合金的铸造性能演示教学
教案合金的铸造性能 精品
教案十八教学重点与难点1．重点合金的铸造性能2．难点熔模铸造教学方法与手段1．利用挂图等教具。
2．举典型实例，增强感性认识。
教学组织1.复习提问10分钟2.讲解75分钟3.小结5分钟教学内容第三节合金的铸造性能♦合金在铸造成形过程中获得外形准确、内部健全铸件的能力称为合金的铸造性能。
合金的铸造性能主要有吸气性、氧化性、流动性和收缩等。
一、流动性流动性是指熔融金属的流动能力。
(一)流动性对铸件质量的影响液态合金的流动性好，充型能力就强，容易获得尺寸准确、外形完整和轮廓清晰的铸件，避免产生冷隔和浇不足等缺陷。
也有利于金属液中非金属夹杂物和气体的排出，避免产生夹渣和气孔等缺陷。
同时，合金的流动性愈好，也有利于补充在凝固过程中所产生的收缩，避免产生缩孔和缩松等缺陷。
(二)影响流动性的因素合金流动性的大小与浇注温度，化学成分和铸型的充填条件等因素有关。
1．浇注温度对流动性的影响灰铸铁的浇注温度一般为1250℃～1350℃，碳素铸钢为1500℃～1550℃。
2．合金化学成分对流动性的影响化学成分不同的合金具有不同的结晶特点，其流动性也不同。
其中纯金属和共晶成分的合金流动性最好。
在常用的铸造合金中，铸铁的流动性好，铸钢的流动性差。
3．铸型的充填条件对流动性的影响铸型中凡能增加合金液流动阻力和提高冷却速度的因素均使流动性降低。
二、收缩合金在液态凝固和冷却至室温过程中，产生体积和尺寸减小的现象称为收缩。
收缩是铸造合金本身的物理性质，是铸件中缩孔、缩松、裂纹、变形、残余内应力产生的基本原因。
(一)收缩的三个阶段合金从浇注温度冷却到室温要经过液态收缩、凝固收缩、固态收缩三个阶段。
液态收缩是指熔融金属在凝固阶段的体积收缩；凝固收缩是指溶融金属在凝固阶段的体积收缩；固态收缩是指金属在固态由于温度降低而发生的体积收缩。
这两种收缩使型腔内液面降低，它们是形成铸件缩孔和缩松缺陷的基本原因。
合金的固态收缩，虽然也是体积变化，但它主要表现为铸件外部尺寸的变化，因此，通常用线收缩率来表示。
铸造生产及质量控制PPT演示文稿
第一节 概述 第二节 铸造合金的工艺性能 第三节 砂型铸造 第四节 特种铸造
1
第一节 概 述
金属的成形方法可分为铸造、塑性成形（或称压力加 工）、切削加工、焊接和粉末冶金五大类。
2
定义：将液态金属浇注到与零件形状相适应的铸型型
腔中，待其冷却凝固，以获得毛坯或零件的生产方法。
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影响铸件凝固方式的主要因素 ：
（1）合金的结晶温度范围
温度 温度
合金的结 晶温度范 围愈小， 凝固区域 愈窄，愈 倾向于逐 层凝固 。
abc
液相线
S
液相线 固相线
成分
固
表层
液
中心
固
表层
液
中心 表层 中心
凝固区
a
b
c
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（2）铸件的温度梯度
在合金结晶温度范围已定 的前提下，凝固区域的宽窄取决 与铸件内外层之间的温度差。若 铸件内外层之间的温度差由小变 大，则其对应的凝固区由宽变 窄。
铸造的基本过程：
液态 金属
充型
凝固 收缩
铸件
3
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。 2．适应性强：（1）合金种类不受限制；
（2）铸件大小几乎不受限制。最小壁厚可 达0.3mm；重量可从几克到几百吨。 3．尺寸精度高：一般比锻件、焊件精度高
