第二章铸造成形

第二章铸造成形,中南大学CentralSouthUniversity,引子,铸造技术在我国源远流长，并达到了很高的水平，形成了闻名于世的以泥范铸造(制模翻外范制内范合范浇铸)、铁范铸造和失蜡铸造为代表的中国古代三大铸造技术。据考证,早在3000年前的商周时期,我国已发明了古代失蜡铸造法；战国中期，出现了金属型铸造；隋唐以后，我国已掌握了大型铸件的生产技术。如沧州五代时期的铁狮，当阳北宋的铁塔，北京大钟寺明代的大钟。天工开物是世界上有关金属加工工艺最早的科学著作之一,司母戊鼎司母戊鼎是中国商代后期王室祭祀用的青铜方鼎，1939年3在河南省安阳市出土，因其腹部著有“司母戊”三字而得名，现藏中国国家博物馆。司母戊鼎器型高大厚重，又称司母戊大方鼎，高133厘米、口长110厘米、口宽79厘米、重832.84千克，鼎腹长方形，上竖两只直耳下有四根圆柱形鼎足，是中国目前已发现的最重的青铜器。充分显示出商代青铜铸造业的生产规模和技术水平。,四羊方尊造型精致，风格独特制作技艺高超，装饰手法巧妙。经有关考证，它是用传统的分铸法制作而成的。首先铸出羊角及龙头等饰件，再经合范浇铸，使其成为整体，这里充分展示了古人的聪明智慧，杰出的铸造技巧恰到好处，匠心独具。四羊方尊是商代盛酒器，1938年出土于湖南宁乡。重34.5公斤，是现存商器大的方尊。,永乐大钟重达46.5t，钟高6.75m，钟唇厚22cm，外径3.3m，钟体内遍铸经文22.7万字，击钟时尾音长达2分钟以上，传距20km。外形和内腔如此复杂、重量如此巨大、质量要求如此高的青铜大钟，正说明我国早已掌握冶炼和铸造技术。青铜，铸于1420年，为明成祖朱棣亲自设计。,永乐大钟局部，上面载明大钟铸造的时间,永乐大钟,铸造的特点,可以生产出形状复杂的零件，特别是具有复杂内腔的零件。适应性广。成本低。铸件的尺寸和形状与零件非常接近。可以减少切削加工量。缺点：工序多，质量不易控制，内部组织缺陷多，力学性能低。,第二章铸造成形,2.1铸造工艺基础2.2砂型铸造2.3特种铸造2.4常用合金铸件的生产2.5铸件结构设计,2.1铸造工艺基础,（一）液态合金的充型（二）铸件的凝固收缩（三）铸造内应力，变形和裂纹（四）铸件中的气孔（五）铸件中的偏析（六）铸件的质量控制（常见铸造缺陷）,2.1.1液态合金的充型,液态合金填充铸型的过程，简称充型。充型能力液态合金充满铸型型腔，获得形状完整，轮廓清晰铸件的能力，称为液态合金的充型能力。影响充型能力的因素1、合金的流动性2、浇注条件3、铸型填充能力充型能力不强，则易产生浇不足（shortrun）、冷隔（shortrun）等。,概念,1、合金的流动性(fluidity),合金的流动性是指熔融合金的流动能力。流动性好，充型能力强，便于浇注出轮廓清晰、薄而复杂的铸件。合金的流动性与合金的化学成份有关。,1、合金的流动性,流动动性的测定流动性实验如右图,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,合金充型能力越好.,合金种类：灰口铸铁，硅黄铜，流动性最好，l1000mm。铸钢的流动性最差，l200mm；成分：共晶合金的流动性最好；结晶特征：结晶间隔越小，则流动性越好；粘度：粘度越大，流动性越差；结晶潜热：结晶潜热越小，流动性越差。,影响流动性因素：,Fe-C合金的流动性,几种不同合金流动性的比较,*铸铁的流动性,*铸钢的流动性,实验证明铸铁的流动性好，铸钢的流动性差。