金属工艺学-2铸造

2023/2/11第二篇铸造第二篇铸造2023/2/12司母戊方鼎（商）

青铜器，铸于商朝，司母戊鼎通高133厘米,横长110厘米,宽78厘米，重875公斤，纹饰华美2023/2/13越王勾践剑2023/2/14曾侯乙编钟

战国时代初期（公元前433）南部诸候国曾国国君曾候乙的殡葬物。全套编钟上装饰有人、兽、龙等花纹，铸制精美，花纹细致清晰，并刻有错金铭文，用以标明各钟的发音音调。

2023/2/15永乐大钟（明）青铜，铸于1420年，为明成祖朱棣亲自设计。重46.5吨，铸有23万经文铸造于后周公元953年。铁狮子通高5.78米，身长6.5米，体宽3.17米，重约30吨沧州铁狮2023/2/16第二篇铸造一、概述铸造(Casting)：将熔炼好的液态金属浇注到与零件的形状、尺寸相适应的铸型空腔中，待其冷却凝固，以获得毛坯或零件的成型方法。金属熔化液态金属浇入铸型落砂清理后成为铸件2023/2/17第二篇铸造二、铸造特点铸造的优点：（1）材料来源广；（2）废品可重熔；（3）设备投资低。

1．可生产任意复杂形状的制件，特别是内腔形状复杂的毛坯。如汽缸体、汽缸盖、蜗轮叶片、床身件等。（1）合金种类不受限制；（2）铸件大小几乎不受限制。2．适应性强：

3．成本低：

4．对于某些塑性很差的材料，如铸铁等，液态成形是制造其毛坯或零件的唯一成型工艺。飞机叶轮2023/2/18第二篇铸造铸造的缺点：金属液态成形工艺过程比较复杂，一些工艺过程还难以控制；液态成形零件，其内部组织的均匀性、致密性一般较差；液态成形零件缺陷较多，易出现缩孔、缩松、气孔、砂眼、夹渣、夹砂、裂纹等缺陷，产品质量不够稳定；由于铸件内部晶粒粗大，组织不均匀，且常伴有缺陷，其力学性能低于同类材料采用其它成型方法所得到的毛坯或零件。2023/2/191、铸造工艺基础围绕金属或合金的铸造性能，学习铸造工艺成型基础。2、砂型铸造回顾砂型铸造的造型方法和生产过程，学习砂型铸造工艺方案的制定。3、特种铸造了解几种特种铸造方法的原理、特点及适用范围。4、铸造工艺设计要点掌握铸件结构设计（工艺性）第二篇铸造主要内容2023/2/110第五章铸造工艺基础教学要求：

1.要重点掌握铸造合金液体的流动性及其影响因素；

2.缩孔与缩松的产生与防止；

3.铸造应力、变形与裂纹的产生与防止。

4.掌握铸件质量的综合控制方法。

5.2铸造合金的凝固与收缩5.1液态合金的充型5.3铸造内应力、变形与裂纹5.4铸件的气孔与偏析（自学）作业：P68:5.1;5.4;5.5液态合金的工艺性能铸造性能通常是指合金的流动性、收缩性、吸气性及偏析等性能合金铸造性能是选择铸造金属材料，确定铸件的铸造工艺方案及进行铸件结构设计的依据2023/2/111第二篇铸造第一节液态合金的充型充型：液态合金填充铸型的过程，简称充型。充型能力：液态金属充满铸型型腔，获得尺寸精确、轮廓清晰的成型件的能力。充型能力的决定因素合金的流动性浇注条件铸型填充条件铸件结构等充型能力不足浇不足冷隔夹砂气孔夹渣2023/2/112第二篇铸造一、合金的流动性合金的流动性：液态合金本身的流动能力。1）流动性愈好，充型能力愈好，愈便于浇铸出轮廓清晰、薄而复杂的铸件。

2）合金流动性的测定：将合金液浇入铸型中，冷凝后测出充满型腔的螺旋形试样长度来衡量。在相同浇注条件下，浇出的试样愈长，合金的流动性越好，合金充型能力越好。2023/2/113铸钢的流动性铸铁的流动性几种不同合金流动性的比较2023/2/114合金流动性的决定因素：合金的种类:

合金不同流动性不同；化学成分：同种合金，成分不同，具有不同的结晶特点，流动性也不同；第二篇铸造Fe-C合金流动性与含碳量关系液相线与固相线间的距离（T液－T固）称为结晶间隔。结晶间隔越大流动性越差，反之越好，因此共晶成分合金流动性最好。2023/2/115几种不同合金流动性的比较合金造型材料浇注温度螺旋线长度灰铸铁C+Si=5.2%C+Si=4.2%砂型砂型1300℃

1300℃1000mm600mm铸钢(0.4%Ｃ)砂型1600℃100mm锡青铜(9%～11%Sn2%～4%Zn)砂型1040℃420mm硅黄铜(1.5～4.5%Si)砂型1100℃1000mm铝合金(硅铝明)金属型(300℃)680～720℃700～800mm实验证明铸铁和硅黄铜的流动性最好，铝合金的流动性次之，铸钢的流动性最差。第二篇铸造2023/2/116二、浇注条件1、浇注温度浇注温度↑→液态合金含热量多→铸型温度↑→液态合金冷却速度↓→合金流动性↑→充型能力↑温度过高，总收缩量增加，易产生缩松、缩孔、粗晶、气孔等缺陷。2、充型压力（液态金属在流动方向上所受的压力称为充型压力）充型压力↑→充型能力↑3、浇注系统

结构越复杂，则流动阻力↑充型能力↓第二篇铸造2023/2/117三、铸型填充条件1、铸型的蓄热能力：铸型从液态合金中吸收和存储热量的能力导热系数大，比热大，对液态合金的激冷能力越强，充型能力↓2、铸型温度温度↑→液态合金冷却速度↓→充型能力↑3、铸型中气体排气能力差，型腔中气体压力增大，阻碍液态合金的充型，

