均衡凝固理论及其应用

1、球墨铸铁铸件生产技术课程职业教育材料成型与控制技术专业教学资源库制作人：职业教育材料成型与控制技术专业教学资源库球墨铸铁铸件生产技术课程榆林职业技术学院均衡凝固理论均衡凝固理论 宋 娟球墨铸铁铸件生产技术课程职业教育材料成型与控制技术专业教学资源库均衡凝固理论原理一均衡凝固理论应用二C O N T E N T S球墨铸铁铸件生产技术课程职业教育材料成型与控制技术专业教学资源库球墨铸铁件在冷却、凝固过程中，既有液态收缩、凝固收缩，又有石墨析出产生的膨胀。宏观上，球墨铸铁成形过程所表现出来的体积变化是膨胀与收缩相抵的净结果。均衡凝固就是研究球墨铸铁件“胀缩相抵”的自补缩作用与冒口外部补缩的规律，提

2、出反映铸铁件凝固、收缩与补缩特点的工艺设计原则和生产技术，和同时凝固、顺序凝固并存，作为铸件工艺设计的原则。球墨铸铁铸件生产技术课程职业教育材料成型与控制技术专业教学资源库一、均衡凝固理论原理一个铸件各个区域的冷却速度是不同的。就铸件整体而言，各个区域进入收缩、膨胀的时间是不同的，有先有后，相互交错、重叠。确切地说，一个铸件在凝固的某一时刻，有些部分正在收缩，有些部分已经进入石墨化膨胀，时间是同时的，铁液是相通的。这时，胀缩就可以叠加相抵。铸件表现出来的收缩值，实质上是胀缩相抵的净结果，如图1所示。球墨铸铁铸件生产技术课程职业教育材料成型与控制技术专业教学资源库 图1 铸铁件凝固时收缩和膨胀的

3、叠加 曲边三角形ABC-铸件的总收缩 曲边三角形ADC-铸件的总膨胀 曲边三角形ABP-铸件的表观收缩 P-均衡点，为收缩量等于膨胀量的时间ABC为铸件的总收缩曲线，为液态收缩和凝固收缩的总和；ADC为铸件的石墨化膨胀曲线；ABP为膨胀和收缩相抵的净结果曲线，称为铸件的表观收缩，是逐渐表现出来的收缩量；P为均衡点，此时表观收缩为零，即为冒口补缩终止时间；AP为冒口补缩时间。球墨铸铁铸件生产技术课程职业教育材料成型与控制技术专业教学资源库均衡凝固就是利用收缩和膨胀的动态叠加，采取工艺措施，使单位时间内收缩与补缩、收缩与膨胀按比例进行的一种凝固原则。球墨铸铁铸件生产技术课程职业教育材料成型与控制技

4、术专业教学资源库由图1可见，铸件收缩值大，石墨化膨胀量小，则表观收缩大，P点后移， 冒口补缩量增大，补缩时间延长。如果铸件无膨胀（如白口铸铁、铸钢），P 点和C 点重合，铸件凝固时间就是冒口补缩时间。球墨铸铁铸件生产技术课程职业教育材料成型与控制技术专业教学资源库铸件凝固至均衡点P 之前，必须靠外部补缩，用冒口或浇口补充铸件本身自补不足的差额。到达均衡点P，在宏观上，型腔中的铁液不产生体积亏损，不管冒口和铸件是否畅通，铸件都不会再向冒口抽吸铁液。冒口补缩作用也就终止了。P 点之后，铸件进入内部补缩阶段，只要不再发生单位时间收缩大于膨胀的情况，铸件就不会产生收缩缺陷。为此，球墨铸铁件的冒口没必要

5、晚于铸件凝固，它的补缩量和补缩时间是有限的，称为有限补缩。球墨铸铁铸件生产技术课程职业教育材料成型与控制技术专业教学资源库二、均衡凝固理论应用按照均衡凝固原则，冒口设计应遵循如下工艺原则：1.球墨铸铁件的冒口不必晚于铸件凝固，冒口模数可以小于铸件模数。应充分利用石墨化膨胀的自补缩条件。2.浇口和冒口不应该直接开在铸件的几何热节上，以避免使几何热节和由于热铁液引入、补缩造成的热量积聚。既放了冒口，又不增加铸件的热节， 是最好的冒口。球墨铸铁铸件生产技术课程职业教育材料成型与控制技术专业教学资源库3.减少浇口和冒口对铸件的热干扰，不要因放了冒口而延长铸件的凝固和收缩时间。即浇口和冒口的引入位置要有利于浇注初始阶段的外部补缩，又不过热几何热节。以离开热节、又靠近热节的部位为好。4.热节（冒口根部） 处安放冷铁。冷铁的作用是平衡壁厚差，缩短热节处的凝固和收缩时间，以适应冒口的补缩，可以有效地防止热节（冒口根部）缩松。球墨铸铁铸件生产技术课程职业教育材料成型与控制技术专业教学资源库5.最大限度地提高石墨化膨胀的利用程度。要求一定刚硬的铸型，上下箱卡紧或加足够重量的压铁，上下箱卡子不要过早松掉。6.开设浇冒口时，要避免在浇冒口和铸件接触处形成接触热