材料的性能第六章课件.ppt

1、第六章第六章 液态成形技术液态成形技术 第一第一节节 液态成形理论基础液态成形理论基础第二节第二节 砂型铸造方法砂型铸造方法第三节第三节 特种铸造方法特种铸造方法 第四节第四节 铸造工艺设计铸造工艺设计 第五节第五节 铸件结构工艺性铸件结构工艺性第六节第六节 铸造成形新发展铸造成形新发展返回返回 铸造铸造(casting)：将液态金属浇注到与零件形状、尺寸：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，获得一定形状相适应的铸型型腔中，待其冷却凝固后，获得一定形状的毛坯或零件的方法。铸造是生产机器零件毛坯的主要的毛坯或零件的方法。铸造是生产机器零件毛坯的主要方法之一，其实质

2、是液态金属逐步冷却凝固成形。方法之一，其实质是液态金属逐步冷却凝固成形。铸造的优点铸造的优点：1）可以铸出内腔、外形很复杂的毛坯；）可以铸出内腔、外形很复杂的毛坯；2）工艺灵活性大。几乎各种合金、各种尺寸、形状、）工艺灵活性大。几乎各种合金、各种尺寸、形状、重量和数量的铸件都能生产；重量和数量的铸件都能生产；3）成本较低。原材料来源广泛，价格低廉。）成本较低。原材料来源广泛，价格低廉。铸造在机械制造业中应用十分广泛，在各种类型的铸造在机械制造业中应用十分广泛，在各种类型的机器设备中铸件占很大比重。如表机器设备中铸件占很大比重。如表6-1所示。所示。机床、内燃机、重型机器机床、内燃机、重型机器机

3、机 械械 类类 别别风机、压缩机风机、压缩机拖拉机拖拉机农业机械农业机械汽车汽车%70-9060-8050-70 40-7020-30表表6-1 各类机械工业中铸件重量比各类机械工业中铸件重量比2 2）铸件的机械性能较低。）铸件的机械性能较低。3 3）铸造工序多，难以精确控制，是铸件质量不够稳定。）铸造工序多，难以精确控制，是铸件质量不够稳定。4 4）劳动条件较差）劳动条件较差,劳动强度较大。劳动强度较大。我国铸造技术历史悠久。三千多年前，青铜铸器已有我国铸造技术历史悠久。三千多年前，青铜铸器已有应用；二千五百年前，铸铁工具已经相当普遍；泥型、金应用；二千五百年前，铸铁工具已经相当普遍；泥型、

4、金属型、失蜡型是我国创造的三大铸造技术。属型、失蜡型是我国创造的三大铸造技术。近几十年来，我国铸造技术发展迅速，在型、芯砂近几十年来，我国铸造技术发展迅速，在型、芯砂方面，推广了快速硬化的水玻璃砂及各类自硬砂，成功方面，推广了快速硬化的水玻璃砂及各类自硬砂，成功运用树脂砂制造高强度砂芯；在铸造合金方面，发展了运用树脂砂制造高强度砂芯；在铸造合金方面，发展了高强度、高韧性的球墨铸铁和合金铸铁；在铸造新工艺高强度、高韧性的球墨铸铁和合金铸铁；在铸造新工艺新技术方面，各种特种铸造或精密铸造方法得到运用和新技术方面，各种特种铸造或精密铸造方法得到运用和发展；铸造机械化、自动化提高了铸件质量，降低了劳发

5、展；铸造机械化、自动化提高了铸件质量，降低了劳动、改善了劳动条件。动、改善了劳动条件。1）铸造组织疏松、晶粒粗大，内部易产生缩孔、缩松、）铸造组织疏松、晶粒粗大，内部易产生缩孔、缩松、气孔等缺陷。气孔等缺陷。铸造的缺点铸造的缺点：第一节第一节 液态成形理论基础液态成形理论基础一、金属的凝固一、金属的凝固 二、金属与合金的铸造性能二、金属与合金的铸造性能三、铸造性能对三、铸造性能对铸件质量的影响铸件质量的影响一、金属的凝固一、金属的凝固1、液态金属的结构与性质：、液态金属的结构与性质：1）液态金属的结构：固态金属经加热变为熔融状态得到）液态金属的结构：固态金属经加热变为熔融状态得到液态金属，其熔

6、化是从晶界开始的，是原子间的局部破液态金属，其熔化是从晶界开始的，是原子间的局部破坏，故液态金属是由呈有序排列的游动原子集团组成，坏，故液态金属是由呈有序排列的游动原子集团组成，其结构与原有固体结构相似，但热运动剧烈，温度越高，其结构与原有固体结构相似，但热运动剧烈，温度越高，热运动越剧烈，原子集团越小，游动越快。热运动越剧烈，原子集团越小，游动越快。2）液态金属的性质：具有粘度和表面张力。）液态金属的性质：具有粘度和表面张力。2、液态金属的凝固、液态金属的凝固：液态金属由液态转变为固态的过程，：液态金属由液态转变为固态的过程，包括形核和长大两个过程。得到的凝固组织（铸态晶粒包括形核和长大两个

