铸造工艺基础

1、2021-5-22武汉理工大学金工学部1 wuhan university of technology 机电工程学院金工学部机电工程学院金工学部 metal technology 2021-5-22武汉理工大学金工学部2 选材选材 毛坯毛坯预先热处理预先热处理 机械加工机械加工 最终热处理最终热处理检验检验 应根据零件的性能要求、受载情况、服役条应根据零件的性能要求、受载情况、服役条 件、件、 工作环境等：工作环境等： 选材：选材：金属材料种类繁多，性能不一，而且材料的发展日新月金属材料种类繁多，性能不一，而且材料的发展日新月 异，而零件的性能要求、服役条件各不相同，再加上材料的资源、异，而零

2、件的性能要求、服役条件各不相同，再加上材料的资源、 价格等多方面考虑。价格等多方面考虑。 1.1.机械零件的制造工艺过程机械零件的制造工艺过程 机械制造过程及发展趋势简介机械制造过程及发展趋势简介 2021-5-22武汉理工大学金工学部3 毛坯选择：毛坯选择： 液体成形（铸造），塑性成形（压力加工），连液体成形（铸造），塑性成形（压力加工），连 接成形（焊接），粉末冶金成形，型材。接成形（焊接），粉末冶金成形，型材。 机械加工：机械加工： 传统加工：车削，包削，铣削，拉削，镗削，磨传统加工：车削，包削，铣削，拉削，镗削，磨 削等削等 现代加工：数控加工，电火花加工，激光加工等现代加工：数控加工

3、，电火花加工，激光加工等 特种加工方法特种加工方法 一个具体零件的加工往往可用多种不同的加工方法，而一个具体零件的加工往往可用多种不同的加工方法，而 每种加工方法所能达到的加工精度、加工质量、加工范每种加工方法所能达到的加工精度、加工质量、加工范 围、加工效率是不同的。围、加工效率是不同的。 2021-5-22武汉理工大学金工学部4 课程介绍课程介绍 1.课程性质课程性质 本课程是高等工科院校机械类和近机械本课程是高等工科院校机械类和近机械 类专业必修的学科基础课程，本课程研究类专业必修的学科基础课程，本课程研究 机械零件毛坯的制造方法及毛坯设计时的机械零件毛坯的制造方法及毛坯设计时的 结构工

4、艺性问题，同时还研究机械加工方结构工艺性问题，同时还研究机械加工方 法的特点及各种加工方法对机械零件的工法的特点及各种加工方法对机械零件的工 艺性要求。艺性要求。 2021-5-22武汉理工大学金工学部5 2.课程任务课程任务 通过本课程的学习了解和掌握机械制造过程中各种零通过本课程的学习了解和掌握机械制造过程中各种零 件毛坯制造方法的基本原理和工艺特点，并且对各种件毛坯制造方法的基本原理和工艺特点，并且对各种 表面加工的方法选择和机械零件的加工工艺规程的编表面加工的方法选择和机械零件的加工工艺规程的编 制有较全面的了解，使学生具有初步的选择毛坯、制制有较全面的了解，使学生具有初步的选择毛坯、

5、制 造毛坯及零件加工的工艺分析能力。造毛坯及零件加工的工艺分析能力。 1 1、主要讲授工程材料常用的、主要讲授工程材料常用的成形方法成形方法及机械及机械加工方法加工方法 和和工艺特点工艺特点、机械制造过程中常用的一些先进技术。、机械制造过程中常用的一些先进技术。 2 2、各种、各种工艺方法工艺方法本身的规律性及在机械制造中的应用本身的规律性及在机械制造中的应用 和相互联系；和相互联系； 3 3、金属零件的加工、金属零件的加工工艺过程工艺过程； 4 4、金属材料性能及其对、金属材料性能及其对加工工艺加工工艺的影响；的影响； 5 5、工艺方法工艺方法的综合比较等。的综合比较等。 2021-5-22

