1.1鑄造成形理論根底1.2

鑄造方法1.3

鑄造工藝設計1.4鑄件結構工藝性將液態(tài)金屬材料熔化成液態(tài)后，澆注入與擬成形的零件形狀及尺寸相適應的模型空腔〔稱鑄型〕中，待其冷卻凝固后獲得具有一定形狀和尺寸的毛坯或零件的方法。鑄造的概念鑄造的特點成形能力強

能夠制造形狀復雜的鑄件，尤其是能制造具有復雜內(nèi)腔的毛坯或零件。

工藝適應性強

鑄件的合金成分、尺寸、形狀、質量和生產(chǎn)批量等幾乎不受限制。經(jīng)濟性好原材料來源廣泛，鑄件的形狀和尺寸與零件非常接近，可以節(jié)約金屬，減少后續(xù)加工費用，因而生產(chǎn)本錢低。鑄造優(yōu)點鑄造的特點鑄造缺點用同樣金屬材料制造的鑄件，其力學性能不如鍛件。鑄造工序繁多，且難以精確控制，故鑄件質量有時會不夠穩(wěn)定。勞動條件較差，勞動強度較大。液態(tài)金屬充型鑄件凝固收縮1.1鑄件成形理論根底1.1.5鑄件成形過程控制

液態(tài)金屬充滿鑄型型腔，獲得尺寸正確、輪廓清晰的鑄件的能力。充型能力首先取決于合金本身的流動性，還與外界條件，如鑄型條件、鑄件結構及澆注條件等因素有關。充型能力的概念:充型能力缺乏澆缺乏冷隔夾砂氣孔夾渣充型能力的決定因素〔1〕合金的流動性〔2〕鑄型性質〔3〕澆注條件〔4〕鑄件結構1.1.5鑄件成形過程控制1.1.5鑄件成形過程控制1.充型能力的控制：〔1〕合金本身的流動性。流動性是指液態(tài)合金本身的流動能力，它與合金本身的化學成分、溫度、雜質含量及物理性質等有關1.1鑄件成形理論根底1.1.5鑄件成形過程控制1.充型能力的控制1〕合金本身的流動性鑄造合金流動性的好壞，通常以澆注標準螺旋線試樣的方法進行測定。將金屬液澆入到右圖所示的螺旋形的鑄型中，顯然，在相同的鑄型及澆注條件下，得到的螺旋形試樣越長，表示該合金的流動性越好。

螺旋形試樣1.1鑄件成形理論根底1.1.5鑄件成形過程控制1.充型能力的控制1〕合金本身的流動性①合金的種類。不同種類的合金因熔點、熱導率和粘度等物理性質以及結晶特性的不同，其流動性也不同。②合金的化學成分。同種合金中，成分不同的合金具有不同的結晶特點，其流動性也不同。圖：不同結晶特征合金的流動性

亞共晶鑄鐵隨含碳量的增加，結晶溫度范圍減小，流動性提高。1.1鑄件成形理論根底1.1.5鑄件成形過程控制1.充型能力的控制1〕合金本身的流動性③雜質含量。液態(tài)金屬中含有固態(tài)夾雜物，將會使液體的粘度增加，因而會降低合金的流動性；液態(tài)金屬中的含氣量越多，其流動性也越差。1.1鑄件成形理論根底1.1.5鑄件成形過程控制1.充型能力的控制2〕鑄型條件鑄型溫度：預熱鑄型能減小它與金屬液之間的溫差，降低換熱強度，從而提高金屬液的充型能力。鑄型蓄熱系數(shù):即從金屬液中吸取并儲存熱量的能力。鑄型中的氣體：澆鑄時產(chǎn)生氣體能在金屬液與鑄型間形成氣膜，減小流動阻力，有利于充型。但發(fā)氣量過大,鑄型排氣不暢,在型腔內(nèi)產(chǎn)生的氣體的反壓力增大，充型能力減弱。1.1鑄件成形理論根底1.1.5鑄件成形過程控制1.充型能力的控制3〕鑄件結構當鑄件的壁厚過小、壁厚急劇變化或有較大的水平面等結構時，會使合金液充型困難。因此，設計鑄件結構時，鑄件的壁厚必須大于最小允許值；有的鑄件那么需要設計流動通道；在大平面上設置筋條。這不僅有利于合金液的順利充型，亦可防止夾砂缺陷的產(chǎn)生。1.1鑄件成形理論根底1.1.5鑄件成形過程控制1.充型能力的控制4〕澆注條件①澆注溫度；②充型壓力。澆注溫度充型壓力澆注溫度越高，使合金粘度下降，且保持流動的時間越長，故充型能力強。反之，充型能力下降。但澆注溫度過高，吸氣、氧化現(xiàn)象嚴重。易產(chǎn)生缺陷，結晶組織粗大。液態(tài)金屬在流動方向上所受的壓力越大,那么流速越大，充型能力越強。1.1鑄件成形理論根底1.1.5鑄件成形過程控制2.鑄件的凝固方式及控制1.1鑄件成形理論根底1.1.5鑄件成形過程控制2.鑄件的凝固方式及控制1〕凝固方式鑄件斷面一般存在三個區(qū)域，即液相區(qū)、凝固區(qū)、固相區(qū)。凝固方式有：①逐層凝固②糊狀凝固③中間凝固。(a)逐層凝固方式(b)中間凝固方式(c)糊狀凝固方式