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二、浇注条件
（1）浇注温度 一般T浇越高，液态金属的充型能力越强。 （2）充型压力 液态金属在流动方向上所受的压力越大， 充型能力越强。 （3）浇注系统的结构 浇注系统的结构越复杂，流动阻力 越大，充型能力越差。
第三节 金属的铸造性能-流动性
一、流动性流动性是指熔融金属的流动能力。
在实际生产中，为了评定金属的流动性，通常将金属浇注成螺旋形试样，如下图所示。
浇注的试样越长，则其流动性越好。
1、影响流动性的因素(1)化学成分化学成分是影响合金流动性的本质因素。
实践证明，凝固温度范围小的合金流动性较好，凝固温度范围大的合金流动性较差。
在常用的铸造合金中，铸铁的流动性较好，铸钢的流动性较差。
常用合金的流动性见下表。
表14－1常用合金的流动性一、合金的流动性1. 流动性流动性是指熔融金属的流动能力。
合金流动性的好坏，通常以“螺旋形流动性试样”的长度来衡量，将金属液体浇入螺旋形试样铸型中，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。
2. 流动性的影响因素1）合金的种类不同种类的合金，具有不同的螺旋线长度，即具有不同的流动性。
其中灰铸铁的流动性最好，硅黄铜、铝硅合金次之，而铸钢的流动性最差。
2）化学成分和结晶特征纯金属和共晶成分的合金，凝固是由铸件壁表面向中心逐渐推进，凝固后的表面比较光滑，对未凝固液体的流动阻力较小，所以流动性好。
在一定凝固温度范围内结晶的亚共晶合金，凝固时铸件内存在一个较宽的既有液体又有树枝状晶体的两相区。
凝固温度范围越宽，则枝状晶越发达，对金属流动的阻力越大，金属的流动性就越差。
(2)工艺条件较高的浇注温度能使金属保持液态的时间延长，并且能降低金属液的粘度,从而提高流动性；浇注时浇注压力越大，流速就越大，也可以达到提高流动性的目的；铸型对液态金属的流动性也有一定的影响，金属在干砂型中的流动性优于湿砂型，在湿砂型中的流动性优于金属型。
2、流动性对铸件质量的影响金属液的流动性好，充型能力就强，容易获得尺寸准确、外形完整和轮廓清晰的铸件；若流动性不好将出现铸件缺陷。
(1) 浇不到与冷隔浇不到是指铸件残缺或可能轮廓不完整，或可能铸件完整，但边角圆且光亮，这种缺陷常出现在远离浇口的部位以及薄壁处，如图a所示。
冷隔是指在铸件上穿透或不穿透，边沿成圆角状缝隙的一类缺陷。
常用铸造合金及其熔炼ppt课件
a
b
精选课件
c
d 15
精选课件
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麻口铸铁：
组织中既存在石墨、又有莱氏体，是白口和灰口之间的过渡组 织，因断口处有黑白相间的麻点，故而得名。
➢根据铸铁的化学成分，铸铁分为：
普通铸铁 合金铸铁——含Si>4%、Mn>2%，或Ti，V，
Mo， Cr, Cu等
精选课件
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➢铸铁中的石墨化过程
石墨组织的形成，称为铸铁的石墨化过程。
工艺
(1) 冷却速度：
快速冷却——按 Fe-Fe3C相图转变 缓慢冷却——按 Fe－G 相图转变，石墨化充分 (2) 温度：高温长时间保温有利于石墨化
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➢影响石墨化程度的主要因素
