金属工艺学1.

1、制造技术基础制造技术基础上海工程技术大学上海工程技术大学工程实训中心工程实训中心贾慈力贾慈力第二篇第二篇 铸造成形铸造成形 提示提示一、主要内容一、主要内容1合金的主要铸造性能。合金的主要铸造性能。2铸件常见缺陷及其防止方法。铸件常见缺陷及其防止方法。3常用合金铸件的生产特点及应用。常用合金铸件的生产特点及应用。4常用造型方法。常用造型方法。5造型工艺原则。造型工艺原则。6常用特种铸造方法的工艺特点及应用。常用特种铸造方法的工艺特点及应用。7铸件结构设计的工艺原则。铸件结构设计的工艺原则。二、重点内容二、重点内容1合金的主要铸造性能。合金的主要铸造性能。2防止缩孔的工艺措施和减少内应力的工艺措

2、施。防止缩孔的工艺措施和减少内应力的工艺措施。3灰铸铁的组织和性能，灰口铸铁的分类与应用。灰铸铁的组织和性能，灰口铸铁的分类与应用。4浇注位置及分型面的选择原则。浇注位置及分型面的选择原则。5熔模铸造、金属型铸造、压力铸造的工艺特点熔模铸造、金属型铸造、压力铸造的工艺特点及应用。及应用。6基于造型工艺的铸件结构设计原则。基于造型工艺的铸件结构设计原则。三、难点三、难点1铸造内应力分析。铸造内应力分析。2浇注位置及分型面的选择。浇注位置及分型面的选择。3铸件结构分析与改进。铸件结构分析与改进。概述概述铸造是液态成形，它是将金属熔化成液体，浇注铸造是液态成形，它是将金属熔化成液体，浇注到铸型中，待

3、其冷却凝固后获得金属制品的成型过程。到铸型中，待其冷却凝固后获得金属制品的成型过程。铸造获得的金属制品叫做铸件，铸件一般需经切铸造获得的金属制品叫做铸件，铸件一般需经切削加工才能作为机器的零件，故又称为铸造毛坯。削加工才能作为机器的零件，故又称为铸造毛坯。铸造是历史最悠久、至今仍是应用最广泛的金属铸造是历史最悠久、至今仍是应用最广泛的金属成形方法。工艺过程包括熔炼金属、制造铸型、浇注。成形方法。工艺过程包括熔炼金属、制造铸型、浇注。一、铸型的分类一、铸型的分类铸型按造型材料及使用寿命可分为三类：铸型按造型材料及使用寿命可分为三类：1一次铸型一次铸型 浇铸后须打破铸型取出铸件，如砂浇铸后须打破铸

4、型取出铸件，如砂型型、熔模铸型、壳型等。、熔模铸型、壳型等。2永久型永久型 用铸铁或钢制成的金属铸型，至少可用铸铁或钢制成的金属铸型，至少可使用百次以上，寿命长，主要用于铸造有色合金的铸使用百次以上，寿命长，主要用于铸造有色合金的铸件。件。3半永久型半永久型 使用后稍作修补仍可使用多次，如使用后稍作修补仍可使用多次，如石墨型、陶瓷型等。石墨型、陶瓷型等。在铸造生产中，砂型应用最为普遍。在铸造生产中，砂型应用最为普遍。二、模型和型芯盒二、模型和型芯盒构成铸型的型腔，需使用模型，对于中空及形状复杂构成铸型的型腔，需使用模型，对于中空及形状复杂的铸件还需使用型芯。型芯是在型芯盒内制成的，一般经的铸件

5、还需使用型芯。型芯是在型芯盒内制成的，一般经烘干后使用。模型在铸造中极为重要，许多造型方法都由烘干后使用。模型在铸造中极为重要，许多造型方法都由不同类型的不同类型的 模型所决定。模型具有拨模斜度、圆角、收模型所决定。模型具有拨模斜度、圆角、收缩余量、加工余量、型芯头。另外，制成的型芯缩余量、加工余量、型芯头。另外，制成的型芯 应稳固应稳固地安装于型腔中。地安装于型腔中。三、砂型铸造过程三、砂型铸造过程一般铸铁件生产的过程为：一般铸铁件生产的过程为：零件设计图零件设计图模型和型芯盒的制造模型和型芯盒的制造造型造型浇铸浇铸出砂清理出砂清理铸件铸件型砂及型芯砂型砂及型芯砂的制备的制备检验检验退火退火

