液态金属铸造成形的基本原理

液态金属铸造成形的基本原理第一页，共四十八页，编辑于2023年，星期三2.1.1合金的铸造性能合金的铸造性能即金属在液态成形过程中表现出的性能。主要有：流动性、收缩性、吸气性、氧化性、偏析等一、合金的流动性1流动性的概念金属的流动性指液态金属本身的流动能力2流动性的测定用螺旋形标准试样形成的铸型来测量，在相同条件下，合金在其中流动的长度越长，流动性越好。目录第二页，共四十八页，编辑于2023年，星期三螺旋型标准试样第三页，共四十八页，编辑于2023年，星期三3影响合金流动性的因素主要有金属的化学成分，浇注温度和物理性质。1）合金的种类及成分的影响合金的种类不同，流动性也不同，铸钢的流动性∠硅黄铜的∠铸铁的

常用合金的流动性（砂型，试样截面8×8mm）合金种类铸型种类浇注温度/℃螺旋线长度/mm

铸铁C+Si=6.2%

C+Si=5.9%C+Si=5.2%C+Si=4.2%砂型砂型砂型砂型1300130013001300

180013001000600

铸钢C=0.4%铝硅合金（硅铝明）镁合金（含A1及Zn）锡青铜（Sn≈10%,Zn≈2%）硅黄铜（Si=1.5~4.5%）

砂型

金属型（300℃）

砂型砂型砂型1600680~72070010401100100

700~800400~6004201000第四页，共四十八页，编辑于2023年，星期三

同类合金，化学成分不同，流动性也不同：纯金属及接近共晶成分的流动好，结晶范围越宽，流动性越差Fe-C合金的流动性与含碳量的关系

第五页，共四十八页，编辑于2023年，星期三a）在恒温下凝固b）在一定温度范围内凝固第六页，共四十八页，编辑于2023年，星期三2）浇注温度

提高温度，合金的粘性降低，流动性增大。3）物理性质——粘度

粘度小的合金流动性大4合金的流动性与铸件质量的关系

合金的流动性直接影响其充型能力，进而影响铸件的质量，流动性不足易产生：

浇不足、冷隔等缺陷。第七页，共四十八页，编辑于2023年，星期三第八页，共四十八页，编辑于2023年，星期三二、合金的收缩性补充：铸件的凝固方式1收缩的概念

液态收缩凝固收缩固态收缩T浇T凝产生缩孔及缩松产生内应力及变形T℃成分液态金属在凝固时体积和尺寸的缩小现象第九页，共四十八页，编辑于2023年，星期三体收缩率：线收缩率：2收缩的表示方法第十页，共四十八页，编辑于2023年，星期三3影响收缩的因素★化学成分合金不同，化学成分不同，其收缩率也不同；

C%含量增大，碳钢的收缩量增大；铸铁的收缩率小于碳钢。

几种铁碳合金的体积收缩率合金种类含碳量/%浇注温度/℃液态收缩/%凝固收缩/%固态收缩/%总体积收缩/%铸造碳钢白口铸铁灰口铸铁0.353.003.51610140014001.62.43.534.20.17.85.4~6.33.3~4.212.412~12.96.9~7.8第十一页，共四十八页，编辑于2023年，星期三★浇注温度浇注温度越高，液态收缩越大，合金的总收缩量也大。★铸型条件铸型对铸件收缩的阻力越大，收缩越小。★铸件结构铸件结构越复杂，对收缩的阻力越大，收缩较小。4合金的收缩性与铸件质量的关系

液态收缩和凝固收缩——缩孔、缩松。固态收缩——内应力、变形、甚至开裂。第十二页，共四十八页，编辑于2023年，星期三1)缩孔和缩松形成及防止缩孔的形成过程第十三页，共四十八页，编辑于2023年，星期三过程缩松的形成第十四页，共四十八页，编辑于2023年，星期三暗冒口缩孔的防止：用顺序凝固方法防止距离在铸件的厚截面处加补缩冒口，使铸件按照

薄截面——次厚截面——厚截面——冒口的顺序凝固，将缩孔转移到冒口中，以防止铸件内产生缩孔的铸造工艺措施。第十五页，共四十八页，编辑于2023年，星期三第十六页，共四十八页，编辑于2023年，星期三外冷铁的使用第十七页，共四十八页，编辑于2023年，星期三内冷铁的使用第十八页，共四十八页，编辑于2023年，星期三第十九页，共四十八页，编辑于2023年，星期三2)铸造应力、铸件的变形及裂纹(1)铸造应力的形成及防止a.铸造内应力的形成及防止铸件图第二十页，共四十八页，编辑于2023年，星期三★铸造内应力的形成原因（a）凝固结束的铸件（b）高温暂时应力状态(c)瞬时零应力状态（d）室温残余应力状态第二十一页，共四十八页，编辑于2023年，星期三★铸造内应力的防止与消除基本思路：尽量减少铸件各部位间的温度差，使其均匀冷却。工艺上：同时凝固防止铸造内应力的方法设计上：截面均匀第二十二页，共四十八页，编辑于2023年，星期三冷铁距离铸件的同时凝固原则消除内应力的方法自然时效人工时效（去应力退火）第二十三页，共四十八页，编辑于2023年，星期三顺序凝固与同时凝固的区别铸件心部易产生缩孔和缩松易产生应力，材质浪费大，工艺复杂，使铸件成本提高。灰铸铁、锡青铜铝青铜、铝硅合金和铸钢件缺点应用场合作用防止缩孔防止内应力工艺措施顺序凝固同时凝固第二十四页，共四十八页，编辑于2023年，星期三b.机械应力的形成与防止★形成原因：合金的线收缩受到铸型、型芯、浇冒系统的机械阻碍而形成的应力。★防止方法：增加造型材料的退让性、铸件及时出型。上型下型第二十五页，共四十八页，编辑于2023年，星期三（2）铸件的变形与防止a.铸件的变形

