金屬工藝第二章_鑄造課件工藝基礎(chǔ)課件

1、第2章鑄造鑄造生產(chǎn)的定義鑄造生產(chǎn)的概述鑄造生產(chǎn)的特點(diǎn)鑄造生產(chǎn)的方法及種類一、鑄造的定義 鑄造鑄造：將熔煉好的液態(tài)金屬澆入與零件形狀相適應(yīng)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。鑄造的實(shí)質(zhì)是液態(tài)金屬凝固而成形。鑄造的實(shí)質(zhì)是液態(tài)金屬凝固而成形。鑄造生產(chǎn)過(guò)程示意圖二、鑄造生產(chǎn)概述1.鑄造-俗稱“翻砂”2.鑄造生產(chǎn)的技術(shù)在我國(guó)至少有四千年的歷史。前兩千年以青銅鑄造為主，發(fā)展了冶鑄技術(shù)，形成了商周文化后兩千以鑄鐵生產(chǎn)為主，推動(dòng)了鑄造技術(shù)的發(fā)展。云版又叫“點(diǎn)”，是軍營(yíng)中遇有急事敲打報(bào)警用的。此塊云版用生鐵鑄成，上下兩端勾卷如云，故名。上鑄雙鉤漢字兩行：“大金天命癸亥年鑄牛莊城”十一字。清曾

2、稱金，但到了1636年，清太宗皇太極將國(guó)號(hào)改為清后，為消除民眾對(duì)歷史上金朝的厭惡之感，把幾乎一切有“大金”字樣的東西都?xì)Я恕４藟K云版就成了實(shí)用器物中唯一能證實(shí)清王朝在1636年前曾自稱“金”或“大金”的確鑿證據(jù)商代司母戊鼎商代司母戊鼎口長(zhǎng)112厘米、口寬79.2厘米，壁厚6厘米，連耳高133厘米，重達(dá)832.84公斤。根據(jù)目前發(fā)現(xiàn)的商代熔銅坩堝，一次能熔銅12.7公斤。鑄造司母戊這樣的大鼎，就需要七十多個(gè)坩堝。如果一個(gè)坩堝配備三至四人，就需要二、三百人同時(shí)操作。三、鑄造生產(chǎn)的特點(diǎn)1.生產(chǎn)方法靈活性大可以制造形狀復(fù)雜(特別是具有內(nèi)腔結(jié)構(gòu))的工件。例如箱體、氣缸體、機(jī)座等。不受材料的限制。例如工業(yè)

3、上常用的金屬都適于鑄造。不受零件尺寸和重要的限制三、鑄造生產(chǎn)的特點(diǎn)2.成本低鑄件的尺寸和形狀與零件相近，可以做到少切削或無(wú)切削，節(jié)約金屬，縮短生產(chǎn)時(shí)間。原材料來(lái)源廣泛，價(jià)格低廉。金屬的邊角余料、廢金屬都可重用。鑄造在機(jī)械制造中應(yīng)用十分廣泛，在各種類型的機(jī)器設(shè)備中鑄件占很大比重。如下所示3.鑄造成形的缺點(diǎn)1）鑄造組織疏松、晶粒粗大，內(nèi)部易產(chǎn)生縮孔、縮松、氣孔等缺陷。 2）鑄件的機(jī)械性能較低。3）鑄造工序多，難以精確控制，使得鑄件質(zhì)量不夠穩(wěn)定。4）勞動(dòng)條件較差，勞動(dòng)強(qiáng)度較大。 四、鑄造的種類普通砂型鑄造普通砂型鑄造濕砂型鑄造干砂型鑄造特種鑄造特種鑄造熔模鑄造金屬型鑄造壓力鑄造低壓鑄造離心鑄造其它特

4、種鑄造2.1鑄造工藝基礎(chǔ)教學(xué)內(nèi)容2.1.1液態(tài)合金的充型2.1.2鑄件的凝固與收縮2.1.3鑄造內(nèi)應(yīng)力2.1.4鑄件的變形和裂紋2.1.5鑄件的質(zhì)量控制教學(xué)要求：1.要重點(diǎn)掌握鑄造合金液體的流動(dòng)性及其影響因素2.縮孔與縮松的產(chǎn)生與防止3.鑄造應(yīng)力、變形與裂紋的產(chǎn)生與防止4.掌握鑄件質(zhì)量的綜合控制方法液態(tài)合金的工藝性能液態(tài)合金的工藝性能鑄造性能鑄造性能通常是指合金的通常是指合金的流動(dòng)性、收縮流動(dòng)性、收縮性、吸氣性性、吸氣性及偏析等性能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(jìn)行鑄件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的依據(jù)2.1.1液態(tài)合金的充型1）液態(tài)金屬的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)液態(tài)金屬是通過(guò)加熱將金屬由

5、固態(tài)融化為熔融狀態(tài)而得到的。鑄造生產(chǎn)中得到的金屬過(guò)熱度不高,這種液態(tài)金屬接近固態(tài)而遠(yuǎn)離液態(tài).金屬的熔化是從晶界開始的，是原子間結(jié)合的局部破壞。熔化后的金屬由許多近程有序排列的“流動(dòng)的原子集團(tuán)”所組成，瞬間消失、瞬間消失。原子的排列和原有的固體相似存在很大的能量起伏，熱運(yùn)動(dòng)很強(qiáng)溫度越高，原子集團(tuán)越小，流動(dòng)越快液態(tài)金屬具有黏度和表面張力等特性。黏度是介質(zhì)中一部分質(zhì)點(diǎn)對(duì)另一部分質(zhì)點(diǎn)作相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)所受到的阻力。表面張力是在液體表面上平行表面方向、且在各個(gè)方向均相等的張力。2）液態(tài)合金的充型熔化合金填充鑄型的過(guò)程，簡(jiǎn)稱充型。液態(tài)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，稱為合金的充型能力。一