,比较下面几种合金流动性能,2、浇注条件（pouring）,浇注温度浇注温度越高，充型能力越好。但温度过高。会出现粘砂（sandadherence）、缩孔（shrinkagecavity）、气孔（blowhole）、粗晶（graincoarsening）等铸造缺陷。充型压力压力越大，充型能力越好。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。,3、铸型填充条件,铸型的蓄热能力散热越快的铸型，充型能力越差。铸型温度金属型铸造和熔模铸造时，铸型温度越高，充型能力越好。铸型中气体铸型中的气体压力增大，液态合金的流动困难，充型能力差。,2.1.2铸件的凝固（solidification）与收缩（contraction）,1、铸件的凝固方式逐层凝固糊状凝固中间凝固2、铸造合金的收缩3、缩孔与缩松,1、铸件的凝固方式之一,逐层凝固纯金属和共晶成份的合金，结晶温度是一固定值。凝固过程由表面向中心逐步进行,温度,表层,中心,固,液,1、铸件的凝固方式之二,糊状凝固结晶温度范围很宽的合金，从铸件的表面至心部都是固液两相混存。,1、铸件的凝固方式之三,中间凝固大多数合金属于这种方式。,凝固方式与铸件质量的关系：逐层凝固有利于充型，可防止缩孔和缩松。,影响铸件凝固方式的因素,合金的结晶温度结晶温度范围越小，糊状凝固区越小。铸件的温度梯度温度梯度越大，糊状凝固区越小。合金的性质铸型的蓄热能力浇注温度,三、合金的收缩性,1.收缩及其影响因素,合金的收缩：铸件在凝固和冷却过程中，其体积或尺寸减少的现象称为收缩。包括：液态收缩（体收缩率）浇注温度液相线凝固收缩（体收缩率）液相线固相线固态收缩（线收缩率）固相线室温,缩孔，缩松,应力，变形，裂纹,2、铸造合金的收缩,影响铸件收缩的主要因素：,化学成分：铸钢和白口铸铁收缩率大，灰铸铁、球铁小；浇注温度：T收缩率大；铸件结构：壁厚不均匀收缩受阻收缩率小；铸型条件：铸型、型芯阻碍收缩收缩率小,收缩导致的铸件缺陷,（1）缩孔与缩松（体积缩减得不到补充）缩孔：出现在铸件上部或最后凝固部位,倒锥形,容积较大.缩松：铸件最后凝固区未得到补缩形成分散细小的孔洞.逐层凝固合金易形成缩孔，糊状凝固合金易产生缩松。缩松严重影响铸件的气密性。,3、铸件中的缩孔与缩松,缩孔和缩松的形成液态合金在冷凝过程中，若其液态收缩和凝固收缩所缩减的容积的得不到补足，则在铸件最后凝固的部位形成一些孔洞缩孔它是集中在铸件上部或最后凝固的部位容积较大的孔洞缩松分散在铸件某区域内的细小孔洞，称为缩松,4、顺序凝固原则（定向凝固）,所谓顺序凝固，就是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，使铸件上远离冒口的部位先凝固，尔后是靠近冒口部位凝固，最后才是冒口本身的凝固。实现顺序凝固的措施。合理设计冒口和安放冷铁。,铸件上可能产生缩孔或缩松的部位,凝固等温线法,内切圆法,等温线未画到的部位,内切圆大的部位可能产生缩孔或缩松,2.1.3铸造内应力、变形及裂纹,1、铸造内应力（internalstress）2、铸件的变形（distortion）3、铸件的裂纹（crack）,1、铸造内应力,内应力的形成热应力它是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。薄壁处受压应力，厚壁处受拉应力。