材料成形工艺-液态金属铸造成形工艺基础
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第一章 金属液态成形理论基础
第一节 液态金属充型能力与流动性
0、什么是液态金属的充型能力
1）定义：
液体金属充满铸型型腔，获得尺寸精确、轮廓清晰的 成型件的能力，称为充型能力。
2）充型能力对成型的影响
充型能力不足时，会产生浇不足、冷隔、夹渣、气孔 等缺陷。
3）影响充型能力的因素
充型能力首先取决于金属本身的流动性(流动能力)，同 时又受铸型性质、浇注条件和铸件结构等因素影响。
一、铸件的凝固方式
在铸件凝固过程中，其断面上一般存在三个区 域：固相区、凝固区和液相区。
1、分类
依据对铸件质量影响较大的凝固区的宽窄划分 铸件的凝固方式为如下三类：
(1)逐层凝固
纯金属和共晶成分的合金在凝固过程中不存在液、固并 存的凝固区，随着温度下降，固体层不断加厚，液体不 断减少，直达铸件中心，这种凝固方式称为逐层凝固。
机械应力
二、铸件的变形及其防止
1、变形的原因：
铸件内部残余内应力。 只有原来受拉伸部分产生压缩 变形、受压缩部分产生拉伸变 形，才能使铸件中的残余内应 力减小或消除。
平板铸件的变形
杆件的变形
床身铸件的变形
粱形铸件的弯曲变形
2、防止措施：
减小应力； 将铸件设计成对称结构，使其内应力互相平衡； 采用反变形法； 设置拉肋； 时效处理。
2、冷裂纹的特征
裂纹细小，呈连续直线状，裂缝内有金属光泽或轻 微氧化色。
3、防止措施
凡是能减少铸件内应力和降低合金脆性的因素 均能防止冷裂。 设置防裂肋亦可有效地防止铸件裂纹。
防裂肋
三、合金的吸气性
液态合金中吸入的气体，若在冷凝过程中不能溢 出，滞留在金属中，将在铸件内形成气孔。
一）气孔的危害
气孔破坏了金属的连续性，减少了其承载的有效 截面积，并在气孔附近引起应力集中，从而降低 了铸件的力学性能。 弥散性气孔还可促使显微缩松的形成，降低铸件 的气密性。
材料成型原理及工艺第一章液态成型工艺基础理论
态 陷产生，导致成型件力学性能，
成 特别是冲击性能较低。
型 2. 涉及的工序很多，难以精确控
的 制，成型件质量不稳定。
缺 3.由于目前仍以砂型铸造为主，
点：
自动化程度还不很高，且属于热 加工行业，因而工作环境较差。
4.大多数成型件只是毛坯件，需 经过切削加工才能成为零件。
液态成型原理及工艺
冲天炉出铁
缸体等。
液态成型原理及工艺
液 (3) 成本较低
态
所用原料大都来源广泛，价格
成
低廉，一般不需要昂贵的设备。
型
的 (4)成型件尺寸精度高
优
成型件与最终零件的形状相似、
点：
尺寸相近，因而切削加工余量可 减少到最小，从而减少了金属材
料消耗，节省了切削加工工时。
液态成型原理及工艺
液
1. 组织疏松，晶粒粗大，成型件 内部常有缩孔、缩松、气孔等缺
液态成型原理及工艺
一、液态合金的流动性
1、合金流动性：是指液态合金本身的
流动能力。
合金的流动性用浇注 流动性试样的方法来 衡量。流动性试样的 种类很多，如螺旋形、 球形、α形、真空试 样等等，应用最多的 是螺旋形试样，如图11所示。
图1-1 液态成型原理及工艺
合金流动性主要取决于合金化学成分。对应着纯 金属、共晶点和形成金属间化合物的成分，流动 性出现最大值；而有结晶温度范围的合金，流动 性下降。这是因为纯金属和共晶成分的合金是在 恒温下结晶的，凝固层表面光滑，对尚未凝固的 金属液流动阻力小，因此流动性好；如图1-2a。
