金属工艺学 第二篇铸造

1、教学内容与教学目的第二篇 铸造 教学内容教学内容: 合金的铸造性能、流动性、收缩性、偏析性等基合金的铸造性能、流动性、收缩性、偏析性等基础知识；础知识； 铸件的常见缺陷分析及防止；铸件的常见缺陷分析及防止； 常见合金铸件的生产；常见合金铸件的生产； 砂型铸造工艺基础；砂型铸造工艺基础； 几种典型的特种铸造工艺方法；几种典型的特种铸造工艺方法； 铸件结构与铸造工艺及合金铸造性能的关系铸件结构与铸造工艺及合金铸造性能的关系。教学目的和要求（教学目的和要求（第二篇第二篇 铸造）铸造） 目的与要求目的与要求 要求了解合金流动性和收缩的概念、影响因素及其对铸件要求了解合金流动性和收缩的概念、影响因素及其

2、对铸件质量的影响，为铸件设计，选材和制订铸造工艺提供理论质量的影响，为铸件设计，选材和制订铸造工艺提供理论基础。基础。 常用合金铸件的生产，要求了解灰铸铁的生产特点。球墨常用合金铸件的生产，要求了解灰铸铁的生产特点。球墨铸铁、可锻铸铁、铸钢、铜、铝及其合金铸件的生产特点铸铁、可锻铸铁、铸钢、铜、铝及其合金铸件的生产特点只作一般了解。只作一般了解。 砂型铸造要求砂型铸造要求掌握制定铸造工艺图的基本原则，主要工艺掌握制定铸造工艺图的基本原则，主要工艺参数的选择原则，参数的选择原则，分析典型铸件图例，并为今后解决实际分析典型铸件图例，并为今后解决实际问题打好基础。问题打好基础。掌握铸造工艺和合金铸造

3、性能对铸件结构掌握铸造工艺和合金铸造性能对铸件结构的要求。的要求。特种铸造里了解金属型铸造、熔模铸造、压力铸特种铸造里了解金属型铸造、熔模铸造、压力铸造和离心铸造的基本知识。造和离心铸造的基本知识。第一章 铸造工艺基础知识点：第一节第一节 液态金属的充型液态金属的充型（第一章 铸造工艺基础） 充型：充型： 液态合金填充铸型的过程。液态合金填充铸型的过程。 充型能力：充型能力： 液态金充满铸型型腔，获得形状完整、液态金充满铸型型腔，获得形状完整、轮廓清晰健全的铸件的能力。轮廓清晰健全的铸件的能力。 充型能力低：产生充型能力低：产生浇不足、冷隔浇不足、冷隔等缺陷。等缺陷。 影响充型能力的主要因素是

4、影响充型能力的主要因素是合金的流动性、浇合金的流动性、浇注条件、铸型填充条件和铸件结构。注条件、铸型填充条件和铸件结构。（下面就分析上述几种因素的影响。）（下面就分析上述几种因素的影响。）第一节第一节 液态金属的充型液态金属的充型（第一章 铸造工艺基础） 一、合金的流动性一、合金的流动性 1流动性的概念流动性的概念 流动性：液态态合金本身的流动能力。流动性：液态态合金本身的流动能力。 流动性好，易于浇出轮廓清晰，薄而复杂的铸件。流动性好，易于浇出轮廓清晰，薄而复杂的铸件。 流动性好，有利于液态金属中的非金属夹杂物和流动性好，有利于液态金属中的非金属夹杂物和气体上浮，排除。气体上浮，排除。 流动

5、性好，易于对液态金属在凝固中产生的收缩流动性好，易于对液态金属在凝固中产生的收缩进行补缩。进行补缩。一、合金的流动性一、合金的流动性（第一章（第一章 第一节第一节 液态金属的充型）液态金属的充型） 影响合金流动性的因素影响合金流动性的因素: 1、合金成分、合金成分 （见下图所示）（见下图所示） 2、结晶温度范围、结晶温度范围 3、浇注温度、浇注温度 4、充型压力、充型压力一、合金的流动性一、合金的流动性（第一章（第一章 第一节第一节 液态金属的充型）液态金属的充型）图图53所示为铁碳合金的流动性与含碳量的关系。由图可见，亚共晶铸铁随含碳量增所示为铁碳合金的流动性与含碳量的关系。由图可见，亚共晶

6、铸铁随含碳量增加，结晶间隔减小，流动性提高。愈接近共晶成分，愈容易铸造。加，结晶间隔减小，流动性提高。愈接近共晶成分，愈容易铸造。 二、浇注条件二、浇注条件（第一章（第一章 第一节第一节 液态金属的充型）液态金属的充型） 主要是主要是浇注温度浇注温度 浇注温度对合金的充型能力有着决定性影响。浇注温度对合金的充型能力有着决定性影响。浇注温度愈高，液态金属所含的热量较多，粘度浇注温度愈高，液态金属所含的热量较多，粘度下降，在相同的冷却条件下，合金在铸型中保持下降，在相同的冷却条件下，合金在铸型中保持流动的时间长。但是，浇注温度过高会使金属液流动的时间长。但是，浇注温度过高会使金属液体的吸气量和总收

7、缩量增大，铸件容易生产气孔、体的吸气量和总收缩量增大，铸件容易生产气孔、缩孔、缩松、粘砂、粗晶等缺陷，故在保证充型缩孔、缩松、粘砂、粗晶等缺陷，故在保证充型能力足够的前提下，浇注温度不易过高。能力足够的前提下，浇注温度不易过高。 形状复杂的薄壁铸件，为避免产生冷隔和浇不足形状复杂的薄壁铸件，为避免产生冷隔和浇不足等缺陷，浇注温度以略高些为宜。例如灰铸铁的等缺陷，浇注温度以略高些为宜。例如灰铸铁的浇注温度为浇注温度为12001380。（铸钢为。（铸钢为15201620，铝合金为，铝合金为680780） 二、浇注条件二、浇注条件（第一章 第一节第一节 液态金属的充型）液态金属的充型） 4. 充型压

