铸件的凝固时间和凝固速度 铸件的凝固时间是指从液态金属充满铸型后至凝固完毕所需要的时间，单位时间凝固层增长的厚度则称为凝固速度。铸件的凝固时间是设计冒口尺寸的依据。合理地确定冒口和冷铁的位置，控制铸件各部分的凝固速度，使其按一定的顺序或方向进行凝固，是获得致密健全铸件的重要条件。另外，对大型或重要铸件，为了控制开箱时间，需对凝固时间和凝固速度进行估算。下面介绍两种计算方法。 (1)平方根定律 对铸件的凝固过程进行传热计算，可以推导出凝固层厚度随时间的变化规律: t K =0δ 或 220K t δ= （1） t K dt d v 20 ==δ （2） 式中 δ0——凝固层厚度(cm)； K ——凝固系数(cm/min 1/2)； t ——凝固时间(min)； υ——凝固速度(cm/min)。 式(1)就是平方根定律，表明在砂型或金属型铸造条件下凝固层厚度δ0与凝固时间t 的平方根成正比。凝固系数K 值与许多因素有关，实际中常用实验方法测得，见表1。铸件凝固完毕，凝固层厚度到达壁厚中心，将壁厚的一半(δ0/2)代入式(1)，即可求得凝固时间。 表1 各种合金的凝固系数
平方根定律的推导，本身对铸件的凝固过程作了一些假设，故其仅适用于大型平板类结晶温度间隔较小的合金铸件，求得近似值。 (2)模数法 当合金、铸型和浇注条件确定之后，铸件凝固时间决定于铸件的体积与散热表面积之比，即铸件的模数M C (M C = V c / S)，也称折算厚度或当量厚度。可以推出 2 2221??????== S V K K M t C C (3) 式中 t ——铸件凝固时间； V c ——铸件体积； S ——铸件散热表面积； M C ——铸件模数。 图1是各种形状的铸钢件（重量从10kg 到65t ）实测凝固时间与模数的关系。 图1 实测凝固时间与模数的关系 模数法由于考虑了铸件结构形状的影响，使计算值更接近于实际。 由模数法可知，即使铸件的体积和重量相等，如果其几何形状不同，则铸件模数及其凝固时间均不相等。反之，不论铸件的体积和形状如何，只要其模数相等，则凝固时间相近。
液态收缩和凝固收缩是铸件产生缩孔和缩松的基本原因 影响铸件收缩的因素: 化学成分与合金类别：如铸钢的收缩最大，灰铸铁最小。 浇注温度：合金浇注温度越高，过热度越大，液体收缩越大。 铸件结构和铸型工艺条件：铸件的收缩并非自由收缩，而是受阻收缩。1）铸件中各部分冷却速度不同，收缩先后不一致，相互制约产生阻力；2）铸型等对铸件收缩产生的机械阻力。 铸件在冷却和凝固过程中，若液态收缩和凝固收缩所缩减的体积得不到补充，往往在铸件最后凝固的地方出现孔洞。容积大而且比较集中的孔洞—缩孔；细小而且分散的孔洞—缩松。 产生原因：液态收缩和凝固收缩值大于固态收缩值 缩孔和缩松存在：铸件有效承载面积减小，引起应力集中，力学性能下降，还降低气密性和物理性能。 缩孔的形成：在铸件上部或最后凝固的部位； 其外形特征是：近于倒圆锥形。 缩松的形成:由于结晶温度范围较宽，树枝晶发达，流动性低、液态和凝固收缩所形成的细小、分散孔洞得不到液态金属补充而造成。 纯金属和共晶成分的合金，易形成集中缩 如何防止缩孔和缩松: 防止措施①合理选用铸造合金②按照定向凝固原则进行凝固采用各种措施保证铸件结构上各部分按照远离冒口的部分先凝固然后是靠近冒口部分最后是冒口本身的凝固③合理选择浇注系统和浇注位置④合理地应用冒口、冷铁和补贴等工艺措施。附缩孔补救措施焊补。挖去缺陷区金属用与基体金属相同或相容的焊条焊补缺陷区焊后修平进行焊后热处理。 举例: Ti-47Al-2Cr-2Nb合金铸锭有很强的柱状晶生长趋势,在轴线附近区域形成分散的缩松;加入0.8%B(原子分数)后,铸锭的组织得到细化,并削弱了柱状晶生长趋势,收缩缺陷分布集中以大缩孔方式存在,显微缩松的密度和尺寸均降低.添加0.1%C(原子分数)后,铸锭的组织和缩孔缩松与Ti-47Al-2Cr-2Nb比均无明显变化. 热应力：铸件在凝固和冷却过程中，不同部位由于不均衡的收缩而引起的应力。为铸造残留应力 减少或消除应力的方法: 减少铸件各部位的温差，尽量形成同时凝固。 改善铸型和型芯的退让性，以减少收缩的机械阻力。 在性能满足的前提下，选择弹性模量E小和收缩系数小的合金。 消除应力方法：1）人工失效：去应力退火 2）自然失效 3）振动时效 铸件内应力的预防措施铸件产生铸造内应力的主要原因是合金的固态收缩。为了减小铸造内应力在铸造工艺上可采取同时凝固原则。所谓同时凝固原则就是采取工艺措施保证铸件结构上各部分之间没有温差或温差尽量小使各部分同时凝固。此外还可以采取去应力退火或自然时效等方法将残余应力消除。
第二章凝固温度场 第一节传热基本原理 一、填空 1. 温度梯度指温度随距离的变化率，对于一定温度场，沿等温面或等温线法线方向的温度梯度最大，图形上沿着该方向的等温面（或等温线）最密集。 2. 根据传热学的基本理论，热量传递的基本方式有热传导、热对流和热辐射三种。在连续介质内部或相互接触的物体之间不发生相对位移而仅依靠分子、原子及自由电子等微观粒子的热运动而产生的热量传输称为热传导。 3. 铸造过程中液态金属在充型时与铸型间的热量交换以热对流为主，铸件在铸型中的凝固、冷却过程以热传导为主。 4. 不仅在空间上变化并且也随时间变化的温度场称为不稳定温度场。熔焊时焊件各部位的温度随热源的施加及移动而变，属于不稳定温度场，又称之为焊接热循环。 5. 