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1、 2004 金工教研室,机械制造基础,机械制造基础,金工教研室制造科学与工程学院2007年春季学期,第二讲 铸造工艺与常见铸铁, 2004 金工教研室,机械制造基础,第二讲 铸造工艺,铸造工艺：液态金属铸造型腔冷却铸件你见过哪些机器上有铸件铸件的优越性形状复杂适应性好成本低铸造方法, 2004 金工教研室,机械制造基础,本讲内容,铸造工艺基础常见铸造合金砂型铸造特种铸造铸件的结构工艺性, 2004 金工教研室,机械制造基础,一、铸造工艺基础,总结铸造工艺的目的：避免铸件可能出现的缺陷尽可能获取合格的铸件那么铸件容易产生哪些缺陷？是什么原因造成的缺陷？, 2004 金工教研室,机械制造基础,1、
2、常见铸造缺陷, 2004 金工教研室,机械制造基础,常见铸造缺陷, 2004 金工教研室,机械制造基础,第一类缺陷：浇不足、冷隔,较大的薄板浇不足冷隔原因：合金流动性存在差异, 2004 金工教研室,机械制造基础,第二类缺陷：缩孔、缩松,完整的外壳下面缩孔缩松成因铸件凝固过程的收缩, 2004 金工教研室,机械制造基础,2、形成这两类缺陷的原因,仔细考察这两方面的原因合金流动性的差异合金凝固时产生收缩合金为什么会有这样的差异？如何评价？, 2004 金工教研室,机械制造基础,（1）合金流动性评价实验,液态金属的充型合金的流动性, 2004 金工教研室,机械制造基础, 2004 金工教研室,机械
3、制造基础,实验发现了铁碳合金流动性与含碳量的关系, 2004 金工教研室,机械制造基础,流动性为什么与含碳量有关？,含碳量决定了合金凝固过程中：开始凝固的温度高低合金处于固液混合状态的温度范围宽窄即可决定：合金的凝固方式关键在于：凝固方式决定流动性差异, 2004 金工教研室,机械制造基础,铸件的凝固方式,逐层凝固,糊状凝固,中间凝固, 2004 金工教研室,机械制造基础,凝固对流动性的影响,恒温下凝固,一定温度范围下凝固, 2004 金工教研室,机械制造基础,不同凝固方式对流动性试验的影响, 2004 金工教研室,机械制造基础,（2）铸件的收缩,收缩现象温度降低液态收缩、凝固收缩、固态收缩（
4、）, 2004 金工教研室,机械制造基础,收缩特性为什么与合金成分有关？,合金成分决定开始凝固的温度高低越高则开始浇注的温度越高越高则固态收缩越大合金处于固液混合状态的温度范围宽窄越宽则凝固收缩越大, 2004 金工教研室,机械制造基础,3、第一类缺陷的改进措施,第一类铸造缺陷浇不足冷隔改进措施提高金属液流动性选择流动性好的合金提高金属液的充型能力, 2004 金工教研室,机械制造基础,液态金属充型能力的影响因素,浇铸条件浇铸温度：温度高，保持流动的时间长充型压力：压力高有利于充型压力铸造、低压铸造、离心铸造铸型填充条件铸型材料：造型材料比热容影响金属液降温速度金属型比砂型容易浇不足、冷隔铸型
5、温度：铸型预热有利于金属液保持流动性铸型中的气体：铸型的排气能力影响型腔气压, 2004 金工教研室,机械制造基础,但是：如果浇注温度太高,提高温度 充型能力提高薄板浇注需要提高浇注温度但是过高缩孔缩松粘砂气孔晶粒粗大因此满足铸件要求后不宜过高, 2004 金工教研室,机械制造基础,如果铸型预热不当,砂型预热后铸型强度可能下降易粘砂金属液冲击下可能垮砂形成夹砂、砂眼、夹渣, 2004 金工教研室,机械制造基础,4、第二类缺陷的改进措施,（1）凝固特性对形成缩孔、缩松的影响（2）改进措施？, 2004 金工教研室,机械制造基础,（1）缩孔、缩松的形成过程,结论：逐层凝固形成缩孔, 2004 金工