液态成型原理及工艺
绪 论 复习题
1、什么是液态成型？优缺点有哪些？
液态成型原理及工艺
第一章液态成型工艺基础理论
液态金属成型
越大，充型能力越差。
（三）铸型充填条件
1. 铸型的蓄热系数 铸型的蓄热系数表示铸型从其中的 金属吸取热量并储存在本身的能力。
液态金属成型的工艺基础
2.铸型温度 铸型温度越高，液态金属与铸型的温差
越小，充型能力越强。 3.铸型中的气体 铸型有一定的发气能力，能在金属液与 铸型之间形成气膜，可减小流动的摩擦阻力，有利于充型。
充型能力——液体金属充满铸型型腔，获得尺寸精确、 轮廓清晰的成形件的能力。
充型能力不足时，会产生浇不足、冷隔、夹渣、气孔等缺陷。
（一）液态合金的流动性
合金的流动性是： 液态合金本身的流动能力。
液态金属成型的工艺基础
浇口杯
出气口
0.45%C 铸钢： 200mm 4.3%C 铸铁： 1800mm
液态金属成型的工艺基础
压力铸造
熔模铸造
熔模铸造就是在蜡模（也可用树脂模）表 面涂覆多层耐火材料，待硬化干燥后，加热 将蜡模熔化，而获得具有与蜡模形状相应形 状的型壳，再经焙烧之后进行浇注而获得铸 件的一种方法，故又称为失蜡铸造（Lost Wax Casting）。
熔模铸造
熔模铸造工艺流程
熔模铸造
离心铸造
离心铸造是将液体金属浇入旋转的铸型中，在离 心力的作用下，完成金属液的充填和凝固成形的一种 铸造方法。离心铸造必须在专门的设备—离心铸造机 （使铸型旋转的机器）上完成。根据铸型旋转轴在空 间位置的不同，离心铸造机可分为卧式离心铸造机和 立式离心铸造机两种。
（四）铸件结构
（1）折算厚度 折算厚度也叫当量厚度或模数，为铸件体积 与 表面积之比 。 折算厚 度大 ， 热 量散失慢 ，充型能 力就 好。铸件壁厚相同时，垂直壁比水平壁更容易充填。 （2）铸件复杂程度 铸件结构复杂，流动阻力大，铸型的 充填就困难。
液态金属成型基础知识
用途:低压铸造广泛用于大批量生产铝合金和镁合金铸件，如发动 机的缸体和缸盖、内燃机活塞、带轮、粗纱绽翼等，也可用于球墨 铸铁、铝合金等较大铸件的生产。
离心铸造：
离心铸造是将熔融金属浇入高速旋转的铸型中，使其在离心力作用 下填充铸型和结晶，从而获得铸件的方法。按铸型旋转轴线的空间 位置不同，离心铸造分为立式和卧式两种。
铸件结构工艺性：
铸件结构应利于避免或减少铸件缺陷：
1.壁厚合理：设计铸件的时候应首先保证金属液的充型能力，在此 前提下减少铸件壁厚。
2.铸件壁厚力求均匀：防止形成热节而产生缩孔、缩松、晶粒粗大 等缺陷，并能减少铸造热应力及因此产生的变形和裂纹等缺陷。
3.铸件壁的连接：铸件不同壁厚的连接应逐渐过渡。拐弯和交接处 应采用较大的圆弧连接，避免锐角结构而采用大角度过渡，以避免 因应力集中而产生开裂。
2.体积疑固
当合金的结晶温度范围很宽，或因铸件截面温度梯度很小，铸 件凝固的某段时间内，其液固共存的疑固区域很宽，甚至贯穿整个 铸件截面，这种凝固方式称为“体积凝固”（或称糊状凝固）
3.中间凝固 金属的结晶范围较窄，或结晶温度范围虽宽，但铸件截面温度
梯度大，铸件截面上的凝固区域宽度介于逐层凝固与体积跽固之间， 称为“中间凝固”。
工艺缺点:熔模铸造工序繁杂，生产周期长，铸件的尺寸和重 量受到铸型（沙壳体）承载能力的限制（一般不超过25公斤）。
用途:成批生产形状复杂、精度要求高或难以进行切削加工的 小型零件，如汽轮机叶片和叶轮、大模数滚刀等。
三、压力铸造
