學(xué)子優(yōu)伴課件工程材料鑄造雙語

ChapterICasting

Castingisoneoftheoldestindustriesinthemetalworkingfieldanddatesbacktoapproximately4000B.C。Sincethisearlyage，manymethodshavebeenemployedtocastvariousmaterials。Inthischaptersandcastinganditsramificationsreceivefirstattentionbecausetheyaremostused。Over90%ofallcastingsaresandcasting。

Sandcastingisbestsuitedforironandsteelattheirhighmeltingtemperaturesbutalsopredominatesforaluminum，brass，bronze，andmagnesium。

Castinghavespecificimportantengineeringproperties。Thesemaybemetallurgical，Physical，oreconomic。Castingareoftencheaperthanforgingsorweldments，dependingonthequantity、typeofmaterial，andcostofpatternsascomparedtothecostofdiesforforgingandthecostofjigsandfixturesforweldments.wherethisisthecase,theyarethelogicalchoicesforengineeringstructuresandparts.砂型鑄造概述鑄造：將液態(tài)金屬在重力或外力作用下填充到與零件形狀與尺寸相適應(yīng)的型腔中，待其凝固冷卻凝固后獲得鑄件的方法。TheadvantagesanddisadvantagesofCasting:

Benefits:

1)canproducecomplexshapes,especiallythosewithcomplicatedinnercavityofthepartblank.

2)adaptability,processflexibility3)Castingwidevarietyofsourcesofrawmaterialsgenerally,thepricelowDisadvantages:

1)Thecastingorganizations,loose,coarsegrains,theinternaleasytoproduceshrinkage,microshrinkageandotherdefects,sothemechanicalpropertiesofcastings,inparticulartheimpacttoughnessarelowerthanthesamekindsofmaterialsforging。

2）Thecastingqualityisnotstableenough

。Castingclassification

CastingSandcasting

Specialcasting

ChemicalhardeningsandmoldGgreensandmoldDrysandmoldInvestmentCasting熔模鑄造PermanentmoldCasting金屬型鑄造CentrifugalCasting離心鑄造DieCasting壓力鑄造Low-PressureCasting低壓鑄造Full-moldCasting實(shí)型鑄造CeramicMoldCasting陶瓷型鑄造ContinuousCasting連續(xù)鑄造SectionⅠCastingProcess-based

鑄造合金在鑄造過程中呈現(xiàn)出的工藝性能稱為castingproperty

。1、TheFluidityofAlloyFluidity

—是指液態(tài)金屬本身的流動能力。（充型能力）合金流動性的好壞，通常以“螺旋形流動性試樣”的長度來衡量。在相同澆注條件下，澆出的試樣越長，合金流動性越好。2、Factorsthataffectthemobility（1）alloycomposition1）AlloyType

不同種類的合金，具有不同的螺旋線長度，即具有不同的流動性。其中灰鑄鐵的流動性最好，硅黃銅、鋁硅合金次之，而鑄鋼的流動性最差。2）Thechemicalcompositionandcrystallization

characteristics

（2）ThestructureandpropertiesofcastmoldCastingmoldcapacityofheattransmissionTemperatureGas

鑄型從金屬液中吸收和儲存熱量的能力。鑄型的熱導(dǎo)率和質(zhì)量熱容越大，對液態(tài)合金的激冷作用越強(qiáng)，合金液的流動性就越差。提高鑄型溫度，可以降低鑄型和金屬液之間的溫差，進(jìn)而減緩了冷卻速度，可提高合金液的流動能力。鑄型中氣體越多，合金液的流動能力就越差。Complexity鑄件結(jié)構(gòu)越復(fù)雜，流動阻力就越大，流動性就越差。（3）poursconditionpourscondition

PouringtemperatureFillingPressureGatingsystem澆注溫度越高，液態(tài)金屬的粘度越小，合金液的流動性越好。但溫度過高，氧化嚴(yán)重，流動性降低液態(tài)金屬在流動方向上所受的壓力稱為充型壓力。充型壓力越大,流動性越好。澆注系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)越復(fù)雜，則流動阻力越大，流動性越低。2、thecastingsolidificationmode（1）Cascadesolidification

常見合金如灰鑄鐵、低碳鋼、工業(yè)純銅、工業(yè)純鋁、共晶鋁硅合金及某些黃銅都屬于逐層凝固的合金。

（2）Mushysolidificationmode球墨鑄鐵、高碳鋼、錫青銅和某些黃銅等都是糊狀凝固的合金。（3）中間凝固方式

中碳鋼、高錳鋼、白口鑄鐵等具有中間凝固方式。

2、thecontractionofcastingalloys

1、Theconceptofcontraction：合金從液態(tài)冷卻至室溫的過程中，其體積或尺寸縮減的現(xiàn)象，稱為收縮。1）Liquidshrinkage液態(tài)收縮金屬在液態(tài)時由于溫度降低而發(fā)生的體積收縮。（用體積收縮率表示）