6、教研室,机械制造基础,缩松现象,缩松宏观缩松微观缩松缩松与缩孔倾向相反逐层凝固（小、大）糊状凝固（大、小）, 2004 金工教研室,机械制造基础,缩松的形成过程,结论：糊状凝固形成缩松, 2004 金工教研室,机械制造基础,（2）防止缩孔缩松：定向凝固,定向凝固（顺序凝固）先冷的不易形成缩孔和宏观缩松凝固过程、冒口、冷铁温度场、应力、（铝青铜、铝硅合金、铸钢）, 2004 金工教研室,机械制造基础,但是定向凝固问题更多,糊状凝固的合金（锡青铜）流动性很差，冒口起不到补缩作用不均匀的温度场导致铸件不均匀热应力变形裂纹, 2004 金工教研室,机械制造基础,5、第三类缺陷：变形、裂纹,除了正常收缩
7、变形铸件外形不规则变形外形破坏：裂纹成因铸件不均匀的内应力热应力机械应力铸件强度降低, 2004 金工教研室,机械制造基础,（1）铸造热应力,先冷受压后冷受拉,室温下：, 2004 金工教研室,机械制造基础,避免热应力的措施：同时凝固,同时凝固均匀温度场避免先冷后冷可用于铸铁：缩孔缩松倾向小锡青铜：糊状凝固，定向也没有用，不能避免微观缩松, 2004 金工教研室,机械制造基础,（2）机械应力, 2004 金工教研室,机械制造基础,（3）铸件变形及防止,不均匀内应力导致铸造后变形、切削后变形防止措施壁厚均匀、形状对称、同时凝固、反变形、时效处理、人工时效（退火）, 2004 金工教研室,机械制造
8、基础,（4）铸件切削后的变形,圆柱体铸件铸造后的应力分布？先冷受压、后冷受拉车削外圆后变短？变长？去掉受压部分，收缩变短钻孔后变短？变长？去掉受拉部分，拉伸变长铣削侧面后？向去掉一侧弯曲, 2004 金工教研室,机械制造基础,（5）裂纹及其防止,高温下形成：热裂凝固末期局部固液混合强度极低合金性质结晶温度宽、糊状凝固含S增加热脆性铸型阻力机械应力大低温下形成：冷裂（受拉、应力集中）部位合金塑性含P增加冷脆性, 2004 金工教研室,机械制造基础,6、总结：共晶铸铁好,共晶成分铸铁的优良性质固液线间距离最小（1148）结晶温度范围小逐层凝固流动性最好没有小晶粒阻碍流动无糊状凝固时的发达树状晶架凝
9、固收缩和固态收缩最小凝固收缩0.1，总收缩率最小（7左右）, 2004 金工教研室,机械制造基础,总结：共晶铸铁好,第一类流动性缺陷：浇不足、冷隔在铁碳合金中流动性最好，最不易出现浇不足和冷隔第二类收缩性缺陷：缩孔、缩松缩孔缩松倾向小流动性好保证：只要合理利用冒口，补缩作用明显不用定向凝固，可避免形成不均匀热应力第三类内应力缺陷：变形、裂纹不均匀热应力倾向小：可采用同时凝固避免铸件不均匀温度场机械应力小：收缩率小变形倾向最小：不均匀内应力倾向最小热裂倾向小：凝固末期没有固液混合阶段收缩倾向小，机械应力较小，铸型阻力较小, 2004 金工教研室,机械制造基础,铸造缺陷及其防止措施,铸造缺陷名称（
10、JB302-64）质量控制严格控制合金成分铸件结构工艺性热处理消除应力、改善性能制定合理技术要求：有缺陷不一定都是废品制定合理对症的工艺措施, 2004 金工教研室,机械制造基础,关于铸造工艺性,合金成分,凝固方式,流动性,结晶温度范围宽窄,收缩特性,第一类缺陷冷隔、浇不足,第二类缺陷缩孔、缩松, 2004 金工教研室,机械制造基础,两类缺陷的改进,第一类缺陷冷隔、浇不足,提高浇注温度,铸型预热,缩孔、缩松,收缩过大,粘砂,超过铸型耐热温度,晶粒粗大,冷却过程太长,气孔,高温下发生反应,铸型强度降低,粘砂金属液冲击下可能垮砂夹砂、砂眼、夹渣, 2004 金工教研室,机械制造基础,两类缺陷的改进
