鑄造成形工藝理論基礎

1、工程材料與材料成形工藝工程材料與材料成形工藝l 材料是人類的材料是人類的生活和生產生活和生產賴以進行的物質基礎，賴以進行的物質基礎，它直接用于制造人類所需要的各種它直接用于制造人類所需要的各種生產工具生產工具和和生生活用具活用具。l 機械工程材料機械工程材料，按化學成分可分為以下四大類：，按化學成分可分為以下四大類：金屬材料、高分子材料、陶瓷材料和復合材料。金屬材料、高分子材料、陶瓷材料和復合材料。l 任何材料任何材料在被人們在被人們制造制造成有用物品成有用物品(無論是生活用無論是生活用品或是生產工具等品或是生產工具等)的過程中，都要經過的過程中，都要經過成形加工成形加工;l 材料成形工藝材料

2、成形工藝是人類的生產活動中始終不可缺少是人類的生產活動中始終不可缺少的的基礎性技術基礎性技術。1l 在現(xiàn)代機械產品的制造過程中，一般是應用在現(xiàn)代機械產品的制造過程中，一般是應用材料材料成形的方法成形的方法將將材料制成材料制成毛坯毛坯，再經過機械加工方再經過機械加工方法制成所需的法制成所需的零件零件。l 材料成形工藝是指材料成形工藝是指l 從材料到毛坯又由毛坯到零件的工藝過程是貫穿從材料到毛坯又由毛坯到零件的工藝過程是貫穿機械制造過程中的一條主線機械制造過程中的一條主線，它包含了材料成形，它包含了材料成形及機械制造工藝的及機械制造工藝的基本理論、基本知識、基本方基本理論、基本知識、基本方法法。對

3、于一個合格的工程技術人員來說掌握這。對于一個合格的工程技術人員來說掌握這些知識，對所從事的工作是非常重要的。些知識，對所從事的工作是非常重要的。2材料成形技術的發(fā)展史材料成形技術的發(fā)展史工藝工藝l 在人類使用材料之初，通過將天然材料石頭、陶土在人類使用材料之初，通過將天然材料石頭、陶土打制成打制成石器和燒制成陶器，就誕生了石器和燒制成陶器，就誕生了最原始的材料最原始的材料成形工藝成形工藝。l 隨著人們對金屬材料隨著人們對金屬材料(青銅、鋼鐵等青銅、鋼鐵等)的使用，相應的使用，相應地產生了地產生了鑄造、鍛造、焊接等金屬成形加工技術鑄造、鍛造、焊接等金屬成形加工技術。l 20世紀以后，隨著塑料和先

4、進陶瓷材料的出現(xiàn)，這世紀以后，隨著塑料和先進陶瓷材料的出現(xiàn)，這些些非金屬材料的成形工藝非金屬材料的成形工藝得到了迅速發(fā)展；得到了迅速發(fā)展；l 在跨人在跨人21世紀后的今天，已進入了各種人工設計、世紀后的今天，已進入了各種人工設計、人工合成的新型材料層出不窮的新時代，各種與之人工合成的新型材料層出不窮的新時代，各種與之相應的相應的先進的成形工藝先進的成形工藝也在不斷涌現(xiàn)并大顯身手。也在不斷涌現(xiàn)并大顯身手。 3n 材料成形工藝經歷了從簡單的材料成形工藝經歷了從簡單的手工操作手工操作到如今的到如今的復雜化復雜化、大型化大型化和和智能化智能化生產的發(fā)展過程。生產的發(fā)展過程。l 蒸汽蒸汽空氣錘、水壓機、

5、模鍛壓力機、高速沖床空氣錘、水壓機、模鍛壓力機、高速沖床等的使用，使金屬鍛壓工藝徹底改變了傳統(tǒng)的等的使用，使金屬鍛壓工藝徹底改變了傳統(tǒng)的“手工打鐵手工打鐵”的落后方式，進入到的落后方式，進入到機械化現(xiàn)代化機械化現(xiàn)代化生產的行列生產的行列。l 1885年發(fā)現(xiàn)了年發(fā)現(xiàn)了氣體放電電弧氣體放電電弧作為電弧焊接的熱源，作為電弧焊接的熱源，1886年發(fā)明了年發(fā)明了電阻焊電阻焊，從此，從此電焊便成為現(xiàn)代焊接電焊便成為現(xiàn)代焊接技術的主流技術的主流。4p20世紀中期以后，隨著計算機、微電子、信息和世紀中期以后，隨著計算機、微電子、信息和自動化技術的迅速融入，在涌現(xiàn)出一大批新型的自動化技術的迅速融入，在涌現(xiàn)出一大

6、批新型的成形技術的同時，成形技術的同時，材料成形加工生產已開始向著材料成形加工生產已開始向著優(yōu)質化、精密化、綠色化和柔性化的方向發(fā)展優(yōu)質化、精密化、綠色化和柔性化的方向發(fā)展。5我國材料成形技術的發(fā)展歷史我國材料成形技術的發(fā)展歷史l 我國的材料成形技術具有悠久的歷史我國的材料成形技術具有悠久的歷史l 明朝大科學家宋應星編著的明朝大科學家宋應星編著的天工開物天工開物一書中，一書中，詳細論述了詳細論述了冶鐵、鑄鐘、鍛鐵、淬火冶鐵、鑄鐘、鍛鐵、淬火等各種金屬的等各種金屬的加工方法。加工方法。 這部論著是世界上有金屬材料成形及加工方法以這部論著是世界上有金屬材料成形及加工方法以來來最早的科學論著最早的科

7、學論著，充分反映了我國歷代勞動人民，充分反映了我國歷代勞動人民在材料成形及機械加工技術方面的卓越貢獻。在材料成形及機械加工技術方面的卓越貢獻。6p我國的冶鑄技術至少有我國的冶鑄技術至少有4000年以上的悠久歷年以上的悠久歷史，前史，前2000年是青銅的天下。到商周時代，年是青銅的天下。到商周時代，冶鑄技術已達到很高水平，形成了燦爛的青冶鑄技術已達到很高水平，形成了燦爛的青銅文化。銅文化。l鑄造技術在我國源遠流長，并有很高的水平鑄造技術在我國源遠流長，并有很高的水平，形成了聞名于世的以形成了聞名于世的以泥范泥范( (砂型砂型) )、鐵范鐵范( (金金屬型屬型) )和失蠟鑄造為代表的中國古代和失蠟

8、鑄造為代表的中國古代三大鑄三大鑄造技術造技術。 7l我國也是世界上應用焊接技術最早的國家我國也是世界上應用焊接技術最早的國家之一。之一。 河南輝縣戰(zhàn)國墓中的殉葬河南輝縣戰(zhàn)國墓中的殉葬銅器的銅器的耳耳和和足足就就是用是用鑄焊方法鑄焊方法與與本體連接本體連接的，比歐洲早了的，比歐洲早了2000多年。多年。8l 新中國成立以后，我國機械制造業(yè)得到了飛速發(fā)展，新中國成立以后，我國機械制造業(yè)得到了飛速發(fā)展，經歷了由經歷了由仿制到自行設計仿制到自行設計、制造制造，從，從生產普通機械生產普通機械到制造精密和大型機械到制造精密和大型機械，從生產，從生產單機到制造成套設單機到制造成套設備備的發(fā)展過程。的發(fā)展過程

