鑄造工藝基礎(chǔ)課件

鑄造工藝基礎(chǔ)鑄造工藝基礎(chǔ)選材毛坯預(yù)先熱處理機(jī)械加工最終熱處理檢驗(yàn)

應(yīng)根據(jù)零件的性能要求、受載情況、服役條件、工作環(huán)境等：選材：金屬材料種類繁多，性能不一，而且材料的發(fā)展日新月異，而零件的性能要求、服役條件各不相同，再加上材料的資源、價(jià)格等多方面考慮。1.機(jī)械零件的制造工藝過(guò)程：機(jī)械制造過(guò)程及發(fā)展趨勢(shì)簡(jiǎn)介2022/12/32武漢理工大學(xué)金工學(xué)部選材毛坯預(yù)先熱處理機(jī)械加工最終熱處理檢驗(yàn)應(yīng)毛坯選擇：

液體成形（鑄造），塑性成形（壓力加工），連接成形（焊接），粉末冶金成形，型材。機(jī)械加工：

傳統(tǒng)加工：車削，包削，銑削，拉削，鏜削，磨削等現(xiàn)代加工：數(shù)控加工，電火花加工，激光加工等特種加工方法一個(gè)具體零件的加工往往可用多種不同的加工方法，而每種加工方法所能達(dá)到的加工精度、加工質(zhì)量、加工范圍、加工效率是不同的。2022/12/33武漢理工大學(xué)金工學(xué)部毛坯選擇：一個(gè)具體零件的加工往往可用多種不同的加工方法，而2課程介紹1.課程性質(zhì)

本課程是高等工科院校機(jī)械類和近機(jī)械類專業(yè)必修的學(xué)科基礎(chǔ)課程，本課程研究機(jī)械零件毛坯的制造方法及毛坯設(shè)計(jì)時(shí)的結(jié)構(gòu)工藝性問(wèn)題，同時(shí)還研究機(jī)械加工方法的特點(diǎn)及各種加工方法對(duì)機(jī)械零件的工藝性要求。2022/12/34武漢理工大學(xué)金工學(xué)部課程介紹1.課程性質(zhì)2022/12/24武漢理工大學(xué)金工學(xué)部

2.課程任務(wù)通過(guò)本課程的學(xué)習(xí)了解和掌握機(jī)械制造過(guò)程中各種零件毛坯制造方法的基本原理和工藝特點(diǎn)，并且對(duì)各種表面加工的方法選擇和機(jī)械零件的加工工藝規(guī)程的編制有較全面的了解，使學(xué)生具有初步的選擇毛坯、制造毛坯及零件加工的工藝分析能力。

1、主要講授工程材料常用的成形方法及機(jī)械加工方法和工藝特點(diǎn)、機(jī)械制造過(guò)程中常用的一些先進(jìn)技術(shù)。

2、各種工藝方法本身的規(guī)律性及在機(jī)械制造中的應(yīng)用和相互聯(lián)系；

3、金屬零件的加工工藝過(guò)程；

4、金屬材料性能及其對(duì)加工工藝的影響；

5、工藝方法的綜合比較等。

2022/12/35武漢理工大學(xué)金工學(xué)部2.課程任務(wù)通過(guò)本課程的學(xué)習(xí)了解和掌握機(jī)械制3.課程重點(diǎn)

1、基本原理

2、工藝特點(diǎn)4.課程特點(diǎn)

1、理論性強(qiáng)

2、實(shí)踐性強(qiáng)

3、無(wú)公式推導(dǎo)5.學(xué)習(xí)方法

1、在理解基礎(chǔ)上記憶

2、在記憶基礎(chǔ)上加深理解2022/12/36武漢理工大學(xué)金工學(xué)部3.課程重點(diǎn)1、基本原理4.課程特點(diǎn)1、理論性強(qiáng)5.學(xué)習(xí)金屬工藝學(xué)材料成形工藝基礎(chǔ)金屬連接成形(焊接)金屬塑性成形(壓力加工)金屬液態(tài)成形(鑄造)機(jī)械加工工藝基礎(chǔ)機(jī)械加工工藝的基本知識(shí)表面切削成形的基本方法金屬切削加工基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)刀具角度的測(cè)量與設(shè)計(jì)低碳鋼熔化焊焊接接頭組織分析2022/12/37武漢理工大學(xué)金工學(xué)部金屬工藝學(xué)材料成形工藝基礎(chǔ)金屬連接成形(焊接)金屬塑性成形(

第2章：鑄造

本章內(nèi)容1.1鑄造工藝基礎(chǔ)；

1.2常用合金鑄件的生產(chǎn)；

1.3砂型鑄造；

1.4鑄件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

本章重點(diǎn)鑄造性能；鑄鐵生產(chǎn)；砂型鑄造工藝設(shè)計(jì)；鑄件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。2022/12/38武漢理工大學(xué)金工學(xué)部第2章：鑄造本章內(nèi)容1.1鑄造工藝基礎(chǔ)；202

鑄造概述

液態(tài)成形工藝基礎(chǔ)鑄件生產(chǎn)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

砂型鑄造1234工藝性能工藝方法★鑄造的發(fā)展史2022/12/39武漢理工大學(xué)金工學(xué)部鑄造概述液態(tài)成形工藝基礎(chǔ)鑄件生產(chǎn)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)砂鑄造發(fā)展史概述鑄造生產(chǎn)的技術(shù)在我國(guó)至少有四千年的歷史.

前兩千年以青銅鑄造為主,發(fā)展了冶鑄技術(shù),形成了商周文化.

后兩千年以鑄鐵生產(chǎn)為主,推動(dòng)了鑄造技術(shù)的發(fā)展.商代司母戊鼎

司母戊鼎通高133厘米,橫長(zhǎng)110厘米,寬78厘米,重875公斤.根據(jù)目前發(fā)展的商代熔銅坩鍋,一次約能熔銅12.7公斤.鑄造司母戊這樣的大鼎,就需要七十多個(gè)坩鍋.如果一個(gè)坩鍋配備三至四人,就需要二、三百人同時(shí)操作。云版又叫“點(diǎn)”，是軍營(yíng)中遇有急事敲打報(bào)警用的。此塊云版用生鐵鑄成，上下兩端勾卷如云，故名。上鑄雙鉤漢字兩行：“大金天命癸亥年鑄牛莊城”十一字。2022/12/310武漢理工大學(xué)金工學(xué)部鑄造發(fā)展史概述鑄造生產(chǎn)的技術(shù)在我國(guó)至少有四千年的歷史.商代2.1鑄造工藝基礎(chǔ)