8、力充型压力 液态合金在流动方向上所受的压力愈大，液态合金在流动方向上所受的压力愈大，充型能力愈好。砂型铸造时，充型压力是充型能力愈好。砂型铸造时，充型压力是由直浇道所产生的静压力取得的，故直浇由直浇道所产生的静压力取得的，故直浇道的高度必须适当。道的高度必须适当。 三、铸型填充条件三、铸型填充条件（第一章 第一节第一节 液态金属的充型）液态金属的充型） 影响因素：影响因素： 1. 铸型的蓄热能力铸型的蓄热能力 （砂型与金属型比较）（砂型与金属型比较） 2. 铸型温度（是否需要预热）铸型温度（是否需要预热）（知识扩展：加冷铁局部快冷）（知识扩展：加冷铁局部快冷） 3. 铸型中的气体铸型中的气体

9、（砂型与金属型比较；砂型：（砂型与金属型比较；砂型：开设冒口）开设冒口）四、铸件结构四、铸件结构 （第一章 第一节第一节 液态金属的充型）液态金属的充型） 当铸件壁厚过小，壁厚急剧变化或有较大水平当铸件壁厚过小，壁厚急剧变化或有较大水平面等结构时，都使液态合金的充型能力降低。因面等结构时，都使液态合金的充型能力降低。因此设计铸件时，铸件的壁厚必须大于规定的最小此设计铸件时，铸件的壁厚必须大于规定的最小允许壁厚值允许壁厚值（见（见P41页表页表2-1）。 有的铸件需设计工艺孔或流动通道，如下页图有的铸件需设计工艺孔或流动通道，如下页图54所示的壳体铸件，在大平面上增设肋条有利所示的壳体铸件，在大

10、平面上增设肋条有利于金属液充满铸型型腔，并可防止夹砂缺陷的产于金属液充满铸型型腔，并可防止夹砂缺陷的产生。生。四、铸件结构四、铸件结构 （第一章（第一章 第一节第一节 液态金属的充型）液态金属的充型）第二节第二节 铸件的凝固与收缩铸件的凝固与收缩（第一章（第一章 铸造工艺基础）铸造工艺基础） 凝固：凝固： 液态金属的温度降低到液相线至固相线温度范围时，合金液态金属的温度降低到液相线至固相线温度范围时，合金就从液态向固态转变。这种由液态向固态转化的过程称为就从液态向固态转变。这种由液态向固态转化的过程称为凝固。凝固。 一、铸件的凝固方式及其与铸件质量的关系一、铸件的凝固方式及其与铸件质量的关系

11、在合金的凝固过程中，铸件截面上液相和固相同时并存在合金的凝固过程中，铸件截面上液相和固相同时并存的区域叫做的区域叫做“凝固区域凝固区域”。凝固区域的宽窄对铸件质量有。凝固区域的宽窄对铸件质量有很大的影响。而铸件的凝固方式就是依据凝固区域的宽窄很大的影响。而铸件的凝固方式就是依据凝固区域的宽窄如图如图55(b)中中S来划分的。来划分的。 1逐层凝固逐层凝固 如图如图55(a) 2糊状凝固糊状凝固 如图如图55(c)。 3. 中间凝固中间凝固 如图如图55(b) （见（见P41页图页图2-3）第二节第二节 铸件的凝固与收缩铸件的凝固与收缩（第一章（第一章 铸造工艺基础）铸造工艺基础）第二节第二节

12、铸件的凝固与收缩铸件的凝固与收缩（第一章（第一章 铸造工艺基础）铸造工艺基础） 二、铸造合金的收缩二、铸造合金的收缩 收缩铸造合金从浇注、凝固直至冷却到室温的过程中，收缩铸造合金从浇注、凝固直至冷却到室温的过程中，其体积或尺寸缩减的现象，称为收缩。收缩是合金的物理其体积或尺寸缩减的现象，称为收缩。收缩是合金的物理本性。本性。 合金的收缩可分为三个阶段。各阶段的收缩特性不同，合金的收缩可分为三个阶段。各阶段的收缩特性不同，因而对铸件质量有不同的影响因而对铸件质量有不同的影响 1液态收缩液态收缩 指合金从浇注温度冷却到液相线温度指合金从浇注温度冷却到液相线温度(即即凝固开始温度凝固开始温度)过程中

13、的收缩。过程中的收缩。 2凝固收缩凝固收缩 指合金在液相线和固相线指合金在液相线和固相线(即凝固终止温即凝固终止温度度)之间的收缩。之间的收缩。 3固态收缩固态收缩 指合金从固相线温度冷却到室温时的收指合金从固相线温度冷却到室温时的收缩缩。第二节第二节 铸件的凝固与收缩铸件的凝固与收缩（第一章（第一章 铸造工艺基础）铸造工艺基础） 合金的总收缩率为上述三种收缩的总和。合金的总收缩率为上述三种收缩的总和。 合金种类不同，其收缩率是不同的。在常用的铸合金种类不同，其收缩率是不同的。在常用的铸造合金中铸钢件收缩最大，灰铸铁最小，这是由造合金中铸钢件收缩最大，灰铸铁最小，这是由于灰铸铁中大部分碳是以石

