Teaching Materials/Yuandong Li,1,一、灰铸铁的铸造性能 ㈠、流动性 1、定义：指金属液充填铸型的能力，一般用螺旋试样法测定第四节 灰铸铁的铸造性能和热处理,Teaching Materials/Yuandong Li,2,2、化学成分对流性的影响 普通灰铸铁一般为亚共晶成分，其偏离共晶点不远，结晶温度范围小，初生奥氏体枝晶不太发达，正常浇注温度下，流动性良好 随C、Si量增加， 碳当量提高，愈接近共晶点，液相线温度愈低，在相同的浇注温度下，其流动性愈好Mn和S对共晶度影响不大，主要以夹杂物形式存在，形成MnS，粘度升高，降低流动性P增加共晶度、形成低熔点共晶体，从而提高流动性第四节 灰铸铁的铸造性能和热处理,Teaching Materials/Yuandong Li,3,3、浇注温度的影响,第四节 灰铸铁的铸造性能和热处理,那么，是不是浇注温度越高越好呢？,Teaching Materials/Yuandong Li,4,3、浇注温度的影响 浇注温度的选择,第四节 灰铸铁的铸造性能和热处理,过低的浇注温度会提高气孔的废品率; 过高的浇注温度会导致金属的收缩增大，吸气增多，氧化严重，使铸件产生缩孔、缩松、气孔和粘砂等缺陷 故只对薄壁复杂铸件或所用材质为流动性较差的合金铸件，才采用提高浇注温度的方法来提高合金的充型能力。
一般情况下，在保证液态合金有足够充型能力的前提下，浇注温度不宜过高，通常控制的浇注温度为：灰铸铁1200～1380℃,凝固收缩阶段,铸件的凝固方式：逐层凝固，糊状凝固，中间凝固,在铸件凝固过程中，对铸件质量影响较大的主要 是固液两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第四节 灰铸铁的铸造性能和热处理,㈡、收缩特征及其伴生现象,Teaching Materials/Yuandong Li,5,第四节 灰铸铁的铸造性能和热处理,㈡、收缩特征及其伴生现象,Teaching Materials/Yuandong Li,6,第四节 灰铸铁的铸造性能和热处理,㈡、收缩特征及其伴生现象,Teaching Materials/Yuandong Li,7,第四节 灰铸铁的铸造性能和热处理,㈡、收缩特征及其伴生现象,Teaching Materials/Yuandong Li,8,第四节 灰铸铁的铸造性能和热处理,㈡、收缩特征及其伴生现象,Teaching Materials/Yuandong Li,9,Teaching Materials/Yuandong Li,10,第四节 灰铸铁的铸造性能和热处理,㈡、收缩特征及其伴生现象,定义：收缩是指合金从浇注、凝固到冷却至室温的过 程中，其体积或尺寸缩减的现象。
收缩是铸造合金本身的物理性质分类：分为三类，液态收缩、凝固收缩和固态收缩铸件温度降低,,浇注温度,,,,室温,凝固终止温度,开始凝固温度,液态收缩,凝固收缩,固态收缩,,,,,体积收缩,线收缩,,Teaching Materials/Yuandong Li,11,第四节 灰铸铁的铸造性能和热处理,㈡、收缩特征及其伴生现象 灰铸铁的收缩包括液收缩、凝固收缩和固态收缩三部分 1、液态收缩 ε液： 从浇注温度到液相线温度之间发生的收缩 T浇↑，C碳↑→ ε液↑ 2、凝固收缩 ε凝：凝固期间发生的收缩以及由于析出石墨而产生的膨胀的总和 ε凝=6.9%-0.9C-2G C、G分别为铁液中碳量和凝固析出的石墨 ε凝有可能为负值Teaching Materials/Yuandong Li,12,第四节 灰铸铁的铸造性能和热处理,㈡、收缩特征及其伴生现象 3、缩松、缩孔：与ε液+ε凝有关 (ε液+ε凝)↑→倾向↑ 4、固态收缩ε固：铸件凝固后期在铸件内形成连续的固相骨架开始一直到室温阶段内所发生的固态收缩常以线收缩表示随之会产生热裂、内应力、变形和冷裂Teaching Materials/Yuandong Li,13,第四节 灰铸铁的铸造性能和热处理,㈡、收缩特征及其伴生现象,收缩的实质：液态金属浇入铸型后，由于铸型 的吸热，金属温度下降，空穴数量减少，原子间 距离缩短，液态金属的体积减小。
温度继续下降, 液态金属凝固,原子间距离进一步缩短金属凝固 完毕后，在固态下继续冷却时，原子间距离还要 缩短Teaching Materials/Yuandong Li,14,第四节 灰铸铁的铸造性能和热处理,㈡、收缩特征及其伴生现象,缩孔缩松产生过程,铸造应力：,在铸件的固态收缩阶段会引起铸造应力铸件在凝固之后继续冷却的过程中，由于收缩不均匀和相变等因素会在铸件内产生内应力，称为铸造应力 有些内应力是暂存的有的一直保留到室温后者称为残余内应力内应力：是在没有外力的条件下，平衡于物体内部的应力铸造内应力是铸件产生变形、裂纹的基本原因,铸造应力,相变应力,热应力,机械应力（收缩应力）,铸件收缩受阻,铸件因V冷却、温度不同， 各部位收缩不一致产生,铸件组织发生相变时，因温 度差异出现体积变化不一致,铸造应力分类：,（1）、收缩应力（机械应力）,是铸件的固态收缩受到铸型、型芯、浇注系统、冒口或箱挡的阻碍而产生的应力一般这种应力是暂时的，打箱后便可消失 防止措施是改善铸型和型芯的退让性受应力作用轴套铸件,退让性：,合金在凝固和冷却过程中会收缩，此时要求铸型相关部位发生变形或退让， 以不阻碍铸件收缩而获得应力小而不产生裂纹的铸件，这种型砂随着铸件收缩而减小其体积的能力称为退让性，也称容让性。
退让性小时，铸件收缩困难，会使铸件内产生应力 甚至开裂型砂退让性主要取决于该型砂的热强度热强度高，抵抗合金液机械作用的能力强，但退让性差粘土型砂随粘土和水分含量的增加退让性下降在型砂中加入木屑、焦炭粒等附加物时有助于提高退让性，尤其以木屑作用最为显著在要求有较高退让性的砂芯（如管类铸件的砂芯）中，常使用稻草绳，铸件收缩时，草绳已烧掉，砂芯就不会阻 碍铸件的收缩，清砂也比较容易2）、热应力,*原因：是由于铸件壁厚不均匀，各部分的冷却速度不同，以致在同一时期内铸件各部分收缩不一致、相互约束而引起的内应力 铸件的壁厚差别愈大，热应力愈大 *预防热应力的途径： 减小各部分间的温差，均匀地冷却热应力的形成 + 表示拉应力 - 表示压应力,固态金属在再结晶温度以上时，处于塑性状态，此时，在较小的应力作用下，便可发生塑性变形（即永久变形），其内应力在变形后可自行消除在再结晶温度以下，金属呈弹性状态，此时，在应力作用下，仅能产生弹性变形，变形后应力仍然存在应力框中粗杆、细杆的冷却曲线如图所示由图可见，杆Ⅰ与杆Ⅱ的截面厚度不同，冷却速度不一致，使两杆的收缩不一致，因而产生了内应力其具体形成过程可分为三个阶段进行。
