1、1,第一节 金属的凝固特点 第二节 砂型铸造 第三节 特种铸造 第四节 铸造工艺分析,第二章 金属的凝固成形,2,将液态金属浇注到与零件形状和尺寸相适应的铸型型腔中，待其冷却后得到坯料或零件的方法，称为液态凝固成形，或铸造(Foundry，Casting)成形方法。,第二章 金属的凝固成形,根据造型材料不同，可将铸造方法分为砂型铸造(Sand Casting Process)和特种铸造(Special Casting Process)两类。,3,图2-7 砂型铸造基本工艺过程,第二章 金属的凝固成形,4,铸造成形的特点： 利用液体的流动性充型，可获得形状复杂的机械零件。 适应性较强，铸件可大可
2、小，生产批量不受限制。 铸件原材料来源较广，且成本较低。生产过程比较复杂，生产方法较为落后，影响铸件质量的因素较多，废品率高。 铸件尺寸精度低，表面质量低，内部易出现气孔、砂眼、缩孔和缩松等缺陷。,第二章 金属的凝固成形,5,第一节 金属的凝固特点,第二章 金属的凝固成形,金属的铸造性能影响铸件质量，包括铸造过程中液态金属的流动性、凝固过程、收缩性和吸气性等。,一、液态金属的流动特点,1. 液态金属的流动性,液态金属的流动性（即流动能力）越高，则越容易充满铸型的型腔，获得健全的铸件；否则，易出现冷隔或浇不足的缺陷。,6,第一节 金属的凝固特点,第二章 金属的凝固成形,图2-1 螺旋形试样,1-
3、试样铸件 2-浇口 3-冒口 4-试样凸点,相同浇注条件下，金属的流动性越好，浇出的试样越长,灰铸铁、硅黄铜的流动性最好，铸钢的流动性最差。,7,第一节 金属的凝固特点,第二章 金属的凝固成形,2. 流动性的影响因素,(1) 合金成分,一、液态金属的流动特点,共晶成分合金流动性高；非共晶成分的合金流动差，且合金的结晶温度区间越大，流动性越差。,8,第一节 金属的凝固特点,第二章 金属的凝固成形,一、液态金属的流动特点,图2-1 Fe-C合金的流动性与含碳量的关系,9,第一节 金属的凝固特点,第二章 金属的凝固成形,2. 流动性的影响因素,一、液态金属的流动特点,(2) 浇注温度和压力,浇注温度
4、越高，流动性提高，充型能力越强，但易出现粘砂、缩孔、气孔、晶粒粗大等缺陷。 流动方向上的浇注压力越大，液体易于充满铸型。,(3) 铸型条件,改善型腔结构、采用散热慢的铸型材质等，加快流速，延长流动时间，利于充型。,10,第一节 金属的凝固特点,第二章 金属的凝固成形,二、合金的凝固特点,图2-2 铸件的凝固方式 a) 逐层凝固；b) 中间凝固；c) 体积凝固,11,第一节 金属的凝固特点,第二章 金属的凝固成形,二、合金的凝固特点,影响凝固方式的主要因素为铸造合金的结晶温度区间宽窄和铸件截面的温度梯度大小。,结晶温度区间越小，越倾向于逐层凝固； 温度梯度越大，越趋向于逐层凝固。,液态合金的凝固
5、方式直接影响到铸件的质量。逐层凝固时合金的充型能力强，铸造性能好；体积凝固时合金的充型能力下降，易产生冷隔、浇不足、缩松等缺陷。,12,第一节 金属的凝固特点,第二章 金属的凝固成形,三、合金的收缩特点,铸件在冷却过程中体积和尺寸缩小的现象称为收缩，是合金的固有物理性质。从液态冷却至室温，要经历三个阶段：,1. 合金的收缩,13,第一节 金属的凝固特点,第二章 金属的凝固成形,三、合金的收缩特点,（1）化学成分,2. 影响收缩的因素,（2）浇注温度,（3）铸件结构与铸型条件,如：碳素钢随含碳量增加凝固收缩率增加，而固态收缩率减小。,浇注温度升高，液态收缩增加，则总收缩量相应增大。,铸件壁厚不均
6、匀；铸型和型芯对收缩的机械阻力。,14,第一节 金属的凝固特点,第二章 金属的凝固成形,三、合金的收缩特点,（1）缩孔和缩松,3. 收缩对铸件质量的不良影响及预防措施,铸件在凝固过程中，由于金属液态收缩和凝固收缩造成的体积减小得不到液态金属的补充，在铸件最后凝固的部位形成孔洞。其中容积较大而集中的称缩孔，细小而分散的称缩松。,15,第一节 金属的凝固特点,第二章 金属的凝固成形,三、合金的收缩特点,（1）缩孔和缩松,3. 收缩对铸件质量的不良影响及防止措施,图2-3 缩孔和缩松的形成过程,16,第一节 金属的凝固特点,第二章 金属的凝固成形,三、合金的收缩特点,（1）缩孔和缩松,3. 收缩对铸
7、件质量的不良影响及预防措施,预防措施：顺序凝固。,铸件在凝固过程中，由于金属液态收缩和凝固收缩造成的体积减小得不到液态金属的补充，在铸件最后凝固的部位形成孔洞。其中容积较大而集中的称缩孔，细小而分散的称缩松。,17,第一节 金属的凝固特点,第二章 金属的凝固成形,三、合金的收缩特点,（1）缩孔和缩松,3. 收缩对铸件质量的不良影响及防止措施,图2-4 顺序凝固示意图,18,第一节 金属的凝固特点,第二章 金属的凝固成形,三、合金的收缩特点,（2）铸造应力、变形和裂纹,3. 收缩对铸件质量的不良影响及预防措施,铸造应力的形成根据形成原因可分为热应力、组织应力和机械应力。,热应力铸件壁厚不均匀和各
8、部位的散热情况不同，造成各部位冷速不同，从而使各部位在同一时刻的收缩量不一致而产生内应力。,19,第一节 金属的凝固特点,第二章 金属的凝固成形,三、合金的收缩特点,3. 收缩对铸件质量的不良影响及预防措施,图2-5 热应力的形成过程,厚壁或心部受拉伸，薄壁或表层受压缩。壁厚差越大，热应力越大。,组织应力也称相变应力，各部分冷却速度不同，组织结构转变的时间不一致，从而形成拉或压应力。机械应力合金固态收缩时受到铸型或型芯的机械阻碍形成，落砂后可自行消除。,20,第一节 金属的凝固特点,第二章 金属的凝固成形,三、合金的收缩特点,（2）铸造应力、变形和裂纹,3. 收缩对铸件质量的不良影响及预防措施
9、,采用同时凝固的办法预防热应力和组织应力，如右图所示。,改进铸件结构和增加型砂的退让性可以减少机械应力。,图2-6 同时凝固,21,第一节 金属的凝固特点,第二章 金属的凝固成形,三、合金的收缩特点,（3）变形与裂纹及其预防,3. 收缩对铸件质量的不良影响及预防措施,当铸造应力超过材料的强度极限时，铸件会产生裂纹，裂纹有热裂纹和冷裂纹两种。 铸造应力是导致铸件产生变形和开裂的根源，消除铸造应力的根本措施是减少铸造应力。,22,第一节 金属的凝固特点,第二章 金属的凝固成形,小 结：,液态金属的流动性影响因素； 合金的凝固特点三种凝固方式； 合金的收缩特点三个收缩阶段、影响因素、对铸件质量的影响（缩孔和缩松、铸造应力、裂纹等）及其预防措施。,