所以铸型应具有良好透气性，并在最高处设出气口。

当铸件壁厚过小，壁厚急剧变化或有大的水平平面结构（铸件壁厚相同时，垂直壁比水平壁更容易充填）时，会使金属液流动困难，因此，设计壁厚必须大于规定的最小允许壁厚。第二篇铸造四、铸件结构

(铸件最小壁厚)2023/2/1181.液态合金的充型能力与合金的流动性有何关系?2.不同化学成分的合金为何流动性不同?3.某企业生产一批铸件经常出现浇不足、冷隔等缺陷，试提出改进措施？4.如何提高合金液的充填能力？5.既然提高浇铸温度可提高液态合金的充型能力，但为什么要防止浇铸温度过高？思考第二篇铸造2023/2/119第二节铸件的凝固与收缩第二篇铸造逐层凝固

糊状凝固中间凝固

在铸件的凝固过程中，其截面一般存在三个区域，即液相区、凝固区、固相区。对铸件质量影响较大的主要是液相和固相并存的凝固区的宽窄。铸件的凝固方式就是依据凝固区的宽窄来划分的。一、铸件的凝固方式

2023/2/120第二篇铸造

逐层凝固（充型能力好，便于补缩）1、凝固方式糊状凝固(易形成缩松、难以获得结晶紧实的铸件）中间凝固（介于上两者间）（1）合金的结晶温度范围

合金的结晶温度范围愈小，凝固区域愈窄，愈倾向于逐层凝固。（2）铸件的温度梯度

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。若铸件内外层之间的温度差由小变大，则其对应的凝固区由宽变窄。2、影响铸件凝固方式的因素2023/2/121二、合金的收缩1.收缩的概念：铸造合金在浇注、凝固、直至冷却到室温的过程中，其体积或尺寸缩减的现象称为收缩。第二篇铸造铸造合金的收缩阶段：从浇注温度到凝固开始（即液相线）温度间的收缩。：从凝固开始到凝固终止（即固相线）温度间的收缩。：从凝固终止温度到室温间的收缩。2023/2/122合金收缩固态合金冷却液态合金冷却液态收缩凝固收缩缩孔:恒温下结晶缩松:两相区结晶固态收缩（线收缩）裂纹变形应力铸型条件铸件结构浇注温度化学成分(c含量)合金收缩第二篇铸造（体收缩）2023/2/123影响合金收缩的因素：

（1）化学成分（碳存在形式）第二篇铸造铸铁中的碳以石墨形式析出时，会抵消部分凝固收缩。渗碳体片状石墨

（2）浇注温度：浇注温度越高，过热度越大，液态收缩量越大，故总收缩量增加。

（3）铸型条件与铸型结构：铸型条件与铸型结构越复杂，收缩受阻越严重，故总收缩量减少。2023/2/124

在铸造的实际生产中，常采用“高温出炉，低温浇注”的原则，为什么？思考第二篇铸造2023/2/125

在铸造的实际生产中，常采用“高温出炉，低温浇注”的原则，为什么？第二篇铸造

高温出炉有利于渣气上浮、净化铁水；浇注温度越高，充型能力越好，可防止铸件产生浇不足、冷隔等铸造缺陷，但浇注温度过高，液态金属的总收缩量增加，吸气增多，氧化严重，铸件容易产生缩孔、缩松、粘砂、气孔、粗晶等缺陷，因此，在保证足够流动性的前提下尽量降低浇注温度。思考2023/2/126三.缩孔的形成

1)缩孔的定义：液态金属在冷凝过程中，若其液态收缩和凝固收缩所缩减的容积得不到补充，则在铸件最后凝固的部位形成大而集中的孔洞称为缩孔。

2)缩孔的形成条件：铸件呈逐层凝固方式凝固。

3)易形成缩孔的金属：纯金属、共晶成分和凝固温度范围窄的合金。第二篇铸造2023/2/127四.缩松的形成第二篇铸造

1)缩松的定义：液态金属在冷凝过程中，若其液态收缩和凝固收缩所缩减的容积得不到补充，则在铸件最后凝固的部位形成细小而分散的孔洞称为缩松。

2)缩松的形成条件：铸件呈糊状凝固方式凝固。

3)易形成缩松的金属：非共晶成分或有较宽结晶温度范围的合金。2023/2/128第二篇铸造五.影响缩孔和缩松形成的因素

合金成分浇注条件铸型材料铸件结构2023/2/129第二篇铸造1）合金成分2）浇注条件

（1）提高浇注温度，使合金的总收缩量增大，缩孔倾向增加。（2）降低浇注速度或向冒口中不断补浇高温合金液，使铸件补缩，使得合金的总收缩量减小，缩孔容积减小。2023/2/130第二篇铸造3）铸型材料铸型材料的冷却能力强，缩松倾向减少。4）铸件结构铸件结构与形成缩孔、缩松的关系极大。

①缩孔易出现的部位:铸件最后凝固区，如壁厚较大的上部或铸件两壁相交处，这些地方称为热节处（用画内切圆法确定）。

②缩松易出现的部位:铸件壁的轴线区域、冒口根部、热节处，也常出现在集中缩孔的下方。2023/2/131浇注条件：浇注温度、充型压力、浇注系统铸型性质：铸型蓄热系数、铸型温度、铸型的发气和透气能力铸件结构：铸件最小厚度上次课内容的回顾合金的流动性合金的种类:

合金不同流动性不同化学成分：同种合金中成分不同的合金具有不同的结晶特点，流动性也不同。（4）缩孔与缩松的形成：纯金属、共晶成分和凝固温度范围窄的合金

逐层凝固

缩孔凝固区域较宽的合金

糊状凝固

缩松（1）合金的充型能力：（2）铸件的凝固方式：逐层凝固、糊状凝固和中间凝固（3）铸件的收缩：液态收缩、凝固收缩和固态收缩2023/2/132六、缩孔和缩松的防止第二篇铸造（1）控制铸件的凝固过程顺序凝固原则同时凝固原则（2）合理采用冒口、冷铁等工艺措施2023/2/133顺序凝固原则第二篇铸造

