金屬工藝 第二章_鑄造課件工藝基礎(chǔ)課件

1、第2章鑄造 鑄造生產(chǎn)的定義 鑄造生產(chǎn)的概述 鑄造生產(chǎn)的特點(diǎn) 鑄造生產(chǎn)的方法及種類 一、鑄造的定義 鑄造鑄造：將熔煉好的液態(tài)金屬澆入與零件形狀相適 應(yīng)的鑄型空腔中，待其冷卻凝固，以獲得毛坯或 零件的工藝方法。 鑄造的實(shí)質(zhì)是液態(tài)金屬凝固而成形。鑄造的實(shí)質(zhì)是液態(tài)金屬凝固而成形。 鑄造生產(chǎn)過程示意圖 二、鑄造生產(chǎn)概述 1.鑄造-俗稱“翻砂” 2.鑄造生產(chǎn)的技術(shù)在我國至少有四千年的歷史。 前兩千年以青銅鑄造為主，發(fā)展了冶鑄技術(shù)，形成了 商周文化 后兩千以鑄鐵生產(chǎn)為主，推動了鑄造技術(shù)的發(fā)展。 云版又叫“點(diǎn)”，是軍營中遇有急 事敲打報(bào)警用的。此塊云版用生鐵 鑄成，上下兩端勾卷如云，故名。 上鑄雙鉤漢字兩行：

2、“大金天命癸亥 年鑄牛莊城”十一字。清曾稱金，但 到了1636年，清太宗皇太極將國號 改為清后，為消除民眾對歷史上金 朝的厭惡之感，把幾乎一切有“大金” 字樣的東西都?xì)Я?。此塊云版就成 了實(shí)用器物中唯一能證實(shí)清王朝在 1636年前曾自稱“金”或“大金”的確鑿 證據(jù) 商代司母戊鼎 商代司母戊鼎口長112厘米、 口寬79.2厘米，壁厚6厘米， 連耳高133厘米，重達(dá)832.84公 斤。根據(jù)目前發(fā)現(xiàn)的商代熔銅 坩堝，一次能熔銅12.7公斤。 鑄造司母戊這樣的大鼎，就需 要七十多個坩堝。如果一個坩 堝配備三至四人，就需要二、 三百人同時(shí)操作。 三、鑄造生產(chǎn)的特點(diǎn) 1.生產(chǎn)方法靈活性大 可以制造形狀復(fù)雜

3、(特別是具有內(nèi)腔結(jié)構(gòu))的工件。例 如箱體、氣缸體、機(jī)座等。 不受材料的限制。例如工業(yè)上常用的金屬都適于鑄造。 不受零件尺寸和重要的限制 三、鑄造生產(chǎn)的特點(diǎn) 2.成本低 鑄件的尺寸和形狀與零件相近，可以做到少切削或無 切削，節(jié)約金屬，縮短生產(chǎn)時(shí)間。 原材料來源廣泛，價(jià)格低廉。金屬的邊角余料、廢金 屬都可重用。 鑄造在機(jī)械制造中應(yīng)用十分廣泛，在各種類型的機(jī)器 設(shè)備中鑄件占很大比重。如下所示 3.鑄造成形的缺點(diǎn) 1）鑄造組織疏松、晶粒粗大，內(nèi)部易產(chǎn)生縮孔、縮 松、氣孔等缺陷。 2）鑄件的機(jī)械性能較低。 3）鑄造工序多，難以精確控制，使得鑄件質(zhì)量不夠 穩(wěn)定。 4）勞動條件較差，勞動強(qiáng)度較大。 四、鑄造

4、的種類 普通砂型鑄造普通砂型鑄造 濕砂型鑄造 干砂型鑄造 特種鑄造特種鑄造 熔模鑄造 金屬型鑄造 壓力鑄造 低壓鑄造 離心鑄造 其它特種鑄造 2.1鑄造工藝基礎(chǔ) 教學(xué)內(nèi)容 2.1.1液態(tài)合金的充型 2.1.2鑄件的凝固與收縮 2.1.3鑄造內(nèi)應(yīng)力 2.1.4鑄件的變形和裂紋 2.1.5鑄件的質(zhì)量控制 教學(xué)要求： 1.要重點(diǎn)掌握鑄造合金液體的 流動性及其影響因素 2.縮孔與縮松的產(chǎn)生與防止 3.鑄造應(yīng)力、變形與裂紋的產(chǎn) 生與防止 4.掌握鑄件質(zhì)量的綜合控制方 法 液態(tài)合金的工藝性能液態(tài)合金的工藝性能 鑄造性能鑄造性能 通常是指合金的通常是指合金的流動性、收縮流動性、收縮 性、吸氣性性、吸氣性及偏

5、析等性能及偏析等性能 合金鑄造性能是選擇鑄造金屬材料，確定鑄件 的鑄造工藝方案及進(jìn)行鑄件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的依據(jù) 2.1.1液態(tài)合金的充型 1）液態(tài)金屬的結(jié)構(gòu)與性質(zhì) 液態(tài)金屬是通過加熱將金屬由固態(tài)融化為熔融狀態(tài)而 得到的。鑄造生產(chǎn)中得到的金屬過熱度不高,這種液態(tài) 金屬接近固態(tài)而遠(yuǎn)離液態(tài). 金屬的熔化是從晶界開始的，是原子間結(jié)合的局部破 壞。 熔化后的金屬由許多近程有序排列的“流動的原子集團(tuán)” 所組成，瞬間消失、瞬間消失。 原子的排列和原有的固體相似 存在很大的能量起伏，熱運(yùn)動很強(qiáng) 溫度越高，原子集團(tuán)越小，流動越快 液態(tài)金屬具有黏度和表面張力等特性。 黏度是介質(zhì)中一部分質(zhì)點(diǎn)對另一部分質(zhì)點(diǎn)作相對運(yùn)動時(shí)所 受

