鑄造基本知識及理論課件

鑄造基本知識及理論鑄造基本知識及理論1第一節(jié)鑄造概述第二節(jié)鑄造的工藝根底第三節(jié)砂型鑄造第四節(jié)特種鑄造課程大綱第一節(jié)鑄造概述課程大綱2金屬的成形方法可分為鑄造、塑性成形〔或稱壓力加工〕、切削加工、焊接和粉末冶金五大類。鑄造是生產(chǎn)金屬零件毛坯的主要工藝方法之一，與其它工藝方法相比，它具有本錢低，工藝靈活性大，適合生產(chǎn)不同材料、形狀和重量的鑄件，并適合于批量生產(chǎn)。第一節(jié)概述但它的缺點(diǎn)是公差較大，易產(chǎn)生內(nèi)部缺陷。金屬的成形方法可分為鑄造、塑性成形〔或稱壓力加3鑄造是人類掌握比較早的一種金屬熱加工工藝，已有約6000年的歷史。中國約在公元前1700～前1000年之間已進(jìn)入青銅鑄件的全盛期，工藝上已到達(dá)相當(dāng)高的水平。中國商朝的重875公斤的司母戊方鼎，戰(zhàn)國時期的曾侯乙尊盤，西漢的透光鏡，都是古代鑄造的代表產(chǎn)品。曾侯乙尊盤司母戊方鼎鑄造是人類掌握比較早的一種金屬熱加工工藝，已4鑄造基本知識及理論課件5第二節(jié)鑄造的工藝根底定義：鑄造是指將熔融態(tài)的金屬〔或合金〕澆注于特定型腔的鑄型中凝固成形的金屬材料成形方法。

鑄造的基本過程：液態(tài)金屬充型鑄件凝固收縮第二節(jié)鑄造的工藝根底定義：鑄造是指將熔融態(tài)6

實質(zhì)：液態(tài)金屬（或合金）充填鑄型型腔并在其中凝固和冷卻。砂型鑄造概略圖實質(zhì)：液態(tài)金屬（或合金）充填鑄型型腔并在其中砂型鑄造概略7

主要影響因素鑄造的主要影響因素主要表達(dá)在二個方面：一是影響充型的主要因素和影響凝固收縮的主要因素。階段主要影響因素

鑄造充型金屬的流動性澆注溫度充型壓力凝固收縮凝固方式冷卻速度主要影響因素鑄造的主要影響因素主要表達(dá)在二個方面8

金屬的流動性：改善金屬的流動性加快凝固中液體的補(bǔ)縮排除內(nèi)部夾雜物和氣體形成薄壁復(fù)雜的鑄件有利于金屬流動性測試實驗

實驗如右圖所示：金屬的流動性：改善金屬加快凝固中液體的補(bǔ)縮排除內(nèi)部夾雜物和9

澆注溫度：T澆注↑t凝固↑流動性↑δ粘度↓充填路徑↑充型能力↑澆注溫度：T澆注↑t凝固↑流動性↑δ粘度↓充填路徑↑充型能10

充型能力：P充型↑V流動↑充型能力↑

鑄件的凝固方式：充型能力：P充型↑V流動↑充型能力↑鑄件的凝固方式：11在鑄件凝固過程中，對鑄件質(zhì)量影響較大的主要是固液兩相并存的凝固區(qū)的寬窄。鑄件的“凝固方式〞就是依據(jù)凝固區(qū)的寬窄來劃分的。逐層凝固純金屬和共晶成分的合金在凝固中因為不存在固液兩相并存的凝固區(qū)，所以固體與液體分界面清晰可見，一直向鑄件中心移動。在鑄件凝固過程中，對鑄件質(zhì)量影響較大的主要逐12糊狀凝固鑄件在結(jié)晶過程中，當(dāng)結(jié)晶溫度范圍很寬，且鑄件截面上的溫度梯度較小，則不存在固相層，固液兩相共存的凝固區(qū)貫穿整個區(qū)域。中間凝固大多數(shù)合金的凝固是介于逐層凝固和糊狀凝固之間，稱為中間凝固。糊狀凝固鑄件在結(jié)晶過程中，當(dāng)結(jié)晶溫度范圍很寬13一般認(rèn)為：鑄模的冷卻能力越大，越有利于在結(jié)晶過程中保持較大的溫度梯度，從而利于柱狀晶區(qū)的開展。柱狀晶擇優(yōu)取向，晶界往往容易富集第二相，特別是在兩種位向穿插面是受力的薄弱環(huán)節(jié)，軋制時容易開裂。因此，鋼鐵或鎳合金〔塑形較差〕應(yīng)防止柱狀晶的出現(xiàn)；而有色金屬，有時要求獲得柱狀晶。思考：假設(shè)要防止柱狀晶的出現(xiàn)，應(yīng)采用哪種凝固方式，并如何實現(xiàn)？討論：一般認(rèn)為：鑄模的冷卻能力越大，越有利于在14

