材料成形技術基礎第二章

1、第二章第二章液態(tài)材料鑄造液態(tài)材料鑄造成形技術過程成形技術過程v鑄造概述 熔煉金屬，制造鑄型，并將熔融金屬澆入鑄型，凝固后獲得一定形狀和性能鑄件的成形方法稱為液態(tài)成形。簡稱鑄造。液態(tài)成形是機械制造中生產(chǎn)機器零件或毛坯的主要方法之一。 鑄造鑄造砂型鑄造基本工藝過程制作模樣配制型砂制作芯盒制作芯砂砂型鑄型凝固、落砂、清理、檢驗鑄件型芯烘干造型下芯澆注液態(tài)金屬選配爐料熔煉造芯v其主要工序如圖其主要工序如圖2-1所示：所示：v表表2-1 各類機械工業(yè)中鑄件質(zhì)量比各類機械工業(yè)中鑄件質(zhì)量比機械類別機械類別比率比率/機床、內(nèi)燃機、重型機器機床、內(nèi)燃機、重型機器風機、壓縮機風機、壓縮機拖拉機拖拉機農(nóng)業(yè)機械農(nóng)業(yè)機

2、械汽車汽車70 0909060608080505070704040707020203030v目前鑄造成形技術的方法種類繁多。按生產(chǎn)目前鑄造成形技術的方法種類繁多。按生產(chǎn)方法分類，可分為砂型鑄造和特種鑄造。按方法分類，可分為砂型鑄造和特種鑄造。按合金分類可分為鑄鐵、鑄鋼、鋁合金、銅合合金分類可分為鑄鐵、鑄鋼、鋁合金、銅合金、鎂合金、鈦合金鑄造等。金、鎂合金、鈦合金鑄造等。v近年來，從制造系統(tǒng)工程的角度出發(fā)，鑄造近年來，從制造系統(tǒng)工程的角度出發(fā)，鑄造技術與自動化、計算機、新能源、新材料等技術與自動化、計算機、新能源、新材料等高新技術相結合，以達到凈形或近似凈形成高新技術相結合，以達到凈形或近似凈形

3、成形為目標，以精化、強化毛坯件為核心，兼形為目標，以精化、強化毛坯件為核心，兼顧高效、節(jié)能節(jié)材，少無污染的綜合效果，顧高效、節(jié)能節(jié)材，少無污染的綜合效果，正逐步擺脫傳統(tǒng)模式而形成精密成形技術。正逐步擺脫傳統(tǒng)模式而形成精密成形技術。v在鑄型材料方面，推廣了快速硬化的水在鑄型材料方面，推廣了快速硬化的水玻璃砂及其各類自硬砂，成功地用樹脂玻璃砂及其各類自硬砂，成功地用樹脂砂快速制造高強度砂型和砂芯。在鑄造砂快速制造高強度砂型和砂芯。在鑄造合金方面，發(fā)展了高強度、高韌度的球合金方面，發(fā)展了高強度、高韌度的球墨鑄鐵和各類合金鑄鐵，成功地用球墨墨鑄鐵和各類合金鑄鐵，成功地用球墨鑄鐵件代替某些鍛鋼件。鑄鐵件

4、代替某些鍛鋼件。v在鑄造設備方面，已建立起先進的機械在鑄造設備方面，已建立起先進的機械化、自動化高壓造型生產(chǎn)線。在新技術化、自動化高壓造型生產(chǎn)線。在新技術方面，各種各樣特種鑄造或精密鑄造方方面，各種各樣特種鑄造或精密鑄造方法得到發(fā)展和應用。所有這些都提高了法得到發(fā)展和應用。所有這些都提高了鑄件的品質(zhì)、節(jié)能節(jié)材生產(chǎn)效率不斷鑄件的品質(zhì)、節(jié)能節(jié)材生產(chǎn)效率不斷提高，生產(chǎn)成本不斷降低，勞動條件不提高，生產(chǎn)成本不斷降低，勞動條件不斷改善，增強了企業(yè)的競爭力。斷改善，增強了企業(yè)的競爭力。一、金屬及合金的鑄造成形技術過程一、金屬及合金的鑄造成形技術過程特征及理論基礎特征及理論基礎（一）（一）鑄造特點及合金鑄造

5、性能鑄造特點及合金鑄造性能v1、基本概念、基本概念v熔煉金屬，制造鑄型，并將熔融金屬澆入鑄熔煉金屬，制造鑄型，并將熔融金屬澆入鑄型，凝固后獲得一定形狀和性能鑄件的成形型，凝固后獲得一定形狀和性能鑄件的成形方法稱為液態(tài)成形。簡稱鑄造。液態(tài)成形是方法稱為液態(tài)成形。簡稱鑄造。液態(tài)成形是機械制造中生產(chǎn)機器零件或毛坯的主要方法機械制造中生產(chǎn)機器零件或毛坯的主要方法之一。之一。v2、主要特點、主要特點：v（1）成形方便，工藝靈活性大）成形方便，工藝靈活性大v（2）成本低廉，設備簡單、周期短）成本低廉，設備簡單、周期短v（3）砂型鑄件的力學性能較差，質(zhì)量不夠穩(wěn)）砂型鑄件的力學性能較差，質(zhì)量不夠穩(wěn)定定v（4）

6、砂型鑄造成形生產(chǎn)勞動強度大，生產(chǎn)條）砂型鑄造成形生產(chǎn)勞動強度大，生產(chǎn)條件差件差v3、合金的鑄造性能、合金的鑄造性能v鑄造合金除應具備符合要求的力學性能和必鑄造合金除應具備符合要求的力學性能和必要的物理、化學性能外，還必須有良好的鑄要的物理、化學性能外，還必須有良好的鑄造性能。合金的鑄造性能主要是指合金的充造性能。合金的鑄造性能主要是指合金的充型能力與合金的收縮等。鑄造的缺陷型能力與合金的收縮等。鑄造的缺陷,如澆不如澆不足、縮孔、縮松、鑄造應力、變形、裂紋等足、縮孔、縮松、鑄造應力、變形、裂紋等都與合金的鑄造性能有關。都與合金的鑄造性能有關。 v鑄造缺陷照片鑄造缺陷照片v （二）（二）液態(tài)金屬的

7、充型能力液態(tài)金屬的充型能力v1、液態(tài)合金的充型能力、液態(tài)合金的充型能力v液態(tài)合金填充鑄型的過程液態(tài)合金填充鑄型的過程,簡稱充型。簡稱充型。v液態(tài)合金充滿鑄型型腔液態(tài)合金充滿鑄型型腔,獲得形狀完整獲得形狀完整,輪廓清輪廓清晰鑄件的能力晰鑄件的能力,稱合金的充填鑄型能力，簡稱稱合金的充填鑄型能力，簡稱合金的充型能力。合金的充型能力。v表表2-2 不同金屬和不同鑄造方法鑄造的鑄件不同金屬和不同鑄造方法鑄造的鑄件最小壁厚最小壁厚mm 鑄造方法鑄造方法金屬種類金屬種類砂型砂型金屬型金屬型熔模熔模殼型殼型壓鑄壓鑄灰鑄鐵灰鑄鐵3 3440.40.40.80.80.80.81.51.5鑄鋼鑄鋼4 48 810