6、合 金 的合 金 的熔炼熔炼四、铸造生产的特点四、铸造生产的特点1能够制成形状复杂，特别是具有复杂内腔的铸件。能够制成形状复杂，特别是具有复杂内腔的铸件。 2适应性广，工业上常用的金属及其合金等都可用适应性广，工业上常用的金属及其合金等都可用于铸造。于铸造。3铸件一般不受尺寸限制，其重量可从几克到几百铸件一般不受尺寸限制，其重量可从几克到几百吨以上。吨以上。4铸造生产的设备投资较少，原材料来源广泛，铸铸造生产的设备投资较少，原材料来源广泛，铸件的成本也较低。件的成本也较低。5铸件的形状尺寸与零件非常接近，减少了切削量。铸件的形状尺寸与零件非常接近，减少了切削量。6铸件应用广泛，机床上占重量约铸

7、件应用广泛，机床上占重量约7080%的零件的零件为铸件。为铸件。五、铸造生产存在的问题五、铸造生产存在的问题1因为铸造组织晶粒粗大，含杂质多，影响铸件的因为铸造组织晶粒粗大，含杂质多，影响铸件的力学性能，通常以增加厚度来弥补，故一般都较笨重。力学性能，通常以增加厚度来弥补，故一般都较笨重。2铸造生产的各个环节都能影响铸件质量，生产过铸造生产的各个环节都能影响铸件质量，生产过程难以控制，铸件的废品率常常较高。程难以控制，铸件的废品率常常较高。铸件的缺陷有多种，其中以气孔、缩孔、砂眼及表面铸件的缺陷有多种，其中以气孔、缩孔、砂眼及表面粘砂最多。铸件在冷却凝固过程中因收缩不均而产生铸造粘砂最多。铸件

8、在冷却凝固过程中因收缩不均而产生铸造应力。小者可用退火来消除；大者使铸件变形、甚至发生应力。小者可用退火来消除；大者使铸件变形、甚至发生裂纹。裂纹。 3砂型铸造的铸件精度较差。砂型铸造的铸件精度较差。4砂型铸造的卫生条件差，劳动强度大，生产率亦砂型铸造的卫生条件差，劳动强度大，生产率亦较低。较低。 六、铸造生产的应用六、铸造生产的应用1应用最广、产量最大的为铸铁件，虽其机械性能应用最广、产量最大的为铸铁件，虽其机械性能较低，但易于铸造，且减震性好。可用以制造各种机床的较低，但易于铸造，且减震性好。可用以制造各种机床的床身与底座、冲、轧设备的机架、发动机机体、气缸及活床身与底座、冲、轧设备的机架

9、、发动机机体、气缸及活塞、各种轴承座、皮带轮、齿轮箱箱体以及不受冲击的各塞、各种轴承座、皮带轮、齿轮箱箱体以及不受冲击的各种机器零件等。种机器零件等。2铸钢件的强度大，可铸成涡轮机壳体、大型发电铸钢件的强度大，可铸成涡轮机壳体、大型发电机的机壳、高压阀、管接头、起重吊钩及履带等。机的机壳、高压阀、管接头、起重吊钩及履带等。3有色金属及其合金的铸件，多用于减摩、耐磨、有色金属及其合金的铸件，多用于减摩、耐磨、抗腐蚀以及要求质轻的零件。抗腐蚀以及要求质轻的零件。 七、铸造生产的发展方向七、铸造生产的发展方向1提高铸件的质量。提高铸件的质量。 2提高生产率，改善劳动条件，减少能耗和污染。提高生产率，

10、改善劳动条件，减少能耗和污染。3机械化、自动化技术的发展。机械化、自动化技术的发展。4特种铸造工艺的发展。特种铸造工艺的发展。随着现代工业对铸件的比强度、比模量的要求增加，随着现代工业对铸件的比强度、比模量的要求增加，以及近净成形、净终成形的发展，特种铸造工艺向大型以及近净成形、净终成形的发展，特种铸造工艺向大型铸件方向发展。复合铸造技术（如挤压铸造和熔模真空铸件方向发展。复合铸造技术（如挤压铸造和熔模真空吸铸）和一些全新的工艺方法（如快速凝固成形技术、吸铸）和一些全新的工艺方法（如快速凝固成形技术、半固态铸造、悬浮铸造、定向凝固技术、压力下结晶技半固态铸造、悬浮铸造、定向凝固技术、压力下结晶