鑄件的收縮：定義：收縮是指合金從澆注、凝固到冷卻至室溫的過程中，其體積或尺寸縮減的現(xiàn)象。分類：分為三類，液態(tài)收縮、凝固收縮和固態(tài)收縮。鑄件溫度降低澆注溫度室溫凝固終止溫度開始凝固溫度液態(tài)收縮凝固收縮固態(tài)收縮

體積收縮線收縮鑄件的收縮：定義：收縮是指合金從澆注、凝固到冷卻至室溫的過15收縮率：體積收縮是指單位體積的收縮量〔體積收縮率〕。線收縮是指單位長度上的收縮量〔線收縮率〕。體積收縮率：線收縮率：其中V0，L0表示鑄件在高溫T0時的體積和一維方向的長度；V1，L1表示鑄件在高溫T1時的體積和一維方向的長度。收縮率：體積收縮率：線收縮率：其中V0，L0表示鑄16注意：在鑄模尺寸設(shè)計時必須考慮鑄件的收縮因素。即利用每種材料特定的收縮率和實際鑄件的尺寸，來換算成鑄模型腔的尺寸。合金的收縮給鑄模的設(shè)計和鑄件的精細(xì)成形等帶來較大困難，是多數(shù)鑄造缺陷產(chǎn)生的根源。3.3～4.20.13.614003.50灰口鑄鐵5.4～6.34.22.414003.00白口鑄鐵7.863.01.616100.35碳鋼固態(tài)收縮（％）凝固收縮（％）液態(tài)收縮（％）澆注溫度（℃）碳含量（％）合金種類表2-1典型合金的收縮率εV注意：在鑄模尺寸設(shè)計時必須考慮鑄件的收縮因素。即利合17

縮孔：

鑄造缺陷定義：縮孔是指金屬液在鑄模中冷卻和凝固時，在鑄件的厚大部位及最后凝固部位形成一些容積較大的孔洞。產(chǎn)生原因：先凝固區(qū)域堵住液體流動的通道，后凝固區(qū)域收縮所縮減的容積得不到補(bǔ)充。縮孔：鑄造缺陷定義：縮孔是指金屬液在鑄模中冷卻和凝固時18

疏松：定義：疏松是指金屬液在鑄模中冷卻和凝固時，在鑄件的厚大部位及最后凝固部位形成一些分散性的小孔洞。產(chǎn)生原因：

當(dāng)合金的結(jié)晶溫度范圍很寬或鑄件斷面溫度梯度較小時，凝固過程中有較寬的糊狀凝固兩相并存的區(qū)域。隨著樹枝晶長大，該區(qū)域被分割成許多孤立的小熔池，各部分熔池內(nèi)剩余液態(tài)合金的收縮得不到補(bǔ)充，最后形成了形狀不一的分散性孔洞即縮松。

另外，疏松還可能由凝固時被截留在鑄件內(nèi)的氣體無法排除所致。不過，疏松內(nèi)表面應(yīng)該是光滑，近似球狀。疏松：定義：疏松是指金屬液在鑄模中冷卻和凝固時，在鑄件的厚19危害：顯著降低鑄件的機(jī)械性能，造成鑄件滲漏等。防止措施：采取順序凝固的方法防止縮孔、疏松的出現(xiàn)。順序凝固示意圖安裝冒口或放置冷鐵等工藝措施，使鑄件上遠(yuǎn)離冒口的部位先凝固（圖中Ⅰ），爾后在靠近冒口的部位凝固（圖中Ⅱ、Ⅲ），最后是冒口本身凝固。順序凝固：是指通過在鑄件上可能出現(xiàn)疏松的厚大部位危害：顯著降低鑄件的機(jī)械性能，造成鑄件滲漏等。防止措施：采取20內(nèi)置冷鐵法外置冷鐵法內(nèi)置冷鐵法外置冷鐵法21

設(shè)置冒口法

冒口、冷鐵共用法設(shè)置冒口法冒口、冷鐵共用法22

裂紋與變形：在鑄件的固態(tài)收縮階段會引起鑄造應(yīng)力。鑄造應(yīng)力相變應(yīng)力熱應(yīng)力機(jī)械應(yīng)力鑄件收縮受阻鑄件因V冷卻、溫度不同，各部位收縮不一致產(chǎn)生鑄件組織發(fā)生相變時，因溫度差異出現(xiàn)體積變化不一致鑄造應(yīng)力：裂紋與變形：在鑄件的固態(tài)收縮階段會引起鑄造應(yīng)力。鑄23

鑄件特殊位置的裂紋示意圖裂紋的常見部位：鑄件特殊位置的裂紋示意圖裂紋的常見部位：24裂紋和變形的防止：以有利于釋放鑄造應(yīng)力為原那么；1、采用正確的鑄造工藝〔正確設(shè)計澆注系統(tǒng)、補(bǔ)縮系統(tǒng)等〕；2、鑄件形狀設(shè)計要求簡單、對稱和厚薄均勻；3、對鑄件進(jìn)展熱處理。

