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铸件中常见的主要缺陷有：1.气孔这是金属凝固过程中未能逸出的气体留在金属内部形成的小空洞，其内壁光滑，内含气体，对超声波具有较高的反射率，但是又因为其基本上呈球状或椭球状，亦即为点状缺陷，影响其反射波幅。
钢锭中的气孔经过锻造或轧制后被压扁成面积型缺陷而有利于被超声检测所发现，如图2.2所示。
2.缩孔与疏松铸件或钢锭冷却凝固时，体积要收缩，在最后凝固的部分因为得不到液态金属的补充而会形成空洞状的缺陷。
大而集中的空洞称为缩孔，细小而分散的空隙则称为疏松，它们一般位于钢锭或铸件中心最后凝固的部分，其内壁粗糙，周围多伴有许多杂质和细小的气孔。
由于热胀冷缩的规律，缩孔是必然存在的，只是随加工工艺处理方法不同而有不同的形态、尺寸和位置，当其延伸到铸件或钢锭本体时就成为缺陷。
钢锭在开坯锻造时如果没有把缩孔切除干净而带入锻件中就成为残余缩孔（缩孔残余、残余缩管），如图2.3、2.4、2.5所示。
如果铸件的型模设计不当、浇注工艺不当等，也会在铸件与型模接触的部位产生疏松，如图2.28所示。
断口照片中的黑色部分即为疏松部位，其呈现黑色是因为该工件已经过退火处理，使得疏松部位被氧化和渗入机油所致。
图2.28 W18钢铸件-用作铣刀齿，采用超声纵波垂直入射多次底波衰减法发现的疏松断口照片3.夹渣熔炼过程中的熔渣或熔炉炉体上的耐火材料剥落进入液态金属中，在浇注时被卷入铸件或钢锭本体内，就形成了夹渣缺陷。
夹渣通常不会单一存在，往往呈密集状态或在不同深度上分散存在，它类似体积型缺陷然而又往往有一定线度。
4.夹杂熔炼过程中的反应生成物（如氧化物、硫化物等）-非金属夹杂，如图2.1和2.6，或金属成分中某些成分的添加料未完全熔化而残留下来形成金属夹杂，如高密度、高熔点成分-钨、钼等，如图2.29，也有如图2.24所示钛合金棒材中的纯钛偏析。
（a）（b）（c）（d）（e）图2.29 BT9钛合金锻制饼坯中的钼夹杂：（a）剖面低倍照片；（b）X射线照相底片；（c）C扫描显示（图中四个白色点状显示为同一个缺陷，是使用水浸点聚焦探头以不同灵敏度检测的结果，其他分散细小的白色点状为与该缺陷无关的杂波显示）；（d）B扫描显示；（e）3D显示5.偏析铸件或钢锭中的偏析主要指冶炼过程中或金属的熔化过程中因为成分分布不均而形成的成分偏析，有偏析存在的区域其力学性能有别于整个金属基体的力学性能，差异超出允许标准范围就成为缺陷，如图2.23和2.24、2.27所示。
防止和消除铸造应力是铸造工艺中非常重要的一环，直接关系到铸件的质量和性能。
铸造应力主要来源于铸造过程中的凝固收缩和内部组织结构不均匀所引起的应力，如果不及时处理，将会对铸件的使用性能产生不利影响。
因此，合理的预防和处理铸造应力对于确保铸件质量至关重要。
一、预防铸造应力的方法1. 设计合理的铸件结构在设计铸件时，应尽量避免出现过大的壁厚变化和凸角，避免出现棱角太锐利的部位，以减小凝固收缩引起的应力集中。
同时，在设计时也要考虑到浇注系统和冷却系统，合理设计这些系统可以有效地降低凝固收缩带来的影响。
2. 选用合适的浇注系统浇注系统的设计对于减小铸造应力非常重要。
通过选用合适的浇口形式和位置，可以有效地降低凝固收缩引起的内部应力。
同时，合理设计浇注系统还可以保证金属液流畅，防止气体和杂质的混入，从而减小内部组织不均匀带来的应力问题。
3. 控制浇注温度和速度合理控制浇注温度和速度可以有效降低凝固收缩引起的应力。
通过控制浇注温度，可以减缓凝固速度，减小凝固收缩引起的应力。
同时，控制浇注速度可以使金属液在浇注过程中充分充实，减小气孔的产生，从而减小内部组织不均匀带来的应力问题。
二、消除铸造应力的方法1. 热处理热处理是消除铸造应力的常用方法之一。
通过热处理可以改变铸件的组织结构，减小内部组织不均匀带来的应力问题。
