铸造基础知识

1、第一章 铸件成型原理铸造生产过程中最主要的特点：是把金属液浇入铸型中得到铸件。在充型过程中，金属液能不能充满铸型，使铸件获得完整的形状和清晰的轮廓，与合金的流动性有着重要的关系。此外金属的充型过程对铸件质量也有重大的影响。关建词：金属液流动性 铸型充填性第一节 金属液的充型浇包中的金属液从浇注系统流入型腔开始，直至型腔充满为止，为金属液充满型腔的过程。在此过程中，由于金属液的散热及凝固，以及铸型对流动过程的阻碍和型腔中气体的反压力等作用，妨碍了金属液顺利充满型腔。特别是在生产薄壁铸件时，有时发生浇不足的现象，即金属液没有充满型腔就停止了流动。金属液浇满铸型的过程，是用一定成份和温度的金属液对某

2、种具体的铸型进行的，在实际生产过程中，金属液化学成份、浇注温度、以及铸型的条件均有很大变化，这些因素对金属液填充铸型的能力影响也比较复杂，但基本上可以归纳为“金属液流动性”和铸型充填性，两个方面来讨论。一、 金属液的流动性：定义：金属液充满特定铸型的能力可称为金属液的流动性。金属液的流动性好，则容易浇满型腔，从而获得轮廓清晰、尺寸完整的铸件；反之则容易产生浇不足、冷隔、气孔和夹渣等缺陷。（见图片冷隔）金属液的流动性主要取决于其化学成份和浇注温度。1）在相同温度下，含碳量高的金属液比含碳量低的金属液流动性要好。2）流动性随着浇注温度的提高而直线上升，故对于薄壁铸件以及流动性差的合金（如不锈钢）常

3、采用提高浇注温度的方法来增加其流动性。根据生产经验，一般铸钢件的浇注温度为;15201620铝合金为：680780，灰铸铁为：12501400，实际生产中，具体的浇注温度还必须根据铸件的大小和铸件壁的厚薄以及形状的复杂程度而定。二、 铸型的充填性：如果金属液化学成份和浇注温度是合适的且保持不变，而铸型条件在很大范围内变化时，对某些铸型仍可能出现浇不足的现象，这说明铸型条件对金属液充填铸型的能力也是一个重要的因素。铸型充填性的好坏与许多铸型因素有关，影响充型能力的各种铸型因素可总称为铸型的充填性。影响充填性能力的因素有：1铸件壁厚 2铸型材料的导热能力 3铸型的位置 4合理的工艺 5足够高的压头

4、第二节 表面缺陷分析一、粘砂缺陷铸件表面粘附着一层难于除掉的砂粒称为铸件粘砂缺陷。粘砂一般不致使铸件报废，但影响铸件外观质量，给机械加工带来困难。粘砂分为机械粘砂和化学粘砂两大类，机械粘砂是在铸件的部分或整个表面上粘附着一层砂粒和机械混合物，清铲粘砂层时能看到金属光泽。化学粘砂是在铸件的部分或整个表面上牢固地粘附一层由金属氧化物、砂子和粘土相互作用而生成的低熔点化合物，硬度很高，只能用砂轮磨去。1产生粘砂的原因 粘砂是金属液与型壁表层之间产生热物理作用或热化学反应的综合结果，凡是加剧热物理作用或热化学反应的各种因素都会造成铸件的部分表面或整个表面产生不同程度的粘砂。（1）铸件的壁厚或大热节处易

5、产生粘砂 在铸件厚壁部位和热节部位，铸件的小圆角、锐角、凹槽、小孔等部位，金属液冷却散热条件恶化，热作用的时间过长，易形成铸件严重粘砂。冒口尺寸太大或高度太高，增大了金液压力，金属液向型壁砂粒之间的孔隙渗透，产生铸件机械粘砂。（2）型（芯）质量引起铸件粘砂 型砂偏细、型砂灰分过高、粘结剂用量过多、型砂材料耐火偏低等因素都会导致金属液严重氧化或水蒸气爆炸产生铸件粘砂。面砂层太薄或不均匀，使型壁耐火度和化学热稳定性较差，将产生局部化学粘砂。型砂或型芯紧实度不够使砂粒间空隙增大，型砂粒度太粗使砂粒间空隙偏大，或不刷涂料都会导致铸件机械粘砂。（3）金属液质量差或浇注温度太高导致铸件粘砂 金属液中存在着

6、大量的氧化物或气体，熔炼温度太高或炉渣熔点太低，形成熔渣与金属液难以分离而同时注入铸型，熔渣与型壁接触形成粘砂。金属液浇注温度太高加重了型壁热负荷，铸件会产生严重粘砂。2、粘砂缺陷的防止方法1）在不影响铸件使用性能的前提下，设计铸件壁厚要均匀，适当加大圆角半径，尽量减少热节圆。在不过多增大热 节的情况下，可考虑不铸出小孔和凹槽。缩减冒口大小和高度尺寸以及冒口数量，采用冷铁减少热节。2）根据铸件厚度和金属液浇注温度，正确选择原砂粒度，面砂和粘结剂的耐火度要适当高一些。对涂料要求涂刷性强、附着力大，保证涂料层耐火度高和热化学稳定性好。3）提高金属液质量，降低金属液中气体含量，对铸钢件进行脱氧处理。

7、控制好金属液熔炼温度，炉温不宜过高，金属液出炉后要尽量除渣，浇注时挡好渣。在不影响金属液除渣和流动性的条件下，适当降低浇注温度。在不影响铸件凝固和产生冷隔的情况下，适当降低浇注温度。二、砂眼缺陷铸件内部或表面带有砂粒的孔洞称为砂眼。铸件表面砂眼能直接看见，内部砂眼只有机械加工后才能发现。1、砂眼产生的原因 产生砂眼的主要原因是铸型中存在砂粒。铸型中存在砂粒的具体原因如下：1）铸型结构 砂型存在窄槽深沟或尖角，这些部位砂型强度低，起模斜度小，起模时易碰裂型壁；金属液冲击出现型壁脱落现象。2）造型与造型材料 造型过程中型壁未压光，易发生脱砂。型壁紧实度不够，金属液侵入型壁表层砂粒空隙中会引起脱砂。