碳以石墨形式析出的现象称为石墨化。
(1)、化学成分
1）碳和硅 碳是形成石墨的元素，也是促进石墨化的元素。
含碳愈高，析出的石墨愈多、石墨片愈粗大。
在实际生产中，一般是根据铸件的壁厚（主要部位的壁厚）， 选择适当的化学成分（主要指碳、硅），以获得所需要的组 织。
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1. 灰铸铁
（1） 石墨对灰铸铁性能的影响
石墨的结晶特点
在简单六方晶体中,碳 原子是分层排列
同一层上的原子间距小 (0.142nm),结合力强
层间原子间距大 (0.340nm)结合力弱
③减震性——减震能力为钢的5～10倍 → 机床床身、机座 ④耐磨性——石墨润滑作用，比钢好→导轨、衬套，活塞环等
铁矿石、焦炭、石灰石→生铁→钢水→钢锭
一、炼铁
在高炉中进行:
铁矿石+焦碳+石灰石 炉料 →高炉
预热900～1200℃ → 焦碳燃烧，产生CO → 加热炉料，
1-合金的铸造性能精品PPT课件
2）充型压力：
液态合金在流动方向上所受到的压力越大，其充型能力越好。
砂型铸造时，增加直浇道的高度可有效地提高充型能力；
直浇道高度应大于200mm；
特种铸造时，采用人为加压的方法使充型压力增大，充型 能力提高。
（1）合金的流动性对充型能力的影响最大，流动性 越好，充型能力越强；
（2）铸型填充条件对充型能力有着显著的影响；
1）铸型的蓄热能力：铸型从金属液中吸收和储存热 量的能力。铸型的热导率和质量热容越大，对液态 合金的激冷作用越强，合金的充型能力就越差。 如：金属型铸造较砂型铸造容易产生浇不到等缺陷。
2）铸型的温度：提高铸型温度，减少铸型和金属液 之间的温差，减缓了冷却速度，可提高合金液的充 型能力。
二、合金的凝固与收缩
浇入铸型的金属液在其后的冷却凝固过程中，体积将会 缩减，如果这种收缩得不到及时地补足，将在铸件中产 生缩孔或缩松缺陷。 铸件中的热裂、析出性气体、偏析、非金属夹杂等缺陷 也都与合金的凝固过程有着密切的关系。
（一）铸件的凝固方式及影响因素
A
L
D
L+A
℃ 温
A
E
度G
A+F
FP
Q
A+Fe3C
收缩是铸造合金的物理性能，是多种铸造缺陷 （缩孔、缩松、残余内应力、变形、裂纹）产生 的基本原因。
收缩的形式和度量：
铸造合金从浇注、凝固、冷却到室温的过程中，其收
缩经历三个阶段：液态收缩
凝固收缩
固态收缩
1.液态收缩：金属在液态时由于温度降低而 发生的体积收缩。
液态收缩表现为型腔内液面的降低，合金 液体的过热度越大，则液态收缩也越大。 为减小合金的液态收缩及吸气，兼顾充型 能力，铸造合金的浇注温度一般控制在高 于液相线50℃-150℃。
第二章 合金的铸造性能
第三节 铸件中常见的缺陷及防止
铸件中的缩孔与缩松 铸件应力 铸件的变形 铸件的裂纹 铸造偏析 铸件中的气孔
一、铸件中的缩孔与缩松
缩孔的形成 缩松的形成 影响缩孔、缩松形成的因素 缩孔和缩松的防止方法
缩孔的形成
定义：液态金属在铸型内凝固过程 中，由于液态收缩和凝固收缩，使 体积缩小，若其收缩得不到补充， 就在铸件最后凝固处形成大而集中 的孔洞称为缩孔。
形成的条件：铸件呈逐层凝固方式 凝固。 易形成缩孔的金属：纯金属或共晶 成分的合金。
缩松的形成
定义：液态金属在铸型内凝固过程中， 由于液态收缩和凝固收缩，使体积缩 小，若其收缩得不到补充，就在铸件 最后凝固处形成细小而分散的孔洞称 为缩松。 形成的条件：铸件呈糊状凝固方式凝 固。 易形成缩松的金属：非共晶成分或有 较宽结晶温度范围的合金。
