第二章常用合金铸件的生产
铸造基础知识
热应力的形成过程：金属在不同温度的两种力学状态 塑性状态：应力使金属产生塑性变形而应力消失 弹性状态：应力使金属产生弹性变形而保持应力 临界温度T临：金属塑性、弹性状态的转变温度 钢和铸铁 620℃～650 ℃
顺序凝固的优点：
可有效地防止缩孔和缩松。
缺点：
1、耗费许多合金。 2、增加造型工时，加大了
铸件成本。
3、顺序凝固扩大了铸件各 部分的温度差，热应力大， 促进了铸件产生应力、变 形和裂纹倾向。
三、铸造应力、变形和裂纹
1、铸造应力
铸件凝固后，固态收缩，受到阻碍，内部产生应力。 应力大于屈服强度——变形； 应力大于抗拉强度——裂纹。 类型：热应力、收缩应力（机械应力）。
2、可以用各种金属，如铸铁、钢、非铁金属、难熔合金铸造铸件。 3、可以生产重量从几克到几百吨，壁厚从不到一毫米到几百毫米的
铸件，如气缸体、气缸、曲轴、减速箱体、活塞等。 铸型：砂型或金属型和砂芯或金属芯组成的成形工具。 铸型质量影响铸件尺寸精度、表面粗糙度和力学性能。 按铸型和浇注方式不同分砂型铸造和特种铸造。 铸件通常作为毛坯，经切削加工后成为零件才能使用，但有时也可作
度越低越好。 流动压力越大，流动速度越快，充型能力越好。
三、铸型条件（铸型导热能力、铸型流动阻力）
铸型导热能力差，散热慢，则合金保持在液态的时间长，充型 能力好。砂型比金属型好
加高直浇口、扩大浇口截面积、安置出气口，则可提高液态合 金的充型能力。
此外，零件壁厚小、复杂程度高充型能力降低。
§1-2 铸件的凝固
一、铸件的凝固
铸型中的合金从液态转变为固态的过程，称为铸件的凝固， 或称结晶。
作业习题
作业习题第一篇第一章金属材料主要性能1.下列硬度要求或写法是否恰当？为什么？(1)HRC12～17；(2)HRC =50～60 Kgf/mm2；(3)70HRC～75HRC ；(4)230 HBW ；2.整体硬度要求230HBS～250HBS的轴类零件，精加工后再抽查，应选用什么硬度计测量硬度较合适？3.一紧固螺钉在使用过程中发现有塑性变形，是因为螺钉材料的力学性能哪一判据的值不足？4.用洛氏硬度试验方法能否直接测量成品或教薄工件？为什么？第二章铁碳合金主参考书邓本P263.填表注意：做题时必须按照要求列表、填写。
6.填表8.现拟制造以下产品，请根据本课所学金属知识中选出适用的钢号：六角螺钉 车床主轴 钳工錾子 液化石油气罐 活扳手 脸盆 自行车弹簧钢锉 门窗合页第三章 钢的热处理1.叙述热处理“四把火”的名称、工艺特点、工艺效果。
（要求：列表描述）2.锯条、大弹簧、车床主轴、汽车变速箱齿轮的最终热处理有何不同？第四章 非金属材料见下图示，为一铸铝小连杆，请问： ⑴试制样机时宜采用什么铸造方法？ ⑵年产量为1万件时，应选用什么铸造方法？⑶当年产量超过10万件时，应选用什么铸造方法？1.焊条选择的原则？2.焊接规范选择的主要依据？3.焊接变形产生的原因及防止的措施？4.埋弧焊的特点？5.氩弧焊的特点？2.简述磨床液压传动的特点。
第三章 常用加工方法综述1.车床适于加工何种表面?为什么?2.用标准麻花钻钻孔，为什么精度低且表面粗糙?3.何谓钻孔时的“引偏”?试举出几种减小引偏的措施。
4.镗孔与钻、扩、铰孔比较，有何特点?5.一般情况下，刨削的生产率为什么比铣削低?6.拉削加工有哪些特点?适用于何种场合?7.铣削为什么比其他加工容易产生振动?8.既然砂轮在磨削过程中有自锐作用，为什么还要进行修整?9.磨孔远不如磨外圆应用广泛，为什么?10.磨平面常见的有哪几种方式?第四章现代加工简介1.试说明研磨、珩磨、超级光磨和抛光的加工原理。
