第八章 铸造成形
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金属工艺学 铸造成形PPT课件
变。开型不能过早。不能激冷 铸件。
在铸件表面上，全部或部分覆盖着
一层金属（或金属氧化物）与 减少砂粒间隙。适当降低金属的浇
8 粘砂
砂（或涂料）的混（化）合物
注温度。提高型砂、芯砂的耐
或一层烧结构的型砂，致使铸
火度。
件表面粗糙。
在铸件表面上，有一层金属瘤状物 严格控制型砂、芯砂性能。改善浇
9 夹砂
或片状物，在金属瘤片和铸件
金属工艺学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的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如铸铁等制造其毛坯或零件的唯一成型工艺铸造成型金属工艺学工艺过程比较复杂一些工艺过程还难以控制液态成形零件内部组织的均匀性致密性一般较差液态成形零件易出现缩孔缩松气孔砂眼夹渣夹砂裂纹等缺陷产品质量不够稳定由于铸件内部晶粒粗大组织不均匀且常伴有缺陷其力学性能比同类材料的塑性成形低液态成型金属工艺学71铸造成形工艺基础711合金的流动性和充型能力液态合金的工艺性能表征为液态合金的铸造性能通常是指合金的流动性收缩性吸气性及偏析等性能合金铸造性能是选择铸造金属材料确定铸件的铸造工艺方案及进行铸件结构设计的依据金属工艺学充型能力的概念
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铸件检验及铸件常见缺陷
序 缺陷名称
缺陷特征
预防措施
1
气孔
在铸件内部、表面或近于表面处，有大 小不等的光滑孔眼，形状有圆的、 长的及不规则的，有单个的，也有 聚集成片的。颜色有白色的或带一 层暗色，有时覆有一层氧化皮。
降低熔炼时流言蜚语金属的吸气量。减 少砂型在浇注过程中的发气量，改 进铸件结构，提高砂型和型芯的透 气性，使型内气体能顺利排出。
铸件检验及铸件常见缺陷
铸造成型
能量起伏：金属晶体结构中每个原子的震动能量不是均等的，一些原子的能量超过原子的平均能量，有些原子的能量则远小于平均能量，这种能量的不均匀性称为“能量起伏”。
结构起伏：液态金属中的原子集团处于瞬息万变的状态，时而长大时而变小，时而产生时而消失，此起彼落，犹如不停顿的游动。
这种结构上瞬息变化称为结构起伏。
浓度起伏：不同原子间结合力存在差别，在金属液原子团簇之间存在着成分差异。
这种成分的不均匀性称为浓度起伏。
粘滞性：在液体力学中有两个概念，一个是动力粘度，另一个是运动粘度，其本质是原子间结合力的大小。
表面张力：液态金属表面层的质点收到一个指向液体内部的力，无图倾向于减少其表面积，这相当于在液体金属表面有一个平行于表面且各向大小相等的张力，这个张力就是表面张力。
温度场：指物体或系统内各点温度分布的总和，温度场的表达式为：t=f（x，y，z，t）若温度场内各点温度不随时间而变，即为问稳定温度场。
反之，则为不稳定的温度场。
形核：亚稳定的液态金属通过起伏作用在某些微观小区域内形成稳定存在的晶态小质点的过程成为形核。
均质形核：在没有任何外来界面的均匀熔体中的生核过程。
在不均匀熔体中临界晶核半径：在过冷的均匀熔体中，尽量晶胚不断形成，但只有晶胚的大小达到一定的临界尺寸r时，当体积功的能量降低占优势，从而使整个晶胚的自由能随晶胚的大小而降低时，才能发展为稳定的晶核，该晶胚就是均质生核的临界晶核，r均就是临界形核半径。
溶质再分配:单相合金的结晶过程一般是在一个固液两项共存的温度区间内完成的。
在区间内的任何一点，共存两相都具有不同的成分。
因此结晶过程过程必然导致界面处固、液两相成分的分离。
同时，由于界面处于两相成分随之温度的降低而变化，故晶体生长与传质过程中必然相伴而生。
这样，从生核开始直到凝固结束，在珍格格结晶过程中，固、液两相内部将不断进行着溶质元素重新分布的过程。
我们称此为合金结晶中过程溶质再分配。
平均分配系数：平衡固相中溶质浓度与平衡液相溶质浓度的比值称为平衡分配系数。
铸造成形技术.pptx
注落芯、清理及检验等
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第一节 造型材料、型砂与芯砂
• 1. 造型材料: 型砂及芯砂是制造砂型与型芯的造型材料。
第5页/共23页
造型材料
• ① 型芯砂的组成成分： 新砂 旧砂 粘合剂 附加物 水 ② 粘结剂及粘结剂的分类
用来粘结砂粒的材料称为粘结剂 粘土、水玻璃、有机粘结剂、附加物、涂料及料
第14页/共23页
第四节 金属的熔炼
• 2.铸铁的三大优点：减振、耐磨、消声 • 3.铸铁的桑收缩阶段：液态、凝固、固态 • 4.铸铁的三个应力：热应力、相变应力、内应力 • 5.铸铁的牌号：HT:100、150、200、250、300、350共六种。GB9439-88
第15页/共23页
熔炼设备
第6页/共23页
造型材料
• 防粘剂的材料：煤油、重油 • 增加型芯空隙材料：锯木屑、纤维物等
第7页/共23页
第二节 造型造芯的方法及特点
• 1.砂型的组成与结构：
第8页/共23页
• 2.分型面：是指两半铸型相互接触的表面。 • 其工艺常用符号为：
