铸造工艺基础.

1、南红艳河南理工大学材料加工系2021-12-10Hongyan Nan，HPU2铸造铸造(金属的液态成形金属的液态成形)：熔炼金属熔炼金属，制造，制造铸型，将液态金属浇入具有与零件形状、尺寸相铸型，将液态金属浇入具有与零件形状、尺寸相适应的铸型型腔中，待其冷却凝固，以获得毛坯适应的铸型型腔中，待其冷却凝固，以获得毛坯或零件的工艺或零件的工艺 铸造在我国可以追溯到铸造在我国可以追溯到60006000多年前。按铸型材料的不同，多年前。按铸型材料的不同，可分为砂型铸造和特种铸造可分为砂型铸造和特种铸造( (压力铸造、连续铸造、陶瓷压力铸造、连续铸造、陶瓷型铸造、金属型铸造等型铸造、金属型铸造等) )

2、2021-12-10Hongyan Nan，HPU32021-12-10Hongyan Nan，HPU4液态成型的特点液态成型的特点 适于做复杂外形，特别是复杂内适于做复杂外形，特别是复杂内腔的毛坯腔的毛坯 对材料的适应性广，铸件的大小对材料的适应性广，铸件的大小几乎不受限制几乎不受限制 成本低，原材料来源广泛，价格成本低，原材料来源广泛，价格低廉，一般不需要昂贵的设备低廉，一般不需要昂贵的设备 某些塑性很差材料某些塑性很差材料( (如铸铁等如铸铁等) )制造制造其毛坯或零件的唯一成型工艺其毛坯或零件的唯一成型工艺液态成型液态成型优点优点2021-12-10Hongyan Nan，HPU5 工

3、艺过程比较复杂，一些工艺过程还难工艺过程比较复杂，一些工艺过程还难以控制以控制 液态成形零件内部组织的均匀性、致密液态成形零件内部组织的均匀性、致密性一般较差性一般较差 液态成形零件易出现缩孔、缩松、气孔、液态成形零件易出现缩孔、缩松、气孔、砂眼、夹渣、夹砂、裂纹等缺陷，产品砂眼、夹渣、夹砂、裂纹等缺陷，产品 质量不够稳定质量不够稳定 由于铸件内部晶粒粗大，组织不均匀，由于铸件内部晶粒粗大，组织不均匀，且常伴且常伴 有缺陷，其力学性能比同类材料有缺陷，其力学性能比同类材料的塑性成形低的塑性成形低液态成型液态成型缺点缺点2021-12-10Hongyan Nan，HPU62021-12-10Ho

4、ngyan Nan，HPU7第一节第一节 液态合金的充型液态合金的充型 充型：液态合金填充铸型的过程充型：液态合金填充铸型的过程充型能力：液体金属充满铸型型腔，获得尺寸精确、轮充型能力：液体金属充满铸型型腔，获得尺寸精确、轮廓清晰的成形件的能力廓清晰的成形件的能力充型能力不足充型能力不足浇不足浇不足冷冷 隔隔夹夹 砂砂气气 孔孔夹夹 渣渣充型能力影响因素：合金的流动性、浇注条件、充型能力影响因素：合金的流动性、浇注条件、铸型性质、铸件结构等铸型性质、铸件结构等2021-12-10Hongyan Nan，HPU8合金的流动性：合金的流动性：液态合金本身的流动能力 一、液态合金的流动性一、液态合金

5、的流动性测定：螺旋形试样测定：螺旋形试样 浇出的试样越长，浇出的试样越长，合金流动性越好，合金流动性越好，合金充型能力越好合金充型能力越好合金流动性影响因素：合金流动性影响因素：合金种类、化学合金种类、化学成分、结晶特性成分、结晶特性2021-12-10Hongyan Nan，HPU9二、浇注条件二、浇注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越高，液态金属的粘度浇注温度越高，液态金属的粘度越小，过热度高，金属液内含热越小，过热度高，金属液内含热量多，保持液态的时间长，充型量多，保持液态的时间长，充型 能力强能力强液态金属在流动方向上所受充液态金属在流动方向上所受充型压力越

6、大，充型能力越强型压力越大，充型能力越强浇注系统的结构越复杂，则流动浇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2021-12-10Hongyan Nan，HPU10四、铸件结构四、铸件结构折算厚度：折算厚度：铸件体积与铸件表面积之比，也叫当量厚度或模数。折算厚度越大，热折算厚度越大，热量散失越慢，充型能力就越好量散失越慢，充型能力就越好铸件壁厚相同时，垂直壁比水平壁更容易充填铸件壁厚相同时，垂直壁比水平壁更容易充填( (大大平面铸件不易成形平面铸件不易成形) )。复杂程度：复杂程度：铸件结构复杂，流动阻力大，铸型的充铸件结构复杂，流动阻力大，铸型的充填就越困难填