,机械应力它是合金的线收缩受到铸型或型芯机械阻碍而形成的内应力。,同时凝固原则,尽量减少铸件各处的温度差，使铸件不同壁厚各处在同一时间内凝固。浇口开在薄壁处，在厚壁处安放冷铁，力求使铸件各处同时冷却。,同时凝固原则与顺序凝固原则对比,2、铸件的变形,铸件冷却到室温后，热应力保留在铸件中,残余应力,薄壁处受压力，厚壁处受拉力,变形,防止变形的措施,设计铸件时尽可能壁厚均匀，形状对称。采取同时凝固。设计“反变形”量。,时效处理：有内应力的铸件在加工前置于露天半年以上，或550650C去应力退火。,3、铸件的裂纹与防止,热裂热裂是铸件在高温下产生的裂纹。其形状特征是：裂纹短，缝隙宽，形状曲折，缝内呈氧化色。合金性质铸造合金的结晶特点和化学成分对热裂的产生均有明显的影响铸型阻力铸型(包括型芯)的退让性对热力的形成有重要影响。冷裂冷裂是在低温下行成的裂纹。其形状特征是:裂纹细小，呈连续直线状，有时缝内呈轻微氧化色。,2.1.4铸件中的气孔,气孔的来源1、侵入气孔侵入气孔是由于砂型表面层聚集的气体侵入金属液中而形成的。2、析出气孔溶解于金属液中的气体在冷凝过程中，因气体溶解度下降而析出，在铸件中形成的气孔。3、反应气孔浇入铸型中的金属液与铸型材料、型芯撑、冷铁或熔渣之间，因化学反应产生气体而形成的气孔。,2.1.5铸件中的偏析,铸件内部化学成份不均匀的现象，称为偏析。,偏析类型1、晶内偏析结晶温度宽的合金易产生晶内偏析2、区域偏析合金中各成份因熔点的不同，引起不同时凝固。,2.1.6常见的铸造缺陷（JB302-62简化）,常见铸造缺陷的特征及产生的原因（P11）,常见铸造缺陷的特征及产生的原因,常见铸造缺陷的特征及产生的原因,小结,合金工艺性能,充型能力,凝固方式,应力与变形,流动性,浇注条件,铸型条件,逐层凝固,糊状凝固,中间凝固,收缩性能,液态收缩,凝固收缩,固态收缩,本节复习与思考题,1、铸件的常见缺陷有哪些？产生的原因是什么？怎样防止？,2、什么是同时凝固原则？什么是顺序凝固原则？下例两图哪个是同时凝固？哪个是顺序凝固？为了防止铸件产生内应力，应采取哪种凝固方式？,同时凝固,顺序凝固,本节复习与思考题,3、区分下列名词：逐层凝固与定向凝固出气口与冒口浇不足与冷隔4、下列哪种情况易产生气孔，为什么？舂砂过紧型芯撑生锈起模时刷水过多5、为什么灰口铸铁的收缩比碳钢小？,本节习题,6、分析如图所示轨道铸件热应力的分布？并用虚线表示出铸件的变形方向。,7、试分析下图所示铸件（1）哪些是自由收缩？哪些是受阻收缩？（2）受阻收缩的铸件形成哪一类铸造应力（3）各部分应力属于拉应力还是压应力？,本节结束,2.2砂型铸造（SandCasting）,2.2.1造型材料与造型方法2.2.2铸造工艺设计2.2.3铸造工艺图,2.2.1造型材料与造型方法,型（芯）砂的组成：石英砂+粘土+水+附加物。型（芯）砂的性能：强度、透气性（permeability）、耐火性（refractoriness）、退让性（collapsibility）。,砂型铸造是传统的铸造方法，适用于各种形状、大小以及各种合金铸件的生产。,2.2.1.1造型材料,2.2.1.2基本术语介绍,铸型：用型砂、金属或其他耐火材料制成；包括形成铸件形状的空腔、型芯和浇冒系统的组合整体。型腔：铸型中造型材料所包围的空腔部分。铸件：用铸造方法制成的金属件，一般作毛坯用。分型面：铸型组元间的接合面。分模面：模样组元间的接合面。,模样：由木材、金属或其他材料制成，用来形成铸型型腔的工艺装备。