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1、第一讲 铸造合金概述1、物质：（1）实物（2）存在2、材料：能为人类制造有用器件的物质能源：可为人类经济地利用的能量信息：需要利用和传播的知识3、材料分类4、铸造合金第二讲 铸造合金的基本特性Sand casting mold古代典型铸件以青铜器件、铸铁为代表；主要为祭祀用器、兵器、装饰、工艺品。世界四大文明先驱均有以铸造为代表的古文明文物出土。 包括中国、埃及、印度、两河流域。典型现代铸件涉及机械制造中所有其他加工方法（锻造、轧制等压力成形；焊接、铆接等联接成形）难以制造的所有复杂零件;合金类型有: 有色合金、各种铸铁、铸钢等缸体、轴类等复杂铸件汽车汽缸盖与涡轮机叶片A cylinder h
2、ead and A turbine blade 铸造生产的特点1、可生产形状任意复杂的制件，特别是内腔形状复杂的制件。如汽缸体、汽缸盖、蜗轮叶片、床身件等。2、适应性强： （1）合金种类不受限制；（2）铸件大小几乎不受限制。3、成本低： （1）材料来源广；（2）废品可重熔；（3）设备投资比较低。 一、液态金属的结构特点固体晶体：平移、对称性特征（长程有序）原子以一定方式周期排列在三维空间的晶格结点上，同时原子以某种模式在平衡位置上作热振动气体：完全无序为特征分子不停地作无规律运动液体：长程无序不具备平移、对称性；近程有序而相对于完全无序的气体，液体中存在着许多不停“游荡”着的局域有序的原子集团
3、，液体结构表现出局域范围的有序性由物质熔化过程认识液体结构(1）金属原子= 带正电荷的离子 + 公用负电子(2）原子之间存在引力和斥力，作用力存在平衡关系(3）原子在平衡位置进行热振动(4）热振动是杂乱无章没有方向性的，经常发生原子碰撞，相互传递能量，所以单个原子的能量是不稳定的，所有原子的平均能量满足如下关系： EM=(3/2)KT: K: Boltzmann常数 T: 绝对温度(5）这就是能量起伏的理论。二、液态金属的凝固一、铸件的凝固方式（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。若铸件内外层之间的温度差由小变大，则其对应的凝固区由宽
4、变窄 。（3）不同合金冷却曲线1）Cooling curve for a pure metal or eutectic alloy during casting2） Phase diagram for a coppernickel alloy system and associated cooling curve for a 50%Ni50%Cu composition during castingCharacteristic grain structure in a pure metal and an alloy casting三、合金铸造性能: 充型与流动性 充型能力 充型是液态合金填充铸
5、型的过程; 充型能力为液体金属充满铸型型腔，获得尺寸精确、轮廓清晰的成形件的能力。 充型能力不足时，会产生浇不足、冷隔、夹渣、气孔等缺陷。 影响充型能力因素:影响充型能力因素1、 合金的流动性： 液态合金本身的流动能力。合金流动性主要取决于合金化学成分所决定的结晶特点.2、铸造合金流动性对比实验 0.45%C 铸钢：2003、铸型充填条件（1）铸型的蓄热系数: 铸型的蓄热系数表示铸型从其中的金属吸取热量并储存在本身的能力。（2）铸型温度: 铸型温度越高，液态金属与铸型的温差越小，充型能力越强。（3）铸型中的气体4、铸件结构（1）折算厚度: 折算厚度也叫当量厚度或模数，为铸件体积与表面积之比。折