6、武汉理工大学金工学部6 3.课程重点课程重点 1 1、基本原理、基本原理 2 2、工艺特点、工艺特点 4.课程特点课程特点 1 1、理论性强、理论性强 2 2、实践性强、实践性强 3 3、无公式推导、无公式推导 5.学习方法学习方法 1 1、在理解基础上记忆、在理解基础上记忆 2 2、在记忆基础上加深理解、在记忆基础上加深理解 2021-5-22武汉理工大学金工学部7 金属工艺学金属工艺学 材料成形工艺基础材料成形工艺基础 金属连接成形金属连接成形(焊接焊接) 金属塑性成形金属塑性成形(压力加工压力加工) 金属液态成形金属液态成形(铸造铸造) 机械加工工艺基础机械加工工艺基础 机械加工工艺的基

7、本知识机械加工工艺的基本知识 表面切削成形的基本方法表面切削成形的基本方法 金属切削加工基础金属切削加工基础 实验实验 刀具角度的测量与设计 低碳钢熔化焊焊接接头组织分析低碳钢熔化焊焊接接头组织分析 2021-5-22武汉理工大学金工学部8 第第2章：铸造章：铸造 v 本章内容本章内容 1.1铸造工艺基础；铸造工艺基础； 1.2常用合金铸件的生产；常用合金铸件的生产； 1.3砂型铸造；砂型铸造； 1.4铸件结构设计。铸件结构设计。 v 本章重点本章重点 铸造性能；铸造性能； 铸铁生产；铸铁生产； 砂型铸造工艺设计；砂型铸造工艺设计； 铸件结构设计。铸件结构设计。 2021-5-22武汉理工大学

8、金工学部9 铸造概述铸造概述 液态成形液态成形 工艺基础工艺基础 铸件生产铸件生产 结构设计结构设计 砂型铸造砂型铸造 1 2 3 4 工艺性能 工艺方法工艺方法 铸造的发展史铸造的发展史 2021-5-22武汉理工大学金工学部10 铸造发展史概述铸造发展史概述 铸造生产的技术在我国至少有四铸造生产的技术在我国至少有四 千年的历史千年的历史. 前两千年以青铜铸造为主前两千年以青铜铸造为主 , 发展发展 了冶铸技术了冶铸技术 , 形成了商周文化形成了商周文化. 后两千年以铸铁生产为主后两千年以铸铁生产为主 , 推动推动 了铸造技术的发展了铸造技术的发展. 商代司母戊鼎商代司母戊鼎 司母戊鼎通高司

9、母戊鼎通高133厘米厘米, 横横 长长110厘米厘米, 宽宽78厘米厘米,重重875 公斤公斤. 根据目前发展的商代根据目前发展的商代 熔铜坩锅熔铜坩锅, 一次约能熔铜一次约能熔铜12.7 公斤公斤. 铸造司母戊这样的大铸造司母戊这样的大 鼎鼎, 就需要七十多个坩锅就需要七十多个坩锅. 如如 果一个坩锅配备三至四人果一个坩锅配备三至四人, 就需要二、三百人同时操作。就需要二、三百人同时操作。 云版又叫云版又叫“点点”，是军营中，是军营中 遇有急事敲打报警用的。此遇有急事敲打报警用的。此 块云版用生铁铸成，上下两块云版用生铁铸成，上下两 端勾卷如云，故名。端勾卷如云，故名。 上铸上铸 双钩汉字两

10、行：双钩汉字两行：“大金天命大金天命 癸亥年铸牛庄城癸亥年铸牛庄城”十一字。十一字。 2021-5-22武汉理工大学金工学部11 2.12.1铸造工艺基础铸造工艺基础 将液态金属浇入与零件形状相适应的铸型空腔中，待其冷却凝固，以获得毛将液态金属浇入与零件形状相适应的铸型空腔中，待其冷却凝固，以获得毛 坯或零件的工艺方法，通常称为金属的液态成形或铸造。坯或零件的工艺方法，通常称为金属的液态成形或铸造。 金属的液态成形在机械制造业中占有重要的地位。他是制造毛坯、零件的金属的液态成形在机械制造业中占有重要的地位。他是制造毛坯、零件的 重要方法之一。重要方法之一。 按铸型材料的不同，金属液态成形可分为