第9页/共23页
• 3.造型的方法： 手工造型和机器造型 第10页/共23页
教学难点
•型砂铸造工艺方案的 灵活运用
第2页/共23页
铸造概论
• 铸造包括铸铁、铸钢、铸非铁合金。 • 铸造是制造铸型熔炼金属并将熔炼的金属液体浇入铸型，凝固后获得铸件的生产成形方法。
第3页/共23页
铸造概论
• 铸造方法有多种，即：砂型铸造和特种铸造，其中砂型铸造应用最广泛。 • 砂型铸造的主要生产工序主要包括：制造模样和芯盒、制备型砂和芯砂、造型造芯、合型、熔化金属、浇
造型的过程
第11页/共23页
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第一节 造型材料、型砂与芯砂
• 1. 造型材料: 型砂及芯砂是制造砂型与型芯的造型材料。
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造型材料
• ① 型芯砂的组成成分： 新砂 旧砂 粘合剂 附加物 水 ② 粘结剂及粘结剂的分类
用来粘结砂粒的材料称为粘结剂 粘土、水玻璃、有机粘结剂、附加物、涂料及料
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第四节 金属的熔炼
• 2.铸铁的三大优点：减振、耐磨、消声 • 3.铸铁的桑收缩阶段：液态、凝固、固态 • 4.铸铁的三个应力：热应力、相变应力、内应力 • 5.铸铁的牌号：HT:100、150、200、250、300、350共六种。GB9439-88
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熔炼设备
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造型材料
• 防粘剂的材料：煤油、重油 • 增加型芯空隙材料：锯木屑、纤维物等
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第二节 造型造芯的方法及特点
• 1.砂型的组成与结构：
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• 2.分型面：是指两半铸型相互接触的表面。 • 其工艺常用符号为：
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• 3.造型的方法： 手工造型和机器造型 第10页/共23页
教学难点
•型砂铸造工艺方案的 灵活运用
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铸造概论
• 铸造包括铸铁、铸钢、铸非铁合金。 • 铸造是制造铸型熔炼金属并将熔炼的金属液体浇入铸型，凝固后获得铸件的生产成形方法。
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铸造概论
• 铸造方法有多种，即：砂型铸造和特种铸造，其中砂型铸造应用最广泛。 • 砂型铸造的主要生产工序主要包括：制造模样和芯盒、制备型砂和芯砂、造型造芯、合型、熔化金属、浇
造型的过程
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铸造成形成形原理、工艺特点
铸造成形成形原理、工艺特点
铸造成形是指将熔融金属或合金注入铸型中，通过冷却凝固形成所需的产品形状的制造过程。
铸造成形是一种非常重要的金属加工工艺，具有成本低、生产周期短、生产效率高等优点。
本文将介绍铸造成形的成形原理、工艺特点等相关内容。
1. 成形原理
铸造成形的成形原理是将熔融金属或合金注入铸型中，通过冷却凝固形成所需的产品形状。
铸造成形的成形过程主要分为注型、凝固、冷却、脱模等四个步骤。
在注型过程中，将熔融金属或合金注入铸型中，填满整个铸型腔，形成所需的产品形状。
凝固过程中，熔融金属或合金开始凝固，形成固态金属或合金。
冷却过程中，将固态金属或合金从铸型中取出后，通过自然冷却或强制冷却，让产品内部温度均匀降至室温。
最后，脱模过程中，将产品从铸型中取出，完成铸造成形的全过程。
2. 工艺特点
1) 生产周期短：铸造成形的生产周期短，可快速生产出大批量的产品。
2) 成本低：铸造成形的设备和原材料成本相对较低，可大幅降低产品生产成本。
3) 适用性广：铸造成形可用于生产各种形状的金属或合金制品，适用性非常广泛。
4) 生产效率高：铸造成形可进行自动化生产，提高生产效率和
生产能力，同时可大幅降低人力成本。
5) 重型、大型产品生产优势：铸造成形可生产大型、重型产品，如机床床身、发动机缸盖等。
总之，铸造成形是一种非常重要的金属加工工艺，具有成本低、生产周期短、生产效率高等优点，适用性广泛，可生产出各种形状的金属或合金制品。
铸造成形PPT课件
4）铸件结构 铸件结构越复杂，铸件壁厚越薄，流动阻 力越大。
12
LOGO
2.1.2. 合金的收缩
1、合金的收缩及影响因素
1）收缩的概念 ——合金在浇注、凝固和冷却过程中，其 体积和尺寸减少的现象。
收缩将使铸件产生缩孔，缩松、裂纹、变 形、残余内应力……。
13