6、算厚度大，热量散失慢，充型能力就好。铸件壁厚相同时，垂直壁比水平壁更容易充填。（2）铸件复杂程度: 铸件结构复杂，流动阻力大，铸型的充填就困难。三、合金铸造性能: 收缩率1、收缩的概念：金属液在凝固和冷却时的体积和尺寸缩减。2、 收缩的过程合金的收缩经历如下三个阶段：（1）液态收缩: 从浇注温度到凝固开始温度 之间的收缩。T浇 T液, 也称过热度.（2）凝固收缩: 从凝固开始到凝固终止温度间的收缩。 T液 T固, 凝固收缩.(热收缩与相变收缩）（3）固态收缩: 从凝固终止温度到室温间的收缩。T固 T室（热收缩，还可能包括相变收缩或膨胀）钢凝固冷却过程比容变化特征体收缩率：3、 缩孔与缩松shr
7、inkage cavity and porosity 液态合金在冷凝过程中，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一些孔洞 。大而集中的称为缩孔，细小而分散的称为缩松(疏松)。（1)缩孔和缩松的形成（2）铸件的缩孔Section through a gravity die-cast microscope body （3）金相微观缩松4、收缩对铸件质量的影响（1）缩孔：液态收缩和凝固收缩部分得不到补足时，在铸件的最后凝固处出现的较大的集中孔洞（2）缩松：分散在铸件内的细小的缩孔。（3）变形与裂纹：铸件凝固后继续冷却，固态收缩受到阻碍就产生铸造内应力，当内应力达到
8、一定数值，铸件便产生变形甚至开裂影响收缩的因素: 化学成分：凝固与相变特点 工艺条件： 浇注温度、型腔条件几种铁碳合金的体积收缩率5、缩孔和缩松的防止 防止缩孔和缩松常用的工艺措施就是控制铸件的凝固次序，使铸件实现“顺序凝固”。并通过冒口(riser, feeder)补缩。冒口 储存补缩用金属液的空腔。顺序凝固 铸件按照一定的次序逐渐凝固。寻找热节的方法：等温线法，内切圆法同时凝固：整个铸件几乎同时凝固，由表及里，但没有明显的结构顺序性四、液态凝固成形之内应力、变形与裂纹1、液态凝固成形内应力 铸件在凝固以后的继续冷却过程中，其固态收缩受到阻碍，铸件内部将产生内应力，其中涉及：（1）机械应力（
9、收缩应力） 合金的线收缩受到铸型、型芯、浇（口）/冒（口）系统的机械阻碍而形成的内应力。机械应力可能是暂时应力。（2）热应力 热应力是由于铸件壁厚不均匀，各部分冷却速度不同，以致在同一时期内铸件各部分收缩不一致而引起的应力(拉应力记正)。 热应力使铸件(至室温时）的厚壁或心部受拉伸，薄壁或表层受压缩。热应力是永久应力。2、铸造内应力的实验 热应力： 由于形状复杂，厚薄不均，各部分的冷却速度不同，以至在同一时刻，铸件各部位收缩不一致而引起的内应力称为热应力。热应力的形成过程如下图。3、铸件的变形与防止 1）使铸件壁厚尽可能均匀；2）采用同时凝固的原则；3）采用反变形法。4、铸件的裂纹与防止（1
10、）热裂 热裂的形状特征是：裂纹短、缝隙宽、形状曲折、缝内呈氧化色。热裂的防止：1)应尽量选择凝固温度范围小，热裂倾向小的合金。2)应提高铸型和型芯的退让性，以减小机械应力。3)对于铸钢件和铸铁件，必须严格控制硫的含量， 防止热脆性。 （2 ）冷裂 冷裂的特征：裂纹细小，呈连续直线状，缝内有金属光泽或轻微氧化色。冷裂的防止：1）使铸件壁厚尽可能均匀；2）采用同时凝固的原则；3）对于铸钢件和铸铁件，必须严格控制磷的含量，防止冷脆性。五、偏析：化学成分的不均匀性偏析的防止和消除六、气孔的产生及防止七、铸件中夹杂物产生及其防止夹杂物是指金属内部或表面存在的和基本金属成分不同的物质 , 它主要来源于原材料本身的杂质及金属在熔炼、浇注和凝固过程中与非金属元素或化合物发生反应而形成的产物。二、非金属氧化物的来源1）脱氧、脱硫产物三、非金属夹杂物对铸件质量的影响1、对机械性能的影响：2、对铸造性能的影响：1）流动性降低 四、 减少和排除夹杂物的途径（3）采用复合脱氧剂：可生成密度小，熔点低的液 态脱氧产物，利于上浮，排除 本讲作业P26 1、3、5、7P27 8、9、10、115