8、型壁紧实度过高，型壁表层压应力太大，易造成表层脱落现象。造型热膨胀性太大，涂料粘性不够，型（芯）砂强度不够等因素都会导致型壁掉砂。3）浇注系统与浇注 浇注系统截面积偏小，浇注时间被延长，上方型壁热时间过长，产生膨胀开裂。浇注温度太高对上型壁热辐射作用强烈，上型壁膨胀脱落。内浇道位置不正确浇注速度太快，浇包口离浇口距离太大，金属液冲击型壁过猛，易产生型壁掉砂现象。4）合型操作 合型前型腔内散落的砂粒未能清除干净，合型不准确或不平稳而碰坏和压坏砂型与砂芯，导致铸型内存在砂粒或砂块。2、砂眼的防止方法 主要是防止砂粒进入铸型和型壁脱落，其具体方法是：1）修改工艺 适当增大铸型中砂型尖角部位的圆角半径

9、，对狭窄深沟在允许的条件下不可不铸出，2）提高造型材料和造型质量 造型时尽量使砂型紧实度适中，修光铸型表面防止型壁脱落。盖箱插钉子。3）改进浇注系统和控制好浇注操作改进内浇道位置和内浇道形状，防止金属液猛烈冲击型壁或直接冲刷型壁，如图大型铸件采用耐火砖做浇注系统，能有效地防止浇注系统内砂粒脱落。适当加大浇注系统截面积，缩短浇注时间，控制好浇注温度和浇包口高度，都能有效地减小热辐射作用和金属液对型壁的猛烈冲击。4）提高合型操作质量 合型操作中应用压力风管吹尽散落在型腔中的砂粒，合型要平稳准确，防止碰撞挤压，一旦出现挤碰现象，要开型检查并修补损坏部位，修补合格后再合箱。第二节 铸件的凝固与收缩一、

10、 铸件的凝固液态金属浇入铸型后，由于铸型的冷却作用，液态金属的温度降至液相线与固相线温度范围时，液态金属向固态转变，这种状态的变化称为凝固。从液态过程转变为固态的过程称为凝固过程。（结晶）许多常见的铸造缺陷，如缩孔、缩松、浇不到、气孔、热裂、夹渣、偏析等，都是在凝固过程中产生的。因此，了解铸件的凝固规律及影响铸件凝固的因素，认识铸件在凝固过程中铸件缺陷的形成机理，对于防止铸造缺陷的发生、提高铸件的性能、改善铸件内部组织和生产优质铸件有着重要意义。二、铸件的收缩金属液从浇入铸型到冷却凝固至室温的整个过程中发生的体积和尺寸减少的现象称为收缩，收缩是铸造合金的物理性质。也是许多铸件产生缩孔、缩松、裂

11、纹、应力变形等缺陷的基本原因，是重要铸造性能之一。（见水套）合金从液态到常温体积的改变称为体收缩。金属在固态时由高温到常温的改变量，称为收缩。在设计和制造模样时需要考虑线收缩。1、 金属液的收缩：任何一种金属液浇入铸型后，从浇注温度冷却到常温都要经历3个互联系的收缩阶段。、液态收缩阶段从浇注温度到液相温度。、凝固收缩阶段自液相线温度冷却到固相线温度所发生的收缩称为凝固收缩。、固态收缩阶段自固相线温度冷却到室温这一阶段的收缩称为固态收缩。2铸件的收缩实际中铸件在铸型中的收缩要受到阻碍，如果忽略阻碍，其收缩称为自由收缩。铸件在铸型中收缩时受如下3种阻力 铸件表面的磨擦力 热阻力 机械阻力由于上3种

12、阻力在进行工艺设计时，模样尺寸不能按照自由收缩考虑，生产中采用铸造收缩率，是考虑各种阻碍力影响之后的实际收缩率。各种收缩率见表合 金 类 型收 缩 率%自由收缩受阻收缩灰铁1.00.9铸钢1.62.01.31.7球墨铸铁1.751.5锡青铜1.41.2铝硅合金1.01.20.81.0收缩率的公式铸=（L模L件）/L件×100% （见搅刀图）第二节 冒口的设计金属液浇入铸型后，在冷却凝固过程中要产生体收缩，这就可能导致铸件在最后凝固的部位，产生缩孔或缩松。缩孔或缩松常常影响铸件组织的致密性，减少铸件的有效面积积使机械性能大大降低，甚至使铸件报废。在铸件上合理的设置冒口是防止产生缩孔和缩

13、松的最有效的工艺措施。 （见图）冒口是对铸件凝固收缩进行补给的，不是铸件本身的附加部分。它具有补缩、排气、集渣等作用。冒口具备补缩的基本条件是：1）冒口的大小和形状应使金属液最后凝固，并形成由铸件到冒口的顺序凝固。2）冒口应在保证供给足量液体金属的条件下，尽量减少金属的消耗量。一、冒口的种类和形状。1）按冒口在铸件上的位置可分为顶冒口和边冒口。 按冒口顶部是否敞露于铸型外面，又可分明冒口和暗冒口。顶冒口一般位于铸件最厚部位的顶部，这样可以利用金属液柱的重力进行补缩，提高冒口的补缩效果，而且有利于排气和浮渣。明冒口造型方便，便于观察铸型中金属液的上升情况，便于向冒口中补浇金属液，散发保温剂等。但

14、因顶部敞开，散热较快，故对同样体积的冒口，明冒口较暗冒口的补缩效率低些。因此对于中大型铸件，尤其是重型铸钢件的冒口，经常采用明冒口，小型铸件多采用暗冒口。2）冒口的形状 冒口的形状直接影响它的补缩效果，在设计冒口时，在相同的体积下应尽量使冒口的散热表面最小，这样就散热就慢凝固时间就长，冒口的补缩效果也就更好，冒口体积和表面积对其凝固时间的影响可以用当量厚度来衡量，当量厚度也叫模数，可用下式求出：M=V/AM模数 V体积 A表面积模数小的冒口，凝固时间短，补缩效果差，模数大的冒口凝固时间长，补缩效果好。在体积相同的条件下，球形冒口的模数最大，补缩效果最好，是最理想的冒口形状，但因球形冒口，模形难

