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1、第六章 铸造,主讲：高丽,一、概述,1、什么是铸造？,一定形状和性能的铸件的成形方法。,齿轮毛坯的铸件生产过程：,熔炼金属，制造铸型，将熔融金属浇入铸型，凝固后获得,铸造工艺基础,2、我国铸造业发展,（1）历史悠久、辉煌,司母戊大方鼎,重875Kg，外型尺寸1.33m0.78m1.10m迄今世界上最古老的大型青铜器,铜车马,出自战国时期的秦国。由3462个铸件组成，总重量达1241公斤,永乐大钟,重46.5吨，钟高6.75m，外径3.3m，钟体内铸经文22.7万字,4、铸造生产的特点,（1）可制成形状复杂，特别是具有复杂内腔的毛坯，,如各种箱体、床身、机座等。,（2）适应性广。,各种材料均可，
2、铸件品种繁多。,（3）生产成本低。,原料广，价低，设备简单，投资少。,（4）铸件力性不及锻件，质量不易控制，条件差。,优点多，缺点少，因而应用广。,机床、重型机器、内燃机中：铸件占7090,压气机、风机占6080,拖拉机 占5070,汽车占2030,农业机械占4070,3、铸造的应用,在一般的机器设备中，铸件占机器总重量的45%90%,铸造性能:,合金通过铸造成形获得优质铸件的能力。,充型能力,+ 收缩性,第二节 铸造工艺基础,铸件的质量与铸件的工艺过程密切相关，其中影响较大的是合金的铸造性能和铸件的凝固。,铸造工艺基础,二、液态合金的充型能力,定义:,液体金属充满铸型型腔，获得形状完整、尺寸
3、精确、轮廓清晰的铸件的能力。,充型能力不足时，会产生浇不足、冷隔等缺陷。,浇不足：不能得到完整的零件。,冷隔：铸件上有未完全融合的缝隙或凹坑。,影响充型能力的因素：,合金的流动性、铸型条件、浇注条件、铸件结构。,铸造工艺基础,1、合金的流动性,定义:,是液态合金本身的流动能力。,（1）测定流动性的方法,以螺旋形试件的长度来测定,0.45%C铸钢（1600）：200mm,4.3%C铸铁（1300） ：1800mm,铸铁和硅黄铜的流动性最好，,铝硅合金次之，,铸钢最差。,在相同的铸型及浇注条件下，螺旋形试样越长，该合金的流动性越好。,铸造工艺基础,（2）影响流动性的因素,熔点：,熔点越高，流动性越
4、差。,结晶区间：,结晶区间越宽，枝晶越发达，对液流阻力越大。,杂质元素：,液态合金中高熔点固态物质，增大了金属液体的黏度，降低了合金的流动性。,a）在恒温下凝固,b）在一定温度范围内凝固,铸造工艺基础,2、铸型条件,（1）铸型的导热能力：,导热性越好，热量越容易散失，流动性越差。,（2）排气能力,，即透气性，,充型能力。,（3）铸型温度,，液态金属与铸型的温差 ，,充型能力。,3、浇注条件,（1）浇注温度：,一般T浇越高，充型能力越强。,但过高，,易产生缩孔、粘砂、气孔等。,不宜过高。,（2）液态金属在流动方向上所受的压力越大，充型能力越强。,4、铸件结构,铸件厚度太小，,厚薄变化大、多，,结
5、构复杂，,有大水平面结构时，,充型能力,二、铸件的凝固,1、铸造合金的结晶：晶核的形成和晶体的长大。 晶核的形成：均匀形核和非均匀形核。,铸锭组织示意图,2、铸件的凝固方式,1）逐层凝固；2）糊状凝固；3）中间凝固,逐层凝固,糊状凝固,中间凝固,铸造工艺基础,三、合金的收缩性,收缩：,合金从液态固态冷却过程中，产生体积和尺寸减小的现象。,体收缩,线收缩,是缩孔、缩松、裂纹、变形、残余应力产生的基本原因。,1、收缩的三个阶段,液态收缩：,浇注温度至开始凝固温度之间的收缩。,凝固收缩：,凝固开始温度到凝固终了温度之间的收缩。,产生缩孔、缩松的基本原因。,固态收缩：,用线收缩率表示。,是铸件产生内应
