第八章 鑄造課件

第八章鑄造熔煉金屬，制造鑄型，并將熔融金屬澆入鑄型，凝固后獲得一定形狀和性能鑄件的成形方法，稱(chēng)為鑄造11分類(lèi)：砂型鑄造——90%以上特種鑄造——鑄件性能較好，精度高，效率高優(yōu)點(diǎn)：

1）可以生產(chǎn)出形狀復(fù)雜，特別是具有復(fù)雜內(nèi)腔的零件毛坯，如各種箱體、床身、機(jī)架等。

2）鑄造生產(chǎn)的適應(yīng)性廣，工藝靈活性大。工業(yè)上常用的金屬材料均可用來(lái)進(jìn)行鑄造，鑄件的重量可由幾克到幾百?lài)?，壁厚可?.5mm到1m左右

3）鑄造用原材料大都來(lái)源廣泛，價(jià)格低廉，并可直接利用廢機(jī)件，故鑄件成本較低。缺點(diǎn)：

1）鑄造組織疏松、晶粒粗大，內(nèi)部易產(chǎn)生縮孔、縮松、氣孔等缺陷，因此，鑄件的力學(xué)性能，特別是沖擊韌度低于同種材料的鍛件。

2）鑄件質(zhì)量不夠穩(wěn)定。鑄造的優(yōu)缺點(diǎn)：一、合金的流動(dòng)性1、流動(dòng)性——是指液態(tài)金屬本身的流動(dòng)能力。

合金流動(dòng)性的好壞，通常以“螺旋形流動(dòng)性試樣”的長(zhǎng)度來(lái)衡量，將金屬液體澆入螺旋形試樣鑄型中，在相同的澆注條件下，合金的流動(dòng)性愈好，所澆出的試樣愈長(zhǎng)。第一節(jié)合金鑄造性能合金的鑄造性能是表示合金鑄造成型獲得優(yōu)質(zhì)鑄件的能力。通常用流動(dòng)性和收縮性來(lái)衡量。澆不足缺陷1.合金的化學(xué)成分

1）合金的種類(lèi)

不同種類(lèi)的合金，具有不同的流動(dòng)性。其中灰鑄鐵的流動(dòng)性最好，而鑄鋼的流動(dòng)性最差。二、影響合金流動(dòng)性的因素實(shí)驗(yàn)證明鑄鐵的流動(dòng)性好，鑄鋼的流動(dòng)性差。2）化學(xué)成分和結(jié)晶特征

純金屬和共晶成分的合金是在恒溫下結(jié)晶，是由鑄件壁表面向中心逐漸推進(jìn)，凝固后的表面比較光滑，對(duì)未凝固液體的流動(dòng)阻力較小，所以流動(dòng)性好。

其它成分的合金是在一定溫度范圍內(nèi)進(jìn)行結(jié)晶，凝固時(shí)鑄件內(nèi)存在一個(gè)較寬的既有液體又有樹(shù)枝狀晶體的兩相區(qū)。凝固溫度范圍越寬，則枝狀晶越發(fā)達(dá)，對(duì)金屬流動(dòng)的阻力越大，金屬的流動(dòng)性就越差。純鐵和共晶鑄鐵的流動(dòng)性最好，亞共晶鑄鐵隨凝固溫度范圍的增加，其流動(dòng)性變差。

2.澆注條件

澆注條件澆注溫度充型壓力澆注系統(tǒng)澆注溫度越高，液態(tài)金屬的粘度越小，合金液的流動(dòng)性越好。但溫度過(guò)高，氧化嚴(yán)重，流動(dòng)性降低液態(tài)金屬在流動(dòng)方向上所受的壓力稱(chēng)為充型壓力。充型壓力越大,流動(dòng)性越好。澆注系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)越復(fù)雜，則流動(dòng)阻力越大，流動(dòng)性越低。3.鑄型條件鑄型條件的不同對(duì)流動(dòng)性的影響也很大。在鑄型中凡增加合金流動(dòng)阻力、降低流速和加快冷卻速度的因素，都會(huì)降低流動(dòng)性。因此，在鑄造工藝上改善鑄型的填充條件方法有:加高直澆道，擴(kuò)大內(nèi)澆道截面，增設(shè)出氣口;鑄型烘干，減少合金與鑄型的溫差；提高液態(tài)合金的流速，延長(zhǎng)流動(dòng)時(shí)間。

鑄件的凝固過(guò)程：

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。三、合金的凝固1.逐層凝固方式合金在凝固過(guò)程中其斷面上固相和液相由一條界線清楚地分開(kāi)，這種凝固方式稱(chēng)為逐層凝固。常見(jiàn)合金有灰鑄鐵。2.糊狀凝固方式

合金在凝固過(guò)程中先呈糊狀而后凝固，這種凝固方式稱(chēng)為糊狀凝固。常見(jiàn)合金有球墨鑄鐵、高碳鋼等3.中間凝固方式

大多數(shù)合金的凝固介于逐層凝固和糊狀凝固之間，稱(chēng)為中間凝固方式。常見(jiàn)合金有中碳鋼、高錳鋼、白口鑄鐵等凝固方式有：逐層凝固,糊狀凝固,中間凝固.四、合金的收縮液體合金在凝固和冷卻過(guò)程中，體積和尺寸減少的現(xiàn)象稱(chēng)為合金的收縮。l）液態(tài)收縮從澆注溫度冷卻到凝固開(kāi)始溫度（即液相線溫度）的收縮。2）凝固收縮從凝固開(kāi)始溫度冷卻到凝固終了溫度（即固相線溫度）的收縮。——引起鑄件的體積收縮，用體積收縮率來(lái)表示。它是鑄件產(chǎn)生縮孔和縮松缺陷的基本原因。3）固態(tài)收縮從凝固終了溫度冷卻到室溫的收縮?！痂T件外部尺寸的變化，用線收縮率來(lái)表示。它是鑄件產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力、裂紋和變形等缺陷的主要原因。1．收縮及其影響因素（2）影響合金收縮的因素化學(xué)成分：碳素鑄鋼隨含碳量增加，凝固收縮增加，而固態(tài)收縮略減；灰鑄鐵中，碳、硅含量越多，收縮越小。在常用鑄造合金中鑄剛的收縮最大，灰鑄鐵最小。