6、到的阻力。 表面張力是在液體表面上平行表面方向、且在各個方向均 相等的張力。 2）液態(tài)合金的充型 熔化合金填充鑄型的過程，簡稱充型。液態(tài)金屬充滿鑄型 型腔，獲得尺寸精確、輪廓清晰的成型件的能力，稱為合 金的充型能力。 一些鑄造缺陷，如澆不到、冷隔、砂眼、抬箱及氣孔等都 是在充型能力不足的情況下產(chǎn)生的。 對于充型能力強(qiáng)的合金液，卷入其中的氣體易于上浮而被 排除，有利于對鑄件凝固收縮進(jìn)行補(bǔ)縮及補(bǔ)合在凝固后期 出現(xiàn)的熱裂紋，從而防止氣孔、縮孔、縮松和熱裂等缺陷 2.影響合金充型能力的主要條件 充型能力取決于 合金的流動性 澆注條件 鑄型填充條件 1）合金的流動性 合金的流動性是：合金的流動性是： 液

7、態(tài)合金本身的流動能力。合金 的流動性越好，填充性也越好。 流動性對鑄件性能的影響：流動性對鑄件性能的影響： (1)有利于液態(tài)合金中氣體和熔渣的上浮與排除； (2)有助于對凝固過程中所產(chǎn)生的收縮進(jìn)行補(bǔ)縮； (3)若合金的流動性差，鑄件容易產(chǎn)生澆不到、 冷隔等缺陷，而且也是引起鑄件氣孔、夾渣和縮孔等缺 陷的間接原因。 合金的流動性用澆注流動性試樣的方法來衡量，一 般采用如圖所示的螺旋形試樣，流動距離越長，表明 流動性越好。 澆口標(biāo)澆口標(biāo)出氣口出氣口 決定合金流動性的主要因素有： (1）合金的種類。 （2）合金的成分。 （3）雜質(zhì)和含氣量。 （1）合金的種類。合金的熔點(diǎn)、熱導(dǎo)率、粘度等物理性能 影響

8、流動性；熔點(diǎn)越高，熱導(dǎo)率越大,粘度越大其流動性越 差。 合金種類 鑄型種類 澆注溫度 / 螺旋線長度/ 鑄鐵 wC+Si=6.2% wC+Si=5.9% wC+Si=5.2% wC+Si=4.2% 砂型 砂型 砂型 砂型 1300 1300 1300 1300 1800 1300 1000 600 鑄鋼 wC=0.4% 鋁硅合金（硅鋁明） 鎂合金（含Al和Zn） 錫青銅（wSn10%， wZn2%） 硅黃銅（wSi=1.5%4.5%） 砂型 砂型 金屬型（300 砂型 砂型 砂型 1600 1640 680720 700 1040 1100 100 200 700800 400600 420

9、1000 （2）合金的成分。同種合金，成分不同，其結(jié)晶特點(diǎn)不同，流動性 也不同。下圖所示分別鐵碳合金和鉛錫合金的流動性與相圖的關(guān)系. 鐵碳合金的流動性與相圖的關(guān)系 100 200 300 溫度（） 0 PbSb 20406080 20 40 60 80 0 流動性（cm） 鉛錫合金的流動性與相圖的關(guān)系 純金屬和共晶合金在恒溫下結(jié)晶，為逐層凝固方式， 如圖a所示，凝固層表面光滑，阻力小，故流動性好， 同時(shí)共晶合金熔點(diǎn)最低，故流動性最好。 而亞共晶合金，為中間凝固方式，復(fù)雜枝晶阻礙流 動，故流動性差，如圖b所示。 （3）雜質(zhì)與含氣量 熔融金屬中出現(xiàn)的固態(tài)夾雜物，將使液體的黏度增加， 合金的流動性下

10、降。所以合金成份中凡能形成高熔點(diǎn)夾雜 物的元素均能降低合金的流動性，如灰鑄鐵中錳和硫，生 成的MnS熔點(diǎn)高達(dá)1620 0C，鋼中的MnO(17850C)、 SiO2(17100C)、Al2O3(20500C)等以及鋁、鎂合金中的氧化 物夾雜，都會使合金的流動性下降。 但是，在熔融合金中呈液態(tài)的夾雜物由于熔點(diǎn)較低，在 熔融合金的溫度下有較大的過熱，使合金的粘度減小，增 加合金的流動性。如在酸性爐熔煉的鋼液，其夾雜物多為 熔點(diǎn)較低的硅酸鹽，在同樣過熱條件下，熔融鋼液的流動 性比在堿性爐中熔煉的要好。 熔融金屬中含氣量愈少，合金的流動性愈好。 3）澆注條件 (1)澆注溫度 澆注溫度對熔融合金的充型能

