材料的液態(tài)成形工藝

1、名稱第四章 材料的液態(tài)成形工藝學(xué)時(shí)共8學(xué)時(shí)教學(xué)目的和要求1. 鑄造工藝基礎(chǔ)部分。應(yīng)掌握合金成分、工藝條件對(duì)液態(tài)合金充型能力、合金收縮性、吸氣性等鑄造性能的影響，以便能夠分析不同合金獲得優(yōu)質(zhì)鑄件的難易程度，并分析應(yīng)采取的工藝措施。2. 注意有些防止鑄件缺陷的工藝措施是相互矛盾的，如高溫澆注有利于金屬液充型，但易產(chǎn)生粘砂缺陷；鑄件順序凝固有利于補(bǔ)縮，但易產(chǎn)生熱應(yīng)力等。因此，應(yīng)綜合考慮鑄件合金、結(jié)構(gòu)等因素，先解決主要矛盾，再采取措施解決其他問題。重點(diǎn)1、合金成分、工藝條件對(duì)液態(tài)合金充型能力、合金收縮性、吸氣性等鑄造性能的影響2、液態(tài)成形的結(jié)構(gòu)工藝性難點(diǎn)液態(tài)成形的結(jié)構(gòu)工藝性教學(xué)環(huán)節(jié)課堂講授，多媒體習(xí)題

2、章后習(xí)題第四章 材料的液態(tài)成形工藝內(nèi) 容備注材料可以在液態(tài)、固態(tài)以及粉體狀態(tài)下通過各種工藝手段成形，材料的成形是制造零件的前提。液態(tài)成形是指將液態(tài)(或熔融態(tài)、漿狀)材料注入一定形狀和尺寸的鑄型(mold)(或模具)型腔(mold cavity)中，凝固后獲得固態(tài)毛坯或零件的方法，如金屬的鑄造工藝、陶瓷的注漿成形、塑料的注射成形等。本章主要介紹金屬的鑄造成形，其他材料的液態(tài)成形將在第七章和第八章中分別加以介紹。 第一節(jié) 金屬鑄造工藝簡(jiǎn)介 金屬鑄造(foundry，casting)是指將固態(tài)金屬熔煉成液態(tài)，澆入與零件形狀相適應(yīng)的鑄型型腔中，冷凝后獲得鑄件的工藝過程。作為一種歷史悠久的材料成形方法，

3、鑄造在現(xiàn)代機(jī)械制造工業(yè)中仍占有重要的地位。這是因?yàn)檫@種方法適應(yīng)性強(qiáng)，能適用于各種金屬材料，制成各種尺寸和形狀的鑄件，并使其形狀和尺寸盡量與零件接近，從而節(jié)省金屬，減少加工余量，降低成本。特別是對(duì)于具有復(fù)雜形狀內(nèi)腔的大型箱體件，鑄造工藝有著其他成形方法無(wú)法比擬的優(yōu)勢(shì)。但液態(tài)金屬在冷卻凝固過程中形成的晶粒較粗大，也容易產(chǎn)生氣孑L(blow hole)、縮孔(shrinkage cavity)和裂紋(crack)等缺陷(defect)，所以鑄件的力學(xué)性能不如相同材料的鍛件(forging)好。而且鑄造生產(chǎn)過程存在生產(chǎn)工序多，鑄件質(zhì)量不穩(wěn)定，廢品率高，勞動(dòng)強(qiáng)度較高等問題。隨著生產(chǎn)技術(shù)的不斷發(fā)展，鑄件性

4、能和質(zhì)量正在進(jìn)一步提高，勞動(dòng)條件正逐步改善。根據(jù)造型材料不同，可將鑄造方法分為砂型鑄造(sand casting process)和特種鑄造(special casting process)兩類。砂型鑄造是以型砂作為主要造型材料的鑄造方法；而特種鑄造是指砂型鑄造以外的所有鑄造方法的總稱。常用的特種鑄造方法有熔模鑄造(investment casting)、金屬型鑄造(permanent mould casting)、壓力鑄造(die casting)、低壓鑄造(10w-pressure die casting)和離心鑄造(centrifugal casting)等。 圖4l所示為砂型鑄造工藝過

5、程示意圖。首先根據(jù)零件的形狀和尺寸設(shè)計(jì)并制造出模樣(pattern)和芯盒，配制好型砂(moulding sand)和芯砂。然后用型砂和模樣在砂箱(flask)中制造砂型，用芯砂在芯盒中制造型芯(core)，并把砂芯裝入砂型中，合箱即得完整的鑄型。將金屬液澆入鑄型型腔，冷卻凝固后落砂清理即得所需的鑄件。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展以及現(xiàn)代化建設(shè)的需要，現(xiàn)代鑄造技術(shù)發(fā)展的趨勢(shì)是，在加強(qiáng)鑄造基礎(chǔ)理論研究的同時(shí)，發(fā)展和革新鑄造新工藝及新設(shè)備，在提高鑄件性能、精度和表面質(zhì)量的前提下發(fā)展專業(yè)化生產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)鑄造生產(chǎn)過程的自動(dòng)化和計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)和制造，減少公害，節(jié)約能源，降低成本，使鑄造技術(shù)進(jìn)一步成為可與其他成形工藝相

6、競(jìng)爭(zhēng)的少余量、無(wú)余量成形工藝。概括起來(lái)講，鑄造生產(chǎn)應(yīng)該在優(yōu)質(zhì)、精化的前提下，實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)、低耗、無(wú)害、價(jià)廉。第二節(jié) 鑄造工藝基礎(chǔ)知識(shí) 合金在鑄造生產(chǎn)過程中表現(xiàn)出來(lái)的工藝性能稱為合金的鑄造性能，如流動(dòng)性、收縮性、吸氣性、偏析性(即鑄件各部位的成分不均勻性)等。合金的鑄造性能好，是指熔化時(shí)合金不易氧化，熔液不易吸氣，澆注時(shí)合金液易充滿型腔，凝固時(shí)鑄件收縮小，且化學(xué)成分均勻，冷卻時(shí)鑄件變形和開裂傾向小等。合金的鑄造性能好則容易保證鑄件的質(zhì)量，鑄造性能差的合金容易使鑄件產(chǎn)生缺陷，須采取相應(yīng)的工藝措施才能保證鑄件的質(zhì)量，但卻增加了工藝難度，提高了生產(chǎn)成本。一、液態(tài)金屬的充型能力 液態(tài)金屬的充型能力(mold

7、 filling capacity)是指液態(tài)金屬充滿鑄型型腔，獲得形狀完整、輪廓清晰鑄件的能力。液態(tài)金屬的充型能力強(qiáng)，則能澆注出壁薄而形狀復(fù)雜的鑄件；反之則易產(chǎn)生冷隔、澆不足等缺陷。充型能力主要受金屬液本身的流動(dòng)性、性質(zhì)、澆注條件及鑄型特性等因素的影響。 1金屬液的流動(dòng)性 液態(tài)金屬的流動(dòng)性是指金屬液的流動(dòng)能力。流動(dòng)性越好的金屬液，充型能力越強(qiáng)。流動(dòng)性的好壞，通常用在特定情況下金屬液澆注的螺旋形試樣的長(zhǎng)度來(lái)衡量，如圖42所示，試樣長(zhǎng)度大，說明金屬液的流動(dòng)性好。 液態(tài)金屬的流動(dòng)性是金屬的固有性質(zhì)，主要取決于金屬的結(jié)晶特性和物理性質(zhì)。不同成分的合金具有不同的結(jié)晶特點(diǎn)，純金屬和二元共晶成分的合金是在恒

