鑄造工藝基礎(chǔ)

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1、2021-4-30 武 漢 理 工 大 學(xué) 金 工 學(xué) 部 1 Wuhan University of Technology機(jī) 電 工 程 學(xué) 院 金 工 學(xué) 部METAL TECHNOLOGY 2021-4-30 武 漢 理 工 大 學(xué) 金 工 學(xué) 部 2 選 材 毛 坯 預(yù) 先 熱 處 理 機(jī) 械 加 工最 終 熱 處 理檢 驗(yàn) 應(yīng) 根 據(jù) 零 件 的 性 能 要 求 、 受 載 情 況 、 服 役 條 件 、工 作 環(huán) 境 等 ：選 材 ： 金 屬 材 料 種 類 繁 多 ， 性 能 不 一 ， 而 且 材 料 的 發(fā) 展 日 新 月異 ， 而 零 件 的 性 能 要 求 、 服 役 條

2、 件 各 不 相 同 ， 再 加 上 材 料 的 資 源 、價(jià) 格 等 多 方 面 考 慮 。1.機(jī) 械 零 件 的 制 造 工 藝 過 程機(jī) 械 制 造 過 程 及 發(fā) 展 趨 勢 簡 介 2021-4-30 武 漢 理 工 大 學(xué) 金 工 學(xué) 部 3 毛 坯 選 擇 ： 液 體 成 形 （ 鑄 造 ） ， 塑 性 成 形 （ 壓 力 加 工 ） ， 連接 成 形 （ 焊 接 ） ， 粉 末 冶 金 成 形 ， 型 材 。機(jī) 械 加 工 ： 傳 統(tǒng) 加 工 ： 車 削 ， 包 削 ， 銑 削 ， 拉 削 ， 鏜 削 ， 磨削 等 現(xiàn) 代 加 工 ： 數(shù) 控 加 工 ， 電 火 花 加 工 ，

3、 激 光 加 工 等特 種 加 工 方 法一 個(gè) 具 體 零 件 的 加 工 往 往 可 用 多 種 不 同 的 加 工 方 法 ， 而每 種 加 工 方 法 所 能 達(dá) 到 的 加 工 精 度 、 加 工 質(zhì) 量 、 加 工 范圍 、 加 工 效 率 是 不 同 的 。 2021-4-30 武 漢 理 工 大 學(xué) 金 工 學(xué) 部 4 課 程 介 紹1.課 程 性 質(zhì) 本 課 程 是 高 等 工 科 院 校 機(jī) 械 類 和 近 機(jī) 械 類 專 業(yè) 必 修 的 學(xué) 科 基 礎(chǔ) 課 程 ， 本 課 程 研 究 機(jī) 械 零 件 毛 坯 的 制 造 方 法 及 毛 坯 設(shè) 計(jì) 時(shí) 的 結(jié) 構(gòu) 工 藝

4、性 問 題 ， 同 時(shí) 還 研 究 機(jī) 械 加 工 方 法 的 特 點(diǎn) 及 各 種 加 工 方 法 對 機(jī) 械 零 件 的 工 藝 性 要 求 。 2021-4-30 武 漢 理 工 大 學(xué) 金 工 學(xué) 部 5 2.課 程 任 務(wù)通 過 本 課 程 的 學(xué) 習(xí) 了 解 和 掌 握 機(jī) 械 制 造 過 程 中 各 種 零件 毛 坯 制 造 方 法 的 基 本 原 理 和 工 藝 特 點(diǎn) ， 并 且 對 各 種表 面 加 工 的 方 法 選 擇 和 機(jī) 械 零 件 的 加 工 工 藝 規(guī) 程 的 編制 有 較 全 面 的 了 解 ， 使 學(xué) 生 具 有 初 步 的 選 擇 毛 坯 、 制造 毛 坯

5、 及 零 件 加 工 的 工 藝 分 析 能 力 。 1、 主 要 講 授 工 程 材 料 常 用 的 成 形 方 法 及 機(jī) 械 加 工 方 法和 工 藝 特 點(diǎn) 、 機(jī) 械 制 造 過 程 中 常 用 的 一 些 先 進(jìn) 技 術(shù) 。 2、 各 種 工 藝 方 法 本 身 的 規(guī) 律 性 及 在 機(jī) 械 制 造 中 的 應(yīng) 用和 相 互 聯(lián) 系 ； 3、 金 屬 零 件 的 加 工 工 藝 過 程 ； 4、 金 屬 材 料 性 能 及 其 對 加 工 工 藝 的 影 響 ； 5、 工 藝 方 法 的 綜 合 比 較 等 。 2021-4-30 武 漢 理 工 大 學(xué) 金 工 學(xué) 部 6 3.

