金属工艺学课件：铸造 -

铸造2.1合金的铸造性能一、铸造生产的特点优点：可铸出结构形状复杂的铸件;适应性广；成本低。缺点：铸件组织性能差；生产工序多，质量不稳定，废品率高；工作条件差，劳动强度高。铸造非常重要，在一般的机械设备中，铸件占机器总量的45%-90%，而铸件的成本仅占机器总量的20%-25%。二、铸造的分类铸造砂型铸造特种铸造熔模铸造压力铸造低压铸造离心铸造金属型铸造

三、

铸造工艺的工艺特点合金的铸造性能：流动性(fluidity)、收缩性(contractility)、吸气性、各部位的成分不均匀性(偏析)(segregation)等。一、液态金属的充型能力

液态金属充满铸型型腔、获得形状完整、轮廓清晰的铸件的能力，叫做液态金属的充型能力(mo1dfillingcapacity)。

1、合金的流动性对充型能力的影响

图2-2所示为铁碳合金的流动性与成分的关系。

2、浇铸（pouring）条件对充型能力的影响

a浇注温度

b充型压力

c浇注系统

3、铸型条件对充型能力的影响

四、合金的凝固特性

1、逐层凝固纯金属或共晶成分合金在恒温下结晶，凝固过程中铸件截面上的凝固区域宽度为零，截面上固液两相界面分明，随着温度的下降，固相区不断增大，逐渐到达铸件中心，这种凝固方式称为“逐层凝固”。如图2-3所示。2、中间凝固金属的结晶温度范围较窄。或结晶温度范围虽宽，但铸件截面温度梯度大。铸件截面上的凝固区域宽度介于逐层凝固与体积凝出之间，称为“中间凝固”方法。3、体积凝固当合金的结晶温度范围很宽，或因铸件截面温度梯度很小，铸件凝固的某段时间内，其液固共存的凝固区域很宽，甚至贯穿整个铸件截面，这种凝固方式称为“体积凝固”。影响凝固方式的主要因素：

a合金的结晶温度范围（取决于合金成分）(范围越小越趋于逐层凝固)b铸件的温度梯度（梯度越大越趋于逐层凝固）

凝固方式对铸件质量影响：通常，逐层凝固时，合金的充型能力强，产生冷隔、浇不足、缩孔、编析、热裂等缺陷的倾向小。五、合金的收缩性

a金属的液态收缩和凝固收缩

b固态收缩是产生内应力以至引起变形和产生裂纹的主要原因。1、影响收缩的因素化学成分、浇注温度、铸件结构与铸型条件2、收缩对铸件质量的影响a缩孔和缩松的产生缩孔：纯金属和共晶合金在恒温下结晶，逐层凝固。缩孔常集中在铸件上部或粗大部位等最后凝固的区域。缩松：具有一定凝固温度范围的合金，凝固是在较大的区域内同时进行的，容易形成缩松。缩松常分布在铸件壁的轴线区域及厚大部位。b铸造应力、变形和裂纹1）热应力铸件壁厚不均匀，各部分冷却速度不同，以致在同一时期内各部分收缩不一致引起的应力。2）机械应力合金的线收缩受到铸型、型芯、浇筑系统和冒口的机械阻碍作用而形成的应力。3、防止缩孔和缩松的方法：顺序凝固原则设置冒口、冷铁阀体铸件的两种铸造方案：左侧是未安设冒口时，在热节处(即内接圆直径最大的厚大部位），可能产生缩孔，右侧为安设冒口和冷铁后，因铸件实现顺序凝固而免除了缩孔的出现。4、减少铸造应力的方法：

a同时凝固原则：浇口开在薄壁处、厚壁处放冷铁。b改善铸型和砂芯的退让性5、顺序凝固原则与同时凝固原则铸件上重要表面放铸型下面，如果做不到可放侧面或倾斜放置，截面较厚的部分放上面便于设冒口补缩床身的主要工作面朝下卷扬筒的工作面置于侧壁2.2、常用铸造合金的铸造性能特点1、铸铁