7、过程。得到的凝固组织（铸态晶粒形态、大小、分布、缺陷等）取决于成分、冷却速度、形态、大小、分布、缺陷等）取决于成分、冷却速度、形核条件等。形核条件等。3、铸件的凝固方式、铸件的凝固方式在铸件凝固过程中，铸件断面上存在三个区域，即固相区、在铸件凝固过程中，铸件断面上存在三个区域，即固相区、凝固区和液相区；其中凝固区对铸件质量有较大影响，铸件凝固区和液相区；其中凝固区对铸件质量有较大影响，铸件的凝固方式也可根据凝固区的宽窄来划分，如图的凝固方式也可根据凝固区的宽窄来划分，如图6-1所示。所示。a)逐层凝固逐层凝固b)中间凝固中间凝固c)糊状凝固糊状凝固图图6-1 铸件的凝固方式铸件的凝固方式1）逐

8、层凝固：）逐层凝固：纯金属或共晶纯金属或共晶成 分 的 合 金成 分 的 合 金（如图（如图6-1a），），由于不存在液由于不存在液固并存的凝固固并存的凝固区，固液之间区，固液之间由一条界限清由一条界限清楚分开，随温楚分开，随温度下降，界限度下降，界限不断向中心移不断向中心移动，直至凝固动，直至凝固完成。完成。2）糊状凝固：合金的结晶温度范围很宽（如图）糊状凝固：合金的结晶温度范围很宽（如图6-1c），且铸），且铸件温度分布较为平坦，则在凝固时铸件表面不存在固体层，件温度分布较为平坦，则在凝固时铸件表面不存在固体层，凝固区贯穿整个断面，即先糊状而固化。凝固区贯穿整个断面，即先糊状而固化。3）中

9、间凝固：介于逐层凝固和糊状凝固之间，大多数合金）中间凝固：介于逐层凝固和糊状凝固之间，大多数合金为此凝固方式，如图为此凝固方式，如图6-1b所示。所示。铸件质量与凝固方式有关，逐层凝固时，合金充型能铸件质量与凝固方式有关，逐层凝固时，合金充型能力强（流动性好），便于防治缩孔、缩松。而糊状凝固时，力强（流动性好），便于防治缩孔、缩松。而糊状凝固时，充型能力差，易产生缩松。充型能力差，易产生缩松。4、影响铸件凝固方式的因素：、影响铸件凝固方式的因素：1）合金的结晶温度范围，如图）合金的结晶温度范围，如图6-1所示，结晶温度范围所示，结晶温度范围越小，凝固区域越窄，越倾向于逐层凝固。运用越小，凝固区

10、域越窄，越倾向于逐层凝固。运用铁碳合铁碳合金金相图相图6-2可见，低碳钢，近共晶成分铸铁倾向于逐层凝可见，低碳钢，近共晶成分铸铁倾向于逐层凝固，高碳钢、远共晶成分铸铁倾向于糊状凝固。固，高碳钢、远共晶成分铸铁倾向于糊状凝固。2）铸件的温度梯度。在合金的结晶温度范围已定时，若铸）铸件的温度梯度。在合金的结晶温度范围已定时，若铸件的温度梯度由小变大，则凝固区由宽变窄，倾向于逐层凝件的温度梯度由小变大，则凝固区由宽变窄，倾向于逐层凝固。如图固。如图6-3所示。所示。图图6-3 温度梯度对凝固区域的影响温度梯度对凝固区域的影响铸件温度梯度主要取决于：铸件温度梯度主要取决于：a)合金的性质。合金的凝固温

11、合金的性质。合金的凝固温度越低、热导率越高、结晶潜度越低、热导率越高、结晶潜热越大，温度梯度越小，如多热越大，温度梯度越小，如多数铝合金；数铝合金；b)铸型的蓄热能力越强，激冷铸型的蓄热能力越强，激冷能力越强，温度梯度越大；如能力越强，温度梯度越大；如金属型铸造易得致密组织。金属型铸造易得致密组织。c)浇注温度越高，温度梯度减小。浇注温度越高，温度梯度减小。二、金属与合金的铸造性能二、金属与合金的铸造性能 铸造性能是表示合金铸造成形获得优质铸件的能力；铸造性能是表示合金铸造成形获得优质铸件的能力；用充型能力、收缩性等来衡量。用充型能力、收缩性等来衡量。（一）充型能力（一）充型能力 充型能力：熔

12、融金属或合金充满铸型型腔，获得形充型能力：熔融金属或合金充满铸型型腔，获得形状完整，轮廓清晰铸件的能力。主要影响因素有：状完整，轮廓清晰铸件的能力。主要影响因素有：1、金属或合金的流动性：流动、金属或合金的流动性：流动性是熔融金属的流动能力，是金性是熔融金属的流动能力，是金属液的固有属性，取决于金属本属液的固有属性，取决于金属本身的化学成分、温度、杂质量以身的化学成分、温度、杂质量以及物理性质。合金的流动性用浇及物理性质。合金的流动性用浇注流动性试样的方法来衡量，一注流动性试样的方法来衡量，一般采用如图般采用如图6-4所示的螺旋形试所示的螺旋形试样，流动距离越长，表明流动性样，流动距离越长，表

13、明流动性越好。越好。图图6-4 螺旋形标准试样螺旋形标准试样决定合金流动性的主要因素有：决定合金流动性的主要因素有：1）合金的种类。合金的熔点、热导率、粘度等物理性）合金的种类。合金的熔点、热导率、粘度等物理性能影响流动性；熔点越高，热导率越大，粘度越大其流能影响流动性；熔点越高，热导率越大，粘度越大其流动性越差。动性越差。2）合金的成分。同种合金，成）合金的成分。同种合金，成分不同，其结晶特点不同，流分不同，其结晶特点不同，流动性也不同。如图动性也不同。如图6-5所示铁碳所示铁碳合金的流动性与相图的关系；合金的流动性与相图的关系；纯金属和共晶合金在恒温下结纯金属和共晶合金在恒温下结晶，为逐层

