第1.2讲-铸造工艺基础

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2.1液态合金的充型充型液态合金填充铸型的过程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流动性液态合金本身的流动能力影响充型能力的因素1、合金的流动性合金的主要铸造性能之一出气口浇口杯在相同的浇注工艺条件下，将金属液浇入铸型中，测出其实际螺旋线长度。浇出的试样愈长，合金的流动性愈好灰铸铁、硅黄铜的流动性最好，铸钢最差螺旋形流动性试样合金的流动性越好充型能力就越强，越容易浇出轮廓清晰的、薄而复杂的零件同时有利于非金属夹杂物和气体的上浮合金的流动性越差铸件易产生浇不足、冷隔、气孔和夹杂等缺陷合金流动性的决定因素1）具有共晶成分的合金、纯金属流动性好化学成分结晶在恒温下进行2）合金成分愈远离共晶点，结晶温度范围愈宽，流动性愈差流动性提高亚共晶铸铁随含碳量增加结晶温度范围减小PbSb20406080204060800流动性（cm）100200300温度（℃）0合金流动性主要取决于合金化学成分所决定的结晶特点

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）铸钢的流动性铸铁的流动性结论：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、壁厚薄的铸件，一定要选流动性好的合金2、浇注条件1）浇注温度浇注温度越高合金的粘度下降合金在铸型中流动时间长充型能力强浇注温度过高铸件产生缩孔、缩松、气孔、粗晶等缺陷薄壁件或流动性差的合金可适当提高浇注温度2）充型压力压力越大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3、铸型填充条件1）铸型材料导热系数越大合金的充型能力越差2）铸型温度铸型温度越高合金的充型能力越强3）铸型中气体铸型排气能力差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。2.2铸件的凝固与收缩1、铸件的凝固方式合金在凝固过程中，一般存在三个区域，即固相区、凝固区、液相区1)逐层凝固2)糊状凝固3)中间凝固表层中心t铸件固相线液相线成分温度表层中心t铸件液固液表层中心St铸件温度液相线固凝固区abc1)逐层凝固凝固区不明显2)糊状凝固凝固区很宽3)中间凝固凝固区介于1、2之间逐层凝固合金的充型能力强便于防止缩孔和缩松糊状凝固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，以便补缩或减小其凝固区域2、铸造合金的收缩收缩合金从浇注、凝固直至冷却到室温，其体积或尺寸缩减的现象合金的收缩经历如下三个阶段：1)液态收缩2)凝固收缩3)固态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终止温度到室温间的收缩体积的收缩尺寸的缩减收缩是合金的物理本性体收缩率是铸件产生缩孔或缩松的根本原因线收缩率是铸件产生应力、变形和裂纹的根本原因3、铸件中缩孔与缩松1)缩孔与缩松的形成缩孔集中在铸件上部或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、铸件愈厚，缩孔的容积愈大缩松分散在铸件某区域内的细小缩孔缩松分散在铸件某区域内的细小缩孔形成原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液体区难以得到补缩所至逐层凝固合金糊状凝固合金缩孔倾向大缩孔倾向小缩松倾向小缩松倾向大17华铸缩孔模拟结果演示2、防止缩孔和缩松的措施均使铸件力学性能下降1）选择合适的合金成分2）工艺措施顺序凝固原则获得没有缩孔的致密铸件选用近共晶成分或结晶温度范围较窄的合金定向凝固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，然后靠近冒口部位凝固，最后冒口本身凝固目的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，最后予以清除措施安放冒口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1)加大铸件的成本2)扩大了铸件各部分的温度差促进了铸件的变形和开裂倾向主要用于要求补缩的场合定向凝固的应用铝青铜、铝硅合金、铸钢件等2.3铸造内应力、变形和裂纹铸造内应力铸件在凝固收缩时，受到阻碍，内部形成的应力1、内应力的形成1)热应力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一致而引起的应力热应力的形成铸造内应力是铸件产生变形和裂纹的基本原因热应力的形成结论1）铸件的各部分截面积差越大，产生的应力差越大；2）当厚大部分进入弹性状态时（即凝固后），厚薄部分温差越大，产生的热应力越大；3）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。4）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、合金的线收缩率愈高、弹性模量愈大，热应力越大。同时凝固原则热应力的预防措施尽量减少铸件各个部位间的温度差，使其均匀冷却优点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点铸件心部容易出现缩孔或缩松应用主要用于灰铸铁、锡青铜等锡青铜倾向于糊状凝固，采用定向凝固也难消除缩松冷铁2)机械应力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机械应力使铸件产生暂时性的拉应力或剪应力上型下型落砂后随着产生弹性变形而消失，为临时应力2、铸件的变形和防止有残余应力的铸件变形减缓内应力不稳定稳定状态它在铸件冷却过程中可与热应力共同起作用，增大了某些部位的应力，促进了铸件的裂纹倾向铸件变形的防止1)铸件设计时尽量使铸件的壁厚均匀、形状对称2)在铸造工艺上应采用同时凝固原则，以便均匀冷却3)对长而容易变形的铸件，可采用“反变形”工艺+-4)对于不允许发生变形的重要机件必须进行时效处理3、铸件的裂纹和防止当铸造内应力超过金属的强度极限时，将产生裂纹裂纹热裂冷裂1)热裂在高温下形成的裂纹特征缝隙宽、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