压力铸造是压铸机上将熔融的金属在高压下快速压入金属型，并在 压力下凝固，以获得铸件的方法。压铸机分为立式和卧式两种。
为改善铸型的充填条件，在设计铸件的时候必须保证其壁厚不 小于规定的“最小壁厚”。
离心铸造：
离心铸造是将熔融金属浇入高速旋转的铸型中，使其在离心力作用 下填充铸型和结晶，从而获得铸件的方法。按铸型旋转轴线的空间 位置不同，离心铸造分为立式和卧式两种。
铸件结构工艺性：
铸件结构应利于避免或减少铸件缺陷：
1.壁厚合理：设计铸件的时候应首先保证金属液的充型能力，在此 前提下减少铸件壁厚。
2.铸件壁厚力求均匀：防止形成热节而产生缩孔、缩松、晶粒粗大 等缺陷，并能减少铸造热应力及因此产生的变形和裂纹等缺陷。
3.铸件壁的连接：铸件不同壁厚的连接应逐渐过渡。拐弯和交接处 应采用较大的圆弧连接，避免锐角结构而采用大角度过渡，以避免 因应力集中而产生开裂。
2.体积疑固
当合金的结晶温度范围很宽，或因铸件截面温度梯度很小，铸 件凝固的某段时间内，其液固共存的疑固区域很宽，甚至贯穿整个 铸件截面，这种凝固方式称为“体积凝固”（或称糊状凝固）
3.中间凝固 金属的结晶范围较窄，或结晶温度范围虽宽，但铸件截面温度
梯度大，铸件截面上的凝固区域宽度介于逐层凝固与体积跽固之间， 称为“中间凝固”。
工艺缺点:熔模铸造工序繁杂，生产周期长，铸件的尺寸和重 量受到铸型（沙壳体）承载能力的限制（一般不超过25公斤）。
用途:成批生产形状复杂、精度要求高或难以进行切削加工的 小型零件，如汽轮机叶片和叶轮、大模数滚刀等。
三、压力铸造
压力铸造是压铸机上将熔融的金属在高压下快速压入金属型，并在 压力下凝固，以获得铸件的方法。压铸机分为立式和卧式两种。
为改善铸型的充填条件，在设计铸件的时候必须保证其壁厚不 小于规定的“最小壁厚”。
材料成形工艺液态金属铸造成形工艺7
1-干砂或旧砂 3-干砂或自硬砂 5-模样 7-抽气管 9-直浇道 11-有底砂箱 13-多孔隔板
2-密封塑料薄膜 4-冒口 6-抽气室 8-浇口盆 10-横浇道 12-金属丝网 14-连接真空泵
6
液态金属铸造成形工艺
第四章 液态金属铸造成形新工艺
1.2、实型负压铸造
将覆有涂料的泡沫塑料模置于可抽真空的特制砂箱内，填入 干砂或铁丸，使其充填模样的内外型腔直至砂箱上口，并以 微震紧实呈实体的铸型；
4
液态金属铸造成形工艺
第四章 液态金属铸造成形新工艺
1.1、磁型铸造
磁型铸造与砂型铸造相比，主要差别在造型材料为磁性材料 （铁丸）而非砂子，无灰尘污染，造型材料可反复使用；劳 动强度低；不适宜于厚大复杂的铸件。
磁型铸造已在机车车辆、拖拉机、兵器、采掘、动力、轻工、 化工等制造业得到应用，适用于各种批量、各种合金的中、 小型铸件。
2
液态金属铸造成形工艺
第四章 液态金属铸造成形新工艺
一、实型铸造
实型铸造由于铸型没有型腔和分型面，不必起模和修型，与普 通铸造相比有以下优点：造型工序简单，生产周期短、生产效 率高，铸件尺寸精度高；可采用干砂造型，取消了混砂工序， 落砂极易实现，劳动强度大大降低；铸件表面质量好，使清理 打磨工作量减少50%以上。
9
液态金属铸造成形工艺
第四章 液态金属铸造成形新工艺
二、半固态铸造
可细分为：流变铸造和触变铸造。
Thixomolding uses an injection molding type machine to produce thin-walled, near-net shape components from magnesium alloys.
