第一章 铸造

热加工工艺基础第一章铸造工艺基础1．名词解释充型能力：液态金属充满铸型型腔，获得形状完整、轮廓清晰的铸件的能力。

缩孔：在铸件上部或最后凝固部位出现的容积较大的孔洞。

缩松：铸件断面上出现的分散、细小的孔洞。

逐层凝固：纯金属或共晶成分合金在凝固过程中不存在固、液相并存的凝固区，故断面上外层的固体和内层的液体由一条界限清楚地分开，随着温度的下降，固体层不断加厚，液体层不断减少直到中心层全部凝固。

糊状凝固：合金的凝固温度范围很宽或铸件断面温度分布曲线较为平坦，其凝固区在某段时间内，液固并存的凝固区贯穿整个铸件断面。

中间凝固：介于逐层凝固和糊状凝固之间的凝固方式。

定向凝固：使铸件按规定方向从一部分到另一部分逐渐凝固的过程。

同时凝固：尽量减少铸件各部位间的温度差使铸件各部位同时冷却凝固。

热裂：凝固后期合金收缩且受到铸型等阻碍产生应力，当应力超过某一温度下合金的强度所产生的裂纹。

冷裂：铸件固态下产生的裂纹。

热应力：由于铸件壁厚不均匀，各部分冷却速度不同，以致在同一时期铸件各部分收缩不一致而产生的应力。

侵入气孔：砂型或砂芯受热产生气体侵入金属液内部在凝固前未析出而产生的气孔反应气孔：合金液与型砂中的水分、冷铁、芯撑之间或合金内部某些元素、化合物之间发生化学反应产生气体而形成的气孔。