11、砂型铸造和特种铸造（包括熔模按铸型材料的不同，金属液态成形可分为砂型铸造和特种铸造（包括熔模 铸造、离心铸造、压力铸造、低压铸造、金属型铸造等）。其中砂型铸造是铸造、离心铸造、压力铸造、低压铸造、金属型铸造等）。其中砂型铸造是 最基本的液态成形方法，所生产的铸件要占铸件总量的最基本的液态成形方法，所生产的铸件要占铸件总量的80%80%以上。以上。 零件图零件图 铸造工艺图铸造工艺图 铸铸 型型 型型 芯芯 芯盒芯盒 芯砂芯砂 型砂型砂 模型模型 熔炼熔炼 合合 箱箱 落砂、清理落砂、清理 检检 验验 铸铸 件件 浇注浇注冷却冷却 凝固凝固 铸造生产过程铸造生产过程 2021-5-22武汉理工大

12、学金工学部12 砂型铸造过程砂型铸造过程 2021-5-22武汉理工大学金工学部13 砂型铸造过程砂型铸造过程 2021-5-22武汉理工大学金工学部14 液态成型的优点液态成型的优点 适于做复杂外形，特别是适于做复杂外形，特别是 复杂内腔的毛坯复杂内腔的毛坯 1 适应性广，对铸件材料、适应性广，对铸件材料、 大小、批量几乎不受限制大小、批量几乎不受限制 2 成本低，原材料来源广，成本低，原材料来源广， 价格低廉价格低廉,一般不需要昂贵一般不需要昂贵 的设备的设备 3 是选用某些塑性很差的材料是选用某些塑性很差的材料 (如铸铁等如铸铁等)制造毛坯或零件制造毛坯或零件 的唯一成型工艺的唯一成型工

13、艺 4 2021-5-22武汉理工大学金工学部15 液态成型的缺点液态成型的缺点 工艺过程比较复杂，一些工艺过程比较复杂，一些 工艺过程还难以控制工艺过程还难以控制 1 液态成形零件内部组织的均液态成形零件内部组织的均 匀性、致密性一般较差匀性、致密性一般较差 2 液态成形零件易出现缩孔、缩液态成形零件易出现缩孔、缩 松、气孔、砂眼、夹渣、夹砂松、气孔、砂眼、夹渣、夹砂 、裂纹等缺陷，产品、裂纹等缺陷，产品 质量不够质量不够 稳定稳定 3 由于铸件内部晶粒粗大，组织不由于铸件内部晶粒粗大，组织不 均匀，且常伴均匀，且常伴 有缺陷，其力学有缺陷，其力学 性能比同类材料的塑性成形低性能比同类材料的

14、塑性成形低 4 铸造缺陷与合金铸造性能（液态合金充型，凝固收缩）；造型铸造缺陷与合金铸造性能（液态合金充型，凝固收缩）；造型 材料（型砂）；铸造工艺（工艺设计与结构设计）以及合金熔材料（型砂）；铸造工艺（工艺设计与结构设计）以及合金熔 炼有关，它们相互关联并相互矛盾。炼有关，它们相互关联并相互矛盾。 2021-5-22武汉理工大学金工学部16 合金的铸造性能合金的铸造性能 合金的铸造性能合金的铸造性能通常是指合金在铸造过程通常是指合金在铸造过程 中所表现出的工艺性能。它包括中所表现出的工艺性能。它包括液态合金的液态合金的 充型能力，合金的凝固与收缩，铸造应力与充型能力，合金的凝固与收缩，铸造应

15、力与 偏析偏析等等，他们对获得合格铸件有很大的影响。，他们对获得合格铸件有很大的影响。 因此，因此，合金铸造性能是选择铸造金属材合金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料，确定铸件的铸造工艺方案及进行铸件结 构设计的依据。构设计的依据。 2021-5-22武汉理工大学金工学部17 2.1.1合金的充型能力合金的充型能力 液态金属液态金属充满铸型型腔充满铸型型腔， 获得尺寸精确获得尺寸精确、轮廓清轮廓清 晰晰的成型件的能力的成型件的能力 充型能力的概念充型能力的概念: 充型能力充型能力 不足不足 浇不足浇不足冷冷 隔隔夹夹 砂砂气气 孔孔夹夹 渣渣 影响充型能力的因数