零件：铸件经切削加工制成的金属件。砂芯：为获得铸件的内孔或局部外形，用芯砂或其他材料制成的，安放在型腔内部的铸型组元。芯盒：制造砂芯或其他耐火材料所用的装备。,2.2.1.3造型方法,造型方法：、手工造型（HandMolding）手工造型操作灵活，大小铸件均适应；用于单件、小批量生产。、机器造型（MachineMolding）主要用于成批大量生产。,手工造型方法,按砂箱特征,两箱造型,三箱造型,地坑造型,脱箱造型,手工造型方法,按模型特征,整模造型,分模造型,挖砂造型,活块造型,刮板造型,假箱造型,手工造型方法介绍-1.整模造型,整模造型的特点及应用,特点：分型面为平面，铸型型腔全部在一个砂箱内，造型简单，铸件不会产生错箱缺陷。应用范围：铸件最大截面在一端，且为平面。,手工造型方法介绍-2.分模造型,分模造型的特点及应用,特点：模样沿最大截面分为两半，型腔位于上、下两个砂箱内。造型方便，但制作模样较麻烦。应用范围：最大截面在中部，一般为对称性铸件。,手工造型方法介绍-3.挖砂造型,挖砂造型的特点及应用,特点：模样为整体模，造型时需挖去阻碍起模的型砂，故分型面是曲面。造型麻烦，生产率低。应用范围：单件小批生产模样薄、分模后易损坏或变形的铸件。,手工造型方法介绍-4.假箱造型,挖砂造型生产的铸件有一定批量时，为了避免每型挖砂，可采用假箱造型。,特点是：先预制好一半型，其上承托模样，用其造下型，然后在此下型上再造上型。开始预制的半型不用来浇注，故称假箱。,手工造型方法介绍-5.活块造型,活块造型的特点及应用,特点：将模样上妨碍起模的部分，做成活动的活快，便于起模。造型和制作模样都很麻烦，生产率低。应用范围：单件小批生产带有突起部分的铸件。,手工造型方法介绍-6.三箱造型,三箱造型的特点及应用,特点：铸件两端截面尺寸比中间部分大，采用两箱无法起模，将铸型放在三个砂箱中，组合而成。三箱造型的关键是选配合适的中箱。造型复杂，易错箱，生产率低。应用范围：单件小批生产具有两个分型面的铸件。,手工造型方法介绍-7.刮板造型,对有些旋转体或等截面形状的铸件，当产量小，属单件或小批量生产时，为了节省模样费用，缩短模样制造时间，可以采用刮板造型。刮板是一块和铸件截面形状相适应的木板。,手工(紧实)造型,造型时填砂,、机器造型填砂、紧实、起模等操作由机器来完成。特点：生产率高，铸型质量好；但投资大，生产周期长，主要用于成批大量生产。分类：震压造型、抛砂造型、射砂造型。,震压造型,砂团,填砂、紧实,叶片,执砂紧实,射砂紧实,2.2.2铸造工艺设计,、浇注位置（pouringposition）浇注位置是浇注时铸件在铸型中所处的位置。、分型面（moldparting）、铸造工艺参数的确定1、加工余量（machiningallowance）2、收缩余量（shrinkageallowance）3、拔模斜度（起模斜度patterndraft）4、型芯头（coreprint）5、最小铸出孔,、浇注位置的选择原则,1）铸件的重要加工表面和主要工作面应朝下或呈侧立。,、浇注位置的选择原则,2)铸件的大平面应朝下。,不合理,合理,、浇注位置的选择原则,3)为防止铸件薄壁部分产生浇不足或冷隔等缺陷，应将面积较大的薄壁部分朝下。,、浇注位置的选择原则,4)容易形成缩孔的铸件，应将截止面较厚的部分放在分型面附近的上部或侧面，以便安放冒口。