制作人：張木陜西工業(yè)職業(yè)技術學院職業(yè)教育材料成型與控制專業(yè)教學資源庫球墨鑄鐵鑄件生產(chǎn)技術課程凝固收縮特性

123目錄凝固收縮特性職業(yè)教育材料成型與控制專業(yè)教學資源庫球墨鑄鐵鑄件生產(chǎn)技術凝固方式凝固時間的計算體積變化模式4膨脹力試驗結果凝固收縮特性1凝固方式可將鑄造合金分成兩大類五種凝固方式，如圖所示。a）平滑壁凝固；b）粗糙壁凝固；c）海棉狀凝固；d）糊狀凝固；e）殼狀凝固職業(yè)教育材料成型與控制專業(yè)教學資源庫球墨鑄鐵鑄件生產(chǎn)技術鑄件的凝固方式分為兩大類:一是外生式凝固方式，另一種是內生式凝固方式。職業(yè)教育材料成型與控制專業(yè)教學資源庫球墨鑄鐵鑄件生產(chǎn)技術（1）外生式凝固方式：①光滑界面的凝固：外生晶群向鑄件中心生長，相鄰生長晶體前沿界面是光滑的。②粗糙界面的凝固：外生樹枝晶彼此相間，從外壁向中心生長，晶體和熔液之間的界面是粗糙的。當樹枝晶在中心相遇時，凝固結束。③海綿狀凝固（網(wǎng)狀凝固）：樹枝晶由外壁向中心快速貫穿整個熔液，其間隙為液體所充滿，像海綿一樣，在凝固過程中，樹枝晶枝節(jié)變多變粗，當枝晶間液體被消耗盡時，凝固結束。職業(yè)教育材料成型與控制專業(yè)教學資源庫球墨鑄鐵鑄件生產(chǎn)技術（2）內生式凝固方式：①糊狀凝固：結晶在熔液內部進行，同時形核又以同樣快的速度生長時，形成固體和液體組成的糊狀混合物，直到間隙中液體全部凝固，凝固結束。②殼狀凝固：結晶雖然也在熔液內部進行，但鑄鐵表面層的凝固比較早開始和結束，在內生式凝固時也能形成固體殼，固體殼逐漸到達中心時，凝固結束。職業(yè)教育材料成型與控制專業(yè)教學資源庫球墨鑄鐵鑄件生產(chǎn)技術1、純金屬的凝固為光滑壁凝固，

2、鑄鋼為粗糙壁凝固，

3、錫青銅是外生式海綿狀（網(wǎng)狀）的凝固方式，因此很難避免縮松。職業(yè)教育材料成型與控制專業(yè)教學資源庫球墨鑄鐵鑄件生產(chǎn)技術

鑄鐵的凝固很特殊，分為兩個階段，第一階段凝固為“始終”為外生式海綿狀凝固方式，

而第二階段為“共晶始共晶終”，為內生式凝固方式，但對球鐵而言是內生糊狀凝固方式，對灰鐵而言是內生殼狀生長，兩者有所區(qū)別，這也是球鐵縮松傾向更突出的原因之一。職業(yè)教育材料成型與控制專業(yè)教學資源庫球墨鑄鐵鑄件生產(chǎn)技術2凝固時間的計算鑄件凝固時間一般采用著名的契維瑞諾夫（Chvorinov）公式：t—凝固時間（分）；K—凝固系數(shù)。在砂型條件下，對碳鋼平板件，K=2.8;M—模數(shù)；職業(yè)教育材料成型與控制專業(yè)教學資源庫球墨鑄鐵鑄件生產(chǎn)技術對于鑄鋼件，上述公式雖然不很精確，但在工業(yè)生產(chǎn)條件下是很有用的近似計算方法。對平板件較準確，對圓柱、立方體和球體件應相應延長10～15％。對于鑄鐵件有人認為上式也適用，簡單地視K為常數(shù)，指出K=8.0。職業(yè)教育材料成型與控制專業(yè)教學資源庫球墨鑄鐵鑄件生產(chǎn)技術

