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1、工程材料与金属工艺学铸造第1页，本讲稿共36页 铸造是将液态金属浇入具有造型的铸型的空腔中，铸造是将液态金属浇入具有造型的铸型的空腔中，待冷却凝固后，以获得铸件的方法。待冷却凝固后，以获得铸件的方法。通常，铸件一般为工件的毛坯，经切削加工后通常，铸件一般为工件的毛坯，经切削加工后才成为零件。才成为零件。铸件的获得，其基本的方法为铸件的获得，其基本的方法为 砂型铸造砂型铸造 除此之外，还有熔模铸造；金属型铸造；压力除此之外，还有熔模铸造；金属型铸造；压力铸造；低压铸造；离心铸造等，统称为铸造；低压铸造；离心铸造等，统称为铸造铸造 第2页，本讲稿共36页 无论是采用何种铸造方法，都必须把无论是采用
2、何种铸造方法，都必须把 金属熔为液态，故：金属熔为液态，故：铸造工艺的实质就是液态成型铸造工艺的实质就是液态成型 铸造适应于在：铸造适应于在：制造形状复杂的零件毛坯，如：机床制造形状复杂的零件毛坯，如：机床的床身、内燃机的缸体，船用螺旋桨和的床身、内燃机的缸体，船用螺旋桨和带轮等。带轮等。第3页，本讲稿共36页铸造的优点：铸造的优点：见教材见教材第4页，本讲稿共36页第一节第一节 铸造的基本原理铸造的基本原理制造模型制造模型配制型砂配制型砂造造 型型合合箱箱浇浇注注落落砂砂清清理理制造型芯盒配置型芯砂配置型芯砂造造芯芯熔化金属熔化金属检验检验第5页，本讲稿共36页第6页，本讲稿共36页从上述的
3、工艺概况中看到：从上述的工艺概况中看到：金属要从固体到液体又转变成固体的金属要从固体到液体又转变成固体的过程，过程，在这个过程中，在这个过程中，金属与炉气金属与炉气、熔熔渣、渣、铸型铸型等作用，发生复杂的等作用，发生复杂的物理物理、化化学变化学变化，如，如氧化、氧化、吸气、吸气、结晶、结晶、收缩收缩和和内应力内应力的形成等，这些相互作用，使铸的形成等，这些相互作用，使铸造易产生一些缺陷。造易产生一些缺陷。那么，铸造质量与合金的铸造性的关那么，铸造质量与合金的铸造性的关系有哪些系有哪些第7页，本讲稿共36页第二节第二节 铸件成型工艺基础铸件成型工艺基础一一.金属的铸造性：金属的铸造性：1.流动性
4、流动性 流动性：液态金属本身的流动能力。即液态合金充填铸型的能力。阻力（砂型）阻力（砂型）砂型中气体压力砂型中气体压力 阻碍：阻碍：充填充填 凝固 第8页，本讲稿共36页影响流动性的因数：影响流动性的因数：1.合金的成分 在共晶成分时最好 Tc=4.3%成分中的硅、磷可提高铁水的流动性，硫则相反。第9页，本讲稿共36页2.浇注的温度浇注的温度 浇注的温度对流动性的影响性极为浇注的温度对流动性的影响性极为重要浇注的温度高：流动性好，冷却重要浇注的温度高：流动性好，冷却速度慢；有利于防止浇不足、冷隔等速度慢；有利于防止浇不足、冷隔等缺陷。缺陷。但吸气多，氧化严重，铸件易出但吸气多，氧化严重，铸件易
5、出现气孔、缩孔等缺陷现气孔、缩孔等缺陷第10页，本讲稿共36页3.充填条件充填条件 铸件的设计对液态金属流动的阻力大小铸件的设计对液态金属流动的阻力大小都会影响流动性。都会影响流动性。型腔的大小型腔的大小 浇口截面的大小浇口截面的大小 铸型透气和排气的能力铸型透气和排气的能力 故铸件设计有一个故铸件设计有一个“最小壁厚最小壁厚”的问题的问题第11页，本讲稿共36页 二二.铸件的收缩铸件的收缩 铸件在凝固和冷却过程中，其体积铸件在凝固和冷却过程中，其体积和尺寸减少的现象，称为收缩。和尺寸减少的现象，称为收缩。合金从液相线上的收缩，即铸件在合金从液相线上的收缩，即铸件在型腔内液体的降低，型腔内液体
6、的降低，称液态收缩称液态收缩；合金从液态到室温的体积变化，合金从液态到室温的体积变化，称称体收缩；体收缩；分别以收缩率来表示。分别以收缩率来表示。第12页，本讲稿共36页（一）收缩阶段的划分（一）收缩阶段的划分 铸造合金从浇注温度冷却到室温的收铸造合金从浇注温度冷却到室温的收缩过程，划分为三个阶段缩过程，划分为三个阶段：1.液态收缩液态收缩 指从浇注温度冷却到凝固开始温度之间，指从浇注温度冷却到凝固开始温度之间，合金处于液态下的收缩。合金处于液态下的收缩。其结果使型腔液面降低，是形成缩孔其结果使型腔液面降低，是形成缩孔的基本原因之一。的基本原因之一。第13页，本讲稿共36页 2.凝固收缩凝固收