11、力有決定性影響。 澆注溫度高，金屬液的粘度小，過熱度高，傳給鑄型 的熱量多，在鑄型中合金的冷卻速度下降，保持液態(tài)的 時(shí)間延長，合金的充型能力增加。 增加合金過熱度或提高澆注溫度，可防止鑄件產(chǎn)生澆 不足、冷隔、氣孔及夾渣等缺陷。（薄壁鑄件和形狀復(fù) 雜的鑄件尤為重要） 但是溫度過高，會使合金收縮增加，吸氣增多，氧化 嚴(yán)重，從而增加了鑄件產(chǎn)生縮松、縮孔、粘砂、氣孔等 缺陷的可能性。（鑄鋼為15201620 0 C，鑄鐵為 123014500C，鋁合金為6807800C） (2)充型壓力 熔融合金在流動方向上所受的壓力愈大,充型能力愈 好.砂型鑄造時(shí),充型壓力是由直澆道的靜壓力產(chǎn)生的,適 當(dāng)提高直澆道

12、的高度,可提高直澆道的高度,鑄件易產(chǎn)生 砂眼、氣孔等缺陷。 在低壓鑄造、壓力鑄造和離心鑄造時(shí)，因人工加大 了充型壓力，充型能力較強(qiáng)。 3）鑄型條件 熔融合金充型時(shí)，鑄型的阻力及鑄型對合金的冷卻作 用，都將影響合金的充型能力. （1）鑄型的蓄熱能力：表示鑄型從熔融合金中吸收并傳 出熱量的能力。鑄型材料的比熱和導(dǎo)熱系數(shù)愈大，合金 的充型能力愈差。（砂型比金屬型，干型比濕型，熱型 比冷型的流動性要好） （2）鑄型溫度差：鑄型預(yù)熱 （3）鑄型中的氣體：一方面要減少氣體的產(chǎn)生，另一方 面要增加鑄型的透氣性或開設(shè)冒口、明冒口等，使型腔 及型砂中的氣體順利排出。 （4）鑄型結(jié)構(gòu)：當(dāng)鑄件壁厚過小，壁厚急劇變化

13、、結(jié)構(gòu) 復(fù)雜，或有大的水平面，均會使合金棄于困難。 2.1.2液態(tài)金屬的凝固與收縮 鑄型中液態(tài)合金轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)的過程，稱為鑄件的凝固， 或稱為結(jié)晶。 金屬的凝固，一般是在常溫、常壓（重力）情況下進(jìn)行 的。壓鑄等除外。金屬凝固時(shí)應(yīng)滿足的熱力學(xué)條件下， 只有當(dāng)體系所處的溫度低于熔點(diǎn)溫度（液相線溫度）Tm 時(shí)，才能發(fā)生凝固現(xiàn)象。 金屬的凝固包括晶核的形成和晶體的長大兩個過程。 1）凝固方式 鑄件凝固過程中，在其斷面上存在三個區(qū)域，即已凝固 的固相區(qū)、液固兩相并存的凝固區(qū)和未開始凝固的液相 區(qū)。其中凝固區(qū)的寬窄對鑄件質(zhì)量影響較大。其寬窄決 定著鑄件的凝固方式。 鑄件的凝固方式示意圖鑄件的凝固方式示意圖

14、T-溫度場溫度場 凝固區(qū)域?qū)挾饶虆^(qū)域?qū)挾?(1)逐層凝固逐層凝固 純金屬或共晶成分的合金，凝固時(shí)鑄件的斷面上不 存在液、固兩相并存的凝固區(qū)，已凝固層與未凝固的 液相區(qū)之間界限清晰，隨著溫度的下降，已凝固層不 斷加厚，液相區(qū)逐漸減小，一直到鑄件完全凝固，這 種凝固方式稱為逐層凝固。 2）糊狀凝固）糊狀凝固 n如果合金的結(jié)晶溫度范圍很寬，且鑄件斷面的溫度 梯度較小，則在開始凝固的一段時(shí)間內(nèi)，鑄件表面不會 形成堅(jiān)固的已凝固層，而是液、固兩相共存區(qū)貫穿鑄件 的整個斷面。這種凝固方式先呈糊狀，然后整體凝固， 故稱為糊狀凝固。 3）中間凝固 大多數(shù)鑄造合金的凝固方式介于逐層凝固和糊狀凝固 之間，即在凝固

15、過程中，鑄件斷面上存在一定寬度的液 固兩相共存的凝固區(qū)，稱為中間凝固方式。 鑄件的凝固方式?jīng)Q定了鑄件的組織結(jié)構(gòu)形式，是 影響鑄件質(zhì)量的內(nèi)在因素。 鑄件質(zhì)量與凝固方式密切相關(guān)。一般說來，逐層 凝固時(shí)，合金的充型能力強(qiáng)，不易產(chǎn)生縮松；糊狀凝 固時(shí)，難以獲得結(jié)晶緊實(shí)的鑄件。 2）影響凝固方式的因素 鑄件采取何種凝固方式主要取決于該合金的結(jié)晶溫 度范圍和鑄件的溫度梯度。 合金的結(jié)晶溫度范圍：合金的結(jié)晶溫度范圍愈窄， 鑄件的凝固區(qū)域就愈窄，愈傾向于逐層凝固。如砂型鑄 造時(shí)，低碳鋼的凝固為逐層凝固，而高碳鋼的結(jié)晶溫度 范圍較寬成為糊狀凝固。 鑄型的溫度梯度：在合金結(jié)晶溫度范圍已定的前提 下，凝固區(qū)域的寬窄