6、些鑄造缺陷，如澆不到、冷隔、砂眼、抬箱及氣孔等都是在充型能力不足的情況下產(chǎn)生的。對(duì)于充型能力強(qiáng)的合金液，卷入其中的氣體易于上浮而被排除，有利于對(duì)鑄件凝固收縮進(jìn)行補(bǔ)縮及補(bǔ)合在凝固后期出現(xiàn)的熱裂紋，從而防止氣孔、縮孔、縮松和熱裂等缺陷2.影響合金充型能力的主要條件充型能力取決于合金的流動(dòng)性澆注條件鑄型填充條件1）合金的流動(dòng)性合金的流動(dòng)性是：合金的流動(dòng)性是： 液態(tài)合金本身的流動(dòng)能力。合金的流動(dòng)性越好，填充性也越好。流動(dòng)性對(duì)鑄件性能的影響：流動(dòng)性對(duì)鑄件性能的影響： (1)有利于液態(tài)合金中氣體和熔渣的上浮與排除； (2)有助于對(duì)凝固過(guò)程中所產(chǎn)生的收縮進(jìn)行補(bǔ)縮； (3)若合金的流動(dòng)性差，鑄件容易產(chǎn)生澆不到

7、、冷隔等缺陷，而且也是引起鑄件氣孔、夾渣和縮孔等缺陷的間接原因。 合金的流動(dòng)性用澆注流動(dòng)性試樣的方法來(lái)衡量，一般采用如圖所示的螺旋形試樣，流動(dòng)距離越長(zhǎng)，表明流動(dòng)性越好。澆口標(biāo)澆口標(biāo)出氣口出氣口決定合金流動(dòng)性的主要因素有： (1）合金的種類。（2）合金的成分。（3）雜質(zhì)和含氣量。（1）合金的種類。合金的熔點(diǎn)、熱導(dǎo)率、粘度等物理性能影響流動(dòng)性；熔點(diǎn)越高，熱導(dǎo)率越大,粘度越大其流動(dòng)性越差。合金種類 鑄型種類 澆注溫度/ 螺旋線長(zhǎng)度/ 鑄鐵 wC+Si=6.2% wC+Si=5.9% wC+Si=5.2% wC+Si=4.2% 砂型 砂型 砂型 砂型 1300 1300 1300 1300 1800

8、1300 1000 600 鑄鋼 wC=0.4% 鋁硅合金（硅鋁明） 鎂合金（含Al和Zn） 錫青銅（wSn10%，wZn2%） 硅黃銅（wSi=1.5%4.5%） 砂型 砂型 金屬型（300 砂型 砂型 砂型 1600 1640 680720 700 1040 1100 100 200 700800 400600 420 1000 （2）合金的成分。同種合金，成分不同，其結(jié)晶特點(diǎn)不同，流動(dòng)性也不同。下圖所示分別鐵碳合金和鉛錫合金的流動(dòng)性與相圖的關(guān)系.鐵碳合金的流動(dòng)性與相圖的關(guān)系100200300溫度（）0PbSb20406080204060800流動(dòng)性（cm）鉛錫合金的流動(dòng)性與相圖的關(guān)系純金

9、屬和共晶合金在恒溫下結(jié)晶，為逐層凝固方式，如圖a所示，凝固層表面光滑，阻力小，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。而亞共晶合金，為中間凝固方式，復(fù)雜枝晶阻礙流動(dòng)，故流動(dòng)性差，如圖b所示。（3）雜質(zhì)與含氣量熔融金屬中出現(xiàn)的固態(tài)夾雜物，將使液體的黏度增加，合金的流動(dòng)性下降。所以合金成份中凡能形成高熔點(diǎn)夾雜物的元素均能降低合金的流動(dòng)性，如灰鑄鐵中錳和硫，生成的MnS熔點(diǎn)高達(dá)16200C，鋼中的MnO(17850C)、SiO2(17100C)、Al2O3(20500C)等以及鋁、鎂合金中的氧化物夾雜，都會(huì)使合金的流動(dòng)性下降。但是，在熔融合金中呈液態(tài)的夾雜物由于熔點(diǎn)較低，在熔融合金的溫度下有

10、較大的過(guò)熱，使合金的粘度減小，增加合金的流動(dòng)性。如在酸性爐熔煉的鋼液，其夾雜物多為熔點(diǎn)較低的硅酸鹽，在同樣過(guò)熱條件下，熔融鋼液的流動(dòng)性比在堿性爐中熔煉的要好。熔融金屬中含氣量愈少，合金的流動(dòng)性愈好。3）澆注條件(1)澆注溫度澆注溫度對(duì)熔融合金的充型能力有決定性影響。澆注溫度高，金屬液的粘度小，過(guò)熱度高，傳給鑄型的熱量多，在鑄型中合金的冷卻速度下降，保持液態(tài)的時(shí)間延長(zhǎng)，合金的充型能力增加。增加合金過(guò)熱度或提高澆注溫度，可防止鑄件產(chǎn)生澆不足、冷隔、氣孔及夾渣等缺陷。（薄壁鑄件和形狀復(fù)雜的鑄件尤為重要）但是溫度過(guò)高，會(huì)使合金收縮增加，吸氣增多，氧化嚴(yán)重，從而增加了鑄件產(chǎn)生縮松、縮孔、粘砂、氣孔等缺陷

