1、1. 绪论铸造生产的概念:将液体金属浇铸到与零件形状相适应的铸造空腔中，待其冷却凝固后，以获得一定形状、尺寸和性能零件或毛坯的方法。铸造生产的特点:适用范围广、可制造各种合金铸件、铸件尺寸精度高、成本低廉2 铸造成型工艺原理液态金属充型的能力：液体金属充满铸型型腔，获得形状完整、尺寸精确、轮廓清晰的铸件的能力。 流动性：液态金属本身的流动特性。流动性好，充型能力强、有利于杂质、气体上浮，有利于凝固收缩影响充型能力的主要因素 1.金属性质方面的因素、a 合金的成分 b 结晶潜热 c 液态金属比热容和导热系数 d.液态金属黏度和表面张力 2.铸型性质方面的因素 a 铸型的蓄热系数铸型温度 c 铸型
2、中的气体 3.浇注条件方面的因素 a 浇注温度 b 充型压头 c 浇注系统结构 4.铸件结构方面的因素 a 铸件的折算厚度 b 铸件的复杂程度提高充型能力的措施：1.铸型性质方面：对金属铸型、熔模型壳等提高铸型温度，利用涂料增加铸型的热阻，提高铸型的排气能力，减小铸型在金属充填期间的发气速度，均有利于提高充型能力。2.浇注条件方面：适当提高浇注温度、提高充型压头、简化浇注系统均有利于提高充型能力。增大浇口面积可在线速度减小的情况下是铸型很快充满。铸件的凝固是指金属或合金在铸型中由液态转变为固态的过程。铸件的凝固方式：逐层凝固、体积凝固、中间凝固。铸件的凝固方式取决于凝固区域的宽度。液态金属的结
3、晶：指其在熔点（或液相线）温度附近有液态转变成为固态晶体的过程，也称为一次结晶。液态金属的结构特点：1.原子之间保持着较强的键能，在近程范围内具有排列有序的特点。2.液态金属中的原子热运动强烈，各个原子的能量大小不同，有能量起伏 3.由于原子在能力起伏中，原子团是时聚时散、时大时小，此起彼伏的。铸件晶体结构的形成：1.形核：在液态中先形成一些很小而稳定的固相质点，称为晶核。2.晶体生长：晶核不断生长成晶体，直到相互相遇。生产单晶体目前使用的方法有：选晶法和引晶法铸造偏析就是液态合金在铸型中凝固以后，铸件断面上各个部分及晶粒与晶界之间存在化学成分的不均匀现象。偏析可分为微观偏析和宏观偏析，微观偏
4、析是指微小范围内的化学成分不均匀现象；宏观偏析又称为区域偏析。是指铸件各部位之间大范围内化学成分的不均匀现象微观偏析起因于合金结晶过程中的溶质再分配。微观偏析包括晶内偏析和晶界偏析晶内偏析，又叫树枝晶偏析。其特征是在一个晶粒范围内，晶内和晶界处的化学成分不一致，熔点高的组元往往多分布于晶内，而熔点低的组元则往往多分布于晶界在一个晶粒内其成分一树枝状结构形式而变化的晶内偏析称为枝晶偏析正偏析：溶质含量高于其平均溶质含量的区域。负偏析：溶质含量低于其平均溶质含量的区域。正常偏析：从外层向内层溶质浓度逐渐增大的现象反常偏析：对于 k01 的合金，如果铸件表面层或底部含溶质元素较多，而中心部分顶部含溶
5、质元素较少，此宏观偏析称为反常偏析偏离非平衡条件的结晶就是非平衡结晶非平衡结晶条件下可能得到某些结晶条件下不应该有的组织，称为非平衡组织。金属中气体的来源：熔炼过程、铸型、浇注过程 种类：固溶体、化合物、气态气孔的种类：1 侵入气孔 气体来源：造型材料中水分，粘结剂，各种附加物。特征：多位于表面附近，尺寸较大，呈椭圆形或梨形,孔的内表面被氧化。预防： 降低型砂(型芯砂)的发气量，增加铸型排气能力,选择合适的芯砂粘结剂。2 析出气孔：原因： 金属熔化和浇注中与气体接触被吸收(H2 O2 NO CO 等)特征： 分布广，气孔尺寸甚小， 影响气密性预防：减少气体来源、阴止气体析出 3 反应气孔 金属
