铸造工艺基础课件

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1、第二篇第二篇 铸造铸造烟台大学机电汽车工程学院烟台大学机电汽车工程学院1铸造工艺基础机械制造中常用毛坯加工的方法有：铸造、锻压、机械制造中常用毛坯加工的方法有：铸造、锻压、冲压和焊接。冲压和焊接。其中铸造是制造毛坯最重要的方法。其中铸造是制造毛坯最重要的方法。 上一页下一页后 退退 出 一什么是铸造一什么是铸造? ? 制制造造铸铸型型，熔熔炼炼金金属属，并并将将熔熔融融金金属属浇浇入入铸铸型型，凝固后获得一定形状和性能铸件的成形方法。凝固后获得一定形状和性能铸件的成形方法。 实质：实质：液态成形液态成形2铸造工艺基础上一页下一页后 退退 出铸造-分模3铸造工艺基础上一页下一页后 退退 出 二特

2、点二特点1.1.可可以以铸铸造造出出形形状状结结构构复复杂杂、特特别别是是内内腔腔复复杂杂的的零零件件毛毛坯坯( (如如暖暖气、箱体、气缸体等气、箱体、气缸体等) )。2.2.适适应应性性强强。不不受受零零件件的的材材料料种种类类，零零件件的的重重量量、尺尺寸寸、形形状状和结构复杂程度的限制。和结构复杂程度的限制。v可可以以铸铸造造出出各各种种大大小小的的铸铸件件，大大小小从从几几克克几百吨；壁厚从几百吨；壁厚从1mm1mm1m1m。v可以铸造出各种复杂形状的铸件。可以铸造出各种复杂形状的铸件。v可以铸造出各种金属和合金的铸件。可以铸造出各种金属和合金的铸件。 4铸造工艺基础上一页下一页后 退

3、退 出3.3.成本低廉。成本低廉。 4.4.铸件的力学性能较差，不如锻件，这是主要缺点。铸件的力学性能较差，不如锻件，这是主要缺点。 以普通车床为例，车床中铸件的重量占到以普通车床为例，车床中铸件的重量占到8080左右，左右，但其成本仅仅占到总成本的但其成本仅仅占到总成本的20203030。 v原原材材料料便便宜宜；还还可可以以利利用用废废品品、废废料料以以及及一一些些破损的零件；破损的零件；v加加工工余余量量小小；可可以以直直接接铸铸出出复复杂杂零零件件毛毛坯坯，可可以省工省料。以省工省料。v能源消耗少。能源消耗少。v主要原因是铸造组织较差。主要原因是铸造组织较差。v铸造组织特点铸造组织特点

4、：晶粒粗大；组织疏松；：晶粒粗大；组织疏松；成分不均匀。成分不均匀。 6铸造工艺基础上一页下一页后 退退 出 三三应用应用 主主要要用用于于制制造造受受力力不不大大，但但形形状状结结构构复复杂杂的的零零件件毛毛坯坯。例例如如气气缸缸体体，缸缸盖盖，活活塞塞，机机床床床床身身，机机架架，箱箱体体，阀阀体体，泵泵体体等等。卡卡车车：离离合合器器，变变速速箱箱，刹刹车车片，后桥，气缸，活塞。片，后桥，气缸，活塞。 四四方法方法 v砂砂型型铸铸造造：用用型型砂砂紧紧实实成成形形的的铸铸造造方方法法。是是最最基基本本的铸造方法。使用最普遍，占总铸件的铸造方法。使用最普遍，占总铸件8080以上。以上。v特

5、特种种铸铸造造：与与砂砂型型铸铸造造不不同同的的其其它它铸铸造造方方法法的的统统称称。金金属属型型铸铸造造，熔熔模模铸铸造造，压压力力铸铸造造，低低压压铸铸造造，离离心铸造等。心铸造等。 7铸造工艺基础上一页下一页后 退退 出8铸造工艺基础第一章第一章 铸造工艺基础铸造工艺基础第二章第二章 常用合金铸件的生产常用合金铸件的生产第三章第三章 砂型铸造砂型铸造第四章第四章 特种铸造特种铸造第五章第五章 铸件结构设计铸件结构设计上一页下一页后 退退 出9铸造工艺基础第一章第一章 铸造工艺基础铸造工艺基础1-1 液态合金的充型液态合金的充型1-2 铸件的凝固与收缩铸件的凝固与收缩1-3 铸造内应力、变

6、形与裂纹铸造内应力、变形与裂纹1-3 铸件的质量控制铸件的质量控制铸铸造造性性能能：合合金金通通过过铸铸造造获获得得外外形形正正确确、内内部部健健全全的的优质铸件的能力，主要包括优质铸件的能力，主要包括充型能力充型能力和和收缩性收缩性。上一页下一页后 退退 出10铸造工艺基础第一节第一节 液态合金的充型液态合金的充型上一页下一页后 退退 出充型：充型：液态合金填充铸型的过程。液态合金填充铸型的过程。一、充型能力与流动性的概念一、充型能力与流动性的概念 液态合金充填铸型的能力，即液态液态合金充填铸型的能力，即液态合金充满铸型型腔，获得形状完整、合金充满铸型型腔，获得形状完整、轮廓清晰铸件的能力。