LOGO 合金收缩的三个阶段： a）液态收缩：从浇注温度到开始凝固温
（2）大平面朝下：同上原因。 图2-22 （3）大面积的薄壁部分置于下面。图2-23 （4）厚大部分朝上或置于侧面：便于安放 冒口补缩。 图2-24
32
LOGO
2.3.2 铸型分型面的选择
铸型分型面——各箱之间的界面。应考虑 以下原则：
（1）铸件的大部或全部置于同一箱内：易 保证尺寸精度。 图2-25
常见合金：黄铜、铸铁的流动性最好，铸
钢较差。
8
LOGO 2. 影响合金流动性的因素
1）化学成分 2）浇注条件：
（1）浇注温度; （2）充型压力; （3）浇注系统。 3）铸型条件 4）铸件结构
9
LOGO
1） 化学成分： 纯金属、共晶成分合金的流动性最好。如 图所示。因为他们的结晶在恒温下进行，液态 合金从表层向中心逐层凝固，固液界面光滑， 对尚未凝固的液态合金的流动阻力较小。 其它成分合金的结 晶在一定温度范围内进 行，结晶区为液态金属 与初生树枝状晶体并存 的两相区，合金的流动 阻力大，流动性差。
LOGO
2.1 概述
2.2 铸造工艺基础 2.3 砂型铸造
2.4 砂型铸造的结构工艺性 2.5 特种铸造
1
概述 LOGO
1.铸造——将金属材料加热到液态，浇注 到具有与零件形状、尺寸相适应的铸型型腔内 ，待其冷却凝固后，得到所需零件或毛坯的方 法。
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2.1.2. 合金的收缩
1、合金的收缩及影响因素
1）收缩的概念 ——合金在浇注、凝固和冷却过程中，其 体积和尺寸减少的现象。
收缩将使铸件产生缩孔，缩松、裂纹、变 形、残余内应力……。
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LOGO 合金收缩的三个阶段： a）液态收缩：从浇注温度到开始凝固温
（2）大平面朝下：同上原因。 图2-22 （3）大面积的薄壁部分置于下面。图2-23 （4）厚大部分朝上或置于侧面：便于安放 冒口补缩。 图2-24
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2.3.2 铸型分型面的选择
铸型分型面——各箱之间的界面。应考虑 以下原则：
（1）铸件的大部或全部置于同一箱内：易 保证尺寸精度。 图2-25
常见合金：黄铜、铸铁的流动性最好，铸
钢较差。
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LOGO 2. 影响合金流动性的因素
1）化学成分 2）浇注条件：
（1）浇注温度; （2）充型压力; （3）浇注系统。 3）铸型条件 4）铸件结构
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1） 化学成分： 纯金属、共晶成分合金的流动性最好。如 图所示。因为他们的结晶在恒温下进行，液态 合金从表层向中心逐层凝固，固液界面光滑， 对尚未凝固的液态合金的流动阻力较小。 其它成分合金的结 晶在一定温度范围内进 行，结晶区为液态金属 与初生树枝状晶体并存 的两相区，合金的流动 阻力大，流动性差。
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2.1 概述
2.2 铸造工艺基础 2.3 砂型铸造
2.4 砂型铸造的结构工艺性 2.5 特种铸造
1
概述 LOGO
1.铸造——将金属材料加热到液态，浇注 到具有与零件形状、尺寸相适应的铸型型腔内 ，待其冷却凝固后，得到所需零件或毛坯的方 法。
第八章铸件形成技术基础幻灯片精品PPT课件
7
③ 在“多孔管”中流动
砂型具有透气性，其浇注系统和型腔可看作“多孔”的管道和容 器缺。陷：a）铸件表面粘砂：压力过大，金属液被压入型壁砂粒间的间隙内；
b）卷入性气孔：液流与浇道壁不贴附，外界气体被带入型腔
④ 紊流流动
紊流：指流体从一种稳定状态向另一种稳定状态变化过程中的一种无序状态。 流动时惯性力占主要地位。
金属型 （300℃）
砂型
砂型 砂型
浇注温度/℃ 1300
1600 1640 680-720
700 1040 1100
螺旋线长度/mm 1800 1300 1000 600
100 200 700-800
400-600 420 1000
6
二、液态金属的充型特点和对铸件质量的影响
① 粘性液体流动
水：无粘性，匀质的单相体 液体金属：粘性，非匀质的多相体（S、L、G）
1
§8-1 液态金属的充型
一、液态金属的充型能力
--铸件形成的第一阶段
基本概念：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，即液态金属充填铸型的能力，简称 液态金属的充型能力
实验证明，同一种金属用不同的铸造方法，所能铸造的铸件最小壁厚不同。 同样的铸造方法，由于金属不同，所能得到的最小壁厚也不同，如表所示。
22
⑤ 金属的比热容、密度和导热系数
比热容和密度较大的合金，因其本身含有较多的热量，在相同 的过热度下，保持液态的时间长，流动性好。 导热系数小的合金，热量散失慢，保持流动的时间长；导热系 数小，在凝固期间液固并存的两相区小，流动阻力小，故流动 性好。