11、的可能性。（鑄鋼為152016200C，鑄鐵為123014500C，鋁合金為6807800C）(2)充型壓力熔融合金在流動(dòng)方向上所受的壓力愈大,充型能力愈好.砂型鑄造時(shí),充型壓力是由直澆道的靜壓力產(chǎn)生的,適當(dāng)提高直澆道的高度,可提高直澆道的高度,鑄件易產(chǎn)生砂眼、氣孔等缺陷。在低壓鑄造、壓力鑄造和離心鑄造時(shí)，因人工加大了充型壓力，充型能力較強(qiáng)。3）鑄型條件熔融合金充型時(shí)，鑄型的阻力及鑄型對(duì)合金的冷卻作用，都將影響合金的充型能力.（1）鑄型的蓄熱能力：表示鑄型從熔融合金中吸收并傳出熱量的能力。鑄型材料的比熱和導(dǎo)熱系數(shù)愈大，合金的充型能力愈差。（砂型比金屬型，干型比濕型，熱型比冷型的流動(dòng)性要好）（2

12、）鑄型溫度差：鑄型預(yù)熱（3）鑄型中的氣體：一方面要減少氣體的產(chǎn)生，另一方面要增加鑄型的透氣性或開設(shè)冒口、明冒口等，使型腔及型砂中的氣體順利排出。（4）鑄型結(jié)構(gòu)：當(dāng)鑄件壁厚過(guò)小，壁厚急劇變化、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，或有大的水平面，均會(huì)使合金棄于困難。2.1.2液態(tài)金屬的凝固與收縮鑄型中液態(tài)合金轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)的過(guò)程，稱為鑄件的凝固，或稱為結(jié)晶。金屬的凝固，一般是在常溫、常壓（重力）情況下進(jìn)行的。壓鑄等除外。金屬凝固時(shí)應(yīng)滿足的熱力學(xué)條件下，只有當(dāng)體系所處的溫度低于熔點(diǎn)溫度（液相線溫度）Tm時(shí)，才能發(fā)生凝固現(xiàn)象。金屬的凝固包括晶核的形成和晶體的長(zhǎng)大兩個(gè)過(guò)程。1）凝固方式鑄件凝固過(guò)程中，在其斷面上存在三個(gè)區(qū)域，即已凝固

13、的固相區(qū)、液固兩相并存的凝固區(qū)和未開始凝固的液相區(qū)。其中凝固區(qū)的寬窄對(duì)鑄件質(zhì)量影響較大。其寬窄決定著鑄件的凝固方式。鑄件的凝固方式示意圖鑄件的凝固方式示意圖T-溫度場(chǎng)溫度場(chǎng) 凝固區(qū)域?qū)挾饶虆^(qū)域?qū)挾?1)逐層凝固逐層凝固純金屬或共晶成分的合金，凝固時(shí)鑄件的斷面上不存在液、固兩相并存的凝固區(qū)，已凝固層與未凝固的液相區(qū)之間界限清晰，隨著溫度的下降，已凝固層不斷加厚，液相區(qū)逐漸減小，一直到鑄件完全凝固，這種凝固方式稱為逐層凝固。2）糊狀凝固）糊狀凝固n如果合金的結(jié)晶溫度范圍很寬，且鑄件斷面的溫度梯度較小，則在開始凝固的一段時(shí)間內(nèi)，鑄件表面不會(huì)形成堅(jiān)固的已凝固層，而是液、固兩相共存區(qū)貫穿鑄件的整個(gè)斷面

14、。這種凝固方式先呈糊狀，然后整體凝固，故稱為糊狀凝固。3）中間凝固大多數(shù)鑄造合金的凝固方式介于逐層凝固和糊狀凝固之間，即在凝固過(guò)程中，鑄件斷面上存在一定寬度的液固兩相共存的凝固區(qū)，稱為中間凝固方式。鑄件的凝固方式?jīng)Q定了鑄件的組織結(jié)構(gòu)形式，是影響鑄件質(zhì)量的內(nèi)在因素。鑄件質(zhì)量與凝固方式密切相關(guān)。一般說(shuō)來(lái)，逐層凝固時(shí)，合金的充型能力強(qiáng)，不易產(chǎn)生縮松；糊狀凝固時(shí)，難以獲得結(jié)晶緊實(shí)的鑄件。2）影響凝固方式的因素鑄件采取何種凝固方式主要取決于該合金的結(jié)晶溫度范圍和鑄件的溫度梯度。合金的結(jié)晶溫度范圍：合金的結(jié)晶溫度范圍愈窄，鑄件的凝固區(qū)域就愈窄，愈傾向于逐層凝固。如砂型鑄造時(shí)，低碳鋼的凝固為逐層凝固，而高碳