,、分型面的选择原则,1）尽量使铸件的大部分或全部置于同一砂箱中，或使加工面和加工基准面在同一砂箱中，以保证铸件的精度，便于造型、型芯的安放和检验及合箱等操作。,大批量,小批量,1.应尽量使铸件的全部或大部置于同一砂箱，以保证铸件的尺寸精度。,上,下,中,、分型面的选择原则,1）尽量使铸件的大部分或全部置于同一砂箱中,A合理B不合理,、分型面的选择原则,(2)应使铸件的加工面和加工基准面处于同砂箱中.,(a)可能产生错箱,导致不同轴,、分型面的选择原则,3)应尽量减少分型面的数量，尽可能选平直的分型面，最好只有一个分型面。这样可以简化操作，提高铸件精度。,、分型面的选择原则,2）尽量减少分型面的数量，最好只有一个分型面。,不好,不好,好,、分型面的选择原则,4）分型面的选择应尽力减少型芯和活块的数量，以便简化制模、造型、合箱等操作。,、分型面的选择原则,5）为了便于造型、安放型芯、合箱及检查型腔尺寸，应尽量使型腔和主要型芯置于下箱中。,型腔及型芯大部分位于下型有得利于起模及翻箱,、工艺参数的确定,1、加工余量2、收缩余量3、拔模斜度4、型芯头5、最小铸出孔,1、加工余量,加工余量值与铸件大小、合金种类及造型方法等有关。单件小批生产的铸铁件的加工余量为4.55.5mm。,2、收缩余量,收缩余量：由于冷却收缩铸件的实际尺寸要比模样小，为了保证铸件尺寸必须按合金收缩率放大模样尺寸。收缩率指铸件自高温冷却到室温的尺寸收缩率。灰口铸件为0.71.0%铸钢为1,32.0%铝硅合金为0.81.2%,3、拔模斜度,拔模斜度是指平行于起模方向的模样壁的斜度。通常为153。,4、型芯头,分为垂直芯头和水平芯头。,垂直芯头高度取决于芯头的截面尺寸。下芯头的斜度310，上芯头的斜度615。芯头与铸型之间的间隙14mm。,5、最小铸出孔,小孔可不铸出。单件小批生产时：3050mm的孔；成批生产时：1530mm的孔：大批量生产时:1215mm的孔。不加工孔必须铸出,2.2.3铸造工艺图,根据铸件的特点、批量大小、生产方法确定铸造工艺，并将各项工艺设计内容用不同符号和颜色描绘在零件图上，辅以文字说明，构成铸件工艺图。铸造工艺图是进行生产准备、指导生产的基本工艺文件。在零件图上，把上述工艺内容用红色铅笔画出来，芯子、芯头、冷铁用蓝色铅笔画出来,铸造成工艺图示例1支座,普通支承件无特殊质量要求HT150主要考虑简化工艺,铸造成工艺图示例1支座,分析：底板上10的孔处有四个凸台、两侧30轴孔处有凸台，凸台妨碍起模。大批量生产时，轴孔要铸出，要考虑下芯小批批量生产时，轴孔不铸出。方案分模造型优点：轴孔下芯方便。缺点：必须采用活块造型，易产生错箱，飞边清理工作量大。方案整模造型优点：不会产生错箱，铸件清理简便。缺点：轴孔凸台妨碍起模，必须采用活块或下芯来克服，当采用活块时，30轴孔处难以下芯。小批生产：轴孔不铸出，采用方案进行活块造型较合理。大批生产：轴孔铸出，采用组合型芯,上,下,下,上,方案适合于各种批量，是合理的工艺方案,收缩率：1%拔模斜度：301,铸造成工艺图示例2气缸套,大批生产不得有裂纹、气孔、缩孔和缩松等缺陷组织致密，需作水压试验。,铸造成工艺图示例2气缸套,铸造工艺方案的选择：方案型腔较浅，造型简便，但铸件质量难保证方案造型较方便，不会出现错型现象，采用雨淋式烧口，铸件由下至上定向凝固，铸件质量好，,铸造成工艺图示例2气缸套,铸造成工艺图示例3C6140车床进给箱,铸造成工艺图示例3C6140车床进给箱,方案分型面在轴孔中心线凸台A用型芯来完成,槽C可用型芯可活块制出。