铸造-第2部分2011

1、 绪绪论论 1 1.1 .1 金属材料液态成形理论基础金属材料液态成形理论基础 1 1.2 .2 砂型铸造工艺砂型铸造工艺 1 1.3 .3 常用合金铸件的生产特点常用合金铸件的生产特点 1 1.4 .4 特种铸造与现代铸造技术简介特种铸造与现代铸造技术简介 1.5 1.5 铸件结构工艺性与工艺设计铸件结构工艺性与工艺设计第一章第一章 液态成形液态成形*方法：方法：“纲举目张纲举目张”本章绪论 金属材料的铸造成形是将液态金属材料浇注到与零件的形状、金属材料的铸造成形是将液态金属材料浇注到与零件的形状、尺寸相适应的铸形空腔中，待其冷却凝固，以获得毛坯或零件的尺寸相适应的铸形空腔中，待其冷却凝固，

2、以获得毛坯或零件的生产方法。生产方法。 以异口径以异口径管为例介绍铸管为例介绍铸件的大致生产件的大致生产过程过程。（略）。（略） (1 1* * * *) ) 能够制造能够制造各种形状各种形状的铸件，尤其是内的铸件，尤其是内腔腔复杂复杂的铸件。的铸件。 （2 2* * *）各种各种金属金属材料材料，只要能熔化，只要能熔化，都可以都可以铸造成形，尤其是脆性材料，只能用铸造方法成铸造成形，尤其是脆性材料，只能用铸造方法成形，如铸铁等。形，如铸铁等。 (3(3* * *) )能够制造能够制造各种尺寸各种尺寸的零件的零件，铸件的轮廓铸件的轮廓尺寸大至十几米，小至几毫米；质量大至数百吨，尺寸大至十几米，

3、小至几毫米；质量大至数百吨，小至几克。小至几克。 铸造成形是金属材料主要的成形方法之一。铸造成形是金属材料主要的成形方法之一。铸造成形方法之所以被广泛应用，是因为铸造成铸造成形方法之所以被广泛应用，是因为铸造成形方法与其它金属成形方法相比，形方法与其它金属成形方法相比，具有以下一些具有以下一些优点：优点： (5) (5) 铸件的铸件的形状尺寸形状尺寸与零件非常接近与零件非常接近，切切削量小削量小，特别是精密铸件无需再加工，特别是精密铸件无需再加工, ,可直接可直接使用使用, ,降低了制造成本。降低了制造成本。 由于上述优点使得铸造成形成为现代工业由于上述优点使得铸造成形成为现代工业的基础。铸件

4、在机械产品中占有很大的比例，的基础。铸件在机械产品中占有很大的比例，按质量计在汽车中约占按质量计在汽车中约占40%40%60%,60%,在机床中约在机床中约占占60%60%80%80%。 缺点：缺点：机械性能差，质量不稳定，工序多，机械性能差，质量不稳定，工序多，易产生许多缺陷，影响因素复杂。易产生许多缺陷，影响因素复杂。 (4(4* *) ) 设备投资少，设备投资少，原材料来源广泛原材料来源广泛，价格，价格低，因此、铸件的低，因此、铸件的成本低廉成本低廉。 （1 1）合金的流动性）合金的流动性 1)1)基本概念基本概念 合金的流动性是指液态合金充满型腔，形成合金的流动性是指液态合金充满型腔，

5、形成轮廓清晰，形状完整的铸件的能力，它是合金本轮廓清晰，形状完整的铸件的能力，它是合金本身身固有属性，受外界条件的影响。固有属性，受外界条件的影响。如果合金的流如果合金的流动性较差，就会产生动性较差，就会产生浇不到与冷隔，浇不到与冷隔，如图如图2.1.442.1.44所示所示；也不利于也不利于气体和非金属夹杂物上浮气体和非金属夹杂物上浮。（有何办。（有何办法比较两种材料流动性好坏法比较两种材料流动性好坏？） 合金的铸造性合金的铸造性能能是指合金在铸造成形的过是指合金在铸造成形的过程中获得程中获得形状正确，内部无缺陷形状正确，内部无缺陷铸件的能力。铸件的能力。通常用通常用合金的流动性、收缩性合金

6、的流动性、收缩性等指标来衡量。等指标来衡量。液态成形理论基础液态成形理论基础a.a.浇不到浇不到b.b.冷隔冷隔图图2.1.44 2.1.44 浇不到与冷隔浇不到与冷隔 合金合金的流动性的流动性以浇注以浇注螺螺旋试样旋试样的的长度来测长度来测定。定。 在铁碳合在铁碳合金中，当金中，当碳碳的的质量分数超过质量分数超过6.69%时，铁时，铁碳合金没有实碳合金没有实用价值。用价值。铁碳铁碳合金相图实际合金相图实际是是Fe-Fe3C相相图。图。（复习）（复习）铁碳合金铁碳合金相图相图简化后的简化后的Fe-Fe3C相图。相图。A AD DC CE EF FS SQ QP PG GK K1 15 53 3

7、8 81 12 22 27 71 11 14 48 87 72 27 79 91 12 26 60 00 00 06 6. .6 69 94 4. .3 32 2. .1 11 10 0. .7 77 70 0. .0 02 21 18 8L LA A + + F Fe e3 3C CL L+ +A AA AF F + + F Fe e3 3C CF FF F+ +A AF Fe e( (F Fe e3 3C C) )T TL LF Fe e3 3C CWc / % a.a.工业纯铁工业纯铁 w wC C 0.0218% 0.0218%； b.b.钢钢 0.0218%0.0218% w wC