澆注溫度

合金澆注溫度越高，過(guò)熱度越大，液體收縮越大。

鑄件結(jié)構(gòu)與鑄型條件

通常，鑄件在鑄型中并不是自由收縮，而是限制收縮。因此，在設(shè)計(jì)模型時(shí)，必須根據(jù)合金種類(lèi)、鑄件的結(jié)構(gòu)情況等因素，選取適合的收縮率2.縮孔和縮松的形成及防止

（1）縮孔和縮松的形成

鑄件在凝固過(guò)程中，由于合金的液態(tài)收縮和凝固收縮，往往在鑄件最后凝固的部位出現(xiàn)空洞，容積大而集中的孔洞為縮孔，細(xì)小而分散的孔洞為縮松。1）縮孔的形成:純金屬、共晶成分和凝固溫度范圍窄的合金，澆注后在型腔內(nèi)是由表及里的逐層凝固。在凝固過(guò)程中，如得不到合金液的補(bǔ)充，在鑄件最后凝固的地方就會(huì)產(chǎn)生縮孔.特征：形狀不規(guī)則，多數(shù)近于倒圓錐形；隱藏在鑄件內(nèi)（最后凝固的位置），有時(shí)也產(chǎn)生在鑄件上表面。2）縮松的形成:

鑄件最后凝固的收縮未能得到補(bǔ)足，或者結(jié)晶溫度范圍寬的合金呈糊狀凝固，凝固區(qū)域較寬，液、固兩相共存，樹(shù)枝晶發(fā)達(dá)，枝晶骨架將合金液分割開(kāi)的小液體區(qū)難以得到補(bǔ)縮所致。結(jié)晶溫度范圍大的合金易形成縮松原理：定向凝固原則——在鑄件可能出現(xiàn)縮孔的厚大部位，通過(guò)增設(shè)冒口或冷鐵等工藝措施，使鑄件上遠(yuǎn)離冒口的部位先凝固，爾后是靠近冒口的部位凝固，冒口本身最后凝固。結(jié)果使鑄件各個(gè)部分的凝固收縮均能得到液態(tài)金屬的補(bǔ)充，而將縮孔轉(zhuǎn)移到冒口之中（2）防止縮孔和縮松的方法1）對(duì)形狀簡(jiǎn)單的鑄件，可將澆口設(shè)置在厚壁處，適當(dāng)擴(kuò)大澆口的截面積，利用澆口直接進(jìn)行補(bǔ)縮

2）對(duì)于形狀復(fù)雜壁厚不均勻的鑄件，容易在最后凝固的厚壁部位產(chǎn)生縮孔，為了消除厚壁處的縮孔，可在產(chǎn)生縮孔部位設(shè)置補(bǔ)縮冒口（側(cè)冒口和頂冒口）3)生產(chǎn)上為了控制鑄件的凝固順序，還可以在鑄件厚壁處（即熱節(jié)部位）安放冷鐵.冷鐵是一種用鑄鐵或鋼制成的金屬塊，嵌在鑄件厚大部位的鑄型中，由于冷鐵加速了該部位鑄件金屬的散熱，使縮孔轉(zhuǎn)移到鑄件冒口的位置，從而達(dá)到防止縮孔的產(chǎn)生。五、鑄造內(nèi)應(yīng)力、變形和裂紋

鑄件受到阻礙不能自由收縮，會(huì)在鑄件內(nèi)部產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，稱(chēng)為鑄造內(nèi)應(yīng)力。

鑄造應(yīng)力熱應(yīng)力機(jī)械應(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。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。鑄件鑄出后存在于鑄件不同部位的內(nèi)應(yīng)力稱(chēng)為殘留應(yīng)力。

1、內(nèi)應(yīng)力的形成與防止熱應(yīng)力的形成過(guò)程熱應(yīng)力的預(yù)防：盡量減少鑄件各部位間的溫度差，使其均勻地冷卻，如使鑄件的壁厚均勻等。結(jié)論：熱應(yīng)力使鑄件的厚壁或心部受拉伸應(yīng)力，薄壁或表層受壓縮應(yīng)力。鑄件的壁厚差別越大，合金的線收縮率越高，熱應(yīng)力越大。2、鑄件的變形與防止

變形——?dú)堄鄳?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)。

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。舉例：T型梁的變形1T型梁的變形2平板的變形門(mén)型梁的變形鑄件的結(jié)構(gòu)：鑄件各部分能自由收縮長(zhǎng)而易變形的鑄件：可采用反變形法

工藝方面：采用同時(shí)凝固原則（同時(shí)凝固是指通過(guò)設(shè)置冷鐵、布置澆口位置等工藝措施，使鑄件溫差盡量變小，基本實(shí)現(xiàn)鑄件各部分在同一時(shí)間凝固）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(chēng)鑄件的壁厚盡可能均勻鑄件變形的消除方法3、鑄件的裂紋與防止

裂紋——當(dāng)鑄造應(yīng)力大到一定程度，超過(guò)金屬的抗拉強(qiáng)度時(shí)，鑄件便將產(chǎn)生裂紋。是嚴(yán)重的鑄造缺陷，必須防止。防止：鑄件結(jié)構(gòu)合理；改善鑄型和型芯的退讓性；減少合金中有害雜質(zhì)硫含量。（1）熱裂——鑄件在合金凝固末期的高溫下形成的。（2）冷裂——鑄件在低溫下形成的裂紋。冷裂常出現(xiàn)在形狀復(fù)雜大工件的受拉伸部位，特別是具有應(yīng)力集中處（如尖角、縮孔、氣孔、夾渣等附近）。脆性大、塑性差的合金，如白口鑄鐵、高碳鋼及某些合金鋼最易產(chǎn)生冷裂紋。帶輪的輪緣、輪輻比輪轂薄，因此冷卻速度快，比輪轂先收縮，輪輻中產(chǎn)生拉應(yīng)力，使輪輻發(fā)生斷裂。同樣的原因，飛輪的輪緣中產(chǎn)生的拉應(yīng)力也易使輪緣發(fā)生斷裂。工程中常見(jiàn)的幾種鑄件缺陷圖小結(jié)合金鑄造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(一）何為鑄鐵？