14、凝固方式，如晶，为逐层凝固方式，如图图6-6a所示，凝固层表面光滑，阻力所示，凝固层表面光滑，阻力小，故流动性好，同时共晶合小，故流动性好，同时共晶合金熔点最低，故流动性最好。金熔点最低，故流动性最好。而亚共晶合金，为中间凝固方式，复杂枝晶阻碍流动，故而亚共晶合金，为中间凝固方式，复杂枝晶阻碍流动，故流动性差，如图流动性差，如图6-6b所示。所示。图图6-5铁碳合金的流动性与相图的关系铁碳合金的流动性与相图的关系3）杂质和含气量：固态夹杂物使粘度增加，流动性下降；）杂质和含气量：固态夹杂物使粘度增加，流动性下降；如灰铁中的如灰铁中的MnS；含气量越少，流动性越好。；含气量越少，流动性越好。2、

15、浇注条件、浇注条件：1）浇注温度）浇注温度，越高，保持液态的时间越长，流动性越好；，越高，保持液态的时间越长，流动性越好；温度越高，合金粘度越低，阻力越小，充型能力越强。温度越高，合金粘度越低，阻力越小，充型能力越强。故提高浇注温度能有效提高充型能力；但过高吸气量和故提高浇注温度能有效提高充型能力；但过高吸气量和总收缩大，易产生铸造缺陷。故在保证充型能力的前提总收缩大，易产生铸造缺陷。故在保证充型能力的前提下温度应尽量低。生产中薄壁件常采用较高温度，厚壁下温度应尽量低。生产中薄壁件常采用较高温度，厚壁件采用较低浇注温度。件采用较低浇注温度。2）充型压力）充型压力：压力越大，充型能力越强。：压力

16、越大，充型能力越强。3、铸型条件、铸型条件1）铸型的蓄热能力越强，充型能力越差；）铸型的蓄热能力越强，充型能力越差；2）铸型温度越高，充型能力越好；）铸型温度越高，充型能力越好；3）铸型中的气体阻碍充型；）铸型中的气体阻碍充型；4）铸件结构，壁厚过小、壁厚变化剧烈、结构复杂、大）铸件结构，壁厚过小、壁厚变化剧烈、结构复杂、大平面都影响充型。平面都影响充型。（二）合金的收缩（二）合金的收缩1、收缩：、收缩：合金从液态冷却至常温的过程中，体积或尺寸缩合金从液态冷却至常温的过程中，体积或尺寸缩小的现象。通常用体收缩率或线收缩率来表示：小的现象。通常用体收缩率或线收缩率来表示：合金的收缩过程可分为三个

17、阶段：如图合金的收缩过程可分为三个阶段：如图6-7所示。所示。1 1）液态收缩：指合金从浇注温度冷却到液相线温度过程中）液态收缩：指合金从浇注温度冷却到液相线温度过程中的收缩。过热度越大，收缩系数越大，液态收缩率均增加。的收缩。过热度越大，收缩系数越大，液态收缩率均增加。图图6-7 铸造合金收缩过程示意图铸造合金收缩过程示意图I液态收缩液态收缩 II凝固收缩凝固收缩 III固态收缩固态收缩a)合金状态图合金状态图 b)一定温度范围合金一定温度范围合金 c)共晶合金共晶合金2 2）凝固收缩：指合金在液相线和固相线之间凝固阶段的收）凝固收缩：指合金在液相线和固相线之间凝固阶段的收缩；由状态改变和温

18、度下降两部分组成。结晶温度范围越大，缩；由状态改变和温度下降两部分组成。结晶温度范围越大，收缩率越大。液态和凝固收缩时金属液体积缩小，是形成缩收缩率越大。液态和凝固收缩时金属液体积缩小，是形成缩孔和缩松的基本原因。孔和缩松的基本原因。3 3）固态收缩：指合金）固态收缩：指合金从固相线温度冷却到室从固相线温度冷却到室温时的收缩。表现为铸温时的收缩。表现为铸件外形尺寸的减小，用件外形尺寸的减小，用线收缩率表示，它对铸线收缩率表示，它对铸件形状和尺寸精度影响件形状和尺寸精度影响很大，是铸造应力、变很大，是铸造应力、变形和裂纹等缺陷产生的形和裂纹等缺陷产生的基本原因基本原因。2、影响收缩的因素、影响收

19、缩的因素：1）化学成分。）化学成分。2）浇注温度越高，过热度越大，收缩越大。）浇注温度越高，过热度越大，收缩越大。3）铸件结构和铸型条件，铸件结构造成各部分冷却速度）铸件结构和铸型条件，铸件结构造成各部分冷却速度不同，产生内部应力阻碍收缩；铸型和型芯产生机械阻不同，产生内部应力阻碍收缩；铸型和型芯产生机械阻力。力。充型能力不好，铸件易产生浇不到、冷隔、气孔、夹充型能力不好，铸件易产生浇不到、冷隔、气孔、夹杂、缩孔、热裂等缺陷；收缩是造成缩孔、缩松、应力、杂、缩孔、热裂等缺陷；收缩是造成缩孔、缩松、应力、变形和裂纹的基本原因。变形和裂纹的基本原因。三、铸造性能对铸件质量的影响铸造性能对铸件质量的