將液態(tài)金屬澆入與零件形狀相適應(yīng)的鑄型空腔中，待其冷卻凝固，以獲得毛坯或零件的工藝方法，通常稱為金屬的液態(tài)成形或鑄造。金屬的液態(tài)成形在機(jī)械制造業(yè)中占有重要的地位。他是制造毛坯、零件的重要方法之一。按鑄型材料的不同，金屬液態(tài)成形可分為砂型鑄造和特種鑄造（包括熔模鑄造、離心鑄造、壓力鑄造、低壓鑄造、金屬型鑄造等）。其中砂型鑄造是最基本的液態(tài)成形方法，所生產(chǎn)的鑄件要占鑄件總量的80%以上。零件圖鑄造工藝圖鑄型型芯芯盒芯砂型砂模型熔煉合箱落砂、清理檢驗(yàn)鑄件澆注冷卻凝固鑄造生產(chǎn)過(guò)程2022/12/311武漢理工大學(xué)金工學(xué)部2.1鑄造工藝基礎(chǔ)將液態(tài)金屬澆入與零件形狀相適應(yīng)的砂型鑄造過(guò)程2022/12/312武漢理工大學(xué)金工學(xué)部砂型鑄造過(guò)程2022/12/212武漢理工大學(xué)金工學(xué)部砂型鑄造過(guò)程2022/12/313武漢理工大學(xué)金工學(xué)部砂型鑄造過(guò)程2022/12/213武漢理工大學(xué)金工學(xué)部液態(tài)成型的優(yōu)點(diǎn)適于做復(fù)雜外形，特別是復(fù)雜內(nèi)腔的毛坯1適應(yīng)性廣，對(duì)鑄件材料、大小、批量幾乎不受限制2成本低，原材料來(lái)源廣，價(jià)格低廉,一般不需要昂貴的設(shè)備3是選用某些塑性很差的材料(如鑄鐵等)制造毛坯或零件的唯一成型工藝42022/12/314武漢理工大學(xué)金工學(xué)部液態(tài)成型的優(yōu)點(diǎn)適于做復(fù)雜外形，特別是1適應(yīng)性廣，對(duì)鑄件材料、液態(tài)成型的缺點(diǎn)工藝過(guò)程比較復(fù)雜，一些工藝過(guò)程還難以控制1液態(tài)成形零件內(nèi)部組織的均勻性、致密性一般較差2液態(tài)成形零件易出現(xiàn)縮孔、縮松、氣孔、砂眼、夾渣、夾砂、裂紋等缺陷，產(chǎn)品質(zhì)量不夠穩(wěn)定3由于鑄件內(nèi)部晶粒粗大，組織不均勻，且常伴有缺陷，其力學(xué)性能比同類材料的塑性成形低4鑄造缺陷與合金鑄造性能（液態(tài)合金充型，凝固收縮）；造型材料（型砂）；鑄造工藝（工藝設(shè)計(jì)與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)）以及合金熔煉有關(guān)，它們相互關(guān)聯(lián)并相互矛盾。2022/12/315武漢理工大學(xué)金工學(xué)部液態(tài)成型的缺點(diǎn)工藝過(guò)程比較復(fù)雜，一些1液態(tài)成形零件內(nèi)部組織的合金的鑄造性能

合金的鑄造性能通常是指合金在鑄造過(guò)程中所表現(xiàn)出的工藝性能。它包括液態(tài)合金的充型能力，合金的凝固與收縮，鑄造應(yīng)力與偏析等，他們對(duì)獲得合格鑄件有很大的影響。因此，合金鑄造性能是選擇鑄造金屬材料，確定鑄件的鑄造工藝方案及進(jìn)行鑄件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的依據(jù)。2022/12/316武漢理工大學(xué)金工學(xué)部合金的鑄造性能合金的鑄造性能通常是指合金2.1.1合金的充型能力液態(tài)金屬充滿鑄型型腔，獲得尺寸精確、輪廓清晰的成型件的能力充型能力的概念:充型能力不足澆不足冷隔夾砂氣孔夾渣影響充型能力的因數(shù)合金的流動(dòng)性澆注條件鑄型填充條件鑄件結(jié)構(gòu)2022/12/317武漢理工大學(xué)金工學(xué)部2.1.1合金的充型能力液態(tài)金屬充滿鑄型型腔，獲得尺寸精確、合金的流動(dòng)性測(cè)試合金流動(dòng)性的方法:通常用螺旋形試樣來(lái)測(cè)試合金流動(dòng)性的優(yōu)、劣。如右圖，將合金液澆入鑄型中，冷凝后測(cè)出充滿型腔的試樣長(zhǎng)度。澆出的試樣越長(zhǎng)，合金的流動(dòng)性越好。幾種不同合金流動(dòng)性的比較出氣口澆口杯試樣鑄件試樣凸臺(tái)

內(nèi)澆口合金造型材料澆注溫度螺旋線長(zhǎng)度灰鑄鐵C+Si=5.2%C+Si=4.2%砂型砂型1300℃1300℃1000mm600mm鑄鋼(0.4%)砂型1600℃100mm錫青銅(9%～11%Sn2%～4%Zn)砂型1040℃420mm硅黃銅(1.5～4.5%)砂型1100℃1000mm鋁合金(硅鋁明)金屬型(300℃)680～720℃700～800mm2022/12/318武漢理工大學(xué)金工學(xué)部合金的流動(dòng)性測(cè)試合金流動(dòng)性的方法:幾種不同合金流動(dòng)性的比較出2.1.2.1合金流動(dòng)性對(duì)充型能力的影響合金流動(dòng)性的影響因數(shù)合金的種類：不同種類的合金流動(dòng)性不同化學(xué)成分：同類合金成分不同，合金的結(jié)晶特點(diǎn)不同，流動(dòng)性不同。結(jié)晶特性:

恒溫下結(jié)晶，流動(dòng)性較好；兩相區(qū)內(nèi)結(jié)晶，流動(dòng)性較差。相同過(guò)熱度時(shí)鑄鐵含碳量與流動(dòng)性的關(guān)系含碳量對(duì)結(jié)晶特性的影響2022/12/319武漢理工大學(xué)金工學(xué)部2.1.2.1合金流動(dòng)性對(duì)充型能力的影響合金流動(dòng)性的影響因硅:

硅是石墨化元素,其作用與碳相似,隨著硅量的增加,合金的液相線溫度下降,使流動(dòng)性提高.錳:錳本身對(duì)合金的流動(dòng)性影響不大,但隨著MnS夾雜物的增加,合金的流動(dòng)性下降.硫:

合金中含硫量越高,越易形成氧化膜,增加鐵水的粘度,致使鐵水流動(dòng)性降低.磷:

合金中隨著含磷量的增加,液相線溫度和固相線溫度下降,鐵水的粘度下降,因此,提高了合金的流動(dòng)性.

合金的流動(dòng)性是指液態(tài)金屬自身的流動(dòng)能力，合金流動(dòng)性愈好，充型能力愈強(qiáng)。合金流動(dòng)性優(yōu)劣最根本的影響因素是其化學(xué)成分。不同種類合金化學(xué)成分不同；同類合金化學(xué)成分不同其結(jié)晶特性不同。針對(duì)不同材料的流動(dòng)性優(yōu)劣可預(yù)先采取其他措施以提高合金充型能力。鐵碳合金五大化學(xué)元素：碳、硅、錳、磷、硫?qū)辖鹆鲃?dòng)性的影響2022/12/320武漢理工大學(xué)金工學(xué)部硅:硅是石墨化元素,其作用與碳相似,隨著硅量的增加,2.1.2.2澆注條件對(duì)充型能力的影響澆注條件澆注溫度充型壓力澆注系統(tǒng)澆注溫度高，液態(tài)金屬的粘度變小；過(guò)熱度高，金屬液內(nèi)含熱量多，保持液態(tài)的時(shí)間長(zhǎng)，充型能力強(qiáng)。液態(tài)金屬在流動(dòng)方向上所受的壓力稱為充型壓力。充型壓力越大,充型能力越強(qiáng)。澆注系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)越復(fù)雜，則流動(dòng)阻力越大，充型能力越差。2.1.2.3鑄型條件對(duì)充型能力的影響鑄型蓄熱系數(shù):即從液態(tài)金屬中吸取熱量并儲(chǔ)存的能力鑄型溫度(不能過(guò)高)