7、轮廓清晰铸件的能力。1.1.充型能力：充型能力：充型能力是考虑铸型及工艺因素影响的液态合金充型能力是考虑铸型及工艺因素影响的液态合金的流动性。的流动性。11铸造工艺基础上一页下一页后 退退 出2.2.合金的流动性：合金的流动性：液态合金的流动能力。液态合金的流动能力。是影响合金充型能力的主要因素之一，另外还有铸是影响合金充型能力的主要因素之一，另外还有铸型、浇注条件等铸造工艺因素。型、浇注条件等铸造工艺因素。3.3.测定流动性的方法：测定流动性的方法：以以螺旋形试件的长度螺旋形试件的长度来测定。来测定。在在相相同同的的浇浇注注条条件件下下，合合金金的的流流动性越好，所浇出的试样越长。动性越好，

8、所浇出的试样越长。12铸造工艺基础上一页下一页后 退退 出二、充型能力对铸件质量的影响二、充型能力对铸件质量的影响v容容易易得得到到形形状状完完整整和和轮轮廓廓清清晰晰的的铸铸件件，有利于制造薄壁和形状复杂的铸件。有利于制造薄壁和形状复杂的铸件。v有有利利于于液液态态金金属属中中的的气气体体和和熔熔渣渣的的上上浮浮与排除。与排除。v有利于合金凝固收缩时的补缩等。有利于合金凝固收缩时的补缩等。1.1.流动性好，充型能力强，容易获得优质的铸件。流动性好，充型能力强，容易获得优质的铸件。13铸造工艺基础上一页下一页后 退退 出v浇浇不不足足：铸铸件件残残缺缺，轮轮廓廓不不完完整整，或或轮轮廓廓可可能

9、能完完整但边角圆而且光亮。整但边角圆而且光亮。v冷冷隔隔：在在铸铸件件上上穿穿透透或或不不穿穿透透，边边缘缘呈呈圆圆角角状状的的缝隙。缝隙。2.2.合金充型能力差，铸件容易产生浇不足、冷隔、气孔、合金充型能力差，铸件容易产生浇不足、冷隔、气孔、夹渣、缩孔等铸造缺陷，不能得到完整的零件。夹渣、缩孔等铸造缺陷，不能得到完整的零件。 冷隔形成原因冷隔形成原因： 是由于浇注断流或浇注温度过低、充型能力差等原因造成是由于浇注断流或浇注温度过低、充型能力差等原因造成的，这时合金液流到汇合的地方就不能与已经凝固的合金熔化的，这时合金液流到汇合的地方就不能与已经凝固的合金熔化结合在一起，这样就形成两部分隔开的

10、缝隙。结合在一起，这样就形成两部分隔开的缝隙。14铸造工艺基础上一页下一页后 退退 出15铸造工艺基础上一页下一页后 退退 出三、影响充型能力的因素三、影响充型能力的因素 合金种类合金种类 1.1.合金性质合金性质合金流动性：决定于合金种类合金流动性：决定于合金种类与化学成分。与化学成分。 灰铸铁和硅黄铜的流动性和充型能力最好；灰铸铁和硅黄铜的流动性和充型能力最好；铝硅合金其次；铝硅合金其次；铸钢最差。铸钢最差。 根据根据“螺旋型试样长度螺旋型试样长度”实验：实验：18铸造工艺基础上一页下一页后 退退 出化学成分化学成分 同一种合金，化学成分不同，合金流动性也有不同。同一种合金，化学成分不同，

11、合金流动性也有不同。因为化学成分不同，合金的结晶温度范围和结晶特性因为化学成分不同，合金的结晶温度范围和结晶特性不同。不同。 v纯金属和共晶成分的合金纯金属和共晶成分的合金，结晶是在恒温之下进行，此时金属，结晶是在恒温之下进行，此时金属液的凝固是从金属件的表面开始向中心逐层推进，称为液的凝固是从金属件的表面开始向中心逐层推进，称为逐层凝逐层凝固固，凝固层的内表面比较平滑，对还没有凝固的液态金属阻力，凝固层的内表面比较平滑，对还没有凝固的液态金属阻力较小，较小，合金的流动性较好合金的流动性较好；v非共晶成分的合金非共晶成分的合金的结晶过程是在一定的温度范围之内进行，的结晶过程是在一定的温度范围之

12、内进行，凝固时铸件存在凝固时铸件存在两相区两相区，其中既有没有凝固的液态金属，还有，其中既有没有凝固的液态金属，还有已经凝固的小的树枝状结晶体，称为已经凝固的小的树枝状结晶体，称为糊状凝固糊状凝固，树枝状的小晶，树枝状的小晶体和粗糙不平的凝固层的内表面使得液态金属的流动阻力增大，体和粗糙不平的凝固层的内表面使得液态金属的流动阻力增大，因此这种因此这种合金的流动性较差合金的流动性较差。合金的结晶范围越宽，则两相区。合金的结晶范围越宽，则两相区越宽，合金的流动性也就越差。越宽，合金的流动性也就越差。 19铸造工艺基础上一页下一页后 退退 出三、影响充型能力的因素三、影响充型能力的因素 合金种类合金

