第十二章 铸造1

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1、第十二章第十二章 铸造铸造第一节第一节 铸造基本原理铸造基本原理第二节第二节 砂型铸造砂型铸造第三节第三节 特种铸造特种铸造第四节第四节 铸件结构设计铸件结构设计 铸造铸造是将液态合金浇注到具有与零件形状相适应是将液态合金浇注到具有与零件形状相适应的铸型空腔中，待其冷却凝固后获得零件或毛胚的的铸型空腔中，待其冷却凝固后获得零件或毛胚的方法。方法。 铸造在机械中占铸造在机械中占70%80%重量，农业机械占重量，农业机械占4070%。它适应性广，成本低但工序繁多，工艺。它适应性广，成本低但工序繁多，工艺过程难以精确控制，使铸件质量不稳，废品率高，过程难以精确控制，使铸件质量不稳，废品率高，且劳动条

2、件差、强度大，使其受限。且劳动条件差、强度大，使其受限。第一节第一节 铸造基本原理铸造基本原理u 液态合金的充型能力液态合金的充型能力u 铸件的凝固与收缩铸件的凝固与收缩u 铸造的内应力、变形与裂纹铸造的内应力、变形与裂纹一、液态合金的充型能力一、液态合金的充型能力液态合金充满铸型空腔，获得形状完善、轮廓清液态合金充满铸型空腔，获得形状完善、轮廓清晰的能力晰的能力液态合金的充型能力液态合金的充型能力若充型能力不足，在型腔填满之前，形成晶粒将若充型能力不足，在型腔填满之前，形成晶粒将充型通道堵塞，合金液被迫停止流动，于是铸件将产充型通道堵塞，合金液被迫停止流动，于是铸件将产生生浇不足浇不足或或冷

3、隔冷隔等缺陷。等缺陷。浇不足浇不足铸件未能被金属液充满而残缺不全。铸件未能被金属液充满而残缺不全。冷冷 隔隔铸件上有未完全熔合的缝隙或洼坑，接铸件上有未完全熔合的缝隙或洼坑，接 头处圆滑。头处圆滑。影响充型能力的主要因素如下：影响充型能力的主要因素如下：1、合金的流动性、合金的流动性 液态合金本身流动能力称为液态合金本身流动能力称为合金流动性合金流动性。用螺旋试。用螺旋试样测量。样测量。流动性流动性易于铸造薄壁、形状复杂件。有利于易于铸造薄壁、形状复杂件。有利于 收缩时得到补充、排气、夹杂物。收缩时得到补充、排气、夹杂物。流动性流动性产生浇不足、冷隔、气孔、夹渣等缺陷。产生浇不足、冷隔、气孔、

4、夹渣等缺陷。螺旋形试样螺旋形试样在相同浇注条件下铸件试样越长流动性越好。在相同浇注条件下铸件试样越长流动性越好。化学成份主要影响流动性：化学成份主要影响流动性：共晶区附近共晶区附近凝固温度间很凝固温度间很小。小。其它区其它区在某一温度范围内在某一温度范围内结晶有液相和发达的树枝晶结晶有液相和发达的树枝晶相区。相区。 不同结晶特征合金的流动性不同结晶特征合金的流动性 铁铁-碳合金的流动性与含碳量关系碳合金的流动性与含碳量关系2 2、浇注条件、浇注条件温度温度 液态合金粘性液态合金粘性 ；T T 铸型中液态保持时铸型中液态保持时间长、间长、 充型充型 ；浇注浇注 T T 则液态合金吸气量则液态合金

5、吸气量 收缩收缩率率 缺陷缺陷压力压力充型能力充型能力3 3、铸型的充填条件、铸型的充填条件蓄势能力蓄势能力铸型材料导热系数和比热容铸型材料导热系数和比热容 则急冷能力则急冷能力充型能力充型能力铸型温度铸型温度T T 减小了铸型与液态金属温差，冷速减小了铸型与液态金属温差，冷速铸型中气体铸型中气体排气性排气性 充型能力充型能力二、铸件的凝固与收缩二、铸件的凝固与收缩1 1、铸件的凝固方式、铸件的凝固方式 在铸件凝固过程中，其断面存在三个区域，即在铸件凝固过程中，其断面存在三个区域，即固相固相区区、凝固区凝固区和和液相区液相区。而对铸件质量影响较大的主。而对铸件质量影响较大的主要是要是液相与固相

6、并存凝固区的宽窄液相与固相并存凝固区的宽窄。铸件的凝固方式。铸件的凝固方式就是以此而划分的。就是以此而划分的。 铸件的凝固方式铸件的凝固方式 1）、逐层凝固、逐层凝固 纯金属或共晶成分合金在凝固过程中纯金属或共晶成分合金在凝固过程中不存在液、固并存的不存在液、固并存的凝固区凝固区，故断面上外层的固体和内层的液体由一条界线，故断面上外层的固体和内层的液体由一条界线( (凝固凝固前沿前沿) )清楚分开。随着温度的下降，固体层不断加厚，液体层清楚分开。随着温度的下降，固体层不断加厚，液体层不断减少，直达铸件中心，这种凝固方式为逐层凝固。不断减少，直达铸件中心，这种凝固方式为逐层凝固。2 2）、糊状凝