16、取決于鑄件內(nèi)外層的溫度梯度。當(dāng) 鑄件的溫度梯度由小變大，則其對應(yīng)的凝固區(qū)域由寬變 窄，越傾向于逐層凝固。鑄件的溫度梯度取決于以下三 點(diǎn)： 鑄造合金的性質(zhì)。如鑄造合金的導(dǎo)熱性愈好、結(jié)晶 潛熱愈大，則鑄件均勻溫度的能力愈強(qiáng)，溫度梯度 就愈小。 鑄型的蓄熱能力和導(dǎo)熱性愈好，對鑄件的激冷能力 愈強(qiáng)，使鑄件的溫度梯度愈大。 提高澆注溫度，會降低鑄型的冷卻能力，從而降低 鑄件的溫度梯度。 2.液態(tài)合金的收縮 常用合金中，鑄鋼的收縮率最大，灰鑄鐵最小。幾種 鐵碳合金的體積收縮率見表2-1。常用鑄造合金的線收 縮率見表2-2。 合金種類含碳量 （%） 澆注溫 度 / 液態(tài)收 縮 （%） 凝固收縮 （%) 固態(tài)

17、收 縮 （%） 總體積收 縮 （%） 碳素鑄鋼0.35 16101.63.07.86 12.46 白口鑄鐵3.014002.44.25.46.31212.9 灰鑄鐵 3.514003.50.13.34.26.97.8 表表2-1幾種鐵碳合金的體積收縮率幾種鐵碳合金的體積收縮率 表2-2常用鑄造合金的線收縮率 化學(xué)成分不同，其收縮率也略有差別。例如，碳素 鑄鋼隨含碳量的增加，其結(jié)晶溫度范圍變寬，凝固收縮 率增大。 幾種鑄造碳鋼的凝固收縮率見表2-3。 表2-3鑄造碳鋼的凝固收縮率 合金的收縮經(jīng)歷如下三個階段，如圖所示。合金的收縮經(jīng)歷如下三個階段，如圖所示。 （1） 液態(tài)收縮：從澆注溫度（T澆）到

18、凝固開始溫度 （即液相線溫度Tl）間的收縮。 （2） 凝固收縮：從凝固開始溫度（Tl）到凝固終止溫 度（即固相線溫度Ts）間的收縮。 液態(tài)收縮和凝固收縮 時(shí)金屬液體積縮小，是形成縮孔和縮松的基本原因。 （3） 固態(tài)收縮：從凝固終止溫度（Ts）到室溫間的收 縮。 用線收縮表示。它對鑄件形狀和尺寸精度影響很大， 是鑄造應(yīng)力、變形和裂紋等缺陷產(chǎn)生的基本原因。 合金的收縮率為上述三個階段收縮率的總和。 2.影響合金收縮的因素 1）化學(xué)成分：鑄鐵中促進(jìn)石墨形成的元素增加，收縮 減少。如：灰口鐵C，Si，收，S 收。因石墨比容 大，體積膨脹，抵銷部分凝固收縮。 2）澆注溫度：溫度 液態(tài)收縮 3）鑄件結(jié)構(gòu)與

19、鑄型條件:鑄件在鑄型中收縮會受鑄 型和型芯的阻礙。實(shí)際收縮小于自由收縮。鑄型要 有好的退讓性。 2.1.3鑄造內(nèi)應(yīng)力 鑄件完全凝固后便進(jìn)入了固態(tài)收縮階段，若鑄件的固 態(tài)收縮受到阻礙，將在鑄件內(nèi)部產(chǎn)生應(yīng)力，稱為鑄造 應(yīng)力。它是鑄件產(chǎn)生變形和裂紋的基本原因。 按照應(yīng)力產(chǎn)生的原因，將鑄造應(yīng)力分為熱應(yīng)力和機(jī)械 應(yīng)力兩種。 機(jī)械應(yīng)力:鑄件在固態(tài)收縮時(shí)，因受到鑄型、型芯、澆冒 口、砂箱等外力阻礙而產(chǎn)生的應(yīng)力。 1. 熱應(yīng)力:鑄件在凝固和冷卻的過程中，由于 鑄件的壁厚不均勻，導(dǎo)致不同部位不均衡的收 縮而引起的應(yīng)力。 +表示拉應(yīng)力表示拉應(yīng)力; -表示壓應(yīng)力表示壓應(yīng)力 熱應(yīng)力的形成熱應(yīng)力的形成 當(dāng)鑄件處于高溫階

20、段（t0-t1）時(shí)，兩桿都處于塑性狀態(tài)， 盡管此時(shí)兩桿的冷速不同、收縮也不同步，但瞬時(shí)的應(yīng)力 可通過塑性變形來自行消失，在鑄件內(nèi)無應(yīng)力產(chǎn)生； 繼續(xù)冷卻，冷速較快的桿II進(jìn)入彈性狀態(tài)，粗桿I仍然處 于塑性狀態(tài)（t1-t2），此時(shí)由于細(xì)桿II的冷速較快、收縮較 大，所以細(xì)桿II會受到拉伸，粗桿I會受到壓縮（圖b），形 成暫時(shí)內(nèi)應(yīng)力，但此內(nèi)應(yīng)力很快因粗桿I發(fā)生了微量的受壓 塑性變形而自行消失(圖c) 當(dāng)進(jìn)一步冷至更低溫度時(shí)（t2-t3），兩桿均進(jìn)入了彈性 狀態(tài)，此時(shí)由于兩桿的溫度不同、冷卻速度也不同，所以 二者的收縮也不同步，粗桿I的溫度較高，還要進(jìn)行較大的 收縮，細(xì)桿II的溫度較低，收縮已趨于停止

