第2章-铸造工艺基础知识分解

影响流动性最主要的因素是化学成分和铸造工艺条件
2. 合金的收缩
收缩指在金属熔液凝固冷却过程中体积和尺寸减小的现象
收缩过程的三个阶段：
①液态收缩 从浇注温度到液相线温度间的收缩； ②凝固收缩 从液相线到固相线温度间的收缩； ③固态收缩 从固相线到室温温度间的收缩。
合金收缩的影响因素：
不同合金的收缩率不同 碳钢收缩最大，灰铸铁最小。 不同的浇注温度收缩率不同 合金的浇注温度越高，液态 收缩越大，形成缩孔的倾向越大。
活块造型
挖砂造型
用于单件、小批生产分型面不 是平面的铸件。
用于成批生产需要挖砂的铸件。
假箱造型
此外还有三箱造型，脱箱造型(无箱造型）等
机器造型
在大量生产铸件时，都采用机器造型 与手工造型相比，机器造型生产率高、质量稳定、工人 劳动强度低、对工人技术水平要求不高、便于实现自动化。 按照紧砂方式不同，机器造型可分为： 震压造型 震压式造型机以压缩空气为动力，使振动活塞带 动工作台振击将砂型震实。 射压造型 利用压缩空气将型砂射入型腔进行初紧实，然后 压实活塞将砂型再紧实。 高压造型 高压造型机是利用液压系统产生很高的压力来压 实砂型。 抛砂造型 抛砂机是利用高速旋转的叶片将输送带输送过来 的型砂高速抛下来紧实砂型。
三、铸件浇注位置和分型面的选择
铸件的浇注位置是指浇注时铸件在铸型内所处的位置 分型面是指两半铸型相互接触的表面 它们的选择原则主要是：保证铸件质量和简化造型工艺
1. 浇注位置的选择原则 (1) 铸件的重要加工面应朝下 (2) 铸件的大平面应朝下 (3) 铸件薄壁部分应放在下部 (4) 应保证铸件实现定向凝固 (5) 应便于型芯的固定、安装和排气并便于合型
从以下5个方面考虑： 合理设计铸件壁厚 铸件壁厚应尽可能均匀 铸件壁的连接方式要合理 避免铸件收缩阻碍 避免大的水平面
2.4 特种铸造
砂型铸造主要缺点：生产率低；铸件精度低；表面 粗糙；内部缺陷较多；质量差；力学性能不高等。 特种铸造: 砂型铸造以外的其他铸造方法
可克服或减少砂型铸造的缺陷
400 400 450
250 250 310
18 15 10
130~180 130~180 160~210
铁 素 体
汽车和拖拉机底盘 零件、轮毂、电动机 壳、闸瓦、联轴器、 泵、阀体、法兰等。 电动机架、传动轴、 直齿轮、链轮、罩壳、 托架、连杆、摇臂、 曲柄、离合器片等。
QT500-7 QT600-3
当铸件在冷却过程中收缩不均时会产生变形。 当热应力和收缩应力超过材料当时的强度极限时， 铸件就会产生裂纹。
二、铸铁及其工艺性能
铸铁是碳的质量分数大于2.11％的铁碳合金 铸铁可分为白口铸铁、麻口铸铁和灰铸铁
白口铸铁断口呈银白色，性能特征是硬而脆，切削 加工很困难。 灰铸铁断口呈灰色，可切削加工，工业上常用。 麻口铸铁介于白口铸铁和灰铸铁之间，应用极少。 根据灰铸铁中石墨形态的不同，把灰铸铁分为：
各种手工造型方法的特点和适用范围
造型方法 整模造型 分模造型 主要特点 模样是整体的，分型面是平面，铸型型腔全部 在半个铸型内，其造型简单，铸件不会产生错 型缺陷。 模样沿截面最大处分为两半，型腔位于上、下 两个半型内，造型简单，节省工时。 铸件上有妨碍起模的小凸台、肋板等，制模时 将它们做成活动部分。造型起模时，先起出主 体模样，然后再从侧面取出活块。其造型费工 时，要求操作技术水平高。 模样虽为整体的，但铸件的分型面为曲面。为 了起出模型，造型时用手工挖去阻碍起模的型 砂。其造型费工时、生产率低，要求操作技术 水平高。 克服上述挖砂成型的挖砂缺点，在造型前预先 作个底胎(即假箱)，然后再在底胎上造下箱。由 于底胎并不参加浇注，故称假箱。此法比挖砂 造型简便，且分型面整齐。 适用范围 适用于最大截面在一端，且为 平面的铸件。 适用于最大截面在中部的铸件。 主要用于单件、小批生产带有 突出部分并且难以起模的铸件。
铸件结构的设计应尽量使 制模、造型、造芯、合型和清理等工序简化
从以下3个方面考虑：外形、内腔和结构斜度
1. 铸件外形的设计 (1) 分型面尽量减少并尽可能为平面
分型面容易使铸件产生错型，影响铸件外形和尺寸精度 尽量避免两个以上的分型面； 对于机器造型，只允许一个分型面。
(2) 铸件外形应尽量方便造型
MPa 220 310
σb/
