材料工程基礎(chǔ)-第2章 鑄造鑄造

1、鑄鑄 造造目目 錄錄2.1基本原理與鑄造性能2.2砂型鑄造2.3特種鑄造2.4定向凝固航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片金屬冶煉得到的產(chǎn)品只是規(guī)格極為單一的鑄錠，需要進(jìn)行進(jìn)一步的加工，才能得到各種各樣的產(chǎn)品。2.1基本原理與鑄造性能基本原理與鑄造性能2.1基本原理與鑄造性能基本原理與鑄造性能2.1基本原理與鑄造性能基本原理與鑄造性能2.1基本原理與鑄造性能基本原理與鑄造性能 鑄造鑄造：將：將液態(tài)金屬液態(tài)金屬澆注到與零件形狀、尺寸相適澆注到與零件形狀、尺寸相適應(yīng)的應(yīng)的鑄型型腔鑄型型腔中，待其中，待其冷卻凝固冷卻凝固后，獲得一定形狀的后，獲得一定形狀的毛坯或零件的方法。鑄造是生產(chǎn)機(jī)器零件毛坯的主要毛坯或零件的方法。鑄

2、造是生產(chǎn)機(jī)器零件毛坯的主要方法之一，其實(shí)質(zhì)是液態(tài)金屬逐步冷卻凝固成形。方法之一，其實(shí)質(zhì)是液態(tài)金屬逐步冷卻凝固成形。 2.1基本原理與鑄造性能基本原理與鑄造性能鑄造的優(yōu)點(diǎn)：鑄造的優(yōu)點(diǎn)：1) 能夠制造能夠制造各種各種形狀形狀的鑄件，尤的鑄件，尤其是內(nèi)腔其是內(nèi)腔復(fù)雜復(fù)雜的的鑄件。鑄件。2 2）各種各種金屬金屬材料材料，只要能熔化，只要能熔化，都可以鑄造成形，都可以鑄造成形，尤其是脆性材料，只能用鑄造方法成形，如鑄鐵尤其是脆性材料，只能用鑄造方法成形，如鑄鐵等。等。2.1基本原理與鑄造性能基本原理與鑄造性能鑄造的優(yōu)點(diǎn)：鑄造的優(yōu)點(diǎn)：3)3)能夠制造能夠制造各種尺寸各種尺寸的零件的零件，鑄件的輪廓尺寸大鑄

3、件的輪廓尺寸大至十幾米，小至幾毫米；質(zhì)量大至數(shù)百噸，小至至十幾米，小至幾毫米；質(zhì)量大至數(shù)百噸，小至幾克。幾克。4 4) ) 設(shè)備投資少，設(shè)備投資少，原材料來源廣泛原材料來源廣泛，價(jià)格低，因此、，價(jià)格低，因此、鑄件的鑄件的成本低廉成本低廉。2.1基本原理與鑄造性能基本原理與鑄造性能 (5) (5) 鑄件的鑄件的形狀尺寸形狀尺寸與零件非常接近與零件非常接近，切切削量小削量小，特別是精密鑄件無需再加工，特別是精密鑄件無需再加工, ,可直接可直接使用使用, ,降低了制造成本。降低了制造成本。 由于上述優(yōu)點(diǎn)使得鑄造成形成為現(xiàn)代工業(yè)由于上述優(yōu)點(diǎn)使得鑄造成形成為現(xiàn)代工業(yè)的基礎(chǔ)。鑄件在機(jī)械產(chǎn)品中占有很大的比例

4、，的基礎(chǔ)。鑄件在機(jī)械產(chǎn)品中占有很大的比例，按質(zhì)量計(jì)在汽車中約占按質(zhì)量計(jì)在汽車中約占40%40%60%,60%,在機(jī)床中約在機(jī)床中約占占60%60%80%80%。 鑄造的優(yōu)點(diǎn)：鑄造的優(yōu)點(diǎn)：2.1基本原理與鑄造性能基本原理與鑄造性能鑄造的缺點(diǎn)：鑄造的缺點(diǎn)： 1）鑄造組織疏松、晶粒粗大，內(nèi)部易產(chǎn)生縮孔、縮松、）鑄造組織疏松、晶粒粗大，內(nèi)部易產(chǎn)生縮孔、縮松、氣孔等缺陷。氣孔等缺陷。2）鑄件的機(jī)械性能較低。）鑄件的機(jī)械性能較低。 3）鑄造工序多，難以精確控制，使鑄件質(zhì)量不夠穩(wěn)定。）鑄造工序多，難以精確控制，使鑄件質(zhì)量不夠穩(wěn)定。 4）勞動(dòng)條件較差）勞動(dòng)條件較差,勞動(dòng)強(qiáng)度較大。勞動(dòng)強(qiáng)度較大。2.1基本原理與

5、鑄造性能基本原理與鑄造性能 國(guó)內(nèi)外鑄造生產(chǎn)技術(shù)水平的比較。國(guó)內(nèi)外鑄造生產(chǎn)技術(shù)水平的比較。比較項(xiàng)目國(guó) 外國(guó) 內(nèi)尺寸精度氣缸體和汽缸蓋：一般為CT8CT9CT10，與國(guó)外差24級(jí)表面粗糙度氣缸體和汽缸蓋：50 m使用壽命氣缸套為600010000h30006000 h鑄件廢品率美、英、法、日約為2%815%耗能/噸鑄件360370 kg標(biāo)準(zhǔn)煤(合格鑄件)650 kg標(biāo)準(zhǔn)煤勞動(dòng)生產(chǎn)率65 t/人年8 t/人年熔煉技術(shù)富氧送風(fēng)，鐵水溫度1500 1400 造型工藝廣泛采用流水線，采用高壓造型、射壓造型、和氣沖造型汽車等行業(yè)采用半自動(dòng)、自動(dòng)化流水線鑄造工藝裝備造型機(jī)精度和精度保持能力很高。造型線精度可保