6、課 程 重 點(diǎn) 1、 基 本 原 理 2、 工 藝 特 點(diǎn)4.課 程 特 點(diǎn) 1、 理 論 性 強(qiáng) 2、 實(shí) 踐 性 強(qiáng) 3、 無 公 式 推 導(dǎo)5.學(xué) 習(xí) 方 法 1、 在 理 解 基 礎(chǔ) 上 記 憶 2、 在 記 憶 基 礎(chǔ) 上 加 深 理 解 2021-4-30 武 漢 理 工 大 學(xué) 金 工 學(xué) 部 7 金 屬 工 藝 學(xué)材 料 成 形 工 藝 基 礎(chǔ) 金 屬 連 接 成 形 (焊 接 )金 屬 塑 性 成 形 (壓 力 加 工 )金 屬 液 態(tài) 成 形 (鑄 造 )機(jī) 械 加 工 工 藝 基 礎(chǔ) 機(jī) 械 加 工 工 藝 的 基 本 知 識表 面 切 削 成 形 的 基 本 方 法金

7、屬 切 削 加 工 基 礎(chǔ)實(shí) 驗(yàn) 刀 具 角 度 的 測 量 與 設(shè) 計(jì)低 碳 鋼 熔 化 焊 焊 接 接 頭 組 織 分 析 2021-4-30 武 漢 理 工 大 學(xué) 金 工 學(xué) 部 8 第 2章 ： 鑄 造v 本 章 內(nèi) 容 1.1鑄 造 工 藝 基 礎(chǔ) ； 1.2常 用 合 金 鑄 件 的 生 產(chǎn) ； 1.3砂 型 鑄 造 ； 1.4鑄 件 結(jié) 構(gòu) 設(shè) 計(jì) 。v 本 章 重 點(diǎn) 鑄 造 性 能 ； 鑄 鐵 生 產(chǎn) ； 砂 型 鑄 造 工 藝 設(shè) 計(jì) ； 鑄 件 結(jié) 構(gòu) 設(shè) 計(jì) 。 2021-4-30 武 漢 理 工 大 學(xué) 金 工 學(xué) 部 9 鑄 造 概 述 液 態(tài) 成 形工 藝 基

8、礎(chǔ) 鑄 件 生 產(chǎn)結(jié) 構(gòu) 設(shè) 計(jì) 砂 型 鑄 造1 234 工 藝 性 能工 藝 方 法 鑄 造 的 發(fā) 展 史 2021-4-30 武 漢 理 工 大 學(xué) 金 工 學(xué) 部 10 鑄 造 發(fā) 展 史 概 述鑄 造 生 產(chǎn) 的 技 術(shù) 在 我 國 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 年 以 鑄 鐵 生 產(chǎn) 為 主 , 推 動(dòng) 了 鑄 造 技 術(shù) 的 發(fā) 展 .商 代 司 母 戊 鼎 司 母 戊 鼎 通 高 133厘 米 , 橫長 110厘 米 , 寬 78厘 米 ,重

9、875公 斤 . 根 據(jù) 目 前 發(fā) 展 的 商 代熔 銅 坩 鍋 , 一 次 約 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 鍋 . 如果 一 個(gè) 坩 鍋 配 備 三 至 四 人 , 就 需 要 二 、 三 百 人 同 時(shí) 操 作 。云 版 又 叫 “ 點(diǎn) ” ， 是 軍 營 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 。 2021-4-30 武 漢

10、理 工 大 學(xué) 金 工 學(xué) 部 11 2.1鑄 造 工 藝 基 礎(chǔ) 將 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 ， 通 常 稱 為 金 屬 的 液 態(tài) 成 形 或 鑄 造 。 金 屬 的 液 態(tài) 成 形 在 機(jī) 械 制 造 業(yè) 中 占 有 重 要 的 地 位 。 他 是 制 造 毛 坯 、 零 件 的重 要 方 法 之 一 。 按 鑄 型 材 料 的 不 同 ， 金 屬 液 態(tài) 成 形 可 分 為 砂 型 鑄 造 和 特 種 鑄 造 （ 包 括 熔 模鑄 造 、 離 心 鑄

11、 造 、 壓 力 鑄 造 、 低 壓 鑄 造 、 金 屬 型 鑄 造 等 ） 。 其 中 砂 型 鑄 造 是最 基 本 的 液 態(tài) 成 形 方 法 ， 所 生 產(chǎn) 的 鑄 件 要 占 鑄 件 總 量 的 80%以 上 。零件圖 鑄造 工藝圖 鑄型型芯芯 盒 芯 砂型 砂模 型 熔 煉 合 箱 落砂、清理 檢 驗(yàn) 鑄 件澆 注 冷 卻凝 固鑄 造 生 產(chǎn) 過 程 2021-4-30 武 漢 理 工 大 學(xué) 金 工 學(xué) 部 12 砂 型 鑄 造 過 程 2021-4-30 武 漢 理 工 大 學(xué) 金 工 學(xué) 部 13 砂 型 鑄 造 過 程 2021-4-30 武 漢 理 工 大 學(xué) 金 工 學(xué)

12、部 14 液 態(tài) 成 型 的 優(yōu) 點(diǎn) 適 于 做 復(fù) 雜 外 形 ， 特 別 是復(fù) 雜 內(nèi) 腔 的 毛 坯1 適 應(yīng) 性 廣 ， 對 鑄 件 材 料 、大 小 、 批 量 幾 乎 不 受 限 制2 成 本 低 ， 原 材 料 來 源 廣 ， 價(jià) 格 低 廉 ,一 般 不 需 要 昂 貴的 設(shè) 備3 是 選 用 某 些 塑 性 很 差 的 材 料(如 鑄 鐵 等 )制 造 毛 坯 或 零 件 的 唯 一 成 型 工 藝4 2021-4-30 武 漢 理 工 大 學(xué) 金 工 學(xué) 部 15 液 態(tài) 成 型 的 缺 點(diǎn) 工 藝 過 程 比 較 復(fù) 雜 ， 一 些工 藝 過 程 還 難 以 控 制1 液