傅里叶定律是热传导过程的数学模型，求解该偏微分方程的主要方法有解析方法与数值方法，后者是用计算机程序来求解数学模型的近似解，最常用的数值解法是差分法和有限元法。 6. 在求解热传导过程中的温度场时需要根据具体问题给出导热体的边界条件，一般将边界条件分为三类，其中以换热边界条件最为常见。对于不稳定温度场的求解，除了边界条件之外，还要提供导热体的初始条件。 二、单选题： 1. 熔焊过程中热源与焊件间的热量传递方式属于：（4） （1）热传导（2）热对流（3）热辐射（4）以上全部 2. 熔焊过程中熔池内部的热量传递以（ 2 ）方式为主。 （1）热传导（2）热对流（3）热辐射（4）以上全部 3. 熔焊过程中焊件内部的热量传递以（ 1 ）方式为主。 （1）热传导（2）热对流（3）热辐射（4）以上全部 4. 熔焊过程中焊件表面与周围空气介质之间的热量传递方式属于：（4） （1）热传导（2）热对流（3）热辐射（4）以上全部 三、简答
钢的凝固收缩系数 1、钢凝固收缩过程的三个阶段：液态收缩、凝固收缩和固态收缩 钢的总体收缩为上述三个阶段收缩之和。它与合金的成分、温度和相变有关。不同合金收缩率是不同的。 2、影响收缩的因素 （1）化学成分 碳素钢随含碳量增加，凝固收缩增加，而固态收缩略。灰铸铁中，碳是形成石墨化元素，硅是促进石墨化元素，所以碳硅含量增加，收缩率减小。硫阻碍石墨的析出，使铸铁的收缩率增大。适量的锰，可与硫合成MnS，抵硫对石墨的阻碍作用，使收缩率减小。但含锰量过高，铸铁的收缩率又有增加。 （2）浇注温度 浇注温度愈高，过热度愈大，合金的液态收缩增加。 （3）铸件结构 铸型中的铸件冷却时，因形状和尺寸不同，各部分的冷却速度不同，结果对铸件收缩产生阻碍。 （4）铸型和型芯对铸件的收缩也产生机械阻力 铸件的实际线收缩率比自由线收缩率小。因此设计模具时，应根据合金的种类、铸件的形状、尺寸等因素，选取适合的收缩率。 3、钢水凝固过程中的收缩： 钢水由液态转变为固态，随着温度下降，收缩可分为： (1)液态收缩：由浇注温度降到液相线温度的收缩。对于低碳钢一般为1％； (2)凝固收缩：液体完全变为固体的体积收缩。对于钢一般为3～4％。体积收缩会在钢锭中留下缩孔。 (3)固态收缩：从固相线温度冷却到室温的收缩。一般为7～8％。固态收缩表现为整个钢锭的线收缩，它与钢冷却过程的相变有关。对钢锭产生裂纹有重要影响。 液体钢密度为7.0g/cm3，固体钢密度为7.8g/cm3，则液体变为固体收缩量为：((7.8-7.0)/7.0)×100％=11.4％，其中液态收缩量约1％,凝固收缩3～6％，固态收缩7～8％。凝固时3～4％的体积收缩在钢锭中会留下缩孔，采用保护帽使缩孔集中在钢锭头部。而连铸时钢水不断补充到液相，故连铸坯中无集中缩孔。而带
一、名词解释 1、铸造：将液态金属浇注到与零件的形状相适应的铸型型腔中冷却后获得铸件的方法。 2、热应力：在凝固冷却过程中，不同部位由于不均衡的收缩而引起的应力。 3、收缩：铸件在液态、凝固态和固态的冷却过程中所发生的体积缩小的现象，合金的收缩 一般用体收缩率和线收缩率表示。 4、金属型铸造：用重力浇注将熔融金属注入金属铸型而获得铸件的方法。 5、流动性：熔融金属的流动能力，近于金属本身的化学成分、温度、杂质含量及物理性质 有关，是熔融金属本身固有的性质。 二、填空题 1、手工造型的主要特点是（适应性强）（设备简单）（生产准备时间短）和（成本低），在 （成批）和（大量）生产中采用机械造型。 2、常用的特种铸造方法有（熔模铸造）（金属型铸造）（压力铸造）（低压铸造）和（离心 铸造）。 3、铸件的凝固方式是按（凝固区域宽度大小）来划分的，有（逐层凝固）（中间凝固）和 （糊状凝固）三种凝固方式。纯金属和共晶成分的合金是按（逐层）方式凝固。 4、铸造合金在凝固过程中的收缩分三个阶段，其中（液态收缩和凝固收缩）是铸件产生缩 孔和缩松的根本原因，而（固态）收缩是铸件产生变形、裂纹的根本原因。 5、铸钢铸造性能差的原因主要是（熔点高，流动性差）和（收缩大）。 6、影响合金流动性的内因有（液态合金的化学成分），外因包括（液态合金的导热系数） 和（黏度和液态合金的温度）。 7、铸造生产的优点是（成形方便）（适应性强）和（成本低），缺点是（铸件力学性能较低） （铸件质量不够稳定）和（废品率高）。 三、是非题 1、铸造热应力最终的结论是薄壁或表层受拉。错 2、铸件的主要加工面和重要的工作面浇注时应朝上。错 3、冒口的作用是保证铸件的同时冷却。错 4、铸件上宽大的水平面浇注时应朝下。对 5、铸造生产特别适合于制造受力较大或受力复杂零件的毛坯。错 6、收缩较小的灰铸铁可以采用定向（顺序）凝固原则来减少或消除铸造内应力。错 7、相同的铸件在金属型铸造时，合金的浇注温度应比砂型浇注时低。错 8、压铸由于熔融金属是在高压下快速充型，合金的流动性很强。对 9、铸件的分型面应尽量使重要的加工面和加工基准面在同一砂箱内，以保证铸件精度。对 10、采用震击紧实法紧实砂型时，砂型下层的紧实度小于上层的紧实度。错 11、由于压力铸造具有质量好、效率高、效益好等优点，目前大量应用于黑色金属的 铸造。错 12、熔模铸造所得铸件的尺寸精度高，而表面光洁度较低。错 13、金属型铸造主要用于形状复杂的高熔点难切削加工合金铸件的生产。错 四、选择题 1、形状复杂的高熔点难切削合金精密铸件的铸造应采用（B） A 金属型铸造 B 熔模铸造 C 压力铸造 2、铸造时冒口的主要作用是（B） A 增加局部冷却速度 B 补偿热态金属，排气及集渣 C 提高流动性 3、下列易产生集中缩孔的合金成分是（C） A 0.77%C B 球墨铸铁 C 4.3%C