6、持12年，設(shè)備綜合開工率80%，裝備全部標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、商品化精度低，精度保持能力差(半年)。裝備標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、商品化程度尚低a.a.澆不到澆不到b.b.冷隔冷隔一、金屬的充型能力 金屬的流動(dòng)性2.1基本原理與鑄造性能基本原理與鑄造性能2.1基本原理與鑄造性能基本原理與鑄造性能一、金屬的充型能力 金屬的流動(dòng)性0.4%C 鑄鋼：200出氣口澆口杯4.3%C 鑄鐵：1800流動(dòng)性好的意義1)易于澆注出輪廓清晰、薄而復(fù)雜的鑄件；2)有利于非金屬夾雜物和氣體的上浮和排除；3)易于補(bǔ)縮及熱裂紋的彌合流動(dòng)性測(cè)量：流動(dòng)性測(cè)量： 螺旋形流動(dòng)試樣的長(zhǎng)度試樣越長(zhǎng)，流動(dòng)性越好常用合金的流動(dòng)性（砂型，試樣截面88m

7、m）從中能夠讀出那些信息？合金種類鑄型種類澆注溫度（）螺旋線長(zhǎng)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（300）砂型砂型砂型6807207001040110070080040060042010002.1基本原理與鑄造性能基本原理與鑄造性能一、金屬的充型能力 金屬的流動(dòng)性好的流動(dòng)性，意味著材料必須足夠均勻（熔

8、點(diǎn)要均勻）這樣，才不會(huì)出現(xiàn)高熔點(diǎn)區(qū)域先凝固，阻礙后續(xù)熔體流動(dòng)的情況。2.1基本原理與鑄造性能基本原理與鑄造性能金屬的流動(dòng)性純金屬和共晶合金在恒溫純金屬和共晶合金在恒溫下結(jié)晶，為逐層凝固方式，下結(jié)晶，為逐層凝固方式，凝固層表面光滑，阻力小，凝固層表面光滑，阻力小，故流動(dòng)性好，同時(shí)共晶合金故流動(dòng)性好，同時(shí)共晶合金熔點(diǎn)最低，故流動(dòng)性最好熔點(diǎn)最低，故流動(dòng)性最好。而亞共晶合金，形成復(fù)雜而亞共晶合金，形成復(fù)雜枝晶阻礙流動(dòng)，故流動(dòng)性差。枝晶阻礙流動(dòng)，故流動(dòng)性差。2.1基本原理與鑄造性能基本原理與鑄造性能一、金屬的充型能力金屬的流動(dòng)性決定合金流動(dòng)性的主要因素有：決定合金流動(dòng)性的主要因素有：I、合金的種類、合金

9、的種類II、合金的成分、合金的成分。同種合金，成。同種合金，成分不同，其結(jié)晶特點(diǎn)不同，流動(dòng)分不同，其結(jié)晶特點(diǎn)不同，流動(dòng)性也不同。鉛錫合金的流動(dòng)性與性也不同。鉛錫合金的流動(dòng)性與相圖的關(guān)系；相圖的關(guān)系；III、雜質(zhì)和含氣量。、雜質(zhì)和含氣量。固態(tài)夾雜物使粘度增加，流動(dòng)性下降；如固態(tài)夾雜物使粘度增加，流動(dòng)性下降；如灰鐵中的灰鐵中的MnS；含氣量越少，流動(dòng)性越好。；含氣量越少，流動(dòng)性越好。0.4%C 鑄鋼：200出氣口澆口杯4.3%C 鑄鐵：18002.1基本原理與鑄造性能基本原理與鑄造性能一、金屬的充型能力 金屬的流動(dòng)性鑄鋼與鑄鐵流動(dòng)性比較鑄鋼與鑄鐵流動(dòng)性比較 合金的化學(xué)合金的化學(xué)成分對(duì)合金的流成分對(duì)

10、合金的流動(dòng)性影響動(dòng)性影響最為最為顯顯著；著；合金的熔點(diǎn)合金的熔點(diǎn)越低，結(jié)晶溫度越低，結(jié)晶溫度區(qū)間越小，合金區(qū)間越小，合金的流動(dòng)性越好，的流動(dòng)性越好，反之則越差。反之則越差。 其次，其次，合金合金粘度越大粘度越大其流動(dòng)其流動(dòng)性越差。性越差。 2.1基本原理與鑄造性能基本原理與鑄造性能一、金屬的充型能力澆鑄條件澆注溫度澆注溫度越高，保持液態(tài)的時(shí)間越長(zhǎng)，流動(dòng)性越好；溫度越越高，保持液態(tài)的時(shí)間越長(zhǎng)，流動(dòng)性越好；溫度越高，合金粘度越低，阻力越小，充型能力越強(qiáng)。故提高澆注溫高，合金粘度越低，阻力越小，充型能力越強(qiáng)。故提高澆注溫度能有效提高充型能力；度能有效提高充型能力；但過高吸氣量和總收縮大，易產(chǎn)生鑄造缺

11、陷。故在保證充型能但過高吸氣量和總收縮大，易產(chǎn)生鑄造缺陷。故在保證充型能力的前提下溫度應(yīng)盡量低。生產(chǎn)中薄壁件常采用較高溫度，厚力的前提下溫度應(yīng)盡量低。生產(chǎn)中薄壁件常采用較高溫度，厚壁件采用較低澆注溫度。壁件采用較低澆注溫度。2.1基本原理與鑄造性能基本原理與鑄造性能澆鑄條件充型壓力充型壓力 壓力越大，充型能力越強(qiáng)。壓力越大，充型能力越強(qiáng)。重力提供充型壓力：重力鑄造機(jī)械施加壓力：壓力鑄造2.1基本原理與鑄造性能基本原理與鑄造性能澆鑄條件鑄型條件鑄型條件a.a.鑄型蓄熱能力（鑄型蓄熱能力（金屬型、砂型金屬型、砂型） 是指是指鑄型鑄型從金屬中從金屬中吸收和貯存熱量吸收和貯存熱量的能力。鑄型材料的能力

