金屬工藝學(xué)課件：鑄造 -

鑄造2.1合金的鑄造性能一、鑄造生產(chǎn)的特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：可鑄出結(jié)構(gòu)形狀復(fù)雜的鑄件;適應(yīng)性廣；成本低。缺點(diǎn)：鑄件組織性能差；生產(chǎn)工序多，質(zhì)量不穩(wěn)定，廢品率高；工作條件差，勞動強(qiáng)度高。鑄造非常重要，在一般的機(jī)械設(shè)備中，鑄件占機(jī)器總量的45%-90%，而鑄件的成本僅占機(jī)器總量的20%-25%。二、鑄造的分類鑄造砂型鑄造特種鑄造熔模鑄造壓力鑄造低壓鑄造離心鑄造金屬型鑄造

三、

鑄造工藝的工藝特點(diǎn)合金的鑄造性能：流動性(fluidity)、收縮性(contractility)、吸氣性、各部位的成分不均勻性(偏析)(segregation)等。一、液態(tài)金屬的充型能力

液態(tài)金屬充滿鑄型型腔、獲得形狀完整、輪廓清晰的鑄件的能力，叫做液態(tài)金屬的充型能力(mo1dfillingcapacity)。

1、合金的流動性對充型能力的影響

圖2-2所示為鐵碳合金的流動性與成分的關(guān)系。

2、澆鑄（pouring）條件對充型能力的影響

a澆注溫度

b充型壓力

c澆注系統(tǒng)

3、鑄型條件對充型能力的影響

四、合金的凝固特性

1、逐層凝固純金屬或共晶成分合金在恒溫下結(jié)晶，凝固過程中鑄件截面上的凝固區(qū)域?qū)挾葹榱悖孛嫔瞎桃簝上嘟缑娣置?，隨著溫度的下降，固相區(qū)不斷增大，逐漸到達(dá)鑄件中心，這種凝固方式稱為“逐層凝固”。如圖2-3所示。2、中間凝固金屬的結(jié)晶溫度范圍較窄?；蚪Y(jié)晶溫度范圍雖寬，但鑄件截面溫度梯度大。鑄件截面上的凝固區(qū)域?qū)挾冉橛谥饘幽膛c體積凝出之間，稱為“中間凝固”方法。3、體積凝固當(dāng)合金的結(jié)晶溫度范圍很寬，或因鑄件截面溫度梯度很小，鑄件凝固的某段時間內(nèi)，其液固共存的凝固區(qū)域很寬，甚至貫穿整個鑄件截面，這種凝固方式稱為“體積凝固”。影響凝固方式的主要因素：

a合金的結(jié)晶溫度范圍（取決于合金成分）(范圍越小越趨于逐層凝固)b鑄件的溫度梯度（梯度越大越趨于逐層凝固）

凝固方式對鑄件質(zhì)量影響：通常，逐層凝固時，合金的充型能力強(qiáng)，產(chǎn)生冷隔、澆不足、縮孔、編析、熱裂等缺陷的傾向小。五、合金的收縮性

a金屬的液態(tài)收縮和凝固收縮

b固態(tài)收縮是產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力以至引起變形和產(chǎn)生裂紋的主要原因。1、影響收縮的因素化學(xué)成分、澆注溫度、鑄件結(jié)構(gòu)與鑄型條件2、收縮對鑄件質(zhì)量的影響a縮孔和縮松的產(chǎn)生縮孔：純金屬和共晶合金在恒溫下結(jié)晶，逐層凝固?？s孔常集中在鑄件上部或粗大部位等最后凝固的區(qū)域?？s松：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)同時進(jìn)行的，容易形成縮松。縮松常分布在鑄件壁的軸線區(qū)域及厚大部位。b鑄造應(yīng)力、變形和裂紋1）熱應(yīng)力鑄件壁厚不均勻，各部分冷卻速度不同，以致在同一時期內(nèi)各部分收縮不一致引起的應(yīng)力。2）機(jī)械應(yīng)力合金的線收縮受到鑄型、型芯、澆筑系統(tǒng)和冒口的機(jī)械阻礙作用而形成的應(yīng)力。3、防止縮孔和縮松的方法：順序凝固原則設(shè)置冒口、冷鐵閥體鑄件的兩種鑄造方案：左側(cè)是未安設(shè)冒口時，在熱節(jié)處(即內(nèi)接圓直徑最大的厚大部位），可能產(chǎn)生縮孔，右側(cè)為安設(shè)冒口和冷鐵后，因鑄件實(shí)現(xiàn)順序凝固而免除了縮孔的出現(xiàn)。4、減少鑄造應(yīng)力的方法：

a同時凝固原則：澆口開在薄壁處、厚壁處放冷鐵。b改善鑄型和砂芯的退讓性5、順序凝固原則與同時凝固原則鑄件上重要表面放鑄型下面，如果做不到可放側(cè)面或傾斜放置，截面較厚的部分放上面便于設(shè)冒口補(bǔ)縮床身的主要工作面朝下卷揚(yáng)筒的工作面置于側(cè)壁2.2、常用鑄造合金的鑄造性能特點(diǎn)1、鑄鐵