铸件尺寸公差数值（GB/T6414-1999） 表1铸件尺寸公差数值mm 基本尺寸公差等级CT 大于至345678910111213141516 100.180.260.360.520.74 1.0 1.5 2.0 2.8 4.2 10160.200.280.380.540.78 1.1 1.6 2.2 3.0 4.4 16250.220.300.420.580.82 1.2 1.7 2.4 3.2 4.6681012 25400.240.320.460.640.90 1.3 1.8 2.6 3.6 5.0791114 40630.260.360.500.70 1.0 1.4 2.0 2.8 4.0 5.68101216 631000.280.400.560.78 1.1 1.6 2.2 3.2 4.469111418 1001600.300.440.620.88 1.2 1.8 2.5 3.6 5.0710121620 1602500.340.500.70 1.0 1.4 2.0 2.8 4.0 5.6811141822 2504000.400.560.78 1.1 1.6 2.2 3.2 4.4 6.2912162025 4006300.640.90 1.2 1.8 2.6 3.6571014182228 6301000 1.0 1.4 2.0 2.8 4.0681116202532 10001600 1.6 2.2 3.2 4.6791318232937 16002500 2.6 3.8 5.48101521263342 25004000 4.4 6.29121724303849 400063007.010142028354456 63001000011162332405064注：①CT1和CT2没有规定公差值，是为了将来可能要求更精密的公差保留的。 ②CT13至CT16小于或等于16mm的铸件基本尺寸，其公差值需单独标注，可提高2-3级。
第二节常用的铸造方法 (五)离心铸造 离心铸造是将金属液浇入绕水平、倾斜或立轴旋转的铸型，在离心力的作用下凝固的铸造方法。铸件的轴线与旋转铸型的轴线重合。铸型可用金属型、砂型、陶瓷型、熔模壳型等。 1．离心铸造机 离心铸造机是离心铸造所用的设备，按其旋转轴空间位置的不同分为立式、卧式二种。立式离心铸造机的铸型是绕垂直轴旋转（图2-2-41a）,由于金属液的重力作用,铸件的内表面呈抛物线形,故铸件不易过高,它主要用于铸造高度小于直径的环类、套类及成形铸件。卧式离心铸造机的铸型是绕水平轴旋转（图2-2-41b），铸件的壁厚较均匀，主要用长度大于直径的管类、套类铸件。 图2-2-41 离心铸造示意图 图 2-2-9 离心铸造 2．离心铸造的特点和应用 与其它铸造方法相比，离心铸造的优点是： （1）优点 1）铸件组织致密，无缩孔、缩松、气孔、夹渣等缺陷，力学性能好。 2）铸造圆形中空铸件时，不用型芯和浇注系统，简化了工艺过程，降低了金属消耗。 3）提高了金属液的充型能力，改善了充型条件，可用于浇注流动性较差的合金及薄壁铸件。 4）可生产双金属铸件，如钢套内镶铜轴承等，其结合面牢固、耐磨，又可节约贵重金属材料。 5）离心铸造适应性较广，铸造合金的种类几乎不受限制。既合适于铸造中空件，又可以铸造
成形铸件。中空铸件的内径通常为8～3000mm；铸件长度可达8000mm；质量可由几克至十几吨。 但离心铸造不宜生产易偏析的合金（如铅青铜等），铸件内表面较粗糙，尺寸不易控制。 （2）应用 离心铸造主要用于生产各种管、套、环类铸件，如铸铁管、铜套、滑动轴承、缸套、双金属钢背铜套等铸件，也可用于生产齿轮、叶轮、涡轮等成形铸件。 （六）熔模铸造 熔模铸造是指在易熔（如蜡料）制成的模样上包覆若干层耐火涂料，待其干燥硬化后熔出模样而制成型壳，型壳经高温培烧后即可浇注的铸造方法。熔模铸造是精密铸造方法之一。 1．熔模铸造的工艺过程 熔模铸造的工艺过程如动画2-2-7所示。 （1）用钢或铜合金等加工制成用来制造压型的母模。 （2）制造压型压型是制造熔模的模具。压模尺寸精度和表面质量要求高，它决定了熔模和铸件的质量。批量大、精度高的铸件所用压型常用钢或铝合金加工制成，小批量生产可用易熔合金浇注而成。 （3）制造模样。模样的材料有石蜡、蜂蜡、硬脂酸和松香等，常用的为50%石蜡加50%硬脂酸。将其加热只熔融（糊状）状态后压入压型，凝固后取出得到蜡模组。当铸件较小时，常将单个蜡模粘焊在预制好的蜡质浇注系统上制成蜡模组。 动画2-2-7 熔模铸造工艺过程 （4）制造型壳。将蜡模组浸入涂料（石英粉加水玻璃粘结剂）中，取出后在其表面撒上一层石英砂，再放入硬化剂（氯化铵熔液）中进行化学硬化。如此反复涂挂4~9层，得到厚度约5~10mm 的坚硬型壳。然后将结壳后的蜡模组放入90~95℃的热水中，使蜡模熔化并从浇口流出得到中空的型壳。 （5）造型和培烧为加固型壳，防止型壳浇注时变形或破裂，可将其竖放在铁箱中，周围用干砂填紧，此过程称为造型。对于强度高的型壳可不必填砂。为进一步排除型壳内的水分、残留蜡料及其他杂质，提高其强度，还需将装好型壳的铁箱送入加热炉内在900~950℃培烧。 （6）浇注为提高金属液的充型能力，应在型壳培烧出炉后趁热（600~700℃）进行浇注。冷却凝固后清除型壳，便得到一组带有浇注系统的铸件。 2．熔模铸造的特点和应用 由于熔模铸造采用可熔化的一次模，无需起模，故型壳为一整体而无分型面，而且型壳是由耐火度高的材料制成，因此熔模铸造具有下列优点：。 （1）可生产形状复杂、轮廓清晰、薄壁铸件。其最小铸出孔的直径为0.5mm，最小壁厚为0.3mm。 （2）铸件精度高，表面质量好。铸件尺寸公差等级可达：钢铁材料CT7~CT5，铜合金等