其它鑄造缺陷：

鼓泡

滲漏裂紋和變形的防止：以有利于釋放鑄造應(yīng)力為原那么；其它鑄造缺25冷隔

未注滿冷隔未注滿26第三節(jié)砂型鑄造

砂型鑄造是指用砂粒制備鑄型來生產(chǎn)鑄件的鑄造方法?？勺匪莸焦?000～4000年，用石頭和金屬型做出銅器。砂型鑄造概略圖第三節(jié)砂型鑄造砂型鑄造是指用砂粒制備鑄型27

鑄模設(shè)計：

確定澆注位置和分型面：澆注位置：

指澆注時鑄件再鑄型中所處的位置。分型面：指鑄型的分割或裝配面。正確設(shè)置澆注位置和分型面是完成造型、取模、設(shè)置澆冒系統(tǒng)和安裝砂芯的需要。

確定主要工藝參數(shù)：正確選擇收縮量、機(jī)械加工余量和拔模斜度等。拔模斜度鑄模設(shè)計：確定澆注位置和分型面：澆注位置：指澆注時鑄28

澆注系統(tǒng)的設(shè)計：澆注系統(tǒng)是鑄型中液態(tài)金屬流入型腔的通道；通常由交口杯、直澆道、橫澆道和內(nèi)澆道等組成。設(shè)計原那么：確保液態(tài)金屬能夠平穩(wěn)而合理地充滿型腔。

補(bǔ)縮系統(tǒng)的設(shè)計：為消除縮孔和疏松，必須設(shè)置冒口、冷鐵等補(bǔ)縮系統(tǒng)。澆注系統(tǒng)示意圖澆注系統(tǒng)的設(shè)計：澆注系統(tǒng)是鑄型中液態(tài)金屬流入型腔的29設(shè)計原那么：1、冒口的凝固時間必須大于或等于鑄件被補(bǔ)縮局部的凝固時間。2、冒口應(yīng)具有足夠大的體積，以保證有足夠的金屬液補(bǔ)充鑄件內(nèi)部的體收縮。3、在鑄件凝固時，冒口與被補(bǔ)縮部位之間應(yīng)有通暢的補(bǔ)縮通道。4、為增加鑄件局部冷卻速度，在鑄型局部區(qū)域設(shè)置激冷能力強(qiáng)的材料〔如鑄鐵、石墨或鑄鋼等〕作為冷鐵。設(shè)計原那么：30

生產(chǎn)準(zhǔn)備：

模型和芯盒的設(shè)計：模型的內(nèi)輪廓應(yīng)該與鑄件的外輪廓的形狀相一致，并且在尺寸上比鑄件大出一個收縮量。對于有孔或中空的鑄件，需在模腔中放置型芯來獲得。型芯的尺寸設(shè)計也要考慮到收縮量的問題。生產(chǎn)準(zhǔn)備：模型和芯盒的設(shè)計：模型的內(nèi)輪廓應(yīng)該與31型〔芯〕砂的制備：技術(shù)要求：型〔芯〕砂具有一定的強(qiáng)度、透氣性、退讓性盒潰散性等。影響因素：1、造型因素：主要指砂型的緊實程度。（右圖表示了幾種常用的壓實型砂的方法）型〔芯〕砂的制備：技術(shù)要求：型〔芯〕砂具有一定的強(qiáng)度、透氣322、型砂的影響：1〕原砂、粘結(jié)劑和稀釋劑的成分配比；型砂稀釋劑原砂粘結(jié)劑鉻鐵礦砂水溶劑粘土水玻璃樹脂石英砂鋯英砂2〕原砂的形狀、粒度狀況一般認(rèn)為：粒度在小尺寸范圍呈正態(tài)分布，有利于砂型強(qiáng)度的提高，但透氣性較差。2、型砂的影響：型砂稀釋劑原砂粘結(jié)劑鉻鐵礦砂水溶劑33

工藝過程

34

特點(diǎn)及應(yīng)用：1、不受鑄件材質(zhì)、尺寸、質(zhì)量和生產(chǎn)批量的限制；2、屬于一次性鑄造成形，造型工作量大；3、鑄件精度和外表質(zhì)量差；4、砂型鑄造缺陷多，廢品率高，機(jī)械性能較差；5、設(shè)備簡單、投資少，價格低廉，應(yīng)用廣泛。特點(diǎn)及應(yīng)用：1、不受鑄件材質(zhì)、尺寸、質(zhì)量和生產(chǎn)批量的限制35第四節(jié)特種鑄造為獲得高質(zhì)量、高精度的鑄件，提高生產(chǎn)率，人們在砂型鑄造的根底上，創(chuàng)造了多種其它的鑄造方法；通常把這些有別于砂型鑄造的其他鑄造方法通稱為特種鑄造。特種鑄造金屬型鑄造熔模鑄造消失模鑄造連續(xù)鑄造離心鑄造低壓鑄造壓力鑄造七種常見的特種鑄造方法第四節(jié)特種鑄造為獲得高質(zhì)量、高精度的鑄件36

