铸造特点

2.1 铸造生产的特点

铸造是生产零件毛坯的主要方法之一，尤其对于有些脆性金属或合金材料（各种铸铁件、有色合金铸件等）的零件毛坯，铸造几乎是唯一的加工方法。与其它加工方法相比，铸造工艺具有的几大特点：第一是铸件几乎不受金属材料、尺寸大小和重量的限制。铸件材料可以是各种铸铁、铸钢、铝合金、铜合金、镁合金、钛合金、锌合金和各种特殊合金材料；铸件可以小至几克，大到数百吨；铸件壁厚可以从0．5毫米到1米左右；铸件长度可以从几毫米到十几米；第二铸造可以生产各种形状复杂的毛坯，特别适用于生产具有复杂内腔的零件毛坯，如各种箱体、缸体、叶片、叶轮等；第三铸件的形状和大小可以与零件很接近，既节约金属材料，又省切削加工工时；第四铸件一般使用的原材料来源广、铸件成本低；第五铸造工艺灵活，生产率高，既可以手工生产，也可以机械化生产。

2.2 型砂的性能及组成

一、型砂的性能

型砂（含芯砂）的主要性能要求有强度、透气性、耐火度、退让性、流动性、紧实率和溃散性等。

二、型砂的组成

型砂由原砂、粘接剂和附加物组成。铸造用原砂要求含泥量少、颗粒均匀、形状为圆形和多角形的海砂、河砂或山砂等。铸造用粘接剂有粘土（普通粘土和膨润土）、水玻璃砂、树脂、合脂油和植物油等，分别称为粘土砂，水玻璃砂、树脂砂、合脂油砂和植物油砂等。为了进一步提高型（芯）砂的某些性能，往往要在型（芯）砂中加入一些附加物，如煤份、锯末、纸浆等。

2.3 金属液态成型工艺

一、什么是液态金属的充型

金属液态成型是指将液态金属填充到铸型的型腔中待其冷却凝固后获得所需形状、尺寸和性能的铸件毛坯（或零件）的成型方法，就是铸造。对其的影响包括两个方面，一个是熔炼金属让固态金属变为液态，另一个是制造铸型获得所需的形状尺寸。

二、浇筑的条件及要求

1．浇筑的温度：一般温度越高，液态金属的充型能力越强。

2．充型压力：液态金属在流动方向上所受的液力越大充型能力越强。

3．浇筑系统的结构：浇筑系统的结构越复杂，流动阻力越大，充型能力越差。

4．要求：

生产中，浇注时应遵循高温出炉，低温浇注的原则。因为提高金属液的出炉温度有利于夹杂物的彻底熔化、熔渣上浮，便于清渣和除气，减少铸件的夹渣和气孔缺陷；采用较低的浇注温度，则有利于降低金属液中的气体溶解度、液态收缩量和高温金属液对型腔表面的烘烤，避免产生气孔、粘砂和缩孔等缺陷。因此，在保证充满铸型型腔的前提下，尽量采用较低的浇注温度。

把金属液从浇包注入铸型的操作过程称为浇注。浇注操作不当会引起浇不足、冷隔、气孔、缩孔和夹渣等铸造缺陷，和造成人身伤害。

2.4 液态金属的凝固与收缩

一、逐渐的凝固方式

1．从表层开始

1）逐层凝固，纯金属或共晶成分的合金是恒温凝固，凝固区宽度几乎为零，凝固前沿清楚地将液、固相分开，由表层逐层向中心凝固。

2）糊状凝固，合金的结晶温度范围很宽，且铸件的温度分布较为平坦，凝固时，铸件表面并不存在固体层，而液、固并存的凝固区贯穿整个断面，先呈糊化而后再固化。

3）中间凝固，多数合金的凝固介于两者之间，为中间凝固方式。

2．影响铸件凝固方式的主要因素有：一个是合金的结晶温度范围：合金的结晶范围愈小，凝固区域愈小，愈倾向逐层凝固。另一个是铸件的温度梯度：在结晶温度范围正度的前提下，凝固区域的宽谷取决于铸件内外层之间的温度差。铸件内外之间的温度由小变大则其对应的凝固区域由宽变窄。

二、合金的收缩

1．收缩的概念：液态合金在液态、凝固态和固态过程中所发生的体积和尺寸减小的现象叫做收缩。收缩是铸件中许多缺陷（如：缩孔、缩松、热裂、应力、变形和裂纹）等产生的基本原因。

合金的收缩经历如下三个阶段：

1）液态收缩：从浇筑温度到凝固开始温度之间的收缩T浇-T液

2）凝固收缩：从凝固开始到凝固终止温度之间的收缩T液-T固

3）固态收缩：从凝固终止温度到室温的收缩 T固-T室

ΣV=（V铸型-V铸件）/V铸件 X100%

体收缩率是铸件生产锁孔或缩松的根本原因

ΣL=（L铸型-L铸件）/L铸件 X100%

线收缩率是铸件生产应力、变形、裂纹的根本原因

2．缩孔与缩松

液态合金在冷凝过程中若其液态和凝固收缩所所见的容积得不到补充，则在铸件最后凝固的部位形成一些孔洞，大而集中的成为缩孔，细小而分散的部分称为缩松。

3．缩孔与缩松的防止

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。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，实际中所使用的方法，缩孔：使其产生在冒口中然后将多余部分，清除；形状复杂有多个热节的需要冒口加冷铁配合；外冷铁可重复使用的方法；内冷铁用于不重要铸件，即：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，或加大结晶压力，破碎枝晶，流动性好。

三、铸造内应力、变形和裂纹

铸件在凝固之后的继续冷却过程中，其固态收缩若受到阻碍，铸件内部产生内应力，这些内应力有时是在冷却过程中暂存的，有时则一直保留到室温，后者称残余内应力。铸造内应力是铸件产生变形和裂纹的基本原因。

1．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

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。

分析：金属自高温——室温（冷却）时应力状态的改变，在再结晶温度（钢、铸铁为620~650℃）以上——塑性状态（在应力下）→塑性变形（永久变形），变形后应力可消除；在再结晶温度以下——弹性状态——弹性变形，变形后应力继续存在。

[注]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）铸件冷却时各处的温差越大，顺序凝固愈明显，合金的固态收缩率越大，弹性模量愈大→热应力大

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。

如：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。

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。

3）铸件的变形与防止

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