铸件尺寸公差 1.主题内容与适应范围 本标准规定砂型铸造、金属型铸造、压力铸造等工艺方法生产的各种金属及合金铸件的尺寸公差。 2. 引用标准 GB6414 铸件尺寸公差 GB1800 公差与配合总论标准公差与基本偏差 3. 术语 3.1 一般术语 尺寸、极限尺寸、公差、公差带和公差等级的定义按GB1800的规定。 3.2 铸件基本尺寸 铸件图上给定的尺寸、应包括铸件的机械加工余量（见图1、图2），产品零件图如不给出铸件图，则产品零件图上给出的尺寸为加工后的完工尺寸。 图1 机械加工余量与铸件尺寸公差的关系
图2 铸件的极限尺寸 3.3 壁厚 本标准的壁厚是指由铸型与铸型、铸型与型芯、型芯与型芯之间构成的铸壁厚度。 3.4 错型（错箱） 铸件的一部分与另一部分在分型面处相互错开（见图3）。 图3 错型 4. 基本规定 4.1 铸件尺寸公差代号、等级及数值 铸件尺寸公差的代号为CT，公差等级分为16级，各级公差数值列于表1. 4.2 壁厚尺寸公差一般可降一级选用。即图样上的一般尺寸公差为CT10，则壁厚公差为CT11。 4.3 公差带的位置 公差带应以铸件基本尺寸为零线对称设置。即按表1所示公差值的一半为上偏差，另一半取负值为下偏差（见图2）。例如：当选铸件尺寸公差为CT9级时，则铸件基本尺寸50的公差注为±1。 当铸件有倾斜的部位，其尺寸公差应沿倾斜面对称标注（见图4）。公差值按铸件基本尺寸从表1中选取。
图4 倾斜部位的尺寸公差带 4.4 错型（错箱）值 错型必须位于表1规定的公差值之内。其值从表1或表2中选取较小的值，且不得与表1中所列值相加。
第一讲铸造工艺理论基础测验题 1. 液态合金在冷凝过程中，有可能产生缩孔。缩孔往往产生在铸件最后凝固的部位 2. 冒口的主要作用是补缩 3. 为防止铸件中产生热应力，正确的工艺措施是同时凝固 4 .预防热应力的基本途径是铸件各部位的温度差尽量减少 5. 铸件热裂纹的形状特征是缝内有氧化色 5. 铸造性能属于工艺性能 6. 影响合金流动性的因素很多，但以的影响最为显着化学成分 6. 铸件产生冷隔的原因是：。浇注温度太低 6. 为防止铸件上产生缩孔，正确的工艺措施为。顺序凝固 6. 降低铸件凝固时的温度梯度，可以使铸件凝固区域减小 增加铸件结晶时的凝固区域，有利于防止铸件产生缩松 为了消除铸件中的机械应力，可在铸造后对铸件采用时效处理 去应力退火是消除机械应力最有效的工艺措施 7. 拟生产一批小铸铁件，力学性能要求不高，但要求越薄越好。在下列措施中哪些是有用的 提高铁水的浇注温度 提高铸型的退让性以便在浇铸时使铸型中的气体尽快排出 选用含碳量为%的共析钢。 选用金属铸型以提高铸型的强度。 8. 图示铸件，在冷却到室温后，可能 产生左右两端向上，中部向下的弯曲变形 在上半部分内部产生纵向残余拉应力 产生左右两端向下，中部向上的弯曲变形 在下半部分内部形成纵向残余拉应力 产生比较大的扭转变形 9. 铸造时，提高液态合金的浇注温度将使铸件产生缩孔的倾向增加1 9. HT200的流动性好于ZG175-570 9 凝固温度范围大的合金，铸造时铸件中容易产生缩松。 9. 当铸型温度等其他条件相同时，含碳%的铸铁比含碳%的铸铁更容易补缩。 10. 为了使铸件实现同时凝固，可在铸件上某些厚大部位增设冷铁，对铸件进行补缩2 11. 顺序凝固”是防止铸件的应力、变形和缩孔等缺陷有效的工艺措施 12. 合金的流动性愈好，充型能力愈强，愈有利于得到薄而复杂的铸件 13. 纯金属具有较好流动性 13.提高浇注温度和充型压力，有助于使合金实现顺序凝固，从而提高合金的充型能力 13. 当铸件壁厚相差较大时，铸件产生缩孔可能性也将增大。 14. 铸造时，提高液态合金的浇注温度将使铸件产生缩孔的倾向增加 15. 铸型上设置冒口的目的是为了排出浇注时注入的多余铁水 16. 为了使铸件实现同时凝固，可在铸件上某些厚大部位增设冷铁，对铸件进行补缩
铸件的凝固方式：逐层凝固，中间凝固，糊状凝固 合金的结晶温度范围越小，铸件断面的温度梯度越大，铸件越倾向于逐层凝固方式，也越容易铸造 一，合金的收缩分类及导致的缺陷、缩孔与缩松形成原因及防止 答：分类：1.液态收缩2.凝固收缩3.固态收缩。会导致如缩孔、缩松、变形、裂纹、残余应力等缺陷。形成原因：合金液在铸型内冷凝过程中，若其体积收缩得不到补充时，将在铸件最后凝固的部位形成孔洞，容积较大的孔洞叫缩孔，细小而分散的孔叫缩松。防止：1.合理选择铸造合金。2.合理选用凝固原则。铸件的凝固原则分为“顺序凝固”和“同时凝固”两种。实现顺序凝固的办法：1，在铸件的厚大部位安放冒口2.安放冷铁3.设置补贴 浇注位置的选择原则：1.铸件的重要加工面或质量要求高的面，尽可能置于铸件的下部或处于侧立位置2.大平面的浇注位置是将铸件的大平面朝下，以免在此面上出现气孔和夹砂等缺陷3.具有大面积薄壁的铸件，应将薄壁部分放在铸型的下部或处于侧立位置，以免产生浇不足和冷隔等缺陷 4.