铸造工艺基础80924

1、第十四讲第十四讲 铸造工艺基础铸造工艺基础主讲：曹光明主讲：曹光明铸造工艺基础铸造工艺基础一、概述一、概述 1、什么是铸造？、什么是铸造？ 2、我国铸造业发展、我国铸造业发展 3、铸造生产特点、铸造生产特点 二、二、液态合金的充型能力液态合金的充型能力 1、概念、概念 2、影响充型能力的因素、影响充型能力的因素 三、三、合金的收缩性合金的收缩性 1、收缩的三个阶段、收缩的三个阶段 2、影响收缩的因素、影响收缩的因素 3、缩孔与缩松、缩孔与缩松 4、铸造应力、铸造应力 5、铸件变形、铸件变形 6、铸件开裂、铸件开裂 铸造工艺基础铸造工艺基础一、概述一、概述 1、什么是铸造？、什么是铸造？ 待其冷

2、却凝固，待其冷却凝固， 以获得以获得毛坯或零件毛坯或零件的生产方法。的生产方法。 齿轮毛坯的铸件生产过程：齿轮毛坯的铸件生产过程： 铸造方法主要包括砂型铸造和特种铸造。铸造方法主要包括砂型铸造和特种铸造。 将液态金属浇注到与零件形状尺寸相适应的铸型中，将液态金属浇注到与零件形状尺寸相适应的铸型中，铸造工艺基础铸造工艺基础2、我国铸造业发展、我国铸造业发展 （1）历史悠久、辉煌）历史悠久、辉煌 司母戊大方鼎：司母戊大方鼎：重重875Kg875Kg，外型尺寸，外型尺寸1.33m1.33m0.78m0.78m1.10m1.10m是迄今世界上最古老的大是迄今世界上最古老的大型青铜器型青铜器编钟：编钟：

3、 战国时期楚国的乐器，战国时期楚国的乐器，音质很好，音阶准确，音质很好，音阶准确，至今仍可演奏乐曲。至今仍可演奏乐曲。 铜车马：铜车马： 出自战国时期的秦出自战国时期的秦国。由国。由3462个铸件个铸件组成，总重量达组成，总重量达1241公斤公斤铸造工艺基础铸造工艺基础（2）现状：）现状： 我国铸件产量从我国铸件产量从2000年起超越美国已连续年起超越美国已连续6年位居世界第一。年位居世界第一。 十大铸件生产国可分为两类：十大铸件生产国可分为两类： 一类是发展中国家，虽然产量大，但铸件附加值低，小企业多，从业人一类是发展中国家，虽然产量大，但铸件附加值低，小企业多，从业人员队伍庞大，黑金属比重

4、大。员队伍庞大，黑金属比重大。 一类是发达国家，如美国、日本及欧洲一些国家等，他们采用高新技术一类是发达国家，如美国、日本及欧洲一些国家等，他们采用高新技术主要生产高附加值铸件。主要生产高附加值铸件。在机械装备中，铸件占整机重量的比例很高在机械装备中，铸件占整机重量的比例很高 ：机床、重型机器、内燃机中：铸件占机床、重型机器、内燃机中：铸件占7090 如表如表压气机、风机占压气机、风机占6080拖拉机拖拉机 占占5070 汽车占汽车占2030农业机械占农业机械占4070 在一般的机器设备中，铸件占机器总重量的在一般的机器设备中，铸件占机器总重量的45%90% 铸造工艺基础铸造工艺基础3、铸造生

5、产的特点、铸造生产的特点 （1）可制成形状复杂，特别是具有复杂内腔的毛坯，）可制成形状复杂，特别是具有复杂内腔的毛坯， 如各种箱体、床身、机座等。如各种箱体、床身、机座等。 （2）适应性广。）适应性广。 各种材料均可，铸件品种繁多。各种材料均可，铸件品种繁多。 （3）生产成本低。）生产成本低。 原料广，价低，设备简单，投资少。原料广，价低，设备简单，投资少。 （4）铸件力性不及锻件，质量不易控制，条件差。）铸件力性不及锻件，质量不易控制，条件差。 优点多，缺点少，因而应用广。优点多，缺点少，因而应用广。 铸造性能铸造性能: 合金通过铸造成形获得优质铸件的能力。合金通过铸造成形获得优质铸件的能力