15、制做，造型起模困难，应用受到限制。二、冒口的有效补缩距离为了防止缩孔和缩松，冒口必须符合补缩能力的条件。事实上，补缩效果不仅取决于冒口的大小和形状，还取决于铸件凝固时补缩通道是否通畅。L=4.5T如果配冷铁L=9T三、冒口尺寸的确定方法1）确定冒口的安放位置2）初步决定冒口的数目3）划分每个冒口的补缩区域，选择冒口的类型4）计算冒口的具体尺寸四、特种冒口及其应用1）大气压冒口 2）气压冒口 3）发热冒口 4）易割冒口第一节 浇注系统类型，与开设位置的选择一、 浇注系统的结构、组成及作用为金属液填充型腔和冒口而开设于铸型中的一系列通道称为浇注系统。铸件的浇注系统一般由浇口杯、直浇道、横浇道和内浇

16、道四部分组成。1 浇口杯 用型砂单独制成的浇口杯，放在合型后的铸型上，与直浇道的顶端对中相接。（1） 浇口杯的作用 承接浇包注入的液态金属并引入直浇道，增加静压头高度，提高金属液的充型能力，储存容纳部分金属液，防止液流飞溅，减缓液流的冲击，使溶渣上浮，避免熔渣.杂质和气体卷入型腔。（2） 浇口杯的种类及应用浇口杯分普通漏斗形，带过滤网的，浇口盆式的。（浇口杯的形式见书98页）2、直浇道浇注系统中的垂直通道为直浇道。（1） 直浇道的作用：顺利引导金属液到横浇口或型腔。（2） 放置直浇道应注意的事项：由于直浇道中的金属液流速快、冲刷大，一般采用耐火管，没有耐火管的情况下，直浇道的接触面只能用面砂，

17、不能用背砂，因为背砂强度低，容易被卷入型腔。3、横浇道是指浇注系统中连接直浇道和内浇道的水平通道，它是浇注系统中重要组成部分。（1） 横浇道的作用将金属液平稳、均匀地分配给各个内浇道，其重要公用是捕集、滞留由浇包经直浇道流入的夹杂物，又称“捕渣器”或称“撇渣道”。4、内浇道在浇注系统中，内浇道是把金属液直接导入型腔的通道，即金属液的引入位置，它对铸件的质量有很大的影响。（1）内浇道位置选择原则如下： 内浇道应避免直冲砂芯、型壁、或型腔中其它薄弱部位，防止造成冲砂。（见图） 尽量不开在铸件非加工面上。以免影响铸件外观质量。 应有利于铸件凝固和补缩。二、浇注系统的分类及特点：在铸型内开设浇注系统时

18、，根据金属液注入型腔的高度不同，可以将浇注系统分为顶注式、中注式、底注式和阶梯注入式4种。1、顶注式其特点是：（见书中102页） 对铸型底部冲击力大，金属流于空气接触面大、时间长，金属液容易产生紊流、飞溅、冲砂、氧化，所以容易造成砂眼、铁豆、气孔、氧化夹渣等缺陷。 铸件自上而下顺序凝固，有利于冒口的补缩，减少缩孔、缩松倾向。 充型好，浇注系统结构简单，造型操作简便，能降地金属消耗。因此，适用于致密性要求较高的中小型厚壁铸件。2、底注式内浇道位于铸件底部，金属液从型腔底部注入，内浇道很快被金属液充满而被淹没，因此充型平稳不会产生飞溅，型腔内的气体易于排出，金属液氧化少。但不利于顺序凝固。因为冒口

19、在上部，它不能提高冒口的温度。3、中注式从铸件中间的某一高度上引入金属液的浇注系统，称为中注式浇注系统。中注式浇注系统对于铸件分型面以下是顶住，铸件分型面以上是底注，故兼有底注和顶注的优缺点。4、阶梯式对于高度较大的铸件需采用阶梯式浇注系统，浇注时金属液最初只从最底层内浇道进入型腔，待型腔内的液面上升到接近第二层内浇道时，才从第二层进入型腔，这样由下而上逐层注入铸型，最上层内浇道通过冒口注入型腔，可保证实现顺序凝固和冒口补缩。（见图）（1） 阶梯式浇注系统的特点：阶梯式浇注系统充型平稳，避免了因压头过高或液流从高处落下冲击铸型底面而造成严重的喷射和飞溅，金属液自下而上地充满型腔，有利于排气，内

20、浇道分散，减轻了局部过热现象。因而阶梯式浇注系统可减少砂眼、气孔、冷隔、浇不足、缩孔、缩松和氧化等铸造缺陷。 但阶梯式浇注系统结构复杂，造型不方便。第三节 冷铁的设计一、冷铁的作用冷铁的主要作用是对铸件进行激冷，根据冷铁对铸件的激冷程度和安放位置的不同而分为外冷铁和内冷铁两类。在铸件壁的交接处往往容易形成热裂，在形成热裂时，壁的交接处蓄积的热量一定比它相邻断面处要多。当凝固速度较快的相邻断面产生线收缩时，交接处的抗拉强度很小，以至线收缩一拉它便形成热裂由于交接处安放了冷铁，可使该处面的冷却与相邻断面的冷却匀衡，因而减少了交接处产生热裂的危险。二、外冷铁的应用方法三、内冷铁的应用方法，举例搅刀轴

21、头预埋轴第六章铸件缺陷分析在铸造生产过程中，铸件受到型砂质量、砂型烘干质量、金属液质量、铸件结构、浇口位置与大小、铸件工艺方案等因素影响，使铸件产生各种类型的缺陷。在铸件质量检查过程中， 如果能比较准确地判断出铸件产生缺陷的原因，采取相应的防范措施，可以减少铸件缺陷，提高铸件合格率。第一节 孔洞类缺陷分析一、 气孔缺陷：气孔的孔壁光滑，大气孔多为梨形、圆形或椭圆形，常孤立存在，并不露出铸件表面。小气孔多成群出现在铸件表面，又称为针孔。在机械加工或热处理后才发现的长孔称之为皮下气孔，气孔多出现在铸件表面或靠近砂芯、冷铁或浇冒口附近。气孔按其产生原因分为析出性气孔，侵入性气孔反应性气孔三大类。1、