1.1液态金属成形理论基础全解
合金元素
凡能形成低熔点化合物、降低合金液体粘度和 表面张力的元素，均能提高合金流动性，如 P 元素； 凡能形成高熔点夹杂物的元素，都会降低合金 流动性。如S、Mn等。
13
1.1.1 液态金属的流动性和充型能力
合金的结晶特点
金属在结晶状态下流动
（a)纯金属 (b）结晶温度范围宽的合金
14
1.1.1 液态金属的流动性和充型能力
3
概念和特点
铸造工艺的缺点
(1)铸件力学性能特别是塑性与冲击性能低于塑 性成形件； (2)铸造工序多，难以精确控制，铸件质量不稳 定； (3)砂型铸造劳动条件差； (4)铸件大多为毛坯件。
4
概念和特点
铸造方法的分类
金属型铸造
砂型铸造 特种铸造
低压铸造
压力铸造 熔模铸造
离心铸造 陶瓷型铸造 实型铸造
4.铸件结构方面 模数（折算厚度） 模数大的铸件，由于与铸型的接触表面积相对较 小，热量散失比较缓慢，则充型能力较高；
铸件的壁越薄，模数越小，则越不容易被充满。
铸件的复杂程度：
铸件结构复杂，则型腔结构复杂，流动阻力大， 铸型的充填就困难。
合金的流动性； 合金的收缩性； 合金的吸气性。
7
1.1.1 液态金属的流动性和充型能力
液态金属浇注入铸型后，液体利用自身的流 动性而充填铸型。充型能力：液体金属充满 型腔，获得尺寸精确、轮廓清晰的成型件的 能力。 充型能力的影响因素： 合金液体的流动性； 铸型性质； 浇注条件； 铸件结构。
1.1.1 液态金属的流动性和充型能力
2.铸型性质 铸型的蓄热系数 铸型的温度
蓄热系数是指当某一足够厚度 单一材料层一侧受到谐波热作 用时，表面温度将按统一周期 波动，通过表面的热流波幅与 表面温度波幅的比值。其值越 大，材料的热稳定性越好。即 蓄热系数小时，受热来的快， 凉时去也快。
凡能形成低熔点化合物、降低合金液体粘度和 表面张力的元素，均能提高合金流动性，如 P 元素； 凡能形成高熔点夹杂物的元素，都会降低合金 流动性。如S、Mn等。
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1.1.1 液态金属的流动性和充型能力
合金的结晶特点
金属在结晶状态下流动
（a)纯金属 (b）结晶温度范围宽的合金
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1.1.1 液态金属的流动性和充型能力
3
概念和特点
铸造工艺的缺点
(1)铸件力学性能特别是塑性与冲击性能低于塑 性成形件； (2)铸造工序多，难以精确控制，铸件质量不稳 定； (3)砂型铸造劳动条件差； (4)铸件大多为毛坯件。
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概念和特点
铸造方法的分类
金属型铸造
砂型铸造 特种铸造
低压铸造
压力铸造 熔模铸造
离心铸造 陶瓷型铸造 实型铸造
4.铸件结构方面 模数（折算厚度） 模数大的铸件，由于与铸型的接触表面积相对较 小，热量散失比较缓慢，则充型能力较高；
铸件的壁越薄，模数越小，则越不容易被充满。
铸件的复杂程度：
铸件结构复杂，则型腔结构复杂，流动阻力大， 铸型的充填就困难。
合金的流动性； 合金的收缩性； 合金的吸气性。
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1.1.1 液态金属的流动性和充型能力
液态金属浇注入铸型后，液体利用自身的流 动性而充填铸型。充型能力：液体金属充满 型腔，获得尺寸精确、轮廓清晰的成型件的 能力。 充型能力的影响因素： 合金液体的流动性； 铸型性质； 浇注条件； 铸件结构。
1.1.1 液态金属的流动性和充型能力
2.铸型性质 铸型的蓄热系数 铸型的温度