11、,第二类缺陷缩孔、缩松,顺序凝固,第三类缺陷热应力变形、裂纹,不均匀温度场,铸型阻碍收缩,同时凝固,逐层凝固,糊状凝固,缩孔,缩松, 2004 金工教研室,机械制造基础,分清楚,合金固有的凝固方式逐层凝固糊状凝固中间凝固两种工艺为了避免缩孔、缩松顺序凝固（或者称为“定向凝固”）为了避免形成热应力同时凝固, 2004 金工教研室,机械制造基础,二、常见铸造合金,铸铁灰口铸铁：碳多以石墨形态存在灰铸铁、可锻铸铁、球墨铸铁、蠕墨铸铁白口铸铁：硬、脆、难以加工，不能用铸钢铸造铜、铝合金, 2004 金工教研室,机械制造基础,普通灰铸铁, 2004 金工教研室,机械制造基础,普通灰铸铁的性质,片状石墨b
12、 120250MPa、抗拉强度很差塑性、韧性差抗压强度与钢接近（应合理应用）不能锻造、焊接性能极差（白口组织）铸造性能极好切削加工性能极好, 2004 金工教研室,机械制造基础,灰铸铁的优良性能,优良的减振性耐磨性好锁锈了怎么办？缺口敏感性小：赖皮：内部已经好多微缺口了, 2004 金工教研室,机械制造基础,灰铸铁的石墨化,珠光体灰铸铁（P基）石墨细小、分布均匀强度硬度高、用于重要机件珠光体铁素体灰铸铁（PF基）石墨呈粗大片状强度略低、铸造性能极好、减振性好铁素体灰铸铁（F基）石墨过多、过于粗大，应用极少, 2004 金工教研室,机械制造基础,化学成分影响石墨化,C%Si% vs 壁厚I白口I
13、Ia麻口IIP基IIbPF基IIIF基最佳：共晶C%=3%-3.5%Si1.4%-2.4%S、P有害，Mn有益, 2004 金工教研室,机械制造基础,不同厚度不同组织不同性能,一包铁水C%=3.2% Si%=1.8%wc+wsi%=5.0%凝固后不同厚度截面上的组织 5mm：白口或麻口10mm：P基灰铸铁20mm：P基灰铸铁30mm：PF基灰铸铁40mm：F基灰铸铁薄了不行，厚了更不行,5,10,20,30,40, 2004 金工教研室,机械制造基础,原因：冷却速度影响石墨化,快,慢, 2004 金工教研室,机械制造基础,其他常识,孕育铸铁实质为P基牌号（GB5675-85）HT100（F基）
14、 、HT150（PF基）HT200、HT250 （P基）HT300、HT350 （孕育）壁厚越大，抗拉强度越小？（讨论其原因）生产特点共晶，工艺简化、1200-1350浇铸、时效, 2004 金工教研室,机械制造基础,可锻铸铁黑心可锻铸铁, 2004 金工教研室,机械制造基础,珠光体可锻铸铁, 2004 金工教研室,机械制造基础,可锻铸铁常识,玛铁：白口铸铁经石墨化退火形成基体：F、P抗拉b 300400MPa有一定塑性韧性，但还是不可锻造牌号KTH300-06：抗拉MPa伸长率（黑心、珠光体、白心）, 2004 金工教研室,机械制造基础,球墨铸铁, 2004 金工教研室,机械制造基础,球墨铸
15、铁常识,强度接近钢：900MPa伸长率18铸造性能近似灰铸铁牌号：QT40018生产：铁水高含碳球化处理孕育处理正火：P基退火：F基, 2004 金工教研室,机械制造基础,蠕墨铸铁, 2004 金工教研室,机械制造基础,蠕墨铸铁常识,性能介于灰铸铁和球墨铸铁导热耐热性好、抗氧化、耐磨性极好牌号（GB5612-85）RuT-400：抗拉强度, 2004 金工教研室,机械制造基础,铸钢常识,应用广泛强度高、塑性韧性优良、焊接性能好铸焊联合结构：重型机械制造加入10各种合金元素耐磨、耐腐蚀、耐热铸造性能差：糊状凝固浇注温度高、流动性差收缩率大、一定要定向凝固, 2004 金工教研室,机械制造基础,铸钢件的铸造工艺示例, 2004 金工教研室,机械制造基础,铸造铜、铝合金,铸造铜合金铸造铝合金生产特点收缩率高，定向凝固锡青铜除外：为什么？, 2004 金工教研室,机械制造基础,这是什么铸铁？,可锻铸铁, 2004 金工教研室,