12、。鑄型材料導(dǎo)熱（書中）導(dǎo)熱（書中）系數(shù)越小，傳遞熱量的速度越慢，液態(tài)合金系數(shù)越小，傳遞熱量的速度越慢，液態(tài)合金保溫效果越好，流動(dòng)性也越好。保溫效果越好，流動(dòng)性也越好。 砂型砂型蓄熱能力比蓄熱能力比金屬型金屬型好好，液態(tài)合金用，液態(tài)合金用砂型砂型鑄造充型的鑄造充型的能力較強(qiáng)。能力較強(qiáng)。 b.b.鑄型鑄型預(yù)熱溫度預(yù)熱溫度 （如金屬型，（如金屬型，薄壁件薄壁件） 把鑄型預(yù)熱到適當(dāng)溫度，可以減少鑄型和液體合金之把鑄型預(yù)熱到適當(dāng)溫度，可以減少鑄型和液體合金之間的溫差，從而減緩合金冷卻速度，提高合金流動(dòng)性。間的溫差，從而減緩合金冷卻速度，提高合金流動(dòng)性。c.c.鑄型鑄型透氣性透氣性 高溫液態(tài)合金澆入鑄型時(shí)

13、，巨大熱量會(huì)使鑄型中的高溫液態(tài)合金澆入鑄型時(shí)，巨大熱量會(huì)使鑄型中的氣體氣體膨脹膨脹，型砂中的型砂中的少量水分少量水分還會(huì)還會(huì)汽化，汽化，煤粉、木屑等煤粉、木屑等有機(jī)物會(huì)有機(jī)物會(huì)燃燒燃燒產(chǎn)生大量的產(chǎn)生大量的氣體氣體，這些氣體會(huì)使型腔中的這些氣體會(huì)使型腔中的壓力急劇升高，壓力急劇升高，阻礙液態(tài)合金流動(dòng)，降低合金流動(dòng)性。因此，鑄型需有良好阻礙液態(tài)合金流動(dòng)，降低合金流動(dòng)性。因此，鑄型需有良好的透氣性的透氣性。 生產(chǎn)上常采用在生產(chǎn)上常采用在遠(yuǎn)離澆口的最高部位遠(yuǎn)離澆口的最高部位開設(shè)開設(shè)出氣口出氣口的辦法的辦法來提高鑄型透氣性。來提高鑄型透氣性。 d. d.鑄型的結(jié)構(gòu)鑄型的結(jié)構(gòu)（復(fù)雜、簡(jiǎn)單，壁厚、薄，大、小

14、）（復(fù)雜、簡(jiǎn)單，壁厚、薄，大、?。?當(dāng)鑄件壁厚過小，有大的水平面等結(jié)構(gòu)時(shí)都使金屬液的當(dāng)鑄件壁厚過小，有大的水平面等結(jié)構(gòu)時(shí)都使金屬液的流動(dòng)阻力增大。流動(dòng)阻力增大。蓋類鑄件的不同澆注位置蓋類鑄件的不同澆注位置2.1基本原理與鑄造性能基本原理與鑄造性能二、鑄件的凝固與收縮逐層凝固純金屬和共晶成分的合純金屬和共晶成分的合金在凝固中因?yàn)椴淮嬖诮鹪谀讨幸驗(yàn)椴淮嬖诠桃簝上嗖⒋娴哪虆^(qū)固液兩相并存的凝固區(qū)，所以固體與液體分界，所以固體與液體分界面清晰可見，一直向鑄面清晰可見，一直向鑄件中心移動(dòng)。件中心移動(dòng)。鑄件在結(jié)晶過程中，當(dāng)結(jié)晶溫鑄件在結(jié)晶過程中，當(dāng)結(jié)晶溫度范圍很寬，且鑄件截面上的度范圍很寬，且鑄件截面上

15、的溫度梯度較小，則不存在固相溫度梯度較小，則不存在固相層，層，固液兩相共存的凝固區(qū)貫固液兩相共存的凝固區(qū)貫穿整個(gè)區(qū)域穿整個(gè)區(qū)域。先凝固的部分會(huì)。先凝固的部分會(huì)阻礙熔體的流動(dòng)。阻礙熔體的流動(dòng)。大多數(shù)合金的凝固是介于逐層凝大多數(shù)合金的凝固是介于逐層凝固和糊狀凝固之間，稱為中間凝固和糊狀凝固之間，稱為中間凝固。固。2.1基本原理與鑄造性能基本原理與鑄造性能二、鑄件的凝固與收縮影響凝固方式的因素合金的結(jié)晶溫度范圍合金的結(jié)晶溫度范圍: 結(jié)晶溫度范圍越小，凝固區(qū)域結(jié)晶溫度范圍越小，凝固區(qū)域越窄，越傾向于逐層凝固。越窄，越傾向于逐層凝固。鑄件的溫度梯度：鑄件的溫度梯度：在合在合金的結(jié)晶溫度范圍已定金的結(jié)晶溫

16、度范圍已定時(shí)，若鑄件的溫度梯度時(shí)，若鑄件的溫度梯度由小變大，則凝固區(qū)由由小變大，則凝固區(qū)由寬變窄，傾向于逐層凝寬變窄，傾向于逐層凝固。固。2.1基本原理與鑄造性能基本原理與鑄造性能二、鑄件的凝固與收縮影響凝固方式的因素鑄件溫度梯度主要取決于：鑄件溫度梯度主要取決于：a)合金的性質(zhì)合金的性質(zhì) 合金的凝固溫度越低、熱導(dǎo)率越高、結(jié)晶潛合金的凝固溫度越低、熱導(dǎo)率越高、結(jié)晶潛熱越大，溫度梯度越小，如多數(shù)鋁合金。熱越大，溫度梯度越小，如多數(shù)鋁合金。b) 鑄型的蓄熱能力鑄型的蓄熱能力越強(qiáng)，激冷能力越強(qiáng)，溫度梯度越大，如越強(qiáng)，激冷能力越強(qiáng)，溫度梯度越大，如金屬型鑄造易得致密組織。金屬型鑄造易得致密組織。c)