6、。 充型能力充型能力 + 收缩性收缩性 铸造工艺基础铸造工艺基础二、液态合金的充型能力二、液态合金的充型能力 定义定义: 液体金属充满铸型型腔，获得形状完整、尺寸精确、轮廓清晰的铸件的能力。液体金属充满铸型型腔，获得形状完整、尺寸精确、轮廓清晰的铸件的能力。 充型能力不足时，会产生充型能力不足时，会产生浇不足、冷隔浇不足、冷隔等缺陷。等缺陷。 浇不足：不能得到完整的零件。浇不足：不能得到完整的零件。 冷隔：铸件上有未完全融合的缝隙或凹坑。冷隔：铸件上有未完全融合的缝隙或凹坑。 影响充型能力的因素：影响充型能力的因素： 合金的流动性、铸型条件、浇注条件、铸件结构。合金的流动性、铸型条件、浇注条件

7、、铸件结构。 铸造工艺基础铸造工艺基础1、合金的流动性、合金的流动性 定义定义: 是液态合金本身的流动能力。是液态合金本身的流动能力。 （1）测定流动性的方法）测定流动性的方法 以螺旋形试件的长度来测定以螺旋形试件的长度来测定 0.45%C0.45%C铸钢（铸钢（16001600）：）：200mm200mm4.3%C4.3%C铸铁（铸铁（13001300） ：1800mm1800mm铸铁和硅黄铜的流动性最好，铸铁和硅黄铜的流动性最好， 铝硅合金次之，铝硅合金次之，铸钢最差。铸钢最差。 在相同的铸型及浇注条件下，螺旋形试样越在相同的铸型及浇注条件下，螺旋形试样越长，该合金的流动性越好。长，该合金

8、的流动性越好。 铸造工艺基础铸造工艺基础（2）影响流动性的因素）影响流动性的因素 熔点：熔点： 熔点越高，流动性越差。熔点越高，流动性越差。 结晶区间：结晶区间： 结晶区间越宽，枝晶越发达，对液流阻力越大。结晶区间越宽，枝晶越发达，对液流阻力越大。 杂质元素：杂质元素： 液态合金中高熔点固态物质，增大了金属液体的黏度，降低了液态合金中高熔点固态物质，增大了金属液体的黏度，降低了合金的流动性。合金的流动性。 PbSb20406080204060800流动性流动性（cmcm）100200300温度（温度（）0 a）在恒温下凝固）在恒温下凝固 b）在一定温度范围内凝固）在一定温度范围内凝固铸造工艺基

9、础铸造工艺基础2、铸型条件、铸型条件 （1）铸型的导热能力：）铸型的导热能力： 导热性越好，热量越容易散失，流动性越差。导热性越好，热量越容易散失，流动性越差。 （2）浇注系统：）浇注系统： 直浇道越低，浇口截面小或分布不合理，流动性差。直浇道越低，浇口截面小或分布不合理，流动性差。 （3）排气能力）排气能力 ，即透气性，即透气性， 充型能力充型能力。（4）铸型温度，）铸型温度， ，液态金属与铸型的温差，液态金属与铸型的温差 ， 充型能力充型能力。3、浇注条件、浇注条件 （1）浇注温度：）浇注温度： 一般一般T浇浇越高，充型能力越强。越高，充型能力越强。 但过高，但过高， 易产生缩孔、粘砂、气

10、孔等。易产生缩孔、粘砂、气孔等。 不宜过高。不宜过高。 （2）液态金属在流动方向上所受的压力越大，充型能力越强。）液态金属在流动方向上所受的压力越大，充型能力越强。 4、铸件结构、铸件结构 铸件厚度太小，铸件厚度太小， 厚薄变化大、多，厚薄变化大、多， 结构复杂，结构复杂， 有大水平面结构时，有大水平面结构时， 充型能力充型能力铸造工艺基础铸造工艺基础三、合金的收缩性三、合金的收缩性 收缩：收缩： 合金从液态合金从液态固态冷却过程中，产生体积和尺寸减小的现象。固态冷却过程中，产生体积和尺寸减小的现象。 线收缩线收缩 体收缩体收缩 是缩孔、缩松、裂纹、变形、残余应力产生的基本原因。是缩孔、缩松、