20、影响（一）缩孔和缩松（一）缩孔和缩松 凝固结束后在铸件某些部位出现的孔洞，大而集中的凝固结束后在铸件某些部位出现的孔洞，大而集中的孔洞称缩孔，细小而分散的孔洞称缩松。缩孔缩松可使铸孔洞称缩孔，细小而分散的孔洞称缩松。缩孔缩松可使铸件机械性能大大降低，以致成为废品。件机械性能大大降低，以致成为废品。1、缩孔和缩松的形成、缩孔和缩松的形成图图6-8 缩孔形成过程示意图缩孔形成过程示意图 缩孔产生的基本原因是合金的液态收缩和凝固收缩值缩孔产生的基本原因是合金的液态收缩和凝固收缩值大于固态收缩值，且得不到补偿。缩孔产生的部位在铸件大于固态收缩值，且得不到补偿。缩孔产生的部位在铸件最后凝固区域；此区域也

21、称热节，用画圆方法确定。最后凝固区域；此区域也称热节，用画圆方法确定。1）缩孔的形成）缩孔的形成：形成条件，金属在恒温或很窄的温度范形成条件，金属在恒温或很窄的温度范围内结晶，铸件壁成逐层凝固方式。形成过程如图围内结晶，铸件壁成逐层凝固方式。形成过程如图6-86-8所所示：示：动画视频演示动画视频演示 2 2）缩松的形成：其基本原因也是液态收缩和凝固收缩大于）缩松的形成：其基本原因也是液态收缩和凝固收缩大于固态收缩。但主要出现在糊状凝固的合金中，或断面较大固态收缩。但主要出现在糊状凝固的合金中，或断面较大的铸件壁中。形成过程如图的铸件壁中。形成过程如图6-96-9所示。所示。动画视频演示动画视

22、频演示。一般。一般出现在铸件壁的轴线区域、热节处、冒口根部和内浇口附出现在铸件壁的轴线区域、热节处、冒口根部和内浇口附近，也常分布在集中缩孔的下方。近，也常分布在集中缩孔的下方。图图6-9 缩松形成过程示意图缩松形成过程示意图缩孔缩松的形成规律：缩孔缩松的形成规律：1）合金的液态收缩和凝固收缩越大（如铸钢，白口铁等），）合金的液态收缩和凝固收缩越大（如铸钢，白口铁等），铸件越易形成缩孔。铸件越易形成缩孔。2）合金的浇注温度越高，液态收缩越大，越易形成缩孔；）合金的浇注温度越高，液态收缩越大，越易形成缩孔；3）结晶温度范围宽的合金，倾向于糊状凝固，易形成缩松；）结晶温度范围宽的合金，倾向于糊状凝

23、固，易形成缩松；纯金属和共晶成分合金倾向于逐层凝固，易形成缩孔。纯金属和共晶成分合金倾向于逐层凝固，易形成缩孔。2、缩孔和缩松的防止：、缩孔和缩松的防止：一定成分的合金，缩孔、缩一定成分的合金，缩孔、缩松的数量可以相互转化，但其总松的数量可以相互转化，但其总容积基本一定，如图容积基本一定，如图6-10为铁碳为铁碳合金成分与总体积收缩率、形成合金成分与总体积收缩率、形成缩孔、缩松倾向的关系。缩孔、缩松倾向的关系。图图6-10铁碳合金成分与体积收缩率的关系铁碳合金成分与体积收缩率的关系防止缩孔和缩松的基本原则是防止缩孔和缩松的基本原则是：采用合理的工艺条件，是：采用合理的工艺条件，是缩松转化为缩孔

24、，并使缩孔移至冒口中。缩松转化为缩孔，并使缩孔移至冒口中。主要措施有主要措施有：1 1）按照顺序凝固原则进行凝固）按照顺序凝固原则进行凝固。是指采用各种工艺措施，是指采用各种工艺措施，使铸件上从远离冒口的部分到冒口之间建立一个逐渐递增使铸件上从远离冒口的部分到冒口之间建立一个逐渐递增的温度梯度，从而实现由远离冒口的部分向冒口的方向顺的温度梯度，从而实现由远离冒口的部分向冒口的方向顺序地凝固，序地凝固，如图如图6-11所示，使缩孔转移到冒口中。所示，使缩孔转移到冒口中。动画动画视频演示视频演示。适用于收缩大或壁厚差别大，易产生缩孔的合。适用于收缩大或壁厚差别大，易产生缩孔的合金铸件；如铸钢，高强

25、度灰铸铁。可锻铸铁等。金铸件；如铸钢，高强度灰铸铁。可锻铸铁等。图图6-11 顺序凝固原则示意图顺序凝固原则示意图2 2）合理确定内浇道位置及浇注）合理确定内浇道位置及浇注工艺工艺。内浇道的引入位置应按。内浇道的引入位置应按照顺序凝固原则确定；浇注温照顺序凝固原则确定；浇注温度和浇注速度，应根据铸件结度和浇注速度，应根据铸件结构、浇注系统类型确定，慢浇构、浇注系统类型确定，慢浇有利于顺序凝固，有利于补缩、有利于顺序凝固，有利于补缩、消除缩孔。消除缩孔。3 3）合理应用冒口、冷铁和补贴等工艺措施）合理应用冒口、冷铁和补贴等工艺措施。冒口，在铸件。冒口，在铸件厚壁处和热节部位设置冒口，是防止缩孔、