1.1鑄件成形理論根底1.1.5鑄件成形過程控制2.鑄件的凝固方式及控制2〕凝固方式的控制〔1〕合金的結晶溫度范圍；〔2〕鑄件截面的溫度梯度。溫度梯度對凝固區(qū)域的影響

鑄件的溫度梯度主要受以下以個因素的影響：①合金的性質：合金的凝固溫度越高、導溫系數(shù)越小或結晶潛熱越小，鑄件內(nèi)部溫度均勻化的能力就越小，溫度梯度就越大。

1.1鑄件成形理論根底1.1.5鑄件成形過程控制2.鑄件的凝固方式及控制2〕凝固方式的控制〔2〕鑄件截面的溫度梯度。溫度梯度對凝固區(qū)域的影響

鑄件的溫度梯度主要受以下以個因素的影響：②鑄型條件

鑄型的蓄熱能力和導熱性越好，對鑄件的激冷能力就越強，鑄件的溫度梯度就越大。

1.1鑄件成形理論根底1.1.5鑄件成形過程控制2.鑄件的凝固方式及控制2〕凝固方式的控制〔1〕合金的結晶溫度范圍；〔2〕鑄件截面的溫度梯度。溫度梯度對凝固區(qū)域的影響

鑄件的溫度梯度主要受以下以個因素的影響：③澆注溫度:提高澆注溫度，會降低鑄型的冷卻能力，從而降低鑄件的溫度梯度。

④鑄件的壁厚:鑄件的壁厚越小，溫度梯度就越大。

1.1鑄件成形理論根底1.1.5鑄件成形過程控制2.鑄件的凝固方式及控制因此在選用鑄造材料時，應盡量選用傾向于逐層凝固的合金〔如灰鑄鐵、鋁硅合金等〕。當必須采用傾向于糊狀凝固的合金時，可考慮采用適當?shù)墓に嚧胧踩邕x用金屬型鑄造〕，以減小其凝固區(qū)域。1.1鑄件成形理論根底1.1.5鑄件成形過程控制3.合金的收縮1〕收縮的概念合金從液態(tài)冷卻到常溫的過程中，體積和尺寸縮小的現(xiàn)象，稱為收縮。收縮是合金的物理本性，它不僅影響鑄件的幾何形狀和尺寸，以及致密性，而且還決定著鑄件產(chǎn)生縮孔、縮松、內(nèi)應力、變形和裂紋等缺陷的傾向性。合金的收縮量通常用體積收縮率和線收縮率來表示。金屬從液態(tài)到常溫的體積改變量稱為體收縮。金屬在固態(tài)由高溫到常溫的線尺寸改變量稱為線收縮。1.1鑄件成形理論根底1.1.5鑄件成形過程控制3.合金的收縮2〕合金收縮的三個階段①液態(tài)收縮;②凝固收縮;③固態(tài)收縮①液態(tài)收縮。從澆注溫度冷卻至凝固開始溫度〔液相線溫度〕期間發(fā)生的收縮稱為液態(tài)收縮。合金的液態(tài)收縮主要表現(xiàn)為液面的降低。②凝固收縮。從凝固開始溫度至凝固終了溫度〔固相線溫度〕期間發(fā)生的收縮稱為凝固收縮。凝固收縮仍主要表現(xiàn)為液面的下降。③固態(tài)收縮。從凝固終了溫度至冷卻到室溫期間發(fā)生的收縮稱為固態(tài)收縮。此階段的收縮表現(xiàn)為鑄件線尺寸的減小。1.1鑄件成形理論根底1.1.5鑄件成形過程控制3.合金的收縮

