金属材料及工艺课件 第9章

第九章铸造工艺基础

铸造：将液态金属浇到事先做好的、具有与零件形状、尺寸相适应的铸型型腔中，待其冷却凝固，以获得毛坯或零件的生产方法，称为铸造。主要工艺过程（以砂型铸造为例）

砂型铸造过程示意zhengmu[1]应用实例：机床、汽车、拖拉机、机车、冶金机械、锻压机械等工艺特点：

a成型能力强

b适应范围广：合金、结构、生产类型

c成本低廉d缺陷多、组织不够致密。主要方法9.1液态合金的充型充型液态合金的充型能力：液态合金充满铸型，获得形状完整、轮廓清晰的铸件的能力。重要性：浇不足、冷隔，补缩效果。影响因素：合金的流动性流动性：液态金属本身的流动能力称为“流动性，是金属的铸造性能之一，与金属的成分、温度、杂质含量及其物理性质有关。流动性的衡量：用螺旋形试样。优点：灵敏度高、对比形象、可供金属液流动相当长的距离，铸型的轮廓尺寸并不太大缺点：金属流线弯曲，沿途阻力损失较大，流程越长，散热越多，故金属的流动条件和温度条件都在随时改变影响流动性的因素：主要是化学成分。流动性和充型能力的关系。

浇注条件浇注温度充型压力浇注系统铸型的充填条件铸型材料铸型温度铸型中的气体铸件结构9.2.1铸件的凝固方式铸件凝固断面上的三个区域：固相区、凝固区、液相区。

9.2铸件的凝固与收缩特性凝固方式的划分原则：按凝固区的宽窄。三种凝固方式a

逐层凝固b

糊状凝固c

中间凝固影响凝固方式的因素a

合金的凝固温度范围b

铸件断面的温度梯度凝固方式对铸件质量的影响：充型、补缩9.2.2铸造合金的收缩收缩：收缩的三个阶段：a

液态收缩b

凝固收缩c

固态收缩常用合金的收缩特性：灰口铸铁最小，铸钢最大。收缩特性对铸件质量的影响：液态、凝固收缩→缩孔（松）固态收缩→铸造内应力、变形、裂纹。线收缩影响铸件尺寸影响铸造合金收缩的主要因素：

化学成分

浇注温度

铸件结构和铸型条件9.3.3铸件中的缩孔与缩松概念铸造合金在凝固过程中，液态收缩和凝固收缩得不到补充而出现的空洞，常出现在最后凝固的部位。种类

集中缩孔（简称缩孔）

分散缩孔（缩松）危害

减小有效承载面积

产生应力集中

降低气密性。缩孔与缩松的形成缩孔特征：倒锥形、容积大，表面粗糙，常在铸件上部或最后凝固部位。suoshiyi[1]产生原因

液态收缩和凝固收缩大于固态收缩而得不到补缩产生条件

铸件以逐层凝固方式凝固特点

大而集中，表面氧化。对铸件质量的影响：外观、力学性能下降。缩松的形成形成过程种类

宏观缩松、显微缩松产生原因

液态收缩和凝固收缩大于固态收缩而得不到补缩产生条件

铸件以糊状凝固方式凝固或在缩孔下方特点

细小、分散，表面氧化。对铸件质量的影响：渗漏、物理化学性能下降

缩孔和缩松的防止缩孔的防止顺序凝固的原则：在铸件上可能出现缩孔的厚大部位安放冒口等措施，使铸件上远离冒口的部位先凝固，尔后是靠近冒口的部位凝固，最后才是冒口凝固，铸件上最后凝固部位的收缩由冒口补充。实现顺序凝固的工艺措施：冒口、冷铁、补贴等。顺序凝固与逐层凝固的区别顺序凝固的弊端缩松的防止冒口对缩松效果较差。改变合金的凝固方式选用结晶温度范围窄的合金。

内应力：在没有外力的条件下平衡于物体内部的应力。暂时应力和残余应力。铸造应力产生原因：固态收缩受阻。类型：热应力、机械应力、相变应力。

9.3铸造内应力、变形和裂纹热应力产生：壁厚不均→冷速不同→收缩量不同→内应力分析：以厚薄不同的T形杆铸件为例。两种状态：

T>T临，塑性状态。

T<T临，弹性状态。冷却曲线，如图。

冷却过程：t0—t1Ⅰ部分塑性→压应力→塑性压缩变形→应力消失

Ⅱ部分塑性→拉应力→塑性拉伸变形→应力消失t1—t2Ⅰ部分塑性→压应力→塑性压缩变形→应力消失

Ⅱ部分弹性→拉应力→无拉伸变形→无应力t2—t3Ⅰ部分弹性→拉应力→弹性拉伸变形→残余拉应力

Ⅱ部分弹性→压应力→弹性压缩变形→残余压应力结论：厚壁处在冷却后期（弹性阶段）收缩滞后于薄壁部分，因而在冷却后期产生残余拉应力；而薄壁部分在冷却后期收缩已基本结束。因而受到厚壁部分收缩时施与的压应力yingli[1]。机械应力产生：固态收缩受到铸型（芯）的机械阻碍而产生。特性：暂时性拉应力、剪切应力。危害：与热应力厚大部分应力方向相同，在共同作用下，促进厚大部分冷裂。防止：降低铸件的收缩阻力，提高型（芯）的退让型。相变应力产生

固态相变发生的时刻不同，各部分相变程度不同。钢材加热冷却时的体积变化减小应力的措施

a

减小各部分温差，采用同时凝固的原则。

b

缓慢冷却

c

铸件结构均匀。

铸件的变形与防止产生原因：内应力造成铸件不稳定，通过自发变形减缓。变形方向：残余拉应力→压缩变形残余压应力→拉伸变形变形的预防：

a

设计合理的铸件结构（均匀、对称）。

b

采用同时凝固的原则。

c预先在模样上设计反变形量。

d

精加工前时效处理。铸件的裂纹与防止原因：铸造内应力超过强度极限。类型：热裂、冷裂。热裂特征：短、宽、曲、不规则、表面氧化。

产生：高温下（凝固后期）产生，合金形成完整骨架，但晶粒间尚有液相，强度、塑性低。影响因素：a

结晶温度范围（钢、可铁、铸铝易产生）b

合金中的S形成低熔点共晶体。c

铸型的退让性。（采用有机粘结剂、加锯末等）。冷裂特征：直、细、连续、表面干净。产生：在弹性阶段→内应力→裂纹。影响因素及防止：a

铸件内应力。b

合金的塑性。c

钢铁中的含磷量。钢>0.1%，铸铁>0.5%。

冷裂9.4铸件的缺陷与分析工序的复杂→缺陷的多样性。

气孔

气体在铸件中形成的空洞气体的来源

材料、熔炼、铸型、浇注。气孔的危害

减小承载面积、局部形成应力集中、渗漏分