11、技术、超级合金等离子滴铸工艺等）逐步进入应用。术、超级合金等离子滴铸工艺等）逐步进入应用。5特殊性能合金进入应用。特殊性能合金进入应用。球墨铸铁、合金钢、铝合金、铁合金等高比强度、比模球墨铸铁、合金钢、铝合金、铁合金等高比强度、比模量的材料逐步进入应用。新型铸造功能材料如铸造复合材料、量的材料逐步进入应用。新型铸造功能材料如铸造复合材料、阻尼材料和具有特殊磁学、电学、热学性能和耐辐射材料进阻尼材料和具有特殊磁学、电学、热学性能和耐辐射材料进入铸造成形领域。入铸造成形领域。6微电子技术进入使用。微电子技术进入使用。铸造生产的各个环节已开始使用微电子技术。如铸造工铸造生产的各个环节已开始使用微电子

12、技术。如铸造工艺及模具的艺及模具的CAD及及CAM，凝固过程数值模拟，铸造过程自，凝固过程数值模拟，铸造过程自动检测、监测与控制，铸造工程动检测、监测与控制，铸造工程MIS，各种数据库及专家系，各种数据库及专家系统，机器人的应用等。统，机器人的应用等。7新的造型材料的开发和应用。新的造型材料的开发和应用。第一章第一章 铸造成形理论基础铸造成形理论基础 第一节第一节 液态合金的充型液态合金的充型 液态金属充满铸型，获得形状完整、轮廓清晰铸件的液态金属充满铸型，获得形状完整、轮廓清晰铸件的能力，称为充型能力。能力，称为充型能力。 若充型能力不足时，在型腔被填满之前，形成的晶粒若充型能力不足时，在型

13、腔被填满之前，形成的晶粒将充型的通道堵塞，金属液被迫停止流动，于是铸件将产将充型的通道堵塞，金属液被迫停止流动，于是铸件将产生浇不足或冷隔等缺陷。生浇不足或冷隔等缺陷。充型能力首先取决于金属液本身的流动能力（即流动充型能力首先取决于金属液本身的流动能力（即流动性），同时又受铸造工艺因素（如：铸型性质、浇注条件性），同时又受铸造工艺因素（如：铸型性质、浇注条件及铸件结构等）的影响。及铸件结构等）的影响。 液态合金的流动性以液态合金的流动性以螺旋形试样的长度来衡量。螺旋形试样的长度来衡量。在相同的浇注条件下，所在相同的浇注条件下，所浇出的试样越长，合金的浇出的试样越长，合金的流动性就越好。流动性就

14、越好。 在常用铸造合金中，在常用铸造合金中，灰铸铁、硅黄铜的流动性灰铸铁、硅黄铜的流动性最好，铸钢的流动性最差。最好，铸钢的流动性最差。 1试样铸件试样铸件 2浇口浇口3冒口冒口 4试样凸点试样凸点 影响充型能力的因素和原因影响充型能力的因素和原因 序号序号影响因素影响因素定义定义影响原因影响原因1合金的流动性合金的流动性液态金属本身的流动能力液态金属本身的流动能力流动性好，流动性好，易于浇出轮廓清晰，薄而复杂的铸易于浇出轮廓清晰，薄而复杂的铸件件 ；有利于夹杂物和气体的上浮和排除；易于；有利于夹杂物和气体的上浮和排除；易于对铸件的收缩进行补缩。对铸件的收缩进行补缩。2浇注温度浇注温度浇注时金

15、属液的温度浇注时金属液的温度浇注温度愈高，充型能力愈强浇注温度愈高，充型能力愈强3充型压力充型压力金属液体在流动方向上所金属液体在流动方向上所受的压力受的压力压力愈大，充型能力愈强。但压力过大或充型速压力愈大，充型能力愈强。但压力过大或充型速度过高时，会发生喷射、飞溅和冷隔现象。度过高时，会发生喷射、飞溅和冷隔现象。4铸型中的气体铸型中的气体浇注时因铸型发气而形成浇注时因铸型发气而形成在铸型内的气体在铸型内的气体能在金属液与铸型间产生气膜，减小摩擦阻力，能在金属液与铸型间产生气膜，减小摩擦阻力，但发气太大，铸型的排气能力又小时，铸型中的但发气太大，铸型的排气能力又小时，铸型中的气体压力增大，阻