13、种类 1.1.合金性质合金性质合金流动性：决定于合金种类合金流动性：决定于合金种类与化学成分。与化学成分。 灰铸铁和硅黄铜的流动性和充型能力最好；灰铸铁和硅黄铜的流动性和充型能力最好；铝硅合金其次；铝硅合金其次；铸钢最差。铸钢最差。 根据根据“螺旋型试样长度螺旋型试样长度”实验：实验：21铸造工艺基础上一页下一页后 退退 出化学成分化学成分 同一种合金，化学成分不同，合金流动性也有不同。同一种合金，化学成分不同，合金流动性也有不同。因为化学成分不同，合金的结晶温度范围和结晶特性因为化学成分不同，合金的结晶温度范围和结晶特性不同。不同。 v纯金属和共晶成分的合金纯金属和共晶成分的合金，结晶是在恒

14、温之下进行，此时金属，结晶是在恒温之下进行，此时金属液的凝固是从金属件的表面开始向中心逐层推进，称为液的凝固是从金属件的表面开始向中心逐层推进，称为逐层凝逐层凝固固，凝固层的内表面比较平滑，对还没有凝固的液态金属阻力，凝固层的内表面比较平滑，对还没有凝固的液态金属阻力较小，较小，合金的流动性较好合金的流动性较好；v非共晶成分的合金非共晶成分的合金的结晶过程是在一定的温度范围之内进行，的结晶过程是在一定的温度范围之内进行，凝固时铸件存在凝固时铸件存在两相区两相区，其中既有没有凝固的液态金属，还有，其中既有没有凝固的液态金属，还有已经凝固的小的树枝状结晶体，称为已经凝固的小的树枝状结晶体，称为糊状

15、凝固糊状凝固，树枝状的小晶，树枝状的小晶体和粗糙不平的凝固层的内表面使得液态金属的流动阻力增大，体和粗糙不平的凝固层的内表面使得液态金属的流动阻力增大，因此这种因此这种合金的流动性较差合金的流动性较差。合金的结晶范围越宽，则两相区。合金的结晶范围越宽，则两相区越宽，合金的流动性也就越差。越宽，合金的流动性也就越差。 22铸造工艺基础上一页下一页后 退退 出2.2.浇注条件浇注条件 对液态金属的充型能力有决定性的影响。对液态金属的充型能力有决定性的影响。 浇注温度浇注温度 v温温度度高高，充充型型能能力力就就强强。这这是是因因为为浇浇注注温温度度提提高高，合合金金液液的的粘粘度度就就降降低低，浇

16、浇注注以以后后保保持持液液态态的的时时间间也也就就延延长长，传传给给铸铸型型的的热热量量就就增增多多，这这就就使使铸铸型型和和金金属属液液的的冷冷却却速速度度就就降降低低，从从而而使使合合金金的的充充型能力增强。型能力增强。v对对于于薄薄壁壁铸铸件件，适适当当提提高高浇浇注注温温度度是是改改善善充充型型能能力力、防防止止产产生生浇浇不不到到、冷冷隔隔的的重重要要措措施施。这这些些措措施施在在生生产产中中经经常常采采用用，也也比比较较方方便。便。v根根据据生生产产经经验验，常常用用铸铸造造合合金金的的浇浇注注温温度度为为：铸铸铁铁12301450C；铸铸钢钢15201620C；铝铝合合金金680

17、780C。对对薄薄壁壁及及复杂铸件取浇注温度的上限，对于厚大铸件可以取其下限。复杂铸件取浇注温度的上限，对于厚大铸件可以取其下限。23铸造工艺基础上一页下一页后 退退 出v浇注时，金属所受的浇注时，金属所受的充型压力越大，充型能力就越充型压力越大，充型能力就越强强。v提高金属件的压头例如增加直浇道的高度，可以提提高金属件的压头例如增加直浇道的高度，可以提高充型能力，这也是一项经常采用的工艺措施。高充型能力，这也是一项经常采用的工艺措施。v其他方式是外加压力，比如压力铸造、低压铸造也其他方式是外加压力，比如压力铸造、低压铸造也都能提高充型能力。都能提高充型能力。 充型压力充型压力 24铸造工艺基

18、础上一页下一页后 退退 出3.3.铸型性质铸型性质铸型材料和铸型温度铸型材料和铸型温度 v铸型材料的导热性小，铸型温度高铸型材料的导热性小，铸型温度高，都会使得，都会使得金属液冷却慢，保持液态流动时间长，金属液冷却慢，保持液态流动时间长，充型能充型能力就强。力就强。v因此充型能力砂型比金属型强；干型比湿型强；因此充型能力砂型比金属型强；干型比湿型强；铸型预热温度高的比预热温度低或不预热的要铸型预热温度高的比预热温度低或不预热的要强；强；v凡是能减小铸型中金属液冷却速度的因素，都凡是能减小铸型中金属液冷却速度的因素，都能提高合金的充型能力。能提高合金的充型能力。 25铸造工艺基础上一页下一页后