顺序凝固原则：使铸件上远离冒口的部分到冒口之间建立一逐渐递增的温度梯度，从而实现由远离冒口的部分向冒口的方向顺序地凝固，这样铸件上每部分的收缩都能得到稍后凝固部分合金液的补充，实现以厚补薄，将缩孔转移到冒口中去。优点：冒口补缩作用好；缺点：1.铸件各部分冷却速度不一致，易产生铸造应力、变形及裂纹等缺陷；2.增加金属的消耗和切割冒口的工作量；2023/2/134第二篇铸造同时凝固原则

同时凝固原则：使铸件各部分的冷却速度尽量相等，以达到铸件各部分几乎同时凝固完结。

同时凝固方法：把内浇口开设在铸件的薄壁处以减缓冷却速度，而在厚壁处放置冷铁以加快其冷却速度。优点：1.不易产生铸造应力、变形及裂纹等缺陷；2.不必设置冒口，既简化工艺，又节省材料。缺点：使铸件中心区域出现缩松，影响铸件致密性。2023/2/135两种凝固原则的适用场合顺序凝固原则：适用于收缩较大的合金（铸钢、可锻铸铁、黄铜）；壁厚有较大悬殊或有热节存在；要求气密性高的铸件；同时凝固原则：适用于收缩较小的合金（碳、硅含量较高的灰口铸铁和球墨铸铁等）；也用于结晶范围不大、不易实现冒口补缩、对气密性要求不高的锡青铜铸件；壁厚均匀的薄壁铸件。2023/2/136合理采用冒口、冷铁等工艺措施第二篇铸造阀体铸件顺序凝固原则2023/2/1371.合金的收缩分为哪几个阶段?影响的因素有哪些?2.缩孔和缩松是如何形成的，对铸件质量有何影响，怎样防止或减小它们的危害?思考题2023/2/138第三节铸造内应力、变形与裂纹

第二篇铸造内应力热应力机械应力变形裂纹由于铸件壁厚不均匀，各部分的冷却速度也不相同，导致在同一时间内，不同部位不均衡的收缩而引起的应力。铸件冷却到弹性状态以后，由于受到铸型、型芯、浇冒口、砂箱等的机械阻碍而产生的应力。残余热应力的存在，使铸件处在一种非稳定状态，将自发地通过铸件的变形来缓解其应力，以回到稳定的平衡状态。当热应力大到一定程度会导致出现裂纹。

铸件在凝固以后的继续冷却过程中，其固态收缩受到阻碍，铸件内部即将产生内应力，称为铸造应力。2023/2/139第二篇铸造一、铸造应力1、热应力的形成过程第一阶段，两者都塑性变形，无热应力；第二阶段，一塑性，一弹性，仍无热应力；第三阶段，两者均弹性变形，冷却慢的受拉，快的受压，产生残留热应力。

（1）残留热应力和合金的弹性模量、线收缩系数、铸件各部分壁厚差别及温度差成正比。（2）壁厚差别大且按顺序凝固原则凝固的铸件易形成热应力。2023/2/140第二篇铸造2、机械应力

铸件冷却到弹性状态以后，由于受到铸型、型芯、浇冒系统的机械阻碍而形成的内应力。机械应力是暂时应力。机械应力与热应力共同作用，当大于材料的强度极限时会导致裂纹的形成，应适时开箱加以解决。2023/2/141第二篇铸造3.减小和消除铸造应力的方法（1）铸造工艺：使铸件的凝固过程符合同时凝固原则；（2）造型工艺：改善铸型、型芯的退让性，合理设置浇、冒口；（3）铸件结构：避免牵制收缩的结构，使铸件各部分能自由收缩，如铸件的结构尽可能对称、壁厚均匀，热节小而分散；（4）时效处理：人工时效（去应力退火）；自然时效。2023/2/142第二篇铸造二、铸件的变形产生原因：铸件内部有残留应力。受拉内应力的部位趋于变短。结论：（粗短（内弧）细长（外弧））厚部（粗）、心部受拉应力，出现内凹变形。

薄部（细）、表面受压应力，出现外凸变形。2023/2/143第二篇铸造防止变形的方法：1）减小铸造应力的所有方法；2）采用反变形法。反变形法2023/2/144第二篇铸造三、铸件的裂纹与防止产生原因：当铸造内应力超过金属的强度极限时，将产生裂纹。1．热裂——铸件在凝固末期高温下形成的裂纹。

热裂的形状特征是：裂纹短、缝隙宽、形状曲折、缝内呈氧化色。

热裂一般分布在应力集中部位(尖角或断面突变处)或热节处。2023/2/1452．冷裂——是铸件处于弹性状态即在低温时形成的裂纹。

冷裂的特征是：裂纹细小，呈连续直线状，缝内有金属光泽或轻微氧化色。2023/2/146冷裂的防止：1）把内浇口开在薄的轮辐处，使符合同时凝固的原则；2）对于铸钢件和铸铁件，必须严格控制磷的含量，防止冷脆性；

热裂的防止：①应尽量选择凝固温度范围小，热裂倾向小的合金。②应提高铸型和型芯的退让性，以减小机械应力。③对于铸钢件和铸铁件，必须严格控制硫的含量，防止热脆性。

3）较早打箱，以去除铸型对收缩的阻碍，打箱后立即用砂子埋好铸件，使其缓慢冷却；4）修改结构，壁厚尽可能均匀，加大轮辐和轮缘的连接圆角，以增加强度和减少应力集中。2023/2/147小结合金工艺性能充型能力凝固方式应力与变形流动性浇注条件铸型条件逐层凝固糊状凝固中间凝固收缩性能液态收缩凝固收缩固态收缩2023/2/148第二篇铸造第六章常用合金铸件的生产第一节铸铁件生产