6、液与铸型材料，型芯撑，冷铁或溶渣之间，因化学反应生成的气体而形成的气孔。如： 冷铁有锈 Fe3O4 + C Fe + CO 冷铁附近生成气孔防止： 冷铁 型芯撑表面不得有锈蚀，油污，要干燥。气体与非金属夹杂物的排除：1.吸附净化法 a.浮游法.b.溶剂法。C.过滤法 2.非吸附净化法 a.真空净化法。B.超声波处理法 3.化学法体积变化特性可用相对收缩量表示，称为收缩率。收缩率有体积收缩率和线性收缩率两种自由收缩：在收缩过程中，仅涉及合金成分、温度自身因素对收缩的影响，而不受其他阻碍。实际上，铸件在铸型中收缩时，要受到各种阻碍而是收缩不能自由进行，称为受阻收缩。收缩是使铸件产生缩孔、缩松、应力
7、、变形、热裂、冷裂等缺陷的根源。缩孔的形成： 纯金属、共晶成分和凝固温度范围窄的合金，浇注后在型腔内是由表及里的逐层凝固。在凝固过程中，如得不到合金液的补充，在铸件最后凝固的地方就会产生缩孔。缩松的形成：铸件最后凝固的收缩未能得到补足，或者结晶温度范围宽的合金呈糊状凝固，凝固区域较宽，液、固两相共存，树枝晶发达，枝晶骨架将合金液分割开的小液体区难以得到补缩所致。缩孔产生的条件 1.合金的液态收缩与凝固收缩之和大于固态收缩。2.铸件采用逐层凝固方式缩松产生的条件 1.合金的液态收缩与凝固收缩之和大于固态收缩 2.铸件采用体积凝固方式缩孔常出现在纯合金、共晶成分合金和结晶温度范围较窄的铸造合金中缩
8、孔和缩松的防止：1.采用适当的工艺措施，使铸件实现“顺序凝固” ，即可获得无缩孔的铸件。2.同时凝固。3.调整液态金属的浇注温度和浇注时间，可以加强顺序凝固和同时凝固。4.使用冒口、补缩和冷铁 5 加压补缩热裂形成的机理有强度理论和液膜理论碳当量：根据各元素对共晶点实际含碳量的影响，将这些元素的量折算成碳量的增减。共晶度：铸铁偏离共晶点的程序，可以用铸铁的实际含碳量的比值来表示第 3 章：铸铁铸铁是指含有共晶组织的铁碳合金铸铁的分类：1.工程结构件用铸铁：灰口铸铁、球墨铸铁、蠕墨铸铁、可锻铸铁。2.特殊用途铸铁：抗磨铸铁、耐热铸铁、耐腐蚀铸铁化学成分是决定可锻铸铁力学性能和热处理时间的主要因素
9、。灰铸铁孕育处理的目的：1.促进石墨化，降低白口倾向 2.改善断面均匀性，3.控制石墨形态，减少过冷石墨促进 A 型石墨的形成 4.适当增加共晶团数和促进细片状珠光体的形成 5.改善铸铁的力学性能及其他性能。球化剂：使铸铁中的石墨结晶成球状而加入铁冶中的添加剂。球墨铸铁孕育处理的作用：1.消除结晶过冷倾向 2.促进石墨化 3.减小晶间偏析第 4 章：铸钢铸钢材料与铸铁材料相比的特点：1.力学性能较高 2.具有焊接性 3.熔炼成本较高 4.造型材料成本较高 5.铸件成品率较低提高高锰钢性能的途径：1.孕育处理 2.时效强化 3.合金化高合金耐热钢：高铬钢、高铬镍钢、高镍铬钢降低铸造不锈钢性能的途
10、径：降低含碳量、钢液净化钢液的流动主要受浇注温度、钢液含碳量及钢液净化程度的影响碳钢的体积收缩率主要与钢的含碳量有关第五章：铸造非铁合金铝合金分为铸造铝合金和形变铝合金铝合金铸件热处理的目的：1.消除残留铸造应力 2.将不稳定相转变为稳定相 3.改变新的组织，提高性能 4.改善成分偏析铝合金热处理工艺主要分为退火、固溶处理、时效处理和循环处理铝合金铸件的热处理，因固溶处理温度范围较窄，所以要求炉内温度均匀，控制准确。常用电阻炉和电热盐浴炉。坩埚炉一般采用电阻原件加热，如电阻丝和硅碳棒。坩埚有铸铁坩埚、石墨坩埚、碳化硅坩埚。 、铸造铝合金的变质处理：晶粒细化、共晶体变质、改善杂质相的组织或消除易
11、溶杂质相。铸造铝合金的熔炼特点：1.铝合金易氧化和吸气，容易氧化造成氧化夹杂，消除不净会造成力学性能下降。2.容易产生气孔，尽量缩短熔炼时间，缩短高温停留时间。3.对回炉料要严格管理，同一坩埚不能熔炼成分较大的合金 4.使用铁质坩埚时，要防止铁的污染，坩埚工作面应刷上涂料。镁合金的热处理特点：在固溶处理和时效处理时需保持较长时间，铸造镁合金在淬火时不需要快速冷却，镁合金的人工时效温度较高，在加热炉中应保持中性气氛或通入保护气体，铸造镁合金的熔铸特点：1.镁的化学活性高 2.镁合金要进行精炼，减少合金中的气体、氧化夹杂和熔炼夹杂 3.对镁合金液进行变质处理，是晶粒细化 4.熔炼时的溶剂分为覆盖剂
