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西安理工大学材料科学与工程学院schoolofmaterialscienceandengineeringofXAUT材料及热加工工艺—第二篇铸造材料加工工艺西安理工大学材料科学与工程学院schoolofmaterialscienceandengineeringofXAUT材料及热加工工艺—第二篇铸造概述一.铸造的定义（实质）和铸造方法的分类定义：将液态金属浇注到与零件形状、尺寸相适应的铸型型腔中,待其冷却凝固后,以获得零件或毛坯的方法。砂型铸造砂型铸造产量90%以上；特种铸造熔模铸造金属型铸造压力铸造离心铸造分类：西安理工大学材料科学与工程学院schoolofmaterialscienceandengineeringofXAUT材料及热加工工艺—第二篇铸造西安理工大学材料科学与工程学院schoolofmaterialscienceandengineeringofXAUT材料及热加工工艺—第二篇铸造西安理工大学材料科学与工程学院schoolofmaterialscienceandengineeringofXAUT材料及热加工工艺—第二篇铸造适于做复杂外形，特别是复杂内腔的毛坯；对材料的适应性广，铸件大小几乎不受限制；成本低，原材料来源广泛，价格低廉,一般不需要昂贵的设备；是某些塑性很差的材料制造其毛坯或零件的唯一成型工艺。液态成形优点二、铸造生产特点：优缺点西安理工大学材料科学与工程学院schoolofmaterialscienceandengineeringofXAUT材料及热加工工艺—第二篇铸造工艺过程比较复杂，一些工艺过程还难以控制；铸件内部组织的均匀性、致密性一般较差；铸件易出现缺陷，产品质量不够稳定；铸件力学性能比同类材料的锻件低。液态成形缺点二、铸造生产特点：优缺点西安理工大学材料科学与工程学院schoolofmaterialscienceandengineeringofXAUT材料及热加工工艺—第二篇铸造高档6缸小轿车的内部结构西安理工大学材料科学与工程学院schoolofmaterialscienceandengineeringofXAUT材料及热加工工艺—第二篇铸造高档6缸小轿车的发动机壳体西安理工大学材料科学与工程学院schoolofmaterialscienceandengineeringofXAUT材料及热加工工艺—第二篇铸造不需加工或少加工的精密铸件西安理工大学材料科学与工程学院schoolofmaterialscienceandengineeringofXAUT材料及热加工工艺—第二篇铸造不需加工开式叶轮精密铸件西安理工大学材料科学与工程学院schoolofmaterialscienceandengineeringofXAUT材料及热加工工艺—第二篇铸造第一节液态合金的充型西安理工大学材料科学与工程学院schoolofmaterialscienceandengineeringofXAUT材料及热加工工艺—第二篇铸造铸造性能是合金在铸造成形的过程中，容易获得外形正确，内部无缺陷铸件的性能。通常用合金的流动性、收缩性等来衡量。1、合金的流动性愈好：容易浇注出轮廓清晰、薄而复杂的零件；有利于夹杂物和气体的上浮与排除；有利于补缩。2、合金的流动性不好：容易产生浇不足与冷隔现象。浇不足冷隔现象一、合金的流动性:是指液态合金本身的流动能力西安理工大学材料科学与工程学院schoolofmaterialscienceandengineeringofXAUT材料及热加工工艺—第二篇铸造3、合金流动性的测定通常用浇注的螺旋形试样的长度来衡量合金的流动性。其截面为等截面的梯形，试样上隔50mm长度有一个凸点，以便于计量其长度。合金的流动性愈好，其长度就愈长。西安理工大学材料科学与工程学院schoolofmaterialscienceandengineeringofXAUT材料及热加工工艺—第二篇铸造通常，灰铸铁、硅黄铜流动性最好，铸钢流动性最差。