鑄型的發(fā)氣和透氣能力：鑄型發(fā)氣能力過(guò)強(qiáng),透氣能力又差時(shí),若澆鑄速度太快,則型腔中的氣體壓力增大，充型能力減弱。2022/12/321武漢理工大學(xué)金工學(xué)部2.1.2.2澆注條件對(duì)充型能力的影響澆注澆注溫度充型壓力2.1.2.4鑄件結(jié)構(gòu)對(duì)充型能力的影響折算厚度：折算厚度也叫當(dāng)量厚度或模數(shù)，是鑄件體積與鑄件表面積之比。折算厚度越大，熱量散失越慢，充型能力就越好。鑄件壁厚相同時(shí)，垂直壁比水平壁更容易充填。（大平面鑄件不易成形）

復(fù)雜程度：鑄件結(jié)構(gòu)越復(fù)雜，流動(dòng)阻力就越大，鑄型的充填就越困難。知道了影響影響充型能力的因素，進(jìn)一步分析，找出可控因素，從而提出改進(jìn)或提高合金充填能力的措施。

因素－分析－控制2022/12/322武漢理工大學(xué)金工學(xué)部2.1.2.4鑄件結(jié)構(gòu)對(duì)充型能力的影響折算厚度：復(fù)雜程度：鑄小結(jié)什么是金屬的液態(tài)成形液態(tài)成型的優(yōu)、缺點(diǎn)合金的充型能力結(jié)晶特性:

恒溫下結(jié)晶，流動(dòng)性較好；兩相區(qū)內(nèi)結(jié)晶，流動(dòng)性較差影響充型能力的因數(shù)合金的流動(dòng)性鑄型性質(zhì)澆注條件鑄件結(jié)構(gòu)等澆注溫度充型壓力澆注系統(tǒng)復(fù)雜程度、折算厚度鑄型溫度、鑄型的發(fā)氣和透氣能力合金的種類、化學(xué)成分（結(jié)晶特性）2022/12/323武漢理工大學(xué)金工學(xué)部小結(jié)什么是金屬的液態(tài)成形液態(tài)成型的優(yōu)、缺點(diǎn)合金的充型能力結(jié)晶2.1.3液態(tài)金屬的凝固與收縮2.1.3.1鑄件的凝固方式：

在鑄件的凝固過(guò)程中，其截面一般存在三個(gè)區(qū)域，即液相區(qū)、凝固區(qū)、固相區(qū)。對(duì)鑄件質(zhì)量影響較大的主要是液相和固相并存的凝固區(qū)的寬窄。鑄件的凝固方式就是依據(jù)凝固區(qū)的寬窄來(lái)劃分的。鑄件的凝固方式依據(jù)凝固區(qū)的寬窄劃分為：逐層凝固；糊狀凝固；中間凝固。合金的結(jié)晶溫度范圍和凝固方式的關(guān)系2022/12/324武漢理工大學(xué)金工學(xué)部2.1.3液態(tài)金屬的凝固與收縮2.1.3.1鑄件的凝固方式影響凝固的主要因素：鑄件的溫度梯度：在合金結(jié)晶溫度范圍已定的前提下，凝固區(qū)的寬窄取決于鑄件內(nèi)外層之間的溫度差。若鑄件內(nèi)外層之間的溫度差由小變大，則其凝固區(qū)相應(yīng)由寬變窄。合金的結(jié)晶溫度范圍：

合金的結(jié)晶溫度范圍越小，凝固區(qū)域越窄，越趨向于逐層凝固。在鐵碳合金中普通灰鑄鐵為逐層凝固，高碳鋼為糊狀凝固。增大溫度梯度是使凝固區(qū)變窄的有效工藝措施2022/12/325武漢理工大學(xué)金工學(xué)部影響凝固的主要因素：鑄件的溫度梯度：合金的結(jié)晶溫度范圍：增大2.1.3.2合金的收縮：合金從液態(tài)冷卻至室溫的過(guò)程中，其體積或尺寸縮減的現(xiàn)象。合金的收縮給液態(tài)成形工藝帶來(lái)許多困難，會(huì)造成許多鑄造缺陷。（如：縮孔、縮松、變形、裂紋）。合金的收縮可劃分為三個(gè)階段：

液態(tài)收縮；凝固收縮；固態(tài)收縮。Ⅰ-液態(tài)收縮；Ⅱ-凝固收縮；Ⅲ-固態(tài)收縮Ⅰ+Ⅱ-體收縮；Ⅲ-線收縮2022/12/326武漢理工大學(xué)金工學(xué)部2.1.3.2合金的收縮：合金從液態(tài)冷卻至室溫的過(guò)程中，其體

合金的固態(tài)收縮，體積和尺寸減小并存，通常稱之為——線收縮。在此收縮階段會(huì)導(dǎo)致鑄件產(chǎn)生應(yīng)力、變形和裂紋等缺陷。

合金的液態(tài)收縮和凝固收縮表現(xiàn)為合金體積的減小，通常稱之為——體收縮。在此階段會(huì)出現(xiàn)縮孔和縮松缺陷。恒溫下結(jié)晶逐層凝固縮孔兩相區(qū)結(jié)晶糊狀凝固縮松2022/12/327武漢理工大學(xué)金工學(xué)部合金的固態(tài)收縮，體積和尺寸減小并存，通常合2.1.3.3影響收縮的因素澆鑄溫度：澆鑄溫度越高，合金的液態(tài)收縮量增加，合金的收縮量增大。鑄型條件：鑄件在鑄形中是受阻收縮而不是自由收縮，阻力來(lái)自鑄型和型芯。鑄件結(jié)構(gòu)：鑄件壁厚不同，各處的冷卻速度不同，冷凝使鑄件各部分相互制約。合金種類含碳量(%)澆注溫度(℃)總收縮量(%)碳素鑄鋼0.35161012.46白口鑄鐵3.0140012～12.9灰口鑄鐵3.514006.9～7.8球墨鑄鐵4.014000.8～1.0化學(xué)成分：當(dāng)澆注溫度不變時(shí)，碳鋼隨著含碳量的增加，液相線的溫度下降，其液態(tài)體積收縮增大；鑄鐵中石墨的密度小、比容大，減小了灰鑄鐵的部分收縮。2022/12/328武漢理工大學(xué)金工學(xué)部2.1.3.3影響收縮的因素澆鑄溫度：合金種類含碳量(%)澆2.1.3.4縮孔與縮松的形成縮孔的形成

純金屬、共晶成分和結(jié)晶溫度范圍窄的合金，澆注后在型腔內(nèi)呈現(xiàn)由表及里的逐層凝固。凝固過(guò)程中,由于液態(tài)收縮和凝固收縮,使體積縮小,若其收縮得不到補(bǔ)充,就在鑄件最后凝固處形成大而集中的孔洞稱為縮孔.2022/12/329武漢理工大學(xué)金工學(xué)部2.1.3.4縮孔與縮松的形成縮孔的形成2022/12/22縮松的形成