a.灰鑄鐵：熔點(diǎn)較低，流動性好，凝固溫度范圍小，凝固收縮小。具有良好的鑄造性能。

b.可鍛鑄鐵：熔點(diǎn)比灰鑄鐵高，凝固溫度范圍較大，流動性差。體積收縮和線收縮都較大。提高澆注溫度，采取順序凝固原則，設(shè)置冒口和冷鐵。

c.球墨鑄鐵：性能介于灰鑄鐵和鑄鋼之間，流動性和灰鑄鐵基本相同。但球化處理時鐵水溫度有所下降，必須提高鐵水出爐溫度。球墨鑄鐵在凝固收縮前有較大的膨脹。應(yīng)采用提高鑄型剛度，增設(shè)冒口等防止縮孔、縮松的產(chǎn)生。2、鑄鋼

a熔點(diǎn)高，易產(chǎn)生粘砂：型砂具有較高的耐火性、透氣性和強(qiáng)度。

b流動性比鑄鐵差，應(yīng)采用干砂型，增大澆注系統(tǒng)截面積，保證足夠的澆注溫度等提高充型能力。

c收縮性大，要設(shè)置較多、尺寸較大的冒口，采用順序凝固原則防止縮孔、縮松的產(chǎn)生。(見左下圖)。對壁厚均勻的薄壁鑄鋼件，可采用同時凝固原則和多通道的內(nèi)澆口(見右下圖)，使鋼液能盡快而均勻地填充砂型。

3、鑄造有色金屬

常用的有鋁合金和銅合金，大都流動性好、收縮性大、易吸氣和氧化。熔點(diǎn)低，易被污染和燒損。因而應(yīng)在坩堝爐內(nèi)進(jìn)行熔化。

2.3砂型鑄造型（芯）砂通常由石英砂、粘土（或其它粘結(jié)材料）和水按一定的比例混制而成的。型（芯）砂要具有“一強(qiáng)三性”，即一定的強(qiáng)度、透氣性、耐火性和退讓性。砂型鑄造的特點(diǎn)應(yīng)用：機(jī)床床身、軋鋼機(jī)機(jī)器、混速器箱體、帶輪等一般鑄件常用砂型鑄造。一、砂型鑄造工藝過程

2.2鑄造工藝的工藝特點(diǎn)

一、液態(tài)金屬的充型能力1、合金的流動性對充型能力的影響2、澆鑄（pouring）條件對充型能力的影響

a澆注溫度

b充型壓力

c澆注系統(tǒng)3、鑄型條件對充型能力的影響

第4次課重點(diǎn)內(nèi)容

2.2鑄造工藝的工藝特點(diǎn)

二、合金的凝固特性第4次課重點(diǎn)內(nèi)容收縮液態(tài)收縮凝固收縮固態(tài)收縮內(nèi)應(yīng)力變形、裂紋縮孔、縮松改善退讓性合金的收縮性第4次課重點(diǎn)內(nèi)容二、鑄件結(jié)構(gòu)工藝性1、鑄件結(jié)構(gòu)應(yīng)利于簡化鑄造工藝a鑄件外形要盡量簡單，并盡量少用曲面，盡量避免使用活塊。

b鑄件內(nèi)腔結(jié)構(gòu)應(yīng)符合鑄造工藝要求，盡量不用或少用型芯。c鑄件的結(jié)構(gòu)斜度凡垂直于分型面的非加工表面，應(yīng)留一定大小的結(jié)構(gòu)斜度，以利于起模和保證鑄件尺寸精度。2、鑄件結(jié)構(gòu)應(yīng)利于避免產(chǎn)生鑄件缺陷

a壁厚合理最小壁厚，盡量減小壁厚（細(xì)化晶粒，節(jié)省材料）為保證強(qiáng)度可用加強(qiáng)筋，避免厚大截面。b鑄件壁厚力求均勻c鑄件壁的連接鑄件拐彎和交接處應(yīng)采用較大的圓角連接，避免銳角結(jié)構(gòu)，以避免因應(yīng)力集中而產(chǎn)生開裂。d避免較大水平面

為什么鑄件要有結(jié)構(gòu)圓角？如何修改下圖鑄件上的不合理圓角？鑄件的結(jié)構(gòu)工藝性結(jié)構(gòu)斜度內(nèi)腔外形壁厚連接避免大水平面鑄造工藝鑄件質(zhì)量

2.4特種鑄造一、熔模鑄造又稱“失蠟鑄造”。鑄件有較高的精度和表面質(zhì)量，故有“精密鑄造”之稱。

1、基本工藝過程2、特點(diǎn)3、應(yīng)用適用于各種合金材料，尤其是高熔點(diǎn)合金及難切削加工合金的鑄造，批量不受限制。但工序復(fù)雜、生產(chǎn)周期長鑄件尺寸和重量受限。主要用于成批生產(chǎn)形狀復(fù)雜、精度要求高或難以進(jìn)行切削加工的小型零件，如汽輪機(jī)葉片和葉輪、大模數(shù)滾刀等。二、金屬型鑄造定義：金屬型鑄造是重力作用下將熔融金屬澆入金屬鑄型獲得鑄件的鑄造方法。金屬型可重復(fù)使用，所以又稱“永久型鑄造”。1．金屬型的結(jié)構(gòu)及其鑄造工藝2、特點(diǎn)3、應(yīng)用大批量生產(chǎn)形狀簡單的有色合金鑄件，如鋁活塞、氣缸等。三、壓力鑄造

壓力鑄造是熔融金屬在高壓下高速充型，并在壓力下凝固的鑄造方法。1、壓力鑄造的工藝過程2、特點(diǎn)3、應(yīng)用主要用于大批生產(chǎn)低熔點(diǎn)合金的中小型鑄件，如喇叭等。四、低壓鑄造低壓鑄造鑄型安放在密封的坩堝上方，坩堝中通以壓縮空氣，在熔池表面形成低壓力，使金