13、 態(tài) 成 形 零 件 內(nèi) 部 組 織 的 均勻 性 、 致 密 性 一 般 較 差2 液 態(tài) 成 形 零 件 易 出 現(xiàn) 縮 孔 、 縮松 、 氣 孔 、 砂 眼 、 夾 渣 、 夾 砂、 裂 紋 等 缺 陷 ， 產(chǎn) 品 質(zhì) 量 不 夠穩(wěn) 定3 由 于 鑄 件 內(nèi) 部 晶 粒 粗 大 ， 組 織 不均 勻 ， 且 常 伴 有 缺 陷 ， 其 力 學(xué) 性 能 比 同 類 材 料 的 塑 性 成 形 低4鑄 造 缺 陷 與 合 金 鑄 造 性 能 （ 液 態(tài) 合 金 充 型 ， 凝 固 收 縮 ） ； 造 型材 料 （ 型 砂 ） ； 鑄 造 工 藝 （ 工 藝 設(shè) 計(jì) 與 結(jié) 構(gòu) 設(shè) 計(jì) ） 以

14、 及 合 金 熔煉 有 關(guān) ， 它 們 相 互 關(guān) 聯(lián) 并 相 互 矛 盾 。 2021-4-30 武 漢 理 工 大 學(xué) 金 工 學(xué) 部 16 合 金 的 鑄 造 性 能 合 金 的 鑄 造 性 能 通 常 是 指 合 金 在 鑄 造 過 程中 所 表 現(xiàn) 出 的 工 藝 性 能 。 它 包 括 液 態(tài) 合 金 的充 型 能 力 ， 合 金 的 凝 固 與 收 縮 ， 鑄 造 應(yīng) 力 與偏 析 等 ， 他 們 對 獲 得 合 格 鑄 件 有 很 大 的 影 響 。 因 此 ， 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

15、 鑄 件 結(jié)構(gòu) 設(shè) 計(jì) 的 依 據(jù) 。 2021-4-30 武 漢 理 工 大 學(xué) 金 工 學(xué) 部 17 2.1.1合 金 的 充 型 能 力液 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 力充 型 能 力 的 概 念 :充 型 能 力不 足 澆 不 足 冷 隔 夾 砂 氣 孔 夾 渣影 響 充 型 能 力 的 因 數(shù) 合 金 的 流 動(dòng) 性 澆 注 條 件鑄 型 填 充 條 件鑄 件 結(jié) 構(gòu) 2021-4-30 武 漢 理 工 大 學(xué) 金 工 學(xué) 部 18 合 金 的 流 動(dòng) 性測 試 合 金 流 動(dòng) 性 的 方 法 :通 常 用

16、螺 旋 形 試 樣 來 測 試 合 金 流動(dòng) 性 的 優(yōu) 、 劣 。如 右 圖 ， 將 合 金 液 澆 入 鑄 型 中 ，冷 凝 后 測 出 充 滿 型 腔 的 試 樣 長 度 。澆 出 的 試 樣 越 長 ， 合 金 的 流 動(dòng) 性越 好 。幾 種 不 同 合 金 流 動(dòng) 性 的 比 較 出 氣 口澆 口 杯試 樣 鑄 件試 樣 凸 臺 內(nèi) 澆 口 合 金 造 型 材 料 澆 注 溫 度 螺 旋 線 長 度灰 鑄 鐵 C + Si = 5.2% C + Si = 4.2% 砂 型砂 型 1300 1300 1000 mm600 mm鑄 鋼 ( 0.4% ) 砂 型 1600 100 mm錫

17、青 銅 (9% 11%Sn 2% 4%Zn) 砂 型 1040 420 mm硅 黃 銅 ( 1.5 4.5% ) 砂 型 1100 1000 mm鋁 合 金 ( 硅 鋁 明 ) 金 屬 型( 300 ) 680 720 700 800 mm 2021-4-30 武 漢 理 工 大 學(xué) 金 工 學(xué) 部 19 2.1.2.1 合 金 流 動(dòng) 性 對 充 型 能 力 的 影 響合 金 流 動(dòng) 性 的 影 響 因 數(shù)合 金 的 種 類 ： 不 同 種 類 的 合 金 流 動(dòng) 性 不 同化 學(xué) 成 分 ： 同 類 合 金 成 分 不 同 ， 合 金 的 結(jié) 晶 特 點(diǎn) 不 同 ， 流 動(dòng) 性 不 同 。