第二十六页，共四十八页，编辑于2023年，星期三床身的变形第二十七页，共四十八页，编辑于2023年，星期三平板铸件的变形第二十八页，共四十八页，编辑于2023年，星期三铸造内应力作用下铸件的变形规律：

★受拉应力的部位缩短★受压应力的部位伸长第二十九页，共四十八页，编辑于2023年，星期三有一直径为φ50mm，高100mm的圆柱形铸件，已知清理后未发生变形，假定立即进行切削加工，当：

①中心钻一φ30mm的通孔；

②车去厚度为15mm的外圆；

③铣去20mm一边。

问该铸件会发生怎样的变形？试验：第三十页，共四十八页，编辑于2023年，星期三第三十一页，共四十八页，编辑于2023年，星期三第三十二页，共四十八页，编辑于2023年，星期三第三十三页，共四十八页，编辑于2023年，星期三b.防止铸件变形的方法设计上：

★结构简单，以减少收缩阻力；★壁厚均匀，厚薄逐步过渡，以减少温差;★设计加强筋，以增加铸件刚性。工艺上：反变形法第三十四页，共四十八页，编辑于2023年，星期三（3）铸件的裂纹及防止a.热裂特征：裂纹短、缝隙宽、形状曲折、缝内呈氧化色。防止：减少含S量、减少铸型阻力。b.冷裂特征：裂纹细小，呈连续直线状,缝内有金属光泽或轻微氧化色。防止：降低内应力、避免应力集中、降低含P量、设防裂筋、及时出型减少机械阻力。第三十五页，共四十八页，编辑于2023年，星期三三、合金的吸气性合金在熔炼和浇注时吸收气体的性能称为合金的吸气性氢在纯铝中的溶解度产生气孔第三十六页，共四十八页，编辑于2023年，星期三合金的吸气性与铸件质量的关系

溶解在合金中的气体因合金的凝固、冷却、溶解度下降而析出，使铸件形成气孔。1.气孔的危害

破坏了金属材质的连续性，减少了铸件的截面，产生应力集中。导致：铸件的力学性能，特别是铸件的冲击韧性、疲劳强度下降，使高致密铸件产生渗漏而报废。

第三十七页，共四十八页，编辑于2023年，星期三2.气孔种类a.侵入气孔

砂型或砂芯受热而产生的气体侵入金属内部而形成的气孔，通过降低型砂的发气量，增强砂型的排气能力，正确设计浇冒口防止。b.反应气孔

合金液与型砂的水分、冷铁、芯撑之间或合金内部某些元素、化合物之间发生化学反应产生气体而形成的气孔。通过严格控制型砂的水分，降低合金液的含气量，保证冷铁、芯撑干燥、无锈、无油漆。c.析出气孔

合金冷凝时溶解于合金液中的气体溶解度逐渐下降以气泡形式析出。可通过严格控制炉料质量，熔炼操作，浇注工艺防止。第三十八页，共四十八页，编辑于2023年，星期三合金的铸造性能顺序凝固应力固态收缩浇不足冷隔液态收缩凝固收缩缩孔缩松合理设计浇注系统提高流动性同时凝固均匀壁厚时效变形裂纹减小应力减小材料脆性设防裂筋减小应力反变形法设加强筋小结：流动性收缩性吸气性侵入气孔反应气孔析出气孔第三十九页，共四十八页，编辑于2023年，星期三2.1.2铸件缺陷分析及铸件质量控制一、常见铸件缺陷类别名称类别名称类别名称孔眼类气孔形状、尺寸和重量不合格多肉表面缺陷粘砂缩孔浇不足夹砂缩松落砂冷隔渣眼（夹渣）抬箱成分、组织和性能不合格化学成分不合格砂眼错箱金相组织不合格铁豆偏芯偏析裂类纹热裂变形过硬（白口）冷裂形状、尺寸和重量不合格物理、力学性能不合格第四十页，共四十八页，编辑于2023年，星期三二、控制铸件质量的途径1、合理选定铸造合金和铸件结构2、合理制定铸件的技术要求3、模样质量检验4、铸件质量检验5、铸件热处理第四十一页，共四十八页，编辑于2023年，星期三补充1：液态合金的充型

一充型概念

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。二影响充型能力的因素1合金的流动性2浇注条件★浇注温度

浇注温度越高，充型能力越强。★充型压力液态合金在流动方向上所受的压力，压力越大，充型能力越强。

第四十二页，共四十八页，编辑于2023年，星期三3铸型填充条件液态合金充型时，铸型的阻力将影响合金的流动速度，而铸型与合金间的热交换又将影响合金流动的时间，因此，铸型的如下因素对充型能力有显著影响。★铸型的导热能力铸型材料的导热系数和比热容愈大，对液态合金的激冷能力愈强，合金的充型能力就愈差。★铸型温度★铸型中的气体包括：型腔中的气体，型砂中的水分汽化，煤粉等有机物燃烧产生的气体。防止方法：减少气体来源－干型；型砂具有良好的透气性；开设出气口。视频，浇不足与冷隔第四十三页，共四十八页，编辑于2023年，星期三补充2：铸件的凝固方式一铸件凝固过程中的横断面

三个区域：固相区