第二章铸造工艺

第二章液态材料的成型——

铸造工艺金属的成形方法：铸造、压力加工、切削加工、焊接和粉末冶金五大类。铸造：指熔炼金属，制造铸型，并将熔融金属浇入铸型，凝固后获得一定形状、尺寸和性能的零件毛坯的成形方法。特点：成本低，适用性广等。缺点是公差较大，易产生内部缺陷等。商.三羊尊（盛酒器）鸟兽纹觥gong盛酒器二、铸造的分类铸造砂型铸造特种铸造熔模铸造压力铸造低压铸造离心铸造金属型铸造第二节铸造工艺的工艺特点

铸造性能（Castability）:合金在铸造生产中所表现出来的性能，包括合金的流动性、收缩性等。铸造性能好是指，熔化时合金不易氧化，溶液不易吸气，浇注时熔液易充满型腔，凝固时铸件收缩小，且化学成分均匀，冷却时铸件变形和开裂倾向小。一、液态金属的充型能力(mo1dfillingcapacity)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，叫做液态金属的充型能力。

1.合金的流动性（fluidity）流动性：熔融金属本身的流动能力。试验方法：螺旋形试样法，是以螺旋形流动试样的长度来衡量。试样越长，流动性越好。*铸铁的流动性*铸钢的流动性实验证明铸铁的流动性好，铸钢的流动性差。比较下面两种合金流动性能2.流动性对铸件质量的影响3.影响合金流动性的因素（1）化学成分纯金属、共晶合金流动性好（恒温下结晶）。亚、过共晶合金流动性差（在一定温度范围内结晶）。改善金属的流动性加快凝固中液体的补缩排除内部夹杂物和气体形成薄壁复杂的铸件有利于（2）充型条件充型条件好，流动性好。如直浇口高，压力大，流动性提高；铸型光滑，流动性提高。

2、浇铸（pouring）条件对充型能力的影响a浇注温度提高浇注温度，①流速加快；②使铸型温度升高，金属散热速度变慢但浇注温度过高，容易产生粘砂、缩孔、气孔、粗晶等缺陷。

保证足够充型能力的前提下，浇注温度应尽量降低。b充型压力如压铸、提高直浇口高度c浇注系统结构越复杂，则流动阻力越大，充性能力越差3、铸型条件对充型能力的影响为改善铸型的充填条件，在设计铸件时必须保证其壁厚不小于规定的“最小壁厚”(见表2-2)，在铸造工艺上也要采取相应的措施。二、合金的凝固特性三种凝固方式逐层凝固

中间凝固

体积凝固

影响凝固方式的主要因素：a合金的结晶温度范围（取决于合金成分）(范围越小越趋于逐层凝固)，如纯金属和共晶合金。b铸件的温度梯度（梯度越大越趋于逐层凝固）凝固方式对铸件质量影响：通常，逐层凝固时，合金的充型能力强，产生冷隔、浇不足、缩孔、编析、热裂等缺陷的倾向小。定义：指液体金属在凝固和冷却过程中，体积和尺寸减少的现象。

分类液态收缩：产生缩孔、缩松凝固收缩：产生缩孔、缩松固态收缩：产生内应力以致裂纹和变形铸件温度降低浇注温度室温凝固终止温度开始凝固温度液态收缩凝固收缩固态收缩

体积收缩线收缩三、合金的收缩性（contractility）液面下降4.收缩性对铸件质量的影响收缩率↓：尺寸愈精确、组织愈致密。收缩率↑：易产生铸造缺陷--缩孔和缩松、铸造应力、变形和裂纹。3.影响收缩的因素化学成分：不同化学成分的合金，收缩率不同。如铸件中碳、硅量↑，锰、硫量↓，收缩↓

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浇注温度：浇注温度↑，液态收缩率↑。铸件结构和铸型条件：型腔形状复杂或铸件结构设计不合理，铸型材料的退让性差，铸件会因收缩受阻→铸造应力→裂纹。（1）缩孔和和缩松（ShrinkageCavityandPorosity）缩孔：铸件在凝固过过程中，由于于补缩不良产产生的孔洞常出现的部位位：铸件上部或最最后凝固的部部位。外形特征：倒锥形，内表表面不光滑。。产生原因：先凝固区域堵堵住液体流动动的通道，后后凝固区域收缩所缩减减的容积得不不到补充。缩松：指铸件断面上上出现的分散散而细小的缩缩孔。常出现的部位位：铸件的轴线区区域、厚大部部位或浇口附附近外形特征：细小的空洞。。产生原因：凝固过程中有有较宽的体积积凝固两相并并存的区域。。形成形状不不一的分散性性孔洞即缩松松。缩孔与缩松的的防止方法：使铸件实现现顺序凝固主要措施：安放“冒口””或“冷铁”。定向凝固：使铸件上远离离冒口的部位位最先凝固，，而后是靠近近冒口的部位位凝固，冒口口本身最后凝凝固。冒口（riser）：在铸型内储存存供补缩铸件件用熔融金属属的空腔。如如图所示。作用是补缩、出气、、集渣、观察察。冷铁（chill）：在铸型中安放放的金属物或或其他激冷物物。