(完整版)第二节常用的铸造方法
第二节常用的铸造方法(五)离心铸造离心铸造是将金属液浇入绕水平、倾斜或立轴旋转的铸型，在离心力的作用下凝固的铸造方法。
铸件的轴线与旋转铸型的轴线重合。
铸型可用金属型、砂型、陶瓷型、熔模壳型等。
1．离心铸造机离心铸造机是离心铸造所用的设备，按其旋转轴空间位置的不同分为立式、卧式二种。
立式离心铸造机的铸型是绕垂直轴旋转（图2-2-41a）,由于金属液的重力作用,铸件的内表面呈抛物线形,故铸件不易过高,它主要用于铸造高度小于直径的环类、套类及成形铸件。
卧式离心铸造机的铸型是绕水平轴旋转（图2-2-41b），铸件的壁厚较均匀，主要用长度大于直径的管类、套类铸件。
图2-2-41 离心铸造示意图图 2-2-9 离心铸造2．离心铸造的特点和应用与其它铸造方法相比，离心铸造的优点是：（1）优点1）铸件组织致密，无缩孔、缩松、气孔、夹渣等缺陷，力学性能好。
2）铸造圆形中空铸件时，不用型芯和浇注系统，简化了工艺过程，降低了金属消耗。
3）提高了金属液的充型能力，改善了充型条件，可用于浇注流动性较差的合金及薄壁铸件。
4）可生产双金属铸件，如钢套内镶铜轴承等，其结合面牢固、耐磨，又可节约贵重金属材料。
5）离心铸造适应性较广，铸造合金的种类几乎不受限制。
既合适于铸造中空件，又可以铸造成形铸件。
中空铸件的内径通常为8～3000mm；铸件长度可达8000mm；质量可由几克至十几吨。
但离心铸造不宜生产易偏析的合金（如铅青铜等），铸件内表面较粗糙，尺寸不易控制。
（2）应用离心铸造主要用于生产各种管、套、环类铸件，如铸铁管、铜套、滑动轴承、缸套、双金属钢背铜套等铸件，也可用于生产齿轮、叶轮、涡轮等成形铸件。
（六）熔模铸造熔模铸造是指在易熔（如蜡料）制成的模样上包覆若干层耐火涂料，待其干燥硬化后熔出模样而制成型壳，型壳经高温培烧后即可浇注的铸造方法。
熔模铸造是精密铸造方法之一。
1．熔模铸造的工艺过程熔模铸造的工艺过程如动画2-2-7所示。
机械制造基础铸造第二章
机械制造基础
第二章 铸造成型
§2-1.2
金属与合金的铸造性能
液态合金的充型能力
—— 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。 充型能力不足容易出现浇 不足、冷隔缺陷，尤其对 于薄壁铸件
机械制造基础
第二章 铸造成型
影响充型能力的因素：
1. 合金的流动性 ——液态合金本身的流动能力。
(1). 流动性的测试 螺旋形试样法
机械制造基础
第二章 铸造成型
(2). 影响流动性的因素：
合金的种类：
灰口铸铁、硅黄铜流动性最好， 铸钢的流动性最差。 灰口铸铁：l 1000 mm 硅黄铜： l 1000 mm 铸钢： l 200 mm
机械制造基础
第二章 铸造成型
（2）机器造型
指用机器完成全部或至少完成紧砂 操作的造型工序。 1）特点： ①提高了生产率，铸件尺寸精度较高； ②节约金属，降低成本； ③改善了劳动条件； ④设备投资较大。 2）应用：成批、大量生产各类铸件。
机械制造基础
第二章 铸造成型
3）机器造型方法 ①震压造型： 先震击紧实，再用较低的比压（0.15 －0.4MPa ）压实。 紧实效果好，噪音大，生产率不够高。 ②微震压实造型： 对型砂压实的同时进行微震。 紧实度高、均匀，生产率高，噪音仍较大。
要预热后再浇注合金液。
(3). 铸型的排气能力，流动阻力，充型能 力，所以铸型要留出气口。
机械制造基础
第二章 铸造成型
