第一节铸造成形理论基础

第三篇工程材料成形技术基础概述工程材料解决了机器零件是由什么材料制造的问题零件是用什么方法生产出来的？要合理地、经济的生产出这些零件，对它的结构有何要求？——材料成形工艺要解决的问题机器制造流程图（1）产品设计总体设计零部件设计决定功能，选材定技术要求，绘出图纸（2）工艺准备决定生产方案制定工艺规程及工艺卡设计并制造工装（3）毛坯生产

铸件、锻压件、焊接件（4）切削加工粗加工半精加工精加工（5）装配与调试（6）装箱出厂毛坯生产毛坯：根据机器零件所要求的工艺尺寸、形状而制成的坯料，供进一步加工使用，以获得成品零件。常用的毛坯除型材外，主要有铸件、锻件、冲压件和焊接件。获得毛坯的生产过程就是毛坯生产。

毛坯生产方法：铸造、锻造、冲压、焊接等。学习要求（1）掌握各种毛坯生产方法的实质及工艺特点，具有合理选择毛坯生产方法及工艺分析的能力（2）掌握常用金属材料的工艺性能和零件结构设计的工艺性要求，为以后做设计打下必要的工艺基础铸造：将液态金属浇注到铸型型腔中，待其冷却凝固后，获得一定形状的毛坯或零件的方法。铸造成形具有极高的随意性及综合经济性，这是其它成形方法所不及的。第八章铸造铸造生产的特点：优点：零件的形状复杂；complexinshape工艺灵活；adaptabilityintechnology成本较低。cheapinproduction缺点机械性能较低；lowermechanicalproperties精度低，效率低；unstablequality劳动条件差；worseworkcondition铸造方法分类

ClasficationoffoundryMethods砂型铸造SandCasting——90%以上，精度低；特种铸造SpecialCasting——铸件性能较好，效率高。

我国铸造技术历史悠久，早在三千多年前，青铜器已有应用；二千五百年前，铸铁工具已经相当普遍。泥型、金属型和失蜡型是我国创造的三大铸造技术。

司母戊鼎是采用组芯的造型方法，从铸造痕迹来看，司母戊鼎是用二十块范铸成的。第一节铸造成形理论基础合金的铸造性能指合金铸造成型获得优质铸件的能力，包括流动性、收缩、偏析、氧化和吸气等一、合金的流动性与充型能力1、合金的流动性

流动性——液态合金的流动能力。流动性好的合金：易于浇注出轮廓清晰、薄而复杂的铸件；有利于非金属夹杂物和气体的上浮和排除；易于补缩及热裂纹的弥合。

合金的流动性是以螺旋形流动试样的长度来衡量。在相同的浇注条件下，所浇注出的试样越长，合金的流动性越好。螺旋形流动性试样*铸铁的流动性*铸钢的流动性实验证明铸铁的流动性好，铸钢的流动性差。不同合金流动性的比较合金的流动性是熔融金属本身的流动能力，主要与合金的化学成分有关（1）共晶成分的合金流动性好。（恒温下结晶，凝固层内表面光滑）（2）亚、过共晶合金流动性差。（在一定温度范围内结晶，凝固层内表面粗糙不平）２、影响合金流动性的因素合金液树枝晶凝固层凝固层碳钢随结晶温度范围的增加而流动性变差。亚共晶铸铁随含碳量增加，结晶间隔减小，流动性提高。愈接近共晶成分，愈容易铸造。Fe-C合金流动性与含碳量关系2、充型能力moldfillingcapacity

考虑铸型及工艺因素影响的熔融金属的流动性。合金的流动性是影响其充型能力的主要因素之一。合金的流动性愈好，充型能力就愈强。液态金属的充型能力除与流动性有关外，还与外界条件如铸型条件、浇注条件和铸件结构等因素有关。（1）铸型条件对充型能力的影响凡增加金属流动阻力、降低流速和提高金属冷却速度的因素，均会降低合金的充型能力。铸型条件mouldcondition。铸型的导热速度越大或对金属液流动阻力越大，流动性越差。浇注条件pouringcondition。浇注温度越高，流动性越好。铸件结构castingstructure。壁厚过小、壁厚急剧变化、结构复杂及有大的水平面等结构时，都使金属液的流动困难。（2）浇注温度对合金的充型能力的影响浇注温度提高，合金的充型能力提高在保证充型能力足够的前提下，尽可能做到“高温出炉，低温浇注”。改善合金的充型能力1、选择靠近共晶成分的合金，其流动性好2、提高浇注温度，延长金属液流动时间3、提高充填压力4、设置出气冒口，减少型内气体，降低金属液流动的阻力二、合金的收缩