19、退退 出4.4.铸件结构铸件结构铸型的型腔结构铸型的型腔结构 v铸件结构越复杂，铸件的厚度越小，或者是有铸件结构越复杂，铸件的厚度越小，或者是有大的、薄的水平面时，金属液的流动阻力就比大的、薄的水平面时，金属液的流动阻力就比较大，这时充型能力就比较差。较大，这时充型能力就比较差。v因此在设计铸件时，应尽量简单，壁厚必须大因此在设计铸件时，应尽量简单，壁厚必须大于规定的最小允许壁厚。以防止产生浇不到、于规定的最小允许壁厚。以防止产生浇不到、冷隔等缺陷。冷隔等缺陷。 凡是能延长液态时间、减小流动阻力的因素，凡是能延长液态时间、减小流动阻力的因素，都能提高合金的充型能力。都能提高合金的充型能力。 2

20、6铸造工艺基础第二节第二节 铸件的凝固与收缩铸件的凝固与收缩上一页下一页后 退退 出一、铸件的一、铸件的凝固方式凝固方式逐层凝固逐层凝固糊状凝固糊状凝固中间凝固中间凝固27铸造工艺基础上一页下一页后 退退 出二、铸件合金的收缩二、铸件合金的收缩合金重要铸造性能之一合金重要铸造性能之一 合金浇入铸型后，从液态冷却、凝固并继续冷却合金浇入铸型后，从液态冷却、凝固并继续冷却到室温的过程中，产生的到室温的过程中，产生的体积和尺寸的缩小体积和尺寸的缩小。v铸件在凝固和冷却的过程中受到铸型和铸件结铸件在凝固和冷却的过程中受到铸型和铸件结构的制约阻碍，不能够自由收缩，铸件收缩是构的制约阻碍，不能够自由收缩，

21、铸件收缩是一种一种受阻收缩受阻收缩。v铸件的收缩是铸件许多缺陷铸件的收缩是铸件许多缺陷( (缩孔缩孔, ,缩松缩松, ,裂纹裂纹, ,变形变形, ,残余应力残余应力) )产生的基本原因。产生的基本原因。 28铸造工艺基础上一页下一页后 退退 出1.1.合金收缩的三个阶段合金收缩的三个阶段 液态收缩液态收缩合金在液态时，由于温度降低而发生的合金在液态时，由于温度降低而发生的体积收缩体积收缩。凝固收缩凝固收缩合金在凝固阶段的合金在凝固阶段的体积收缩体积收缩。v液态收缩和凝固收缩是铸件液态收缩和凝固收缩是铸件产生缩孔和缩松产生缩孔和缩松的基本的基本原因。原因。v体积收缩的程度通常用体积收缩的程度通常

22、用体收缩率体收缩率来表示。来表示。v体收缩率是用百分率来表示的体收缩率是用百分率来表示的体积的相对收缩量体积的相对收缩量。29铸造工艺基础上一页下一页后 退退 出v线线收收缩缩率率是是用用百百分分率率来来表表示示的的尺尺寸寸的的相相对对收缩量收缩量。v合合金金的的固固态态收收缩缩是是铸铸件件产产生生铸铸造造应应力力、变变形和裂纹形和裂纹的基本原因。的基本原因。固态收缩固态收缩合金在固态由于温度降低而发生的收缩。固态收缩合金在固态由于温度降低而发生的收缩。固态收缩表现为尺寸的缩小，故用表现为尺寸的缩小，故用线收缩率线收缩率来表示固态收缩来表示固态收缩的程度大小。的程度大小。30铸造工艺基础上一页

23、下一页后 退退 出2.2.影响合金收缩的因素影响合金收缩的因素 合金种类和化学成分合金种类和化学成分 v碳钢和铸铁的收缩率是不同的。铸钢和白口铸铁碳钢和铸铁的收缩率是不同的。铸钢和白口铸铁的收缩率比较大，的收缩率比较大，灰铸铁的收缩率灰铸铁的收缩率就就比较小比较小。v这是由于灰铸铁结晶时，它里面的碳大部分以石这是由于灰铸铁结晶时，它里面的碳大部分以石墨的型式析出，体积要膨胀，这样抵消了灰铸铁墨的型式析出，体积要膨胀，这样抵消了灰铸铁的一部分收缩。的一部分收缩。v所以所以铸铁的含碳量越高铸铁的含碳量越高，吸收的石墨就越多，最，吸收的石墨就越多，最后它的后它的收缩率也就越小收缩率也就越小。 31铸

