第二篇 铸造(第一章 铸造工艺基础)
金属工艺学部分课后习题解答
补充习题
下列铸件在大批量生产时，以什么铸造措施 为宜？ 铝活塞金属型铸造、汽轮机叶片熔模铸造、 汽缸套离心铸造、车床床身砂型铸造、摩托车 气缸体压力铸造、汽车喇叭压力铸造、大口径 污水管离心铸造、大模数齿轮滚刀熔模铸造
压力加工：第二章 铸造
7 图示零件采用锤上模锻制造，请选择最合适旳分模面
位置？ p127
I
铸造：第三章 砂型铸造
5.图示铸件在单件生产条件下该选用哪种造型措施？
方案I： 分型面为曲
面，不利于分型。
I
方案II：分型面在最
II
大截面处，且为平面，
方案可行。
铸造：第三章 砂型铸造
5.图示铸件在单件生产条件下该选用哪种造型措施？
I II
两方案均可， 但型芯头形状 不同。
铸造：第三章 砂型铸造
铸造：第一章 铸造工艺基础
8.试用下面异形梁铸钢件分析其热应力旳形成原 因，并用虚线表达出铸件旳变形方向。p49
形成原因：壁厚不均匀。
铸造：第三章 砂型铸造
5.图示铸件在单件生产条件下该选用哪种造型措施？
p73
I方案存在错箱可能。 该零件不算太高，故 方案II稍好，从冒口
II
安放来看，II方案轻 易安放。
焊接措施: 手工电弧焊、二氧化碳气体保护焊
端面车刀
6.图示铸件有几种分型方案？在大批量生产中应选择 哪种方案？ p73
应采用方案I，方案II
I
型芯稳定，但φ40凸台
阻碍拔模。
II
铸造：第三章 砂型铸造
6.图示铸件有几种分型方案？在大批量生产中应选择 哪种方案？ p73
I
III II
应采用方案III，方案I需要活块，且下面活 块难以取出；方案II需要挖砂。
第一章铸造工艺基础
1-3铸造内应力、变形和裂纹
• 铸造内应力：铸件的固态收缩受到阻碍而引起的内应力。 • 残余内应力：一直保持到室温的铸造内应力 • 临时内应力：在冷却过程中暂存的铸造内应力 • 铸造内应力是铸件产生变形和裂纹的基本原因 • 按内应力产生原因不同分为热应力和机械应力 一、铸造内应力的形成 • 介绍热应力和机械应力的产生 1.热应力： • 1）定义：由于铸件的壁厚不均，各部分冷却速度不同，各部分收缩 不一致引起的内应力。 • 2）金属应力状态改变：（金属自高温至室温） • 金属在再结晶温度以上处于塑性状态，在再结晶温度以下处于弹性状 态，再结晶温度是分界点 • 塑性状态降温 弹性状态 • 弹性状态升温 塑性状态
流动性
二、浇注条件 • 1.浇注温度: “决定性”影响 浇温升高充型能力越强 • 实践中可利用此规律对薄壁铸件或流动性较差的合金可适当提高浇温, 提高充型能力 • 浇温也不宜过高,否则易产生缩孔、缩松等缺陷 • 2.充型压力 • 合金受压越大充型能力越强 三、铸型填充条件 • 1.铸型材料: • 铸型导热系数和比热容升高,合金充型能力下降 • 2.铸型温度: • 铸型温度升高减缓冷却速度,充型能力升高 • 3.铸型中气体: • 铸型中气体阻碍液体合金的充型,应减少之.