a.灰铸铁：熔点较低，流动性好，凝固温度范围小，凝固收缩小。具有良好的铸造性能。

b.可锻铸铁：熔点比灰铸铁高，凝固温度范围较大，流动性差。体积收缩和线收缩都较大。提高浇注温度，采取顺序凝固原则，设置冒口和冷铁。

c.球墨铸铁：性能介于灰铸铁和铸钢之间，流动性和灰铸铁基本相同。但球化处理时铁水温度有所下降，必须提高铁水出炉温度。球墨铸铁在凝固收缩前有较大的膨胀。应采用提高铸型刚度，增设冒口等防止缩孔、缩松的产生。2、铸钢

a熔点高，易产生粘砂：型砂具有较高的耐火性、透气性和强度。

b流动性比铸铁差，应采用干砂型，增大浇注系统截面积，保证足够的浇注温度等提高充型能力。

c收缩性大，要设置较多、尺寸较大的冒口，采用顺序凝固原则防止缩孔、缩松的产生。(见左下图)。对壁厚均匀的薄壁铸钢件，可采用同时凝固原则和多通道的内浇口(见右下图)，使钢液能尽快而均匀地填充砂型。

3、铸造有色金属

常用的有铝合金和铜合金，大都流动性好、收缩性大、易吸气和氧化。熔点低，易被污染和烧损。因而应在坩埚炉内进行熔化。

2.3砂型铸造型（芯）砂通常由石英砂、粘土（或其它粘结材料）和水按一定的比例混制而成的。型（芯）砂要具有“一强三性”，即一定的强度、透气性、耐火性和退让性。砂型铸造的特点应用：机床床身、轧钢机机器、混速器箱体、带轮等一般铸件常用砂型铸造。一、砂型铸造工艺过程

2.2铸造工艺的工艺特点

一、液态金属的充型能力1、合金的流动性对充型能力的影响2、浇铸（pouring）条件对充型能力的影响

a浇注温度

b充型压力

c浇注系统3、铸型条件对充型能力的影响

第4次课重点内容

2.2铸造工艺的工艺特点

二、合金的凝固特性第4次课重点内容收缩液态收缩凝固收缩固态收缩内应力变形、裂纹缩孔、缩松改善退让性合金的收缩性第4次课重点内容二、铸件结构工艺性1、铸件结构应利于简化铸造工艺a铸件外形要尽量简单，并尽量少用曲面，尽量避免使用活块。

b铸件内腔结构应符合铸造工艺要求，尽量不用或少用型芯。c铸件的结构斜度凡垂直于分型面的非加工表面，应留一定大小的结构斜度，以利于起模和保证铸件尺寸精度。2、铸件结构应利于避免产生铸件缺陷

a壁厚合理最小壁厚，尽量减小壁厚（细化晶粒，节省材料）为保证强度可用加强筋，避免厚大截面。b铸件壁厚力求均匀c铸件壁的连接铸件拐弯和交接处应采用较大的圆角连接，避免锐角结构，以避免因应力集中而产生开裂。d避免较大水平面

为什么铸件要有结构圆角？如何修改下图铸件上的不合理圆角？铸件的结构工艺性结构斜度内腔外形壁厚连接避免大水平面铸造工艺铸件质量

2.4特种铸造一、熔模铸造又称“失蜡铸造”。铸件有较高的精度和表面质量，故有“精密铸造”之称。

1、基本工艺过程2、特点3、应用适用于各种合金材料，尤其是高熔点合金及难切削加工合金的铸造，批量不受限制。但工序复杂、生产周期长铸件尺寸和重量受限。主要用于成批生产形状复杂、精度要求高或难以进行切削加工的小型零件，如汽轮机叶片和叶轮、大模数滚刀等。二、金属型铸造定义：金属型铸造是重力作用下将熔融金属浇入金属铸型获得铸件的铸造方法。金属型可重复使用，所以又称“永久型铸造”。1．金属型的结构及其铸造工艺2、特点3、应用大批量生产形状简单的有色合金铸件，如铝活塞、气缸等。三、压力铸造

压力铸造是熔融金属在高压下高速充型，并在压力下凝固的铸造方法。1、压力铸造的工艺过程2、特点3、应用主要用于大批生产低熔点合金的中小型铸件，如喇叭等。四、低压铸造低压铸造铸型安放在密封的坩埚上方，坩埚中通以压缩空气，在熔池表面形成低压力，使金