16、碍金属液的流动。气体压力增大，阻碍金属液的流动。5铸型的传热系数铸型的传热系数铸型从其中的金属吸取并铸型从其中的金属吸取并向外传输热量的能力向外传输热量的能力传热系数愈大，铸型的激冷能力就愈强，金属液传热系数愈大，铸型的激冷能力就愈强，金属液于其中保持液态的时间就愈短，充型能力下降。于其中保持液态的时间就愈短，充型能力下降。6铸型温度铸型温度铸型在浇注时的温度铸型在浇注时的温度温度愈高，液态金属与铸型的温差就愈小，充型温度愈高，液态金属与铸型的温差就愈小，充型能力愈强。能力愈强。7浇注系统的结构浇注系统的结构各浇道的结构复杂情况各浇道的结构复杂情况结构愈复杂，流动阻力愈大，充型能力愈差。结构愈

17、复杂，流动阻力愈大，充型能力愈差。8铸件的折算厚度铸件的折算厚度铸件体积与表面积之比铸件体积与表面积之比折算厚度大，散热慢，充型能力好。折算厚度大，散热慢，充型能力好。9铸件复杂程度铸件复杂程度铸件结构复杂状况铸件结构复杂状况结构复杂，流动阻力大，铸型充填困难。结构复杂，流动阻力大，铸型充填困难。第二节第二节 合金的收缩合金的收缩 一、合金的收缩及影响因素一、合金的收缩及影响因素1收缩收缩铸件在凝固和冷却过程中，其体积和尺寸减小的现象铸件在凝固和冷却过程中，其体积和尺寸减小的现象称为收缩。收缩是铸件中许多缺陷（如缩孔、缩松、裂纹、称为收缩。收缩是铸件中许多缺陷（如缩孔、缩松、裂纹、变形、残余应

18、力等）产生的基本原因。为了获得形状和尺变形、残余应力等）产生的基本原因。为了获得形状和尺寸符合技术要求且组织致密的优质铸件，必须对收缩加以寸符合技术要求且组织致密的优质铸件，必须对收缩加以控制。控制。合金的收缩量通常用体收缩率或线收缩率来表示。合金的收缩量通常用体收缩率或线收缩率来表示。金属从浇注温度冷却到室温要经历三个互相联系的收金属从浇注温度冷却到室温要经历三个互相联系的收缩阶段缩阶段 1）液态收缩）液态收缩金属在液体状态时的收缩，其原因金属在液体状态时的收缩，其原因是由于气体排出，空穴减少，原子间间距减小。是由于气体排出，空穴减少，原子间间距减小。2）凝固收缩）凝固收缩金属在凝固过程中的

19、收缩，其原因金属在凝固过程中的收缩，其原因是由于空穴减少，原子间间距减小。是由于空穴减少，原子间间距减小。液态收缩和凝固收缩其外部表现皆为体积减小，一般液态收缩和凝固收缩其外部表现皆为体积减小，一般表现为液面降低，因此称为体积收缩。它是缩孔或缩松形表现为液面降低，因此称为体积收缩。它是缩孔或缩松形成的基本原因。成的基本原因。3）固态收缩）固态收缩金属在固态过程中的收缩，其原因金属在固态过程中的收缩，其原因在于空穴减少，原子间间距减小。在于空穴减少，原子间间距减小。 固态收缩对铸件形状和尺寸精度影响很大，是铸造固态收缩对铸件形状和尺寸精度影响很大，是铸造应力、变形、裂纹等缺陷产生的基本原因。应力

20、、变形、裂纹等缺陷产生的基本原因。不同的合金收缩率不同。在常用的合金中，铸钢的不同的合金收缩率不同。在常用的合金中，铸钢的收缩最大，灰口铸铁的收缩最小。因为灰口铸铁中大部收缩最大，灰口铸铁的收缩最小。因为灰口铸铁中大部分碳是以石墨状态存在的，石墨析出所产生的体积膨胀，分碳是以石墨状态存在的，石墨析出所产生的体积膨胀，抵消了合金的部分收缩。抵消了合金的部分收缩。2影响收缩的因素影响收缩的因素1）化学成分的影响）化学成分的影响铸钢，随着碳的质量分数增加，收缩率增大；灰口铸铸钢，随着碳的质量分数增加，收缩率增大；灰口铸铁，随着碳和硅的质量分数增加，则石墨增加，收缩率下铁，随着碳和硅的质量分数增加，则