优点：适于铸出轴孔。缺点：D面朝上。方案从基准面D分型，铸件绝大部分位于下箱凸台A不妨碍起模，凸台E和槽C妨碍起模，缺点：轴孔不易铸出。方案从B面分型，铸件全部置于下箱，全部凸台都要采用活块或型芯，轴孔不易铸出。,铸造成工艺图示例3C6140车床进给箱,大批量生产：九个轴孔需要铸出，只能用方案单件或小批生产：三个方案均右考虑,本节复习与思考题,1、型砂的组成？性能？2、浇注系统的组成及作用3、手工造型方法有哪些？4、铸造工艺的内容包括哪些？5、挖砂造型、活块造型、三箱造型适用于哪几种场合？6、图示零件为单件生产，试确定其造型方法，浇注位置和分型面（P28）。,7、分析图示三种铸件采用何种手工造型方法。,造型材料,型（芯）砂的组成?,型（芯）砂应具备哪些主要性能？,型砂是砂、粘结剂附加物和水组成,可塑性、强度、透气性、耐火性、退让性,涂料的组成？作用？扑料？,石墨（石英粉）+粘土+水,浇注系统的组成及作用,引导金属液流入铸型型腔的一系列通道的总称。外浇口：承接金属液并将其平稳地导入直浇道。直浇道：产生静压力、调速。横浇道：分配金属液，阻挡熔渣。内浇道：控制金属液的速度与方向。冒口：储存金属液，补缩、聚渣、冒气、观察,本节结束,2.3特种铸造方法,1、熔模铸造2、金属型铸造3、压力铸造4、低压铸造5、离心铸造6、陶瓷铸造7、实型铸造,基本概念,特种铸造是指除砂型铸造以外的铸造方法。从铸造工艺角度来看，铸件的尺寸精度及表面粗糙度主要取决于铸型的质量。因此，为了提高铸件的表面质量，应以改进铸型材料或造型工艺入手。而为了提高铸件的内部质量，则主要依靠改善液态金属充填及随后的冷却条件。当然，改善液态金属的充填条件，提高液态金属的充型能力，也有利于改善铸件的表面粗糙度及精度。为了克服砂型铸造的缺点，人们在生产实践中，不断探求新的铸造方法。,1、熔模铸造（investmentcasting）,蜡模制造压型制造蜡模的压制蜡模组装,焙烧和浇注,脱蜡和造型脱蜡造型,结壳浸涂料撒砂硬化,落砂和清理,熔模铸造的特点与应用,铸件精度高（IT1114）、表面粗糙度低（Ra6.31.6）。一般不再进行切削加工。适应于各种铸造合金，特别是形状复杂的耐热合金铸件。因为型壳材料是高温的。可做出形状复杂、难于切削加的铸件。如汽轮机叶片。工艺过程复杂，生产成本高，不能生产大型铸件。主要用航空、电器、仪器和刀具。,2、金属型铸造（permanentmouldcasting）,金属型铸造是将液态合金浇入金属铸型，以获得铸件的一种铸造方法。,工艺要求：喷刷涂料。使金属铸型保持一定的工作温度。合适的出型时间。防止铸铁件产生白口。,金属型铸造的特点,一型多铸生产率高冷却速度快，铸件组织致密，机械性能高。表面光洁，尺寸准确。缺点：金属型成本高，加工费用大金属型没有退让性，不宜生产形状复杂的铸件。金属型冷却速度快，易产生裂纹。用于大批量生产有色铸件。,3、压力铸造（PressureDieCasting）,将熔融的金属在高压下，快速压入金属型，并在压力下凝固，以获得铸件的方法。,卧式压铸机,压力铸造的特点,铸件的精度及表面质量较高（IT1113、Ra6.31.6），因此压铸件可不经机械加工。可压出形状复杂的薄壁件或镶嵌件。铸件的强度和表面硬度都较高。生产率高。缺点：成本高。不适于压高熔点金属。铸件内部常有气孔、缩孔等。不能进行热处理。,4、低压铸造（lowpressdiecasting）,特点：充型平稳，适用于不同的铸型；铸件力学性能好；投资少，易操作，自动化程度高。