14、墨状态存在的，石墨于灰铸铁中大部分碳是以石墨状态存在的，石墨比容大，在结晶过程中析出石墨所产生的体积膨比容大，在结晶过程中析出石墨所产生的体积膨胀，抵消了部分收缩。胀，抵消了部分收缩。（见（见P42表表2-2）几种铁碳合金的体积收缩率；在制作几种铁碳合金的体积收缩率；在制作铸件模样时要考虑合金的线收缩率铸件模样时要考虑合金的线收缩率 ；见下表；见下表5-2和表和表5-3所示。所示。第二节第二节 铸件的凝固与收缩铸件的凝固与收缩（第一章（第一章 铸造工艺基础）铸造工艺基础）第三节第三节 铸件缺陷分析铸件缺陷分析（第一章（第一章 铸造工艺基础）铸造工艺基础） 一、铸件中的缩孔和缩松一、铸件中的缩孔

15、和缩松 1. 缩孔缩孔 ： 它是集中在铸件上部或最后凝固部位容积较大它是集中在铸件上部或最后凝固部位容积较大的孔洞。缩孔多呈倒圆锥形，内表面粗糙，通常的孔洞。缩孔多呈倒圆锥形，内表面粗糙，通常隐藏在铸件的内层，但在某些情况下，可暴露在隐藏在铸件的内层，但在某些情况下，可暴露在铸件的上表面，呈明显的凹坑。铸件的上表面，呈明显的凹坑。 为便于分析缩孔的形成，现假设铸件呈逐层凝为便于分析缩孔的形成，现假设铸件呈逐层凝固，其形成过程如图固，其形成过程如图56所示。所示。第三节第三节 铸件缺陷分析铸件缺陷分析（第一章（第一章 铸造工艺基础）铸造工艺基础）第三节第三节 铸件缺陷分析铸件缺陷分析（第一章（第

16、一章 铸造工艺基础）铸造工艺基础） 缩孔产生的部位在铸件最后凝固区域，如壁的上部或中心处。此缩孔产生的部位在铸件最后凝固区域，如壁的上部或中心处。此外，铸件两壁相交处因金属积聚凝固较晚，也易产生缩孔，此处称为外，铸件两壁相交处因金属积聚凝固较晚，也易产生缩孔，此处称为热节。热节位置可用画内接圆方法确定，如图热节。热节位置可用画内接圆方法确定，如图57所示。铸件上壁厚所示。铸件上壁厚较大及内浇口附近都属热节部位。较大及内浇口附近都属热节部位。第三节第三节 铸件缺陷分析铸件缺陷分析（第一章（第一章 铸造工艺基础）铸造工艺基础） 2. 缩松缩松 ： 分散在铸件某区域内的细小缩孔，称为缩松。缩松的分分

17、散在铸件某区域内的细小缩孔，称为缩松。缩松的分布面积要比缩孔大得多。缩松的形成原因也是由于铸件最布面积要比缩孔大得多。缩松的形成原因也是由于铸件最后凝固区域的收缩未能得到补足，或是因合金是后凝固区域的收缩未能得到补足，或是因合金是糊状凝固，糊状凝固，被树枝状晶体分隔开被树枝状晶体分隔开的小液体区难以得到补缩所致。的小液体区难以得到补缩所致。 宏观缩松是用肉眼或放大镜可以看出的小孔洞，多分布宏观缩松是用肉眼或放大镜可以看出的小孔洞，多分布在铸件在铸件中心轴线区域、热节中心轴线区域、热节处、冒口根部和内浇口附近，处、冒口根部和内浇口附近，也常分布在集中缩孔的下方（见上页如图也常分布在集中缩孔的下方

18、（见上页如图58所示。）所示。） 显微缩松是分布在晶粒之间的微小孔洞，要用显微镜才显微缩松是分布在晶粒之间的微小孔洞，要用显微镜才能观察出来，这种缩松的分布更为广泛，有时遍及整个截能观察出来，这种缩松的分布更为广泛，有时遍及整个截面。显微缩松难以完全避免，对于一般铸件多不作为缺陷面。显微缩松难以完全避免，对于一般铸件多不作为缺陷处理，处理，第三节 铸件缺陷分析（第一章 铸造工艺基础） 3.缩孔和缩松的防止缩孔和缩松的防止 ： （1）按照顺序凝固原则进行凝固）按照顺序凝固原则进行凝固 ：就是在铸件可能出现：就是在铸件可能出现缩孔的缩孔的厚大部位通过安放冒口厚大部位通过安放冒口等工艺措施，使铸件上

19、远离等工艺措施，使铸件上远离冒口的部位先凝固，而后是靠近冒口部位凝固，最后才是冒口的部位先凝固，而后是靠近冒口部位凝固，最后才是冒口本身凝固。冒口本身凝固。 顺序凝固缺点是铸件各部分温差较大，冷却速度不一致，顺序凝固缺点是铸件各部分温差较大，冷却速度不一致，易产生铸造内应力、变形及裂纹等缺陷；冒口消耗金属多、易产生铸造内应力、变形及裂纹等缺陷；冒口消耗金属多、切割费事。切割费事。 (2)合理确定内浇道位置及浇注工艺合理确定内浇道位置及浇注工艺 ：内浇道应从铸件厚内浇道应从铸件厚实处引入。实处引入。 (3)合理利用冒口、冷铁和补贴等工艺措施合理利用冒口、冷铁和补贴等工艺措施 ： 冒口冒口 在在铸

20、件厚壁和热节部位设置冒口；铸件厚壁和热节部位设置冒口； 冷铁冷铁 用金属材料用金属材料(铸铁、铸铁、钢和铜等钢和铜等)制成的激冷物称为冷铁。其作用是在铸型中加制成的激冷物称为冷铁。其作用是在铸型中加大铸件某部分的冷却速度，调节铸件的凝固顺序。大铸件某部分的冷却速度，调节铸件的凝固顺序。 第三节第三节 铸件缺陷分析铸件缺陷分析（第一章（第一章 铸造工艺基础）铸造工艺基础） （4） 补贴补贴 ：对于壁厚均匀的薄壁件，：对于壁厚均匀的薄壁件，只用增加冒口直径和高度的办法来增加冒只用增加冒口直径和高度的办法来增加冒口的有效补缩距离，效果往往不显著，其口的有效补缩距离，效果往往不显著，其内部仍然产生缩孔

