9/2/20231:13AM9/2/20231:13AM熱加工工藝基礎1金屬材料導論2金屬液態成形（鑄造）3金屬塑性成形（金屬壓力加工）4金屬連接成形（焊接）熱加工工藝9/2/20231:13AM第2篇金屬的液態成形

（鑄造）

鑄造工藝基礎鑄件生產結構設計

鑄造工藝1234工藝性能★鑄造的發展史9/2/20231:13AM什么是金屬的液態成形:金屬的液態成形的方法:

金屬的液態成形是制造毛坯、零件的重要方法之一。按鑄型材料的不同，金屬液態成形可分為砂型鑄造和特種鑄造（包括壓力鑄造、金屬型鑄造等）.其中砂型鑄造是最基本的液態成形方法，所生產的鑄件要占鑄件總量的80%以上.

將熔煉好的液態金屬澆入與零件形狀相適應的鑄型空腔中，待其冷卻凝固，以獲得毛坯或零件的工藝方法,亦稱鑄造.鑄造工藝過程簡介9/2/20231:13AM砂型鑄造過程9/2/20231:13AM鑄造的優點適于做復雜外形，特別是復雜內腔的毛坯1對材料的適應性廣，鑄件的大小幾乎不受限制2成本低，原材料來源廣，價格低廉,一般不需要昂貴的設備3對于某些塑性很差的材料(如鑄鐵等)是制造其毛坯或零件的唯一成型工藝49/2/20231:13AM鑄造的缺點工藝過程比較復雜，一些工藝過程還難以控制1液態成形零件內部組織的均勻性、致密性一般較差2液態成形零件易出現縮孔、縮松、氣孔、砂眼、夾渣、夾砂、裂紋等缺陷，產品質量不夠穩定3由于鑄件內部晶粒粗大，組織不均勻，且常伴有缺陷，其力學性能比同類材料的塑性成形低49/2/20231:13AM上次課內容的回顧

LL+AAF+APLdL'd退火：降低硬度，便于機加工。消除應力。淬火：獲得馬氏體（M)組織。高硬度正火：用于普通結構件的最終熱處理回火：主要是消除淬火內應力，降低鋼的脆性，防止產生裂紋金屬的液態成形（鑄造）概述：鑄造的優缺點鐵碳合金狀態圖在工程中的應用作業：P11：1.1；1.9；P30:2.2;2.7；P38:3.6;3.79/2/20231:13AM第5章

鑄造工藝基礎鑄造教學要求：

1.要重點掌握鑄造合金液體的流動性及其影響因素；

2.縮孔與縮松的產生與防止；

3.鑄造應力、變形與裂紋的產生與防止。

4.掌握鑄件質量的綜合控制方法。

5.2鑄造合金的凝固與收縮5.1液態合金的充型5.3鑄造內應力、變形與裂紋5.4鑄件的氣孔與偏析（自學）教學內容作業：P68:5.1;5.4;5.5液態合金的工藝性能鑄造性能通常是指合金的流動性、收縮性吸氣性及偏析等性能合金鑄造性能是選擇鑄造金屬材料，確定鑄件的鑄造工藝方案及進行鑄件結構設計的依據9/2/20231:13AM5.1液態合金的充型能力液態金屬充滿鑄型型腔，獲得尺寸精確、輪廓清晰的成型件的能力充型能力的概念:充型能力不足

澆不足

冷隔夾砂氣孔夾渣鑄造工藝基礎氣孔缺陷9/2/20231:13AM合金的充型能力測試合金充型能力的方法:

如右圖,將合金液澆入鑄型中，冷凝后測出充滿型腔的式樣長度。澆出的試樣越長，合金的流動性越好,合金充型能力越好幾種不同合金流動性的比較*鑄鋼的流動性*鑄鐵的流動性充型能力的決定因數合金的流動性鑄型性質澆注條件鑄件結構等9/2/20231:13AM5.1.1合金流動性對充型能力的影響合金的種類:

合金不同流動性不同

化學成分：同種合金中成分不同的合金具有不同的結晶特點，流動性也不同。鑄造工藝基礎結晶特性:恒溫下結晶，流動性較好；兩相區內結晶，流動性較差合金流動性的決定因數9/2/20231:13AM5.1.2澆注條件對充型能力的影響澆注條件澆注溫度充型壓力澆注系統澆注溫度越高，液態金屬的粘度越小，過熱度高，金屬液內含熱量多，保持液態的時間長，充型能力強。液態金屬在流動方向上所受的壓力稱為充型壓力。充型壓力越大,充型能力越強。澆注系統的結構越復雜，則流動阻力越大，充型能力越差。5.1.3鑄型條件對充型能力的影響鑄型蓄熱系數:即從液態金屬中吸取熱量并儲存的能力鑄型溫度(不能過高)

