1、鑄造合金材料及其鑄造性能.詳解司母戊鼎是中國目前已發現的最重的青銅器。司母戊鼎含銅84.77、錫11.64、鉛27.9。充分顯示出商代青銅鑄造業的生產規模和技術水平。 秦陵銅車馬嚴格按真車馬的制作 。造型精美，比例恰當，裝飾華麗，工藝精湛，形體龐大，所以很多專家學者把它稱之為“青銅之冠”。 馬踏飛燕1969年，在甘肅武威出土。中年，在甘肅武威出土。中國雕塑史上的不朽之作。國雕塑史上的不朽之作。1984年，定為中國旅游標志圖年，定為中國旅游標志圖形。形。2002年，年， “馬踏飛燕馬踏飛燕”的仿制的仿制品作為國禮贈布什。品作為國禮贈布什。鑄造的生產特點：鑄造的生產特點：形狀相似、尺寸相近形狀相似

2、、尺寸相近復雜外形、復雜內腔復雜外形、復雜內腔尺寸、重量幾乎不受限制尺寸、重量幾乎不受限制手工造型適應單件或小批量生產手工造型適應單件或小批量生產機器造型適應批量生產機器造型適應批量生產 鑄造的生產特點鑄造的生產特點 鑄造生產的缺點：鑄造生產的缺點：生產過程復雜、廢品率高生產過程復雜、廢品率高鑄件晶粒粗大鑄件晶粒粗大硬度低，塑性、韌性差硬度低，塑性、韌性差縮孔、縮松、變形、裂紋多縮孔、縮松、變形、裂紋多鑄件的生產過程 鋼鐵生產過程 鑄造金屬熔煉 液態合金的工藝特性 縮孔與縮松 鑄造應力、變形、裂紋鋼鐵生產過程 鋼鐵的生產過程是一個由鐵礦石煉成生鐵、再由生鐵煉成鋼液并澆注成鋼錠的過程。1 煉鐵煉

3、鐵 煉鐵在高爐中進行，其過程為：加料、加熱、化學反應 煉鐵的產品有： 煉鋼生鐵用來煉鋼 鑄造生鐵用來鑄造2 煉鋼煉鋼 將生鐵中多余的碳和其它雜質氧化成氧化物，并使其隨爐氣或爐渣一起去除。 煉好的鋼液，部分澆入連續鑄錠機，鑄成“鋼坯”直接用來軋制鋼材 部分澆注到鋼錠模內鑄成一定形狀和尺寸的鋼錠爐渣的密度小，浮在鐵液之上爐渣的密度小，浮在鐵液之上爐渣和鐵液分別從高爐下部的出口排出爐渣和鐵液分別從高爐下部的出口排出比例配成爐料，由加料車送入爐內，形成料柱比例配成爐料，由加料車送入爐內，形成料柱9001200的熱風，使焦碳燃燒的熱風，使焦碳燃燒鑄造金屬熔煉鑄造金屬熔煉 熔煉是液態金屬鑄造成形技術過程中

4、的一個重要環節，與鑄件的品質、生產成本、產量、能源消耗以及環境保護等密切相關。 在熔煉中，多種固態金屬的爐料（廢鋼、生鐵、回爐料、鐵合金、有色金屬等）按比例搭配裝入相應的熔爐中加熱熔化，通過冶金反應，轉變成具有一定化學成分和溫度的符合鑄造成形要求的液態金屬。金屬熔煉的幾種生產方式沖天爐！沖天爐！ 利用電極與金屬爐料之間電弧產生的熱能，通過輻射、傳導和對流傳遞給爐料，加熱、熔化固體爐料，并使金屬液過熱，從而實現熔煉目標的一種設備，主要用于鋼、鑄鐵的熔煉。（高熔點）電弧爐熔煉感感應應電電爐爐熔熔煉煉感應線圈通以交變電流，則因交變磁場的作用，使短路連接的金屬爐料產生強大的感應電流，電流流動時，為克服

