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1、铸造成形技术-基本知识第1页，共65页，编辑于2022年，星期三第一章第一章 金属的铸造成形金属的铸造成形 本章学习的本章学习的根本目的根本目的是掌握铸造成形是掌握铸造成形工艺的特点、常用铸造成形方法、铸件工艺的特点、常用铸造成形方法、铸件的工艺设计及结构设计。的工艺设计及结构设计。掌握掌握影响铸造成形工艺性的主要因素；影响铸造成形工艺性的主要因素；掌握掌握砂型、金属型、熔模、实型、压力砂型、金属型、熔模、实型、压力 铸造铸造等成形过程；等成形过程；第2页，共65页，编辑于2022年，星期三了解了解铸造工艺方案的制定及铸造工艺参数确铸造工艺方案的制定及铸造工艺参数确定的原则；定的原则；了解了解
2、铸件外形、内腔、壁厚、壁间连接等设计铸件外形、内腔、壁厚、壁间连接等设计的基本原则；的基本原则；了解了解铸件缺陷产生的原因及防止方法。铸件缺陷产生的原因及防止方法。重点重点：铸造成形的理论及主要成形方法。：铸造成形的理论及主要成形方法。难点难点：铸件的工艺设计及结构设计。：铸件的工艺设计及结构设计。第3页，共65页，编辑于2022年，星期三基本知识基本知识铸造特点及合金铸造性能铸造特点及合金铸造性能合金的充型能力及影响因素合金的充型能力及影响因素合金的收缩及影响因素合金的收缩及影响因素第4页，共65页，编辑于2022年，星期三铸造特点及合金铸造性能铸造特点及合金铸造性能1 1、基本概念、基本概
3、念 熔炼金属，制造铸型，并将熔融金熔炼金属，制造铸型，并将熔融金属浇入铸型，凝固后获得一定形状和属浇入铸型，凝固后获得一定形状和性能铸件的成形方法称为性能铸件的成形方法称为铸造铸造。铸造是机械制造中生产机器零件或毛坯铸造是机械制造中生产机器零件或毛坯的主要方法之一。的主要方法之一。机床、内燃机中铸件机床、内燃机中铸件707080%80%；农业机械农业机械404070%70%。第5页，共65页，编辑于2022年，星期三砂型铸造工艺过程第6页，共65页，编辑于2022年，星期三2 2、主要特点、主要特点（l l）成形方便，工艺灵活性大）成形方便，工艺灵活性大 形状、尺寸、质量不受限制。形状、尺寸、
4、质量不受限制。尤其是尤其是复杂内腔复杂内腔的零件，铸造往往是最佳的零件，铸造往往是最佳的成形方法。如箱体、缸体、床身、机架等。的成形方法。如箱体、缸体、床身、机架等。材料范围很广，铸铁、铸钢、铜合金、铝材料范围很广，铸铁、铸钢、铜合金、铝合金、镁合金、锌合金等均可用于铸造，其合金、镁合金、锌合金等均可用于铸造，其中中铸铁铸铁材料应用最广。材料应用最广。第7页，共65页，编辑于2022年，星期三（2 2）成本低廉，设备简单、周期短）成本低廉，设备简单、周期短 材料来源广泛，且可以利用金属废料和废机材料来源广泛，且可以利用金属废料和废机件。件。一般不需要一般不需要大型、精密设备大型、精密设备。而且
5、由熔融金。而且由熔融金属直接就可获得形状和尺寸与零件接近的毛属直接就可获得形状和尺寸与零件接近的毛坯或直接获得零件（精密铸造），节省材料、坯或直接获得零件（精密铸造），节省材料、减少加工工时以及生产组织和半成品运输等减少加工工时以及生产组织和半成品运输等费用，降低了铸件的生产成本。费用，降低了铸件的生产成本。第8页，共65页，编辑于2022年，星期三（3 3）砂型铸件的力学性能较差，质量）砂型铸件的力学性能较差，质量 不够稳定不够稳定 铸件中常常有许多缺陷铸件中常常有许多缺陷(如如气孔，缩松气孔，缩松等等)，而且内部组织粗大、不均匀，其力学性，而且内部组织粗大、不均匀，其力学性能比相同材料的锻