一、鑄鐵鑄鐵是碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于2.11%、并常含有較多的硅、錳、硫、磷等元素的鐵碳合金。

有時(shí)為了提高力學(xué)性能或物理、化學(xué)性能，還可加入一定量的合金元素，得到合金鑄鐵。第二節(jié)常用鑄造的合金應(yīng)用：用于制造機(jī)床的床身、床頭箱,發(fā)動(dòng)機(jī)的汽缸體、機(jī)器的底座等，是工程上最常用的金屬材料之一。

箱體啟動(dòng)閥（二）鑄鐵中碳的存在形式鑄鐵中的碳除極少量固溶于鐵素體之外，以?xún)煞N形式存在：

碳化物狀態(tài)——Fe3C及合金鑄鐵中的其他碳化物（亞穩(wěn)定相）硬而脆游離狀態(tài)——石墨（G）（穩(wěn)定相）性能極低石墨是碳的一種結(jié)晶形式,具有六方晶格,碳原子層狀排列,受力時(shí)容易沿層面滑動(dòng)，故其強(qiáng)度、硬度、塑性和韌性極低，常呈片狀形態(tài)存在.鑄鐵中石墨形態(tài)片狀團(tuán)絮狀球狀蠕蟲(chóng)狀鑄鐵的組織可以看成是在鐵或鋼的基體上夾雜著石墨，石墨對(duì)基體產(chǎn)生割裂作用。因此，石墨的存在使鑄鐵的力學(xué)性能下降，其性能比鋼低，不能鍛造，且石墨的數(shù)量越多，越粗大，分布越不均勻，鑄鐵的力學(xué)性能越差。但石墨的存在也賦予鑄鐵許多鋼所不及的優(yōu)良性能，如鑄造性能、減振性和減摩性等。（三）石墨存在對(duì)鑄鐵的力學(xué)性能影響（四）鑄鐵的石墨化及其影響因素鑄鐵中碳原子析出并形成石墨的過(guò)程稱(chēng)為石墨化。石墨化方式：從液相或A中直接析出石墨由Fe3C分解得到石墨（四）鑄鐵的石墨化及其影響因素影響石墨化因素1）化學(xué)成分

C、Si——強(qiáng)烈促進(jìn)石墨化

S——強(qiáng)烈阻礙石墨化

Mn——阻礙石墨化2）冷卻速度冷速慢→促進(jìn)石墨化冷速快→抑制化它共分五個(gè)區(qū)域：Ⅰ——白口鑄鐵區(qū)，其組織是Ld’＋P＋Fe3C，不含石墨；Ⅱ——

麻口鑄鐵區(qū)，其組織是P＋Fe3C十石墨。其性能與白口鑄鐵相近，在鑄造生產(chǎn)中基本不采用；Ⅲ——珠光體灰鑄鐵區(qū)，其組織是P十石墨；Ⅳ——

珠光體一鐵素灰鑄鐵區(qū)，其組織是P＋F十石墨Ⅴ——鐵素體灰鑄鐵區(qū)，其組織是F十石墨可見(jiàn)，鑄件壁厚越薄，C和Si的含量越低，越易形成白口組織。

因此，調(diào)整鑄鐵中的C和Si的含量及冷卻速度是控制鑄鐵組織和性能的重要措施。根據(jù)石墨（G）在鑄鐵中存在形態(tài)，可分為：普通灰鑄鐵、可鍛鑄鐵、球墨鑄鐵、、蠕墨鑄鐵。（五）灰口鑄鐵的分類(lèi)石墨片越圓整、越細(xì)小、分布越均勻?qū)w割裂作用越小。（1）灰鑄鐵的成分、組織與性能

成份：一般為Wc=2.5%～4.0%,Wsi=1.0%～3.0%,WMn=0.6%～1.2%,Ws≤0.15%,Wp≤0.30%。組織：看成是碳鋼的基體加片狀石墨，分為三類(lèi)：鐵素體基體、鐵素體-珠光體基體、珠光體基體灰鑄鐵。F+片狀石墨（F+P）+片狀石墨P+片狀石墨1、灰鑄鐵性能：機(jī)械性能較差——抗拉強(qiáng)度低、塑性、韌性近于零；但抗壓強(qiáng)度與相同基體碳鋼相近。其它性能——耐磨性好、減震性好、鑄造性能和切削加工性能良好;不能鍛造、沖壓；焊接性能差。（2）灰鑄鐵的孕育處理在澆注前向鐵水中加入少量孕育劑，以獲得細(xì)小均勻的石墨片和細(xì)片珠光體。通過(guò)孕育處理得到的鑄鐵稱(chēng)為孕育鑄鐵。孕育鑄鐵強(qiáng)度、硬度有顯著提高，耐磨性較好，且鑄件各部位截面上的組織和性能比較均勻。

（3）灰鑄鐵的牌號(hào)、性能及用途牌號(hào)用“HT+數(shù)字（數(shù)字表示最低的抗拉強(qiáng)度值MPa）”。例：HT150。應(yīng)用：床身，機(jī)架，箱體，缸體，導(dǎo)軌（4）灰鑄鐵的熱處理

灰鑄鐵熱處理只能改變基體組織，不能改變石墨的形狀、數(shù)量、大小和分布。熱處理主要作用是消除應(yīng)力、改善切削加工性、提高表面的硬度和耐磨性等。1）去應(yīng)力退火工藝為：加熱至500～600℃，保溫一段時(shí)間后，隨爐冷至200℃以下出爐空冷。2）消除白口、降低硬度退火加熱到850～900℃，保溫2～5h，然后隨爐冷卻至250～400℃出爐空冷。3）表面淬火主要作用是提高鑄件的表面硬度和耐磨性。常用的有火焰淬火、感應(yīng)淬火、接觸電阻加熱淬火等。

