關(guān)于鑄造工藝基礎(chǔ)充型收縮第1頁(yè)，共60頁(yè)，2022年，5月20日，14點(diǎn)42分，星期六機(jī)器生產(chǎn)過(guò)程：原材料——毛坯——零件——機(jī)器機(jī)器制造方法：

原材料選取擇與改性（熱處理）；

毛坯成形（鑄、鍛、焊等）；

零件成形（切削加工等）與裝配。第2頁(yè)，共60頁(yè)，2022年，5月20日，14點(diǎn)42分，星期六主要教學(xué)內(nèi)容各種毛坯制造方法的生產(chǎn)原理、特點(diǎn)和應(yīng)用液態(tài)成形：鑄造固態(tài)塑性成形：塑性加工冶金連接成形：焊接各種毛坯的結(jié)構(gòu)工藝性各種毛坯工藝的制訂新技術(shù)、新工藝第3頁(yè)，共60頁(yè)，2022年，5月20日，14點(diǎn)42分，星期六第一章材料成形理論基礎(chǔ)

第一節(jié)液態(tài)成形基礎(chǔ)

第二節(jié)塑性成形基礎(chǔ)

第三節(jié)冶金連接成型基礎(chǔ)

第4頁(yè)，共60頁(yè)，2022年，5月20日，14點(diǎn)42分，星期六第一節(jié)液態(tài)成形基礎(chǔ)

一、金屬的凝固

1、液態(tài)金屬的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)

液態(tài)金屬結(jié)構(gòu)：由許多近程有序排列的“游動(dòng)的原子集團(tuán)”所組成。

液態(tài)金屬具有黏度和表面張力等特性。

1200℃1700℃1400℃第5頁(yè)，共60頁(yè)，2022年，5月20日，14點(diǎn)42分，星期六2、鑄件的凝固組織

凝固過(guò)程：形核+晶體長(zhǎng)大

凝固組織：宏觀狀態(tài)指鑄態(tài)晶粒的形態(tài)、大小、取向和分布等情況。微觀組織的概念包括晶粒內(nèi)部亞結(jié)構(gòu)的形狀、大小和相對(duì)分布，以及各種缺陷等。

晶粒越細(xì)小均勻，金屬材料的強(qiáng)度和硬度越高，塑性和韌性越好。

影響鑄件凝固組織的因素：

原始爐料；

冷卻速度；

孕育處理。第6頁(yè)，共60頁(yè)，2022年，5月20日，14點(diǎn)42分，星期六第7頁(yè)，共60頁(yè)，2022年，5月20日，14點(diǎn)42分，星期六3、鑄件的凝固方式和控制鑄件凝固的工藝原則

（1）鑄件的凝固方式第8頁(yè)，共60頁(yè)，2022年，5月20日，14點(diǎn)42分，星期六逐層凝固方式：純金屬或共晶合金。

如灰鑄鐵、低碳鋼、工業(yè)純銅、工業(yè)純鋁、共晶鋁硅合金及某些黃銅都屬于逐層凝固的合金。糊狀凝固方式：合金的結(jié)晶溫度范圍寬。

球墨鑄鐵、高碳鋼、錫青銅和某些黃銅等都是糊狀凝固的合金。中間凝固方式：介于上述二者之間。中碳鋼、高錳鋼、白口鑄鐵等具有中間凝固方式。第9頁(yè)，共60頁(yè)，2022年，5月20日，14點(diǎn)42分，星期六

（2）控制鑄件凝固的工藝原則

順序凝固原則

采用各種措施保證鑄件結(jié)構(gòu)上各部分，按照原理冒口的部分最先凝固，然后是靠近毛口部分，最后才是冒口本身凝固的次序進(jìn)行。

第10頁(yè)，共60頁(yè)，2022年，5月20日，14點(diǎn)42分，星期六第11頁(yè)，共60頁(yè)，2022年，5月20日，14點(diǎn)42分，星期六

同時(shí)凝固原則：

采取工藝措施保證鑄件結(jié)構(gòu)上各部分之間沒(méi)有溫差或溫差盡量小，使各部分同時(shí)凝固。

第12頁(yè)，共60頁(yè)，2022年，5月20日，14點(diǎn)42分，星期六第13頁(yè)，共60頁(yè)，2022年，5月20日，14點(diǎn)42分，星期六二、金屬和合金的鑄造性能

合金鑄造性能

合金在鑄造成形的整個(gè)工藝過(guò)程中，容易獲得外形準(zhǔn)確、內(nèi)部健全鑄件的能力。通常用下面兩個(gè)物理性質(zhì)來(lái)衡量：

