金属液态成形

1、金属液态成形 材料热成形工艺基础（）一、概述二、液态成形理论基础三、砂型铸造工艺四、常用合金铸件的生产特点五、特种铸造六、铸件结构工艺性与工艺设计金属液态成形一、概述1、定义2、砂型铸造的工艺过程3、铸造生产的特点Pouring Melt in the MoldSolidificationCasting1、定义金属的液态成形：将金属材料加热到高温熔化状态，然后采取一定的成形方法，待其冷却、凝固后获得所希望的金属制品的过程。铸造 Foundry ：将液态金属浇注到与零件形状相适应的铸型型腔中，液态金属在重力场或外力场（压力、离心力、电磁力等）的作用下充满型腔，冷却并凝固成具有型腔形状的铸件，以获

2、得毛坯或零件的生产方法。 司母戊大方鼎 藏于国家博物馆的商代晚期（公元前13前11世纪）青铜器，通高133cm，口长116cm、宽79cm，重832.84kg，是迄今发掘出土最大、最重的青铜礼器 编钟 1978年出土于湖北省随县擂鼓墩1号墓的曾侯乙编钟，全套65件编钟按大小和音高编成8组悬挂在3层钟架上，总重量达2500多千克，音律准确，音色优美，合瓦形的钟可以敲出两个不同的音，是世界音乐史上的奇迹 金属液态成形实例商代后期 1938年湖南宁乡月山铺出土 中国历史博物馆藏 方口,大沿,长顶,高圈足。口沿下饰蕉叶纹,下为蘧纹带。自肩至足四隅为四羊,各露前半身,形象逼真。肩上有隆起龙纹,龙首在羊首

3、间,圈足在羊蹄间饰倒蘧纹。金属液态成形实例（续）2、砂型铸造的工艺过程 零 件 图 铸造工艺图铸型型芯芯盒 芯砂型砂模型熔化 合 箱落砂、清理检 验 铸 件浇注冷却凝固轴承座铸件生产过程3、铸造生产的特点适应性强(adaptability in technology)：能熔化为液态便能铸造（铸钢、铸铁、铜合金、铝合金、镁合金、锌合金等），对于脆性金属（灰铸铁）、难以锻造和切削加工的合金材料，铸造是唯一可行的加工方法。灵活性大(complex in shape )：几乎不受零件大小、形状和生产批量的限制（具有复杂内腔的零件，铸造往往是最佳的成形方法：箱体、床身、缸体、机架）。成本较低(cheap

4、 in production)：（1）材料来源广；（2）铸造成形方便；（3）设备投资低。铸件的力学性能较差(lower mechanical properties)，质量不够稳定(unstable quality)铸造生产劳动强度大，生产条件差 (worse work condition) 铸件在机械产品中所占比重：在机床、内燃机、重型机械中，铸件约占70%90%；在风机、压缩机中占60%80%；在拖拉机中占50%70%，在汽车中占20%30%。1、液态金属的充型能力2、铸件的凝固方式3、铸造合金的收缩4、铸造应力、铸件的变形与裂纹5、合金的偏析及铸件中的气孔二、液态成形理论基础1、液态金属的

5、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，称为液态金属充填铸型的能力，简称液态金属的充型能力(mold filling capacity )。 液态金属的充型能力主要取决于金属自身的流动能力，还受外部条件，如铸型性质、浇注条件、铸件结构等因素的影响，是各种因素的综合反映。1、液态金属的充型能力a、金属的流动性流动性的概念：浇注时液态金属充填铸型的能力。流动性好，充型能力强，可得到形状复杂、轮廓清晰的铸件，缺陷少，补缩好；流动性差，易于产生浇不足、冷隔。以浇注螺旋试样的长度来测定影响流动性的因素1、合金的种类：合金的流动性与合金的熔点、导热系数、合金液的粘度等物理性能有

6、关。合金的熔点越高，流动性越差（铸钢）；合金的导热性好，流动性也较差（铝合金）。2、合金的成分：同种合金中，成分不同时，流动性不同。纯金属和共晶成分的合金，由于是在恒温下进行结晶，液态合金以逐层凝固的方式从表层逐渐向中心凝固，固液界面比较光滑，对液态合金的流动阻力较小，同时，共晶成分合金的凝固温度最低，可获得较大的过热度，推迟了合金的凝固，故流动性最好。 其它成分的合金是在一定温度范围内结晶的，由于初生树枝状晶体与液体金属两相共存，粗糙的固液界面使合金的流动阻力加大，合金的流动性大大下降，合金的结晶温度区间越宽，结晶按糊状凝固方式进行，合金的流动性越差 。常用铸造合金的流动性合金铸型浇注温度/

