工程材料與金屬工藝學(xué)鑄造

工程材料與金屬工藝學(xué)鑄造第1頁(yè)，課件共36頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

鑄造是將液態(tài)金屬澆入具有造型的鑄型的空腔中，待冷卻凝固后，以獲得鑄件的方法。

通常，鑄件一般為工件的毛坯，經(jīng)切削加工后才成為零件。鑄件的獲得，其基本的方法為

砂型鑄造

除此之外，還有熔模鑄造；金屬型鑄造；壓力鑄造；低壓鑄造；離心鑄造等，統(tǒng)稱為鑄造

第2頁(yè)，課件共36頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

無(wú)論是采用何種鑄造方法，都必須把金屬熔為液態(tài)，故：

鑄造工藝的實(shí)質(zhì)就是液態(tài)成型

鑄造適應(yīng)于在：

制造形狀復(fù)雜的零件毛坯，如：機(jī)床的床身、內(nèi)燃機(jī)的缸體，船用螺旋槳和帶輪等。第3頁(yè)，課件共36頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月鑄造的優(yōu)點(diǎn)：

見教材第4頁(yè)，課件共36頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第一節(jié)鑄造的基本原理制造模型配制型砂造型合箱澆注落砂清理制造型芯盒配置型芯砂造芯熔化金屬檢驗(yàn)第5頁(yè)，課件共36頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第6頁(yè)，課件共36頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月從上述的工藝概況中看到：

金屬要從固體到液體又轉(zhuǎn)變成固體的過(guò)程，在這個(gè)過(guò)程中，金屬與爐氣、熔渣、鑄型等作用，發(fā)生復(fù)雜的物理、化學(xué)變化，如氧化、吸氣、結(jié)晶、收縮和內(nèi)應(yīng)力的形成等，這些相互作用，使鑄造易產(chǎn)生一些缺陷。

那么，鑄造質(zhì)量與合金的鑄造性的關(guān)系有哪些第7頁(yè)，課件共36頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第二節(jié)鑄件成型工藝基礎(chǔ)一.金屬的鑄造性：

1.流動(dòng)性

流動(dòng)性：液態(tài)金屬本身的流動(dòng)能力。即液態(tài)合金充填鑄型的能力。

阻力（砂型）砂型中氣體壓力阻礙：充填

凝固

第8頁(yè)，課件共36頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月影響流動(dòng)性的因數(shù)：1.合金的成分

在共晶成分時(shí)最好

Tc=4.3%

成分中的硅、磷可提高鐵水的流動(dòng)性，硫則相反。

第9頁(yè)，課件共36頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.澆注的溫度

澆注的溫度對(duì)流動(dòng)性的影響性極為重要澆注的溫度高：流動(dòng)性好，冷卻速度慢；有利于防止?jié)膊蛔?、冷隔等缺陷?/p>

但吸氣多，氧化嚴(yán)重，鑄件易出現(xiàn)氣孔、縮孔等缺陷第10頁(yè)，課件共36頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3.充填條件

鑄件的設(shè)計(jì)對(duì)液態(tài)金屬流動(dòng)的阻力大小都會(huì)影響流動(dòng)性。

型腔的大小澆口截面的大小

鑄型透氣和排氣的能力故鑄件設(shè)計(jì)有一個(gè)“最小壁厚”的問(wèn)題第11頁(yè)，課件共36頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

二.鑄件的收縮

鑄件在凝固和冷卻過(guò)程中，其體積和尺寸減少的現(xiàn)象，稱為收縮。合金從液相線上的收縮，即鑄件在型腔內(nèi)液體的降低，稱液態(tài)收縮；合金從液態(tài)到室溫的體積變化，稱體收縮；

分別以收縮率來(lái)表示。第12頁(yè)，課件共36頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（一）收縮階段的劃分

鑄造合金從澆注溫度冷卻到室溫的收縮過(guò)程，劃分為三個(gè)階段：

1.液態(tài)收縮

指從澆注溫度冷卻到凝固開始溫度之間，合金處于液態(tài)下的收縮。

其結(jié)果使型腔液面降低，是形成縮孔的基本原因之一。第13頁(yè)，課件共36頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

2.凝固收縮

指從凝固開始溫度到凝固結(jié)束溫度之間，合金處于凝固產(chǎn)生的收縮。

其結(jié)果：仍然表現(xiàn)為型腔液面降低，形成縮孔，而對(duì)凝固溫度范圍較大的合金，則產(chǎn)生縮松。第14頁(yè)，課件共36頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3.固態(tài)收縮

指從凝固結(jié)束溫度冷卻到室溫之間，合金處于固態(tài)下的收縮。

其結(jié)果：直接影響鑄件的精度，產(chǎn)生鑄造應(yīng)力，變形和裂紋第15頁(yè)，課件共36頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（二）影響鑄件收縮的原因

收縮的程決定于：

合金的成分

澆注溫度

鑄型條件鑄件結(jié)構(gòu)第16頁(yè)，課件共36頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月合金成分

不同合金，收縮率差異很大。碳素鑄鋼體收縮率為10～15％；灰口鑄鐵體收縮率為5～8％；

兩者比較的原因：石墨的存在原因

鑄鐵中的碳大部分以石墨形式存在，石墨的比容較大，每析出1％石墨，鑄鐵的體積膨脹2%,抵消了部分的收縮，灰口鑄鐵中增加T、Si含量和減少S含量可使收縮率減少。

第17頁(yè)，課件共36頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月澆注溫度

主要影響液態(tài)收縮，澆注溫度越高，則液態(tài)收縮相應(yīng)增加。第18頁(yè)，課件共36頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月鑄件結(jié)構(gòu)和鑄型條件

