第1.2讲-铸造工艺基础

1、1第二讲 铸造工艺基础2.1 液态合金的充型2.2 铸件的凝固与收缩2.3 铸造内应力、变形和裂纹充充 型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合金充满铸型型腔，获得形状完整、轮廓清晰铸件的能力液态合金充满铸型型腔，获得形状完整、轮廓清晰铸件的能力流动性流动性液态合金本身的流动能力液态合金本身的流动能力影响充型能力的因素影响充型能力的因素1 1、合金的流动性、合金的流动性合金的主要铸合金的主要铸造性能之一造性能之一出气口出气口浇口杯浇口杯在相同的浇注工艺条在相同的浇注工艺条件下，将金属液浇入件下，将金属液浇入铸型中，测出其实际铸型中，测出其实际螺旋线长度。浇出的螺旋

2、线长度。浇出的试样愈长，合金的流试样愈长，合金的流动性愈好动性愈好灰铸铁、硅黄铜的流动灰铸铁、硅黄铜的流动性最好，铸钢最差性最好，铸钢最差螺旋形流动性试样螺旋形流动性试样 合金的流动性越好合金的流动性越好充型能力就越强，越容易充型能力就越强，越容易浇出轮廓清晰的、薄而复浇出轮廓清晰的、薄而复杂的零件杂的零件同时有利于非金属夹同时有利于非金属夹杂物和气体的上浮杂物和气体的上浮合金的流动性越差合金的流动性越差铸件易产生浇不足、冷隔、铸件易产生浇不足、冷隔、气孔和夹杂等缺陷气孔和夹杂等缺陷 合金流动性的决定因素合金流动性的决定因素1 1）具有共晶成分的合金、纯金属流动性好）具有共晶成分的合金、纯金属

3、流动性好化学成分化学成分结晶在恒结晶在恒温下进行温下进行2 2）合金成分愈远离共晶点，结晶）合金成分愈远离共晶点，结晶温度范围愈宽，流动性愈差温度范围愈宽，流动性愈差流动性提高流动性提高亚共晶铸铁随亚共晶铸铁随含碳量增加含碳量增加结晶温度范围减小结晶温度范围减小PbSb20406080204060800流动性（流动性（cm）100200300温度温度（）0合金流动性主要取决于合金化学成分所决定的合金流动性主要取决于合金化学成分所决定的结晶特点结晶特点 a）在恒温下凝固b）在一定温度范围内凝固PbSb20406080204060800流动性（cm）100200300温度（）0a）b）铸铸钢钢的的

4、流流动动性性铸铁的流动性铸铁的流动性结论结论：合金流动性越强，充型能力越高：合金流动性越强，充型能力越高设计零件时，尤其是结构复杂、壁厚薄的设计零件时，尤其是结构复杂、壁厚薄的铸件，一定要选流动性好的合金铸件，一定要选流动性好的合金2 2、浇注条件、浇注条件1 1）浇注温度）浇注温度浇注温浇注温度越高度越高合金的粘合金的粘度下降度下降合金在铸合金在铸型中流动型中流动时间长时间长充型能力强充型能力强浇注温度过高浇注温度过高铸件产生缩孔、缩松、气孔、粗铸件产生缩孔、缩松、气孔、粗晶等缺陷晶等缺陷薄壁件或流动性差的合金可适当提高浇注温度薄壁件或流动性差的合金可适当提高浇注温度2 2）充型压力）充型压

5、力压力越大压力越大充型能力愈好充型能力愈好压力铸造、低压铸造和离心铸造的充型能力比砂型铸造强压力铸造、低压铸造和离心铸造的充型能力比砂型铸造强3 3、铸型填充条件、铸型填充条件1 1）铸型材料）铸型材料导热系数越大导热系数越大合金的充型能力越差合金的充型能力越差2 2）铸型温度）铸型温度铸型温度越高铸型温度越高合金的充型能力越强合金的充型能力越强3 3）铸型中气体）铸型中气体铸型排气能力差铸型排气能力差阻碍液态合金的充型阻碍液态合金的充型金属型铸造较砂型铸造容易产生浇不足和冷隔等缺陷。金属型铸造较砂型铸造容易产生浇不足和冷隔等缺陷。1、铸件的凝固方式、铸件的凝固方式合金在凝固过程中，一般存在三

6、个区域，即固相区、凝固区、液相区合金在凝固过程中，一般存在三个区域，即固相区、凝固区、液相区ab1)1)逐层凝固逐层凝固 2) 2) 糊状凝固糊状凝固 3) 3) 中间凝固中间凝固 表层表层中心中心t铸件固相线固相线液相线液相线成分成分温度温度表层表层中心中心t铸件液液固固液液c表层表层中心中心St铸件温度温度液相线液相线固固凝固区abc1)1)逐层凝固逐层凝固凝固区不明显凝固区不明显2)2)糊状凝固糊状凝固凝固区很宽凝固区很宽3)3)中间凝固中间凝固凝固区介于凝固区介于1 1、2 2之间之间逐层凝固逐层凝固合金的充型合金的充型能力强能力强便于防止缩孔和缩松便于防止缩孔和缩松糊状凝固糊状凝固难