2.1.2.2 铸件的收缩 ① 液态收缩阶段
② 凝固收缩阶段 ③ 固态收缩阶段
T ① ② ③
金属工艺学_课后习题参考答案
第一章（p11）1.什么是应力？什么是应变？答：应力是试样单位横截面的拉力；应变是试样在应力作用下单位长度的伸长量2．缩颈现象在拉伸实验中当载荷超过拉断前所承受的最大载荷时，试样上有部分开始变细，出现了“缩颈”。
缩颈发生在拉伸曲线上bk段。
不是，塑性变形在产生缩颈现象前就已经发生，如果没有出现缩颈现象也不表示没有出现塑性变形。
4.布氏硬度法和洛氏硬度法各有什么优缺点？下列材料或零件通常采用哪种方法检查其硬度？库存钢材硬质合金刀头锻件台虎钳钳口洛氏硬度法测试简便，缺点是测量费时，且压痕较大，不适于成品检验。
布氏硬度法测试值较稳定，准确度较洛氏法高。
；迅速，因压痕小，不损伤零件，可用于成品检验。
其缺点是测得的硬度值重复性较差，需在不同部位测量数次。
硬质合金刀头，台虎钳钳口用洛氏硬度法检验。
库存钢材和锻件用布氏硬度法检验。
5.下列符号所表示的力学性能指标名称和含义是什么?σb抗拉强度它是指金属材料在拉断前所能承受的最大应力.σs屈服点它是指拉伸试样产生屈服时的应力。
σ2.0规定残余拉伸强度σ1-疲劳强度它是指金属材料在应力可经受无数次应力循环不发生疲劳断裂，此应力称为材料的疲劳强度。
σ应力它指试样单位横截面的拉力。
a K冲击韧度它是指金属材料断裂前吸收的变形能量的能力韧性。
HRC 洛氏硬度它是指将金刚石圆锥体施以100N的初始压力，使得压头与试样始终保持紧密接触，然后，向压头施加主载荷，保持数秒后卸除主载荷。
以残余压痕深度计算其硬度值。
HBS 布氏硬度它是指用钢球直径为10mm，载荷为3000N为压头测试出的金属的布氏硬度。
HBW 布氏硬度它是指以硬质合金球为压头的新型布氏度计。
第二章（p23）(1)什么是“过冷现象”?过冷度指什么？答：实际结晶温度低于理论结晶温度（平衡结晶温度），这种线性称为“过冷”。
理论结晶温度与实际结晶温度之差，称为过冷度。
（2）金属的晶粒粗细对其力学性能有什么影响？细化晶粒的途径有哪些？答：金属的晶粒粗细对其力学性能有很大影响。
第二章压铸过程原理及常用压铸合金
压射比压的作用和影响 对压铸件力学性能的影响：压射比压大，合金结晶细，细晶层增厚。
由于填充特性改善，压射比压大，压铸件表面质量提高，气孔缺陷减轻 ，从而抗拉强度提高，但伸长率降低。
对填充条件的影响：金属液在高的压射比压作用下填充型腔，填充动 能增大，流动性改善，有利于克服浇注系统和充填薄壁压铸件型腔的阻 力，提高质量。
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Introduction
第一篇：压铸原理及常用压铸合金
⑵ 压铸速度 压铸速度：压射速度和充填速度。 a.压射速度 压室内压射冲头推动金属液的移动速度称为压射速度。一般有二级和 三级两种。压射速度由压铸机的特性所决定。一般在0.1-7m/s。 作用：使压室内空气有充分的时间溢出，并防止金属液从浇口中溅出 （第一阶段）； 在较短的时间里充填满模具型腔（第二阶段）。
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④ 压铸铜合金
⑴ 主要特性 ☆ 铜合金的力学性能高，其绝对值均超过锌、铝和镁合金 ； ☆ 铜合金的导电性能好，并具有抗磁性能，常用来制造不允许受磁场干 扰的仪器上的零件； ☆ 铜合金具有小的摩擦系数，线膨胀系数也较小，而耐磨性、疲劳极限 和导热性都很高； ☆ 铜合金密度大、价格高、其熔点高； ☆ 压铸铜合金多采用质量分数为35%～40%的锌（Zn）黄铜，它们的结 晶间隙小，流动性、成形性良好；