第一阶段（t0～t1）杆Ⅰ与杆Ⅱ的温度均高于T再，均处于塑性状态，尽管两杆的冷速不同，收缩不一致，但瞬时的应力均可通过塑性变形而自行消除 第二阶段（t1～t2）杆Ⅱ已冷却至T再以下，进入弹性状态，杆Ⅰ的温度仍在T再以上，呈塑性状态此时因杆Ⅱ的冷速大于杆Ⅰ，收缩亦大于杆Ⅰ，杆Ⅱ受拉伸，杆Ⅰ受压缩，形成了暂时的应力但内应力也会随杆Ⅰ的塑性变形（缩短）而消除，使杆Ⅱ与杆Ⅰ同时缩短至L1第三阶段（t2～t3）因塑性变形而缩短的杆Ⅰ也冷却至T再以下并呈弹性状态此时，杆Ⅰ的温度较高，还会有较大的收缩；而杆Ⅱ的温度较低，收缩已趋停止因此，杆Ⅰ的收缩必然受到杆Ⅱ的强烈阻碍，结果，杆Ⅰ受弹性拉伸，杆Ⅱ受弹性压缩冷却到室温时，框中就产生了残余内应力3） 相变应力 ：,热处理过程中由于工件各部位相转变的不同时性所引起的应力4） 应力测定 ：,测定合金铸造应力试样----应力框,（4） 应力测定 ：,合金自由线收缩试样简图----动态测定仪 1—固定端金属杆 2—砂型 3—自由端金属杆 4—滑杆 5—导轮 6—千分表,实例 机床床身由于其导轨面较厚，其侧面较薄，因 而在冷却过程中厚薄两部分产生温差，致使导轨 面受拉应力，侧面受压应力。
变形的结果，导轨 面向下凹，薄壁侧面向下凸，如下图所示机床床身变形示意图,,热应力引起的变形,,铸件的裂纹 当内应力超过合金的强度极限时，铸件就会产生裂纹根据裂纹产生的温度不同，把裂纹分为热裂和冷裂两种a）热裂 是铸件在高温下形成的裂缝，外形形状曲折而不规则，断口呈氧化色热裂是铸件在凝固末期形成的是铸钢和铸铝常见的缺陷b）冷裂 是铸件处于弹性状态时，其热应力和机械应力总值超过合金强度极限而形成的其外形呈连续直线状或圆滑曲线状，断口干净，具有金属光泽或称轻微氧化色铸件热裂的外观特征,热裂沿晶粒边界穿过,Teaching Materials/Yuandong Li,33,第四节 灰铸铁的铸造性能和热处理,二、灰铸铁的热处理 1、消除内应力的低温退火，即热时效 2、降低硬度的高温退火,,第四节 灰铸铁的铸造性能和热处理,二、灰铸铁的热处理 一般来说，热处理能在很大程度上改善铸造合金的组织和性能，但在HT条件下，热处理所发挥的作用相对较小在HT中，石墨对铸铁性能的影响较大，而任何的热处理方法都不能改变石墨的形态和分布，故不能通过热处理来有效地提高HT的性能只能在某些特殊场合下进行热处理主要方式有 1、消除内应力的低温退火，即热时效。
2、降低硬度的高温退火，消除铸件上局部白口组织，,一.消除铸造应力热处理（低温退火或热时效）,530-550℃保温：使铸件中的内应力得到一定程度的松弛提高退火温度能有效地使应力得到松弛但温度过高（﹥600℃）时，将会使珠光体发生分解，从而导致铸铁强度、硬度降低第四节 灰铸铁的铸造性能和热处理,二、灰铸铁的热处理,二.消除局部白口组织热处理（高温退火）,当HT中的碳当量较低时，若铸件上某些局部的壁厚比主要壁厚薄得多，则在铸件中会产生局部白口的情况但又不宜通过提高碳当量来消除白口，因为这样会使铸件上主要壁厚处的铸铁组织中珠光体量减少和石墨粗大，从而使铸铁的性能降低这时可通过高温退火来解决第四节 灰铸铁的铸造性能和热处理,二、灰铸铁的热处理,。