22、 析出性气孔：这种气孔尺寸细小，多以针状或球状分散在铸件各个断面内，往往出现在同一炉或某一类铸钢件和有色合金铸件中，铸铁件不易产生这种气孔。 （1）析出性气孔产生的原因在金属熔炼过程中，铁能够大量溶解氢、氮、氧。铁在凝固时，氢和氧被析出，由于CO不溶于铁液中，在金属凝固过程中被析出构成气泡萌芽，随着金属液凝固温度的不断降低，溶解在铁液中的氢和氮扩散到气泡萌芽中并使其长大。炉料中的锈蚀、水分、油垢等在金属熔炼过程中都会产生大量气体，中果金属在熔炼的过程中过分氧化或溶解过多的气体，都容易形成析出性气孔。（2）析出性气孔的防止方法：质量要求比较高的铸件，对炉料进行烘干和除锈处理，熔炼金属时加入适量的

23、熔剂，在金液面上形成熔渣保护层隔离空气，避免金属液吸收大量气体，铸钢熔炼时进行脱氧处理，烘干浇包及浇注工具，对金属液进行镇静处理，采用高温出炉低温浇注或真空熔炼和压力浇注等错施，可以防止铸件产生析出性气孔。2侵入性气孔 ：气孔形状大多呈椭圆或梨形，气孔尺寸较大，孔壁被氧化。侵入性气孔一般出现在铸件的某一局部，由于形成气孔的气泡能够在金属液中上浮，则在气孔出现在铸件内部，有的气孔出现在铸件上表层，铸铁件出现这类气孔较多。（1）侵入性气孔产生的原因：砂型中的水分、粘结剂、粘土、附加物等造型材料在浇注过程中受热产生气体，特别是水分在浇注过程中产生大量蒸气，蒸气的体积比水分的体积大了上千倍，并且膨胀速

24、度快，如果砂型含量过我，浇入铸型的金属液会产生“沸腾”现象。（2）侵入性气孔的防止方法：选用粒度较粗的原砂配制型（芯）砂，减少旧砂中灰分和失效粘土含量，不要使用生锈或潮湿的冷铁和芯撑。在能保证砂型强度和表面质量的前提下，控制型砂中粘结剂和附加物中发气量大的材料的加入量，在造型、造芯过程中加入焦碳、草绳、木屑等改善型（芯）的透气性。设置的铸型通气孔、型（芯）砂紧实度要合适。湿型浇注的铸型在修型过程中应少喷水和少刷水，湿型含水量不能太高。对干型和表干型要保证烘干质量，烘干后使铸型要早浇注，不可久放。从多方面提高铸型的排气能力，使铸型排气通畅。浇注时适当提高浇注温度，使金属液中的气体有充分时间排出。

25、3反应性气孔；浇入铸型中的高温金属液与铸型材料、冷铁、芯撑之间由于化学反应形成的气体在铸件内造成的气孔。（1）反应性气孔产生的原因：内生型反应性气孔产生的原因是存在于液体金属中的金属氧化物与金属中的其他元素发生化学反应，生成的一氧化碳在钢液或铁液中相互扩散并形成气泡。（2）反应性气孔的防止方法：用去气和脱氧方法降低金属液中溶解的氢和氧；对芯撑、冷铁和其他嵌入物采取除锈和除油垢处理，并保持表面干燥，避免浇注前凝集水珠；降低砂型水分，增加砂型排气能力，加入适量的煤粉、沥青、重油等物造成还原性气氛，均可防止铸件产生反应性气孔。二、缩孔、缩松缺陷缩孔是铸件在凝固过程中，由于补缩不良而产生的孔洞，形状极

26、不规则，孔壁粗糙并带有枝状晶，常出现在铸件最后凝固的部位。缩松是铸件断面上出现的分散而细水的缩孔，在气密性试验时可能渗漏。1、铸件缩孔和缩松的产生原因：铸件在凝固和冷却过程中得不到充分补缩便会产生缩孔和缩松，铸件产生缩孔或缩松的主要原因如下：（1）铸件结构引起缩孔或缩松 铸件结构出现下列情况会出现缩松。1）铸件壁厚局部肥厚，厚壁部位最后凝固无法得到补缩则产生缩孔或缩松。2）铸件转角尺寸不合理，转角位置形成太大的热节，在转角处产生缩孔或缩松，3）工艺设计引起铸件缩孔或缩松 工艺设计中的加工余量，补贴量、浇冒口、冷铁等的设置不当都会导致铸件缩孔或缩松。（3）金属液质量和浇注因素引起铸件缩孔或缩松

27、金属液质量差，金属液中气体含量过高，金属液流动性差，补注冒口不及时抬型跑火等都会导致铸件缩孔或缩松。2、铸件缩孔和缩松的防止方法 缩孔与缩松主要是由于补缩，避免在凝固过程中产生新的热节，是可以防止铸件产生缩孔的。（2）改进工艺设计方案 为防止缩松，可适当减少铸件加工余量，或将加工大平面在铸型中处于铅垂位置，以便减小加工余量。为防止缩孔可设置充足的补贴量实现铸件定向凝固，如图6-8b为促使铸件定向凝固，可以采用阶梯式浇注或顶注等方法。（3）提高金属液质量和浇注质量控制好金属液化学成分，降低金属液中气体含量，把握好熔炼温度，及时点注浇冒口，保证浇注系统和冒口充分补缩。第三节 裂纹缺陷分析铸件产生裂

28、纹分热裂纹和冷裂纹。热裂纹呈散裂状，如图热裂纹断面严重氧化，无金属光泽，裂口沿晶粒边界产生和发展，裂口外型曲析而不规则，裂口表面宽度较大。冷裂纹呈长条形，裂口较窄，裂口宽度均匀，裂口长穿过晶粒延伸到整个断面，冷裂纹有时有轻微氧化现象，有时呈金属光泽。一、裂纹产生机理1、热裂纹产生机理 金属液在型壁传热作用下，从铸件表面开始凝固，如果在凝固收缩过程中铸件能自由收缩，在铸件内部不产生应力。当在收缩过程中枝晶层收缩受到型（芯）阻碍，枝晶层的收缩也现应力，当拉应力大于液膜强度极限时，枝晶之间就会被拉开，如果周围有足够的金属流入拉裂处，则铸件不会产生热裂纹，否则就出现热裂纹，裂纹出现后，一般拉应力也就随