12、和精炼剂，能有效地防止镁合金的氧化和提高镁合金的冶金质量。5.镁合金的收缩率较大，易热裂，需采用强度较低的型砂，型芯有足够的退让性。型砂中应有专门的保护剂。铸造钛合金按退火状态分为： 钛合金、 钛合金、+ 钛合金铸造钛合金的熔铸特点：1.必须在真空或惰性气体的保护下，在强制水冷却的铜坩埚中进行。2.采用凝壳坩埚，在熔炼时形成薄薄的凝固壳体，保护钛在熔融状态下不受污染铸造高温合金：可以按照合金基体元素（镍基、铁基、钴基、铬基）和凝固结晶组织（铸造等轴晶高温合金、定向凝固柱晶高温合金、单晶高温合金）来分类铸造高温合金的熔炼过程可以分为熔化期、精炼期、合金化期和浇注期 4 个阶段第 6 章：砂型铸造
13、粘土砂型：采用粘土做粘结剂制成的砂型。根据在合箱和浇注时的状态不同可分为（1）湿型：指造好的砂型不经烘干，直接浇入高温金属液体。 （2）干砂型：在合箱和浇注前将整个砂型送入窑中烘干；3）表面烘干砂型（表干型）：只在浇注前对型腔表层用适当方法烘干一定深度（一般 510mm，大件 20mm）湿型铸造特点：1.砂型（芯）无须烘干，不存在硬化过程；2.生产灵活性大，生产率高，生产周期短，便于组织流水生产，易于实现生产过程的机械化；3.材料成本低，节省烘干设备、燃料、电力及生产面积；延长砂箱使用寿命。湿型铸造的铸造缺陷：夹砂结疤、鼠尾- 由于砂型表面的膨胀和移动，造成部分砂块渗入铸件；粘砂- 铸件表面的
14、砂不易清理；气孔- 气体在铸件的表面或内部形成空洞； 砂眼-砂粒从砂型脱落，进入铸件形成；胀砂-砂型在金属液的压力下退让，造成铸件的肿胀。造型过程包括填砂、紧实、起模、下芯、合箱及砂箱的运输。砂型的紧实方法分为：压实紧实、震击紧实、射砂紧实、气冲紧实。铸造工艺方案内容：铸造工艺方法的选择、浇注位置及分型面的选择、型芯设计等。零件结构的铸造工艺性指零件结构应符合铸造生产的要求，易于保证铸件品质，简化铸造工艺过程和降低成本。从避免缺陷方面审查铸件结构：1.铸件应有合适的壁厚。2.铸件壁的联接应当逐渐过渡.3.合适的铸造圆角 4.防止铸件出现裂纹和变形从简化铸造工艺方面改进零件结构：1.改进妨碍起模
15、的凸台、凸缘和筋板的结构 2.取消铸件外表侧凹 3.有利于砂芯的固定和排气铸件的浇注位置：浇注时铸件在铸型内所处的空间位置。浇注位置的选择：（a）铸件上重要加工面（朝下或呈直立状态）或质量要求高的面，尽可能置于铸型的下半部或处于侧立位置。 （b）铸件上的大平面朝下，以避免在此面上出现气孔和夹砂缺陷（c）有大面积薄壁的铸件，应将其薄壁部分放在铸型的下部或处于侧立位置，以避免产生浇不足和冷隔缺陷（d）为防止铸件产生缩孔，应把铸件上易产生缩孔的厚大部位置于铸型顶部或侧面，以便安放冒口补缩。 （e）应尽量少用或不用砂型气孔、非金属夹杂物等缺陷多出现在朝上的表面，而朝下的表面或侧立面通常比较光洁，出现缺
16、陷的可能性小。浇注位置的选择：（书上的）重要加工面应朝下或呈直立状态、铸件的大平面应朝下、应有利于铸件的收缩、应选用合适的液态金属导入位置、应尽量少用或不用砂芯分型面的选择原则：1.应使铸件全部或大部分置于同一半型内，2.应尽量减少分型面的数目，3.平直分型面和曲折分型面的选择 4.选择的分型面要有利于下芯、验型和合型。浇注系统：铸型中液态金属进入型腔的通道之总称。包括 浇口杯、直浇道，直浇道窝、横浇道和内浇道。对浇注系统的基本要求：（1）在规定的时间内充满型腔，保证铸件轮廓、棱角清晰。 （2）使金属液流动平稳，避免严重紊流、防止卷入、吸收气体和使金属过度氧化。 （3）具有良好的撇渣能力，防止