7、螺旋线长度/mm铸铁：w(C+Si)=6.2%w(C+Si)=5.9%w(C+Si)=5.2%w(C+Si)=4.2%砂型1300130013001300180013001000600铸钢：w(C)=0.4%砂型16001640100200铝硅合金金属型()680720700800镁合金（Mg-Al-Zn）砂型700400600锡青铜：w(Sn)=9%11%w(Zn)=2%4%硅黄铜：w(Si)=1.5%4.5%砂型104011004201000成分固液表层中心温度温度t 铸件液固表层中心t 铸件（a）（b）温度（a）纯金属及共晶合金（b）其他成分合金不同成分合金的结晶特点a）在恒温下凝固b）

8、在一定温度范围内凝固PbSb20406080204060800流动性（cm）100200300温度（）0结晶特性对流动性的影响ABEC12345温度过热150过热506CFe铸钢流动性（mm）40030020010002000150010005000铸铁流动性（mm）C%铁碳合金流动性与含碳量的关系影响流动性的因素3、杂质和含气量：液态金属中出现的固态夹杂物，将使液体的粘度增加，合金的流动性下降。所以合金成分中凡能形成高熔点夹杂物的元素均能降低合金的流动性，如灰铸铁中锰和硫，生成的MnS熔点高达1620，钢中的MnO（1785）、SiO2 （1710）、Al2O3 （2050）等以及铝、镁合金

9、中的氧化物夹杂，都会使合金的流动性下降。 但是，在熔融合金中呈液态的夹杂物由于熔点较低，在熔融合金的温度下有较大的过热，使合金的粘度减小，增加合金的流动性。如在酸性炉熔炼的钢液，其夹杂物多为熔点较低的硅酸盐，在同样过热条件下，熔融钢液的流动性比在碱性炉中熔炼的要好。 熔融金属中含气量愈少，合金的流动性愈好。b、浇注温度和压力浇注温度对熔融合金的充型能力有决定性影响。浇注温度高，金属液的粘度小，过热度高，传给铸型的热量多，在铸型中合金的冷却速度下降，保持液态的时间延长，合金的充型能力增加。增加合金过热度或提高浇注温度，可防止铸件产生浇不足、冷隔、气孔及夹渣等缺陷。（薄壁铸件和形状复杂的铸件尤为重

10、要）但是温度过高，会使合金收缩增加，吸气增多，氧化严重，从而增加了铸件产生缩松、缩孔、粘砂、气孔等缺陷的可能性。（铸钢为15201620，铸铁为12301450 ，铝合金为680780 ）熔融合金在流动方向上所受的压力愈大，充型能力愈好。砂型铸造时，充型压力是由直浇道的静压力产生的，适当提高直浇道的高度，可提高充型能力。但过高的砂型浇注压力，铸件易产生砂眼、气孔等缺陷。在低压铸造、压力铸造和离心铸造时，因人工加大了充型压力，充型能力较强。C、铸型性质及结构熔融合金充型时，铸型的阻力及铸型对合金的冷却作用，都将影响合金的充型能力。（1）铸型的蓄热能力：表示铸型从熔融合金中吸收并传出热量的能力。铸

11、型材料的比热和导热系数愈大，合金的充型能力愈差。（砂型比金属型，干型比湿型，热型比冷型的流动性要好）（2）铸型温度：铸型预热（3）铸型中的气体：一方面要尽量减少气体产生，另一方面，要增加铸型的透气性或开设出气冒口、明冒口等，使型腔及型砂中的气体顺利排出。（4）铸型结构：当铸件壁厚过小，壁厚急剧变化、结构复杂，或有大的水平面时，均会使合金充型困难。（选择合适壁厚）2、铸件的凝固方式a、铸件的凝固方式铸型中的合金从液态转变为固态的过程，称为铸件的凝固，或称为结晶。金属的凝固，一般均是在常温、常压(重力)情况下进行的。压铸等技术除外。金属凝固时应满足的热力学条件是：只有当体系所处的温度低于熔点温度(

12、液相线温度)Tm时，才能发生凝固现象。液固两相自由能差(GGl-Gs0。)是凝固过程能保持继续进行的驱动力。金属的凝固包括晶核的形成及晶体的长大两个过程。 （1）逐层凝固 纯金属或共晶成分合金凝固过程中不存在液、固并存现象，其断面上固相和液相由一条界线清楚地分开，液固界限清楚分开，称为逐层凝固。常见合金如灰铸铁、低碳钢、工业纯铜、工业纯铝、共晶铝硅合金及某些黄铜都属于逐层凝固的合金。（2）糊状凝固 合金的结晶温度范围很宽，温度分布较平坦，整个断面内均为液固并存，先呈糊状而后固化，称为糊状凝固。球墨铸铁、高碳钢、锡青铜和某些黄铜等都是糊状凝固的合金。（3）中间凝固方式 大多数合金的凝固介于逐层凝