8、溫下結(jié)晶，液態(tài)合金首先結(jié)晶的部分是緊貼鑄型型腔的一層(鑄件的表層)，然后從鑄件表層逐層向中心凝固。由于這類金屬凝固時(shí)不存在固液兩相區(qū)，所以已結(jié)晶的固體和液體之間的界面比較光滑，對(duì)未結(jié)晶的液態(tài)金屬的流動(dòng)阻力小，有利于金屬液充填型腔，故流動(dòng)性好。共晶成分的合金往往熔點(diǎn)低，在相同的澆注溫度下保持液態(tài)的時(shí)間長(zhǎng)，其流動(dòng)性最好。而其他成分合金的結(jié)晶是在一定的溫度范圍結(jié)晶溫度范圍，即液相線溫度與固相線溫度的差值)內(nèi)進(jìn)行，存在固液兩相共存區(qū)，在此區(qū)域內(nèi)，已結(jié)晶的固相多以樹枝晶的形式在液體中伸展，阻礙了液體的流動(dòng)，故其流動(dòng)性差。合金的結(jié)晶溫度范圍越大，枝晶越發(fā)達(dá)，其流動(dòng)性越差。圖43為鐵碳合金的流動(dòng)性與成分的關(guān)

9、系。 2澆注(pouring)條件 提高澆注溫度(pouring temperature)，可使液態(tài)金屬粘度下降，流速加快，還能使鑄型溫度升高，金屬散熱速度變慢，并能增加金屬保持液態(tài)的時(shí)間，從而大大提高金屬液的充型能力。但澆注溫度過高，容易產(chǎn)生粘砂(sand adherence)、縮孔(shrinkage cavity)、氣孔、粗晶(grain coarsening)等缺陷。因此在保證金屬液具有足夠充型能力的前提下，澆注溫度應(yīng)盡量降低。 增加金屬液的充型壓力，如壓鑄、提高直澆道(sprue)高度等，會(huì)使其流速加快，有利于充型能力的提高。 3鑄型特性 鑄型結(jié)構(gòu)和鑄型材料均影響金屬液的充型。鑄型中

10、凡能增加金屬液流動(dòng)阻力，降低流動(dòng)速度和加快冷卻速度的因素，如：型腔復(fù)雜，直澆道過低，澆口(gating system，running system)截面積小或不合理，型砂水分過多，鑄型排氣不暢和鑄型材料導(dǎo)熱性過高等，均能降低金屬液的充型能力。為改善鑄型的充填條件，在設(shè)計(jì)鑄件時(shí)必須保證其壁厚(wall thickness)不小于規(guī)定的“最小壁厚”(如表41所示)。對(duì)于薄壁鑄件，要在鑄造工藝上采取措施，如加外澆口、適當(dāng)增加澆注系統(tǒng)的截面積、采用特種鑄造方法等。表41 一般砂型鑄造條件下，鑄件的最小壁厚mm鑄件尺寸mm鑄鋼灰鑄鐵球墨鑄鐵可鍛鑄鐵鋁合金銅合金<200×200846653

11、35200×200500×50010126lO128468>500×500152015206二、合金的凝固特性 合金從液態(tài)到固態(tài)的狀態(tài)轉(zhuǎn)變稱為凝固(solidification)或一次結(jié)晶(crystal1ization)。許多常見的鑄造缺陷，如縮孔、縮松(porosity)、熱裂(hot tear)、氣孔、夾雜(inclusion)、偏析等，都是在凝固過程中產(chǎn)生的，認(rèn)識(shí)鑄件的凝固特點(diǎn)對(duì)獲得優(yōu)質(zhì)鑄件有著重要意義。 在鑄件凝固過程中，其斷面上一般存在固相區(qū)、凝固區(qū)和液相區(qū)三個(gè)區(qū)域，其中凝固區(qū)是液相與固相共存的區(qū)域，凝固區(qū)的大小對(duì)鑄件質(zhì)量影響較大，按照凝固區(qū)的寬

12、窄，分為以下三種凝固方式： 1逐層凝固 純金屬、二元共晶成分合金在恒溫下結(jié)晶時(shí)，凝固過程中鑄件截面上的凝固區(qū)域?qū)挾葹榱悖孛嫔瞎桃簝上嘟缑娣置?，隨著溫度的下降，固相區(qū)由表層不斷向里擴(kuò)展，逐漸到達(dá)鑄件中心，這種凝固方式稱為“逐層凝固”，如圖44a。如果合金的結(jié)晶溫度范圍很小，或鑄件截面的溫度梯度很大，鑄件截面上的凝固區(qū)域就很窄，也屬于逐層凝固方式。 2體積凝固 當(dāng)合金的結(jié)晶溫度范圍很寬，或因鑄件截面溫度梯度很小，鑄件凝固的某段時(shí)間內(nèi)，其液固共存的凝固區(qū)域很寬，甚至貫穿整個(gè)鑄件截面，這種凝固方式稱為“體積凝固”(或稱糊狀凝固)，如圖44c。 3中間凝固 金屬的結(jié)晶范圍較窄，或結(jié)晶溫度范圍雖寬，但鑄

13、件截面溫度梯度大，鑄件截面上的凝固區(qū)域?qū)挾冉橛谥饘幽膛c體積凝固之間，稱為“中間凝固”方式，如圖44b。 合金的凝固方式影響鑄件質(zhì)量。通常逐層凝固的合金充型能力強(qiáng)，補(bǔ)縮性能好，產(chǎn)生冷隔(cold shuts)、澆不足(short run)、縮孔、縮松、熱裂等缺陷的傾向小。因此，鑄造生產(chǎn)中應(yīng)優(yōu)先使用鑄造性能較好的結(jié)晶溫度范圍小的合金。當(dāng)采用結(jié)晶溫度范圍寬的合金(如高碳鋼、球墨鑄鐵等)時(shí)，應(yīng)采取適當(dāng)?shù)墓に嚧胧?，增大鑄件截面的溫度梯度，減小其凝固區(qū)域，減少鑄造缺陷的產(chǎn)生。 影響鑄件凝固方式的主要因素是合金的結(jié)晶溫度范圍(取決于合金成分)和鑄件的溫度梯度。合金的結(jié)晶溫度范圍愈小，凝固區(qū)域愈窄，愈傾向于

14、逐層凝固；對(duì)于一定成分的合金，結(jié)晶溫度范圍已定，凝固方式取決于鑄件截面的溫度梯度，溫度梯度越大，對(duì)應(yīng)的凝固區(qū)域越窄，越趨向于逐層凝固，如圖45。溫度梯度又受合金性質(zhì)、鑄型的蓄熱能力、澆注溫度等因素影響。合金的凝固溫度愈低、導(dǎo)熱率愈高、結(jié)晶潛熱愈大，鑄件內(nèi)部溫度均勻傾向愈大，而鑄型的冷卻能力下降，鑄件溫度梯度愈?。昏T型的蓄熱系數(shù)大，則激冷能力強(qiáng)，鑄件溫度梯度大；澆注溫度愈高，鑄型吸熱愈多，冷卻能力降低，鑄件溫度梯度減小。三、合金的收縮性 1收縮及其影響因素 鑄件在冷卻過程中，其體積和尺寸縮小的現(xiàn)象稱為收縮，它是鑄造合金固有的物理性質(zhì)。金屬?gòu)囊簯B(tài)冷卻到室溫，要經(jīng)歷三個(gè)相互聯(lián)系的收縮階段： 液態(tài)收縮