鑄型的發氣和透氣能力：鑄型發氣能力過強,透氣能力又差時,若澆鑄速度太快,則型腔中的氣體壓力增大，充型能力減弱。鑄造工藝基礎9/2/20231:13AM5.1.4鑄件結構對充型能力的影響

折算厚度：

折算厚度也叫當量厚度或模數,是鑄件體積與鑄件表面積之比。折算厚度越大，熱量散失越慢，充型能力就越好。鑄件壁厚相同時，垂直壁比水平壁更容易充填.(大平面鑄件不易成形)復雜程度：

鑄件結構越復雜，流動阻力就越大，鑄型的充填就越困難。找到了影響因素，就可提出改進或提高合金充填能力的措施鑄造工藝基礎9/2/20231:13AM1.液態合金的充型能力與合金的流動性有何關系?2.不同化學成分的合金為何流動性不同?3.如何提高合金液的充填能力？思考題9/2/20231:13AM5.2液態金屬的凝固與收縮5.2.1鑄件的凝固

在鑄件的凝固過程中，截面一般存在三個區域，即液相區、凝固區、固相區。對鑄件質量影響較大的主要是液相和固相并存的凝固區的寬窄。鑄件的凝固方式就是依據凝固區的寬窄來劃分的。凝固方式有：

逐層凝固中間凝固糊狀凝固鑄造工藝基礎9/2/20231:13AM影響凝固的主要因素*合金的結晶溫度范圍：

合金的結晶溫度范圍越小，凝固區域越窄，越趨向于逐層凝固。在鐵碳合金中普通灰鑄鐵為逐層凝固，高碳鋼為糊狀凝固。*鑄件的溫度梯度：

在合金結晶溫度范圍已定的前提下，凝固區的寬窄取決于鑄件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，則其凝固區相應由寬變窄。9/2/20231:13AM5.2.2合金的收縮

合金的收縮過程:

合金從液態冷卻至室溫的過程中，其體積或尺寸縮減的現象。合金的收縮給液態成形工藝帶來許多困難，會造成許多鑄造缺陷。（如：縮孔、縮松、應力、裂紋、變形等）。1合金收縮的三個階段液態收縮凝固收縮固態收縮什么結果？鑄造工藝基礎9/2/20231:13AM

結果：合金收縮固態合金冷卻液態合金冷卻液態收縮凝固收縮縮孔:恒溫下結晶縮松:兩相區結晶固態收縮裂紋變形應力縮孔、縮松、應力、裂紋、變形等。線收縮9/2/20231:13AM2影響收縮的因素鑄型條件鑄件結構澆注溫度化學成分(c含量)合金收縮不確定要消除這些缺陷就要找出產生缺陷的影響因數合金收縮鑄造缺陷三個重要缺陷！鑄造工藝基礎9/2/20231:13AM5.2.3縮孔與縮松的形成縮孔的形成:

純金屬、共晶成分和凝固溫度范圍窄的合金,澆注后在型腔內是由表及里的逐層凝固。在凝固過程中，如得不到合金液的補充，在鑄件最后凝固的地方就會產生縮孔.鑄造工藝基礎9/2/20231:13AM縮松的形成原因:

鑄件最后凝固的收縮未能得到補充，或者結晶溫度范圍寬的合金呈糊狀凝固，凝固區域較寬，液、固兩相共存，樹枝晶發達，枝晶骨架將合金液分割開的小液體區難以得到補縮所致。結論：純金屬、共晶成分（逐層凝固）和凝固溫度范圍窄的合金易產生縮孔凝固區域較寬（糊狀凝固）的合金易產生縮松9/2/20231:13AM縮孔與縮松的形成演示縮孔易出現的部位9/2/20231:13AM定向凝固原則是鑄件讓遠離冒口的地方先凝固，靠近冒口的地方次凝固，最后才是冒口本身凝固。實現以厚補薄，將縮孔轉移到冒口中去。原則合理布置內澆道及確定澆鑄工藝。方法合理應用冒口、冷鐵和補貼等工藝措施。消除縮孔和縮松的方法A等溫線法B內切圓法判斷縮孔出現的方法9/2/20231:13AM解決縮孔的方法演示冒口和冷鐵定向凝固原則9/2/20231:13AM1.合金的收縮分為哪幾個階段?影響的因素有哪些?2.縮孔和縮松是如何形成的，對鑄件質量有何影響，怎樣防止或減小它們的危害?思考題9/2/20231:13AM上次課內容的回顧什么是金屬的液態成形液態成型的優、缺點合金的充型能力影響充型能力的因數合金的流動性鑄型性質澆注條件鑄件結構等結晶特性:

恒溫下結晶，流動性較好；兩相區內結晶，流動性較差澆注溫度充型壓力澆注系統復雜程度、折算厚度鑄型溫度、鑄型的發氣和透氣能力合金的種類、化學成分（結晶特性）液態金屬的凝固與收縮凝固方式有：逐層凝固、糊狀凝固、中間凝固合金的收縮：液態收縮、凝固收縮、固態收縮影響收縮的因素：化學成分(c含量)、澆注溫度、鑄件結構、鑄型條件三種收縮導致鑄件的缺陷？作業：P11：1.1；1.9；P30:2.2;2.7；P38:3.6;3.79/2/20231:13AM5.3鑄造內應力、變形與裂紋內應力熱應力機械應力變形裂紋鑄件在凝固和冷卻的過程中，由于鑄件的壁厚不均勻，導致不同部位不均衡的收縮而引起的應力。鑄件在固態收縮時，因受到鑄型、型芯、澆冒口、砂箱等外力阻礙而產生的應力。殘余熱應力的存在，使鑄件處在一種非穩定狀態，將自發地通過鑄件的變形來緩解其應力，以回到穩定的平衡狀態。當熱應力大到一定程度會導致出現裂紋(熱裂紋與冷裂紋）。鑄造工藝基礎9/2/20231:13AM5.3.1鑄造熱應力的形成過程分析t0——t1

高溫階段，塑性狀態，塑性變形消除t1——t2

Ⅱ桿彈性狀態，Ⅰ塑性狀態，Ⅱ桿受拉應力，Ⅰ受壓應力，Ⅰ塑性變形消除t2——t3

Ⅰ桿彈性狀態，Ⅰ比Ⅱ溫度高，Ⅰ收縮大于Ⅱ，Ⅰ收縮受Ⅱ的阻礙，產生拉應力鑄造工藝基礎9/2/20231:13AM1機械應力形成過程

機械應力：應適時開箱加以解決。機械應力與熱應力共同作用，當大于材料的強度極限時會導致裂紋的形成,

9/2/20231:13AM2減小和消除鑄造應力的方法

鑄件的結構：鑄件各部分能自由收縮

工藝方面：采用同時凝固原則時效處理：人工時效；自然時效鑄件的結構盡可能對稱鑄件的壁厚盡可能均勻9/2/20231:13AM5.3.2鑄件的變形結論：最后凝固厚部、心部受拉應力，出現內凹變形。

薄部、表面受壓應力，出現外凸變形。原因鑄造工藝基礎9/2/20231:13AM鑄件的變形的消除方法

防止變形的方法：與防止應力的方法基本相同。帶有殘余應力的鑄件，變形使殘余應力減小而趨于穩定。問題

分析有長、短不一的兩根彈簧，將其固定，使其達到同等長度，即其中一彈簧被拉長，另一彈簧被壓縮，此時所受的應力狀態？然后將其固定約束去掉，試分析其變形趨勢？

將一長度為的圓柱體鑄件：

1）將中間鉆一通孔；

2）將外表面車掉一層；問：在這兩種情況下其長度會發生什么變化？若將應力框中間的粗桿沿中間鋸斷：問：應力框中間的間隙會發生什么變化？

只有原來受拉伸部分產生壓縮變形、受壓縮部分產生拉伸變形，才能使殘余應力減少或消除。9/2/20231:13AM5.3.3鑄件的裂紋

當鑄造應力超過金屬的強度極限時，鑄件便產生裂紋，裂紋是嚴重的鑄造缺陷，必須設法防止。1熱裂——熱裂一般分布在應力集中部位(尖角或斷面突變處)或熱節處。鑄鋼件結構對熱裂的影響鑄造工藝基礎防止方法熱裂——改善鑄型和型芯的退讓性，減小澆、冒口對鑄件收縮的機械阻礙，內澆口設置應符合同時凝固原則，此外減少合金中有害雜質硫、磷含量，可提高合金高溫強度。特別是硫增加合金的熱脆性，使熱裂傾向大大提高。9/2/20231:13AM冷裂

——是鑄件處于彈性狀態即在低溫時形成的裂紋。

輪形鑄件的冷裂防止方法：冷裂——盡量減小鑄造應力。①把內澆口開在薄的輪輻處，以實現同時凝固。②較早打箱，以去除鑄型對收縮的阻礙，打箱后立即用砂子埋好鑄件，使其緩慢冷卻。③修改結構，加大輪輻和輪緣的連接圓角，以增加強度和減少應力集中。