第1.2講-鑄造工藝基礎

1第二講

鑄造工藝基礎2.1液態(tài)合金的充型2.2鑄件的凝固與收縮2.3鑄造內應力、變形和裂紋2.1液態(tài)合金的充型充型液態(tài)合金填充鑄型的過程充型能力液態(tài)合金充滿鑄型型腔，獲得形狀完整、輪廓清晰鑄件的能力流動性液態(tài)合金本身的流動能力影響充型能力的因素1、合金的流動性合金的主要鑄造性能之一出氣口澆口杯在相同的澆注工藝條件下，將金屬液澆入鑄型中，測出其實際螺旋線長度。澆出的試樣愈長，合金的流動性愈好灰鑄鐵、硅黃銅的流動性最好，鑄鋼最差螺旋形流動性試樣合金的流動性越好充型能力就越強，越容易澆出輪廓清晰的、薄而復雜的零件同時有利于非金屬夾雜物和氣體的上浮合金的流動性越差鑄件易產生澆不足、冷隔、氣孔和夾雜等缺陷合金流動性的決定因素1）具有共晶成分的合金、純金屬流動性好化學成分結晶在恒溫下進行2）合金成分愈遠離共晶點，結晶溫度范圍愈寬，流動性愈差流動性提高亞共晶鑄鐵隨含碳量增加結晶溫度范圍減小PbSb20406080204060800流動性（cm）100200300溫度（℃）0合金流動性主要取決于合金化學成分所決定的結晶特點

a）在恒溫下凝固b）在一定溫度范圍內凝固PbSb20406080204060800流動性（cm）100200300溫度（℃）0a）b）鑄鋼的流動性鑄鐵的流動性結論：合金流動性越強，充型能力越高設計零件時，尤其是結構復雜、壁厚薄的鑄件，一定要選流動性好的合金2、澆注條件1）澆注溫度澆注溫度越高合金的粘度下降合金在鑄型中流動時間長充型能力強澆注溫度過高鑄件產生縮孔、縮松、氣孔、粗晶等缺陷薄壁件或流動性差的合金可適當提高澆注溫度2）充型壓力壓力越大充型能力愈好壓力鑄造、低壓鑄造和離心鑄造的充型能力比砂型鑄造強3、鑄型填充條件1）鑄型材料導熱系數越大合金的充型能力越差2）鑄型溫度鑄型溫度越高合金的充型能力越強3）鑄型中氣體鑄型排氣能力差阻礙液態(tài)合金的充型金屬型鑄造較砂型鑄造容易產生澆不足和冷隔等缺陷。2.2鑄件的凝固與收縮1、鑄件的凝固方式合金在凝固過程中，一般存在三個區(qū)域，即固相區(qū)、凝固區(qū)、液相區(qū)1)逐層凝固2)糊狀凝固3)中間凝固表層中心t鑄件固相線液相線成分溫度表層中心t鑄件液固液表層中心St鑄件溫度液相線固凝固區(qū)abc1)逐層凝固凝固區(qū)不明顯2)糊狀凝固凝固區(qū)很寬3)中間凝固凝固區(qū)介于1、2之間逐層凝固合金的充型能力強便于防止縮孔和縮松糊狀凝固難以獲得結晶緊實的鑄件在常用合金中，灰鑄鐵、鋁硅合金等傾向于逐層凝固球墨鑄鐵、錫青銅、鋁銅合金等傾向于糊狀凝固，為獲得緊實鑄件常需采用適當的工藝措施，以便補縮或減小其凝固區(qū)域2、鑄造合金的收縮收縮合金從澆注、凝固直至冷卻到室溫，其體積或尺寸縮減的現象合金的收縮經歷如下三個階段：1)液態(tài)收縮2)凝固收縮3)固態(tài)收縮從澆注溫度到凝固開始溫度間的收縮