铸铁是含碳量大于2.11%（通常为2.5%-4.0%）的铁碳合金。3.麻口铸铁：碳一部分以Fe3C的形式存在，另以石墨形式存在，是白口和灰口之间的过渡组织，因断口处有黑白相间的麻点，故而得名。性能介于白口铸铁和灰口铸铁之间，既难加工，又无特殊优点，故一般很少应用。

1.白口铸铁：碳大部分以Fe3C的形式存在，断口呈银色。由于白口铸铁中存在大量硬而脆的Fe3C

，故其性能非常硬而脆，不能切削加工，主要用于炼钢的原料或制作可锻铸铁的毛坯。2.灰口铸铁：碳大部或全部以石墨形式存在，断口呈暗灰色。

根据碳在铸铁中存在的形式【渗碳体（化合碳）和石墨（游离碳）】不同，铸铁可分为：2023/2/149(1)普通灰口铸铁石墨呈片状，强度低，塑性差，但铸造性能好，在铸铁材料中应用最广泛。(2)可锻铸铁石墨呈团絮状，因有较高的塑性和韧性而得名，其实是不可锻的。主要用于受冲击和振动的薄壁小件。

（3）球墨铸铁石墨呈球状。其强度、塑性均比可锻铸铁高，抗拉强度甚至高于碳钢，是一种高性能的铸铁材料。主要用于受力复杂的重要零件，可代替可锻铸铁和部分碳钢件。

（4）蠕墨铸铁石墨呈蠕虫状，这种石墨形态介于片状石墨和球状石墨之间。因而蠕墨铸铁同时具有片状灰口铸铁及球墨铸铁的性能特点，主要应用于经受热循环载荷的铸件及结构复杂、强度要求较高的铸件。

根据铸铁中石墨形态及结晶生长过程的不同，灰口铸铁又可分为：2023/2/150一、铸铁的性能

铸铁之所以用得如此广泛,是因为石墨的存在，石墨的存在，使铸铁具有铸钢所不具备的性能。铸铁的优点

良好的铸造性能，如流动性好、收缩小良好的切削加工性能；高的耐磨性；

良好的吸振缓冲性能；

低的缺口敏感性能。第二篇铸造2023/2/151石墨形态对铸铁性能的影响

石墨片越圆整、越细小、分布越均匀对基体割裂作用越小。第二篇铸造2023/2/152铸铁的石墨化

碳以石墨的形式析出的过程。通常视石墨化过程充分与否，会得到不同基体的铸铁组织。铸铁的基体通常有：

铁素体灰口铸铁铁素体—珠光体灰口铸铁珠光体灰口铸铁影响石墨化的因素1、化学成分C是形成石墨的元素，Si是促进形成石墨的元素，通常C%、Si%越高，越容易石墨化。第二篇铸造2023/2/1532．冷却速度在实际生产中，一般是根据铸件的壁厚（主要部位的壁厚），选择适当的化学成分（主要指碳、硅），以获得所需要的组织。由此可知：随着壁厚的增加，石墨片的数量和尺寸都增大，铸铁强度、硬度反而下降。这一现象称为壁厚（对力学性能的）敏感性。1）铸型材料2）铸件壁厚

铸件壁愈厚，冷却速度愈慢，则石墨化倾向愈大，愈易得到粗大的石墨片和铁素体基体。第二篇铸造2023/2/154铸铁壁厚（mm）102030405060704.05.06.07.0（wC+wSi）%白口铸铁麻口铸铁灰口铸铁白口铸铁：灰口铸铁：麻口铸铁：珠光体灰口铸铁珠光体+铁素体灰口铸铁铁素体灰口铸铁P+Fe3C+LeP+Fe3C+G+Le珠光体灰口铸铁：铁素体灰口铸铁：珠光体+铁素体灰口铸铁：P+G片P+F+G片F+G片第二篇铸造2023/2/155二、灰口铸铁1、普通灰口铸铁件基体：F、P、F+P生产：铁水熔炼好后直接浇铸牌号：HTXXX

HT:表示灰口铸铁中文拼音的代号

XXX:三位数字表示最抵抗拉强度(MPa)石墨形态：片状1）灰口铸铁牌号为什么不用含碳量多少表示，而用力学性能表示？2）有一铸件当其强度不够时，可否通过增大截面解决？思考第二篇铸造2023/2/1561）灰口铸铁牌号为什么不用含碳量多少表示，而用力学性能表示？

相同化学成分的铸铁，若冷却速度不同，其组织和性能也不相同。2）有一铸件当其强度不够时，可否通过增大截面解决？

不能，截面积越大，冷却速度越慢，得到的组织越大（石墨也大），强度反而降低。思考第二篇铸造2023/2/1572、灰口铸铁的孕育处理

孕育处理

—熔炼出相当于白口或麻口组织的低碳、低硅的高温铁水，向铁水中冲入细颗粒的孕育剂（促进石墨化元素），孕育剂在铁水中形成大量弥散的石墨结晶核心，使石墨化作用骤然提高，从而得到在细晶粒珠光体上均匀分布细片状石墨的组织。

孕育铸铁的性能：强度和硬度明显提高，耐磨性好，组织和性能均匀，壁厚敏感性小，同一截面上力学性能的均一性好。冷却速度对其组织和性能的影响很小。第二篇铸造孕育剂：含硅75%的硅铁，加入量为铁水重量的0.25-0.6%。