9、。l 20世紀世紀50年代，自行制造汽車、拖拉機及飛機；年代，自行制造汽車、拖拉機及飛機；l 60年代，制造萬噸水壓機，和齒輪磨床、坐標鏜床年代，制造萬噸水壓機，和齒輪磨床、坐標鏜床等精密機床；等精密機床；l 70年代，制造大型成套設備和萬噸級遠洋巨輪；年代，制造大型成套設備和萬噸級遠洋巨輪；l 直至直至90年代，為我國航天、原子能等工業(yè)領域提供年代，為我國航天、原子能等工業(yè)領域提供先進的技術裝備等等。先進的技術裝備等等。9l 我國成功地進行了我國成功地進行了耗用鋼水達耗用鋼水達490t的軋鋼機的軋鋼機機架和機架和長江三峽電站巨型水輪機的巨型鑄件長江三峽電站巨型水輪機的巨型鑄件的鑄造，鍛造的鑄

10、造，鍛造了了196t汽輪機轉子汽輪機轉子；l 采用采用鑄一焊組合方法鑄一焊組合方法制造了制造了12000t水壓機的立柱水壓機的立柱（高（高18m）、底座和橫梁等）、底座和橫梁等大型零、部件大型零、部件；l 我國已成功地生產出了用于鍛造大型鍛件的我國已成功地生產出了用于鍛造大型鍛件的12000t水壓機水壓機；l 解決了解決了30萬噸級萬噸級遠洋油輪船體的焊接技術遠洋油輪船體的焊接技術；l CAD/CAE/CAM等計算機技術及機器人技術在材料等計算機技術及機器人技術在材料成形技術中得到越來越成形技術中得到越來越l 廣泛的應用，粉末冶金、高分子、陶瓷、復合材料廣泛的應用，粉末冶金、高分子、陶瓷、復合

11、材料制品的應用也日益擴大等等。制品的應用也日益擴大等等。10材料成形加工在國民經濟中的地位材料成形加工在國民經濟中的地位 1112毛毛坯坯零零件件切削切削加工加工裝配裝配液態(tài)成形（液態(tài)成形（鑄造鑄造） 塑性成形（塑性成形（壓力壓力 加工加工）連接成形連接成形（焊接）（焊接）熱處理熱處理型型材材鑄鑄錠錠生生鐵鐵礦礦石石冶冶煉煉形狀、形狀、尺寸、尺寸、性能性能煉鋼煉鋼 塑性成形塑性成形（壓力加工壓力加工）塑性成形塑性成形（壓力加工壓力加工）切削加工切削加工機器零件的基本生產工藝過程及工藝學機器零件的基本生產工藝過程及工藝學本課程的學習內容本課程的學習內容13 掌握主要毛坯成型方法的基本原理和工掌握

12、主要毛坯成型方法的基本原理和工藝特點，具有選擇毛坯及工藝分析的初步能藝特點，具有選擇毛坯及工藝分析的初步能力，具有綜合運用工藝知識，分析零件結構力，具有綜合運用工藝知識，分析零件結構工藝性的初步能力。工藝性的初步能力。抓住一主線：抓住一主線：成形原理成形原理成形方法（工藝）及應用成形方法（工藝）及應用成形工藝過成形工藝過程設計程設計成形件的結構工藝性成形件的結構工藝性l學習方法：學習方法：14工藝、工藝過程、工藝學的定義工藝、工藝過程、工藝學的定義工藝工藝-將原料或半成品加工成產品的方法、將原料或半成品加工成產品的方法、技術等。技術等。工藝過程工藝過程-將原料或半成品加工成產品的將原料或半成品

13、加工成產品的過程。過程。工藝學工藝學-研究工藝過程的科學。諸如機械研究工藝過程的科學。諸如機械制造工藝學（包括：鑄造工藝學、鍛造工制造工藝學（包括：鑄造工藝學、鍛造工藝學、焊接工藝學，機械加工工藝學）。藝學、焊接工藝學，機械加工工藝學）。15材料成形技術基礎主要內容材料成形技術基礎主要內容l鑄造鑄造 l鍛壓鍛壓 l焊接焊接 l非金屬材料成形非金屬材料成形l粉末冶金粉末冶金 l材料成形工藝的選擇材料成形工藝的選擇16學習目的及要求學習目的及要求（1 1）掌握各種熱加工方法的基本原理、工藝特點和）掌握各種熱加工方法的基本原理、工藝特點和應用場合，了解各種常用的成形設備的結構和用途，應用場合，了解各

14、種常用的成形設備的結構和用途，具有進行材料熱加工工藝分析和合理選擇毛坯（或具有進行材料熱加工工藝分析和合理選擇毛坯（或零件）成形方法的初步能力。零件）成形方法的初步能力。（2 2）具有綜合運用工藝知識，分析零件結構工藝性）具有綜合運用工藝知識，分析零件結構工藝性的初步能力。的初步能力。（3 3）了解與材料成形技術有關的新材料、新工藝及）了解與材料成形技術有關的新材料、新工藝及其發(fā)展趨勢。其發(fā)展趨勢。（即（即 學會學會“五選五選”：材料、毛坯、工藝方法、熱處：材料、毛坯、工藝方法、熱處理、結構工藝性）理、結構工藝性）1718NoImage 鑄鑄 造造工藝基礎工藝基礎 鑄件生產鑄件生產結構設計結構

15、設計 鑄造工藝鑄造工藝 1234NoImageNoImageNoImageNoImageNoImageNoImageNoImageNoImageNoImageNoImage工藝性能19第一章第一章 鑄造成形工藝鑄造成形工藝理論基礎理論基礎20q 定義：定義：鑄造（鑄造（casting）是指將熔融態(tài)的金屬（或合金）是指將熔融態(tài)的金屬（或合金）澆注于特定型腔的鑄型中，冷卻凝固后獲得毛坯或零件的成形澆注于特定型腔的鑄型中，冷卻凝固后獲得毛坯或零件的成形工藝。工藝。q 鑄造的基本過程：鑄造的基本過程：第一節(jié)第一節(jié) 鑄造成形工藝的特點和分類鑄造成形工藝的特點和分類215/16/2009 4:28 PM

16、砂型鑄造過程22l 金屬液態(tài)成形在機械制造業(yè)中占有重要的地位。它金屬液態(tài)成形在機械制造業(yè)中占有重要的地位。它是制造毛坯、零件的重要方法之一。是制造毛坯、零件的重要方法之一。就重量而論，就重量而論，鑄件鑄件在一般機械設備中占在一般機械設備中占4590，在金屬切削機床中占在金屬切削機床中占7080%，在汽車及農業(yè)機械中占在汽車及農業(yè)機械中占40%70。23一、鑄造工藝特點一、鑄造工藝特點 （1）適應性廣適應性廣。既可用于單件、小批生產，也可用既可用于單件、小批生產，也可用于成批、大量生產；于成批、大量生產；適應鑄鐵，碳鋼，有色金屬等適應鑄鐵，碳鋼，有色金屬等材料；鑄件大小，形狀和重量幾乎不受限制；