26、缩松最有效的厚壁处和热节部位设置冒口，是防止缩孔、缩松最有效的措施。冷铁：用铸铁、钢、铜等材料制成的激冷物。加大措施。冷铁：用铸铁、钢、铜等材料制成的激冷物。加大冷却速度，调节凝固顺序。补贴：在铸件壁上部靠近冒口冷却速度，调节凝固顺序。补贴：在铸件壁上部靠近冒口处增加一个楔型厚度，使铸件壁厚变成朝冒口逐渐增厚的处增加一个楔型厚度，使铸件壁厚变成朝冒口逐渐增厚的形状，即造成一个向冒口逐渐递增的温度梯度，增大补缩形状，即造成一个向冒口逐渐递增的温度梯度，增大补缩距离。三者综合应用是消除缩孔缩松的有效措施。距离。三者综合应用是消除缩孔缩松的有效措施。动画视动画视频演示频演示（二）铸造应力（二）铸造应

27、力铸造应力铸造应力:铸件的固态收缩受到阻碍而引起的内应力。可铸件的固态收缩受到阻碍而引起的内应力。可分为热应力和收缩应力；分为热应力和收缩应力；热阻碍热阻碍：铸件各部分由于冷却速度不同，收缩量不同而：铸件各部分由于冷却速度不同，收缩量不同而引起的阻碍；由其引起的应力称热应力。引起的阻碍；由其引起的应力称热应力。机械阻碍机械阻碍：铸型、型芯对铸件收缩的阻碍；由其引起的：铸型、型芯对铸件收缩的阻碍；由其引起的应力称机械应力（收缩应力）。应力称机械应力（收缩应力）。1、热应力：、热应力：由热阻碍引起，由热阻碍引起，落砂后热应力仍存在于铸件内，落砂后热应力仍存在于铸件内，是一种残留铸造应力，以框架铸件

28、为例，说明残留热应力的是一种残留铸造应力，以框架铸件为例，说明残留热应力的图图6-12 热应力的形成热应力的形成形成过程，如图形成过程，如图6-126-12所示，有所示，有一根粗杆和两根细杆组成的铸一根粗杆和两根细杆组成的铸件，其热应力形成过程分三阶件，其热应力形成过程分三阶段，第一阶段，两者都塑性变段，第一阶段，两者都塑性变形，无热应力；第二阶段，一形，无热应力；第二阶段，一塑性，一弹性，仍无热应力；塑性，一弹性，仍无热应力；第三阶段，两者均弹性变形，第三阶段，两者均弹性变形，因温差不同，热应因温差不同，热应力产生。冷却慢的力产生。冷却慢的受拉，快的受压。受拉，快的受压。残留热应力和合金残留

29、热应力和合金的弹性模量、线收的弹性模量、线收缩系数、铸件各部缩系数、铸件各部分壁厚差别及温度分壁厚差别及温度差成正比。差成正比。动画视频演示动画视频演示2、收缩应力、收缩应力：由机械阻碍产生，：由机械阻碍产生，一般都是拉应力，在形一般都是拉应力，在形成应力的原因消除时，应力也随之消除。但如果临时拉成应力的原因消除时，应力也随之消除。但如果临时拉应力和残留热应力同时作用在某瞬间超过铸件的强度极应力和残留热应力同时作用在某瞬间超过铸件的强度极限时，铸件将产生裂纹。如图限时，铸件将产生裂纹。如图6 6-13-13所示。所示。3 3、减小和消除铸造应力的措施、减小和消除铸造应力的措施：1 1）合理设计

30、铸件结构。尽量避免牵制收缩的结构，如壁厚）合理设计铸件结构。尽量避免牵制收缩的结构，如壁厚均匀，壁之间连接均匀等。均匀，壁之间连接均匀等。2 2）尽量选用线收缩率小、弹性模量小的合金。）尽量选用线收缩率小、弹性模量小的合金。3 3）采用同时凝固的工艺。如图）采用同时凝固的工艺。如图6 6-14-14所示，各部分温差小，所示，各部分温差小，不易产生热应力。主要用于收缩较小的普通灰铸铁、结晶不易产生热应力。主要用于收缩较小的普通灰铸铁、结晶范围大，不易实现冒口补缩，对气密性要求不高的锡青铜范围大，不易实现冒口补缩，对气密性要求不高的锡青铜铸件等。铸件等。4 4）设法改善铸型、型芯的退让性，合理设置

31、浇冒口。）设法改善铸型、型芯的退让性，合理设置浇冒口。5 5）对铸件进行时效处理。自然时效、热时效（去应力退）对铸件进行时效处理。自然时效、热时效（去应力退火）和共振时效。火）和共振时效。（三）铸件的变形与裂纹（三）铸件的变形与裂纹1 1、铸件的变形、铸件的变形：残留铸造应力超过铸件材料的屈服极限时：残留铸造应力超过铸件材料的屈服极限时产生的翘曲变形产生的翘曲变形。如图。如图6-15所示的框架铸件，图所示的框架铸件，图6-16的的T型梁，当刚度不够时，将产生如图所示的变形。型梁，当刚度不够时，将产生如图所示的变形。图图6-15 框架铸件的变形框架铸件的变形图图6-16 T型梁的变形型梁的变形