21、和缩松现象内部仍然产生缩孔和缩松现象（如下页图（如下页图512(a)）。若在铸件壁上部靠近冒口处增加。若在铸件壁上部靠近冒口处增加一个楔形厚度，造成一个向冒口逐渐递增一个楔形厚度，造成一个向冒口逐渐递增的温度梯度，这样就可大大增加冒口的有的温度梯度，这样就可大大增加冒口的有效补缩距离，消除缩孔。所增加的楔形部效补缩距离，消除缩孔。所增加的楔形部分，称为补贴分，称为补贴（如下页图（如下页图512(b)）。 第三节第三节 铸件缺陷分析铸件缺陷分析（第一章（第一章 铸造工艺基础）铸造工艺基础）第三节第三节 铸件缺陷分析铸件缺陷分析（第一章（第一章 铸造工艺基础）铸造工艺基础） 二、铸造内应力、变形和

22、裂纹二、铸造内应力、变形和裂纹 1.铸造内应力铸造内应力 铸件固态收缩受到阻碍而引起的内应力，称为铸造内铸件固态收缩受到阻碍而引起的内应力，称为铸造内应力。应力。 铸造内应力按其产生的原因，可分为热应力和机械应铸造内应力按其产生的原因，可分为热应力和机械应力两种。力两种。 (1)热应力热应力 它是由于铸件壁厚不均匀、各部分冷却速度它是由于铸件壁厚不均匀、各部分冷却速度不同，以致在同一时期内铸件各部分收缩不一致而引起的。不同，以致在同一时期内铸件各部分收缩不一致而引起的。落砂后热应力仍存在于铸件内，是一种残留铸造内应力。落砂后热应力仍存在于铸件内，是一种残留铸造内应力。（见（见P45图图2-8）

23、 (2)机械应力机械应力 铸件的固态收缩铸件的固态收缩(即线收缩即线收缩)受到铸型、型受到铸型、型芯、浇注系统、冒口或箱挡等的阻碍而产生的内应力芯、浇注系统、冒口或箱挡等的阻碍而产生的内应力(也也称收缩应力称收缩应力)。 （见（见P45图图2-10）第三节第三节 铸件缺陷分析铸件缺陷分析（第一章（第一章 铸造工艺基础）铸造工艺基础） (3)铸造内应力的防止铸造内应力的防止 设计铸件时尽量使其壁厚均匀，形状对称、减小热设计铸件时尽量使其壁厚均匀，形状对称、减小热节；尽量避免牵制收缩结构，使铸件各部分能自由收缩。节；尽量避免牵制收缩结构，使铸件各部分能自由收缩。 设计铸件的浇注系统时，应采取设计铸

24、件的浇注系统时，应采取“同时凝固同时凝固”的原的原则。（见则。（见P45图图2-9） 造型工艺上，采取相应措施减小铸造内应力，如改造型工艺上，采取相应措施减小铸造内应力，如改善铸型、型芯的退让性，合理设置浇口、胃口等。善铸型、型芯的退让性，合理设置浇口、胃口等。 减少铸型与铸件的温度差。例如，在金属型铸造和减少铸型与铸件的温度差。例如，在金属型铸造和熔模铸造时对铸型预热，可有效地减少铸件的热应力。熔模铸造时对铸型预热，可有效地减少铸件的热应力。 去应力退火。去应力退火。第三节 铸件缺陷分析（第一章 铸造工艺基础） 2铸件的变形与防止铸件的变形与防止 （了解要求）（了解要求） 如前所述，当铸件的

25、残留应力以热应力为如前所述，当铸件的残留应力以热应力为主时，铸件中冷却较慢的部分有残留拉应主时，铸件中冷却较慢的部分有残留拉应力，冷却较快的部分有残留压应力。处于力，冷却较快的部分有残留压应力。处于这种不稳定状态的铸件，将自发地通过一这种不稳定状态的铸件，将自发地通过一定的变形来减缓其内应力，以趋于稳定状定的变形来减缓其内应力，以趋于稳定状态。显然，只有原来受拉应力的部分产生态。显然，只有原来受拉应力的部分产生压缩变形、受压应力的部分产生拉伸变形，压缩变形、受压应力的部分产生拉伸变形，才能使铸件中的残余内应力减少或消除。才能使铸件中的残余内应力减少或消除。第三节 铸件缺陷分析（第一章 铸造工艺

26、基础） 图图516所示为车床床身由热应力导致的挠曲变所示为车床床身由热应力导致的挠曲变形示意图其导轨部分因较厚受拉应力而缩短，形示意图其导轨部分因较厚受拉应力而缩短，床壁部分因较薄受压应力而伸长。于是产生导轨床壁部分因较薄受压应力而伸长。于是产生导轨面下凹的变形现象。面下凹的变形现象。 有的铸件虽无明显变形，但经切削加工后，破坏有的铸件虽无明显变形，但经切削加工后，破坏了铸造应力的平衡，又产生微量变形甚至裂纹。了铸造应力的平衡，又产生微量变形甚至裂纹。如图如图517(a)所示圆柱体铸件，由于心部冷却比所示圆柱体铸件，由于心部冷却比表层慢，结果心部产生拉应力，表层产生压应力。表层慢，结果心部产生