15、鋼的結(jié)晶溫度范圍較寬成為糊狀凝固。鑄型的溫度梯度：在合金結(jié)晶溫度范圍已定的前提下，凝固區(qū)域的寬窄取決于鑄件內(nèi)外層的溫度梯度。當(dāng)鑄件的溫度梯度由小變大，則其對(duì)應(yīng)的凝固區(qū)域由寬變窄，越傾向于逐層凝固。鑄件的溫度梯度取決于以下三點(diǎn)：鑄造合金的性質(zhì)。如鑄造合金的導(dǎo)熱性愈好、結(jié)晶潛熱愈大，則鑄件均勻溫度的能力愈強(qiáng)，溫度梯度就愈小。鑄型的蓄熱能力和導(dǎo)熱性愈好，對(duì)鑄件的激冷能力愈強(qiáng)，使鑄件的溫度梯度愈大。提高澆注溫度，會(huì)降低鑄型的冷卻能力，從而降低鑄件的溫度梯度。2.液態(tài)合金的收縮 常用合金中，鑄鋼的收縮率最大，灰鑄鐵最小。幾種鐵碳合金的體積收縮率見(jiàn)表2-1。常用鑄造合金的線收縮率見(jiàn)表2-2。合金種類含碳量

16、 （%）澆注溫度 / 液態(tài)收縮 （%）凝固收縮（%)固態(tài)收縮 （%）總體積收縮 （%）碳素鑄鋼0.35 16101.63.07.86 12.46 白口鑄鐵3.014002.44.25.46.31212.9 灰鑄鐵3.514003.50.13.34.26.97.8表表2-1幾種鐵碳合金的體積收縮率幾種鐵碳合金的體積收縮率表2-2常用鑄造合金的線收縮率化學(xué)成分不同，其收縮率也略有差別。例如，碳素鑄鋼隨含碳量的增加，其結(jié)晶溫度范圍變寬，凝固收縮率增大。幾種鑄造碳鋼的凝固收縮率見(jiàn)表2-3。表2-3鑄造碳鋼的凝固收縮率合金的收縮經(jīng)歷如下三個(gè)階段，如圖所示。合金的收縮經(jīng)歷如下三個(gè)階段，如圖所示。（1） 液

17、態(tài)收縮：從澆注溫度（T澆）到凝固開始溫度（即液相線溫度Tl）間的收縮。 （2） 凝固收縮：從凝固開始溫度（Tl）到凝固終止溫度（即固相線溫度Ts）間的收縮。 液態(tài)收縮和凝固收縮時(shí)金屬液體積縮小，是形成縮孔和縮松的基本原因。（3） 固態(tài)收縮：從凝固終止溫度（Ts）到室溫間的收縮。 用線收縮表示。它對(duì)鑄件形狀和尺寸精度影響很大，是鑄造應(yīng)力、變形和裂紋等缺陷產(chǎn)生的基本原因。 合金的收縮率為上述三個(gè)階段收縮率的總和。2.影響合金收縮的因素1）化學(xué)成分：鑄鐵中促進(jìn)石墨形成的元素增加，收縮減少。如：灰口鐵C，Si，收，S 收。因石墨比容大，體積膨脹，抵銷部分凝固收縮。2）澆注溫度：溫度 液態(tài)收縮3）鑄件結(jié)

18、構(gòu)與鑄型條件:鑄件在鑄型中收縮會(huì)受鑄型和型芯的阻礙。實(shí)際收縮小于自由收縮。鑄型要有好的退讓性。2.1.3鑄造內(nèi)應(yīng)力鑄件完全凝固后便進(jìn)入了固態(tài)收縮階段，若鑄件的固態(tài)收縮受到阻礙，將在鑄件內(nèi)部產(chǎn)生應(yīng)力，稱為鑄造應(yīng)力。它是鑄件產(chǎn)生變形和裂紋的基本原因。按照應(yīng)力產(chǎn)生的原因，將鑄造應(yīng)力分為熱應(yīng)力和機(jī)械應(yīng)力兩種。機(jī)械應(yīng)力:鑄件在固態(tài)收縮時(shí)，因受到鑄型、型芯、澆冒口、砂箱等外力阻礙而產(chǎn)生的應(yīng)力。 1. 熱應(yīng)力:鑄件在凝固和冷卻的過(guò)程中，由于鑄件的壁厚不均勻，導(dǎo)致不同部位不均衡的收縮而引起的應(yīng)力。+表示拉應(yīng)力表示拉應(yīng)力; -表示壓應(yīng)力表示壓應(yīng)力熱應(yīng)力的形成熱應(yīng)力的形成當(dāng)鑄件處于高溫階段（t0-t1）時(shí)，兩桿都

19、處于塑性狀態(tài)，盡管此時(shí)兩桿的冷速不同、收縮也不同步，但瞬時(shí)的應(yīng)力可通過(guò)塑性變形來(lái)自行消失，在鑄件內(nèi)無(wú)應(yīng)力產(chǎn)生；繼續(xù)冷卻，冷速較快的桿II進(jìn)入彈性狀態(tài)，粗桿I仍然處于塑性狀態(tài)（t1-t2），此時(shí)由于細(xì)桿II的冷速較快、收縮較大，所以細(xì)桿II會(huì)受到拉伸，粗桿I會(huì)受到壓縮（圖b），形成暫時(shí)內(nèi)應(yīng)力，但此內(nèi)應(yīng)力很快因粗桿I發(fā)生了微量的受壓塑性變形而自行消失(圖c)當(dāng)進(jìn)一步冷至更低溫度時(shí)（t2-t3），兩桿均進(jìn)入了彈性狀態(tài)，此時(shí)由于兩桿的溫度不同、冷卻速度也不同，所以二者的收縮也不同步，粗桿I的溫度較高，還要進(jìn)行較大的收縮，細(xì)桿II的溫度較低，收縮已趨于停止，因此粗桿I的收縮必定受到細(xì)桿II的阻礙，使其收

