第二章第一二节

1、12.1 2.1 概述概述 1.1.什么是铸造成形什么是铸造成形 2.2.铸造成形的分类铸造成形的分类 3.3.铸造成形的特点铸造成形的特点2 是是熔炼金属熔炼金属，制造铸制造铸型型，并将，并将熔融的金属熔融的金属浇浇注到注到铸型的型腔铸型的型腔中，待中，待其凝固后，获得具有一其凝固后，获得具有一定形状和性能定形状和性能铸件（毛铸件（毛坯或零件）坯或零件）的生产方法。的生产方法。铸造是金属的液态成形方法。铸造是金属的液态成形方法。2. 分类分类砂型铸造砂型铸造特种铸造特种铸造3 砂型铸造的工艺过程框图砂型铸造的工艺过程框图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

2、砂模型模型熔化熔化金属金属合箱浇注合箱浇注落砂、清理落砂、清理检检 验验铸铸 件件冷却冷却凝固凝固42. 铸造生产的特点铸造生产的特点可生产可生产形状复杂形状复杂，特别是内腔形，特别是内腔形状复杂的制件。如汽缸体、蜗轮状复杂的制件。如汽缸体、蜗轮叶片、机床床身等叶片、机床床身等。 缺点缺点：废品率高，精度、力学性能较低，劳动条件差。废品率高，精度、力学性能较低，劳动条件差。原材料：来源广，价格低；投资低；易生产原材料：来源广，价格低；投资低；易生产铸件：机械加工量相对较小，成本低铸件：机械加工量相对较小，成本低 成本低成本低 合金种类不受限制；合金种类不受限制；铸件大小、重量几乎不受限制。铸件

3、大小、重量几乎不受限制。适应性强适应性强摩托车汽缸体摩托车汽缸体第第2 2章章 铸铸 造造 成成 形形主要内容及要求：主要内容及要求：u 合金的铸造性能及其衡量指标合金的铸造性能及其衡量指标u 合金的充型能力及其对铸件质量的影响合金的充型能力及其对铸件质量的影响u 合金的收缩性及其对铸件质量的影响合金的收缩性及其对铸件质量的影响u 缩孔、缩松产生的原因及其防止缩孔、缩松产生的原因及其防止u 铸造应力、变形和裂纹产生的原因及防止铸造应力、变形和裂纹产生的原因及防止6u 定义定义 指合金在指合金在铸造加工过程铸造加工过程中成形的难易程度，即获得完中成形的难易程度，即获得完整铸件的能力。整铸件的能力

4、。 容易获得完整铸件，该合金的铸造性能就好。容易获得完整铸件，该合金的铸造性能就好。衡量指标衡量指标合金的充型能力合金的充型能力合金的收缩性合金的收缩性偏析偏析吸气性吸气性2.2 2.2 合金的铸造性能合金的铸造性能u 充型充型： 指液态合金填充铸型的过程。指液态合金填充铸型的过程。 合金的充型能力差，铸件易产生浇不足、冷隔等缺陷。合金的充型能力差，铸件易产生浇不足、冷隔等缺陷。u 影响因素影响因素： 主要因素主要因素合金的流动性合金的流动性外界条件外界条件合金的成分合金的成分浇注条件浇注条件浇注条件浇注条件铸型条件铸型条件铸件结构铸件结构浇不足浇不足2.2.1 2.2.1 合金的充型能力合金

5、的充型能力1 1. .合金的流动性合金的流动性u定义定义：指熔融金属或合金本身的流动能力。指熔融金属或合金本身的流动能力。 出气口出气口浇口杯浇口杯u测定方法测定方法： 浇注螺旋形流动性试样浇注螺旋形流动性试样 。 螺旋形试样长度螺旋形试样长度 流动性流动性 0.4%C 铸钢：铸钢：200mm4.3%C 铸铁：铸铁：1800mmu常用合金的流动性常用合金的流动性：见表见表2-191）影响合金流动性的因素）影响合金流动性的因素u合金种类：合金种类：不同种类的合金，具有不同的流动性。不同种类的合金，具有不同的流动性。 表表2-1：灰铸铁：灰铸铁硅黄铜硅黄铜铝硅合金铝硅合金铸钢铸钢u化学成分和结晶特