21、，因此粗桿I的 收縮必定受到細(xì)桿II的阻礙，使其收縮不徹底，在部產(chǎn)生拉 應(yīng)力；而桿II則受到桿I因收縮而施與的壓應(yīng)力（圖d）。直 到室溫，殘留熱應(yīng)力一直存在。 熱應(yīng)力形成規(guī)律 熱應(yīng)力使冷卻較慢的厚壁處或芯部受拉伸，冷卻較快 的薄壁處或表層受壓縮，鑄件的壁厚差別越大，合金 的線收縮率或彈性模量越大，熱應(yīng)力越大。順序凝固 時(shí)，鑄件各部分冷卻速度不一致，按先后順序凝固， 產(chǎn)生的熱應(yīng)力較大。 所謂順序凝固是指，采用一些適當(dāng)?shù)墓に嚧胧硅T 件遠(yuǎn)離冒口或澆口的部位最先凝固靠近冒口的地方次 凝固，最后才是冒口本身凝固。實(shí)現(xiàn)以厚補(bǔ)薄，將縮 孔轉(zhuǎn)移到冒口中去。 2.機(jī)械應(yīng)力 鑄件在固態(tài)收縮時(shí)，因受鑄型、 型芯

22、、澆冒口等外力的阻礙阻礙產(chǎn) 生的應(yīng)力，一般都是拉應(yīng)力拉應(yīng)力。 機(jī)械應(yīng)力是一種臨時(shí)應(yīng)力，在形成應(yīng)力的原因消除 時(shí)，應(yīng)力也隨之消除。 但如果臨時(shí)拉應(yīng)力和殘留熱應(yīng)力同時(shí)作用在某瞬間 超過鑄件的強(qiáng)度極限時(shí)，鑄件將產(chǎn)生裂紋。 機(jī)械應(yīng)力 預(yù)防方法：提高鑄型和型芯的退讓性 3.減小和消除應(yīng)力的措施 1）合理設(shè)計(jì)鑄件結(jié)構(gòu)。盡量避免牽制收縮的結(jié)構(gòu)， 使鑄件各部分能自由收縮。 2）盡量選用線收縮率小、彈性模量小的合金. 3)采用合理的鑄造工藝，使鑄件的凝固符合同時(shí)凝 固原則。 預(yù)防鑄件產(chǎn)生熱應(yīng)力的基本措施是減小鑄件各部分 之間的溫度差，使其均勻冷卻。具體為： 將內(nèi)澆口開在鑄件的薄壁處，以減緩其冷 卻速度；而在鑄件

23、的厚壁處放置冷鐵，以 加快其冷卻速度?？傊?，鑄件采用同時(shí)凝 固原則可減小其產(chǎn)生應(yīng)力、變形和裂紋的 傾向；且不必設(shè)置冒口，使工藝簡化，并 節(jié)約了金屬材料。采用同時(shí)凝固的缺點(diǎn)是 在鑄件的心部會產(chǎn)生縮孔或縮松缺陷。 同時(shí)凝固示意圖 4）設(shè)法改善鑄型、型芯的退讓性，合理設(shè)置澆冒口。 5）對鑄件進(jìn)行時(shí)效處理。自然時(shí)效、熱時(shí)效（去應(yīng)力 退火）和共振時(shí)效。 2.1.4鑄件的變形與裂紋 當(dāng)殘留鑄造應(yīng)力超過鑄件材料的屈服點(diǎn)時(shí),鑄件將產(chǎn)生 塑性變形;當(dāng)鑄造應(yīng)力超過鑄件材料的抗拉強(qiáng)度時(shí)，鑄 件便產(chǎn)生裂紋。鑄件產(chǎn)生變形以后,常因加工余量不足 或因鑄件放不進(jìn)夾具無法加工而報(bào)廢。鑄件中存在的裂 紋將嚴(yán)重?fù)p害其力學(xué)性能，裂

24、紋是鑄件的嚴(yán)重缺陷，必 須設(shè)法防止。 1.鑄件的變形 對厚薄不均，形狀不對稱及具有細(xì)長結(jié)構(gòu)的桿件、板 類及輪類等鑄件，當(dāng)殘留鑄造應(yīng)力超過鑄件材料的屈 服點(diǎn)，往往會產(chǎn)生翹曲變形。 框架鑄件 的變形 T形梁的變形 變形規(guī)律變形規(guī)律 一般，受拉應(yīng)力部分（厚壁），向內(nèi)凹; 受壓應(yīng)力部分（薄壁），向外凸。 不同截面的變形 導(dǎo)軌部分較厚,受拉應(yīng)力；其床 壁部分較薄，受壓應(yīng)力,于是床 身發(fā)生朝著導(dǎo)軌方向的彎曲， 使導(dǎo)軌下凹。 平板鑄件,其中心部位 散熱較邊緣要慢，所以 受拉應(yīng)力；邊緣處則受 壓應(yīng)力，且平板的上表 面比下表面冷卻得快 結(jié)論：結(jié)論： 厚部、心部厚部、心部受拉應(yīng)力，出現(xiàn)受拉應(yīng)力，出現(xiàn)內(nèi)凹變形內(nèi)凹變