2、可鍛鑄鐵可鍛鑄鐵又稱(chēng)瑪鐵，是由白口鑄鐵在固態(tài)下經(jīng)長(zhǎng)時(shí)間石墨化退火而得到的具有團(tuán)絮狀石墨的鑄鐵

1）可鍛鑄鐵的生產(chǎn)第一步先澆鑄成白口鑄件，獲得白口鑄件第二步石墨化退火。由于石墨化退火的方法不同，可得到黑心可鍛鑄鐵(曲線①)、珠光體可鍛鑄鐵(曲線②)和白心可鍛鑄鐵

組織：分為鐵素體可鍛鑄鐵（又稱(chēng)黑心可鍛鑄鐵）、珠光體可鍛鑄鐵兩種。性能：強(qiáng)度和韌性比灰鑄鐵提高很多。

可鍛鑄鐵并不可鍛。2）可鍛鑄鐵的牌號(hào)、用途牌號(hào)用“KT+表示類(lèi)別的字母（有H、Z）+A組數(shù)字（表示最小抗拉強(qiáng)度值）——B組數(shù)字（表示最小伸長(zhǎng)率）”表示。例：KTH370-12。

應(yīng)用：用于制作形狀復(fù)雜、要求強(qiáng)度、韌性較高的薄壁零件，可以部分代替碳鋼。如三通管件、中低壓閥。3、球墨鑄鐵

(1)球墨鑄鐵的生產(chǎn)特點(diǎn)嚴(yán)格控制化學(xué)成分（C、Si較高，Mn、P、S較低）較高的出鐵溫度（1400℃以上）球化處理（獲得球狀石墨）孕育處理（促進(jìn)石墨化，細(xì)化均勻組織）(2)球墨鑄鐵的熱處理退火——鐵素體+球狀石墨QT400-18,正火——珠光體+球狀石墨QT700-2,調(diào)質(zhì)——回火索氏體+球狀石墨QT800-2等溫淬火——下貝氏體+球狀石墨QT900-2生產(chǎn)方法：是在澆注前往鐵水中加少量的球化劑和孕育劑，獲得具有球狀石墨的鑄鐵。(3)球墨鑄鐵的組織和性能

性能：力學(xué)性能比灰口鑄鐵高得多，強(qiáng)度與鋼接近；塑性和韌性比灰鑄鐵好，仍比鋼差。具有良好的鑄造性能、減震性、減摩性、低的缺口敏感性、切削加工性等。但存在收縮率較大、流動(dòng)性稍差、白口傾向大等缺陷。牌號(hào)用“QT+A組數(shù)字-B組數(shù)字”表示。QT是“球鐵”兩字的漢語(yǔ)拼音字首;A組數(shù)字表示最低的抗拉強(qiáng)度值（MPa）B組數(shù)字表示最低伸長(zhǎng)率（%）。例：QT600-3。(4)球墨鑄鐵的牌號(hào)、用途廣泛用于制作受力復(fù)雜、性能要求較高的重要零件

機(jī)械性能

牌號(hào)基體

b

MPa

0.2

MPa

5

%ak

kJ/m2HB應(yīng)用舉例QT400-17鐵素體40025017600≤179汽車(chē)、拖拉機(jī)床底盤(pán)零件；16-64大氣壓閥門(mén)的閥體、閥蓋QT420-10鐵素體42027010300≤207QT500-5鐵素體+球光體5003505－147～241機(jī)油泵齒輪QT600-2球光體6004202－2297～302柴油機(jī)、汽油機(jī)曲軸；磨床、銑床、車(chē)床的主軸；空壓機(jī)、冷凍機(jī)缸體、缸套QT700-2球光體7004902－2297～302QT800-2球光體8005602－2417～321四、蠕墨鑄鐵

通過(guò)在一定成分的鐵水中加入適量的蠕化劑、再加孕育劑而生產(chǎn)制得的。力學(xué)性能介于基體相同的灰鑄鐵與球墨鑄鐵之間，如抗拉強(qiáng)度優(yōu)于灰鑄鐵，且具有一定的塑性和韌性強(qiáng)度和韌性都不如球墨鑄鐵。突出優(yōu)點(diǎn)是導(dǎo)熱性、耐熱性?xún)?yōu)于球墨鑄鐵此外，蠕墨鑄鐵的耐磨性?xún)?yōu)于孕育鑄鐵1）蠕墨鑄鐵的性能2）蠕墨鑄鐵的制取制造蠕墨鑄鐵的原鐵液和爐前處理與球墨鑄鐵類(lèi)似。3）蠕墨鑄鐵的組織蠕墨鑄鐵的石墨具有介于片狀和球狀之間的中間形態(tài)，其石墨片的長(zhǎng)厚比較小，端部較鈍。呈蠕蟲(chóng)狀。4）蠕墨鑄鐵的牌號(hào)、用途牌號(hào)用“RuT+一組數(shù)字”表示，RuT是“蠕鐵”兩字的漢語(yǔ)拼音字首，一組數(shù)字表示最低的抗拉強(qiáng)度值（MPa）。例：RuT420。

蠕墨鑄鐵已成功地用于高層建筑中高壓熱交換器、內(nèi)燃機(jī)汽缸和缸蓋、汽缸套、鋼錠模、液壓閥等鑄件。排氣管進(jìn)氣管

二、鑄鋼1．鑄鋼的分類(lèi)、性能和應(yīng)用按化學(xué)成分不同，可分為鑄造碳鋼和鑄造合金鋼兩大類(lèi)。其中鑄造碳鋼易于制取，且比較經(jīng)濟(jì)，因此應(yīng)用較廣，占鑄鋼總產(chǎn)量的80％以上。（1）低碳鑄鋼成分：含碳Wc0.25％以下，如ZG200—400，組織：鐵素體+少量珠光體組成。性能：強(qiáng)度和硬度較低，塑性和韌性較高，導(dǎo)電，導(dǎo)磁性較好。應(yīng)用：通常利用其軟磁特性制造電機(jī)零件。熔點(diǎn)高，流動(dòng)性差，且易氧化和熱裂傾向大，鑄造較困難，因此，應(yīng)用較少。（2）中碳鑄鋼