金屬型鑄造：

定義：金屬型鑄造是指利用金屬材料制成鑄型，在重力作用下將熔融金屬澆注到鑄型中制造鑄件的一種鑄造方法，也稱永久型鑄造。

工藝過程：金屬型鑄造：定義：金屬型鑄造是指利用金屬材料制成鑄型，37特點(diǎn)和應(yīng)用：1、可重復(fù)使用，生產(chǎn)效率高，勞動條件好，但本錢高；2、鑄件精度高，外表粗糙度較低；3、金屬散熱性能好，晶粒細(xì)化，機(jī)械性能好；4、不透氣且無退讓性，易造成鑄件澆缺乏或開裂。5、適于生產(chǎn)大批量有色金屬鑄件。

熔模鑄造：

定義：是指利用易熔材料制成模型，并在模型表面粘結(jié)一定厚度的耐火材料，然后將模型熔化而使金屬液充滿型腔的一種鑄造方法。特點(diǎn)和應(yīng)用：熔模鑄造：定義：是指利用易熔材料制成模型38

工藝過程：工藝過程：39特點(diǎn)和應(yīng)用：1、鑄件尺寸精度高，外表光潔；2、可鑄造形狀復(fù)雜零件；3、工藝過程復(fù)雜，生產(chǎn)周期長，本錢高；4、適于鑄造小尺寸的各類合金鑄件，特別是少切削或無切削精細(xì)鑄件。

應(yīng)用實例：航空發(fā)動機(jī)等軸晶葉片的制備

航空發(fā)動機(jī)葉片早期采用變形高溫合金材料，隨著合金材料強(qiáng)度要求的提高，人們采用合金化的方法來提高強(qiáng)度，效果明顯，但同時也增加了材料的加工難度。特點(diǎn)和應(yīng)用：應(yīng)用實例：航空發(fā)動機(jī)等軸晶葉片的制備40目前，世界各國等軸晶葉片的生產(chǎn)通常利用真空環(huán)境下的熔模鑄造來解決這一技術(shù)難題。目前，世界各國等軸晶葉片的生產(chǎn)通常利用真空環(huán)境下的熔41鑄造基本知識及理論課件42

壓力鑄造：

定義：是指將液態(tài)或半液態(tài)合金澆入壓鑄機(jī)的壓室中，使之在高壓和高速下充填型腔，并在高壓下成形結(jié)晶而獲得鑄件的一種鑄造方法。

工藝過程：壓力鑄造：定義：是指將液態(tài)或半液態(tài)合金澆入壓鑄機(jī)的壓室43

大型壓鑄機(jī)及壓鑄模大型壓鑄機(jī)及壓鑄模44特點(diǎn)和應(yīng)用：1、澆注時間短，易于機(jī)械化、自動化作業(yè)；2、鑄型散熱快，晶粒細(xì)化，耐磨、耐蝕性好；3、鑄件尺寸精度高，外表光潔；4、凝固速度快，排氣困難，易形成疏松和縮孔；5、模具本錢高，鑄件尺寸受限；6、適于有色金屬薄壁復(fù)雜鑄件的大批量生產(chǎn)。特點(diǎn)和應(yīng)用：45

低壓鑄造：

定義：是指液態(tài)金屬在低的氣體壓力作用下從坩堝中自下而上地充填型腔并凝固而獲得鑄件的一種鑄造方法。

工藝過程：低壓鑄造：定義：是指液態(tài)金屬在低的氣體壓力作用下從坩堝46

低壓鑄造火車車輪示意圖低壓鑄造火車車輪示意圖47特點(diǎn)和應(yīng)用：1、充型壓力和充型速度易于控制，氣孔、夾渣較少；2、鑄型散熱快，組織致密，機(jī)械性能好；3、無需冒口設(shè)置，金屬利用率高；4、鑄件尺寸精度高，外表光潔；5、適于生產(chǎn)質(zhì)量要求高的鋁鎂等有色金屬鑄件。

離心鑄造：

定義：是指將液態(tài)金屬澆入高速旋轉(zhuǎn)的鑄型中，使金屬在離心力的作用下充填型腔并凝固成形的鑄造方法。特點(diǎn)和應(yīng)用：離心鑄造：定義：是指將液態(tài)金屬澆入高速旋48

工藝過程：工藝過程：492、改善金屬的流動性，提高了充型能力；3、簡化了中空圓柱形鑄件的生產(chǎn)過程；4、成分偏析嚴(yán)重，尺寸難以控制；5、特別適于橫截面呈圓柱的鑄件生產(chǎn)。

連續(xù)鑄造：

定義：是指將熔融金屬連續(xù)不斷地澆注到被成為結(jié)晶器的特殊容器中，凝固的鑄件不斷從結(jié)晶器的另一端被引出，從而獲得任意長度的等橫截面鑄件的鑄造方法。