16、影响充型能力的因数 合金的流动性合金的流动性 浇注条件浇注条件 铸型填充条件铸型填充条件 铸件结构铸件结构 2021-5-22武汉理工大学金工学部18 合金的流动性合金的流动性 测试合金流动性的方法测试合金流动性的方法: 通常用螺旋形试样来测试合金流通常用螺旋形试样来测试合金流 动性的优、劣。动性的优、劣。 如右图，如右图，将合金液浇入铸型中，将合金液浇入铸型中， 冷凝后测出充满型腔的试样长度。冷凝后测出充满型腔的试样长度。 浇出的试样越长，合金的流动性浇出的试样越长，合金的流动性 越好越好。 几种不同合金流动性的比较几种不同合金流动性的比较 出气口 浇口杯 试样铸件 试样凸台 内浇口 合合

17、金金造型材料造型材料浇注温度浇注温度螺旋线长度螺旋线长度 灰铸铁灰铸铁c + si = 5.2% c + si = 4.2% 砂砂 型型 砂砂 型型 1300 1300 1000 mm 600 mm 铸钢铸钢 ( 0.4% )砂砂 型型1600 100 mm 锡青铜锡青铜(9%11%sn 2%4%zn) 砂砂 型型1040 420 mm 硅黄铜硅黄铜( 1.54.5% )砂砂 型型1100 1000 mm 铝合金铝合金 ( ( 硅铝明硅铝明 ) )金属型金属型 ( 300) 680720 700800 mm 2021-5-22武汉理工大学金工学部19 2.1.2.1 合金流动性对充型能力的影响

18、合金流动性对充型能力的影响 合金流动性的影响因数合金流动性的影响因数 合金的种类：合金的种类：不同种类的合金流动性不同不同种类的合金流动性不同 化学成分：化学成分：同类合金成分不同，合金的结晶特点不同，流动性不同同类合金成分不同，合金的结晶特点不同，流动性不同。 结晶特性结晶特性: 恒温下结晶，流动性较好；两相区内结晶，流动性较差。恒温下结晶，流动性较好；两相区内结晶，流动性较差。 相同过热度时铸铁含碳量与流动性的关系相同过热度时铸铁含碳量与流动性的关系含碳量对结晶特性的影响含碳量对结晶特性的影响 2021-5-22武汉理工大学金工学部20 硅硅: 硅是石墨化元素硅是石墨化元素, 其作用其作用

19、 与碳相似与碳相似 , 随着硅量的增加随着硅量的增加, 合金的液相线温度下降合金的液相线温度下降, 使使 流动性提高流动性提高. 锰锰:锰本身对合金的流动性锰本身对合金的流动性 影响不大影响不大,但随着但随着mns 夹杂夹杂 物的增加物的增加,合金的合金的流动性下流动性下 降降. 硫硫: 合金中含硫量越高合金中含硫量越高, 越越 易形成氧化膜易形成氧化膜, 增加铁水增加铁水 的粘度的粘度,致使致使 铁水铁水流动性流动性 降低降低. 磷磷: 合金中随着含磷量的合金中随着含磷量的 增加增加 , 液相线温度和固相液相线温度和固相 线温度下降线温度下降,铁水的粘度铁水的粘度 下降下降, 因此因此, 提

20、高了合金提高了合金 的流动性的流动性. 合金的流动性是指液态金属自身的流动能力，合金流动性愈好，充型合金的流动性是指液态金属自身的流动能力，合金流动性愈好，充型 能力愈强。能力愈强。 合金流动性优劣最根本的影响因素是其化学成分。不同种类合金化学合金流动性优劣最根本的影响因素是其化学成分。不同种类合金化学 成分不同；同类合金化学成分不同其结晶特性不同。成分不同；同类合金化学成分不同其结晶特性不同。 针对不同材料的流动性优劣可预先采取其他措施以提高合金充型能力。针对不同材料的流动性优劣可预先采取其他措施以提高合金充型能力。 铁碳合金五大化学元素：碳、硅、锰、磷、硫铁碳合金五大化学元素：碳、硅、锰、