從凝固開始溫度到凝固終止間的收縮從凝固終止溫度到室溫間的收縮體積的收縮尺寸的縮減收縮是合金的物理本性體收縮率是鑄件產生縮孔或縮松的根本原因線收縮率是鑄件產生應力、變形和裂紋的根本原因3、鑄件中縮孔與縮松1)縮孔與縮松的形成縮孔集中在鑄件上部或最后凝固部位容積較大的孔洞合金的液態(tài)收縮和凝固收縮愈大、澆注溫度愈高、鑄件愈厚，縮孔的容積愈大縮松分散在鑄件某區(qū)域內的細小縮孔縮松分散在鑄件某區(qū)域內的細小縮孔形成原因鑄件最后凝固區(qū)域的收縮未能得到補足，或因為合金呈糊狀凝固，被樹枝狀晶體分隔開的小液體區(qū)難以得到補縮所至逐層凝固合金糊狀凝固合金縮孔傾向大縮孔傾向小縮松傾向小縮松傾向大17華鑄縮孔模擬結果演示2、防止縮孔和縮松的措施均使鑄件力學性能下降1）選擇合適的合金成分2）工藝措施順序凝固原則獲得沒有縮孔的致密鑄件選用近共晶成分或結晶溫度范圍較窄的合金定向凝固就是在鑄件上可能出現縮孔的厚大部位通過安放冒口等工藝措施，使鑄件遠離冒口的部位先凝固，然后靠近冒口部位凝固，最后冒口本身凝固目的鑄件各個部位的收縮都能得到補充，而將縮孔轉移到冒口中，最后予以清除措施安放冒口在工件厚大部位增設冷鐵暗冒口冷鐵熱節(jié)定向凝固的缺點1)加大鑄件的成本2)擴大了鑄件各部分的溫度差促進了鑄件的變形和開裂傾向主要用于要求補縮的場合定向凝固的應用鋁青銅、鋁硅合金、鑄鋼件等2.3鑄造內應力、變形和裂紋鑄造內應力鑄件在凝固收縮時，受到阻礙，內部形成的應力1、內應力的形成1)熱應力由于鑄件的壁厚不均勻、各部分的冷卻速度不同，使得在同一時期內鑄件各部分收縮不一致而引起的應力熱應力的形成鑄造內應力是鑄件產生變形和裂紋的基本原因熱應力的形成結論1）鑄件的各部分截面積差越大，產生的應力差越大；2）當厚大部分進入彈性狀態(tài)時（即凝固后），厚薄部分溫差越大，產生的熱應力越大；3）冷卻慢的部分，殘余應力為拉應力；冷卻快的部分，殘余熱應力為壓應力。4）由此可見，熱應力使鑄件的厚壁或心部受拉伸，薄壁或表層受壓縮。鑄件的壁厚差越大、合金的線收縮率愈高、彈性模量愈大，熱應力越大。同時凝固原則熱應力的預防措施盡量減少鑄件各個部位間的溫度差，使其均勻冷卻優(yōu)點同時凝固可減少鑄造內應力，防止鑄件的變形和裂紋缺陷，同時可免設冒口而省工省料缺點鑄件心部容易出現縮孔或縮松應用主要用于灰鑄鐵、錫青銅等錫青銅傾向于糊狀凝固，采用定向凝固也難消除縮松冷鐵2)機械應力由于合金的固態(tài)收縮受到鑄型或型芯的機械阻礙而產生的內應力機械應力使鑄件產生暫時性的拉應力或剪應力上型下型落砂后隨著產生彈性變形而消失，為臨時應力2、鑄件的變形和防止有殘余應力的鑄件變形減緩內應力不穩(wěn)定穩(wěn)定狀態(tài)它在鑄件冷卻過程中可與熱應力共同起作用，增大了某些部位的應力，促進了鑄件的裂紋傾向鑄件變形的防止1)鑄件設計時盡量使鑄件的壁厚均勻、形狀對稱2)在鑄造工藝上應采用同時凝固原則，以便均勻冷卻3)對長而容易變形的鑄件，可采用“反變形”工藝+-4)對于不允許發(fā)生變形的重要機件必須進行時效處理3、鑄件的裂紋和防止當鑄造內應力超過金屬的強度極限時，將產生裂紋裂紋熱裂冷裂1)熱裂在高溫下形成的裂紋特征縫隙寬、形狀曲折、縫內呈氧化色合金的線收縮是在完全凝固之前便開始，此時固態(tài)合金已形成完整的骨架，但晶粒之間還存有少量液體，故強度、塑性甚低，若