13、固和糊状凝固之间，称为中间凝固方式。中碳钢、高锰钢、白口铸铁等具有中间凝固方式。b、影响铸件凝固方式的因素合金的结晶温度：合金的结晶温度范围愈小，凝固区域愈窄，合金倾向于逐层凝固。（Fe-C相图，钢的结晶温度范围随碳含量的提高而增大。）铸件的温度梯度：较大的温度梯度可以使凝固区域变窄，如加大铸型的蓄热能力及降低金属液的浇注温度，都可以增大铸件断面温度梯度，使合金的凝固方式向逐层凝固转化。在合金结晶温度范围已定的前提下，凝固区域的宽窄取决与铸件内外层之间的温度差。增大温度梯度，可以使合金的凝固方式向逐层凝固转化；反之，铸件的凝固方式向糊状凝固转化。 逐层凝固的合金，铸造时合金的流动性较好，充型能

14、力强，缩孔、缩松比较集中，便于防止便于铸造，容易，其铸造性能较好； 糊状凝固的合金，流动性较差，易产生浇不到，冷隔等缺陷，易于产生缩松，难以获得结晶紧实地铸件，但必须采用时，则可考虑采用适当的工艺措施，提高铸件断面的温度梯度，以减少其凝固区域。3、铸造合金的收缩a、定义：熔融合金注入铸型、凝固、直至冷却到室温的过程中，其体积和尺寸缩小的现象 金属的收缩过程：（）液态收缩（）凝固收缩（）固态收缩 液态收缩从浇注温度冷却至凝固开始温度之间的收缩。（仅表现为型腔内金属液面 的降低）T浇 T液 凝固收缩从凝固开始温度冷却到凝固结束温度之间的收缩。（纯金属及恒温结晶的合金，其凝固收缩单纯由液-固相变引起

15、；具有一定结晶温度范围的合金，则除液-固相变引起的收缩之外，还有因凝固阶段温度下降产生的收缩）T液 T固 固态收缩从凝固完毕时的温度冷却到室温之间的收缩。T固 T室液态收缩凝固收缩铸件体积变化（体积收缩率）缩松、缩孔固态收缩铸件外形尺寸的变化（线收缩率）应力、变形和裂纹b、影响合金收缩的因素（1）合金化学成分： 不同的化学成分的合金，其收缩率不同。（表1-3）（2）浇注温度： 合金的浇注温度越高，过热度越大，液态收缩量也越大，故总收缩量增加。（3）铸件的实际收缩率还受铸件的结构、尺寸、铸型和铸芯的性质、浇注系统等因素的影响。（图1-4）铸件的受阻收缩总是小于其自由收缩。 表1.3 铁碳合金的收

16、缩率合金种类体收缩率/%线收缩率/%碳素铸钢1014.51.32.0白口铸铁12141.52.0灰铸铁580.71.0在铸造合金中，铸钢的收缩最大，可达铸铁的三倍。灰铸铁的收缩最小。灰铸铁收缩很小是由于其中大部分碳以石墨状态存在，石墨的比体积大，在结晶过程中石墨析出所产生的体积膨胀，抵消了合金的部分收缩。因此，灰铸铁中增加碳、硅含量和减少含硫量均使收缩减小。c、铸件缩孔、缩松的形成及防止（1）缩孔及缩松的形成缩孔： 液体金属浇注到铸型中后，经过液态收缩和凝固收缩，体积会缩减。若其收缩得不到液体金属的及时补充，则在铸件最后凝固部位形成孔洞，这种孔洞称为缩孔。浇口根本原因是：内浇口凝结后，铸件外壳

17、的固态收缩体积小于壳内的液态收缩和凝固收缩体积之和。缩孔产生在铸件最后凝固的部位及金属聚集的热节处。缩松：分散在铸件最后凝固部位的细小缩孔。 形成原因：由于结晶温度范围宽的合金呈糊状凝固，先析出的枝晶把液体分隔开，使其收缩难以得到补充所致。凝固前沿同时凝固区此种缺陷多位于铸件轴线区域、厚大部位、冒口根部和内浇口附近。（2）缩松、缩孔的防止危害：显著降低铸件的机械性能，造成铸件渗漏等。防止措施：采取顺序凝固的办法避免缩孔、疏松的出现。顺序凝固：是指通过在铸件上可能出现疏松的厚大部位安装冒口或放置冷铁等工艺措施，使铸件上远离冒口的部位先凝固（图中），尔后在靠近冒口的部位凝固（图中、），最后是冒口本