21、磷、硫 对合金流动性的影响对合金流动性的影响 2021-5-22武汉理工大学金工学部21 2.1.2.2 浇注条件对充型能力的影响浇注条件对充型能力的影响 浇注浇注 条件条件 浇注温度浇注温度 充型压力充型压力 浇注系统浇注系统 浇注温度高，液态金属的粘度变小；过浇注温度高，液态金属的粘度变小；过 热度高，金属液内含热热度高，金属液内含热 量多，保持液量多，保持液 态的时间长，充型态的时间长，充型 能力强。能力强。 液态金属在流动方向上所受的压力称为液态金属在流动方向上所受的压力称为 充型压力。充型压力越大充型压力。充型压力越大, 充型能力越充型能力越 强。强。 浇注系统的结构越复杂，则流动浇

22、注系统的结构越复杂，则流动 阻力越大，充型能力越差。阻力越大，充型能力越差。 2.1.2.3 铸型条件对充型能力的影响铸型条件对充型能力的影响 铸型蓄热系数铸型蓄热系数: 即从液态金属中吸取即从液态金属中吸取 热量并储存的能力热量并储存的能力 铸型温度铸型温度 (不能过高不能过高) 铸型的发气和透气能力：铸型的发气和透气能力： 铸型发气能力过强铸型发气能力过强,透气能力又差透气能力又差 时时,若浇铸速度太快若浇铸速度太快,则型腔中的则型腔中的 气体压力增大，充型能力减弱。气体压力增大，充型能力减弱。 2021-5-22武汉理工大学金工学部22 2.1.2.4铸件结构对充型能力的影响铸件结构对充

23、型能力的影响 折算厚度：折算厚度： 折算厚度也叫当量厚度或折算厚度也叫当量厚度或 模数，是模数，是铸件体积与铸件铸件体积与铸件 表面积之比表面积之比。折算厚度越。折算厚度越 大，热量散失越慢，充型大，热量散失越慢，充型 能力就越好。铸件壁厚相能力就越好。铸件壁厚相 同时，垂直壁比水平壁更同时，垂直壁比水平壁更 容易充填。容易充填。 （大平面铸件不易成形）（大平面铸件不易成形） 复杂程度：复杂程度：铸件结构越复铸件结构越复 杂，流动阻力就越大，铸杂，流动阻力就越大，铸 型的充填就越困难。型的充填就越困难。 知道了影响影响充型能知道了影响影响充型能 力的因素，进一步分析，力的因素，进一步分析， 找

24、出可控因素，从而提找出可控因素，从而提 出改进或提高合金充填出改进或提高合金充填 能力的措施。能力的措施。 因素分析控制因素分析控制 2021-5-22武汉理工大学金工学部23 小结小结 什么是金属的液态成形什么是金属的液态成形液态成型的优、缺点液态成型的优、缺点 合金的充型能力合金的充型能力 结晶特性结晶特性: 恒温下结晶，流动性较好；两相区内结晶，流动性较差恒温下结晶，流动性较好；两相区内结晶，流动性较差 影响充型能影响充型能 力的因数力的因数 合金的流动性合金的流动性 铸型性质铸型性质 浇注条件浇注条件 铸件结构等铸件结构等 浇注温度浇注温度充充型压力型压力浇注系统浇注系统 复杂程度、折

25、算厚度复杂程度、折算厚度 铸型温度、铸型的发气和透气能力铸型温度、铸型的发气和透气能力 合金的种类、化学成分（结晶特性）合金的种类、化学成分（结晶特性） 2021-5-22武汉理工大学金工学部24 2.1.3 液态金属的凝固与收缩液态金属的凝固与收缩 2.1.3.1铸件的凝固方式铸件的凝固方式： 在铸件的凝固过程中，其截面一般存在三个区域，即在铸件的凝固过程中，其截面一般存在三个区域，即液相区液相区、 凝固区、固相区凝固区、固相区。对铸件质量影响较大的主要是液相和固相并存的。对铸件质量影响较大的主要是液相和固相并存的 凝固区的宽窄。铸件的凝固方式就是依据凝固区的宽窄来划分的。凝固区的宽窄。铸件