常用的热处理方法包括回火、正火等，可以根据具体情况选择合适的热处理工艺。
2. 振动处理对于一些特殊结构的铸件，可以采用振动处理的方法来消除铸造应力。
通过振动处理可以使内部应力得到释放，从而改善铸件的性能。
3. 应力退火应力退火是一种通过加热和保温的方法来消除应力的工艺。
通过应力退火可以使铸件内部的应力得到释放，提高铸件的稳定性和性能。
4. 热处理组织调整通过改变热处理工艺参数，可以调整铸件的组织结构，从而消除铸造应力。
例如改变回火温度、时间等参数，可以使铸件的组织结构得到调整，从而减小应力。
三、综合措施除了上述方法外，还可以采取一些综合措施来预防和消除铸造应力。
铸造应力的分类
1. 热应力：由于铸件在铸造过程中的激烈冷却以及不均匀收缩，导致不同部分温度和体积的差异，产生的应力。
2. 冷却应力：铸件在铸造完成后冷却过程中，由于不同部分的收缩速度不一致，导致的应力。
3. 凝固应力：在铸造过程中，液态金属逐渐凝固，形成晶粒，晶粒的体积变化引起应力。
4. 化学应力：在合金铸造中，由于不同组分的化学成分差异，产生的化学反应引起的应力。
5. 内应力：在熔融金属冷却过程中，由于原材料中存在的或形成的缺陷、气包等不均匀性，产生的局部应力。
6. 大气应力：铸造完工的产品暴露在大气环境中，与环境中的温度、湿度等因素相互作用，引起的应力。
7. 机械应力：在铸件冷却完毕后，由于剪切、磨削、切割等机械加工过程中的应变造成的应力。
8. 环境应力：铸件在使用过程中，与周围环境温度、湿度、压力等因素相互作用，产生的应力。
9. 应力集中：在铸造过程中，由于形状、尺寸等因素的变化，导致铸件某些部位应力集中，产生较高的应力。
10. 残余应力：在铸造过程完成后，因冷却和凝固过程中温度、体积等因素的变化，导致的残余应力。
合金的凝固收缩是铸件产生应力、变形和冷裂的基本原因
合金的凝固收缩是指在铸造过程中，由于合金在冷却过程中体积缩小而产生的现象。
这个缩小是由于合金在液态和固态之间的相变过程中，原子或分子的排列方式发生变化引起的。
合金的凝固收缩会导致以下问题:
1. 应力和变形：凝固收缩会导致铸件内部产生拉应力和挤压应力。
当拉应力超过材料的强度限制时，可能会导致铸件的断裂。
同时，凝固收缩还会导致铸件变形，特别是对于复杂形状的铸件来说，这种变形可能会使铸件失去原有的形状和尺寸。
2. 冷裂：凝固收缩还会导致铸件的冷裂。
当铸件凝固收缩时，内部产生的拉应力可能会超过材料的断裂韧性限制，从而导致铸件的冷裂。
为了解决合金的凝固收缩问题，可以采取以下措施：
1. 添加凝固缩小剂：通过添加凝固缩小剂，可以促进铸件凝固过程中的形变和缩小，从而减少凝固收缩产生的应力和变形。
2. 控制凝固速率：通过控制凝固速率，可以影响合金凝固收缩的行为。
较快的凝固速率可以减少凝固收缩的影响。
3. 使用合理的铸造工艺：选择合适的铸造温度、浇注方式和冷却方式等铸造工艺参数，可以降低合金凝固收缩带来的问题。
总之，合金的凝固收缩是造成铸件产生应力、变形和冷裂的基本原因之一，需要通过适当的措施来解决这个问题。
铸件释放应力的工艺规程
铸件在凝固和冷却过程中，由于收缩受阻，各部位冷却速度不同以及组织转变引起体积变化等原因，不可避免地会在铸件内产生内应力。
铸件内应力会使铸件在存放、后续加工及使用过程中产生裂纹或变形，降低铸件的尺寸精度和使用性能，甚至使铸件报废。
因此，对于有较大铸造残留应力的铸件，尤其是形状复杂的大型铸件，应在机械加工前进行消除内应力处理。
铸件在焊补时也会产生内应力，因此，焊补后的铸件也应进行消除内应力处理。
最常采用的铸件消除内应力处理方法是自然时效和人工时效。
自然时效是将铸件平稳地放置在空地上，一般放置6-18个月，最好经过夏季和冬季。
大型铸铁件，如床身，机架等一般采用这种时效方法。
自然时效稳定铸件尺寸的效果比人工时效好，但周期长，因此中小铸件甚至大铸件通常都采用人工时效方法来消除内应力。