鑄件的收縮不同于合金的收縮－受到鑄件結(jié)構(gòu)和鑄型的阻礙。要求在鑄件的設(shè)計(jì)和制造模型時(shí)，不應(yīng)采用合金的線收縮率，而應(yīng)根據(jù)鑄件收縮受阻情況決定收縮率。

第19頁(yè)，課件共36頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（三）鑄件上的縮孔和縮松

1.縮孔和縮松的形成

鑄件在冷凝過(guò)程中，由于合金的液態(tài)收縮和凝固收縮得不到液態(tài)合金的補(bǔ)充，在鑄件的最后凝固部分將形成縮孔和縮松。

第20頁(yè)，課件共36頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月縮孔的形成過(guò)程

1.將金屬液澆注到圓形的型腔中；

2.假定型腔頂面散熱極慢，型腔的周邊和底部散熱較快－－凝固成一層外殼，由于液態(tài)收縮和凝固收縮的結(jié)果，未凝固的液面要下降；

3.隨著不斷降溫，凝固外殼逐漸加厚，液面繼續(xù)下降；

第21頁(yè)，課件共36頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

4.直到凝固完畢，在鑄件上部分形成縮孔；

5.已產(chǎn)生縮孔的鑄件冷卻到室溫，由于固態(tài)收縮，縮孔的體積略有減少。

第22頁(yè)，課件共36頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.縮松的形成

對(duì)具有一定凝固溫度范圍的合金，凝固是在較大的區(qū)域內(nèi)同時(shí)進(jìn)行，先產(chǎn)生樹技晶體相互交錯(cuò)，將金屬液分割成許多細(xì)小而分散的封閉區(qū)域，當(dāng)這些區(qū)域中金屬液凝固時(shí)得不到補(bǔ)充，就形成縮松。第23頁(yè)，課件共36頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月縮孔與縮松位置的決定

1.畫等溫線法；

2.畫內(nèi)接園法；

3.防止產(chǎn)生縮孔和縮松的原則：

順序凝固原則

同時(shí)凝固原則

第24頁(yè)，課件共36頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月順序凝固原則

這是一種防止鑄件的物理缺陷的方法之一

方法：使鑄件的凝固順序按薄壁－厚壁－冒口的順序進(jìn)行，把縮孔集中在冒口中。保證鑄件的致密性，為了使冒口真正起到補(bǔ)縮作用，必須保證冒口最后凝固，故冒口的尺寸要足夠大，有條件應(yīng)使金屬?gòu)膬?nèi)澆口流經(jīng)冒口，再進(jìn)入型腔。

第25頁(yè)，課件共36頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第26頁(yè)，課件共36頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

優(yōu)點(diǎn)：可以把縮孔留在冒口。缺點(diǎn)：1.鑄件各部分的溫差大，會(huì)引起熱應(yīng)力，僅從考慮解決縮孔、縮松的問(wèn)題；

2.增加金屬的消耗和切割冒口的工作量；

3.為防止熱變形，還要采取一些措施，如加冷鐵等。

第27頁(yè)，課件共36頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月同時(shí)凝固原則

使鑄件在凝固時(shí)各部分幾乎沒(méi)有溫差，同時(shí)凝固。

方法：把內(nèi)澆口開設(shè)在鑄件的最薄處，在最厚處采取加速冷卻的方法（設(shè)置冷鐵，使冷鐵與鑄件的表面接觸，澆注后不與鑄件熔接，可以重復(fù)使用）。第28頁(yè)，課件共36頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第29頁(yè)，課件共36頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月冷鐵

有內(nèi)冷鐵和外冷鐵兩種：

內(nèi)冷鐵：在造型時(shí)放入型腔中，澆注后被高溫金屬液所包圍，存于鑄件之中，其冷卻效果較外冷鐵好，但會(huì)影響鑄件的內(nèi)在質(zhì)量。

外冷鐵：造型時(shí)放置在型腔之外，澆注后不與鑄件溶接，冷卻效果沒(méi)有內(nèi)冷鐵好。

第30頁(yè)，課件共36頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月優(yōu)缺點(diǎn)

鑄件熱應(yīng)力小，不易變形，但中心區(qū)域有縮松，組織不夠致密。第31頁(yè)，課件共36頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月兩種凝固原則的適用場(chǎng)合

兩種凝固順序的優(yōu)缺點(diǎn)截然不同，所以應(yīng)根據(jù)合金的種類、鑄件的結(jié)構(gòu)和工作條件來(lái)選擇，一般地：

收縮較大的合金（鑄鋼、可鍛鑄鐵、黃銅）；壁厚有較大懸殊或有熱節(jié)存在；要求氣密性高的鑄件，采用順序凝固原則（定向凝固原則）第32頁(yè)，課件共36頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

對(duì)于收縮小的合金（碳、硅含量較高的灰口鑄鐵等）；壁厚均勻的薄壁鑄件，采用同時(shí)凝固原則。

第33頁(yè)，課件共36頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月而對(duì)于結(jié)構(gòu)復(fù)雜的鑄件，要求既要防止縮孔和縮松，又要減少變形和裂紋，就需聯(lián)合運(yùn)用兩個(gè)原則，進(jìn)行復(fù)合的凝固原則。例:鑄造一個(gè)蓋（