6、件低。能比相同材料的锻件低。此外，铸造此外，铸造工序繁多工序繁多，一些工艺过程，一些工艺过程较难控制，使铸件质量不够稳定，废品较难控制，使铸件质量不够稳定，废品率较高。率较高。第9页，共65页，编辑于2022年，星期三（4）砂型铸造劳动强度大，生产条件差）砂型铸造劳动强度大，生产条件差 生产过程中的生产过程中的废气、粉尘废气、粉尘等对周围环境造等对周围环境造成污染。成污染。近几十年来，液态成形技术发展很快。许多近几十年来，液态成形技术发展很快。许多新型液态成形新型液态成形材料、新工艺、新技术材料、新工艺、新技术和和新设新设备备的出现和现代化液态成形车间或工厂的建立，的出现和现代化液态成形车间或
7、工厂的建立，使液态成形劳动条件大大改善，环境污染得到使液态成形劳动条件大大改善，环境污染得到控制，铸件的质量和性能也大大提高，铸件应控制，铸件的质量和性能也大大提高，铸件应用范围也日益扩大。用范围也日益扩大。第10页，共65页，编辑于2022年，星期三3 3、合金的铸造性能、合金的铸造性能合金的铸造性能合金的铸造性能主要是指合金的充型主要是指合金的充型能力与合金的收缩等。能力与合金的收缩等。铸造的缺陷铸造的缺陷,如如浇不足、缩孔、缩浇不足、缩孔、缩松松、铸造应力、变形、裂纹铸造应力、变形、裂纹等都与合等都与合金的铸造性能有关。金的铸造性能有关。第11页，共65页，编辑于2022年，星期三铸造缺
8、陷照片铸造缺陷照片第12页，共65页，编辑于2022年，星期三合金的充型能力合金的充型能力及及影响因素影响因素1 1、熔融合金的充型能力、熔融合金的充型能力 这里有二个基本概念即这里有二个基本概念即充型充型与与充型能力充型能力。熔化合金填充铸型的过程熔化合金填充铸型的过程,简称简称充型充型。熔融合金充满铸型型腔熔融合金充满铸型型腔,获得形状完整获得形状完整,轮轮廓清晰铸件的能力廓清晰铸件的能力,称合金的称合金的充型能力充型能力。第13页，共65页，编辑于2022年，星期三2 2、影响合金充型能力的主要因素、影响合金充型能力的主要因素(1)(1)流动性流动性 流动性指熔融金属的流动能力流动性指熔
9、融金属的流动能力,它是影响充它是影响充型能力的主要因素之一。型能力的主要因素之一。(2)(2)浇注条件浇注条件 指的是指的是浇注温度浇注温度与与充型的压力充型的压力。(3)(3)铸型条件铸型条件 熔融合金充型时，铸型的熔融合金充型时，铸型的阻力阻力及铸型对及铸型对合金的合金的冷却作用冷却作用都将影响合金的充型能力。都将影响合金的充型能力。第14页，共65页，编辑于2022年，星期三（1 1）流动性）流动性影响合金流动性的因素主要有：影响合金流动性的因素主要有：1 1、合金的种类、合金的种类 合金的流动性与合金的合金的流动性与合金的熔点、热导率、粘熔点、热导率、粘度度等物理性能有关。等物理性能有
10、关。铸钢熔点高，在铸型中散热快、凝固快，铸钢熔点高，在铸型中散热快、凝固快，则流动性差。则流动性差。第15页，共65页，编辑于2022年，星期三2 2、合金的成分、合金的成分 1 1）纯金属纯金属和和共晶合金共晶合金是在恒温下进行结是在恒温下进行结晶，结晶时从表面向中心晶，结晶时从表面向中心逐层凝固逐层凝固，流动，流动性好。性好。特别是特别是共晶合金共晶合金，熔点最低，其流动性，熔点最低，其流动性最好。最好。第16页，共65页，编辑于2022年，星期三2 2）亚共晶合金亚共晶合金在一定在一定温度范围温度范围内结晶，其内结晶，其结晶过程是在铸件截面上一定的宽度区域结晶过程是在铸件截面上一定的宽度