西安理工大学材料科学与工程学院schoolofmaterialscienceandengineeringofXAUT材料及热加工工艺—第二篇铸造二、影响合金流动性的因素合金的种类、成分，浇注温度和以及铸型填充条件1）合金的种类不同，其流动性不同;西安理工大学材料科学与工程学院schoolofmaterialscienceandengineeringofXAUT材料及热加工工艺—第二篇铸造合金的成分和结晶特征对流动性的影响最为显著。图：不同结晶特征合金的流动性亚共晶铸铁随含碳量的增加，结晶温度范围减小，流动性提高。西安理工大学材料科学与工程学院schoolofmaterialscienceandengineeringofXAUT材料及热加工工艺—第二篇铸造2）、浇注温度对流动性的影响浇注温度高，液态金属在铸型中保持液态的时间增长，可改善合金的流动性（薄壁铸件）；但是浇注温度过高，使铸件产生气孔、缩孔、缩松、粘砂等缺陷。在生产中采用：高温出炉，低温浇注的原则。灰铸铁浇注温度为1200-1380℃；铸钢为1520-1620℃；铝合金为680-780℃。薄壁复杂件取上限温度值，厚件则取下限。西安理工大学材料科学与工程学院schoolofmaterialscienceandengineeringofXAUT材料及热加工工艺—第二篇铸造3）、铸型条件对流动性的影响常采取加高直浇道，扩大内浇道截面，增设出气孔，烘干铸型等工艺，以延长液态合金的流动时间，以改善铸型的填充条件。西安理工大学材料科学与工程学院schoolofmaterialscienceandengineeringofXAUT材料及热加工工艺—第二篇铸造第二节铸件的凝固与收缩西安理工大学材料科学与工程学院schoolofmaterialscienceandengineeringofXAUT材料及热加工工艺—第二篇铸造一、合金的凝固方式逐层凝固：纯金属和共晶成分合金，不存在凝固区；糊状凝固：结晶温度范围很宽的合金，不存在固体区；存在三个区域：固相区、液固两相并存的凝固区和未开始凝固的液相区。中间凝固：大多数合金。西安理工大学材料科学与工程学院schoolofmaterialscienceandengineeringofXAUT材料及热加工工艺—第二篇铸造铸件的质量与其凝固方式密切相关。糊状凝固时，难以获得致密的铸件，如：球铁、锡青铜、铝铜合金的凝固，需采取适当工艺进行补缩。逐层凝固时，合金的充型能力强，便于防止缩孔和缩松，可获得致密的铸件。如：灰铸铁、铝硅合金。西安理工大学材料科学与工程学院schoolofmaterialscienceandengineeringofXAUT材料及热加工工艺—第二篇铸造二、铸造合金的收缩定义：铸造合金从液态冷却到室温的过程中，其体积和尺寸缩减的现象。收缩包括以下三个阶段：Ⅰ液态收缩（浇注温度-液相线）Ⅱ凝固收缩（液相线-结晶完了）Ⅲ固态收缩（结晶完了-室温）特点：体积收缩；浇注温度升高，液态收缩增加。特点：体积收缩；结晶温度范围增大，凝固收缩增加。特点：只引起铸件外部尺寸变化，用线收缩率表示。西安理工大学材料科学与工程学院schoolofmaterialscienceandengineeringofXAUT材料及热加工工艺—第二篇铸造1、收缩对铸件质量的影响1）液态收缩浇注温度越高，使液态收缩率增加。浇注温度一般控制在高于液相线温度50-150℃。2）凝固收缩大多数合金，都具有一定的结晶温度范围，使得凝固收缩由状态改变和温度下降两部分引起，结晶温度范围越大，则凝固收缩率越大。西安理工大学材料科学与工程学院schoolofmaterialscienceandengineeringofXAUT材料及热加工工艺—第二篇铸造总结：液态收缩和凝固收缩都使合金体积减小，一般表现为铸型内液面的降低。这两个阶段的收缩是铸件中产生缩孔或缩松的基本原因。3）固态收缩指合金从固相线温度冷却到常温时的收缩。