結(jié)晶溫度范圍寬的合金呈糊狀凝固。凝固區(qū)域內(nèi)液、固兩相共存，樹(shù)枝晶發(fā)達(dá)，枝晶骨架將合金液分割為小液體區(qū)，由于液態(tài)收縮和凝固收縮,使體積縮小,若其收縮得不到補(bǔ)充,就在鑄件最后凝固處形成細(xì)小而分散的孔洞稱為縮松。結(jié)論：純金屬、共晶成分（逐層凝固）和凝固溫度范圍窄的合金易產(chǎn)生縮孔、

凝固區(qū)域較寬（糊狀凝固）的合金易產(chǎn)生縮松2022/12/330武漢理工大學(xué)金工學(xué)部縮松的形成結(jié)論：純金屬、共晶成分（逐層凝固）和凝固溫度范圍窄

縮孔與縮松的形成2022/12/331武漢理工大學(xué)金工學(xué)部縮孔與縮松的形成2022/12/231武漢理工大縮孔實(shí)例一縮孔實(shí)例二縮孔易出現(xiàn)的部位2022/12/332武漢理工大學(xué)金工學(xué)部縮孔實(shí)例一縮孔實(shí)例二縮孔易出現(xiàn)的部位2022/12/232武

判斷縮孔出現(xiàn)的方法：a）等溫線法

b）內(nèi)截圓法2022/12/333武漢理工大學(xué)金工學(xué)部判斷縮孔出現(xiàn)的方法：a）等溫線法

縮孔和縮松的防止

定向凝固原則：使鑄件遠(yuǎn)離冒口的地方先凝固，靠近冒口的地方次凝固，冒口本身最后凝固。實(shí)現(xiàn)以厚補(bǔ)薄，將縮孔轉(zhuǎn)移到冒口中去。

冒口—

儲(chǔ)存補(bǔ)縮用金屬液的空腔。2022/12/334武漢理工大學(xué)金工學(xué)部縮孔和縮松的防止定向凝固原則：使鑄件遠(yuǎn)離冒口的地方先凝1.合理布置內(nèi)澆道及確定澆鑄工藝符合定向凝固原則。防止縮孔的工藝方法：2022/12/335武漢理工大學(xué)金工學(xué)部1.合理布置內(nèi)澆道及確定澆鑄工藝符合定向凝固原則。防止縮孔的防止縮孔的工藝方法：

2.合理應(yīng)用冒口、冷鐵等工藝措施。2022/12/336武漢理工大學(xué)金工學(xué)部防止縮孔的工藝方法：2.合理應(yīng)用冒口、冷鐵等工藝措施。202.1.4液態(tài)成形內(nèi)應(yīng)力、變形與裂紋內(nèi)應(yīng)力：熱應(yīng)力和機(jī)械應(yīng)力熱應(yīng)力：鑄件在凝固和冷卻的過(guò)程中，由于鑄件的壁厚不均勻，導(dǎo)致不同部位不均衡的收縮而引起的應(yīng)力。

機(jī)械應(yīng)力：鑄件在固態(tài)收縮時(shí)，因受到鑄型、型芯、澆冒口、砂箱等外力阻礙而產(chǎn)生的應(yīng)力。變形：殘余熱應(yīng)力的存在，使鑄件處在一種非穩(wěn)定狀態(tài)，將自發(fā)地通過(guò)鑄件的變形來(lái)緩解其應(yīng)力，以回到穩(wěn)定的平衡狀態(tài)。裂紋：當(dāng)應(yīng)力大到一定程度會(huì)導(dǎo)致出現(xiàn)裂紋。2022/12/337武漢理工大學(xué)金工學(xué)部2.1.4液態(tài)成形內(nèi)應(yīng)力、變形與裂紋內(nèi)應(yīng)力：熱應(yīng)力和機(jī)械應(yīng)2.1.4.1熱應(yīng)力的形成過(guò)程分析t0——t1

高溫階段，塑性狀態(tài)，塑性變形消除t1

——t2

Ⅱ桿彈性狀態(tài)，Ⅰ塑性狀態(tài)，Ⅱ桿受拉應(yīng)力，Ⅰ受壓應(yīng)力，Ⅰ塑性變形消除t2

——t3

Ⅰ桿彈性狀態(tài)，Ⅰ比Ⅱ溫度高，Ⅰ收縮大于Ⅱ，Ⅰ收縮受Ⅱ的阻礙，產(chǎn)生拉應(yīng)力2022/12/338武漢理工大學(xué)金工學(xué)部2.1.4.1熱應(yīng)力的形成過(guò)程分析t0——t1高溫階段，2.1.4.2機(jī)械應(yīng)力形成過(guò)程分析機(jī)械應(yīng)力（收縮應(yīng)力）：鑄件冷卻到彈性狀態(tài)后，由于受到鑄型、型芯和澆、冒口等的機(jī)械阻礙而產(chǎn)生的應(yīng)力。機(jī)械應(yīng)力一般是拉應(yīng)力，由于其在彈性狀態(tài)時(shí)產(chǎn)生，因而當(dāng)形成應(yīng)力的原因消除也可隨之消失，故適時(shí)開(kāi)箱可以防止。機(jī)械應(yīng)力超過(guò)鑄件的強(qiáng)度極限時(shí)，或機(jī)械應(yīng)力和殘余熱應(yīng)力同時(shí)作用超過(guò)鑄件強(qiáng)度極限時(shí)，會(huì)導(dǎo)致形成裂紋。機(jī)械應(yīng)力的防止及消除：適時(shí)開(kāi)箱；提高型芯砂退讓性2022/12/339武漢理工大學(xué)金工學(xué)部2.1.4.2機(jī)械應(yīng)力形成過(guò)程分析機(jī)械應(yīng)力（收縮應(yīng)力）：鑄件2.1.4.3熱應(yīng)力的防止及消除方法鑄件的結(jié)構(gòu)：鑄件各部分能自由收縮

工藝原則：采用同時(shí)凝固原則時(shí)效處理：人工時(shí)效；自然時(shí)效鑄件的結(jié)構(gòu)盡可能對(duì)稱鑄件的壁厚盡可能均勻冷鐵同時(shí)凝固—整個(gè)鑄件幾乎同時(shí)凝固。2022/12/340武漢理工大學(xué)金工學(xué)部2.1.4.3熱應(yīng)力的防止及消除方法鑄件的結(jié)構(gòu)：鑄件各部分2.1.4.4鑄件的變形及防止

結(jié)論：厚部、心部受拉應(yīng)力，出現(xiàn)內(nèi)凹變形。

薄部、表面受壓應(yīng)力，出現(xiàn)外凸變形。鑄件的變形粗短細(xì)長(zhǎng)2022/12/341武漢理工大學(xué)金工學(xué)部2.1.4.4鑄件的變形及防止

結(jié)論：厚部、心部受拉應(yīng)力，鑄件的變形二鑄件的變形三2022/12/342武漢理工大學(xué)金工學(xué)部鑄件的變形二鑄件的變形三2022/12/242武漢理工大學(xué)金鑄件的變形及防止變形的形成：帶有殘余應(yīng)力的鑄件，變形使殘余應(yīng)力減小而趨于穩(wěn)定。變形的防止：與防止應(yīng)力的方法基本相同。例：圓柱體鑄件：

1）將中間鉆一通孔；

2）將外表面車掉一層；問(wèn)：在這兩種情況下其長(zhǎng)度會(huì)發(fā)生什么變化？2022/12/343武漢理工大學(xué)金工學(xué)部鑄件的變形及防止變形的形成：帶有殘余應(yīng)力的鑄件，變形使殘余應(yīng)2.1.4.5鑄件的裂紋裂紋的種類熱裂:

鑄件在凝固末期高溫下形成的裂紋.冷裂:

鑄件處于彈性狀態(tài)即在低溫時(shí)形成的裂紋.熱裂特征：沿晶粒邊界產(chǎn)生和發(fā)展，外形曲折。裂紋表面呈氧化色。部位：應(yīng)力集中或熱節(jié)處。理論：液膜理論；強(qiáng)度理論。原因：應(yīng)力大，結(jié)構(gòu)不合理，工藝不合理。鑄鋼件結(jié)構(gòu)對(duì)熱裂影響2022/12/344武漢理工大學(xué)金工學(xué)部2.1.4.5鑄件的裂紋裂紋的種類熱裂:鑄件在凝固末期高冷裂

特征：裂紋穿過(guò)晶粒，外形規(guī)則，裂紋表面光滑具有金屬光澤。

部位：應(yīng)力集中的受拉部位。

原因：結(jié)構(gòu)不合理，機(jī)械阻力大。輪轂收縮將輪輻拉斷輪緣收縮受拉被拉斷裂紋的防止盡量減小鑄造應(yīng)力：應(yīng)力是變形和裂紋的元兇；改善鑄型和型芯的退讓性：適當(dāng)減小機(jī)械應(yīng)力的措施；實(shí)現(xiàn)同時(shí)凝固原則：克服熱應(yīng)力的有效措施；合理設(shè)計(jì)鑄件結(jié)構(gòu)：壁厚均勻，避免應(yīng)力集中。2022/12/345武漢理工大學(xué)金工學(xué)部冷裂

特征：裂紋穿過(guò)晶粒，外形規(guī)則，裂紋表面光滑具有金屬光澤2.1.4.6鑄件的氣孔氣孔是氣體在鑄件內(nèi)形成的空洞。按氣體來(lái)源不同，氣孔分為：侵入性氣孔；析出性氣孔；反應(yīng)性氣孔。侵入性氣孔：砂型表面聚集的氣體壓力超過(guò)金屬液靜壓力侵入金屬液且又未能上浮析出被凝固在鑄件內(nèi)的氣體形成的空洞。一般位于上表面附近且尺寸較大。防止：降低型砂發(fā)氣，增加透氣。析出性氣孔：溶解于金屬液中的氣體在冷凝過(guò)程中因氣體溶解度下降而析出所形成的空洞。分布面積較廣，尺寸甚小。防止：控制金屬液的溶氣量。氫在純鋁中的溶解度反應(yīng)性氣孔：金屬液與鑄型、芯撐、冷鐵和熔渣間因化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生氣體而生成的氣孔。多位于反應(yīng)源附近。如金屬液和鑄型反應(yīng)氣孔多在鑄件表層，又稱為皮下氣孔。防止：控制和杜絕化學(xué)反應(yīng)的發(fā)生。2022/12/346武漢理工大學(xué)金工學(xué)部2.1.4.6鑄件的氣孔氣孔是氣體在鑄件內(nèi)形成的空洞。按氣小結(jié)合金工藝性能充型能力凝固方式應(yīng)力與變形流動(dòng)性澆注條件鑄型條件逐層凝固糊狀凝固中間凝固收縮性能液態(tài)收縮凝固收縮固態(tài)收縮鑄件結(jié)構(gòu)變形與裂紋2022/12/347武漢理工大學(xué)金工學(xué)部小結(jié)合金工藝性能充型能力凝固方式應(yīng)力與變形流動(dòng)性謝謝觀賞！2020/11/548謝謝觀賞！2020/11/548鑄造工藝基礎(chǔ)鑄造工藝基礎(chǔ)選材毛坯預(yù)先熱處理機(jī)械加工最終熱處理檢驗(yàn)

應(yīng)根據(jù)零件的性能要求、受載情況、服役條件、工作環(huán)境等：選材：金屬材料種類繁多，性能不一，而且材料的發(fā)展日新月異，而零件的性能要求、服役條件各不相同，再加上材料的資源、價(jià)格等多方面考慮。1.機(jī)械零件的制造工藝過(guò)程：機(jī)械制造過(guò)程及發(fā)展趨勢(shì)簡(jiǎn)介2022/12/350武漢理工大學(xué)金工學(xué)部選材毛坯預(yù)先熱處理機(jī)械加工最終熱處理檢驗(yàn)應(yīng)毛坯選擇：

液體成形（鑄造），塑性成形（壓力加工），連接成形（焊接），粉末冶金成形，型材。機(jī)械加工：

傳統(tǒng)加工：車削，包削，銑削，拉削，鏜削，磨削等現(xiàn)代加工：數(shù)控加工，電火花加工，激光加工等特種加工方法一個(gè)具體零件的加工往往可用多種不同的加工方法，而每種加工方法所能達(dá)到的加工精度、加工質(zhì)量、加工范圍、加工效率是不同的。2022/12/351武漢理工大學(xué)金工學(xué)部毛坯選擇：一個(gè)具體零件的加工往往可用多種不同的加工方法，而2課程介紹1.課程性質(zhì)

本課程是高等工科院校機(jī)械類和近機(jī)械類專業(yè)必修的學(xué)科基礎(chǔ)課程，本課程研究機(jī)械零件毛坯的制造方法及毛坯設(shè)計(jì)時(shí)的結(jié)構(gòu)工藝性問(wèn)題，同時(shí)還研究機(jī)械加工方法的特點(diǎn)及各種加工方法對(duì)機(jī)械零件的工藝性要求。2022/12/352武漢理工大學(xué)金工學(xué)部課程介紹1.課程性質(zhì)2022/12/24武漢理工大學(xué)金工學(xué)部

2.課程任務(wù)通過(guò)本課程的學(xué)習(xí)了解和掌握機(jī)械制造過(guò)程中各種零件毛坯制造方法的基本原理和工藝特點(diǎn)，并且對(duì)各種表面加工的方法選擇和機(jī)械零件的加工工藝規(guī)程的編制有較全面的了解，使學(xué)生具有初步的選擇毛坯、制造毛坯及零件加工的工藝分析能力。

1、主要講授工程材料常用的成形方法及機(jī)械加工方法和工藝特點(diǎn)、機(jī)械制造過(guò)程中常用的一些先進(jìn)技術(shù)。

2、各種工藝方法本身的規(guī)律性及在機(jī)械制造中的應(yīng)用和相互聯(lián)系；

3、金屬零件的加工工藝過(guò)程；

4、金屬材料性能及其對(duì)加工工藝的影響；

5、工藝方法的綜合比較等。

2022/12/353武漢理工大學(xué)金工學(xué)部2.課程任務(wù)通過(guò)本課程的學(xué)習(xí)了解和掌握機(jī)械制3.課程重點(diǎn)

1、基本原理

2、工藝特點(diǎn)4.課程特點(diǎn)

1、理論性強(qiáng)

2、實(shí)踐性強(qiáng)