11、区域内同时进行的。在结晶区域中，既有形状内同时进行的。在结晶区域中，既有形状复杂的复杂的枝晶枝晶，又有未结晶的，又有未结晶的液体液体。复杂。复杂的枝晶不仅阻碍熔融金属的流动，而且使的枝晶不仅阻碍熔融金属的流动，而且使熔融金属的冷却速度加快，所以流动差。熔融金属的冷却速度加快，所以流动差。结晶区间越大，流动性越差结晶区间越大，流动性越差。第17页，共65页，编辑于2022年，星期三3 3、杂质、杂质 熔融金属中出现的固态夹杂物，将使熔融金属中出现的固态夹杂物，将使液体的液体的粘度增加粘度增加，合金的流动性下降。，合金的流动性下降。如灰铁中如灰铁中锰锰和和硫硫，多以，多以MnSMnS（熔点（熔点1
12、6501650）的形式悬浮在铁液中，阻碍铁液的流动，的形式悬浮在铁液中，阻碍铁液的流动，使流动性下降。使流动性下降。4 4、含气量、含气量 熔融金属中的含气量愈少，合金的流熔融金属中的含气量愈少，合金的流动性愈好。动性愈好。第18页，共65页，编辑于2022年，星期三第19页，共65页，编辑于2022年，星期三流动性的测定流动性的测定：“螺旋形试样螺旋形试样”。流动性愈好，浇出流动性愈好，浇出的试样愈长。的试样愈长。灰铸铁、硅黄铜灰铸铁、硅黄铜最好，最好，铝合金铝合金次之，次之，铸钢最铸钢最差差。第20页，共65页，编辑于2022年，星期三（2 2）浇注条件）浇注条件1 1、浇注温度、浇注温度
13、 浇注温度高，液态金属所含的热量多，在浇注温度高，液态金属所含的热量多，在同样冷却条件下，保持液态的时间长，所以同样冷却条件下，保持液态的时间长，所以流动性好。因此，流动性好。因此，提高浇注温度提高浇注温度是改善合金是改善合金充型能力的重要措施。充型能力的重要措施。但浇注温度过高，会使金属的吸气量和总但浇注温度过高，会使金属的吸气量和总收缩量增大，从而增加铸件其它缺陷的可能收缩量增大，从而增加铸件其它缺陷的可能性（如性（如缩孔、缩松、粘砂、晶粒粗大缩孔、缩松、粘砂、晶粒粗大等）。等）。因此，在保证流动性足够的条件下，浇注温因此，在保证流动性足够的条件下，浇注温度应尽可能低些。度应尽可能低些。第
14、21页，共65页，编辑于2022年，星期三控制浇注温度：控制浇注温度：灰铸铁：灰铸铁：1200120013801380 铸铸 钢：钢：1520152016201620 铝合金：铝合金：680680780780第22页，共65页，编辑于2022年，星期三2 2、充型压力、充型压力 压力愈大，充型能力愈好。压力愈大，充型能力愈好。砂型铸造砂型铸造时，充型压力是由直浇道的静压力时，充型压力是由直浇道的静压力产生的，适当提高直绕道的高度，可提高充型产生的，适当提高直绕道的高度，可提高充型能力。能力。但过高但过高使铸件易产生使铸件易产生砂眼、气孔砂眼、气孔等缺等缺陷。陷。在在低压铸造、低压铸造、压力铸造
15、压力铸造和和离心铸造离心铸造时，因时，因人为加大了充型压力，故充型能力较强。人为加大了充型压力，故充型能力较强。第23页，共65页，编辑于2022年，星期三第24页，共65页，编辑于2022年，星期三（3 3）铸型条件）铸型条件铸型条件影响合金充型能力有以下铸型条件影响合金充型能力有以下四个方面四个方面：1 1、铸型的蓄热能力、铸型的蓄热能力 表示铸型从熔融合金中表示铸型从熔融合金中吸收并传出吸收并传出热量热量的能力，铸型材料的的能力，铸型材料的比热和热导率比热和热导率愈大，愈大，对熔融金属的的冷却作用愈强，合金在型腔对熔融金属的的冷却作用愈强，合金在型腔中保持流动的时间缩短，合金的充型能力愈