（5） 注意问题 ☆ 在压铸件结构设计时，采用加强肋提高强度；铸件的壁厚变化应较平 缓过渡，不应急剧变化，更应避免尖角，主要是由于镁合金压铸件易产生缩 松和热裂。 ☆镁合金零件在装配中应避免与铝合金、铜合金、含镍钢等零件直接接 触而导致电化学腐蚀，主要是由于镁的电极电位低。 ☆在熔炼时应采取阻燃措施。方法一：加入微量铍（0.003%）阻燃。铍 以Al-5%Be中间合金方式加入，考虑到烧损，加入量一般为所需量的3倍。 但不能加入过多，易产生过多的渣。方法二：采用气体保护熔炼。SF6、 CO2、SO2、N2。
材料成形技术--第2章 铸造成形
2）设备投资大，生产准备周期长，只适于大量生产。
压力铸造主要用于生产铝、锌、镁等有色合金铸件， 如发动机缸体、缸盖、箱体、支架等。
4. 低压铸造
低压铸造：用较低压力将金属液由铸型底部注入型腔， 并在压力下凝固以获得铸件的方法。 (1).低压铸造的工艺过程 ： 低压铸造的工艺过程如图2-26所示，包括如下过程：
续
刮板造型 用刮板代替模样造型。节约木材， 用于等截面或回转体大中 缩短生产周期，生产率低，技术水 型铸件的单件、小批生产 平高，精度较差 两箱造型 最基本的造型方法。各种 铸型由上型和下型构成，各类模样， 铸型，各种批量 操作方便
三箱造型
铸件两端截面尺寸比中间大，必须 主要用于手工造型，具有 有两个分型面 两个分型面的铸件的单件、 小批生产
5. 离心铸造
离心铸造：将金属液浇入高速旋转的铸型中，使其在离心 力作用下成形并凝固的铸造方法。可用金属型也可用砂型
(1).离心铸造的类型 根据铸型旋转轴的空间位置，离心铸造可分为立式 和卧式两大类。 1）立式离心铸造：铸型绕垂直轴旋转，如图2-27a,b所 示。在离心力和重力的共同作用下，内表面为回转抛物 面，因此用于高度小于直径的圆环类或成形铸件。
主要特点如下：
R 1） 铸件 的 精 度 和 表 面质量高 ；尺寸公差 IT11∼IT14， a 12.5∼ Ra 1.6；
2）可制造形状较复杂的铸件； 3）适用于各种合金铸件，尤其是高熔点和难以加工的高 合金钢，如耐热合金、不锈钢、磁钢等。 4）工艺过程较复杂，生产周期长，使加工费和消耗的材 料费较贵，多用于小型零件。 熔模铸造适用于制造形状复杂，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。
机械制造基础(金属工艺学) 第二章 铸造
第2章 铸造
01 铸造工艺基础 02 合金铸件的生产工艺 03 砂型铸造 04 特种铸造 05 铸件结构设计
第2章 铸造
铸造工艺特点 1）适合制造形状复杂的毛坯
第2章 铸造
铸造工艺特点 2）毛坯大小不受限制
第2章 铸造
铸造工艺特点 3）材料不受限制（能熔化的金属） 4）生产成本低（原材料来源广泛） 5）应用广泛（历史最久的金属成型方法，40%~80%）
2.3.2 浇注位置和分型面的选择—浇注位置 1）铸件的重要加工面应朝下或位于侧面
2.3 砂型铸造
2.3.2 浇注位置和分型面的选择—浇注位置 2）铸件宽大平面应朝下
2.3 砂型铸造
2.3.2 浇注位置和分型面的选择—浇注位置 3）面积较大的薄壁部分应置于铸型下部
2.3 砂型铸造
2.3.2 浇注位置和分型面的选择—分型面 分型面：铸型组元之间的结合面或分界面。 分型面影响： 1）铸件质量； 2）生产工序的难易； 3）切削加工的工作量。