8、100.50.51 12.52.5鋁合金鋁合金3 33 34 40.60.60.80.8v充型能力強的液態(tài)金屬，易于充滿薄而充型能力強的液態(tài)金屬，易于充滿薄而復雜的型腔，有利于金屬液中氣體、雜復雜的型腔，有利于金屬液中氣體、雜質(zhì)的上浮并排除，有利于對鑄件凝固時質(zhì)的上浮并排除，有利于對鑄件凝固時的收縮進行補縮。液態(tài)金屬的充型能力的收縮進行補縮。液態(tài)金屬的充型能力弱，鑄件易產(chǎn)生澆不足、冷隔、氣孔、弱，鑄件易產(chǎn)生澆不足、冷隔、氣孔、夾雜、縮孔、熱裂等缺陷。夾雜、縮孔、熱裂等缺陷。v液態(tài)金屬的充型能力主要取決于金屬自液態(tài)金屬的充型能力主要取決于金屬自身的流動能力，還受外部條件，如鑄型身的流動能力，還受

9、外部條件，如鑄型性質(zhì)、澆注條件、鑄件結構等因素的影性質(zhì)、澆注條件、鑄件結構等因素的影響，是各種因素的綜合反映。響，是各種因素的綜合反映。v2、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v（1）流動性流動性：流動性指熔融金屬的流：流動性指熔融金屬的流動能力動能力,它是影響充型能力的主要因素之它是影響充型能力的主要因素之一。液態(tài)金屬流動性用澆注流動性試樣一。液態(tài)金屬流動性用澆注流動性試樣的方法來衡量。在生產(chǎn)和科學研究中應的方法來衡量。在生產(chǎn)和科學研究中應用最多的是螺旋形試樣，如圖用最多的是螺旋形試樣，如圖2-2所示。所示。v將金屬液澆入螺旋形試樣鑄型中，顯然，將金屬液澆入螺旋形試樣鑄型

10、中，顯然，在相同的鑄型及條件下澆出的螺旋形在相同的鑄型及條件下澆出的螺旋形試樣越長，表示該金屬的流動性越好。試樣越長，表示該金屬的流動性越好。v 表表2-3 一些合金的流動性（螺旋形試樣，一些合金的流動性（螺旋形試樣，溝槽截面溝槽截面8mm8mm）合金鑄型澆注溫度/螺旋線長度/mm鑄鐵：w(C+Si)=6.2%w(C+Si)=5.9%w(C+Si)=5.2%w(C+Si)=4.2%砂型1300130013001300180013001000600鑄鋼：w(C)=0.4%砂型16001640100200鋁硅合金金屬型(300)680720700800鎂合金（Mg-Al-Zn）砂型70040060

11、0錫青銅：w(Sn)=9%11%w(Zn)=2%4%硅黃銅：w(Si)=1.5%4.5%砂型104011004201000v金屬的流動性與金屬的成分、溫度、雜金屬的流動性與金屬的成分、溫度、雜質(zhì)含量及其物理性質(zhì)有關，其中化學成質(zhì)含量及其物理性質(zhì)有關，其中化學成分的影響最為顯著，圖分的影響最為顯著，圖2-3為鐵碳合金流為鐵碳合金流動性與狀態(tài)圖的關系。動性與狀態(tài)圖的關系。v由圖可見，純金屬和共晶成分的合金，由圖可見，純金屬和共晶成分的合金，由于是在恒溫下進行結晶，固液界面比由于是在恒溫下進行結晶，固液界面比較光滑，對液態(tài)合金的阻力較小，其流較光滑，對液態(tài)合金的阻力較小，其流動性最好；其它成分的合金

12、是在一定溫動性最好；其它成分的合金是在一定溫度范圍內(nèi)結晶的，初生樹枝晶與液相兩度范圍內(nèi)結晶的，初生樹枝晶與液相兩相共存，粗糙的固液界面使合金的流動相共存，粗糙的固液界面使合金的流動阻力加大，合金的流動性大大下降，合阻力加大，合金的流動性大大下降，合金的結晶溫度區(qū)間越寬，流動性越差。金的結晶溫度區(qū)間越寬，流動性越差。v（2）澆注條件澆注條件：指的是澆注溫度與充型的壓：指的是澆注溫度與充型的壓力。澆注溫度對液態(tài)金屬的充型能力有決定力。澆注溫度對液態(tài)金屬的充型能力有決定性的影響，澆注溫度越高，充型能力越好。性的影響，澆注溫度越高，充型能力越好。在一定溫度范圍內(nèi)，充型能力隨澆注溫度的在一定溫度范圍內(nèi)，

13、充型能力隨澆注溫度的提高而直線上升，超過某界限后，由于吸氣，提高而直線上升，超過某界限后，由于吸氣，氧化嚴重，充型能力的提高幅度減小。氧化嚴重，充型能力的提高幅度減小。v v液態(tài)金屬在流動方向上所受壓力液態(tài)金屬在流動方向上所受壓力(充型壓頭充型壓頭)越大，則流動速度越快，充型能力就越好。越大，則流動速度越快，充型能力就越好。但金屬液的靜壓頭過大或充型速度過高時，但金屬液的靜壓頭過大或充型速度過高時，不僅發(fā)生噴射和飛濺現(xiàn)象，使金屬氧化和產(chǎn)不僅發(fā)生噴射和飛濺現(xiàn)象，使金屬氧化和產(chǎn)生生“鐵豆鐵豆”缺陷，而且型腔中氣體來不及排缺陷，而且型腔中氣體來不及排出，反壓力增加，造成出，反壓力增加，造成“澆不足澆

14、不足”或或“冷隔冷隔”缺陷。缺陷。v 澆注系統(tǒng)結構越復雜，流動阻力越大，液澆注系統(tǒng)結構越復雜，流動阻力越大，液態(tài)金屬充型能力越低。態(tài)金屬充型能力越低。v（3）鑄型性質(zhì)鑄型性質(zhì)：鑄型的阻力影響金屬液的充：鑄型的阻力影響金屬液的充型速度，鑄型與金屬的熱交換強度影響金屬型速度，鑄型與金屬的熱交換強度影響金屬液保持流動的時間。所以鑄型的蓄熱系數(shù)液保持流動的時間。所以鑄型的蓄熱系數(shù)b(表示鑄型從其中的金屬液吸取并儲存在本表示鑄型從其中的金屬液吸取并儲存在本身中熱量的能力身中熱量的能力)愈大，鑄型的激冷能力就愈愈大，鑄型的激冷能力就愈強，金屬液于其中保持液態(tài)的時間就愈短，強，金屬液于其中保持液態(tài)的時間就愈

15、短，充型能力下降。充型能力下降。v如液態(tài)金屬在金屬鑄型中的流動性比在砂鑄如液態(tài)金屬在金屬鑄型中的流動性比在砂鑄型中差；鑄型的溫度較高，就能減少金屬液型中差；鑄型的溫度較高，就能減少金屬液與鑄型的溫差，從而提高金屬液的充型能力，與鑄型的溫差，從而提高金屬液的充型能力，如在金屬型中澆注鋁合金鑄件，將鑄型溫度如在金屬型中澆注鋁合金鑄件，將鑄型溫度由由340提高到提高到520，在相同的澆注溫度，在相同的澆注溫度(760)下，螺旋線長度則由下，螺旋線長度則由525mm增加到增加到950mm。熔融合金充型時，鑄型的阻鑄型對。熔融合金充型時，鑄型的阻鑄型對合金的冷卻作用合金的冷卻作用 都將影響合金的充型能力