2023/2/158孕育铸铁适用于静载荷下，要求较高强度、硬度、耐磨性或气密性的铸件，特别是厚大截面铸件。如重型机床床身，汽缸体、缸套及液压件等。必须指出：①孕育铸铁原铁水的碳、硅含量不能太高；②原铁水出炉温度不应低于1400℃；③经孕育处理后的铁水必须尽快浇注，以防止孕育作用衰退。3、灰口铸铁的工艺性能3．锻造性和焊接性差。1．良好的铸造性能。良好的流动性、小的收缩率。2．良好的切削加工性能。第二篇铸造上次课内容的回顾内应力热应力机械应力铸件的壁厚不均匀，导致不同部位不均衡的收缩而引起的应力。铸件在固态收缩时受阻变形与裂纹热应力的消除方法铸件的结构：铸件各部分能自由收缩工艺方面：采用同时凝固原则时效处理：人工时效；自然时效铸件结构对称铸件壁厚均匀铸件变形的判定厚部、心部受拉应力，出现内凹变形。

薄部、表面受压应力，出现外凸变形。消除缩孔和缩松的方法顺序凝固和同时凝固原则原则合理布置内浇道及确定浇铸工艺。方法合理应用冒口、冷铁和补贴等工艺措施。2023/2/159铸铁件生产

碳在铁碳合金中的存在形式有：渗碳体和石墨铸铁分类：白口铸铁、灰口铸铁、麻口铸铁铸铁的优点石墨形态对铸铁性能的影响：石墨片越圆整、越细小、分布越均匀对基体割裂作用越小。影响石墨化因素：化学成分、冷却速度(铸件壁厚)灰口铸铁件的生产：普通灰铸铁件和孕育铸铁灰口铸铁灰铸铁球墨铸铁可锻铸铁蠕墨铸铁2023/2/160牌号铸件壁厚/mm＞抗拉强度σb/MPa≥硬度HBS主要特点用途举例HT1002.5~1010~2020~3030~501301009080110~16793~14087~13182~122铸造性能好，工艺简便，铸造应力小，不需热处理，有一定的强度和良好的减震性盖、手轮、支架，底板、机座等，对强度无要求的零件HT1502.5~1010~2020~3030~50175145130120136~205119~179110~176105~157底座、床身、工作台、法兰，工作压力不大的管件HT2002.5~1010~2020~3030~50220195170160157~236148~222134~200129~157

强度、耐磨、耐热性均较好；减震性、铸造性能良好要求强度高有一定耐腐蚀性的泵壳、容器、法兰、床身、气缸；压力位80MPa的油缸，泵体、阀门等HT2502.5~1010~2020~3030~50270240220200147~262164~247157~236150~2252023/2/161牌号铸件壁厚/mm＞抗拉强度σb/MPa≥硬度HBS主要特点用途举例HT30010~2020~3030~50290250230182~272168~251161~241强度高、耐磨性好，白口倾向大，铸造性能差。机床、冲床受力较大的床身，机座、主轴箱，齿轮，油缸，泵体，衬套，凸轮，汽缸体，气缸盖等HT35010~2020~3030~50340290260199~298182~272171~257国标GB9439-882023/2/1622023/2/163三、可锻铸铁（韧性铸铁、玛钢）可锻铸铁生产：将白口铸铁坯件经长时间的高温石墨化退火，使白口铸铁中的渗碳体分解，获得在铁素体或珠光体的基体分布着团絮状石墨的铸铁。黑心可锻铸铁(KTH,铁素体基体)珠光体可锻铸铁(KTZ)

白心可锻铸铁(KTB，很少用)种类特点：强度高σb=300-400Mpa，塑性（δ≤12%）和韧性（αk≤30J/Cm2)好。石墨化退火周期长，40-70h,铸件成本高。适用于制造承受震动和冲击、形状复杂的薄壁小件。KTH300—06

可铁黑δσb牌号抗拉强度σb屈服强度σ0.2断后伸长率（%）（L0＝3d）硬度HBS用途举例/MpaKTH300－06300－6不大于150弯头、三通、管件、中压阀门KTH330－08330－8输电线路件、农机件的犁刀、车轮壳及纺织机的盘头、龙肋等KTH350－1035020010汽车、拖拉机的前后轮壳、差速器壳、转向节壳、制动器，农机件及冷暖器接头等KTH370－12370-12KTZ450－064502706150~200曲轴、凸轮轴、连杆、齿轮、摇臂、活塞环、轴套、犁片、耙片、阐、万向接头、棘轮、扳手、传动链条、矿车轮等KTZ550－045503404180~230KTZ650－026504302210~260KTZ700－027005302240~290可锻铸铁的牌号、性能及用途举例2023/2/1642023/2/165四、球墨铸铁球墨铸铁件的生产：向高温铁水中加入一定量的球化剂和孕育剂，直接得到球状石墨的铸造合金。球化剂：金属镁或稀土镁（促使石墨在结晶时呈球状析出）孕育剂：含Si量为75%或95%的硅铁（促进铸铁石墨化，防止球化元素所造成的白口倾向