27、拉应力，表层产生压应力。于是心部总是力图变短，外层总是力图变长。当于是心部总是力图变短，外层总是力图变长。当外表面被加工掉一层后，心部所受拉应力减小，外表面被加工掉一层后，心部所受拉应力减小，铸件变短如图铸件变短如图517(b)。当在心部钻孔后，表层。当在心部钻孔后，表层所受压应力减小，铸件变长如图所受压应力减小，铸件变长如图517(c)。若从。若从侧面切去一层，则会产生图侧面切去一层，则会产生图517(d)所示的弯曲所示的弯曲变形。变形。第三节 铸件缺陷分析（第一章 铸造工艺基础）第三节第三节 铸件缺陷分析铸件缺陷分析（第一章（第一章 铸造工艺基础）铸造工艺基础） 3、处理方法、处理方法 时

28、效处理分时效处理分自然时效自然时效和和人工时效人工时效两种。两种。 自然时效是将有残留应力的铸件放置露天场地，经数月至自然时效是将有残留应力的铸件放置露天场地，经数月至半年以上，使其内应力慢慢自然释放。半年以上，使其内应力慢慢自然释放。 人工时效是将铸件加热到人工时效是将铸件加热到550650进行去应力退进行去应力退火，它比自然时效速度快、内应力去除较彻底，故应用广火，它比自然时效速度快、内应力去除较彻底，故应用广泛。时效处理宜在粗加工之后进行，这样既有利于原有内泛。时效处理宜在粗加工之后进行，这样既有利于原有内应力的消除，又可将粗加工过程中所产生的内应力一并消应力的消除，又可将粗加工过程中所

29、产生的内应力一并消除。除。第三节第三节 铸件缺陷分析铸件缺陷分析（第一章（第一章 铸造工艺基础）铸造工艺基础） 3铸件的裂纹与防止铸件的裂纹与防止 当铸造内应力超过金属的强度极限时，铸件将产生裂当铸造内应力超过金属的强度极限时，铸件将产生裂纹。裂纹是铸件的严重缺陷，多使铸件报废。按裂纹形成纹。裂纹是铸件的严重缺陷，多使铸件报废。按裂纹形成的温度范围可分热裂和冷裂两种。的温度范围可分热裂和冷裂两种。 (1)热裂热裂 热裂是铸件在高温下产生的裂纹。其裂纹特征热裂是铸件在高温下产生的裂纹。其裂纹特征是：裂纹短、缝隙宽、形状曲折、缝内有氧化色。是：裂纹短、缝隙宽、形状曲折、缝内有氧化色。 (2)冷裂冷

30、裂 冷裂是铸件处于弹性状态即在低温时形成的裂冷裂是铸件处于弹性状态即在低温时形成的裂纹。其形状特征是：裂纹细小，呈连续直线状，具有金属纹。其形状特征是：裂纹细小，呈连续直线状，具有金属光泽或呈轻微氧化色。光泽或呈轻微氧化色。 为防止铸件热裂和冷裂，除应设法减小铸造内应力外，为防止铸件热裂和冷裂，除应设法减小铸造内应力外，还应控制钢、铁的含还应控制钢、铁的含S、P量。量。 第三节第三节 铸件缺陷分析铸件缺陷分析（第一章（第一章 铸造工艺基础）铸造工艺基础） 三、铸件中的气孔三、铸件中的气孔 根据气体的来源，可将气孔分为侵入气孔、析出气孔根据气体的来源，可将气孔分为侵入气孔、析出气孔和反应气孔三种

31、类型。和反应气孔三种类型。 1侵入气孔侵入气孔 侵入气孔是由于砂型表面聚集的气体侵人金属液中而侵入气孔是由于砂型表面聚集的气体侵人金属液中而形成的气孔。侵入气孔的特征是：多位于铸件上表面附近，形成的气孔。侵入气孔的特征是：多位于铸件上表面附近，尺寸较大，孔的内表面被氧化。尺寸较大，孔的内表面被氧化。 侵入性气体主要来自造型材料中的水分、粘结剂和各侵入性气体主要来自造型材料中的水分、粘结剂和各种附加物。水不仅发气量大，且发气的临界温度最低。种附加物。水不仅发气量大，且发气的临界温度最低。 侵入气孔的形成过程，当金属液浇入铸型后，型壁表侵入气孔的形成过程，当金属液浇入铸型后，型壁表层的水分迅速汽化

32、、并向型壁表层迁移。层的水分迅速汽化、并向型壁表层迁移。 预防侵入气孔的基本途径是降低型砂预防侵入气孔的基本途径是降低型砂(芯砂芯砂)的发气量和增的发气量和增加铸型的排气能力。加铸型的排气能力。第三节铸件缺陷分析第三节铸件缺陷分析（第一章（第一章 铸造工艺基础）铸造工艺基础） 2析出气孔析出气孔 溶解于金属液中的气体在冷凝过程中，因气体溶解于金属液中的气体在冷凝过程中，因气体溶解度下降而析出，铸件因此而形成的气孔称为溶解度下降而析出，铸件因此而形成的气孔称为析出气孔。析出气孔的特征是：尺寸细小，多而析出气孔。析出气孔的特征是：尺寸细小，多而分散，形状多为圆形、椭圆形或针状，有时遍及分散，形状多

33、为圆形、椭圆形或针状，有时遍及整个铸件截面整个铸件截面 金属所以吸收气体是由于金属在熔化和浇注过金属所以吸收气体是由于金属在熔化和浇注过程中很难与气体隔离，一些双原子气体程中很难与气体隔离，一些双原子气体(如如H2N2、O2等等)可从炉料、炉气等进入金属液中。其中，可从炉料、炉气等进入金属液中。其中，氢因不与金属形成化合物，原子直径较小，故较氢因不与金属形成化合物，原子直径较小，故较易溶解于金属。易溶解于金属。第三节第三节 铸件缺陷分析铸件缺陷分析（第一章（第一章 铸造工艺基础）铸造工艺基础） 3反应气孔反应气孔 浇入铸型中的金属液与铸型材料、冷铁或熔渣之浇入铸型中的金属液与铸型材料、冷铁或熔