25、形。 薄部、表面薄部、表面受壓應(yīng)力，出現(xiàn)受壓應(yīng)力，出現(xiàn)外凸變形。外凸變形。 防止鑄件變形措施 a.大平面鑄件設(shè)置加強(qiáng)筋、模具上設(shè)計(jì)出反變形量； b.鑄件壁厚設(shè)計(jì)過渡不要過大,其截面形狀對稱； c.在鑄造工藝上應(yīng)采取措施，使其同時(shí)凝固； d.對細(xì)長易變形的鑄件，在制造模型時(shí)，將模型制成 與變形方向正好相反的形狀以抵消其變形，這種方法 為反變形法。 2.鑄件的裂紋 當(dāng)鑄造內(nèi)應(yīng)力超過鑄件的強(qiáng)度極限時(shí),鑄件便產(chǎn)生裂紋。 裂紋是鑄件的嚴(yán)重缺陷，必須設(shè)法防止。按照裂紋的形成 溫度不同，將裂紋分為熱裂和冷裂兩種. 1)熱裂是在鑄件凝固末期的高溫下形成的。其形狀特征 是：裂紋短、縫隙寬、形狀曲折、縫內(nèi)金屬呈氧

26、化色；且 裂紋沿晶界產(chǎn)生，外形曲折。因?yàn)樵谀棠┢?，鑄件絕大 部分已凝固成固態(tài)，但其強(qiáng)度和塑性較低，當(dāng)鑄件的收縮 受到鑄型、型芯和澆注系統(tǒng)等的機(jī)械阻礙時(shí)，將在鑄件內(nèi) 部產(chǎn)生鑄造應(yīng)力，若鑄造應(yīng)力的大小超過了鑄件在該溫度 下的強(qiáng)度極限，即產(chǎn)生熱裂。熱裂是鑄鋼件、可鍛鑄鐵件 以及一些鋁合金鑄件的常見缺陷，一般出現(xiàn)在鑄件的應(yīng)力 集中部位，如尖角、截面突變處或熱節(jié)處等。 防止熱裂的方法 選擇結(jié)晶溫度范圍窄的合金生產(chǎn)鑄件，因?yàn)榻Y(jié)晶溫 度范圍愈寬的合金，其液、固兩相區(qū)的絕對收縮量愈大 ，產(chǎn)生熱裂的傾向也愈大。如灰鑄鐵和球鐵的凝固收縮 很小，所以熱裂傾向也??；但鑄鋼、鑄鋁和可鍛鑄鐵的 熱裂傾向較大。 減少鑄造

27、合金中的有害雜質(zhì)，如減少鐵-碳合金中的 磷、硫含量，可提高鑄造合金的高溫強(qiáng)度。 改善鑄型和型芯的退讓性。退讓性愈好，機(jī)械應(yīng)力 愈小，形成熱裂的可能性愈小。具體措施是采用有機(jī)粘 結(jié)劑配制型砂或芯砂；在型砂或芯砂中加入木屑或焦炭 等材料可改善退讓性。 減小澆、冒口對鑄件收縮的阻礙，內(nèi)澆口的設(shè)置應(yīng) 符合同時(shí)凝固原則。 冷裂 冷裂是鑄件在較低的溫度下，即處于彈性狀態(tài)時(shí)形成的裂 紋。 特征：裂紋細(xì)小、呈連續(xù)直線狀、裂紋表面有金屬光澤或 呈微氧化色。冷裂紋是穿晶而裂，外形規(guī)則光滑，常出現(xiàn) 在形狀復(fù)雜的、大型鑄件的、受拉應(yīng)力的部位，尤其易出 現(xiàn)在應(yīng)力集中處。此外，一般脆性大、塑性差的合金，如 白口鐵、高碳鋼

28、及一些合金鋼等也易產(chǎn)生冷裂紋。 防止冷裂的方法是設(shè)法減小鑄造應(yīng)力和降低鑄造合金的脆 性。如盡量減小鐵-碳合金中的磷含量，可降低其脆性；且 鑄件在澆注之后，也勿過早落砂。 2.1.5鑄件的質(zhì)量控制 鑄造性能對鑄件質(zhì)量有顯著的影響,收縮是造成縮孔、縮松 、應(yīng)力、變形和裂紋的基本原因。若充型不好，構(gòu)件易產(chǎn) 生澆不足、冷隔、氣孔、夾雜、縮孔、熱裂等缺陷。 1.縮松和縮孔 鑄型內(nèi)的熔融合金在凝固過程中，由于液態(tài)收縮和凝固收縮 所縮減的體積得不到補(bǔ)充，在鑄件最后凝固部位會形成孔 洞。按孔洞的大小和分布可分為縮孔和縮松。容積較大而 集中的孔洞稱為縮孔；細(xì)小而分散的孔洞稱為縮松。 （1）縮孔的形成： 純金屬、

29、共晶成分和凝固溫度范圍窄的合金，澆注后在型腔 內(nèi)是由表及里的逐層凝固。在凝固過程中，如得不到合金 液的補(bǔ)充，在鑄件最后凝固的地方就會產(chǎn)生縮孔。 (a)填充鑄型（b)凝固(c)收縮(d)上部縮孔(e)輪廓尺寸 減小，內(nèi)部形成縮孔 縮孔形成過程示意圖縮孔形成過程示意圖 鑄件最后凝固的收縮未能得到補(bǔ)足，或者 結(jié)晶溫度范 圍寬的合金呈糊狀凝固，凝固區(qū)域較寬，液、固兩相 共存，樹枝晶發(fā)達(dá)，枝晶骨架將合金液分割開的小液 體區(qū)難以得到補(bǔ)縮所致?？s松形成過程見下圖。 (2)縮松的形成： (a)枝晶生長枝晶生長 (b)糊狀凝固糊狀凝固 （c)縮松形成縮松形成 1 2 3 1.凝固前沿；凝固前沿；2.同時(shí)凝固區(qū)同