15、從澆注溫度冷卻至凝固開始溫度之間的收縮。 凝固收縮從凝固開始溫度冷卻到凝固結(jié)束溫度之間的收縮。 固態(tài)收縮從凝固完畢時(shí)的溫度冷卻到室溫之間的收縮。 金屬的液態(tài)收縮和凝固收縮，表現(xiàn)為合金體積的縮小，使型腔內(nèi)金屬液面下降，通常用體收縮率來(lái)表示，它們是鑄件產(chǎn)生縮孔和縮松缺陷的根本原因；固態(tài)收縮雖然也引起體積的變化，但在鑄件各個(gè)方向上都表現(xiàn)出線尺寸的減小，對(duì)鑄件的形狀和尺寸精度影響最大，故常用線收縮率來(lái)表示，它是鑄件產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力以至引起變形和產(chǎn)生裂紋的主要原因。 影響鑄件收縮的主要因素有化學(xué)成分、澆注溫度、鑄件結(jié)構(gòu)與鑄型條件等。不同成分合金的收縮率不同，表42列出幾種鐵碳合金的收縮率。碳素鑄鋼和白口鑄鐵的

16、收縮率比較大，灰鑄鐵和球墨鑄鐵的較小。這是因?yàn)榛诣T鐵和球墨鑄鐵在結(jié)晶時(shí)析出石墨所產(chǎn)生的膨脹抵消了部分收縮。灰鑄鐵中碳、硅含量越高，石墨析出量就越大，收縮率越小。表42 幾種鐵碳合金的收縮率合金種類 碳素鑄鋼 白口鑄鐵 灰鑄鐵 球墨鑄鐵體收縮率線收縮率(自由狀態(tài)) 1014 2.17 1214 2.18 58 1.08 O81 澆注溫度主要影響液態(tài)收縮。澆注溫度升高，液態(tài)收縮增加，則總收縮量相應(yīng)增大。 鑄件的收縮并非自由收縮，而是受阻收縮。其阻力來(lái)源于兩個(gè)方面：一是由于鑄件壁厚不均勻，各部分冷速不同，收縮先后不一致，而相互制約，產(chǎn)生阻力；二是鑄型和型芯對(duì)收縮的機(jī)械阻力。鑄件收縮時(shí)受阻越大，實(shí)際收

17、縮率就越小。因此，在設(shè)計(jì)和制造模樣時(shí)，應(yīng)根據(jù)合金種類和鑄件的受阻情況，采用合適的收縮率。 2收縮導(dǎo)致的鑄件缺陷 合金的收縮對(duì)鑄件質(zhì)量產(chǎn)生不利影響，容易導(dǎo)致鑄件的縮孔、縮松、變形和裂紋等缺陷。 (1)縮孔和縮松 鑄件在凝固過程中，由于金屬液態(tài)收縮和凝固收縮造成的體積減小得不到液態(tài)金屬的補(bǔ)充，在鑄件最后凝固的部位形成孔洞。其中容積較大而集中的稱縮孔，細(xì)小而分散的稱縮松。當(dāng)逐層凝固的鑄件在結(jié)晶過程中凝固殼內(nèi)部的金屬液收縮得不到補(bǔ)充時(shí)，則鑄件最后凝固的部位就會(huì)產(chǎn)生縮孔，縮孔常集中在鑄件的上部或厚大部位等最后凝固的區(qū)域，如圖46所示。具有一定凝固溫度范圍的合金，存在著較寬的固液兩相區(qū)，已結(jié)晶的初晶常為樹

18、枝狀。到凝固末期，鑄件壁的中心線附近尚未凝固的液體會(huì)被生長(zhǎng)的枝晶分割成互不連通的小熔池，熔池內(nèi)部的金屬液凝固收縮時(shí)得不到補(bǔ)充，便形成分散的孔洞即縮松，如圖47所示?？s松常分布在鑄件壁的軸線區(qū)域及厚大部位。 縮孔和縮松會(huì)減小鑄件的有效截面積，并在該處產(chǎn)生應(yīng)力集中，降低鑄件力學(xué)性能，縮松還嚴(yán)重影響鑄件的氣密性。防止鑄件產(chǎn)生縮孔、縮松的基本方法是采用順序凝固原則，即針對(duì)合金的凝固特點(diǎn)制定合理的鑄造工藝，使鑄件在凝固過程中建立良好的補(bǔ)縮條件，盡可能使縮松轉(zhuǎn)化為縮孔，并使縮孔出現(xiàn)在最后凝固的部位，在此部位設(shè)置冒口補(bǔ)縮。使鑄件的凝固按薄壁厚壁冒口的順序先后進(jìn)行，讓縮孔移入冒口中，從而獲得致密的鑄件，如圖4

19、8所示。 (2)鑄造應(yīng)力、變形和裂紋 鑄件在冷凝過程中，由于各部分金屬冷卻速度不同，使得各部位的收縮不一致，又由于鑄型和型芯的阻礙作用，使鑄件的固態(tài)收縮受到制約而產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，在應(yīng)力作用下鑄件容易產(chǎn)生變形，甚至開裂。 鑄造應(yīng)力按其形成原因的不同，分為熱應(yīng)力、機(jī)械應(yīng)力等。熱應(yīng)力是因鑄件壁厚不均勻，各部位冷卻速度不同，以致在同一時(shí)期內(nèi)鑄件各部分收縮不一致而相互制約引起的，一經(jīng)產(chǎn)生就不會(huì)自行消除，故又稱為殘余內(nèi)應(yīng)力。機(jī)械應(yīng)力是由于合金固態(tài)收縮受到鑄型或型芯的機(jī)械阻礙作用而形成的，鑄件落砂之后，隨著這些阻礙作用的消除，應(yīng)力也自行消除，因此，機(jī)械應(yīng)力是暫時(shí)的，但當(dāng)它與其他應(yīng)力相互疊加時(shí)，會(huì)增大鑄件產(chǎn)生變形

20、與裂紋的傾向。 減少鑄造應(yīng)力就應(yīng)設(shè)法減少鑄件冷卻過程中各部位的溫差，使各部位收縮一致，如將澆口開在薄壁處，在厚壁處安放冷鐵，即采取同時(shí)凝固原則，如圖49所示。此外，改善鑄型和砂芯的退讓性，如在混制型砂時(shí)加入木屑等，可減少機(jī)械阻礙作用，降低鑄件的機(jī)械應(yīng)力。此外，還可以通過熱處理等方法減少或消除鑄造應(yīng)力。 鑄造應(yīng)力是導(dǎo)致鑄件產(chǎn)生變形和開裂的根源。圖4-10為“T”形鑄件在熱應(yīng)力作用下的變形情況，虛線表示變形的方向。防止鑄件變形的方法除減少鑄造內(nèi)應(yīng)力這一根本措施外，還可以采取一些工藝措施，如增大加工余量，采用反變形法等，消除或減少鑄件變形對(duì)質(zhì)量的影響。 當(dāng)鑄造應(yīng)力超過材料的強(qiáng)度極限時(shí)，鑄件會(huì)產(chǎn)生裂紋