34、渣之间，因化学反应产生气体而形成的气孔称为反应间，因化学反应产生气体而形成的气孔称为反应气孔。气孔。第一章第一章 铸造工艺基础铸造工艺基础 思考与复习题思考与复习题 1.什么叫合金的流动性？影响合金流动性的因素什么叫合金的流动性？影响合金流动性的因素有哪些？流动性不足时铸件易产生哪些有哪些？流动性不足时铸件易产生哪些 ？ 2.为什么尽量选择共晶成分或结晶间隔窄的合金为什么尽量选择共晶成分或结晶间隔窄的合金作为铸造合金？作为铸造合金？ 3.既然提高浇注温度可提高合金的充型能力，但既然提高浇注温度可提高合金的充型能力，但为什么又要防止浇注温度过高？为什么又要防止浇注温度过高？ 4.什么是铸件的热裂

35、和冷裂？什么是铸件的热裂和冷裂？ 各有何特征？各有何特征？ 5.（教材（教材P48复习题）复习题） 第二章第二章 常用合金铸件的生产常用合金铸件的生产 第一节第一节 铸铁件的生产铸铁件的生产 一、灰铸铁一、灰铸铁 按照铁水处理方法的不同，灰铸铁可分为普通灰铸铁按照铁水处理方法的不同，灰铸铁可分为普通灰铸铁和孕育铸铁两大类。（牌号：例如和孕育铸铁两大类。（牌号：例如HT200） 1普通灰铸铁普通灰铸铁 指出炉铁水不经任何处理而制成的铸铁，如指出炉铁水不经任何处理而制成的铸铁，如HTl00和和HT150均属这类铸铁。普通灰铸铁也称低强度灰铸铁，其均属这类铸铁。普通灰铸铁也称低强度灰铸铁，其碳、硅含

36、量较高碳、硅含量较高(3.0%3.7%C，1.82.4Si)。 普通灰铸铁的主要缺点是壁厚敏感性较大，铸件壁愈普通灰铸铁的主要缺点是壁厚敏感性较大，铸件壁愈大时，石墨片愈粗大，强度愈低。当截面增加到大时，石墨片愈粗大，强度愈低。当截面增加到100mm时，强度可下降时，强度可下降50%左右。故普通灰铸铁不宜制造壁厚较左右。故普通灰铸铁不宜制造壁厚较大的铸件，仅适用于制造受力较小、形状复杂的中小型铸大的铸件，仅适用于制造受力较小、形状复杂的中小型铸件。件。第一节第一节 铸铁件的生产铸铁件的生产 （第二章 常用合金铸件的生产） 2孕育铸铁孕育铸铁 为了进一步提高灰铸铁的力学性能，在生产上常采用为了进

37、一步提高灰铸铁的力学性能，在生产上常采用孕育处理孕育处理(也称变质处理也称变质处理)。其方法是：浇注前，往铁水中。其方法是：浇注前，往铁水中加入一定量的孕育剂加入一定量的孕育剂(硅铁或硅钙合金硅铁或硅钙合金)造成人为晶核，以造成人为晶核，以改变铁水的结晶条件，使其获得细晶粒的珠光体基体组织改变铁水的结晶条件，使其获得细晶粒的珠光体基体组织和均匀细小片状的石墨。这种方法处理后的铸铁叫和均匀细小片状的石墨。这种方法处理后的铸铁叫“孕育孕育铸铁铸铁”或或“变质铸铁变质铸铁”，也称高强度铸铁。，也称高强度铸铁。 孕育铸铁的力学性能，特别是强度、硬度比普通灰铸孕育铸铁的力学性能，特别是强度、硬度比普通灰

38、铸铁有显著提高。其抗拉强度为铁有显著提高。其抗拉强度为250400MPa；由于孕育；由于孕育铸铁的石墨仍为片状，本质仍属于灰铸铁，所以其塑性、铸铁的石墨仍为片状，本质仍属于灰铸铁，所以其塑性、韧性仍然很低；其组织和性能的均匀性较高，壁厚敏感性韧性仍然很低；其组织和性能的均匀性较高，壁厚敏感性很小，适用于要求较高强度、高耐磨性或高气密性的铸件很小，适用于要求较高强度、高耐磨性或高气密性的铸件如机床床身、发动机气缸体如机床床身、发动机气缸体 。 （具体应用见（具体应用见P53表表2-3） 第一节第一节 铸铁件的生产铸铁件的生产 （第二章 常用合金铸件的生产） 3.灰铸铁中的碳的存在形式与石墨化灰铸

39、铁中的碳的存在形式与石墨化 灰铸铁中的碳以两种形式存在：化合碳灰铸铁中的碳以两种形式存在：化合碳(Fe3C )和石墨。和石墨。 -若化合碳为若化合碳为0.8%时，为时，为P灰口铸铁；（可作气缸体、灰口铸铁；（可作气缸体、机床床身等）机床床身等） -若化合碳为若化合碳为0.8%时，为（时，为（P+F）灰口铸铁；（可作）灰口铸铁；（可作一般机件如机架、法兰等）一般机件如机架、法兰等） -若全部为石墨时，为若全部为石墨时，为F灰口铸铁。（强度很低，少用）灰口铸铁。（强度很低，少用） 由由P灰口铸铁灰口铸铁- （P+F）灰口铸铁）灰口铸铁- F灰口铸铁，石墨灰口铸铁，石墨片越粗大。片越粗大。 灰铸铁中