特點(diǎn)和應(yīng)用：1、離心力改善了補(bǔ)縮條件，縮孔等缺陷減少；2、改善金屬的流動性，提高了充型能力；連續(xù)鑄造：定義50

工藝過程：如右圖所示。

特點(diǎn)和應(yīng)用：1、冷卻速度快，組織致密，機(jī)械性能好；2、工藝簡單，生產(chǎn)效率高；3、適于橫截面一定的鋼材、鋁材和鑄鐵管等鑄件的生產(chǎn)。連續(xù)鑄造工藝過程示意圖工藝過程：如右圖所示。特點(diǎn)和應(yīng)用：連續(xù)鑄造工藝過程示意圖51

消失模鑄造：

定義：是指用泡沫塑料聚苯乙烯制成帶有澆冒系統(tǒng)的模型，覆上涂料，用干砂造型，不需取模，直接澆注的鑄造生產(chǎn)方法。

工藝過程：如下圖所示。消失模鑄造：定義：是指用泡沫塑料聚苯乙烯制成帶有澆冒系52特點(diǎn)和應(yīng)用：1、不分型，不起模，工藝簡化，精度提高；2、能制造形狀復(fù)雜的鑄件和工藝品；3、冒口設(shè)置可自由設(shè)置，不易產(chǎn)生縮孔、疏松等；4、易產(chǎn)生有害氣體，鑄件易滲碳，降低鑄件外表質(zhì)量；5、適于生產(chǎn)起模困難，形狀復(fù)雜的鑄件。

噴射鑄造：

定義：是指將熔融金屬連續(xù)不斷地澆注到沿固定方向勻速移動的旋轉(zhuǎn)軸上，快速凝固成形的一種鑄造方法。特點(diǎn)和應(yīng)用：噴射鑄造：定義：是指將熔融金屬連續(xù)不斷地53

工藝

過程：平直零件的噴射近凈成形正開場與條狀零件的直接鑄造相競爭；此外，噴射鑄造管件、板件及方坯的生產(chǎn)工藝開場到達(dá)實際生產(chǎn)水平。工藝平直零件的噴射近凈成形正開場與條狀零件的直接鑄54Thankyouforyourattention!Thankyou55謝謝觀賞謝謝觀賞56TheEnd謝謝您的聆聽！期待您的指正！TheEnd謝謝您的聆聽！57鑄造基本知識及理論鑄造基本知識及理論58第一節(jié)鑄造概述第二節(jié)鑄造的工藝根底第三節(jié)砂型鑄造第四節(jié)特種鑄造課程大綱第一節(jié)鑄造概述課程大綱59金屬的成形方法可分為鑄造、塑性成形〔或稱壓力加工〕、切削加工、焊接和粉末冶金五大類。鑄造是生產(chǎn)金屬零件毛坯的主要工藝方法之一，與其它工藝方法相比，它具有本錢低，工藝靈活性大，適合生產(chǎn)不同材料、形狀和重量的鑄件，并適合于批量生產(chǎn)。第一節(jié)概述但它的缺點(diǎn)是公差較大，易產(chǎn)生內(nèi)部缺陷。金屬的成形方法可分為鑄造、塑性成形〔或稱壓力加60鑄造是人類掌握比較早的一種金屬熱加工工藝，已有約6000年的歷史。中國約在公元前1700～前1000年之間已進(jìn)入青銅鑄件的全盛期，工藝上已到達(dá)相當(dāng)高的水平。中國商朝的重875公斤的司母戊方鼎，戰(zhàn)國時期的曾侯乙尊盤，西漢的透光鏡，都是古代鑄造的代表產(chǎn)品。曾侯乙尊盤司母戊方鼎鑄造是人類掌握比較早的一種金屬熱加工工藝，已61鑄造基本知識及理論課件62第二節(jié)鑄造的工藝根底定義：鑄造是指將熔融態(tài)的金屬〔或合金〕澆注于特定型腔的鑄型中凝固成形的金屬材料成形方法。

鑄造的基本過程：液態(tài)金屬充型鑄件凝固收縮第二節(jié)鑄造的工藝根底定義：鑄造是指將熔融態(tài)63

實質(zhì)：液態(tài)金屬（或合金）充填鑄型型腔并在其中凝固和冷卻。砂型鑄造概略圖實質(zhì)：液態(tài)金屬（或合金）充填鑄型型腔并在其中砂型鑄造概略64