）球化处理工艺有冲入法和型内球化法。2023/2/166球墨铸铁件主要特点：石墨成球状，对基体的割裂作用已降到最低，力学性能比灰铸铁有显著提高。可通过热处理改善金属基体，进一步提高性能。这一点与灰铸铁不同。球墨铸铁较灰铸铁易产生缩孔、缩松、皮下气孔、夹渣等缺陷。石墨析出时，发生膨胀，应适当提高铸型刚度。球墨铸铁件生产中应注意的问题控制原铁液的化学成分，与一般灰铸铁基本相同；具有高C高Si,中Mn,低S、P特点。较高的铁液温度，以防止球化处理、孕育处理后铁液温度过低，产生浇不足等缺陷球化处理、孕育处理。牌号抗拉强度σb/Mpa屈服强度σ0.2/Mpa断后伸长率（%）硬度HBS基体组织用途举例≥QT400-1840025018130～180铁素体汽车﹑拖拉机的轮毂﹑驱动桥壳体﹑离合器壳﹑差速器壳﹑拨叉等，犁柱﹑犁托﹑牵引架等以及阀体﹑阀盖﹑输水管道等QT400-1540025015130～180铁素体QT450-1045031010160～210铁素体QT500-75003207170～230珠光体+铁素体内燃机泵齿轮﹑水轮机阀体﹑机车轴瓦﹑输电联板球墨铸铁的牌号、性能及用途举例2023/2/167牌号抗拉强度σb/Mpa屈服强度σ0.2/Mpa断后伸长率（%）硬度HBS基体组织用途举例≥QT600-36003703190～270珠光体+铁素体大型内燃机曲轴﹑轻型机的凸轮﹑汽缸套﹑连杆等，农机的齿条﹑齿轮机床的主轴等，通用机械的曲轴﹑缸体﹑缸套及冶金﹑矿山机械的球磨机曲轴﹑矿车轮等，小型水轮机曲轴QT700-27004202225～305珠光体QT800-28004802245～335珠光体或回火组织QT900-29006002280～360贝氏体或回火马氏体球墨铸铁的牌号、性能及用途举例2023/2/1682023/2/169五、蠕墨铸铁蠕墨铸铁的性能特点：（1）力学性能（强度和韧性）比灰铸铁高，与铁素体球墨铸铁相近。（2）壁厚敏感性比灰铸铁小得多。（3）导热性和耐疲劳性比球墨铸铁高得多，与灰口铸铁相近。（4）耐磨性比灰口铸铁好，为HT300的2.2倍以上。蠕墨铸铁主要用来代替高强度灰铸铁、合金铸铁、铁素体球墨铸铁和铁素体可锻铸铁生产复杂的大型铸件。如大型柴油机机体、大型机床立柱等，更适合制造在热循环作用下工作的零件，如大型柴油机汽缸盖、排汽管、制动盘、钢锭模及金属型等（6）工艺性能良好，铸造性能近于灰口铸铁，切削加工性能近于球墨铸铁。（5）减振性比球墨铸铁高，但比灰口铸铁低。2023/2/170第二节铸钢件生产一、铸钢的分类1.碳素铸钢2.低合金铸钢3.高合金铸钢2023/2/171二、铸钢的铸造工艺特点

1.铸钢的铸造性能差熔点高，流动性差、收缩大。1）铸件要安放冒口和冷铁；2）必须严格控制浇注温度；3）铸件的壁不能太薄；2.铸钢的热处理（细化晶粒，消除铸造应力）退火：C0.35%正火：C0.35%2023/2/172一、铸造铜合金1．铸造黄铜

2．铸造青铜

(Cu-Zn)铸造黄铜有相当高的力学性能，如σb=250~450Mpa，δ=7~30%，HBS=60~120。因其含铜量低，价格低于铸造青铜，而且它的凝固温度范围小，有优良的铸造性能。所以铸造黄铜常用于生产重载低速下或一般用途下的轴承、衬套、齿轮等耐磨件和阀门及大型螺旋桨等耐蚀件等。青铜是指除了铜锌合金以外的其它铜合金。第三节铸造有色合金2023/2/173铸造锡青铜的力学性能低于黄铜，但其耐磨、耐蚀性优于黄铜，锡青铜特别适合制造高速滑动轴承和衬套。除锡青铜外，还有铝青铜、铅青铜、铍青铜等，其中铝青铜有优良的力学性能和耐磨、耐蚀性，但铸造性能较差，仅用于重要用途的耐磨、耐蚀件。二、铸造铝合金1．铝硅合金（Al-Si）铝硅合金流动性好、线收缩率低、热裂倾向小、气密性好，又有足够的强度，所以应用最广。常用于制造形状复杂的薄壁件或气密性要求较高的铸件，如内燃机缸体、化油器、仪表外壳等。2023/2/1742．铝铜合金（Al-Cu）3．铝镁合金（Al-Mg）4．铝锌合金（Al-Zn）铝铜合金的铸造性能差，热裂倾向大、气密性和耐蚀性较差，但耐热性较好，主要用于制造活塞、汽缸头等。铝镁合金是所有铝合金中比强度最高的，主要用于航天、航空或长期在大气、海水中工作的零件等。第7章砂型铸造主要内容：

7.1造型方法的选择

7.2砂型铸造的工艺设计

7.3铸件的结构设计重点内容：1砂型铸造的工艺设计2铸件的结构设计作业：P1177.8(a)、(b)、(c)、(d)

铸造工艺图的绘制分型面的选择工艺参数的确定浇注位置的确定如何将设计的零件变成铸件？怎样生产出合格铸件铸造2023/2/1752023/2/176第二篇铸造概述零件图铸造工艺图铸型型芯芯砂模型熔化合箱落砂、清理检验铸件浇注冷却凝固2023/2/177

造型和制芯是砂型铸造最基本的工序，按照紧实型砂和起模的方法，可分为手工造型和机器造型两大类。一、手工造型1.手工造型

全部用手工或手动工具完成的造型。手工造型特点：操作灵活，工艺装备（模样、芯盒、砂箱）简单，生产准备时间短，适应性强，可用于各种大小形状的铸件。缺点是对工人技术水平要求较高，生产率低，劳动强度大，铸件质量不稳定，用于单件、小批生产。2.常用手工造型特点及应用