17、壁厚材料；鑄件大小，形狀和重量幾乎不受限制；壁厚1mm到到1m ，質量零點幾克到數百噸（三峽的水輪質量零點幾克到數百噸（三峽的水輪機葉輪重達機葉輪重達430T）。）。 材料能熔便可鑄材料能熔便可鑄（2）可復雜成形可復雜成形。適合形狀復雜，尤其是有復雜內腔。適合形狀復雜，尤其是有復雜內腔的毛坯或零件。如的毛坯或零件。如箱體、床身、機架、車輪、閻體、箱體、床身、機架、車輪、閻體、泵體、葉輪、汽缸體、螺旋槳等泵體、葉輪、汽缸體、螺旋槳等。（3）成本較低成本較低。可直接利用成本低廉的廢機件和切屑，。可直接利用成本低廉的廢機件和切屑，設備費用較低；設備費用較低；24（4）但也存在一些）但也存在一些不足不

18、足：組織缺陷組織缺陷，力學性能偏力學性能偏低低，質量不穩(wěn)定質量不穩(wěn)定，工作環(huán)境較差工作環(huán)境較差。組織缺陷：組織缺陷：鑄件內部常有縮孔、縮松、氣孔等缺鑄件內部常有縮孔、縮松、氣孔等缺陷產生，導致鑄件力學性能，特別是沖擊性能較陷產生，導致鑄件力學性能，特別是沖擊性能較低低.l 鑄件多數做為毛坯用。鑄件多數做為毛坯用。污染環(huán)境污染環(huán)境：鑄造生產會產生粉塵、有害氣體和噪：鑄造生產會產生粉塵、有害氣體和噪聲對環(huán)境的污染，比起其他機械制造工藝來更為聲對環(huán)境的污染，比起其他機械制造工藝來更為嚴重，需要采取措施進行控制。嚴重，需要采取措施進行控制。25 2007 金工教研室機械制造基機械制造基礎礎常見鑄造缺陷

19、常見鑄造缺陷26鑄件的生產工藝方法按充型條件的不同，可分為：鑄件的生產工藝方法按充型條件的不同，可分為：l 重力鑄造、壓力鑄造、離心鑄造等。重力鑄造、壓力鑄造、離心鑄造等。l 傳統(tǒng)上，將有別于砂型鑄造工藝的其他鑄造方法統(tǒng)傳統(tǒng)上，將有別于砂型鑄造工藝的其他鑄造方法統(tǒng)稱為稱為“特種鑄造特種鑄造”。l 砂型鑄造應用最為廣泛，世界各國用砂型鑄造生產砂型鑄造應用最為廣泛，世界各國用砂型鑄造生產的鑄件占鑄件總產量的的鑄件占鑄件總產量的9090以上。砂型鑄造可分為以上。砂型鑄造可分為手工造型和機器造型兩種，手工造型和機器造型兩種，其工藝流程如圖其工藝流程如圖1 1所示。所示。二、鑄件成形工藝分類二、鑄件成形

20、工藝分類按照形成鑄件的鑄型分可分為：按照形成鑄件的鑄型分可分為：砂型鑄造、金屬型鑄造、熔模鑄造、殼型鑄造、陶瓷砂型鑄造、金屬型鑄造、熔模鑄造、殼型鑄造、陶瓷型鑄造、消失模鑄造、磁型鑄造等。型鑄造、消失模鑄造、磁型鑄造等。27鑄造生產主要包括以下幾個過程：鑄造生產主要包括以下幾個過程： （1 1）合金的熔煉；）合金的熔煉； （2 2）鑄型的制造；）鑄型的制造； （3 3）合金的澆注；）合金的澆注； （4 4）鑄件的清理；）鑄件的清理； （5 5）鑄件的檢驗。）鑄件的檢驗。285/16/2009 4:28 PM 砂型鑄造過程2930合金的鑄造性能合金的鑄造性能: : l充型能力充型能力l收縮性收縮

21、性l吸氣性吸氣性 第二節(jié)第二節(jié) 合金的鑄造性能合金的鑄造性能 l合金的鑄造性能合金的鑄造性能是指在鑄造過程中獲得尺寸是指在鑄造過程中獲得尺寸精確、結構完整的鑄件的能力。精確、結構完整的鑄件的能力。合金鑄造性能是選擇鑄合金鑄造性能是選擇鑄造金屬材料，確定鑄件造金屬材料，確定鑄件的鑄造工藝方案及進行的鑄造工藝方案及進行鑄件結構設計的依據。鑄件結構設計的依據。鑄造性能鑄造性能對獲得合格的鑄件有很大的影響。對獲得合格的鑄件有很大的影響。31一、合金的充型能力一、合金的充型能力充型能力：充型能力：熔融合金充滿鑄型型腔，獲得形狀完熔融合金充滿鑄型型腔，獲得形狀完整、輪廓清晰鑄件的能力整、輪廓清晰鑄件的能力

22、。 在液態(tài)合金充型過程中，一般伴隨結晶現(xiàn)象，若充型能在液態(tài)合金充型過程中，一般伴隨結晶現(xiàn)象，若充型能力不足時，在型腔被填滿之前，形成的晶粒將充型的通道堵力不足時，在型腔被填滿之前，形成的晶粒將充型的通道堵塞，金屬液被迫停止流動，于是鑄件將產生塞，金屬液被迫停止流動，于是鑄件將產生澆不足或冷隔澆不足或冷隔等等缺陷。缺陷。 澆不足使鑄件未能獲得完整的形狀；澆不足使鑄件未能獲得完整的形狀； 冷隔時，鑄件雖可獲得完整的外形，但因存有未完全熔冷隔時，鑄件雖可獲得完整的外形，但因存有未完全熔合的垂直接縫，鑄件的力學性能嚴重受損。合的垂直接縫，鑄件的力學性能嚴重受損。3233 充型能力對鑄件質量的影響充型能

23、力對鑄件質量的影響 液態(tài)合金的充型能力強，則容易獲得薄壁而復雜的液態(tài)合金的充型能力強，則容易獲得薄壁而復雜的鑄件，不易出現(xiàn)輪廓不清、鑄件，不易出現(xiàn)輪廓不清、澆不足或冷隔澆不足或冷隔等缺陷；等缺陷； 有利于金屬液中有利于金屬液中氣體和非金屬夾雜物氣體和非金屬夾雜物的的上浮、排出，上浮、排出，減小氣孔、夾渣減小氣孔、夾渣等缺陷；等缺陷； 能夠能夠 提高提高補縮能力補縮能力，減少產生，減少產生縮孔、縮松縮孔、縮松的傾向的傾向性。性。34影響合金充型能力的主要因素：影響合金充型能力的主要因素：合金的流動性（與合金種類、合金的化學成分、合金的流動性（與合金種類、合金的化學成分、溫度、雜氣量等有關）溫度、