2.2.1 铸铁件生产 2）球墨铸铁 由于石墨成球状，它对基体的缩减和割裂作用减至最低限度，球墨
铸铁具有比灰铸铁高的多的力学性能，塑韧性大大提高。
2.2 合金铸件的生产工艺
2.2.1 铸铁件生产 2）球墨铸铁
球墨铸铁的牌号、 性能及用途 QTXXX-X
2.2 合金铸件的生产工艺
2.2.1 铸铁件生产 3）可锻铸铁 将白口铸铁件经长时间的高温石墨化退火，使白口铸铁中的渗碳体
04 特种铸造 05 铸件结构设计
2.3 砂型铸造
铸造工艺
砂型铸造
特种铸造
手工造型 机器造型 金属型铸造 熔模铸造
压力铸造 低压铸造
陶瓷型铸造 离心铸造
2.3 砂型铸造
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各种管件
第二章常用合金铸件的生产
螺丝扳手、减速器壳、转向节壳、制动器、曲 轴、凸轮轴、连杆、万向接头
第二章常用合金铸件的生产
三、球墨铸铁 向出炉的铁水中加入球化剂和孕育剂而得到的
球状石墨铸铁。 1．球墨铸铁的组织和性能 强度和韧性高; 可热处理(退火、正火、调质、高频淬火、等
河南巩县铁生沟西汉铁镢
西汉铁镢金相照片
第二章常用合金铸件的生产
柴油机汽油机曲轴 磨床铣床车床的主轴
第二章常用合金铸件的生产
阀门
第二章常用合金铸件的生产
汽车拖拉机传动齿轮
第二章常用合金铸件的生产
球墨铸铁的牌号：QT+两组数字
表2-5 球墨铸铁的主要牌号、力学性能和用途举例
第二章常用合金铸件的生产
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图 2 15 黑 心 可 锻 铸 铁
第二章常用合金铸件的生产
应用：可锻铸铁通常用于制造形状复杂、 承受冲击载荷的薄壁小件。这些小件若用一 般铸钢制造困难较大；若用球墨铸铁，质量 上又难保证。
工艺：缓慢加热到920～980℃的高温， 保温10～20h。石墨化退火的总周期一般为 40～70h。可锻铸铁的生产过程复杂，退火周 期长，能源耗费大，铸件的成本较高。
第二章常用合金铸件的生产
二、可锻铸铁
可锻铸铁又称玛铁（钢）。它是将 白口铸铁经石墨化退火而成的一种铸铁。 抗拉强度得到显著提高，且有着相当高 的塑性与韧性(但不可锻)。 种类：黑心可锻铸铁（铁素体基体， KTH，强度、硬度较珠光体可锻铸铁 低。 ）
珠光体可锻铸铁
白心可锻铸铁
第二章常用合金铸件的生产
第二章常用合金铸件的生产
(2)冷却速度 冷却速度越慢，石墨析出越多、越 粗大；反之，石墨的析出受到抑制。 影响冷却速度的因素：铸型材料、 铸件的壁厚。
第二章常用合金铸件的生产
铸型材料：导热能力越强，铸件的冷却速度 快，致使石墨化受到严重阻碍，铸件容易产生白 口组织。
在铸型材料相同的条件下，不同壁厚的铸件 因冷却速度的差异，铸铁的组织也随之而变(参见 图2—14)，因此，必须按照铸件的壁厚选定铸铁的 化学成分和牌号。
第二章常用合金铸件的生产
2．影响铸铁组织和性能的因素
珠光体基：强度、硬度相对较高，重要件 珠光体—铁素体基：其铸造性、减振性均佳，且
便于熔炼
铁素体基：强度、硬度差，很少应用。
第二章常用合金铸件的生产
石墨化：碳以石墨方式析出 影响石墨化因素: (1)化学成分
碳：含碳愈高，析出的石墨数量愈多、愈 粗大，而基体中铁素体增加、珠光体减少；反 之，含碳降低，石墨减少，且细化。
温淬火等)使基体形成不同组织，如铁素体、珠光 体及其它淬火、回火组织;
球墨铸铁还兼有接近灰铸铁的优良铸造性能。
第二章常用合金铸件的生产