20、縮不徹底，在部產(chǎn)生拉應(yīng)力；而桿II則受到桿I因收縮而施與的壓應(yīng)力（圖d）。直到室溫，殘留熱應(yīng)力一直存在。熱應(yīng)力形成規(guī)律熱應(yīng)力使冷卻較慢的厚壁處或芯部受拉伸，冷卻較快的薄壁處或表層受壓縮，鑄件的壁厚差別越大，合金的線收縮率或彈性模量越大，熱應(yīng)力越大。順序凝固時(shí)，鑄件各部分冷卻速度不一致，按先后順序凝固，產(chǎn)生的熱應(yīng)力較大。所謂順序凝固是指，采用一些適當(dāng)?shù)墓に嚧胧?，使鑄件遠(yuǎn)離冒口或澆口的部位最先凝固靠近冒口的地方次凝固，最后才是冒口本身凝固。實(shí)現(xiàn)以厚補(bǔ)薄，將縮孔轉(zhuǎn)移到冒口中去。2.機(jī)械應(yīng)力鑄件在固態(tài)收縮時(shí)，因受鑄型、型芯、澆冒口等外力的阻礙阻礙產(chǎn)生的應(yīng)力，一般都是拉應(yīng)力拉應(yīng)力。 機(jī)械應(yīng)力是一種臨時(shí)應(yīng)

21、力，在形成應(yīng)力的原因消除時(shí)，應(yīng)力也隨之消除。 但如果臨時(shí)拉應(yīng)力和殘留熱應(yīng)力同時(shí)作用在某瞬間超過(guò)鑄件的強(qiáng)度極限時(shí)，鑄件將產(chǎn)生裂紋。機(jī)械應(yīng)力預(yù)防方法：提高鑄型和型芯的退讓性3.減小和消除應(yīng)力的措施1）合理設(shè)計(jì)鑄件結(jié)構(gòu)。盡量避免牽制收縮的結(jié)構(gòu)，使鑄件各部分能自由收縮。2）盡量選用線收縮率小、彈性模量小的合金.3)采用合理的鑄造工藝，使鑄件的凝固符合同時(shí)凝固原則。預(yù)防鑄件產(chǎn)生熱應(yīng)力的基本措施是減小鑄件各部分之間的溫度差，使其均勻冷卻。具體為：將內(nèi)澆口開在鑄件的薄壁處，以減緩其冷卻速度；而在鑄件的厚壁處放置冷鐵，以加快其冷卻速度?？傊?，鑄件采用同時(shí)凝固原則可減小其產(chǎn)生應(yīng)力、變形和裂紋的傾向；且不必設(shè)置冒

22、口，使工藝簡(jiǎn)化，并節(jié)約了金屬材料。采用同時(shí)凝固的缺點(diǎn)是在鑄件的心部會(huì)產(chǎn)生縮孔或縮松缺陷。同時(shí)凝固示意圖4）設(shè)法改善鑄型、型芯的退讓性，合理設(shè)置澆冒口。5）對(duì)鑄件進(jìn)行時(shí)效處理。自然時(shí)效、熱時(shí)效（去應(yīng)力退火）和共振時(shí)效。2.1.4鑄件的變形與裂紋當(dāng)殘留鑄造應(yīng)力超過(guò)鑄件材料的屈服點(diǎn)時(shí),鑄件將產(chǎn)生塑性變形;當(dāng)鑄造應(yīng)力超過(guò)鑄件材料的抗拉強(qiáng)度時(shí)，鑄件便產(chǎn)生裂紋。鑄件產(chǎn)生變形以后,常因加工余量不足或因鑄件放不進(jìn)夾具無(wú)法加工而報(bào)廢。鑄件中存在的裂紋將嚴(yán)重?fù)p害其力學(xué)性能，裂紋是鑄件的嚴(yán)重缺陷，必須設(shè)法防止。1.鑄件的變形對(duì)厚薄不均，形狀不對(duì)稱及具有細(xì)長(zhǎng)結(jié)構(gòu)的桿件、板類及輪類等鑄件，當(dāng)殘留鑄造應(yīng)力超過(guò)鑄件材料的屈

23、服點(diǎn)，往往會(huì)產(chǎn)生翹曲變形?？蚣荑T件的變形T形梁的變形變形規(guī)律變形規(guī)律一般，受拉應(yīng)力部分（厚壁），向內(nèi)凹;受壓應(yīng)力部分（薄壁），向外凸。不同截面的變形導(dǎo)軌部分較厚,受拉應(yīng)力；其床壁部分較薄，受壓應(yīng)力,于是床身發(fā)生朝著導(dǎo)軌方向的彎曲，使導(dǎo)軌下凹。平板鑄件,其中心部位散熱較邊緣要慢，所以受拉應(yīng)力；邊緣處則受壓應(yīng)力，且平板的上表面比下表面冷卻得快結(jié)論：結(jié)論：厚部、心部厚部、心部受拉應(yīng)力，出現(xiàn)受拉應(yīng)力，出現(xiàn)內(nèi)凹變形內(nèi)凹變形。薄部、表面薄部、表面受壓應(yīng)力，出現(xiàn)受壓應(yīng)力，出現(xiàn)外凸變形。外凸變形。防止鑄件變形措施a.大平面鑄件設(shè)置加強(qiáng)筋、模具上設(shè)計(jì)出反變形量；b.鑄件壁厚設(shè)計(jì)過(guò)渡不要過(guò)大,其截面形狀對(duì)稱；c.