主要影響因素鑄造的主要影響因素主要表達(dá)在二個方面：一是影響充型的主要因素和影響凝固收縮的主要因素。階段主要影響因素

鑄造充型金屬的流動性澆注溫度充型壓力凝固收縮凝固方式冷卻速度主要影響因素鑄造的主要影響因素主要表達(dá)在二個方面65

金屬的流動性：改善金屬的流動性加快凝固中液體的補(bǔ)縮排除內(nèi)部夾雜物和氣體形成薄壁復(fù)雜的鑄件有利于金屬流動性測試實驗

實驗如右圖所示：金屬的流動性：改善金屬加快凝固中液體的補(bǔ)縮排除內(nèi)部夾雜物和66

澆注溫度：T澆注↑t凝固↑流動性↑δ粘度↓充填路徑↑充型能力↑澆注溫度：T澆注↑t凝固↑流動性↑δ粘度↓充填路徑↑充型能67

充型能力：P充型↑V流動↑充型能力↑

鑄件的凝固方式：充型能力：P充型↑V流動↑充型能力↑鑄件的凝固方式：68在鑄件凝固過程中，對鑄件質(zhì)量影響較大的主要是固液兩相并存的凝固區(qū)的寬窄。鑄件的“凝固方式〞就是依據(jù)凝固區(qū)的寬窄來劃分的。逐層凝固純金屬和共晶成分的合金在凝固中因為不存在固液兩相并存的凝固區(qū)，所以固體與液體分界面清晰可見，一直向鑄件中心移動。在鑄件凝固過程中，對鑄件質(zhì)量影響較大的主要逐69糊狀凝固鑄件在結(jié)晶過程中，當(dāng)結(jié)晶溫度范圍很寬，且鑄件截面上的溫度梯度較小，則不存在固相層，固液兩相共存的凝固區(qū)貫穿整個區(qū)域。中間凝固大多數(shù)合金的凝固是介于逐層凝固和糊狀凝固之間，稱為中間凝固。糊狀凝固鑄件在結(jié)晶過程中，當(dāng)結(jié)晶溫度范圍很寬70一般認(rèn)為：鑄模的冷卻能力越大，越有利于在結(jié)晶過程中保持較大的溫度梯度，從而利于柱狀晶區(qū)的開展。柱狀晶擇優(yōu)取向，晶界往往容易富集第二相，特別是在兩種位向穿插面是受力的薄弱環(huán)節(jié)，軋制時容易開裂。因此，鋼鐵或鎳合金〔塑形較差〕應(yīng)防止柱狀晶的出現(xiàn)；而有色金屬，有時要求獲得柱狀晶。思考：假設(shè)要防止柱狀晶的出現(xiàn)，應(yīng)采用哪種凝固方式，并如何實現(xiàn)？討論：一般認(rèn)為：鑄模的冷卻能力越大，越有利于在71

鑄件的收縮：定義：收縮是指合金從澆注、凝固到冷卻至室溫的過程中，其體積或尺寸縮減的現(xiàn)象。分類：分為三類，液態(tài)收縮、凝固收縮和固態(tài)收縮。鑄件溫度降低澆注溫度室溫凝固終止溫度開始凝固溫度液態(tài)收縮凝固收縮固態(tài)收縮

體積收縮線收縮鑄件的收縮：定義：收縮是指合金從澆注、凝固到冷卻至室溫的過72收縮率：體積收縮是指單位體積的收縮量〔體積收縮率〕。線收縮是指單位長度上的收縮量〔線收縮率〕。體積收縮率：線收縮率：其中V0，L0表示鑄件在高溫T0時的體積和一維方向的長度；V1，L1表示鑄件在高溫T1時的體積和一維方向的長度。收縮率：體積收縮率：線收縮率：其中V0，L0表示鑄73注意：在鑄模尺寸設(shè)計時必須考慮鑄件的收縮因素。即利用每種材料特定的收縮率和實際鑄件的尺寸，來換算成鑄模型腔的尺寸。合金的收縮給鑄模的設(shè)計和鑄件的精細(xì)成形等帶來較大困難，是多數(shù)鑄造缺陷產(chǎn)生的根源。3.3～4.20.13.614003.50灰口鑄鐵5.4～6.34.22.414003.00白口鑄鐵7.863.01.616100.35碳鋼固態(tài)收縮（％）凝固收縮（％）液態(tài)收縮（％）澆注溫度（℃）碳含量（％）合金種類表2-1典型合金的收縮率εV注意：在鑄模尺寸設(shè)計時必須考慮鑄件的收縮因素。即利合74

縮孔：

鑄造缺陷定義：縮孔是指金屬液在鑄模中冷卻和凝固時，在鑄件的厚大部位及最后凝固部位形成一些容積較大的孔洞。產(chǎn)生原因：先凝固區(qū)域堵住液體流動的通道，后凝固區(qū)域收縮所縮減的容積得不到補(bǔ)充?？s孔：鑄造缺陷定義：縮孔是指金屬液在鑄模中冷卻和凝固時75

疏松：定義：疏松是指金屬液在鑄模中冷卻和凝固時，在鑄件的厚大部位及最后凝固部位形成一些分散性的小孔洞。產(chǎn)生原因：

當(dāng)合金的結(jié)晶溫度范圍很寬或鑄件斷面溫度梯度較小時，凝固過程中有較寬的糊狀凝固兩相并存的區(qū)域。隨著樹枝晶長大，該區(qū)域被分割成許多孤立的小熔池，各部分熔池內(nèi)剩余液態(tài)合金的收縮得不到補(bǔ)充，最后形成了形狀不一的分散性孔洞即縮松。