6、征化学成分和结晶特征 纯金属和共晶成分合金，流动性好（在恒温下结晶）纯金属和共晶成分合金，流动性好（在恒温下结晶）u熔点熔点 合金的熔点合金的熔点流动性流动性u杂质元素杂质元素 杂质元素与液态合金中某些物质杂质元素与液态合金中某些物质 形成的高熔点固态物质，增大了金属形成的高熔点固态物质，增大了金属 液体的粘度，使合金的流动性降低。液体的粘度，使合金的流动性降低。u浇注条件浇注条件 浇注温度浇注温度 ，合金的流动性增大，合金的流动性增大102）铸件的凝固方式）铸件的凝固方式 铸件的凝固方式对合金的流动性有着决定性的影响铸件的凝固方式对合金的流动性有着决定性的影响 铸件凝固过程中存在的铸件凝固过

7、程中存在的3个区：固相区、凝固（固个区：固相区、凝固（固-液两相）区、液相区。液两相）区、液相区。按凝固区宽度，铸件的凝固方式可分为按凝固区宽度，铸件的凝固方式可分为逐层凝固、糊状凝固和中间凝固逐层凝固、糊状凝固和中间凝固。 u逐层凝固逐层凝固：纯金属、共晶成分的合金及凝固区间很窄的合金，如灰铸铁、：纯金属、共晶成分的合金及凝固区间很窄的合金，如灰铸铁、铝硅合金、硅黄铜及低碳钢等，倾向于逐层凝固方式。铝硅合金、硅黄铜及低碳钢等，倾向于逐层凝固方式。 特征：凝固时，不存在凝固特征：凝固时，不存在凝固（固（固液两相）区液两相）区，固液相界面分明，结晶，固液相界面分明，结晶前沿平滑，对液态合金流动的

8、阻力小，充型能力较强。前沿平滑，对液态合金流动的阻力小，充型能力较强。u糊状凝固糊状凝固：结晶温度区间大的合金，如铝铜合金、锡青铜及球墨铸铁、高：结晶温度区间大的合金，如铝铜合金、锡青铜及球墨铸铁、高碳钢等，倾向于糊状凝固方式。碳钢等，倾向于糊状凝固方式。 特征：凝固区较大，甚至贯穿整个截面，随温度的下降，枝晶的析出，特征：凝固区较大，甚至贯穿整个截面，随温度的下降，枝晶的析出，结晶前沿粗糙，液态合金被分割成多个区域，不仅阻碍液态合金的流动，结晶前沿粗糙，液态合金被分割成多个区域，不仅阻碍液态合金的流动，同时使补缩也难以进行，会产生多种铸造缺陷。同时使补缩也难以进行，会产生多种铸造缺陷。u中间

9、凝固中间凝固：中碳钢、白口铁以及部分特种黄铜等，倾向于中间凝固方式。：中碳钢、白口铁以及部分特种黄铜等，倾向于中间凝固方式。此类合金凝固区的大小介于逐层凝固和糊状凝固之间，既有柱状枝晶又有此类合金凝固区的大小介于逐层凝固和糊状凝固之间，既有柱状枝晶又有等轴晶。大多数的合金都属于该种凝固方式。等轴晶。大多数的合金都属于该种凝固方式。11(a)(a)逐层凝固逐层凝固 (b)(b)糊状凝固糊状凝固 (c)(c)中间凝固中间凝固铸件的凝固方式铸件的凝固方式123）合金流动性对铸件质量的影响）合金流动性对铸件质量的影响 合金的流动性好，充型能力强，易获得完整、光滑、薄合金的流动性好，充型能力强，易获得完