8、C 2.11% 2.11%； c.c.白口铸铁白口铸铁 2.11%2.11% w wC C 6.69% 6.69%。 铁碳合金的分类铸件的凝固方式铸件的凝固方式 在铸件的凝固过程中，其断面上一般存在三个区域，即固相区、凝固区和液相区，其中，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(图23b中S)来划分的。1逐层凝固逐层凝固 纯金属或共晶成分合金在凝固过程中因不存在液、固并存的凝固区(书中图12a)，故断面上外层的固体和内层的液体由一条界限(凝固前沿)清楚地分开。随着温度的下降，固体层不断加厚、液体层不断减少，直达铸件的中心，这种凝固方式称为

9、逐层凝固。2糊状凝固糊状凝固 如果合金的结晶温度范围很宽，且铸件的温度分布较为平坦，则在凝固的某段时间内，铸件表面并不存在固体层，而液、固并存的凝固区贯穿整个断面。由于这种凝固方式与水泥类似，即先呈糊状而后固化，故称糊状凝固。3中间凝固中间凝固 大多数合金的凝固介于逐层凝固和糊状凝固之间(图1-2b)，称为中间凝固方式。2）影响合金流动性的主要因素化学成分化学成分 （复习与思考复习与思考方法方法2：内外因关系：内外因关系）A、纯金属纯金属流动性好：流动性好：一定温度下结晶，流动层表面一定温度下结晶，流动层表面光滑，对液流阻力小；光滑，对液流阻力小；B、共晶成分共晶成分流动性好：流动性好：一定一

10、定?力小，且力小，且熔点熔点低低，过热度可以较大；，过热度可以较大；C、非共晶非共晶成分流动性差：成分流动性差：D、合金中若形成、合金中若形成高熔点化合物高熔点化合物如如MnS，降低降低流动，若形成流动，若形成低熔点化合物低熔点化合物，提高提高流动流动(P可可形成低熔点磷共晶，但易引起铸铁冷脆形成低熔点磷共晶，但易引起铸铁冷脆)。常见材料：灰铸铁常见材料：灰铸铁-硅黄铜硅黄铜-硅铝明硅铝明-铸钢铸钢2）影响合金流动性的主要因素图图2.1.45 2.1.45 铸钢与铸铁流动性比较铸钢与铸铁流动性比较 合金的化学合金的化学成分对合金的流成分对合金的流动性影响动性影响最为最为显显著；著；合金的熔点合

11、金的熔点越低，结晶温度越低，结晶温度区间越小，合金区间越小，合金的流动性越的流动性越好好，反之则越反之则越差差。 其次，其次，合金合金粘度越大粘度越大其流动其流动性越性越差差。 问题：问题： 浇注温度浇注温度 适当提高液态金属的浇注温度能提高其流动性。适当提高液态金属的浇注温度能提高其流动性。但过但过高高- -收缩、吸气、氧化严重。收缩、吸气、氧化严重。充型压力充型压力 液态金属在流动方向上受的压力越大，其流动性越好。液态金属在流动方向上受的压力越大，其流动性越好。铸型的条件铸型的条件（-掌握掌握稍难稍难）（）（思考思考abcdabcd）a.a.铸型蓄热能力（铸型蓄热能力（金属型、砂型金属型、

12、砂型） 是指是指铸型铸型从金属中从金属中吸收和贮存热量吸收和贮存热量的能力。铸型材料的能力。铸型材料导热（书中）导热（书中）系数越小，传递热量的速度越慢，液态合金系数越小，传递热量的速度越慢，液态合金保温效果越好，流动性也越好。保温效果越好，流动性也越好。 砂型砂型蓄热能力比蓄热能力比金属型金属型好好，液态合金用，液态合金用砂型砂型铸造充型的铸造充型的能力较强。能力较强。 b.b.铸型铸型预热温度预热温度 （如金属型，（如金属型，薄壁件薄壁件） 把铸型预热到适当温度，可以减少铸型和液体合金之把铸型预热到适当温度，可以减少铸型和液体合金之间的温差，从而减缓合金冷却速度，提高合金流动性。间的温差，

13、从而减缓合金冷却速度，提高合金流动性。c.c.铸型铸型透气性透气性 高温液态合金浇入铸型时，高温液态合金浇入铸型时，巨大热量会使铸型中的巨大热量会使铸型中的气体气体膨胀膨胀，型砂中的型砂中的少量水分少量水分还会还会汽化，煤粉、木屑等汽化，煤粉、木屑等有机物会有机物会燃烧燃烧产生大量的产生大量的气体，这些气体气体，这些气体会使型腔中的会使型腔中的压力急剧升高，压力急剧升高，阻碍液态合金流动，降低合金流动性。因此，铸型需有良好阻碍液态合金流动，降低合金流动性。因此，铸型需有良好的透气性。的透气性。 生产上常采用在生产上常采用在远离浇口的最高部位远离浇口的最高部位开设开设出气口出气口的办法的办法来提

14、高铸型透气性。来提高铸型透气性。 d. d.铸型铸型（件）（件）的结构的结构（复杂、简单，壁厚、薄，大、小）（复杂、简单，壁厚、薄，大、小） 当铸件壁厚过小，有大的水平面等结构时都使金属液的当铸件壁厚过小，有大的水平面等结构时都使金属液的流动阻力增大。图流动阻力增大。图2.1.462.1.46为盖类铸件的三种浇注方案。为盖类铸件的三种浇注方案。图图2.1.46 2.1.46 盖类铸件的不同浇注位置盖类铸件的不同浇注位置a-d标题都是什么不记，但每个标题含义要清楚标题都是什么不记，但每个标题含义要清楚 1 1）铸件合金收缩的概念）铸件合金收缩的概念 铸造合金的收缩是指液态合金从浇入铸铸造合金的收