29、之消失。铸钢件和可锻铸铁最易产生热列纹。2、冷裂纹产生机理 铸件在冷却过程中，如果收缩受到阻碍，铸件产生应力并发生弹性变形。若各部分冷却速度不均匀将产生热应力；若产生相变而导致体积改变会形成相变应力；若收缩受到阻碍将产生收缩应力。当这些铸造应力超过金属的强度极限时，铸件就会产生冷裂。二、裂纹的防止方法铸件裂纹产生的主要原因是铸件应力大于金属强度极限，裂纹方向与应力方向相垂直。根据铸件结构特点和应力方向，在可能产生裂纹的部位采取相应措施，可防止铸件裂纹的产生。1、设计合理的铸件结构 设计铸件要尽量使铸件结构符合定向凝固或同时凝固原则，减小热节尺寸，减小热应力。2、选择恰当的浇冒系统结构和安放全置

30、 把冒口设置在不阻碍铸件收缩的地方。3、正确安放冷铁 如果型壁两侧都要安放冷铁，为了不阻碍铸件收缩，应将冷铁在铸件两侧交错排列。所放置的冷铁要求平滑、干净、无裂纹。如果因冷铁激冷过度导致铸件裂纹，可将冷铁改薄或用内冷铁。4、正确设置收缩肋 在铸件易裂部位设置收缩肋，收缩肋厚度要小于铸件该部位厚度，使收缩肋先于铸件凝固，由收缩肋承受该部位产生的应力，就能有效地防止铸件裂纹。5、保证型、芯砂良好的退让性 防止薄壁铸件裂纹的主要措施之一就是降低型、芯砂的高温强度，提高退让性。例如：可选用较粗砂粒，适当减少粘结剂加入量，或先用高温强度较低的粘结剂，在型、芯砂中加入少量木屑等。在不会引起胀砂的情况下，适

31、当降低型、芯紧实度，降低芯骨强度，浇冒口与箱带保持足够距离，都能有效地增加砂型、芯的退让性，保证铸件基本上能自由收缩。6、提高金属液的质量 尽量降低金属液中气体含量，防止金属液过度氧化，熔炼铸钢时进行脱氧处理。严格控制金属液化学成份，控制熔炼温度和过热温度，控制熔炼温度和对金属进行孕育处理等，都能细化金属晶粒，提高铸件强度而减少或消除铸件裂纹。7、控制好浇注温度和速度 对于薄壁件采用较高的浇注温度和速度，达到铸件同时凝固的目地，使各处收缩一致，凝固过程中铸件强度一致。对于厚壁铸件有取低温慢速浇注，保证铸件定向凝固，充分补缩以增加铸件强度，同时也降低了金属液对型壁的热负荷作用而保证了型壁强度，或

32、以减少铸件产生裂纹。第三节铸造应力、变形与裂纹一、铸造应力铸件凝固以后，在冷却过程中将继续收缩，这些都会使铸件的体积和长度发生变化。此时如果这种变化受到阻碍就会在铸件内产生应力，这种铸造应力可能是拉应力，也可能是压应力。1 铸造应力的种类热应力：在冷却过程中，由于铸件各部分冷却速度不同，造成同一时刻各部分收缩量不一致，从而在铸件内因彼此相互制约而产生应力。这种由于受阻碍而产生的应力称为热应力。 相变应力：具有固态相变的合金，铸件各部分在冷却过程中由于散热和冷却条件不同，它们达到固态相变温度的时间也不同，各部分相变的程度也不同，由此而引起的应力，称为相变应力。 机械阻碍应力：铸件收缩受到铸型、型

33、芯、浇注系统和冒口的机械阻碍而产生的应力，称为机械阻碍应力。铸造应力是热应力、相变应力和收缩应力3者的代数和。在某一时间，铸件内应力的总和和大于金属在该温度下的强度极限时，铸件就会产生裂缝。铸件在有内应力的情况下，如受到外界的撞击作用（如出砂时锤击、清理时铲凿和装运时的碰撞等）或加热过快（如热处理加热、火焰切割浇冒口等），都会使铸件产生裂缝，在严冬操作时尤应注意。2. 消除铸造内应力的措施： 根据以上分析可见，铸造应力的产生，主要是由于铸件各部分冷却速度不均匀以及铸型、铸芯、芯骨等阻碍收缩的结果。为了减少铸件在冷却过程中产生的铸造应力，主要的办法是尽量减小铸件中各部分分温差以及改善铸型和型芯的

34、溃散性，力求铸件壁厚均匀、结构合理，从工艺上可采取以下错施。在铸件厚实部分放外冷铁，加速厚实部分冷却。将内浇口开在铸件薄处，使冷却均匀。确定合理的落砂规范。例如使铸件在铸型中缓冷一定的时间并降到合适的温度后才可以打箱落砂。对于铸钢和铸铁件的落砂温度最高也要使铸件后部分降温到620650，容易冷裂的合金和铸件落砂温度还应降低。冷却后的铸件若残留有较大的内应力，或对于尺寸稳定较高的铸件应进行消除内应力的处理，方法有：自然失效处理人工失效处理共振法一、 变形由于铸件存在应力，对于不同形状的铸件就存在有变形，变形小的可以调整，变形大的铸件就的报废。对于铸件的变形，在工艺方面可采取下列措施来防止：增大加

35、工余量 采用预变形即反挠变 改进铸件结构二、 铸件的裂纹（一） 冷裂冷裂是铸件处于弹性状态时，铸造应力超过合金的强度极限而产生的。 合金的成分和熔炼质量对冷裂有很大的影响。例如钢中的碳、铬等元素，虽然提高钢的强度，但却降低了钢的导热性、因而这些元素的含量相对较高时，能够增大钢的冷裂倾向。磷能增加钢的冷脆性，当钢中的含磷量大于0.1%时它冲击韧性急剧下降，冷裂倾向也明显增加。同理当灰铸铁中磷的含量大于0.5%时，往往有大量网状磷共晶出现，冷裂倾向明显增大。当钢脱氧不良时，氧化夹杂物聚集在晶粒边界上，使 钢的冲击韧性和强度下降，促使冷裂形成。钢中其他非金属夹杂物增多时也有类似情况。（二） 热裂铸件