21、石墨增加，收缩率下降。降。2）浇注温度的影响）浇注温度的影响浇注温度升高，收缩率增大。浇注温度升高，收缩率增大。3）铸件结构和铸型条件的影响）铸件结构和铸型条件的影响当铸件收缩时，未受到型砂或型芯阻碍，则易实现自当铸件收缩时，未受到型砂或型芯阻碍，则易实现自由收缩，收缩率较大。由收缩，收缩率较大。二、缩孔和缩松二、缩孔和缩松1缩孔和缩松的形成缩孔和缩松的形成液态合金在冷凝过程中，液态合金在冷凝过程中，若其液态收缩和凝固收缩所缩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件最后凝固的部位形成一些孔洞。按照孔洞的大小和分布，洞。按照孔洞的

22、大小和分布，可将其分为缩孔和缩松两类。可将其分为缩孔和缩松两类。（1）缩孔）缩孔 大而集中的孔洞称为缩孔。大而集中的孔洞称为缩孔。缩孔集中在铸件上部或最后凝固部位，容积较大，缩孔集中在铸件上部或最后凝固部位，容积较大，多呈倒圆锥形，内表面粗糙，通常隐藏在铸件的内层，多呈倒圆锥形，内表面粗糙，通常隐藏在铸件的内层，或暴露在铸件的上表面，呈明显的凹坑。或暴露在铸件的上表面，呈明显的凹坑。（2）缩松）缩松 分布在铸件某区域内的细小而分散的孔分布在铸件某区域内的细小而分散的孔洞，称为缩松。洞，称为缩松。缩松的形成原因也是由于铸件最后凝固区域的收缩未缩松的形成原因也是由于铸件最后凝固区域的收缩未能得到补

23、足，或者因合金呈糊状凝固，被树枝状晶体分隔能得到补足，或者因合金呈糊状凝固，被树枝状晶体分隔开的小液体区难以得到补缩所致。开的小液体区难以得到补缩所致。缩孔和缩松可使铸件力学性能、气密性和物化性能大缩孔和缩松可使铸件力学性能、气密性和物化性能大大降低，以致成为废品，是极其有害的铸造缺陷之一。大降低，以致成为废品，是极其有害的铸造缺陷之一。 合金液态收缩和凝固收缩愈大，收缩的容积就愈大，合金液态收缩和凝固收缩愈大，收缩的容积就愈大，愈易形成缩孔；合金浇注温度愈高，液态收缩也愈大，也愈易形成缩孔；合金浇注温度愈高，液态收缩也愈大，也愈易产生缩孔；结晶间隔大的合金，易于产生缩松；纯金愈易产生缩孔；结

24、晶间隔大的合金，易于产生缩松；纯金属或共晶成分的合金，易于形成集中的缩孔。属或共晶成分的合金，易于形成集中的缩孔。 2缩孔和缩松的防止方法缩孔和缩松的防止方法 铸件的厚大部位，为热量集中区，铸件的厚大部位，为热量集中区，亦称热节，铸件截面处的内接圆圈称亦称热节，铸件截面处的内接圆圈称热节圆。热节圆是铸件中最后冷却的热节圆。热节圆是铸件中最后冷却的部分，由于热节圆部分的金属液体补部分，由于热节圆部分的金属液体补充了薄壁部分的收缩，当热节圆处收充了薄壁部分的收缩，当热节圆处收缩时，若无其他金属液体的补充，则缩时，若无其他金属液体的补充，则铸件的缩孔往往产生在热节圆最大的铸件的缩孔往往产生在热节圆最