手工造型按模样特征可分为：整模造型，分模造型、活块造型、挖砂造型、假箱造型、刮板造型；按砂箱特征分：两箱造型、三箱造型、脱箱造型、地坑造型。第一节造型方法的选择2023/2/178为省却挖砂操作，在造型前特制一个底胎，然后在底胎上造下箱；底胎可多次使用，不参与浇注造型方法主要特点适用范围整模造型整体模，平面分型面，型腔在一个砂箱内；造型简单，铸件精度表面质量较好分模造型模样沿最大截面分为两半，型腔位于上、下两个砂箱，造型简便挖砂造型假箱造型最大截面位于一端并为平面的简单铸件的单件、小批生产最大截面在中部，一般为对称性铸件，如套、管、阀类零件单件、小批生产模样为整体，但分型面不是平面，造型时手工挖去阻碍取模的型砂，生产率低，技术水平高分型面不是平面的铸件的单件、小批生产分型面不是平面的铸件的成批生产活块造型对铸件上妨碍起模的小部分做成活动部分。起模时先取出主体部分，再取出活动部分用于妨碍起模部分的铸件的单件、小批生产2023/2/179采用活动砂箱造型，合型后脱出砂箱造型方法主要特点适用范围刮板造型用刮板代替模样造型。节约木材，缩短生产周期，生产率低，技术水平高，精度较差两箱造型铸型由上型和下型构成，各类模样，操作方便三箱造型脱箱造型用于等截面或回转体大中型铸件的单件、小批生产最基本的造型方法。各种铸型，各种批量铸件两端截面尺寸比中间大，必须有两个分型面主要用于手工造型，具有两个分型面的铸件的单件、小批生产用于小铸件的生产。地坑造型在地面砂床中造型，不用砂箱或只用上箱用于要求不高的中、大型铸件的单件、小批生产续整模造型2023/2/180分模造型2023/2/181挖砂造型2023/2/182假箱造型2023/2/183三箱造型2023/2/1842023/2/185手工造型分型方案选定86上次课内容回顾球墨铸铁、可锻铸铁、蠕墨铸铁的生产及应用铸钢件和有色金属的生产工艺特点手工造型砂型铸造机器造型

整模造型分模造型活块造型三箱造型挖砂造型刮板造型震压造型微震压实造型射压造型抛砂造型2023/2/12023/2/187二、机器造型机器造型：将填砂、紧实、和起模等主要工序实现机械化。1．机器造型的造型方法：1）震压造型2）微振压实3）射压造型4）抛砂紧实2．机器起模2023/2/188三、造型生产线2023/2/189第二节砂型铸造工艺设计第二篇铸造

铸造工艺图—将工艺设计的内容（工艺方案）用工艺符号或文字在零件图上表示出来所形成的图样。铸造工艺图的绘制分型面的选择浇注位置的确定工艺参数的确定设计要点2023/2/190第二篇铸造铸造工艺图：是在零件图上用各种工艺符号及参数表示出铸造工艺方案的图形。铸造工艺图的作用：是指导模样（芯盒）设计、生产设备、铸型制造和铸件检验的基本工艺文件铸造工艺图所含内容（9项）

浇注位置，铸型分型面，型芯的数量、形状、尺寸及其固定方法，加工余量，收缩率，浇注系统，起模斜度，冒口和冷铁的尺寸和布置等。铸造工艺图的绘制绘图要领分型面的选择浇注位置画法(上和下)工艺参数定性给出即可2023/2/191铸造工艺图中符号及其表示方法2023/2/192铸造工艺图的绘制首先考虑这个零件有几种可能的分型方案，需进行分析比较;对浇注位置有要求时要优先考虑;对浇注位置没有要求时，优先确定方案，即优先考虑分型面;绘制方法2023/2/1932023/2/194一、浇注位置的选择浇注位置：浇注时铸件在铸型中所处的空间位置。1、铸件的重要加工面和受力面应朝下或位于侧面

3、应将铸件薄而大的平面放在下部、侧面或倾斜位置4、将铸件的厚大部位朝上或侧放2、铸件的大平面应朝下

5、尽量减少型芯的数量，要有利于型芯的安装、固定、检查和排气浇注位置的选择原则（三下一上一少）2023/2/1951、铸件的重要加工面和受力面应朝下或位于侧面

机床床身浇注位置

圆锥齿轮浇注位置

内燃机汽缸套浇注位置

2023/2/1962、铸件的大平面应朝下，以免形成夹渣和夹砂等缺陷，同时也有利于排气、减小金属液对铸型的冲刷力平板铸件浇注位置

2023/2/1973、应将铸件薄而大的平面放在下部、侧面或倾斜位置，以利于合金液填充铸型电机端盖浇注位置

2023/2/1984、将铸件的厚大部位朝上或侧放，以便安放冒口，实现顺序凝固，进行补缩，从而获得组织致密，外形完整的铸件双排链轮浇注位置（铸钢）

2023/2/1995、尽量减少型芯的数量，要有利于型芯的安装、固定、检查和排气床腿铸件浇注位置

2023/2/1100二、分型面的选择选择原则为了方便起模而不损坏铸型，应选在铸件的最大截面上；应使铸件的全部或大部分，或者加工基准面与重要的加工面位于同一砂箱；尽量减少型芯和活块的数量；分型面的定义——指两半铸型相互接触的表面应尽量减少分型面的数量；分型面尽量选用平面；尽量使型腔及主要型芯位于下腔；分型面的作用——取出木模形成型腔2023/2/11011、应选在铸件的最大截面上2023/2/11022、应使铸件的全部或大部分，或者加工基准面与重要的加工面位于同一砂箱，以防止错型，减小铸件尺寸偏差水管堵头件的分型面不合理合理2023/2/11033、应尽量减少分型面的数量（一）三通铸件的分型方案2023/2/11043、应尽量减少分型面的数量（二）

机器造型多采用一个分型面、两箱造型进行生产，在不便于起模的地方采用砂芯而不采用多箱造型和活块不合理合理2023/2/11054、分型面尽量选用平面不合理合理若分型面是一曲面，则必须用假箱或挖砂造型起重臂的分型方案2023/2/11065、尽量减少型芯和活块的数量合理不合理接头分型面采用自带砂芯代替型芯2023/2/11076、尽量使型腔及主要型芯位于下腔机床支柱分型面的确定合理不合理2023/2/1108三、铸造工艺参数的确定