26、的凝固方式就是依据凝固区的宽窄来划分的。 铸件的凝固铸件的凝固 方式依据凝方式依据凝 固区的宽窄固区的宽窄 划分为：划分为： 逐层凝固；逐层凝固； 糊状凝固；糊状凝固； 中间凝固。中间凝固。 合金的结晶温度范围和凝固方式的关系合金的结晶温度范围和凝固方式的关系 2021-5-22武汉理工大学金工学部25 影响凝固的主要因素：影响凝固的主要因素： 铸件的温度梯度：铸件的温度梯度： 在合金结晶温度范在合金结晶温度范 围已定的前提下，凝固围已定的前提下，凝固 区的宽窄取决于铸件内区的宽窄取决于铸件内 外层之间的温度差。外层之间的温度差。 若铸件内外层之间若铸件内外层之间 的温度差由小变大，则的温度差

27、由小变大，则 其凝固区相应由宽变窄。其凝固区相应由宽变窄。 合金的结晶温度范围：合金的结晶温度范围： 合金的结晶温度范围越小，凝固区域越窄，越趋向于逐层凝合金的结晶温度范围越小，凝固区域越窄，越趋向于逐层凝 固固。在铁碳合金中普通灰铸铁为逐层凝固，高碳钢为糊状凝固。在铁碳合金中普通灰铸铁为逐层凝固，高碳钢为糊状凝固。 增大温度梯度是使凝固区变窄的有效工艺措施增大温度梯度是使凝固区变窄的有效工艺措施 2021-5-22武汉理工大学金工学部26 2.1.3.2合金的收缩：合金的收缩：合金从液态冷却至室温的过程中，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其体积

28、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、缩带来许多困难，会造成许多铸造缺陷。（如：缩孔、缩 松、变形、裂纹）。松、变形、裂纹）。 合金的收缩可合金的收缩可 划分为三个阶划分为三个阶 段：段： 液态收缩；液态收缩； 凝固收缩；凝固收缩； 固态收缩。固态收缩。 - 液态收缩；液态收缩；- 凝固收缩；凝固收缩；- 固态收缩固态收缩 +- 体收缩；体收缩；- 线收缩线收缩 2021-5-22武汉理工大学金工学部27 合金的固态收缩，体积和尺寸减小并存，通常合金的固态收缩，体积和尺寸减小并存，通常 称之为称之为线收缩。在此收缩阶段会线收缩。在此收缩阶段会

29、导致铸件产导致铸件产 生应力、变形和裂纹等缺陷。生应力、变形和裂纹等缺陷。 合金的合金的液态收缩和凝固收缩液态收缩和凝固收缩表现为合金体积表现为合金体积 的减小，通常称之为的减小，通常称之为体收缩体收缩。在此阶段会。在此阶段会 出现出现缩孔和缩松缺陷缩孔和缩松缺陷。 恒温下结晶恒温下结晶逐层凝固逐层凝固缩孔缩孔 两相区结晶两相区结晶糊状凝固糊状凝固缩松缩松 2021-5-22武汉理工大学金工学部28 2.1.3.3影响收缩的因素影响收缩的因素 浇铸温度：浇铸温度： 浇铸温度越高，合金的液态收缩量增加，合金的收缩量增大。浇铸温度越高，合金的液态收缩量增加，合金的收缩量增大。 铸型条件：铸型条件：

30、 铸件在铸形中是受阻收缩而不是自由收缩，阻力来自铸型和型芯。铸件在铸形中是受阻收缩而不是自由收缩，阻力来自铸型和型芯。 铸件结构：铸件结构： 铸件壁厚不同，各处的冷却速度不同，冷凝使铸件各部分相互制约。铸件壁厚不同，各处的冷却速度不同，冷凝使铸件各部分相互制约。 合金种类合金种类含碳量含碳量(%)浇注温度浇注温度()总收缩量总收缩量(%) 碳素铸钢碳素铸钢0.35161012.46 白口铸铁白口铸铁3.014001212.9 灰口铸铁灰口铸铁3.514006.97.8 球墨铸铁球墨铸铁4.014000.81.0 化学成分：化学成分：当浇注温度不当浇注温度不 变时，碳钢随着含碳量的变时，碳钢随着