25、大的部分。部分。 加速热节的冷却加速热节的冷却可用冷铁。可用冷铁。防止缩孔可采用定向凝固补缩原则，用冒口补充热防止缩孔可采用定向凝固补缩原则，用冒口补充热节圆处的金属液体，用冷铁激冷远离冒口处的金属。节圆处的金属液体，用冷铁激冷远离冒口处的金属。使远离冒口处的金属先凝固，靠近冒口处的金属后使远离冒口处的金属先凝固，靠近冒口处的金属后凝固，冒口处的金属最后凝固，这样就形成一条畅通的凝固，冒口处的金属最后凝固，这样就形成一条畅通的补缩通道。补缩通道。定向凝固主要用于必须补缩的场合，如铝青铜、铝定向凝固主要用于必须补缩的场合，如铝青铜、铝硅合金和铸钢件等。硅合金和铸钢件等。必须注意：定向凝固可有效防

26、止缩孔和宏观缩松，必须注意：定向凝固可有效防止缩孔和宏观缩松，但也扩大了铸件各部分的温度差，增加了铸件的变形和但也扩大了铸件各部分的温度差，增加了铸件的变形和开裂倾向。开裂倾向。第三节第三节 铸造内应力、变形和裂纹铸造内应力、变形和裂纹 一、铸造内应力的定义一、铸造内应力的定义铸件在冷却凝固过程中，不断产生固态收缩，如果固铸件在冷却凝固过程中，不断产生固态收缩，如果固态收缩受阻，就会在铸件中产生应力，这种应力称为态收缩受阻，就会在铸件中产生应力，这种应力称为“铸铸造应力造应力”。铸造应力不是由外加载荷产生的，而是由于铸造本身铸造应力不是由外加载荷产生的，而是由于铸造本身的原因所造成的，故称的原

27、因所造成的，故称“铸造内应力铸造内应力”。铸造内应力是铸。铸造内应力是铸件产生变形和裂纹的基本原因。件产生变形和裂纹的基本原因。铸造内应力根据形成原因不同，可分为热应力、相变铸造内应力根据形成原因不同，可分为热应力、相变应力和机械应力三种。这些应力可能是暂时的，也可能是应力和机械应力三种。这些应力可能是暂时的，也可能是残留的。残留的。二、铸造内应力的形成二、铸造内应力的形成1热应力热应力热应力是由于铸件壁厚不均匀，各部分冷却速度不同，热应力是由于铸件壁厚不均匀，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而产生的。一般先行以致在同一时期内各部分收缩不一致而产生的。一般先行收缩的簿壁部分

28、产生压应力，较慢收缩的厚壁部分则产生收缩的簿壁部分产生压应力，较慢收缩的厚壁部分则产生拉应力。拉应力。2机械应力机械应力铸件冷却到弹性状态后，铸件冷却到弹性状态后，由于受到铸型、型芯、浇冒由于受到铸型、型芯、浇冒口等的机械阻碍而产生应力。口等的机械阻碍而产生应力。机械应力一般都是拉应机械应力一般都是拉应力，且是一种临时应力，当力，且是一种临时应力，当约束消除后会逐渐释放而消约束消除后会逐渐释放而消除。除。 铸造应力对铸件质量危害很大。它使铸件的精度和使铸造应力对铸件质量危害很大。它使铸件的精度和使用寿命大大降低。残余应力会重新分布，使铸件产生翘曲用寿命大大降低。残余应力会重新分布，使铸件产生翘

29、曲变形或裂纹。它还降低铸件的耐腐蚀性，因此必须尽量减变形或裂纹。它还降低铸件的耐腐蚀性，因此必须尽量减小和消除应力。小和消除应力。 三、减小和消除铸造应力的方法三、减小和消除铸造应力的方法1采用同时凝固原则。采用同时凝固原则。将浇口开在薄壁处，使将浇口开在薄壁处，使薄壁处铸型在浇注过程中的薄壁处铸型在浇注过程中的升温较厚壁处高，补偿薄壁升温较厚壁处高，补偿薄壁处的冷速快的现象；为增快处的冷速快的现象；为增快厚壁处的冷速，还可在厚壁厚壁处的冷速，还可在厚壁处安放冷铁，减少铸件各个处安放冷铁，减少铸件各个部位间的温度差，使其均匀部位间的温度差，使其均匀地冷却。地冷却。 采用同时凝固原则可减少铸造内