18、結(jié) 晶 特 性 : 恒 溫 下 結(jié) 晶 ， 流 動(dòng) 性 較 好 ； 兩 相 區(qū) 內(nèi) 結(jié) 晶 ， 流 動(dòng) 性 較 差 。相 同 過 熱 度 時(shí) 鑄 鐵 含 碳 量 與 流 動(dòng) 性 的 關(guān) 系 含 碳 量 對 結(jié) 晶 特 性 的 影 響 2021-4-30 武 漢 理 工 大 學(xué) 金 工 學(xué) 部 20 硅 : 硅 是 石 墨 化 元 素 , 其 作 用與 碳 相 似 , 隨 著 硅 量 的 增 加 , 合 金 的 液 相 線 溫 度 下 降 , 使流 動(dòng) 性 提 高 .錳 :錳 本 身 對 合 金 的 流 動(dòng) 性影 響 不 大 ,但 隨 著 MnS 夾 雜物 的 增 加 ,合 金 的 流 動(dòng) 性

19、下降 . 硫 : 合 金 中 含 硫 量 越 高 , 越易 形 成 氧 化 膜 , 增 加 鐵 水的 粘 度 ,致 使 鐵 水 流 動(dòng) 性降 低 .磷 : 合 金 中 隨 著 含 磷 量 的增 加 , 液 相 線 溫 度 和 固 相線 溫 度 下 降 ,鐵 水 的 粘 度下 降 , 因 此 , 提 高 了 合 金的 流 動(dòng) 性 . 合 金 的 流 動(dòng) 性 是 指 液 態(tài) 金 屬 自 身 的 流 動(dòng) 能 力 ， 合 金 流 動(dòng) 性 愈 好 ， 充 型能 力 愈 強(qiáng) 。合 金 流 動(dòng) 性 優(yōu) 劣 最 根 本 的 影 響 因 素 是 其 化 學(xué) 成 分 。 不 同 種 類 合 金 化 學(xué)成 分 不

20、同 ； 同 類 合 金 化 學(xué) 成 分 不 同 其 結(jié) 晶 特 性 不 同 。 針 對 不 同 材 料 的 流 動(dòng) 性 優(yōu) 劣 可 預(yù) 先 采 取 其 他 措 施 以 提 高 合 金 充 型 能 力 。 鐵 碳 合 金 五 大 化 學(xué) 元 素 ： 碳 、 硅 、 錳 、 磷 、 硫?qū)?合 金 流 動(dòng) 性 的 影 響 2021-4-30 武 漢 理 工 大 學(xué) 金 工 學(xué) 部 21 2.1.2.2 澆 注 條 件 對 充 型 能 力 的 影 響澆 注條 件 澆 注 溫 度充 型 壓 力澆 注 系 統(tǒng) 澆 注 溫 度 高 ， 液 態(tài) 金 屬 的 粘 度 變 小 ； 過熱 度 高 ， 金 屬 液 內(nèi)

21、 含 熱 量 多 ， 保 持 液態(tài) 的 時(shí) 間 長 ， 充 型 能 力 強(qiáng) 。液 態(tài) 金 屬 在 流 動(dòng) 方 向 上 所 受 的 壓 力 稱 為充 型 壓 力 。 充 型 壓 力 越 大 , 充 型 能 力 越強(qiáng) 。澆 注 系 統(tǒng) 的 結(jié) 構(gòu) 越 復(fù) 雜 ， 則 流 動(dòng) 阻 力 越 大 ， 充 型 能 力 越 差 。2.1.2.3 鑄 型 條 件 對 充 型 能 力 的 影 響 鑄 型 蓄 熱 系 數(shù) :即 從 液 態(tài) 金 屬 中 吸 取熱 量 并 儲 存 的 能 力 鑄 型 溫 度(不 能 過 高 ) 鑄 型 的 發(fā) 氣 和 透 氣 能 力 ：鑄 型 發(fā) 氣 能 力 過 強(qiáng) ,透 氣 能 力

22、 又 差時(shí) ,若 澆 鑄 速 度 太 快 ,則 型 腔 中 的氣 體 壓 力 增 大 ， 充 型 能 力 減 弱 。 2021-4-30 武 漢 理 工 大 學(xué) 金 工 學(xué) 部 22 2.1.2.4鑄 件 結(jié) 構(gòu) 對 充 型 能 力 的 影 響折 算 厚 度 ：折 算 厚 度 也 叫 當(dāng) 量 厚 度 或模 數(shù) ， 是 鑄 件 體 積 與 鑄 件表 面 積 之 比 。 折 算 厚 度 越大 ， 熱 量 散 失 越 慢 ， 充 型能 力 就 越 好 。 鑄 件 壁 厚 相同 時(shí) ， 垂 直 壁 比 水 平 壁 更容 易 充 填 。 （ 大 平 面 鑄 件 不 易 成 形 ） 復(fù) 雜 程 度 ： 鑄

23、 件 結(jié) 構(gòu) 越 復(fù)雜 ， 流 動(dòng) 阻 力 就 越 大 ， 鑄型 的 充 填 就 越 困 難 。知 道 了 影 響 影 響 充 型 能力 的 因 素 ， 進(jìn) 一 步 分 析 ，找 出 可 控 因 素 ， 從 而 提出 改 進(jìn) 或 提 高 合 金 充 填能 力 的 措 施 。 因 素 分 析 控 制 2021-4-30 武 漢 理 工 大 學(xué) 金 工 學(xué) 部 23 小 結(jié) 什 么 是 金 屬 的 液 態(tài) 成 形 液 態(tài) 成 型 的 優(yōu) 、 缺 點(diǎn)合 金 的 充 型 能 力 結(jié) 晶 特 性 : 恒 溫 下 結(jié) 晶 ， 流 動(dòng) 性 較 好 ； 兩 相 區(qū) 內(nèi) 結(jié) 晶 ， 流 動(dòng) 性 較 差影 響 充