7、缩 指从凝固开始温度到凝固结束温度之指从凝固开始温度到凝固结束温度之间，合金处于凝固产生的收缩。间，合金处于凝固产生的收缩。其结果：仍然表现为型腔液面降低，其结果：仍然表现为型腔液面降低，形成缩孔，而对凝固温度范围较大的合形成缩孔，而对凝固温度范围较大的合金，则产生缩松。金，则产生缩松。第14页，本讲稿共36页 3.固态收缩固态收缩 指从凝固结束温度冷却到室温之间，指从凝固结束温度冷却到室温之间，合金处于固态下的收缩。合金处于固态下的收缩。其结果：直接影响铸件的精度，产其结果：直接影响铸件的精度，产生铸造应力，变形和裂纹生铸造应力，变形和裂纹第15页，本讲稿共36页（二）影响铸件收缩的原因（二
8、）影响铸件收缩的原因 收缩的程决定于：收缩的程决定于：合金的成分合金的成分 浇注温度浇注温度 铸型条件铸型条件 铸件结构铸件结构第16页，本讲稿共36页 合金成分合金成分 不同合金，收缩率差异很大。不同合金，收缩率差异很大。碳素铸钢体收缩率为碳素铸钢体收缩率为1015；灰口铸铁体收缩率为灰口铸铁体收缩率为 58；两者比较的原因：两者比较的原因：石墨的存在原因石墨的存在原因 铸铁中的碳大部分以石墨形式存在，石墨的铸铁中的碳大部分以石墨形式存在，石墨的比容较大，每析出比容较大，每析出1石墨，铸铁的体积膨胀石墨，铸铁的体积膨胀2%,抵消了部分的收缩，灰口铸铁中增加抵消了部分的收缩，灰口铸铁中增加T、
9、Si含量和减少含量和减少S含量可使收缩率减少。含量可使收缩率减少。第17页，本讲稿共36页浇注温度浇注温度 主要影响液态收缩，浇注主要影响液态收缩，浇注温度越高，则液态收缩相应增温度越高，则液态收缩相应增加。加。第18页，本讲稿共36页铸件结构和铸型条件铸件结构和铸型条件 铸件的收缩不同于合金的收缩受到铸件结铸件的收缩不同于合金的收缩受到铸件结构和铸型的阻碍。构和铸型的阻碍。要求在铸件的设计和制造模型时，不应要求在铸件的设计和制造模型时，不应采用合金的线收缩率，而应根据铸件收缩受阻采用合金的线收缩率，而应根据铸件收缩受阻情况决定收缩率。情况决定收缩率。第19页，本讲稿共36页（三）铸件上的缩孔
10、和缩松（三）铸件上的缩孔和缩松 1.缩孔和缩松的形成缩孔和缩松的形成 铸件在冷凝过程中，由于合金的液铸件在冷凝过程中，由于合金的液态收缩和凝固收缩态收缩和凝固收缩得不到液态合金的得不到液态合金的补充，补充，在铸件的最后凝固部分将形成在铸件的最后凝固部分将形成缩孔和缩松。缩孔和缩松。第20页，本讲稿共36页缩孔的形成过程缩孔的形成过程 1.将金属液浇注到圆形的型腔中；将金属液浇注到圆形的型腔中；2.假定型腔顶面散热极慢，型腔的周边和底假定型腔顶面散热极慢，型腔的周边和底 部散热较快部散热较快凝固成一层外壳凝固成一层外壳，由于液由于液 态收缩和凝固收缩的结果，未凝固的液面态收缩和凝固收缩的结果，未
11、凝固的液面 要下降；要下降；3.随着不断降温，凝固外壳逐渐加厚，液面随着不断降温，凝固外壳逐渐加厚，液面 继续下降；继续下降；第21页，本讲稿共36页 4.4.直到凝固完毕，在铸件上部分直到凝固完毕，在铸件上部分 形成缩孔；形成缩孔；5.5.已产生缩孔的铸件冷却到室温，已产生缩孔的铸件冷却到室温，由于固态收缩，缩孔的体积略由于固态收缩，缩孔的体积略 有减少。有减少。第22页，本讲稿共36页2.2.缩松的形成缩松的形成 对具有一定凝固温度范围的合金，凝固对具有一定凝固温度范围的合金，凝固是在较大的区域内同时进行，先产生树技是在较大的区域内同时进行，先产生树技晶体相互交错，将金属液分割成许多细小晶