18、身凝固。浇注系统冒口冷铁冒口补缩示意图4、铸造应力、铸件的变形与裂纹 铸件在凝固之后（实际上是凝固末期，结晶骨架已形成开始）的继续冷却过程中，固态收缩若受到阻碍，铸件内部将产生应力。这些应力有些一直保留到室温，称为残留应力。铸造应力是铸件产生变形和裂纹的基本原因。a、铸造内应力的形成与控制机械应力 铸件的固态收缩受到铸型和型芯的机械阻碍而产生的应力称为机械应力。 机械应力是暂时应力(a)铸型阻碍(b)型芯阻碍相变应力：铸件冷却过程中，有的合金要经历固态相变，比容发生变化。下表为钢的各种组织的比容。钢的组成相铁素体渗碳体奥氏体w(C)=0.9%珠光体马氏体比容/cm3g-10.12710.130

19、40.12750.12860.1310该应力比较小，一般很少考虑热应力： 由于形状复杂，厚薄不均，各部分的冷却速度不同，以至在同一时刻，铸件各部位收缩不一致而引起的内应力称为热应力。热应力的形成过程如下图。热应力是永久应力+-+-+表示拉应力 -表示压应力铸件产生热应力与变形的规律： 薄壁、细小部位：冷得快，受压应力（凸出）； 厚壁、粗大部位：冷得慢，受拉应力（凹进）。内应力薄压厚拉变形方向恰相反+框架结构防止和减小铸造应力的措施合理设计铸件结构 铸件的形状愈复杂，各部分壁厚相差愈大，冷却时温度愈不均匀，铸造应力愈大。因此，在设计铸件时应尽量使铸件形状简单、对称、壁厚均匀。尽量选用线收缩率小、

20、弹性模量小的合金。采用同时凝固的工艺 所谓同时凝固是指采取一些工艺措施，使铸件各部分温差很小，几乎同时进行凝固。因各部分温差小，不易产生热应力和热裂，铸件变形小。合理设置浇冒口，缓慢冷却，以减小铸件各部分温差；采用退让性好的型、芯砂。若铸件已存在残余应力，可采用人工时效、自然时效或振动时效等方法消除。同时凝固温度曲线冷铁铸件温度()浇口距离铸件实现同时凝固示意图b、铸件的变形及防止（1）铸件壁厚要尽量均匀，并使之形状对称。（2）尽量采用同时凝固原则。（3）反变形法。（4）时效处理。c、铸件的裂纹与防止 （1）热裂：铸件凝固末期高温下产生裂纹，强度、塑性低，收缩受阻会产生裂纹。特征是：裂纹短，缝

21、宽，形状曲折，呈氧化色。 防止措施：注意结晶特点和化学成分，合理设计铸件结构及减少铸型阻力。 （2）冷裂：低温下形成的裂纹。特征是：裂纹细小，直线形，无氧化色，减少内应力。 防止措施：凡能减小铸造内应力或合金脆性的因素，均能防止冷裂的产生。5、合金的偏析及铸件中的气孔a、合金的偏析及防止铸件的各部分化学成分、金相组织不一致的现象称为偏析。偏析会使铸件各部分的性能不均匀，对于重要铸件应加以防止。合金的偏析，有晶内偏析和密度偏析。高温长时间的退火浇注时进行搅拌或加大合金的冷却速度b、铸件中的气孔及防止气孔是铸件生产中最常见的缺陷之一。（铸件废品中约三分之一是由于气孔造成的）析出性气孔 溶入金属液的

22、气体在铸件冷凝过程中，随温度下降，合金液对气体的溶解度下降，气体析出并留在铸件内形成的气孔称为析出性气孔。侵入性气孔 造型材料中的气体侵入金属液内所形成的气孔称为侵入性气孔。反应性气孔 反应性气孔主要是指金属液与铸型之间发生化学反应所产生的气孔。三、砂型铸造工艺 砂型铸造（Sand Casting）就是将液态金属浇入砂型的铸造方法。 型芯砂配置工装准备炉料准备合型浇铸合金熔炼落砂造型制芯砂箱铸件清理热处理检验出厂报废铸件1、砂型与型砂a、砂型：湿型、干型、表面干型和各种化学自硬型b、型砂：型（芯）砂具有一定的强度、透气性、退让性和溃散性等。 分为：粘土砂、水玻璃砂、树脂砂2、造型方法a、手工造