32、防止铸造应力的方法也是防止变形的根本方法；防止铸造应力的方法也是防止变形的根本方法；同时在工艺上还可以采用反变形法，提早落砂、去应同时在工艺上还可以采用反变形法，提早落砂、去应力退火消除机械应力。力退火消除机械应力。2、铸件的裂纹、铸件的裂纹：当铸造应力超过金属的强度极限时，铸：当铸造应力超过金属的强度极限时，铸件便产生裂纹。可分为热裂和冷裂。件便产生裂纹。可分为热裂和冷裂。1）热裂）热裂：在凝固末期高温下形成的裂纹。裂纹表面被氧：在凝固末期高温下形成的裂纹。裂纹表面被氧化而呈氧化色，裂纹沿晶粒边界产生和发展，外形曲折而化而呈氧化色，裂纹沿晶粒边界产生和发展，外形曲折而不规则；裂纹短，缝隙宽。

33、不规则；裂纹短，缝隙宽。产生原因产生原因：凝固末期，合金绝大部分已成固体，但强度和：凝固末期，合金绝大部分已成固体，但强度和塑性很低，当铸件受到机械阻碍产生很小的铸造应力就能塑性很低，当铸件受到机械阻碍产生很小的铸造应力就能引起热裂。分布在应力集中处或热节处。引起热裂。分布在应力集中处或热节处。防止热裂的措施：防止热裂的措施：应尽量选用凝固温度范围小、热裂倾向小的合金；应尽量选用凝固温度范围小、热裂倾向小的合金；提高铸型、型芯的退让性，减小机械应力；提高铸型、型芯的退让性，减小机械应力；合理设计浇道、冒口；合理设计浇道、冒口；对于铸钢、铸铁件，严格控制硫含量，防止热脆性。对于铸钢、铸铁件，严格

34、控制硫含量，防止热脆性。2 2）冷裂）冷裂：是铸件处于弹性状态即在低温时形成的裂纹。：是铸件处于弹性状态即在低温时形成的裂纹。其表面光滑，具有金属光泽或呈微氧化色，裂纹穿过晶其表面光滑，具有金属光泽或呈微氧化色，裂纹穿过晶粒而发生，外形规则，常是圆滑曲线或直线。防止方法粒而发生，外形规则，常是圆滑曲线或直线。防止方法是尽量减少铸造应力。是尽量减少铸造应力。思考题：思考题：1、何谓合金的铸造性能？它可以用那些性能来衡量？铸、何谓合金的铸造性能？它可以用那些性能来衡量？铸造性能不好，会引起哪些缺陷？如何预防？造性能不好，会引起哪些缺陷？如何预防？2 2、试分析下图所示铸件：、试分析下图所示铸件：1

35、 1）那些是自由收缩，哪些是受）那些是自由收缩，哪些是受阻收缩？阻收缩？2 2）受阻收缩的铸件形成哪一类铸造应力？）受阻收缩的铸件形成哪一类铸造应力？3 3）图）图示各点应力属什么性质（拉应力、压应力）？示各点应力属什么性质（拉应力、压应力）？砂型铸造是应用最广的铸造方法，约占总产量的砂型铸造是应用最广的铸造方法，约占总产量的80%以上，其基本工艺过程如下：以上，其基本工艺过程如下：第二节第二节 砂型铸造方法砂型铸造方法 零件图零件图铸造工艺图铸造工艺图模样图、芯盒图、铸型装配图模样图、芯盒图、铸型装配图制造模样及芯盒制造模样及芯盒混制芯砂混制芯砂预处理造型材料预处理造型材料混制型砂混制型砂造

36、型造型制芯制芯准备准备炉料炉料熔炼熔炼金属金属浇注浇注化验化验落砂、清理落砂、清理检验检验热处理热处理合格铸件合格铸件合型合型烘干铸型烘干铸型烘干芯子烘干芯子主要工序视频演示主要工序视频演示l砂型铸造是将熔化的金属注入砂型，凝固后获得铸件的方砂型铸造是将熔化的金属注入砂型，凝固后获得铸件的方法，由于砂型在铸件取出后便损坏，也称一次型铸造。法，由于砂型在铸件取出后便损坏，也称一次型铸造。l一、砂型铸造的组成一、砂型铸造的组成l砂型应有适当的分型面、砂型应有适当的分型面、l合理的浇注系统与通气合理的浇注系统与通气l孔、足够的吃砂量。孔、足够的吃砂量。l砂型的基本组成如右图。砂型的基本组成如右图。l

37、二、型砂和芯砂二、型砂和芯砂l砂型铸造的铸型是由型砂制成的，型砂是由原砂、黏结剂、砂型铸造的铸型是由型砂制成的，型砂是由原砂、黏结剂、水和附加物按一定比例配合，制成符合造型、造芯要求的水和附加物按一定比例配合，制成符合造型、造芯要求的混合料，如右图。混合料，如右图。l型砂应满足下面的性能要求：型砂应满足下面的性能要求：l强度强度l透气性透气性l耐火度耐火度l可塑性可塑性l退让性退让性 造型和制芯是砂型铸造最基本的工序，按照紧实型砂造型和制芯是砂型铸造最基本的工序，按照紧实型砂和起模的方法，可分为手工造型和机器造型两大类。和起模的方法，可分为手工造型和机器造型两大类。1、手工造型、手工造型1）手