7、固）、糊状凝固 如果合金的结晶温度范围很宽，且铸件的温度分布较为平如果合金的结晶温度范围很宽，且铸件的温度分布较为平坦，则在凝固的某段时间内，铸件表面并不存在固体层，而坦，则在凝固的某段时间内，铸件表面并不存在固体层，而液、液、固并存的凝固区贯穿整个断面固并存的凝固区贯穿整个断面，类似于水泥凝固，既先呈糊状，类似于水泥凝固，既先呈糊状而后固化，称为糊状凝固。而后固化，称为糊状凝固。3 3）、中间凝固）、中间凝固大多数凝固介于逐层与糊状凝固之间，称为大多数凝固介于逐层与糊状凝固之间，称为中间凝固中间凝固。铸件质量与其凝固方式密切相关。一般来说，铸件质量与其凝固方式密切相关。一般来说，逐层凝固时合

8、逐层凝固时合金的充型能力强，便于防止缩孔和缩松；糊状凝固时唯一获得金的充型能力强，便于防止缩孔和缩松；糊状凝固时唯一获得紧实的铸件。紧实的铸件。 影响铸件凝固方式因素影响铸件凝固方式因素合金的结晶温度范围合金的结晶温度范围范围范围 愈倾向于逐层凝固。愈倾向于逐层凝固。铸件的温度梯度铸件的温度梯度 合金的性质合金的性质凝固凝固T T 导热率导热率 结晶潜热结晶潜热铸件的极冷作用铸件的极冷作用铸件的蓄热能力铸件的蓄热能力蓄热蓄热 急冷急冷 浇注温度浇注温度T T 带入热量带入热量 铸件铸件2 2、铸造合金的收缩、铸造合金的收缩 1) 1)、合金的收缩、合金的收缩 合金从浇注温度凝固冷却至室温过程中

9、，其体积和合金从浇注温度凝固冷却至室温过程中，其体积和原有尺寸减小的现象称原有尺寸减小的现象称收缩收缩。 液态收缩液态收缩从浇注温度冷却到凝固开始温度的收缩从浇注温度冷却到凝固开始温度的收缩 凝固收缩凝固收缩从凝固开始至结束温度的收缩从凝固开始至结束温度的收缩 固态收缩固态收缩从凝固终止到室温的收缩从凝固终止到室温的收缩 合金的收缩导致铸件形状、尺寸变化，产生应力和合金的收缩导致铸件形状、尺寸变化，产生应力和变形，甚至是铸件产生裂纹。变形，甚至是铸件产生裂纹。化学成分化学成分石墨比容大，石墨比容大，MnMn、C C、SiSi 石墨化石墨化 使收使收 缩缩 S S则相反则相反 浇注温度浇注温度T

10、 T 液态收缩量液态收缩量 则收缩则收缩 铸件结构与铸型条件铸件结构与铸型条件铸件在铸型中冷却时会受到铸件在铸型中冷却时会受到 铸型和铸芯的阻碍，故实际铸型和铸芯的阻碍，故实际 收缩量自由收缩收缩量自由收缩2 2、影响收缩的因素、影响收缩的因素三、缩孔与缩松的形成与防止三、缩孔与缩松的形成与防止 液态合金在冷凝过程中，若其液态收缩和凝固收缩液态合金在冷凝过程中，若其液态收缩和凝固收缩所缩减的体积得不到及时补充，则在铸件最后凝固部分所缩减的体积得不到及时补充，则在铸件最后凝固部分形成形成孔洞孔洞。按孔洞大小分布分为。按孔洞大小分布分为缩孔缩孔和和缩松缩松。1 1、缩孔、缩孔 缩孔集中在铸件上部或

11、最后的凝固部位，容积大缩孔集中在铸件上部或最后的凝固部位，容积大的孔洞多呈倒圆锥形，内表面粗糙，可见发达树枝晶的孔洞多呈倒圆锥形，内表面粗糙，可见发达树枝晶末梢。末梢。 缩孔的形成过程示意图缩孔的形成过程示意图 正确地估计铸件上缩孔和缩松的可能产生部位是合正确地估计铸件上缩孔和缩松的可能产生部位是合理安设冒口和冷铁的重要依据。在实际中常以理安设冒口和冷铁的重要依据。在实际中常以“凝固凝固等温线法等温线法”和和“内切圆法内切圆法”近似找出缩孔的位置。近似找出缩孔的位置。 缩孔位置的确定缩孔位置的确定2、缩松、缩松铸件内分散在某区域的细小缩孔称铸件内分散在某区域的细小缩孔称为为缩松缩松和和显微缩松