24、雜氣量等有關） 澆注條件（溫度、壓力）澆注條件（溫度、壓力） 鑄型條件（鑄型的蓄熱能力、鑄型溫度、鑄型中鑄型條件（鑄型的蓄熱能力、鑄型溫度、鑄型中的氣體、鑄件結構）的氣體、鑄件結構）351、合金的流動性、合金的流動性流動性定義（流動性定義（flowability） ： 流動性是指液態(tài)合金的流動能力。流動性是指液態(tài)合金的流動能力。這種能力體現(xiàn)在這種能力體現(xiàn)在2 2個方面：個方面：（1 1）充滿型腔；）充滿型腔；（2 2）形成符合要求的優(yōu)質鑄件。）形成符合要求的優(yōu)質鑄件。 如果流動性不好，就不能充滿型腔，就不能形成符合如果流動性不好，就不能充滿型腔，就不能形成符合要求的優(yōu)質鑄件。也說明不同的合金具

25、有不同的流動性特點。要求的優(yōu)質鑄件。也說明不同的合金具有不同的流動性特點。在進行鑄件設計和鑄造工藝制定時，必須考慮合金流動性。在進行鑄件設計和鑄造工藝制定時，必須考慮合金流動性。那么，我們怎樣衡量合金的流動性呢那么，我們怎樣衡量合金的流動性呢？36圖圖1-1-1 1 螺旋型試樣螺旋型試樣在相同的澆注在相同的澆注工藝條件下，工藝條件下，將金屬液澆入將金屬液澆入鑄型中，測出鑄型中，測出其實際螺旋線其實際螺旋線長度。澆出的長度。澆出的試樣愈長，合試樣愈長，合金的流動性愈金的流動性愈好！好！螺螺旋旋形形流流動動性性試試樣樣 l測定方法測定方法37合金種類合金種類 鑄型種類鑄型種類 澆注溫度澆注溫度/

26、螺旋線長度螺旋線長度/ 鑄鐵鑄鐵 wC+Si=6.2% wC+Si=5.9% wC+Si=5.2% wC+Si=4.2% 砂型砂型 砂型砂型 砂型砂型 砂型砂型 1300 1300 1300 1300 1800 1300 1000 600 鑄鋼鑄鋼 wC=0.4% 鋁硅合金（硅鋁明）鋁硅合金（硅鋁明） 鎂合金（含鎂合金（含Al和和Zn） 錫青銅（錫青銅（wSn10%，wZn2%） 硅黃銅（硅黃銅（wSi=1.5%4.5%） 砂型砂型 砂型砂型 金屬型（金屬型（300） 砂型砂型 砂型砂型 砂型砂型 1600 1640 680720 700 1040 1100 100 200 700800 40

27、0600 420 1000 表表1-1 常用合金的流動性（砂型，試樣截面常用合金的流動性（砂型，試樣截面88）38灰鑄鐵、硅黃銅的流動性較好；灰鑄鐵、硅黃銅的流動性較好；鑄鋼較差；鑄鋼較差；鋁合金居中。鋁合金居中。l液態(tài)金屬本身的流動能力。液態(tài)金屬本身的流動能力。l流動性流動性 充型能力充型能力 易薄壁復雜鑄件易薄壁復雜鑄件氣氣孔、夾渣、縮孔孔、夾渣、縮孔 影響合金流動性的主要因素：影響合金流動性的主要因素： 合金的成分合金的成分與與鑄件的凝固方式鑄件的凝固方式 u不同成分合金的結晶特性示意圖見圖不同成分合金的結晶特性示意圖見圖1-239含碳量含碳量溫度，溫度，T碳鋼碳鋼鑄鐵鑄鐵40圖圖1-2

28、 1-2 不同成分合金的結晶特性不同成分合金的結晶特性 在 鑄 件 凝 固 過在 鑄 件 凝 固 過程中，鑄件斷面上程中，鑄件斷面上存在三個區(qū)域，即存在三個區(qū)域，即固相區(qū)、凝固區(qū)和固相區(qū)、凝固區(qū)和液相區(qū)液相區(qū)。其中凝固。其中凝固區(qū)對鑄件質量有較區(qū)對鑄件質量有較大影響。鑄件的大影響。鑄件的凝凝固方式固方式也可根據凝也可根據凝固區(qū)的寬窄來劃分，固區(qū)的寬窄來劃分，如圖如圖1-2。液態(tài)金屬的凝固液態(tài)金屬的凝固41ab鑄件的凝固方式鑄件的凝固方式 純金屬、共晶類合金及窄結晶溫度范圍的合金，在恒溫下以純金屬、共晶類合金及窄結晶溫度范圍的合金，在恒溫下以共共晶團晶團進行結晶，結晶時從進行結晶，結晶時從表層開

29、始向中心逐層凝固表層開始向中心逐層凝固。緊靠鑄型緊靠鑄型壁的外層合金，一旦冷卻至凝固點或共晶點溫度時，即凝固成壁的外層合金，一旦冷卻至凝固點或共晶點溫度時，即凝固成固態(tài)晶體；而處于上述溫度以上的里層合金，仍為液態(tài)。固態(tài)晶體；而處于上述溫度以上的里層合金，仍為液態(tài)。固相線成分成分溫度溫度表層表層中心中心t鑄件液固c1. 逐層凝固逐層凝固:42特征特征 l如灰口鑄鐵、硅黃銅及低碳鋼等如灰口鑄鐵、硅黃銅及低碳鋼等固固液界面分明、平滑，不存在液界面分明、平滑，不存在固液交錯固液交錯，凝固前沿，凝固前沿比較平滑，對金屬的流動阻力小，因而充型能力強比較平滑，對金屬的流動阻力小，因而充型能力強。432. 糊

30、狀凝固糊狀凝固結晶溫度范圍很寬的合金的結晶溫度范圍很寬的合金的一旦冷卻至液相線溫度時，結晶一旦冷卻至液相線溫度時，結晶出的出的第一批晶粒即被周圍剩余的液體合金所包圍第一批晶粒即被周圍剩余的液體合金所包圍，溫度繼續(xù)，溫度繼續(xù)下降，新形成的另一批晶粒又被液體合金包圍，下降，新形成的另一批晶粒又被液體合金包圍，枝晶與液體枝晶與液體合金互相交錯合金互相交錯充斥整個斷面，充斥整個斷面，固、液交錯固、液交錯。成分成分溫度溫度c表層表層中心中心t鑄件鑄件固相線液相線液相線44 這種凝固方式猶如水泥凝固，先呈糊狀而后固化，這種凝固方式猶如水泥凝固，先呈糊狀而后固化，凝固前沿粗糙，對金屬流動的阻力大凝固前沿粗糙

31、，對金屬流動的阻力大，因而，因而充型能充型能力差力差，容易產生鑄造缺陷。，容易產生鑄造缺陷。特征特征 l遠離共晶點成分的合金，如錫青銅、球墨鑄鐵及遠離共晶點成分的合金，如錫青銅、球墨鑄鐵及高碳鋼等高碳鋼等 45 3. 中間凝固中間凝固介于逐層凝固和糊狀凝固之間，大多數合金為此凝介于逐層凝固和糊狀凝固之間，大多數合金為此凝固方式。固方式。b溫度溫度成分成分表層表層中心中心St鑄件溫度固相線液相線液相線中碳鋼、白口鐵以及部分特種黃銅等，傾向于中間凝固方式。中碳鋼、白口鐵以及部分特種黃銅等，傾向于中間凝固方式。 46（2 2）鑄件的溫度梯度）鑄件的溫度梯度在合金結晶溫度范圍已定的前提在合金結晶溫度范