30、应力，防止铸件的变形采用同时凝固原则可减少铸造内应力，防止铸件的变形和裂纹缺陷，又可免设冒口而省工省料，但铸件心部容易出和裂纹缺陷，又可免设冒口而省工省料，但铸件心部容易出现缩孔或缩松。同时凝固原则主要用于灰铸铁、锡青铜等。现缩孔或缩松。同时凝固原则主要用于灰铸铁、锡青铜等。2在造型工艺上，采取相应措施，减小铸造应力。在造型工艺上，采取相应措施，减小铸造应力。如改善铸型、型芯的退让性，合理设置浇口、冒口等。如改善铸型、型芯的退让性，合理设置浇口、冒口等。3在铸件结构上，尽量避免牵制收缩的结构，使铸在铸件结构上，尽量避免牵制收缩的结构，使铸件各部分能自由收缩。件各部分能自由收缩。如壁厚均匀、壁和

31、壁之间连接均匀、热节小而分散的如壁厚均匀、壁和壁之间连接均匀、热节小而分散的结构，可减少铸造应力。结构，可减少铸造应力。4去应力退火。去应力退火。将铸件加热到塑性状态，灰铸铁中小件加热温度为将铸件加热到塑性状态，灰铸铁中小件加热温度为550660，保温，保温36小时后缓慢冷却，可消除残余铸小时后缓慢冷却，可消除残余铸造应力。造应力。 四、铸件的变形与防止四、铸件的变形与防止具有残余内应力的铸件是不稳定的，它将自发地通过具有残余内应力的铸件是不稳定的，它将自发地通过变形来减缓其内应力，趋于稳定状态。变形来减缓其内应力，趋于稳定状态。厚薄不均、截面不对称及具有细长形状的杆类、板类、厚薄不均、截面不

32、对称及具有细长形状的杆类、板类、轮类等铸件，易产生翘曲变形。轮类等铸件，易产生翘曲变形。 在变形中，厚壁由于受拉往往有内凹的变形趋势，薄在变形中，厚壁由于受拉往往有内凹的变形趋势，薄壁由于受压往往有外凸的变形趋势。壁由于受压往往有外凸的变形趋势。 变形使铸造应力重新分布，残余应力会减小一些，但变形使铸造应力重新分布，残余应力会减小一些，但不会完全消除。不会完全消除。要减少内应力和变形，铸件设计时应尽量壁厚均匀、要减少内应力和变形，铸件设计时应尽量壁厚均匀、形状对称。形状对称。如果由于结构上或其它要求，铸件壁厚不可能完全一如果由于结构上或其它要求，铸件壁厚不可能完全一致时，则应在工艺上采取措施，

33、减少铸件各个部位的温差，致时，则应在工艺上采取措施，减少铸件各个部位的温差，促使其均匀冷却，使其达到同时凝固。促使其均匀冷却，使其达到同时凝固。对于长件、易变形件，可采用反变形法。对于长件、易变形件，可采用反变形法。 五、铸件的裂纹与防止五、铸件的裂纹与防止当铸件内应力超过金属的强度极限时，铸件便产生裂当铸件内应力超过金属的强度极限时，铸件便产生裂纹。裂纹可分为热裂和冷裂两种。纹。裂纹可分为热裂和冷裂两种。1热裂热裂在凝固末期的高温下形成的裂纹，断口毛糙不平，裂在凝固末期的高温下形成的裂纹，断口毛糙不平，裂纹短而缝隙大，形状曲折，缝内呈氧化色。纹短而缝隙大，形状曲折，缝内呈氧化色。凝固末期合金

34、已开始固态收缩，但枝晶间尚有少量液凝固末期合金已开始固态收缩，但枝晶间尚有少量液体，强度和塑性很差，若应力超过了该温度下合金的强度，体，强度和塑性很差，若应力超过了该温度下合金的强度，便会发生热裂。便会发生热裂。导致热裂的主要因素有：合金的结晶温度范围宽，含导致热裂的主要因素有：合金的结晶温度范围宽，含硫量高易热脆，铸型尤其是型芯的退让性差等。硫量高易热脆，铸型尤其是型芯的退让性差等。 2冷裂冷裂大多发生在固态收缩后期低温下形成的裂纹，裂纹较大多发生在固态收缩后期低温下形成的裂纹，裂纹较长，缝隙小，呈连续直线状或圆滑曲线，裂口表面干净，长，缝隙小，呈连续直线状或圆滑曲线，裂口表面干净，具有金属