5、金屬爐料表層的電阻面產生熱量，致使金屬爐料加熱熔化。坩堝爐主要用于有色金屬的熔煉，如銅合金、鋁合金、鎂合金、低熔點軸承合金等。澆注 金屬熔化后，液態金屬通過澆注系統充填鑄型型腔的過程稱為澆注過程。1.澆注壓力 （1）高壓215MPa，適用于薄的截面且對品質要求高的鑄件 （2）低壓0.120.3MPa，金屬型鑄件。 （3）重力（常壓）普通鑄件2.澆注系統 澆注系統是鑄型中液態金屬注入鑄型型腔的通道。澆注系統的主要功能： （1）將金屬液由澆包導入型腔。 （2）擋渣及排除鑄型型腔中的空氣及其它氣體。 （3）調節溫度分布，控制凝固順序。 （4）保證充型時間、壓力、速度。澆注系統的組成直澆道：直澆道：錐

6、度以保證流速，排出空氣橫澆道：橫澆道：將直澆道的金屬液分配至內澆道內澆道：內澆道：將金屬液引入型腔將金屬液引入型腔 澆口杯：澆口杯：緩解金屬液沖蝕，阻擋熔渣金屬液導入型腔的位置，澆注系統可分為底注式、頂注式、中注式、階梯式等，見下圖。 澆注的不同形式澆注后的冷凝 澆注入鑄型型腔的液態金屬，隨溫度的降低，將經歷由液態向固態的轉變過程，即冷凝過程。 金屬的凝固過程金屬的凝固過程：晶核的形成和晶粒的長大。 金屬的冷凝的缺陷金屬的冷凝的缺陷：溶液體積收縮是導致鑄件在最后凝固部分產生縮孔、縮松的基本原因；而固態收縮是鑄件變形、產生內應力和裂紋的主要原因。 避免縮孔、縮松措施避免縮孔、縮松措施： 合理放置

7、冒口和冷鐵以保證鑄件質量。 液態合金的工藝性能液態合金的工藝性能工藝性能：指符合某種生產工藝要求所需要的性能。鑄造性能：液態合金在鑄造生產過程中所表現出來的工藝性能。 鑄造性能是表示合金鑄造成形獲得優質鑄件的能力。鑄造性能常用流動性、收縮性等來衡量。液態合金的流動性液態合金的流動性：液態合金充滿型腔，形成輪廓清晰、形狀完整的優質鑄件的能力，又稱做“充型能力”。液態合金的流動性愈好液態合金的流動性愈好：易于鑄造出輪廓清晰，薄而形狀復雜的鑄件有助于液態合金在鑄型中收縮時得到補充，有利于液態合金中的氣體及非金屬夾雜物上浮與排除，否則易產生澆不足、冷隔、氣孔、夾渣和縮松等缺陷。螺旋形試樣常用鑄造合金中

8、，灰鑄鐵、硅黃銅的流動性最好，鑄鋼最差常用鑄造合金中，灰鑄鐵、硅黃銅的流動性最好，鑄鋼最差在相同的澆注工藝條件下，將金屬液澆入鑄型中，測出其實際螺旋線長度。澆出的試樣愈長，合金的流動性愈好！常用合金的流動性（砂型，試樣截面88mm）合金種類鑄型種類澆注溫度（）螺旋線長度（mm）鑄鐵C+Si=6.2% C+Si=5.9% C+Si=5.2% C+Si=4.2%砂型砂型砂型砂型1300130013001300180013001000600鑄鋼C=0.4%砂型砂型16001640100200鋁硅合金（鋁硅明）鎂合金（含Al及Zn）錫青銅（Sn=10%,Zn=2%）硅黃銅（Si=1.54.5%）金屬型