16、中保持流动的时间缩短，合金的充型能力愈差。差。第25页，共65页，编辑于2022年，星期三2 2、铸型温度、铸型温度 铸型预热铸型预热减小了铸型与熔融金属的温度差，减小了铸型与熔融金属的温度差，减缓了合金的冷却速度，延长了合金在铸减缓了合金的冷却速度，延长了合金在铸型中的流动时间，则合金充型能力提高。型中的流动时间，则合金充型能力提高。3 3、铸型中的气体、铸型中的气体 浇注时因熔融金属在型腔中的浇注时因熔融金属在型腔中的热作用热作用而产而产生大量气体。如果铸型的排气能力差，则型腔生大量气体。如果铸型的排气能力差，则型腔中气体的压力增大，阻碍熔融金属的充型。铸中气体的压力增大，阻碍熔融金属的充
17、型。铸造时除应尽量减小气体的来源外，应增加铸型造时除应尽量减小气体的来源外，应增加铸型的的透气性透气性，并开设，并开设出气口出气口，使型腔及型砂中的，使型腔及型砂中的气体顺利排出。气体顺利排出。第26页，共65页，编辑于2022年，星期三4 4、铸件结构的壁厚、铸件结构的壁厚 当铸件当铸件壁厚过小壁厚过小、壁厚急剧变化壁厚急剧变化、结结构复杂构复杂或有或有大的水平面大的水平面时，均会使充型时，均会使充型困难。困难。在进行铸件结构设计时，铸件的形状在进行铸件结构设计时，铸件的形状应尽量简单，壁厚应大于规定的最小壁应尽量简单，壁厚应大于规定的最小壁厚。对于形状复杂、薄壁、散热面大的厚。对于形状复杂
18、、薄壁、散热面大的铸件，应尽量选择流动性好的合金或采铸件，应尽量选择流动性好的合金或采取其它相应措施。取其它相应措施。第27页，共65页，编辑于2022年，星期三第28页，共65页，编辑于2022年，星期三合金的收缩及影响因素合金的收缩及影响因素合金的收缩：合金的收缩：铸件在凝固和冷却过程中，其体积或尺铸件在凝固和冷却过程中，其体积或尺寸减少的现象称为收缩。寸减少的现象称为收缩。）收缩过程及影响因素）收缩过程及影响因素 收缩可分为收缩可分为 液态收缩液态收缩 凝固收缩凝固收缩 固态收缩固态收缩 体收缩体收缩（缩孔、缩松）（缩孔、缩松）线收缩线收缩（应力、变形、裂纹）（应力、变形、裂纹）第29页
19、，共65页，编辑于2022年，星期三收缩过程及影响因素收缩过程及影响因素1 1、收缩过程的三个阶段、收缩过程的三个阶段：液态收缩、凝固收缩液态收缩、凝固收缩和和固态收缩固态收缩 合金的合金的总收缩总收缩为上述三个阶段收缩之和。它与为上述三个阶段收缩之和。它与合金的成分、温度和相变有关。不同合金收缩合金的成分、温度和相变有关。不同合金收缩率是不同的。率是不同的。第30页，共65页，编辑于2022年，星期三2 2、影响收缩的因素、影响收缩的因素 1)1)化学成分化学成分 碳素钢随碳素钢随含碳量含碳量增加，凝固收缩增加，而增加，凝固收缩增加，而固态收缩略减。灰铸铁中固态收缩略减。灰铸铁中碳碳是形成石
20、墨化元是形成石墨化元素，素，硅硅是促进石墨化元素，是促进石墨化元素，碳硅含量增加碳硅含量增加，收，收缩率减小。缩率减小。硫硫阻碍石墨的析出，使铸铁的收缩率增大。阻碍石墨的析出，使铸铁的收缩率增大。适量的适量的锰锰，可与硫合成，可与硫合成MnSMnS，抵消硫对石墨，抵消硫对石墨的阻碍作用，使的阻碍作用，使收缩率减小收缩率减小。但含锰量过高，。但含锰量过高，铸铁的收缩率又有增加。铸铁的收缩率又有增加。第31页，共65页，编辑于2022年，星期三2)2)浇注温度浇注温度 浇注温度愈高，过热度愈大，合浇注温度愈高，过热度愈大，合金的金的液态收缩液态收缩增加。增加。第32页，共65页，编辑于2022年，