为防止铸件产生缩孔缺陷，应把铸件容易产生缩孔的厚大部位置于铸型的顶部和侧面 拔模斜度与结构斜度：为使模样（或型芯）易从铸型（或芯盒）中取出，在制造模样或芯盒时，凡平行于拔模方向上的壁，需给出一定的斜度，此斜度称为拔模斜度（拔模斜度）；铸件上凡垂直于分型面的不加工面都应有一定的倾斜度，即结构斜度。 浇注系统的分类：1.顶注式浇注系统：优点容易实现顺序凝固和进行补缩。缺点是金属液对铸型冲击大，容易产生飞溅，氧化和卷入空气。适于高度不大，形状简单，薄壁或中等壁厚的铸件。2.中注式浇注系统：其横浇道和内浇道均开设在分型面上，易于操作，便于控制金属夜的流量分布和铸型的热分布。3.底注式浇注系统：优点金属液的充型过程平稳，无飞溅，型腔中的气体易于排出，挡渣效果好，缺点是不能利用金属夜的自重进行补缩 压力铸造的特点：1.生产效率高，便于实现自动化2.获得铸件的尺寸精度高（11~13），表面粗糙度低（3.2~0.8），一些铸件无需机加工可直接使用3.可获得细晶粒组织的铸件，机械强度比砂型铸造高4.便于实在嵌铸 自由锻的基本工序：墩粗和拔长。墩粗是降低高度，增大横截面积。拔长是减小横截面积，增大长度 板料冲压的基本工序：分离工序和变形工序。变形工序：弯曲，拉深 冒口与冷铁：冒口：补给铸件凝固收缩时所需的金属，避免产生缩孔；冷铁：为增加铸件局部冷却速度，在砂型、砂芯表面或型腔内安放的金属激冷物。 焊接的特点：优点：1.接头牢靠，密封性好2.可化大为小，以小拼大3.可实现异种金属的连接4.重量轻，加工装配简单5.焊接结构不可拆卸。缺点：焊接应力变形大，接头容易产生裂纹，夹渣，气孔等缺陷 实现切削加工的三个条件：1.工件与刀具知己要有相对运动即切削运动2.刀具材料必须具有一定的切削能力3.刀具必须具有适当的几何参数即切削角度等 切削用量三要素：切削速度，进给量和背吃刀量 冲孔与落料：落料和冲孔是使坯料按封闭轮廓分离。这两个过程中坯料变形过程和模具结构相同，只是用途不同。落料是被分离的部分为所需要的工件，而留下的周边部分是废料；冲孔则相反。 一、自由锻工序（种类）及含义，典型零件的自由锻工序、反复镦粗拔长的目的。 答：工序有：拔长、墩粗、冲孔、弯曲、扭转、错移、切割。自由锻是金属在锤面与砧面之间受压变形的加工方法。典型工序：1.压肩2.拔长一端切去料头3.调头压肩4.拔长，倒棱，滚圆5.端部拔长切去料头6.全部滚圆并校直。目的：可以提高后续拔长工序的锻造比；同时使晶体更细小，力学性能更好。
铸件合金的凝固与收缩 合金凝固温度范围和铸件温度梯度会对铸件的凝固方式产生影响，化学成分不同、浇注温度和铸件结构会对逐渐的收缩产生影响。 (一)铸件的凝固方式及影响因素 1.铸件的凝固方式 (1)逐层凝固方式 合金在凝固过程中其断面上固相和液相由一条界线清楚地分开，这种凝固方式称为逐层凝固。常见合金如灰铸铁、低碳钢、工业纯铜、工业纯铝、共晶铝硅合金及某些黄铜都属于逐层凝固的合金。 (2)糊状凝固方式 合金在凝固过程中先呈糊状而后凝固，这种凝固方式称为糊状凝固。球墨铸铁、高碳钢、锡青铜和某些黄铜等都是糊状凝固的合金。 (3)中间凝固方式 大多数合金的凝固介于逐层凝固和糊状凝固之间，称为中间凝固方式。中碳钢、高锰钢、白口铸铁等具有中间凝固方式。 2.凝固方式的影响因素 (1)合金凝固温度范围的影响 合金的液相线和固相交叉在一起，或间距很小，则金属趋于逐层凝固;如两条相线之间的距离很大，则趋于糊状凝固;如两条相线间距离较小，则趋于中间凝固方式。 (2)铸件温度梯度的影响 增大温度梯度，可以使合金的凝固方式向逐层凝固转化;反之，铸件的凝固方式向糊状凝固转化。 (二)铸造合金的收缩 铸造合金从液态冷却到室温的过程中，其体积和尺寸缩减的现象称为收缩。它主要包括以下三个阶段： 1.液态收缩金属在液态时由于温度降低而发生的体积收缩。 2.凝固收缩熔融金属在凝固阶段的体积收缩。液态收缩和凝固收缩是铸件产生缩孔和缩松的基本原因。 3.固态收缩金属在固态时由于温度降低而发生的体积收缩。固态收缩对铸件的形状和尺寸精度影响很
大，是铸造应力、变形和裂纹等缺陷产生的基本原因。 (三)影响合金收缩的因素 1.化学成分不同成分的合金其收缩率一般也不相同。在常用铸造合金中铸刚的收缩最大，灰铸铁最小。 2.浇注温度合金浇注温度越高，过热度越大，液体收缩越大。 3.铸件结构与铸型条件铸件冷却收缩时，因其形状、尺寸的不同，各部分的冷却速度不同，导致收缩不一致，且互相阻碍，又加之铸型和型芯对铸件收缩的阻力，故铸件的实际收缩率总是小于其自由收缩率。这种阻力越大，铸件的实际收缩率就越小。 (四)收缩对铸件质量的影响 1.缩孔和缩松 (1)缩孔的形成 缩孔总是出现在铸件上部或最后凝固的部位，其外形特征是：内表面粗糙，形状不规则，多近于倒圆锥形。通常缩孔隐藏于铸件的内部，有时经切削加工才能暴露出来。缩孔形成的主要原因是液态收缩和凝固收缩。 (2)缩松的形成 宏观缩松多分布在铸件最后凝固的部位，显微缩松则是存在于在晶粒之间的微小孔洞，形成缩松的主要原因也是液态收缩和凝固收缩所致。(3)缩孔、缩松的防止措施 a)采用定向凝固的原则所谓定向凝固，是使铸件按规定方向从一部分到另一部分逐渐凝固的过程。冒口和冷铁的合理使用，可造成铸件的定向凝固，有效地消除缩孔、缩松。 b)合理确定铸件的浇注位置、内浇道位置及浇注工艺浇注位置的选择应服从定向凝固原则;内浇道应开设在铸件的厚壁处或靠近冒口;要合理选择浇注温度和浇注速度，在不增加其它缺陷的前提下，应尽量降低浇注温度和浇注速度。 2.铸造应力、变形和裂纹 在铸件的凝固以及以后的冷却过程中，随温度的不断降低，收缩不断发生，如果这种收缩受到阻碍，就会在铸件内产生应力，引起变形或开裂，这种缺陷的产生，将严重影响铸件的质量。 (1)铸造应力的产生 铸造应力按其产生的原因可分为三种： a)热应力铸件在凝固和冷却过程中，不同部位由于不均衡的收缩而引起的应力。 b)固态相变应力铸件由于固态相变，各部分体积发生不均衡变化而引起的应力。