7、就越困难 2021-12-10Hongyan Nan，HPU11第二节第二节 铸件的凝固与收缩铸件的凝固与收缩 一、铸件的凝固方式一、铸件的凝固方式 在铸件的凝固过程中，其截面一般存在在铸件的凝固过程中，其截面一般存在三个区域，即液相区、凝固区、固相区。对三个区域，即液相区、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的凝固区的宽窄铸件的凝固方式就是依据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来划分的2021-12-10Hongyan Nan，HPU121. 逐层凝固逐层凝固 2. 糊状凝固糊状凝固 3. 中间凝固中

8、间凝固 ab表层中心t铸件固相线液相线成分温度表层中心t铸件液固液c表层中心St铸件温度液相线固凝固区影响凝固的主要因素影响凝固的主要因素v 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。在铁碳合金中普通固区域越窄，越趋向于逐层凝固。在铁碳合金中普通灰铸铁为逐层凝固，高碳钢为糊状凝固灰铸铁为逐层凝固，高碳钢为糊状凝固v 铸件的温度梯度：铸件的温度梯度：在合金结晶温度范围已定的前提下，在合金结晶温度范围已定的前提下，凝固区的宽窄取决于铸件内外层之间的温度差。若铸凝固区的宽窄取决于铸件内外层之间的温度差。若铸件内外层之间的

9、温度差由小变大，则其凝固区相应由件内外层之间的温度差由小变大，则其凝固区相应由宽变窄宽变窄2021-12-10Hongyan Nan，HPU13二、铸造合金的收缩二、铸造合金的收缩合金从液态冷却至室温的过程中，其体积或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，尺寸缩减的现象，是多种铸造缺陷是多种铸造缺陷(缩孔、缩松、缩孔、缩松、裂纹、变形裂纹、变形等等)产生的根源产生的根源合金收缩合金收缩固态合金冷却固态合金冷却液态合金冷却液态合金冷却液态收缩液态收缩凝固收缩凝固收缩缩孔缩孔:恒温下结晶恒温下结晶缩松缩松:两相区结晶两相区结晶线形收缩线形收缩裂纹裂纹变形变形应力应力2021-12-

10、10Hongyan Nan，HPU14影响收缩的因素影响收缩的因素铸型条件铸型条件铸件结构铸件结构浇注温度浇注温度化学成分化学成分(c含量含量)合金收缩合金收缩2021-12-10Hongyan Nan，HPU15三、铸件中的缩孔与缩松三、铸件中的缩孔与缩松1. 1. 缩孔与缩松的形成缩孔与缩松的形成 液态合金在冷凝过程中，若其液态收缩和凝固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得不到补充，则在铸件最后凝固收缩所缩减的容积得不到补充，则在铸件最后凝固的部位形成一些孔洞的部位形成一些孔洞 。大而集中大而集中的称为的称为缩孔缩孔，细小细小而分散而分散的称为的称为缩松缩松。2021

11、-12-10Hongyan Nan，HPU162.2.缩孔与缩松的防止缩孔与缩松的防止定向凝固原则定向凝固原则让铸件远离冒口的部位先让铸件远离冒口的部位先凝固，靠近冒口的部位次凝固，靠近冒口的部位次凝固，最后才是冒口本身凝固，最后才是冒口本身凝固。实现以厚补薄，将凝固。实现以厚补薄，将缩孔转移到冒口之中缩孔转移到冒口之中原理原理合理布置内浇道及确定浇铸工艺合理布置内浇道及确定浇铸工艺方法方法合理应用冒口、冷铁和补贴等工艺措施合理应用冒口、冷铁和补贴等工艺措施2021-12-10Hongyan Nan，HPU17解决缩孔的方法解决缩孔的方法：2.2.定向凝固原则定向凝固原则暗冒口暗冒口1.1.冒

12、口和冷铁冒口和冷铁冷铁冷铁热节热节2021-12-10Hongyan Nan，HPU18寻找热节的方法等温线法内切圆法2021-12-10Hongyan Nan，HPU19第三节第三节 铸造内应力、变形和裂纹铸造内应力、变形和裂纹 内应力内应力热应力热应力机械应力机械应力变形变形裂纹裂纹铸件在凝固和冷却的过程中，由铸件在凝固和冷却的过程中，由于铸件的壁厚不均匀，导致不同于铸件的壁厚不均匀，导致不同部位不均衡的收缩而引起的部位不均衡的收缩而引起的铸件在固态收缩时，因受到铸型、铸件在固态收缩时，因受到铸型、型芯、浇冒口、砂箱等外力阻碍型芯、浇冒口、砂箱等外力阻碍而产生的而产生的残余热应力的存在，使