24、 型 能力 的 因 數(shù) 合 金 的 流 動(dòng) 性鑄 型 性 質(zhì)澆 注 條 件鑄 件 結(jié) 構(gòu) 等 澆 注 溫 度 充 型 壓 力 澆 注 系 統(tǒng)復(fù) 雜 程 度 、 折 算 厚 度鑄 型 溫 度 、 鑄 型 的 發(fā) 氣 和 透 氣 能 力合 金 的 種 類 、 化 學(xué) 成 分 （ 結(jié) 晶 特 性 ） 2021-4-30 武 漢 理 工 大 學(xué) 金 工 學(xué) 部 24 2.1.3 液 態(tài) 金 屬 的 凝 固 與 收 縮2.1.3.1鑄 件 的 凝 固 方 式 ： 在 鑄 件 的 凝 固 過 程 中 ， 其 截 面 一 般 存 在 三 個(gè) 區(qū) 域 ， 即 液 相 區(qū) 、凝 固 區(qū) 、 固 相 區(qū) 。 對

25、鑄 件 質(zhì) 量 影 響 較 大 的 主 要 是 液 相 和 固 相 并 存 的凝 固 區(qū) 的 寬 窄 。 鑄 件 的 凝 固 方 式 就 是 依 據(jù) 凝 固 區(qū) 的 寬 窄 來 劃 分 的 。鑄 件 的 凝 固方 式 依 據(jù) 凝固 區(qū) 的 寬 窄劃 分 為 ：逐 層 凝 固 ；糊 狀 凝 固 ；中 間 凝 固 。 合 金 的 結(jié) 晶 溫 度 范 圍 和 凝 固 方 式 的 關(guān) 系 2021-4-30 武 漢 理 工 大 學(xué) 金 工 學(xué) 部 25 影 響 凝 固 的 主 要 因 素 ：鑄 件 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) 的 寬

26、窄 取 決 于 鑄 件 內(nèi)外 層 之 間 的 溫 度 差 。 若 鑄 件 內(nèi) 外 層 之 間的 溫 度 差 由 小 變 大 ， 則 其 凝 固 區(qū) 相 應(yīng) 由 寬 變 窄 。合 金 的 結(jié) 晶 溫 度 范 圍 ： 合 金 的 結(jié) 晶 溫 度 范 圍 越 小 ， 凝 固 區(qū) 域 越 窄 ， 越 趨 向 于 逐 層 凝固 。 在 鐵 碳 合 金 中 普 通 灰 鑄 鐵 為 逐 層 凝 固 ， 高 碳 鋼 為 糊 狀 凝 固 。增 大 溫 度 梯 度 是 使 凝 固 區(qū) 變 窄 的 有 效 工 藝 措 施 2021-4-30 武 漢 理 工 大 學(xué) 金 工 學(xué) 部 26 2.1.3.2合 金 的 收

27、 縮 ： 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 。 合 金 的 收 縮 給 液 態(tài) 成 形 工 藝帶 來 許 多 困 難 ， 會(huì) 造 成 許 多 鑄 造 缺 陷 。 （ 如 ： 縮 孔 、 縮松 、 變 形 、 裂 紋 ） 。合 金 的 收 縮 可劃 分 為 三 個(gè) 階段 ： 液 態(tài) 收 縮 ； 凝 固 收 縮 ； 固 態(tài) 收 縮 。 - 液 態(tài) 收 縮 ； - 凝 固 收 縮 ； - 固 態(tài) 收 縮 + - 體 收 縮 ； - 線 收 縮 2021-4-30 武 漢 理 工 大 學(xué) 金 工 學(xué) 部 27 合 金 的 固 態(tài) 收

28、縮 ， 體 積 和 尺 寸 減 小 并 存 ， 通 常稱 之 為 線 收 縮 。 在 此 收 縮 階 段 會(huì) 導(dǎo) 致 鑄 件 產(chǎn)生 應(yīng) 力 、 變 形 和 裂 紋 等 缺 陷 。 合 金 的 液 態(tài) 收 縮 和 凝 固 收 縮 表 現(xiàn) 為 合 金 體 積的 減 小 ， 通 常 稱 之 為 體 收 縮 。 在 此 階 段 會(huì)出 現(xiàn) 縮 孔 和 縮 松 缺 陷 。恒 溫 下 結(jié) 晶 逐 層 凝 固 縮 孔兩 相 區(qū) 結(jié) 晶 糊 狀 凝 固 縮 松 2021-4-30 武 漢 理 工 大 學(xué) 金 工 學(xué) 部 28 2.1.3.3影 響 收 縮 的 因 素澆 鑄 溫 度 ：澆 鑄 溫 度 越 高 ，