σ0.2／
MPa 130 170
应用举例
δS(%)
3 2
10-1锡青铜
ZCuSn1 0P1
Sn:9.0~11.5 P:0.5~1.0 余为Cu
用于耐磨零件，如连 杆衬套、轴瓦、齿轮、 蜗轮等。 轧辊、车辆用轴承、 内燃机双金属轴瓦、活 塞销套、摩擦片等。 一般结构件和耐蚀零 件，如法兰、阀座、支 架、手柄、螺母等。
普通灰铸铁、可锻铸铁和球墨铸铁
1. 普通灰铸铁(习惯上简称灰铸铁)
灰铸铁的特性： 抗拉强度较低，塑性、韧性很差，属脆性材料； 具有良好的减振性和耐磨性； 具有良好的铸造性能； 常用灰铸铁： 普通灰铸铁 HT100，HT150，HT200 孕育铸铁 HT200，HT250 ，HT300
2. 可锻铸铁 可锻铸铁的特性： 具有一定塑性和韧性； 铸造性能较灰铸铁差。
22 15 10
有高的强度，用于齿 轮、棘轮等，裂纹敏感 性较大。
2. 铸造铜合金及其工艺性能
铸造铜合金具有良好的导电性、导热性、耐磨性和耐腐蚀性，主要制作 耐腐蚀及耐磨零件。
铸造铜合金可分为铸造黄铜和铸造青铜两大类
合金 牌号 主要化学 成分 (%) 铸 造 方 法 S J 力 学 性 能
合金名称
铸造可分为砂型铸造和特种铸造
2.1 砂型铸造的造型工艺
砂型铸造的应用最为广泛，其基本工序是： 模样和芯盒制作； 配制型(芯)砂、造型造芯、合型——形成铸型； 熔炼合金、浇注； 落砂清理和检验。 一、造型材料 型砂、芯砂和原材料统称为造型材料 二、造型方法 造型方法可分为手工和机器造型两大类 手工造型主要用于单件小批生产， 机器造型主要用于大批量生产。
铸造内应力、变形和裂纹
1.铸造内应力 铸造内应力——铸件在进行固态收缩时受到阻碍，在铸件 内部产生的应力
根据应力产生的原因不同，分为热应力和收缩应力 热应力是铸件在冷却过程中各部分冷却速度不同导致同一 时间收缩量不一致而产生的应力。 收缩应力是铸件在冷却过程中的固态收缩受到型芯、铸型 等机械阻碍而产生的应力。
10-10铅青铜
ZCuPb1 0Sn10
Pb: 8.0~11.0 P: 0.5~1.0 余为Cu
S J
180 220
80 140
7 5
38黄铜
ZCuZn3 8
Cu: 60.0~63.0 余为Zn
S J
295 295
— —
30 30
3.铸造铝合金及其工艺性能 铸造铝合金具有良好的导电性、导热性和耐腐蚀性，而且 密度小、熔点低，在工业生产中应用比较广泛。
500 600
320 370
7 3
170~230 190~270
铁素体 ＋ 珠光体 珠 光 体 贝氏体
QT700-2 QT800-2 QT900-2
700 800 900
420 480 600
2 2 2
225~305 245~335 280~360
汽车、拖拉机传动 齿轮、曲轴、凸轮轴、 缸体、缸套、转向节 等。
2.2 常用铸造合金
常用的铸造合金有： 铸铁、铸钢、铸造铝合金和铸造铜合金 一、合金的铸造性能
合金的铸造性能包括：流动性、收缩性、氧化性、吸气性和偏析 合金的铸造性能不好时：容易产生浇铸不足、冷隔、缩孔、缩松、气孔、 夹渣和裂纹等铸造缺陷。
1. 合金的流动性
铸造时液态金属充填铸型的能力，称为流动性。 流动性好，容易获得轮廓清晰的薄而复杂的铸件，避免产生 浇不足和冷隔，减少气孔、夹渣和缩孔等缺陷。
ZG230-450
0.3 0.5 0.9 0.04
230
450
22
32
25
ZG270-500 ZG310-570 ZG340-640
0.4 0.5 0.9 0.04 0.5 0.6 0.9 0.04 0.6 0.6 0.9 0.04
270 310 340
500 570 640
18 15 10
25 21 18
设计铸件侧壁上的凸台、凹槽时，要考虑到起模方便，尽 量避免使用活块和型芯。
2.铸件内腔的设计
尽量避免不必要的型芯
型芯要便于固定、排气和清理
悬臂砂芯
一体砂芯
悬臂砂芯
有支撑砂芯
3、 铸件在结构上应考虑 起模斜度
二、合金铸造性能对铸件结构的要求
铸件结构的设计应考虑到合金的铸造性能的要求， 避免产生缩孔、缩松、浇注不足、变形和裂纹等铸造缺陷。
缩孔和缩松的形成及防止