21、，裂紋有熱裂紋和冷裂紋兩種。熱裂紋是在鑄件凝固末期的高溫下形成的，其形狀特征是：裂紋短，縫隙寬，形狀曲折，縫內(nèi)呈氧化色。鑄件的結(jié)構(gòu)不合理，合金的結(jié)晶溫度范圍寬、收縮率高，型砂或芯砂的退讓性差，合金的高溫強(qiáng)度低等，易使鑄件產(chǎn)生熱裂紋。冷裂紋是較低溫度下形成的裂紋，常出現(xiàn)在鑄件受拉伸的部位，其形狀細(xì)長(zhǎng)，呈連續(xù)直線狀，裂紋斷口表面具有金屬光澤或輕微氧化色。壁厚差別大、形狀復(fù)雜的鑄件，尤其是大而薄的鑄件易于發(fā)生冷裂。凡是減少鑄造內(nèi)應(yīng)力或降低合金脆性的因素，都有利于防止裂紋的產(chǎn)生。四、合金的吸氣性及氣孔 液態(tài)金屬在熔煉和澆注時(shí)能夠吸收周圍氣體的能力稱為吸氣性。吸收的氣體以氫氣為主，也有氮?dú)夂脱鯕?，這些氣

22、體便成為鑄件產(chǎn)生氣孑L缺陷的根源。氣孔是鑄件中最常見的缺陷。 根據(jù)氣體來(lái)源，氣孔可分為以下三類： 1析出性氣孔 溶入金屬液的氣體在鑄件冷凝過程中，隨溫度下降，合金液對(duì)氣體的溶解度下降，氣體析出并留在鑄件內(nèi)形成的氣孔稱為析出性氣孔。析出性氣孔多為裸眼可見的小圓孔(在鋁合金中稱為針孔)；分布面大，在冒口等熱節(jié)處較密集；常常一爐次鑄件中幾乎都有，尤其在鋁合金鑄件中常見，其次是鑄鋼件。 防止此類氣孔的主要措施有：盡量減少進(jìn)入合金液的氣體，如烘干爐料、澆注用具，清理爐料上的油污，真空熔煉和澆注等；對(duì)合金液進(jìn)行除氣處理，如有色合金熔液的精煉除氣等；阻止熔液中氣體析出，如提高冷卻速度使熔液中的氣體來(lái)不及析出

23、。 2侵入性氣孔 造型材料中的氣體侵入金屬液內(nèi)所形成的氣孔稱為侵入性氣孔。這類氣孔一般體積較大，呈圓形、或橢圓形，分布在靠近砂型或砂芯的鑄件表面。 防止此類氣孔的主要措施有：減少砂型和砂芯的排氣量，如嚴(yán)格控制型砂和芯砂中的水含量，適當(dāng)減少有機(jī)粘結(jié)劑的用量等；提高鑄型的排氣能力，如適當(dāng)減低緊實(shí)度，合理設(shè)置排氣孔等。 3反應(yīng)性氣孔 反應(yīng)性氣孔主要是指金屬液與鑄型之間發(fā)生化學(xué)反應(yīng)所產(chǎn)生的氣孔。這類氣孔多發(fā)生在澆注溫度較高的黑色金屬鑄件中，通常分布在鑄件表面皮下l3mm，鑄件經(jīng)過機(jī)械加工或清理后才暴露出來(lái)，故被稱為皮下氣孔。 防止反應(yīng)性氣孔的主要措施有：減少砂型水分，烘干爐料、用具；在型腔表面噴涂料，

24、形成還原性氣氛，防止鐵水氧化等。五、常用鑄造合金的鑄造性能特點(diǎn) 常用的鑄造合金有鑄鐵、鑄鋼、鑄造有色合金等，其中以鑄鐵應(yīng)用最廣。 1鑄鐵 常用的鑄鐵材料有灰鑄鐵、可鍛鑄鐵、球墨鑄鐵等。 (1)灰鑄鐵 灰鑄鐵中的碳當(dāng)量(C.E=C+Si3)接近共晶成分，熔點(diǎn)較低，屬于中間凝固方式，鐵水流動(dòng)性好，可以澆注形狀復(fù)雜的大、中、小型鑄件。由于石墨化膨脹使其收縮率小，故灰鑄鐵不容易產(chǎn)生縮孔、縮松缺陷，也不易產(chǎn)生裂紋。因而灰鑄鐵具有良好的鑄造性能。 孕育鑄鐵是鐵水經(jīng)硅鐵等孕育劑處理后獲得的高強(qiáng)度灰鑄鐵。與普通灰鑄鐵相比，它的流動(dòng)性較差，收縮率較高。故應(yīng)適當(dāng)提高澆注溫度，在鑄件熱節(jié)處設(shè)置補(bǔ)縮冒口。 (2)球墨

25、鑄鐵 球墨鑄鐵的鑄造性能比灰鑄鐵差但好于鑄鋼。其流動(dòng)性與灰鑄鐵基本相同。但因球化處理時(shí)鐵水溫度有所降低，易產(chǎn)生澆不足、冷隔缺陷。為此，必須適當(dāng)提高鐵水的出爐溫度，以保證必需的澆注溫度； 球墨鑄鐵的結(jié)晶特點(diǎn)是在凝固收縮前有較大的膨脹(即石墨化膨脹)，當(dāng)鑄型剛度小時(shí)，鑄件的外形尺寸會(huì)脹大，從而增大縮孔和縮松傾向，特別易產(chǎn)生分散縮松。應(yīng)采用提高鑄型剛度，增設(shè)冒口等工藝措施，來(lái)防止縮孔、縮松缺陷的產(chǎn)生。 另外，由于球化處理時(shí)加入Mg，鐵水中的MgS與砂型中的水分作用生成H2S氣體，使球墨鑄鐵容易產(chǎn)生皮下氣孔。因此，必須嚴(yán)格控制型砂的水分，并適當(dāng)提高型砂的透氣性，還應(yīng)在保證球化的前提下，盡量少用Mg。

26、(3)可鍛鑄鐵 可鍛鑄鐵是先澆注出白口鑄坯，再通過長(zhǎng)時(shí)間的石墨化退火獲得團(tuán)絮狀石墨的鑄鐵。其碳、硅含量較低，熔點(diǎn)比灰鑄鐵高，凝固溫度范圍也較大，故鐵水的流動(dòng)性差。鑄造時(shí)，必須適當(dāng)提高鐵水的澆注溫度，以防止產(chǎn)生冷隔、澆不足等缺陷。 可鍛鑄鐵的鑄態(tài)組織為白口組織，沒有石墨化膨脹階段，體積收縮和線收縮都比較大，故形成縮孔和裂紋的傾向較大。在設(shè)計(jì)鑄件時(shí)除應(yīng)考慮合理的結(jié)構(gòu)形狀外，在鑄造工藝上應(yīng)采取順序凝固原則，設(shè)置冒口和冷鐵，適當(dāng)提高砂型的退讓性和耐火性等措施，以防止鑄件產(chǎn)生縮孔、縮松、裂紋及粘砂等缺陷。 2鑄鋼 鑄鋼的鑄造性能差。鑄鋼的流動(dòng)性比鑄鐵差，熔點(diǎn)高，易產(chǎn)生澆不足、冷隔和粘砂等缺陷。生產(chǎn)中常采