12、体相互交错，将金属液分割成许多细小而分散的封闭区域，当这些区域中金属液而分散的封闭区域，当这些区域中金属液凝固时得不到补充，就形成缩松。凝固时得不到补充，就形成缩松。第23页，本讲稿共36页缩孔与缩松位置的决定缩孔与缩松位置的决定 1.画等温线法画等温线法；2.画内接园法；画内接园法；3.防止产生缩孔和缩松的原则：防止产生缩孔和缩松的原则：顺序凝固原则顺序凝固原则 同时凝固原则同时凝固原则 第24页，本讲稿共36页顺序凝固原则顺序凝固原则 这是一种防止铸件的物理缺陷的方法之一这是一种防止铸件的物理缺陷的方法之一 方法：方法：使铸件的凝固顺序按薄壁厚壁冒口的使铸件的凝固顺序按薄壁厚壁冒口的顺序进
13、行，把缩孔集中在冒口中。保证铸件顺序进行，把缩孔集中在冒口中。保证铸件的致密性，为了使冒口真正起到补缩作用，的致密性，为了使冒口真正起到补缩作用，必须保证冒口最后凝固，必须保证冒口最后凝固，故冒口的尺寸要足故冒口的尺寸要足够大，够大，有条件应使金属从内浇口流经冒口，有条件应使金属从内浇口流经冒口，再进入型腔。再进入型腔。第25页，本讲稿共36页第26页，本讲稿共36页 优点：可以把缩孔留在冒口优点：可以把缩孔留在冒口。缺点：缺点：1.1.铸件各部分的温差大，会引起铸件各部分的温差大，会引起 热应力，仅从考虑解决缩热应力，仅从考虑解决缩 孔、缩松的问题；孔、缩松的问题；2.增加金属的消耗和切割冒
14、口的增加金属的消耗和切割冒口的 工作量；工作量；3.3.为防止热变形，还要采取一些为防止热变形，还要采取一些 措施，如加冷铁等。措施，如加冷铁等。第27页，本讲稿共36页同时凝固原则同时凝固原则 使铸件在凝固时各部分几乎没有温使铸件在凝固时各部分几乎没有温差，同时凝固。差，同时凝固。方法：方法：把内浇口开设在铸件的最薄把内浇口开设在铸件的最薄处，在最厚处采取加速冷却的方法（设处，在最厚处采取加速冷却的方法（设置冷铁，使冷铁与铸件的表面接触，浇置冷铁，使冷铁与铸件的表面接触，浇注后不与铸件熔接，可以重复使用）。注后不与铸件熔接，可以重复使用）。第28页，本讲稿共36页第29页，本讲稿共36页冷铁
15、冷铁 有内冷铁和外冷铁两种：有内冷铁和外冷铁两种：内冷铁：内冷铁：在造型时放入型腔中，浇注后被高温金在造型时放入型腔中，浇注后被高温金属液所包围，存于铸件之中，其冷却效果属液所包围，存于铸件之中，其冷却效果较外冷铁好，但会影响铸件的内在质量。较外冷铁好，但会影响铸件的内在质量。外冷铁：外冷铁：造型时放置在型腔之外，浇注后不与铸造型时放置在型腔之外，浇注后不与铸件溶接，冷却效果没有内冷铁好。件溶接，冷却效果没有内冷铁好。第30页，本讲稿共36页优缺点优缺点 铸件热应力小，不易变形，但中心区域有缩松，组织不够致密。第31页，本讲稿共36页两种凝固原则的适用场合两种凝固原则的适用场合 两种凝固顺序的
16、优缺点截然不同，所以应两种凝固顺序的优缺点截然不同，所以应根据合金的种类、铸件的结构和工作条件来选根据合金的种类、铸件的结构和工作条件来选择，一般地：择，一般地：收缩较大的合金收缩较大的合金（铸钢、可锻铸铁、黄铜）（铸钢、可锻铸铁、黄铜）；壁厚有较大悬殊或有热节存在；壁厚有较大悬殊或有热节存在；要求气密性要求气密性高的铸件，采用顺序凝固原则（定向凝固原则高的铸件，采用顺序凝固原则（定向凝固原则）第32页，本讲稿共36页 对于收缩小的合金对于收缩小的合金（碳、硅含量较高的灰口铸（碳、硅含量较高的灰口铸铁等）；壁厚均匀的薄壁铸铁等）；壁厚均匀的薄壁铸件，采用同时凝固原则。件，采用同时凝固原则。第3
17、3页，本讲稿共36页 而对于结构复杂的铸件，要求既要防止缩而对于结构复杂的铸件，要求既要防止缩孔和缩松，又要减少变形和裂纹，就需联合运孔和缩松，又要减少变形和裂纹，就需联合运用两个原则，进行复合的凝固原则。用两个原则，进行复合的凝固原则。例例:铸造一个盖（如图示），铸件的壁厚相铸造一个盖（如图示），铸件的壁厚相差大，对此使用两个凝固原则联合运用。差大，对此使用两个凝固原则联合运用。第34页，本讲稿共36页第35页，本讲稿共36页 图示中：图示中：1.将较多的内浇口开设在薄壁处（同将较多的内浇口开设在薄壁处（同 时凝固原则），已减少铸件的各部时凝固原则），已减少铸件的各部 分温差；分温差；2.孤立的热节用冷铁加速冷却（同时孤立的热节用冷铁加速冷却（同时 凝固原则）；凝固原则）；3.厚实部分用冒口补偿（顺序凝固原厚实部分用冒口补偿（顺序凝固原 则）。则）。第36页，本讲稿共36页