7、以获得结晶紧实的铸件难以获得结晶紧实的铸件在常用合金中，灰铸铁、铝硅合金等倾向于逐层凝固在常用合金中，灰铸铁、铝硅合金等倾向于逐层凝固球墨铸铁、锡青铜、铝铜合金等倾向于糊状凝固，为获球墨铸铁、锡青铜、铝铜合金等倾向于糊状凝固，为获得紧实铸件常需采用适当的工艺措施，以便补缩或减小得紧实铸件常需采用适当的工艺措施，以便补缩或减小其凝固区域其凝固区域2、铸造合金的收缩、铸造合金的收缩收收 缩缩合金从浇注、凝固直至冷却到室温，其体积合金从浇注、凝固直至冷却到室温，其体积或尺寸缩减的现象或尺寸缩减的现象合金的收缩经历如下三个阶段：合金的收缩经历如下三个阶段：1)1)液态收缩液态收缩2)2)凝固收缩凝固收

8、缩3)3)固态收缩固态收缩从浇注温度到凝固开始温度间的收缩从浇注温度到凝固开始温度间的收缩 从凝固开始温度到凝固终止间的收缩从凝固开始温度到凝固终止间的收缩从凝固终止温度到室温间的收缩从凝固终止温度到室温间的收缩体积的体积的收缩收缩尺寸的尺寸的缩减缩减收缩是合金收缩是合金的物理本性的物理本性体收缩率是铸件产生体收缩率是铸件产生缩孔缩孔或缩松或缩松的根本原因的根本原因线收缩率是铸件产生线收缩率是铸件产生应力、变形和裂纹应力、变形和裂纹的的根本原因根本原因3、铸件中缩孔与缩松、铸件中缩孔与缩松1)1)缩孔与缩松的形成缩孔与缩松的形成缩孔缩孔集中在铸件上部或最后凝固部位容积较大的孔洞集中在铸件上部或

9、最后凝固部位容积较大的孔洞合金的液态收缩和凝固收缩愈大、浇注温度愈高、合金的液态收缩和凝固收缩愈大、浇注温度愈高、铸件愈厚，缩孔的容积愈大铸件愈厚，缩孔的容积愈大缩松缩松分散在铸件某区域分散在铸件某区域内的细小缩孔内的细小缩孔缩松缩松分散在铸件某区域内的细小缩孔分散在铸件某区域内的细小缩孔形成原因形成原因铸件最后凝固区域的收缩未能得到补足，或因铸件最后凝固区域的收缩未能得到补足，或因为合金呈糊状凝固，被树枝状晶体分隔开的小为合金呈糊状凝固，被树枝状晶体分隔开的小液体区难以得到补缩所至液体区难以得到补缩所至逐层凝固合金逐层凝固合金糊状凝固合金糊状凝固合金缩孔倾向大缩孔倾向大缩孔倾向小缩孔倾向小缩

10、松倾向小缩松倾向小缩松倾向大缩松倾向大17华铸缩孔模拟结果演示华铸缩孔模拟结果演示2 2、防止缩孔和缩松的措施、防止缩孔和缩松的措施均使铸件力均使铸件力学性能下降学性能下降1 1） 选择合适的合金成分选择合适的合金成分2 2） 工艺措施工艺措施获得没有缩孔的致密铸件获得没有缩孔的致密铸件选用近共晶成分或结晶选用近共晶成分或结晶温度范围较窄的合金温度范围较窄的合金定向凝固定向凝固就是在铸件上可能出现缩孔的厚大部位通过安就是在铸件上可能出现缩孔的厚大部位通过安放冒口等工艺措施，使铸件远离冒口的部位先凝固，然放冒口等工艺措施，使铸件远离冒口的部位先凝固，然后靠近冒口部位凝固，最后冒口本身凝固后靠近冒

11、口部位凝固，最后冒口本身凝固目的目的铸件各个部位的收缩都能得到补充，而将铸件各个部位的收缩都能得到补充，而将缩孔转移到冒口中，最后予以清除缩孔转移到冒口中，最后予以清除措施措施安放冒口安放冒口在工件厚大部位增设冷铁在工件厚大部位增设冷铁暗冒口冷铁热节定向凝固的缺点定向凝固的缺点1)1)加大铸件的成本加大铸件的成本2)2)扩大了铸件各部分的温度差扩大了铸件各部分的温度差促进了铸件的变促进了铸件的变形和开裂倾向形和开裂倾向主要用于要求补缩的场合主要用于要求补缩的场合定向凝固的应用定向凝固的应用铝青铜、铝硅合铝青铜、铝硅合金、铸钢件等金、铸钢件等铸造内应力铸造内应力铸件在凝固收缩时，受到阻碍，内部形