·析出气孔：合金在熔炼和浇注过程中接触气体使气体溶解其中，当合金液冷却凝固时，气体来不及析出而形成的气孔。

2．合金的流动性不足易产生哪些缺陷？浇不足，冷隔，气孔，夹渣，缩孔，缩松。

影响合金流动性的主要因素有哪几个方面？合金的种类，合金的成分，温度。

在实际生产中常用什么措施防止浇不足和冷隔缺陷？a.选用黏度小，比热容大，密度大，导热系数小的合金，使合金较长时间保持液态。

b.选用共晶成分或结晶温度范围窄的合金作为铸造合金。

c.选择合理的浇注温度。

3．充型能力与合金的流动性有什么关系？合金的流动性越好，则其充型能力越好。

不同化学成分的合金为何流动性不同？合金的化学成分不同，它们的熔点及结晶温度范围不同，其流动性不同。

第一章铸造工艺基础§1 液态合金的充型充型: 液态合金填充铸型的过程.充型能力: 液态合金充满铸型型腔,获得形状完整,轮廓清晰的铸件的能力充型能力不足:易产生: 浇不足: 不能得到完整的零件.冷隔:没完整融合缝隙或凹坑, 机械性能下降.一合金的流动性液态金属本身的流动性----合金流动性1 流动性对铸件质量影响1) 流动性好,易于浇出轮廓清晰,薄而复杂的铸件.2) 流动性好,有利于液态金属中的非金属夹杂物和气体上浮,排除.3) 流动性好,易于对液态金属在凝固中产生的收缩进行补缩.2 测定流动性的方法:以螺旋形试件的长度来测定: 如灰口铁:浇铸温度1300℃试件长1800mm.铸钢: 1600℃100mm3 影响流动性的因素主要是化学成分:1) 纯金属流动性好:一定温度下结晶,凝固层表面平滑,对液流阻力小2) 共晶成分流动性好:恒温凝固,固体层表面光滑,且熔点低,过热度大.3) 非共晶成分流动性差: 结晶在一定温度范围内进行,初生数枝状晶阻碍液流二浇注条件1 浇注温度: t↑合金粘度下降,过热度高. 合金在铸件中保持流动的时间长,∴t↑提高充型能力. 但过高,易产生缩孔,粘砂,气孔等,故不宜过高2 充型压力: 液态合金在流动方向上所受的压力↑充型能力↑如砂形铸造---直浇道,静压力. 压力铸造,离心铸造等充型压力高.三铸型条件1 铸型结构: 若不合理,如壁厚小, 直浇口低, 浇口小等充↓2 铸型导热能力: 导热↑金属降温快,充↓如金属型3 铸型温度: t↑充↑如金属型预热4 铸型中气体: 排气能力↑充↑减少气体来源,提高透气性, 少量气体在铸型与金属液之间形成一层气膜,减少流动阻力,有利于充型.§2 铸件的凝固和收缩铸件的凝固过程如果没有合理的控制,铸件易产生缩孔,缩松一铸件的凝固1 凝固方式:铸件凝固过程中,其断面上一般分为三个区: 1—固相区2—凝固区3—液相区对凝固区影响较大的是凝固区的宽窄,依此划分凝固方式.1) 逐层凝固:纯金属,共晶成分合金在凝固过程中没有凝固区,断面液,固两相由一条界限清楚分开,随温度下降,固相层不断增加,液相层不断减少,直达中心.2) 糊状凝固合金结晶温度范围很宽,在凝固某段时间内,铸件表面不存在固体层,凝固区贯穿整个断面,先糊状,后固化.3) 中间凝固大多数合金的凝固介于逐层凝固和糊状凝固之间.2 影响铸件凝固方式的因素1) 合金的结晶温度范围范围小: 凝固区窄,愈倾向于逐层凝固如: 砂型铸造, 低碳钢逐层凝固, 高碳钢糊状凝固2) 铸件的温度梯度合金结晶温度范围一定时,凝固区宽度取决于铸件内外层的温度梯度.温度梯度愈小,凝固区愈宽.(内外温差大,冷却快,凝固区窄)二合金的收缩液态合金从浇注温度至凝固冷却到室温的过程中,体积和尺寸减少的现象---.是铸件许多缺陷(缩孔,缩松,裂纹,变形,残余应力)产生的基本原因.1 收缩的几个阶段1) 液态收缩: 从金属液浇入铸型到开始凝固之前. 液态收缩减少的体积与浇注温度质开始凝固的温度的温差成正比.2) 凝固收缩: 从凝固开始到凝固完毕. 同一类合金,凝固温度范围大者,凝固体积收缩率大.如: 35钢,体积收缩率3.0%, 45钢 4.3%3) 固态收缩: 凝固以后到常温. 固态收缩影响铸件尺寸,故用线收缩表示.2 影响收缩的因素1) 化学成分: 铸铁中促进石墨形成的元素增加,收缩减少. 如: 灰口铁C, Si↑,收↓,S↑收↑.因石墨比容大,体积膨胀,抵销部分凝固收缩.2) 浇注温度: 温度↑液态收缩↑3) 铸件结构与铸型条件铸件在铸型中收缩会受铸型和型芯的阻碍.实际收缩小于自由收缩.∴铸型要有好的退让性.3 缩孔形成在铸件最后凝固的地方出现一些空洞,集中—缩孔. 纯金属,共晶成分易产生缩孔*产生缩孔的基本原因: 铸件在凝固冷却期间,金属的液态及凝固受缩之和远远大于固态收缩.4 影响缩孔容积的因素(补充)1) 液态收缩,凝固收缩↑缩孔容积↑2) 凝固期间,固态收缩↑,缩孔容积↓3) 浇注速度↓缩孔容积↓4) 浇注速度↑液态收缩↑易产生缩孔5 缩松的形成由于铸件最后凝固区域的收缩未能得到补足,或者,因合金呈糊状凝固,被树枝状晶体分隔开的小液体区难以得到补缩所至.1) 宏观缩松肉眼可见,往往出现在缩孔附近,或铸件截面的中心.非共晶成分,结晶范围愈宽,愈易形成缩松.2) 微观缩松凝固过程中,晶粒之间形成微小孔洞---凝固区,先形成的枝晶把金属液分割成许多微小孤立部分,冷凝时收缩,形成晶间微小孔洞. 凝固区愈宽,愈易形成微观缩松,对铸件危害不大,故不列为缺陷,但对气密性,机械性能等要求较高的铸件,则必须设法减少.(先凝固的收缩比后凝固的小,因后凝固的有液,凝,固三个收缩,先凝固的有凝,固二个收缩区----这也是形成微观缩松的基本原因.与缩孔形成基本原因类似)6 缩孔,缩松的防止办法基本原则: 制定合理工艺—补缩, 缩松转化成缩孔.顺序凝固: 冒口—补缩同时凝固: 冷铁—厚处. 减小热应力,但心部缩松,故用于收缩小的合金.l 安置冒口,实行顺序凝固,可有效的防止缩孔,但冒口浪费金属,浪费工时,是铸件成本增加.而且,铸件内应力加大,易于产生变形和裂纹.∴主要用于凝固收缩大,结晶间隔小的合金.l 非共晶成分合金,先结晶树枝晶,阻碍金属流动,冒口作用甚小.l 对于结晶温度范围甚宽的合金,由于倾向于糊状凝固,结晶开始之后,发达的树枝状骨状布满整个截面,使冒口补缩道路受阻,因而难避免显微缩松的产生.显然,选用近共晶成分和结晶范围较窄的合金生产铸件是适宜的.§3 铸造内应力,变形和裂纹凝固之后的继续冷却过程中,其固态收缩若受到阻碍,铸件内部就发生内应力,内应力是铸件产生变形和裂纹的基本原因.(有时相变膨胀受阻,负收缩)一内应力形成1 热应力: 铸件厚度不均,冷速不同,收缩不一致产生.塑性状态: 金属在高于再结晶温度以上的固态冷却阶段,受力变形,产生加工硬化,同时发生的再结晶降硬化抵消,内应力自行消失.(简单说,处于屈服状态,受力—变形无应力)弹性状态: 低于再结晶温度,外力作用下,金属发生弹性变形,变形后应力继续存在.举例: a) 凝固开始,粗细处都为塑性状态,无内应力∵两杆冷速不同,细杆快,收缩大,∵受粗杆限制,不能自由收缩,相对被拉长,粗杆相对被压缩,结果两杆等量收缩.b) 细杆冷速大,先进如弹性阶段,而粗杆仍为塑性阶段,随细杆收缩发生塑性收缩,无应力.c) 细杆收缩先停止,粗杆继续收缩,压迫细杆,而细杆又阻止粗杆的收缩,至室温, 粗杆受拉应力(+),(-) 由此可见,各部分的温差越大,热应力也越大,冷却较慢的部分形成拉应力,冷却较快的部分形成压应力.预防方法: 1 壁厚均匀2 同时凝固—薄处设浇口,厚处放冷铁优点: 省冒口,省工,省料缺点: 心部易出现缩孔或缩松,应用于灰铁锡青铜,因灰铁缩孔、缩松倾向小，锡青铜糊状凝固，用顺序凝固也难以有效地消除其显微缩松。

