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1、2019/10/22,1,第二篇 铸造,第二篇 铸造,2019/10/22,2,司母戊方鼎（商）,青铜器，铸于商朝，司母戊鼎通高133厘米,横长110厘米,宽78厘米，重875公斤，纹饰华美,2019/10/22,3,越王勾践剑,2019/10/22,4,曾侯乙编钟,战国时代初期（公元前433）南部诸候国曾国国君曾候乙的殡葬物 。全套编钟上装饰有人、兽、龙等花纹，铸制精美，花纹细致清晰，并刻有错金铭文，用以标明各钟的发音音调。,2019/10/22,5,永乐大钟（明）,青铜，铸于1420年，为明成祖朱棣亲自设计。重46.5吨，铸有23万经文,铸造于后周公元953年。铁狮子通高5.78米，身长6
2、.5米，体宽3.17米，重约30吨,沧州铁狮,2019/10/22,6,第二篇 铸造,一、概述,铸造(Casting)：将熔炼好的液态金属浇注到与零件的形状、尺寸相适应的铸型空腔中，待其冷却凝固，以获得毛坯或零件的成型方法。,金属熔化,液态金属浇入铸型,落砂清理后成为铸件,2019/10/22,7,第二篇 铸造,二、铸造特点,铸造的优点：,（1）材料来源广； （2）废品可重熔； （3）设备投资低。,1可生产任意复杂形状的制件，特别是内腔形状复杂的毛坯。如汽缸体、汽缸盖、蜗轮叶片、床身件等。,（1）合金种类不受限制； （2）铸件大小几乎不受限制。,2适应性强：,3成本低：,4对于某些塑性很差的材
3、料，如铸铁等，液态成形是制造其毛坯或零件的唯一成型工艺。,飞机叶轮,2019/10/22,8,第二篇 铸造,铸造的缺点：,金属液态成形工艺过程比较复杂，一些工艺过程还难以控制； 液态成形零件，其内部组织的均匀性、致密性一般较差； 液态成形零件缺陷较多，易出现缩孔、缩松、气孔、砂眼、夹渣、夹砂、裂纹等缺陷，产品质量不够稳定； 由于铸件内部晶粒粗大，组织不均匀，且常伴有缺陷，其力学性能低于同类材料采用其它成型方法所得到的毛坯或零件。,2019/10/22,9,1、铸造工艺基础 围绕金属或合金的铸造性能，学习铸造工艺成型基础。 2、砂型铸造 回顾砂型铸造的造型方法和生产过程，学习砂型铸造工艺方案的制
4、定。 3、特种铸造 了解几种特种铸造方法的原理、特点及适用范围。 4、铸造工艺设计要点 掌握铸件结构设计（工艺性）,第二篇 铸造,主要内容,2019/10/22,10,第五章 铸造工艺基础,教学要求： 1.要重点掌握铸造合金液体的流动性及其影响因素； 2.缩孔与缩松的产生与防止； 3.铸造应力、变形与裂纹的产生与防止。 4.掌握铸件质量的综合控制方法。,5.2 铸造合金的凝固与收缩,5.1 液态合金的充型,5.3 铸造内应力、变形与裂纹,5.4 铸件的气孔与偏析（自学）,作业：P68: 5.1; 5.4; 5.5,液态合金的工艺性能,铸造性能,通常是指合金的流动性、收缩性、 吸气性及偏析等性能
5、,合金铸造性能是选择铸造金属材料，确定铸件的铸造工艺方案及进行铸件结构设计的依据,2019/10/22,11,第二篇 铸造,第一节 液态合金的充型,充型：液态合金填充铸型的过程，简称充型。 充型能力： 液态金属充满铸型型腔，获得尺寸精确、轮廓清晰的成型件的能力。,充型能力的决定因素,合金的流动性 浇注条件 铸型填充条件 铸件结构等,充型能力不足,浇不足,冷 隔,夹 砂,气 孔,夹 渣,2019/10/22,12,第二篇 铸造,一、合金的流动性,合金的流动性： 液态合金本身的流动能力。,1）流动性愈好，充型能力愈好，愈便于浇铸出轮廓清晰、薄而复杂的铸件。 2）合金流动性的测定：将合金液浇入铸型中