应用：大批量生产铝合金和镁合金铸件。如发动机的气缸盖、曲轴、叶轮、活塞等。,介于金属型和压力铸造之间的一种铸造方法。,5、离心铸造（centrifugalcasting）,将液态合金浇入高速旋转的铸型中，使金属液在离心力作用下充填铸型并结晶。用于大批量生产管、套类铸件。,省去型芯和浇注系统，降低铸件成本；离心力的作用，铸件由外向内的顺序凝固，铸件组织致密；便于制造双金属铸件；铸件易产生偏析，内表面较粗糙，尺寸不易控制。,工艺特点：,应用：,6、陶瓷型铸造（ceramicmoldcasting）,陶瓷型铸造是以陶瓷作为铸型材料的一种铸造方法.基本工艺过程：(1)砂套造型(2)灌浆与胶结(3)起模与喷烧(4)烘烧与合箱(5)浇注,6、陶瓷型铸造,6、陶瓷型铸造特点及适用范围,（1）陶瓷型铸造具有熔模铸造的许多优点.（2）陶瓷型铸件的大小几乎不受限制,如铸件重量可从几千克到数吨,而熔模铸件最大仅几千克.（3）在单件,小批量生产条件下,需要的投?资少，生产周期短,在一般铸造车间较容易实现.,7、实型铸造（expendablepatterncasting）,用泡沫模型代替金属或木模，造型后模样不取出，呈实体型腔，模样气化得到铸件。,7、实型铸造的特点,1、无需起模，无分型面，无型芯，因而无飞边毛刺，铸件的尺寸精度接近熔模铸造，但尺寸可大于熔模铸造。2、可生产形状复杂的铸件3、造型效率比砂型铸造高。4、对环境有污染。主要用于不易起模等复杂铸件的生产。,常用铸造方法的比较,常用铸造方法与砂型铸造方法的比较,本节复习题,下例铸件在大批量生产时采用什么铸造方法为宜？铝活塞摩托车汽缸体国床床身铸铁水管气缸套汽轮机叶片缝纫机头大模数齿轮滚刀,本节结束,2.4常用铸造合金的生产,2.4.1铸铁件的生产2.4.2铸钢件的生产2.4.3非铁合金铸件的生产,2.4.1.1铸铁件的概述,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。,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：渗碳体灰口铸铁：石墨麻口铸铁：渗碳体和石墨,普通灰口铸铁可锻铸铁球墨铸铁蠕墨铸铁,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：,普通灰口铸铁：石墨呈片状,可锻铸铁：石墨呈团絮状,蠕墨铸铁：石墨呈蠕虫状,球墨铸铁：石墨呈球状,影响铸铁组织和性能的因素,1、化学成分1）碳和硅碳是形成石墨的元素，也是促进石墨化的素。含碳愈高，析出的石墨愈多、石墨片愈粗大。硅是强烈促进石墨化的元素，随着含硅量的增加，石墨显著增多。所以：当铸铁中碳、硅含量均高时，析出的石墨就愈多、愈粗大，而金属基体中铁素体增多，珠光体减少。,3）锰,所以：硫含量限制在0.1-0.15%以下，高强度铸铁则应更低。,使铸铁铸造性能恶化（如降低流动性，增大收率）。,锰是弱阻碍石墨化元素，具有稳定珠光体，提高铸铁强度和硬度的作用。,MnS,一般控制在0.61.2%之间,4）磷,磷对铸铁的石墨化影响不显著。含磷过高将增加铸铁的冷脆性。,限制在0.5%以下，高强度铸铁则限制在0.20.3%以下。,2）硫,硫是强烈阻碍石墨化元素。,2冷却速度,在实际生产中，一般是根据铸件的壁厚（主要部位的壁厚），选择适当的化学成分（主要指碳、硅），以获得所需要的组织。