36、在凝固后期，固相已形成完整的构架之后就开始固态的收缩，此时的线收缩如果受到阻碍而产生的裂纹就称之为“热裂”显然这种裂纹是在高温下产生的。热裂与铸件补缩不良有着密切的关系，故厚实的铸钢件补缩不良时，在其最后凝固的地方产生缩孔，也常常伴随着热裂，补缩问题解决得好，热裂也就不易发生。重要的厚实铸件均需用无损探伤法检查内部是否存在缺陷。（见滚筒图）热裂的影响因素及防止办法。化学成份的影响：P S 都是有害元素，是造成热裂的主要原因之一，冶炼时要严格控制含量。铸型阻力对热裂的影响：应尽量减小或消除铸型阻力，使金属能较自由地收缩，防止产生热裂。浇注温度和速度的影响：对于薄壁铸件要求较高的浇注温度和较快的浇

37、注速度，除了为保证流动性的要求外，还可以减缓铸件的凝固速度，延长高温对铸型的作用时间，有利于防止铸件外热裂。对于厚壁铸件，则应采用较低的浇注温度和速度，以免缩孔体积增大，晶粒粗化及偏析等原因促使热裂的产生。铸件结构的影响：在铸件容易产生热裂的地方，可放置拉筋。第四节 其他缺陷分析一、冷隔缺陷冷隔是在铸件上穿透或不穿透，边缘呈圆角状的缝隙。1、产生冷隔的原因 开始浇入铸型中的金属液流前端呈圆弧状，如图，两股金属液流的接触界面上将因金属液温度过低，不能相互融合而产生冷隔。使金属液温度过低和流动性差而产生冷隔的具体原因如下：1）金属液的熔炼温度或浇注温度低，或者金属的化学成份不正确，夹杂物偏多，碳当

38、量太高或太低，含硫量偏高等，都会降低金属液的流动性。2）浇注速度太慢，或在浇注后期过早降低浇注速度；或因金属液准备不足，浇包内的金属液不够浇满一个铸型，在第二次补浇时而第一次浇注的金属液已凝固。这此使金属液进入型腔不连续的因素都易造成铸件产生冷隔，还有可能产生浇不到或未浇满缺陷。2、冷隔的防止方法对于薄壁、大平面铸件，可以将铸型斜放浇注，或加大浇注系统截面积，加高直浇道增加金属液压力。对于流程过长的浇注系统，要改变内浇道位置和数量，缩短金属液流程。加快浇注速度，提高金属液浇注温度。二、残缺类缺陷1、跑火 铸件分型面以上的部分产生的严重凹陷称为跑火。有时会沿未充满的型腔表面留下类似飞翅的残片。（

39、1）产生跑火的原因 跑火是从分型面泄漏金属液，其原因是：1）砂箱内框尺寸偏小，型腔周围吃砂量偏小，合型抹缝质量不高。或者修理分型面不平整，披缝大，合型后出现缝隙，在浇注时产生跑火。（2）跑火的防止措施 根据跑火原因采取相应措施防止跑火。1）根据模样选用大小适中的砂箱，保证型腔边缘与砂箱内框有较大距离，降低跑火的可能性。修型操作中尽量修复分型面原样，使分型面披缝尽量小。在合型时检查分型面缝隙大小，可用石棉绳垫平分型面，认真抹好分型面缝隙。2、型漏 铸件内有严重的空壳状残缺称为型漏，有时铸件外型虽然较完整，但内部的金属已漏空，铸件完全呈壳状，铸件底部有残留的多余金属，如图（1）型漏缺陷产生的原因

40、产生型漏主要与砂型底部砂层强度有关，具体原因如下：1）砂型底部太薄，或砂型紧实度不够导致型腔底部和芯座强度不够。砂床不平整和砂型硬度不均匀，下砂型与砂床接触面积太小，型腔底部经不起金属液压力的作用而破裂形成型漏。（2）型漏的防止措施 选用较高的下砂箱，保证下型底部型壁厚度，提高下砂型紧实度，用干砂和石棉绳填满下型芯座与芯头间的间隙。通气孔与型腔保持一定距离，防止金属液个漏。第四节 铸件的补缩定义：液态金属浇入铸型后在液态、液固态和固态冷却过程中，体积和尺寸产生减小的现象称为收缩。收缩是铸造合金本身固有的物理现象性质。铸造合金的收缩是产生缩孔，缩松、裂纹、应力和变形等缺陷的基本原因。因此，研究铸

41、件收缩规律和收缩特点对获得形状、尺寸准确、组织致密的优质铸件，合理设置冒口、冷铁和铸筋，防止上述铸造缺陷的产生有着重要意义。一、 铸件中的缩孔缩松。缩孔定义：铸件在凝固过程中，由于合金液态收缩和凝固收缩常在最后凝固的地方出现一些孔洞称为缩孔。缩松定义：缩松实际上就是把集中缩孔分散成很多微小缩孔。二、 防止产生缩孔缩松的措施防止铸件产生缩孔和缩松的基本出发点是根据该合金的凝固特点和铸件结构，制定合理的铸造工艺来有效地控制凝固过程，使铸件在凝固过程中建立良好的补缩条件，尽可能使缩松转化为缩孔，并使缩孔移向铸件最后凝固的地方，这样在铸件最后凝固的地方设置冒口使缩孔集中于冒口处，或者把浇道开在最后凝固

42、的地方直接补缩，即可获得健全的铸件。第四节补贴的作用实现冒口补缩铸件的基本条件之一，是铸件凝固时始终保持向着冒口的补缩通道扩张角，这种能显著增加冒口的有效补缩距离，在铸件壁上逐渐增加的厚度，称为“冒口补贴”简称补衬。第四章 消失模铸造消失模铸造又称实型铸造，其实质是采用泡沫塑料模样，代替普通模样，在造型结速后，不需取出模样就浇入金属液，在灼热液体金属热作用下，泡沫模塑料气化燃烧，金属液取代了原先泡沫塑料所占据的空间位置，冷却凝固后即形成所需的铸件。一、与砂型铸造相比，消失模铸造方法有如下优点。1）铸件尺寸精度高，铸件表面质量好，这是由于取消了分型，起模，下芯等许多工艺环节，避免了工艺操作中的一