24、造工艺基础上一页下一页后 退退 出浇注温度浇注温度 v合金的合金的浇注温度越高浇注温度越高，液态的，液态的收缩量就越大收缩量就越大。v通常浇注温度每提高通常浇注温度每提高100100 C C，体收缩率大约增加体收缩率大约增加1.61.6左左右，因此浇注温度越高，铸件产生缩孔的倾向也越大。右，因此浇注温度越高，铸件产生缩孔的倾向也越大。 铸型条件铸型条件 铸件在铸型中冷却收缩要受到铸型和型芯的机械铸件在铸型中冷却收缩要受到铸型和型芯的机械阻碍作用，阻力大小与铸型和型芯材料的强度、阻碍作用，阻力大小与铸型和型芯材料的强度、退让性，铸型和型芯的紧实度这些因素有关。退让性，铸型和型芯的紧实度这些因素有

25、关。 铸件结构铸件结构 铸件由于结构特点造成各部分冷却速度不一铸件由于结构特点造成各部分冷却速度不一致，使得各部分的冷却收缩因彼此相互制约致，使得各部分的冷却收缩因彼此相互制约而受阻。而受阻。 32铸造工艺基础上一页下一页后 退退 出三、铸件的缩孔和缩松三、铸件的缩孔和缩松v缩缩孔孔：铸铸件件在在凝凝固固过过程程中中，由由于于补补缩缩不不良良产产生生的的集集中中的倒锥形较大的孔洞。的倒锥形较大的孔洞。v缩松缩松：是铸件断面上出现的分散而细小的缩孔。是铸件断面上出现的分散而细小的缩孔。 缩孔和缩松使得铸件的力学性能和气密性大大缩孔和缩松使得铸件的力学性能和气密性大大降低，还可能发生渗漏的现象。都

26、是危害严重降低，还可能发生渗漏的现象。都是危害严重的铸造缺陷，因此必须设法防止。的铸造缺陷，因此必须设法防止。 33铸造工艺基础上一页下一页后 退退 出1.1.缩孔与缩松的形成缩孔与缩松的形成缩孔的形成缩孔的形成 合金在恒温或窄小的结晶温度范围内结晶时，它是合金在恒温或窄小的结晶温度范围内结晶时，它是以以逐层凝固方式逐层凝固方式进行凝固的，此时可能产生缩孔。进行凝固的，此时可能产生缩孔。 产生缩孔和缩松的基本原因是相同的，都是合金产生缩孔和缩松的基本原因是相同的，都是合金的的液态收缩和凝固收缩得不到补充液态收缩和凝固收缩得不到补充所致。所致。 合金的液态收缩和凝固收缩愈大、浇注温度愈高、合金的

27、液态收缩和凝固收缩愈大、浇注温度愈高、铸件愈厚，缩孔的容积愈大。铸件愈厚，缩孔的容积愈大。 34铸造工艺基础浇口浇口缩孔形成示意图缩孔形成示意图液态合金填满铸型型腔液态合金填满铸型型腔 铸件表层凝固，形成封闭壳体，内部液铸件表层凝固，形成封闭壳体，内部液体由于温度下降发生液态收缩，并对表层凝固收缩给予补充，液面体由于温度下降发生液态收缩，并对表层凝固收缩给予补充，液面下降，液面与表层硬壳脱离，形成一个真空空间下降，液面与表层硬壳脱离，形成一个真空空间 铸件继续冷却，铸件继续冷却，外壳内部液态金属继续凝固一层，发生凝固收缩，液态金属本身还外壳内部液态金属继续凝固一层，发生凝固收缩，液态金属本身还

28、发生液态收缩，并且对于凝固收缩给予补充，使得液面又继续下降发生液态收缩，并且对于凝固收缩给予补充，使得液面又继续下降一次。由于外界大气压作用，上面外壳还可能发生凹陷，这样凝固一次。由于外界大气压作用，上面外壳还可能发生凹陷，这样凝固一层液面就下降一层，直至全部凝固完成。此时在铸件的上部形成一层液面就下降一层，直至全部凝固完成。此时在铸件的上部形成一个倒锥形的集中缩孔。一个倒锥形的集中缩孔。 上一页下一页后 退退 出35铸造工艺基础上一页下一页后 退退 出缩松的形成缩松的形成 产生的基本原因和产生缩孔的是基本相同，产生的基本原因和产生缩孔的是基本相同，但形成的条件又有所不同。合金的结晶温但形成的

29、条件又有所不同。合金的结晶温度范围比较宽，以度范围比较宽，以糊状凝固方式糊状凝固方式凝固时就凝固时就容易产生缩松。容易产生缩松。 36铸造工艺基础凝固前沿同时凝固区缩松缩松形成示意图缩松形成示意图液态合金填满铸型型腔液态合金填满铸型型腔 铸件表层凝固结壳铸件表层凝固结壳 内部内部有一个比较宽的液体和树枝状小晶体并存的凝固区有一个比较宽的液体和树枝状小晶体并存的凝固区 树枝状小晶体长大互相接触，并且把还没有凝固的液体树枝状小晶体长大互相接触，并且把还没有凝固的液体分割成为许多小的封闭区分割成为许多小的封闭区 许多小的封闭区内的液体许多小的封闭区内的液体金属凝固收缩，得不到液体的补充，形成缩松。金

