铸件的凝固时间和凝固速度

铸件的凝固方式以铸件的凝固方式为标题，我们来探讨一下铸件凝固时的过程和方式。

铸件的凝固方式对于最终产品的质量和性能有着重要的影响。

铸件凝固是指熔融金属在注入模具后逐渐冷却固化的过程。

在此过程中，熔融金属从液态逐渐转变为固态，并逐渐形成所需的形状和结构。

铸件的凝固方式主要有两种，分别是自由凝固和受限凝固。

1. 自由凝固自由凝固是指铸件在凝固过程中没有受到外界约束，自由地冷却和凝固。

在自由凝固中，铸件的形状和结构往往受到凝固前液态金属的流动和自由收缩的影响。

自由凝固的特点是凝固开始于模具壁面，然后逐渐向内部传导。

在凝固过程中，熔融金属的温度降低，密度增加，体积收缩，因而产生固态铸件的收缩缺陷。

这种缺陷一般分布于铸件的中央位置，形成所谓的中央收缩孔。

自由凝固的优点是凝固速度较快，易于操作和控制。

缺点是容易产生缺陷，需要进行后续处理和修复。

2. 受限凝固受限凝固是指在铸件凝固过程中，铸件受到外界约束，不能自由冷却和凝固。

在受限凝固中，铸件的形状和结构往往受到模具的限制和约束。

受限凝固的特点是凝固开始于模具壁面，然后沿着模具内部的特定路径逐渐向内部传导。

在凝固过程中，熔融金属的温度降低，密度增加，体积收缩，因而产生固态铸件的收缩缺陷。

与自由凝固不同的是，受限凝固可以通过模具的限制来控制和减少收缩缺陷的产生。

受限凝固的优点是可以减少或避免收缩缺陷的产生，提高铸件的质量和性能。

缺点是凝固速度较慢，需要更长的时间来完成凝固过程。

除了自由凝固和受限凝固外，还有一些特殊的凝固方式，如定向凝固和等温凝固。

定向凝固是在凝固过程中通过外界手段来控制和定向熔融金属的凝固方向。

通过定向凝固可以使铸件的晶粒结构和力学性能得到改善。

等温凝固是指在凝固过程中保持一定温度的状态，使铸件的温度保持不变。

等温凝固可以使铸件的晶粒细化，提高铸件的强度和韧性。

铸件的凝固方式对于最终产品的质量和性能有着重要的影响。

自由凝固和受限凝固是常见的凝固方式，它们分别具有不同的特点和优缺点。

压铸原理及工艺参数选择压铸是一种制造零件的工艺方法，它通过将熔化的金属注入到金属模具中，在模具中冷却凝固后，得到所需的零件形状。

压铸可以制造复杂的零件形状，具有高精度、高表面质量和高生产效率的优点。

压铸工艺参数的选择对于获得优质的铸件至关重要。

压铸工艺参数的选择1.熔化温度：熔化温度应根据所用材料的熔点确定。

在选择熔化温度时，要考虑到合金的液体流动性和凝固性能。

熔点高的合金可使用高熔点温度，但要注意避免烧结和气孔的产生。

2.注射速度：注射速度决定了金属液体进入模腔的速度。

过高的注射速度可能引起金属喷溅和模具损坏，过低的注射速度则可能造成流道不充分填充。

注射速度的选择应根据材料的液流性和零件的形状确定。

3.注射压力：注射压力决定了金属液体通过流道和进入模腔的压力。

过高的注射压力可能导致模具磨损和零件变形，过低的注射压力则可能造成流道不充分填充。

注射压力的选择应根据材料的流动性和零件的形状确定。

4.模具温度：模具温度决定了金属液体的凝固速度和铸件的质量。

较高的模具温度有助于加速凝固速度并减小变形，但可能导致金属液体的酸蚀和模具磨损。

较低的模具温度有助于避免气孔和减小脱漏的可能性，但可能导致金属液流动不畅。

模具温度的选择应根据材料的凝固性能和零件的形状确定。

5.冷却时间：冷却时间决定了金属液体的凝固时间和铸件的质量。

较短的冷却时间有助于提高生产效率，但可能导致金属液体的凝固不完全和热裂纹的产生。

较长的冷却时间有助于提高铸件的密度和表面质量，但可能导致产量降低。

冷却时间的选择应根据材料的凝固性能和零件的形状确定。

总结压铸是一种高效、高精度的制造方法，工艺参数的选择对于获得优质的铸件至关重要。