2.浇注条件
浇注温度：浇注温度越高，流动性
越好。
充型压力：充型压力越大，流动性
越好。
3.铸型结构及填充条件
铸型的蓄热能力：铸型的蓄热能力强， 充型能力差。 铸型温度：铸型温度高，有利于液体 金属充型。 铸型中气体：铸型中气体愈多，充型 的阻力阻力愈大。 铸型结构：铸型结构缩
一 铸造合金的凝固
铸造合金的凝固方式 影响凝固方式的因素
影响铸件凝固方式的主要因素 ：
（1）合金的结晶温度范围
（2）铸件的温度梯度
二、铸造合金的收缩
收缩阶段 影响收缩的因素
浇注温度 合金的浇注温度越高，也太收缩量 越大，其总收缩量增加。
合金的铸造性能
应用:在常用的铸造合金中，灰铸铁， 硅黄铜的流动性最好，铸钢的流动性 较差。
(二)流动性对铸件质量的影响
1)流动性好，容易获得尺寸准确，轮廓 清晰的铸件。 2)流动性好的合金 ，有利于液态金属中 的非金属夹杂物和气体的上浮和排除， 从而使铸件的内在质量得到保证 。 3)流动性好的合金，可使铸件的凝固收 缩部分及时得到液态合金的补充，从而 可防止铸件中产生缩孔、缩松等缺陷。
按其产生的原因，主要分 为热应力和机械应力两种。
它是由于铸件的壁厚不均匀、各部 分冷却速度不同 ，以致在同一时期内铸件各部分收 缩不一致而引起的。 内应力分布:冷却快,壁厚薄,受压应力,用-表示. 冷却慢,壁厚大,受拉应力,用+表示.
热应力形成
2) 机械应力
它是合金的线收缩受到铸型 或型芯机械阻碍而形成的内应力
§1 .2 合金的铸造性能
概念:铸造性能是指合金铸造成形获得优 质铸件的能力。 合金的铸造性能指标:流动性、收缩性、 氧化性、偏析和吸气性等
一 合金的流动性
(一)流动性概念:合金的流动性是指熔融 合金的流动能力。 影响因素:流动性不仅与合金本身的性质 有关，而且与浇注条件、铸型材料和铸 型条件等有关。 测定:螺旋试样法
3
铸件结构与铸型条件
阻碍收缩,产生
内应力
(三)合金的收缩对铸件质量有着不利 影响。
导致铸件产生缩孔和缩松， 铸造内应力、变形和
裂纹等缺陷。
1 缩孔和缩松
缩孔的形成过程 缩松的形成过程 防止: 减少收缩 顺序凝固法(加冒口工艺)
2
1-铸造性能 热加工工艺课件铸造课件
2 铸件中的气孔和合金的吸气性 a 侵入性气孔： 铸型表面聚集的气体侵入金属液中而形成的气孔。
b 析出性气孔： 溶解在金属液中的气体凝固时析出而未逸出铸件。
c 反应性气孔：铸型中的金属液与铸型材料等发生反应而产生的气体。
c 裂纹的防止措施：
尽量减小铸造应力；
限制有害元素的含量，如钢铁中的S、P含量。
三 铸造合金的偏析和吸气性 1 偏析：铸件中化学成分不均匀的现象。
a 晶内偏析（枝晶偏析）： 晶粒内部化学成分不均匀的现象。 具有一定结晶间隔的合金易出现晶内偏析。 解决措施：缓冷或孕育处理，扩散退火。
b 区域偏析： 铸件截面的整体上化学成分组织不均匀的现象。 防止措施：控制浇注温度不要太高，快速冷却，同时凝固。
（1）热应力
热应力形成过程分析：铸件由两个横梁和三个立杆组成。
℃
21 Tk
第一阶段（t 0～t1）：塑性阶段 不产生应力 第二阶段（t1～t2）: 弹塑性阶段 不产生应力 第三阶段（t2～t3）：弹性阶段 产生应力
厚杆产生拉应力，薄杆产生压应力。
t0
t1 t2
t3 时间
σs
2 12
-+ -
温度 TK
热应力产生的原因：
铸件壁厚不均，冷却速度不一致，收缩不同步且互相阻碍。
练习
分析如图所示铸件所产生的热应力
-
+
T型梁铸件
- +-
园柱铸件