32、圍已定的前提下，凝固區(qū)域的寬窄取決與鑄件下，凝固區(qū)域的寬窄取決與鑄件內外層之間的溫度差。若鑄件內內外層之間的溫度差。若鑄件內外層之間的溫度差由小變大，則外層之間的溫度差由小變大，則其對應的凝固區(qū)由寬變窄其對應的凝固區(qū)由寬變窄 。 表層中心St鑄件溫度成分溫度S1T1T2（1 1）合金的結晶溫度范圍）合金的結晶溫度范圍合金的結晶溫度范圍愈小，凝固合金的結晶溫度范圍愈小，凝固區(qū)域愈窄，愈傾向于逐層凝固區(qū)域愈窄，愈傾向于逐層凝固 。 影響鑄件凝固方式的主要因素影響鑄件凝固方式的主要因素 ：l金屬的凝固溫度范圍金屬的凝固溫度范圍越大，樹枝晶越發(fā)達，越大，樹枝晶越發(fā)達，其流動性越差。其流動性越差。47如

33、何提高合金的流動性如何提高合金的流動性l 提高流動性：提高流動性：降低金屬粘稠度的成分均有助于提降低金屬粘稠度的成分均有助于提高流動性。高流動性。磷：磷：鐵液的凝固溫度和粘度鐵液的凝固溫度和粘度流動性；流動性； 鑄鐵的冷脆性；鑄鐵的冷脆性；硫：硫：形成懸浮于鐵液中的形成懸浮于鐵液中的MnS質點，增加內摩擦質點，增加內摩擦鐵液的粘度鐵液的粘度 流動性。流動性。48v純金屬、共晶類合金純金屬、共晶類合金及結晶溫度范圍窄及結晶溫度范圍窄的合金：的合金：只存在固、液兩相區(qū)只存在固、液兩相區(qū)v結晶溫度范圍大的合金：結晶溫度范圍大的合金：存在固相區(qū)、凝固存在固相區(qū)、凝固( (固固- -液兩相液兩相) )區(qū)

34、和液相區(qū)。區(qū)和液相區(qū)。 在相同的澆注溫度下，共晶成分合金凝固溫度最低，在相同的澆注溫度下，共晶成分合金凝固溫度最低，即液態(tài)金屬的過熱度較大，推遲了液態(tài)金屬的凝固，所即液態(tài)金屬的過熱度較大，推遲了液態(tài)金屬的凝固，所以以從流動性考慮，宜從流動性考慮，宜選用共晶成分或窄結晶溫度范圍的選用共晶成分或窄結晶溫度范圍的合金作為鑄造合金合金作為鑄造合金。492. 澆注條件 澆注溫度澆注溫度粘度粘度 、過熱度過熱度蓄熱多蓄熱多保溫時間保溫時間 流動性流動性 。一般要求比它的液相線溫度高，即存在過熱度，推遲它的一般要求比它的液相線溫度高，即存在過熱度，推遲它的凝固時間，以保持良好的流動性。凝固時間，以保持良好的

35、流動性。（1 1）澆注溫度）澆注溫度指的是澆注時熔融合金的溫度。指的是澆注時熔融合金的溫度。l對于薄壁鑄件或對于薄壁鑄件或 流動性差的合金，利用提流動性差的合金，利用提高澆注溫度以改善充型能力的措施。高澆注溫度以改善充型能力的措施。50澆注溫度澆注溫度金屬的收縮金屬的收縮吸氣吸氣氧化氧化縮孔、縮孔、縮松、氣孔和粘砂縮松、氣孔和粘砂 。充型能力足夠時澆注溫度應盡可能低。充型能力足夠時澆注溫度應盡可能低。l 每種合金有自己的合理澆注溫度范圍：每種合金有自己的合理澆注溫度范圍： 鑄鋼鑄鋼1520 1620； 鑄鐵鑄鐵1230 1450； 鋁合金鋁合金680 78051（2）澆注壓力）澆注壓力采用方法

36、：采用方法： 增加直澆道高度、壓力增加直澆道高度、壓力鑄造、離心鑄造鑄造、離心鑄造 來提來提高高澆注壓力。澆注壓力。澆注壓力澆注壓力合金的流動性合金的流動性 。金屬液在流動方向上所受的壓力越大，則流速越大，充型能金屬液在流動方向上所受的壓力越大，則流速越大，充型能力就越好。力就越好。523. 鑄型填充條件鑄型填充條件（1）鑄型導熱能力）鑄型導熱能力l 鑄型材料鑄型材料 導熱系數大，比熱大導熱系數大，比熱大 金屬液冷卻快金屬液冷卻快鑄件的溫度鑄件的溫度梯度梯度 凝固區(qū)變寬凝固區(qū)變寬充型能力充型能力l 鑄型溫度鑄型溫度 溫度溫度 金屬液冷卻慢金屬液冷卻慢充型能力充型能力干砂干砂型鑄型（加熱）型鑄型

37、（加熱） 合金的流動性合金的流動性 金屬型鑄型金屬型鑄型 導熱能力導熱能力 合金的流動性合金的流動性 。533. 鑄型填充條件鑄型填充條件l 鑄型結構：鑄型結構：當鑄件壁厚過小，壁厚急劇變化，鑄型當鑄件壁厚過小，壁厚急劇變化，鑄型型腔狹窄、結構復雜以及有大的水平面等或鑄型材型腔狹窄、結構復雜以及有大的水平面等或鑄型材料發(fā)氣量大時料發(fā)氣量大時型腔內氣體型腔內氣體 （如排氣不暢）（如排氣不暢）金金屬液流動阻力屬液流動阻力合金的流動性合金的流動性 。（2）鑄型的阻力）鑄型的阻力l 鑄型的排氣能力鑄型的排氣能力 鑄型的排氣能力差鑄型的排氣能力差氣體不易排出氣體不易排出 阻礙液態(tài)合金阻礙液態(tài)合金的充型的

38、充型 所以鑄型具有良好透氣性，并在所以鑄型具有良好透氣性，并在最高處設出氣口最高處設出氣口。54二、合金的收縮性二、合金的收縮性1. 合金的收縮合金的收縮合金在澆注、凝固直至冷卻到室溫的過程中體積合金在澆注、凝固直至冷卻到室溫的過程中體積或尺寸縮減的現(xiàn)象稱為或尺寸縮減的現(xiàn)象稱為收縮。收縮。合金的收縮（控制不好）合金的收縮（控制不好）縮孔、縮松、變形、裂紋。縮孔、縮松、變形、裂紋。收縮是多種鑄造缺陷的根源收縮是多種鑄造缺陷的根源: : 55l合金在澆注、凝固直至冷卻到室溫的收縮過程有合金在澆注、凝固直至冷卻到室溫的收縮過程有三個階段三個階段：溫度溫度成分成分T澆澆T凝凝T固固澆澆凝凝固固液態(tài)收縮