铸件在凝固过程中，内部的液态金属不断补充各部金 属的收缩，体积减小，液面下降，在铸件内部上表面出现 的空隙称为缩孔。 铸件在凝固过程中，树枝状枝晶很发达，将液体分隔 成互相不连通的小区域，导致外部金属液不能进行补缩， 使枝晶间和枝晶内产生了细小的缩孔即缩松。
防止缩孔的措施： 设置冒口，使缩孔集中到冒口中，最后切去 冒口部分 尽量选用共晶成分和结晶温度范围窄的合金
3. 球磨铸铁 球磨铸铁的特性： 力学性能与铸钢相近，特别是屈服强度高 ； 塑性、韧性高于其他铸铁，耐磨性高于钢材； 具有良好的铸造性能。
球墨铸铁的牌号、力学性能及用途
牌 号 抗拉强度 屈服强度 伸长率 (%)
δ
硬度 HBS
基体组 织
应用举例
QT400-18 QT400-15 QT450-10
铸造铝合金分为:
铝硅合金、铝铜合金、铝镁合金和铝锌合金
几种铝合全的牌号、成分、性能和用途见表2-8
2.3 铸件结构工艺性
铸件结构工艺性是指所设计的铸件结构: 能保证零件使用性能的要求; 能适应铸造工艺和合金铸造性能的要求。
铸件结构设计是否合理，对铸件质量、铸造成本和 生产率有很大的影响。
一、铸造工艺对铸件结构的要求
三、铸钢、铸造非铁合金及其工艺性能 1. 铸钢及其工艺性能 铸钢具有很好的综合力学性能，特别是在承受 冲击载荷时安全可靠。 常用来制造要求强度高、塑性和韧性好、形状复 杂的机器零件。 可焊性比铸铁好； 钢水流动性差，极易产生各种铸造缺陷。
铸造碳钢件的主要化学成分、力学性能及用途
牌号
工程用 铸造碳 钢 主要化学成分 ［质量分数(%)］≤ C Si
2. 分型面的选择原则 (1) 分型面尽量采用平面 (2) 分型面数量尽量减少 (3) 尽量使铸件全部或大部 分放在同一砂型内 (4) 应尽量减少型芯和活块 的数量 2半环形砂芯
加砂芯后变成整箱造型
四、工艺参数的选择
铸造工艺的工艺参数包括： 加工余量 ；起模斜度；铸造圆角 ；型芯头 ；收缩余量
加工余量
常用的特种铸造方法有： 熔模铸造-用低熔点摸料制成与铸件相同的蜡模 金属型铸造-金属铸型代替砂型
压力铸造-将液态或半液态金属高速压入铸型，并在高压下凝固 低压铸造-加低压使铸件凝固 离心铸造-用铸件自身的离心力加压
后3种都属于 压力铸造
复习思考题
2-1 砂型铸造的型砂由哪些物质组成？型砂的基本性能要求有哪些？ 2-2 手工造型和机器造型的各种造型方法各有什么特点？ 2-3 铸件浇注位置和分型面选择的主要原则是什么？选择时各应遵循哪些细则？ 2-4 绘制铸造工艺图时应考虑哪些因素？任意选择一个铸铁零件图，绘制出它的铸 造工艺图。 2-5 什么叫合金流动性？流动性不好会产生什么缺陷？采用哪些具体措施可防止这 些缺陷产生？ 2-6 合金的收缩分为哪几个阶段？各会产生什缺陷？如何防止这些缺陷的产生？ 2-7 什么叫石墨化？影响石墨化的具体因素有哪些？ 2-8 常用的灰铸铁有哪几种？其石墨形态如何？各种铸铁的铸造性能和力学性能有 何差别？ 2-9 铸造内应力可分为哪两种？叙述它们产生的原因。 2-10 三个Φ100mm×l50mm的圆柱体铸钢件铸造后进行切削加工：①外圆车到 Φ85mm，②铸件对称轴中心钻Φ50mm的通孔，③在铸件圆截面1/4处，将外圆 铣成一个平面。它们的尺寸和形状将发生什么变化？为什么？ 2-1l 铸件裂纹分为哪两种？如何区别和防止？ 2-12 铸钢、铸铜、铸铝的铸造工艺各有何特点？为什么？ 2-13 常用的特种铸造方法有哪些？并叙述它们各自的适用范围。
第二章 铸造工艺基础知识
铸造是获得零件或零件毛坯的重要工艺方法之一 铸造的优缺点
适用于各种形状、大小和合金种类的零件或毛坯； 铸件与零件形状十分接近，可大量节省材料和加工费用； 铸造原材料来源广而价格低，铸造成本较低。 铸造生产过程复杂、工序较多，铸件废品率较高； 铸件的力学性能较差； 铸造生产环境较差。
Mn
力 学 性 能≥
P S
σS
MPa
σb
(%)
δ
(%)
ψ
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用途举例
ZG200-400
0.2 0.5 0.8 0.04
200
400
25
40
30
有良好的塑性、韧性 和焊接性能，用于受力 不大的机械零件，如机 座、变速箱壳等。 有一定的强度，用于 受力不太大的机械零件， 如砧座、外壳、轴承盖、 阀体等。 有较高的强度，用于 机架、连杆、箱体、缸 体、轴承座等。