在选择工艺参数时，要综合考虑材料的性质、零件的形状和制造要求，以及设备和模具的性能。

通过合理选择工艺参数，可以提高铸件的质量和生产效率，降低生产成本。

C4 铸件的凝固与补缩本章内容：铸件的凝固过程、凝固特性对铸件质量的影响，缩孔、缩松的形成机理、防止措施以及冒口和冷铁的应用。

§1 铸件的凝固一铸件的凝固方式1 凝固区域除纯金属和共晶合金外，铸件凝固过程中断面有三区：固相区＋凝固区＋液相区，见下图。

图4-1铸件某一瞬间凝固区域温度场T：指铸件断面上某瞬时的温度分布曲线固相等温面：Ⅰ－Ⅰ’液相等温面：Ⅱ－Ⅱ’固相区：合金已凝固成固相的区域；液相区：尚未开始凝固的区域；凝固区：凝固和液固相并存的区域。

2 凝固方式根据铸件凝固时其断面上凝固区域的大小，凝固方式分三种：逐层凝固、糊状凝固（体积凝固）、中间凝固。

铸件断面凝固区域的宽度δ由合金的结晶温度范围⊿tc和铸件断面上的温度梯度δt决定的。

当温度梯度相同时，取决于合金的结晶温度范围；当合金成分一定时，则取决于温度梯度。

温度梯度较大时，可使凝固区域变窄。

1）逐层凝固⊿tc=0,δ=0恒温下结晶的合金，在凝固过程中其铸件断面上凝固区宽度等于零，断面上的固体和液体由一条界线清楚分开。

随温度下降，凝固层逐渐加厚直至铸件凝固结束。

包括纯金属、共晶合金、结晶温度范围很小或断面上温度梯度很大的情况。

逐层凝固糊状凝固中间凝固左：纯金属或共晶合金左：结晶温度范围很宽左：结晶温度范围较窄右：窄结晶温度范围右：温度场平坦右：温度梯度较大凝固特点：易形成缩孔、热裂倾向小、较好的流动能力。

（这类合金的补缩性良好，可以采取工艺措施，如设置冒口，来消除缩孔）。

合金种类：纯金属、共晶合金、低碳钢、高合金钢、铝青铜、窄结晶温度范围黄铜等。

2）糊状凝固铸件凝固过程中，铸件断面上的凝固区域很宽，在某一段时间内，凝固区域甚至会贯穿于铸件的整个断面，铸件表面尚未出现固相区，铸件中心已开始结晶，出现了固相。

凝固特点：补缩性差（易形成缩松）、热裂倾向大、流动能力差。

合金种类：高碳钢、球铁、锡青铜、铝镁合金及某些结晶温度范围宽的黄铜。

3）中间凝固铸件断面上凝固区域宽度介于逐层凝固和糊状凝固之间。

2 压铸过程原理压铸的主要特点是金属液在高压、高速下充填压铸模型腔，并在高压下成型、结晶。

因此，压铸过程中压力和速度的变化及其作用是至关重要的，它们直接影响金属充填形态和金属液在型腔中的运动，从而影响压铸件的质量。

2.1 压铸压力2．1．1四级压射的概念压铸压力是压铸工艺中主要的参数之一。

压铸过程中的压力是由压铸机的压射机构产生的，压射机构通过工作液体将压力传递给压射活塞，然后由压射活塞经压射冲头施加于压室内的金属液上。

作用于金属液上的压力是获得组织致密和轮廓清晰的铸件的主要因素，所以，必须了解并掌握压铸过程中作用在金属液上的压力的变化情况，以便正确利用压铸过程中各阶段的压力，并合理选择压力的数值。

压铸过程中的压力可以用压射力和压射压力两种形式来表示。

压铸机压射缸内的工作液作用于压射冲头，使其推动金属液充填模具型腔的力，称为压射力。

其大小随压铸机的规格而不同，它反映了压铸机功率的大小。

压射压力是指压射过程中，压室内单位面积上金属液所受到的静压力。

压射力和压射压力的关系如下：24D FA F p π==(2-1)式中 p ——压射压力（Pa ）；F ——压射力（N ）；A ——压射冲头截面积（近似等于压室截面积）（m2）； D ——压射缸直径（m ）。

由式(2-1)可知，压射压力与压射力成正比，而与压射冲头的截面积成反比。

所以，压射压力可以通过调整压射力和更换不同直径的压射冲头来实现。

如果既考虑压射力又考虑压射压力，会把问题复杂化，而且压射压力更能反映压铸过程中金属液在充填时的各个阶段以及金属液流经各个不同截面时的力的概念，因此，压铸压力通常指的是压射压力。