球墨铸铁目
前已成功地取
代部分可锻铸Leabharlann 铁件、铸钢件，图 也取代部分负
2 荷较重但受冲
-
16 击不大的锻钢
球 墨 铸
件，因此是很 有发展前途的
铁 铸造合金。
第二章常用合金铸件的生产
2．球墨铸铁的生产特点
(1)铁水 制造球墨铸铁所用的铁水含碳要高(3．6％ 一4．0％)，但硫、磷含量要低。出炉的铁水温度必须 高达1400℃以上。
(2)球化处理和孕育处理
球化剂：作用是使石墨呈球状析出，我国广泛采 用的球化剂是稀土镁合金。稀土镁合金中的镁和稀土 都是球化元素，其含量均小于10％，其余为硅和铁。 以稀土镁合金作球化剂，减少了镁的用量，还能改善 球墨铸铁的质量。
第二章常用合金铸件的生产
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图 2
14 冷 却 速 度 对 铸 铁 组 织 的 影 响
第二章常用合金铸件的生产
3．灰铸铁的孕育处理 原铁水：含碳(2．7％～3．3％)、硅(1％～2％)均 低。 孕育剂：含硅量75％的硅铁，加入量为铁水重量 的0．25％～0．6％。
孕育处理的铸铁石墨细小、均匀，并获得珠光体 基体。孕育铸铁的强度、硬度较普通灰铸铁均高，其 塑性和韧性仍然很低，故其本质仍属灰铸铁。
第二章常用合金铸件的生产
铸造性能好
切削加工性能优良
优良的减振性 由于石墨对机械振动起缓冲作用，从 而阻止振动能量的传播。机器底座的好材料。
耐磨性好 石墨本身是一种良好的润滑剂，而石墨剥 落后又可使金属基体形成储存润滑油的凹坑，故灰铸 铁的耐磨性优于钢，适于制造机器导轨、衬套、活塞 环等。
缺口敏感性小 由于石墨已使金属基体形成了大量缺 口，因此，外来缺口对灰铸铁的疲劳强度影响甚微， 从而增加了零件工作的可靠性。
第二章常用合金铸件的生产
一、灰铸铁 金属基体+片状石墨
1．灰铸铁的性能 抗拉强度低， 塑性、韧性差，通常σb仅120～250 MPa，δ 、ak近 于零。 灰铸铁的抗压强度受石墨的影响较小，并与钢相近。
第二章常用合金铸件的生产
图 2-12 灰铸铁的显微组织
第二章常用合金铸件的生产
铸造性能好，价格低、 生产简单，强度低， 减磨，耐磨，减振， 石墨膨胀，作承受压 力的机床底座，床身 和不重要的构件、零 件如：端盖、凸轮等 导轨、缸体
第二章 常用合金铸件的生产
本章介绍各种铸铁的组织、性能、生产特点及其应用， 同时，简介铸钢和铸造铜、铝合金及其生产特点。
第一节 铸铁件生产
白口铸铁：碳大部以渗碳体形式存在 灰口铸铁：碳大部以片状石墨形式存在 可锻铸铁：碳大部以团絮状石墨形式存在 球墨铸铁：碳大部以球状石墨形式存在 蠕墨铸铁：碳大部以蠕虫状石墨形式存在
硅：强烈促进石墨化的元素，随着含硅量 的增加，石墨显著增多。铸铁若含硅量过少， 即使含碳量甚高石墨也难以形成。
第二章常用合金铸件的生产
硫：引起铸铁的热脆性，阻碍石墨的析 出，增加白口倾向。
磷：增加铸铁的冷脆性，但对石墨化基 本没有影响。
锰：可部分抵消硫的有害作用，并可增 加铸铁的强度，属有益元素。但含锰过多将 阻碍石墨的析出，增加铸铁的白口倾向。
孕育铸铁对冷却速度的敏感性降低，因此，厚大 截面铸件上的性能较为均匀。孕育铸铁适用于静载荷 下要求较高强度、高耐磨性或高气密性铸件，特别是 厚大件。
第二章常用合金铸件的生产
4．灰铸铁的牌号及其生产特点 (1) HT+数字 灰铸铁共分为HTl00、HTl50、HT200、 HT250、HT300、HT350六个牌号。选择铸 铁牌号时必须考虑铸件的壁厚。