30、時(shí)凝固區(qū);3.縮松縮松 縮松形成過程示意圖縮松形成過程示意圖 合金的液態(tài)收縮和凝固收縮越大(如鑄鋼、白口鐵鑄 鐵、鋁青銅)，鑄件越易形成縮孔。 合金的澆注溫度越高，液態(tài)收縮越大，越容易形成 縮孔 結(jié)晶溫度范圍寬的合金，傾向于糊狀凝固，易形成 縮松；純金屬和共晶成分合金傾向于逐層凝固，易形 成集中縮孔 縮孔通常隱匿在鑄件的上部或最后凝固部位 縮松多分布于鑄件的軸線區(qū)域、內(nèi)澆道附近 縮孔和縮松的形成規(guī)律 縮孔和縮松的防止 （1）采用適當(dāng)?shù)墓に嚧胧硅T件實(shí)現(xiàn)“順序凝固”，即 可獲得無縮孔的鑄件。 所謂順序凝固是指，采用一些適當(dāng)?shù)墓に嚧胧?，使鑄件 遠(yuǎn)離冒口或澆口的部位最先凝固靠近冒口的地方次凝固，

31、最后才是冒口本身凝固。實(shí)現(xiàn)以厚補(bǔ)薄，將縮孔轉(zhuǎn)移到冒 口中去。 順序凝固順序凝固 （2）合理布置內(nèi)澆道及確定澆鑄工藝。 （3）合理應(yīng)用冒口、冷鐵和補(bǔ)貼等工藝措施。 由于鑄件上容易產(chǎn)生縮孔 的厚大部位即熱節(jié)不止一個， 僅靠鑄件頂部的冒口補(bǔ)縮，難 以保證鑄件底部厚大部位不出 現(xiàn)縮孔。為此，在該處設(shè)置冷 鐵，以加快其冷卻速度，使其 最先凝固，以實(shí)現(xiàn)自下而上的 順序凝固。由此可知，冷鐵的 作用是加快鑄件某處的冷卻速 度，以控制或改變鑄件的凝固 順序。冷鐵通常采用鋼、鑄鐵 或銅等制成。 閥體的冒口補(bǔ)縮 由于鑄件上容易產(chǎn)生縮孔的厚 大部位即熱節(jié)不止一個，僅靠鑄 件頂部的冒口補(bǔ)縮，難以保證鑄 件底部厚大部位不

32、出現(xiàn)縮孔。為 此，在該處設(shè)置冷鐵，以加快其 冷卻速度，使其最先凝固，以實(shí) 現(xiàn)自下而上的順序凝固。由此可 知，冷鐵的作用是加快鑄件某處 的冷卻速度，以控制或改變鑄件 的凝固順序。冷鐵通常采用鋼、 鑄鐵或銅等制成。閥體的冒口補(bǔ)縮 2.2合金鑄件的生產(chǎn)工藝 主要內(nèi)容： 2.2.1 鑄鐵件的生產(chǎn) 2.2.2 鑄鋼件的生產(chǎn) 2.2.3 銅、鋁合金鑄件的生產(chǎn) 重點(diǎn)內(nèi)容： 灰 口 鑄 鐵 特點(diǎn) 石墨化 生產(chǎn)工藝 2.2.1 鑄鐵件的生產(chǎn) 鑄鐵通常是C%=2.5%4.0%的鐵碳合金。 碳在鐵碳合金中的存在形式有：滲碳體和石墨 根據(jù)碳在鐵碳合金中的存在形式，鑄鐵可以分為： 白口鑄鐵：萊氏體+二次滲碳體珠光體 灰

33、口鑄鐵：基體+石墨 麻口鑄鐵: 萊氏體+二次滲碳體珠光體+石墨 （1）白口鑄鐵指碳主要以Fe3C形式出現(xiàn)的鑄鐵，斷 口呈銀白色。極硬且脆，很難切削加工。多制作耐磨零 件，如犁、鏵、磨球等，或制造冷硬鑄鐵件，如軋輥。 （2）灰口鑄鐵灰口鑄鐵 指碳主要以石墨形式出現(xiàn)的鑄鐵，斷口呈 灰色。強(qiáng)度低塑性差，但鑄造性能好，是工業(yè)中應(yīng)用最廣 的鑄鐵。 （3）麻口鑄鐵屬于白口鐵和灰口鐵之間的過渡組織，其 中的碳既有游離石墨又有滲碳體。斷口灰白相間。硬、脆 ，難加工，很少應(yīng)用。 灰口鑄鐵看成是在鋼的基體上分布著不同形態(tài)的石墨。 而石墨的形態(tài)、大小和分布直接影響著鑄鐵的性能。 灰 口鑄鐵按石墨的形狀不同，可分為灰