27、用干砂型，增大澆注系統(tǒng)截面積，保證足夠的澆注溫度等措施，提高其充型能力。鑄鋼用型(芯)砂應(yīng)具有較高的耐火性、透氣性和強(qiáng)度，如選用顆粒大而均勻、耐火性好的石英砂制作砂型，烘干鑄型，鑄型表面涂以石英粉配制的涂料等。 鑄鋼的收縮性大，產(chǎn)生縮孔、縮松、裂紋等缺陷的傾向大，所以，鑄鋼件往往要設(shè)置數(shù)量較多、尺寸較大的冒口，采用順序凝固原則，以防止縮孔和縮松的產(chǎn)生，并通過改善鑄件結(jié)構(gòu)，增加鑄型(型芯)的退讓性和潰散性，增設(shè)防裂筋，降低鋼水硫、磷含量等措施，防止裂紋的產(chǎn)生。 3鑄造有色金屬 常用的有鑄造鋁合金、鑄造銅合金等。它們大都具有流動(dòng)性好，收縮性大，容易吸氣和氧化等特點(diǎn)，特別容易產(chǎn)生氣孔、夾渣缺陷。有色

28、合金的熔煉，要求金屬爐料與燃料不直接接觸，以免有害雜質(zhì)混入以及合金元素急劇燒損，所以大都在坩堝爐內(nèi)熔煉。所用的爐料和工具都要充分預(yù)熱，去除水分、油污、銹跡等雜質(zhì)，盡量縮短熔煉時(shí)間。不宜在高溫下長(zhǎng)時(shí)間停留，以免氧化和過多地吸收氣體。澆注前常需對(duì)金屬液進(jìn)行特殊處理，減少熔液中的氣體和熔渣。六、新型材料金屬間化合物及其鑄造性能特點(diǎn) 金屬間化合物是指金屬元素間、金屬元素與類金屬元素間形成的化合物，簡(jiǎn)稱IMC(intermetallics compounds)。目前NiAl、TiAl和FeAl三個(gè)系列成為研究的熱點(diǎn)。它們均具有抗高溫氧化、耐磨、耐蝕、反常的溫度強(qiáng)度特性等一系列優(yōu)異的性能，也均具有室溫脆性

29、和加工性能差的缺點(diǎn)。特別是FeAl金屬間化合物以其低廉的原料成本而被認(rèn)為是極具開發(fā)價(jià)值的新一代高溫結(jié)構(gòu)材料。本節(jié)以FeAl金屬間化合物(Fe3Al)為例，介紹這種新型材料的鑄造工藝特性。 Fe3Al合金的熔點(diǎn)超過l500，各種不同成分的Fe3Al合金均在真空中頻感應(yīng)爐內(nèi)熔煉并在真空中澆鑄成各種型號(hào)的鑄錠。真空感應(yīng)爐熔煉可分為裝料、熔化、精煉與合金化等幾個(gè)階段。 裝料：所有爐料入爐前均在100150的烘箱內(nèi)經(jīng)45 h的烘烤，減少入爐水汽。真空熔煉時(shí)應(yīng)注意易揮發(fā)元素的加入方法，活潑元素及微量元素如Al、Ce、Zr、B等應(yīng)裝在爐內(nèi)加料器中待精煉時(shí)加入，同時(shí)充Ar保護(hù)。其他合金材料如Mo、Nb、Zr等

30、均在裝料時(shí)直接裝入爐中。 熔化：熔化期的主要任務(wù)是使?fàn)t料熔化、去氣、去除低熔點(diǎn)有害雜質(zhì)和非金屬夾雜物，并使合金液有適當(dāng)?shù)臏囟群妥銐虻恼婵斩葹榫珶捵鰷?zhǔn)備。一般采取逐級(jí)升高功率較慢熔化的工藝措施，以保證爐料中氣體盡量排出。這一階段一般持續(xù)60min，溫度在l530左右。 精煉：精煉期的主要任務(wù)是完成脫氣和去除雜質(zhì)以進(jìn)一步凈化合金，調(diào)整合金成分并使之均勻化(即完成合金化過程)。精煉常在高溫高真空下進(jìn)行，對(duì)于Fe3Al合金在1550l600下保持1015min為宜。 合金化：合金化是指精煉末期加入合金元素(均為活潑金屬和微量元素)，加入時(shí)爐內(nèi)要有高的真空度，一般加入順序是Al、Ce、B。Al加入時(shí)溫度

31、可低一些。加Al后將放出大量的熱使合金液溫度迅速升高，加料速度應(yīng)當(dāng)均勻、緩慢，以防產(chǎn)生噴濺。Ce和B也要低溫加入。因?yàn)檫@些元素密度都較小，每加完一種應(yīng)當(dāng)大功率攪拌一定時(shí)間，以加速其溶解和使之分布均勻，防止鑄錠成分偏析。 澆注工藝：澆注前應(yīng)大功率攪拌，使合金液溫度和成分進(jìn)一步均勻化，并將氧化膜及渣面推向爐后壁，以免混入合金錠中。真空澆注可以使合金液的流動(dòng)性提高，因而澆注溫度可適當(dāng)降低，一般過熱度為6080即可。澆注時(shí)應(yīng)以中等功率繼續(xù)供電，將氧化膜推向后壁不致混入錠中，同時(shí)也有利于化學(xué)成分均勻化。澆注后保持真空510min取錠。 影響Fe3Al合金液流動(dòng)性的因素應(yīng)從以下幾個(gè)方面考慮： 1) 隨著A

32、l含量的增加，合金結(jié)晶溫度范圍增寬，鑄件斷面上存在著既有發(fā)達(dá)的樹枝晶又有未凝固的液體相混雜的兩相區(qū)，越靠近合金液流前端枝晶數(shù)量越多，使合金液的粘度增加、流速下降。當(dāng)液流前端的枝晶數(shù)量達(dá)到某一臨界值時(shí)合金液就停止流動(dòng)，故增加Al量，使二元Fe3Al合金液流動(dòng)性降低。 2) Cr合金元素降低Fe3Al合金液流動(dòng)性的規(guī)律類似于它降低鑄鐵液的流動(dòng)性，其原因是Cr提高了液相線溫度，這相當(dāng)于增大了合金液的結(jié)晶溫度范圍，故使三元合金液的流動(dòng)性下降，但影響程度小于Al、Mo、Nb、Zr等合金元素。澆注溫度對(duì)合金液的充型能力有決定性的影響，但是隨著澆注溫度的提高，鑄件一次結(jié)晶組織粗大，容易產(chǎn)生縮孔、縮松、裂紋等

33、缺陷。針對(duì)于Fe28A1配比的Fe3Al合金澆注溫度應(yīng)控制在l5501580，即過熱溫度在4070左右。第三節(jié) 砂型鑄造 砂型鑄造(sand casting)就是將液態(tài)金屬澆入砂型的鑄造方法。型(芯)砂通常是由石英砂、粘土(或其他粘結(jié)材料)和水按一定比例混制而成的。型(芯)砂要具有“一強(qiáng)三性”，即一定的強(qiáng)度、透氣性(permeability)、耐火性(refractoriness)和退讓性(collapsibility)。砂型可用手工制造，也可用機(jī)器造型。 砂型鑄造是目前最常用、最基本的鑄造方法，其基本過程見圖41。砂型鑄造的造型材料來(lái)源廣，價(jià)格低廉。所用設(shè)備簡(jiǎn)單，操作方便靈活，不受鑄造合金種