三、铸件的裂纹与防止 • 铸造内应力超过材料强度极限时产生裂纹 1.热裂 • （1）定义：在高温下形成的裂纹 • （2）形状特征：缝隙宽、形状曲折、缝内呈氧化色 • （3）形成原因：合金完全凝固前固态收缩已开始，晶粒间存在液体， 强度、塑性低 • （4）分布：一般分布在应力集中部位 • （5）主要影响因素：合金性质、铸型阻力 • （6）防止方法①使铸件结构合理②改善铸型和型芯的退让性③减少 浇、冒口对铸件收缩的机械阻碍④内浇口设置符合同时凝固原则⑤减 少合金中有害杂质含量。 2.冷裂 • （1）含义:在低温下形成的裂纹 • （2）形状特征：裂纹细小，呈连续直线状，缝内呈轻微氧化色 • （3）分布：常出现在形状复杂工件的受拉伸部分
铸造工艺基础(1)
铸造工艺基础一、概述铸造是一种古老而重要的金属加工技术，它是将熔融的金属倒入模具中，待其冷却凝固后形成所需形状的金属零件的过程。
铸造工艺广泛应用于机械、航空、汽车、船舶、电力等工业领域，是制造各种零部件和产品的关键技术之一。
二、铸造工艺流程1.模具设计：根据产品图纸或样品，设计出模具的结构和尺寸。
2.模具制造：按照设计图纸，制造出精确的模具。
3.熔炼金属：将所需的金属材料加热至熔融状态。
4.浇注：将熔融的金属液体倒入模具中。
5.冷却凝固：使金属液体在模具中冷却凝固。
6.脱模：从模具中取出铸件。
7.清理和加工：对铸件进行清理、加工和检验，以满足产品要求。
三、铸造方法1.砂型铸造：利用砂型进行铸造的方法，适用于生产各种形状和尺寸的铸件。
2.金属型铸造：利用金属模具进行铸造的方法，适用于生产中小型、形状简单的铸件。
3.压力铸造：在高压下将熔融的金属注入模具，实现快速凝固和成型的方法，适用于生产小型、高精度、高强度铸件。
4.离心铸造：利用旋转的模具，将熔融的金属注入其中，实现离心浇注的方法，适用于生产管状、套筒状等旋转体铸件。
5.消失模铸造：利用可溶性泡沫塑料制造铸型，将熔融的金属注入其中，待冷却后泡沫塑料溶解，形成铸件的方法。
四、铸造材料铸造常用的材料有铸铁、铸钢、铝合金、铜合金等。
不同的材料具有不同的物理和化学性能，需要根据产品要求选择合适的材料。
五、铸造缺陷及预防措施1.气孔：铸件内部存在气体形成的孔洞，可采用控制熔炼温度和浇注速度、提高模具排气能力等措施预防。
2.缩孔：铸件冷却过程中，由于体积收缩引起的孔洞，可通过控制金属液的补缩量来预防。
3.夹渣和夹砂：铸件表面或内部的渣子和砂粒，可通过控制熔炼温度和时间、保持模具清洁等措施预防。
4.裂纹：铸件冷却过程中产生的裂纹，可通过优化模具设计和制造工艺、控制铸件壁厚等措施预防。
5.组织疏松：铸件内部组织不紧密，可通过控制熔炼温度和浇注温度等措施预防。
热加工工艺基础-铸造
热加工工艺基础第一章铸造工艺基础1．名词解释充型能力：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。
缩孔：在铸件上部或最后凝固部位出现的容积较大的孔洞。
缩松：铸件断面上出现的分散、细小的孔洞。
逐层凝固：纯金属或共晶成分合金在凝固过程中不存在固、液相并存的凝固区，故断面上外层的固体和内层的液体由一条界限清楚地分开，随着温度的下降，固体层不断加厚，液体层不断减少直到中心层全部凝固。
糊状凝固：合金的凝固温度范围很宽或铸件断面温度分布曲线较为平坦，其凝固区在某段时间内，液固并存的凝固区贯穿整个铸件断面。
中间凝固：介于逐层凝固和糊状凝固之间的凝固方式。
定向凝固：使铸件按规定方向从一部分到另一部分逐渐凝固的过程。
同时凝固：尽量减少铸件各部位间的温度差使铸件各部位同时冷却凝固。
热裂：凝固后期合金收缩且受到铸型等阻碍产生应力，当应力超过某一温度下合金的强度所产生的裂纹。