合金的液態(tài)收縮和凝固收縮是鑄件產(chǎn)生縮孔、縮松的主要原因；而固態(tài)收縮是鑄件產(chǎn)生鑄造應力、變形和裂紋的根本原因，并直接影響鑄件的尺寸精度。1.1鑄件成形理論根底1.1.5鑄件成形過程控制3.合金的收縮3〕影響收縮的主要因素①合金的化學成分。不同種類的合金，其收縮率不同。同類合金中，化學成分不同，其收縮率也不同。在鐵碳合金中，鑄鋼和白口鑄鐵的收縮率大，灰鑄鐵的收縮率小。這是由于灰鑄鐵在凝固過程中碳大局部是以石墨狀態(tài)存在的，石墨的比容大，由此產(chǎn)生的體積膨脹可以抵消局部凝固收縮。②澆注溫度。澆注溫度主要影響液態(tài)收縮。提高澆注溫度，合金的液態(tài)收縮增大。1.1鑄件成形理論根底1.1.5鑄件成形過程控制3.合金的收縮3〕影響收縮的主要因素③鑄型條件和鑄件結構:如果鑄件結構復雜或壁厚不均，冷卻時各局部相互牽制也會阻礙收縮。不同結構鑄件的收縮情況自由線收縮率為2.5%受阻較小的線收縮率為1.5%受阻較大的線收縮率為1.0%受阻特別大的線收縮率為0.5%1.1鑄件成形理論根底1.1.6鑄件常見缺陷、、1.1.6鑄件常見缺陷鑄造應力金屬在凝固和冷卻過程中體積變化受到外界或其本身的制約，變形受阻而產(chǎn)生的應力。鑄造應力可能是暫時性的，假設引起應力的原因消除以后，應力便隨之消失，稱為臨時應力；假設引起應力的原因消除后應力不消失，那么稱為剩余應力。常見的鑄造應力有熱應力、機械阻礙應力和相變應力三種。〔1〕熱應力：由于鑄件各局部厚薄不同，在凝固和其后的冷卻過程中，鑄件各局部冷卻速度不同，造成同一時刻各局部的收縮量不一致，而且各局部之間還存在約束作用，此時產(chǎn)生的內(nèi)應力稱為熱應力。、Ⅰ—粗桿；Ⅱ—細桿；Ⅲ—橫梁tL—澆注溫度;tY—合金線收縮開始溫度;△tH—兩桿卸載時的溫差；TⅠ、TⅡ

—粗、細桿固態(tài)冷卻曲線壁厚不同的應力框鑄件熱應力的形成過程

、1.1.6鑄件常見缺陷鑄造應力〔1〕熱應力：由于鑄件各局部厚薄不同，在凝固和其后的冷卻過程中，鑄件各局部冷卻速度不同，造成同一時刻各局部的收縮量不一致，而且各局部之間還存在約束作用，此時產(chǎn)生的內(nèi)應力稱為熱應力。、、1.1鑄件成形理論根底1.1.6鑄件常見缺陷1.鑄造應力1〕鑄造應力的形成〔2〕機械阻礙應力：這種應力是由于鑄件的收縮受到機械阻礙而產(chǎn)生的，是暫時性的。只要機械阻礙一消除，應力也隨之消失。、、套筒鑄件收縮受到機械阻礙