17、澆注溫度越低澆注溫度越低，溫度梯度減大。溫度梯度減大。A A、液態(tài)收縮液態(tài)收縮 指合金從澆注溫度冷卻到液相線溫度過程中的收縮。指合金從澆注溫度冷卻到液相線溫度過程中的收縮。澆澆注溫度越高，液態(tài)收縮越大。注溫度越高，液態(tài)收縮越大。 B B、凝固收縮凝固收縮 指合金在指合金在液相液相線至固相線之間線至固相線之間凝凝固階段的收縮。固階段的收縮。A和和B引起縮孔縮松引起縮孔縮松. .用用體積收縮率體積收縮率表示。表示。 C C、固態(tài)收縮固態(tài)收縮 指合金從指合金從固相固相線線溫度冷卻溫度冷卻到室溫到室溫時(shí)的收縮時(shí)的收縮（應(yīng)力變（應(yīng)力變形裂紋形裂紋）。表現(xiàn)出尺寸的變化，因此，）。表現(xiàn)出尺寸的變化，因此，用

18、用線收縮率線收縮率表示。表示。2.1基本原理與鑄造性能基本原理與鑄造性能二、鑄件的凝固與收縮鑄件的收縮影響收縮的因素影響收縮的因素I、化學(xué)成分、化學(xué)成分;II、澆注溫度越高，過熱度越大，收縮越大、澆注溫度越高，過熱度越大，收縮越大;III、鑄件結(jié)構(gòu)和鑄型條件，鑄件結(jié)構(gòu)造成各部分、鑄件結(jié)構(gòu)和鑄型條件，鑄件結(jié)構(gòu)造成各部分冷卻速度不同，產(chǎn)生內(nèi)部應(yīng)力阻礙收縮；冷卻速度不同，產(chǎn)生內(nèi)部應(yīng)力阻礙收縮；鑄型鑄型和和型芯型芯產(chǎn)生機(jī)械阻力。產(chǎn)生機(jī)械阻力。2.1基本原理與鑄造性能基本原理與鑄造性能二、鑄件的凝固與收縮鑄件的收縮3.34.20.13.614003.50灰口鑄鐵灰口鑄鐵5.46.34.22.414003

19、.00白口鑄鐵白口鑄鐵7.863.01.616100.35碳鋼碳鋼固態(tài)收縮固態(tài)收縮（）（）凝固收縮凝固收縮（）（）液態(tài)收縮液態(tài)收縮（）（）澆注溫度澆注溫度（ ）碳含量碳含量（）（） 合合 金金 種種 類類即使是土豪，也不要用碳鋼來代替鑄鐵！2.1基本原理與鑄造性能基本原理與鑄造性能二、鑄件的凝固與收縮鑄件的收縮 縮孔和疏松 縮孔縮孔多呈倒錐多呈倒錐形，內(nèi)表面粗糙，形，內(nèi)表面粗糙，一般隱藏在鑄件的一般隱藏在鑄件的內(nèi)部。內(nèi)部。 鑄件最后凝固鑄件最后凝固部位形成的空洞，部位形成的空洞，容積較大的空洞叫容積較大的空洞叫縮孔縮孔 。2.1基本原理與鑄造性能基本原理與鑄造性能二、鑄件的凝固與收縮縮松：縮松

20、：指鑄件最后指鑄件最后凝固的區(qū)域沒有得凝固的區(qū)域沒有得到液態(tài)金屬的補(bǔ)縮到液態(tài)金屬的補(bǔ)縮而形成的而形成的分散、細(xì)分散、細(xì)小的孔洞小的孔洞, ,如圖所如圖所示。示。 形成縮松的基形成縮松的基本原因和縮孔相同，本原因和縮孔相同，但是形成的條件卻但是形成的條件卻不同，它主要出現(xiàn)不同，它主要出現(xiàn)在在結(jié)晶溫度區(qū)間大結(jié)晶溫度區(qū)間大的合金的合金中。中。復(fù)習(xí)與思考：鑄件凝固方式中哪種方式最易產(chǎn)生縮松？復(fù)習(xí)與思考：鑄件凝固方式中哪種方式最易產(chǎn)生縮松？2.1基本原理與鑄造性能基本原理與鑄造性能縮孔和疏松縮孔疏松的形成規(guī)律縮孔疏松的形成規(guī)律I、合金的液態(tài)收縮和凝固收縮越大（如鑄鋼、白、合金的液態(tài)收縮和凝固收縮越大（如

21、鑄鋼、白口鐵等），鑄件越易形成縮孔?？阼F等），鑄件越易形成縮孔。II、合金的澆注溫度越高，液態(tài)收縮越大，越易形、合金的澆注溫度越高，液態(tài)收縮越大，越易形成縮孔。成縮孔。III、結(jié)晶溫度范圍寬的合金，傾向于糊狀凝固，易、結(jié)晶溫度范圍寬的合金，傾向于糊狀凝固，易形成縮松。純金屬和共晶成分合金傾向于逐層凝固，形成縮松。純金屬和共晶成分合金傾向于逐層凝固，易形成縮孔。易形成縮孔。2.1基本原理與鑄造性能基本原理與鑄造性能縮孔和疏松防止縮孔和縮松的防止縮孔和縮松的基本原則是：基本原則是：采用采用合理的工藝條件，合理的工藝條件，使縮松轉(zhuǎn)化為縮孔，使縮松轉(zhuǎn)化為縮孔，并使縮孔移至冒口并使縮孔移至冒口中。最后將

22、冒口切中。最后將冒口切除。除。2.1基本原理與鑄造性能基本原理與鑄造性能縮孔和疏松按照順序凝固原則進(jìn)行凝固按照順序凝固原則進(jìn)行凝固 是指采用各種工藝措施，使鑄件上從遠(yuǎn)離冒口的部分是指采用各種工藝措施，使鑄件上從遠(yuǎn)離冒口的部分到冒口之間建立一個(gè)逐漸遞增的溫度梯度，從而實(shí)現(xiàn)到冒口之間建立一個(gè)逐漸遞增的溫度梯度，從而實(shí)現(xiàn)由遠(yuǎn)離冒口的部分向冒口的方向順序地凝固，由遠(yuǎn)離冒口的部分向冒口的方向順序地凝固， 如使縮如使縮孔轉(zhuǎn)移到冒口中?？邹D(zhuǎn)移到冒口中。 適用于收縮大或壁厚適用于收縮大或壁厚差別大，易產(chǎn)生縮孔的差別大，易產(chǎn)生縮孔的合金鑄件合金鑄件，如鑄鋼如鑄鋼、高高強(qiáng)度灰鑄鐵強(qiáng)度灰鑄鐵、可鍛鑄鐵、可鍛鑄鐵等。