30、属凝固收缩，得不到液体的补充，形成缩松。 上一页下一页后 退退 出37铸造工艺基础上一页下一页后 退退 出缩孔和缩松的差别缩孔和缩松的差别 v形形貌貌不不同同：缩缩孔孔是是集集中中的的倒倒锥锥形形较较大大的的孔孔洞洞；缩缩松松是是分散的细小孔洞。分散的细小孔洞。v产产生生的的部部位位不不同同：缩缩孔孔产产生生在在铸铸件件厚厚大大部部位位的的上上部部或或中中心心处处；缩缩松松一一般般出出现现在在铸铸件件中中心心轴轴线线处处。都都产产生生在在最最后后液液体体凝凝固固的的部部位位或或热热节节（铸铸件件凝凝固固慢慢的的节节点点或或区区域，一般在壁和壁相接或壁厚大的部位）处。域，一般在壁和壁相接或壁厚大

31、的部位）处。v产生的条件不同：产生的条件不同：产生产生缩孔的条件缩孔的条件是合金结晶温度范是合金结晶温度范围窄小，铸件由表及里围窄小，铸件由表及里逐层凝固逐层凝固；产生；产生缩松的条件缩松的条件是是合金结晶温度范围宽，以合金结晶温度范围宽，以糊状凝固糊状凝固方式凝固。方式凝固。 39铸造工艺基础上一页下一页后 退退 出2.2.缩孔与缩松的防止缩孔与缩松的防止基本原则基本原则 制定合理工艺制定合理工艺补缩，缩松转化成缩孔。补缩，缩松转化成缩孔。 控制铸件进行控制铸件进行定向凝固定向凝固，同时设置冒口补缩，同时设置冒口补缩 v定定向向凝凝固固：铸铸件件各各部部分分按按一一定定方方向向逐逐渐渐凝凝固

32、固，又又称称顺顺序凝固。序凝固。v工工艺艺上上是是在在铸铸件件厚厚大大的的部部位位设设置置冒冒口口和和冷冷铁铁，可可以以使使得铸件从冷铁附近向冒口方向进行定向凝固。得铸件从冷铁附近向冒口方向进行定向凝固。 v冒冒口口：铸铸型型内内储储存存供供补补缩缩用用的的熔熔融融金金属属的的空空腔腔，也也指指该该空腔中填充的金属。空腔中填充的金属。v冷冷铁铁：为为了了增增加加铸铸件件局局部部的的冷冷却却速速度度，在在砂砂型型中中安安放放的的金属物。金属物。 40铸造工艺基础上一页下一页后 退退 出浇注系统冒口冷铁冒口补缩示意图冒口补缩示意图v设置冒口，是我们在工艺上防止缩孔和缩松形成的非设置冒口，是我们在工

33、艺上防止缩孔和缩松形成的非常有效的一项措施。常有效的一项措施。 v铸件按照规定的方向铸件按照规定的方向顺序凝固顺序凝固，铸件的每一部分的收，铸件的每一部分的收缩都会得到在以后凝固的金属液的补充，这样使得缩缩都会得到在以后凝固的金属液的补充，这样使得缩孔最后转移到冒口当中去，清理时将冒口切除即可。孔最后转移到冒口当中去，清理时将冒口切除即可。41铸造工艺基础上一页下一页后 退退 出42铸造工艺基础上一页下一页后 退退 出控制浇注温度和浇注速度控制浇注温度和浇注速度v浇浇注注温温度度高高，液液态态收收缩缩就就越越大大，易易产产生生缩缩孔孔。因因此此在在保证充型能力的前提下，要保证充型能力的前提下，

34、要尽量降低浇注温度尽量降低浇注温度。v浇浇注注速速度度过过快快、过过早早停停止止浇浇注注、金金属属液液温温度度比比较较高高都都容容易易产产生生缩缩孔孔，浇浇注注速速度度越越慢慢，金金属属液液流流经经铸铸型型的的时时间间越越长长，远远离离浇浇口口的的部部位位金金属属液液的的温温度度就就越越低低，这这时时越越有有利利于于顺顺序序凝凝固固，所所以以慢慢浇浇有有利利于于补补缩缩，是是防防止止缩缩孔形成的有效措施。孔形成的有效措施。 43铸造工艺基础上一页下一页后 退退 出合理选择铸造合金合理选择铸造合金 v共共晶晶成成分分或或结结晶晶温温度度范范围围窄窄的的合合金金，容容易易形形成成缩缩孔孔，不不容容