蓄热系数是指当某一足够厚度 单一材料层一侧受到谐波热作 用时，表面温度将按统一周期 波动，通过表面的热流波幅与 表面温度波幅的比值。其值越 大，材料的热稳定性越好。即 蓄热系数小时，受热来的快， 凉时去也快。
金属液态成形pptConvertor
金属材料加工工艺材料加工工艺基础金属材料加工系刘少平制作第一篇液态金属的铸造成形目录概述第一章液态金属成形过程及控制第二章铸造工艺方案第三章典型铸造方法§1 造型材料§2 砂型铸造方法§3 特种铸造方法教学目的和要求一、铸造生产的特点及重要性铸造是液态金属成形的方法，铸造过程是熔炼金属，制造铸型，并将熔融金属在重力、压力、离心力、电磁力等外力场的作用下充满铸型，凝固后获得一定形状与性能零件和毛坯生产过程。
具有生产成本低，工艺灵活性大，几乎不受零件尺寸大小及形状结构复杂程度限制等特点。
铸件的质量可由几克到数百吨，壁厚可由0.3mm到1m以上。
现代铸造技术在生产中占据重要位置。
铸件在一般机器中占总质量40～80％，但其制造成本只占机器总成本的25～30％。
概述（1）材料来源广；（2）废品可重熔；（3）设备投资低。
铸造生产的特点1、可生产形状任意复杂的制件，特别是内腔形状复杂的制件。
如汽缸体、汽缸盖、蜗轮叶片、床身件等。
（1）合金种类不受限制；（2）铸件大小几乎不受限制。
2、适应性强3、成本低4、废品率高、表面质量较低、劳动条件差。
铸件的生产工艺方法按充型条件的不同，可分为重力铸造、压力铸造、离心铸造等。
按照形成铸件的铸型分可分为砂型铸造、金属型铸造、熔模铸造、壳型铸造、陶瓷型铸造、消失模铸造、磁型铸造等。
传统上，将有别于砂型铸造工艺的其它铸造方法统称为“特种铸造”。
其中砂型铸造应用最为广泛，世界各国用砂型铸造生产的铸件占铸件总产量的80％以上。
二、铸造生产分类三、砂型铸造工艺流程（一）工艺流程图四、国内外铸造生产技术水平比较第一章液态金属成形过程及控制§1 金属的充型过程及流动液态金属充满铸型，获得尺寸精确、轮廓清晰的铸件，取决于充型能力。
合金充型过程中，一般伴随结晶现象，若充型能力不足，在型腔被填满之前，形成的晶粒将充型的通道堵塞，金属液被迫停止流动，于是铸件将产生浇不足或冷隔等缺陷。
金属材料的液态成形工艺(铸造)
第四章金属材料的液态成形工艺本章教学学时：4~6本章学习指南：本章的重点内容：铸造工艺基础部分。
要求学生掌握应掌握合金成分、工艺条件对液态合金充型能力、合金收缩性、吸气性等铸造性能的影响，以便能够分析不同合金获得优质铸件的难易程度，并分析应采取的工艺措施。
难点内容：有些防止铸件缺陷的工艺措施是相互矛盾的，如高温浇注有利于金属液充型，但易产生粘砂缺陷；铸件顺序凝固有利于补缩，但易产生热应力，等。
因此，应要提醒学生综合考虑铸件合金、结构等因素，先解决主要矛盾，再采取措施解决其他问题。
本章的教学方式：讲课与学生自学相结合。
主要教学内容：第一节金属铸造工艺简介金属铸造是指将固态金属熔炼成液态，浇入与零件形状相适应的铸型型腔中，冷凝后获得铸件的工艺过程。
根据造型材料不同，可将铸造方法分为砂型铸造和特种铸造两类。
砂型铸造是以型砂作为主要造型材料的铸造方法；而特种铸造是指砂型铸造以外的所有铸造方法的总称。
常用的特种铸造方法有熔模铸造、金属型铸造、压力铸造、低压铸造和离心铸造等。
图4-1所示为砂型铸造工艺过程示意图。
图4-1 砂型铸造基本工艺过程第二节铸造工艺基础知识合金在铸造生产过程中表现出来的工艺性能称为合金的铸造性能，如流动性、收缩性、吸气性、偏析性（即铸件各部位的成分不均匀性）等。
一、液态金属的充型能力液态金属的充型能力是指液态金属充满铸型型腔，获得形状完整、轮廓清晰铸件的能力。
1．金属液的流动性液态金属的流动性是指金属液的流动能力。
流动性越好的金属液，充型能力越强。
流动性的好坏，通常用在特定情况下金属液浇注的螺旋形试样的长度来衡量，如图4-2所示。