23、等。2.1基本原理與鑄造性能基本原理與鑄造性能縮孔和疏松暗冒口冷鐵熱節(jié)2.1基本原理與鑄造性能基本原理與鑄造性能縮孔和疏松冷鐵冷鐵，用鑄鐵、鋼、用鑄鐵、鋼、銅等材料制成的激銅等材料制成的激冷物。加大冷卻速冷物。加大冷卻速度，調(diào)節(jié)凝固順序。度，調(diào)節(jié)凝固順序。2.1基本原理與鑄造性能基本原理與鑄造性能二、鑄件的凝固與收縮鑄件的收縮 鑄造應(yīng)力、裂紋和變形鑄造應(yīng)力鑄造應(yīng)力相變應(yīng)力相變應(yīng)力熱應(yīng)力熱應(yīng)力機(jī)械應(yīng)力機(jī)械應(yīng)力2.1基本原理與鑄造性能基本原理與鑄造性能鑄造應(yīng)力、裂紋和變形 鑄件的收縮受到鑄型、型芯、澆注系統(tǒng)的機(jī)械阻礙而形成的內(nèi)應(yīng)力。上型下型機(jī)械應(yīng)力（收縮應(yīng)力）機(jī)械應(yīng)力（收縮應(yīng)力） 退讓性：鑄件冷卻

24、收縮時(shí)鑄型（型芯）可以稍微壓縮的性能。 2.1基本原理與鑄造性能基本原理與鑄造性能鑄造應(yīng)力、裂紋和變形熱應(yīng)力鑄件的各部分壁厚不均勻，則各部分的冷卻速度不同，在同一時(shí)期內(nèi)鑄件各部分的收縮不一致。但鑄件各部分彼此相連，相互制約，不能自由收縮，因而產(chǎn)生熱應(yīng)力。2.1基本原理與鑄造性能基本原理與鑄造性能鑄造應(yīng)力、裂紋和變形 固態(tài)相變應(yīng)力 鑄件由于固態(tài)相變，各部分體積發(fā)生不均衡變化而引起的應(yīng)力。 鑄件在凝固以后的冷卻過程中如果有固態(tài)相變發(fā)生（例如鋼和鑄鐵的共析轉(zhuǎn)變），則晶體的體積就會(huì)發(fā)生變化。若此時(shí)鑄件各部分溫度均勻一致，則相變同時(shí)發(fā)生，可能不產(chǎn)生應(yīng)力；若鑄件壁厚不均，冷卻過程中存在著溫度差，則各部分的

25、相變不同時(shí)發(fā)生，其體積變化不均衡而導(dǎo)致產(chǎn)生相變應(yīng)力。2.1基本原理與鑄造性能基本原理與鑄造性能鑄造應(yīng)力、裂紋和變形鑄造應(yīng)力的減少與防止1、壁厚均勻壁厚均勻、壁與壁過度平滑過度平滑、熱節(jié)熱節(jié)（壁厚不勻）小而分散小而分散；2、改善砂型與砂芯的退讓性退讓性（用變形釋放應(yīng)力），如木屑、焦炭末木屑、焦炭末等附加物,控制舂砂緊舂砂緊實(shí)度實(shí)度，合理合理設(shè)置澆冒口澆冒口。3、盡量減小各部分溫差。如：內(nèi)澆口內(nèi)澆口開在薄壁處，厚處安放冷鐵-同時(shí)凝固原則（收縮小的普通灰口鑄同時(shí)凝固原則（收縮小的普通灰口鑄鐵，它屬脆性材料）；鐵，它屬脆性材料）；4、（有應(yīng)力怎么辦？）去應(yīng)力退火（人工時(shí)效），自然時(shí)效。人工時(shí)效，將鑄件

26、加熱到塑性狀態(tài)，一般在機(jī)械粗加工之后，以便將鑄造應(yīng)力和粗加工應(yīng)力一并消除。去應(yīng)力退火去應(yīng)力退火-說明（鑄后）說明（鑄后） 具有殘余應(yīng)力的鑄件經(jīng)具有殘余應(yīng)力的鑄件經(jīng)機(jī)械加工后，應(yīng)力將重新分布，使機(jī)械加工后，應(yīng)力將重新分布，使零件緩慢地變形，喪失原有加工精度。零件緩慢地變形，喪失原有加工精度。為此，對(duì)不允許發(fā)生變?yōu)榇耍瑢?duì)不允許發(fā)生變形的形的鑄件鑄件，必須及時(shí)，必須及時(shí)去應(yīng)力退火去應(yīng)力退火,再再加工加工。 去應(yīng)力退火：去應(yīng)力退火：將鑄件鑄后加熱到將鑄件鑄后加熱到550-650,保溫一段時(shí)間，保溫一段時(shí)間，隨爐緩慢冷卻。隨爐緩慢冷卻。 因殘余應(yīng)力去除較為徹底，故應(yīng)用廣泛。因殘余應(yīng)力去除較為徹底，故應(yīng)用

27、廣泛。b.b.鑄件壁厚盡量均勻（鑄件壁厚盡量均勻（同同防應(yīng)力法防應(yīng)力法）、對(duì)稱）、對(duì)稱（與減少應(yīng)力矛盾）（與減少應(yīng)力矛盾） 鑄件的變形與防止a.變形是由應(yīng)力引起的，如何防止變形？（防應(yīng)力法除退讓性防應(yīng)力法除退讓性）反變形法反變形法 模樣制成與變形方向正好相反的形狀以抵消其變形的模樣制成與變形方向正好相反的形狀以抵消其變形的方法叫反變形法。適用于細(xì)長(zhǎng)易變形鑄件。方法叫反變形法。適用于細(xì)長(zhǎng)易變形鑄件。同時(shí)凝固同時(shí)凝固（為什么（為什么盡量減少鑄件各部分的溫差）同時(shí)凝固過程示意圖同時(shí)凝固過程示意圖鑄造應(yīng)力的減少與防止特別提示：同時(shí)凝固，容易產(chǎn)生縮松、縮孔。2.2 砂型鑄造砂型鑄造q 特點(diǎn)及應(yīng)用：特點(diǎn)及