冷裂：铸件固态下产生的裂纹。
热应力：由于铸件壁厚不均匀，各部分冷却速度不同，以致在同一时期铸件各部分收缩不一致而产生的应力。
侵入气孔：砂型或砂芯受热产生气体侵入金属液内部在凝固前未析出而产生的气孔反应气孔：合金液与型砂中的水分、冷铁、芯撑之间或合金内部某些元素、化合物之间发生化学反应产生气体而形成的气孔。
·析出气孔：合金在熔炼和浇注过程中接触气体使气体溶解其中，当合金液冷却凝固时，气体来不及析出而形成的气孔。
2．合金的流动性不足易产生哪些缺陷？浇不足，冷隔，气孔，夹渣，缩孔，缩松。
影响合金流动性的主要因素有哪几个方面？合金的种类，合金的成分，温度。
在实际生产中常用什么措施防止浇不足和冷隔缺陷？a.选用黏度小，比热容大，密度大，导热系数小的合金，使合金较长时间保持液态。
b.选用共晶成分或结晶温度范围窄的合金作为铸造合金。
c.选择合理的浇注温度。
3．充型能力与合金的流动性有什么关系？合金的流动性越好，则其充型能力越好。
不同化学成分的合金为何流动性不同？合金的化学成分不同，它们的熔点及结晶温度范围不同，其流动性不同。
金属工艺学_邓文英_第五版_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。
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。
第五题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。
1铸造-铸造工艺基础.ppt-铸造
防止措施:
（1）铸件壁厚要尽量均匀，并使之
形状对称。 （2）尽量采用同时凝固原则。 （3）反变形法。 （4）时效处理。
三、铸件的裂纹与防止
1、热裂：高温下形成的裂纹。 形状特征：缝隙宽、形状曲折、缝内呈 氧化色。 主要影响因素： 合金性质 凝固时期受到阻碍
⑵ 冷裂：低温下形成的裂纹。 形状特征：裂纹细小、呈连续直线 状，有时缝内呈轻微氧化色。
灰铸铁、硅黄铜流
动性最好； 铸钢流动性最差。 影响合金流动性的 主要因素：化学成分
二、浇注条件
1、浇注温度 2、充型压力
三、铸型填充条件
1、铸型材料：导热系数、比热容
2、铸型温度
3、铸型中气体 4、铸件结构
第二节 铸件的凝固与收缩
一、铸件的凝固方式
逐层凝固方式：纯金属或共晶合金 糊状凝固方式：合金的结晶温度范围宽 中间凝固方式：介于上述二者之间。
三、铸件中的缩孔与缩松
1. 缩孔和缩松的形成
缩孔：集中在铸件上部或最后凝固部位容积较大的孔洞.
缩松：分散在铸件某区域内的细小缩孔。
宏观缩松 显微缩松
逐层凝固合金：缩孔倾向大； 糊状凝固合金：缩松倾向大。
2、 缩孔和缩松的防止
顺序凝固（定向凝固）原则： 在铸件上可能出现缩孔的厚 大部位通过安放冒口等工 艺措施，使铸件远离冒口 的部位先凝固，而后是靠 近冒口的部位凝固，最后 才是冒口本身的凝固。
⑴ 热应力：由于铸件
壁厚不均匀、各部分冷却速度 不同，以至在同一时期内铸件 各部分收缩不一致而引起的。
1杆：拉应力
2杆：压应力：
温 度 (℃) 浇口
同时凝固温度曲线铸件源自冷铁 ⅢⅠ Ⅱ 距离
铸件实现同时凝固示意图
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。
铸造
灰铸铁的 缩孔、缩 锡青铜倾向于糊 松倾向小 状凝固，采用定 铸件心部容易出现缩孔或缩松 向凝固也难消除 缩松 应用
主要用于灰铸铁、锡青铜等
冷铁
上型
2、机械应力 由于合金的固态收缩受到铸型或 型芯的机械阻碍而产生的内应力 机械应力使铸件产生暂时性 的拉应力或剪应力 落砂后随着产生弹性变形而消失，为临时应力 二、铸件的变形和防止 有残余应力的铸件