充型能力收縮性第14頁(yè)，共60頁(yè)，2022年，5月20日，14點(diǎn)42分，星期六

1)充型能力的概念液態(tài)合金充滿鑄型型腔，獲得形狀完整、輪廓清晰的鑄件的能力，稱為液態(tài)合金充填鑄型的能力，簡(jiǎn)稱液態(tài)合金的充型能力。液態(tài)金屬的充型能力主要取決于金屬自身的流動(dòng)能力，還受外部條件，如鑄型性質(zhì)、澆注條件、鑄件結(jié)構(gòu)等因素的影響，是考慮鑄型及工藝因素影響的熔融金屬的流動(dòng)性。1、合金的充型能力第15頁(yè)，共60頁(yè)，2022年，5月20日，14點(diǎn)42分，星期六液態(tài)金屬的流動(dòng)性流動(dòng)性定義：液態(tài)合金充滿型腔，形成輪廓清晰，形狀和尺寸符合要求的優(yōu)質(zhì)鑄件的能力。流動(dòng)性不好：不能充滿型腔，鑄件易產(chǎn)生澆不到、冷隔、氣孔、夾雜等缺陷。流動(dòng)性好：易于充滿型腔，有利于氣體和非金屬夾雜物上浮和對(duì)鑄件進(jìn)行補(bǔ)縮。

冷隔澆不足氣孔第16頁(yè)，共60頁(yè)，2022年，5月20日，14點(diǎn)42分，星期六

液態(tài)合金的流動(dòng)性通常以“螺旋形試樣”長(zhǎng)度來(lái)衡量。第17頁(yè)，共60頁(yè)，2022年，5月20日，14點(diǎn)42分，星期六2)影響充型能力的因素（1）合金性質(zhì)

化學(xué)成分對(duì)合金的流動(dòng)性影響最為顯著：合金的熔點(diǎn)越低，結(jié)晶溫度區(qū)間越小，流動(dòng)性越好。

黏度、結(jié)晶潛熱：粘度愈大、結(jié)晶潛熱愈小，其流動(dòng)性愈差。第18頁(yè)，共60頁(yè)，2022年，5月20日，14點(diǎn)42分，星期六Fe-C合金的流動(dòng)性與狀態(tài)圖的關(guān)系(a)相同過(guò)熱溫度的流動(dòng)性(b)相同澆注溫度的流動(dòng)性第19頁(yè)，共60頁(yè)，2022年，5月20日，14點(diǎn)42分，星期六純金屬或共晶合金，逐層凝固方式，流動(dòng)性好。

合金的結(jié)晶溫度范圍很寬，如亞共晶合金，糊狀凝固方式，流動(dòng)性差。鑄鋼(<0.6%)，熔點(diǎn)高，過(guò)熱度比鑄鐵小，液流時(shí)間短，散熱快，流動(dòng)能力相對(duì)差。合金液如高鉻耐熱鋼液含較多Cr2O3，使粘度顯著增大，流動(dòng)性很差。第20頁(yè)，共60頁(yè)，2022年，5月20日，14點(diǎn)42分，星期六合金鑄型澆注溫度/℃螺旋線長(zhǎng)度/mm鑄鐵：w(C+Si)=6.2%w(C+Si)=5.9%w(C+Si)=5.2%w(C+Si)=4.2%砂型1300130013001300180013001000600鑄鋼：w(C)=0.4%砂型16001640100200鋁硅合金金屬型(300℃)690～720100～800鎂合金（Mg-Al-Zn）砂型700400～600錫青銅：w(Sn)=9%～11%w(Zn)=2%～4%硅黃銅：w(Si)=1.5%～4.5%砂型104011004201000常用合金的流動(dòng)性（試樣截面8㎜×8㎜）灰鑄鐵、硅黃銅的流動(dòng)性最好，鑄鋼的流動(dòng)性最差。第21頁(yè)，共60頁(yè)，2022年，5月20日，14點(diǎn)42分，星期六（2）鑄型條件：鑄型材料的導(dǎo)熱系數(shù)：金屬型<砂型鑄型中氣體（3）澆注條件:澆注溫度、充型壓力、澆注速度、澆注系統(tǒng)澆注溫度指的是澆注時(shí)熔融合金的溫度，一般要求比它的液相線溫度高，即存在過(guò)熱度，推遲它的凝固時(shí)間，以保持良好的流動(dòng)性。但是也不能太高，否則造成氧化，吸氣，過(guò)收縮，粘砂，脹砂等不良后果。所以，每種合金有自己的合理澆注溫度范圍。澆注溫度：鑄鋼1520-1620℃；鑄鐵1230-1450℃；鋁合金680-780℃。第22頁(yè)，共60頁(yè)，2022年，5月20日，14點(diǎn)42分，星期六

