铸造成形工艺理论基础

第一篇金属的铸造成形工艺
第一章铸造成形工艺理论基础
§1-1 概述
金属液态成形工艺——铸造、液态冲压、液态模锻等
铸造（最广泛）——将液态合金浇注到与零件的形状、尺寸相适应的铸型空腔中，使其冷却凝固，得到毛坯或零件的成形工艺（生产方法）。

一、特点
1．能制成形状复杂、特别是具有复杂内腔的毛坯：
如：阀体、泵体、叶轮、螺旋浆等
2．铸件的大小几乎不受限制，重量从几克到几百吨
3．常用的原材料来源广泛，价格低廉，成本较低，其应用及其广泛
（如：机床、内燃机中铸件70~80%，农业机械40~70%）
但铸造生产过程较复杂，废品率一般较高，易出现浇不足，缩孔，夹渣、气孔、裂纹等缺陷。

二、分类
铸造
砂型铸造——90%以上，成本低
特种铸造——熔模、金属型、压力、低压、离心
质量、生产率高，成本也高
§1-2 铸造的工艺性能
工艺性能——符合某种生产工艺要求所需要的性能
铸造性能——合金的流动性、收缩性、吸气性、偏析等
一、合金的流动性
1．概念
指液态合金本身的流动能力，它是合金主要的铸造性能，流动性愈强，愈便于浇铸出轮廓清晰、薄而复杂的铸件。

同时，有利于非金属夹杂物和气体的上浮与排除，还有利于对合金冷凝过程所产生的收缩进行补缩。

流动性不好——浇不足、冷隔
[注]：流动性的测定——“螺旋形试样”（图1-1）
流动性愈好，浇出的试样愈长
灰铸铁、硅黄铜最好，铝合金次之，铸钢最差
2．影响合金流动性的因素
①化学成分
共晶成分合金的结晶是在恒温下进行的，此时，液态合金从表层逐层向中心凝固，由于已结晶的固体层内表面比较光滑（图1-3a）对金属液的阻力较小。

同时，共晶成分合金的凝固温度最低（铁碳合金状态图）。

相对说来，合金的过热度（浇注温度与合金熔点之温差）大，推迟了合金的凝固，故共晶成分合金的流动性最好。

除纯金属外，其它成分合金是在一定温度范围的逐步凝固，即经过液、固并存的两相区。

此时，结晶是在截面上的一定宽度的凝固区内同时进行的，由于初生的“树枝状”晶体，使已结晶固体层的表面粗糙（图1-3b）所以，合金的流动性变差。

共晶生铁，流动性好。

[注]：降低金属液粘度——提高流动性
如加P—铸铁凝固温度、粘度↓→流动性好
但引起冷脆性（性能要求不高的小件）
S→MnS→内摩擦（粘度↑）→流动性↓
②浇注条件
浇注温度——温度↑→粘度↓过热度↑，保持液态时间长→流动性好，但过高→收缩增大，吸气增多，氧化严重→缩孔、缩松、气孔、粘砂等
控制浇注温度：灰铸铁：1200~1380℃
铸铜：1520~1620℃
铝合金：680~780℃
浇注压力——压力愈大，流动性愈好
增加直浇口高度或采用压力铸造、离心铸造
③铸型充填条件
铸型的蓄热能力——铸型材料的导热系数和比热愈大，对液态合金的“激冷”
能力愈强，流动性差。

如：金属型比砂型铸造更容易产生浇不足等缺陷。

铸型中气体——在金属液的热作用下，型腔中气体膨胀，腔中气体压力增大——流动性差（阻力大）
改善措施：使型砂具有良好的透气性，远离浇口最高部位开设气口。

二、合金的收缩性
1．合金收缩的概念
合金从浇注、凝固直至冷却到室温的过程中，其体积或尺寸缩减的现象——收缩。

控制不好，易产生缩孔、缩松、应力、变形和裂纹
收缩过程（图1-4）P6
液态收缩ε
液——从浇注温度（T
浇
）到凝固开始温度（T
液
）间收缩
凝固收缩ε
凝
——凝固开始到凝固终了温度间收缩
固态收缩ε
固
——凝固终了→室温
ε总=ε液+ε凝+ε固
体收缩——产生缩孔、缩松
线收缩——产生内应力、变形、裂纹
[注]：常用铸造合金中铸钢收缩率最高
灰铸铁最小（石墨析出，体积膨胀）
2．影响合金收缩的因素
化学成分
浇注温度
铸件结构和铸型条件
3．铸件中的缩孔和缩松
（1）缩孔和缩松的形成
液态合金在冷凝过程中，若其液态收缩和凝固收缩所缩减的容积得不到补足，则在铸件最后凝固的部位形成一些孔洞。

按照孔洞的大小和分布，可将其分为：缩孔和缩松
缩孔——集中在铸件上部或最后凝固的部位容积较大的孔洞。

缩孔多呈倒圆锥形，内表面粗糙，通常隐藏在铸件的内层，但在某些情况下，可暴露在铸件的上表面，呈明显凹坑。

（纯金属、共晶成分合金易形成）（图1-5）缩孔的形成过程
缩松——分散在铸件某区域内的细小缩孔。

当容积相同时，缩松的分布面积比缩孔大得多。

（图1-6）缩松的形成过程
宏观缩松——肉眼或放大镜可见
显微缩松——显微镜观察到
（2）缩孔和缩松的防止
①缩孔的防止——采用冒口和冷铁，控制铸件顺序凝固。