17、夹渣和气孔缺陷。 （4）保证型内金属液面有足够的上升速度，以免形成夹砂结疤、皱皮、冷隔等缺陷。 （5）金属液进入型腔时线速度不可过高，避免飞溅、冲刷型壁或砂芯。 （6）浇注系统结构力求简单，简化造型，减少清理工作量和液态金属的消耗。液态金属在砂型中流动特点：1.粘性流体流动、充型过程中，黏度不断增大 2.多相流动，含有杂质。气体及可能析出的晶体 3.不稳定的流动，其流速和流态不断变化 4.紊流流动 5.伴随着复杂的热作用、机械作用和化学作用冒口的种类：明顶冒口、暗顶冒口、明侧冒口、暗侧冒口、压边冒口、整体冒口、易隔冒口、发热（保温）冒口、大气压力冒口。第 7 章：特种铸造熔模铸造是指用易熔材料
18、制成模样，在模样表面包裹若干层耐火材料制成型壳，再将模样融化排除型壳，从而获得无分型面的铸型，经高温焙烧后即可填砂浇注的铸造方法。熔模铸造的工艺过程可以分为蜡模制造、型壳制造、焙烧浇注三个主要阶段熔模铸造的特点：1.获得铸件精度高，表面粗糙度低。2.适合于各种合金的铸件，尤其是适用于熔点高、难切削的高合金铸钢件的制造。3.可铸出形状较复杂、不能分型的铸件。4.铸件的重量一般不超过 25kg金属型铸造：金属性铸造是指将液态金属浇入金属的铸型中，并在重力的作用下凝固成型以获得铸件的方法。金属型铸造的特点：1.复用性好，可“一型多铸” 。2.由于金属型对铸件的冷却能力强，使铸件的组织致密、机械性能高
19、。3.铸件的尺寸精度高，表面粗糙度较低， 。4.金属型铸造不用砂或用砂少，改善了劳动条件。5.金属型无透气性，必须采取措施导出型腔中的气体 6.无退让性。凝固时易产生裂纹和变形，铸件应尽早取出金属液的充型过程中，常见增碳、皱皮、渣气孔、浇不足等缺陷金属液的充型过程中，考虑到金属型芯无退让的特点，为防止铸件产生裂纹，顺利取出铸件，如尽早的取出型芯和从铸型中取出铸件，需设计必要的抽芯的顶尖结构，对严重阻碍铸件收缩的金属芯可改用砂芯，增大金属型铸造斜度和涂料层厚度等根据铸件形状等来确定金属型的结构形式，常见的结构形式有：整体金属型、水平分型金属型、垂直分型金属型和综合分型金属型。压力铸造 ：压力铸造
20、（简称压铸）是在高压下（比压约为 510MPa）将液态或半液态合金快速的压入金属铸型中，并在压力下凝固以获得铸件的方法。高压力和高速度是压铸时金属液充填成形过程的两大特点压力铸造的优点：1.生产效率高 2.产品质量好 3.可压铸形状复杂的薄壁铸件。缺点 1.普通压铸法易产生气孔，不能进行热处理 2.设备投资高，只适合大批量生产压铸机、压铸合金和压铸型是压铸生产的三大基本元素压力和速度是压铸过程中的两个基本工艺参数压铸的温度和时间规范：1.合金的浇注温度 2.压型的工作温度 3.时间参数 a.充填时间时间一般为 0.01s0.2s b.持压时间 c 铸件在压铸中停留时间离心铸造：将液态合金浇入高
21、速旋转的铸型，使其在离心力的作用下填充铸型并结晶，这种铸造方法称为离心铸造。消失熔模铸造使用涂有耐火材料的泡沫塑料制成的模样制造铸型，之后模样并不取出，浇注时模样气化消失而获得铸件的方法消失模铸造的工艺特点：1.铸件精度高 2.设计灵活 3.清洁生产 4.降低投资及生产成本 5.适于生产结构复杂的各种大小的较精密的铸件。低压铸造：是利用气体压力使金属液向上充填铸型，铸件在一定压力下结晶凝固的铸造方法半固态压铸是将液体金属在特殊的冷却搅拌装置中制成部分固态、部分液态的混合料浆，并用这种料压铸成铸件的工艺方法。半固态压铸基本工艺分为流变压铸和触变压铸各种工艺因素对金属液充型速度的影响由大到小依次为：真空度、摸样材料、金属液静压头、涂料层透气性、浇注温度、内浇口面积、浇注位置。