第一章铸造1.什么是铸造铸造包括哪些主要工序答：将熔融金属液浇入具有和零件形状相适应的铸型空腔中，凝固后获得一定形状和性能的金属件的方法称为铸件。

2.湿型砂是由哪些材料组成的各种材料的作用是什么答：湿型砂主要由石英砂、膨润土、煤粉、和水等材料所组成，也称潮模砂。

石英砂是型砂的主体，是耐高温的物质。

膨润土是粘结性较大的一种粘土，用作粘结剂，吸水后形成胶状的粘土膜，包覆在沙粒表面，把单个砂粒粘结起来，使型砂具有湿态强度。

煤粉是附加物质，在高温受热时，分解出一层带光泽的碳附着在型腔表面，起防止铸铁件粘砂的作用。

沙粒之间的空隙起透气作用。

3.湿型砂应具备哪些性能这些性能如何影响铸件的质量答：对湿型砂的性能要求分为两类：一类是工件性能，指型砂经受自重、外力、高温金属液烘烤和气体压力等作用的能力，包括湿强度、透气性、耐火度和退让性等。

另一类是工艺性能，指便于造型、修型和起模的性能，如流动性、韧性、起模性和紧实率等。

4.起模时，为什么要在模样周围的型砂上刷水答：手工起模时在模样周围砂型上刷水的作用是增加局部型砂的水分，以提高型砂韧性。

5.什么是紧实率紧实率是如何反应湿型砂的干湿程度及性能的对手工造型型砂的紧实率要求是多少答：是指一定体积的松散型砂试样紧实前后的体积变化率，以试样紧实后减小的体积与原体积的百分比表示。