15、缩是指液态合金从浇入铸型、凝固、直至冷却到室温的过程中，其型、凝固、直至冷却到室温的过程中，其体体积或尺寸积或尺寸的缩减现象的缩减现象。 铸件的收缩是一种物理属性，是形成铸件的收缩是一种物理属性，是形成缩缩孔、缩松、变形和裂纹等孔、缩松、变形和裂纹等缺陷的根本原因。缺陷的根本原因。（2）铸件的收缩 2 2）铸件收缩的三个阶段）铸件收缩的三个阶段 液态收缩液态收缩 指合金指合金从浇注温度从浇注温度冷却冷却到液相线到液相线温度过程中的收缩。温度过程中的收缩。浇浇注温度越高，液态收缩越大。注温度越高，液态收缩越大。 凝固收缩凝固收缩 指合金在指合金在液相液相线至固相线之间线至固相线之间凝凝固阶段的收

16、缩。固阶段的收缩。和和引起缩孔缩引起缩孔缩松松 固态收缩固态收缩 指合金从指合金从固相固相线线温度冷却温度冷却到室温到室温时的收缩时的收缩（应力变（应力变形裂纹）。形裂纹）。 图图2.1.47 2.1.47 铸件收缩的三个阶段铸件收缩的三个阶段3 3）影响收缩的主要因素影响收缩的主要因素（方法（方法3 3：比较法）：比较法） 成分、温度、相变相变（影响流动性是压力）、铸型。 从上面的讨论可知，浇注温度越高，液态收缩液态收缩越大；材料的结晶温度范围越大，凝固收缩凝固收缩越大；材料收缩率收缩率越大，铸件的收缩也越大。 表表2.1.32.1.3铁碳合金的收缩率（铁碳合金的收缩率（% %）合金种类合金

17、种类 体积收缩率体积收缩率 线收缩率线收缩率碳素铸钢碳素铸钢 101014.5 14.5 2 2白口铸铁白口铸铁 121214 14 2 2灰铸铁灰铸铁 5 58 8 1 1共晶成分的灰铸铁铸造性能共晶成分的灰铸铁铸造性能好好原因？原因？固态收缩也和相变有关：铸铁固态收缩也和相变有关：铸铁-石墨，奥氏体石墨，奥氏体-珠光体珠光体=体积膨胀体积膨胀4 4）缩孔与缩松的形成）缩孔与缩松的形成（1 1）缩孔）缩孔 缩孔缩孔多呈倒锥多呈倒锥形，内表面粗糙，形，内表面粗糙，一般隐藏在铸件的一般隐藏在铸件的内部。缩孔形成的内部。缩孔形成的过程如图所示。过程如图所示。 图图2.1.48 2.1.48 缩孔形

18、成过程示意图缩孔形成过程示意图 铸件最后凝固铸件最后凝固部位形成的空洞，部位形成的空洞，容积较大的空洞叫容积较大的空洞叫缩孔缩孔 。 指铸件最后凝指铸件最后凝固的区域没有得到固的区域没有得到液态金属的补缩而液态金属的补缩而形成的形成的分散、细小分散、细小的孔洞的孔洞, ,如图所示。如图所示。图图2.1.49 2.1.49 缩松的形成过程示意图缩松的形成过程示意图 形成缩松的基形成缩松的基本原因和缩孔相同，本原因和缩孔相同，但是形成的条件却但是形成的条件却不同，它主要出现不同，它主要出现在在结晶温度区间大结晶温度区间大的合金的合金中。中。（2 2）缩松）缩松P9第三段课堂填空（合书）。第三段课堂

19、填空（合书）。5 5）防止缩孔与缩松的主要措施）防止缩孔与缩松的主要措施 缩孔和缩松都使铸件的力学性能下降，缩松还可使铸件因渗漏渗漏而报废。因此，采取适当的工艺措施予以防止(铸件上不能有孔，但收缩大的合金缩孔是客观存在缩孔是客观存在的，怎么办？拿馍正吃着才发现手脏了咋办？阑尾炎阑尾炎) 。实践证明，只要能使铸件实现“定向凝固”(即顺序凝固)，尽管合金的收缩较大，也可获得没有缩孔的致密铸件，主要用于铸钢、可锻铸铁等易产生易产生缩孔的铸件（适（适合于收缩大或壁厚差大的合金）合于收缩大或壁厚差大的合金）。措施措施：（选不生孔材）（选不生孔材）选选用收缩小的用收缩小的合金合金，如普，如普通灰铸铁；选用

20、通灰铸铁；选用结晶温度区间小结晶温度区间小的合金防止的合金防止缩松缩松; （有孔咋办）（有孔咋办）安放冒口、加冷铁等实现安放冒口、加冷铁等实现顺序凝固顺序凝固。 采用冒口、冷铁的顺序凝固采用冒口、冷铁的顺序凝固 采用顺序凝固是生产中防止采用顺序凝固是生产中防止铸件产生缩孔的有效方法。铸件产生缩孔的有效方法。 顺序凝固是顺序凝固是指铸件按规定方向指铸件按规定方向从一部分到另一部分逐渐凝固从一部分到另一部分逐渐凝固的过的过程。程。如图如图2.1.502.1.50所示所示（书图（书图1-61-6、1-71-7）。）。图2.1.50 顺序凝固 阀体铸件上易产生阀体铸件上易产生缩孔的缩孔的热节不止一个，

21、热节不止一个，底部厚大部位无法安装底部厚大部位无法安装冒口冒口，该处，该处设置冷铁设置冷铁. . 用用“凝固等温线凝固等温线法法”和和“内切法内切法”判断判断缩孔位置。缩孔位置。图图2.1.512.1.51阀体铸件阀体铸件图2.1.52 缩孔位置的确定选用结晶温度区间小的合金选用结晶温度区间小的合金 设计铸件时，在多种合金可选的情况下，因结晶温设计铸件时，在多种合金可选的情况下，因结晶温度区间小的近共晶合金收缩较小，缩松几率小，故优度区间小的近共晶合金收缩较小，缩松几率小，故优先选用。先选用。 顺序凝固的顺序凝固的缺点缺点是铸件各部分是铸件各部分温差大温差大，冷却速度冷却速度不一致。不一致。6