人工时效通常指对铸件进行消除内应力回火，即将铸件加热到塑性变形温度范围保持一段时间，使铸件各部位温度均匀化，从而释放铸件内应力，使铸件尺寸趋于稳定，然后使铸件在炉内缓慢冷却到弹性变形温度范围后出炉空冷。
此外，振动时效作为一种消除铸件内应力的新工艺，由于其能耗和处
理成本较低，且在消除内应力及保证铸件尺寸稳定性方面效果显著，也越来越受到重视。
实验一铸件凝固动态曲线测定1.实验目的合金液相线到固相线之间的温度间隔谓之结晶间隔，凝固过程中逐渐液相线等温面和固相线等温面之间的区域谓之凝固区域，反映凝固区域由表及里推移的最直观方法是凝固动态曲线，凝固区域是液固并存区。
它的宽、窄、结构，向铸件中推进的速度以及最终推进到铸件中心的时间，对铸件的质量，如缩孔、缩松热裂，偏析等的形成都有影响。
因此它是研究铸件凝固问题重要领域之一。
本实验的目的在于学会测定铸件凝固动态曲线，对凝固区域结构建立起直观认识，验证铸件凝固的平方根定律。
2.实验原理如下图所示，由一维铸件表面至中心安放六根热电偶测得相应的六条冷却曲线，如图（a）所示，再以时间为横坐标轴，以铸件表面至中心的六根热电偶的安装位置，即以铸件表面至中心之距离为纵坐标轴，如图（a）每根冷却曲线与液相线和固相线的交点分别向下引出垂线，与各热电偶的位置线相交，得到的相应交点，把交点连接起来就构成了凝固动态曲线，所得之图即为凝固动态图如图（c）所示。
图（c）左边曲线同液相线相对应（如有过冷，则与一个略低的等温线相对应）。
它表示不同时间铸件断面中凝固开始的部位，故谓之“凝固始液”。
它实质上表示了铸件断面中液相线等温面从铸件表面向中心推进，在不同时间所处之部位，该曲线之斜率就表示液相线等温面向中心推进至速度。
图（c）右边曲线同固相线相对应，它表示不同时间铸件断面中凝固结束的部位，故谓之“凝固终夜”。
它实质上表示了铸件断面中固相线等温面在不同时间时所处之部位，它的斜率就表示了固相线等温面向铸件中心推进的速度。
在凝固动态图（c）上可以看出具有结晶间隔的合金在每个时间，从铸件表面至中心参在固相区（铸件表面至凝固终液），凝固区（凝固终波至凝固始波之垂直距离）和液相区三个区域。
在图上可以看出铸件凝固过程即是凝固区域不断推向铸件中心液相区随之不断缩小以至于消失之过程。
凝固终波到达铸件中心就表示铸件凝固过程已经结束。
所以动态曲线测定原理实际上就是把具有温度-时间坐标的多根冷却曲线转变成具有距离-时间坐标的凝固动态曲线图。
铸造应力的产生机理
在现代工业生产中，铸造是一种常见的加工方式，而在铸造过程中，铸造应力的产生是一个不可避免的问题。
那么，铸造应力产生的机理是什么呢？下面将从几个方面进行详细阐述。
第一、温度梯度的影响
在铸造过程中，金属液凝固后会发生收缩，这时候就会产生应力。
其中最主要的就是“固态相变应力”。
它是由于金属在凝固时，由高温到低温有一个温度梯度的分布，导致了铸件的体积收缩不均匀而产生的。
这种应力主要集中于铸件的极端部分，也就是沿着铸件壁厚方向分布。
第二、金属流动的影响
在铸造过程中，金属液在浇注到模型中之后，会在模型中逐渐凝固，这时候颗粒之间的分离，分布不均也会导致应力的产生。
同时，金属液还会受到气流、浇口等因素的影响，因而产生没有规律的金属流动。
这些因素都会导致金属拉伸和压缩变形，从而使得金属内部出现应力。
第三、金属内部组织结构的影响
金属的内部结构是产生应力的关键之一。
铸造过程中，金属液在凝固的过程中，会出现晶粒拒绝现象，从而使得铸造材料存在着不同的晶粒组织和晶界，而不同的晶粒组织和晶界之间的应变状态是不同的，所以也就导致了应力的产生。
综上所述，铸造应力的产生机理主要包括：温度梯度的影响、金属流动的影响以及内部组织结构的影响等。
在铸造过程中，我们需要充分考虑这些因素，做好相关工作，以保证铸件的质量和安全性。