43、系列误差。（模型能做多光，铸件就能达到多光）。2）增大了铸件另件设计的自由度，在其它铸造另件的设计时必须进行结构工艺性分析，而消失模铸造由于模样没有分型面，不存在起模分型问题，从而改变了砂型铸造时铸件结构工艺性内涵，很多砂型铸造难以实现的问题在使用消失模铸造后就能轻松地加以解决。3）简化铸件生产工序，缩短生产周期，提高劳动生产率。4）提高冒口的金属利用率。（砂型就不同特别是冒口）5）减少材料消耗，降低铸件成本。它的缺点：1）内在铸件质量不好（举例）齿轮2）对需焊接铸件不好，因为负压铸造使铸件表面增碳。消失模铸造适用少加工，或不加工的铸件最适用。批量大的铸件不适用。3）对铸件化学成份的影响：聚苯

44、乙烯泡沫塑料在金属液的高温作用下，发生热裂解反应，使碳氢键裂解，直接产生活性碳和氢。在充型过程中大量的热解气体存在于金属与模样的间隙内，由于其分压较高必然要向液体金属中扩散，污染了金属，使其碳氢含量增加。二、消失模材料及制模艺1）消失模铸造中模样材料是采用满足工艺需求的泡沫主要为聚苯乙烯，它碳的含量为92%气的含量为8%的碳氢化和物，具有发气量低，残留物量小、密度小、汽化迅速等优点，常用泡沫塑料密度为0。0180。02g/cm3 而造型用模样采用的高密度为0。0250。03/cm3因为模样必需要强度。2）消失模铸造用模样的制造方法主要依据产品的数量及批量而定,大批量生产时采用发泡成形

45、,单件,小批量生产时采用加工成形方式。发泡成型：聚苯乙烯泡沫塑料珠粒在发泡成形之前进行预发泡处理来调整所需的粒度和密度，添加发泡剂的珠粒在80110预热处理温度下发软膨胀，使珠粒的密度控制在一定范围之间，为获得低密度的珠粒还可以进行两次预发泡处理，然后在空气中放置几小时，使空气渗透进珠粒沧孔内，再进行熟化处理。将经过预发泡处理并熟化的聚苯乙烯珠粒放入发泡模具中通入蒸汽或热空气加热，使预发过的珠粒在模具内进一步膨胀，获得组织致密，表面光洁的模样。加工成形：将聚苯乙烯泡沫塑料珠粒先发泡制成泡沫塑料板，现用机械加工方法（我公司电热丝）将泡沫板加工成型。由于泡沫塑料板具有十分优良的粘接性能，因此对复杂

46、铸件的泡沫塑料模样，可以用若干形状较为简单的模样粘接而成，这可以大大降低模样制造难度。象模型车间画样板的确良同志，他的主要任务就是怎样把一个复杂的铸件模型简化成若干简单的单元模型，并由模型工粘接而成。以前模型粘接用乳胶粘接。但乳胶粘接需要24小时的干燥时间，后改为热塑胶粘接，干燥时间短。三、消失模铸造工艺一、以泡沫为模型，水玻璃砂造型应注意的事项：舀箱时，注意模样变形风锤不要捣在模样上。真空负压埋箱时，注意浇口的埋法，铸件的摆放位置。第五节 铸件凝固的控制为了使铸件在凝固终了时具有良好的质量就必须有意识地去控制铸件的凝固过程，铸件凝固的控制就是根据合金凝固的规律，从工艺上创造条件促使铸件在凝固

47、时期所伴生的各种不利因素向相反方向转化达到获得健全铸件的目地。一、铸件的凝固原则。控制铸件的措施很多，但是指导和运用这些措施的基本原则有两个，即顺序凝固和同时凝固。1) 顺序凝固原则（也叫定向凝固原则）铸件的顺序凝固就是采取各种措施，保证铸件结构上各部分按照远离冒口的部分最先凝固，然后是靠近冒口部分，最后才是冒口本身凝固的顺序进行。因此这个原则也叫定向凝固原则。铸件按照顺序凝固原则进行凝固，就能保证缩孔集中于冒口处从而获得致密铸件。顺序凝固的优点：冒口补缩作用好，铸件内部致密。因此，对于凝固收缩大，结晶间隔较大的合金，如铸钢，球铁等，都采用这个原则。以保证铸件质量。顺序凝固的缺点：由于存在温差

48、容易产生热裂、应力和变形，由于设置冒口和补贴等工艺出品率低，切冒口补贴耗时。2) 同时凝固原则：同时凝固原则是采取措施，保证铸件结构上各部分同时凝固各部分之间几乎没有温度差。同时凝固的优点是：不容易产生热裂、应力变形。无冒口从而节省金属出品率简化了艺，减少了劳动量。同时凝固的缺点：在铸件中心处有缩松，铸件不致密。同时凝固原则一般用于下裂情况：壁厚均匀的铸件，尤其是薄壁件，倾向于同时凝固。 球铁件利用石墨化膨胀力实现自身补缩时，采用同时凝固原则能使铸件致密均匀。碳硅含量高的灰铸铁，其体收缩率较小甚至不收缩，也采用同时凝固原则。三、 控制铸件凝固的方法：目前控制铸件凝固的方法常用的有以下几种；一是

49、正确布置浇注系统引入的位置，控制浇注温度，控制浇注速度和铸件凝固位置，二是采用冒口，补贴和冷铁，三是改变铸件结构四是采用具有不同蓄热的造型材料。第五章 铸钢及其熔炼生产中铸钢多用强度，塑性和韧性要求较高或者具有特殊性能要求的铸件，如轧钢机的机架，坦克和拖拉机的履带，等等，其产量仅仅次于铸件。一、铸钢的分类和牌号：1、铸钢可按化学成份、质量及用途进行分类，通常根据化学成份的不同，铸钢可分为碳素铸钢和合金铸钢两大类。在生产上由于碳素钢易于制取，且价格较廉，又能满足大多娄机械零件的性能要求，故应用最广泛，它占铸钢总产量的80%以上。1）碳素铸钢，碳素铸钢按含量不同可分为低碳钢（C<0.25%）

50、中碳钢（C=0.250.5%）和高碳钢（C>0.5%）2）牌号表示：老牌号ZG25 ZG35 ZG45 是以含碳量表示,新牌号,以屈服强度和抗拉强度表示：ZG230450 ZG270-500 ZG310-5702、合金铸钢：为改善和提高铸钢的某些性能，在铸钢中加入一种或几种合金元素即称合金钢。加入钢中的合金元素主要有锰（Mn）、硅（Si）,钨(W)，钼（Mo）,钒（V）铬（Cr）镍(Ni)硼(B)等。按加入合金元素含量的多少，合金铸钢可分为三类：合金元素含量低于5%的为低合金钢合金元素含量在5%10%之间的为中合金钢合金元素含量超过10%以上的为高合金钢合金钢的牌号开头仍为“ZG”它后面