38、工造型）手工造型：全部用手工或手动工具完成的造型。：全部用手工或手动工具完成的造型。手工造手工造型特点：操作灵活，工艺装备（模样、芯盒、砂箱）简单，型特点：操作灵活，工艺装备（模样、芯盒、砂箱）简单，生产准备时间短，适应性强，可用于各种大小形状的铸件。生产准备时间短，适应性强，可用于各种大小形状的铸件。缺点是对工人技术水平要求较高，生产率低，劳动强度大，缺点是对工人技术水平要求较高，生产率低，劳动强度大，铸件质量不稳定。用于单件、小批生产。铸件质量不稳定。用于单件、小批生产。2 2）常用手工造型特点及应用）常用手工造型特点及应用 手工造型按模样特征可分为：整模造型，分模造型、手工造型按模样特征

39、可分为：整模造型，分模造型、活块造型、挖砂造型、假箱造型、刮板造型；按砂箱特征活块造型、挖砂造型、假箱造型、刮板造型；按砂箱特征分：两箱造型、三箱造型、脱箱造型、地坑造型。具体特分：两箱造型、三箱造型、脱箱造型、地坑造型。具体特点及应用见表点及应用见表6-26-2。为省却挖砂操作，在造型前特制一为省却挖砂操作，在造型前特制一个底胎，然后在底胎上造下箱；底个底胎，然后在底胎上造下箱；底胎可多次使用，不参与浇注。胎可多次使用，不参与浇注。表表6-2 常用手工造型方法的特点及应用常用手工造型方法的特点及应用造型方法造型方法主要特点主要特点适用范围适用范围整模造型整模造型整体模，平面分型面，型腔在一个

40、整体模，平面分型面，型腔在一个砂箱内；造型简单，铸件精度表面砂箱内；造型简单，铸件精度表面质量较好。质量较好。分模造型分模造型模样沿最大截面分为两半，型腔位模样沿最大截面分为两半，型腔位于上、下两个砂箱，造型简便。于上、下两个砂箱，造型简便。挖砂造型挖砂造型假箱造型假箱造型最大截面位于一端并为平最大截面位于一端并为平面的简单铸件的单件、小面的简单铸件的单件、小批生产。批生产。最大截面在中部，一般为最大截面在中部，一般为对称性铸件，如套、管、对称性铸件，如套、管、阀类零件单件、小批生产。阀类零件单件、小批生产。模样为整体，但分型面不是平面，模样为整体，但分型面不是平面，造型时手工挖去阻碍取模的型

41、砂，造型时手工挖去阻碍取模的型砂，生产率低，技术水平高。生产率低，技术水平高。分型面不是平面的铸件的分型面不是平面的铸件的单件、小批生产。单件、小批生产。分型面不是平面的铸件的分型面不是平面的铸件的成批生产。成批生产。活块造型活块造型对铸件上妨碍起模的小部分做成活对铸件上妨碍起模的小部分做成活动部分，起模时先取出主体部分，动部分，起模时先取出主体部分，再取出活动部分。再取出活动部分。用于妨碍起模部分的铸件用于妨碍起模部分的铸件的单件、小批生产。的单件、小批生产。生产录像生产录像生产录像生产录像生产录像生产录像生产录像生产录像生产录像生产录像采用活动砂箱造型，合型后脱出砂采用活动砂箱造型，合型后

42、脱出砂箱。箱。续续 表表6-2 常用手工造型方法的特点及应用常用手工造型方法的特点及应用造型方法造型方法主要特点主要特点适用范围适用范围刮板造型刮板造型用刮板代替模样造型。节约木材，用刮板代替模样造型。节约木材，缩短生产周期，生产率低，技术水缩短生产周期，生产率低，技术水平高，精度较差。平高，精度较差。两箱造型两箱造型铸型由上型和下型构成，各类模样，铸型由上型和下型构成，各类模样，操作方便操作方便三箱造型三箱造型脱箱造型脱箱造型用于等截面或回转体大中用于等截面或回转体大中型铸件的单件、小批生产。型铸件的单件、小批生产。最基本的造型方法。各种最基本的造型方法。各种铸型，各种批量。铸型，各种批量。

43、铸件两端截面尺寸比中间大，必须铸件两端截面尺寸比中间大，必须有两个分型面。有两个分型面。主要用于手工造型，具两主要用于手工造型，具两个分型面的铸件的单件、个分型面的铸件的单件、小批生产。小批生产。由于小铸件的生产。由于小铸件的生产。地坑造型地坑造型在地面砂床中造型，不用砂箱或只在地面砂床中造型，不用砂箱或只用上箱。用上箱。用于要求不高的中、大型用于要求不高的中、大型铸件的单件、小批生产。铸件的单件、小批生产。生产录像生产录像生产录像生产录像 机器造型：用机器全部或至少完成紧砂操作的造型。机器造型：用机器全部或至少完成紧砂操作的造型。生产效率高，劳动条件好，砂型质量好（紧实度高而均匀，生产效率高

44、，劳动条件好，砂型质量好（紧实度高而均匀，型腔轮廓清晰，铸件质量也好。但设备和工艺装备费用高，型腔轮廓清晰，铸件质量也好。但设备和工艺装备费用高，生产准备时间较长，适于中小铸件的成批或大量生产。生产准备时间较长，适于中小铸件的成批或大量生产。2、机器造型、机器造型1）机器造型的紧砂方法）机器造型的紧砂方法 机器造型的紧砂方法主要有压实、振实、振压、抛砂机器造型的紧砂方法主要有压实、振实、振压、抛砂四种基本形式。四种基本形式。（1）振压紧砂：以压缩空气为动力，工作原理）振压紧砂：以压缩空气为动力，工作原理如图如图6-17所示。所示。（2）抛砂紧实：工作原理）抛砂紧实：工作原理如图如图6-18所示