28、應(yīng)用：I I、不受鑄件材質(zhì)、尺寸、質(zhì)量和生產(chǎn)批量的限制；、不受鑄件材質(zhì)、尺寸、質(zhì)量和生產(chǎn)批量的限制；IIII、屬于一次性鑄造成形，造型工作量大；、屬于一次性鑄造成形，造型工作量大；IIIIII、鑄件精度和表面質(zhì)量差；、鑄件精度和表面質(zhì)量差；IVIV、砂型鑄造缺陷多，廢品率高，機(jī)械性能較差；、砂型鑄造缺陷多，廢品率高，機(jī)械性能較差；V V、設(shè)備簡(jiǎn)單、投資少，價(jià)格低廉，應(yīng)用廣泛。、設(shè)備簡(jiǎn)單、投資少，價(jià)格低廉，應(yīng)用廣泛。2.2 砂型鑄造砂型鑄造2.2 砂型鑄造砂型鑄造 也叫合模面分型面分型面一、砂型鑄造的基本生產(chǎn)過程技術(shù)準(zhǔn)備澆鑄位置和分型面2.2 砂型鑄造砂型鑄造澆鑄位置和分型面分型面應(yīng)選在鑄件的最

29、大截面處。否則無法脫模。分型面應(yīng)選在鑄件的最大截面處。否則無法脫模。2.2 砂型鑄造砂型鑄造澆鑄位置和分型面2.2 砂型鑄造砂型鑄造澆鑄位置和分型面應(yīng)盡量使鑄件的全部或大部置于同一砂箱，以保證鑄件應(yīng)盡量使鑄件的全部或大部置于同一砂箱，以保證鑄件的尺寸精度。的尺寸精度。 2.2 砂型鑄造砂型鑄造技術(shù)準(zhǔn)備確定主要工藝參數(shù)機(jī)械加工余量鑄造收縮率通?；诣T鐵為0.71.0%，鑄造碳鋼為1.62.0%，鋁硅合金為0.81.2%，錫青銅為1.21.4%。 在鑄件加工表面上留出的、準(zhǔn)備切去的金屬層厚度。機(jī)器造型鑄件精度高，余量??；手工造型誤差大，余量也大。灰鑄鐵加工余量小，鑄鋼加工余量大。 2.2 砂型鑄造砂

30、型鑄造技術(shù)準(zhǔn)備確定主要工藝參數(shù)拔模斜度2.2 砂型鑄造砂型鑄造技術(shù)準(zhǔn)備確定主要工藝參數(shù)鑄造圓角：直角不利于熔體流動(dòng)。鑄造圓角：直角不利于熔體流動(dòng)。 圓角半徑一般約為相交兩壁平均厚度的1/4 2.2 砂型鑄造砂型鑄造技術(shù)準(zhǔn)備澆鑄系統(tǒng)設(shè)計(jì)確保液態(tài)金屬能夠平穩(wěn)而合理地充滿型腔補(bǔ)縮系統(tǒng)設(shè)計(jì)為消除縮孔和疏松，必須設(shè)置冒口、冷鐵等補(bǔ)縮系統(tǒng)。澆注系統(tǒng)示意圖澆注系統(tǒng)示意圖2.2 砂型鑄造砂型鑄造技術(shù)準(zhǔn)備優(yōu)點(diǎn)是優(yōu)點(diǎn)是易于充滿型腔易于充滿型腔，型，型腔中金屬的溫度自下而上腔中金屬的溫度自下而上遞增，因而遞增，因而補(bǔ)縮作用好補(bǔ)縮作用好、簡(jiǎn)單易做、節(jié)省金屬。但簡(jiǎn)單易做、節(jié)省金屬。但對(duì)鑄型對(duì)鑄型沖擊較大沖擊較大，有可能

31、，有可能造成沖砂、飛濺和加劇金造成沖砂、飛濺和加劇金屬的氧化。所以這類澆注屬的氧化。所以這類澆注系統(tǒng)多用于高度低和形狀系統(tǒng)多用于高度低和形狀簡(jiǎn)單的鑄件。簡(jiǎn)單的鑄件。2.2 砂型鑄造砂型鑄造技術(shù)準(zhǔn)備這類澆注系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是充型平穩(wěn)，排氣方便，不易沖壞型腔和引起飛濺，適宜于大、中型的鑄件。這類澆注系統(tǒng)的缺點(diǎn)是不利于定向凝固，補(bǔ)縮效果差，充型速度慢，不適合復(fù)雜薄壁鑄件的充型。2.2 砂型鑄造砂型鑄造技術(shù)準(zhǔn)備設(shè)計(jì)原則：設(shè)計(jì)原則：I I、在需要補(bǔ)縮的時(shí)候，冒口不能提前完成凝固過程。、在需要補(bǔ)縮的時(shí)候，冒口不能提前完成凝固過程。IIII、冒口應(yīng)具有足夠大的體積，以保證有足夠的金屬、冒口應(yīng)具有足夠大的體積，以保

32、證有足夠的金屬液補(bǔ)充鑄件內(nèi)部的體收縮。液補(bǔ)充鑄件內(nèi)部的體收縮。IIIIII、在鑄件凝固時(shí)，冒口與被補(bǔ)縮部位之間應(yīng)有通暢、在鑄件凝固時(shí)，冒口與被補(bǔ)縮部位之間應(yīng)有通暢的補(bǔ)縮通道。的補(bǔ)縮通道。IVIV、為增加鑄件局部冷卻速度，在鑄型局部區(qū)域設(shè)置、為增加鑄件局部冷卻速度，在鑄型局部區(qū)域設(shè)置激冷能力強(qiáng)的材料（如鑄鐵、石墨或鑄鋼等）作為冷激冷能力強(qiáng)的材料（如鑄鐵、石墨或鑄鋼等）作為冷鐵。鐵。2.2 砂型鑄造砂型鑄造生產(chǎn)準(zhǔn)備模樣和芯盒的設(shè)計(jì)模型的內(nèi)輪廓應(yīng)該與鑄件的外輪廓的形狀相一致，并且在尺寸上模型的內(nèi)輪廓應(yīng)該與鑄件的外輪廓的形狀相一致，并且在尺寸上比鑄件大出一個(gè)收縮量。對(duì)于有孔或中空的鑄件，需在模腔中放比