24、在鑄造工藝上應(yīng)采取措施，使其同時(shí)凝固；d.對(duì)細(xì)長(zhǎng)易變形的鑄件，在制造模型時(shí)，將模型制成與變形方向正好相反的形狀以抵消其變形，這種方法為反變形法。2.鑄件的裂紋當(dāng)鑄造內(nèi)應(yīng)力超過(guò)鑄件的強(qiáng)度極限時(shí),鑄件便產(chǎn)生裂紋。裂紋是鑄件的嚴(yán)重缺陷，必須設(shè)法防止。按照裂紋的形成溫度不同，將裂紋分為熱裂和冷裂兩種.1)熱裂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)金屬呈氧化色；且裂紋沿晶界產(chǎn)生，外形曲折。因?yàn)樵谀棠┢?，鑄件絕大部分已凝固成固態(tài)，但其強(qiáng)度和塑性較低，當(dāng)鑄件的收縮受到鑄型、型芯和澆注系統(tǒng)等的機(jī)械阻礙時(shí)，將在鑄件內(nèi)部產(chǎn)生鑄造應(yīng)力，若鑄造應(yīng)力的大小超過(guò)了鑄件在該溫度下的強(qiáng)

25、度極限，即產(chǎn)生熱裂。熱裂是鑄鋼件、可鍛鑄鐵件以及一些鋁合金鑄件的常見(jiàn)缺陷，一般出現(xiàn)在鑄件的應(yīng)力集中部位，如尖角、截面突變處或熱節(jié)處等。 防止熱裂的方法 選擇結(jié)晶溫度范圍窄的合金生產(chǎn)鑄件，因?yàn)榻Y(jié)晶溫度范圍愈寬的合金，其液、固兩相區(qū)的絕對(duì)收縮量愈大，產(chǎn)生熱裂的傾向也愈大。如灰鑄鐵和球鐵的凝固收縮很小，所以熱裂傾向也?。坏T鋼、鑄鋁和可鍛鑄鐵的熱裂傾向較大。減少鑄造合金中的有害雜質(zhì)，如減少鐵-碳合金中的磷、硫含量，可提高鑄造合金的高溫強(qiáng)度。改善鑄型和型芯的退讓性。退讓性愈好，機(jī)械應(yīng)力愈小，形成熱裂的可能性愈小。具體措施是采用有機(jī)粘結(jié)劑配制型砂或芯砂；在型砂或芯砂中加入木屑或焦炭等材料可改善退讓性。減

26、小澆、冒口對(duì)鑄件收縮的阻礙，內(nèi)澆口的設(shè)置應(yīng)符合同時(shí)凝固原則。冷裂冷裂是鑄件在較低的溫度下，即處于彈性狀態(tài)時(shí)形成的裂紋。特征：裂紋細(xì)小、呈連續(xù)直線狀、裂紋表面有金屬光澤或呈微氧化色。冷裂紋是穿晶而裂，外形規(guī)則光滑，常出現(xiàn)在形狀復(fù)雜的、大型鑄件的、受拉應(yīng)力的部位，尤其易出現(xiàn)在應(yīng)力集中處。此外，一般脆性大、塑性差的合金，如白口鐵、高碳鋼及一些合金鋼等也易產(chǎn)生冷裂紋。防止冷裂的方法是設(shè)法減小鑄造應(yīng)力和降低鑄造合金的脆性。如盡量減小鐵-碳合金中的磷含量，可降低其脆性；且鑄件在澆注之后，也勿過(guò)早落砂。 2.1.5鑄件的質(zhì)量控制鑄造性能對(duì)鑄件質(zhì)量有顯著的影響,收縮是造成縮孔、縮松、應(yīng)力、變形和裂紋的基本原因

27、。若充型不好，構(gòu)件易產(chǎn)生澆不足、冷隔、氣孔、夾雜、縮孔、熱裂等缺陷。1.縮松和縮孔鑄型內(nèi)的熔融合金在凝固過(guò)程中，由于液態(tài)收縮和凝固收縮所縮減的體積得不到補(bǔ)充，在鑄件最后凝固部位會(huì)形成孔洞。按孔洞的大小和分布可分為縮孔和縮松。容積較大而集中的孔洞稱為縮孔；細(xì)小而分散的孔洞稱為縮松。（1）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(nèi)是由表及里的逐層凝固。在凝固過(guò)程中，如得不到合金液的補(bǔ)充，在鑄件最后凝固的地方就會(huì)產(chǎn)生縮孔。(a)填充鑄型（b)凝固(c)收縮(d)上部縮孔(e)輪廓尺寸減小，內(nèi)部形成縮孔縮孔形成過(guò)程示意圖縮孔形成過(guò)程示意圖鑄件最后凝固的收縮未能得到補(bǔ)足，或者