22、 6）铸造应力、变形和裂纹）铸造应力、变形和裂纹 铸件在凝固之后凝固之后的继续冷却过程中，其固态收缩若受到阻碍阻碍，铸件内部将产生内应力，这些内应力有时是在冷却过程中暂存的，有时则一直保留到室温，后者称为残余内应力。铸造内应力是铸件产生变形和裂纹的基本原因。（1）铸造应力）铸造应力（收缩、热、相变应力）（收缩、热、相变应力）与变形与变形 铸件的固态收缩受到阻碍而产生的应力叫铸造应铸件的固态收缩受到阻碍而产生的应力叫铸造应力。力。铸造应力分为铸造应力分为热应力热应力和和机械机械（收缩）（收缩）应力。应力。（相变应（相变应力因小而不计）力因小而不计）热应力与变形热应力与变形 热应力是铸件在凝固和冷

23、却过程中，各部分热应力是铸件在凝固和冷却过程中，各部分冷却速度冷却速度不不同，致使在同，致使在同一时期同一时期内铸件各部分内铸件各部分收缩不一致收缩不一致所引起的应力。所引起的应力。 图图2.1.53 2.1.53 框形铸件热应力形成过程示意图框形铸件热应力形成过程示意图热应力的形成过程 热应力的分布和铸件的变形（刚度小时，变形热应力的分布和铸件的变形（刚度小时，变形是应力的释放过程）遵循以下规律：是应力的释放过程）遵循以下规律： 铸件厚壁处或心部受拉应力，铸件厚壁处或心部受拉应力，受拉应受拉应力的部位变形时趋于缩短向内凹；力的部位变形时趋于缩短向内凹；薄壁或薄壁或表层受压应力，表层受压应力，

24、受压应力的部位变形时趋受压应力的部位变形时趋于伸长向外凸于伸长向外凸（象弓箭，像瘦爸爸拉胖孩子起来，（象弓箭，像瘦爸爸拉胖孩子起来，书中书中p10p10图图1-81-8）。）。 方法方法4 4：不严密实验法。：不严密实验法。 图为床身铸件，其导轨部分较厚，受拉应力；其图为床身铸件，其导轨部分较厚，受拉应力；其床身壁部分较薄、受压应力，于是床身发生朝导轨床身壁部分较薄、受压应力，于是床身发生朝导轨方向的弯曲。方向的弯曲。图图2.1.54 2.1.54 铸件变形示意图铸件变形示意图 预防热应力的基本途径是尽量减少减少铸件各个部位间的各个部位间的温温度差，使其均匀地冷却。度差，使其均匀地冷却。自学与

25、讨论：自学与讨论：P10全部全部机械应力（机械应力（收缩应力）收缩应力） 它是铸件固态收缩时受到铸型阻碍所产生的应力，如图它是铸件固态收缩时受到铸型阻碍所产生的应力，如图2.1.552.1.55所示。所示。机械应力使铸件产生暂时性的正应力或剪切应力，这种内应力在铸件落砂之后便可自行消除（属临时应属临时应力力）。但它在铸件冷却过程中铸件冷却过程中可与热应力共同起作用与热应力共同起作用，增大了某些部位的应力，促进了铸件的裂纹裂纹倾向。图图2.1.55 2.1.55 机械应力的形成机械应力的形成铸造应力的减少与防止铸造应力的减少与防止机械应力、热应力起因：壁厚不匀壁厚不匀、温差不同温差不同;应力应力

26、集中，导致裂纹集中，导致裂纹因此，按照铸造过程帮助分析（操作过程分析法操作过程分析法-方法方法5）（模样模样- -准备造型材料准备造型材料- -造造型制芯型制芯- -浇注系统浇注系统- -合型浇注合型浇注- -清理清理- -铸件铸件）1、壁厚均匀、壁与壁过度均匀、热节（壁厚不匀壁厚不匀）小而分散；2、改善砂型与砂芯的退让性（用变形释放应力）；3、尽量减小各部分温差。如：内浇口内浇口开在薄壁处，厚处安放冷铁-同时凝固原则；同时凝固原则；4、（有应力怎么办？）去应力退火（人工时效），（人工时效），自然时效。自然时效。（下边（下边1 14 4和这里的顺序有所不同，但按照铸造过程帮助分和这里的顺序有所

27、不同，但按照铸造过程帮助分析的办法，更易记忆。）析的办法，更易记忆。）a.a.采用同时凝固方法采用同时凝固方法（为什么（为什么尽量减少铸件各部分的温差）图图2.1.56 2.1.56 同时凝固过程示意图同时凝固过程示意图铸造应力的减少与防止铸造应力的减少与防止 b.改善砂型和砂芯的退让性 木屑、焦炭末等附加物,控制舂砂紧实度，合理设置浇冒口。c. 尽量避免牵制收缩的铸件结构 如壁厚要均匀、过渡要平滑、热节要小等。d.去应力退火 将铸件加热到塑性状态，人工时效或自然时效。一般在机械粗加工之后，以便将铸造应力和粗加工应力一并消除。 去应力退火（铸后）去应力退火（铸后） 具有残余应力的铸件经机械加工

28、后，应具有残余应力的铸件经机械加工后，应力将重新分布，使零件缓慢地变形，丧失原力将重新分布，使零件缓慢地变形，丧失原有加工精度，有加工精度，如图如图2.1.592.1.59所示所示。为此，对不。为此，对不允许发生变形的铸件，必须及时允许发生变形的铸件，必须及时去应力退火去应力退火。 去应力退火：去应力退火：将铸件铸后加热到将铸件铸后加热到550-550-650,650,保温一段时间，随炉缓慢冷却。保温一段时间，随炉缓慢冷却。 因残余应力去除较为彻底，故应用广泛。因残余应力去除较为彻底，故应用广泛。 (a) (a)圆柱铸件心部产生圆柱铸件心部产生拉拉应力，表层产生应力，表层产生压压应力；应力；