固态收缩通常直接表现为铸件外形尺寸的减小，固态收缩是铸件中产生应力、变形和裂纹的主要原因。西安理工大学材料科学与工程学院schoolofmaterialscienceandengineeringofXAUT材料及热加工工艺—第二篇铸造2、影响收缩的因素常用铸造合金的线收缩率2）浇注温度3）铸件结构和铸型铸件在铸型中不是自由收缩而是限制收缩。1)化学成分在常用铸造合金中铸钢的收缩最大，灰铸铁最小。西安理工大学材料科学与工程学院schoolofmaterialscienceandengineeringofXAUT材料及热加工工艺—第二篇铸造三、铸件中的缩孔与缩松液态合金在凝固过程中，若其液态收缩和凝固收缩所缩减的容积得不到补足，则在铸件最后凝固的部位形成一些孔洞。按孔洞的大小和分布，可将其分为缩孔和缩松。缩孔西安理工大学材料科学与工程学院schoolofmaterialscienceandengineeringofXAUT材料及热加工工艺—第二篇铸造合金的液态收缩和凝固收缩越大，浇注温度越高，铸件的壁越厚，缩孔的容积就越大；缩孔多集中在铸件最后凝固的部位；其特征是形状不规则，多数呈倒锥形，内表面粗糙。纯金属和共晶成分的合金易形成缩孔；（1）缩孔西安理工大学材料科学与工程学院schoolofmaterialscienceandengineeringofXAUT材料及热加工工艺—第二篇铸造（2）缩松主要出现在呈糊状凝固方式的合金中或断面较大的铸件壁中，被树枝晶分隔开的液体区难以得到补缩所致。缩松大多分布在铸件中心轴线处、热节处、冒口根部、内浇口附近或缩孔下方。西安理工大学材料科学与工程学院schoolofmaterialscienceandengineeringofXAUT材料及热加工工艺—第二篇铸造缩孔与缩松减小铸件受力的有效面积，且缩孔部位容易产生应力集中，使铸件的力学性能下降，要予以防止。西安理工大学材料科学与工程学院schoolofmaterialscienceandengineeringofXAUT材料及热加工工艺—第二篇铸造判断缩孔出现的方法西安理工大学材料科学与工程学院schoolofmaterialscienceandengineeringofXAUT材料及热加工工艺—第二篇铸造（3）缩孔、缩松的防止措施采用冒口、冷铁的顺序凝固所谓顺序凝固，是使铸件按规定方向从一部分到另一部分逐渐凝固的过程。冒口和冷铁的合理使用，可造成铸件的顺序凝固，有效地消除缩孔、缩松。西安理工大学材料科学与工程学院schoolofmaterialscienceandengineeringofXAUT材料及热加工工艺—第二篇铸造冒口、冷铁共用法设置冒口法西安理工大学材料科学与工程学院schoolofmaterialscienceandengineeringofXAUT材料及热加工工艺—第二篇铸造对于一些壁厚均匀的铸件，采用顶部设冒口和底部安放冷铁的工艺措施后，也难以保证其垂直壁上不出现缩孔和缩松。因此，需在其立壁上增加补贴即一个楔形厚度，才能实现该铸件的顺序凝固。冷铁的作用是加快铸件某处的冷却速度，以控制或改变铸件的凝固顺序，本身并不起不缩作用。通常采用钢、铸铁或铜等制成。西安理工大学材料科学与工程学院schoolofmaterialscienceandengineeringofXAUT材料及热加工工艺—第二篇铸造第三节铸造内应力、变形和裂纹西安理工大学材料科学与工程学院schoolofmaterialscienceandengineeringofXAUT材料及热加工工艺—第二篇铸造一、铸造内应力的形成铸造内应力暂时存在，当外在阻碍去除后会自行消失残余内应力铸造内应力:铸件完全凝固后便进入了固态收缩阶段，若铸件的固态收缩受到阻碍，将在铸件内部产生应力，称为铸造应力。它是铸件产生变形和裂纹的基本原因。西安理工大学材料科学与工程学院schoolofmaterialscienceandengineering