成分：含碳Wc0.25％－0.45％范圍，如ZG230-450組織：鐵素體+珠光體組成性能：強(qiáng)度和硬度較高，塑性和韌性較低。應(yīng)用：流動(dòng)性較好，氧化熱裂傾向小，但導(dǎo)熱性較差，易產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力。是鑄鋼中應(yīng)用最多的材料。（3）高碳鑄鋼成分：含碳量Wc0.50％－0.60％，如ZG340-640組織：珠光體+少量鐵素體組成性能：硬度高，塑性低。應(yīng)用：高碳鑄鋼的流動(dòng)性好，收縮小不易產(chǎn)生粘砂，形成熱裂的傾向小，但導(dǎo)熱性差，塑性低，因而形成內(nèi)應(yīng)力及冷裂的傾向大，僅適用于制造耐磨鑄件，如軋輥等。鑄鋼與球墨鑄鐵比較:鑄鋼的強(qiáng)度雖然與球墨鑄鐵相似，但鑄鋼的沖擊韌性和塑性都超過(guò)球墨鑄鐵。因此，對(duì)于承受沖擊載荷較大的工件，應(yīng)選取用鑄鋼件。鑄鋼的焊接性能好，便于采用組合鑄一焊聯(lián)合工藝來(lái)制造重型機(jī)器零件。應(yīng)用:對(duì)于力學(xué)性能要求高或具有耐熱、耐磨、耐酸等特殊性能的鑄件，可采用鑄造合金鋼。如用高錳鋼（ZGMnl3）鑄造火車(chē)道岔，萬(wàn)噸水壓機(jī)的機(jī)座、立柱,用不銹鋼鑄造耐酸泵的耐蝕件等。2.碳鋼的鑄造工藝特點(diǎn)（1）鋼的熔練：生產(chǎn)鑄鋼件的煉鋼爐有多種，如電弧爐、感應(yīng)電爐和平爐等.（2）鑄型工藝特點(diǎn)：碳鋼的熔點(diǎn)較高，相應(yīng)澆注溫度較高（一般澆注溫度為1520－16000C），所以鑄造性能較差，易氧化，流動(dòng)性差，體積收縮約為灰鑄鐵的三倍，容易產(chǎn)生各種鑄造缺陷。因此，必須在鑄型材料、造型工藝、澆注規(guī)范的選擇及鑄件設(shè)計(jì)方面采取相應(yīng)措施。鑄鋼用型砂常采用顆粒大而均勻的硅砂。為防止粘砂，鑄型表面要涂以硅粉或錯(cuò)砂粉涂料。為減少氣體來(lái)源，增強(qiáng)鑄型強(qiáng)度和提高合金流動(dòng)性，鑄鋼件多用烘干或快干鑄型來(lái)鑄造。對(duì)于輪廓尺寸較大壁厚均勻的薄壁鑄件，可采用同時(shí)凝固的原則，可開(kāi)設(shè)多道直澆口，以較大的速度充滿鑄型，如圖8－20所示。對(duì)壁厚相差較大的鑄件，應(yīng)采用順序凝固的原則，即在鑄件熱節(jié)部分安置冒口和冷鐵，如圖8－20所示3．鑄鋼件的熱處理鑄鋼件的晶粒粗大、組織不均，并常有殘余應(yīng)力，所以強(qiáng)度、塑性和韌性不夠高。為了細(xì)化晶粒、消除內(nèi)應(yīng)力、提高鋼的力學(xué)性能，通常要進(jìn)行退火或正火處理。砂型鑄造工藝過(guò)程制造模樣、芯盒→配制型砂、芯砂→造型和造芯→烘干、合箱→熔煉金屬、澆注→落砂、清理與檢驗(yàn)等第三節(jié)砂型鑄造

造型是指用型砂、模樣、砂箱等工藝裝備制造砂型的過(guò)程。造型方法：手工造型——單件、小批量生產(chǎn)機(jī)器造型——中、小件大批量生產(chǎn)一、手工造型手工造型是全部用手工或手動(dòng)工具完成的造型工序。優(yōu)點(diǎn)：操作靈活、適應(yīng)性強(qiáng)、成本低、生產(chǎn)準(zhǔn)備時(shí)間短；缺點(diǎn)：鑄件質(zhì)量不易保證，生產(chǎn)率低，勞動(dòng)強(qiáng)度大（一）常用手工造型方法：1、整模造型特點(diǎn)：模樣是整體的，分型面是平面，鑄型型腔全部在半個(gè)鑄型內(nèi)，其造型簡(jiǎn)單，鑄件不會(huì)產(chǎn)生錯(cuò)型缺陷。應(yīng)用：適用于鑄件最大截面在一端，且為平面的鑄件。整模造型連桿造型實(shí)例2、分模造型特點(diǎn)：將模樣沿最大截面處分成兩半，型腔位于上、下兩個(gè)砂箱內(nèi)，造型簡(jiǎn)單省工。應(yīng)用：常用于最大截面在中部的鑄件。有兩箱造型和三箱造型兩種.支承臺(tái)的分塊模造型實(shí)例三箱造型3、挖砂造型特點(diǎn)：模樣是整體的，但鑄件分型面為曲面。為便于起模，造型時(shí)用手工挖去阻礙起模的型砂、其造型費(fèi)工、生產(chǎn)率低，工人技術(shù)水平要求高。應(yīng)用：用于分型面不是平面的單件、小批生產(chǎn)鑄件。

手輪的挖砂造型實(shí)例4、假箱造型特點(diǎn)：為了克服挖砂造型的挖砂缺點(diǎn)，在造型前預(yù)先做個(gè)底胎（即假箱），然后在底胎上制下箱，因底胎不參予澆注，故稱(chēng)假箱。比挖砂造型操作簡(jiǎn)單，且分型面整齊。應(yīng)用：適用于成批生產(chǎn)中需要挖砂的鑄件。手輪的假箱造型實(shí)例5、活塊造型特點(diǎn):在制模時(shí)將鑄件上的妨礙起模的小凸臺(tái)，肋條等這些部分作成活動(dòng)的（即活塊）。起模時(shí)，先起出主體模樣，然后再?gòu)膫?cè)面取出活塊。其造型費(fèi)時(shí)，工人技術(shù)水平要求高。應(yīng)用:主要用于單件、小批生產(chǎn)帶有突出部分、難以起模的鑄件。