29、合 金 的 液 態(tài) 收 縮 量 增 加 ， 合 金 的 收 縮 量 增 大 。鑄 型 條 件 ：鑄 件 在 鑄 形 中 是 受 阻 收 縮 而 不 是 自 由 收 縮 ， 阻 力 來 自 鑄 型 和 型 芯 。 鑄 件 結(jié) 構(gòu) ：鑄 件 壁 厚 不 同 ， 各 處 的 冷 卻 速 度 不 同 ， 冷 凝 使 鑄 件 各 部 分 相 互 制 約 。合 金 種 類 含 碳 量 (%) 澆 注 溫 度 ( ) 總 收 縮 量 (%)碳 素 鑄 鋼 0.35 1610 12.46白 口 鑄 鐵 3.0 1400 12 12.9灰 口 鑄 鐵 3.5 1400 6.9 7.8球 墨 鑄 鐵 4.0 14

30、00 0.8 1.0化 學(xué) 成 分 ： 當(dāng) 澆 注 溫 度 不變 時(shí) ， 碳 鋼 隨 著 含 碳 量 的增 加 ， 液 相 線 的 溫 度 下 降 ，其 液 態(tài) 體 積 收 縮 增 大 ； 鑄鐵 中 石 墨 的 密 度 小 、 比 容大 ， 減 小 了 灰 鑄 鐵 的 部 分收 縮 。 2021-4-30 武 漢 理 工 大 學(xué) 金 工 學(xué) 部 29 2.1.3.4縮 孔 與 縮 松 的 形 成v縮 孔 的 形 成 純 金 屬 、 共 晶 成 分 和 結(jié) 晶 溫 度 范 圍 窄 的 合 金 ，澆 注 后 在 型 腔 內(nèi) 呈 現(xiàn) 由 表 及 里 的 逐 層 凝 固 。 凝 固過 程 中 , 由

31、于 液 態(tài) 收 縮 和 凝 固 收 縮 , 使 體 積 縮 小 , 若 其 收 縮 得 不 到 補(bǔ) 充 , 就 在 鑄 件 最 后 凝 固 處 形成 大 而 集 中 的 孔 洞 稱 為 縮 孔 . 2021-4-30 武 漢 理 工 大 學(xué) 金 工 學(xué) 部 30 縮 松 的 形 成 結(jié) 晶 溫 度 范 圍 寬 的 合 金 呈 糊 狀 凝 固 。 凝 固 區(qū)域 內(nèi) 液 、 固 兩 相 共 存 ， 樹 枝 晶 發(fā) 達(dá) ， 枝 晶 骨 架 將合 金 液 分 割 為 小 液 體 區(qū) ， 由 于 液 態(tài) 收 縮 和 凝 固 收縮 , 使 體 積 縮 小 , 若 其 收 縮 得 不 到 補(bǔ) 充 , 就 在

32、 鑄 件 最后 凝 固 處 形 成 細(xì) 小 而 分 散 的 孔 洞 稱 為 縮 松 。結(jié) 論 ： 純 金 屬 、 共 晶 成 分 （ 逐 層 凝 固 ） 和 凝 固 溫 度 范 圍 窄 的 合金 易 產(chǎn) 生 縮 孔 、 凝 固 區(qū) 域 較 寬 （ 糊 狀 凝 固 ） 的 合 金 易 產(chǎn) 生 縮 松 2021-4-30 武 漢 理 工 大 學(xué) 金 工 學(xué) 部 31 縮 孔 與 縮 松 的 形 成 2021-4-30 武 漢 理 工 大 學(xué) 金 工 學(xué) 部 32 縮 孔 實(shí) 例 一縮 孔 實(shí) 例 二縮 孔 易 出 現(xiàn) 的 部 位 2021-4-30 武 漢 理 工 大 學(xué) 金 工 學(xué) 部 33 判

33、 斷 縮 孔 出 現(xiàn) 的 方 法 ： a） 等 溫 線 法 b） 內(nèi) 截 圓 法 2021-4-30 武 漢 理 工 大 學(xué) 金 工 學(xué) 部 34 縮 孔 和 縮 松 的 防 止v 定 向 凝 固 原 則 ： 使 鑄 件 遠(yuǎn) 離 冒 口 的 地 方 先 凝 固 ，靠 近 冒 口 的 地 方 次 凝 固 ， 冒 口 本 身 最 后 凝 固 。 實(shí) 現(xiàn)以 厚 補(bǔ) 薄 ， 將 縮 孔 轉(zhuǎn) 移 到 冒 口 中 去 。 冒 口 儲 存 補(bǔ)縮 用 金 屬 液 的空 腔 。 2021-4-30 武 漢 理 工 大 學(xué) 金 工 學(xué) 部 35 1.合 理 布 置內(nèi) 澆 道 及 確定 澆 鑄 工 藝符 合 定 向