冒口、冷铁共用法（2）铸造应应力（castingstress）在铸件的固态态收缩阶段会会引起铸造应应力。热应力形成规规律：铸件的厚壁或或心部受拉应应力，薄壁或或表层受压应应力。铸造应力相变应力热应力机械应力铸件收缩受阻铸件因V冷却、温度不同，各部位收缩不一致产生铸件组织发生相变时，因温度差异出现体积变化不一致减小应力的措措施同时凝固原则则。去应力退火：：加热到550~650℃℃之间保温，，可消除残余余内应力。（3）变形和和裂纹（deformationandcrack）变形：指铸件的尺寸寸与图样不符符的现象。规律：厚大受拉易内内凹；薄外受受压易外凸。。变形的防止与与消除壁厚设计均匀匀、形状对称称；铸造工艺上用用“同时凝固固原则”；热裂：是铸件在高温温下形成的裂裂缝。特征：外形形状曲折折而不规则，，断口呈氧化化色。冷裂：低温形成的裂裂纹为冷裂。。特征：外形呈连续直直线状或圆滑滑曲线状，断断口具有金属属光泽方法：除降低内应力力外，还应控控制钢铁中P的含量。当铸造应力超超过材料的强强度极限时，，逐渐会产生生裂纹。分类：根据产生温度度的不同，分分为热裂和冷裂。细长易变形件件运用“反变变形法”；重要件人工时时效（550～650℃℃去应力退火火）加自然时时效。注意：时效处理应在在粗加工后进进行。裂纹的防止与与消除第三节砂型型铸造型（芯）砂通通常由石英砂砂、粘土（或或其它粘结材材料）和水按按一定的比例例混制而成的的。型（芯））砂要具有““一强三性”，即一定的强度度、透气性、、耐火性和退退让性。砂型铸造的特特点应用：机床床身、轧轧钢机机器、、混速器箱体体、带轮等一一般铸件常用用砂型铸造。。一、砂型铸铸造工艺过程程二、铸件结构构工艺性（manufacturabilityofCastingStructure）定义：指所设计的零零件在满足使使用要求的前前提下，铸造造成形的可行行性和经济性性。1.铸造工艺艺对铸件结构构设计的要求求（1）外形尽尽可能简单单尽量使分型面面少且平总的原则：保证质量、降降低成本、条条件可能。指铸型的分分割或装配配面整模造型返回分模造型返回活块造型返回举例√确定零件的的分型面外形力求简简单、平直直起重臂避免活块和和凸台（2）内腔腔设计尽量减少型型芯轴承支架有利于砂芯芯的固定和和排气轴承架增设工艺孔（3）铸件件要有结构构斜度2.铸件件结构应利利于避免产产生铸件缺缺陷（1）铸件件的壁厚1）铸件壁壁厚应合理理。最小壁厚：：在各种工艺艺条下，铸铸造合金能能充满型腔腔的最小厚厚度。主要要取决于合合金的种类类、铸件的的大小及形形状等因素素。临界壁厚：：各种铸造合合金都存在在一个临界界壁厚，在在砂型铸造造条件下，，各种铸造造合金临界界壁厚约等等于其最小小壁厚的3倍。缺陷分析：：如果所设计计铸件的壁壁厚太小，，铸件就易易产生浇不不足、冷隔隔等缺陷；；在铸造厚厚壁铸件时时，容易产产生缩孔、、缩松、、结晶组织织粗大等缺缺陷，从而而使铸件的的力学性能能下降。结论：铸件件壁厚介于于临界壁厚厚和最小壁壁厚之间2）铸件壁壁厚应均匀匀缺陷分析：铸件如果果壁厚过大大会出现集集中的缩孔孔（2）壁的的连接1）应有结结构圆角，，避免热节节形成；改改善应力分分布2）应避免免交叉、锐锐角接头缺陷分析：锐角连接处处易出现热热应力，并并会导致应应力集中，，从而产生生裂纹、缩缩孔等缺陷陷。3）不同壁壁厚连接应应逐渐过渡渡（3）避免免变形和开开裂的结构构1）减缓肋、辐辐收缩的阻阻碍方案a）的轮辐数为为偶数，每每条轮辐均均与另一条条成直线排排列。这样样，势必使使两轮辐的的收缩互相相牵制、彼彼此受阻，，轮辐内将将产生大的的铸造应力力，会使轮轮辐产生裂裂纹。为此此，改为方案b）和和c）的设计，则则可以通过过轮辐或轮轮缘的微量量变形来减减缓轮幅内内的铸造应应力，以减减小产生裂裂纹的危险险。