短導(dǎo)軌的活塊造型實(shí)例6、刮板造型特點(diǎn):用刮板代替實(shí)體模樣造型，它可降低模樣成本，節(jié)約木材，縮短生產(chǎn)周期。但生產(chǎn)率低，工人技術(shù)水平要求高。應(yīng)用:用于有等載面或回轉(zhuǎn)體的大、中型鑄件的單件、小批生產(chǎn)、如帶輪、鑄管、彎頭等。皮帶輪的刮板造型實(shí)例7、地坑造型特點(diǎn):在地平面以下的沙坑中或特制的地坑中制造下型的造型方法，特點(diǎn)是省掉了下砂箱，但造型操作麻煩。應(yīng)用:用于中型、大型鑄件單件或小批量生產(chǎn)。平板的地坑造型實(shí)例手工造型用材料、工具及造型方法（二）、澆鑄系統(tǒng)與冒孔

在造型過(guò)程中，開(kāi)設(shè)澆鑄系統(tǒng)與冒口是非常重要的操作1.澆鑄系統(tǒng)

——將液態(tài)金屬平穩(wěn)的導(dǎo)入、填充型腔與冒口的通道，稱(chēng)為澆注系統(tǒng)。通常由澆口杯、直澆道、橫澆道和內(nèi)澆道組成。除導(dǎo)入液態(tài)金屬外，澆注系統(tǒng)還起到擋渣、補(bǔ)縮與調(diào)節(jié)鑄件的冷卻順序等作用。2.冒口——在鑄型中，儲(chǔ)存和供補(bǔ)縮鑄件用熔融金屬的空腔，也指該空腔中充填的金屬。其作用是補(bǔ)縮、排氣和除渣。冒口設(shè)置于鑄件的頂部或“熱節(jié)”處。（二）機(jī)器造型

機(jī)器造型是指用機(jī)器全部完成或至少完成緊砂操作的造型工序。機(jī)器造型鑄件尺寸精確、表面質(zhì)量好、加工余量小，但需要專(zhuān)用設(shè)備，投資較大，適合大批量生產(chǎn)

常用的機(jī)器造型方法有：壓實(shí)、震壓、拋砂、射壓和擠壓造型等。1.震壓式造型:振壓造型工作原理:a)填砂b)振實(shí)c)壓實(shí)d)起模機(jī)器造型生產(chǎn)過(guò)程2.拋砂造型利用拋砂機(jī)機(jī)頭上電動(dòng)機(jī)的高速旋轉(zhuǎn)葉片，連續(xù)地將輸送帶運(yùn)來(lái)的型砂在機(jī)頭內(nèi)初步緊實(shí)，并呈團(tuán)狀被高速地拋入砂箱中作進(jìn)一步緊實(shí)，同時(shí)完成砂箱內(nèi)填砂，所以生產(chǎn)率高，型砂緊實(shí)度均勻。3.射壓造型是用射砂方式填砂和壓實(shí)緊實(shí)的復(fù)合方法來(lái)緊實(shí)砂型.砂型鑄造自動(dòng)生產(chǎn)線三、制芯型芯的主要作用是形成鑄件的內(nèi)腔或局部外形。單件、小批生產(chǎn)時(shí)采用手工制芯，大批生產(chǎn)時(shí)采用機(jī)器制芯。1。手工制芯常采用芯盒制芯。2.機(jī)器制芯常用型芯制作設(shè)備是射芯機(jī)和殼（吹）芯機(jī)射砂過(guò)程是：打開(kāi)射砂閥，貯氣筒中的壓縮空氣通過(guò)射砂筒上的縫隙進(jìn)人射砂筒中，使芯砂形成高速砂流，從射砂孔射人芯盒內(nèi)，將砂緊實(shí)，然后氣體從排氣孔排到大氣中。該機(jī)生產(chǎn)率較高，應(yīng)用廣泛。第四節(jié)鑄造工藝的制定原則及結(jié)構(gòu)工藝性設(shè)計(jì)鑄造工藝方案確定內(nèi)容包括：鑄件的澆注位置和分型面的選擇；鑄造工藝參數(shù)的確定；繪制鑄造工藝圖。一、鑄件澆注位置及分型面的選擇澆注位置是指澆注時(shí)鑄件所處的位置。分型面是指兩半個(gè)鑄型相互接觸的表面。一般先從保證鑄件的質(zhì)量出發(fā)來(lái)確定澆注位置，然后從工藝操作方便出發(fā)確定分型面。機(jī)床床身澆注時(shí)的位置1、確定澆注位置的原則：

1）一般情況，鑄件澆注位置的上面比下面鑄造缺陷多，所以重要加工面、耐磨表面等質(zhì)量要求較高部位應(yīng)置于下面或側(cè)面。2）澆注位置的選擇應(yīng)有利于鑄型的充填和型腔中氣體的排出，所以鑄件的大平面應(yīng)朝下，以防止產(chǎn)生氣孔和夾砂等缺陷．