过干的型砂自由流入试样筒时，砂粒堆积得较密实，紧实后体积变化较小，则紧实率小。

过湿的型砂易结成小团，自由堆积是较疏松，紧实后体积减小较多，则紧实率大。

对手工型和一般机器型的型砂，要求紧实率保持在45%~50%。

6.什么是面砂什么是背砂它们的性能要求和组成有何不同答：与模样接触的那一层型砂，称为面砂，其强度、透气性等要求较高，需专门配制。

远离模样在型砂中起填充作用加固作用的型砂称为背砂，一般使用旧砂。

7.型砂反复使用后，为什么性能会降低恢复旧砂的性能应采取什么措施答：浇注时，砂型表面受高温铁水的作用，砂粒碎化、煤粉燃烧分解，部分粘土丧失粘结力，均使型砂的性能变坏。

铸造：将熔融的液体浇注到与零件的形状相适应的铸型型腔中,冷却后获得逐渐的工艺方法。

1、铸造的实质利用了液体的流动形成。

2、铸造的特点A 适应性大(铸件分量、合金种类、零件形状都不受限制)；B 成本低C 工序多，质量不稳定，废品率高D 力学性能较同样材料的锻件差。

力学性能差的原因是：铸造毛胚的晶粒粗大,组织疏松, 成份不均匀3、铸造的应用铸造毛胚主要用于受力较小，形状复杂(特别是腔内复杂)或者简单、分量较大的零件毛胚。

1、铸件的凝固(1)铸造合金的结晶结晶过程是由液态到固态晶体的转变过程.它由晶核的形成和长大两部份组成。

通常情况下,铸件的结晶有如下特点：A 以非均质形核为主B 以枝状晶方式生长为主.结晶过程中，晶核数目的多少是影响晶粒度大小的重要因素，因此可通过增加晶核数目来细化晶粒. 晶体生长方式决定了最终的晶体形貌，不同晶体生长方式可得到枝状晶、柱状晶、等轴晶或者混合组织等.(2)铸件的凝固方式逐渐的凝固方式有三种类型:A 逐层凝固B 糊状凝固C 中间凝固2、合金的铸造性能(1)流动性合金的流动性即为液态合金的充型能力，是合金本身的性能。

它反映了液态金属的充型能力，但液态金属的充型能力除与流动性有关，还与外界条件如铸型性质、浇注条件和铸件结构等因素有关，是各种因素的综合反映。

生产上改善合金的充型能力可以从一下各方面着手：A 选择挨近共晶成份的趋于逐层凝固的合金,它们的流动性好；B 提高浇注温度，延长金属流动时间；C 提高充填能力D 设置出气冒口，减少型内气体，降低金属液流动时阻力。

(2)收缩性A 缩孔、缩松形成与铸件的液态收缩和凝固收缩的过程中.对于逐层凝固的合金由于固液两相共存区很小甚至没有，液固界面泾渭分明，已凝固区域的收缩就能顺利得到相邻液相的补充，如果最后凝固出的金属得不到液态金属的补充，就会在该处形成一个集中的缩孔。

适当控制凝固顺序，让铸件按远离冒口部份最先凝固，然后朝冒口方向凝固, 最后才是冒口本身的凝固(即顺序凝固方式) ,就把缩孔转移到最后凝固的部位—- 冒口中去，而去除冒口后的铸件则是所要的致密铸件。