21、星期三3 3）铸件结构）铸件结构 铸件冷却时，因形状和尺寸不同，各部分铸件冷却时，因形状和尺寸不同，各部分的冷却速度不同，结果对铸件收缩产生阻碍。的冷却速度不同，结果对铸件收缩产生阻碍。4 4）铸型）铸型和和型芯对铸件的收缩也产生机械型芯对铸件的收缩也产生机械阻力阻力 铸件的实际线收缩率比自由线收缩率小。铸件的实际线收缩率比自由线收缩率小。因此设计模样时，应根据合金的种类、铸件因此设计模样时，应根据合金的种类、铸件的形状、尺寸等因素，选取适合的收缩率。的形状、尺寸等因素，选取适合的收缩率。第33页，共65页，编辑于2022年，星期三缩孔与缩松的形成与防止缩孔与缩松的形成与防止 由于由于液态收缩
22、液态收缩和和凝固收缩凝固收缩所缩减的体积得所缩减的体积得不到补充，在铸造件最后凝固部位将形成孔不到补充，在铸造件最后凝固部位将形成孔洞。洞。按孔洞的大小和分布可分为按孔洞的大小和分布可分为缩孔缩孔和和缩松缩松。缩孔是比较集中的孔洞。缩孔是比较集中的孔洞。缩松是比较分散的孔洞。缩松是比较分散的孔洞。第34页，共65页，编辑于2022年，星期三1 1、缩孔、缩孔 缩孔通常隐藏在铸件缩孔通常隐藏在铸件上部上部或或最后凝固最后凝固部位。部位。缩孔的形成过程。缩孔的形成过程。液态金属填满铸型后，因铸型吸热，靠近型腔液态金属填满铸型后，因铸型吸热，靠近型腔表面的金属很快降到凝固温度，凝固成一层外表面的金属
23、很快降到凝固温度，凝固成一层外壳，温度下降，合金壳，温度下降，合金逐层凝固逐层凝固，由于液态收缩和，由于液态收缩和补充凝固层的凝固收缩，体积缩减，液面下降，补充凝固层的凝固收缩，体积缩减，液面下降，铸件内部出现空隙，直到内部完全凝固，在铸件铸件内部出现空隙，直到内部完全凝固，在铸件上部形成缩孔。上部形成缩孔。纯金属纯金属或或共晶成分共晶成分的合金易于形成集中缩孔。的合金易于形成集中缩孔。第35页，共65页，编辑于2022年，星期三第36页，共65页，编辑于2022年，星期三2 2、缩松、缩松 将集中缩孔分散为数量极多的小缩孔。将集中缩孔分散为数量极多的小缩孔。液一固两相区液一固两相区，形成树枝
24、状结晶。这种凝固方，形成树枝状结晶。这种凝固方式称式称糊状凝固糊状凝固。枝晶长到一定程度使熔融金属被分离成彼此枝晶长到一定程度使熔融金属被分离成彼此孤立的状态，它们继续凝固时也将产生收缩，孤立的状态，它们继续凝固时也将产生收缩，这时铸件中心虽有液体存在，但由于树枝晶的这时铸件中心虽有液体存在，但由于树枝晶的阻碍使之无法补缩，在凝固后形成许多微小的阻碍使之无法补缩，在凝固后形成许多微小的孔洞。这种很细小的孔洞称为孔洞。这种很细小的孔洞称为疏松疏松。第37页，共65页，编辑于2022年，星期三缩松缩松第38页，共65页，编辑于2022年，星期三3 3、缩孔和缩松的防止、缩孔和缩松的防止 按照按照定
25、向凝固定向凝固原则进行凝固，使铸件上从远原则进行凝固，使铸件上从远离冒口的部分到冒口之间建立一个逐渐递增的离冒口的部分到冒口之间建立一个逐渐递增的温度梯度，从而实现由远离冒口的部分向冒口温度梯度，从而实现由远离冒口的部分向冒口的方向定向地凝固。的方向定向地凝固。这样铸件上每一部分的收缩都得到稍后凝固这样铸件上每一部分的收缩都得到稍后凝固部分的合金液的补充，缩孔转移到冒口部位，部分的合金液的补充，缩孔转移到冒口部位，切除后便可得到无缩孔的致密铸件。切除后便可得到无缩孔的致密铸件。合理地应用合理地应用冒口、冷铁冒口、冷铁和和补贴补贴等工艺措施是等工艺措施是消除消除缩孔、缩松缩孔、缩松的有效措施。的