16、。都將影響合金的充型能力。v（4）鑄件結構鑄件結構：鑄件結構復雜，厚薄部分過：鑄件結構復雜，厚薄部分過渡面多，則型腔結構復雜，流動阻力大，充渡面多，則型腔結構復雜，流動阻力大，充型能力弱。型能力弱。v 衡量鑄件結構的因素是鑄件的折算厚度衡量鑄件結構的因素是鑄件的折算厚度R(R鑄件體積鑄件體積/鑄件散熱表面積鑄件散熱表面積VS)和和復雜程度，它們決定著鑄型型腔的結構特復雜程度，它們決定著鑄型型腔的結構特點。點。 v 如果鑄件體積相同，在同樣的澆注條件下，如果鑄件體積相同，在同樣的澆注條件下，R大的鑄件，由于與鑄型的接觸表面積相對大的鑄件，由于與鑄型的接觸表面積相對較小，熱量散失比較緩慢則充型能力

17、較高。較小，熱量散失比較緩慢則充型能力較高。鑄件的壁越薄，鑄件的壁越薄，R越小則充型能力較弱。越小則充型能力較弱。v 鑄件結構復雜，厚薄部分過渡面多，則型鑄件結構復雜，厚薄部分過渡面多，則型腔結構復雜，流動阻力大，充型能力弱。腔結構復雜，流動阻力大，充型能力弱。v 鑄件壁厚相同時，鑄型中的垂直壁比水平鑄件壁厚相同時，鑄型中的垂直壁比水平壁更容易充滿。壁更容易充滿。v（三）鑄件的凝固（三）鑄件的凝固v鑄型中的合金從液態(tài)轉變?yōu)楣虘B(tài)的過程，稱鑄型中的合金從液態(tài)轉變?yōu)楣虘B(tài)的過程，稱為鑄件的凝固，或稱為結晶。為鑄件的凝固，或稱為結晶。v金屬的凝固，一般均是在常溫、常壓金屬的凝固，一般均是在常溫、常壓(重

18、力重力)情況下進行的，情況下進行的，(壓鑄等技術除外壓鑄等技術除外)。金屬凝。金屬凝固時應滿足的熱力學條件是：只有當體系所固時應滿足的熱力學條件是：只有當體系所處的溫度低于熔點溫度處的溫度低于熔點溫度(液相線溫度液相線溫度)Tm時，時，才能發(fā)生凝固現(xiàn)象。液固兩相自由能差才能發(fā)生凝固現(xiàn)象。液固兩相自由能差(GGlGs0。)是凝固過程繼續(xù)進行的是凝固過程繼續(xù)進行的驅動力。驅動力。v v金屬的凝固包括晶核的形成及晶體的長大兩金屬的凝固包括晶核的形成及晶體的長大兩過程。當液態(tài)金屬冷卻到熔點溫度以下時，過程。當液態(tài)金屬冷卻到熔點溫度以下時，就不斷從液相中產(chǎn)生固相的核心就不斷從液相中產(chǎn)生固相的核心(晶核晶

19、核)，接，接下來這些核心逐漸長大，同時在剩余的液相下來這些核心逐漸長大，同時在剩余的液相中繼續(xù)出現(xiàn)新的核心并長大，直至液相消耗中繼續(xù)出現(xiàn)新的核心并長大，直至液相消耗完畢。結晶終了。整個凝固結晶過程也就是完畢。結晶終了。整個凝固結晶過程也就是形核和長大過程交替、交迭進行的過程。形核和長大過程交替、交迭進行的過程。v鑄件在凝固過程中除純金屬和共晶成分合金鑄件在凝固過程中除純金屬和共晶成分合金外，斷面上一般都存在三個區(qū)域，即固相區(qū)、外，斷面上一般都存在三個區(qū)域，即固相區(qū)、凝固區(qū)（固液兩相區(qū)）和液相區(qū)。凝固區(qū)的凝固區(qū)（固液兩相區(qū)）和液相區(qū)。凝固區(qū)的大小對鑄件品質(zhì)影響較大，按照凝固區(qū)的寬大小對鑄件品質(zhì)影

20、響較大，按照凝固區(qū)的寬窄，鑄件的凝固方式可分為逐層凝固、體積窄，鑄件的凝固方式可分為逐層凝固、體積凝固（糊狀凝固）和中間凝固三種方式，如凝固（糊狀凝固）和中間凝固三種方式，如圖圖2-4所示。所示。圖圖2-4 合金的凝固方式合金的凝固方式（a）逐層凝固）逐層凝固 b)中間凝固中間凝固c)糊狀凝固糊狀凝固1-凝固層凝固層 2-液相液相 3-鑄件中心鑄件中心 4-固固-液相區(qū)液相區(qū)v1）逐層凝固）逐層凝固v純金屬和共晶合金在恒溫下結晶，凝純金屬和共晶合金在恒溫下結晶，凝固過程中鑄件截面上的凝固區(qū)域的寬度固過程中鑄件截面上的凝固區(qū)域的寬度為零，鑄件截面上固液兩相界面分明，為零，鑄件截面上固液兩相界面分

21、明，隨著溫度的下降，固相區(qū)不斷增大，逐隨著溫度的下降，固相區(qū)不斷增大，逐漸到達鑄件的中心，如圖漸到達鑄件的中心，如圖2-4a）所示。）所示。v2）體積凝固）體積凝固v當合金的結晶溫度范圍很寬，或因鑄當合金的結晶溫度范圍很寬，或因鑄件截面溫度梯度很小，鑄件凝固時，其件截面溫度梯度很小，鑄件凝固時，其液固共存的凝固區(qū)域很寬，甚至貫穿整液固共存的凝固區(qū)域很寬，甚至貫穿整個鑄件截面，如圖個鑄件截面，如圖2-4c）所示。）所示。v3）中間凝固）中間凝固v金屬結晶溫度范圍很窄，或結晶溫度金屬結晶溫度范圍很窄，或結晶溫度范圍雖寬，但鑄件截面溫度梯度大，鑄范圍雖寬，但鑄件截面溫度梯度大，鑄件截面上的凝固區(qū)域寬

22、度介于逐層凝固件截面上的凝固區(qū)域寬度介于逐層凝固與體積凝固之間，如圖與體積凝固之間，如圖2-4b）所示。）所示。（四）（四）鑄件的收縮鑄件的收縮v1、收縮的基本概念、收縮的基本概念v鑄件在凝固和冷卻過程中，其體積減少鑄件在凝固和冷卻過程中，其體積減少的現(xiàn)象稱為收縮。收縮可分為液態(tài)收縮、的現(xiàn)象稱為收縮。收縮可分為液態(tài)收縮、凝固收縮和固態(tài)收縮，液態(tài)收縮和凝固凝固收縮和固態(tài)收縮，液態(tài)收縮和凝固收縮表現(xiàn)為合金的體積縮小，通常以體收縮表現(xiàn)為合金的體積縮小，通常以體積收縮率表示，它們是鑄件產(chǎn)生縮孔、積收縮率表示，它們是鑄件產(chǎn)生縮孔、縮松缺陷的基本原因。縮松缺陷的基本原因。v金屬從高溫金屬從高溫T0冷卻到冷

23、卻到T1時，其體時，其體(線線)收縮率以收縮率以單位體積單位體積(長度長度)的相對變化量來表示。的相對變化量來表示。v即：即：體收縮率體收縮率 %100)(%10010010TTVVVVV線收縮率線收縮率 %100)(%10010010TTlllllVl式中式中 V0、V1金屬在金屬在T0和和T1時的體積；時的體積； l0、l1金屬在金屬在T0和和T1時的長度；時的長度； 、金屬在金屬在T0-T1溫度范圍內(nèi)的體收縮系數(shù)和線收縮系數(shù)溫度范圍內(nèi)的體收縮系數(shù)和線收縮系數(shù)(1)。v合金的固態(tài)收縮，盡管也是體積變化合金的固態(tài)收縮，盡管也是體積變化,但但它只引起鑄件各部分尺寸的變化。因此，它只引起鑄件各部