第一章铸造一、填空题1、根据生产方法的不同，铸造可分为和两大类。

2、的制作是铸造工艺过程中的主要工序。

3、型砂是由和混合搅拌而成。

4、铸件常见的缺陷有、、、、、和。

5、特种铸造常用方法有、、、、和。

6、制造砂型时，使用模样可以获得与零件外部轮廓相似的；7、铸造是将熔融金属、或型腔中，待其后得到的铸件的方法。

8、型砂和芯砂均应具有一定的、、和。

二、判断1．面砂、填充砂、单一砂及型芯砂均属型砂。

（）2．模样必须按照零件图的要求制造。

（）3．铸件中的气孔能增加毛坯材料的透气性。

（）4．金属型铸造是将熔融金属浇入金属铸型获得铸件的方法。

（）5．任何形状的零件均可通过铸造获得。

（）6．型砂的耐火度不足，铸件则易产生气孔。

（）三、选择题1．型砂抵抗外力破坏的能力称为（）。

a．韧性b．强度c．硬度d．塑性e．疲劳强度2．铸型表面直接与液体金属接触的一层型砂是（）。

a．面砂b．填充砂c．型芯砂d．单一砂4·单件小批量生产铸件时采用（）。

a．手工造型b．机器造型c．失蜡造型6．铸件的清理主要是去除（）。

a．表面粘砂b．浇冒口 c．毛刺。

d．模样7．在型腔表面刷一层石墨涂料，可提高其耐火性，从而防止铸件产生（）。

a．裂纹b．气孔c．粘砂d．砂眼8．铸件产生砂眼缺陷的基本原因是液态金属（）。

a．浇注速度过快b．浇注温度过低c．浇注速度过慢9．防止铸件产生裂纹的基本方法之一是（）。

a．提高型砂质量b．提高浇注温度c．使铸件壁厚均匀10．金属型铸造与砂型铸造相比，前者（）。

a．冷却速度较慢b．铸件结晶较致密c．适用范围较广d．生产成本低11．熔模铸造与砂型铸造相比，前者（）。

a．铸件精度高b．工序简单c．可铸造各种铸件 d．生产效率高12．离心铸造适于（）的铸件。

a．形状复杂b．大型c．旋转体四、简答题1．什么是铸造？按生产方式可分为哪两大类？2．铸件常见的缺陷有那些？。

《机械制造基础》课堂习题（热加工工艺基础—第一章铸造）一、选择题1、滑动轴承生产时，采用的铸造方法应是（）。

A、溶模铸造B、压力铸造C、金属型铸造D、离心铸造2、铸件缩孔常产生的部位是（）。

A、冒口B、最后凝固区C、浇口3、合金液体的浇注温度越高，合金的流动性（）。

A、愈好B、愈差C、愈小D、愈大4、在铸造生产的各种方法中，最基本的方法是（）。

A、砂型铸造B、金属型铸造C、离心铸造D、熔模铸造5、在下列合金中，流动性最差的合金是（）。

A、灰铸铁B、铸钢C、铜合金D、铝合金6、铸件的壁或肋的连接应采用（）。

A、锐角连接B、直角连接C、圆角连接D、交叉连接7、在铸铁的熔炼设备中，应用最为广泛的是（）。

A、电弧炉B、冲天炉C、工频炉D、反射炉8、影响铸铁性能最主要的因素是（）。

A、石墨形状B、基体组织C、含碳量D、含硅量9、下列何种金属通常以糊状凝固方式结晶（）。

A、纯金属B、结晶温度范围宽的合金C、共晶合金D、恒温下结晶的合金10、为防止铸件产生内应力，型砂应具有一定的（）。

A、透气性B、耐火性C、强度D、退让性11、在型芯中安置芯骨的主要作用是（）。

A、增加透气性B、激冷C、提高强度D、定位12、造型时，如果型砂的紧实度太高，铸件易产生（）。

A、夹杂B、气孔C、缩孔D、冷隔13、铸件在固态收缩时，因受到铸型、型芯等外力阻碍而产生的应力一般称为（）。

A、固态相变应力B、机械应力C、热应力14、球墨铸铁牌号为QT450-10，其中450代表何意。

（）A、抗弯强度B、抗拉强度C、硬度D、冲击韧性15、如果铸铁在结晶过程中，各阶段石墨化都能充分进行，最后得到的组织为：（）A、P+GB、F+PC、F+GD、G16、下列合金流动性最好的是哪一种。

（）A、共晶合金B、亚共晶合金C、过共晶合金D、结晶温度范围宽的合金17、制造双金属滑动轴承时，内衬轴承合金通常是采用（）铸造方法镶铸在钢制轴瓦上的。

A、压力铸造B、熔模铸造C、离心铸造D、砂型铸造18、芯头是型芯的重要组成部分，芯头一般（）形成铸件的形状。