34、類、鑄件形狀和尺寸的限制，并適合于各種生產(chǎn)規(guī)模。目前我國(guó)砂型鑄件約占全部鑄件產(chǎn)量的80以上。一、造型方法的選擇 造型方法的選擇具有較大靈活性，一個(gè)鑄件往往可用多種方法造型，應(yīng)根據(jù)鑄件結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、形狀和尺寸、生產(chǎn)批量及車間具體條件等，進(jìn)行分析比較，以確定最佳方案。 1手工造型 手工造型的方法很多，按模樣特征分為整模造型、分模造型、活塊造型、刮板造型、假箱造型和挖砂造型等；按砂箱特征分為兩箱造型、三箱造型、地坑造型、脫箱造型等。 2機(jī)器造型 機(jī)器造型是用機(jī)器來(lái)完成填砂、緊實(shí)和起模等造型操作過程。與手工造型相比，可以提高生產(chǎn)率和鑄型質(zhì)量，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度。但設(shè)備及工裝模具投資較大，生產(chǎn)準(zhǔn)備周期較長(zhǎng)，主要用

35、于成批大量生產(chǎn)。 機(jī)器造型按緊實(shí)方式的不同分震壓造型、拋砂造型和射砂造型等。 (1)震壓造型 圖411所示為震壓造型過程。首先將砂箱放在造型機(jī)的模板(圖41la、b)上，打開定量砂斗門，型砂從上方填入砂箱內(nèi)(見圖411c)。控制壓縮空氣經(jīng)進(jìn)氣口1進(jìn)入震擊活塞底部，頂起震擊活塞等并將進(jìn)氣路關(guān)閉?；钊趬嚎s空氣的推力下上升，當(dāng)活塞底部升至排氣口以上時(shí)壓縮空氣被排出。震擊活塞等自由下落與壓實(shí)活塞頂面進(jìn)行一次撞擊。此時(shí)進(jìn)氣路開通，上述過程再次重復(fù)使型砂逐漸緊實(shí)，如圖41ld所示?？刂茐嚎s空氣由進(jìn)氣口2通入壓實(shí)汽缸底部，頂起壓實(shí)活塞、震擊活塞和砂箱等，使砂型受到壓板的壓實(shí)，如圖4lle所示。然后排氣，壓

36、實(shí)汽缸等下降，壓縮空氣推動(dòng)壓力油進(jìn)入起模壓力缸內(nèi)，四根起模頂桿同步上升頂起砂型，同時(shí)振動(dòng)器振動(dòng)，模樣脫出，如圖4llf所示。 (2)拋砂造型 圖412為拋砂機(jī)的工作原理。拋砂頭轉(zhuǎn)子上裝有葉片，型砂由皮帶輸送機(jī)連續(xù)地送入，高速旋轉(zhuǎn)的葉片接住型砂并分成一個(gè)個(gè)砂團(tuán)。當(dāng)砂團(tuán)隨葉片轉(zhuǎn)到出口處時(shí)，由于離心力的作用，以高速拋入砂箱，同時(shí)完成填砂與緊實(shí)。 (3)射砂造型 射砂緊實(shí)方法除用于造型外多用于制芯。圖413為射砂機(jī)工作原理。由儲(chǔ)氣筒中迅速進(jìn)入到射膛的壓縮空氣，將型芯砂由射砂孔射入芯盒的空腔中，而壓縮空氣經(jīng)射砂板上的排氣孔排出，射砂趕程是在較短的時(shí)間內(nèi)同時(shí)完成填砂和緊實(shí)，生產(chǎn)率極高。 二、砂型鑄造常見缺

37、陷鑄造生產(chǎn)工序繁多，鑄件缺陷的種類很多，產(chǎn)生的原因也很復(fù)雜。表43列出了鑄件常見的幾種缺陷及其產(chǎn)生的主要原因。 表43鑄件常見缺陷及其原因類別缺陷名稱和特征主要原因分析孔洞氣孔 鑄件內(nèi)部出現(xiàn)的孔洞，常為梨形、球形，孔的內(nèi)壁較光滑 1砂型和型芯緊實(shí)度過高 2型砂太濕，起模、修型時(shí)刷水過多 3砂芯未烘干或通氣道堵塞 4澆注系統(tǒng)不正確，氣體排不出去縮孔 鑄件厚截面處出現(xiàn)的形狀極不規(guī)則的孔洞，孔的內(nèi)壁粗糙 縮松 鑄件截面上細(xì)小而分散的縮孔 1澆注系統(tǒng)或冒口設(shè)置不正確，無(wú)法補(bǔ)縮或補(bǔ)縮不足 2澆注溫度過高，金屬液收縮過大 3鑄件設(shè)計(jì)不合理，壁厚不均勻無(wú)法補(bǔ)縮 4與金屬液化學(xué)成分有關(guān)，鑄鐵中C、si含量少、

38、合金元素多時(shí)易出現(xiàn)縮松砂眼 鑄件內(nèi)部或表面帶有砂粒的孔洞 1型砂和芯砂強(qiáng)度不夠或局部沒舂實(shí)，掉砂 2型腔、澆注系統(tǒng)內(nèi)散砂未吹凈 3合箱時(shí)砂型局部擠壞，掉砂 4澆注系統(tǒng)不合理，沖壞砂型(芯)渣氣孔 鑄件澆注時(shí)的上表面充滿熔渣的孔洞，常與氣孔并存，大小不一，成群集結(jié) 1澆注溫度太低，熔渣不易上浮 2澆注時(shí)沒擋住熔渣 3澆注系統(tǒng)不正確，擋渣作用差表 面 缺 陷機(jī)械粘砂 鑄件表面粘附著一層砂粒和金屬的機(jī)械混合物，使表面粗糙 1砂型舂得太松，型腔表面不致密 2澆注溫度過高，金屬液滲透力大 3砂粒過粗，砂粒間空隙過大夾砂 鑄件表面產(chǎn)生的疤片狀金屬突起物。表面粗糙，邊緣銳利，在金屬片和鑄件之間夾有一層型砂

39、1型砂熱濕強(qiáng)度較低，型腔表面受熱膨脹后易鼓起或開裂 2砂型局部緊實(shí)度過大，水分過多，水分烘干后，易出現(xiàn)脫皮 3內(nèi)澆道過于集中，使局部砂型烘烤厲害 4澆注溫度過高，澆注速度過慢裂紋熱裂 鑄件開裂，裂紋斷面嚴(yán)重氧化，呈暗藍(lán)色，外形曲折而不規(guī)則冷裂 裂紋斷面不氧化，并發(fā)亮，有時(shí)輕微氧化，呈連續(xù)直線狀1砂型(芯)退讓性差，阻礙鑄件收縮而引起過大的內(nèi)應(yīng)力 2澆注系統(tǒng)開設(shè)不當(dāng)，阻礙鑄件收縮 3鑄件設(shè)計(jì)不合理，薄厚差別大第四節(jié) 特種鑄造 砂型鑄造的工藝靈活性是其他鑄造方法無(wú)法比擬的，但也存在一些難以克服的缺點(diǎn)，如一型一件，生產(chǎn)率低，鑄件表面粗糙，加工余量較大，廢品率較高，工藝過程復(fù)雜，勞動(dòng)條件差等。為了克服