10、整、光滑、薄壁铸件；流动性不好，铸件易产生浇不足、冷隔、气孔、壁铸件；流动性不好，铸件易产生浇不足、冷隔、气孔、夹渣等缺陷。夹渣等缺陷。浇不足、冷隔浇不足、冷隔气气 孔孔2.2 2.2 合金的铸造性能合金的铸造性能 主要内容：主要内容： 1. 合金的收缩及其影响因素合金的收缩及其影响因素 2. 缩孔和缩松产生的原因及防止缩孔和缩松产生的原因及防止 3. 铸造应力铸造应力 4. 铸件的变形、开裂及防止铸件的变形、开裂及防止 141. 合金的收缩性及影响因素合金的收缩性及影响因素1）收缩的概念）收缩的概念2 2）合金收缩经历的）合金收缩经历的3 3个阶段个阶段l液态收缩液态收缩：浇注温度：浇注温度

11、液相线温度液相线温度成分成分TT浇浇T液液T固固T室室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液态液态金属金属冷却冷却凝固凝固体积体积尺寸尺寸减小减小l固态收缩固态收缩：固相线：固相线室温。室温。表现为尺寸的缩小表现为尺寸的缩小l凝固收缩凝固收缩：液相线：液相线固相线温度固相线温度表现为液表现为液面的降低面的降低153）合金的收缩性对铸件质量的影响）合金的收缩性对铸件质量的影响 缩孔和缩松，铸件的应力、变形和裂纹，缩孔和缩松，铸件的应力、变形和裂纹，使铸件的力学性能显著降低。使铸件的力学性能显著降低。 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

12、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线形收缩收缩裂纹裂纹变形变形应力应力164）影响合金收缩性的因素）影响合金收缩性的因素u化学成分化学成分 碳钢：碳钢：WC，凝固收缩率，凝固收缩率，固态收缩率，固态收缩率 灰铸铁：灰铸铁： WC和和 WSi WS ，收缩率，收缩率 常用铸造合金中，灰铸铁的收缩率有色金属铸钢常用铸造合金中，灰铸铁的收缩率有色金属铸钢u浇注温度浇注温度 浇注温度浇注温度，液态收缩率，液态收缩率，总收缩量，总收缩量 一般，浇注温度控制在液相线温度以上一般，浇注温度控制在液相线温度以上50 150u铸件结构和铸型条件铸件结构和铸型条件

13、 铸件的壁厚不均匀、铸型、型芯会对铸件的收缩产生铸件的壁厚不均匀、铸型、型芯会对铸件的收缩产生阻力；铸型材料不同，铸件的收缩也不同。阻力；铸型材料不同，铸件的收缩也不同。172. 缩孔和缩松缩孔和缩松 液态合金在冷凝过程中，若其液态收缩和凝固收缩所缩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，则在铸件减的容积得不到补充，则在铸件最后凝固的部位最后凝固的部位形成一些形成一些孔洞孔洞 。大而集中大而集中的称为的称为缩孔缩孔，细小而分散细小而分散的称为的称为缩松缩松。u 缩孔和缩松的形成缩孔和缩松的形成缩孔、缩松的形成过程示意图缩孔、缩松的形成过程示意图缩孔和缩松缩孔和缩松的

14、形成的形成18 缩孔缩孔通常隐藏在通常隐藏在铸件上部铸件上部或或最后凝最后凝固的部位固的部位。其外形特征为。其外形特征为倒锥形倒锥形，内表，内表面不光滑。面不光滑。 缩松缩松分布于分布于铸件的轴线区铸件的轴线区域域、厚大部位厚大部位或或浇口附近浇口附近（缩孔的下方）的细小而分（缩孔的下方）的细小而分散的孔洞。散的孔洞。u 缩孔和缩松易出现的部位缩孔和缩松易出现的部位19u 影响缩孔、缩松形成的因素影响缩孔、缩松形成的因素u合金成分合金成分 合金的结晶温度区间合金的结晶温度区间 ，产生缩孔倾向，产生缩孔倾向 结晶温度区间结晶温度区间，产生缩松倾向，产生缩松倾向u铸型铸型 湿型比干型冷却能力大，缩