28、結(jié)晶溫度范圍寬的合金呈糊狀凝固，凝固區(qū)域較寬，液、固兩相共存，樹枝晶發(fā)達(dá)，枝晶骨架將合金液分割開的小液體區(qū)難以得到補(bǔ)縮所致。縮松形成過(guò)程見(jiàn)下圖。(2)縮松的形成：(a)枝晶生長(zhǎng)枝晶生長(zhǎng)(b)糊狀凝固糊狀凝固（c)縮松形成縮松形成1231.凝固前沿；凝固前沿；2.同時(shí)凝固區(qū)同時(shí)凝固區(qū);3.縮松縮松縮松形成過(guò)程示意圖縮松形成過(guò)程示意圖合金的液態(tài)收縮和凝固收縮越大(如鑄鋼、白口鐵鑄鐵、鋁青銅)，鑄件越易形成縮孔。合金的澆注溫度越高，液態(tài)收縮越大，越容易形成縮孔結(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，易形成集中縮孔縮孔通常隱匿在鑄件的上部或最后凝固部位縮松

29、多分布于鑄件的軸線區(qū)域、內(nèi)澆道附近 縮孔和縮松的形成規(guī)律 縮孔和縮松的防止（1）采用適當(dāng)?shù)墓に嚧胧硅T件實(shí)現(xiàn)“順序凝固”，即可獲得無(wú)縮孔的鑄件。所謂順序凝固是指，采用一些適當(dāng)?shù)墓に嚧胧硅T件遠(yuǎn)離冒口或澆口的部位最先凝固靠近冒口的地方次凝固，最后才是冒口本身凝固。實(shí)現(xiàn)以厚補(bǔ)薄，將縮孔轉(zhuǎn)移到冒口中去。順序凝固順序凝固 （2）合理布置內(nèi)澆道及確定澆鑄工藝。（3）合理應(yīng)用冒口、冷鐵和補(bǔ)貼等工藝措施。由于鑄件上容易產(chǎn)生縮孔的厚大部位即熱節(jié)不止一個(gè)，僅靠鑄件頂部的冒口補(bǔ)縮，難以保證鑄件底部厚大部位不出現(xiàn)縮孔。為此，在該處設(shè)置冷鐵，以加快其冷卻速度，使其最先凝固，以實(shí)現(xiàn)自下而上的順序凝固。由此可知，冷鐵

30、的作用是加快鑄件某處的冷卻速度，以控制或改變鑄件的凝固順序。冷鐵通常采用鋼、鑄鐵或銅等制成。閥體的冒口補(bǔ)縮由于鑄件上容易產(chǎn)生縮孔的厚大部位即熱節(jié)不止一個(gè)，僅靠鑄件頂部的冒口補(bǔ)縮，難以保證鑄件底部厚大部位不出現(xiàn)縮孔。為此，在該處設(shè)置冷鐵，以加快其冷卻速度，使其最先凝固，以實(shí)現(xiàn)自下而上的順序凝固。由此可知，冷鐵的作用是加快鑄件某處的冷卻速度，以控制或改變鑄件的凝固順序。冷鐵通常采用鋼、鑄鐵或銅等制成。閥體的冒口補(bǔ)縮2.2合金鑄件的生產(chǎn)工藝主要內(nèi)容：2.2.1 鑄鐵件的生產(chǎn)2.2.2 鑄鋼件的生產(chǎn)2.2.3 銅、鋁合金鑄件的生產(chǎn)重點(diǎn)內(nèi)容：灰口鑄鐵特點(diǎn)石墨化生產(chǎn)工藝2.2.1 鑄鐵件的生產(chǎn)鑄鐵通常是C

31、%=2.5%4.0%的鐵碳合金。碳在鐵碳合金中的存在形式有：滲碳體和石墨根據(jù)碳在鐵碳合金中的存在形式，鑄鐵可以分為：白口鑄鐵：萊氏體+二次滲碳體珠光體灰口鑄鐵：基體+石墨麻口鑄鐵: 萊氏體+二次滲碳體珠光體+石墨（1）白口鑄鐵指碳主要以Fe3C形式出現(xiàn)的鑄鐵，斷口呈銀白色。極硬且脆，很難切削加工。多制作耐磨零件，如犁、鏵、磨球等，或制造冷硬鑄鐵件，如軋輥。（2）灰口鑄鐵灰口鑄鐵 指碳主要以石墨形式出現(xiàn)的鑄鐵，斷口呈灰色。強(qiáng)度低塑性差，但鑄造性能好，是工業(yè)中應(yīng)用最廣的鑄鐵。（3）麻口鑄鐵屬于白口鐵和灰口鐵之間的過(guò)渡組織，其中的碳既有游離石墨又有滲碳體。斷口灰白相間。硬、脆，難加工，很少應(yīng)用?；铱?/p>

32、鑄鐵看成是在鋼的基體上分布著不同形態(tài)的石墨。而石墨的形態(tài)、大小和分布直接影響著鑄鐵的性能。 灰口鑄鐵按石墨的形狀不同，可分為灰鑄鐵、可鍛鑄鐵、球墨鑄鐵、蠕墨鑄鐵四種?；诣T鐵：灰鑄鐵：石墨呈片狀石墨呈片狀球墨鑄鐵：球墨鑄鐵：石墨呈球狀石墨呈球狀球墨鑄鐵：球墨鑄鐵：石墨呈團(tuán)絮狀石墨呈團(tuán)絮狀蠕墨鑄鐵：蠕墨鑄鐵：石墨呈蠕蟲狀石墨呈蠕蟲狀2.鑄鐵件生產(chǎn)工藝特點(diǎn)1）灰鑄鐵1.灰鑄鐵的性能灰鑄鐵顯微組織由金屬基體（鐵素體、珠光體）和片狀石墨組成，相當(dāng)于在鋼的基體中嵌入大量的石墨片，力學(xué)性能較差，抗拉強(qiáng)度較低，塑性、韌性幾乎為0，屬脆性材料。灰鑄鐵的抗壓強(qiáng)度受石墨的影響較小，與鋼的抗壓強(qiáng)度近似?；诣T灰鑄鐵的鐵