40、的石墨以片状形式存在，对基体金属有割裂灰铸铁中的石墨以片状形式存在，对基体金属有割裂作用，令其强度不高。作用，令其强度不高。第一节第一节 铸铁件的生产铸铁件的生产 （第二章 常用合金铸件的生产） 由上述可见，灰铸铁性能受其石墨化程度影响。而石由上述可见，灰铸铁性能受其石墨化程度影响。而石墨化程度又受化学成分和冷速影响。墨化程度又受化学成分和冷速影响。 1）化学成分影响：）化学成分影响： C、Si促进石墨化，促进石墨化，Si量不能太少，否则即使量不能太少，否则即使C多也无多也无法石墨化法石墨化 ； S阻碍石墨化，阻碍石墨化，Mn则消除则消除S的影响，的影响，MnS轻，上浮排出。轻，上浮排出。 P

41、影响不大，能提高流动性，但有冷脆性。影响不大，能提高流动性，但有冷脆性。 2）快速冷却，石墨化难以进行得硬而脆的白口铸铁，需）快速冷却，石墨化难以进行得硬而脆的白口铸铁，需较慢冷却得灰口铸铁。较慢冷却得灰口铸铁。 （除上述灰口铸铁外，铸铁按石墨形态分以下几种）（除上述灰口铸铁外，铸铁按石墨形态分以下几种）第一节第一节 铸铁件的生产铸铁件的生产 （第二章 常用合金铸件的生产） 二、可锻铸铁二、可锻铸铁 -将白口铸铁经长期石墨化退火可得可锻将白口铸铁经长期石墨化退火可得可锻铸铁。铸铁。 石墨形态：团絮状。（对基体金属割裂作石墨形态：团絮状。（对基体金属割裂作用减轻）用减轻） 牌号：例牌号：例 KH

42、T350-10 （说明符号的意义）（说明符号的意义） 应用：三通、阀门、弯头等应用：三通、阀门、弯头等（见见P54表表2-4） 注意：可锻铸铁虽有塑性，但还不算好，注意：可锻铸铁虽有塑性，但还不算好，故还不能锻造。故还不能锻造。第一节第一节 铸铁件的生产铸铁件的生产 （第二章 常用合金铸件的生产） 三、球墨铸铁三、球墨铸铁 在铁水中加入在铁水中加入“球化剂球化剂”和和“孕育剂孕育剂”，使铸，使铸铁中的石墨呈铁中的石墨呈“球状球状”，得球墨铸铁。，得球墨铸铁。 石墨形态：球状。石墨形态：球状。 牌号：例牌号：例 QT600-3 应用：其机械性能远超应用：其机械性能远超HT，具良好铸造，具良好铸造

43、 性能、性能、切削性能等。可作汽车、拖拉机曲轴切削性能等。可作汽车、拖拉机曲轴（详见详见P55表表2-5.） 四、白口铸铁四、白口铸铁 全是硬而脆的渗碳体，用作铁锅、犁铧等材料。全是硬而脆的渗碳体，用作铁锅、犁铧等材料。第二节 铸铁的熔炼工艺（第二章 常用合金铸件的生产） 一、常用设备：冲天炉、反射炉、电弧炉和工频炉等，其一、常用设备：冲天炉、反射炉、电弧炉和工频炉等，其中冲天炉应用最广泛。中冲天炉应用最广泛。 第二节第二节 铸铁的熔炼工艺铸铁的熔炼工艺（第二章 常用合金铸件的生产）（其中，以冲天炉应用最广，下面简述其熔炼过程。）（其中，以冲天炉应用最广，下面简述其熔炼过程。） 二二、炉料炉料

44、： 1）金属料（新生铁、回炉铁、）金属料（新生铁、回炉铁、废钢和铁合金废钢和铁合金：硅铁、锰铁硅铁、锰铁） 2）燃料（焦炭：层焦和底焦）燃料（焦炭：层焦和底焦） 3）溶剂（石灰石、萤石），用以）溶剂（石灰石、萤石），用以降低高熔点炉渣熔点。降低高熔点炉渣熔点。第二节第二节 铸铁的熔炼工艺铸铁的熔炼工艺（第二章 常用合金铸件的生产） 三三、熔炼工艺熔炼工艺：（：（1）修炉；）修炉； （2）点火烘干；）点火烘干； （3）加底焦；）加底焦； （4）加炉料：溶剂）加炉料：溶剂金属料金属料层焦层焦（焦铁比（焦铁比1：10） （5）打开风口，排出）打开风口，排出CO； （6）预热（）预热（15-30min

45、），鼓风；），鼓风； （7）完成后先停止加料，后停止鼓风。）完成后先停止加料，后停止鼓风。 （8）打开炉底门用水浇灭剩料）打开炉底门用水浇灭剩料。第三节 铸钢的熔炼工艺（第二章 常用合金铸件的生产） 1熔炼设备 铸钢生产中的熔炼设备多采用三相电弧炉三相电弧炉。因为三相电弧炉炼出的钢液质量好，每炼一炉钢约为24小时。炉子容量一般为15t，三相电弧炉的构造如图67所示。 近年来感应电炉感应电炉炼钢发展也很快，感应电炉炼钢加热速度快、能源消耗少，氧化烧损较少，钢水质量高，且能炼各种高级合金钢及含碳极低的钢，适于小型铸钢件的生产。 第三节第三节 铸钢的熔炼工艺铸钢的熔炼工艺（第二章 常用合金铸件的生产

46、）第三节第三节 铸钢的熔炼工艺铸钢的熔炼工艺（第二章 常用合金铸件的生产） 2铸造工艺铸造工艺 钢的浇注温度高、比重大、流动性差，熔炼时钢的浇注温度高、比重大、流动性差，熔炼时易氧化和吸气。钢的体积收缩率均为铸铁易氧化和吸气。钢的体积收缩率均为铸铁的的2-3倍，倍，因此铸造困难，容易产生浇不足、气孔、缩孔、因此铸造困难，容易产生浇不足、气孔、缩孔、缩松、热裂、粘砂等铸造缺陷。缩松、热裂、粘砂等铸造缺陷。 要求要求型砂型砂(芯砂芯砂)的耐火性、强度、透气性和退的耐火性、强度、透气性和退让性都比较高。铸钢一般用颗粒大而均匀的石英让性都比较高。铸钢一般用颗粒大而均匀的石英砂，大铸件常采用人工破碎的石