15、松减少；湿型比干型冷却能力大，缩松减少； 金属型比砂型冷却能力大，产生缩松的倾向大大减小。金属型比砂型冷却能力大，产生缩松的倾向大大减小。u铸件结构铸件结构 铸件复杂程度、壁厚、壁的连接都影响缩孔、缩松的形成。铸件复杂程度、壁厚、壁的连接都影响缩孔、缩松的形成。u浇注条件浇注条件 浇注温度浇注温度，体积收缩，体积收缩 缩孔倾向缩孔倾向； 浇注速度浇注速度 ，体积收缩，体积收缩 缩孔缩孔。20u 缩孔、缩松的防止缩孔、缩松的防止 采取工艺措施，使铸件实现采取工艺措施，使铸件实现“顺序凝固顺序凝固”。 温度分布线温度分布线 指使铸件按规定方指使铸件按规定方向从一部分到另一部向从一部分到另一部分逐渐

16、凝固的过程。分逐渐凝固的过程。21(1) 合理安放冒口和冷铁。合理安放冒口和冷铁。 暗冒口暗冒口冒口冒口 储存补缩用金属液的空腔储存补缩用金属液的空腔冷铁冷铁热节热节 采取工艺措施，使铸件实现采取工艺措施，使铸件实现“顺序凝顺序凝固固”。 22（2）合理确定铸件的浇注位置、内浇道位置及浇）合理确定铸件的浇注位置、内浇道位置及浇 注工艺。注工艺。 l 浇注位置浇注位置的选择应服从定向凝固原则；的选择应服从定向凝固原则；l 内浇道内浇道应开设在铸件的厚壁处或靠近冒口；应开设在铸件的厚壁处或靠近冒口；l 合理选择浇注温度和浇注速度合理选择浇注温度和浇注速度，在不增加其它缺陷，在不增加其它缺陷的前提下

17、，尽量降低浇注温度和浇注速度。的前提下，尽量降低浇注温度和浇注速度。应用应用：顺序凝固主要用于收缩率大、必需补缩的合金铸件。如顺序凝固主要用于收缩率大、必需补缩的合金铸件。如铸钢、高牌号灰铸铁、球墨铸铁、可锻铸铁和铸造黄铜等。铸钢、高牌号灰铸铁、球墨铸铁、可锻铸铁和铸造黄铜等。对于形成糊状凝固的合金一般不采用此工艺方法。对于形成糊状凝固的合金一般不采用此工艺方法。 采取工艺措施，使铸件实现采取工艺措施，使铸件实现“顺序凝顺序凝固固”。 233.3.铸造应力铸造应力 铸件在凝固后的继续冷却过程中，其铸件在凝固后的继续冷却过程中，其固态收缩受到固态收缩受到阻碍，在铸件内部产生内应力阻碍，在铸件内部

18、产生内应力，称为铸造应力，称为铸造应力。 合金的线收缩受到合金的线收缩受到铸型、型芯、浇冒系铸型、型芯、浇冒系统的机械阻碍而形成统的机械阻碍而形成的内应力。的内应力。机械应力是暂时应力机械应力是暂时应力24 由于铸件壁厚不均匀，各部分由于铸件壁厚不均匀，各部分冷却速度不同冷却速度不同，造成，造成铸铸件各部分收缩不一致件各部分收缩不一致而引起的应力。而引起的应力。 tT12t0t1t2t3THT临临T室室t0t1: 1、2都处于塑性状态，应力释放都处于塑性状态，应力释放塑性状态塑性状态弹性状态弹性状态12+-12t1t2：1处于塑性状态，处于塑性状态，2为弹性状态为弹性状态t2t3：1、2都处于

19、弹性状态，且都处于弹性状态，且1收缩量大收缩量大+-1212-+25 热应力使铸件的热应力使铸件的厚壁或心部受拉伸厚壁或心部受拉伸，薄壁或表层受压缩薄壁或表层受压缩。 热应力是永久应力热应力是永久应力。+-264.4.铸件变形与裂纹铸件变形与裂纹+-铸件应力铸件应力与裂纹与裂纹27铸件应力、变形和裂纹的防止：铸件应力、变形和裂纹的防止：冷冷铁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。铸件结构铸件结构：使铸件结构尽可能简单，壁厚尽可能均匀。使铸件结构尽可能简单，壁厚尽可能均匀。工艺措施工艺措施：采取采取“同时凝固同时凝固”的原则；的原则；对于铸钢和铸铁件，严格控制硫、磷的含量