⑥ 合金的熔炼过程
控制气体和夹杂物的含量，降低其含量，使粘度降低。
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③ 在“多孔管”中流动
砂型具有透气性，其浇注系统和型腔可看作“多孔”的管道和容 器缺。陷：a）铸件表面粘砂：压力过大，金属液被压入型壁砂粒间的间隙内；
b）卷入性气孔：液流与浇道壁不贴附，外界气体被带入型腔
④ 紊流流动
紊流：指流体从一种稳定状态向另一种稳定状态变化过程中的一种无序状态。 流动时惯性力占主要地位。
金属型 （300℃）
砂型
砂型 砂型
浇注温度/℃ 1300
1600 1640 680-720
700 1040 1100
螺旋线长度/mm 1800 1300 1000 600
100 200 700-800
400-600 420 1000
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二、液态金属的充型特点和对铸件质量的影响
① 粘性液体流动
水：无粘性，匀质的单相体 液体金属：粘性，非匀质的多相体（S、L、G）
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§8-1 液态金属的充型
一、液态金属的充型能力
--铸件形成的第一阶段
基本概念：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，即液态金属充填铸型的能力，简称 液态金属的充型能力
实验证明，同一种金属用不同的铸造方法，所能铸造的铸件最小壁厚不同。 同样的铸造方法，由于金属不同，所能得到的最小壁厚也不同，如表所示。
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⑤ 金属的比热容、密度和导热系数
比热容和密度较大的合金，因其本身含有较多的热量，在相同 的过热度下，保持液态的时间长，流动性好。 导热系数小的合金，热量散失慢，保持流动的时间长；导热系 数小，在凝固期间液固并存的两相区小，流动阻力小，故流动 性好。
⑥ 合金的熔炼过程
控制气体和夹杂物的含量，降低其含量，使粘度降低。
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铸造成形
河南工业大学
2）热应力与机械应力的区别： 工 程 材 料 及 成 形 工 艺 基 础
a.形成原因不同；
b.热应力可一直保留到室温，形成残余应力； 机械应力是暂时的，在铸件落砂之后可自行消 除，不会形成残余应力。 (2)铸造应力的防止和消除措施: 1）采用同时凝固的原则 同时凝固是指 通过设置冷铁、布置浇口位置等工艺措施，使 铸件温差尽量变小，基本实现铸件各部分在同 一时间凝固，如下图。
工 程 材 料 及 成 形 工 艺 基 础
2）成本低廉； 3）工艺灵活,适应范围广； 4）可实现机械化和自动化； 2.缺点:1)力学性能低于同种材质的锻件←
组织粗大，有缺陷。
铸造
2)工作条件较差; 3)废品率较高← 铸造工序繁多
砂型铸造工艺：
河南工业大学
工 程 材 料 及 成 形 工 艺 基 础
3.应用：形状复杂，受力简单的制件。
非共晶成分合金有液、固两相共存区；已 结晶固体层内表面粗糙，流动阻力大；
(2）在同样浇铸温度下，共晶成分合金液体 的过热度大，在液态时间长。
2.浇注条件
河ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ工业大学
（1）浇注温度t浇
--- 浇
t
充型能力 内摩擦阻力 流动时间
工 程 材 料 及 成 形 工 艺 基 础
原因： t浇
合金粘度 过热度
t浇
1)宏观缩松：肉眼可见,往往出现在缩孔附近,或铸件截面
的中心。非共晶成分,结晶范围愈宽,愈易形成缩松。
2)微观缩松：凝固过程中,晶粒之间形成微小孔洞---凝固
区,先形成的枝晶把金属液分割成许多微小孤立部分,冷凝时收 缩,形成的晶间微小孔洞。
凝固区愈宽,愈易形成微观缩松,对铸件危害不大, 故不列为缺陷,但对气密性,机械性能等要求较高的铸 件,则必须设法减少。
2）热应力与机械应力的区别： 工 程 材 料 及 成 形 工 艺 基 础
a.形成原因不同；
b.热应力可一直保留到室温，形成残余应力； 机械应力是暂时的，在铸件落砂之后可自行消 除，不会形成残余应力。 (2)铸造应力的防止和消除措施: 1）采用同时凝固的原则 同时凝固是指 通过设置冷铁、布置浇口位置等工艺措施，使 铸件温差尽量变小，基本实现铸件各部分在同 一时间凝固，如下图。
工 程 材 料 及 成 形 工 艺 基 础
2）成本低廉； 3）工艺灵活,适应范围广； 4）可实现机械化和自动化； 2.缺点:1)力学性能低于同种材质的锻件←
组织粗大，有缺陷。
铸造
2)工作条件较差; 3)废品率较高← 铸造工序繁多
砂型铸造工艺：
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工 程 材 料 及 成 形 工 艺 基 础
3.应用：形状复杂，受力简单的制件。
非共晶成分合金有液、固两相共存区；已 结晶固体层内表面粗糙，流动阻力大；