31、含碳量的 增加，液相线的温度下降，增加，液相线的温度下降， 其液态体积收缩增大；铸其液态体积收缩增大；铸 铁中石墨的密度小、比容铁中石墨的密度小、比容 大，减小了灰铸铁的部分大，减小了灰铸铁的部分 收缩。收缩。 2021-5-22武汉理工大学金工学部29 2.1.3.4缩孔与缩松的形成缩孔与缩松的形成 v 缩孔的形成 纯金属、共晶成分和结晶温度范围窄的合金纯金属、共晶成分和结晶温度范围窄的合金， 浇注后在型腔内呈现由表及里的逐层凝固。凝固浇注后在型腔内呈现由表及里的逐层凝固。凝固 过程中过程中, , 由于液态收缩和凝固收缩由于液态收缩和凝固收缩, , 使体积缩小使体积缩小, , 若其收缩得不到

32、补充若其收缩得不到补充 , , 就在铸件最后凝固处形就在铸件最后凝固处形 成成大而集中的孔洞称为缩孔大而集中的孔洞称为缩孔. . 2021-5-22武汉理工大学金工学部30 缩松的形成缩松的形成 结晶温度范围宽的合金呈糊状凝固结晶温度范围宽的合金呈糊状凝固。凝固区。凝固区 域内液、固两相共存，树枝晶发达，枝晶骨架将域内液、固两相共存，树枝晶发达，枝晶骨架将 合金液分割为小液体区，由于液态收缩和凝固收合金液分割为小液体区，由于液态收缩和凝固收 缩缩, 使体积缩小使体积缩小, 若其收缩得不到补充若其收缩得不到补充 , 就在铸件最就在铸件最 后凝固处形成后凝固处形成细小而分散的孔洞称为缩松。细小而分

33、散的孔洞称为缩松。 结论：结论：纯金属、共晶成分纯金属、共晶成分（逐层凝固）（逐层凝固）和凝固温度范围窄的合和凝固温度范围窄的合 金易产生金易产生缩孔、缩孔、 凝固区域较宽凝固区域较宽（糊状凝固）（糊状凝固）的合金的合金易产生易产生缩松缩松 2021-5-22武汉理工大学金工学部31 缩孔与缩松的形成缩孔与缩松的形成 2021-5-22武汉理工大学金工学部32 缩孔实例一缩孔实例一 缩孔实例二缩孔实例二 缩孔易出现的部位缩孔易出现的部位 2021-5-22武汉理工大学金工学部33 判断缩孔出现的方法：判断缩孔出现的方法：a）等温线法等温线法 b）内截圆法）内截圆法 2021-5-22武汉理工大

34、学金工学部34 缩孔和缩松的防止缩孔和缩松的防止 v 定向凝固原则 ：使铸件远离冒口的地方先凝使铸件远离冒口的地方先凝 固，固， 靠近冒口的地方次凝固，冒口本身最后凝固。实现靠近冒口的地方次凝固，冒口本身最后凝固。实现 以厚补薄，将缩孔转移到冒口中去。以厚补薄，将缩孔转移到冒口中去。 冒口冒口 储存补储存补 缩用金属液的缩用金属液的 空腔。空腔。 2021-5-22武汉理工大学金工学部35 1.合理布置合理布置 内浇道及确内浇道及确 定浇铸工艺定浇铸工艺 符合定向凝符合定向凝 固原则。固原则。 防止缩孔的工艺方法：防止缩孔的工艺方法： 2021-5-22武汉理工大学金工学部36 防止缩孔的工艺

35、方法：防止缩孔的工艺方法： 2.合理应用冒口、冷铁合理应用冒口、冷铁 等工艺措施。等工艺措施。 2021-5-22武汉理工大学金工学部37 2.1.4 液态成形内应力、变形与裂纹液态成形内应力、变形与裂纹 内应力内应力：热应力和机械应力热应力和机械应力 v 热应力：热应力：铸件在凝固和冷却的过程中，由于铸件在凝固和冷却的过程中，由于 铸件的壁厚不均匀，导致不同部位不铸件的壁厚不均匀，导致不同部位不 均衡的收缩而引起的应力。均衡的收缩而引起的应力。 v 机械应力：机械应力：铸件在固态收缩时，因受到铸型、铸件在固态收缩时，因受到铸型、 型芯、浇冒口、砂箱等外力阻碍而型芯、浇冒口、砂箱等外力阻碍而