29、(b) (b)当外表面被加工掉一层后，铸件变当外表面被加工掉一层后，铸件变短短； (c) (c) 当在心部钻孔，铸件变当在心部钻孔，铸件变长长； (d) (d)从侧面切去一层，产生弯曲变形；从侧面切去一层，产生弯曲变形； 图图2.1.59 2.1.59 圆柱体铸件变形示意图圆柱体铸件变形示意图图图2.1.57 2.1.57 不同截面件的变形不同截面件的变形b.b.铸件壁厚尽量均匀、对称铸件壁厚尽量均匀、对称 铸件的变形与防止铸件的变形与防止a.变形是由应力引起的，如何防止变形？（防应力防应力）c.c.反变形法反变形法 模样制成与变形方向正好相反的形状以抵消其变形的模样制成与变形方向正好相反的形

30、状以抵消其变形的方法叫反变形法。适用于细长易变形铸件。方法叫反变形法。适用于细长易变形铸件。图图2.1.58 2.1.58 床身导轨面的挠曲变形及反变形床身导轨面的挠曲变形及反变形 裂纹与防止裂纹与防止 铸件的收缩，在铸件中产生了铸造应力，当铸造铸件的收缩，在铸件中产生了铸造应力，当铸造应力增大到应力增大到大于某一时刻材料的抗拉强度时大于某一时刻材料的抗拉强度时，就会有，就会有裂纹产生。裂纹又分为热裂纹和冷裂纹。裂纹产生。裂纹又分为热裂纹和冷裂纹。 热裂纹热裂纹 指在铸件凝固末期高温下形成的裂纹。指在铸件凝固末期高温下形成的裂纹。a.a.裂纹形态裂纹形态 裂纹短而宽，形状曲折，沿裂纹短而宽，形

31、状曲折，沿晶界晶界扩展，表面有明扩展，表面有明显的氧化色。显的氧化色。 b.b.产生原因产生原因 机械应力超过此时金属液膜的抗拉强度，即产生机械应力超过此时金属液膜的抗拉强度，即产生热裂。热裂。如图如图2.1.602.1.60所示。所示。 合理设计铸件结构； 采用同时凝固原则； 改善铸型和型芯的退让性； 限制铸钢和铸铁中的S S含量； 选用结晶温度区间小合金等措施。 图图2.1.60 2.1.60 热裂纹形成示意图热裂纹形成示意图c.防止措施 a.a.裂纹形态裂纹形态 裂纹细小呈直线，裂纹内氧化色不明显。裂纹细小呈直线，裂纹内氧化色不明显。b.b.产生原因产生原因 铸造时随铸造时随温度下降温度

32、下降，铸件，铸件应力增大应力增大，当，当铸件应力增大到大于材料的抗拉强度时，产生冷裂纹。铸件应力增大到大于材料的抗拉强度时，产生冷裂纹。 c.c.防止措施防止措施 减小减小铸造铸造应力应力；去应力；去应力退火退火；设计设计铸件铸件时应时应避免应力集中避免应力集中；降低钢铁材料中的降低钢铁材料中的含磷量含磷量等等。 冷裂纹冷裂纹 指高碳钢、白口铁等指高碳钢、白口铁等脆性大、塑性差的合金脆性大、塑性差的合金在在低温时形成的裂纹，常产生在拉应力及应力集中处。低温时形成的裂纹，常产生在拉应力及应力集中处。 作业：作业：1、怎样提高铸型型腔中金属液的流动性？2、金属液的流动性和收缩是对等的两个概念，为什

33、么教材内容编排不一样？请你重新编排1.2.1和1.2.2两部分内容下面的小标题，使他们包含的内容互相对等。3、顺序凝固原则和逐层凝固方式有何区别？同时凝固原则和糊状凝固方式有何区别？顺序凝固原则和同时凝固原则各自防止什么缺陷？同时又会带来什么问题？*难点同时是重点：铸造应力、变形和裂纹。难点同时是重点：铸造应力、变形和裂纹。1.1.砂型铸造工艺简介砂型铸造工艺简介2.2.铸件的生产铸件的生产 砂型铸造是指用型砂紧实成型的铸造砂型铸造是指用型砂紧实成型的铸造方法。方法。是是工业生产中应用最广泛的一种铸工业生产中应用最广泛的一种铸造方法。造方法。 1.3 砂型铸造工艺1.砂型铸造工艺简介 下面以下

34、面以连接盘连接盘和和异口径管异口径管零件为例介绍一下砂型零件为例介绍一下砂型铸造的主要工艺过程：铸造的主要工艺过程： 一个铸件的生产过程大致如下：零件图零件图铸造工艺铸造工艺图图铸件图铸件图铸型装配图铸型装配图铸造工艺卡铸造工艺卡指导指导制造模型制造模型制备型砂制备型砂制造芯盒制造芯盒制备芯砂制备芯砂造型造型造芯造芯熔炼金属熔炼金属合型合型浇注浇注落砂落砂清理清理检验检验去应力退火去应力退火入库入库 生产铸件生产铸件 首先技术人员根据零件的使用性能要求，设计零件的结首先技术人员根据零件的使用性能要求，设计零件的结构，绘制零件图；然后铸造技术人员根据铸件的零件图、技构，绘制零件图；然后铸造技术人

