M4 2铸造工艺基础理论

4.1.2 铸造工艺基础4.1.2.1 4.1.2.2 4.1.2.3 4.1.2.4 液态金属的充型 铸件的凝固与收缩 铸造内应力、变形和裂纹 铸件的常见缺陷

4.1.2.1 液态合金的充型

充 型充型能力

液态合金填充铸型的过程

液态合金充满铸型型腔，获得形状完整、轮廓清晰铸件的能力 影响充型能力的因素 合金的主要铸 造性能之一

1、合金的流动性流动性

液态合金本身的流动能力

螺旋形流动性试样浇口杯 出气口

在相同的浇注工艺条 件下，将金属液浇入 铸型中，测出其实际 螺旋线长度。浇出的 试样愈长，合金的流 动性愈好

灰铸铁、硅黄铜的流动 性最好，铸钢最差

合金的流动性越好

充型能力就越强，越容易 浇出轮廓清晰的、薄而复 杂的零件

同时有利于非金属夹 杂物和气体的上浮 合金的流动性越差

铸件易产生浇不足、冷隔、 气孔和夹杂等缺陷

合金流动性的决定因素

化学成分1)具有共晶成分的合金、 纯金属流动性好 铸 2)合金成分愈远离 钢 共晶点，结晶温度范 的 围愈宽，流动性愈差 流 动 亚共晶铸铁随 性 含碳量增加

结晶在恒 温下进行

铸铁的流动性a)在恒温下凝固

b)在一定温度范围内凝固

结晶温度范围减小 结论：合金流动性越强，充型能力越高 流动性提高 设计零件时，尤其是结构复杂、壁厚薄的 铸件，一定要选流动性好的合金

2、浇注条件1)浇注温度 浇注温 度越高 浇注温度过高 合金的粘 度下降 合金在铸 型中流动 时间长

充型能力强

铸件产生缩孔、缩松、气孔、粗 晶等缺陷

薄壁件或流动性差的合金可适当提高浇注温度 2)充型压力 压力越大 充型能力愈好

压力铸造、低压铸造和离心铸造的充型能力比砂型铸造强

3、铸型填充条件 1)铸型材料 导热系数越大合金的充型能力越差

金属型铸造较砂型铸造容易产生浇不足和冷隔等缺陷。 2)铸型温度 铸型温度越高 3)铸型中气体 铸型排气能力差 阻碍液态合金的充型 合金的充型能力越强

4.1.2.2 铸件的凝固与收缩一、铸件的凝固方式(按凝固区宽窄划分)合金在凝固过程中，一般存在三个区域，即固相区、凝固区、液相区

温度

1、逐层凝固 图a 2. 糊状凝固 图c 3. 中间凝固 图b

a b c

温度

液相线

液相线固相线

S成分

固表层

液中心

固表层

液中心 表层 中心

a

b

凝固区

c

1、逐层凝固 2、糊状凝固 3、中间凝固 逐层凝固 糊状凝固

凝固区明显 凝固区很宽 凝固区介于1、2之间合金的充型 能力强

便于防止缩孔和缩松

难以获得结晶紧实的铸件

在常用合金中，灰铸铁、铝硅合金等倾向于逐层凝固 球墨铸铁、锡青铜、铝铜合金等倾向于糊状凝固，为获 得紧实铸件常需

采用适当的工艺措施，以便补缩或减小 其凝固区域

二、铸造合金的收缩 收缩

收缩是合金 的物理本性

合金从浇注、凝固直至冷却到室温，其体积 或尺寸缩减的现象体收缩率是铸件产生缩孔 或缩松的根本原因

合金的收缩经历如下三个阶段： 1、液态收缩体积的 收缩

从浇注温度到凝固开始温度间的收缩线收缩率是铸件产生 应力、变形和裂纹的 根本原因 从凝固开始温度到凝固终止间的收缩

2、凝固收缩尺寸的 缩减

3、固态收缩

从凝固终止温度到室温间的收缩

4.1.2.3铸件的常见缺陷类别 孔眼 名称 气孔 类别 形状尺 寸重量 不合格 名称 多肉 类别 表面缺陷 名称 粘砂

缩孔缩松 渣眼 (夹渣) 砂眼 铁豆 裂纹 热裂 冷裂

浇不足落砂 抬箱 错箱 偏芯 变形 形状尺寸重量 不合格 成分组织 和性能不 合格

夹砂冷隔 化学成分不合格 金相组织不合格 偏析 过硬 物理化学性能不 合格

一、铸件中缩孔与缩松 1、缩孔与缩松的形成 缩孔 集中在铸件上部或最后凝固部位容积较大的孔洞

合金的液态收缩和凝固收缩愈大、浇铸温度愈高、 铸件愈厚，缩孔的容积愈大

缩松 形成原因

分散在铸件某区域内的细小缩孔

铸件最后凝固区域的收缩未能得到补足，或因 纯金属、 为合金呈糊状凝固，被树枝状晶体分隔开的小 共晶合金 液体区难以得到补缩所至 逐层凝固合金 糊状凝固合金 缩孔倾向大 缩松倾向大 缩松倾向小 缩孔倾向小

均使铸件力 学性能下降

2、防止缩孔和缩松的措施 1) 选择合适的合金成分 也称定向 2) 工艺措施凝固

选用近共晶成分或结晶 温度范围较窄的合金

顺序凝固原则

获得没有缩孔的致密铸件

定向凝固就是在铸件上可能出现缩孔的厚大部位通过安 放冒口等工艺措施，使铸件远离冒口的部位先凝固，然 后靠近冒口部位凝固，最后冒口本身凝固

目的

冷铁加 铸件各个部位的收缩都能得到补充，而将 快冷却 缩孔转移到冒口中，最后予以清除 速度 安放冒口 在工件厚大部位增设冷铁冒口

措施

暗冒口

热节

冷铁

暗冒口

典型的铸件浇注系统

定向凝固的缺点 1、加大铸件的成本 2、扩大了铸件各部分的温度差 促进了铸件的变 形和开裂倾向 铝青铜、铝硅合 金、铸钢件等

定向凝固的应用主要用于要求补缩的场合

二一、内应力的形成

铸造内应力、变形和裂纹

铸造内应力

铸件在凝固收缩时，受到阻碍，内部形 成的应力 铸造内应力是铸件产生变形和裂纹的基本原因

内应力类型：热应力、机械应力1、热应力 热应力 的形成 由于铸件的壁厚不均匀、各部分的冷却速度 不同，使得在同一时期内铸件各部分收缩不 一

致而引起的应力

热 应 力 的 形 成

结论 1)铸件的各部分截面积差越大，产生的应力差越大； 2)当厚大部分进入弹性状态时，厚薄部分温差越大， 产生的热应力越大； 3)冷却慢的部分，残余应力为拉应力；冷却快的 部分，残余热应力为压应力。

4)由此可见，热应力使铸件的厚壁或心部受拉伸，薄壁 或表层受压缩。铸件的壁厚差越大、合金的线收缩率愈高、 弹性模量愈大，热应力越大。

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