45、。所示。2）机器造型的起模方法）机器造型的起模方法（1）顶箱起模：如图）顶箱起模：如图6-19所示。机构简单，但易漏砂，用所示。机构简单，但易漏砂，用于型腔简单高度小的铸型，多用于上型，以省却翻箱。于型腔简单高度小的铸型，多用于上型，以省却翻箱。（2）漏模起模：如图）漏模起模：如图6-20所示。一般用于形状复杂或高度所示。一般用于形状复杂或高度较大的铸型。较大的铸型。（3）翻转起模：如图）翻转起模：如图6-21所示。机构较复杂，但不易掉所示。机构较复杂，但不易掉砂，适用于型腔较深，形状复杂的铸型，常用于下型。砂，适用于型腔较深，形状复杂的铸型，常用于下型。3、造型生产线、造型生产线 将造型机和

46、其它辅机（翻转机、下芯机、合型机、将造型机和其它辅机（翻转机、下芯机、合型机、压铁机、落砂机等）按造铸造工艺流程，用运输设备压铁机、落砂机等）按造铸造工艺流程，用运输设备（铸型输送机或辊道）联系起来，组成一套机械化、自（铸型输送机或辊道）联系起来，组成一套机械化、自动化铸造生产系统。如图动化铸造生产系统。如图6 6-22-22，6 6-23-23所示。所示。生产过程录像生产过程录像思考题：思考题：1、手工造型常用哪几种造型方法，各适用于何种零件？、手工造型常用哪几种造型方法，各适用于何种零件？2、机器造型有何优缺点，有哪几种紧砂方法、起模方法？、机器造型有何优缺点，有哪几种紧砂方法、起模方法？

47、第三节第三节 特种铸造方法特种铸造方法 与普通砂型铸造不同的其他铸造方法统称为特种铸造，与普通砂型铸造不同的其他铸造方法统称为特种铸造，如熔模铸造、金属型铸造、压力铸造、低压铸造、离心铸如熔模铸造、金属型铸造、压力铸造、低压铸造、离心铸造、挤压铸造、实型铸造等。造、挤压铸造、实型铸造等。一、熔模铸造一、熔模铸造 在易熔模样表面包覆若干层耐火涂料，待其硬化干燥在易熔模样表面包覆若干层耐火涂料，待其硬化干燥后，将模样熔去后而制成型壳，经浇注而获得铸件的一种后，将模样熔去后而制成型壳，经浇注而获得铸件的一种方法。模样材料多为蜡质，固又称失蜡铸造。方法。模样材料多为蜡质，固又称失蜡铸造。1 1、熔模铸

48、造的工艺过程：、熔模铸造的工艺过程：熔模铸造的工艺过程如图熔模铸造的工艺过程如图6-24所示，主要有以下过所示，主要有以下过程：制造压型、制造熔模、制造型壳、脱模、焙烧、浇程：制造压型、制造熔模、制造型壳、脱模、焙烧、浇注、清理。注、清理。生产过程录像生产过程录像2、熔模铸造的特点和适用范围熔模铸造的特点和适用范围 主要特点如下：主要特点如下：1 1）铸件的精度和表面质量高；尺寸公差）铸件的精度和表面质量高；尺寸公差IT11-14IT11-14，Ra12.5-Ra12.5-1.61.6；2 2）可制造形状较复杂的铸件；）可制造形状较复杂的铸件；3 3）适用于各种合金铸件，尤其是高造熔点难加工的

49、高合金）适用于各种合金铸件，尤其是高造熔点难加工的高合金钢，如耐热合金、不锈钢、磁钢等。钢，如耐热合金、不锈钢、磁钢等。4 4）工艺过程较复杂，生产周期长，使用费和消耗的材料费）工艺过程较复杂，生产周期长，使用费和消耗的材料费较贵，多用于小型零件。较贵，多用于小型零件。熔模铸造的适用于熔模铸造的适用于制造形状复杂，难以加工的高熔点合制造形状复杂，难以加工的高熔点合金及有特殊要求的精密铸件；主要用于汽轮机、燃汽轮金及有特殊要求的精密铸件；主要用于汽轮机、燃汽轮机叶片、切削刀具、仪表元件、汽车、拖拉机及机床等机叶片、切削刀具、仪表元件、汽车、拖拉机及机床等零件的生产。零件的生产。二、金属型铸造二、

50、金属型铸造1 1、金属型的构造：、金属型的构造：金属型的材料一般采用铸铁，铸件内腔可用金属型芯或金属型的材料一般采用铸铁，铸件内腔可用金属型芯或砂芯得到。结构有整体式、水平分型式砂芯得到。结构有整体式、水平分型式如图如图6-25a6-25a 、垂直分、垂直分型式型式如图如图6-25b6-25b、复合分型式、复合分型式如图如图6-25c6-25c等。等。金属型铸造是在重力作用下将金属液体浇入金属铸型金属型铸造是在重力作用下将金属液体浇入金属铸型以获得铸件的方法。铸型用金属制成，可反复使用，故又以获得铸件的方法。铸型用金属制成，可反复使用，故又称永久型铸造。称永久型铸造。2 2、金属型铸造的工艺特