35、员根据铸件的零件图、技术要求、生产批量等进行工艺设计；而后投入生产。术要求、生产批量等进行工艺设计；而后投入生产。2.铸件的生产(1)铸件工艺设计铸件工艺设计 1）砂型的选择砂型的选择 2）造型方法的选择造型方法的选择 3）浇注位置与分型面浇注位置与分型面的选择的选择 4）确定工艺参数确定工艺参数 5）绘制铸造工艺图绘制铸造工艺图 某工厂某工厂铸造车间铸造车间生产端盖生产端盖铸件铸件，材质为材质为HT150HT150，生产，生产100100件件，采用，采用砂型砂型铸造铸造。零件图如下零件图如下图所示图所示 ：(2)(2)铸件的生产铸件的生产 1 1）模样和芯盒模样和芯盒 2 2）造型材料造型材

36、料 3 3）造型造型 4 4）浇注浇注 5 5）落砂与清理落砂与清理 端盖端盖铸件铸件形状简单。生产批量小，形状简单。生产批量小，所用所用材料灰铸铁具有良好的铸造性能。因此，从材料灰铸铁具有良好的铸造性能。因此，从表表2.2.12.2.1可知，可知，可以使用可以使用湿砂型。湿砂型。 砂型的选择应根据零件结构、质量要砂型的选择应根据零件结构、质量要求、生产批量和车间生产条件等加以选择。求、生产批量和车间生产条件等加以选择。表表2.2.12.2.1列出了列出了常用砂型的特点和适用范围常用砂型的特点和适用范围。1）砂型的选择 铸型种类铸型种类 铸型特征铸型特征主要特点主要特点适用范围适用范围湿砂型湿

37、砂型（湿型）（湿型）以以粘土做粘结剂粘土做粘结剂，不经烘不经烘干可直接进行浇注干可直接进行浇注的砂型的砂型 生产周期短、效率高，生产周期短、效率高，易于实现机械化、自动易于实现机械化、自动化、设备投资和能耗低；化、设备投资和能耗低；但铸型强度低、但铸型强度低、发气量发气量大，易于产生铸造缺陷大，易于产生铸造缺陷单件或批量生产，单件或批量生产，尤其是大批量生尤其是大批量生产。广泛用于铝产。广泛用于铝合金、镁合金和合金、镁合金和铸铁件铸铁件干砂型干砂型 （干型）（干型）经过烘干的高粘土含量经过烘干的高粘土含量（粘土质量分数为（粘土质量分数为12%14%）的砂型）的砂型 铸型强度和透气性较高，铸型强

38、度和透气性较高，发气量小，故铸造缺陷发气量小，故铸造缺陷较少；较少；但生产周期长，但生产周期长，设备投资大，能耗较高，设备投资大，能耗较高，且难于实现机械化且难于实现机械化与自与自动化动化单件，小批量单件，小批量生产质量要求生产质量要求较高，较高，结构复结构复杂的中、大型杂的中、大型铸件铸件表面烘干表面烘干型型浇注前用适当方法将型腔浇注前用适当方法将型腔表层（厚表层（厚1520mm）进）进行干燥的砂型行干燥的砂型兼有湿砂型和干兼有湿砂型和干砂型的优点砂型的优点单件、小批量生单件、小批量生产产中、大型铝合中、大型铝合金铸件和铸铁件金铸件和铸铁件自硬砂型自硬砂型常用水玻璃或合成树脂做粘常用水玻璃或

39、合成树脂做粘结剂，原型砂自身的化学反结剂，原型砂自身的化学反应硬化，一般不需要烘烤，应硬化，一般不需要烘烤，或只经低温烘烤或只经低温烘烤铸型强度高，能耗低，铸型强度高，能耗低，生产效率高，粉尘少；生产效率高，粉尘少；但成本较高，有时易产但成本较高，有时易产生粘砂等缺陷生粘砂等缺陷单件或批量生产单件或批量生产各类铸件，尤其各类铸件，尤其是是大、中型铸件大、中型铸件表表2.2.12.2.1常用砂型的特点和适用范围常用砂型的特点和适用范围 造型是砂型铸造的重要工序，造型方法造型是砂型铸造的重要工序，造型方法有手工造型和机器造型两类。有手工造型和机器造型两类。 手工造型手工造型 指紧砂与起模是由人来完

40、成的。指紧砂与起模是由人来完成的。 常用于单件和小批量生产。常用于单件和小批量生产。 常用手工造型方法的常用手工造型方法的特点和应用范围见表特点和应用范围见表2.2.2 2.2.2 2）造型方法选择 机器造型机器造型 指用机器全部完成或至少完成紧砂指用机器全部完成或至少完成紧砂和起模操作的造型工序。和起模操作的造型工序。 适用于中、小型铸件的成批、大量生产。适用于中、小型铸件的成批、大量生产。常用的常用的机器造型方法的主要特点和适用范围见机器造型方法的主要特点和适用范围见表表2.2.32.2.3表表2.2.2 2.2.2 常用手工造型方法的特点和应用范围常用手工造型方法的特点和应用范围 造型方

41、法造型方法特点特点应用范围应用范围整模造型整模造型整体模，分型面为平面，铸型简单，铸件不会整体模，分型面为平面，铸型简单，铸件不会产生错型缺陷。产生错型缺陷。铸件最大截面在一端，且为铸件最大截面在一端，且为平面平面分模造型分模造型模样沿最大截面分为两半，型腔位于上、下两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。个砂箱内，造型方便，但制作模样较麻烦。最大截面在中部，一般为对最大截面在中部，一般为对称性铸件称性铸件挖砂造型挖砂造型整体模，分型面是曲面，造型时需挖去阻碍起整体模，分型面是曲面，造型时需挖去阻碍起模的型砂。造型麻烦、生产率低。模的型砂。造型麻烦、生产

42、率低。 单件小批量生产模样薄，分单件小批量生产模样薄，分模后易损坏或变形的铸件模后易损坏或变形的铸件假箱造型假箱造型利用特制的假箱或型板进行造型，自然形成曲利用特制的假箱或型板进行造型，自然形成曲面分型。可免去挖砂操作，造型方便。面分型。可免去挖砂操作，造型方便。成批生产需要挖砂的铸件成批生产需要挖砂的铸件活块造型活块造型将模样上妨碍起模的部分，作成活动的活块，将模样上妨碍起模的部分，作成活动的活块，便于造型起模，造型和制作模样都麻烦便于造型起模，造型和制作模样都麻烦单件小批量生产带有突起部单件小批量生产带有突起部分的铸件分的铸件刮板造型刮板造型用特制的刮板代替实体模样造型，可显著降低用特制的