34、 凝固 原 則 。防 止 縮 孔 的 工 藝 方 法 ： 2021-4-30 武 漢 理 工 大 學(xué) 金 工 學(xué) 部 36 防 止 縮 孔 的 工 藝 方 法 ： 2.合 理 應(yīng) 用 冒 口 、 冷 鐵等 工 藝 措 施 。 2021-4-30 武 漢 理 工 大 學(xué) 金 工 學(xué) 部 37 2.1.4 液 態(tài) 成 形 內(nèi) 應(yīng) 力 、 變 形 與 裂 紋內(nèi) 應(yīng) 力 ： 熱 應(yīng) 力 和 機(jī) 械 應(yīng) 力v 熱 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 。v 機(jī) 械

35、 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 。v 變 形 ： 殘 余 熱 應(yīng) 力 的 存 在 ， 使 鑄 件 處 在 一 種 非 穩(wěn) 定 狀 態(tài) ， 將 自 發(fā) 地 通 過 鑄 件 的 變 形 來 緩 解 其 應(yīng) 力 ， 以 回 到 穩(wěn) 定 的 平 衡 狀 態(tài) 。v 裂 紋 ： 當(dāng) 應(yīng) 力 大 到 一 定 程 度 會(huì) 導(dǎo) 致 出 現(xiàn) 裂 紋 。 2021-4-30 武 漢 理 工 大 學(xué) 金 工 學(xué) 部 38 2.1.4.1熱 應(yīng) 力 的 形 成 過 程 分 析t 0t1 高 溫 階

36、段 ， 塑 性 狀 態(tài) ， 塑 性變 形 消 除t1 t2 桿 彈 性 狀 態(tài) ， 塑 性 狀 態(tài) ， 桿 受 拉 應(yīng) 力 ， 受 壓 應(yīng) 力 ， 塑 性變 形 消 除t2 t3 桿 彈 性 狀 態(tài) ， 比 溫 度高 ， 收 縮 大 于 ， 收 縮 受 的 阻礙 ， 產(chǎn) 生 拉 應(yīng) 力 2021-4-30 武 漢 理 工 大 學(xué) 金 工 學(xué) 部 39 2.1.4.2機(jī) 械 應(yīng) 力 形 成 過 程 分 析機(jī) 械 應(yīng) 力 （ 收 縮 應(yīng) 力 ） ： 鑄 件 冷 卻 到 彈 性 狀 態(tài) 后 ， 由 于 受 到 鑄 型 、型 芯 和 澆 、 冒 口 等 的 機(jī) 械 阻 礙 而 產(chǎn) 生 的 應(yīng) 力 。

37、機(jī) 械 應(yīng) 力 一 般 是 拉應(yīng) 力 ， 由 于 其 在 彈 性 狀 態(tài) 時(shí) 產(chǎn) 生 ， 因 而 當(dāng) 形 成 應(yīng) 力 的 原 因 消 除 也可 隨 之 消 失 ， 故 適 時(shí) 開 箱 可 以 防 止 。 機(jī) 械 應(yīng) 力 超 過 鑄 件 的 強(qiáng) 度 極限 時(shí) ， 或 機(jī) 械 應(yīng) 力 和 殘 余 熱 應(yīng) 力 同 時(shí) 作 用 超 過 鑄 件 強(qiáng) 度 極 限 時(shí) ，會(huì) 導(dǎo) 致 形 成 裂 紋 。機(jī) 械 應(yīng) 力 的 防 止 及 消 除 ： 適 時(shí) 開 箱 ； 提 高 型 芯 砂 退 讓 性 2021-4-30 武 漢 理 工 大 學(xué) 金 工 學(xué) 部 40 2.1.4.3 熱 應(yīng) 力 的 防 止 及 消

38、除 方 法鑄 件 的 結(jié) 構(gòu) ： 鑄 件 各 部 分 能 自 由 收 縮 工 藝 原 則 ： 采 用 同 時(shí) 凝 固 原 則時(shí) 效 處 理 ： 人 工 時(shí) 效 ； 自 然 時(shí) 效 鑄 件 的 結(jié) 構(gòu) 盡 可 能 對 稱鑄 件 的 壁 厚 盡 可 能 均 勻冷 鐵同 時(shí) 凝 固 整 個(gè) 鑄 件 幾 乎 同 時(shí) 凝 固 。 2021-4-30 武 漢 理 工 大 學(xué) 金 工 學(xué) 部 41 2.1.4.4 鑄 件 的 變 形 及 防 止結(jié) 論 ： 厚 部 、 心 部 受 拉 應(yīng) 力 ， 出 現(xiàn) 內(nèi) 凹 變 形 。 薄 部 、 表 面 受 壓 應(yīng) 力 ， 出 現(xiàn) 外 凸 變 形 。鑄 件 的 變 形

39、粗 短 細(xì) 長 2021-4-30 武 漢 理 工 大 學(xué) 金 工 學(xué) 部 42 鑄 件 的 變 形 二鑄 件 的 變 形 三 2021-4-30 武 漢 理 工 大 學(xué) 金 工 學(xué) 部 43 鑄 件 的 變 形 及 防 止變 形 的 形 成 ： 帶 有 殘 余 應(yīng) 力 的 鑄 件 ， 變 形 使 殘 余 應(yīng) 力 減小 而 趨 于 穩(wěn) 定 。變 形 的 防 止 ： 與 防 止 應(yīng) 力 的 方 法 基 本 相 同 。例 ： 圓 柱 體 鑄 件 ： 1） 將 中 間 鉆 一 通 孔 ； 2） 將 外 表 面 車 掉 一 層 ； 問 ： 在 這 兩 種 情 況 下 其 長 度 會(huì) 發(fā) 生 什 么 變