第二章作业答案 1. 凝固速度对铸件凝固组织、性能与凝固缺陷的产生有重要影响。试分析可以通过哪些工艺措施来改变或控制凝固速度？ 解：①改变铸件的浇注温度、浇铸方式与浇铸速度； ②选用适当的铸型材料和起始（预热）温度； ③在铸型中适当布置冷铁、冒口与浇口； ④在铸型型腔内表面涂敷适当厚度与性能的涂料。 2. 对于板状对接单面焊焊缝，当焊接规范一定时，经常在起弧部位附近存在一定长度的未焊透，分析其产生原因并提出相应工艺解决方案。 解：（1）产生原因：在焊接起始端，准稳态的温度场尚未形成，周围焊件的温度较低，电弧热不足以将焊件熔透，因此会出现一定长度的未焊透。 （2）解决办法：焊接起始段时焊接速度慢一些，对焊件进行充分预热，或焊接电流加大一些，待焊件熔透后再恢复到正常焊接规范。生产中还常在焊件起始端固定一个引弧板，在引弧板上引燃电弧并进行过渡段焊接，之后再转移到焊件上正常焊接。 3.补充题一：金属铸件的凝固方式分为哪几种？他们是如何划分的？高碳钢和低碳钢在砂型凝固时，分别属于哪种凝固方式。 解：根据固液两相区的宽度，可将凝固过程分为逐层凝固方式与体积凝固方式（或糊状凝固方式）； 当固液两相区很窄时称为逐层凝固方式，反之为糊状凝固方式，固液两相区宽度介于两者之间的称为中间凝固方式； 高碳钢属于体积凝固，低碳钢属于逐层凝固。 4.补充题二：给出式（2-17）和（2-18）的推导过程。 解：省略。 5.附加题：实验设计题：设置一个实验来验证半无限大平板铸铁分别在砂型和金属型铸型中在不同时刻（一般取3个时刻）的温度分布曲线，并得出结论。要求：思路、原理阐述清楚；需要的主要设备选择恰当；实验结果的处理与实验结论。 省略。
铸件缩松浅析 一、缩松的定义 缩松分为宏观缩松和显微缩松（显微缩松也称之为疏松）。 宏观缩松是用肉眼或放大镜可以看出的分散的细小缩孔； 显微缩松是铸件凝固缓慢的区域因微观补缩通道堵塞而在枝晶间及枝晶的晶臂之间形成的微小缩孔。疏松的宏观端口形貌与缩松相似，微观形貌为分布在晶界和晶臂间，伴有粗大树枝晶的显微空穴。 二、缩松的形成原因 当合金结晶温度范围较宽时，在铸件表面结壳后，内部有一个较宽的液、固两相共存的凝固区域。继续凝固，固相不断增多。凝固后期，先生成的树枝晶相互接触，将合金液分割成许多小的封闭区域，当封闭区域内合金液凝固收缩得不到补充时，就形成了缩松。缩松可以看成为许多分散的小缩孔，合金的结晶温度范围愈宽，愈易形成缩松。缩松一般出现在铸件壁的轴线区域、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。 缩松的产生原因主要可分为合金特性、熔炼工艺、铸造工艺等几大方面： 1、合金特性： （1）凝固温度间隔宽的合金具有体积凝固(糊状凝固)特性，补缩困难，易形成疏松； （2）合金凝固温度间隔过宽，糊状凝固倾向强，使低熔点成分最后凝固时得不到有效补缩，易形成疏松； （3）合金中易形成低熔点相的杂质元素含量过多，使凝固温度间隔增大。例如，铸铁中硫、磷含量过多时会在凝固后期形成低熔点共晶，使铸件产生疏松。 2、熔炼工艺： （4）炉料含气量太多：合金中杂质和溶解的气体过多，在合金凝固过程中杂质和析出的气体被推向结晶前沿，阻塞补缩通道，使疏松加重； （5）合金晶粒粗大：合金中缺少晶粒细化元素，凝固组织晶粒粗大，易阻塞补缩通道，形成疏松； （6）浇注工艺的不当：浇注温度过低易产生疏松；浇注温度过高，浇注速度太快使凝固后期得不到足够的铁液补缩； 3、铸造工艺： （7）铸件在铸型中的位置不当 （8）浇注系统、冒口、冷铁、补贴等设置不当，使铸件在凝固时得不到有效补缩； （9）铸件结构不合理，壁厚变化突然，孤立的热节得不到补缩； （10）冒口补缩作用差：冒口数量、尺寸、形状、设置部位以及冒口与铸件连接不合理，补缩效果差； （11）内浇道尺寸或位置不当，使铸件不能顺序凝固或在铸件中形成局部热节；
铸件尺寸公差与机械加工余量 引言 对铸件规定的公差可以确定铸造方法因此在设计完成或合同签订之前建议采购方应与铸造厂取得 联系以商定 铸件设计和所要求的精度机械加工要求铸造方法所要生产的铸件数量所采用的铸造设备各种特殊 要求例如基准目标系统个别的尺寸公差几何公差圆角半径公差以及个别的机械 加工余量是否有更适合该铸件的其他标准由于铸件的尺寸精度与生产因素有关因此对下列生产方式在附录中介绍了用不同方法和不同金属 所能达到的公差等级 大批和大量生产此时可通过对铸造设备的改进调整和维护以获得精密的公差 小批量生产和单件生产 1. 范围 本标准规定了铸件的尺寸公差等级和要求的机械加工余量等级。 本标准适用于有各种铸造方法生产的各类金属及其合金铸件的尺寸。 本标准既适用于在图样上给出的一般公差和/或个别要求的机械加工余量。 本公差体系用于铸造厂家提供墨阳或金属型装备，或承担模样或金属型装备检验责任的场合。 2. 铸件基本尺寸 机械加工前的毛坯铸件的尺寸，包括必要的机械加工余量。 3. 在图样上的标注 3.1.铸件公差的标注 如果需要在基本尺寸后面标注个别公差 3.2.机械加工余量的标注 应在图样上标出需机械加工的表面和要求的机械加工余量值并在括号内标出要求的机械加工余量 等级当制造模样或金属型装备时应考虑这些要求 要求的机械加工余量应按下列方式标注在图样上