11、裂纹、变形、残余应力产生的基本原因。 1、收缩的三个阶段、收缩的三个阶段 液态收缩：液态收缩： 与浇注温度至开始凝固温度的与浇注温度至开始凝固温度的温差成正相关。温差成正相关。凝固收缩：凝固收缩： 与结晶温度范围正相关。与结晶温度范围正相关。 产生缩孔的基本原因。产生缩孔的基本原因。 固态收缩：固态收缩： 用线收缩率表示。用线收缩率表示。 是铸件产生内应力、变形、开裂的主要原因。是铸件产生内应力、变形、开裂的主要原因。 铸造工艺基础铸造工艺基础2、影响收缩的因素、影响收缩的因素 （1）化学成分：）化学成分： 铸铁中石墨化元素增加，收缩减少。铸铁中石墨化元素增加，收缩减少。 如：灰铁如：灰铁 C

12、、Si 收缩收缩， S收缩收缩。 （2）浇注温度：）浇注温度： 温度温度，液态收缩，液态收缩。 （3）铸件结构与铸型条件）铸件结构与铸型条件 铸件收缩为受阻收缩。铸件收缩为受阻收缩。 一是来自铸件不同部分的相互阻碍；一是来自铸件不同部分的相互阻碍； 二是来自铸型和型芯的阻碍。二是来自铸型和型芯的阻碍。 受阻越大，收缩越小。受阻越大，收缩越小。 但应力变形大，因此要求铸型要有良好的退让性。但应力变形大，因此要求铸型要有良好的退让性。 铸造工艺基础铸造工艺基础3、缩孔与缩松、缩孔与缩松 （1）缩孔）缩孔 基本条件：基本条件： 结晶温度范围窄，逐层凝固方式。结晶温度范围窄，逐层凝固方式。 原因：原因

13、： 液态收缩和凝固收缩得不到及时的补缩。液态收缩和凝固收缩得不到及时的补缩。 结果结果 ：在铸件最后凝固的地方出现一些空洞。在铸件最后凝固的地方出现一些空洞。 铸造工艺基础铸造工艺基础3、缩孔与缩松、缩孔与缩松 （2）缩松）缩松 基本条件：基本条件： 结晶温度范围宽，糊状凝固方式。结晶温度范围宽，糊状凝固方式。 原因：原因： 同缩孔。同缩孔。 结果结果 ：在铸件最后凝固的地方出现分散缩孔。在铸件最后凝固的地方出现分散缩孔。 宏观缩松：宏观缩松： 肉眼可见，往往出现在缩孔附近，或铸件截面的中心。肉眼可见，往往出现在缩孔附近，或铸件截面的中心。 微观缩松：微观缩松： 晶粒之间形成的微小孔洞。晶粒之

14、间形成的微小孔洞。 铸造工艺基础铸造工艺基础（3）缩孔与缩松的防止）缩孔与缩松的防止 基本原则：基本原则： 制定合理工艺制定合理工艺补缩，补缩， 缩松转化成缩孔。缩松转化成缩孔。 定向凝固：定向凝固： 通过设置冒口、冷铁等措施，通过设置冒口、冷铁等措施， 使铸件按薄壁使铸件按薄壁厚壁厚壁冒口顺序凝固冒口顺序凝固 使缩孔集中在冒口内。使缩孔集中在冒口内。 a 收缩大或壁厚差别较大易产生缩孔的铸件；收缩大或壁厚差别较大易产生缩孔的铸件； b 壁厚悬殊以及对气密性要求高的铸件壁厚悬殊以及对气密性要求高的铸件 。 适用对象：适用对象： 特点：特点：冒口浪费金属，且铸件的温差大、热应力大、冒口浪费金属，

15、且铸件的温差大、热应力大、变形大，容易引起裂纹。但组织致密。变形大，容易引起裂纹。但组织致密。 C 凝固收缩大，结晶范围小的合金凝固收缩大，结晶范围小的合金 。 铸造工艺基础铸造工艺基础（3）缩孔与缩松的防止）缩孔与缩松的防止 基本原则：基本原则： 定向凝固：定向凝固： 同时凝固：同时凝固： 厚处放冷铁，薄处开浇口，以减少温差，尽量同时凝固。厚处放冷铁，薄处开浇口，以减少温差，尽量同时凝固。 适用对象：适用对象： a 收缩小的合金薄壁件，如灰铁收缩小的合金薄壁件，如灰铁; b 收缩大的薄壁铸钢和有色金属铸件收缩大的薄壁铸钢和有色金属铸件; c 结晶温度范围宽，用冒口也难以消除缩松的结晶温度范围