另外，疏松還可能由凝固時被截留在鑄件內(nèi)的氣體無法排除所致。不過，疏松內(nèi)表面應(yīng)該是光滑，近似球狀。疏松：定義：疏松是指金屬液在鑄模中冷卻和凝固時，在鑄件的厚76危害：顯著降低鑄件的機(jī)械性能，造成鑄件滲漏等。防止措施：采取順序凝固的方法防止縮孔、疏松的出現(xiàn)。順序凝固示意圖安裝冒口或放置冷鐵等工藝措施，使鑄件上遠(yuǎn)離冒口的部位先凝固（圖中Ⅰ），爾后在靠近冒口的部位凝固（圖中Ⅱ、Ⅲ），最后是冒口本身凝固。順序凝固：是指通過在鑄件上可能出現(xiàn)疏松的厚大部位危害：顯著降低鑄件的機(jī)械性能，造成鑄件滲漏等。防止措施：采取77內(nèi)置冷鐵法外置冷鐵法內(nèi)置冷鐵法外置冷鐵法78

設(shè)置冒口法

冒口、冷鐵共用法設(shè)置冒口法冒口、冷鐵共用法79

裂紋與變形：在鑄件的固態(tài)收縮階段會引起鑄造應(yīng)力。鑄造應(yīng)力相變應(yīng)力熱應(yīng)力機(jī)械應(yīng)力鑄件收縮受阻鑄件因V冷卻、溫度不同，各部位收縮不一致產(chǎn)生鑄件組織發(fā)生相變時，因溫度差異出現(xiàn)體積變化不一致鑄造應(yīng)力：裂紋與變形：在鑄件的固態(tài)收縮階段會引起鑄造應(yīng)力。鑄80

鑄件特殊位置的裂紋示意圖裂紋的常見部位：鑄件特殊位置的裂紋示意圖裂紋的常見部位：81裂紋和變形的防止：以有利于釋放鑄造應(yīng)力為原那么；1、采用正確的鑄造工藝〔正確設(shè)計澆注系統(tǒng)、補(bǔ)縮系統(tǒng)等〕；2、鑄件形狀設(shè)計要求簡單、對稱和厚薄均勻；3、對鑄件進(jìn)展熱處理。

其它鑄造缺陷：

鼓泡

滲漏裂紋和變形的防止：以有利于釋放鑄造應(yīng)力為原那么；其它鑄造缺82冷隔

未注滿冷隔未注滿83第三節(jié)砂型鑄造

砂型鑄造是指用砂粒制備鑄型來生產(chǎn)鑄件的鑄造方法?？勺匪莸焦?000～4000年，用石頭和金屬型做出銅器。砂型鑄造概略圖第三節(jié)砂型鑄造砂型鑄造是指用砂粒制備鑄型84

鑄模設(shè)計：

確定澆注位置和分型面：澆注位置：

指澆注時鑄件再鑄型中所處的位置。分型面：指鑄型的分割或裝配面。正確設(shè)置澆注位置和分型面是完成造型、取模、設(shè)置澆冒系統(tǒng)和安裝砂芯的需要。

確定主要工藝參數(shù)：正確選擇收縮量、機(jī)械加工余量和拔模斜度等。拔模斜度鑄模設(shè)計：確定澆注位置和分型面：澆注位置：指澆注時鑄85

澆注系統(tǒng)的設(shè)計：澆注系統(tǒng)是鑄型中液態(tài)金屬流入型腔的通道；通常由交口杯、直澆道、橫澆道和內(nèi)澆道等組成。設(shè)計原那么：確保液態(tài)金屬能夠平穩(wěn)而合理地充滿型腔。

補(bǔ)縮系統(tǒng)的設(shè)計：為消除縮孔和疏松，必須設(shè)置冒口、冷鐵等補(bǔ)縮系統(tǒng)。澆注系統(tǒng)示意圖澆注系統(tǒng)的設(shè)計：澆注系統(tǒng)是鑄型中液態(tài)金屬流入型腔的86設(shè)計原那么：1、冒口的凝固時間必須大于或等于鑄件被補(bǔ)縮局部的凝固時間。2、冒口應(yīng)具有足夠大的體積，以保證有足夠的金屬液補(bǔ)充鑄件內(nèi)部的體收縮。3、在鑄件凝固時，冒口與被補(bǔ)縮部位之間應(yīng)有通暢的補(bǔ)縮通道。4、為增加鑄件局部冷卻速度，在鑄型局部區(qū)域設(shè)置激冷能力強(qiáng)的材料〔如鑄鐵、石墨或鑄鋼等〕作為冷鐵。設(shè)計原那么：87