(2）在同样浇铸温度下，共晶成分合金液体 的过热度大，在液态时间长。
2.浇注条件
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（1）浇注温度t浇
--- 浇
t
充型能力 内摩擦阻力 流动时间
工 程 材 料 及 成 形 工 艺 基 础
原因： t浇
合金粘度 过热度
t浇
1)宏观缩松：肉眼可见,往往出现在缩孔附近,或铸件截面
的中心。非共晶成分,结晶范围愈宽,愈易形成缩松。
2)微观缩松：凝固过程中,晶粒之间形成微小孔洞---凝固
区,先形成的枝晶把金属液分割成许多微小孤立部分,冷凝时收 缩,形成的晶间微小孔洞。
凝固区愈宽,愈易形成微观缩松,对铸件危害不大, 故不列为缺陷,但对气密性,机械性能等要求较高的铸 件,则必须设法减少。
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震压式造型机和震压紧砂过程
顶部型砂
a) 震压式造型机外形图 b)加砂后进气，工作台被举起 c)排气口打开，工作台落下 d)压实
如上图所示为震压式造型机和震压紧砂过程。造型时，把单面模板固定在造型机的工作台上，扣上砂箱， 加型砂，见图 b。当压缩空气进入震实活塞底部时，便将其上的砂箱举起一定的高度，此时排气孔接通， 见图 c，震实活塞连同砂箱在自重的作用下复位，完成一次震实。重复多次直到型砂紧实为止。再使压实 气缸进气，见图 d，压实活塞带动工作台连同砂箱一起上升，与造型机上的压板接触，将砂箱上部较松的 型砂压实而完成紧砂的全过程。一般震压式造型机的震动频率为 150～ 500 次2．3 合金的熔炼与浇注
合金熔炼的目的是要获得符合一定成分和温度要求的金属熔液。不同类型的金属，需要采用不同的熔炼方 法及设备。如钢的熔炼是用转炉、平炉、电弧炉、感应电炉等；铸铁的熔炼多采用冲天炉；而非铁金属如 铝、铜合金等的熔炼，则用坩埚炉。
2.3.1、铝合金的熔炼
图 2-9 带轮铸件的刮板造型过程 a)带轮铸件 b)刮板 c)刮制下型 d)刮制上型 e)合型 6．三箱造型 用三个砂箱制造铸型的过程称为三箱造型。前述各种造型方法都是使用两个砂箱，操作简便、应用广泛。 但有些铸件如两端截 面尺寸大于中间截断时，需要用三个砂箱，从两个方向分别起模。图 2-10 所示为槽轮的三箱造型过程。
图 2-1 套筒砂型铸造工艺过程示意图 铸造的优点是可以铸出各种大小规格或形状复杂的铸件，且成本低，材料来源广，所以铸造是机械制造中 生产零件或毛坯的主要方法之一。而铸造的主要缺点是铸件的力学性能及精度较差，使铸造在生产中受到 一定的限制。但在机器设备中，铸件所占的比重还是很大的，如机床、内燃机、轧钢机等机械中，铸件的 重量约占机器总重量的 75％以上，可见铸造生产在机器制造中的重要性。
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工 程 材 料 及 成 形 工 艺 基 础
第八章 铸造成形
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工 程 材 料 及 成 形 工 艺 基 础
第八章
概 述 第一节 第二节 第三节 第四节
铸 造 成 形
铸造工艺基础 常用的铸造方法 铸造成形的工艺与结构设计 铸造技术的发展趋势
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概
一、概念：
述
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铸造产品
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第一节 铸造工艺基础
一、液态合金的充型 二、铸造合金的收缩
一、液态合金的充型
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一）合金的充型能力对铸件质量的影响
充型: 液态合金填充铸型的过程。 充型能力: 液态合金充满铸型型腔,获得形 状完整,轮廓清晰的铸件的能力。 充型能力强：有利于获得形状完整、轮廓清晰
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2）成本低廉； 3）工艺灵活,适应范围广； 4）可实现机械化和自动化； 2.缺点:1)力学性能低于同种材质的锻件←
组织粗大，有缺陷。
铸造
2)工作条件较差; 3)废品率较高← 铸造工序繁多
砂型铸造工艺：
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3.应用：形状复杂，受力简单的制件。
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2）热应力与机械应力的区别： 工 程 材 料 及 成 形 工 艺 基 础
a.形成原因不同；
b.热应力可一直保留到室温，形成残余应力； 机械应力是暂时的，在铸件落砂之后可自行消 除，不会形成残余应力。 (2)铸造应力的防止和消除措施: 1）采用同时凝固的原则 同时凝固是指 通过设置冷铁、布置浇口位置等工艺措施，使 铸件温差尽量变小，基本实现铸件各部分在同 一时间凝固，如下图。