机械加工余量和铸孔铸造收缩率拔模斜度铸造圆角型芯及型芯头浇注系统2023/2/11091．机械加工余量和铸孔

加工余量：在铸件的加工表面上留出的准备切除的金属层的厚度。孔的铸出：要考虑铸出的可能性、必要性、和经济性。一般大孔用下芯的方式铸出，而小孔则用机加工完成。2023/2/11102023/2/1111上次课内容回顾砂型铸造的工艺设计铸造工艺图的绘制分型面的选择浇注位置的选择工艺参数的确定分型面选择原则应选在铸件的最大截面上应尽量减少分型面的数量应尽量使分型面是一个平直的面应使铸件的全部或大部分置入同一砂箱应尽量使型芯和活块的数量减少工艺参数的确定2023/2/1112浇注位置的选择原则（三下一上一少）2023/2/11132．铸造收缩率

铸件在凝固和冷却过程中会发生收缩而造成各部分体积和尺寸缩小。为了使铸件的实际尺寸符合图样要求，在制作模样和芯盒时，模样和芯盒的制造尺寸应比铸件放大一个该合金的收缩率。

合金收缩率的大小取决于铸造合金的种类及铸件的结构、尺寸等因素。通常灰铸铁的铸造收缩率是0.7%~1.0%，铸钢的铸造收缩率为1.3%~2.0%，铝合金的铸造收缩率为0.8%~1.2%，锡青铜铸造收缩率为1.2%~1.4%。铸造收缩率：2023/2/1114薄壁加，厚壁减，不薄不厚上加下减拔模斜度：为了在造型和制芯时便于起模，以免损坏砂型和型芯，凡垂直分型面的立壁，在制造模型时，必须留出一定的倾斜度。3．拔模斜度2023/2/11154．铸造圆角铸造圆角：在设计和制造模样时，相交壁的交角要做成圆角，以防止铸件交角处产生粘砂、缩孔、裂纹等缺陷。2023/2/11165．型芯及型芯头型芯的功用是形成铸件的内腔、孔洞和形状复杂阻碍起模部分的外形。2023/2/1117型芯头型芯头的作用:是型芯的定位、支撑和排气的部分，设计时需考虑：保证定位准确、能承受砂芯自身重量和液态合金的冲击、浮力等外力的作用，浇注时砂芯内部产生的气体能顺畅引出铸型等。型芯头的构造：(a)垂直芯头；(b)水平芯头2023/2/11182023/2/11196、浇注系统、冒口和冷铁1.浇注系统——引导金属液进入铸型的一系列通道的总称1）浇注系统的组成及作用浇口杯——缓和金属液对铸型的冲击、挡住部分熔渣杂质；直浇道——调节金属液流入型腔的速度和对型腔的压力，形状一般为上大下小的圆锥体；横浇道——将金属液分流到各个内浇口和挡渣；内浇道——控制金属液充填铸型的速度与方向、以及铸件的冷却速度与凝固方式。2023/2/11202.冒口（补缩）

安放在铸件上部厚大或热节的地方(a)明冒口和暗冒口；(b)大气压力冒口；(c)发热冒口2023/2/11213.冷铁

安放在铸件不便冒口补缩的厚大或热节的地方(a)、(b)、(c)外冷铁；(d)内冷铁2023/2/1122第四节液态成形工艺设计实例

①②③上下材料：HT200收缩率：1.0%2023/2/1123第二篇铸造第四章型砂铸件的结构设计第一节铸件结构与铸造工艺的关系

1.铸件的外形设计原则：1．避免外部侧凹、凸起；2．分型面应尽量为平直面；3．凸台、筋条的设计应便于起模，尽量避免使用活块和型芯；4．铸件要有结构斜度。2023/2/1124中下上下上中不合理合理2023/2/11252023/2/11262023/2/11272023/2/11282.铸件的内腔设计1．应尽量减少型芯的数量，避免不必要的型芯。内腔悬臂支架2023/2/11292．便于型芯的固定、排气和清理；2023/2/1130第二篇铸造第一节铸件结构与合金铸造性能的关系

一、铸件壁厚的设计1．合理设计铸件壁厚

1）铸件的最小壁厚：在各种工艺条下，铸造合金能充满型腔的最小厚度。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<200×20085～66533～5200×20~500×50010～126～1012846～8>500×50015～2015～2015～2010～12610～122023/2/11312）铸件的临界壁厚在最小壁厚和临界壁厚之间就是适宜的铸件壁厚。在砂型铸造条件下，临界壁厚≈3×最小壁厚

缺陷分析：

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。2．铸件壁厚应均匀、避免厚大截面2023/2/1132二、铸件壁的连接1．铸件的结构圆角2．避免锐角连接3．厚壁与薄壁间的联接要逐步过渡4．减缓筋、辐收缩的阻碍2023/2/1133实例分析：改进后的交错接头或环状接头，其热节均较改进的小，且可通过微量变形来缓解内应力，抗裂性能均较好。2023/2/11345：避免出现过大的水平面缺陷分析：薄壁罩壳铸件，当其壳顶呈水平面时，因薄壁件金属液散热冷却快，渣、气易滞留在顶面，易产生浇不足、冷隔、气孔和夹渣缺陷。实例：2023/2/1135不合理合理不合理合理2023/2/1136不合理合理2023/2/1137不合理合理2023/2/1138不合理合理2023/2/1139不合理合理2023/2/1140不合理合理2023/2/1141不合理合理2023/2/1142不合理合理2023/2/1143不合理合理特种铸造金属型铸造离心铸造压力铸造熔模铸造低压铸造挤压铸造陶瓷型铸造消失模铸造本章没有重点要求，与金工实习内容配合讲授半固态铸造石膏型铸造每种铸造方法都有各自的优势，但都不是万能工艺第八章特种铸造2023/2/11442023/2/1145第二篇铸造第一节熔模铸造熔模铸造：

用易熔材料制成模型，然后在模型上涂挂耐火材料，