33、鑄件大出一個(gè)收縮量。對(duì)于有孔或中空的鑄件，需在模腔中放置型芯來獲得。型芯的尺寸設(shè)計(jì)也要考慮到收縮量的問題。置型芯來獲得。型芯的尺寸設(shè)計(jì)也要考慮到收縮量的問題。 2.2 砂型鑄造砂型鑄造生產(chǎn)準(zhǔn)備模樣和芯盒的設(shè)計(jì) 型型 芯芯 用來獲得鑄件的內(nèi)孔或局部用來獲得鑄件的內(nèi)孔或局部外形而制造的獨(dú)立砂型，其外形而制造的獨(dú)立砂型，其由芯砂或其它材料組成。由芯砂或其它材料組成。 要求：更高的強(qiáng)度、透要求：更高的強(qiáng)度、透氣性、耐火性和退讓性。氣性、耐火性和退讓性。型型 砂砂稀釋劑稀釋劑原原 砂砂粘結(jié)劑粘結(jié)劑鉻鐵礦砂鉻鐵礦砂水溶劑水溶劑粘粘 土土水玻璃水玻璃樹樹 脂脂石英砂石英砂鋯英砂鋯英砂一般認(rèn)為：粒度在小尺寸范

34、圍呈一般認(rèn)為：粒度在小尺寸范圍呈正態(tài)分布正態(tài)分布，有利于，有利于砂型強(qiáng)度的提高，但透氣性較差。砂型強(qiáng)度的提高，但透氣性較差。 2.2 砂型鑄造砂型鑄造生產(chǎn)準(zhǔn)備型(芯)砂的準(zhǔn)備2.2 砂型鑄造砂型鑄造砂型鑄造的基本過程造型手工造型全部用手工或手動(dòng)工具完成的造型。全部用手工或手動(dòng)工具完成的造型。手工造型特手工造型特點(diǎn)：操作靈活，工藝裝備（模樣、芯盒、砂箱）點(diǎn)：操作靈活，工藝裝備（模樣、芯盒、砂箱）簡(jiǎn)單，生產(chǎn)準(zhǔn)備時(shí)間短，適應(yīng)性強(qiáng)，可用于各種簡(jiǎn)單，生產(chǎn)準(zhǔn)備時(shí)間短，適應(yīng)性強(qiáng)，可用于各種大小形狀的鑄件。缺點(diǎn)是對(duì)工人技術(shù)水平要求較大小形狀的鑄件。缺點(diǎn)是對(duì)工人技術(shù)水平要求較高，生產(chǎn)率低，勞動(dòng)強(qiáng)度大，鑄件質(zhì)量不

35、穩(wěn)定，高，生產(chǎn)率低，勞動(dòng)強(qiáng)度大，鑄件質(zhì)量不穩(wěn)定，用于單件、小批生產(chǎn)。用于單件、小批生產(chǎn)。2.2 砂型鑄造砂型鑄造砂型鑄造的基本過程造型機(jī)器造型用機(jī)器全部或用機(jī)器全部或至少完成緊砂操作至少完成緊砂操作的造型。的造型。I、生產(chǎn)效率高，勞動(dòng)條件好、生產(chǎn)效率高，勞動(dòng)條件好II、砂型質(zhì)量好（緊實(shí)度高而均勻，型腔輪廓清、砂型質(zhì)量好（緊實(shí)度高而均勻，型腔輪廓清晰，鑄件質(zhì)量也好。晰，鑄件質(zhì)量也好。III、但設(shè)備和工藝裝備費(fèi)用高，生產(chǎn)準(zhǔn)備時(shí)間較、但設(shè)備和工藝裝備費(fèi)用高，生產(chǎn)準(zhǔn)備時(shí)間較長(zhǎng)，適于中小鑄件的成批或大量生產(chǎn)。長(zhǎng)，適于中小鑄件的成批或大量生產(chǎn)。 2.2 砂型鑄造砂型鑄造砂型鑄造的基本過程合箱 合箱前要有專

36、人對(duì)砂型進(jìn)行檢查，主要檢查砂型合箱前要有專人對(duì)砂型進(jìn)行檢查，主要檢查砂型內(nèi)是否有砂眼、缺少砂芯、砂芯位置不對(duì)等情況。內(nèi)是否有砂眼、缺少砂芯、砂芯位置不對(duì)等情況。下圖為下圖為錯(cuò)箱錯(cuò)箱。2.2 砂型鑄造砂型鑄造砂型鑄造的基本過程澆鑄 熔煉：將各種金屬爐料熔煉：將各種金屬爐料按一定的比例加入爐內(nèi)，按一定的比例加入爐內(nèi)，重新熔化并加熱到一定重新熔化并加熱到一定程度的過程。程度的過程。 澆鑄：控制澆鑄溫度和澆鑄：控制澆鑄溫度和速度。速度。2.2 砂型鑄造砂型鑄造砂型鑄造的基本過程落砂和清理落砂就是在鑄型澆注落砂就是在鑄型澆注并冷卻到一定溫度后，并冷卻到一定溫度后，將鑄型破碎，使鑄件將鑄型破碎，使鑄件從砂

37、型中分離出來，從砂型中分離出來，然后除去澆冒口鑄件然后除去澆冒口鑄件表面粘砂層、毛刺等。表面粘砂層、毛刺等。落砂工序通常由落砂落砂工序通常由落砂機(jī)來完成。機(jī)來完成。2.2 砂型鑄造砂型鑄造砂型鑄造的基本過程落砂和清理2.2 砂型鑄造砂型鑄造二、砂型鑄造的特點(diǎn)及應(yīng)用二、砂型鑄造的特點(diǎn)及應(yīng)用I I、不受鑄件材質(zhì)、尺寸、質(zhì)量和生產(chǎn)批量的限制；、不受鑄件材質(zhì)、尺寸、質(zhì)量和生產(chǎn)批量的限制；IIII、屬于一次性鑄造成形，造型工作量大；、屬于一次性鑄造成形，造型工作量大；IIIIII、鑄件精度和表面質(zhì)量差；、鑄件精度和表面質(zhì)量差；IVIV、砂型鑄造缺陷多，廢品率高，機(jī)械性能較差；、砂型鑄造缺陷多，廢品率高，