39、液態(tài)收縮 液液 從澆注溫度（從澆注溫度（T澆澆）到凝固開始溫度（即液相線溫到凝固開始溫度（即液相線溫度度T液液）間的收縮。）間的收縮。凝固收縮凝固收縮 凝凝 從凝固開始溫度從凝固開始溫度（ T凝凝）到凝固終止溫度（即固）到凝固終止溫度（即固相線溫度相線溫度T固固）間的收縮。）間的收縮。 固態(tài)收縮固態(tài)收縮 固固 從凝固終止溫度從凝固終止溫度（ T固固）到室溫）到室溫T室溫室溫間的收縮。間的收縮。56%100 鑄件鑄件鑄件鑄件鑄型鑄型VVVV 體收縮率：體收縮率：l液態(tài)收縮液態(tài)收縮和和凝固收縮凝固收縮 表現(xiàn)為鑄型空腔內金屬液表現(xiàn)為鑄型空腔內金屬液面的下降，引起液體鑄件面的下降，引起液體鑄件體積的變

40、化體積的變化，故稱體積收，故稱體積收縮或縮或體收縮體收縮。l液態(tài)收縮和凝固收縮液態(tài)收縮和凝固收縮 是鑄件產生是鑄件產生縮孔或縮松縮孔或縮松的的基本原因?；驹颉?7l固態(tài)收縮固態(tài)收縮 是鑄件產生是鑄件產生鑄造應力導致鑄件變形鑄造應力導致鑄件變形，甚至產生甚至產生裂紋裂紋的主要原因。的主要原因。 l 固態(tài)收縮固態(tài)收縮 將引起鑄件外部形狀、尺寸發(fā)生變將引起鑄件外部形狀、尺寸發(fā)生變化尺寸的變化，故稱尺寸收縮或化尺寸的變化，故稱尺寸收縮或線收縮線收縮。%100 鑄鑄件件鑄鑄件件鑄鑄型型LLLL 線收縮率：線收縮率：合金的總收縮為上述三種收縮之和。合金的總收縮為上述三種收縮之和。582. 影響合金收縮

41、的因素影響合金收縮的因素化學成分化學成分碳素鋼碳素鋼C 凝凝 固固 ； 灰鑄鐵灰鑄鐵C、Si 收縮率收縮率 ；S 收縮率收縮率 。不同成分合金的收縮率不同不同成分合金的收縮率不同 幾種鐵碳合金的收縮率幾種鐵碳合金的收縮率合金種類合金種類含碳量含碳量c(%)澆注溫度澆注溫度/液態(tài)收縮液態(tài)收縮率率(%)凝固收縮凝固收縮率率(%)固態(tài)收縮固態(tài)收縮率率(%)總體收縮總體收縮率率(%)碳素鑄鋼碳素鑄鋼0.3516101.63.07.8612.46白口鑄鐵白口鑄鐵3.0014002.44.25.46.31212.9灰鑄鐵灰鑄鐵3.5014003.50.13.34.26.97.859澆注溫度澆注溫度 T T

42、過過 液液、總收縮率總收縮率 。 澆注溫度澆注溫度 為減小合金液態(tài)收縮及氧化吸氣，并且兼顧流動性，澆注為減小合金液態(tài)收縮及氧化吸氣，并且兼顧流動性，澆注溫度一般控制在高于液相線溫度溫度一般控制在高于液相線溫度50150。60由于鑄件壁厚不均勻，各部分冷速不同，由于鑄件壁厚不均勻，各部分冷速不同，各部各部收縮先后不一致收縮先后不一致而相互制約而相互制約對收縮產生阻力；對收縮產生阻力；鑄型和型芯鑄型和型芯收縮機械阻力收縮機械阻力實際收縮率比自由實際收縮率比自由收縮率小。收縮率小。 鑄件結構和鑄型條件鑄件結構和鑄型條件l鑄件的凝固收縮鑄件的凝固收縮 凝凝并非自由收縮，而是受阻收縮。并非自由收縮，而是

43、受阻收縮。其阻力來源于兩個方面其阻力來源于兩個方面: : 61(a)自由線收縮率為自由線收縮率為2.5%；(b)受阻較小的線收縮率為受阻較小的線收縮率為1.5%；(c)受阻較大的線收縮率為受阻較大的線收縮率為1.0%；(d)(d)受阻特別大的線收縮率為受阻特別大的線收縮率為0.5%0.5%。62 在設計和制造在設計和制造模樣模樣 時，不應直接采用合金時，不應直接采用合金的線收縮率，的線收縮率，而應根據合金種類和鑄件收縮而應根據合金種類和鑄件收縮的受阻情況，采用實際的收縮率的受阻情況，采用實際的收縮率。633. 鑄件中的縮孔與縮松鑄件中的縮孔與縮松鑄件凝固結束后常常在某些部位出現(xiàn)孔鑄件凝固結束后

44、常常在某些部位出現(xiàn)孔洞，洞，大而集中大而集中的孔洞稱為的孔洞稱為縮孔縮孔，細小而細小而分散分散的孔洞稱為的孔洞稱為縮松縮松。危害危害-縮孔和縮松會減小鑄件的有效縮孔和縮松會減小鑄件的有效承載面積，并在該處造成承載面積，并在該處造成應力集中，從應力集中，從而降低力學性能而降低力學性能。 對于要求對于要求氣密件氣密件，縮孔、縮松還會，縮孔、縮松還會造造成滲漏而嚴重影響其氣密性成滲漏而嚴重影響其氣密性。所以，縮孔和縮松是很大的鑄造缺陷之一。所以，縮孔和縮松是很大的鑄造缺陷之一。64縮孔與縮松的形成縮孔與縮松的形成 由由 液液、 凝凝 體積體積 （得不到補充）（得不到補充）最后凝固部分最后凝固部分產生

45、孔洞產生孔洞形成集中孔洞（縮孔）。形成集中孔洞（縮孔）?？s孔的形成：縮孔的形成：演示演示65縮孔形成的條件縮孔形成的條件: : 金屬在恒溫或很小的溫度范圍內金屬在恒溫或很小的溫度范圍內結晶，如純金屬、共晶成分的合金，結晶，如純金屬、共晶成分的合金，澆注后在型腔澆注后在型腔內是由表及里的內是由表及里的以逐層凝固方式進行凝固。以逐層凝固方式進行凝固。 縮孔種類縮孔產生的基本原因縮孔產生的基本原因: : 合金的液態(tài)收縮和凝固合金的液態(tài)收縮和凝固收縮值收縮值遠大于遠大于固態(tài)收縮固態(tài)收縮值。值。 縮孔與縮松的形成演示縮孔與縮松的形成演示66縮孔易出現(xiàn)的部位縮孔易出現(xiàn)的部位縮孔產生的部位縮孔產生的部位:

46、: 一般在鑄件最后凝固區(qū)域，如壁的一般在鑄件最后凝固區(qū)域，如壁的上部或中心處，以及鑄件兩壁相交處，即熱節(jié)處。上部或中心處，以及鑄件兩壁相交處，即熱節(jié)處。67若在鑄件頂部設置冒口，縮孔將移至冒口。若在鑄件頂部設置冒口，縮孔將移至冒口。冒口冒口riser：鑄型中特設的空：鑄型中特設的空腔，用于儲備多余金屬液體腔，用于儲備多余金屬液體以彌補收縮引起的金屬液體以彌補收縮引起的金屬液體不足。不足。68縮松形成的條件縮松形成的條件: : 它主要出現(xiàn)在結晶溫度范圍寬、它主要出現(xiàn)在結晶溫度范圍寬、呈糊狀凝固方式的合金中，呈糊狀凝固方式的合金中，或斷面較大的鑄件壁中?；驍嗝孑^大的鑄件壁中。 縮松的形成縮松的形成

47、樹枝狀晶體樹枝狀晶體分隔開的液分隔開的液體區(qū)難以得體區(qū)難以得到補縮所致。到補縮所致。動畫動畫69 縮松分為宏觀縮松和顯微縮松：縮松分為宏觀縮松和顯微縮松： 宏觀縮松用肉眼或放大鏡即可看到；宏觀縮松用肉眼或放大鏡即可看到； 顯微縮松用顯微鏡才能觀察到。顯微縮松用顯微鏡才能觀察到。縮松產生的部位縮松產生的部位: 大多分布在鑄件大多分布在鑄件中心軸線處中心軸線處、熱節(jié)處熱節(jié)處、冒口冒口根部根部、內澆口附近內澆口附近或或縮孔下方縮孔下方。圖圖1-6 鑄件縮松的形成過程鑄件縮松的形成過程7071 分布分布特征特征存在存在部位部位容積容積大小大小形狀形狀特征特征發(fā)生發(fā)生材料材料縮縮 孔孔集集 中中上部，上

48、部，最后最后較大較大倒錐狀倒錐狀近共晶近共晶縮縮 松松分分 散散特殊特殊區(qū)域區(qū)域細小細小不規(guī)則不規(guī)則遠共晶遠共晶72縮孔縮松的形成規(guī)律縮孔縮松的形成規(guī)律1）合金的液態(tài)收縮和凝固收縮越大（如鑄鋼、白口）合金的液態(tài)收縮和凝固收縮越大（如鑄鋼、白口鐵等），鑄件越易鐵等），鑄件越易形成縮孔形成縮孔。2）合金的）合金的澆注溫度越高澆注溫度越高，液態(tài)收縮越大，液態(tài)收縮越大，越易形成越易形成縮孔縮孔。3）結晶溫度范圍寬的合金結晶溫度范圍寬的合金，傾向于糊狀凝固，傾向于糊狀凝固，易形易形成縮松成縮松。 純金屬和共晶成分純金屬和共晶成分合金傾向于逐層凝固，易形成合金傾向于逐層凝固，易形成縮孔縮孔。73縮孔和縮松

49、的防止縮孔和縮松的防止l判斷縮孔出現(xiàn)的方法判斷縮孔出現(xiàn)的方法等溫線法等溫線法 根據鑄件各部分的散根據鑄件各部分的散熱情況，把同時到達凝固溫熱情況，把同時到達凝固溫度的各點連接成等溫線度的各點連接成等溫線 ，逐層向內繪制，逐層向內繪制，直道最窄的直道最窄的截面上的等溫線相互接觸為截面上的等溫線相互接觸為止止。這樣，就可以確定鑄件。這樣，就可以確定鑄件最后凝固的部位，即縮孔和最后凝固的部位，即縮孔和縮松的位置?？s松的位置。74 在內接圓直在內接圓直 徑最大徑最大的部分的部分(稱為稱為“熱節(jié)熱節(jié)”)，有較，有較多的金屬積聚，往往最后凝固，容易產生縮孔和縮松。多的金屬積聚，往往最后凝固，容易產生縮孔和

50、縮松。內接圓法內接圓法常用來確定鑄件上相交壁處的縮孔位置。常用來確定鑄件上相交壁處的縮孔位置。75縮孔和縮松的防止縮孔和縮松的防止定向（定向（順序）順序）凝固原則凝固原則原則原則合理布置內澆道及確定澆鑄工藝。合理布置內澆道及確定澆鑄工藝。方法方法合理應用冒口、冷鐵和補貼等工合理應用冒口、冷鐵和補貼等工藝措施。藝措施。消除縮孔的方法消除縮孔的方法縮孔的防止縮孔的防止76 利用各種工藝措施，使鑄件從利用各種工藝措施，使鑄件從遠離冒口的部分到冒口之遠離冒口的部分到冒口之間建立一個遞增的溫度梯間建立一個遞增的溫度梯，凝固從，凝固從遠離冒口的部分開始遠離冒口的部分開始，逐，逐漸向冒口方向順序進行，最后漸

51、向冒口方向順序進行，最后 是冒口本身凝固。這樣就能是冒口本身凝固。這樣就能實現(xiàn)實現(xiàn)以厚補薄，使縮孔移至冒口，從而獲得致密的鑄件以厚補薄，使縮孔移至冒口，從而獲得致密的鑄件?？s孔和縮松的防止縮孔和縮松的防止“定向凝固定向凝固”原則：原則： 適用于收縮大或壁厚差別大，易產生縮孔的合適用于收縮大或壁厚差別大，易產生縮孔的合金鑄件，如鑄鋼、高強度灰鑄鐵、可鍛鑄鐵等。金鑄件，如鑄鋼、高強度灰鑄鐵、可鍛鑄鐵等。77定向凝固定向凝固directional freezing圖解圖解澆注系統(tǒng)澆注系統(tǒng)Pouring system型腔型腔mould cavity冒口冒口Riser溫度溫度距離距離123縮孔縮孔定向凝

52、固動畫78 在鑄件一些局部厚大的部位上安放冷鐵在鑄件一些局部厚大的部位上安放冷鐵 ，加快該，加快該處的冷卻，以便充分發(fā)揮冒口的補縮作用處的冷卻，以便充分發(fā)揮冒口的補縮作用冷鐵冷鐵Chill：型壁上外設的鐵塊，用于加快該處的冷卻速度。：型壁上外設的鐵塊，用于加快該處的冷卻速度。冒口的設計：冒口的設計：應將冒口安放在鑄件最厚和最高處，其尺寸要足夠大。應將冒口安放在鑄件最厚和最高處，其尺寸要足夠大。 內澆道的引入位置應按照順序凝固原則確定；內澆道的引入位置應按照順序凝固原則確定；應將內澆道開設在冒口上，使充型的熾熱金屬液首應將內澆道開設在冒口上，使充型的熾熱金屬液首先流經冒口。先流經冒口。內澆道的設

53、計：內澆道的設計：冷鐵的設計：冷鐵的設計：79123冷鐵冷鐵Chill Chills are metallic objects, which are placed in the mould to increase the cooling rate of castings to provide uniform or desired cooling rate.80解決縮孔的方法演示解決縮孔的方法演示 冒口和冷鐵冒口和冷鐵1 冒口和冷鐵冒口和冷鐵2 81暗冒口冒口 儲存補縮用金屬液的空腔。順序凝固 鑄件按照一定的次序逐漸凝固。冷鐵熱節(jié)82 盡量選擇凝固區(qū)域較窄的合金，使合金傾向于盡量選擇凝固區(qū)域較窄