9、（300）砂型砂型砂型680720700104011007008004006004201000 材料材料 澆注條件澆注條件 鑄型條件鑄型條件澆注溫度澆注溫度充型壓力充型壓力鑄型鑄型鑄型溫度鑄型溫度鑄型中氣體鑄型中氣體影響液態合金流動性的因素結晶越慢，流動性越好。結晶越慢，流動性越好。鐵碳合金隨鐵碳合金隨C C上升，流動性越好上升，流動性越好溫度上升，粘度下降，充型能力強溫度上升，粘度下降，充型能力強薄壁鑄件、或流動性較差合金，薄壁鑄件、或流動性較差合金，澆注溫度提高，或充型壓力提高澆注溫度提高，或充型壓力提高材料：導熱快，冷卻快，流動性差材料：導熱快，冷卻快，流動性差壁厚：鑄件的壁厚必須大于規

10、定的最壁厚：鑄件的壁厚必須大于規定的最小允許壁厚值小允許壁厚值 形狀：力求形狀簡單形狀：力求形狀簡單 提高流動性的方法鑄型的特點鑄型的特點： 1 材料 鑄型材料的導熱快，液態合金的冷卻速度快，流動性差 液態合金在金屬型中的流動性比在砂型中差液態合金在金屬型中的流動性比在砂型中差；2 壁厚、形狀 鑄件壁厚過小，形狀復雜，會增加液態合金的流動阻力，流動性差 設計鑄件時，鑄件的壁厚壁厚必須大于規定的最小允許壁厚值最小允許壁厚值，并力求形狀簡單澆注條件澆注條件： 型砂含水分多或鑄型透氣性差，會使澆注時產生大量氣體且又不能及時排出，造成型腔內氣體壓力增大氣體壓力增大，使液態合金流動的阻力增加，從而降低合

11、金的流動性。 因此提高鑄型的透氣性，減少型砂的水分水分，多設出氣口出氣口等，有利于提高液態合金的流動性。提高流動性的方法澆注溫度澆注溫度 澆注溫度愈高，液態合金的粘度愈低，液態合金的流動性提高。提高澆注溫度是生產中減少薄壁鑄件的澆不足、冷隔澆不足、冷隔等缺陷的重要措施。但澆注溫度過高，鑄件易產生縮孔、縮松、粘砂、氣孔、粗晶等缺陷。 在保證鑄件薄壁部分能充滿的前提下，澆注溫度不宜過高。各種合金的澆注溫度范圍是：鑄鐵為12301450；鑄鋼為15201620；鋁合金為680780。薄壁復雜件取上限，厚大件取下限。充型不足充型不足合金收縮的概念 合金從澆注、凝固直至冷卻到室溫的過程中，其體積或尺寸縮

12、減的現象，稱為收縮。收縮是合金的物理本性，是鑄件中縮孔、縮松、裂紋、變形、殘余應力等缺陷產生的主要原因。液態金屬從澆注溫度冷卻到常溫，其收縮過程如圖所示的三個階段： 凝固收縮澆注溫度液相線固相線固態收縮液態收縮縮孔、縮松縮孔、縮松內應力、變形和裂紋內應力、變形和裂紋合金的收縮的影響因素合金的收縮與其化學成分、澆注溫度、鑄件結構和鑄型條件有關。（1）化學成分 碳鋼隨含碳量增加，凝固溫度范圍擴大，收縮量隨之增大。（2）澆注溫度 澆注溫度愈高，過熱度愈大其液態收縮量增加（3）鑄型條件和鑄件結構 1 鑄件在鑄型中是鑄型和型芯阻礙影響收縮受阻收縮 2 鑄件壁厚不同，壁在型內所處的位置不同，其冷卻速度也不