38、機(jī)械性能較差；V V、設(shè)備簡(jiǎn)單、投資少，價(jià)格低廉，應(yīng)用廣泛。、設(shè)備簡(jiǎn)單、投資少，價(jià)格低廉，應(yīng)用廣泛。2.3 特種鑄造特種鑄造2.3 特種鑄造特種鑄造 砂型鑄造靈活、成本低、適應(yīng)性強(qiáng)，但質(zhì)量和尺質(zhì)量和尺寸精度不高、生產(chǎn)率低、勞動(dòng)條件差。寸精度不高、生產(chǎn)率低、勞動(dòng)條件差。 特種鑄造是指與普通砂型鑄造有顯著區(qū)別的一些鑄造方法。如熔模鑄造、金屬型鑄造、壓力鑄造、低壓鑄造、離心鑄造、陶瓷型鑄造、實(shí)型鑄造等，每每種特種鑄造方法均有其優(yōu)越之處和適用的場(chǎng)合。種特種鑄造方法均有其優(yōu)越之處和適用的場(chǎng)合。近些年來，特種鑄造在我國(guó)得到了飛速發(fā)展，其地位和作用日益提高。2.3 特種鑄造特種鑄造一、金屬型鑄造金屬型鑄造的

39、特點(diǎn)及適用范圍金屬型鑄造的特點(diǎn)及適用范圍(2) 金屬型鑄件冷卻速度快，組織致密，力學(xué)性能高。 (3) 鑄件的尺寸精度和表面質(zhì)量均優(yōu)于砂型鑄造件。尺寸精度達(dá)IT12IT16IT12IT16，Ra值平均可達(dá)6.312.5m6.312.5m。 (1) 實(shí)現(xiàn)了“一型多鑄”，生產(chǎn)率高，勞動(dòng)條件得到改善。(4) 金屬型制造成本高、周期長(zhǎng)；鑄件不透氣、無退讓性、 鑄件冷卻速度快，易產(chǎn)生氣孔、應(yīng)力、裂紋、澆不足、冷隔、氣孔、應(yīng)力、裂紋、澆不足、冷隔、白口白口等鑄造缺陷。 應(yīng)用：應(yīng)用：主要用于銅、鋁、鎂等有色合金鑄件的大批量生產(chǎn)。2.3 特種鑄造特種鑄造一、金屬型鑄造金屬型鑄造注意問題 (2) 加強(qiáng)金屬型的排氣

40、(3) 在金屬型的工作表面上噴刷涂料(1) 預(yù)熱金屬型并控制其溫度。因?yàn)榻饘偕⑸漭^快。(4) 及時(shí)開型。在型內(nèi)停留時(shí)間越長(zhǎng)，溫度越低，收縮量越大，取出鑄件越困難，產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力和裂紋的傾向越大；1、臘模制造2、制殼3、脫蠟4、焙燒(進(jìn)一步升溫)5、澆注6、后處理2.3 特種鑄造特種鑄造二、熔模精密鑄造2.3 特種鑄造特種鑄造二、熔模精密鑄造優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：1、尺寸精度和幾何精度高；2、表面粗糙度高；3、能夠鑄造外型復(fù)雜的鑄件，且鑄造的合金不受限制。缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：工序繁雜，費(fèi)用較高應(yīng)用：應(yīng)用：適用于生產(chǎn)形狀復(fù)雜、精度要求高、或很難進(jìn)行其它加工的小型零件，如渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的葉片等。2.3 特種鑄造特種鑄造三、壓

41、力鑄造2.3 特種鑄造特種鑄造三、壓力鑄造 主要優(yōu)點(diǎn)： 1、壓鑄件尺寸精度高； 2、鑄件強(qiáng)度和表面硬度高； 3、可以壓鑄復(fù)雜形狀的薄壁件； 4、具有很高的生產(chǎn)效率；電子工業(yè)、國(guó)防工業(yè)、計(jì)算機(jī)、醫(yī)療器械、鐘表、照相機(jī)和日用五金等多個(gè)行業(yè)。 2.3 特種鑄造特種鑄造三、壓力鑄造 主要缺點(diǎn)： （卷氣-吸氣）+凝固速度快，排氣困難。疏松和氣孔較多，不宜進(jìn)行過多的表面機(jī)械加工和熱處理（氣孔膨脹）。 塑性、韌性相對(duì)較差，因此不 適宜制造承受沖擊的制件。 不宜小批量生產(chǎn)2.3 特種鑄造特種鑄造四、低壓鑄造重力鑄造組織不均勻壓力鑄造凝固快，卷入氣體，凝固快，排氣困難。所以：開發(fā)出介于重力鑄造和壓力鑄造的低壓鑄

42、造。很顯然，速度不及壓力鑄造。2.3 特種鑄造特種鑄造四、低壓鑄造 優(yōu)點(diǎn)1 1、液態(tài)金屬充型平穩(wěn)，夾雜缺陷減少；2 2、型腔內(nèi)液流與氣流方向一致，減少了產(chǎn)生氣孔的可能性；3 3、鑄件成型性好。金屬液在外力作用下強(qiáng)迫流動(dòng)，提高了金屬的充填能力，有利于形成輪廓清晰，表面光潔的鑄件；4 4、鑄件組織致密，機(jī)械性能高；5 5、金屬收得率高（80809898）。2.3 特種鑄造特種鑄造五、離心鑄造1、省去澆冒口2、鑄件致密，機(jī)械性能好；3、可以實(shí)現(xiàn)雙金屬鑄造，如鋼套鑲銅軸承如鋼套鑲銅軸承 2.3 特種鑄造特種鑄造五、離心鑄造4、離心力作用下，離心力作用下，金屬液的充型能力得金屬液的充型能力得到提高，可澆注流到提高，可澆注流動(dòng)性較差的合金鑄件動(dòng)性較差的合金鑄件和薄壁鑄