24、分尺寸的變化。因此，通常用線收縮率來表示。固態(tài)收縮是鑄通常用線收縮率來表示。固態(tài)收縮是鑄件產(chǎn)生內(nèi)應力、裂紋和變形等缺陷的主件產(chǎn)生內(nèi)應力、裂紋和變形等缺陷的主要原因。要原因。v2）收縮的三個基本階段）收縮的三個基本階段 金屬由澆注溫度冷金屬由澆注溫度冷卻到室溫經(jīng)歷了液態(tài)收縮、凝固收縮和固態(tài)卻到室溫經(jīng)歷了液態(tài)收縮、凝固收縮和固態(tài)收縮三個相互關聯(lián)的收縮階段，如圖收縮三個相互關聯(lián)的收縮階段，如圖2-5所示。所示。v（1）液態(tài)收縮階段）液態(tài)收縮階段() 金屬從澆注溫度金屬從澆注溫度T澆澆冷卻到液相線溫度冷卻到液相線溫度T液過程中完全處于液態(tài)收液過程中完全處于液態(tài)收縮。由公式縮。由公式(2-1)可看出，可

25、看出，T澆愈高，過熱度澆愈高，過熱度(T澆澆T液液)愈大以及收縮系數(shù)較大，使液態(tài)愈大以及收縮系數(shù)較大，使液態(tài)收縮率增大。金屬體積收縮表現(xiàn)為型腔內(nèi)液收縮率增大。金屬體積收縮表現(xiàn)為型腔內(nèi)液面的降低。面的降低。v（2）凝固收縮階段）凝固收縮階段() 金屬自液相線溫度金屬自液相線溫度(T液液)冷卻到固相線溫度冷卻到固相線溫度(T固固)之間之間(包括狀態(tài)包括狀態(tài)的改變的改變)凝固階段的收縮。對于在一定溫度下凝固階段的收縮。對于在一定溫度下結晶的純金屬和共晶成分的合金，凝固收縮結晶的純金屬和共晶成分的合金，凝固收縮只由狀態(tài)改變引起。具有結晶溫度范圍的合只由狀態(tài)改變引起。具有結晶溫度范圍的合金，凝固收縮由狀

26、態(tài)改變和溫度下降兩部分金，凝固收縮由狀態(tài)改變和溫度下降兩部分產(chǎn)生，且隨結晶溫度間隔產(chǎn)生，且隨結晶溫度間隔(T液液T液液)的增大的增大而增大。而增大。v液態(tài)收縮和凝固收縮是鑄件產(chǎn)生縮孔和縮松液態(tài)收縮和凝固收縮是鑄件產(chǎn)生縮孔和縮松的基本原因。的基本原因。v（3）固態(tài)收縮階段）固態(tài)收縮階段 金屬自金屬自T液冷卻至室溫液冷卻至室溫的收縮。通常表現(xiàn)為鑄件外形尺寸的減少，的收縮。通常表現(xiàn)為鑄件外形尺寸的減少，故一般用線收縮率表示。它對鑄件的形狀和故一般用線收縮率表示。它對鑄件的形狀和尺寸精度影響很大，也是鑄件產(chǎn)生應力、變尺寸精度影響很大，也是鑄件產(chǎn)生應力、變形和裂紋等缺陷的基本原因。形和裂紋等缺陷的基本原

27、因。v金屬的總體收縮為上述三個階段收縮之和。金屬的總體收縮為上述三個階段收縮之和。它和金屬自身的成分、溫度和相變有關。它和金屬自身的成分、溫度和相變有關。 v2、鑄件的實際收縮、鑄件的實際收縮v金屬自身的成分、溫度和相變會影響鑄金屬自身的成分、溫度和相變會影響鑄件的收縮，實際上，它還會受到一些外件的收縮，實際上，它還會受到一些外界阻力的影響：界阻力的影響：v（1）鑄型表面的摩擦阻力）鑄型表面的摩擦阻力v鑄件收縮時，其表面與鑄型表面之間的鑄件收縮時，其表面與鑄型表面之間的摩擦與鑄件品質(zhì)，鑄型表面的平滑程度摩擦與鑄件品質(zhì)，鑄型表面的平滑程度有關。如碳鋼鑄件在粘土砂型中，這種有關。如碳鋼鑄件在粘土砂

28、型中，這種阻力使收縮率平均減少阻力使收縮率平均減少03。鑄型表。鑄型表面有涂料或覆料時，摩擦阻力可以忽略。面有涂料或覆料時，摩擦阻力可以忽略。v（2）熱阻力）熱阻力v鑄件各部分收縮時彼此制約產(chǎn)生的阻力。鑄件各部分收縮時彼此制約產(chǎn)生的阻力。 v（3）機械阻力）機械阻力 v鑄件收縮時，受到鑄型和型芯的阻力。鑄件收縮時，受到鑄型和型芯的阻力。 鑄件在鑄型中的收縮僅受到金屬表面與鑄件在鑄型中的收縮僅受到金屬表面與鑄型表面之間的摩擦阻力時，為自由收鑄型表面之間的摩擦阻力時，為自由收縮。如果鑄件在鑄型中的收縮受到其他縮。如果鑄件在鑄型中的收縮受到其他阻礙，則為受阻收縮。阻礙，則為受阻收縮。 v3、鑄件的、

29、鑄件的縮孔與縮松的形成與防止縮孔與縮松的形成與防止液態(tài)金屬在凝固過程中，由于液態(tài)收縮液態(tài)金屬在凝固過程中，由于液態(tài)收縮和凝固收縮，往往在鑄件最后凝固的部和凝固收縮，往往在鑄件最后凝固的部位出現(xiàn)大而集中的孔洞，稱縮孔；細小位出現(xiàn)大而集中的孔洞，稱縮孔；細小而分散的孔洞稱分散性縮孔，簡稱為縮而分散的孔洞稱分散性縮孔，簡稱為縮松。它們可使鑄件力學性能，氣密性等松。它們可使鑄件力學性能，氣密性等大大降低，以致成為廢品，是極其有害大大降低，以致成為廢品，是極其有害的鑄造缺陷之一。的鑄造缺陷之一。v（1）縮孔與縮松的形成）縮孔與縮松的形成v縮孔產(chǎn)生的基本原因是金屬的液態(tài)收縮和凝縮孔產(chǎn)生的基本原因是金屬的液

30、態(tài)收縮和凝固收縮值大于固態(tài)收縮值，且得不到補償。固收縮值大于固態(tài)收縮值，且得不到補償?？s孔形成的基本條件是金屬在恒溫或很窄的縮孔形成的基本條件是金屬在恒溫或很窄的溫度范圍內(nèi)結晶，鑄件由表及里逐層凝固。溫度范圍內(nèi)結晶，鑄件由表及里逐層凝固。 v縮松形成的基本原因也是金屬的液態(tài)收縮和縮松形成的基本原因也是金屬的液態(tài)收縮和凝固收縮大于固態(tài)收縮。但形成縮松的基本凝固收縮大于固態(tài)收縮。但形成縮松的基本條件是金屬的結晶溫度范圍較寬，呈體積凝條件是金屬的結晶溫度范圍較寬，呈體積凝固方式（也稱為糊狀凝固方式）?？s松常存固方式（也稱為糊狀凝固方式）?？s松常存在鑄件壁的中心區(qū)域、厚大部位、冒口根部在鑄件壁的中心區(qū)