2）Solidificationshrinkage凝固收縮熔融金屬在凝固階段的體積收縮。液態(tài)收縮和凝固收縮是鑄件產(chǎn)生縮孔和縮松的基本原因。（用體積收縮率表示）

3）Solid

shrinkage固態(tài)收縮金屬在固態(tài)時由于溫度降低而發(fā)生的體積收縮。（用線收縮率表示）固態(tài)收縮對鑄件的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。2、TheFactorsofaffecting

AlloyShrinkage

ChemicalComposition化學(xué)成分不同成分的合金其收縮率一般也不相同。在常用鑄造合金中鑄剛的收縮最大，灰鑄鐵最小。

Pouringtemperature澆注溫度

合金澆注溫度越高，過熱度越大，液體收縮越大。

Castingstructure

andconditionsofcastingmold

鑄件結(jié)構(gòu)與鑄型條件鑄件冷卻收縮時，因其形狀、尺寸的不同，各部分的冷卻速度不同，導(dǎo)致收縮不一致，且互相阻礙，又加之鑄型和型芯對鑄件收縮的阻力，故鑄件的實(shí)際收縮率總是小于其自由收縮率。這種阻力越大，鑄件的實(shí)際收縮率就越小。3、CastingShrinkageandMicroshrinkage：

1）Shrinkageand

microshrinkageformation

鑄件在凝固過程中，由于合金的液態(tài)收縮和凝固收縮，往往在鑄件最后凝固的部位出現(xiàn)空洞，容積大而集中的孔洞為縮孔，細(xì)小而分散的孔洞為縮松。2）、Eliminatestheshrinkageandmicroshrinkagemethod——Theprinciplesofordinalsolidification

即遠(yuǎn)離冒口處的金屬先凝固，靠近冒口處的金屬后凝固，冒口處的金屬最后凝固，形成一條暢通的補(bǔ)縮通道。順序凝固示意圖4、Castingstress

鑄件在凝固之后的繼續(xù)冷卻過程中，隨溫度的不斷降低，收縮不斷發(fā)生，如果這種收縮受到阻礙，就會在鑄件內(nèi)產(chǎn)生應(yīng)力，稱為鑄造應(yīng)力，引起變形或開裂，這種缺陷的產(chǎn)生，將嚴(yán)重影響鑄件的質(zhì)量。鑄造應(yīng)力ThermalStress熱應(yīng)力Shrinkagestress收縮應(yīng)力鑄件在凝固和冷卻的過程中，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。鑄件在固態(tài)收縮時，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。Umwandlun-gsspannung相變應(yīng)力鑄件在冷卻過程中會產(chǎn)生固態(tài)相變，由于鑄件各部分冷卻速度不同，導(dǎo)致相變不同時發(fā)生，則會產(chǎn)生相變應(yīng)力。1）theformationofthermalstress2）CastingdeformationT型梁的變形平板鑄件的變形三桿梁的變形3）Measurestoreducethestress鑄件的結(jié)構(gòu)：鑄件各部分能自由收縮

工藝方面：采用同時凝固原則（同時凝固是指通過設(shè)置冷鐵、布置澆口位置等工藝措施，使鑄件溫差盡量變小，基本實(shí)現(xiàn)鑄件各部分在同一時間凝固）時效處理：人工時效；自然時效鑄件的結(jié)構(gòu)盡可能對稱鑄件的壁厚盡可能均勻5、CastingCrack

當(dāng)鑄造應(yīng)力大到一定程度，超過金屬的強(qiáng)度極限時，鑄件便將產(chǎn)生裂紋。是嚴(yán)重的鑄造缺陷，必須防止。按裂紋形成的溫度范圍分為熱裂和冷裂。

（1）HotCrack（

熱裂）——鑄件在合金凝固末期的高溫下形成的。外觀形狀曲折而不規(guī)則，裂口表面呈氧化色，裂口沿晶粒邊界通過。防止：鑄件結(jié)構(gòu)合理，改善鑄型和型芯的退讓性，減小澆冒口對鑄件收縮的機(jī)械阻礙，澆注系統(tǒng)設(shè)置應(yīng)符合同時凝固原則；此外，減少合金中有害雜質(zhì)硫、磷含量，可提高合金高溫強(qiáng)度，特別是硫使合金的熱脆性增加，導(dǎo)致熱裂傾向增大。（2）ColdCrack（冷裂）——鑄件在低溫下形成的裂紋。外觀形狀呈連續(xù)直線狀或圓滑曲線，而且常是穿過晶粒；裂口干靜，具有金屬的光澤或呈輕微氧化色。