图4-2金属流动性试样图4-3 Fe-C合金流动性与含碳量关系1-试样；2-浇口；3-冒口；4-试样凸点图4-3为铁－碳合金的流动性与成分的关系。
2．浇注条件提高浇注温度，可使液态金属粘度下降，流速加快，还能使铸型温度升高，金属散热速度变慢，并能增加金属保持液态的时间，从而大大提高金属液的充型能力。
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5
第一章 液态金属铸造成形工艺基础
一、基本工艺要素及其控制
一、基本工艺要素及其控制
★ 铸造的基本工艺要素：
成分
温度
熔融金属液
结构
材质
温度
预先制备的铸型
6
第一章 液态金属铸造成形工艺基础
一、基本工艺要素及其控制
一、基本工艺要素及其控制
1、金属液应满足以下要求：
成分符合要求——各元素含量在标称范围内 合金液含气量、杂质含量在允许范围内
3、铸型与金属之间的相互作用
3.2、热作用： 冷却速度超出适当的工艺窗口 导致亚稳相的形成
型壁表面变形开裂 铸件表面质量差、夹砂结疤
金属液热量迅速导入铸型表层 热击——铸型破裂或表面龟裂
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第一章 液态金属铸造成形工艺基础
一、基本工艺要素及其控制
3、铸型与金属之间的相互作用
3.2、热作用不良导致的缺陷：
应当注意气孔缺陷与疏松缺陷的差别和关联。
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第一章 液态金属铸造成形工艺基础
一、基本工艺要素及其控制
3、铸型与金属之间的相互作用
铸件中气孔的形成：
卷入气孔的形成
气孔的一般分布区域
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第一章 液态金属铸造成形工艺基础
一、基本工艺要素及其控制
一、基本工艺要素及其控制
4、常用铸造合金及其熔炼：
黑色金属——
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第一章 液态金属铸造成形工艺基础
一、基本工艺要素及其控制
一、基本工艺要素及其控制
3、铸型与金属之间的相互作用：
机械作用： 金属液在进入型腔时对铸型的冲刷作用； 金属液充入型腔后对铸型壁面的压力作用； 铸型对金属凝固收缩而产生的阻碍作用。
热 作 用： 金属热量向铸型的换热传输作用。
化学作用： 金属与铸型型壁元素的化学反应作用。
铸铁的主要应用范围： • 农业机械中占40～60％； • 汽车拖拉机中约占50～70％； • 机床制造中约占60～90％。
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第一章 液态金属铸造成形工艺基础
一、基本工艺要素及其控制
一、基本工艺要素及其控制
4.1、铸铁及其熔炼：
随碳含量及凝固条件的不同，铸铁中的碳以片状、球状、 絮状的石墨形态为存在形式。 石墨的力学特性σb=20MPa、HB3~5、δ= 0 • 割裂作用——减振、机械性能降低，断屑性能好； • 尖端效应：应力集中； • 润滑作用(自润滑和储油)：减摩和耐磨、切削性能好。
一、基本工艺要素及其控制
一、基本工艺要素及其控制
灰口铸铁： 显微组织为金属基体（F、P、F+P）+片状石墨（G）
基体连续性只有60%左右，石墨对基体的割裂作用和尖端效 应较大，降低材料性能。
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第一章 液态金属铸造成形工艺基础
一、基本工艺要素及其控制
一、基本工艺要素及其控制
灰口铸铁件中的石墨化程度控制：
材料成形工艺