13、铸件处在一种非稳定残余热应力的存在，使铸件处在一种非稳定状态，将自发地通过铸件的变形来缓解其应状态，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力，以回到稳定的平衡状态当热应力大到一定程度会导致出现裂纹当热应力大到一定程度会导致出现裂纹2021-12-10Hongyan Nan，HPU20热应力的形成热应力的形成上型下型机械机械应力的形成应力的形成一、内应力的形成一、内应力的形成2021-12-10Hongyan Nan，HPU21内应力的消除方法内应力的消除方法铸件结构：铸件结构：各部分能自由收缩各部分能自由收缩 工艺方面：工艺方面：采用同时凝固原则采用同时凝固原则时效处理：时效

14、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2021-12-10Hongyan Nan，HPU22二、铸件的变形与防止二、铸件的变形与防止车床床身变形车床床身变形 工字钢铸件变形工字钢铸件变形 平板铸件变形平板铸件变形 厚部、心部厚部、心部受拉应力，出现内受拉应力，出现内凹变形凹变形薄部、表面薄部、表面受压应力，出现受压应力，出现外凸变形外凸变形原因原因2021-12-10Hongyan Nan，HPU23工艺上工艺上同时凝固方法同时凝固方法工艺上工艺上采用反变形法采用反变形法机械矫正法、时效处理机械矫正法、时效处理

15、设计上设计上铸件壁厚均匀、形状对称铸件壁厚均匀、形状对称 防止变形的方法防止变形的方法：与防止应力的方法基本相同与防止应力的方法基本相同铸件变形的消除方法铸件变形的消除方法带有残余应力的铸件，变形使残余应力减小而趋于稳定带有残余应力的铸件，变形使残余应力减小而趋于稳定2021-12-10Hongyan Nan，HPU24三、铸件的裂纹与防止三、铸件的裂纹与防止1. 1. 热裂热裂 铸件在较高温度下铸件在较高温度下(常在凝固温度附近常在凝固温度附近)形成的裂纹形成的裂纹断口沿结晶界扩展，裂纹短、缝隙宽、断口沿结晶界扩展，裂纹短、缝隙宽、形状曲折，呈氧化色，常出现在铸件转角处、形状曲折，呈氧化色，

16、常出现在铸件转角处、厚薄交接处及铸件最后凝固的部位厚薄交接处及铸件最后凝固的部位选择热裂倾向小的合金，提高铸型和型选择热裂倾向小的合金，提高铸型和型芯的退让性，改善铸件的结构，增强易裂处芯的退让性，改善铸件的结构，增强易裂处抗裂能力，都可防止热裂抗裂能力，都可防止热裂2021-12-10Hongyan Nan，HPU25冷裂是铸件冷却凝固过程中进入弹性状冷裂是铸件冷却凝固过程中进入弹性状态以后产生的裂纹态以后产生的裂纹2. 2. 冷裂冷裂 裂纹细小，呈连续直线状，穿过晶粒，裂纹细小，呈连续直线状，穿过晶粒，有时缝内呈轻微氧化色，常出现在轮幅和轮有时缝内呈轻微氧化色，常出现在轮幅和轮缘处缘处(如

17、皮带轮如皮带轮)选材时严格控制磷的含量；设计上力求选材时严格控制磷的含量；设计上力求壁厚均匀，两壁相交处应圆角过渡或用拉筋壁厚均匀，两壁相交处应圆角过渡或用拉筋加强；工艺上采用同时凝固的原则加强；工艺上采用同时凝固的原则2021-12-10Hongyan Nan，HPU26第四节第四节 铸件的质量控制铸件的质量控制 常见铸件缺陷及特征常见铸件缺陷及特征 名称 特 征名称 特 征气 孔主要为梨形、圆形、椭圆形的孔洞，表面较光滑，一般不在铸件表面露出，大孔独立存在，小孔则成群出现。 缩孔缩松 1缩孔：形状为不规则的封闭或敞露的空洞，孔壁粗糙并带有枝状晶，常出现在铸件最后凝固部位。 2所松：铸件断面

18、上出现的分散而细小的缩孔。 粘 砂铸件的部分或整个表面粘附着一层金属和砂粒的机械混和物，多发生在铸件厚壁和热节处。 裂纹 1热裂：断面严重氧化，无金属光泽，断口沿晶界产生和发展，外形曲折而不规则的裂纹。 2冷裂：穿过晶体而不沿晶界断裂，断口有金属光泽或有轻微氧化色。 夹 砂 铸件表面上有凸起的金属片状物，表面粗糙，边角锐利，有小部分与铸件本体相连。 化学成分及力学性能不合格 铸件的化学成分和硬度、强度、伸长率、冲击韧度、耐热、耐蚀及耐磨等性能不符合技术条件要求。 白 口灰铸铁件断面全部或表面出现亮白色组织，常在铸件薄的断面，棱角及边缘部分。 2021-12-10Hongyan Nan，HPU27控制铸件质量控制铸件质量1 1合理选定铸造合金和铸