冷裂常出現(xiàn)在形狀復(fù)雜大工件的受拉伸部位，特別是具有應(yīng)力集中處（如尖角、縮孔、氣孔、夾渣等附近）。有些冷裂紋是在鑄件清理、搬運(yùn)或機(jī)械加工時，受到震擊才出現(xiàn)。脆性大、塑性差的合金，如白口鑄鐵、高碳鋼及某些合金鋼最易產(chǎn)生冷裂紋。防止：減小鑄造內(nèi)應(yīng)力和降低合金的脆性。如鑄件壁厚要均勻；增加型砂和芯砂的退讓性；降低鋼和鑄鐵中的磷的含量。6、CastingDefects澆不足冷隔脹砂氣孔縮孔縮松砂眼粘砂夾砂misruncoldshutswellairholeshrinkageholesandholeStickysandsandinclusionSectionⅡSandCasting砂型鑄造

Theprosessofsandcasting

1、SandCastingModeling1)、handmolding：全部用手工或手動工具完成的造型工序。整模造型分模造型三箱造型活塊造型挖砂和假箱造型地坑造型刮板造型2)、machinemolding（自動生產(chǎn)線）機(jī)器造型是指用機(jī)器全部完成或至少完成緊砂操作的造型工序。機(jī)器造型鑄件尺寸精確、表面質(zhì)量好、加工余量小，但需要專用設(shè)備，投資較大，適合大批量生產(chǎn)。常用的機(jī)器造型方法有：壓實(shí)緊實(shí)、高壓緊實(shí)、震擊緊實(shí)、震壓緊實(shí)、微震緊實(shí)、拋砂緊實(shí)、射壓緊實(shí)、射砂緊實(shí)。

現(xiàn)代鑄造2、FoundryTechnologyCourse

鑄造生產(chǎn)必須首先根據(jù)零件結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、技術(shù)要求、生產(chǎn)批量和生產(chǎn)條件進(jìn)行鑄造工藝設(shè)計，并繪制鑄造工藝圖。foundrymoldingdrawing是表示鑄型分型面、澆冒口系統(tǒng)、澆注位置、型芯結(jié)構(gòu)尺寸、控制凝固措施（冷鐵）等的圖樣。圖中應(yīng)表示出：鑄件的澆注位置、分型面、型芯的數(shù)量、形狀、尺寸及固定方法、加工余量、起模斜度、澆口、冒口、冷鐵的尺寸和位置。

1、澆注位置的選擇

澆注位置是指澆注時鑄件所處的空間位置。一般先從保證鑄件的質(zhì)量出發(fā)來確定澆注位置。澆注位置的選擇原則

澆注位置的選擇應(yīng)考慮以下原則：

1）重要加工面應(yīng)處于型腔底面或位于側(cè)面。2）鑄件的大平面應(yīng)朝下。3）面積較大的薄壁部分置于鑄型下部或使其處于垂直或傾斜。4）容易產(chǎn)生縮孔的鑄件，應(yīng)將厚大部分放在分型面附近的上部或側(cè)面，以便在鑄件厚壁處安放冒口，使之實(shí)現(xiàn)自下而上的定向凝固。鑄件的大平面朝下薄壁部分朝下厚大部分朝上2、分型面的選擇分型面是指兩半個鑄型相互接觸的表面。一般從工藝操作方便出發(fā)確定分型面。分型面的選擇原則1）分型面應(yīng)盡量采用平面分型，避免曲面分型，并應(yīng)盡量選在最大截面上，以簡化模具制造和造型工藝。正確不正確分型面應(yīng)選在最大截面處2）盡量減少分型面的數(shù)目，最好只有一個分型面。合理不合理繩輪采用砂芯使三箱造型變?yōu)閮上湓煨?）盡量將鑄件全部或大部放在同一砂箱，并使鑄件的重要加工面、工作面、加工基準(zhǔn)面及主要型芯位于下型內(nèi)。4）鑄件的非加工面上，應(yīng)盡量避免有披縫。床身3、工藝參數(shù)的確定工藝參數(shù)通常是指鑄型工藝設(shè)計時需要確定的某些工藝數(shù)據(jù)。1）收縮率——為了補(bǔ)償件收縮，模樣比鑄件圖樣尺寸增大的數(shù)值。灰鑄鐵：0.7%～1.0%，鑄鋼：1.3%～2.0%。2）加工余量——為保證鑄件加工面尺寸和零件精度，在鑄件工藝設(shè)計時預(yù)先增加而在機(jī)械加工時切去的金屬層厚度。鑄件加工余量的大小取決于鑄件的材料、鑄造方法、鑄件尺寸與復(fù)雜程度、生產(chǎn)批量、加工面與基準(zhǔn)面的距離及加工面在鑄型中的位置、加工精度要求等。加工余量的具體數(shù)值應(yīng)根據(jù)加工余量國家標(biāo)準(zhǔn)和鑄件尺寸公差標(biāo)準(zhǔn)配套使用選取。3）最小鑄出孔及槽——零件上的孔、槽、臺階等應(yīng)從鑄件質(zhì)量及經(jīng)濟(jì)方面考慮。較大的孔、槽等應(yīng)鑄出來，以便節(jié)約