的铸件；
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充型能力不足:易产生1)浇不足: 不能得到完整
的零件;2)冷隔:没完整融合缝隙或凹坑, 机械性能下 降;3）气孔、夹渣等缺陷。
浇不足：铸件形状不完整
冷隔：铸件看似完整，实际上有未完全融合的接缝 冷隔形成示意图
二）影响合金充型能力的因素
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二、收缩对铸件质量的影响
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工 程 材 料 及 成 形 工 艺 基 础
1.缩孔和缩松 （1）缩孔的形成 在铸件最后凝固的地方出现一些空洞, 容积大而集中的孔洞----缩孔，缩孔总是出 现在铸件上部或最后凝固的部位。 外形特征：内表面粗糙，形状不规则， 多近于倒圆锥形。通常缩孔隐藏于铸件的内 部，有时经切削加工才能暴露出来。 形成原因：铸件在凝固冷却期间,金属 的液态及凝固受缩之和远远大于固态收缩。 形成过程：见图。
Hale Waihona Puke 但过高,易产生缩孔,粘砂,气孔等,故不宜过高，在保证 流动性的前提下，尽量采用“高温熔炼、低温浇注”。
（2）充型压力
充型压力 ---- 充型能力
3.铸型填充条件
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（1）铸型蓄热能力 工 程 材 料 及 成 形 工 艺 基 础 （2）铸型温度
充型能力 充型能力
（3）铸型中的气体
充型能力
4.铸件结构
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(2)凝固收缩----从凝固开始温度t液到凝 固终止温度t固间的收缩。同一类合金,凝固温 度范围大者,凝固体积收缩率大.如: 35钢,体 积收缩率3.0%, 45钢 4.3%。常用体收缩率表 示。 (3)固态收缩----从凝固终止温度t固到室 温t室间的收缩。固态收缩影响铸件尺寸,故用 线收缩表示。
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2）提高铸型温度； 3）改善铸型和型芯的退让性； 4）进行去应力退火；
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（3）铸件的变形和防止: 应力超过一定的值就会产生一定的变形。 如教材图8-7，8-8。 铸件的变形包括铸件凝固后所发生的变形 以及随后的切削加工变形。 防止铸件变形有以下几种方法： a) 采用反变形法 可在模样上做出与铸件 变形量相等而方向相反的预变形量来抵消铸 件的变形，此种方法称为反变形法。 b) 进行去应力退火 铸件机加工之前应先 进行去应力退火，以稳定铸件尺寸，降低切 削加工变形程度。 c) 设置工艺肋 为了防止铸件的铸态变形， 可在容易变形的部位设置工艺肋。
前两个阶段是形成缩孔和缩松的主要原因， 后一个阶段是产生铸件应力、变形和裂纹的 主要原因。
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3.影响合金收缩的因素： 1）化学成分：不同成分的合金其收缩率一 般也不相同。在常用铸造合金中铸刚的收缩 最大，灰铸铁最小。 2）浇注温度：合金浇注温度越高，过热度 越大，液体收缩越大。 3）铸件结构与铸型条件：铸件冷却收缩时， 因其形状、尺寸的不同，各部分的冷却速度 不同，导致收缩不一致，且互相阻碍，又加 之铸型和型芯对铸件收缩的阻力，故铸件的 实际收缩率总是小于其自由收缩率。这种阻 力越大，铸件的实际收缩率就越小。
其它防止措施：合理确定铸件的浇注位置、内浇道
位置及浇注工艺－－－ 浇注位置的选择应服从定向凝 固原则；内浇道应开设在铸件的厚壁处或靠近冒口； 要合理选择浇注温度和浇注速度，在不增加其它缺陷 的前提下，应尽量降低浇注温度和浇注速度。
冒口：指在铸型中能储存一定金属液的，并
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对铸件进行补缩以防止产生缩孔和缩松的专 门工艺“空腔”。
液态合金从浇注温度至凝固冷却到室温的 过程中,体积和尺寸减少的现象---称为收缩。
收缩是铸件许多缺陷(缩孔,缩松,裂纹,变 形,残余应力)产生的基本原因。 2.收缩的三阶段：
(1)液态收缩----从浇注温度t浇到凝固开始 温度t液间的收缩；液态收缩减少的体积与浇注 温度和开始凝固的温度的温差成正比。常用体 收缩率表示。
1.合金的流动性（液态合金本身的流动能力）
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显然，流动性好，充型能力高。 （1）流动性对铸件质量影响
1）流动性好,易于浇出轮廓清晰,薄而复杂的铸件. 2）流动性好,有利于液态金属中的非金属夹杂物和 气体上浮,排除. 3）流动性好,易于对液态金属在凝固中产生的收缩 进行补缩.