6、力、变形、开裂的主要原因。,从凝固终止温度冷却至室温的收缩。,铸造工艺基础,2、影响收缩的因素,（1）化学成分：,铸铁中石墨化元素增加，收缩减少。,如：灰铁 C、Si,收缩，,S收缩。,（2）浇注温度：,温度，液态收缩。,（3）铸件结构与铸型条件,铸件收缩为受阻收缩。,一是来自铸件不同部分的相互阻碍；,二是来自铸型和型芯的阻碍。,受阻越大，收缩越小。,但应力变形大，因此要求铸型要有良好的退让性。,铸造工艺基础,3、缩孔与缩松,（1）缩孔,基本条件：,结晶温度范围窄，逐层凝固方式。,原因：,液态收缩和凝固收缩得不到及时的补缩。,结果 ：,在铸件最后凝固的地方出现一些孔洞。 如：壁的上部、中心处、
7、热节处。,铸造工艺基础,3、缩孔与缩松,（2）缩松,基本条件：,结晶温度范围宽，糊状凝固方式。,原因：,同缩孔。,结果 ：,在铸件最后凝固的地方出现分散缩孔。,缩松：,一般出现在轴线区域、热节处、冒口根部和内浇口附近，也常分布在集中缩孔的下方。,铸造工艺基础,（3）缩孔与缩松的防止,基本原则：,制定合理工艺补缩，,缩松转化成缩孔。,定向凝固：,通过设置冒口、冷铁等措施，,使铸件按薄壁厚壁冒口顺序凝固,使缩孔集中在冒口内。,a 收缩大或壁厚差别较大易产生缩孔的铸件；,b 壁厚悬殊以及对气密性要求高的铸件 。,适用对象：,特点：,冒口浪费金属，且铸件的温差大、热应力大、变形大，容易引起裂纹。但组织
8、致密。,C 凝固收缩大，结晶范围小的合金 。,铸造工艺基础,（3）缩孔与缩松的防止,基本原则：,定向凝固：,同时凝固：,厚处放冷铁，薄处开浇口，以减少温差，尽量同时凝固。,适用对象：,a 收缩小的合金薄壁件，如灰铁;,b 收缩大的薄壁铸钢和有色金属铸件;,c 结晶温度范围宽，用冒口也难以消除缩松的铸件。,特点：,工艺简单，节省金属，不易形成应力、变形、裂纹；但易有疏松。,铸造工艺基础,4、铸造应力,铸件收缩受阻引起的应力。,热应力：,机械应力 ：,相变应力：,各部分收缩不均匀引起的,收缩受到铸型及型芯的阻碍引起的,固态相变引起的,（1）热应力,形成过程：,先冷却部分形成压应力，后冷却部分形成拉
9、应力。,预防方法：,a: 壁厚均匀，尽量减少温差；,b: 同时凝固薄处开浇口，厚处放冷铁,（2）机械应力,暂时的，落砂后自行消失。,预防方法：,提高铸型和型芯的退让性。,（3）相变应力,固态相变时，体积会发生变化所致,铁碳合金三种应力在铸件不同部位情况,消除应力：,时效。,铸造工艺基础,5、铸件变形,铸件内应力松弛的自发过程。,（2）反变形法,防止方法：,（1）壁厚均匀，形状对称，同时凝固。,（2）反变形法（车床床身导轨面）,T型梁铸钢件变形示意图,应力框铸件变形示意图,薄壁或外层部位：冷速快、存在压应力、应力释放后会引起伸长或外凸变形。,厚壁或内层部位：冷速慢、存在拉应力、应力释放后会引起压
10、缩或内凸变形。,铸造工艺基础,6、铸件开裂,（1）热裂纹：,高温下形成裂纹。,特征：,裂纹短，缝宽，形状曲折。,缝内呈氧化色，无金属光泽，,裂缝沿晶界通过，多发生在应力集中或凝固处。,灰铁，球铁热裂少，,铸钢、铸铝、白口铁大。,原因：,凝固末期，合金呈完整骨架+液体，强度、塑性；,合金含S热脆；,铸型退让性不好。,预防：,设计结构合理, 改善退让性, 控制含S量。,（2）冷裂纹：,低温下产生的裂纹。,特征：,裂纹细，直线或圆滑曲线，裂口干净，金属光泽，有时呈轻微氧化色。,原因：,复杂大工件受拉应力部位和应力集中处易发生；,材料塑性差；,P冷脆。,预防：,合理设计，减少内应力，控制P含量，提高退让性。,铸造工艺基础,小结,液态合金的充型能力,1、合金的流动性,2、铸型条件,3、浇注条件,4、铸件结构,合金的收缩性,1、收缩的三个阶段,2、影响收缩的因素,3、缩孔与缩松,4、铸造应力,5、铸件变形与开裂,铸造工艺基础,小结,合金收缩,固态合金冷却,液态合金冷却,液态收缩,凝固收缩,缩孔:恒温下结晶,缩松:两相区结晶,固态收缩,裂纹,变形,应力,铸造工艺基础,热应力形成过程,返回,铸造工艺基础,机械应力形成过程,上型,下型,返回,铸造工艺基础,铁碳合金三种应力在铸件不同部位情况,返回,铸造工艺基础,返回,铸造工艺基础,返回,