（a）（b）（c）2）避免出出现过大的的水平面缺陷分析：浇注时铸件件朝上的水水平面易产产生气孔、、砂眼、夹夹渣等缺陷陷。因此，，设计铸件件时应尽量量减小过大大的水平面面或采用倾倾斜的表面面。3）合理设设置加强肋肋筋的作用：①增加铸铸件的刚度度和强度，，防止铸件件变形。②②减小铸铸件壁厚，，防止铸件件产生缩孔孔、裂纹。。加强筋的设设计：①加强筋筋的厚度适适当。加强强筋的厚度度不宜过大大,一般取取为被加强强壁厚度的的0.6-0.8。。②加强强筋布置要要合理。铸件壁较厚厚，容易产产生缩孔。。将壁厚减减薄，采用用加强筋，，可防止以以上的缺陷陷。薄而大的平平板，收缩缩易发生翘翘曲变形，，加上几条条筋之后便便可避免。。如下图所所示。第四节特特种铸造造（specialcasting）定义：铸型用砂较较少或不用用砂、采用用特殊工艺艺装备进行行铸造的方方法。特种铸造金属型铸造熔模铸造消失模铸造连续铸造离心铸造低压铸造压力铸造常见的特种铸造方法一、熔模铸铸造（investmentcasting）定义：指用易熔材材料（如蜡蜡料）制成成模样，在在模样上涂涂覆若干层层耐火材料料制成型壳壳，熔出模模样后经高高温焙烧，，即可浇注注的铸造方方法。又称称失蜡铸造。应用：各种铸造合合金，特别别适于高熔熔点、难加加工合金的的小型铸件件的成批、、大量生产产。特点：铸件尺寸精精度高，表表面光洁；；可铸造形状状复杂零件件；工艺过程复复杂，生产产周期长，，成本高；；适于铸造小小尺寸的各各类合金铸铸件，特别别是少切削削或无切削精密密铸件。铸件尺寸不不能太大，，质量一般般小于25Kg。熔模铸造二、金属型型铸造（permanentmoldcasting）定义：指在重力作作用下将金金属液浇注注入金属铸铸型获得铸铸件的方法法。也称称永久型铸造造。应用范围：主要用于有有色金属件件的大批量量生产。例例如：铝活活塞、汽缸缸体等。特点：可重复使用用，生产效效率高，劳劳动条件好好，但成本本高；铸件精度高高，表面粗粗糙度较低低；金属属散散热热性性能能好好，，晶晶粒粒细细化化，，机机械械性性能能好好；；不透透气气且且无无退退让让性性，，易易造造成成铸铸件件浇浇不不足足或或开开裂裂。。金属属型型铸铸造造三、、压压力力铸铸造造（pressurecasting）定义义：指将将液液态态或或半半液液态态合合金金浇浇入入压压铸铸机机的的压压室室中中，，使使之之在在高高压压和和高高速速下下充充填填型型腔腔，，并并在在高高压压下下成成形形结结晶晶而而获获得得铸铸件件的的一一种种铸铸造造方方法法。。应用用范范围围:目前前主主要要用用于于大大批批生生产产的的低低熔熔点点合合金金中中小小型型(几几克克至至20～～30kg)铸铸件件，，应应用用广广泛泛。。特点点：：浇注注时时间间短短，，易易于于机机械械化化、、自自动动化化作作业业；；铸型型散散热热快快，，晶晶粒粒细细化化，，耐耐磨磨、、耐耐蚀蚀性性好好；；铸件件尺尺寸寸精精度度高高，，表表面面光光洁洁；；投资资大大，，成成本本高高，，生生产产率率高高，，不宜宜小小批批量量生生产产。压力力铸铸造造四、、低低压压铸铸造造（lowpressurecasting））定义义：指液液态态金金属属在在低低的的气气体体压压力力作作用用下下从从坩坩埚埚中中自自下下而而上上地地充充填填型型腔腔并并凝凝固固而而获获得得铸铸件件的的一一种种铸铸造造方方法法。。动画画特点点和和应应用用：充型型压压力力和和充充型型速速度度易易于于控控制制，，气气孔孔、、夹夹渣渣较较少少；；铸型型散散热热快快，，组组织织致致密密，，机机械械性性能能好好；；无需需冒冒口口设设置置，，金金属属利利用用率率高高；；铸件件尺尺寸寸精精度度高高，，表表面面光光洁洁；；适于于铝铝、、镁镁合合金金中中、、小小型型件件的的成成批批大大量量生生产产。。如发发动动机的的汽汽缸缸体体和和汽汽缸缸盖盖、、汽汽车车轮轮芯芯等等五、、离离心心铸铸造造（cent