,由此可知：随着壁厚的增加，石墨片的数量和尺寸都增大，铸铁强度、硬度反而下降。这一现象称为壁厚（对力学性能的）敏感性。,1）铸型材料,2）铸件壁厚,铸件壁愈厚，冷却速度愈慢，则石墨化倾向愈大，愈易得到粗大的石墨片和铁素体基体。,铸铁的性能,铸铁之所以用得如此广泛,是因为石墨的存在，石墨的存在，使铸铁具有铸钢所不具备的性能。,铸铁的优点,良好的铸造性能，如流动性好、收缩小良好的切削加工性能；高的耐磨性；良好的吸振缓冲性能；低的缺口敏感性能。,石墨形态对铸铁性能的影响,石墨片越圆整、越细小、分布越均匀对基体割裂作用越小。,影响石墨化的因素：壁厚,2.4.1.2灰口铸铁,基体：F、P、F+P生产：铁水熔炼好后直接浇铸牌号：HTXXX,HT:表示灰口铸铁中文拼音的代号XXX:三位数字表示最抵抗拉强度(MPa),石墨形态：片状,问题,1）灰口铸铁牌号为什么不用含碳量多少表示，而用力学性能表示？2）有一铸件当其强度不够时，可否通过增大截面解决？,灰口铸铁的孕育处理,提高和改善灰口铸铁的性能的途径,改善基体组织,改变石墨形态、数量、大小和分布,灰口铸铁的孕育处理是提高和改善灰口铸铁的性能的途径行之有效的方法。常用的孕育剂是含Si量为75%的硅铁。,灰口铸铁的孕育处理方法,即将熔炼出的铁水在浇铸前加入质量分数为0.25%0.60%的孕育剂，孕育剂在铁水中形成大量弥散的石墨结晶核心，使石墨化作用显著提高，从而得到在细珠光体上均匀分布着细片状石墨的组织。,灰口铸铁的孕育处理,选用碳、硅量低的铁水：原铁水含碳量越低，石墨越细小，铸铁的强度、硬度就越高。,冷却速度:对其组织和性能影响较小。如下面的图：,2.4.1.3球墨铸铁件的生产,向高温铁水中加入一定量的球化剂和孕育剂，直接得到球状石墨的铸造合金。,球化剂：金属镁或稀土镁,孕育剂：含Si量为75%或95%的硅铁,球墨铸铁件主要特点：,石墨成球状，对基体的割裂作用已降到最低，力学性能比灰铸铁有显著提高。,可通过热处理改善金属基体，进一步提高性能。这一点与灰铸铁不同。,球墨铸铁较灰铸铁易产生缩孔、缩松、皮下气孔、夹渣等缺陷。,石墨析出时，发生膨胀，应适当提高铸型刚度。,球墨铸铁件生产中应注意的问题,控制原铁液的化学成分，与一般灰铸铁基本相同；具有高C高Si,中Mn,低S、P特点。,较高的铁液温度，以防止球化处理、孕育处理后铁液温度过低，产生浇不足等缺陷,球化处理、孕育处理。,球墨铸铁的牌号、性能及用途,2.4.1.4可锻铸铁,可锻铸铁生产：将白口铸铁件经长时间的高温石墨化退火，使白口铸铁中的渗碳体分解，获得在铁素体或珠光体的基体分布着团絮状石墨的铸铁。,黑心可锻铸铁(KTH,铁素体基体),珠光体可锻铸铁(KTZ),白心可锻铸铁(KTB，很少用),种类,特点：强度高b=300-400Mpa，塑性（12%）和韧性（k30J/Cm2)好。石墨化退火周期长，40-70h,铸件成本高。适用于制造承受震动和冲击、形状复杂的薄壁小件。,2.4.1.5蠕墨铸铁,蠕墨铸铁的性能特点：（1）力学性能（强度和韧性）比灰铸铁高，与铁素体球墨铸铁相近。（2）壁厚敏感性比灰铸铁小得多。（3）导热性和耐疲劳性比球墨铸铁高得多，与灰口铸铁相近。（4）耐磨性比灰口铸铁好，为HT300的2.2倍以上。（5）减振性比球墨铸铁高，但比灰口铸铁低。（6）工艺性能良好，铸造性能近于灰口铸铁，切削加工性能近于球墨铸铁。,蠕墨铸铁的用途,蠕墨铸铁主要用来代替高强度灰铸铁、合金铸铁、铁素体球墨铸