生產(chǎn)準(zhǔn)備：

模型和芯盒的設(shè)計：模型的內(nèi)輪廓應(yīng)該與鑄件的外輪廓的形狀相一致，并且在尺寸上比鑄件大出一個收縮量。對于有孔或中空的鑄件，需在模腔中放置型芯來獲得。型芯的尺寸設(shè)計也要考慮到收縮量的問題。生產(chǎn)準(zhǔn)備：模型和芯盒的設(shè)計：模型的內(nèi)輪廓應(yīng)該與88型〔芯〕砂的制備：技術(shù)要求：型〔芯〕砂具有一定的強(qiáng)度、透氣性、退讓性盒潰散性等。影響因素：1、造型因素：主要指砂型的緊實程度。（右圖表示了幾種常用的壓實型砂的方法）型〔芯〕砂的制備：技術(shù)要求：型〔芯〕砂具有一定的強(qiáng)度、透氣892、型砂的影響：1〕原砂、粘結(jié)劑和稀釋劑的成分配比；型砂稀釋劑原砂粘結(jié)劑鉻鐵礦砂水溶劑粘土水玻璃樹脂石英砂鋯英砂2〕原砂的形狀、粒度狀況一般認(rèn)為：粒度在小尺寸范圍呈正態(tài)分布，有利于砂型強(qiáng)度的提高，但透氣性較差。2、型砂的影響：型砂稀釋劑原砂粘結(jié)劑鉻鐵礦砂水溶劑90

工藝過程

91

特點(diǎn)及應(yīng)用：1、不受鑄件材質(zhì)、尺寸、質(zhì)量和生產(chǎn)批量的限制；2、屬于一次性鑄造成形，造型工作量大；3、鑄件精度和外表質(zhì)量差；4、砂型鑄造缺陷多，廢品率高，機(jī)械性能較差；5、設(shè)備簡單、投資少，價格低廉，應(yīng)用廣泛。特點(diǎn)及應(yīng)用：1、不受鑄件材質(zhì)、尺寸、質(zhì)量和生產(chǎn)批量的限制92第四節(jié)特種鑄造為獲得高質(zhì)量、高精度的鑄件，提高生產(chǎn)率，人們在砂型鑄造的根底上，創(chuàng)造了多種其它的鑄造方法；通常把這些有別于砂型鑄造的其他鑄造方法通稱為特種鑄造。特種鑄造金屬型鑄造熔模鑄造消失模鑄造連續(xù)鑄造離心鑄造低壓鑄造壓力鑄造七種常見的特種鑄造方法第四節(jié)特種鑄造為獲得高質(zhì)量、高精度的鑄件93

金屬型鑄造：

定義：金屬型鑄造是指利用金屬材料制成鑄型，在重力作用下將熔融金屬澆注到鑄型中制造鑄件的一種鑄造方法，也稱永久型鑄造。

工藝過程：金屬型鑄造：定義：金屬型鑄造是指利用金屬材料制成鑄型，94特點(diǎn)和應(yīng)用：1、可重復(fù)使用，生產(chǎn)效率高，勞動條件好，但本錢高；2、鑄件精度高，外表粗糙度較低；3、金屬散熱性能好，晶粒細(xì)化，機(jī)械性能好；4、不透氣且無退讓性，易造成鑄件澆缺乏或開裂。5、適于生產(chǎn)大批量有色金屬鑄件。

熔模鑄造：

定義：是指利用易熔材料制成模型，并在模型表面粘結(jié)一定厚度的耐火材料，然后將模型熔化而使金屬液充滿型腔的一種鑄造方法。特點(diǎn)和應(yīng)用：熔模鑄造：定義：是指利用易熔材料制成模型95

工藝過程：工藝過程：96特點(diǎn)和應(yīng)用：1、鑄件尺寸精度高，外表光潔；2、可鑄造形狀復(fù)雜零件；3、工藝過程復(fù)雜，生產(chǎn)周期長，本錢高；4、適于鑄造小尺寸的各類合金鑄件，特別是少切削或無切削精細(xì)鑄件。

應(yīng)用實例：航空發(fā)動機(jī)等軸晶葉片的制備

航空發(fā)動機(jī)葉片早期采用變形高溫合金材料，隨著合金材料強(qiáng)度要求的提高，人們采用合金化的方法來提高強(qiáng)度，效果明顯，但同時也增加了材料的加工難度。特點(diǎn)和應(yīng)用：應(yīng)用實例：航空發(fā)動機(jī)等軸晶葉片的制備97目前，世界各國等軸晶葉片的生產(chǎn)通常利用真空環(huán)境下的熔模鑄造來解決這一技術(shù)難題。目前，世界各國等軸晶葉片的生產(chǎn)通常利用真空環(huán)境下的熔98鑄造基本知識及理論課件99

壓力鑄造：

定義：是指將液態(tài)或半液態(tài)合金澆入壓鑄機(jī)的壓室中，使之在高壓和高速下充填型腔，并在高壓下成形結(jié)晶而獲得鑄件的一種鑄造方法。

工藝過程：壓力鑄造：定義：是指將液態(tài)或半液態(tài)合金澆入壓鑄機(jī)的壓室100

大型壓鑄機(jī)及壓鑄模大型壓鑄機(jī)及壓鑄模101特點(diǎn)和應(yīng)用：1、澆注時間短，易于機(jī)械化、