第二章铸造成形-机械制造基础_林江

1）逐层凝固：纯 金属或共晶成分的 合金的凝固，如图 2-1a；
2）糊状凝固：结 晶温度范围很宽的 合金的凝固，如图 2-1c；
图2-1 铸件的凝固方式
a)逐层凝固 b)中间凝固 c)糊状凝固
3）中间凝固：介于逐层凝固和糊状凝固之间，大多数合 金为此凝固方式，如图2-1b所示。
铸件质量与凝固方式有关，逐层凝固时，合金充型能 力强（流动性好），便于防止缩孔、缩松。而糊状凝固时， 充型能力差，易产生缩松。
金熔点最低，故流动性最好。
而亚共晶合金，为中间凝固方 式，复杂枝晶阻碍流动，故流
图2-4铅锡合金的流动性与相图的关含气量。固态夹杂物使粘度增加，流动性下降； 如灰铁中的MnS；含气量越少，流动性越好。
2. 浇注条件
1）浇注温度越高，保持液态的时间越长，流动性越好； 温度越高，合金粘度越低，阻力越小，充型能力越强。 故提高浇注温度能有效提高充型能力；但过高吸气量和 总收缩大，易产生铸造缺陷。故在保证充型能力的前提 下温度应尽量低。生产中薄壁件常采用较高温度，厚壁 件采用较低浇注温度。
图2-3 螺旋形标准试样
决定合金流动性的主要因素有：
1）合金的种类。
2）合金的成分。同种合金，成 分不同，其结晶特点不同，流 动性也不同。如图2-4所示铅锡 合金的流动性与相图的关系；
纯金属和共晶合金在恒温下结 晶，为逐层凝固方式，如图2-5a 所示，凝固层表面光滑，阻力
小，故流动性好，同时共晶合
2）充型压力。压力越大，充型能力越强。
3. 铸型条件
1）铸型的蓄热能力越强，充型能力越差； 2）铸型温度越高，充型能力越好； 3）铸型中的气体阻碍充型； 4）铸件结构，壁厚过小、壁厚变化剧烈、结构复杂、大 平面都影响充型。
2.1.2.2 合金的收缩
1、收缩。合金从液态冷却至常温的过程中，体积或尺寸缩 小的现象。通常用体收缩率或线收缩率来表示：
第2章 铸造成形
2.1 液态成形理论基础 2.2 砂型铸造方法 2.3 特种铸造方法 2.4 铸造工艺设计 2.5 铸件结构工艺性 2.6 铸造成形新发展
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铸造：将液态金属浇注到与零件形状、尺寸相适应 的铸型型腔中，待其冷却凝固后，获得一定形状的毛坯 或零件的方法。铸造是生产机器零件毛坯的主要方法之 一，其实质是液态金属逐步冷却凝固成形。
铸造性能是表示合金铸造成形获得优质铸件的能力； 用充型能力、收缩性等来衡量。
2.1.2.1 充型能力
充型能力：熔融金属或合金充满铸型型腔，获得形 状完整、轮廓清晰铸件的能力。主要影响因素有：
1. 金属或合金的流动性
流动性是熔融金属的流动能 力，合金的流动性用浇注流动性 试样的方法来衡量，一般采用如 图 2-3 所 示 的 螺 旋 形 试 样 。 流 动 距离越长，表明流动性越好。
铸件温度梯度主要取决于：
a)合金的性质。合金的凝固温 度越低、热导率越高、结晶潜 热越大，温度梯度越小，如多 数铝合金。
b) 铸型的蓄热能力越强，激冷
能力越强，温度梯度越大，如
金属型铸造易得致密组织。
图2-2 温度梯度对凝固区域的影响
c) 浇注温度越高，温度梯度减小。
2.1.2 金属与合金的铸造性能
和线收缩系数（1 0C ）
合金的收缩过程可分为三个阶段：如图2-6所示。
1）液态收缩。指合金从浇注温度冷却到液相线温度过程中 的收缩。
2）凝固收缩。指合金在液相线和固相线之间凝固阶段的收 缩。结晶温度范围越大，收缩率越大。液态和凝固收缩时金 属液体积缩小，是形成缩孔和缩松的基本原因。
3）固态收缩。指合金 从固相线温度冷却到室 温时的收缩。用线收缩 率表示。它对铸件形状 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。
第1节 液态成形理论基础
2.1.1 金属的凝固 2.1.2 金属与合金的铸造性能 2.1.3 铸造性能对铸件质量的影响
2.1.1 金属的凝固
1. 液态金属的结构与性质
1）液态金属的结构：固态金属经加热变为熔融状态即得 液态金属，是由呈有序排列的游动原子集团组成，其结 构与原有固体结构相似，但热运动剧烈，温度越高，热 运动越剧烈，原子集团越小，游动越快。
体收缩率 线收缩率
V
V0 V0
V1
100
%
V
t0
t1 100 %
l
l0 l1 l0
100 %
l t0
t1 100 %
式中 V0 、V1 ——合金在 t0 、t1 时的体积（m3）； l0 、l1 ——合金在 t0 、t1 时的长度（ m ）； V 、 l ——合金在 t0 至t1 温度范围内的体收缩系数
4. 影响铸件凝固方式的因素
1）合金的结晶温度范围: 结晶温度范围越小，凝固区域 越窄，越倾向于逐层凝固。低碳钢，近共晶成分铸铁倾 向于逐层凝固，高碳钢、远共晶成分铸铁倾向于糊状凝 固。
2）铸件的温度梯度：在合金的结晶温度范围已定时，若铸 件的温度梯度由小变大，则凝固区由宽变窄，倾向于逐层凝 固。如图2-2所示。
2）液态金属的性质：具有粘度和表面张力。
2. 液态金属的凝固 液态金属由液态转变为固态的过程，包括形核和长
大两个过程。得到的凝固组织（铸态晶粒形态、大小、 分布、缺陷等）取决于成分、冷却速度、形核条件等。
3. 铸件的凝固方式
在铸件凝固过程中，铸件断面上存在三个区域，即固相 区、凝固区和液相区。其中凝固区对铸件质量有较大影响。 铸件的凝固方式也可根据凝固区的宽窄来划分，如图2-1。
4）劳动条件较差,劳动强度较大。
铸造在机械制造业中应用十分广泛，在各种类型的 机器设备中铸件占很大比重。如表2-1所示。
表2-1 各类机械工业中铸件重量比
机械类别
%
机床、内燃机、重型机器 风机、压缩机 拖拉机 农业机械 汽车
70~90 60 ~ 80 50 ~ 70 40 ~ 70 20 ~ 30
铸造的优点：
1）可以铸出内腔、外形很复杂的毛坯； 2）工艺灵活性大。几乎各种合金，各种尺寸、形状、 重量和数量的铸件都能生产；
3）成本较低。原材料来源广泛，价格低廉。
铸造的缺点：
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。 2）铸件的机械性能较低。 3）铸造工序多，难以精确控制，使铸件质量不够稳定。