36、产生的应力。产生的应力。 v 变形：变形：残余热应力的存在，使铸件处在一种非残余热应力的存在，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。缓解其应力，以回到稳定的平衡状态。 v 裂纹：裂纹：当应力大到一定程度会导致出现裂纹。当应力大到一定程度会导致出现裂纹。 2021-5-22武汉理工大学金工学部38 2.1.4.1热应力的形成过程分析热应力的形成过程分析 t0t1 高温阶段，塑性状态，塑性高温阶段，塑性状态，塑性 变形消除变形消除 t1 t2 杆弹性状态，杆弹性状态，塑性状态，塑性状态， 杆受拉应力，杆受拉应力，

37、受压应力，受压应力，塑性塑性 变形消除变形消除 t2 t3 杆弹性状态，杆弹性状态，比比温度温度 高，高，收缩大于收缩大于， 收缩受收缩受的阻的阻 碍，产生拉应力碍，产生拉应力 2021-5-22武汉理工大学金工学部39 2.1.4.2机械应力形成过程分析机械应力形成过程分析 机械应力（收缩应力）：铸件冷却到弹性状态后，由于受到铸型、机械应力（收缩应力）：铸件冷却到弹性状态后，由于受到铸型、 型芯和浇、冒口等的机械阻碍而产生的应力。型芯和浇、冒口等的机械阻碍而产生的应力。机械应力一般是拉机械应力一般是拉 应力应力，由于其在弹性状态时产生，因而当形成应力的原因消除也，由于其在弹性状态时产生，因而

38、当形成应力的原因消除也 可随之消失，故适时开箱可以防止可随之消失，故适时开箱可以防止。机械应力超过铸件的强度极机械应力超过铸件的强度极 限时，或机械应力和残余热应力同时作用超过铸件强度极限时，限时，或机械应力和残余热应力同时作用超过铸件强度极限时， 会导致形成会导致形成裂纹裂纹。 机械应力的防止及消除：机械应力的防止及消除：适时开箱；提高型芯砂退让性适时开箱；提高型芯砂退让性 2021-5-22武汉理工大学金工学部40 2.1.4.3 热应力的防止及消除方法热应力的防止及消除方法 铸件的结构：铸件的结构：铸件各部分能自由收缩铸件各部分能自由收缩 工艺原则：工艺原则：采用采用同时凝固原则同时凝固

39、原则 时效处理：时效处理：人工时效；自然时效人工时效；自然时效 铸件的结构尽可能对称铸件的结构尽可能对称 铸件的壁厚尽可能均匀铸件的壁厚尽可能均匀 冷铁 同时凝固同时凝固 整个铸件几乎同时凝固。整个铸件几乎同时凝固。 2021-5-22武汉理工大学金工学部41 2.1.4.4 铸件的变形及防止铸件的变形及防止 结论：结论：厚部、心部受拉应力，出现内凹变形。厚部、心部受拉应力，出现内凹变形。 薄部、表面受压应力，出现外凸变形。薄部、表面受压应力，出现外凸变形。 铸件的变形铸件的变形 粗短细长粗短细长 2021-5-22武汉理工大学金工学部42 铸件的变形二铸件的变形二 铸件的变形三铸件的变形三

40、2021-5-22武汉理工大学金工学部43 铸件的变形及防止铸件的变形及防止 变形的形成：变形的形成：带有残余应力的铸件，变形使残余应力减带有残余应力的铸件，变形使残余应力减 小而趋于稳定。小而趋于稳定。 变形的防止：变形的防止：与防止应力的方法基本相同。与防止应力的方法基本相同。 例：圆柱体铸件：例：圆柱体铸件： 1）将中间钻一通孔；）将中间钻一通孔； 2）将外表面车掉一层；）将外表面车掉一层； 问：在这两种情况下其长度会发生什么变化？问：在这两种情况下其长度会发生什么变化？ 2021-5-22武汉理工大学金工学部44 2.1.4.5 2.1.4.5 铸件的裂纹铸件的裂纹 裂纹的种类裂纹的种类 热裂热裂: 铸件在凝固末期高温下形成的裂纹铸件在凝固末期高温下形成的裂纹. 冷裂冷裂: 铸件处于弹性状态即在低温时形成的裂纹铸件处于弹性状态即在低温时形成的裂纹. 热裂热裂 特征：特征：沿晶粒边界产生和发展，外形曲折