不合理合理3）鑄件的薄壁部分應(yīng)朝下或傾斜，以免產(chǎn)生澆不足、冷隔等缺陷。4）體積收縮大的合金及壁厚差較大的鑄件，應(yīng)按順序凝固的原則，將壁厚較大的部位和鑄件的熱節(jié)部置于上部或接近分型面，以便設(shè)置冒口進(jìn)行補(bǔ)縮。鑄件的重要加工面應(yīng)置于下面或側(cè)面；鑄件的大平面應(yīng)朝下；面積較大的薄壁部分置于鑄型下部或側(cè)面；鑄件厚大部分應(yīng)放在上部或接近分型面;澆注位置的選擇原則201）應(yīng)使鑄件的加工面和加工基準(zhǔn)面處于同一砂型中，而且盡可能放在下型，以便保證鑄件尺寸的精確。2、確定分型面的原則2）分型面應(yīng)盡量采用平面分型，避免曲面分型，并應(yīng)盡量選在最大截面上，以簡(jiǎn)化模具制造和造型工藝不正確分型面應(yīng)選在最大截面處正確分型面應(yīng)避免曲折，數(shù)量應(yīng)少，最好是一個(gè)，且為平面3）盡量減少分型面的數(shù)目，最好只有一個(gè)分型面，減少活塊的數(shù)目。圖8-31繩輪采用砂芯使三箱造型變?yōu)閮上湓煨?）應(yīng)盡量減少砂芯的數(shù)目,并注意減少砂箱高度.5)為了有利于下芯、合型和便于檢查型腔尺寸,通常把主要型芯放在下型1）確定機(jī)械加工余量——為保證鑄件加工面尺寸和零件精度，在鑄件工藝設(shè)計(jì)時(shí)預(yù)先增加而在機(jī)械加工時(shí)切去的金屬層厚度。鑄件加工余量的大小取決于鑄件的材料、鑄造方法、鑄件尺寸與復(fù)雜程度、加工精度要求等。具體數(shù)值可查手冊(cè)。最小鑄出孔及槽——在單件小批量生產(chǎn)的條件下，灰鐵件上直徑小于30mm和鑄鋼件上直徑小于35mm的加工孔，可不鑄出；如有特殊要求，且無(wú)法實(shí)行機(jī)加工的孔如彎曲孔，則一定要鑄出。（二）鑄造工藝參數(shù)的選擇

鑄造工藝參數(shù)通常是指鑄型工藝設(shè)計(jì)時(shí)需要確定的某些工藝數(shù)據(jù)。2）確定鑄件收縮率——為了補(bǔ)償鑄件收縮，模樣比鑄件圖樣尺寸增大的數(shù)值。可查表8-23）確定起模斜度（拔模斜度）——為使模樣容易從鑄型中取出或型芯自芯盒中脫出，凡垂直于分型面（分盒面）的沒(méi)有結(jié)構(gòu)斜度的壁均應(yīng)設(shè)起模斜度。起模斜度的大小，應(yīng)根據(jù)模壁測(cè)量面高度、模樣材料及造型方法確定。通常為15ˊ～3０4）確定型芯頭的構(gòu)造——芯頭是指伸出鑄件以外不與金屬液接觸的砂芯部分，其功用是定位、支撐和排氣。為方便下芯、合型，芯頭必須留有一定的斜度a。下芯頭的斜度應(yīng)小些（50－100），上芯頭的斜度為便于合型應(yīng)大些（50－150）為了便于型芯在鑄型中的裝配，型芯頭與鑄型型芯座之間應(yīng)有l(wèi)－4mm的間隙

二、鑄造工藝圖鑄造工藝圖是表示鑄型分型面、澆冒口系統(tǒng)、澆注位置、型芯結(jié)構(gòu)尺寸、控制凝固措施（冷鐵、保溫襯板）等的圖樣。圖中應(yīng)表示出：鑄件的澆注位置、分型面、型芯的數(shù)量、形狀、尺寸及固定方法、加工余量、起模斜度、澆口、冒口、冷鐵的尺寸和位置。

項(xiàng)目用途設(shè)計(jì)程序鑄造工藝圖是制造模樣、模底板、芯盒等工裝以及進(jìn)行生產(chǎn)準(zhǔn)備和驗(yàn)收的依據(jù)。1.產(chǎn)品零件的技術(shù)條件和結(jié)構(gòu)工藝性分析2.選擇造型方法3.確定分型面和澆注位置4.選用工藝參數(shù)5.設(shè)計(jì)澆冒口、冷鐵等6.型芯設(shè)計(jì)鑄件圖是鑄件驗(yàn)收和機(jī)加工夾具設(shè)計(jì)的依據(jù)。7.在完成鑄造工藝圖的基礎(chǔ)上，畫(huà)出鑄件圖鑄型裝配圖是生產(chǎn)準(zhǔn)備、合型、檢驗(yàn)、工藝調(diào)整的依據(jù)。8.在完成砂箱設(shè)計(jì)后畫(huà)出鑄造工藝卡片是生產(chǎn)管理的重要依據(jù)。9.綜合整個(gè)設(shè)計(jì)內(nèi)容鑄造工藝圖實(shí)例分型面選擇實(shí)例分析(1)氣缸套方案Ⅰ，軸線處于水平位置，鑄件易產(chǎn)生缺陷；用分開(kāi)模兩箱造型，分型面通過(guò)圓柱面，有飛邊，易錯(cuò)箱。方案Ⅱ，軸線處于垂直位置，鑄件是順序凝固；分型面在鑄件一端，毛刺易清理，不會(huì)錯(cuò)箱1)、鑄件壁厚應(yīng)合理（鑄件壁厚介于臨界壁厚和最小壁厚之間）三、鑄造的結(jié)構(gòu)工藝性最小壁厚：在各種工藝條下，鑄造合金能充滿型腔的最小厚度。主要取決于合金的種類(lèi)、鑄件的大小及形狀等因素。臨界壁厚：各種鑄造合金都存在一個(gè)臨界壁厚，在砂型鑄造條件下，各種鑄造合金臨界壁厚約等于其最小壁厚的3倍。(一)、合金鑄造性能對(duì)鑄件結(jié)構(gòu)的要求1、鑄件的壁厚缺陷：如果所設(shè)計(jì)鑄件的壁厚小于允許的“最小壁厚”，鑄件就易產(chǎn)生澆不足、冷隔等缺陷。在鑄造厚壁鑄件時(shí)，容易產(chǎn)生縮孔、縮松、結(jié)晶組織粗大等缺陷，從而使鑄件的力學(xué)性能下降。2)鑄件壁厚應(yīng)力求均勻

壁厚均勻，是指鑄件的各部分具有冷卻速度相近的壁厚，鑄件的內(nèi)壁厚度應(yīng)略小于外壁厚度。2.壁的連接)應(yīng)有結(jié)構(gòu)圓角2)、不同壁厚連接應(yīng)逐漸過(guò)渡，防止壁厚突變