6、，冷凝后测出充满型腔的螺旋形试样长度来衡量。在相同浇注条件下，浇出的试样愈长，合金的流动性越好，合金充型能力越好。,2019/10/22,13,铸钢的流动性,铸铁的流动性,几种不同合金流动性的比较,2019/10/22,14,合金流动性的决定因素： 合金的种类: 合金不同流动性不同； 化学成分：同种合金，成分不同，具有不同的结晶特点，流动性也不同；,第二篇 铸造,Fe-C合金流动性与含碳量关系,液相线与固相线间的距离（T液T固）称为结晶间隔。 结晶间隔越大流动性越差，反之越好，因此共晶成分合金流动性最好。,2019/10/22,15,几种不同合金流动性的比较,第二篇 铸造,2019/10/22
7、,16,二、浇注条件,1、浇注温度 浇注温度液态合金含热量多铸型温度液态合金冷却速度合金流动性充型能力 温度过高，总收缩量增加，易产生缩松、缩孔、粗晶、气孔等缺陷。 2、充型压力（液态金属在流动方向上所受的压力称为充型压力） 充型压力充型能力 3、浇注系统 结构越复杂，则流动阻力充型能力,第二篇 铸造,2019/10/22,17,三、铸型填充条件,1、铸型的蓄热能力：铸型从液态合金中吸收和存储热量的能力 导热系数大，比热大，对液态合金的激冷能力越强，充型能力 2、铸型温度 温度 液态合金冷却速度充型能力 3、铸型中气体 排气能力差，型腔中气体压力增大，阻碍液态合金的充型 所以铸型应具有良好透气
8、性，并在最高处设出气口,当铸件壁厚过小，壁厚急剧变化或有大的水平平面结构（铸件壁厚相同时，垂直壁比水平壁更容易充填）时，会使金属液流动困难，因此，设计壁厚必须大于规定的最小允许壁厚。,第二篇 铸造,四、铸件结构 (铸铁最小壁厚),2019/10/22,18,1. 液态合金的充型能力与合金的流动性有何关系? 2. 不同化学成分的合金为何流动性不同? 3. 某企业生产一批铸件经常出现浇不足、冷隔等缺陷，试提出改进措施？ 4. 如何提高合金液的充填能力？ 5. 既然提高浇铸温度可提高液态合金的充型能力，但为什么要防止浇铸温度过高？,思考,第二篇 铸造,2019/10/22,19,第二节 铸件的凝固与
9、收缩,第二篇 铸造,逐层凝固,糊状凝固,中间凝固,在铸件的凝固过程中，其截面一般存在三个区域，即液相区、凝固区、固相区。对铸件质量影响较大的主要是液相和固相并存的凝固区的宽窄。铸件的凝固方式就是依据凝固区的宽窄来划分的。,一、铸件的凝固方式,2019/10/22,20,第二篇 铸造,逐层凝固（充型能力好，便于补缩） 1、凝固方式 糊状凝固(易形成缩孔、难以获得结晶紧实的铸件） 中间凝固（介于上两者间）,（1）合金的结晶温度范围,合金的结晶温度范围愈小，凝固区域愈窄，愈倾向于逐层凝固 。,（2）铸件的温度梯度,在合金结晶温度范围已定的前提下，凝固区域的宽窄取决与铸件内外层之间的温度差。若铸件内外
10、层之间的温度差由小变大，则其对应的凝固区由宽变窄 。,2、影响铸件凝固方式的因素,2019/10/22,21,二、合金的收缩,1. 收缩的概念：铸造合金在浇注、凝固、直至冷却到室温的过程中，其体积或尺寸缩减的现象称为收缩。,第二篇 铸造,铸造合金的收缩阶段,：从浇注温度到凝固开始（即液相线）温度间的收缩。 ：从凝固开始到凝固终止（即固相线）温度间的收缩。 ：从凝固终止温度到室温间的收缩。,2019/10/22,22,合金收缩,固态合金冷却,液态合金冷却,液态收缩,凝固收缩,缩孔:恒温下结晶,缩松:两相区结晶,固态收缩（线收缩）,裂纹,变形,应力,铸型条件,铸件结构,浇注温度,化学成分(c含量)
11、,合金收缩,第二篇 铸造,（体收缩）,2019/10/22,23,影响合金收缩的因素： （1）化学成分（碳存在形式）,第二篇 铸造,铸铁中的碳以石墨形式析出时，会抵消部分凝固收缩。,渗碳体,片状石墨,（2）浇注温度： 浇注温度越高，过热度越大，液态收缩量越大，故总收缩量增加。 （3）铸型条件与铸型结构：铸型条件与铸型结构越复杂，收缩受阻越严重，故总收缩量减少。,2019/10/22,24,在铸造的实际生产中，常采用“高温出炉，低温浇注”的原则，为什么？,思考,第二篇 铸造,2019/10/22,25,在铸造的实际生产中，常采用“高温出炉，低温浇注”的原则，为什么？,第二篇 铸造,高温出炉有利于