54、的合金，使合金傾向于逐層凝固；逐層凝固； 對凝固區(qū)域較寬的合金，可采用增大凝固的溫對凝固區(qū)域較寬的合金，可采用增大凝固的溫度梯度辦法。度梯度辦法?？s松的防止縮松的防止 縮松的防止比縮孔困難，目前多采用在熱節(jié)處縮松的防止比縮孔困難，目前多采用在熱節(jié)處加冷鐵和加大結晶壓力的辦法，減少金屬液流動的加冷鐵和加大結晶壓力的辦法，減少金屬液流動的阻力，能達到部分防止縮松的效果。阻力，能達到部分防止縮松的效果。l縮松轉化為縮孔的方法：縮松轉化為縮孔的方法：83 由于鑄件各部分有溫差，凝固期間容易產生熱由于鑄件各部分有溫差，凝固期間容易產生熱裂，凝固后也容易使鑄件產生應力和變形。裂，凝固后也容易使鑄件產生應力

55、和變形。 定向凝固使清理工作量大。定向凝固使清理工作量大。 冒口補縮作用好，可防止縮孔和縮松，鑄件致冒口補縮作用好，可防止縮孔和縮松，鑄件致密。對于凝固收縮大，結晶溫度范圍較小的合金，密。對于凝固收縮大，結晶溫度范圍較小的合金，常采用定向凝固原則以保證鑄件質量。常采用定向凝固原則以保證鑄件質量。l定向凝固的優(yōu)點：定向凝固的優(yōu)點：l定向凝固的缺點：定向凝固的缺點：844. 鑄造內應力及鑄件的變形和裂紋鑄造內應力及鑄件的變形和裂紋 鑄件的固態(tài)收縮受到阻礙時，在鑄件內部產生鑄件的固態(tài)收縮受到阻礙時，在鑄件內部產生的內應力稱為的內應力稱為鑄造內應力。鑄造內應力。它是產生變形和裂紋的它是產生變形和裂紋的

56、主要原因。主要原因。內應力內應力熱應力熱應力機械機械應力應力鑄件在鑄件在凝固和冷卻凝固和冷卻的過程中，由于鑄件的壁的過程中，由于鑄件的壁厚不均勻，厚不均勻，各部分冷卻速度不同，造成同一各部分冷卻速度不同，造成同一時刻各部分收縮不一致，從而在鑄件中相互時刻各部分收縮不一致，從而在鑄件中相互制約產生制約產生熱應力熱應力 。鑄件在鑄件在固態(tài)收縮固態(tài)收縮時，因受到鑄型、型時，因受到鑄型、型芯、澆冒口、砂箱等芯、澆冒口、砂箱等外力阻礙外力阻礙而產生而產生的應力。的應力。內應力的形成內應力的形成85第一階段第一階段T0T1（a) : 高溫階段，塑性狀態(tài)，高溫階段，塑性狀態(tài)，桿、桿、桿都是塑性變形，桿都是塑

57、性變形，無熱應力無熱應力；圖圖1-10熱應力的形成熱應力的形成以框架鑄件為例，說明熱應力的形成過程，如圖以框架鑄件為例，說明熱應力的形成過程，如圖1-101-10所示，所示，其熱應力形成過程分三階段其熱應力形成過程分三階段。 鑄造熱應力的形成過程分析鑄造熱應力的形成過程分析第二階段第二階段 T1T2 (b、c） :桿塑性狀態(tài)桿塑性狀態(tài)、桿彈性桿彈性狀態(tài)，狀態(tài)， 桿受拉應力，桿受拉應力， 受壓應力，受壓應力，塑性變形消塑性變形消除除,仍仍無熱應力無熱應力；86第三階段第三階段T2T3 （d）：）： 桿、桿、桿桿均彈性變形，均彈性變形，桿桿比比桿桿溫度高，溫度高，桿桿收縮大于收縮大于桿桿， 桿桿收

58、縮收縮受受桿桿的阻礙，的阻礙，產生拉應產生拉應力力， 桿桿產生壓應力產生壓應力。 熱應力熱應力和和合金的彈性模合金的彈性模量量、線收縮系數線收縮系數、鑄件各鑄件各部分壁厚差別及溫度差部分壁厚差別及溫度差成成正比正比。圖圖1-10熱應力的形成熱應力的形成動畫演示動畫演示87結論：結論：熱應力的特點：熱應力的特點： 固態(tài)收縮使固態(tài)收縮使鑄件厚壁或心部受拉伸鑄件厚壁或心部受拉伸。薄壁薄壁或或表層受壓縮表層受壓縮。 合金固態(tài)收縮率愈大，鑄件壁厚差別愈大，形狀愈復雜，合金固態(tài)收縮率愈大，鑄件壁厚差別愈大，形狀愈復雜，所產生的所產生的熱應力愈大熱應力愈大。防止熱應力產生的途徑：防止熱應力產生的途徑：縮小鑄

59、件各部位的溫差，使其均勻冷卻?？s小鑄件各部位的溫差，使其均勻冷卻。 、選用彈性模量小的合金；、選用彈性模量小的合金； 、設計壁厚均勻的鑄件；、設計壁厚均勻的鑄件； 、從工藝方面促使鑄件各部位、從工藝方面促使鑄件各部位同時凝固同時凝固。88冷鐵同時凝固同時凝固 整個鑄件幾乎同時凝固整個鑄件幾乎同時凝固。l同時凝固可有效防止熱應力。凝固期間不容易產生熱裂，同時凝固可有效防止熱應力。凝固期間不容易產生熱裂，凝固后也不易引起應力、變形；凝固后也不易引起應力、變形；l由于不用冒口或冒口很小而節(jié)省金屬，簡化工藝、減少工由于不用冒口或冒口很小而節(jié)省金屬，簡化工藝、減少工作量。作量。l缺點缺點是鑄件中心區(qū)域往

60、往有縮松，鑄件不致密。是鑄件中心區(qū)域往往有縮松，鑄件不致密。89機械應力（收縮應力）機械應力（收縮應力） 機械應力是暫時應力。機械應力是暫時應力。上型下型鑄件收縮受到鑄型、型芯及澆鑄系統(tǒng)的機械阻礙而產生的應鑄件收縮受到鑄型、型芯及澆鑄系統(tǒng)的機械阻礙而產生的應力稱為機械阻礙應力。簡稱力稱為機械阻礙應力。簡稱機械應力機械應力。l鑄型或型芯退讓性良好，鑄型或型芯退讓性良好，機械應力則小。機械應力則小。l機械應力在鑄件落砂之機械應力在鑄件落砂之后可自行消除。后可自行消除。l機械應力在鑄型中能與機械應力在鑄型中能與熱應力共同起作用，增加熱應力共同起作用，增加了鑄件產生裂紋的可能性了鑄件產生裂紋的可能性.