43、刮板代替实体模样造型，可显著降低模样成本。但操作复杂，要求工人技术水平高。模样成本。但操作复杂，要求工人技术水平高。单件小批量生产等截面或回单件小批量生产等截面或回转体大、中型铸件转体大、中型铸件三箱造型三箱造型（也可两箱）（也可两箱）铸件两端截面尺寸比中间部分大，采用两箱造铸件两端截面尺寸比中间部分大，采用两箱造型无法起模时，铸型可由三箱组成，关键是选型无法起模时，铸型可由三箱组成，关键是选配高度合适的中箱。造型麻烦，容易错型。配高度合适的中箱。造型麻烦，容易错型。单件小批量生产具有二个分单件小批量生产具有二个分型面的铸件型面的铸件地坑造型地坑造型在地面以下的砂坑中造型，一般只用上箱，可在地

44、面以下的砂坑中造型，一般只用上箱，可减少砂箱投资。但造型劳动量大，要求工人技减少砂箱投资。但造型劳动量大，要求工人技术较高术较高生产批量不大的大、中型质生产批量不大的大、中型质量要求不高的铸件可节省下量要求不高的铸件可节省下箱箱整模造型分模造型分模造型挖砂造型假箱造型活块造型刮板造型三箱造型地坑造型 气冲造型气冲造型： 用蒸气或压用蒸气或压缩空气或爆炸产缩空气或爆炸产生的气体瞬间膨生的气体瞬间膨胀，所产生的压胀，所产生的压力波紧实型砂的力波紧实型砂的造型方法。造型方法。气冲造型气冲造型气冲造型 气冲造型气冲造型和负压造型是近年来发展很快的造型方法。和负压造型是近年来发展很快的造型方法。负压造型

45、 负压造型：负压造型： 又称为真又称为真空密封造型，空密封造型，是利用负压将是利用负压将干砂紧实成型干砂紧实成型的造型方法。的造型方法。 机器造型是现代铸造生产的主要造型方式，适机器造型是现代铸造生产的主要造型方式，适用于成批、大量生产各类铸件。用于成批、大量生产各类铸件。机器造型机器造型(造芯造芯) 现代化的铸造车间已广泛采用机器来造型和造芯造型和造芯，并与机械化砂处理、浇注和落砂砂处理、浇注和落砂等工序共同组成流水生产线组成流水生产线。 机器造型(造芯)可大大提高劳动生产率高劳动生产率，改善劳动条件劳动条件，铸件尺寸精确，表面光洁，加工余量小尺寸精确，表面光洁，加工余量小。尽管机器造型需要

46、的设备、模板、专用砂箱以及厂房等投资较大，但在大批量生产中铸件的成本仍能显著降低。应当看到，随着模板结构的不断改进和制造成本的降低，现在上百件批量上百件批量的铸件已开始采用机器来造型采用机器来造型，因此，机器造型(造芯)的使用范围日益扩大。 1机器造型(造芯)基本原理 机器造型是将紧砂和起模等主要紧砂和起模等主要工序实现机械化。为了适应不同形状、尺寸和不同批量铸件生产的需要，造型机的种类繁多，紧砂和起模方式也不同。其中，以压缩空气驱动的震压式造型机最为常用。 机器造型必须使用模板。机器造型必须使用模板。 模板是将铸件模样、浇冒口模板是将铸件模样、浇冒口系统沿分型面与底板联成一个整体的模具。系统

47、沿分型面与底板联成一个整体的模具。 机器造型不适于三箱造型，也不适于挖砂和活块造型。机器造型不适于三箱造型，也不适于挖砂和活块造型。 端盖端盖铸件属于单铸件属于单件，小批量生产件，小批量生产，选，选用手工造型比较合理。用手工造型比较合理。 端盖铸件最大截面在端盖铸件最大截面在一端，且为平面，一端，且为平面，由由表表2.2.22.2.2可知，适合用可知，适合用整模造型。整模造型。图图2.2.4 2.2.4 模板模板 模板 造型方法造型方法原理原理主要特点和适用范围主要特点和适用范围震压造型震压造型先以机械震击紧实型砂，再先以机械震击紧实型砂，再用较低的比压（用较低的比压（0.150.4MPa）压

48、实）压实设备结构简单，造价低，效率较高，紧实度设备结构简单，造价低，效率较高，紧实度较均匀；但紧实度较低，噪声大。适用于成较均匀；但紧实度较低，噪声大。适用于成批大量生产中小型铸件批大量生产中小型铸件微震压实造微震压实造型型在高频率、小振幅振动下，在高频率、小振幅振动下，利用型砂的惯性紧实作用并利用型砂的惯性紧实作用并同时或随后加压紧实型砂同时或随后加压紧实型砂砂型紧实度较高且均匀，频率较高，能适应砂型紧实度较高且均匀，频率较高，能适应各种形状的铸件，对地基要求较低；但机器各种形状的铸件，对地基要求较低；但机器微震部分磨损较快，噪声较小。适用于成批、微震部分磨损较快，噪声较小。适用于成批、大量