12、铸件在凝固收缩时，受到阻碍，内部形成的应力成的应力1)1)热应力热应力由于铸件的壁厚不均匀、各部分的冷却速度由于铸件的壁厚不均匀、各部分的冷却速度不同，使得在同一时期内铸件各部分收缩不不同，使得在同一时期内铸件各部分收缩不一致而引起的应力一致而引起的应力热应力热应力的形成的形成铸造内应力是铸件产生变形和裂纹的基本原因铸造内应力是铸件产生变形和裂纹的基本原因热热应应力力的的形形成成1 1）铸件的各部分截面积差越大，产生的应力差越大；）铸件的各部分截面积差越大，产生的应力差越大；2 2）当厚大部分进入弹性状态时（即凝固后），厚薄部）当厚大部分进入弹性状态时（即凝固后），厚薄部分温差越大，产生的热应

13、力越大；分温差越大，产生的热应力越大；3 3）冷却慢的部分，残余应力为拉应力；冷却快的）冷却慢的部分，残余应力为拉应力；冷却快的部分，残余热应力为压应力。部分，残余热应力为压应力。4 4）由此可见，热应力使铸件的厚壁或心部受拉伸，由此可见，热应力使铸件的厚壁或心部受拉伸，薄壁或表层受压缩。铸件的壁厚差越大、合金的线薄壁或表层受压缩。铸件的壁厚差越大、合金的线收缩率愈高、弹性模量愈大，热应力越大收缩率愈高、弹性模量愈大，热应力越大。同时凝固原则同时凝固原则热应力的预防措施热应力的预防措施尽量减少铸件各个部位间的温尽量减少铸件各个部位间的温度差，使其均匀冷却度差，使其均匀冷却优优 点点同时凝固可减

14、少铸造内应力，防止铸件的变形和裂纹同时凝固可减少铸造内应力，防止铸件的变形和裂纹缺陷，同时可免设冒口而省工省料缺陷，同时可免设冒口而省工省料缺缺 点点铸件心部容易出现缩孔或缩松铸件心部容易出现缩孔或缩松应应 用用主要用于灰铸铁、锡青铜等主要用于灰铸铁、锡青铜等锡青铜倾向于糊锡青铜倾向于糊状凝固，采用定状凝固，采用定向凝固也难消除向凝固也难消除缩松缩松冷铁2)2)机械应力机械应力由于合金的固态收缩受到铸型或由于合金的固态收缩受到铸型或型芯的机械阻碍而产生的内应力型芯的机械阻碍而产生的内应力机械应力使铸件产生暂时性机械应力使铸件产生暂时性的拉应力或剪应力的拉应力或剪应力上型上型下型下型落砂后随着产

15、生弹性变形而消失，为临时应力落砂后随着产生弹性变形而消失，为临时应力有残余应力的铸件有残余应力的铸件变形变形减缓内应力减缓内应力不稳定不稳定稳定状态稳定状态它在铸件冷却过程中可与热它在铸件冷却过程中可与热应力共同起作用，增大了某应力共同起作用，增大了某些部位的应力，促进了铸件些部位的应力，促进了铸件的裂纹倾向的裂纹倾向1)1)铸件设计时尽量使铸件的壁厚均匀、形状对称铸件设计时尽量使铸件的壁厚均匀、形状对称2)2)在铸造工艺上应采用同时凝固原则，以便均匀冷却在铸造工艺上应采用同时凝固原则，以便均匀冷却3)3)对长而容易变形的铸件，可采用对长而容易变形的铸件，可采用“反变形反变形”工艺工艺+-4)

16、4)对于不允许发生变形的重要机件必须进行时效处理对于不允许发生变形的重要机件必须进行时效处理当铸造内应力超过金属的强度当铸造内应力超过金属的强度极限时，将产生裂纹极限时，将产生裂纹裂纹裂纹热裂热裂冷裂冷裂1)1)热热 裂裂在高温下形成的裂纹在高温下形成的裂纹特特 征征缝隙宽、形状曲折、缝内呈氧化色缝隙宽、形状曲折、缝内呈氧化色合金的线收缩是在完全凝固之前便开始，此时固态合合金的线收缩是在完全凝固之前便开始，此时固态合金已形成完整的骨架，但晶粒之间还存有少量液体，金已形成完整的骨架，但晶粒之间还存有少量液体，故强度、塑性甚低，若机械应力超过了该温度下合金故强度、塑性甚低，若机械应力超过了该温度下合金的强度，便发生热裂的强