1.1鑄件成形理論根底1.1.6鑄件常見缺陷1.鑄造應力1〕鑄造應力的形成〔3〕相變應力：固態(tài)發(fā)生的合金，由于鑄件各局部冷卻條件不同，它們到達相變溫度的時刻不同，且相變的程度也不同而產(chǎn)生的應力稱為相變應力。、、1.1鑄件成形理論根底1.1.6鑄件常見缺陷、、1.鑄造應力2〕減小和消除鑄造應力的方法①在零件滿足工作條件的前提下，盡量選擇彈性模量和收縮系數(shù)小的合金材料；②在設計鑄件時應盡量使鑄件形狀簡單、對稱、壁厚均勻；③為了提高鑄型和型芯的退讓性；減小砂型的緊實度，或在型砂中參加適量的木屑、焦炭等，采用殼型或樹脂砂型，效果尤為顯著。④使鑄件按“同時凝固〞原那么進行凝固；⑤鑄件產(chǎn)生熱應力后，可用自然時效、人工時效和共振時效等方法消除。鑄件同時凝固示意圖1.1.6鑄件常見缺陷2.變形和裂紋當鑄造應力值超過合金的屈服強度時，鑄件將發(fā)生塑性變形；當鑄造應力值超過合金的抗拉強度時，鑄件將產(chǎn)生裂紋。鑄件產(chǎn)生變形以后，常因加工余量不夠或因鑄件放不進夾具導致無法加工而報廢。1〕鑄件的變形：帶有鑄造應力的鑄件處于不穩(wěn)定狀態(tài)，它會自發(fā)地通過變形使應力減小而趨于穩(wěn)定狀態(tài)。顯然，只有受拉應力的局部縮短，受壓應力的局部伸長，鑄件中的應力才有可能減小或消除。、1.1.6鑄件常見缺陷2.變形和裂紋當鑄造應力值超過合金的屈服強度時，鑄件將發(fā)生塑性變形；當鑄造應力值超過合金的抗拉強度時，鑄件將產(chǎn)生裂紋。鑄件產(chǎn)生變形以后，常因加工余量不夠或因鑄件放不進夾具導致無法加工而報廢。1〕鑄件的變形：帶有鑄造應力的鑄件處于不穩(wěn)定狀態(tài)，它會自發(fā)地通過變形使應力減小而趨于穩(wěn)定狀態(tài)。顯然，只有受拉應力的局部縮短，受壓應力的局部伸長，鑄件中的應力才有可能減小或消除。、T形梁鑄件的變形

1.1鑄件成形理論根底1.1.6鑄件常見缺陷2.變形和裂紋1〕鑄件的變形、、1.1鑄件成形理論根底1.1.6鑄件常見缺陷2.變形和裂紋1〕鑄件的變形、、機床床身的撓曲變形和反撓度

1.1鑄件成形理論根底1.1.6鑄件常見缺陷2.變形和裂紋2〕鑄件的裂紋〔1〕熱裂紋：熱裂紋是凝固后期在高溫下形成的。其特征是：裂紋形狀曲折而不規(guī)那么，裂口外表嚴重氧化而無金屬光澤，裂紋沿晶界產(chǎn)生和通過。熱裂紋常出現(xiàn)于鑄件內(nèi)部最后凝固的部位或鑄件外表易產(chǎn)生應力集中的部位。〔2〕冷裂紋：冷裂是鑄件冷卻到低溫處于彈性狀態(tài)時，鑄造應力超過合金的抗拉強度而產(chǎn)生的。其特征是：外表光滑，具有金屬光澤或呈微氧化色，裂口常穿過晶粒延伸到整個斷面，呈圓滑曲線或連續(xù)直線狀，裂縫細小，寬度均勻。冷裂常出現(xiàn)在鑄件受拉伸部位，特別是內(nèi)尖角、縮孔、非金屬夾雜物等應力集中處。、、1.1鑄件成形理論根底1.1.6鑄件常見缺陷2.變形和裂紋2〕鑄件的裂紋、、1.1.6鑄件常見缺陷3.縮孔和縮松

液態(tài)合金在鑄型內(nèi)冷凝過程中，當其液態(tài)收縮和凝固收縮所縮減的容積得不到補足時，將在鑄件最后凝固的部位形成孔洞。根據(jù)孔洞的大小和分布，可將其分為縮孔和縮松兩類。大而集中的孔洞稱為縮孔，細小而分散的孔洞稱為縮松。

、、1.1鑄造成形理論根底1.1.6鑄件常見缺陷3.縮孔和縮松1〕縮孔的形成趨向于逐層凝固方式結晶的金屬〔如純金屬、共晶合金和結晶溫度范圍窄的合金〕，易產(chǎn)生集中縮孔。、、縮孔形成過程示意圖

