第2章铸造

2）充型压力。压力越大，充型能力越强。
3.) 铸型条件
a）铸型的蓄热能力越强，充型能力越差； b）铸型温度越高，充型能力越好； c）铸型中的气体阻碍充型； d）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. 合金的收缩性
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。 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。
第二章 铸造 概述
铸造工艺基础
铸造方法 铸造工艺设计 铸件结构工艺性 常用铸造合金的生产
2.1 概述
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。
熔炼金属
浇注
铸件
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 。
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。
1.合金的 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。
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2-5铅锡合金的流动性与相图的关系
动性差，如图2-5b所示。
3）杂质和含气量。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。
(a). 缩孔和缩松的形成 a）缩孔的形成 形成条件，金属在恒温或很窄的温度范围内结晶， 铸件壁以逐层凝固方式凝固。形成过程如图2-7所示。
缩孔产生的基本原因是合金的液态收缩和凝固收缩值大于固态 收缩值，且得不到补偿。缩孔产生的部位在铸件最后凝固区域，此 区域也称热节。
图2-7 缩孔形成过程示意图
a)
b)
c)
图2-6 铸造合金收缩过程示意图
a) 合金状态图 b) 一定温度范围合金 c) 共晶合金 I—液态收缩 II—凝固收缩 III—固态收缩
（2）. 影响收缩的因素
1）化学成分; 2）浇注温度越高，过热度越大，收缩越大; 3）铸件结构和铸型条件，铸件结构造成各部分冷却速度 不同，产生内部应力阻碍收缩；铸型和型芯产生机械阻 力。
2.2 铸造工艺基础
2.2.1 铸件的凝固 2.1.2 合金的铸造性能
2.2.1 铸件的凝固
1.铸造合金的结晶 铸造合金的结晶通过晶核的形成和晶体的长大 这两个相互联系的基本过程来实现。
2.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
(3) 收缩对铸件质量的影响
收缩是造成缩孔、缩松、应力、变形和裂纹的基本原 因;充型能力不好，铸件易产生浇不到、冷隔、气孔、夹 杂、缩孔、热裂等缺陷。
1） 缩孔和缩松
凝固结束后在铸件某些部位出现的孔洞。大而集中的 孔洞称为缩孔，细小而分散的孔洞称缩松。缩孔缩松可使 铸件力学性能大大降低，以致成为废品。
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。
2.2.2 合金的铸造性能
图2-3 螺旋形标准试样
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
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
(4). 缩孔和缩松的防止 一定成分的合金，缩孔、缩松的数量可以相互转化，但
铸型
铸件生产过程框图
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。
b）缩松的形成 其基本原因也是液态收缩和凝固收缩大于 固态收缩。但主要出现在糊状凝固的合金中，或断面较大的 铸件壁中。形成过程如图2-8所示。
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。
图2-8 缩松形成过程示意图
（3）缩孔缩松的形成规律
1）合金的液态收缩和凝固收缩越大（如铸钢、白口铁 等），铸件越易形成缩孔。 2）合金的浇注温度越高，液态收缩越大，越易形成缩孔。 3）结晶温度范围宽的合金，倾向于糊状凝固，易形成缩 松。纯金属和共晶成分合金倾向于逐层凝固，易形成缩孔。