要求的机械加工余量在特定表面上的标注 铸件尺寸公差 亡堆討■n貳卒英-hmm WN'茁卑後CT" xj-全12 3 4 5 e7*9 101112 1費U冲1阴 —Iff tk]3 0.1R tm 0.36EL 52 0.川1 1.& 2 ZB 1.2 ———— 10 le Oil (LH 0.2 a 2& XM Z O L7B LI l.tJ 3.2 iO 4.4 ———— 16 2S Dull (LIS 0H2￡tX30 CL 42X5B Q.腔t2 L7 2.412 46 6g 10 12 25 4?0.12 ft K 山24ex 33Ck聽[ktil Q.9 1.3 1.8 2.6 3.fl & 79 11 14 40 63 0L13a]?0.26 0.紀0.50[k70 1 lU 3 2*8 彳5,6 S n 1￡Ifl 阳100 XH (k倉 D 心OUO W X78 bl L6 ￡.3 3.2 4.4g ?n U 14 100 LEO O L JS Q.22 0.30 & 440.62Z L2bS 2 5&e5r10 121€￡0 M Z利■=0i24 0.34 Qi50 0.72 1 2 ￡84ft 11 u 1?22 ￡504W ———(k 400i￡60i7e 1. 1L6 2,2 3,24,46,2 '& 12 16 20 ￡5 40D 6昭————仏4(kU b2 I. ft 2.6 缶ti 5 7 IQ14la 22 2fl 琥。 1 m————0.72 1 l?d 2,8 4fl fl 11 Ifi 20 2535 1 WQ 1 ———0i?0M 1.6 3.2 4. 67 8 13 IE 23 3fl 37 1600 2 500 X8 5, 4?10 1521 2fl 闘42 ￡500 4 000 6.29 L21721ao 魏19 A 000 ? 3007 10 LI 20 關35 445€esoQ 10 00ft ====-11 11 16 2332n 50 fil 1）在尋幼CT1YT15屮时笙駅弟用陶级左莖t见凱丁臣人 2）丰扌F-不咼过lEmm的扯寸*不裳用CTIACT唐的一般梵差.对「2些尺寸屁标浊4*■別公差* 盼薯域灯班仅血用：一殷处芷观尿勺CT15的咗界， 在等级CT1~CT15中对壁厚采用粗一级公差。
第二章习题解答 1. 已知某半无限大板状铸钢件的热物性参数为：导热系数λ=46.5 W/(m ·K)， 比热容C=460.5 J/(kg ·K)， 密度ρ=7850 kg/m3，取浇铸温度为1570℃，铸型的初始温度为20℃。 用描点作图法绘出该铸件在砂型和金属型铸模（铸型壁均足够厚）中浇铸后0.02h 、0.2h 时刻的温度分布状况并作分析比较。铸型的有关热物性参数见表2-2。 解：（1）砂型： 1111ρλc b ==12965 2222ρλc b ==639 界面温度： 21202101b b T b T b T i ++==1497℃ 铸件的热扩散率： ρ λc a =1 =1.3?10-5 m 2 /s 根据公式 ()? ??? ? ?-+=t a x T T T T i i 11012erf 分别计算出两种时刻铸件中的温度分布状 况见表1。 表1 铸件在砂型中凝固时的温度分布 根据表1结果做出相应温度分布曲线见图1。 （2）金属型： 1111ρλc b ==12965 2222ρλc b ==15434 界面温度： 2 1202101b b T b T b T i ++==727.6℃ 同理可分别计算出两种时刻铸件中的温度分布状况见表2与图2。 表2 铸件在金属型中凝固时的温度分布
(3) 分析：采用砂型时，铸件金属的冷却速度慢，温度梯度分布平坦，与铸型界面处的温度高，而采用金属铸型时相反。原因在于砂型的蓄热系数b 比金属铸型小得多。 2. 采用（2-17）、（2-18）两式计算凝固过程中的温度分布与实际温度分布状况是否存在误差？分析误差产生的原因，说明什么情况下误差相对较小？ 解：是有误差的。因为在推导公式时做了多处假设与近似处理，如： ①没有考虑结晶潜热。若结晶潜热小，则误差就小； ②假设铸件的热物理参数1λ、1c 、1ρ与铸型的热物理参数2λ、2c 、2ρ 不随温度变化。若它们受温度影响小，则误差就小； ③没有考虑界面热阻。若界面热阻不大，则误差就小； ④假设铸件单向散热，因此只能用于半无限大平板铸件温度场得估算，对于形状差异大的铸件不适用。 3. 凝固速度对铸件凝固组织、性能与凝固缺陷的产生有重要影响。试分析可以通过哪些工艺措施来改变或控制凝固速度？ 解：① 改变铸件的浇注温度、浇铸方式与浇铸速度； ② 选用适当的铸型材料和起始（预热）温度； ③ 在铸型中适当布置冷铁、冒口与浇口； ④ 在铸型型腔内表面涂敷适当厚度与性能的涂料。 4. 比较同样体积大小的球状、块状、板状及杆状铸件凝固时间的长短。 图1 铸件在砂型中凝固时的温度分布曲线 图2 铸件在金属型中凝固时的温度分布曲线 t=0.02h t=0.0h
青岛222精密机械有限公司企业标准 编号：YQB/0004-2016-A 铸件表面质量验收规范 发布时间：2016年 7 月 13 日实施时间：2016年 7 月 13 日青岛222精密机械有限公司发布
