铸造的工艺基础

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1、第一节概述第二节铸造的工艺基础第三节砂型铸造第四节特种铸造第二章铸造金属的成形方法可分为铸造、塑性成形（或称压力加工）、切削加工、焊接和粉末冶金五大类。铸造是生产金属零件毛坯的主要工艺方法之一，与其它工艺方法相比，它具有成本低，工艺灵活性大，适合生产不同材料、形状和重量的铸件，并适合于批量生产。第一节概述但它的缺点是公差较大，易产生内部缺陷。第二节铸造的工艺基础定义：铸造是指将熔融态的金属（或合金）浇注于特定型腔的铸型中凝固成形的金属材料成形方法。铸造的基本过程：液态金属充型铸件凝固收缩实质：液态金属（或合金）充填铸型型腔并在其中凝固和冷却。砂型铸造概略图主要影响因素铸造的主

2、要影响因素主要体现在二个方面：一是影响充型的主要因素和影响凝固收缩的主要因素。阶段主要影响因素铸造充型金属的流动性浇注温度充型压力凝固收缩凝固方式冷却速度金属的流动性：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金属流动性测试实验实验如右图所示：浇注温度：T浇注↑t凝固↑流动性↑δ粘度↓充填路径↑充型能力↑充型能力：P充型↑V流动↑充型能力↑铸件的凝固方式：在铸件凝固过程中，对铸件质量影响较大的主要是固液两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。逐层凝固纯金属和共晶成分的合金在凝固中因为不存在固液两相并存的凝固

3、区，所以固体与液体分界面清晰可见，一直向铸件中心移动。糊状凝固铸件在结晶过程中，当结晶温度范围很宽，且铸件截面上的温度梯度较小，则不存在固相层，固液两相共存的凝固区贯穿整个区域。中间凝固大多数合金的凝固是介于逐层凝固和糊状凝固之间，称为中间凝固。一般认为：铸模的冷却能力越大，越有利于在结晶过程中保持较大的温度梯度，从而利于柱状晶区的发展。柱状晶择优取向，晶界往往容易富集第二相，特别是在两种位向交叉面是受力的薄弱环节，轧制时容易开裂。因此，钢铁或镍合金（塑形较差）应避免柱状晶的出现；而有色金属，有时要求获得柱状晶。思考：若要避免柱状晶的出现，应采用哪种凝固方式，并如何实现？讨论

4、：铸件的收缩：定义：收缩是指合金从浇注、凝固到冷却至室温的过程中，其体积或尺寸缩减的现象。分类：分为三类，液态收缩、凝固收缩和固态收缩。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收缩率：体积收缩是指单位体积的收缩量（体积收缩率）。线收缩是指单位长度上的收缩量（线收缩率）。体积收缩率：线收缩率：其中V0，L0表示铸件在高温T0时的体积和一维方向的长度；V1，L1表示铸件在高温T1时的体积和一维方向的长度。注意：在铸模尺寸设计时必须考虑铸件的收缩因素。即利用每种材料特定的收缩率和实际铸件的尺寸，来换算成铸模型腔的尺寸。合金的收缩给铸模的

5、设计和铸件的精密成形等带来较大困难，是多数铸造缺陷产生的根源。3.3～4.20.13.614003.50灰口铸铁5.4～6.34.22.414003.00白口铸铁7.863.01.616100.35碳钢固态收缩（％）凝固收缩（％）液态收缩（％）浇注温度（℃）碳含量（％）合金种类表2-1典型合金的收缩率εV缩孔：铸造缺陷定义：缩孔是指金属液在铸模中冷却和凝固时，在铸件的厚大部位及最后凝固部位形成一些容积较大的孔洞。产生原因：先凝固区域堵住液体流动的通道，后凝固区域收缩所缩减的容积得不到补充。疏松：定义：疏松是指金属液在铸模中冷却和凝固时，在铸件的厚大部位及最后凝固部位形成一些分

6、散性的小孔洞。产生原因：当合金的结晶温度范围很宽或铸件断面温度梯度较小时，凝固过程中有较宽的糊状凝固两相并存的区域。随着树枝晶长大，该区域被分割成许多孤立的小熔池，各部分熔池内剩余液态合金的收缩得不到补充，最后形成了形状不一的分散性孔洞即缩松。另外，疏松还可能由凝固时被截留在铸件内的气体无法排除所致。不过，疏松内表面应该是光滑，近似球状。危害：显著降低铸件的机械性能，造成铸件渗漏等。防止措施：采取顺序凝固的办法避免缩孔、疏松的出现。顺序凝固示意图安装冒口或放置冷铁等工艺措施，使铸件上远离冒口的部位先凝固（图中Ⅰ），尔后在靠近冒口的部位凝固（图中Ⅱ、Ⅲ），最后是冒口本身凝固。顺

7、序凝固：是指通过在铸件上可能出现疏松的后大部位内置冷铁法外置冷铁法设置冒口法冒口、冷铁共用法裂纹与变形：在铸件的固态收缩阶段会引起铸造应力。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铸造应力：铸件特殊位置的裂纹示意图裂纹的常见部位：裂纹和变形的防止：以有利于释放铸造应力为原则；1、采用正确的铸造工艺（正确设计浇注系统、补缩系统等）；2、铸件形状设计要求简单、对称和厚薄均匀；3、对铸件进行热处理。其它铸造缺陷：鼓泡