51、除标有含碳量外，还需标有合金元素的总类及含量。（ZGMn13 ZGMn18Cr2Mo ZG1Cr18Ni9Ti）二、铸钢的铸造性能及铸造工艺特点：铸钢的综合力学性能比铸铁高，但其铸造性能比铸铁差的多。主要表现在以下几个方面：1）流动性差：浇溥壁铸件时容易形成冷隔缺陷。2）体收缩较大：故容易形成气孔，缩孔，冷裂。3）且氧化和吸气性较大：易产生夹渣和气孔。4）熔点高：容易产生粘砂和融砂现象。由于铸钢的铸造性能差，因此为获得合格的铸件，必须在铸件结构设计、造型工艺、浇口规范及材料方面采取相应的措施，以防止缺陷的产生。相应错施：1、1）铸钢件的结构要合理，壁厚最小不小于8mm，壁厚要均匀。 2）和壁的

52、连接要平滑过渡或做出圆角，这样可减少铸件的内应力 3）采用铸筋可加强铸件的强度。 4）应尽量减少铸件的大平面冲上，以防止粘砂，冷隔等现象。 5）力求壁免深沟、容隙、以防止粘砂。2、在造型工艺上，要合理设计浇冒口。1）铸件一般采用顺序凝固。2）开设浇口要注意钢水的注入位置。3）铸钢一般收缩较大应放置足够大和足够数量的浇冒口，进行补缩。4）在难以补缩的地方，放置外冷铁。5）注意铸型的排气。6）铸钢的熔点比铸铁高200300高温钢水与型砂相互作用，极易产生粘砂缺陷，因此铸钢用砂应采用耐火度高的石英砂，并在型腔表面刷上锆英粉涂料。三、铸钢的熔炼：（一）铸钢一般采用电弧炉或感应炉熔炼。 1）电弧炉是利用

53、石墨电极与金属炉料间电弧产生的高温来熔化金属的一种设备。 2）感应炉原理与电磁炉原理基本一样。按照炉衬耐火材料不同，电弧炉可分为碱性和酸性炉两种。1）碱性电弧炉的耐火材料主要是镁砂砖和白云砂。（我车间现用的是焦油镁砂砖以前是用铁管打结镁砂而成。）2）酸性电弧炉的耐火材料为硅砖和石英砂。虽然酸性炉的炉衬寿命长、生产率高、钢水成本低，但它的最大缺点是熔炼时不易去磷、硫等有害元素。因而目前绝大多数铸钢均采用碱性电弧炉炼钢。（二）练钢过程的特点：（炼钢不是简单的操作）炼钢是在高温条件下通过化学反应（氧化还原）除去原材料中的杂质，并调整钢水的成份和温度达到规定的要求。最后铸成合格的铸钢件。（练钢的技术）

54、（三）炼钢炉渣：1）炉渣的来源：人工加入的造渣材料，白灰、萤石等。 人工加入的氧化剂：铁矿石 炼钢过程中化学反应的产物，如氧化物、硫化物。 炉衬耐火材料被侵蚀的部分和炉料表面的泥砂等。2）炼钢过程造渣的目地：控制炉渣中（FeO），为脱碳、脱磷、脱氧和脱硫创造条件降低合金原素的烧损。去除钢液中的杂质（P S O）并吸收钢液中的夹杂物。减缓钢液吸收气体（H N）和防止钢液热损失，并保证钢液有足够高的温度。稳定电弧。保护炉衬。（见铸钢及其熔炼一书146页）3）炉渣的重要性：炉渣是炼钢操作中的重要组成部分，渣钢界面氧的扩散是表示炉渣反应能力的重要标志，它控制着钢液氧化和还原的全过程，但是炉渣的粘度是渣

55、钢界面反应的重要因素，渣钢接触面积对反应速度有强烈的影响，如强烈的脱碳，炉渣渣洗等。从实践经验得到较科学的论断：“炼钢必先炼好渣”可见炉渣的重要性了。（炉渣的粘度是与流动性相反的炉炉渣粘度太高对钢液炉渣间的许多冶金反应都不利，例如氧化期脱碳时，CO气没通过炉渣排出的阻力很大，就会减缓一氧化碳的进行。炉渣太稀不易吸收电弧术热量，对炉衬直接侵蚀。）（四）碱性电弧炉的冶炼工艺冶炼方法分为氧化法和不氧化法。氧化法由扒、补炉、装料、熔化、氧化期、还原期、出钢等环节组成的。不氧化法只是取消了氧化期。不氧化法也称返回法冶炼。1）补炉：一般采用热补法。妈在出钢后立即将补炉材料自行烧结。补炉材料一般采用卤水混拌

56、的镁砂。（加大块矿石，吹氧管插到炉底也会破坏炉底或炉坡。2）装料：为了保持炉底提前造渣，首先在炉底铺一层石灰，然后加入部分的小块废钢，装料应密实，大块料装在电极下面的高温区。（我厂现在以不按过去的加料方法,废钢过去都有尺寸限制现在可好只要炉子能装下多大料都敢放,过去料的尺寸是300400）3)熔化期：1任务：熔化期占全部冶炼时间的一半左右，耗电量占全炉电耗的60%70%，因此电弧冶炼的全部指标取决于熔化期进行的是否顺利，要抓紧熔化期的操作，加速熔化。当炉料一半被熔化后便可吹氧助熔，迅速熔化炉料,早期去磷,为氧化期和以后操作创造良好条件,对提高产量、质量降低能耗有着极其重大的意义。2吹氧助熔的作用：使熔池升温，搅动熔池，加速炉料熔化切割大炉料,使炉料受热面积增加.扒也低温区难熔炉料，以及搭桥的炉料，使熔化过程，顺利进行。有利于脱磷，吹氧虽然不利于脱磷的温度条件，但造渣快，炉渣流动性好，是脱磷的更重要条件。3吹氧助熔操作一般采用直径14毫米（4分管）的吹氧管，为了延长其使用时间可在管外涂上耐火泥料，助熔时的吹氧压力为45个大气压，