1.1鑄件成形理論根底1.1.6鑄件常見缺陷3.縮孔和縮松2〕縮松的形成主要表現(xiàn)在呈糊狀凝固方式的合金中或截面較大的鑄件壁中，是被樹枝晶體分隔開的小液體區(qū)難以得到補縮所致。、、縮松形成過程示意圖

1.1鑄件成形理論根底1.1.6鑄件常見缺陷3.縮孔和縮松3〕防止縮孔縮松的方法①采用順序凝固法、、鑄件的順序凝固1.1.6鑄件常見缺陷3.縮孔和縮松縮孔和縮松都會使鑄件的力學性能下降，縮松對鑄件承載能力的影響比集中縮孔要小，但它易影響鑄件的致密性和物理、化學性能。因此，必須采取適當?shù)墓に嚧胧乐箍s孔和縮松的產(chǎn)生。3〕防止縮孔縮松的方法①采用順序凝固法、、鑄件的順序凝固1.1鑄件成形理論根底1.1.6鑄件常見缺陷3.縮孔和縮松3〕防止縮孔縮松的方法、、③加壓補縮將鑄型置于壓力室中，澆注后，迅速關閉壓力室，使鑄件在壓力下凝固，可以消除縮松或縮孔。將呈膠狀的浸滲劑滲入鑄件的孔隙，然后使浸滲劑硬化并與鑄件孔隙內(nèi)壁聯(lián)成一體，從而達到堵漏的目的。④浸滲技術②將縮松轉化為縮孔盡量選擇凝固區(qū)域較窄的合金，使合金傾向于逐層凝固。對于一些凝固區(qū)域較寬的合金，可采用增大凝固溫度梯度的辦法，使合金盡可能地趨向于逐層凝固。1.1鑄造成形理論根底1.1.6鑄件常見缺陷4.澆缺乏和冷隔1〕澆缺乏的形成澆缺乏是由于金屬液未完全充滿型腔而產(chǎn)生的鑄件缺肉現(xiàn)象。、、澆不足缺陷1.1鑄件成形理論根底1.1.6鑄件常見缺陷4.澆缺乏和冷隔1〕澆缺乏的形成澆缺乏是由于金屬液未完全充滿型腔而產(chǎn)生的鑄件缺肉現(xiàn)象。、、澆不足缺陷1.1鑄件成形理論根底1.1.6鑄件常見缺陷、、4.澆不足和冷隔1）冷隔的形成金屬液充型時，由于冷卻過快，兩股對流的金屬在未完全融合前就因凝固而停止流動，故在金屬液的交接處融合不好，而且在鑄件中會產(chǎn)生穿透的或不穿透的縫隙，這種縫隙便稱為冷隔。冷隔1.1鑄件成形理論根底1.1.6鑄件常見缺陷4.澆缺乏和冷隔2〕澆缺乏和冷隔的防止措施①嚴格按照熔煉工藝操作，防止液體金屬氧化，提高出爐溫度，增加金屬液的流動性。②合理地布置澆注系統(tǒng)，增加內(nèi)澆道的截面積，增加內(nèi)澆道數(shù)量或改變鑄件的澆注位置，使薄壁大面積處容易充型。③提高型砂的透氣性，適當設置出氣冒口，使型腔內(nèi)的氣體順利排出。④減少鑄型的發(fā)氣量，使鑄型干透。⑤選擇合理的澆注方案和澆注系統(tǒng)結構，如頂注式澆注系統(tǒng)、直澆道。盡量縮短澆注系統(tǒng)的總長度，讓金屬液流程縮短，充型過程流暢，在不噴濺的情況下澆注速度越快越好。、、1.1鑄件成形理論根底1.1.6鑄件常見缺陷5.氣孔1〕析出性氣孔2〕侵入性氣孔3〕反響性氣孔、、氣孔1.1鑄件成形理論根底1.1.6鑄件常見缺陷5.氣孔1〕析出性氣孔：溶解于熔融金屬中的氣體在冷卻和凝固過程中，由于溶解度的下降而從合金中析出，在鑄件中形成的氣孔稱為析出性氣孔。2〕侵入性氣孔：侵入性氣孔是由于澆注過程中熔融金屬和鑄型之間的熱作用，使砂型外表層聚集的氣體侵入合金液中而