（4）鑄件結(jié)構(gòu)鑄件壁厚過(guò)小、壁厚急劇變化、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、大水平面等均使合金液流動(dòng)困難。通過(guò)兩個(gè)途徑發(fā)生作用：影響金屬與鑄型之間的熱交換條件，改變金屬液的流動(dòng)時(shí)間；影響金屬液在鑄型中的水動(dòng)力學(xué)條件，改變金屬液的流動(dòng)速度。第23頁(yè)，共60頁(yè)，2022年，5月20日，14點(diǎn)42分，星期六

2、合金的收縮收縮：合金從液態(tài)冷卻到常溫的過(guò)程中，體積和尺寸縮小的現(xiàn)象。合金收縮經(jīng)歷如下三個(gè)階段：液態(tài)收縮：從澆注溫度到液相線溫度間的收縮；凝固收縮：從液相線溫度到固相線溫度間的收縮；固態(tài)收縮：從固相線溫度到室溫間的收縮。

前兩個(gè)階段的收縮使合金體積減少，表現(xiàn)為鑄型內(nèi)液面的降低，用體收縮率表示，是鑄件產(chǎn)生縮孔或縮松的根本原因。

后一階段表現(xiàn)為鑄件的外形尺寸減小，用線收縮率表示，是鑄件產(chǎn)生應(yīng)力、變形、裂紋的根本原因。第24頁(yè)，共60頁(yè)，2022年，5月20日，14點(diǎn)42分，星期六體收縮率：線收縮率：合金種類體收縮率/%線收縮率/%碳素鑄鋼10～14.5～2白口鑄鐵12～14～2灰鑄鐵5～8～1

表1.4鐵碳合金的收縮率V0，V1——金屬在t0和t1時(shí)的體積，m3；l0，l1——金屬在t0和t1時(shí)的長(zhǎng)度，m；

——金屬在t0和t1溫度范圍內(nèi)的體收縮系數(shù)和線收縮系數(shù)，1/oC第25頁(yè)，共60頁(yè)，2022年，5月20日，14點(diǎn)42分，星期六階段特點(diǎn)Ⅰ液態(tài)收縮

澆注溫度—液相線體積收縮，澆注溫度升高，液態(tài)收縮增加。

Ⅱ凝固收縮

液相線—結(jié)晶完了體積收縮，結(jié)晶溫度區(qū)間升高，凝固收縮增加。

Ⅲ固態(tài)收縮

結(jié)晶完了—室溫除體積收縮外，還有尺寸上的縮減，常用線收縮率表示。第26頁(yè)，共60頁(yè)，2022年，5月20日，14點(diǎn)42分，星期六影響收縮的因素化學(xué)成分：不同成分的合金其收縮率一般也不相同。在常用鑄造合金中鑄剛的收縮最大，灰鑄鐵最小。

澆注條件：

合金澆注溫度越高，過(guò)熱度越大，液體收縮越大。鑄件結(jié)構(gòu)與鑄型條件：

鑄件冷卻收縮時(shí)，因其形狀、尺寸的不同，各部分的冷卻速度不同，導(dǎo)致收縮不一致，且互相阻礙，又加之鑄型和型芯對(duì)鑄件收縮的阻力，故鑄件的受阻收縮率總是小于其自由收縮率。這種阻力越大，鑄件的受阻收縮率就越小。第27頁(yè)，共60頁(yè)，2022年，5月20日，14點(diǎn)42分，星期六第28頁(yè)，共60頁(yè)，2022年，5月20日，14點(diǎn)42分，星期六三、鑄造性能對(duì)鑄件質(zhì)量的影響鑄造性能

合金在鑄造成型的整個(gè)工藝過(guò)程中，容易獲得外形準(zhǔn)確、內(nèi)部健全鑄件的性能。通常用充型能力、收縮性來(lái)衡量。充型能力不好：鑄件易產(chǎn)生澆不足、冷隔、氣孔、夾雜、縮孔、熱裂等缺陷。合金的收縮：是鑄件中許多缺陷（縮孔、縮松、應(yīng)力、變形和裂紋等）產(chǎn)生的基本原因。第29頁(yè)，共60頁(yè)，2022年，5月20日，14點(diǎn)42分，星期六1、縮孔和縮松