20、。对于铸钢和铸铁件，严格控制硫、磷的含量。铸型铸型：改善型砂和芯砂的退让性；提高铸型温度。改善型砂和芯砂的退让性；提高铸型温度。同时凝固原则只同时凝固原则只用于用于收缩率小的收缩率小的合金铸件，如普合金铸件，如普通灰铸铁和锡青通灰铸铁和锡青铜等铸件铜等铸件的生产。的生产。28课堂练习课堂练习1.顺序凝固与同时凝固工艺的比较。顺序凝固与同时凝固工艺的比较。 顺序凝固可以有效地防止缩孔和缩松缺陷顺序凝固可以有效地防止缩孔和缩松缺陷，但，但它又会使铸件各部分的温差扩大，铸件易产生变形和它又会使铸件各部分的温差扩大，铸件易产生变形和裂纹，因此主要用于必须补缩的场合。裂纹，因此主要用于必须补缩的场合。

21、同时凝固的原则可降低铸件产生应力、变形和裂同时凝固的原则可降低铸件产生应力、变形和裂纹的倾向纹的倾向，但铸件的心部会产生缩孔或缩松缺陷。只，但铸件的心部会产生缩孔或缩松缺陷。只用于普通灰铸铁（产生缩孔和缩松的倾向小）和锡青用于普通灰铸铁（产生缩孔和缩松的倾向小）和锡青铜铸件（倾向于糊状凝固）的生产。铜铸件（倾向于糊状凝固）的生产。2.2 2.2 合金的铸造性能合金的铸造性能 主要内容：主要内容： 1. 合金的吸气性及对铸件质量的影响合金的吸气性及对铸件质量的影响 2. 气孔的种类气孔的种类 3. 合金的吸气性及对铸件质量的影响合金的吸气性及对铸件质量的影响 4. 偏析的种类偏析的种类301合金

22、的吸气性合金的吸气性u 吸气性吸气性：合金在熔炼和浇注时吸收气体的能力。：合金在熔炼和浇注时吸收气体的能力。 影响影响：铸件易产生气孔、白点等缺陷，使其有效承载面积减少，：铸件易产生气孔、白点等缺陷，使其有效承载面积减少， 造成局部造成局部 应力集中，力学性能降低，甚至成为废品。应力集中，力学性能降低，甚至成为废品。u 气孔种类气孔种类： 析出性气孔析出性气孔：在冷却凝固过程中，气体在液态合金中的溶解度减小，：在冷却凝固过程中，气体在液态合金中的溶解度减小，呈气泡状逸出、气泡上浮受阻，则残留在铸件中形成析出性气孔。呈气泡状逸出、气泡上浮受阻，则残留在铸件中形成析出性气孔。 特征特征：直径小（被

23、称为直径小（被称为“针孔针孔”） ，分布面积较大，有时遍布整个截面，分布面积较大，有时遍布整个截面， 在铝合金中最为常见。在铝合金中最为常见。 侵入性气孔侵入性气孔：砂型铸造时，在浇注过程中，产生的气体聚集在型腔表：砂型铸造时，在浇注过程中，产生的气体聚集在型腔表面侵入金属液内所形成的气孔。面侵入金属液内所形成的气孔。 特征特征：尺寸较大，多出现在铸件局部上表面附近，呈椭圆或梨形，表面被尺寸较大，多出现在铸件局部上表面附近，呈椭圆或梨形，表面被氧化。铸铁件中的气孔多属于这类气孔。氧化。铸铁件中的气孔多属于这类气孔。 反应性气孔：反应性气孔：指指高温的液态合金与铸型材料、冷铁（或型芯撑）、熔高温的液态合金与铸型材料、冷铁（或型芯撑）、熔渣之间发生化学反应产生的气体留在铸件内所形成的气孔。由于形成原因不同，渣之间发生化学反应产生的气体留在铸件内所形成的气孔。由于形成原因不同，气孔的表现形式存在差异，有皮下气孔、冷铁气孔等形式。气孔的表现形式存在差异，有皮下气孔、冷铁气孔等形式。u防止措施防止措施：缩短熔炼时间，选用烘干过的炉料，提高铸型和型芯的透气性，缩短熔炼时间，选用烘干过的炉料，提高铸型