工艺装备制造铸型的过程称为造型。造型是砂型铸造的最基本工序，通常分为手工造型和机器造型两大类。

手工造型：手工造型是全部用手工或手动工具完成的造型工序。手工造型操作灵活、适应性广、工艺装备简单、成本低，但其铸件质量差、生产率低、劳动强度大、技术水

平要求高，所以手工造型主要用于单件小批生产，特别是重型和形状复杂的铸件。1. 手工造型方法分类1）根据砂型的不同特征，手工造型方法可分为：两箱造型、三箱

造型、脱箱造型、地坑造型、组芯造型；2）根据模样的不同特征，手工造型方法可分为：整模造型、分模造型、挖砂造型、假箱造型、活块造型、刮板造型。

机器造型

机器造型是指用机器全部完成或至少完成紧砂操作的造型工序。机器造型铸件尺寸精确、表面质量好、加工余量小，但需要专用设备，投资较大，适合大批量生产。1. 机器造型方法分类：常用的机器造型方法有：压实紧实、高压紧实、震击紧实、震压紧实、微震紧实、抛砂紧实、射压紧实、射砂紧实。2. 各种机器造型方法的主要特征及其适用范围

铸造工艺设计的内容:1铸造工艺图：用各种符号在零件上表明铸造工艺方案。如浇注位置、分型面、余量、斜度、收缩率、浇注系统、冒口、冷铁等。2 铸造工艺卡：说明造型、造芯、浇注、清理工艺过程及要求文件。3 合箱图：表示铸件在砂箱中的位置、型芯的安装，浇冒口与冷铁的安放、砂箱的结构与大小。

连续铸造简述过程：在连铸过程中，熔化的钢液连续的浇入水冷的激冷铸型（结晶器）中，在结晶器的激冷作用下，快速形成凝固壳层后从结晶器下方拉出。利用凝固壳层

的强度维持钢锭的外部形状，进而通过向钢锭表面喷水进行二次冷却，使钢锭在结晶器外完成凝固过程。结晶器通常为水冷铜模，为了防止凝固层与结晶器粘连而使钢锭拉裂，结晶器具有一定的锥度，并且需要施加振动。为了控制铸坯内部的中心偏析、缩孔缩松等缺陷，通常会施加凝固末端电磁搅拌、轻压下等外场控制措施。

连铸凝固过程通常要经历三个阶段：首先，在结晶器表面激冷作用下形成表面结晶区；随后，各个晶粒竞争生长并在近似一维的温度场控制下发生定向凝固，形成柱状晶；

在凝固后期，由于钢液过热热的散失和在液相区非自发形核的形成而发生等轴晶的凝固。在凝固进程中，铸坯表面温度、结晶器出口及各段坏壳厚度、液芯长度是连铸坏的

重要指标，主要由传热（冷却）条件决定。拉速、电磁搅拌位置、矫直位置与这些指标也密切相关。可以说，在连铸进程中，对传热条件的控制是连铸工艺控制的基础。

保护渣的冶金功能主要包括以下几点：1）对结晶器钢液面绝热保温：钢水表面上覆盖一层保护渣后，通过表面散失的热量大大减少，起到隔热保温的作用，避免了钢液的过热度降低。2）使钢液面不受空气二次氧化：保护渣将钢液与空气接触隔离开来，防止了钢液的二次氧化。3）吸收钢液中上浮的夹杂物：通过钢渣界面反应，将钢液中浮出的夹杂物吸收，起到净化钢液的作用。当然，在保护渣与钢中杂质发生反应后，其物性会发生一定的变化，但是选择良好的保护渣应当保证熔渣在吸收夹杂后，其粘度、凝

固温度、结晶性能等物性应相对稳定，以避免它们的急剧变化危害铸坯质量和连铸工艺的顺利进行。4）润滑运动的铸坯：在结晶器四周的弯月面处，由于结晶器的振动和坯壳与铜壁之间缝隙的毛细管作用，液渣被吸入并充满铜壁与坯壳的缝隙中形成渣膜。正常情况下，与坯壳接触的渣膜一侧，由于坯壳温度较高，渣膜具有足够的流动性，在

结晶器与坯壳之间起着良好的润滑作用，从而减少拉坯阻力，防止“粘结”现象的发生。5）均匀和调节凝固坯壳向结晶器的传热：在结晶器内由于坯壳收缩产生了气隙，使热阻增加。加入保护渣，并使气隙充满均匀的渣膜，就可以减少气隙热阻，从而明显改善结晶器的传热，使坯壳均匀生长，形成足够厚度的坯壳，防止裂纹的产生。

特种铸造分类（圈式画顺时针）：1）连续铸造2）挤压铸造3）离心铸造4）陶瓷型铸造5）低压铸造6）熔模铸造7）压力铸造8）金属型铸造

金属的熔炼：熔炼是液态金属铸造成形技术过程中的一个重要环节，与铸件的品质、生产成本、产量能源消耗以及环境保护等有密切关系。熔炼应满足的主要要求有：符合

材质性能要求的金属液，温度，污染控制等。根据熔炉的特点熔炼可分为冲天炉熔炼、电弧炉熔炼、感应电炉熔炼和坩埚熔炼等。

铸件凝固数值模拟：就是结合计算机技术和数值计算方法来定量描述铸件的凝固传热过程，从而揭示金属凝固的真实行为和规律，为预测铸造应力、微观及宏观偏析、铸件

性能等提供必要的依据和分析计算的基础数据并优化铸造工艺。

数值模拟的优越性是： 1）缩短了工艺试验的周期，经过多次的模拟计算得到较好的结果了再进行现场实验；2）减少了能源消耗，节省了设计费用；3）对于一些无法用实

验方法进行研究或测量的复杂问题，可以用模拟的方法进行监测或探索性研究；4）减少了污染，符合绿色钢铁的环保要求。

铸造行业的发展方向:(解释)我国铸造行业正面临实现从铸造大国向铸造强国转变的发展机遇,但造成的环境污染相当严重。阐述了我国铸造行业的发展方向：大型化、轻量化、精确化、数字化、网络化以及绿色制造。围绕其发展方向,指出我国铸造行业的可持续化发展可从铸造技术、原辅材料、铸造废弃物的回收与再利用、环保以及绿色铸造的评价方法和指标体系等方面予以体现。( 解释：1）长江三峡7 ×105 kW 水轮机仅叶轮就重达426t 。2）神州6 号载人飞船上的电器箱,由于采用了长春应化所开发的MB26 镁合金材料,实现减重13kg。3）通用及宝马汽车公司的铝合金发动机缸体就采用了消失模铸造新工艺。定向凝固熔模铸造新技术可以直接生产高温合金单晶体燃气轮机叶片,体现了材料与成形技术的高度集成。4）将模拟仿真技术应用于大型铸件的生产,更能体现其价值,如采用计算机模拟仿真技术对长江三峡重62t 的水轮机叶片铸造工艺进行模拟,优化了铸造工艺。现在铸造过程的模拟软件已经成熟并实现了商业化,如MA G2MA ,PROCAST ,DEFORM 及中国的铸造之星( FT2STAR) 、CASTsof t/ CAE 和CAE/ InteCAST 等。5）针对制造的网络化,美国先进金属材料加工工程研究中心提出了产品设计/ 制造(铸造) 集成系统(Rational product/ process design) 。6）美国在展望2010 年的制造业前景时提出了“无废弃物加工”的概念;德国制定了《产品回收法规》;欧盟也颁布了“汽车材料回收”法规,要求从2005 年新生产的汽车材料的85 %能再利用。)