16、宽，用冒口也难以消除缩松的铸件。铸件。 特点：特点：工艺简单，节省金属，不易形成应力、工艺简单，节省金属，不易形成应力、变形、裂纹；但易有疏松。变形、裂纹；但易有疏松。铸造工艺基础铸造工艺基础4、铸造应力、铸造应力 铸件收缩受阻引起的应力。铸件收缩受阻引起的应力。 热应力：热应力： 机械应力机械应力 ：相变应力：相变应力： 各部分收缩不均匀引起的各部分收缩不均匀引起的 收缩受到铸型及型芯的阻碍引起的收缩受到铸型及型芯的阻碍引起的 固态相变引起的固态相变引起的 （1）热应力）热应力 形成过程：形成过程： 先冷却部分形成先冷却部分形成压压应力，应力，后后冷却部分形成拉应力。冷却部分形成拉应力。 预

17、防方法：预防方法： a: 壁厚均匀，尽量减少温差；壁厚均匀，尽量减少温差； b: 同时凝固同时凝固薄处开浇口，厚处放冷铁薄处开浇口，厚处放冷铁 （2）机械应力机械应力 暂时的，落砂后自行消失。暂时的，落砂后自行消失。 预防方法：预防方法： 提高铸型和型芯的退让性。提高铸型和型芯的退让性。（3）相变应力）相变应力 固态相变时，体积会发生变化所致固态相变时，体积会发生变化所致 铁碳合金三种应力在铸件不同部位情况铁碳合金三种应力在铸件不同部位情况 消除应力：消除应力： 时效。时效。 铸造工艺基础铸造工艺基础5、铸件变形、铸件变形 铸件内应力松弛的自发过程。铸件内应力松弛的自发过程。 防止方法：防止方

18、法： （1）壁厚均匀，形状对称，同时凝固。）壁厚均匀，形状对称，同时凝固。 （2）反变形法）反变形法 铸造工艺基础铸造工艺基础6、铸件开裂、铸件开裂 （1）热裂纹：）热裂纹： 高温下形成裂纹。高温下形成裂纹。 特征：特征： 裂纹短，缝宽，形状曲折。裂纹短，缝宽，形状曲折。 缝内呈氧化色，无金属光泽，缝内呈氧化色，无金属光泽， 裂缝沿晶界通过，多发生在应力集中或凝固处。裂缝沿晶界通过，多发生在应力集中或凝固处。 灰铁，球铁热裂少，灰铁，球铁热裂少， 铸钢、铸铝、白口铁大。铸钢、铸铝、白口铁大。 原因：原因： 凝固末期，合金呈完整骨架凝固末期，合金呈完整骨架+液体，强度、塑性液体，强度、塑性； 合

19、金含合金含S热脆；热脆； 铸型退让性不好。铸型退让性不好。 预防：预防： 设计结构合理设计结构合理, 改善退让性改善退让性, 控制含控制含S量。量。 （2）冷裂纹：）冷裂纹： 低温下产生的裂纹。低温下产生的裂纹。 特征：特征： 裂纹细，直线或圆滑曲线，裂口干净，金属光泽，有时呈轻微氧化色。裂纹细，直线或圆滑曲线，裂口干净，金属光泽，有时呈轻微氧化色。 原因：原因： 复杂大工件受拉应力部位和应力集中处易发生；复杂大工件受拉应力部位和应力集中处易发生； 材料塑性差；材料塑性差； P冷脆。冷脆。 预防：预防： 合理设计，减少内应力，控制合理设计，减少内应力，控制P含量，提高退让性。含量，提高退让性。 铸造工艺基础铸造工艺基础小结小结液态合金的充型能力液态合金的充型能力1、合金的流动性、合金的流动性2、铸型条件、铸型条件 3、浇注条件、浇注条件 4、铸件结构、铸件结构 合金的收缩性合金的收缩性1、收缩的三个阶段、收缩的三个