31、域、厚大部位、冒口根部和內(nèi)澆道附近。和內(nèi)澆道附近。v由以上縮孔和縮松的形成過程，可得到以下由以上縮孔和縮松的形成過程，可得到以下規(guī)律：規(guī)律：v合金的液態(tài)收縮和凝固收縮愈大（如鑄鋼、合金的液態(tài)收縮和凝固收縮愈大（如鑄鋼、白口鑄鐵、鋁青銅），鑄件愈易形成縮孔；白口鑄鐵、鋁青銅），鑄件愈易形成縮孔；v合金的澆注溫度愈高，液態(tài)收縮愈大，愈合金的澆注溫度愈高，液態(tài)收縮愈大，愈易形成縮孔；易形成縮孔；v結晶溫度范圍寬的合金，傾向于體積凝固，結晶溫度范圍寬的合金，傾向于體積凝固，易形成縮松；純金屬和共晶成分合金傾向于易形成縮松；純金屬和共晶成分合金傾向于逐層凝固，易形成縮孔。逐層凝固，易形成縮孔。v（2）縮

32、孔和縮松的防止）縮孔和縮松的防止 v采用順序凝固原則：順序凝固是采用采用順序凝固原則：順序凝固是采用各種措施保證鑄件結構上各部分，從遠各種措施保證鑄件結構上各部分，從遠離冒口的部分到冒口之間建立一個逐漸離冒口的部分到冒口之間建立一個逐漸遞增的溫度梯度，實現(xiàn)由遠離冒口的部遞增的溫度梯度，實現(xiàn)由遠離冒口的部分最先凝固，向冒口的方向順序地凝固，分最先凝固，向冒口的方向順序地凝固，使縮孔移至冒口中，切除冒口即可獲得使縮孔移至冒口中，切除冒口即可獲得合格的鑄件。這是防止鑄件中產(chǎn)生縮孔合格的鑄件。這是防止鑄件中產(chǎn)生縮孔和縮松的基本原則。和縮松的基本原則。圖2-9順序凝固方式示意圖 v為了實現(xiàn)順序凝固原則，

33、采用的技術措施主為了實現(xiàn)順序凝固原則，采用的技術措施主要有：合理設計內(nèi)澆口位置及澆注技術；合要有：合理設計內(nèi)澆口位置及澆注技術；合理應用冒口、冷鐵和補貼等技術措施。在合理應用冒口、冷鐵和補貼等技術措施。在合理設計內(nèi)澆口位置及澆注技術方面，若按順理設計內(nèi)澆口位置及澆注技術方面，若按順序凝固方式，內(nèi)澆口應從鑄件厚大處引入，序凝固方式，內(nèi)澆口應從鑄件厚大處引入，盡可能靠近冒口或由冒口引入，如圖盡可能靠近冒口或由冒口引入，如圖2-9。澆。澆注技術主要指澆注溫度和澆注速度，用高的注技術主要指澆注溫度和澆注速度，用高的澆注溫度緩慢地澆注，金屬液流經(jīng)鑄型時間澆注溫度緩慢地澆注，金屬液流經(jīng)鑄型時間愈長，遠離澆

34、口處的液體溫度愈低，靠近澆愈長，遠離澆口處的液體溫度愈低，靠近澆口處溫度較高，能增加鑄件的縱向溫度，有口處溫度較高，能增加鑄件的縱向溫度，有利于順序凝固方式。利于順序凝固方式。圖2-10 冒口和冷鐵 圖2-11鑄件上的補貼（a）垂直補貼 (b)水平補貼v冒口的作用不僅是補縮，同時還為順序凝固冒口的作用不僅是補縮，同時還為順序凝固創(chuàng)造條件。冷鐵是用鑄鐵、鋼、銅和石墨等創(chuàng)造條件。冷鐵是用鑄鐵、鋼、銅和石墨等材料制成的激冷物。放入鑄型內(nèi)，用以加快材料制成的激冷物。放入鑄型內(nèi)，用以加快鑄件某一部分的冷卻速度，調(diào)節(jié)鑄件的凝固鑄件某一部分的冷卻速度，調(diào)節(jié)鑄件的凝固順序，與冒口相配合，可擴大冒口的有效補順序

35、，與冒口相配合，可擴大冒口的有效補縮距離縮距離(圖圖2-10)。在鑄件上加補貼。在鑄件上加補貼(圖圖2-11)，造成一個向冒口逐漸遞增的溫度梯度，形成造成一個向冒口逐漸遞增的溫度梯度，形成人為的補縮通道，可延長冒口的有效補縮距人為的補縮通道，可延長冒口的有效補縮距離。離。v加壓補縮：將鑄型置于壓力罐中，澆注后加壓補縮：將鑄型置于壓力罐中，澆注后使鑄件在壓力下凝固，可顯著消除或減輕顯使鑄件在壓力下凝固，可顯著消除或減輕顯微縮松。采用壓力鑄造、離心鑄造等特種鑄微縮松。采用壓力鑄造、離心鑄造等特種鑄造方法使鑄件在壓力下凝固，可有效防止縮造方法使鑄件在壓力下凝固，可有效防止縮孔和縮松。孔和縮松。v此外

36、，還可采用懸浮澆注、機械振動、電磁此外，還可采用懸浮澆注、機械振動、電磁場、離心力消除一般技術措施難于消除的縮場、離心力消除一般技術措施難于消除的縮孔和縮松。孔和縮松。（五）五）鑄造應力鑄造應力v1、概念、概念v鑄件在凝固和隨后的冷卻過程中，收縮鑄件在凝固和隨后的冷卻過程中，收縮受到阻礙而引起的內(nèi)應力，稱為鑄造應受到阻礙而引起的內(nèi)應力，稱為鑄造應力。鑄造應力分為熱應力、相變應力、力。鑄造應力分為熱應力、相變應力、和機械阻礙應力。和機械阻礙應力。v (1)熱應力熱應力v熱應力是由于鑄件壁厚不均，各部分冷卻速熱應力是由于鑄件壁厚不均，各部分冷卻速度不同，收縮量不同而產(chǎn)生的熱阻礙所造成度不同，收縮量

37、不同而產(chǎn)生的熱阻礙所造成的。落砂后熱應力仍存在于鑄件內(nèi)，是一種的。落砂后熱應力仍存在于鑄件內(nèi)，是一種殘余鑄造應力。殘余鑄造應力。v(2)相變應力相變應力v鑄件冷卻過程中，有的合金要經(jīng)歷固態(tài)相變，鑄件冷卻過程中，有的合金要經(jīng)歷固態(tài)相變，比容發(fā)生變化。當鑄件各部位溫度不同時，比容發(fā)生變化。當鑄件各部位溫度不同時，固態(tài)相變不同時發(fā)生，新舊兩相的比容差越固態(tài)相變不同時發(fā)生，新舊兩相的比容差越大，相變應力越大。鋼的各種組成相的比容大，相變應力越大。鋼的各種組成相的比容見表見表2-6。馬氏體的比容最大，如鑄件快速冷。馬氏體的比容最大，如鑄件快速冷卻時卻時(如水爆清砂如水爆清砂)，發(fā)生馬氏體相變產(chǎn)生較，發(fā)生

38、馬氏體相變產(chǎn)生較大的相變應力，可能使鑄件開裂，甚至斷裂。大的相變應力，可能使鑄件開裂，甚至斷裂。v (3)機械阻礙應力機械阻礙應力v鑄件在冷卻過程中因收縮受到箱帶、鑄型、鑄件在冷卻過程中因收縮受到箱帶、鑄型、型芯、澆注系統(tǒng)和冒口等的機械阻礙而產(chǎn)生型芯、澆注系統(tǒng)和冒口等的機械阻礙而產(chǎn)生的應力為機械阻礙應力。圖的應力為機械阻礙應力。圖2-13所示套筒筒所示套筒筒身及內(nèi)孔在固態(tài)收縮中受到舂制過緊的砂身及內(nèi)孔在固態(tài)收縮中受到舂制過緊的砂型凸出部分及型芯的阻礙，產(chǎn)生拉應力。當型凸出部分及型芯的阻礙，產(chǎn)生拉應力。當形成應力的原因一經(jīng)消除，如落砂、去除澆形成應力的原因一經(jīng)消除，如落砂、去除澆冒口后，應力也隨