對(duì)于鑄件結(jié)構(gòu)中有兩個(gè)或三個(gè)甚至更多個(gè)壁相連的情況，可采用交錯(cuò)接頭或環(huán)形接頭的形式。鑄件壁聯(lián)結(jié)應(yīng)盡量避免金屬積聚3)應(yīng)避免交叉、銳角接頭3、避免變形和開(kāi)裂的結(jié)構(gòu)在鑄件易裂處合理設(shè)置加強(qiáng)肋4、盡量避免過(guò)大的水平面

過(guò)大的平面不利于金屬液的填充，容易產(chǎn)生澆不到等缺陷，在進(jìn)行鑄件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)盡量將水平面設(shè)計(jì)成傾斜形狀。不合理合理5、鑄件結(jié)構(gòu)應(yīng)避免冷卻收縮受阻和有利于減小變形

鑄件在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)盡量使其能自由收縮，以減小應(yīng)力，避免裂紋。如圖所示的彎曲輪輻和奇數(shù)輪輻的設(shè)計(jì)，可使鑄件能較好地自由收縮。1)避免外部側(cè)凹

鑄件在起模方向上若有側(cè)凹，見(jiàn)圖a，要用三箱造型；若將其改成圖b所示結(jié)構(gòu)，可簡(jiǎn)化造型。(二)、鑄造工藝對(duì)鑄件結(jié)構(gòu)的要求1、鑄件的外形設(shè)計(jì)2)改進(jìn)妨礙起模的凸臺(tái)、凸緣和肋條的結(jié)構(gòu)

設(shè)計(jì)鑄件上的凸臺(tái)、凸緣和肋條結(jié)構(gòu)時(shí)，應(yīng)考慮便于造型起模，盡量避免使用活塊或外壁型芯。3)應(yīng)盡量使分型面平直

平直的分型面可避免操作費(fèi)時(shí)的挖砂造型或假箱造型；同時(shí)，鑄件的毛邊少，便于清理。4)鑄件要有結(jié)構(gòu)斜度

鑄件上垂直于分型面的不加工表面應(yīng)設(shè)計(jì)出一定的斜度，稱(chēng)為結(jié)構(gòu)斜度。結(jié)構(gòu)斜度便于起模，并可延長(zhǎng)模具的使用壽命。不合理合理1)應(yīng)使鑄件盡可能不用或少用型芯

圖a采用方形中空截面，為形成其內(nèi)腔，必須采用型芯；圖b所示工字形開(kāi)式截面，則可避免型芯的使用。2、鑄件內(nèi)腔的設(shè)計(jì)圖a應(yīng)出口處尺寸小，要用型芯形成內(nèi)腔；圖b擴(kuò)大了出口，且D>H，故可用砂垛（自帶型芯）形成內(nèi)腔，從而省掉型芯。不合理合理2)有利于砂芯的固定和排氣采用圖a的結(jié)構(gòu)，則需要兩個(gè)型芯，而且其中大的型芯呈懸臂狀態(tài)，裝配時(shí)必須采用芯撐作輔助支撐，若改成圖b所示的形狀，采用一個(gè)整體型芯來(lái)形成鑄件的空腔，可增加型芯的穩(wěn)固性。對(duì)于因芯頭不足而難于固定型芯的鑄件，在不影響使用功能的前提下，可設(shè)計(jì)出適當(dāng)大小和數(shù)量的工藝孔，用以增加芯頭的數(shù)量，穩(wěn)固型芯，如圖b所示。3)鑄件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)避免封閉空腔。

圖a所示鑄件為封閉空腔結(jié)構(gòu)，其型芯安放困難、排氣不暢、難于清砂，可改成圖b所示的結(jié)構(gòu)。第五節(jié)特種鑄造

所謂特種鑄造，是指有別于砂型鑄造方法的其他鑄造工藝。鑄造方法公差等級(jí)(CT)GB6414-86砂型14～15熔模11～14金屬型12～14壓力11~13低壓12～14離心12～14鑄件精度和表面質(zhì)量高、鑄件內(nèi)在性能好；原材料消耗低、工作環(huán)境好等優(yōu)點(diǎn)；鑄件的結(jié)構(gòu)、形狀、尺寸、重量、材料種類(lèi)往往受到一定限制。26特種鑄造特點(diǎn)（與砂型鑄造相比）特種鑄造特種鑄造金屬型鑄造離心鑄造壓力鑄造熔模鑄造低壓鑄造擠壓鑄造陶瓷型鑄造熔模鑄造是一種精密鑄造方法。它是用易熔材料制成模樣，然后在模樣上涂掛造型材料，經(jīng)過(guò)硬化，再將模樣熔失，從而獲得無(wú)分型面的整體型殼（即鑄型），型殼經(jīng)焙燒后即可澆注。由于熔模廣泛采用蠟質(zhì)材來(lái)制造，故又稱(chēng)為“失蠟鑄造”。一、熔模鑄造(一)熔模鑄造的工藝過(guò)程熔模鑄造熔模鑄造的工藝過(guò)程（二）熔模鑄造的主要特點(diǎn)及適用范圍1）鑄件的精度和表面質(zhì)量較高，尺寸公差等級(jí)可達(dá)IT14-IT11，表面粗糙度值可達(dá)Ra25～3.2

um，且可制造形狀較復(fù)雜的薄壁鑄件（鑄出孔的最小直徑為0.5mm，最小壁厚可達(dá)0.7mm）2）適用于各種合金鑄件;尤其適合高熔點(diǎn)及難切削的特殊合金,如耐熱合金.3）生產(chǎn)批量不受限制。4）但工藝過(guò)程較復(fù)雜，生產(chǎn)同期長(zhǎng)（約4～15天），制造費(fèi)用和消耗的材料費(fèi)用較高。熔模鑄造是一種少、無(wú)切削的先進(jìn)精密成形工藝，最適合25kg以下的高熔點(diǎn)、難加工合金鑄件的批量生產(chǎn)。如汽輪機(jī)葉片、泵輪、復(fù)雜刀