二、铸造合金的收缩
收缩
收缩是合金 的物理本性
合金从浇注、凝固直至冷却到室温，其体积 或尺寸缩减的现象
体积收缩率是铸件产生缩 孔或缩松的根本原因
合金的收缩经历如下三个阶段：
1、液态收缩
体积的 收缩
从浇注温度到凝固开始温度间的收缩 从凝固开始温度到凝固终止间的收缩 从凝固终止温度到室温间的收缩
线收缩率是铸件产生 应力、变形和裂纹的 根本原因
不稳定
下型
变形
减缓内应力 稳定状态
铸件变形的防止 1、铸件设计时尽量使铸件的壁厚均匀、形状 对称
+
-
2、在铸造工艺上应采用同时凝固原则，以 便均匀冷却。
同时凝固原则只用于普 通灰铸铁和锡青铜等铸 造性能好的铸件的生产。
3、对长而容易变形的铸件，可采用“反变 形”工艺
4、对于不允许发生变形的重要机件必须进 行时效处理
4）由此可见，热应力使铸件的厚壁或心部受拉伸，薄壁 或表层受压缩。铸件的壁厚差越大、合金的线收缩率愈高、 弹性模量愈大，热应力越大。
热应力的预防措施 同时凝固原则
Байду номын сангаас尽量减少铸件各个部位间的温 度差，使其均匀冷却
优点 同时凝固可减少铸造内应力，防止铸件的变形和裂纹 缺陷，同时可免设冒口而省工省料
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◆ 铸造生产的优点：
1）铸件可以生产形状复杂，特别是内腔复杂的毛坯；铸件
的轮廓尺寸可从几毫米至几十米；重量可从几克至几百吨。
2）适应范围广。铸造可用各种合金来生产铸件。
3）铸造批量不限。从单件、小批，直到大量生产。
4）铸件与零件的形状、尺寸很接近，因而铸件的加工余量
小，可节省金属，减少切削加工量，从而降低制造成本。
◆由图亚共晶铸铁随含碳量的增加，结晶温度范围减小，流 动性提高。实验证明铸铁的流动性好， 铸钢的流动性差。
24.11.2020
◆合金流动性对充型能力的影响 合金流动性的决定因数： 1）合金种类: 合金不同，流动性不同 2）化学成分：同种合金中成分不同的合金具有不同的结晶特 点，流动性也不同。 3）结晶特性：恒温下结晶，流动性较好；两相区（2区）内 结晶，流动性较差。
第二篇 铸 造
1.铸造工艺基础 2.常用合金铸件的生产 3.砂型铸造 4.特种铸造 5.铸件结构设计 6.讲授学时：10学时
24.11.2020
◆铸造概念： 将液态金属浇注到具有与零件形状、尺寸相适应的铸型型腔 中，待其冷却凝固，以获得毛坯或零件的生产方法，称为金属的 液态成形。即铸造。液态金属浇注过程。砂型铸造工艺演示。 ◆铸造是历史最为悠久的金属成型方式，直到今天仍然是毛 坯生产的主要方法。机器中铸件所占比例很大。 ◆铸造生产在机械制造业中的地位：视频。
学习目的及要求： 1.掌握影响充型能力的各种因素； 2.了解凝固与收缩、内应力、变形和裂纹产生的原因及防止 措施； 3.了解铸件质量控制的方法。 重点及难点：1.充型能力；2.内应力的形成。 ◆铸造生产过程复杂，影响铸件质量的因素颇多，废品率一 般较高。铸造废品的产生不仅与铸型工艺有关，还与铸型材料、 铸造合金性能、熔炼、浇注等密切相关。
24.11.2020
二、浇注条件 浇注条件对充型能力的影响：
浇注 条件
浇注温度 充型压力 浇注系统
◆对薄壁铸件或流动性较差的合金可 浇适当注提温高度浇越注高温，度液，态以金防属浇的不粘足度或越冷小 ，隔缩过缺孔热陷缩度。松高但等，浇缺金注陷属温，液度故内过保含高证热，充量容型多易能，产力保生前 持提液下态，的不时宜间过长高，。充型能力强。 液态金属在流动方向上所受的压力称 为充型压力。充型压力越大, 充型能 力越强。
24.11.2020
第二节 铸件的凝固与收缩