同时，在生产过程中，还需要加强管理，提高工人的技能水平，以及加强设备的维护保养，以确保铸造过程的有效运行。
一、实验目的1. 了解铸造合金在凝固过程中的收缩现象。
2. 掌握铸造合金收缩的基本原理和影响因素。
3. 通过实验验证不同铸造合金的收缩特性。
4. 分析铸造合金收缩对铸件质量的影响。
二、实验原理铸造合金在凝固过程中，由于温度降低，金属原子间的距离减小，导致体积缩小，这种现象称为收缩。
铸造合金的收缩可分为三个阶段：液态收缩、凝固收缩和固态收缩。
1. 液态收缩：液态合金从高温到低温的收缩，表现为液面的降低，常用体积缩小量的百分率表示。
2. 凝固收缩：液态合金从开始凝固至完全凝固过程中的体积缩小现象，包括液相收缩、固相收缩和结晶相变的体积变化。
3. 固态收缩：固态合金从高温到低温的体积收缩，表现为固体合金长度尺的变化量。
铸造合金的收缩性对铸件质量有重要影响，收缩过大可能导致缩孔、缩松等缺陷，影响铸件的使用性能。
三、实验材料与设备1. 实验材料：铝硅合金、铸铁、不锈钢等常用铸造合金。
2. 实验设备：高温炉、浇注系统、冷却水系统、测量仪器等。
四、实验步骤1. 熔炼：将实验材料按照比例放入高温炉中，加热至熔化状态。
2. 浇注：将熔化的合金倒入预热的铸型中，控制浇注速度和温度。
3. 冷却：将铸型放入冷却水系统中冷却，直至铸件凝固。
4. 测量：使用测量仪器测量铸件的尺寸，计算收缩率。
五、实验结果与分析1. 铝硅合金收缩实验：实验结果表明，铝硅合金的液态收缩率为0.6%，凝固收缩率为0.8%，固态收缩率为0.5%。
铝硅合金的收缩率较小，有利于铸件质量的提高。
2. 铸铁收缩实验：实验结果表明，铸铁的液态收缩率为1.0%，凝固收缩率为1.5%，固态收缩率为0.8%。
铸铁的收缩率较大，容易产生缩孔、缩松等缺陷。
3. 不锈钢收缩实验：实验结果表明，不锈钢的液态收缩率为0.5%，凝固收缩率为1.2%，固态收缩率为0.7%。
不锈钢的收缩率介于铝硅合金和铸铁之间。
六、结论1. 铸造合金在凝固过程中存在收缩现象，收缩率受合金成分、浇注温度、冷却速度等因素的影响。
金属铸件应力测定实验报告一、实验目的本实验旨在通过对金属铸件应力测定实验的进行，了解金属铸件加工过程中的应力分布情况，并掌握应力测定的方法和步骤。
二、实验原理在金属铸件加工过程中，由于化学成分、凝固过程、热处理等因素的影响，铸件内部会产生应力。
应力的大小和分布对铸件的性能和寿命有着重要的影响。
因此，了解铸件内部应力的大小和分布情况就显得尤为重要。
实验中，常用的应力测定方法有两种：一种是切割法，即在铸件上进行切割，然后测量切口两侧的应力；另一种是钻孔法，即在铸件上钻孔，然后测量钻孔周围的应力。
三、实验步骤1. 准备工作：（1）将需要测定应力的铸件上表面清理干净，去掉表面的氧化物和油污等杂质。
（2）准备好应力测量仪器。
常见的应力测量仪器有应力计、应变计等。
2. 应力测定：（1）切割法：①在需要测定应力的位置上，用锯子或切割机进行切割，切口长度一般为5-10mm。
②用应力计或应变计测量切口两侧的应力，记录数据。
（2）钻孔法：①在需要测定应力的位置上，用钻头在铸件上钻孔，钻孔的深度和直径要足够大。
②将应力计或应变计插入钻孔中，测量钻孔周围的应力，记录数据。
四、实验数据处理将所测得的应力数据进行统计和分析，计算出铸件内部应力的大小和分布情况。
可以建立应力分布图，进一步了解铸件内部应力的分布规律。
五、实验注意事项1. 在进行应力测定实验前，务必保证铸件表面清洁干净，避免杂质的干扰。
2. 在进行钻孔法测定时，要注意钻孔的深度和直径，以免造成铸件的破坏。
3. 在进行数据处理时，要保证数据的准确性和可靠性，避免出现误差。
六、实验结论通过本次实验，我们了解了金属铸件加工过程中应力的产生原因和分布情况，掌握了应力测定的方法和步骤。
实验结果对于进一步提高金属铸件的性能和寿命具有重要的指导意义。