第一部分 液态金属铸造成形工艺
第一部分 液态金属铸造成形工艺
第一章 液态金属铸造成形工艺基础
1
液态金属铸造成形工艺
第一章 液态金属铸造成形工艺基础
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液态金属铸造成形工艺
第一章 液态金属铸造成形工艺基础
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第一章 液态金属铸造成形工艺基础
概述
概述
☺ 铸造：使熔融的金属液流入并凝固在预先制备的铸型中， 获得特定形状和性能的毛坯或零件(铸件)的方法或技术。
•耐磨性好，适于制造润滑状态下工作的导轨、衬套和活塞环 等。
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第一章 液态金属铸造成形工艺基础
一、基本工艺要素及其控制
一、基本工艺要素及其控制
灰口铸铁牌号区分：
分别代表抗拉强度和抗弯强度
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第一章 液态金属铸造成形工艺基础
一、基本工艺要素及其制
一、基本工艺要素及其控制
灰口铸铁的生产特点：
• 主要在冲天炉内熔化，高质量的可用电炉熔炼。
通常使用可控功率的熔炼炉来实现合金温度的控制
坩埚炉
电炉
感应炉
可能需要将金属液静置一定时间以实现渣、气、金属液分离
变质处理工序则要求合金液在一定时间内完成浇注 9
第一章 液态金属铸造成形工艺基础
一、基本工艺要素及其控制
一、基本工艺要素及其控制
2、铸型应满足以下要求：
具备适当的结构 铸型的结构影响充型过程和凝固过程，影响铸造的效率。 具备适当的材质 铸型的材质影响铸件的冷却速度、表面质量和内部性能。 具备适当的温度 铸型的温度影响铸件的冷却速度，同时对铸件缺陷产生和 铸型寿命有显著影响
铸造的基本工艺要素是：熔融金属液 预先制备的铸型
铸造的基本工艺过程是：充型过程 凝固过程
铸造的基本考核指标是：形状精确性
性能及其稳定性
4
第一章 液态金属铸造成形工艺基础
概述
概述
• 本章的重点内容
1、哪些基本工艺要素会对铸造考核指标产生影响？ 2、哪些基本工艺过程会对铸造考核指标产生影响？ 3、如何控制铸造成形的基本工艺要素？ 4、如何控制铸造成形的基本工艺过程？
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第一章 液态金属铸造成形工艺基础
一、基本工艺要素及其控制
一、基本工艺要素及其控制
4.1、铸铁及其熔炼：
铸铁的一般成分范围：C(2.5-4.0)%、Si(1.0-3.0)%、 Mn(0.5-1.4)%、P(0.01-0.5)%、S(0.02-0.20)%等，还可以 加入一定量的合金元素以改善和提高其力学及物理化学性 能。
铸型材料对铸件的表面质量及内部性能均产生显著影响。
某些情况下需使用涂料对型腔表面进行处理。 13
第一章 液态金属铸造成形工艺基础
一、基本工艺要素及其控制
2、铸型应满足的要求
2.3、铸型的温度：
常温：铸型在室温条件下直接进行浇注 金属液与铸型的热作用剧烈，冷却强度大，热冲击显著
预热：将铸型预热到一定温度后再进行浇注 可在一定程度上降低冷却强度，缓解热冲击，延长铸型 寿命
不同的石墨形态对铸铁性能产生不同影响。
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第一章 液态金属铸造成形工艺基础
一、基本工艺要素及其控制
一、基本工艺要素及其控制
4.1、铸铁及其熔炼：
不同的石墨形态对 铸铁性能产生不同 影响；
通过优化熔炼及铸 造工艺，改善铸铁 中的石墨形态，对 于提升铸件性能和 品质十分重要。