鑄件凝固結(jié)束后在某些部位出現(xiàn)孔洞，大而集中的空洞稱為縮孔，細(xì)小而分散的孔洞稱為縮松。

第30頁(yè)，共60頁(yè)，2022年，5月20日，14點(diǎn)42分，星期六第31頁(yè)，共60頁(yè)，2022年，5月20日，14點(diǎn)42分，星期六縮孔特點(diǎn)常出現(xiàn)于純金屬、共晶成分合金和結(jié)晶溫度范圍較窄的以層狀凝固方式凝固的鑄造合金中；多集中在鑄件的上部和最后凝固的部位；鑄件厚壁處、兩壁相交處及內(nèi)澆口附近等凝固較晚或凝固緩慢的部位（稱為熱節(jié)），也常出現(xiàn)縮孔；縮孔尺寸較大，形狀不規(guī)則，表面不光滑。

第32頁(yè)，共60頁(yè)，2022年，5月20日，14點(diǎn)42分，星期六縮孔、縮松產(chǎn)生的基本原因：合金的液態(tài)收縮和凝固收縮值遠(yuǎn)大于固態(tài)收縮值?？s孔形成條件：金屬在恒溫或很小的溫度范圍內(nèi)結(jié)晶，鑄件以逐層凝固方式進(jìn)行?？s松形成條件：主要出現(xiàn)在結(jié)晶溫度范圍寬、呈糊狀凝固方式的合金中，或鑄件厚壁中。第33頁(yè)，共60頁(yè)，2022年，5月20日，14點(diǎn)42分，星期六第34頁(yè)，共60頁(yè)，2022年，5月20日，14點(diǎn)42分，星期六縮松的特點(diǎn)形成縮松的原因與縮孔相同；縮松多出現(xiàn)在結(jié)晶溫度范圍寬、呈糊狀凝固方式的合金中縮松常出現(xiàn)在縮孔附近或鑄件厚壁的中心部位。第35頁(yè)，共60頁(yè)，2022年，5月20日，14點(diǎn)42分，星期六

縮孔和縮松的防止危害：顯著降低鑄件的機(jī)械性能，造成鑄件滲漏等。縮孔縮松第36頁(yè)，共60頁(yè)，2022年，5月20日，14點(diǎn)42分，星期六防止措施：基本原則：針對(duì)合金的收縮和凝固特點(diǎn)制定正確的鑄造工藝，使鑄件在凝固過(guò)程中建立良好的補(bǔ)縮條件，盡可能使縮松轉(zhuǎn)化為縮孔，并通過(guò)控制鑄件的凝固過(guò)程使之符合順序凝固的原則，并在鑄件最后凝固的對(duì)方安置一定尺寸的冒口，使縮孔移至冒口中，就可以獲得合格的鑄件。主要工藝措施：合理確定內(nèi)澆口位置及澆注工藝；合理應(yīng)用冒口、冷鐵等工藝措施。第37頁(yè)，共60頁(yè)，2022年，5月20日，14點(diǎn)42分，星期六

安放冒口和冷鐵實(shí)現(xiàn)順序凝固，主要用于必須補(bǔ)縮的場(chǎng)合，如鋁青銅、鑄鋼件等。對(duì)于糊狀凝固傾向的合金，由于發(fā)達(dá)的樹枝晶堵塞了冒口的補(bǔ)縮通道，難以避免顯微縮松。生產(chǎn)鑄件宜選用具有層狀凝固傾向的合金，如近共晶成分或結(jié)晶溫度范圍較窄的合金。冒口只能在其有效補(bǔ)縮范圍進(jìn)行補(bǔ)縮。第38頁(yè)，共60頁(yè)，2022年，5月20日，14點(diǎn)42分，星期六第39頁(yè)，共60頁(yè)，2022年，5月20日，14點(diǎn)42分，星期六第40頁(yè)，共60頁(yè)，2022年，5月20日，14點(diǎn)42分，星期六

在鑄件凝固末期高溫下形成的，此時(shí)合金處于熱脆區(qū)。2、鑄件的熱裂熱裂紋形成示意圖第41頁(yè)，共60頁(yè)，2022年，5月20日，14點(diǎn)42分，星期六形狀特征：縫隙寬、形狀曲折、縫內(nèi)呈氧化色。熱裂經(jīng)常出現(xiàn)在鑄件最后凝固的部位或鑄件表面易產(chǎn)生應(yīng)力集中的地方。形成熱裂的主要原因：鑄件的凝固方式寬凝固溫度范圍呈糊狀凝固方式的合金最易產(chǎn)生熱裂。共晶合金最不容易產(chǎn)生熱裂。含硫量愈高，熱裂傾向愈大。凝固時(shí)期受到阻礙的大小鑄型的退讓性愈好，機(jī)械應(yīng)力愈小，熱裂傾向愈小退讓性：指型（芯）砂隨鑄件冷卻收縮是否易被壓縮的性能第42頁(yè)，共60頁(yè)，2022年，5月20日，14點(diǎn)42分，星期六