35、易易形形成成缩缩松松，如如果果工工艺艺合合适适，可可以以将将缩缩孔孔转转移移到冒口，这样可以得到致密健全的铸件。到冒口，这样可以得到致密健全的铸件。v结结晶晶温温度度范范围围宽宽的的合合金金容容易易产产生生缩缩松松，铸铸件件的的致致密密性性比比较较差差，因因此此对对于于致致密密性性要要求求高高的的铸铸件件，应应尽尽量量选用共晶成分或结晶温度范围窄的铸造合金。选用共晶成分或结晶温度范围窄的铸造合金。 44铸造工艺基础第三节第三节 铸造内应力、变形和裂纹铸造内应力、变形和裂纹上一页下一页后 退退 出一、铸造内应力一、铸造内应力 1.1.铸造内应力铸造内应力铸件内由于铸造固态收缩受到阻碍铸件内由于铸

36、造固态收缩受到阻碍而产生的应力。而产生的应力。 铸件落砂后冷却到室温，仍存在于铸件不同铸件落砂后冷却到室温，仍存在于铸件不同部位的铸造应力。部位的铸造应力。铸造残留（残余）应力铸造残留（残余）应力v应力过大，会使铸件应力过大，会使铸件产生裂纹产生裂纹。v残余应力不去除，零件在切削加工后会变形。残余应力不去除，零件在切削加工后会变形。 45铸造工艺基础上一页下一页后 退退 出2.2.铸造应力的种类及其形成铸造应力的种类及其形成 铸件在凝固后的冷却过程中，不同部位由于冷却速铸件在凝固后的冷却过程中，不同部位由于冷却速度不同，在同一时间收缩量不同而引起的应力。度不同，在同一时间收缩量不同而引起的应力

37、。 热应力热应力 v在铸件冷却较慢部位，如铸件厚大部位或心部，热应力为在铸件冷却较慢部位，如铸件厚大部位或心部，热应力为拉应力；拉应力；v在铸件冷却较快部位，如铸件薄壁处或表层，热应力为压在铸件冷却较快部位，如铸件薄壁处或表层，热应力为压应力。应力。47铸造工艺基础上一页下一页后 退退 出铸件在固态收缩时，铸件在固态收缩时，因受到铸型、型芯、因受到铸型、型芯、浇冒口等外力的阻碍浇冒口等外力的阻碍而产生的应力。而产生的应力。 机械应力机械应力 v机械应力一般为拉应力或剪切应力，并且是暂时性机械应力一般为拉应力或剪切应力，并且是暂时性的，经落砂后随机械阻碍作用消失而自行消失。的，经落砂后随机械阻碍

38、作用消失而自行消失。v机械应力与热应力共同作用，可能使某些部位增加机械应力与热应力共同作用，可能使某些部位增加了裂纹倾向。了裂纹倾向。48铸造工艺基础上一页下一页后 退退 出3.3.减小和消除内应力的措施减小和消除内应力的措施 减小内应力的主要途径是减小内应力的主要途径是减小铸件各部分冷却速度的差别减小铸件各部分冷却速度的差别（热应力）和（热应力）和改善铸型、型芯的退让性改善铸型、型芯的退让性（机械应力）。（机械应力）。 铸件结构设计铸件结构设计 尽量使铸件各部分尽量使铸件各部分壁厚均匀壁厚均匀。这样铸件各部分的冷却速度比较均匀，温差就比较小，铸这样铸件各部分的冷却速度比较均匀，温差就比较小，

39、铸件各部分的冷却收缩比较均衡一致，热应力就比较小。件各部分的冷却收缩比较均衡一致，热应力就比较小。 49铸造工艺基础上一页下一页后 退退 出铸造工艺设计铸造工艺设计 应该采用应该采用同时凝固原则同时凝固原则。这样铸件各部分的冷却速这样铸件各部分的冷却速度比较均匀，温度就比较度比较均匀，温度就比较均匀。均匀。 同时凝固温度曲线冷铁铸件温度()浇口距离同时凝固同时凝固浇口开在薄壁处，厚浇口开在薄壁处，厚壁处加冷铁。壁处加冷铁。 改善铸型和型芯的退让性改善铸型和型芯的退让性51铸造工艺基础上一页下一页后 退退 出消除铸造残留应力消除铸造残留应力 v自然时效：自然时效：将铸件放置在露天场地上，经过几天

40、、几个将铸件放置在露天场地上，经过几天、几个月乃至半年以上，在这个过程中铸件内部有应力松弛的月乃至半年以上，在这个过程中铸件内部有应力松弛的作用，这样使残留应力慢慢自然消失。需要时间长，效作用，这样使残留应力慢慢自然消失。需要时间长，效率低。长时间占用场地。率低。长时间占用场地。v人工时效人工时效去应力退火：去应力退火：热处理中讲过，对于零件形热处理中讲过，对于零件形状尺寸、稳定性要求比较高的重要铸件，如床身、缸体、状尺寸、稳定性要求比较高的重要铸件，如床身、缸体、缸盖等都要进行消除铸造残留应力的退火处理。缸盖等都要进行消除铸造残留应力的退火处理。52铸造工艺基础上一页下一页后 退退 出二、铸