在压铸过程中，作用在金属液上的压射压力并不是一个常数，而是随着压射阶段的变化而改变。

金属液在压室与压铸模型腔中的运动可分解为四个阶段，图2-1表示在不同阶段，压射冲头的运动速度与金属液所受的压力（压射压力）曲线。

图2-1压铸不同阶段，压射冲头的运动速度与金属液所受压力的变化情况τ－压铸的各个阶段v－压射冲头的运动速度p－压射压力第一阶段τ1压射冲头以慢速v1前进，封住浇口，金属液被推动，其所受压力p1也较低，此时p1仅用于克服压室与液压缸对运动活塞的摩擦阻力。

铸造工程基础习题及答案一、砂型铸造部分 (一)填空及名词解释1(设置冒口、冷铁和铸肋的主要目的是(防止缩孔、缩松、裂纹和变形等铸造缺陷)。

(stripping time):指从混砂结束开始，在芯盒内制的砂芯(或未脱2(脱模时间模的砂型)硬化到能满意地将砂芯从芯盒中取出(或脱模)，而不致发生砂芯(或砂型)变形所需的时间间隔。

3。

补贴:为实现顺序凝固或加强补缩效果，在靠近冒口的铸件壁厚上补加的倾斜的金属块。

4( 水玻璃是各种硅酸盐的统称。

在铸造上常用的有钠水玻璃、钾水玻璃、锂水玻璃，分别为(硅酸钠、硅酸钾、硅酸锂)的水溶液，其化学式分别为(NaO。

2mSiO 。

nHO、KO。

mSiO。

nHO、LiOmSiO2。

nHO)。

22222 225(流动性:型砂在外力或自重作用下，沿模样与砂粒之间相对移动的能力称为流动性。

6(气硬冷芯盒法(vapor cold box process):将混好的双组份树脂砂填入芯盒，然后在室温下通过吹气硬化制成砂芯的方法。

7.型、芯砂:将原砂或再生砂+粘结剂+其它附加物等所混制成的混合物为型砂或芯砂(其中将其用于铸型者被称为型砂,用于制砂芯者称为芯砂)。

8(可使用时间(bench life，working time):指自硬树脂砂(其它化学粘结剂也相同)混砂后能够制出合格砂芯的那一段时间。

9。

冷铁:为增加铸件局部冷却速度，在型腔内部及工作表面安放的金属块。

10(热芯盒法(hot-box process):用液态热固性树脂粘结剂和催化剂配制成的芯砂，吹射入加热到一定温度的芯盒内(180-250C)，贴近芯盒表面的砂芯受热，其粘结剂在很短时间即可缩聚而硬化而制成砂芯的方法。

(二)问答题1. 铸铁件、铸钢件和铸造非铁合金件用的湿型砂各具有什么特点, 答题要点:由于铸铁件、铸钢件和铸造非铁合金件的合金特性和浇注温度不同，因此它们用的湿型砂不宜一样。