23、型(Hand Molding):适用于单件、小批量生产b、机器造型(Machine Molding):1)生产效率高；2)铸型质量好（紧实度高而均匀、型腔轮廓清晰）；3)设备和工艺装备费用高，生产准备时间较长。 适用于中、小型铸件的成批、大批量生产。 手工造型是全部用手工或手动工具完成的造型工序。 一、手工造型的特点 (1)操作灵活，可按铸件尺寸、形状、批量与现场生产条件灵活地选用具体的造型方法；(2)工艺适应性强；(3)生产准备周期短；(4)生产效率低；(5)质量稳定性差，铸件尺寸精度、表面质量较差；(6)对工人技术要求高，劳动强度大。 主要应用于单件、小批生产或难以用造型机械生产的形状复杂

24、的大型铸件生产中。 手工造型砂型的结构二、手工造型方法分类 根据砂型的不同特征，手工造型方法可分为： 两箱造型、三箱造型、脱箱造型、地坑造型、组芯造型； 根据模样的不同特征，手工造型方法可分为： 整模造型、分模造型、挖砂造型、假箱造型、活块造型、刮板造型。1、两箱造型 两箱造型是造型的最基本方法，铸型由成对的上型和下型构成，操作简单。 适用于各种生产批量和各种大小的铸件。三、手工造型方法的主要特征及其适用范围2、三箱造型 三箱造型的铸型由上、中、下三型构成。中型高度需与铸件两个分型面的间距相适应。三箱造型操作费工。 主要适用于具有两个分型面的单件、小批生产的铸件。3、脱箱造型 脱箱造型主要采用

25、活动砂箱来造型，在铸型合型后，将砂箱脱出，重新用于造型。 一个砂箱可制出许多铸型。金属浇注时为防止错型，需用型砂将铸型周围填紧，也可在铸型上套箱。 常用于生产小铸件，因砂箱无箱带，故砂箱一般小于400mm。 4、地坑造型 地坑造型是利用车间地面砂床作为铸型的下箱。大铸件需在砂床下面铺以焦炭，埋上出气管，以便浇注时引气。 地坑造型仅用或不用上箱即可造型，因而减少了造砂箱的费用和时间，但造型费工、生产率低，要求工人技术水平高。 适用于砂箱不足，或生产要求不高的中、大型铸件，如砂箱、压铁、炉栅、芯骨等。5、组芯造型 组芯造型是用若干块砂芯组合成铸型，而无需砂箱。它可提高铸件的精度，但成本高。 适用于

26、大批量生产形状复杂的铸件。6、整模造型 整模造型的模样是整体的，分型面是平面，铸型型腔全部在半个铸型内，其造型简单，铸件不会产生错型缺陷。 适用于铸件最大截面在一端，且为平面的铸件。7、挖砂造型 挖砂造型的模样是整体的，但铸件分型面为曲面。为便于起模，造型时用手工挖去阻碍起模的型砂、其造型费工、生产率低，工人技术水平要求高。 用于分型面不是平面的单件、小批生产铸件。8、假箱造型 假箱造型是为克服挖砂造型的挖砂缺点，在造型前预先做个底胎（即假箱），然后在底胎上制下箱，因底胎不参予浇注，故称假箱。比挖砂造型操作简单，且分型面整齐。 适用于成批生产中需要挖砂的铸件。9、分模造型 分模造型是将模样沿最

27、大截面处分成两半，型腔位于上、下两个砂箱内，造型简单省工。 常用于最大截面在中部的铸件。10、活块造型 活块造型是在制模时将铸件上的妨碍起模的小凸台，肋条等这些部分作成活动的（即活块）。起模时，先起出主体模样，然后再从侧面取出活块。其造型费时，工人技术水平要求高。 主要用于单件、小批生产带有突出部分、难以起模的铸件。11、刮板造型 刮板造型是用刮板代替实体模样造型，它可降低模样成本，节约木材，缩短生产周期。但生产率低，工人技术水平要求高。 用于有等载面或回转体的大、中型铸件的单件、小批生产、如带轮、铸管、弯头等。 机器造型的实质是用机器进行紧砂和起模，根据紧砂和起模的方式不同，有各种不同种类的

28、造型机。 机器造型不但生产率高，而且质量稳定，劳动强度低，是成批大量生产铸件的主要方法，但需要专用设备，投资较大。机器造型一、 机器造型方法分类 常用的机器造型方法有： 压实紧实、高压紧实、震击紧实、震压紧实、微震紧实、抛砂紧实、射压紧实、射砂紧实。1、压实紧实法 压实紧实方法单纯借助压力紧实砂型，机器结构简单、噪声小，生产率高，消耗动力少，型砂的紧实度沿砂箱高度方向分布不均匀，上下紧实度相差很大。 主要适用于成批生产高度小于200mm薄而小的铸件。二、各种机器造型方法的主要特征及其适用范围2、高压紧实 高压紧实主要是用较高压实比压（一般在0.7MPa-1.5MPa）压实砂型。砂型紧实度高，铸

