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第二章液态材料的成型——铸造工艺金属的成形方法：铸造、压力加工、切削加工、焊接和粉末冶金五大类。铸造：指熔炼金属，制造铸型，并将熔融金属浇入铸型，凝固后获得一定形状、尺寸和性能的零件毛坯的成形方法。特点：成本低，适用性广等。缺点是公差较大，易产生内部缺陷等。商.三羊尊（盛酒器）鸟兽纹觥gong盛酒器二、铸造的分类铸造砂型铸造特种铸造熔模铸造压力铸造低压铸造离心铸造金属型铸造第二节铸造工艺的工艺特点铸造性能（Castability）:合金在铸造生产中所表现出来的性能，包括合金的流动性、收缩性等。铸造性能好是指，熔化时合金不易氧化，溶液不易吸气，浇注时熔液易充满型腔，凝固时铸件收缩小，且化学成分均匀，冷却时铸件变形和开裂倾向小。一、液态金属的充型能力(mo1dfillingcapacity)液态金属充满铸型型腔、获得形状完整、轮廓清晰的铸件的能力，叫做液态金属的充型能力。1.合金的流动性（fluidity）流动性：熔融金属本身的流动能力。试验方法：螺旋形试样法，是以螺旋形流动试样的长度来衡量。试样越长，流动性越好。*铸铁的流动性*铸钢的流动性实验证明铸铁的流动性好，铸钢的流动性差。比较下面两种合金流动性能2.流动性对铸件质量的影响3.影响合金流动性的因素（1）化学成分纯金属、共晶合金流动性好（恒温下结晶）。亚、过共晶合金流动性差（在一定温度范围内结晶）。改善金属的流动性加快凝固中液体的补缩排除内部夹杂物和气体形成薄壁复杂的铸件有利于（2）充型条件充型条件好，流动性好。如直浇口高，压力大，流动性提高；铸型光滑，流动性提高。2、浇铸（pouring）条件对充型能力的影响a浇注温度提高浇注温度，①流速加快；②使铸型温度升高，金属散热速度变慢但浇注温度过高，容易产生粘砂、缩孔、气孔、粗晶等缺陷。保证足够充型能力的前提下，浇注温度应尽量降低。b充型压力如压铸、提高直浇口高度c浇注系统结构越复杂，则流动阻力越大，充性能力越差3、铸型条件对充型能力的影响为改善铸型的充填条件，在设计铸件时必须保证其壁厚不小于规定的“最小壁厚”(见表2-2)，在铸造工艺上也要采取相应的措施。二、合金的凝固特性三种凝固方式逐层凝固中间凝固体积凝固影响凝固方式的主要因素：a合金的结晶温度范围（取决于合金成分）(范围越小越趋于逐层凝固)，如纯金属和共晶合金。b铸件的温度梯度（梯度越大越趋于逐层凝固）凝固方式对铸件质量影响：通常，逐层凝固时，合金的充型能力强，产生冷隔、浇不足、缩孔、编析、热裂等缺陷的倾向小。定义：指液体金属在凝固和冷却过程中，体积和尺寸减少的现象。分类液态收缩：产生缩孔、缩松凝固收缩：产生缩孔、缩松固态收缩：产生内应力以致裂纹和变形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三、合金的收缩性（contractility）液面下降4.收缩性对铸件质量的影响收缩率↓：尺寸愈精确、组织愈致密。收缩率↑：易产生铸造缺陷--缩孔和缩松、铸造应力、变形和裂纹。3.影响收缩的因素化学成分：不同化学成分的合金，收缩率不同。如铸件中碳、硅量↑，锰、硫量↓，收缩↓。浇注温度：浇注温度↑，液态收缩率↑。铸件结构和铸型条件：型腔形状复杂或铸件结构设计不合理，铸型材料的退让性差，铸件会因收缩受阻→铸造应力→裂纹。（1）缩孔和缩松（ShrinkageCavityandPorosity）缩孔：铸件在凝固过程中，由于补缩不良产生的孔洞常出现的部位：铸件上部或最后凝固的部位。外形特征：倒锥形，内表面不光滑。