教案合金的铸造性能

教案十八

教学重点与难点

1．重点

合金的铸造性能

2．难点

熔模铸造

教学方法与手段

1．利用挂图等教具。

2．举典型实例，增强感性认识。

教学组织

1.复习提问10分钟

2.讲解75分钟

3.小结5分钟

教学内容

第三节合金的铸造性能

♦合金在铸造成形过程中获得外形准确、内部健全铸件的能力称为合金的铸造性能。

合金的铸造性能主要有吸气性、氧化性、流动性和收缩等。

一、流动性

流动性是指熔融金属的流动能力。

(一)流动性对铸件质量的影响

液态合金的流动性好，充型能力就强，容易获得尺寸准确、外形完整和轮廓清晰的铸件，避免产生冷隔和浇不足等缺陷。也有利于金属液中非金属夹杂物和气体的排出，避免产生夹渣和气孔等缺陷。同时，合金的流动性愈好，也有利于补充在凝固过程中所产生的收缩，避免产生缩孔和缩松等缺陷。

(二)影响流动性的因素

合金流动性的大小与浇注温度，化学成分和铸型的充填条件等因素有关。

1．浇注温度对流动性的影响

灰铸铁的浇注温度一般为1250℃～1350℃，碳素铸钢为1500℃～1550℃。

2．合金化学成分对流动性的影响

化学成分不同的合金具有不同的结晶特点，其流动性也不同。其中纯金属和共晶成分的合金流动性最好。在常用的铸造合金中，铸铁的流动性好，铸钢的流动性差。

3．铸型的充填条件对流动性的影响

铸型中凡能增加合金液流动阻力和提高冷却速度的因素均使流动性降低。

二、收缩

合金在液态凝固和冷却至室温过程中，产生体积和尺寸减小的现象称为收缩。收缩是铸造合金本身的物理性质，是铸件中缩孔、缩松、裂纹、变形、残余内应力产生的基本原因。

(一)收缩的三个阶段

合金从浇注温度冷却到室温要经过液态收缩、凝固收缩、固态收缩三个阶段。

液态收缩是指熔融金属在凝固阶段的体积收缩；

凝固收缩是指溶融金属在凝固阶段的体积收缩；

固态收缩是指金属在固态由于温度降低而发生的体积收缩。

这两种收缩使型腔内液面降低，它们是形成铸件缩孔和缩松缺陷的基本原因。合金的固态收缩，虽然也是体积变化，但它主要表现为铸件外部尺寸的变化，因此，通常用线收缩率来表示。固态收缩是铸件产生内应力、变形和裂纹等缺陷的主要原因。

(二)影响收缩的因素

影响收缩的因素有：化学成分、浇注温度、铸件结构与铸型条件等。

1．化学成分

不同的合金其收缩率不同。碳素钢的体收缩率约为10%～14%；白口铸铁的体收缩率约为12%～14%；灰铸铁的体收缩率约为5%～8%。

2．浇注温度

浇注温度越高，液态收缩量越大。在生产中多采用高温出炉和低温浇注的措施来减小收缩量。

3．铸件结构和铸型条件

铸件在凝固和冷却过程中并不是自由收缩，而是受阻收缩。这是因为铸件的各个部位由于冷却速度不相同，相互制约而对收缩产生收缩阻力。铸件的实际线收缩率比自由收缩时的线收缩率要小些。(三)缩孔与缩松的形成及防止1．缩孔和缩松的形成

液态金属在铸型内凝固过程中，由于补缩不良，在铸件最后凝固的部分将形成孔洞，这种孔洞称为缩孔。缩孔通常隐藏在铸件上部或最后凝固部位，有时经机械加工才可暴露出来。

具有较大结晶温度区间的合金，其结晶是在铸件截面上一定的宽度区域内同时进行的。先生成的树枝状晶体彼此相互交错，将液体金属分割成许多小的封闭区域。封闭区域内的液态金属凝固时得不到补充，则形成许多分散的小缩孔，这种在铸件缓慢凝固区出现的很细小的缩孔洞称为缩松。

2．缩孔的防止方法

防止缩孔的方法称为补缩。对形状简单的铸件，可将浇口设置在厚壁处，适当扩大内浇道的截面积，利用浇道直接进行补缩。

实践证明：只要合理控制铸件的凝固，使之实现顺序凝固，可以获得没有缩孔的致密铸件。所谓顺序凝固，是使铸件按薄壁—厚壁—冒口的顺序进行凝固的过程。

3．铸造应力、变形和裂纹的形成与防止

铸件在凝固和冷却的过程中由于受阻收缩、热作用和相变等因素而引起的内应力称为铸造应力。铸造应力分为收缩应力、热应力和相变应力。收缩应力是由于铸型、型芯等阻碍铸件收缩而产生的内应力；热应力是由于铸件各部分冷却、收缩不均匀而引起的；相变应力是由于固态相变，造成各部分体积发生不均衡变化而引起的。

为了防止铸件产生收缩应力，应提高铸型和型芯的退让性，如在型砂中加入适量的锯末或在芯砂中加入高温强度较低的特殊粘结剂等，都可以减小其对铸件收缩的阻力。

预防热应力的基本途径是尽量减少铸件各部分的温度差，使其均匀地冷却。设计铸件时，应尽量使其壁厚均匀，避免铸件产生较大的温差，同时在铸造工艺上应采用同时凝固原则。

为了减小铸件变形，防止开裂应合理设计铸件的结构，力求铸件壁厚均匀，形状对称；合理设计浇冒口、冷铁等，使铸件冷却均匀；采用退让性好的型砂和芯砂；浇注后不要过早落砂；铸件在清理后进行去应力退火。

第四节特种铸造简介

♦与砂型铸造不同的其它铸造方法称为特种铸造。

常用的特种铸造方法有：金属型铸造、压力铸造、离心铸造、熔模铸造、低压铸造、陶瓷型铸造、连续铸造和挤压铸造等。

一、金属型铸造

♦金属型铸造是指在重力作用下将溶融金属浇入金属型获得铸件的方法。

金属型铸造主要用于有色金属铸件的大批量生产，如内燃机活塞、汽缸体、汽缸盖、轴瓦、衬套等零件常用此法来成形。

二、压力铸造

♦压力铸造是将熔融金属在高压下高速充填金属型腔，并在压力下凝固的铸造方法。

压力铸造适用于大批量生产薄壁复杂的有色合金小铸件。

三、离心铸造

♦离心铸造是将液态金属浇入浇水平或倾斜主轴旋转着的铸型中，并在离心力的作用下凝固成铸件的铸造方法。

离心铸造的铸型可以是金属型，也可以是砂型。铸型在离心铸造机上根据需要可以绕垂直轴旋转，也可绕水平轴旋转。

离心铸造主要用于生产空心旋转体的铸件，如各种管子、缸套、轴套、圆环等。

四、熔模铸造

♦用易熔材料(如蜡料)制成模样，在模样上包覆若干层耐火涂料，制成型壳，熔出模样后经高温焙烧即可浇注的铸造方法，称为熔模铸造。

熔模铸造的特点是：铸型是一个整体，无分型面，以熔化模样作为起模方式，所以，可以制作出各种形状复杂的小型零件(如汽轮机叶片、刀具等)；铸件尺寸精确、表面光洁，达到少切削或无切削加工。

熔模铸造常用于中、小型形状复杂的精密铸件或熔点高、难以压力加工或难以切削加工的金属。

小结与作业