40、 化 ？ 2021-4-30 武 漢 理 工 大 學(xué) 金 工 學(xué) 部 44 2.1.4.5 鑄 件 的 裂 紋裂 紋 的 種 類 熱 裂 : 鑄 件 在 凝 固 末 期 高 溫 下 形 成 的 裂 紋 .冷 裂 : 鑄 件 處 于 彈 性 狀 態(tài) 即 在 低 溫 時(shí) 形 成 的 裂 紋 .熱 裂特 征 ： 沿 晶 粒 邊 界 產(chǎn) 生 和 發(fā) 展 ， 外 形 曲 折 。 裂 紋 表 面 呈 氧 化 色 。部 位 ： 應(yīng) 力 集 中 或 熱 節(jié) 處 。理 論 ： 液 膜 理 論 ； 強(qiáng) 度 理 論 。原 因 ： 應(yīng) 力 大 ， 結(jié) 構(gòu) 不 合 理 ， 工 藝 不 合 理 。 鑄 鋼 件 結(jié) 構(gòu)對

41、熱 裂 影 響 2021-4-30 武 漢 理 工 大 學(xué) 金 工 學(xué) 部 45 冷 裂特 征 ： 裂 紋 穿 過 晶 粒 ， 外 形 規(guī) 則 ， 裂 紋 表 面 光 滑 具 有 金 屬 光 澤 。部 位 ： 應(yīng) 力 集 中 的 受 拉 部 位 。原 因 ： 結(jié) 構(gòu) 不 合 理 ， 機(jī) 械 阻 力 大 。 輪 轂 收 縮 將 輪 輻 拉 斷輪 緣 收 縮 受 拉 被 拉 斷裂 紋 的 防 止盡 量 減 小 鑄 造 應(yīng) 力 ： 應(yīng) 力 是 變 形 和 裂 紋 的 元 兇 ； 改 善 鑄 型 和 型 芯 的 退 讓 性 ： 適 當(dāng) 減 小 機(jī) 械 應(yīng) 力 的 措 施 ；實(shí) 現(xiàn) 同 時(shí) 凝 固 原

42、則 ： 克 服 熱 應(yīng) 力 的 有 效 措 施 ；合 理 設(shè) 計(jì) 鑄 件 結(jié) 構(gòu) ： 壁 厚 均 勻 ， 避 免 應(yīng) 力 集 中 。 2021-4-30 武 漢 理 工 大 學(xué) 金 工 學(xué) 部 46 2.1.4.6 鑄 件 的 氣 孔氣 孔 是 氣 體 在 鑄 件 內(nèi) 形 成 的 空 洞 。 按 氣 體 來 源 不 同 ， 氣 孔 分 為 ：侵 入 性 氣 孔 ； 析 出 性 氣 孔 ； 反 應(yīng) 性 氣 孔 。侵 入 性 氣 孔 ：砂 型 表 面 聚 集 的 氣 體 壓 力 超 過 金 屬 液 靜 壓 力 侵 入 金屬 液 且 又 未 能 上 浮 析 出 被 凝 固 在 鑄 件 內(nèi) 的 氣 體

43、 形 成的 空 洞 。 一 般 位 于 上 表 面 附 近 且 尺 寸 較 大 。防 止 ： 降 低 型 砂 發(fā) 氣 ， 增 加 透 氣 。 析 出 性 氣 孔 ：溶 解 于 金 屬 液 中 的 氣 體 在 冷 凝 過 程 中 因 氣 體 溶 解 度 下降 而 析 出 所 形 成 的 空 洞 。 分 布 面 積 較 廣 ， 尺 寸 甚 小 。防 止 ： 控 制 金 屬 液 的 溶 氣 量 。 氫 在 純 鋁 中 的 溶 解 度反 應(yīng) 性 氣 孔 ：金 屬 液 與 鑄 型 、 芯 撐 、 冷 鐵 和 熔 渣 間 因 化 學(xué) 反應(yīng) 產(chǎn) 生 氣 體 而 生 成 的 氣 孔 。 多 位 于 反 應(yīng) 源 附 近 。如 金 屬 液 和 鑄 型 反 應(yīng) 氣 孔 多 在 鑄 件 表 層 ， 又 稱為 皮 下 氣 孔 。防 止 ： 控 制 和 杜 絕 化 學(xué) 反 應(yīng) 的 發(fā) 生 。 2021-4-30 武 漢 理 工 大 學(xué) 金 工 學(xué) 部 47 小 結(jié)合 金 工 藝 性 能 充 型 能 力凝 固 方 式應(yīng) 力 與 變 形 流 動(dòng) 性澆 注 條 件鑄 型 條 件逐 層 凝 固糊 狀 凝 固中 間 凝 固收 縮 性 能 液 態(tài) 收 縮凝 固 收 縮固 態(tài) 收 縮鑄 件 結(jié) 構(gòu) 變 形 與 裂 紋