39、之消失。因此，機械應力冒口后，應力也隨之消失。因此，機械應力是一種臨時應力。是一種臨時應力。圖2-13受砂型和砂芯機械阻礙的鑄件v2、鑄造應力對鑄件品質(zhì)的影響、鑄造應力對鑄件品質(zhì)的影響v（1）易使鑄件產(chǎn)生變形）易使鑄件產(chǎn)生變形v（2）開裂）開裂v盡量選用線收縮率小、彈性模量小盡量選用線收縮率小、彈性模量小(表表2-7)的合金。的合金。 表表2-7一些鑄造合金的彈性模量一些鑄造合金的彈性模量材料材料鋼鋼白口鑄鐵白口鑄鐵球鐵球鐵灰鑄鐵灰鑄鐵鋁合金鋁合金E/MPa196000166000135000182000735001080006500083000v采用同時凝固的技術采用同時凝固的技術 所謂同時

40、凝固是指采所謂同時凝固是指采取一些技術措施，使鑄件各部分溫差很小，取一些技術措施，使鑄件各部分溫差很小，幾乎同時進行凝固，如圖幾乎同時進行凝固，如圖2-14所示。因各部所示。因各部分溫差小，不易產(chǎn)生熱應力和熱裂，鑄件變分溫差小，不易產(chǎn)生熱應力和熱裂，鑄件變形小。形小。圖2-14 同時凝固方式示意圖 v合理設置澆冒口，緩慢冷卻，以減小合理設置澆冒口，緩慢冷卻，以減小鑄件各部分溫差；采用退讓性好的型、鑄件各部分溫差；采用退讓性好的型、芯砂。芯砂。v若鑄件已存在殘余應力，可采用人工若鑄件已存在殘余應力，可采用人工時效、自然時效或振動時效等方法消除。時效、自然時效或振動時效等方法消除。v（2）鑄件的裂

41、紋與防止）鑄件的裂紋與防止v當鑄造應力的總合超過金屬的抗拉強度極限當鑄造應力的總合超過金屬的抗拉強度極限時，鑄件便產(chǎn)生裂紋。時，鑄件便產(chǎn)生裂紋。v熱裂熱裂 熱裂一般是在凝固末期，金屬處于固熱裂一般是在凝固末期，金屬處于固相線附近的高溫時形成的。其形狀特征是裂相線附近的高溫時形成的。其形狀特征是裂縫短，縫隙寬，形狀曲折，縫內(nèi)呈氧化顏色?？p短，縫隙寬，形狀曲折，縫內(nèi)呈氧化顏色。v合理地調(diào)整合金成分（嚴格控制鋼和鐵中的合理地調(diào)整合金成分（嚴格控制鋼和鐵中的硫、磷含量），合理地設計鑄件結構，采用硫、磷含量），合理地設計鑄件結構，采用同時凝固的原則和改善型（芯）砂的退讓性，同時凝固的原則和改善型（芯）砂

42、的退讓性，都是防止熱裂的有效措施。都是防止熱裂的有效措施。v3、防止和減小鑄造應力的措施、防止和減小鑄造應力的措施v合理地設計鑄件的結構合理地設計鑄件的結構 v 鑄件的形狀愈復雜，各部分壁厚相鑄件的形狀愈復雜，各部分壁厚相差愈大，冷卻時溫度愈不均勻，鑄差愈大，冷卻時溫度愈不均勻，鑄造應力愈大。因此，在設計鑄件時造應力愈大。因此，在設計鑄件時應盡量使鑄件形狀簡單、對稱、壁應盡量使鑄件形狀簡單、對稱、壁厚均勻。厚均勻。v冷裂冷裂 冷裂是鑄件冷卻到低溫處于彈性狀態(tài)冷裂是鑄件冷卻到低溫處于彈性狀態(tài)時，所受應力總和大于該溫度下合金的抗拉時，所受應力總和大于該溫度下合金的抗拉強度而產(chǎn)生的。其形狀特征是：裂

43、紋細小，強度而產(chǎn)生的。其形狀特征是：裂紋細小，呈連續(xù)直線狀，縫內(nèi)有金屬光澤或輕微氧化呈連續(xù)直線狀，縫內(nèi)有金屬光澤或輕微氧化色。色。v脆性大、塑性差的金屬，如白口鑄鐵、高碳脆性大、塑性差的金屬，如白口鑄鐵、高碳鋼及某些合金鋼鑄件最易產(chǎn)生冷裂紋。大型鋼及某些合金鋼鑄件最易產(chǎn)生冷裂紋。大型復雜鑄件也易形成冷裂紋，防止冷裂的方法復雜鑄件也易形成冷裂紋，防止冷裂的方法是盡量減小鑄造應力。是盡量減小鑄造應力。 （五）（五）金屬的吸氣性金屬的吸氣性v1、概念、概念v金屬在熔煉過程中溶解氣體；在澆注過金屬在熔煉過程中溶解氣體；在澆注過程中因澆包未烘干、鑄型澆注系統(tǒng)設計程中因澆包未烘干、鑄型澆注系統(tǒng)設計不當、鑄

44、型秀氣性差以及澆注速度控制不當、鑄型秀氣性差以及澆注速度控制不當、或型腔內(nèi)氣體不能及時排出，都不當、或型腔內(nèi)氣體不能及時排出，都會使氣體進入金屬液，增加金屬中氣體會使氣體進入金屬液，增加金屬中氣體的含量這就構成了金屬的吸氣性。的含量這就構成了金屬的吸氣性。v2、金屬液吸收氣體的過程、金屬液吸收氣體的過程v（1）氣體分子撞擊到金屬液表面）氣體分子撞擊到金屬液表面v（2）在高溫金屬液表面上氣體分子離）在高溫金屬液表面上氣體分子離解為原子狀態(tài)解為原子狀態(tài)v（3）氣體原子根據(jù)與金屬元素之間的）氣體原子根據(jù)與金屬元素之間的親和力大小，以物理吸附方式或化學吸親和力大小，以物理吸附方式或化學吸附方式吸附在金

45、屬表面附方式吸附在金屬表面v（4）氣體原子擴散進入金屬液內(nèi)部）氣體原子擴散進入金屬液內(nèi)部3、氣體在金屬液中的溶解度、氣體在金屬液中的溶解度v在一定溫度和壓力條件下，金屬吸收氣體的在一定溫度和壓力條件下，金屬吸收氣體的飽和濃度，稱為該條件下氣體的溶解度。常飽和濃度，稱為該條件下氣體的溶解度。常用每用每100g金屬含有的氣體在標準狀態(tài)下的體金屬含有的氣體在標準狀態(tài)下的體積來表示積來表示(cm3100g)，有時也用溶解氣體，有時也用溶解氣體對金屬的質(zhì)量分數(shù)表示。對金屬的質(zhì)量分數(shù)表示。v影響氣體在金屬液中的溶解度的因素是：溫影響氣體在金屬液中的溶解度的因素是：溫度、金屬的化學成分和氣體在金屬液面上的度