缩松产生的原因：与缩孔相类似。
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缩松形成的过程：如下。
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缩松的形成
(3)缩孔与缩松的防止措施：
缩孔与缩松的危害：降低铸件的机械性能； 缩松还降低铸件的气密性。
基本原则: 制定合理工艺—补缩, 缩松转 化成缩孔。 防止措施：非常有效的措施是使铸件实现 定向凝固。
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定向凝固：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，可造成铸件的定向凝固，有效地 消除缩孔、缩松。定向凝固原则如下图。
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定向凝固的不足： 1）浪费金属和加工工时，增加成本； 2）易使铸件产生变形和裂纹； 用途： 主要用于必须补缩的场合，如铝青铜、铸 钢件等。 结晶范围很宽的合金，补缩效果很差，难 以避免微观缩松的产生，故选用近共晶成分和 结晶范围较窄的合金生产铸件是适宜的。
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铸件缩孔的形成过程示意图
缩孔的形成
（2）缩松的形成
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由于铸件最后凝固区域的收缩未能得到补 足,或者,因合金呈糊状凝固,被树枝状晶体分 隔开的小液体区难以得到补缩所至的小而分 散的孔洞－－缩松。 缩松的类型：
3.铸件的裂纹与防止
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铸件内应力超过强度极限时,铸件便发生裂纹. 1）热裂纹: 高温下形成裂纹 特征: 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,多发生在 应力集中或凝固处. 灰铁,球铁热裂少,铸钢, 铸铝,白口铁大. 原因: a.凝固末期,合金呈完整骨架+液体, 强,塑↓； b.含S—热脆 ； c.退让性不好； 预防: 设计结构合理, 改善退让性, 控制含S 量，选用收缩率小的合金。
2)共晶成分流动性好:恒温凝固,固体层表面 光滑,且熔点低,过热度大; 3)非共晶成分流动性差: 结晶在一定温度范 围内进行,初生树枝状晶阻碍液流。
理由：
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（1）共晶成分合金的结晶是在恒温下进行的，
液态合金从表层逐层向中心凝固，已结晶的
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固体层内表面光滑，对金属液的流动阻力小；
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2)冷裂纹: 低温下裂纹 特征: 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,有时有轻微氧 化色 原因: 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; P—冷脆 预防: 合理设计,减少内应力,控制P含量, 提高退让性
非共晶成分合金有液、固两相共存区；已 结晶固体层内表面粗糙，流动阻力大；
(2）在同样浇铸温度下，共晶成分合金液体 的过热度大，在液态时间长。
2.浇注条件
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（1）浇注温度t浇
--- 浇
t
充型能力 内摩擦阻力 流动时间
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原因： t浇
合金粘度 过热度
t浇
1)宏观缩松：肉眼可见,往往出现在缩孔附近,或铸件截面
的中心。非共晶成分,结晶范围愈宽,愈易形成缩松。
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第八章 铸造成形
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第八章
概 述 第一节 第二节 第三节 第四节
铸 造 成 形
铸造工艺基础 常用的铸造方法 铸造成形的工艺与结构设计 铸造技术的发展趋势
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概
一、概念：
述
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铸造产品
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第一节 铸造工艺基础
一、液态合金的充型 二、铸造合金的收缩
一、液态合金的充型
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一）合金的充型能力对铸件质量的影响
充型: 液态合金填充铸型的过程。 充型能力: 液态合金充满铸型型腔,获得形 状完整,轮廓清晰的铸件的能力。 充型能力强：有利于获得形状完整、轮廓清晰
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2）成本低廉； 3）工艺灵活,适应范围广； 4）可实现机械化和自动化； 2.缺点:1)力学性能低于同种材质的锻件←
组织粗大，有缺陷。
铸造
2)工作条件较差; 3)废品率较高← 铸造工序繁多
砂型铸造工艺：
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3.应用：形状复杂，受力简单的制件。
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2）热应力与机械应力的区别： 工 程 材 料 及 成 形 工 艺 基 础
a.形成原因不同；
b.热应力可一直保留到室温，形成残余应力； 机械应力是暂时的，在铸件落砂之后可自行消 除，不会形成残余应力。 (2)铸造应力的防止和消除措施: 1）采用同时凝固的原则 同时凝固是指 通过设置冷铁、布置浇口位置等工艺措施，使 铸件温差尽量变小，基本实现铸件各部分在同 一时间凝固，如下图。
的铸件；
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充型能力不足:易产生1)浇不足: 不能得到完整
的零件;2)冷隔:没完整融合缝隙或凹坑, 机械性能下 降;3）气孔、夹渣等缺陷。
浇不足：铸件形状不完整
冷隔：铸件看似完整，实际上有未完全融合的接缝 冷隔形成示意图
二）影响合金充型能力的因素
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二、收缩对铸件质量的影响
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1.缩孔和缩松 （1）缩孔的形成 在铸件最后凝固的地方出现一些空洞, 容积大而集中的孔洞----缩孔，缩孔总是出 现在铸件上部或最后凝固的部位。 外形特征：内表面粗糙，形状不规则， 多近于倒圆锥形。通常缩孔隐藏于铸件的内 部，有时经切削加工才能暴露出来。 形成原因：铸件在凝固冷却期间,金属 的液态及凝固受缩之和远远大于固态收缩。 形成过程：见图。
Hale Waihona Puke 但过高,易产生缩孔,粘砂,气孔等,故不宜过高，在保证 流动性的前提下，尽量采用“高温熔炼、低温浇注”。
（2）充型压力