3、無(wú)公式推導(dǎo)5.學(xué)習(xí)方法

1、在理解基礎(chǔ)上記憶

2、在記憶基礎(chǔ)上加深理解2022/12/354武漢理工大學(xué)金工學(xué)部3.課程重點(diǎn)1、基本原理4.課程特點(diǎn)1、理論性強(qiáng)5.學(xué)習(xí)金屬工藝學(xué)材料成形工藝基礎(chǔ)金屬連接成形(焊接)金屬塑性成形(壓力加工)金屬液態(tài)成形(鑄造)機(jī)械加工工藝基礎(chǔ)機(jī)械加工工藝的基本知識(shí)表面切削成形的基本方法金屬切削加工基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)刀具角度的測(cè)量與設(shè)計(jì)低碳鋼熔化焊焊接接頭組織分析2022/12/355武漢理工大學(xué)金工學(xué)部金屬工藝學(xué)材料成形工藝基礎(chǔ)金屬連接成形(焊接)金屬塑性成形(

第2章：鑄造

本章內(nèi)容1.1鑄造工藝基礎(chǔ)；

1.2常用合金鑄件的生產(chǎn)；

1.3砂型鑄造；

1.4鑄件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

本章重點(diǎn)鑄造性能；鑄鐵生產(chǎn)；砂型鑄造工藝設(shè)計(jì)；鑄件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。2022/12/356武漢理工大學(xué)金工學(xué)部第2章：鑄造本章內(nèi)容1.1鑄造工藝基礎(chǔ)；202

鑄造概述

液態(tài)成形工藝基礎(chǔ)鑄件生產(chǎn)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

砂型鑄造1234工藝性能工藝方法★鑄造的發(fā)展史2022/12/357武漢理工大學(xué)金工學(xué)部鑄造概述液態(tài)成形工藝基礎(chǔ)鑄件生產(chǎn)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)砂鑄造發(fā)展史概述鑄造生產(chǎn)的技術(shù)在我國(guó)至少有四千年的歷史.

前兩千年以青銅鑄造為主,發(fā)展了冶鑄技術(shù),形成了商周文化.

后兩千年以鑄鐵生產(chǎn)為主,推動(dòng)了鑄造技術(shù)的發(fā)展.商代司母戊鼎

司母戊鼎通高133厘米,橫長(zhǎng)110厘米,寬78厘米,重875公斤.根據(jù)目前發(fā)展的商代熔銅坩鍋,一次約能熔銅12.7公斤.鑄造司母戊這樣的大鼎,就需要七十多個(gè)坩鍋.如果一個(gè)坩鍋配備三至四人,就需要二、三百人同時(shí)操作。云版又叫“點(diǎn)”，是軍營(yíng)中遇有急事敲打報(bào)警用的。此塊云版用生鐵鑄成，上下兩端勾卷如云，故名。上鑄雙鉤漢字兩行：“大金天命癸亥年鑄牛莊城”十一字。2022/12/358武漢理工大學(xué)金工學(xué)部鑄造發(fā)展史概述鑄造生產(chǎn)的技術(shù)在我國(guó)至少有四千年的歷史.商代2.1鑄造工藝基礎(chǔ)

將液態(tài)金屬澆入與零件形狀相適應(yīng)的鑄型空腔中，待其冷卻凝固，以獲得毛坯或零件的工藝方法，通常稱為金屬的液態(tài)成形或鑄造。金屬的液態(tài)成形在機(jī)械制造業(yè)中占有重要的地位。他是制造毛坯、零件的重要方法之一。按鑄型材料的不同，金屬液態(tài)成形可分為砂型鑄造和特種鑄造（包括熔模鑄造、離心鑄造、壓力鑄造、低壓鑄造、金屬型鑄造等）。其中砂型鑄造是最基本的液態(tài)成形方法，所生產(chǎn)的鑄件要占鑄件總量的80%以上。零件圖鑄造工藝圖鑄型型芯芯盒芯砂型砂模型熔煉合箱落砂、清理檢驗(yàn)鑄件澆注冷卻凝固鑄造生產(chǎn)過(guò)程2022/12/359武漢理工大學(xué)金工學(xué)部2.1鑄造工藝基礎(chǔ)將液態(tài)金屬澆入與零件形狀相適應(yīng)的砂型鑄造過(guò)程2022/12/360武漢理工大學(xué)金工學(xué)部砂型鑄造過(guò)程2022/12/212武漢理工大學(xué)金工學(xué)部砂型鑄造過(guò)程2022/12/361武漢理工大學(xué)金工學(xué)部砂型鑄造過(guò)程2022/12/213武漢理工大學(xué)金工學(xué)部液態(tài)成型的優(yōu)點(diǎn)適于做復(fù)雜外形，特別是復(fù)雜內(nèi)腔的毛坯1適應(yīng)性廣，對(duì)鑄件材料、大小、批量幾乎不受限制2成本低，原材料來(lái)源廣，價(jià)格低廉,一般不需要昂貴的設(shè)備3是選用某些塑性很差的材料(如鑄鐵等)制造毛坯或零件的唯一成型工藝42022/12/362武漢理工大學(xué)金工學(xué)部液態(tài)成型的優(yōu)點(diǎn)適于做復(fù)雜外形，特別是1適應(yīng)性廣，對(duì)鑄件材料、液態(tài)成型的缺點(diǎn)工藝過(guò)程比較復(fù)雜，一些工藝過(guò)程還難以控制1液態(tài)成形零件內(nèi)部組織的均勻性、致密性一般較差2液態(tài)成形零件易出現(xiàn)縮孔、縮松、氣孔、砂眼、夾渣、夾砂、裂紋等缺陷，產(chǎn)品質(zhì)量不夠穩(wěn)定3由于鑄件內(nèi)部晶粒粗大，組織不均勻，且常伴有缺陷，其力學(xué)性能比同類材料的塑性成形低4鑄造缺陷與合金鑄造性能（液態(tài)合金充型，凝固收縮）；造型材料（型砂）；鑄造工藝（工藝設(shè)計(jì)與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)）以及合金熔煉有關(guān)，它們相互關(guān)聯(lián)并相互矛盾。2022/12/363武漢理工大學(xué)金工學(xué)部液態(tài)成型的缺點(diǎn)工藝過(guò)程比較復(fù)雜，一些1液態(tài)成形零件內(nèi)部組織的合金的鑄造性能

合金的鑄造性能通常是指合金在鑄造過(guò)程中所表現(xiàn)出的工藝性能。它包括液態(tài)合金的充型能力，合金的凝固與收縮，鑄造應(yīng)力與偏析等，他們對(duì)獲得合格鑄件有很大的影響。因此，合金鑄造性能是選擇鑄造金屬材料，確定鑄件的鑄造工藝方案及進(jìn)行鑄件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的依據(jù)。2022/12/364武漢理工大學(xué)金工學(xué)部合金的鑄造性能合金的鑄造性能通常是指合金2.1.1合金的充型能力液態(tài)金屬充滿鑄型型腔，獲得尺寸精確、輪廓清晰的成型件的能力充型能力的概念:充型能力不足澆不足冷隔夾砂氣孔夾渣影響充型能力的因數(shù)合金的流動(dòng)性澆注條件鑄型填充條件鑄件結(jié)構(gòu)2022/12/365武漢理工大學(xué)金工學(xué)部2.1.1合金的充型能力液態(tài)金屬充滿鑄型型腔，獲得尺寸精確、合金的流動(dòng)性測(cè)試合金流動(dòng)性的方法:通常用螺旋形試樣來(lái)測(cè)試合金流動(dòng)性的優(yōu)、劣。如右圖，將合金液澆入鑄型中，冷凝后測(cè)出充滿型腔的試樣長(zhǎng)度。澆出的試樣越長(zhǎng)，合金的流動(dòng)性越好。幾種不同合金流動(dòng)性的比較出氣口澆口杯試樣鑄件試樣凸臺(tái)