46、、金屬的化學成分和氣體在金屬液面上的平衡分壓。如溫度對氣體在金屬中溶解度的平衡分壓。如溫度對氣體在金屬中溶解度的影響是隨溫度升高而增大。影響是隨溫度升高而增大。v4、氣體的析出與氣孔、氣體的析出與氣孔v氣體析出的三種方式：氣體析出的三種方式：v（1）氣體以原子態(tài)擴散到金屬表面，）氣體以原子態(tài)擴散到金屬表面，然后脫離吸附（蒸發(fā)）；然后脫離吸附（蒸發(fā)）；v（2）與金屬內(nèi)某元素形成化合物，以）與金屬內(nèi)某元素形成化合物，以非金屬夾雜物形式排出。非金屬夾雜物形式排出。v（3）以氣泡形式從金屬液中逸出。）以氣泡形式從金屬液中逸出。v4、氣孔、氣孔v氣孔是鑄造生產(chǎn)中最常見的缺陷之一。氣孔是鑄造生產(chǎn)中最常見的

47、缺陷之一。據(jù)統(tǒng)計，鑄件廢品中約三分之一是由于據(jù)統(tǒng)計，鑄件廢品中約三分之一是由于氣孔造成的。氣孔是氣體在鑄件內(nèi)形成氣孔造成的。氣孔是氣體在鑄件內(nèi)形成的孔洞，表面常常比較光滑、明亮或略的孔洞，表面常常比較光滑、明亮或略帶氧化色，一般呈梨形、橢圓形等。按帶氧化色，一般呈梨形、橢圓形等。按氣孔產(chǎn)生的原因和氣體來源不同，氣孔氣孔產(chǎn)生的原因和氣體來源不同，氣孔大致可分為侵入氣孔、析出氣孔和反應大致可分為侵入氣孔、析出氣孔和反應氣孔三類。氣孔三類。v（1）侵入氣孔）侵入氣孔v侵入氣孔是澆注過程中熔融金屬和鑄型侵入氣孔是澆注過程中熔融金屬和鑄型之間的熱作用，使砂型或型芯中的揮發(fā)之間的熱作用，使砂型或型芯中的揮

48、發(fā)物（水分、粘結劑、附加物）揮發(fā)生成物（水分、粘結劑、附加物）揮發(fā)生成以及型腔中原有的空氣，在界面上超過以及型腔中原有的空氣，在界面上超過一定臨界值時，氣體就會侵入金屬液而一定臨界值時，氣體就會侵入金屬液而未上浮逸出所形成的氣孔。侵入的氣體未上浮逸出所形成的氣孔。侵入的氣體一般是水蒸氣、一氧化碳、二氧化碳、一般是水蒸氣、一氧化碳、二氧化碳、氧氣、碳氫化合物等。氧氣、碳氫化合物等。v防止侵入氣孔產(chǎn)生的主要措施有：減小防止侵入氣孔產(chǎn)生的主要措施有：減小型（芯）砂的發(fā)氣量、發(fā)氣速度，增加型（芯）砂的發(fā)氣量、發(fā)氣速度，增加鑄型、型芯的透氣性；或是在鑄型表面鑄型、型芯的透氣性；或是在鑄型表面刷涂料，使型

49、砂與熔融金屬隔開，阻止刷涂料，使型砂與熔融金屬隔開，阻止氣體侵入等。氣體侵入等。v（2）析出氣孔）析出氣孔v溶解于熔融金屬中的氣體在冷卻和凝固溶解于熔融金屬中的氣體在冷卻和凝固過程中，由于溶解度的下降而從合金中過程中，由于溶解度的下降而從合金中析出，當鑄件表面已凝固，氣泡來不及析出，當鑄件表面已凝固，氣泡來不及排除而保留，在鑄件中形成的氣孔，稱排除而保留，在鑄件中形成的氣孔，稱析出氣孔。析出氣孔。v防止析出性氣孔的主要措施有：減少合防止析出性氣孔的主要措施有：減少合金的吸氣量；對金屬進行除氣處理；提金的吸氣量；對金屬進行除氣處理；提高冷卻速度或使鑄件在壓力下凝固，阻高冷卻速度或使鑄件在壓力下凝

50、固，阻止氣體析出等。止氣體析出等。v（3）反應氣孔）反應氣孔v澆入鑄型的熔融金屬與鑄型材料、芯撐、冷澆入鑄型的熔融金屬與鑄型材料、芯撐、冷鐵或熔渣之間發(fā)生化學反應產(chǎn)生的氣體在鑄鐵或熔渣之間發(fā)生化學反應產(chǎn)生的氣體在鑄件中形成的孔洞，稱反應氣孔。由鑄型、芯件中形成的孔洞，稱反應氣孔。由鑄型、芯撐、冷鐵等與合金反應形成的氣孔，多位于撐、冷鐵等與合金反應形成的氣孔，多位于鑄件皮下鑄件皮下12 mm處，直徑約為處，直徑約為13 mm，稱皮下氣孔或針孔。反應氣孔形成的原因和稱皮下氣孔或針孔。反應氣孔形成的原因和方式較為復雜。不同合金防止的方法也有所方式較為復雜。不同合金防止的方法也有所區(qū)別，但芯撐、冷鐵表

51、面無油、無銹并保持區(qū)別，但芯撐、冷鐵表面無油、無銹并保持干燥，是防止反應氣孔出現(xiàn)的主要措施之一干燥，是防止反應氣孔出現(xiàn)的主要措施之一。v5、氣體對鑄件品質(zhì)的影響、氣體對鑄件品質(zhì)的影響v（1）氣孔不僅會減少有效截面積，而）氣孔不僅會減少有效截面積，而且能使局部造成應力集中成為零件斷裂且能使局部造成應力集中成為零件斷裂的裂紋源，尤其是開關不規(guī)則的氣孔，的裂紋源，尤其是開關不規(guī)則的氣孔，使金屬強度下降，而且會降低零件的疲使金屬強度下降，而且會降低零件的疲勞強度。勞強度。v（2）以固溶體形式存在的氣體，雖然）以固溶體形式存在的氣體，雖然危害較小，但會降低鑄件的韌度。危害較小，但會降低鑄件的韌度。v（3

52、）金屬液含有氣體也會影響到它的）金屬液含有氣體也會影響到它的鑄造性能。鑄造性能。（六）（六）鑄件的化學成分偏析鑄件的化學成分偏析v1、概念、概念v鑄件（尤其是厚壁鑄件）凝固后截面上鑄件（尤其是厚壁鑄件）凝固后截面上不同部位，以至晶粒內(nèi)部，產(chǎn)生化學成不同部位，以至晶粒內(nèi)部，產(chǎn)生化學成分不均勻的現(xiàn)象，稱為偏析。分不均勻的現(xiàn)象，稱為偏析。v2、種類、種類v1）微觀偏析）微觀偏析晶內(nèi)偏析（枝晶偏析）和晶晶內(nèi)偏析（枝晶偏析）和晶界偏析。界偏析。v（1）晶內(nèi)偏析：）晶內(nèi)偏析： 產(chǎn)生于具有結晶溫度范圍產(chǎn)生于具有結晶溫度范圍能形成固溶體的合金中。能形成固溶體的合金中。 v（2）晶界偏析：鑄件在凝固過程中有以下