26、有效措施。第39页，共65页，编辑于2022年，星期三第40页，共65页，编辑于2022年，星期三第41页，共65页，编辑于2022年，星期三铸造应力、铸件的变形铸造应力、铸件的变形与与裂纹裂纹及防止措施及防止措施 铸件收缩时受阻就产生铸件收缩时受阻就产生铸造应力铸造应力当当应力超过材料的应力超过材料的屈服极限屈服极限时，铸件产时，铸件产生生变形变形。应力超过材料的应力超过材料的抗拉强度抗拉强度时，铸件时，铸件就产生就产生裂纹裂纹。第42页，共65页，编辑于2022年，星期三1、铸造应力 按产生的原因不同，可分为按产生的原因不同，可分为热应力、收缩应力热应力、收缩应力 （1 1）热应力）热应力
27、 在凝固和冷却过程中，不同部位由于不均衡的在凝固和冷却过程中，不同部位由于不均衡的收缩而引起的应力，称收缩而引起的应力，称热应力热应力。冷却较慢的冷却较慢的厚壁处或心部厚壁处或心部受拉伸，冷却较快的受拉伸，冷却较快的薄壁处或表面薄壁处或表面受压缩，铸件的壁厚差别愈大、合受压缩，铸件的壁厚差别愈大、合金的线收缩率或弹性模量愈大，热应力愈大。金的线收缩率或弹性模量愈大，热应力愈大。定向凝固时，由于铸件各部分冷却速度不一致，定向凝固时，由于铸件各部分冷却速度不一致，产生的热应力较大，铸件易出现产生的热应力较大，铸件易出现变形和裂纹。变形和裂纹。第43页，共65页，编辑于2022年，星期三（2 2）收
28、缩应力）收缩应力 固态收缩时，因受固态收缩时，因受铸型、型芯、浇冒口铸型、型芯、浇冒口等等外力的阻碍而产生的应力称收缩应力。外力的阻碍而产生的应力称收缩应力。一般铸件冷却到弹性状态后，收缩受阻都会一般铸件冷却到弹性状态后，收缩受阻都会产生收缩应力。产生收缩应力。收缩应力常表现为收缩应力常表现为拉应力拉应力。形成原因一经。形成原因一经消除（如铸件落砂或去除浇口后）收缩应力消除（如铸件落砂或去除浇口后）收缩应力也随之消之，因此收缩应力是一种临时应力。也随之消之，因此收缩应力是一种临时应力。但在落砂前，如果铸件的收缩应力和热应力但在落砂前，如果铸件的收缩应力和热应力共同作用其瞬间应力大于铸件的抗拉强
29、度时，共同作用其瞬间应力大于铸件的抗拉强度时，铸件会产生裂纹。铸件会产生裂纹。第44页，共65页，编辑于2022年，星期三铸造应力第45页，共65页，编辑于2022年，星期三2 2、减小和消除铸造应力的措施、减小和消除铸造应力的措施（1 1）合理地设计铸件的结构）合理地设计铸件的结构 铸件的形状愈复杂，各部分壁厚相差愈大，铸件的形状愈复杂，各部分壁厚相差愈大，冷却时温度愈不均匀，铸造应力愈大。因此，冷却时温度愈不均匀，铸造应力愈大。因此，在设计铸件时应尽量使铸件在设计铸件时应尽量使铸件形状简单、对称、形状简单、对称、壁厚均匀壁厚均匀。（2 2）采用同时凝固的工艺）采用同时凝固的工艺 所谓同时凝
30、固是指采取一些工艺措施，使所谓同时凝固是指采取一些工艺措施，使铸件各部分温差很小，几乎同时进行凝固。因铸件各部分温差很小，几乎同时进行凝固。因各部分温差小，不易产生热应力和热裂，铸件各部分温差小，不易产生热应力和热裂，铸件变形小。设法改善铸型、型芯的退让性，合理变形小。设法改善铸型、型芯的退让性，合理设置浇冒口等。设置浇冒口等。该工艺是在工件厚壁处加冷铁，冒口设薄壁该工艺是在工件厚壁处加冷铁，冒口设薄壁处。处。第46页，共65页，编辑于2022年，星期三（3 3）时效处理是消除铸造应力的有效措施）时效处理是消除铸造应力的有效措施 时效分时效分自然时效、热时效自然时效、热时效和和振动时效振动时效