內(nèi)澆口合金造型材料澆注溫度螺旋線長(zhǎng)度灰鑄鐵C+Si=5.2%C+Si=4.2%砂型砂型1300℃1300℃1000mm600mm鑄鋼(0.4%)砂型1600℃100mm錫青銅(9%～11%Sn2%～4%Zn)砂型1040℃420mm硅黃銅(1.5～4.5%)砂型1100℃1000mm鋁合金(硅鋁明)金屬型(300℃)680～720℃700～800mm2022/12/366武漢理工大學(xué)金工學(xué)部合金的流動(dòng)性測(cè)試合金流動(dòng)性的方法:幾種不同合金流動(dòng)性的比較出2.1.2.1合金流動(dòng)性對(duì)充型能力的影響合金流動(dòng)性的影響因數(shù)合金的種類：不同種類的合金流動(dòng)性不同化學(xué)成分：同類合金成分不同，合金的結(jié)晶特點(diǎn)不同，流動(dòng)性不同。結(jié)晶特性:

恒溫下結(jié)晶，流動(dòng)性較好；兩相區(qū)內(nèi)結(jié)晶，流動(dòng)性較差。相同過(guò)熱度時(shí)鑄鐵含碳量與流動(dòng)性的關(guān)系含碳量對(duì)結(jié)晶特性的影響2022/12/367武漢理工大學(xué)金工學(xué)部2.1.2.1合金流動(dòng)性對(duì)充型能力的影響合金流動(dòng)性的影響因硅:

硅是石墨化元素,其作用與碳相似,隨著硅量的增加,合金的液相線溫度下降,使流動(dòng)性提高.錳:錳本身對(duì)合金的流動(dòng)性影響不大,但隨著MnS夾雜物的增加,合金的流動(dòng)性下降.硫:

合金中含硫量越高,越易形成氧化膜,增加鐵水的粘度,致使鐵水流動(dòng)性降低.磷:

合金中隨著含磷量的增加,液相線溫度和固相線溫度下降,鐵水的粘度下降,因此,提高了合金的流動(dòng)性.

合金的流動(dòng)性是指液態(tài)金屬自身的流動(dòng)能力，合金流動(dòng)性愈好，充型能力愈強(qiáng)。合金流動(dòng)性優(yōu)劣最根本的影響因素是其化學(xué)成分。不同種類合金化學(xué)成分不同；同類合金化學(xué)成分不同其結(jié)晶特性不同。針對(duì)不同材料的流動(dòng)性優(yōu)劣可預(yù)先采取其他措施以提高合金充型能力。鐵碳合金五大化學(xué)元素：碳、硅、錳、磷、硫?qū)辖鹆鲃?dòng)性的影響2022/12/368武漢理工大學(xué)金工學(xué)部硅:硅是石墨化元素,其作用與碳相似,隨著硅量的增加,2.1.2.2澆注條件對(duì)充型能力的影響澆注條件澆注溫度充型壓力澆注系統(tǒng)澆注溫度高，液態(tài)金屬的粘度變小；過(guò)熱度高，金屬液內(nèi)含熱量多，保持液態(tài)的時(shí)間長(zhǎng)，充型能力強(qiáng)。液態(tài)金屬在流動(dòng)方向上所受的壓力稱為充型壓力。充型壓力越大,充型能力越強(qiáng)。澆注系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)越復(fù)雜，則流動(dòng)阻力越大，充型能力越差。2.1.2.3鑄型條件對(duì)充型能力的影響鑄型蓄熱系數(shù):即從液態(tài)金屬中吸取熱量并儲(chǔ)存的能力鑄型溫度(不能過(guò)高)

鑄型的發(fā)氣和透氣能力：鑄型發(fā)氣能力過(guò)強(qiáng),透氣能力又差時(shí),若澆鑄速度太快,則型腔中的氣體壓力增大，充型能力減弱。2022/12/369武漢理工大學(xué)金工學(xué)部2.1.2.2澆注條件對(duì)充型能力的影響澆注澆注溫度充型壓力2.1.2.4鑄件結(jié)構(gòu)對(duì)充型能力的影響折算厚度：折算厚度也叫當(dāng)量厚度或模數(shù)，是鑄件體積與鑄件表面積之比。折算厚度越大，熱量散失越慢，充型能力就越好。鑄件壁厚相同時(shí)，垂直壁比水平壁更容易充填。（大平面鑄件不易成形）

復(fù)雜程度：鑄件結(jié)構(gòu)越復(fù)雜，流動(dòng)阻力就越大，鑄型的充填就越困難。知道了影響影響充型能力的因素，進(jìn)一步分析，找出可控因素，從而提出改進(jìn)或提高合金充填能力的措施。

因素－分析－控制2022/12/370武漢理工大學(xué)金工學(xué)部2.1.2.4鑄件結(jié)構(gòu)對(duì)充型能力的影響折算厚度：復(fù)雜程度：鑄小結(jié)什么是金屬的液態(tài)成形液態(tài)成型的優(yōu)、缺點(diǎn)合金的充型能力結(jié)晶特性:

恒溫下結(jié)晶，流動(dòng)性較好；兩相區(qū)內(nèi)結(jié)晶，流動(dòng)性較差影響充型能力的因數(shù)合金的流動(dòng)性鑄型性質(zhì)澆注條件鑄件結(jié)構(gòu)等澆注溫度充型壓力澆注系統(tǒng)復(fù)雜程度、折算厚度鑄型溫度、鑄型的發(fā)氣和透氣能力合金的種類、化學(xué)成分（結(jié)晶特性）2022/12/371武漢理工大學(xué)金工學(xué)部小結(jié)什么是金屬的液態(tài)成形液態(tài)成型的優(yōu)、缺點(diǎn)合金的充型能力結(jié)晶2.1.3液態(tài)金屬的凝固與收縮2.1.3.1鑄件的凝固方式：

在鑄件的凝固過(guò)程中，其截面一般存在三個(gè)區(qū)域，即液相區(qū)、凝固區(qū)、固相區(qū)。對(duì)鑄件質(zhì)量影響較大的主要是液相和固相并存的凝固區(qū)的寬窄。鑄件的凝固方式就是依據(jù)凝固區(qū)的寬窄來(lái)劃分的。鑄件的凝固方式依據(jù)凝固區(qū)的寬窄劃分為：逐層凝固；糊狀凝固；中間凝固。合金的結(jié)晶溫度范圍和凝固方式的關(guān)系2022/12/372武漢理工大學(xué)金工學(xué)部2.1.3液態(tài)金屬的凝固與收縮2.1.3.1鑄件的凝固方式影響凝固的主要因素：鑄件的溫度梯度：在合金結(jié)晶溫度范圍已定的前提下，凝固區(qū)的寬窄取決于鑄件內(nèi)外層之間的溫度差。若鑄件內(nèi)外層之間的溫度差由小變大，則其凝固區(qū)相應(yīng)由寬變窄。合金的結(jié)晶溫度范圍：