40、上述缺點(diǎn)，在生產(chǎn)實(shí)踐中發(fā)展出一些區(qū)別于砂型鑄造的其他鑄造方法，我們統(tǒng)稱為特種鑄造(special casting processes)。特種鑄造方法很多，不同的方法往往在某種特定條件下適應(yīng)不同鑄件生產(chǎn)的特殊要求，以獲得更好的質(zhì)量或更高的經(jīng)濟(jì)效益。以下介紹幾種常用的特種鑄造方法。一、金屬型鑄造 金屬型鑄造(permanent mould casting)是將液態(tài)金屬澆入金屬鑄型，以獲得鑄件的鑄造方法。由于金屬型可重復(fù)使用，所以又稱永久型鑄造。 根據(jù)鑄件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，金屬型可采用多種型式。圖414為活塞的金屬型鑄造示意圖。該金屬型由左半型1和右半型2組成，采用垂直分型，活塞的內(nèi)腔由組合式型芯構(gòu)成。鑄

41、件冷卻凝固后，先取出中間型芯4，再取出左、右兩側(cè)型芯3，然后沿水平方向拔出左右銷孔芯5，最后分開左右兩個(gè)半型，即可取出鑄件。 金屬型“一型多鑄”，工序簡(jiǎn)單，生產(chǎn)率高，勞動(dòng)條件好。金屬型內(nèi)腔表面光潔，剛度大，因此，鑄件精度高，表面質(zhì)量好。金屬型導(dǎo)熱快，鑄件冷卻速度快，凝固后鑄件晶粒細(xì)小，從而提高了鑄件的機(jī)械性能。金屬型導(dǎo)熱快，無(wú)退讓性和透氣性，鑄件容易產(chǎn)生澆不足、冷隔、裂紋、氣孔等缺陷。此外，在高溫金屬液的沖刷下，型腔易損壞。為此，需要采取如下工藝措施：澆注前預(yù)熱鑄型，使金屬型在一定的溫度范圍內(nèi)工作；型腔內(nèi)涂以耐火涂料，以減慢鑄型的冷卻速度，并延長(zhǎng)鑄型壽命；在分型面上做出通氣槽、出氣口等，以利于

42、氣體的排出；掌握好開型時(shí)間以利于取件和防止鑄鐵件產(chǎn)生白口組織。 金屬型的成本高，制造周期長(zhǎng)，鑄造工藝規(guī)程要求嚴(yán)格，鑄鐵件還容易產(chǎn)生白口組織。因此，金屬型鑄造主要適用于大批量生產(chǎn)形狀簡(jiǎn)單的有色合金鑄件，如鋁活塞、氣缸、缸蓋、油泵殼體，以及銅合金軸瓦、軸套等。二、熔模鑄造 熔模鑄造(investment casting)是用易熔材料制成模樣，造型之后將模樣熔化，排出型外，從而獲得無(wú)分型面的型腔。由于熔模廣泛采用蠟質(zhì)材料制成，又稱“失蠟鑄造”。這種鑄造方法能夠獲得具有較高精度和表面質(zhì)量的鑄件，故有“精密鑄造”之稱。 1基本工藝過程 熔模鑄造的工藝過程如圖415所示。主要包括蠟?zāi)?wax patter

43、n)制造、結(jié)殼、脫蠟(dewax)、焙燒和澆注等過程。 (1) 蠟?zāi)Ｖ圃?通常根據(jù)零件圖制造出與零件形狀尺寸相符合的母模(如圖415a)，再由母模形成一種模具(稱壓型)的型腔(如圖415b)，把熔化成糊狀的蠟質(zhì)材料壓入壓型，等冷卻凝固后取出，就得到蠟?zāi)?如圖415c，d，e)。在鑄造小型零件時(shí)，常把若干個(gè)蠟?zāi)Ｕ澈显谝粋€(gè)澆注系統(tǒng)上，構(gòu)成蠟?zāi)＝M(如圖415f)，以便一次澆注出多個(gè)鑄件。 (2) 結(jié)殼 把蠟?zāi)＝M放入粘結(jié)劑和石英粉配制的涂料中浸漬，使涂料均勻地覆蓋在蠟?zāi)１韺?，然后在上面均勻地撒一層石英砂，再放入硬化劑中硬化。如此反?fù)46次，最后在蠟?zāi)＝M外表形成由多層耐火材料組成的堅(jiān)硬的型殼(如圖415

44、g)。 (3) 脫蠟 通常將附有型殼的蠟?zāi)＝M浸入8595的熱水中，使蠟料熔化并從型殼中脫除，以形成型腔。 (4) 焙燒和澆注 型殼在澆注前，必須在800950下進(jìn)行焙燒，以徹底去除殘蠟和水分。為了防止型殼在澆注時(shí)變形或破裂，可將型殼排列于砂箱中，周圍用砂填緊(如圖415h)。焙燒后通常趁熱(600700)進(jìn)行澆注，以提高充型能力。 2熔模鑄造的特點(diǎn)和應(yīng)用 熔模鑄件精度高，表面質(zhì)量好，無(wú)分型面，可鑄出形狀復(fù)雜的薄壁鑄件，大大減少機(jī)械加工工時(shí)，顯著提高金屬材料的利用率。熔模鑄造的型殼耐火性強(qiáng)，適用于各種合金材料，尤其適用于那些高熔點(diǎn)合金及難切削加工合金的鑄造。并且生產(chǎn)批量不受限制，單件、小批、大量

45、生產(chǎn)均可。但熔模鑄造工序繁雜，生產(chǎn)周期長(zhǎng)，鑄件的尺寸和重量受到鑄型(沙殼體)承載能力的限制(一般不超過25 kg)。主要用于成批生產(chǎn)形狀復(fù)雜、精度要求高或難以進(jìn)行切削加工的小型零件，如汽輪機(jī)葉片和葉輪、大模數(shù)滾刀等。三、壓力鑄造 壓力鑄造(die casting)是在壓鑄機(jī)上將熔融的金屬在高壓下快速壓入金屬型，并在壓力下凝固，以獲得鑄件的方法。 壓鑄機(jī)分為立式和臥式兩種，圖416為立式壓鑄機(jī)工作過程示意圖。合型后，用定量勺將金屬液注入壓室中(如圖416a)，壓射活塞向下推進(jìn)，將金屬液壓入鑄型(如圖416b)，金屬凝固后，壓射活塞退回，下活塞上移頂出余料，動(dòng)型移開，取出鑄件(如圖416c)。 壓

46、力鑄造是在高速、高壓下成形，可鑄出形狀復(fù)雜、輪廓清晰的薄壁鑄件，鑄件的尺寸精度高，表面質(zhì)量好，一般不需機(jī)械加工可直接使用，而且組織細(xì)密，力學(xué)性能好；在壓鑄機(jī)上生產(chǎn)，生產(chǎn)率高，勞動(dòng)條件好。 但是，壓鑄設(shè)備投資大，壓型制造成本高，周期長(zhǎng)，壓型工作條件惡劣，易損壞。因此，壓力鑄造主要用于大批生產(chǎn)低熔點(diǎn)合金的中小型鑄件，在汽車、拖拉機(jī)、航空、儀表、電器、紡織、醫(yī)療器械、日用五金及國(guó)防等部門獲得廣泛的應(yīng)用。四、低壓鑄造 低壓鑄造(10w-pressure die casting)是介于金屬型鑄造和壓力鑄造之間的一種鑄造方法。是在較低的壓力下，將金屬液注入型腔，并在壓力下凝固，以獲得鑄件。如圖417所示，