热应力性质： 厚（冷却慢）：拉应力
薄（冷却快） ：压应力 （2）相变应力 如铸件各部分发生相变的时间不一致，其体积
变化不均衡，则可能导致相变应力的产生。
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二 合金的收缩
(一)收缩的概念 金属由液态向固态的冷却过程中， 其体积和尺 寸减小的现象称为收缩。
三个收缩阶段: 液态收缩,凝固收缩,固态收缩 应用:在常用的合金中，铸钢的收缩最大，灰铸铁的最小。 (二)影响收缩的因素 化学成分、浇注温度、铸件结构和铸型条
件等 1 ) 化学成分 碳素钢随含碳量增加，凝固收缩增加，而固态收缩稍减。 灰铸铁中，碳是形成石墨化的元素，硅是促进石墨化的元素，所
§1 .2 合金的铸造性能
概念:铸造性能是指合金铸造成形获得优 质铸件的能力。
合金的铸造性能ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ标:流动性、收缩性、 氧化性、偏析和吸气性等
一 合金的流动性
(一)流动性概念:合金的流动性是指熔融 合金的流动能力。
影响因素:流动性不仅与合金本身的性质 有关，而且与浇注条件、铸型材料和铸 型条件等有关。
测定:螺旋试样法
(二)流动性对铸件质量的影响
1)流动性好，容易获得尺寸准确，轮廓 清晰的铸件。
2)流动性好的合金 ，有利于液态金属中 的非金属夹杂物和气体的上浮和排除， 从而使铸件的内在质量得到保证 。
3)流动性好的合金，可使铸件的凝固收 缩部分及时得到液态合金的补充，从而 可防止铸件中产生缩孔、缩松等缺陷。
2) 机械应力 它是合金的线收缩受到铸型
或型芯机械阻碍而形成的内应力
应力的防止:同时凝固法-----冷铁,浇口位置,冒口开
设
提高铸型的退让性
三 合金的偏析和吸气性
(一)
象，称为偏析。
铸件内部化学成分不均匀的现
影响:降低力学性能,耐腐蚀性能,热裂和疲劳
种类:晶内,区域和比重
(二)合金的吸气性 合金在加热过程中不断吸收
(三)影响流动性的因素
1) 合金成分的影响
纯金属和共晶成分合金的流动性最好。
合金的结晶间隔愈宽，其流动性愈差。
铸铁中的硅和磷能提高流动性，而硫和锰多以MnS 的形式悬浮在铁水中，阻碍着铁水的流动，使它的流 动性变差 。
2)浇注条件的影响
温度,压力,充型速度
3)铸型条件对流动性的影响
阻力,导热性,透气和排气
2 铸造内应力、变形和裂纹
(1)内应力的形成 按其产生的原因，主要分
为热应力和机械应力两种。
1)热应力 它是由于铸件的壁厚不均匀、各部
分冷却速度不同 ，以致在同一时期内铸件各部分收 缩不一致而引起的。
内应力分布:冷却快,壁厚薄,受压应力,用-表示.
冷却慢,壁厚大,受拉应力,用+表示.
热应力形成
(溶解)与其相接触的气体的性质，称为合金的吸气性。
影响:导致气孔
防止吸气: 1)防止气体进入金属液 覆盖剂保护或采用真空熔炼和
浇注
2)驱除金属液中的气体 通入氯气(或加氯盐)，就可将 已溶解于铝合金液中的氢气驱除
3)阻止气体从金属中析出 增高压力，就可阻止气体的 析出
END THANKS!
以碳硅含量越多，收缩越小。 2 ) 浇注温度 浇注温度越高，过热度越大，合金的液态收缩也越大。
3 铸件结构与铸型条件 阻碍收缩,产生
内应力
(三)合金的收缩对铸件质量有着不利 影响。
导致铸件产生缩孔和缩松， 铸造内应力、变形和 裂纹等缺陷。
1 缩孔和缩松
缩孔的形成过程 缩松的形成过程 防止: 减少收缩 顺序凝固法(加冒口工艺)