第5章 液态成形技术

工程材料与机械制造基础第5章液态成形技术本章目录01铸造工艺基础充型能力、凝固与收缩、铸造应力与缺陷02常用合金铸件的生产铸铁件、铸钢件、铸铜件、铸铝件03砂型铸造基本生产过程、工艺设计CONTENTS5.1铸造工艺基础：充型能力什么是充型能力？液态金属充满铸型型腔，获得形状完整、轮廓清晰铸件的能力。它是决定铸件质量的关键指标之一。液态金属的流动性金属液本身的流动能力，是充型能力的决定性因素，主要取决于合金成分与结晶特性。铸型特性铸型的蓄热系数、温度和气体含量均会阻碍或促进金属液的流动。浇注条件提高浇注温度、增加充型压头及优化浇注系统结构，均有助于提升充型能力。5.1铸造工艺基础：凝固与收缩铸件的凝固方式•逐层凝固：适用于纯金属或共晶合金，结晶区间窄，补缩性能良好。

•体积凝固(糊状凝固)：结晶温度范围宽的合金，凝固区域呈糊状，易形成缩松缺陷。铸件的收缩金属从浇注温度冷却到室温过程中，经历三个阶段的体积减小：

1.液态收缩(浇注后至凝固开始前)2.凝固收缩(凝固过程中)3.固态收缩(凝固后至室温)缩孔与缩松•成因：凝固收缩得不到液态金属的及时补充而形成孔洞。

•防止原则：建立“顺序凝固”的补缩通道，将分散缩松转化为集中缩孔，并引入冒口。工艺控制核心目标通过合理的铸型设计（如冷铁与冒口的配合），控制铸件的凝固顺序，让冒口总是最后凝固，从而对铸件进行持续补缩，最终获得致密、无缺陷的铸件。5.1铸造工艺基础：凝固原则定向凝固采用冒口、冷铁等措施，使铸件远离冒口的部分先凝固，冒口最后凝固，以实现良好的补缩效果。👍优点：补缩效果好，铸件组织致密，不易出现缩孔。👎缺点：铸件温差大，易产生内应力、变形和热裂倾向。同时凝固通过合理布置内浇道和工艺措施，使铸件各部位温差尽可能减小，实现各部分近似同时完成凝固。👍优点：铸件温差小，不易产生应力、变形和裂纹，工艺简化。👎缺点：补缩效果较差，铸件心部或热节处容易出现缩松缺陷。5.2常用合金铸件的生产：铸铁件铸铁是应用最广的铸造合金，其性能主要取决于石墨的形态，据此可分为以下四类：灰铸铁(GrayIron)石墨呈片状分布。具有优良的铸造性能、切削加工性能和减振性，价格低廉，是应用最广的铸铁。常用于制造机床床身、气缸体等。可锻铸铁(MalleableIron)石墨呈团絮状。虽不可锻造，但克服了灰铸铁脆性大的缺点，具有一定的塑性和韧性，强度也高于灰铸铁。常用于制造承受冲击的管接头、农具等。球墨铸铁(DuctileIron)石墨呈球状，大大减少了应力集中。综合力学性能极高，接近钢材，且可通过热处理强化。是“以铁代钢”的典型材料，广泛用于曲轴、齿轮等。蠕墨铸铁(VermicularIron)石墨呈蠕虫状（介于片状与球状之间）。兼具灰铸铁的导热性、抗热疲劳性和球墨铸铁的高强度。主要用于制造发动机缸盖、制动盘等关键零部件。5.2常用合金铸件的生产：铸钢件、有色合金件铸钢件(SteelCastings)性能特点力学性能（强度、韧性）远优于铸铁，但铸造性能相对较差：流动性差，且体收缩和线收缩大，容易产生缩孔、缩松及裂纹等缺陷。工艺要点必须采用较大尺寸的冒口配合冷铁，强制实现顺序凝固，以有效补缩。此外，铸后需进行正火或退火等热处理，以细化晶粒并消除内应力。铸造铜合金主要包括铸造黄铜和铸造青铜两大类。它们具有优异的减摩性、耐磨性及耐蚀性，且铸造性能良好。常用于制造轴瓦、衬套、蜗轮等有特殊摩擦和耐蚀要求的零件。铸造铝合金突出优点是密度小、比强度高，且具有良好的耐蚀性和铸造性能。工业上应用最广的是Al-Si系合金（如硅铝明），广泛用于航空、汽车及仪器仪表工业中制造承受轻载荷的复杂薄壁件。5.3砂型铸造工艺设计关键原则浇注位置选择铸件的重要加工面、受力面或主要工作面应尽量朝下，或位于侧面，以减少气孔、夹渣等缺陷，保证质量。分型面选择应尽量选择在铸件的最大截面处，便于起模操作；同时应尽量减少分型面数