41、件的变形二、铸件的变形1.1.铸件变形产生的原因铸件变形产生的原因指经过铸造后，铸件的形状和尺寸发生了变化，指经过铸造后，铸件的形状和尺寸发生了变化，最常见的是最常见的是挠曲变形挠曲变形。v在铸件冷却过程中，由于各部位的厚度不同，在铸件冷却过程中，由于各部位的厚度不同，冷却速度冷却速度不均匀不均匀，各部分，各部分收缩不能均匀一致收缩不能均匀一致，这样就产生变形。，这样就产生变形。弯曲变形方向：厚部向内凹，薄部向外凸。弯曲变形方向：厚部向内凹，薄部向外凸。v一一般般情情况况下下，机机械械加加工工以以后后，铸铸件件里里面面的的残残余余应应力力还还会会重重新新分分布布，达达到到新新的的平平衡衡，这这

42、就就使使零零件件产产生生新新的的变变形形。因因此此为为了了保保证证零零件件的的加加工工精精度度及及尺尺寸寸稳稳定定性性，对对于于精精加加工要求高的零件，在精加工之前进行去应力退火处理。工要求高的零件，在精加工之前进行去应力退火处理。 53铸造工艺基础上一页下一页后 退退 出2.2.铸件变形防止的措施铸件变形防止的措施v铸铸件件结结构构设设计计：力力求求铸铸件件壁壁厚厚均均匀匀，各各部部分分冷冷却却速度一致；铸件速度一致；铸件结构对称结构对称，铸件弯曲变形减小。，铸件弯曲变形减小。v铸铸造造工工艺艺设设计计时时，尽尽量量采采用用同同时时凝凝固固原原则则。使使各各部分冷却速度均匀一致，有效防止发生

43、变形。部分冷却速度均匀一致，有效防止发生变形。v采用采用反变形法反变形法。设法使铸件各部分的冷却速度一致，使其均衡收缩。设法使铸件各部分的冷却速度一致，使其均衡收缩。 55铸造工艺基础上一页下一页后 退退 出三、铸件的裂纹三、铸件的裂纹1.1.热热裂裂纹纹 铸件内应力超过强度极限时，铸件便铸件内应力超过强度极限时，铸件便发生裂纹发生裂纹。 高温下形成的裂纹。高温下形成的裂纹。 形状特征形状特征 裂纹短，缝宽，形状曲折，缝内呈氧化色，裂纹短，缝宽，形状曲折，缝内呈氧化色，无金属光泽，裂缝沿晶粒边界通过，多发生无金属光泽，裂缝沿晶粒边界通过，多发生在应力集中或凝固处。灰铁、球铁热裂少，在应力集中或

44、凝固处。灰铁、球铁热裂少，铸钢、铸铝、白口铁大。铸钢、铸铝、白口铁大。 原因原因凝固末期，合金呈完整骨架凝固末期，合金呈完整骨架+ +液体，强、塑液体，强、塑；含含SS热脆热脆；退让性不好。退让性不好。 58铸造工艺基础上一页下一页后 退退 出2.2.冷冷裂裂纹纹 低温下形成的裂纹。低温下形成的裂纹。 形状特征形状特征 裂纹细，连续直线状或圆滑曲线，裂口裂纹细，连续直线状或圆滑曲线，裂口表面干净，具有金属光泽，有时缝内呈表面干净，具有金属光泽，有时缝内呈轻微氧化色。轻微氧化色。 原因原因复杂大工件受拉应力部位和应力集中处易发生；复杂大工件受拉应力部位和应力集中处易发生；材料塑性差；材料塑性差；

45、PP冷脆冷脆。 预防预防减少内应力，控制减少内应力，控制P P含量。含量。 59铸造工艺基础第四节第四节 铸件的质量控制铸件的质量控制 上一页下一页后 退退 出 清理完的铸件要进行质量检验，合格铸件清理完的铸件要进行质量检验，合格铸件验收入库，废品重新回炉，并对铸件缺陷进行验收入库，废品重新回炉，并对铸件缺陷进行分析，找出主要原因，提出预防措施。分析，找出主要原因，提出预防措施。 铸造工序繁多，铸件缺陷类型很多，形成铸造工序繁多，铸件缺陷类型很多，形成原因非常复杂。原因非常复杂。 表表2 22 2列出了一些常见铸件缺陷的名称及列出了一些常见铸件缺陷的名称及分类。分类。 60铸造工艺基础上一页下

46、一页后 退退 出61铸造工艺基础上一页下一页后 退退 出v合理选定铸造合金和铸件结构。合理选定铸造合金和铸件结构。v合合理理制制定定铸铸件件技技术术要要求求( (允允许许缺缺陷陷, ,具具有有规定规定) )。v模型质量检验模型质量检验( (模型合格模型合格铸件合格铸件合格) )。v铸件质量检验铸件质量检验( (宏观宏观, , 仪器仪器) )。v铸件热处理铸件热处理: : 消除应力消除应力, , 降低硬度降低硬度, ,提提高切削性高切削性, ,保证机械性能保证机械性能, ,退火退火, ,正火等。正火等。 62铸造工艺基础复复 习习 题题上一页下一页后 退退 出P43 2. 4. 763铸造工艺基础