49、生产中、小型铸件大量生产中、小型铸件抛砂造型抛砂造型利用离心力抛出型砂，使型利用离心力抛出型砂，使型砂在惯性作用下完成填砂和砂在惯性作用下完成填砂和紧实紧实砂型紧实度较均匀，不要求专用模板和砂箱，砂型紧实度较均匀，不要求专用模板和砂箱，噪声小，但生产效率低，操作技术要求高。噪声小，但生产效率低，操作技术要求高。适用于单件、小批量生产中，大型铸件适用于单件、小批量生产中，大型铸件气冲造型气冲造型用蒸气或压缩空气瞬间膨胀用蒸气或压缩空气瞬间膨胀所产生的压力波紧实型砂所产生的压力波紧实型砂砂型紧实度高，铸件精度高；设备结构较简砂型紧实度高，铸件精度高；设备结构较简单，易维修且能耗低敲落砂少，噪声小，

50、适单，易维修且能耗低敲落砂少，噪声小，适用于成批、大量生产中、小型铸件；尤其适用于成批、大量生产中、小型铸件；尤其适用于形状较复杂的铸件用于形状较复杂的铸件负压造型负压造型型砂不含粘结剂，被密封于型砂不含粘结剂，被密封于砂箱与塑料膜之间，抽真空砂箱与塑料膜之间，抽真空使干砂紧实使干砂紧实设备投资较少；铸件精度高、表面光滑；落设备投资较少；铸件精度高、表面光滑；落砂方便，旧砂处理简便；能耗和环境污染较砂方便，旧砂处理简便；能耗和环境污染较小。但生产效率较低，形状复杂覆膜较困难。小。但生产效率较低，形状复杂覆膜较困难。适用于单件、小批量生产形状不大复杂的铸适用于单件、小批量生产形状不大复杂的铸件件

51、表表2.2.32.2.3常用的机器造型方法的主要特点和适用范围常用的机器造型方法的主要特点和适用范围机器造型机器造型 一般震压式震压式造型机价格较低造型机价格较低，生产率为每小时3060箱，目前主要用于一般机械化铸造车间。它的主要缺点是型缺点是型砂紧实度不够高、噪声大、工人劳动条件差，且生产率不砂紧实度不够高、噪声大、工人劳动条件差，且生产率不够高。够高。在现代化的铸造车间，一般震压式造型机已逐步被其它先进造型机所取代。 微震压实微震压实造型机造型机是在压实压实的同时进行微震微震(震动频率600800次min、振幅26 mm)，因而型砂紧实度的均型砂紧实度的均匀性和型腔表面质量均优于震压造型机

52、，且噪声较小。匀性和型腔表面质量均优于震压造型机，且噪声较小。 高压造型机高压造型机的压实比压(即型砂表面单位面积上所受的压实力)大于07 MPa，由于型砂紧实度高且均匀紧实度高且均匀，因而铸件的尺寸精度和表面质量大大提高，且噪声更小噪声更小。高压造型机在汽车、拖拉机零部件等大批量生产中甚有发展前途。 射压造型机的工作原理如图224所示，它是采用射砂射砂(参见图225)和压实复合压实复合方法紧实型砂。 首先，利用压缩空气使型砂从射砂头射人造型室内(图224a)，造型室由左右两块板(又称压实板)组成。射砂完毕后，通过右模板(即右压实板)水平施压，以进行压实(图224b)。然后，左模板向左移动，起

53、模一定距离后向上翻起，以让出空间。右模板前移、推出砂型，并与前一块砂型合上，形成空腔(图224c)。最后，左右模板恢复原位，准备下一次射砂(图224d)。 射压造型所形成的是一串无砂箱的垂直分型的铸型。通常，射压造型与浇注、落砂、配砂构成一与浇注、落砂、配砂构成一个完整的自动生产线，其生产率可高达每小时个完整的自动生产线，其生产率可高达每小时240300型。型。射压造型的主要缺点是因垂直分型，下芯困缺点是因垂直分型，下芯困难，难，且对模具精度要求高，现主要用于大量生产小型简单件。 机器造芯机器造芯除可采用前述的震击、压实等紧砂方法外，最常用的是吹芯机或射芯机。图225所示为射芯机的工作原理。

54、近些年来，由于采用以合成树脂为粘结剂的树脂砂来造芯，使机器造芯工艺发生了变革。此时，采用电热的芯盒(或其它硬化措施)，使射人芯盒内，的树脂砂快速硬化，这不仅省去了型芯骨和烘干工序、降低了型芯成本，而且由于型芯是在硬化后才从芯盒中取出，因此，型芯变形小、精度高。2机器造型的工艺特点 机器造型通常是采用模板模板进行两箱造型两箱造型。模板是将模样、浇注系统沿分型面与模底板联接成一整体模样、浇注系统沿分型面与模底板联接成一整体的专用模具的专用模具。造型后，模底板形成分型面，模样形成铸型空腔。 机器造型不能紧实中箱，故不能进行三箱造型不能进行三箱造型。同时，机器造型也应尽力避免活块，因为取出活块应尽力避

55、免活块，因为取出活块费时费时，使造型机的生产率大为降低。为此，在制定铸造工艺方案时，必须考虑机器造型这些工艺要求。图226所示的轮形铸件，由于轮的圆周面有侧凹，在生产批量不大的条件下，通常采用三箱手工造型。但在大批量生产条件下，由于采用机器造型，故应改用图中所示的环状型芯，使铸型简化成只有一个分型面，这尽管增加了型芯的费用，但机器造型所取得的经济效益可以补偿而有余。图 2-26 适应机器造型的工艺方案1 1. .什么是相和组织，它们有什么关系，又有什么什么是相和组织，它们有什么关系，又有什么区别？区别？2 2. .常见的金属晶格类型有哪几种？试绘出铜、铬和锌的晶格示常见的金属晶格类型有哪几种？试绘出铜、铬和锌的晶格示意图。意图。3 3. .实际金属晶体中存在哪些晶体缺陷？它们对力学性能有何影实际金属晶体中存在哪些晶体缺陷？它们对力学性能有何影响？响？4 4. .晶粒大小对材料的力学性能有何影响？如何细化晶粒组织？晶粒大小对材料的力学性能