TheContractionofAlloys

1、收缩的概念合金从液态冷却到常温的过程中，尺寸和体积缩小的现象。收缩的三个阶段液态收缩LiquidContraction凝固收缩SolidificationContraction固态收缩SolidContraction形成缩孔、缩松体收缩率rateofvolumeContraction——产生变形和裂纹（线收缩率rateoflinearContraction

）不同合金的收缩率不同。在常用合金中，铸钢的收缩最大，灰口铸铁最小。灰口铸铁收缩很小是由于其中大部分碳是以石墨状态存在的，石墨的比容大，在结晶过程中石墨析出所产生的体积膨胀，抵消了合金的部分收缩。几种铁碳合金的体积收缩率合金种类含碳量（%）浇注温度（℃）液态收缩（%）凝固收缩（%）固态收缩（%）总体积收缩（%）线收缩率（%）碳素铸钢白口铁灰铸铁0.353.03.51610140014001.62.43.53.04.00.17.865.4~6.33.3~4.212.4612~12.96.9~7.81.38~2.01.35~2.00.8~1.0三、铸件的缩孔和缩松

ShrinkageandDispersedShrinkage缩孔的形成：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足，则在铸件最后凝固的部位形成一些孔洞。容积较大的叫缩孔，容积细小且分散的叫缩松。纯金属、共晶成分和凝固温度范围窄的合金,浇注后在型腔内是由表及里的逐层凝固。在凝固过程中，如得不到合金液的补充，在铸件最后凝固的地方就会产生缩孔.缩孔易出现的部位缩松的形成：结晶温度范围宽的合金呈糊状凝固，凝固区域较宽，液、固两相共存，树枝晶发达，枝晶骨架将合金液分割开的小液体区难以得到补缩所致。2、缩孔和缩松的防止（1）、变缩松为缩孔，选择结晶温度范围窄的合金。（2）、采用顺序凝固

DirectionalSolidification原则。（3）、合理应用冒口Riser、冷铁Chilling等工艺措施。（4）、控制热节HotSpot判断缩孔出现的方法内切圆法顺序凝固DirectionalSolidification——在铸件可能出现缩孔的厚大部位，通过增设冒口或冷铁等工艺措施，使铸件上远离冒口的部位先凝固，尔后是靠近冒口的部位凝固，冒口本身最后凝固。结果：使铸件各个部分的凝固收缩均能得到液态金属的补充，而将缩孔转移到冒口之中。四、铸造应力CastingStress

铸造内应力有热应力ThermalStress和机械应力ContractionStress

，是铸件产生变形和开裂的基本原因。热应力的形成机械应力的形成热应力：铸件在凝固和冷却过程中，由于不同部位收缩不均衡引起的应力机械应力：铸件在固态收缩时，因受到铸型、型芯、浇冒口等外力的阻碍而产生的应力。铸件的结构：铸件各部分能自由收缩

工艺方面：采用同时凝固原则SimultaneouslySolidifying热处理：去应力退火ReliefAnnealing铸件的结构尽可能对称铸件的壁厚尽可能均匀减少和消除应力的措施用于收缩大或壁厚差距较大，易产生缩孔的合金铸件，如铸钢、铝硅合金等。定向凝固补缩作用好，铸件致密，但铸件成本高，内应力大。用于凝固收缩小的灰铸铁。铸件内应力小，工艺简单，节省金属但同时凝固往往使铸件中心区域出现缩松，组织不致密。五、铸件的变形及裂纹

DeformationandCrackofCasting（1）变形对于厚薄不均匀、截面不对称及具有细长特点的杆件类、板类及轮类等铸件，当残余铸造应力超过铸件材料的屈服强度时，产生翘曲变形。框形铸件变形T形梁铸钢件变形用反变形法防止箱体、床身导轨的变形。

箱体件反变形量和方向

床身导轨的翘曲变形及反变形

有的铸件虽无明显的变形，但经切削加工后，破坏了铸造应力的平衡，产生变形甚至裂纹。圆柱体铸件加工后的变形表面被加工掉一层后

心部钻孔后

从侧面切去一层2、铸件的裂纹CrackofCasting轮形铸件的冷裂

ColdCracking

（1）冷裂ColdCracking铸件在低温时形成的裂纹。特点：裂纹表面光滑、有金属光泽呈微氧化色、穿晶，外形规则。壁厚差别大、形状复杂或大而薄的铸件易产生冷裂。脆性大、塑性差的合金，如白口铸铁、高碳钢等易产生冷裂。（2）热裂HotTearing

合金在凝固末期的高温下由于收缩应力超过该温度下合金的极限强度而形成的裂纹。六、铸件