13、同。 3 冷凝時，鑄件各部分相互制約也會產生阻力。縮孔和縮松 液態金屬在冷凝過程中，由于液態收縮和凝固收縮的結果，會在鑄件最后凝最后凝固固的部位形成孔洞。容積大而集中的孔洞稱為縮孔；細小分散的孔洞稱為縮松（1）縮孔的形成 縮孔常產生在鑄件的厚大部位厚大部位或上部最后凝固部位上部最后凝固部位，常呈倒錐狀，內表面粗糙先凝固先凝固區域堵住液體流動的通道，區域堵住液體流動的通道，后凝固后凝固區域收縮所縮減的容積區域收縮所縮減的容積得不到補充得不到補充。縮松的形成 結晶溫度范圍寬結晶溫度范圍寬的合金易形成縮松，其形成的基本原因與縮孔相同，也是由于鑄件最后凝固區域得不到補充而形成的。 縮松形成過程示意圖縮

14、松形成過程示意圖縮孔和縮松的防止 縮孔和縮松都使鑄件的機械性能機械性能下降，縮松還可是鑄件因滲漏滲漏而報廢。因此，縮孔和縮松都屬鑄件的重要缺陷，必須根據技術要求、采取適當的工藝措施予以防止。使鑄件實現“順序凝固順序凝固”，盡管合金的收縮較大，也可獲得沒有縮孔的致密鑄件。 縮孔的厚大部位通過安放冒口冒口等工藝措施，使鑄件從遠到近（冒口）部位依次凝固，后凝固部位的收縮，由冒口中的金屬液來補充。冒口的作用 鑄型中能儲存一定金屬液，補償鑄件收縮以防止產生縮孔和縮松缺陷的空腔稱為冒口。 先遠后近：先遠后近： 在鑄件的厚大部位安放冒口，使鑄件遠離冒口的部位先凝固 縮孔和縮松的防止冷鐵 冷鐵加快加快某些部位

15、的冷卻冷卻速度，控制控制鑄件的凝固順序順序。鑄件上某些厚大部位增設冷鐵。由于冷鐵加快了該處的冷卻速度，使厚度較大的凸臺反而最先凝固，從而實現了自下而上的順序凝固，防止了凸臺處縮孔、縮松的產生。 先下后上：先下后上：在鑄件的底部安放冷鐵，使鑄件遠離冒口的部位先凝固 縮孔產生的部位 正確地估計鑄件上縮孔或縮松可能產生的部位是合理安設冒口和冷鐵的重要依據。在實際生產中，常以畫“凝固等溫線法”和“內切圓法”近似地找出縮孔的部位，等溫線未曾通過的心部和內切圓直徑最大處，易出現縮孔順序凝固的應用范圍 安放冒口和冷鐵，實現順序凝固，雖可有效的防止縮孔和縮松，但卻耗費許多金屬和工時，加大了鑄件成本。同時，順序

16、凝固擴大了鑄件各部位的溫度差，促進了鑄件的變形和裂紋傾向。因此，主要用于必須收縮率大的合金，如鋁青銅、鋁硅合金和鑄鋼件等。 對于結晶溫度范圍甚寬的合金，結晶開始之后，發達的樹枝狀骨架布滿了整個截面，使冒口的補縮道路嚴重受阻，因而難以避免顯微縮松的產生。顯然，選用近共晶成分或結晶溫度范圍較窄的合金生產鑄件是適宜的。縮孔的形成-動畫定向凝固-動畫鑄件的變形 對于厚薄不均勻、截面不對稱及具有細長特點的桿件類、板類及輪類等鑄件，當殘余鑄造應力超過鑄件材料的屈服強度時，產生翹曲變形。框形鑄件變形T形梁鑄鋼件變形措施：對長而易變形的鑄件，預先露出變形量的反變形量第三節 鑄造內應力、變形和裂紋鑄件內應力鑄件內應力：熱應力熱應力 原因：鑄件壁厚不均勻、各部分冷卻速度不同 避免辦法:減少鑄件各部分溫度差，均勻冷卻 措施：1. 澆口開在薄壁處，避免冷凝過快 2. 厚壁放冷鐵，提高冷卻速度機械應力機械應力 原因：受到鑄型、型芯、澆冒口等的機