53、兩）晶界偏析：鑄件在凝固過程中有以下兩種情況能夠產(chǎn)生晶界偏析。種情況能夠產(chǎn)生晶界偏析。v兩個晶粒相對生長，相互接近，相遇。兩個晶粒相對生長，相互接近，相遇。v晶界位置與晶粒生長方向平行。晶界位置與晶粒生長方向平行。 v2）宏觀偏析）宏觀偏析正偏析和逆偏析。正偏析和逆偏析。v（1）正偏析）正偏析 鑄件或鑄錠凝固時，由于型壁鑄件或鑄錠凝固時，由于型壁強烈地定向散熱，在進行凝固的合金內(nèi)形成強烈地定向散熱，在進行凝固的合金內(nèi)形成一個溫度梯度，于是，凝固不是在整個截面一個溫度梯度，于是，凝固不是在整個截面同時進行，而是從與鑄型壁相接觸的外層開同時進行，而是從與鑄型壁相接觸的外層開始。始。v（2）逆偏析）

54、逆偏析 當溶質(zhì)的分配系數(shù)當溶質(zhì)的分配系數(shù)k1的合金進的合金進行凝固時，凝固界面上將有一部分溶質(zhì)排向行凝固時，凝固界面上將有一部分溶質(zhì)排向液相，隨著溫度的降低，溶質(zhì)的濃度在固濃液相，隨著溫度的降低，溶質(zhì)的濃度在固濃界面處的液相中逐漸增加，愈是后來結晶的界面處的液相中逐漸增加，愈是后來結晶的固相，溶質(zhì)濃度越高，這種成分偏析稱之為固相，溶質(zhì)濃度越高，這種成分偏析稱之為逆偏析。逆偏析。二、鑄件的結構設計及幾何形狀特征二、鑄件的結構設計及幾何形狀特征（一）（一）鑄件設計的一般原則鑄件設計的一般原則v1、必須針對不同的鑄造合金的性能、必須針對不同的鑄造合金的性能、鑄造方法產(chǎn)品多少和生產(chǎn)條件，綜合考鑄造方法

55、產(chǎn)品多少和生產(chǎn)條件，綜合考慮合理的結構。慮合理的結構。v2、鑄件壁厚的變化對金屬的力學性能、鑄件壁厚的變化對金屬的力學性能均有影響。均有影響。v3、鑄件的最小壁厚必須結合零件的復、鑄件的最小壁厚必須結合零件的復雜程度、尺寸大小、材料以及制造技術雜程度、尺寸大小、材料以及制造技術來確定；來確定；v4、簡化模型設計；、簡化模型設計；v5、易于造型及合理確定分型面，盡量、易于造型及合理確定分型面，盡量避免或減少采用型芯，便于落砂清理；避免或減少采用型芯，便于落砂清理；v6、考慮澆注的特點；、考慮澆注的特點；v7、充分考慮材料的不同特性。、充分考慮材料的不同特性。 （二）（二）鑄件的結構要素設計鑄件的

56、結構要素設計v考慮以下幾個方面因素：考慮以下幾個方面因素：v1、鑄件的最小壁厚；、鑄件的最小壁厚；v2、鑄件的臨界壁厚；、鑄件的臨界壁厚；v3、鑄件的內(nèi)壁厚度；、鑄件的內(nèi)壁厚度；v4、鑄件壁的過渡和連接；、鑄件壁的過渡和連接；v5、筋；、筋；v6、鑄造斜度；、鑄造斜度；v7、凸臺。、凸臺。（三）（三）適宜鑄造技術的鑄件結構設計適宜鑄造技術的鑄件結構設計及幾何形狀特征及幾何形狀特征v在鑄件結構設計中應強調(diào)：在鑄件結構設計中應強調(diào)：v1、簡化或減少分型面的鑄件結構設計、簡化或減少分型面的鑄件結構設計及幾何形狀特征；及幾何形狀特征；v2、減少型芯總數(shù)量的鑄件結構設計及、減少型芯總數(shù)量的鑄件結構設計及

57、幾何形狀特征；幾何形狀特征；v3、方便起模的鑄件結構設計及幾何形、方便起模的鑄件結構設計及幾何形狀特征；狀特征；v4、有利于型芯的固定和排氣的鑄件結、有利于型芯的固定和排氣的鑄件結構設計及幾何形狀特征；構設計及幾何形狀特征；v5、避免變形和裂紋的鑄件結構設計及、避免變形和裂紋的鑄件結構設計及幾何形狀特征；幾何形狀特征；v6、有利于防止夾渣、氣孔產(chǎn)生的鑄件、有利于防止夾渣、氣孔產(chǎn)生的鑄件結構設計及幾何形狀特征；結構設計及幾何形狀特征；v7、有利于鑄件清理的鑄件結構設計及、有利于鑄件清理的鑄件結構設計及幾何形狀特征。幾何形狀特征。（四）（四）適宜鑄造合金性能的鑄件結構適宜鑄造合金性能的鑄件結構設計

58、及幾何形狀特征設計及幾何形狀特征v進行鑄件結構設計，不僅要保證其使用進行鑄件結構設計，不僅要保證其使用性能和機械性能要求，還必需考慮鑄造性能和機械性能要求，還必需考慮鑄造工藝和合金鑄造性能對鑄件結構的要求，工藝和合金鑄造性能對鑄件結構的要求，使鑄件的結構與這些要求相適應。使這使鑄件的結構與這些要求相適應。使這些鑄件具有良好的工藝性，以便保證鑄些鑄件具有良好的工藝性，以便保證鑄件質(zhì)量，降低生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)率。件質(zhì)量，降低生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)率。（五）（五）合金鑄造性能對鑄件結構的要求合金鑄造性能對鑄件結構的要求 v鑄件的結構，如果不能滿足合金鑄造性鑄件的結構，如果不能滿足合金鑄造性能的要求，將可

59、能產(chǎn)生澆不足、冷隔、能的要求，將可能產(chǎn)生澆不足、冷隔、縮松、氣孔、裂紋和變形等缺陷?？s松、氣孔、裂紋和變形等缺陷。（六）（六）鑄造工藝對鑄件結構的要求鑄造工藝對鑄件結構的要求v合理的鑄件結構設計，除了滿足零件的合理的鑄件結構設計，除了滿足零件的使用性能要求外，還應使其鑄使用性能要求外，還應使其鑄 造工藝過造工藝過程盡量簡單。以提高生產(chǎn)效率，降低廢程盡量簡單。以提高生產(chǎn)效率，降低廢品率，為生產(chǎn)過程的機械化創(chuàng)造條件。品率，為生產(chǎn)過程的機械化創(chuàng)造條件。v1、鑄件壁厚的設計、鑄件壁厚的設計v（l）鑄件的壁厚應合理：鑄件的壁厚應合理：v1）鑄件的最小壁厚）鑄件的最小壁厚 在一定鑄造條件下，鑄造合金在一定

60、鑄造條件下，鑄造合金液能充滿鑄型的最小厚度稱為該鑄造合金的最小壁液能充滿鑄型的最小厚度稱為該鑄造合金的最小壁厚。厚。v2)鑄件的臨界壁厚鑄件的臨界壁厚 由于厚壁鑄件易產(chǎn)生縮孔、縮由于厚壁鑄件易產(chǎn)生縮孔、縮松、晶粒粗大、偏析等缺陷，鑄件的力學性能下降。松、晶粒粗大、偏析等缺陷，鑄件的力學性能下降。 3)鑄件的內(nèi)壁厚度鑄件的內(nèi)壁厚度 砂型鑄造時，散熱條件差的鑄砂型鑄造時，散熱條件差的鑄件內(nèi)壁，即使內(nèi)壁厚度與外壁厚度相等，由于它的件內(nèi)壁，即使內(nèi)壁厚度與外壁厚度相等，由于它的凝固速度比外壁慢，力學性能往往比外壁低。凝固速度比外壁慢，力學性能往往比外壁低。 v（2）鑄件的壁厚應均勻。鑄件的壁厚應均勻。v