31、等。等。自然时效：自然时效：将铸件置于露天场地半年以上，让其内应力将铸件置于露天场地半年以上，让其内应力消除。消除。热时效热时效（人工时效人工时效）：又称去应力退火，是将铸件加热到又称去应力退火，是将铸件加热到550550650650，保温，保温2 24h4h，随炉冷却至，随炉冷却至150150200 200 ，然后出炉。，然后出炉。振动法：振动法：将铸件在其共振频率下震动将铸件在其共振频率下震动101060min60min，以，以消除铸件中的残留应力。消除铸件中的残留应力。第47页，共65页，编辑于2022年，星期三3 3、铸件的变形与防止、铸件的变形与防止在热应力的作用下，铸件在热应力的作
32、用下，铸件薄的部分薄的部分受受压应压应力力,厚的部分厚的部分受受拉应力拉应力，但铸件总是力图通，但铸件总是力图通过过变形变形来减缓其内应力。来减缓其内应力。因此，铸件常发生不同程度的变形。铸件因此，铸件常发生不同程度的变形。铸件的变形使铸件精度降低，严重时可以使铸件的变形使铸件精度降低，严重时可以使铸件报废，应予防止。报废，应予防止。因铸件变形是由铸造应力引起，减小和防因铸件变形是由铸造应力引起，减小和防止铸造应力的办法，是防止铸件变形的有效止铸造应力的办法，是防止铸件变形的有效措施。措施。第48页，共65页，编辑于2022年，星期三第49页，共65页，编辑于2022年，星期三防止变形的措施：
33、防止变形的措施：结构上：结构上：壁厚均匀，形状对称；壁厚均匀，形状对称；工艺上：工艺上：同时凝固，冷却均匀；同时凝固，冷却均匀；“反变形法反变形法”：统计铸件变形规律基：统计铸件变形规律基础上，在模型上预先作出相当于铸件础上，在模型上预先作出相当于铸件变形量的变形量的反变形量反变形量，以，以抵消铸件的变抵消铸件的变形形。用于长而易变形的工件。用于长而易变形的工件。第50页，共65页，编辑于2022年，星期三4 4、铸件的裂纹与防止、铸件的裂纹与防止当铸造内应力超过金属的当铸造内应力超过金属的强度极限强度极限时，时，铸件便产生裂纹。铸件便产生裂纹。裂纹是严重的铸造缺陷，必须设法防裂纹是严重的铸造
34、缺陷，必须设法防止。止。裂纹按形成的温度范围分为裂纹按形成的温度范围分为热裂热裂和和冷裂冷裂两种。两种。第51页，共65页，编辑于2022年，星期三（1 1）热裂热裂 热裂的产生热裂的产生 一般是在一般是在凝固末期凝固末期，金属处于固相线附，金属处于固相线附近的高温时形成的。其形状特征是裂缝短，近的高温时形成的。其形状特征是裂缝短，缝隙宽，形状曲折，缝内呈氧化颜色。铸缝隙宽，形状曲折，缝内呈氧化颜色。铸件结构不合理，合金收缩大，型（芯）砂件结构不合理，合金收缩大，型（芯）砂退让性差以及铸造工艺不合理等均可引发退让性差以及铸造工艺不合理等均可引发热裂。热裂。钢和铁中的钢和铁中的硫、磷硫、磷降低了
35、钢和铁的韧性，降低了钢和铁的韧性，使使热裂倾向热裂倾向增大。增大。第52页，共65页，编辑于2022年，星期三 热裂的防止热裂的防止 合理地调整合理地调整合金成分合金成分（严格控制钢和（严格控制钢和铁中的铁中的硫、磷硫、磷含量），合理地设计铸含量），合理地设计铸件结构，采用同时凝固的原则和改善件结构，采用同时凝固的原则和改善型（芯）砂的退让性，都是防止热裂型（芯）砂的退让性，都是防止热裂的有效措施。的有效措施。第53页，共65页，编辑于2022年，星期三（2 2）冷裂冷裂 冷裂的产生冷裂的产生 冷裂是铸件冷却到冷裂是铸件冷却到低温低温处于弹性状态时处于弹性状态时所产生的所产生的热应力和收缩应力