33、的優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)良好的鑄造性能，如流動(dòng)性好，收縮小良好的切削加工性能高的耐磨性良好的吸振緩沖性能低的缺口敏感性能石墨片越圓整，越細(xì)小、分布越均勻?qū)w割裂作用越小。2.石墨形態(tài)對(duì)鑄鐵性能的影響鑄鐵的石墨化鑄鐵的石墨化：碳以石墨的形式析出的過(guò)程碳以石墨的形式析出的過(guò)程。通常視。通常視石墨化過(guò)程充分與否，會(huì)得到不同基體的鑄鐵組織。石墨化過(guò)程充分與否，會(huì)得到不同基體的鑄鐵組織。灰鑄鐵按基體組織可分為鐵素體灰鑄鐵、鐵素體+珠光體灰鑄鐵、珠光體灰鑄鐵三種。3.影響石墨化的因素影響鑄鐵組織和性能的主要因素與影響鑄鐵石墨化的因素是一致的，即為化學(xué)成分和冷卻速度。（1）化學(xué)成分 C、Si、Mn、S、P碳和硅 對(duì)鑄鐵

34、的組織和性能起著決定性的影響碳是形成石墨的元素，也是促進(jìn)石墨化的元素。硅是強(qiáng)烈促進(jìn)石墨化的元素。含硅量過(guò)少，即使高含碳量石墨也不宜析出，容易形成白口組織。碳、硅含量對(duì)鑄件組織碳、硅含量對(duì)鑄件組織的影響（壁厚的影響（壁厚50mm)S：硫是強(qiáng)烈阻礙石墨化的元素，能促進(jìn)鑄鐵白口化，形成熱脆性，并降低流動(dòng)性，增大收縮，產(chǎn)生熱裂。有害元素，應(yīng)嚴(yán)格限制其含量在0.1%以下。P: 磷對(duì)石墨化影響不顯著，磷含量大于0.3%時(shí)會(huì)形成硬而脆的磷共晶，能提高鑄鐵的耐磨性，但又會(huì)形成冷脆性，對(duì)于灰鑄鐵含磷量應(yīng)限制在0.15%以下。 Mn: 錳與硫作用生成MnS，削弱硫的有害作用，提高鑄鐵的強(qiáng)度。錳是阻礙石墨化的元素，

35、增加白口傾向。生產(chǎn)中常加入0.61.2%錳鐵，控制鑄鐵組織。（2）冷卻速度冷卻速度越慢，越有利于石墨化過(guò)程的進(jìn)行。冷卻速度主要取決于鑄型材料和鑄件壁厚 u對(duì)于薄壁件容易得到白口組織，要獲得灰口組織就應(yīng)增加碳、硅含量；反之亦然。冷卻速度對(duì)鑄鐵組織的影響冷卻速度對(duì)鑄鐵組織的影響鑄鐵成分鑄鐵成分(C+Si)和鑄件壁厚和鑄件壁厚(冷卻）對(duì)鑄鐵組織的影響冷卻）對(duì)鑄鐵組織的影響用途制造承受壓力和震動(dòng)的零件,如機(jī)床床身、各種箱體、殼體、泵體、缸體。變速箱體變速箱體重型機(jī)床床身重型機(jī)床床身(HT-250)大型船用柴油機(jī)汽缸體大型船用柴油機(jī)汽缸體(HT-300)2）球墨鑄鐵球墨鑄鐵中的球形石墨是在凝固期間直接結(jié)

36、晶而成的，這要求鐵水有較高的含碳量和一定的球化劑與孕育劑。球墨鑄鐵的含碳量為：3.6% 4.0%，球化劑為Mg或Mg+RE （稀土），孕育劑為含75%Si的硅鐵。另外，球墨鑄鐵中S和P的含量應(yīng)嚴(yán)格控制，一般S0.03%，P0.1%。S過(guò)多會(huì)造成球化不良，P過(guò)多將造成球鐵的塑性、韌性降低。球化劑（稀土鎂合金)的作用：使石墨呈球狀析出；加入量1-1.6%鐵液質(zhì)量。孕育劑(硅鐵75%Si)的作用：促使石墨化,防白口。加入量0.4-1%鐵液質(zhì)量。由于球化劑有阻礙石墨化的作用，為了避免鑄件出現(xiàn)白口組織，球化處理后還要進(jìn)行孕育處理。球化處理球化處理 常用沖入法常用沖入法球墨鑄鐵的鑄造工藝特點(diǎn)1.鐵液高溫出爐：經(jīng)球化及孕育處理溫度要降低50 1000C,出爐的鐵液溫度必須高達(dá)1400 0C2采用順序凝固：球鐵收縮大，易形成縮孔縮松；收縮會(huì)隨鑄型的剛度而改變。 鑄件的外殼強(qiáng)度很低，球狀石墨析出引起的膨脹力很大。若鑄型的剛度不足，鑄件外殼將向外脹大，造成鑄件內(nèi)部的鐵水不足，在鑄件最后凝固的部位產(chǎn)生縮孔和縮松。用