29、件尺寸精度高，表面粗糙度Ra值小，废品率低，生产率高、噪声低、灰尘小、易于机械化、自动化、但机器结构复杂、制造成本高。 主要适用于需大量生产的中、小型铸件，如汽车、机械车辆、缝纫机等产品较为单一的制造业。3、震击紧实 震击紧实主要依靠震击力坚实砂型。该方法机器结构简单，制造成本低，但噪声大、生产率低、要求厂房基础好。砂型坚实度沿砂箱高度方向愈往下愈大。 主要适用于需成批生产的中，小型铸件。4、震压紧实 震压紧实是经过多次震击后再压实砂型。该方法生产率高，能量消耗少，机械磨损少，砂型坚实度较均匀，但噪声大。 广泛用于成批生产中、小型铸件。气动微震压实造型机5、微震紧实 微震紧实是在加压坚实型砂的

30、同时，砂箱和模板作高频率、小振幅震动。此方法生产率较高、紧实度均匀、噪声小。 广泛用于成批生产中、小型铸件。6、抛砂紧实 抛砂紧实是利用离心力抛出型砂，使型砂在惯性力下完成填砂和坚实。该方法生产率高，能量消耗少、噪声低、型砂坚实度均匀、适用性广。 主要适用于单件、小批、成批、大量生产中、大型铸件或大型芯。抛砂造型机7、射压紧实 射压紧实是使压缩空气骤然膨胀，将型砂射人砂箱进行填砂和坚实，再进行压实。 该方法生产率高，坚实度均匀，砂型型腔尺寸精确、表面光滑、工人劳动强度低、易于自动化、但造型机调整维修复杂。主要适用于大批、大量生产的形状简单的中、小型铸件。8、射砂紧实 射砂紧实是用压缩空气将型（

31、芯）砂高速射入砂箱或芯盒而进行紧实。因其将填砂、紧实两个工序同时完成，故生产率高，但用于造型，其坚实度不高、需进行辅助压实。 广泛用于制芯、并开始用于造型。 射砂挤压造型机四、常用合金铸件的生产特点1、铸铁(含碳量大于2.11%) (1)灰口铸铁 (2)球墨铸铁 (3)可锻铸铁 2、铸钢 铸钢的铸造性能差。铸钢的流动性比铸铁差，熔点高，易产生浇不足、冷隔和粘砂等缺陷。铸钢的收缩性大，产生缩孔、缩松、裂纹等缺陷的倾向大 。3、铸造有色金属 常用的有铸造铝合金、铸造铜合金等。它们大都具有流动性好，收缩性大，容易吸气和氧化等特点，特别容易产生气孔、夹渣缺陷。 1、铸铁件生产a、铸铁的特点及种类 (按

32、石墨的形态和形状分)白口铸铁：碳极少数溶于铁素体，其余都以Fe3C的形式存在，断口成银白色，又脆，又硬，不易机加工，可用来做可锻铁毛坯。灰口铸铁：碳除微量溶于铁素体，大部分以片状石墨形状存在，断口呈灰色存在。球墨铸铁：碳大部分以球状石墨形式存在。可锻铸铁：碳大部分或全部以团絮状形式存在。白口铸铁球墨铸铁灰铸铁可锻铸铁b、灰铸铁的组织、成分和性能（1）灰铸铁的化学成分：2.63.6%C，1.2 3.0%Si， 0.4 1.2%Mn，S0.15%，P0.3%。（2）灰铸铁的组织是由基体和片状石墨组成。按基体组织不同，灰铸铁可分为铁素体灰铸铁、铁素体-珠光体灰铸铁、珠光体灰铸铁。（3）灰铸铁的性能

33、机械性能：抗拉强度、塑性、冲击韧性都较低。 工艺性能：流动性好，良好的铸造性能，切削性能好。 减震性：能阻碍震动能量的传播。 耐磨性：耐磨性能好。 缺口敏感性：缺口敏感性低。 c、球墨铸铁（1）牌号QT450-10，其中QT代表“球铁”“450”表示其抗拉强度不小于450MPa；”10”表示延伸率不小于10%。（2）按其基体组织不同可分为铁素体球墨铸铁、铁素体-珠光体球墨铸铁、珠光体球墨铸铁。 铁水铁水包草灰孕育剂球化剂包底冲入球化工艺示意图d、可锻铸铁 可锻铸铁是用碳、硅含量较低的铁水浇成白口铸铁件，再经过石墨化退火，即缓慢加热至 900 以上高温后，长时间保温，再按规范冷却至室温，使渗碳体