铸铁件的合金熔点较高(略低于铸钢)，浇注温度一般在1200?一1400?左右，因此对湿型砂耐火度的要求可比铸钢件低。

结构起伏（相起伏）：不断变换着的近程有序原子集团，大小不等，时而产生，时而消失，此起彼伏，与无序原子形成动态平衡，这种结构不稳定现象称为结构起伏。

温度越低，结构起伏尺寸越大。

过冷度（ΔT）：理论凝固温度与实际开始凝固温度之差,即Tm-Tn。

液、固两相的自由能差值是两相间发生相转变（L-S〉的驱动力。

均匀形核是在过冷液相中完全依靠相起伏和能量起伏而实现的形核。

体积自由能和表面自由能的相对大小，决定着临界晶核半径的大小。

非均匀形核是利用液相中的活性质点或固体界面作基底,同时依靠液相中的相起伏和能量起伏来实现的形核。

临界形核功相当于表面能的1/3，这意味着固、液之间自由能差只能供给形成临界晶核所需表面能的2/3，其余1/3的能量靠能量起伏来补足。

临界形核半径与晶核的单位表面能成正比，与过冷度成反比，过冷度越大，临界形核半径越小。

凹面形核功最小。

晶体长大的要点具有粗糙固-液界面的金属，其成长机理为在固相界面上各点呈垂直式凝聚液态原子而成长，界面的动态过冷度很小（约为0.01～0.05℃，成长速率很快。

具有平滑界面的晶体，其成长机理可能有两种方式：a.如果是在晶体学完整的界面上成长，则需要先在晶面上形成二维晶核，再在侧面进行台阶式成长，如此反复进行。

b.如果界面上存在螺型台阶或孪晶台阶，成长则连续地按台阶式进行，界面动态过冷度较大（约为1～2℃)。

晶体成长的界面形态主要决定于界面前沿液体中的温度梯度。

在正温度梯度下成长时，两种界面结构均成平直界面；在负温度梯度下成长时，一般金属的界面都呈树枝状，只有那些值较高的物质仍保持平直界面形状。

通常用晶粒的平均面积或平均直径来表示晶粒的大小，称为晶粒度。

标准晶粒度共分为8级。

细化晶粒的方法：增加过冷度；变质处理；振动结晶等。

正的温度梯度是指在液相中的温度随至界面距离的增加而提高的温度分布状况。

负的温度梯度是指液相中的温度随至界面距离的增加而降低的温度分布状况。

一般金属具有粗糙界面结构，而且往往具有较大的结晶潜热，所以在结晶时，均以树枝状的生长方式长大。

铸造生产工艺参数是指在进行铸造过程中需要控制和调整的一系列参数，以确保产品质量和生产效率。

以下是一些常见的铸造生产工艺参数：
1.浇注温度：指熔融金属或合金从炉中倒入铸型的温度。

合适的浇注温度能够保证流动性、
充填性和凝固性。

2.浇注速度：指铸液从浇口进入铸型的速度。

过高的浇注速度可能引起气孔、缩松等缺陷，
而过低的浇注速度可能导致充填不完全。

3.砂型湿度：指用于制备砂型的砂料中所含水分的含量。

适当的砂型湿度可以提高模型的
强度和表面光滑度。

4.压实压力：指用于压实砂型的压力大小。

正确的压实压力能够增加砂型的密实度和强度，
以提高铸件的表面质量和尺寸精度。

5.凝固时间：指从浇注到铸件完全凝固所需的时间。

准确控制凝固时间可以避免铸件缺陷，
如热裂纹和收缩缺陷。

6.浇注系统设计：包括浇口、冒口、喷杆等组成的铸造系统。

合理的浇注系统设计可以确
保铸液均匀充填铸型，并有助于减少气孔和杂质的产生。

7.砂芯制备参数：对于需要内部空腔的铸件，砂芯的制备是必要的。

砂芯制备参数包括砂
芯的湿度、压实力度和固化时间等。

8.热处理参数：针对某些合金铸件，热处理过程是必要的，如退火、淬火等。

热处理参数
包括温度、保温时间和冷却速率等。

这些参数在铸造生产中相互关联，需要根据具体铸件的形状、材料和工艺要求进行调整和控制，以保证最终产品的质量和性能。

铸造质量控制一、概述铸造质量控制是指通过一系列的措施和方法，确保铸造件在制造过程中达到预期的质量要求。

本文将从铸造工艺、质量控制方法和质量控制指标三个方面详细介绍铸造质量控制的标准格式文本。

二、铸造工艺1. 铸型制备：铸造件的质量直接受到铸型的影响，因此应根据铸造件的形状、尺寸和材料特性，选择合适的铸型材料和制备工艺。

铸型制备应符合相关标准和规范，确保铸型的精度和表面质量。

2. 熔炼与浇注：熔炼是铸造过程中的关键环节，应严格控制熔炼温度、熔炼时间和熔炼材料的质量。

浇注过程中，应注意铸液的温度控制、浇注速度和浇注方式，以避免铸造缺陷的产生。

3. 凝固与冷却：凝固过程是铸造件形成的关键阶段，应根据铸件的结构特点和材料性能，合理控制凝固速度和冷却方式，以获得理想的组织结构和性能。

4. 除砂与清洁：铸件出模后，应进行除砂和清洁工作，以去除铸件表面的砂粒和杂质，确保铸件的表面光洁度和尺寸精度。

三、质量控制方法1. 工艺参数控制：通过对铸造工艺参数的控制，如熔炼温度、浇注速度、凝固时间等，来影响铸件的质量。

可以通过设定合理的参数范围、监测和调整参数数值，以达到质量控制的目的。

2. 检测与检验：采用合适的检测与检验方法，对铸件的尺寸、形状、组织结构和性能进行评估。

常用的检测方法包括尺寸测量、金相分析、硬度测试、无损检测等。

3. 过程监控：通过实时监测铸造过程中的关键参数和指标，如铸液温度、浇注速度、凝固时间等，及时发现异常情况并采取相应措施，以确保铸件的质量稳定。

4. 环境管理：铸造过程中的环境条件对铸件的质量也有一定影响。

应通过控制环境温度、湿度和灰尘等因素，来减少外界环境对铸件质量的影响。

四、质量控制指标1. 尺寸精度：铸件的尺寸精度是衡量其质量的重要指标之一。

应根据铸件的设计要求和使用环境，制定合理的尺寸公差，并通过尺寸测量和检验来评估尺寸精度。

2. 表面质量：铸件的表面质量直接影响其外观和使用寿命。

应通过除砂、清洁和表面处理等措施，确保铸件表面的光洁度和无裂纹、气孔等缺陷。