但是由于鑄鐵件與鑄鋼件不同，澆注溫度變動范圍較大，凝固方式不同，因此澆注溫度的影響不能忽略。鑄鋼澆注溫度波動在40℃左右

鑄鐵澆注溫度可以波動250℃職業(yè)教育材料成型與控制專業(yè)教學資源庫球墨鑄鐵鑄件生產(chǎn)技術通過大量實測研究和生產(chǎn)驗證，得出下列公式，可供參考使用。K=0.0075Tp－5；（Tp——澆注溫度）職業(yè)教育材料成型與控制專業(yè)教學資源庫球墨鑄鐵鑄件生產(chǎn)技術例如，球鐵平板件厚度為4.0cm，澆注溫度為1300℃和1450℃時，凝固時間分別計算如下：K=0.0075Tp－5；（Tp——澆注溫度）職業(yè)教育材料成型與控制專業(yè)教學資源庫球墨鑄鐵鑄件生產(chǎn)技術

可以看出，兩者相差較大，因此澆注溫度是影響K值的主要因素，必須加以考慮。砂型因素和化學成份等的影響，相對于工業(yè)生產(chǎn)條件下是較小的，可以不加考慮。計算值與實測值接近，可作為實際生產(chǎn)的參考值。職業(yè)教育材料成型與控制專業(yè)教學資源庫球墨鑄鐵鑄件生產(chǎn)技術為了方便應用，也可以用圖6查得凝固時間t。圖6從澆注完到A）凝固開始以及到B）凝固結束所經(jīng)歷的時間（隨模數(shù)而變化的簡圖）（近似的，適用于球鐵，灰鐵）職業(yè)教育材料成型與控制專業(yè)教學資源庫球墨鑄鐵鑄件生產(chǎn)技術3體積變化模式

絕大多數(shù)鑄造合金液態(tài)冷卻時都要發(fā)生收縮，凝固時也要收縮，最后是固態(tài)收縮。

收縮率對不同的合金是不同的，但對任何給定的合金來說，它們是常數(shù)。職業(yè)教育材料成型與控制專業(yè)教學資源庫球墨鑄鐵鑄件生產(chǎn)技術如圖7所示。對于球鐵和灰鐵，與上述情況不同，既經(jīng)歷液態(tài)收縮（一次收縮）、膨脹，凝固末期還有二次收縮。圖7鑄造合金鑄件體積變化的一般模型

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對大多數(shù)鑄造合金，在冷卻過程中，無論是液態(tài)、凝固態(tài)、固態(tài)三個階段都連續(xù)不間斷地發(fā)生體積收縮。鑄鐵有其獨特性，它的三個階段是不連續(xù)的，而且更重要的是體積變化的模型是不固定的。職業(yè)教育材料成型與控制專業(yè)教學資源庫球墨鑄鐵鑄件生產(chǎn)技術厚大斷面鑄件（模數(shù)大）冷卻緩慢按虛線變化，而薄壁件（模數(shù)小）冷卻速度快則按實線變化，如圖8。圖8球鐵（和灰鑄鐵）鑄件體積變化的一般模型a）液態(tài)收縮；b）膨脹；c）二次收縮職業(yè)教育材料成型與控制專業(yè)教學資源庫球墨鑄鐵鑄件生產(chǎn)技術4膨脹力試驗結果①對不同模數(shù)立方體測試膨脹力，其結果具有較大的實用參考價值，可推廣到具體生產(chǎn)情況下不同模數(shù)的鑄件，以及同一鑄件的不同模數(shù)部位。②鑄鐵材質、化學成份、孕育處理、鑄件模數(shù)等都對膨脹力都有一定影響，試驗測出的膨脹力為3.3～9kg/cm2。灰鐵膨脹力較小，為3～5kg/cm2。球鐵膨脹力較大，為6～9kg/cm2。職業(yè)教育材料成型與控制專業(yè)教學資源庫球墨鑄鐵鑄件生產(chǎn)技術③膨脹力隨著鑄件模數(shù)增加而增大，模數(shù)大于2.0cm左右時，膨脹力的增加趨于平緩。④要實現(xiàn)無冒口鑄造，必須采用強度高的鑄型及剛度較大的砂箱，以免膨脹力使鑄型型腔脹大。職業(yè)教育材料成型與控制專業(yè)教學資源庫球墨鑄鐵鑄件生產(chǎn)技術⑤在生產(chǎn)條件下利用一般干型和