47、在一個(gè)密閉的保溫坩堝中，通入壓縮空氣，使坩堝內(nèi)的金屬液在氣體壓力下，從升液管內(nèi)平穩(wěn)上升充滿鑄型，并使金屬在壓力下結(jié)晶。當(dāng)鑄件凝固后，撤除壓力，使升液管和澆口中尚未凝固的金屬液在重力作用下流回坩堝。最后開啟鑄型，取出鑄件。 低壓鑄造充型時(shí)的壓力和速度容易控制，充型平穩(wěn)，對(duì)鑄型的沖刷力小，故可適用各種不同的鑄型；金屬在壓力下結(jié)晶，而且澆口有一定補(bǔ)縮作用，故鑄件組織致密，力學(xué)性能高。另外，低壓鑄造設(shè)備投資較少，便于操作，易于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化和自動(dòng)化。因此，低壓鑄造廣泛用于大批量生產(chǎn)鋁合金和鎂合金鑄件，如發(fā)動(dòng)機(jī)的缸體和缸蓋、內(nèi)燃機(jī)活塞、帶輪、粗紗錠翼等，也可用于球墨鑄鐵、鋁合金等較大鑄件的生產(chǎn)。五、離心鑄造

48、 離心鑄造(centrifugal casting)是將熔融金屬澆入高速旋轉(zhuǎn)的鑄型中，使其在離心力作用下填充鑄型和結(jié)晶，從而獲得鑄件的方法。離心鑄造必須在離心鑄造機(jī)上進(jìn)行，按鑄型旋轉(zhuǎn)軸線的空間位置不同，離心鑄造分為立式和臥式兩種，如圖418所示。 離心鑄造不用型芯，不需要澆注系統(tǒng)和冒口，工藝簡(jiǎn)單，生產(chǎn)率和金屬的利用率高，成本低。在離心力作用下，金屬液中的氣體和夾雜物因密度小而集中在鑄件內(nèi)表面，金屬液自外表面向內(nèi)表面順序凝固，因此，鑄件組織致密，無(wú)縮孔、氣孔、夾渣等缺陷，力學(xué)性能高，而且提高了金屬液的充型能力。但是，利用自由表面所形成的內(nèi)孔，尺寸誤差大，內(nèi)表面質(zhì)量差，且不適于比重偏析大的合金。目

49、前主要用于生產(chǎn)空心回轉(zhuǎn)體鑄件，如鑄鐵管、氣缸套、活塞環(huán)及滑動(dòng)軸承等，也可用于生產(chǎn)雙金屬鑄件。六、鑄造方法的選擇 各種鑄造方法均有其優(yōu)缺點(diǎn)，選用哪種鑄造方法，必須依據(jù)生產(chǎn)的具體特點(diǎn)來(lái)定，既要保證產(chǎn)品質(zhì)量，又要考慮產(chǎn)品的成本和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備、原材料供應(yīng)情況等，要進(jìn)行全面分析比較，以選定最適當(dāng)?shù)蔫T造方法。表44列出了幾種常用的鑄造方法，供選擇時(shí)參考。 表4-4 幾種常用鑄造方法的比較比較項(xiàng)目鑄造方法砂型鑄造熔模鑄造金屬型鑄造壓力鑄造低壓鑄造離心鑄造適用金屬任意不限制，以鑄鋼為主不限制，以有色合金為主鋁、鋅等低熔點(diǎn)合金以有色合金為主以鑄鐵、銅合金為主適用鑄件大小任意一般<25kg以中小鑄件為主，也可用

50、于數(shù)噸大件一般10kg下小件，也可用于中等鑄件中、小鑄件為主不限制生產(chǎn)批量不限制成批、大量也可單件生產(chǎn)大批、大量大批、大量成批、大量成批、大量鑄件尺寸精度ITl4ITl5ITllITl4ITl2ITl4ITllITl3ITl2ITl4ITl2ITl4(孔徑精度低)表面粗糙度值Ram粗糙12.51.612.56.33.20.812.53.212.56.3(內(nèi)孔粗糙)鑄件內(nèi)部質(zhì)量結(jié)晶粗結(jié)晶粗結(jié)晶粗結(jié)晶細(xì)，內(nèi)部多有氣孔結(jié)晶細(xì)缺陷很少鑄件加工余量大小或不加工小不加工小內(nèi)孔加工量大生產(chǎn)率(一般機(jī)械化程度)低、中低、中中、高最高中中、高應(yīng)用舉例機(jī)床床身、軋鋼機(jī)機(jī)架、變速器箱體、帶輪等一般鑄件刀具、葉片、自

51、行車零件、機(jī)床零件、刀桿、風(fēng)動(dòng)工具等鋁活塞、水暖器材、水輪機(jī)葉片、一般有色合金鑄件汽車化油器、喇叭、電器、儀表、照相機(jī)零件發(fā)動(dòng)機(jī)缸體、缸蓋、殼體、箱體、船用螺旋槳、紡織機(jī)零件各種鐵管、套筒、環(huán)、輥、葉輪、滑動(dòng)軸承等第五節(jié) 鑄件結(jié)構(gòu)工藝性 鑄件結(jié)構(gòu)工藝性通常是指鑄件的本身結(jié)構(gòu)應(yīng)符合鑄造生產(chǎn)的要求，既便于整個(gè)工藝過程的進(jìn)行，又利于保證產(chǎn)品質(zhì)量。鑄件結(jié)構(gòu)是否合理，對(duì)簡(jiǎn)化鑄造生產(chǎn)過程，減少鑄件缺陷，節(jié)省金屬材料，提高生產(chǎn)率和降低成本等具有重要意義，并與鑄造合金、生產(chǎn)批量、鑄造方法和生產(chǎn)條件有關(guān)。一、鑄件結(jié)構(gòu)應(yīng)利于避免或減少鑄件缺陷 鑄件的許多缺陷，如縮孔、縮松、裂紋、變形、澆不足、冷隔等，有時(shí)是由于鑄件結(jié)構(gòu)不合理而引起的。因此，設(shè)計(jì)鑄件結(jié)構(gòu)時(shí)應(yīng)首先從保證產(chǎn)品質(zhì)量的角度出發(fā)，盡量做到以下幾點(diǎn)： 1壁厚合理 鑄件壁厚大有利于金屬液充型，但隨著壁厚的增加，金屬液冷速降低，鑄件晶粒變粗大，力學(xué)性能下降。所以從細(xì)化結(jié)晶組織和節(jié)省金屬材料考慮，應(yīng)盡量減小鑄件壁厚。但鑄件壁厚太小又易導(dǎo)致冷隔、澆不足或生成白口組織等缺陷，故各種不同的合金視鑄件大小、鑄造方法不同，其最小壁厚應(yīng)受到限制(參見表41)。 通常情況下，設(shè)計(jì)鑄件壁厚時(shí)應(yīng)首先保證金屬液的充型能力，在此前提下盡量減小鑄件壁厚。若鑄件壁的承載能力或剛度不能滿足要求時(shí)，可采用加強(qiáng)筋等結(jié)構(gòu)。圖419為臺(tái)鉆底板設(shè)計(jì)中采用加強(qiáng)筋的例子，采用加強(qiáng)筋后，可