12、渣气上浮、净化铁水；浇注温度越高，充型能力越好，可防止铸件产生浇不足、冷隔等铸造缺陷，但浇注温度过高，液态金属的总收缩量增加，吸气增多，氧化严重，铸件容易产生缩孔、缩松、粘砂、气孔、粗晶等缺陷，因此，在保证足够流动性的前提下尽量降低浇注温度。,思考,2019/10/22,26,三.缩孔的形成,1) 缩孔的定义：液态金属在冷凝过程中，若其液态收缩和凝固收缩所缩减的容积得不到补充，则在铸件最后凝固的部位形成大而集中的孔洞称为缩孔。 2) 缩孔的形成条件：铸件呈逐层凝固方式凝固。 3 ) 易形成缩孔的金属：纯金属、共晶成分和凝固温度范围窄的合金。,第二篇 铸造,2019/10/22,27,四.缩松的
13、形成,第二篇 铸造,1) 缩松的定义：液态金属在冷凝过程中，若其液态收缩和凝固收缩所缩减的容积得不到补充，则在铸件最后凝固的部位形成细小而分散的孔洞称为缩松。 2) 缩松的形成条件：铸件呈糊状凝固方式凝固。 3) 易形成缩松的金属：非共晶成分或有较宽结晶温度范围的合金。,2019/10/22,28,第二篇 铸造,五.影响缩孔和缩松形成的因素,合金成分 浇注条件 铸型材料 铸件结构,2019/10/22,29,第二篇 铸造,1）合金成分,2）浇注条件 （1）提高浇注温度，使合金的总收缩量增大，缩孔倾向增加。 （2）降低浇注速度或向冒口中不断补浇高温合金液，使铸件补缩，使得合金的总收缩量减小，缩孔
14、容积减小。,2019/10/22,30,第二篇 铸造,3）铸型材料 铸型材料的冷却能力强，缩松倾向减少。 4）铸件结构 铸件结构与形成缩孔、缩松的关系极大。,缩孔易出现的部位:铸件最后凝固区，如壁厚较大的上部或铸件两壁相交处，这些地方称为热节处（用画内切圆法确定）。,缩松易出现的部位:铸件壁的轴线区域、冒口根部、热节处，也常出现在集中缩孔的下方。,2019/10/22,31,六、缩孔和缩松的防止,第二篇 铸造,（1）控制铸件的凝固过程 顺序凝固原则 同时凝固原则 （2）合理采用冒口、冷铁等工艺措施,2019/10/22,32,顺序凝固原则,第二篇 铸造,顺序凝固原则：使铸件上远离冒口的部分到冒
15、口之间建立一逐渐递增的温度梯度，从而实现由远离冒口的部分向冒口的方向顺序地凝固，这样铸件上每部分的收缩都能得到稍后凝固部分合金液的补充，实现以厚补薄，将缩孔转移到冒口中去。,优点：冒口补缩作用好； 缺点： 1. 铸件各部分冷却速度不一致，易产生铸造应力、变形及裂纹等缺陷； 2. 增加金属的消耗和切割冒口的工作量；,2019/10/22,33,第二篇 铸造,同时凝固原则,同时凝固原则：使铸件各部分的冷却速度尽量相等，以达到铸件各部分几乎同时凝固完结。 同时凝固方法：把内浇口开设在铸件的薄壁处以减缓冷却速度，而在厚壁处放置冷铁以加快其冷却速度。,优点： 1.不易产生铸造应力、变形及裂纹等缺陷； 2
16、.不必设置冒口，既简化工艺，又节省材料。 缺点：使铸件中心区域出现缩松，影响铸件致密性。,2019/10/22,34,两种凝固原则的适用场合,顺序凝固原则：适用于收缩较大的合金 （铸钢、可锻铸铁、 黄铜）；壁厚有较大悬殊或有热节存在；要求气密性高的铸件； 同时凝固原则：适用于收缩较小的合金（碳、硅含量较高的灰口铸铁和球墨铸铁等）；也用于结晶范围不大、不易实现冒口补缩、对气密性要求不高的锡青铜铸件；壁厚均匀的薄壁铸件。,2019/10/22,35,合理采用冒口、冷铁等工艺措施,第二篇 铸造,1. 孤立的热节用冷铁加速冷却（同时凝固原则）； 2. 厚实部分用冒口补偿（顺序凝固原则）。,2019/10/22,36,第三节 铸造内应力、变形与裂纹,第二篇 铸造,铸件在凝固以后的继续冷却过程中，其固态收缩受到阻碍，铸件内部即将产生内应力，称为铸造应力。,内应力,热应力,机械应力,变形,裂纹,由于铸件壁厚不均匀，各部分的冷却速度也不相同