34、发生分解，生成团絮状石墨。根据基体组织可分为：铁素体可锻铸铁、珠光体可锻铸铁。 e、其它铸铁简介 1）蠕墨铸铁：蠕虫状石墨铸铁介于片状石墨和球状石墨的一种过渡型石墨形式。 2）合金铸铁：为了获得耐磨、耐热、耐腐蚀等特殊性能的铸铁，可往铸铁中加入一定量的合金元素制成合金铸铁。2 、铸钢件生产a、概述（铸钢的优良性能）（1）综合机械性能高于各类铸铁，强度高，塑性和韧性优良。（2）焊接性能好。（3）性能稳定，质量较易控制。（4）便于制造具有耐磨、耐蚀、耐热等特殊性能、又兼有较高机械性能的铸件。2) 低碳铸钢性能：强度、硬度低，韧性、塑性高。常用来制造韧性要求高的零件及一些表面渗碳体件。 中碳钢性能：

35、强度、硬度较高，塑性、韧性较差，流动性好，氧化和热裂倾向较少。在生产中广泛使用。 高碳钢性能：硬度高，塑性和韧性差，流动性好，收缩小，不易产生粘砂，形成热裂的倾向小，导热性差，形成应力和冷裂倾向大，一般只用于制造耐磨件。 b、铸钢的分类、性能和应用1) 按化学成分可分为铸造碳钢、铸造合金钢。 铸造碳钢又可分为低碳铸钢、中碳铸钢、高碳铸钢。 铸造合金钢可分为低合金铸钢、高合金铸钢。3) 铸造合金钢（1）低合金铸钢主要是利用合金元素提高淬透性、细化晶粒及固溶强化铁素体。低合金钢适于制造强度、韧性和耐磨性要求高的铸件。（2）高合金钢是加入合金元素使其具有耐磨、耐蚀、耐热及特殊物理化学性能。可用于制造

36、挖掘机镐牙、火车道叉、碎石机颚板。c、铸钢工艺特点: (1)钢水流动性大；(2)收缩大；(3)熔点高。d、铸钢件的热处理 由于铸钢件晶粒粗大，常出现过热组织、偏析和存在残余应力，故其强度、硬度低，塑性和韧性较差。为了细化晶粒，消除过热组织、偏析和内应力，提高机械性能，通常进行退火或正火处理。e、铸钢的熔炼 在铸钢件的生产中普遍用的是电弧炉和感应电炉炼钢。五、特种铸造 在生产实践中发展出一些区别于砂型铸造的其它铸造方法，我们统称为特种铸造（Special Casting Processes）。 1、金属型铸造 金属型铸造（Permanent Mould Casting）是将液态金属浇入金属铸型，

37、以获得铸件的铸造方法。2、熔模铸造 熔模铸造的工艺过程如图所示。主要包括蜡模（Wax pattern）制造、结壳、脱蜡（Dewax）、焙烧和浇注等过程。 3、压力铸造 压力铸造(Die Casting)是压铸机上将熔融的金属在高压下快速压入金属型，并在压力下凝固，以获得铸件的方法。 压铸机分为立式和卧式两种。 a)b)c)4、低压铸造 低压铸造(Low-Pressure Die Casting)是介于金属型铸造和压力铸造之间的一种铸造方法。是在较低的压力下，将金属液注入型腔，并在压力下凝固，以获得铸件。 5、离心铸造 离心铸造(Centrifugal Casting)是将熔融金属浇入高速旋转的

38、铸型中，使其在离心力作用下填充铸型和结晶，从而获得铸件的方法。按铸型旋转轴线的空间位置不同，离心铸造分为立式和卧式两种。六、铸件结构工艺性与工艺设计1、概述2、铸件结构的工艺性3、铸件工艺方案的确定4、铸件工艺参数的选择5、型芯、浇注系统和冒口的设计6、典型铸件的铸造工艺设计举例1、 概述 铸造工艺设计是依据铸件的技术要求、结构特点、生产批量及生产条件确定铸造工艺方案和工艺参数，绘制铸造工艺图，编制工艺卡等。工艺设计是生产准备、管理、验收的依据，对保证铸件质量，提高生产率，降低成本有重要意义。a、铸造工艺设计的依据1) 生产任务和技术要求（1）审查零件图;（2）零件的技术要求 （3）生产类型及