产生原因：先凝固区域堵住液体流动的通道，后凝固区域收缩所缩减的容积得不到补充。缩松：指铸件断面上出现的分散而细小的缩孔。常出现的部位：铸件的轴线区域、厚大部位或浇口附近外形特征：细小的空洞。产生原因：凝固过程中有较宽的体积凝固两相并存的区域。形成形状不一的分散性孔洞即缩松。缩孔与缩松的防止方法：使铸件实现顺序凝固主要措施：安放“冒口”或“冷铁”。定向凝固：使铸件上远离冒口的部位最先凝固，而后是靠近冒口的部位凝固，冒口本身最后凝固。冒口（riser）：在铸型内储存供补缩铸件用熔融金属的空腔。如图所示。作用是补缩、出气、集渣、观察。冷铁（chill）：在铸型中安放的金属物或其他激冷物。冒口、冷铁共用法（2）铸造应力（castingstress）在铸件的固态收缩阶段会引起铸造应力。热应力形成规律：铸件的厚壁或心部受拉应力，薄壁或表层受压应力。铸造应力相变应力热应力机械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减小应力的措施同时凝固原则。去应力退火：加热到550~650℃之间保温，可消除残余内应力。（3）变形和裂纹（deformationandcrack）变形：指铸件的尺寸与图样不符的现象。规律：厚大受拉易内凹；薄外受压易外凸。变形的防止与消除壁厚设计均匀、形状对称；铸造工艺上用“同时凝固原则”；热裂：是铸件在高温下形成的裂缝。特征：外形形状曲折而不规则，断口呈氧化色。冷裂：低温形成的裂纹为冷裂。特征：外形呈连续直线状或圆滑曲线状，断口具有金属光泽方法：除降低内应力外，还应控制钢铁中P的含量。当铸造应力超过材料的强度极限时，逐渐会产生裂纹。分类：根据产生温度的不同，分为热裂和冷裂。细长易变形件运用“反变形法”；重要件人工时效（550～650℃去应力退火）加自然时效。注意：时效处理应在粗加工后进行。裂纹的防止与消除第三节砂型铸造型（芯）砂通常由石英砂、粘土（或其它粘结材料）和水按一定的比例混制而成的。型（芯）砂要具有“一强三性”，即一定的强度、透气性、耐火性和退让性。砂型铸造的特点应用：机床床身、轧钢机机器、混速器箱体、带轮等一般铸件常用砂型铸造。一、砂型铸造工艺过程二、铸件结构工艺性（manufacturabilityofCastingStructure）定义：指所设计的零件在满足使用要求的前提下，铸造成形的可行性和经济性。1.铸造工艺对铸件结构设计的要求（1）外形尽可能简单尽量使分型面少且平总的原则：保证质量、降低成本、条件可能。指铸型的分割或装配面整模造型返回分模造型返回活块造型返回举例√确定零件的分型面外形力求简单、平直起重臂避免活块和凸台（2）内腔设计尽量减少型芯轴承支架有利于砂芯的固定和排气轴承架增设工艺孔（3）铸件要有结构斜度2.铸件结构应利于避免产生铸件缺陷（1）铸件的壁厚1）铸件壁厚应合理。最小壁厚：在各种工艺条下，铸造合金能充满型腔的最小厚度。主要取决于合金的种类、铸件的大小及形状等因素。临界壁厚：各种铸造合金都存在一个临界壁厚，在砂型铸造条件下，各种铸造合金临界壁厚约等于其最小壁厚的3倍。缺陷分析：如果所设计铸件的壁厚太小，铸件就易产生浇不足、冷隔等缺陷；在铸造厚壁铸件时，容易产生缩孔、缩松、结晶组织粗大等缺陷，从而使铸件的力学性能下降。结论：铸件壁厚介于临界壁厚和最小壁厚之间2）铸件壁厚应均匀缺陷分析：铸件如果壁厚过大会出现集中的缩孔（2）壁的连接1）应有结构圆角，避免热节形成；改善应力分布2）应避免交叉、锐角接头缺陷分析：锐角连接处易出现热应力，并会导致应力集中，从而产生裂纹、缩孔等缺陷。3）不同壁厚连接应逐渐过渡（3）避免变形和开裂的结构1）减缓肋、辐收缩的阻碍方案a）的轮辐数为偶数，每条轮辐均与另一条成直线排列。