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第一章 液态金属铸造成形工艺基础
铸铁的分类：
①按碳的存在形式分: 白口铸铁、灰口铸铁和麻口铸铁；
②按石墨存在形式分：灰口铸铁、可锻铸铁、球墨铸铁、 蠕墨铸铁；
③按成分区分：普通铸铁、合金铸铁。 24
第一章 液态金属铸造成形工艺基础
一、基本工艺要素及其控制
一、基本工艺要素及其控制
4.1、铸铁及其熔炼：
铸铁特点： • 生产设备和工艺简单、价格便宜； • 有良好的铸造性、切削加工性及减震性等优良的使 用性能和工艺性能。
一、基本工艺要素及其控制
一、基本工艺要素及其控制
灰口铸铁件中的石墨化程度控制：
石墨化程度主要受控于合金化学成分和冷却速度这两个因素。
冷却速度的影响： • 铸件缓慢冷却，有利于石墨化； • 同化学成分的铸铁，若冷却速度不同，其组织和性能也不同， 在铸件不同部位采用不同的铸型材料，可以在局部形成不同的 组织和性能； • 壁厚不同的铸件因冷却速度的差异，铸铁的组织和性能也随 之而变，必须按照铸件的壁厚选定铸铁的化学成分和牌号。
一、基本工艺要素及其控制
4、常用铸造合金及其熔炼：
有色金属——
铸造铝合金：以铝为主要成分，其合金化元素可包括硅、铜、 镁、锌，铸造铝合金密度低，熔点低，比强度较高，耐蚀性 优良；
铸造镁合金：以镁为主要成分，加入铝、锌等合金化元素， 可得到与铸造铝合金相近的抗拉强度，并得到较铝合金更高 的比强度及比刚度特性。
铸铁：含碳量大于2.11%的 铁碳合金，以铁、碳和硅为 主要元素的多元合金，硬而 脆，因成本低廉，铸造合金 中应用最广；
铸钢：以含碳不超过2.11%， 同时含有少量其它元素的Fe 基合金，凝固过程中不经历 共晶转变，塑性和韧性较铸 铁更高。
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第一章 液态金属铸造成形工艺基础
一、基本工艺要素及其控制
应注意配料的加入顺序 对于易烧损元素应适量增加其配比 为避免元素过度损耗，应对熔炼气氛进行控制或进行覆盖 通过精炼处理除气，降低合金含气量 通过变质处理，形成丰富的形核核心以细化晶粒
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第一章 液态金属铸造成形工艺基础
一、基本工艺要素及其控制
1、金属液应满足的要求
1.2、合金温度的控制：
1、根据合金牌号及铸造方法确定适当的浇注温度范围； 2、精炼、变质等工序可能需要特殊的处理温度； 3、精炼、变质完毕后应将合金液调整到浇注温度。
夹砂缺陷 (a)夹砂结疤/包砂 (b)鼠尾
夹砂形成示意图
夹砂结疤缺陷通常发生于铸件上表面，鼠尾缺陷通常发生于铸件下表面。
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第一章 液态金属铸造成形工艺基础
一、基本工艺要素及其控制
3、铸型与金属之间的相互作用
3.3、化学作用： 构成铸件的金属与铸型之间可能发生化学反应。
•尤其是金属氧化物与铸型中的氧化物发生化学反应， 形成低共熔点的产物，将铸件与铸型相互粘结。
压铸型的结构
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第一章 液态金属铸造成形工艺基础
一、基本工艺要素及其控制
2、铸型应满足的要求
2.2、铸型的材质：
一次型
永久型
➢ 砂 —— 石英砂、刚玉砂、锆砂、铬铁矿砂 ➢粘结剂 —— 粘土、水玻璃、硅溶胶、植物油、树脂 ➢金 属 —— 铸铁、铸钢、锻钢、铜合金、铝合金 ➢其 它 —— 石墨、石膏、陶瓷、……
•若产生化学粘砂，将导致难以完成铸件表面清理。 金属与气氛相互作用，可能导致严重氧化、甚至燃烧。