1、目的 为加强本公司对铸件的质量控制，保证本公司产品的外观质量及加工性能，特制订铸件表面质量验收规范； 2、适用范围 本规范适用于公司所有外来铸铁（钢）件的外观质量验收，包括表面缺陷、尺寸精度、表面粗糙度的验收； 3、引用标准 (1)JB/T 5000.4-2007 重型机械通用技术条件第4部分铸铁件； (2)JB/T 5000.6-2007 重型机械通用技术条件第6部分铸钢件； (3)GB6414-1999 铸件尺寸公差与机械加工余量； (4)GB/T6060.1-1997 表面粗糙度比较样块； (5)GB/T15056-1994 铸造表面粗糙度评定方法； (6)Q/XC5101-2001 铸铁件通用技术条件； （7GB/T11351-1989 铸件重量公差 4、名词解释 (1)全数选别：检验项目100%检测； 5、验收项目及标准 铸件的表面质量主要包括铸件的表面缺陷、尺寸精度、形状偏差、表面粗糙度、表面清理质量等； 5.1铸件表面缺陷的检验 5.1.1表面缺陷检验的一般要求 （1）铸件非加工表面上的浇冒口必须清理得与铸件表面同样平整，加工面上的浇冒口残留量应符合技术要求，若无要求，则按表8执行； （2）在铸件上不允许有裂纹、通孔、穿透性的冷隔和穿透性的缩松、夹渣等机械加工不能去除的缺陷； （3）铸件非加工表面的毛刺、披缝、型砂、砂芯等应清理干净； （4）铸件一般待加工表面，允许有不超过加工余量范围内的任何缺陷存在；重要加工面允许有不超过加工余量2/3的缺陷存在，但裂纹缺陷应予清除；加工后的表面允许存在直径*长度*深度小于等于2*2*2的非连片孔洞的铸造缺陷；
《材料成型基础》复习题 成型—利用局部变形使坯料或半成品改变形状的工序 一、金属液态成型 1. 何谓铸造**？铸造有哪些特点？试从铸造的特点分析说明铸造是生产毛坯的主要方法？ 答：熔炼金属，制造铸型，并将熔融金属浇入铸型，凝固后获得一定形状和性能铸件的成形方法，称为铸造1）可以生产出形状复杂，特别是具有复杂内腔的零件毛坯，如各种箱体、床身、机架等。 2）铸造生产的适应性广，工艺灵活性大。工业上常用的金属材料均可用来进行铸造，铸件的重量可由几克到几百吨，壁厚可由0.5mm到1m左右。 3）铸造用原材料大都来源广泛，价格低廉，并可直接利用废机件，故铸件成本较低。 缺点1）铸造组织疏松、晶粒粗大，内部易产生缩孔、缩松、气孔等缺陷，因此，铸件的力学性能，特别是冲击韧度低于同种材料的锻件。2）铸件质量不够稳定。 2. 何谓合金的铸造性能**?它可以用哪些性能指标来衡量**？铸造性能不好，会引起哪些缺陷？ 铸造性能——合金易于液态成型而获得优质铸件的能力。 合金的铸造性能包括金属的流动性、凝固温度范围和凝固特性、收缩性、吸气性等。 3. 什么是合金的流动性**？影响合金流动性的因素有哪些？（P2） 流动性流动性是指熔融金属的流动能力；合金流动性的好坏，通常以“螺旋形流动性试样”的长度来衡量 流动性的影响因素1）合金的种类及化学成分{1、越接近共晶成分，流动性就越好。2、选用结晶温度范围窄的合金，以便获得足够的流动性。}2）铸型的特点3）浇注条件 4. 从Fe－Fe3C相图分析，什么样的合金成分具有较好的流动性**？为什么？ 越接近共晶合金流动性越好。 凝固温度范围越窄，则枝状晶越不发达，对金属流动的阻力越小，金属的流动性就越强 5. 试比较灰铸铁、碳钢和铝合金的铸造性能特点。 6. 铸件的凝固方式依照什么来划分？哪些合金倾向于逐层凝固？ 1. 合金的凝固方式（1）逐层凝固方式（图1-5a）合金在凝固过程中其断面上固相和液相由一条界线清楚地分开，这种凝固方式称为逐层凝固。常见合金如灰铸铁、低碳钢、工业纯铜、工业纯铝、共晶铝硅合金及某些黄铜都属于逐层凝固的合金。 2）糊状凝固方式（图1-5c）合金在凝固过程中先呈糊状而后凝固，这种凝固方式称为糊状凝固。球墨铸铁、高碳钢、锡青铜和某些黄铜等都是糊状凝固的合金。 （3）中间凝固方式（图1-5b）大多数合金的凝固介于逐层凝固和糊状凝固之间，称为中间凝固方式。中碳钢、高锰钢、白口铸铁等具有中间凝固方式。 7. 缩孔和缩松是怎样形成的？可采用什么措施防止？ 形成缩孔和缩松的主要原因都是液态收缩和凝固收缩所致；防止措施：a）采用定向凝固的原则b）合理确定铸件的浇注位置、内浇道位置及浇注工艺c）合理应用冒口、冷铁和补贴 8. 合金收缩由哪三个阶段组成**？各会产生哪些缺陷？影响因素有哪些？如何防止？ 1.液态收缩金属在液态时由于温度降低而发生的体积收缩。 2. 凝固收缩熔融金属在凝固阶段的体积收缩。液态收缩和凝固收缩是铸件产生缩孔和缩松的基本原因。 3. 固态收缩金属在固态时由于温度降低而发生的体积收缩。固态收缩对铸件的形状和尺寸精度影响很大，是铸造应力、变形和裂纹等缺陷产生的基本原因。 二）影响收缩的因素1. 化学成分不同成分的合金其收缩率一般也不相同。在常用铸造合金中铸钢的收缩最大，灰铸铁最小。 2. 浇注温度合金浇注温度越高，过热度越大，液体收缩越大。 3. 铸件结构与铸型条件铸件冷却收缩时，因其形状、尺寸的不同，各部分的冷却速度不同，导致收缩不一致，且互相阻碍，又加之铸型和型芯对铸件收缩的阻力，故铸件的实际收缩率总是小于其自由收缩率。这种阻力越大，铸件的实际收缩率就越小。 缩孔、缩松的防止措施 9. 何谓同时凝固原则和定向（顺序）凝固原则**？对图1所示阶梯型铸件设计浇注系统和冒口及冷铁，使其实现定向凝固。