金属工艺学——铸造

铸铁通常是C%=2.5%~4.0%的铁碳合金。
碳在铁碳合金中的存在形式有：渗碳体和石墨 根据碳在铁碳合
金中的存在形式铸铁可以分为：
白口铸铁：
普通灰口铸铁
可锻铸铁
灰口铸铁：
球墨铸铁
蠕墨铸铁
麻口铸铁
灰口铸铁
灰口铸铁 可以看成是在钢的基体上分布着不同形态的石墨。而
石墨的形态、大小和分布直接影响着铸铁的性能。 根据铸铁中石墨形态的不同，灰口铸铁可以分为：
影响收缩的因素
化学成分(c含量)
铸型条件 铸件结构
浇注温度
合金收缩
缩孔与缩松的形成
缩孔的形成: 纯金属、共晶成分和凝固温度范围窄的 合金,浇注后在型
腔内是由表及里的逐层凝固。在凝固过程中，如得不到合金 液的补充， 在铸件最后凝固的地方就会产生缩孔.
缩松的形成原因:
铸件最后凝固的收缩未能得到补足，或者结晶温度范围宽的 合金呈糊状凝固，凝固区域 较宽，液、固两相共存，树枝晶发达， 枝晶骨架将合金液分割开的小液体区难以得到补缩所致。
热应力 收缩应力
铸件在凝固和冷却的过程中，由于铸件 的壁厚不均匀，导致不同部位温差不同 导致不均衡的收缩而引起的应力。
铸件在固态收缩时，因受到铸型、型 芯、浇冒口、砂箱等外力阻碍而产生 的应力。
变形
残余热应力的存在，使铸件处在一种非稳定 状态，将自发地通过铸件的变形来缓解其应 力，以回到稳定的平衡状态。
铸造的缺点
铸造缺点
工艺过程比较复杂，一些工艺 过程还难以控制
液态成形零件内部组织的均匀性、 致密性一般较差
液态成形零件易出现缩孔、缩松、 气孔、砂眼、夹渣、夹砂、裂纹等 缺陷，产品 质量不够稳定
由于铸件内部晶粒粗大，组织不均 匀，且常伴 有缺陷，其力学性能 比同类材料的塑性成形低
砂型铸造过程
金属的铸造性能
铸件的生产工艺
知识点：
常用合金铸件的生产
铸铁
铸钢
灰球可
蠕
铸墨锻
墨
铁铸铸
铸
铁铁
铁
普
孕
铸
通
育
造
灰
铸
的
铸
铁
工
铁
艺
特
点
熔
铸
炼
造
铸
铸
铸
钢
钢
钢
的
的
件
铸
铸
的
造
造
热
特
工
处
性
艺
理
பைடு நூலகம்
铸件的生产工艺
实际生产中，由于铸铁材料(包括灰口铸铁、可锻铸铁、球墨铸铁)具有 优良的铸造性能，且资源丰富，冶炼方便，价格低廉，铸铁件占液态成形件 中相当大的份额。
金属在铸造成形过程中获得形状准确、内部健全 铸件的能力，称为金属的铸造性能（难易程度）
通常是指金属的流动性、收缩性 吸气性及偏析等性能.
金属铸造性能是选择铸造金属材料，确定铸件的 铸造工艺方案及进行铸件结构设计的依据.
合金的充型能力
充型能力的概念:
液态金属充满铸型型腔，获得尺寸精确、轮廓清晰 的成型件的能力
铸型充填条件对充型能力的影响
铸型的发气和透气能力： 浇铸时产生气体能在金属液与铸 型间形成气膜，减小摩擦阻力， 有利于充型。但发气能力过强, 透气能力又差时,若浇铸速度太 快,则型腔中的气体压力增大， 充型能力减弱。
铸件结构对充型能力的影响
铸件结构越复杂，流动阻力就越大， 铸型的充填就越困难。
当铸件壁厚过小，壁厚急剧变化等结 构时，会使金属液流动困难，因此，设 计壁厚必须大于规定的最小允许壁厚。
充型能力不足
浇不足
冷隔
夹砂
气孔
夹渣
充型能力的决定因数
合金的流动性 铸型性质 浇注条件 铸件结构等
合金的流动性
测试合金流动 性的方法:
如右图,将合 金液浇入铸型中， 冷凝后测出充满型 腔的式样长度。浇 出的试样越长，合 金的流动性越好, 合金充型能力越强.