34、鑄鐵、可鍛鑄鐵、 球墨鑄鐵、蠕墨鑄鐵四種。 灰鑄鐵：灰鑄鐵：石墨呈片狀石墨呈片狀 球墨鑄鐵：球墨鑄鐵：石墨呈球狀石墨呈球狀 球墨鑄鐵：球墨鑄鐵：石墨呈團(tuán)絮狀石墨呈團(tuán)絮狀 蠕墨鑄鐵：蠕墨鑄鐵：石墨呈蠕蟲狀石墨呈蠕蟲狀 2.鑄鐵件生產(chǎn)工藝特點(diǎn) 1）灰鑄鐵 1.灰鑄鐵的性能 灰鑄鐵顯微組織由金屬基體（鐵素體、珠光體）和片狀 石墨組成，相當(dāng)于在鋼的基體中嵌入大量的石墨片，力 學(xué)性能較差，抗拉強(qiáng)度較低，塑性、韌性幾乎為0，屬 脆性材料?；诣T鐵的抗壓強(qiáng)度受石墨的影響較小，與鋼 的抗壓強(qiáng)度近似。 灰鑄灰鑄 鐵的鐵的 優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn) 良好的鑄造性能，如流動性好，收縮小 良好的切削加工性能 高的耐磨性 良好的吸振緩沖

35、性能 低的缺口敏感性能 石墨片越圓整，越細(xì)小、分布越均勻?qū)?體割裂作用越小。 2.石墨形態(tài)對鑄鐵性能的影響 鑄鐵的石墨化鑄鐵的石墨化：碳以石墨的形式析出的過程碳以石墨的形式析出的過程。通常視。通常視 石墨化過程充分與否，會得到不同基體的鑄鐵組織。石墨化過程充分與否，會得到不同基體的鑄鐵組織。 灰鑄鐵按基體組織可分為鐵素體灰鑄鐵、鐵 素體+珠光體灰鑄鐵、珠光體灰鑄鐵三種。 3.影響石墨化的因素 影響鑄鐵組織和性能的主要因素與影響鑄鐵石墨 化的因素是一致的，即為化學(xué)成分和冷卻速度。 （1）化學(xué)成分 C、Si、Mn、S、P 碳和硅 對鑄鐵的組織和 性能起著決定性的影響 碳是形成石墨的元素，也 是促

36、進(jìn)石墨化的元素。 硅是強(qiáng)烈促進(jìn)石墨化的元素。含 硅量過少，即使高含碳量石墨也 不宜析出，容易形成白口組織。 碳、硅含量對鑄件組織碳、硅含量對鑄件組織 的影響（壁厚的影響（壁厚50mm) S：硫是強(qiáng)烈阻礙石墨化的元素，能促進(jìn)鑄鐵白口化， 形成熱脆性，并降低流動性，增大收縮，產(chǎn)生熱裂。 有害元素，應(yīng)嚴(yán)格限制其含量在0.1%以下。 P: 磷對石墨化影響不顯著，磷含量大于0.3%時(shí)會形 成硬而脆的磷共晶，能提高鑄鐵的耐磨性，但又會形 成冷脆性，對于灰鑄鐵含磷量應(yīng)限制在0.15%以下。 Mn: 錳與硫作用生成MnS，削弱硫的有害作用，提高鑄鐵 的強(qiáng)度。錳是阻礙石墨化的元素，增加白口傾向。生產(chǎn) 中常加入0

37、.61.2%錳鐵，控制鑄鐵組織。 （2）冷卻速度 冷卻速度越慢，越有利于石墨化過程的進(jìn)行。 冷卻速度主要取決于鑄型材料和鑄件壁厚 u對于薄壁件容易得到白口組 織，要獲得灰口組織就應(yīng)增加 碳、硅含量；反之亦然。 冷卻速度對鑄鐵組織的影響冷卻速度對鑄鐵組織的影響 鑄鐵成分鑄鐵成分(C+Si)和鑄件壁厚和鑄件壁厚(冷卻）對鑄鐵組織的影響冷卻）對鑄鐵組織的影響 用途 制造承受壓力和震動的零 件,如機(jī)床床身、各種箱 體、殼體、泵體、缸體。 變速箱體變速箱體 重型機(jī)床床身重型機(jī)床床身(HT-250) 大型船用柴油機(jī)汽缸體大型船用柴油機(jī)汽缸體(HT-300) 2）球墨鑄鐵 球墨鑄鐵中的球形石墨是在凝固期間直

38、接結(jié)晶而成的， 這要求鐵水有較高的含碳量和一定的球化劑與孕育劑。球 墨鑄鐵的含碳量為：3.6% 4.0%，球化劑為Mg或Mg+RE （稀土），孕育劑為含75%Si的硅鐵。 另外，球墨鑄鐵中S和P的含量應(yīng)嚴(yán)格控制，一般 S0.03%，P0.1%。S過多會造成球化不良，P過多將 造成球鐵的塑性、韌性降低。 球化劑（稀土鎂合金)的作用：使石墨呈球狀析出； 加入量1-1.6%鐵液質(zhì)量。 孕育劑(硅鐵75%Si)的作用：促使石墨化,防白口。加 入量0.4-1%鐵液質(zhì)量。 由于球化劑有阻礙石墨化的作用，為了避免鑄件出 現(xiàn)白口組織，球化處理后還要進(jìn)行孕育處理。 球化處理球化處理 常用沖入法常用沖入法 球墨鑄鐵的鑄造工藝特點(diǎn) 1.鐵液高溫出爐：經(jīng)球化及孕育處理溫度要降低50 1000C,出爐的鐵液溫度必須高達(dá)1400 0C 2采用順序凝固：球鐵收縮大，易形成縮孔縮松； 收縮會隨鑄型的剛度而改變。 鑄件的外殼強(qiáng)度很低， 球狀石墨析出引起的膨脹 力很大。若鑄型的剛度不 足，鑄件外殼將向外脹大 ，造成鑄件內(nèi)部的鐵水不 足，在鑄件最后凝固的部 位產(chǎn)生縮孔和縮松。 用途 承受震動、載