39、生产期限2) 车间生产条件（1）设备状况;（2）车间原材料的供应情况（3）工人的技术水平和生产条件（4）模具及工装车间的加工能力及生产经验3) 设计的经济性b、铸造工艺设计的内容1) 铸造工艺图：用各种符号在零件上表明铸造工艺方案。如浇注位置、分型面、余量、斜度、收缩率、浇注系统、冒口、冷铁等。2) 铸造工艺卡：说明造型、造芯、浇注、清理工艺过程及要求文件。3) 合箱图：表示铸件在砂箱中的位置、型芯的安装，浇冒口与冷铁的安放、砂箱的结构与大小。c、铸造工艺设计的程序1) 对零件图的技术要求及结构工艺性进行分析，有不当 之处应提出改进意见。2) 选择铸造及造型方法。3) 确定浇注位置及分型面。4

40、) 选用工艺参数。5) 设计浇冒口、冷铁和铸筋。6) 砂芯设计。2 、铸件结构的工艺性a、铸造工艺对铸件结构的要求1) 铸件要尽量减少分型面数量、并尽可能为平面分型面。(a)(b) 端盖铸件上下上下(a)(b)摇臂铸件2) 铸件结构应少用或不用型芯 a)改进前结构b)改进后结构 轴承支架a)b)内腔的两种设计3) 铸件结构应有利于型芯的固定、排气和清理。(a)改进前的结构(b)改进后的结构(a)改进前的结构(b)改进后的结构轴承支架的结构上下活塞结构a)不合理b)合理上下4）铸件形状应尽量简单，避免使用活块。a)b)c)d)凸台的结构5）铸件上应有结构斜度6）铸件的吊装、运输和装夹要方便、安全

41、a)b)a)b)结构斜度a)b)a)b) 结构斜度b、合金铸造性能对铸件结构的要求铸件壁厚的设计铸件壁厚应合适（最小壁厚允许值、最大临界壁厚） 最小壁厚：在各种工艺条下，铸造合金能充满型腔的最小厚度。主要取决于合金的种类、铸件的大小及形状等因素。临界壁厚：各种铸造合金都存在一个临界壁厚，在砂型铸造条件下，各种铸造合金临界壁厚约等于其最小壁厚的3倍。 如果所设计铸件的壁厚小于允许的 “最小壁厚”，铸件就易产生浇不足、冷隔等缺陷。 在铸造厚壁铸件时，容易产生缩孔、 缩松、结晶组织粗大等缺陷，从而使铸件的力学性能下降。结论：铸件壁厚介于临界壁厚和最小壁厚之间铸件壁厚应尽可能均匀AAbAAbBBBBA

42、ABBa）b）顶盖的设计铸件如果壁厚不均匀，将在局部厚壁处形成金属积聚的热节，导致产生缩孔、缩松的缺陷铸造方法铸件尺寸（mm）合金种类铸钢灰口铸铁球墨铸铁可锻铸铁铝合金铜合金砂型铸造500500152015201520101261012铸件内壁厚度应略小于外壁厚度。（整个铸件均匀冷却）铸件的壁厚应符合顺序凝固原则。2) 铸件壁的连接 铸件壁相交要用圆角连接 不同壁厚的连接不同转角的热节和应力分布 锐角连接处易出现热结合应力，并会导致应力集中，从而产生裂纹、缩孔等缺陷。 铸件壁应避免交叉和锐角连接。a) 交错接头b) 环状接头加强筋的连接形式a) 不正确b) 正确a) 不正确b) 正确铸件接头结

43、构3）避免铸件收缩受阻a)b)c)轮辐的设计a) 偶数轮辐b)弯曲轮辐c)奇数轮辐4）铸件应避免过大的水平面a) 改进前结构b) 改进后结构罩盖铸件5）铸件防裂筋的应用防裂筋的应用3 、铸造工艺方案的确定a、铸型种类及造型方法的选择铸型：砂型、金属型、壳型。砂型分湿型、干型、表干型、自硬性。造型方法：手工造型、机械造型。b、浇注位置的选择1) 铸件中质量要求高或重要的加工表面，浇注时应尽可能放在下面，如有困难则应放在侧面。上中中下车床床身浇注位置 a)不合理b)合理起重机卷筒的浇注位置分析上下上下2) 铸件的大平面应放在下部。3) 铸件的薄壁部分应放在铸件下部或放在内浇口以下。具有大平面的铸件正确的浇注位置下上上下a) 不正确b) 正确曲轴箱的浇注位置4) 确定铸件的浇注位置应尽可能减少型芯数目、并使型芯便于安装、稳固、排气方便。上下上下上下上下a) 不合理b)合理浇注位置的合理性5) 易于产生缩孔、缩松的铸件，应把厚大部位放在上面或侧面，以便于安放冒口补缩。a)