36、热应力和收缩应力的总和，如果大的总和，如果大于该温度下合金的强度，则产生冷裂。于该温度下合金的强度，则产生冷裂。冷裂是在冷裂是在较低温度下较低温度下形成的，其裂缝细形成的，其裂缝细小，呈连续直线状，缝内干净，有时呈轻微氧小，呈连续直线状，缝内干净，有时呈轻微氧化色。壁厚差别大、形状复杂的铸件，尤其是化色。壁厚差别大、形状复杂的铸件，尤其是大而薄大而薄的铸件易于发生冷裂。的铸件易于发生冷裂。第54页，共65页，编辑于2022年，星期三 冷裂的防止冷裂的防止 凡是凡是减小铸造内应力减小铸造内应力或或降低合金脆性降低合金脆性的措施，都能防止冷裂的形成。的措施，都能防止冷裂的形成。例如：钢和铸铁中的例
37、如：钢和铸铁中的磷磷能显著降低合能显著降低合金的冲击韧性，增加脆性，容易产生金的冲击韧性，增加脆性，容易产生冷裂倾向，因此在金属熔炼中必须严冷裂倾向，因此在金属熔炼中必须严格加以限制。格加以限制。第55页，共65页，编辑于2022年，星期三三、合金的三、合金的吸气性吸气性液态合金吸入了气体，若不能逸出液态合金吸入了气体，若不能逸出气孔缺陷，破坏了金属的连续性，减气孔缺陷，破坏了金属的连续性，减少了承载的有效面积少了承载的有效面积应力集中应力集中降降低机械性能低机械性能（冲击韧性，疲劳强度）；（冲击韧性，疲劳强度）；弥散性气孔还可使显微缩松的形成，弥散性气孔还可使显微缩松的形成，降低铸件的气密性
38、降低铸件的气密性。第56页，共65页，编辑于2022年，星期三按气体来源，气孔可分为：按气体来源，气孔可分为：侵入气孔：侵入气孔：砂型砂型和和型型芯芯中气体侵入中气体侵入金属液中而形金属液中而形成的气孔。成的气孔。第57页，共65页，编辑于2022年，星期三析出气孔析出气孔 双原子气体双原子气体随温随温度降低溶解度下降，度降低溶解度下降，呈过饱和状态以气泡呈过饱和状态以气泡形式从金属液中析出形式从金属液中析出（铝合金中最多见）；（铝合金中最多见）；第58页，共65页，编辑于2022年，星期三反应气孔：反应气孔：液态金属与铸型材料、液态金属与铸型材料、芯撑芯撑、冷铁冷铁或溶渣之间发或溶渣之间发生
39、化学生化学反应产生气体而形成气孔反应产生气体而形成气孔。第59页，共65页，编辑于2022年，星期三四、偏析四、偏析比重偏析：比重偏析：铸造时因组元比重相差较大，铸铸造时因组元比重相差较大，铸件产生的偏析称为比重偏析。件产生的偏析称为比重偏析。重力浇注重力浇注易产生上下偏析区，易产生上下偏析区，离心浇注离心浇注时产生内外偏析。时产生内外偏析。防止措施：防止措施：搅拌后快速凝固搅拌后快速凝固第60页，共65页，编辑于2022年，星期三结晶偏析：结晶偏析：当组元在结晶相中当组元在结晶相中溶解度溶解度相差较大时，相差较大时，则则先后结晶先后结晶的相中组元相差较大，而产的相中组元相差较大，而产生结晶偏析（也称生结晶偏析（也称微观偏析微观偏析）。）。防止措施：防止措施：均匀化退火均匀化退火。第61页，共65页，编辑于2022年，星期三第62页，共65页，编辑于2022年，星期三第63页，共65页，编辑于2022年，星期三第64页，共65页，编辑于2022年，星期三第65页，共65页，编辑于2022年，星期三