这样，势必使两轮辐的收缩互相牵制、彼此受阻，轮辐内将产生大的铸造应力，会使轮辐产生裂纹。为此，改为方案b）和c）的设计，则可以通过轮辐或轮缘的微量变形来减缓轮幅内的铸造应力，以减小产生裂纹的危险。（a）（b）（c）2）避免出现过大的水平面缺陷分析：浇注时铸件朝上的水平面易产生气孔、砂眼、夹渣等缺陷。因此，设计铸件时应尽量减小过大的水平面或采用倾斜的表面。3）合理设置加强肋筋的作用：①增加铸件的刚度和强度，防止铸件变形。②减小铸件壁厚，防止铸件产生缩孔、裂纹。加强筋的设计：①加强筋的厚度适当。加强筋的厚度不宜过大,一般取为被加强壁厚度的0.6-0.8。②加强筋布置要合理。铸件壁较厚，容易产生缩孔。将壁厚减薄，采用加强筋，可防止以上的缺陷。薄而大的平板，收缩易发生翘曲变形，加上几条筋之后便可避免。如下图所示。第四节特种铸造（specialcasting）定义：铸型用砂较少或不用砂、采用特殊工艺装备进行铸造的方法。特种铸造金属型铸造熔模铸造消失模铸造连续铸造离心铸造低压铸造压力铸造常见的特种铸造方法一、熔模铸造（investmentcasting）定义：指用易熔材料（如蜡料）制成模样，在模样上涂覆若干层耐火材料制成型壳，熔出模样后经高温焙烧，即可浇注的铸造方法。又称失蜡铸造。应用：各种铸造合金，特别适于高熔点、难加工合金的小型铸件的成批、大量生产。特点：铸件尺寸精度高，表面光洁；可铸造形状复杂零件；工艺过程复杂，生产周期长，成本高；适于铸造小尺寸的各类合金铸件，特别是少切削或无切削精密铸件。铸件尺寸不能太大，质量一般小于25Kg。熔模铸造二、金属型铸造（permanentmoldcasting）定义：指在重力作用下将金属液浇注入金属铸型获得铸件的方法。也称永久型铸造。应用范围：主要用于有色金属件的大批量生产。例如：铝活塞、汽缸体等。特点：可重复使用，生产效率高，劳动条件好，但成本高；铸件精度高，表面粗糙度较低；金属散热性能好，晶粒细化，机械性能好；不透气且无退让性，易造成铸件浇不足或开裂。金属型铸造三、压力铸造（pressurecasting）定义：指将液态或半液态合金浇入压铸机的压室中，使之在高压和高速下充填型腔，并在高压下成形结晶而获得铸件的一种铸造方法。应用范围:目前主要用于大批生产的低熔点合金中小型(几克至20～30kg)铸件，应用广泛。特点：浇注时间短，易于机械化、自动化作业；铸型散热快，晶粒细化，耐磨、耐蚀性好；铸件尺寸精度高，表面光洁；投资大，成本高，生产率高，不宜小批量生产。压力铸造四、低压铸造（lowpressurecasting）定义：指液态金属在低的气体压力作用下从坩埚中自下而上地充填型腔并凝固而获得铸件的一种铸造方法。特点和应用：充型压力和充型速度易于控制，气孔、夹渣较少；铸型散热快，组织致密，机械性能好；无需冒口设置，金属利用率高；铸件尺寸精度高，表面光洁；适于铝、镁合金中、小型件的成批大量生产。如发动机的汽缸体和汽缸盖、汽车轮芯等五、离心铸造（centrifugalcasting）定义：将金属液浇入高速旋转（250～1500r/min）的铸型中，并在离心力作用下充型和凝固的铸造方法。应用：主要用于大批量生产空心回转体铸件。例如铸铁管、汽缸套、铜套等。特点：离心力改善了补缩条件，缩孔等缺陷减少；改善金属的流动性，提高了充型能力；简化了中空圆柱形铸件的生产过程；成分偏析严重，尺寸难以控制；设备投资大，不宜单件、小批量生产。离心铸造本章小结铸造分类性能砂型铸造特种铸造铸造工艺图铸件结构工艺性工艺过程造型过程铸造方法金属型铸压力铸造离心铸造熔模铸造低压铸造流动收缩