35、光泽，有时有轻微氧化色。具有金属光泽，有时有轻微氧化色。导致冷裂的主要因素有：形状复杂的大件受拉应力部导致冷裂的主要因素有：形状复杂的大件受拉应力部位和应力集中处易发生，含磷量高易冷脆，材料塑性差等。位和应力集中处易发生，含磷量高易冷脆，材料塑性差等。3防止裂纹的措施防止裂纹的措施尽量使铸件的壁厚均匀，以减少其热应力；在工艺上尽量使铸件的壁厚均匀，以减少其热应力；在工艺上要特别注意芯砂的容让性，对于大型铸件的型芯还要避免要特别注意芯砂的容让性，对于大型铸件的型芯还要避免使用过多、过于坚固的型芯骨，型芯骨离型芯表面应有一使用过多、过于坚固的型芯骨，型芯骨离型芯表面应有一定的距离，以尽量减少机械应

36、力；严格控制铸钢、铸铁中定的距离，以尽量减少机械应力；严格控制铸钢、铸铁中硫、磷的含量，降低材料的热脆性和冷脆性。硫、磷的含量，降低材料的热脆性和冷脆性。 六、残余应力的消除六、残余应力的消除在铸造生产中要彻底避免铸件的内应力是很困难的，在铸造生产中要彻底避免铸件的内应力是很困难的，有时热应力虽然不致使铸件开裂或产生显著的变形，但会有时热应力虽然不致使铸件开裂或产生显著的变形，但会留于铸件内，成为处于平衡状态的残余应力，当具有残余留于铸件内，成为处于平衡状态的残余应力，当具有残余应力的铸件经机械加工后，会因应力重新平衡而发生变形。应力的铸件经机械加工后，会因应力重新平衡而发生变形。所以，要求高

37、的铸件，在加工前需进行消除应力处理（即所以，要求高的铸件，在加工前需进行消除应力处理（即时效处理），可消除应力达时效处理），可消除应力达90%以上。以上。时效处理有自然时效和人工时效两种方法，目前大多时效处理有自然时效和人工时效两种方法，目前大多采用人工时效，即采用人工时效，即550650的低温退火。的低温退火。 第四节第四节 气孔与偏析气孔与偏析 一、气孔一、气孔气孔是由气体在铸件中形成孔洞，是铸件生产的常见气孔是由气体在铸件中形成孔洞，是铸件生产的常见缺陷，占铸件报废量的缺陷，占铸件报废量的30%以上。以上。气孔破坏了金属的连续性，使铸造零件有效承载面积气孔破坏了金属的连续性，使铸造零件有

38、效承载面积减少，气孔附近易产生应力集中，使铸件力学性能尤其是减少，气孔附近易产生应力集中，使铸件力学性能尤其是冲击韧性和疲劳强度下降，弥散性的气孔破坏了铸件的气冲击韧性和疲劳强度下降，弥散性的气孔破坏了铸件的气密性，严重影响了铸件的使用性能。密性，严重影响了铸件的使用性能。按形成气孔的气体来源，气孔可分为侵入气孔、析出按形成气孔的气体来源，气孔可分为侵入气孔、析出气孔、反应气孔三种。气孔、反应气孔三种。 1侵入气孔侵入气孔由铸型中的空气、造型材料中的水分、粘结剂、各种由铸型中的空气、造型材料中的水分、粘结剂、各种附加物等，在液态金属的高温作用下产生气体，若铸型排附加物等，在液态金属的高温作用下产生气体，若铸型排气性不好，则气压急剧升，当气压大于液态金属的表面静气性不好，则气压急剧升，当气压大于液态金属的表面静压时，气体侵入金属液体中，冷凝过程中未逸出的气体就压时，气体侵入金属液体中，冷凝过程中未逸出的气体就形成了侵入气孔。形成了侵入气孔。侵入气孔多位于铸件表面附近，尺寸较大，呈椭圆形侵入气孔多位于铸件表面附近，尺寸较大，呈椭圆形或梨形，孔的内表面被氧化。或梨形，孔的内表面被氧化。预防侵入气孔的措施有：降低型砂（型芯砂）的发气预防侵入气孔的措施有：降低型砂（型芯砂）的发气量，增加铸型排气能力。量，增加铸型排气能力。2析出气孔析出气孔气体易溶于高温的液体合金中，但