47、英砂。为防止粘砂，大铸件常采用人工破碎的石英砂。为防止粘砂，铸型表面还要涂以石英粉或锆砂粉涂料。为砂，铸型表面还要涂以石英粉或锆砂粉涂料。为降低铸型材料的发气性、提高强度、改善填充条降低铸型材料的发气性、提高强度、改善填充条件，大件多采用水玻璃快干型。件，大件多采用水玻璃快干型。 第三节第三节 铸钢的熔炼工艺铸钢的熔炼工艺（第二章 常用合金铸件的生产） 一般说来，铸钢件都要安置冒口和冷铁，一般说来，铸钢件都要安置冒口和冷铁，使之实现顺序凝固。使之实现顺序凝固。 3铸钢件的热处理铸钢件的热处理 热处理：正火处理、退火处理等。热处理：正火处理、退火处理等。第二章第二章 常用合金铸件的生产常用合金铸

48、件的生产 （思考与练习题）思考与练习题） 1、下列铸件宜选用哪类铸造合金、下列铸件宜选用哪类铸造合金? 车床床身车床床身 摩托车气缸体摩托车气缸体 火车轮火车轮 气缸套气缸套 压气机曲轴压气机曲轴 坦坦克车履带板克车履带板 自来水管道弯头自来水管道弯头 减速器蜗轮减速器蜗轮 轴承座轴承座 2、（见、（见P61复习题）复习题）第三章第三章 砂型铸造砂型铸造知识点：第一节第一节 造型方法的选择造型方法的选择（第三章 砂型铸造） 步骤一、步骤一、 两项准备工作：两项准备工作： 1、制造模样和芯盒；、制造模样和芯盒； 2、配制型砂和芯砂。、配制型砂和芯砂。第一节第一节 造型方法的选择造型方法的选择（第

49、三章 砂型铸造） （步骤一）（步骤一）1、制造模样和芯盒、制造模样和芯盒 工艺要求：工艺要求： （1）若有加工面，则在制造模样和芯盒时）若有加工面，则在制造模样和芯盒时在加工表面留出加工余量（在加工表面留出加工余量（2.5-6mm). （2）为便于取出模样，在平行于起模方向）为便于取出模样，在平行于起模方向的模样壁上增加一斜度（起模斜度的模样壁上增加一斜度（起模斜度1-3） （3）考虑到收缩，模样尺寸比铸件大）考虑到收缩，模样尺寸比铸件大（HT：1%；铸钢：；铸钢：2%）。）。第一节第一节 造型方法的选择造型方法的选择（第三章 砂型铸造） （步骤一）（步骤一）配制型砂和芯砂配制型砂和芯砂 （1

50、）材料：）材料：砂（石英砂）（砂（石英砂）（+）粘结剂（）粘结剂（+）附加物）附加物 粘结剂：（普通粘土；膨润土粘结剂：（普通粘土；膨润土 ） 8-10%. 水：水： 4-8%. 附加物：煤粉（防止粘砂）附加物：煤粉（防止粘砂） 2-4%. 木屑木屑 （提高退让性）（提高退让性）1-2%. （2）设备：混砂机。）设备：混砂机。 （3）质量检验：方法一、型砂芯砂性能试验仪）质量检验：方法一、型砂芯砂性能试验仪 方法二、手捏砂团法。方法二、手捏砂团法。第一节第一节 造型方法的选择造型方法的选择（第三章 砂型铸造） （步骤一）（步骤一）配制型砂和芯砂配制型砂和芯砂 （4）型砂和芯砂应具备的性能：）型

51、砂和芯砂应具备的性能： 具具合适合适的强度；具有耐火性；具透气性；的强度；具有耐火性；具透气性；具退让性。具退让性。 （5）造型芯：）造型芯： 为加强其强度，在其中心放为加强其强度，在其中心放“芯骨芯骨”；在型；在型芯表面刷涂料（避免铸件内腔粘砂）芯表面刷涂料（避免铸件内腔粘砂） ；重要的；重要的型芯要烘干（减少气孔的产生和提高强度和透气型芯要烘干（减少气孔的产生和提高强度和透气性）。性）。第二节第二节 造型前浇注位置和分型面的选择造型前浇注位置和分型面的选择（第三章 砂型铸造） 一、浇注位置的选择原则一、浇注位置的选择原则 （P67） 浇注位置浇注位置根据铸件的质量要求，确定铸根据铸件的质量

52、要求，确定铸件在砂型中所处的位置。件在砂型中所处的位置。 1.铸件的重要加工面或主要工作面朝下；铸件的重要加工面或主要工作面朝下； 2.铸件的宽大平面朝下；铸件的宽大平面朝下； 3.有大平面薄壁铸件，薄壁部分朝下；有大平面薄壁铸件，薄壁部分朝下； 4.有厚壁的铸件，其厚的部分放于上部。有厚壁的铸件，其厚的部分放于上部。（利（利于补缩，防止气孔）于补缩，防止气孔）第二节第二节 造型前浇注位置和分型面的选择造型前浇注位置和分型面的选择 二、分型面的选择原则二、分型面的选择原则 （P68） 铸件分型面的选择正确与否是铸造工艺铸件分型面的选择正确与否是铸造工艺合理性的关键之一，选择分型面时应注意合理性的关键之一，选择分型面时应注意以下原则：以下原则： 第二节第二节 造型前浇注位置和分型面的选择造型前浇注位置和分型面的选择（第三章 砂型铸造） 1. 应尽量使分型面平直、数量少；应尽量使分型面平直、数量少；（P68图图2-28、29） 2. 应避免不必要