浇入铸型中的金属液在冷凝过程中，其收缩得不到补充，铸
件将产生缩孔和缩松缺陷。为防止缺陷应合理控制铸件凝固过程
一、铸件的凝固方式
铸件的凝固过程中，其断面上一般存在三个区，即固相区
、凝固区和液相区。对铸件影响较大的是凝固区的宽窄。
第一节 液态合金的充型 液态合金填充铸型的过程- 充型。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 - 液态合金的充型能力。
充型能力不足 可能有
浇不足 冷 隔 夹 砂 气 孔 夹 渣
24.11.2020
◆充型能力不足原因： 在液态合金的充型过程中，有时伴随着结晶现象，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。
所以铸型要留出排气口。
四、铸件结构条件 铸件结构对充型能力的影响。 折算厚度： 折算厚度也叫当量厚度或模数，是铸件体积与铸件表面积之 比。折算厚度越大，热量散失越慢，充型能力就越好。铸件壁厚 相同时，垂直壁比水平壁更容易充填。(大平面铸件不易成形) 复杂程度： 铸件结构越复杂，流动阻力就越大，铸型的充填就越困难。
5）铸件所用的原材料大部分来源广泛、价格低廉，还可以
使用废料和废零件；设备费用较低，因此铸件的成本低廉。
◆铸造生产的缺点：
1）工艺过程比较复杂，一些工艺过程还难以控制。
2）液态成形零件内部组织的均匀性、致密性一般较差。
3）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。
24.11.2020
◆流动性衡量方法： 液态合金的流动性通常以“螺旋形试样”长度来衡量。 ◆测试合金充型能力的方法： 将合金液浇入铸型中，冷凝后测出充满型腔的式样长度。浇 出的试样越长，合金的流动性越好，合金充型能力越好。
◆试验得知：灰口铸铁，硅 黄铜（长度l≈1000mm）流动性 最好。铸钢（长度l≈200mm）的 流动性最差。
浇注系统的结构越复杂，则流动阻力 越大，充型能力越差。
24.11.2020
三、铸型填充条件 铸型充填条件对充型能力的影响：影响合金在型腔内流动的 时间和速度。 影响因素有：
（1）铸型材料： 导热系数和比热容 ↑激冷能力↑充型 能力↓
（2）铸型温度： 铸型的 温度↑ 充型能力↑∴铸型可
先预热。
（3）铸型中气体： 砂型铸造产 生大量气体，排气能力差，型腔 中气压↑流动阻力↑充型能力↓，
◆充型能力的决定因素：
合金的流动性 铸型性质 浇注条件 铸件结构等
一、合金的流动性： 液态合金本身的流动能力，称为合金的流动性，是合金主要 铸造性能之一。 ◆ 合金的流动性越好，充型能力越强，越便于浇铸出轮廓 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 浮和排除，还有利于对合金冷凝过程所产生的收缩进行补缩。
显然，在相同的浇注条件下 ，合金的流动性愈好，所浇出的 试样愈长。
◆影响合金流动的性因素很 多，但以化学成分的影响最为显 著。
24.11.2020
◆共晶合金：结晶是在恒温下进行的，液态合金从表层逐层 向中心凝固，由于已结晶固体层表面比较光滑，对金属液的流动 阻力小，故流动性最好。
◆其它成分的合金：一定温度范围内逐步凝固和结晶是同时 进行的，由于初生的树枝状晶体使固体层表面粗糙，所以合金的 流动性变差。显然结晶间隔越小，则流动性越好。铸件晶粒组织
4）由于铸件内部晶粒粗大，组织不均匀，且常伴有缺陷，
其力学0
◆金属液态成形可分为： 砂型铸造和特种铸造。 1、砂型铸造：是最基本的工艺方法，占铸件的90%。 2、特种铸造方法：熔模、金属型、压力、离心铸造等。
24.11.2020
第一章 铸造工艺基础