充型压力 ---- 充型能力
3.铸型填充条件
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（1）铸型蓄热能力 工 程 材 料 及 成 形 工 艺 基 础 （2）铸型温度
充型能力 充型能力
（3）铸型中的气体
充型能力
4.铸件结构
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(2)凝固收缩----从凝固开始温度t液到凝 固终止温度t固间的收缩。同一类合金,凝固温 度范围大者,凝固体积收缩率大.如: 35钢,体 积收缩率3.0%, 45钢 4.3%。常用体收缩率表 示。 (3)固态收缩----从凝固终止温度t固到室 温t室间的收缩。固态收缩影响铸件尺寸,故用 线收缩表示。
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2）提高铸型温度； 3）改善铸型和型芯的退让性； 4）进行去应力退火；
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（3）铸件的变形和防止: 应力超过一定的值就会产生一定的变形。 如教材图8-7，8-8。 铸件的变形包括铸件凝固后所发生的变形 以及随后的切削加工变形。 防止铸件变形有以下几种方法： a) 采用反变形法 可在模样上做出与铸件 变形量相等而方向相反的预变形量来抵消铸 件的变形，此种方法称为反变形法。 b) 进行去应力退火 铸件机加工之前应先 进行去应力退火，以稳定铸件尺寸，降低切 削加工变形程度。 c) 设置工艺肋 为了防止铸件的铸态变形， 可在容易变形的部位设置工艺肋。
前两个阶段是形成缩孔和缩松的主要原因， 后一个阶段是产生铸件应力、变形和裂纹的 主要原因。
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3.影响合金收缩的因素： 1）化学成分：不同成分的合金其收缩率一 般也不相同。在常用铸造合金中铸刚的收缩 最大，灰铸铁最小。 2）浇注温度：合金浇注温度越高，过热度 越大，液体收缩越大。 3）铸件结构与铸型条件：铸件冷却收缩时， 因其形状、尺寸的不同，各部分的冷却速度 不同，导致收缩不一致，且互相阻碍，又加 之铸型和型芯对铸件收缩的阻力，故铸件的 实际收缩率总是小于其自由收缩率。这种阻 力越大，铸件的实际收缩率就越小。
其它防止措施：合理确定铸件的浇注位置、内浇道
位置及浇注工艺－－－ 浇注位置的选择应服从定向凝 固原则；内浇道应开设在铸件的厚壁处或靠近冒口； 要合理选择浇注温度和浇注速度，在不增加其它缺陷 的前提下，应尽量降低浇注温度和浇注速度。
冒口：指在铸型中能储存一定金属液的，并
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对铸件进行补缩以防止产生缩孔和缩松的专 门工艺“空腔”。
液态合金从浇注温度至凝固冷却到室温的 过程中,体积和尺寸减少的现象---称为收缩。
收缩是铸件许多缺陷(缩孔,缩松,裂纹,变 形,残余应力)产生的基本原因。 2.收缩的三阶段：
(1)液态收缩----从浇注温度t浇到凝固开始 温度t液间的收缩；液态收缩减少的体积与浇注 温度和开始凝固的温度的温差成正比。常用体 收缩率表示。
1.合金的流动性（液态合金本身的流动能力）
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显然，流动性好，充型能力高。 （1）流动性对铸件质量影响
1）流动性好,易于浇出轮廓清晰,薄而复杂的铸件. 2）流动性好,有利于液态金属中的非金属夹杂物和 气体上浮,排除. 3）流动性好,易于对液态金属在凝固中产生的收缩 进行补缩.
缩松产生的原因：与缩孔相类似。
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缩松形成的过程：如下。
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(3)缩孔与缩松的防止措施：
缩孔与缩松的危害：降低铸件的机械性能； 缩松还降低铸件的气密性。
基本原则: 制定合理工艺—补缩, 缩松转 化成缩孔。 防止措施：非常有效的措施是使铸件实现 定向凝固。
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定向凝固：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，可造成铸件的定向凝固，有效地 消除缩孔、缩松。定向凝固原则如下图。
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定向凝固的不足： 1）浪费金属和加工工时，增加成本； 2）易使铸件产生变形和裂纹； 用途： 主要用于必须补缩的场合，如铝青铜、铸 钢件等。 结晶范围很宽的合金，补缩效果很差，难 以避免微观缩松的产生，故选用近共晶成分和 结晶范围较窄的合金生产铸件是适宜的。
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铸件缩孔的形成过程示意图
缩孔的形成
（2）缩松的形成
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由于铸件最后凝固区域的收缩未能得到补 足,或者,因合金呈糊状凝固,被树枝状晶体分 隔开的小液体区难以得到补缩所至的小而分 散的孔洞－－缩松。 缩松的类型：
3.铸件的裂纹与防止
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铸件内应力超过强度极限时,铸件便发生裂纹. 1）热裂纹: 高温下形成裂纹 特征: 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,多发生在 应力集中或凝固处. 灰铁,球铁热裂少,铸钢, 铸铝,白口铁大. 原因: a.凝固末期,合金呈完整骨架+液体, 强,塑↓； b.含S—热脆 ； c.退让性不好； 预防: 设计结构合理, 改善退让性, 控制含S 量，选用收缩率小的合金。
2)共晶成分流动性好:恒温凝固,固体层表面 光滑,且熔点低,过热度大; 3)非共晶成分流动性差: 结晶在一定温度范 围内进行,初生树枝状晶阻碍液流。
理由：
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（1）共晶成分合金的结晶是在恒温下进行的，
液态合金从表层逐层向中心凝固，已结晶的
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固体层内表面光滑，对金属液的流动阻力小；
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2)冷裂纹: 低温下裂纹 特征: 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,有时有轻微氧 化色 原因: 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; P—冷脆 预防: 合理设计,减少内应力,控制P含量, 提高退让性
非共晶成分合金有液、固两相共存区；已 结晶固体层内表面粗糙，流动阻力大；
(2）在同样浇铸温度下，共晶成分合金液体 的过热度大，在液态时间长。
2.浇注条件
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（1）浇注温度t浇
--- 浇
t
充型能力 内摩擦阻力 流动时间
工 程 材 料 及 成 形 工 艺 基 础
原因： t浇
合金粘度 过热度
t浇
1)宏观缩松：肉眼可见,往往出现在缩孔附近,或铸件截面
的中心。非共晶成分,结晶范围愈宽,愈易形成缩松。