几种不同合金流动性的比较
比较下面几种合金流动性能 *铸钢的流动性
铸件的变形的消除方法
防止变形的方法：与防止应力的方法基本相同。带有
残余应力的铸件，变形使残余应力减小而趋于稳定。
问题 铸造时所受的应力与变形情况。 分析有长、短不一的两根弹簧，将
其固定，使其达到同等长度，即其中一 弹簧被拉长，另一弹簧被压缩，此时所 受的应力状态？然后将其固定约束去掉， 试分析其变形趋势？
浇注温度 充型压力
浇注温度越高，液态金属的粘度越小， 过热度高，金属液内含热 量多，保持 液态的时间长，充型 能力强；同时传 给铸型热量增多，合金冷却速度慢，流 动性好。
液态金属在流动方向上所受的压力称为 充型压力。充型压力越大, 充型能力越 强。
浇注系统
浇注系统的结构越复杂，则流动 阻力越大，充型能力越差。
球墨铸铁：石墨呈球状
可锻铸铁：石墨呈团絮状 普通灰口铸铁：石墨呈片状 蠕墨铸铁：石墨呈蠕虫状
*铸铁的流动性
实验证明铸铁的流动性好，铸钢的流动性差。
合金流动性对充型能力的影响
合金流动性的决定因数 合金的种类: 合金不同，流动性不同.
化学成分：同种合金中成分不同的合金具有不同的结晶特点，流动也 不同。 结晶特性: 恒温下结晶，流动性较好；两相区内结晶，流动性较差.
浇注条件对充型能力的影响
浇注 条件
缩孔易出现的部位
缩孔的热节 （即内接圆直径
最大的部位）
消除缩孔和缩松的方法
原理
定向凝固原则
使铸件按规定方向从一部分 到另一部分依次凝固
方法
合理布置内浇道及确定浇铸工艺。 合理应用冒口、冷铁和补贴等工艺措施。
解决缩孔的方法演示：冒口和冷铁
定向凝固原则解决缩孔的方法演示
铸造内应力、变形与裂纹
内应力
合金的收缩
合金的收缩的过程:
合金从液态冷却至室温的过程中，其体积或尺寸缩减的 现象。合金的收缩给液态成形工艺带来许多困难，会造成许 多铸造缺陷。（如：缩孔、缩松、裂纹、变形等）。
合金收缩的三个阶段
合金的收缩
液态合金冷却 合金收缩
液态收缩 凝固收缩
固态合金冷却 线形收缩
缩孔:恒温下结晶
缩松:两相区结晶 应力 变形 裂纹
第一章 铸造
金属的铸造性能 铸造工艺设计
金属的液态成形 铸造方法
铸件结构设计 常用合金铸件生产
铸造优点
铸造的优点
适于做复杂外形，特别是 复杂内腔的毛坯
对材料的适应性广，铸件 的大小 几乎不受限制
成本低，原材料来源广泛， 价格低廉,一般不需要昂 贵的设备
是某些塑性很差的材料 (如铸铁等)制造其毛坯或 零件的唯一成型工艺
裂纹
当热应力大到一定程度会导致出现裂纹。
热应力的形成过程演示
热应力的消除方法
铸件的结构：铸件各部分能自由收缩
铸件的结构尽可能对称
铸件的壁厚尽可能均匀
工艺方面：采用同时凝固原则
时效处理：人工时效；自然时效
铸件的变形原因
结论： 厚部、心部等冷却较 慢部位受拉应力，出 现内凹变形。 薄部、表面等冷却较 快部位受压应力，出 现外凸变形。