合金的結(jié)晶溫度范圍越小，凝固區(qū)域越窄，越趨向于逐層凝固。在鐵碳合金中普通灰鑄鐵為逐層凝固，高碳鋼為糊狀凝固。增大溫度梯度是使凝固區(qū)變窄的有效工藝措施2022/12/373武漢理工大學(xué)金工學(xué)部影響凝固的主要因素：鑄件的溫度梯度：合金的結(jié)晶溫度范圍：增大2.1.3.2合金的收縮：合金從液態(tài)冷卻至室溫的過(guò)程中，其體積或尺寸縮減的現(xiàn)象。合金的收縮給液態(tài)成形工藝帶來(lái)許多困難，會(huì)造成許多鑄造缺陷。（如：縮孔、縮松、變形、裂紋）。合金的收縮可劃分為三個(gè)階段：

液態(tài)收縮；凝固收縮；固態(tài)收縮。Ⅰ-液態(tài)收縮；Ⅱ-凝固收縮；Ⅲ-固態(tài)收縮Ⅰ+Ⅱ-體收縮；Ⅲ-線收縮2022/12/374武漢理工大學(xué)金工學(xué)部2.1.3.2合金的收縮：合金從液態(tài)冷卻至室溫的過(guò)程中，其體

合金的固態(tài)收縮，體積和尺寸減小并存，通常稱之為——線收縮。在此收縮階段會(huì)導(dǎo)致鑄件產(chǎn)生應(yīng)力、變形和裂紋等缺陷。

合金的液態(tài)收縮和凝固收縮表現(xiàn)為合金體積的減小，通常稱之為——體收縮。在此階段會(huì)出現(xiàn)縮孔和縮松缺陷。恒溫下結(jié)晶逐層凝固縮孔兩相區(qū)結(jié)晶糊狀凝固縮松2022/12/375武漢理工大學(xué)金工學(xué)部合金的固態(tài)收縮，體積和尺寸減小并存，通常合2.1.3.3影響收縮的因素澆鑄溫度：澆鑄溫度越高，合金的液態(tài)收縮量增加，合金的收縮量增大。鑄型條件：鑄件在鑄形中是受阻收縮而不是自由收縮，阻力來(lái)自鑄型和型芯。鑄件結(jié)構(gòu)：鑄件壁厚不同，各處的冷卻速度不同，冷凝使鑄件各部分相互制約。合金種類含碳量(%)澆注溫度(℃)總收縮量(%)碳素鑄鋼0.35161012.46白口鑄鐵3.0140012～12.9灰口鑄鐵3.514006.9～7.8球墨鑄鐵4.014000.8～1.0化學(xué)成分：當(dāng)澆注溫度不變時(shí)，碳鋼隨著含碳量的增加，液相線的溫度下降，其液態(tài)體積收縮增大；鑄鐵中石墨的密度小、比容大，減小了灰鑄鐵的部分收縮。2022/12/376武漢理工大學(xué)金工學(xué)部2.1.3.3影響收縮的因素澆鑄溫度：合金種類含碳量(%)澆2.1.3.4縮孔與縮松的形成縮孔的形成

純金屬、共晶成分和結(jié)晶溫度范圍窄的合金，澆注后在型腔內(nèi)呈現(xiàn)由表及里的逐層凝固。凝固過(guò)程中,由于液態(tài)收縮和凝固收縮,使體積縮小,若其收縮得不到補(bǔ)充,就在鑄件最后凝固處形成大而集中的孔洞稱為縮孔.2022/12/377武漢理工大學(xué)金工學(xué)部2.1.3.4縮孔與縮松的形成縮孔的形成2022/12/22縮松的形成

結(jié)晶溫度范圍寬的合金呈糊狀凝固。凝固區(qū)域內(nèi)液、固兩相共存，樹(shù)枝晶發(fā)達(dá)，枝晶骨架將合金液分割為小液體區(qū)，由于液態(tài)收縮和凝固收縮,使體積縮小,若其收縮得不到補(bǔ)充,就在鑄件最后凝固處形成細(xì)小而分散的孔洞稱為縮松。結(jié)論：純金屬、共晶成分（逐層凝固）和凝固溫度范圍窄的合金易產(chǎn)生縮孔、

凝固區(qū)域較寬（糊狀凝固）的合金易產(chǎn)生縮松2022/12/378武漢理工大學(xué)金工學(xué)部縮松的形成結(jié)論：純金屬、共晶成分（逐層凝固）和凝固溫度范圍窄

縮孔與縮松的形成2022/12/379武漢理工大學(xué)金工學(xué)部縮孔與縮松的形成2022/12/231武漢理工大縮孔實(shí)例一縮孔實(shí)例二縮孔易出現(xiàn)的部位2022/12/380武漢理工大學(xué)金工學(xué)部縮孔實(shí)例一縮孔實(shí)例二縮孔易出現(xiàn)的部位2022/12/232武

判斷縮孔出現(xiàn)的方法：a）等溫線法

b）內(nèi)截圓法2022/12/381武漢理工大學(xué)金工學(xué)部判斷縮孔出現(xiàn)的方法：a）等溫線法

縮孔和縮松的防止

定向凝固原則：使鑄件遠(yuǎn)離冒口的地方先凝固，靠近冒口的地方次凝固，冒口本身最后凝固。實(shí)現(xiàn)以厚補(bǔ)薄，將縮孔轉(zhuǎn)移到冒口中去。

冒口—

儲(chǔ)存補(bǔ)縮用金屬液的空腔。2022/12/382武漢理工大學(xué)金工學(xué)部縮孔和縮松的防止定向凝固原則：使鑄件遠(yuǎn)離冒口的地方先凝1.合理布置內(nèi)澆道及確定澆鑄工藝符合定向凝固原則。防止縮孔的工藝方法：2022/12/383武漢理工大學(xué)金工學(xué)部1.合理布置內(nèi)澆道及確定澆鑄工藝符合定向凝固原則。防止縮孔的防止縮孔的工藝方法：

2.合理應(yīng)用冒口、冷鐵等工藝措施。2022/12/384武漢理工大學(xué)金工學(xué)部防止縮孔的工藝方法：2.合理應(yīng)用冒口、冷鐵等工藝措施。202.1.4液態(tài)成形內(nèi)應(yīng)力、變形與裂紋內(nèi)應(yīng)力：熱應(yīng)力和機(jī)械應(yīng)力熱應(yīng)力：鑄件在凝固和冷卻的過(guò)程中，由于鑄件的壁厚不均勻，導(dǎo)致不同部位不均衡的收縮而引起的應(yīng)力。

機(jī)械應(yīng)力：鑄件在固態(tài)收縮時(shí)，因受到鑄型、型芯、澆冒口、砂箱等外力阻礙而產(chǎn)生的應(yīng)力。變形：殘余熱應(yīng)力的存在，使鑄件處在一種非穩(wěn)定狀態(tài)，將自發(fā)地通過(guò)鑄件的變形來(lái)緩解其應(yīng)力，以回到穩(wěn)定的平衡狀態(tài)。裂紋：當(dāng)應(yīng)力大到一定程度會(huì)導(dǎo)致出現(xiàn)裂紋。2022/12/385武漢理工大學(xué)金工學(xué)部2.1.4液態(tài)成形內(nèi)應(yīng)力、變形與裂紋內(nèi)應(yīng)力：熱應(yīng)力和機(jī)械應(yīng)2.1.4.1熱應(yīng)力的形成過(guò)程分析