防止熱裂方法：鑄件結(jié)構(gòu)合理，壁厚均勻，避免熱節(jié)；改善鑄型和型芯的退讓性，減小澆、冒口機(jī)械阻礙；采用同時(shí)凝固原則；提高合金質(zhì)量，減少合金中有害雜質(zhì)含量。如限制鑄鋼和鑄鐵中的S和P含量。生產(chǎn)時(shí)選用結(jié)晶溫度區(qū)間小的合金。第43頁(yè)，共60頁(yè)，2022年，5月20日，14點(diǎn)42分，星期六3、鑄造應(yīng)力1）鑄造應(yīng)力形成的原因鑄造應(yīng)力：鑄件在凝固、冷卻過(guò)程中由于各部分體積變化不一致、彼此制約而引起的應(yīng)力。鑄造應(yīng)力是鑄件產(chǎn)生變形和開裂的基本原因。按其形成原因分為：熱應(yīng)力和機(jī)械應(yīng)力。鑄造應(yīng)力熱應(yīng)力機(jī)械應(yīng)力

鑄件收縮受到機(jī)械阻礙機(jī)械應(yīng)力一般為拉應(yīng)力鑄件各部分因冷卻速度不同，各部位收縮不一致產(chǎn)生第44頁(yè)，共60頁(yè)，2022年，5月20日，14點(diǎn)42分，星期六（1）熱應(yīng)力

鑄件凝固后，在繼續(xù)冷卻凝固的過(guò)程中，由于鑄件壁厚不均勻、各部分冷卻速度不同，在同一時(shí)期內(nèi)鑄件各部分收縮不一致而引起的。

落砂后熱應(yīng)力仍存在與鑄件之中，屬于殘余應(yīng)力。第45頁(yè)，共60頁(yè)，2022年，5月20日，14點(diǎn)42分，星期六第46頁(yè)，共60頁(yè)，2022年，5月20日，14點(diǎn)42分，星期六細(xì)桿：壓應(yīng)力粗桿：拉應(yīng)力第47頁(yè)，共60頁(yè)，2022年，5月20日，14點(diǎn)42分，星期六鑄件熱應(yīng)力的產(chǎn)生第48頁(yè)，共60頁(yè)，2022年，5月20日，14點(diǎn)42分，星期六

分析下列鑄件內(nèi)的縱向殘余應(yīng)力厚壁筋板內(nèi)拉伸應(yīng)力薄壁筋板內(nèi)壓縮應(yīng)力中心近軸線部位受拉外部近圓周部位受壓第49頁(yè)，共60頁(yè)，2022年，5月20日，14點(diǎn)42分，星期六（2）機(jī)械應(yīng)力：鑄件冷卻到彈性狀態(tài)后，由于收縮受到鑄型、型芯和澆、冒口等的阻礙而引起的應(yīng)力。

機(jī)械應(yīng)力一般為拉應(yīng)力，在落砂、去澆冒口之后，應(yīng)力隨之消失，屬于臨時(shí)應(yīng)力。第50頁(yè)，共60頁(yè)，2022年，5月20日，14點(diǎn)42分，星期六

鑄造應(yīng)力是熱應(yīng)力和機(jī)械阻礙應(yīng)力等的代數(shù)和。盡管機(jī)械阻礙應(yīng)力為臨時(shí)應(yīng)力，若與熱應(yīng)力同時(shí)作用，在超過(guò)抗拉強(qiáng)度瞬間，鑄件產(chǎn)生裂紋。

第51頁(yè)，共60頁(yè)，2022年，5月20日，14點(diǎn)42分，星期六2）減小和消除鑄造應(yīng)力的方法

同時(shí)凝固原則

提高鑄型和型芯的退讓性、合理設(shè)置澆、冒口。

減小機(jī)械阻礙

在結(jié)構(gòu)上避免阻礙收縮的結(jié)構(gòu)。如壁厚均勻、壁之間連接均勻、熱節(jié)小而分散的結(jié)構(gòu)。去應(yīng)力退火

將鑄件加熱到彈塑性狀態(tài)（鑄鐵為500-600度），在此溫度下保溫一段時(shí)間，使應(yīng)力消