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1、 熱 加 工 基 礎(chǔ) 第 一 章 鑄 造 生 產(chǎn)l 三 院 制 造 系 第 一 章 鑄 造l 第 一 節(jié) 合 金 的 鑄 造 性 能l 第 二 節(jié) 常 用 合 金 鑄 件 的 生 產(chǎn)l 第 三 節(jié) 砂 型 鑄 造l 第 四 節(jié) 特 種 鑄 造l 第 五 節(jié) 零 件 結(jié) 構(gòu) 的 鑄 造 工 藝 性 鑄 造 概 念引 言1、 何 為 鑄 造 ？ 熔 煉 金 屬 ， 制 造 鑄 型 ， 并 將 熔 融 金 屬 澆入 鑄 型 ， 凝 固 后 獲 得 一 定 形 狀 和 性 能 鑄 件 的 成 形 方 法 ，稱 為 鑄 造 。 圖 1 砂 型 鑄 造 2、 鑄 造 優(yōu) 缺 點(diǎn)l 優(yōu) 點(diǎn) ： l 1） 可

2、 以 生 產(chǎn) 出 形 狀 復(fù) 雜 ， 特 別 是 具 有 復(fù) 雜 內(nèi) 腔的 零 件 毛 坯 ， 如 各 種 箱 體 、 床 身 、 機(jī) 架 等 。2） 鑄 造 生 產(chǎn) 的 適 應(yīng) 性 廣 ， 工 藝 靈 活 性 大 。 工 業(yè)上 常 用 的 金 屬 材 料 均 可 用 來(lái) 進(jìn) 行 鑄 造 ， 鑄 件 的 重量 可 由 幾 克 到 幾 百 噸 ， 壁 厚 可 由 0.5mm到 1m左右 。3） 鑄 造 用 原 材 料 大 都 來(lái) 源 廣 泛 ， 價(jià) 格 低 廉 ， 并可 直 接 利 用 廢 機(jī) 件 ， 故 鑄 件 成 本 較 低 。 l 缺 點(diǎn) ： l 1） 鑄 造 組 織 疏 松 、 晶 粒

3、粗 大 ， 內(nèi) 部 易 產(chǎn)生 縮 孔 、 縮 松 、 氣 孔 等 缺 陷 ， 因 此 ， 鑄 件的 力 學(xué) 性 能 ， 特 別 是 沖 擊 韌 度 低 于 同 種 材料 的 鍛 件 。2） 鑄 件 質(zhì) 量 不 夠 穩(wěn) 定 。 鑄 造 產(chǎn) 品 圖 2 鑄 造 產(chǎn) 品 鑄 造 技 術(shù) 的 應(yīng) 用l 我 國(guó) 鑄 造 生 產(chǎn) 有 著 悠 久 的 歷 史 。l 早 在 三 千 多 年 前 ， 青 銅 鑄 器 已 有 應(yīng) 用 ， 二千 五 百 年 前 ， 鑄 鐵 工 具 已 經(jīng) 相 當(dāng) 普 遍 。l 例 如 ， 始 建 于 公 元 856年 的 河 北 正 定 隆 興寺 內(nèi) 的 銅 佛 菩 薩 ， 高 2

4、2m余 ， 42臂 ， 重120t， 是 我 國(guó) 古 代 最 大 的 佛 像 ， 且 造 型 生動(dòng) 逼 真 ， 是 一 尊 難 得 的 佛 教 藝 術(shù) 珍 品 ； l 再 如 制 造 于 公 元 953年 的 河 北 滄 州 鐵 獅 子 ， 身 高5. 4m,長(zhǎng) 6. 5m,寬 3m,重 40t,頸 下 及 體 外 鑄 有 “ 獅子 ” “ 大 周 廣 順 二 年 鑄 ” 等 字 樣 ， 腹 內(nèi) 還 鑄 有 金剛 經(jīng) 文 ， 雄 偉 壯 觀 ， 具 有 極 高 的 藝 術(shù) 價(jià) 值 ， 充 分體 現(xiàn) 了 我 國(guó) 古 代 勞 動(dòng) 人 民 精 湛 的 鑄 造 技 藝 。l 大 量 歷 史 文 物 顯

5、 示 出 我 國(guó) 古 代 勞 動(dòng) 人 民 在 世 界 鑄造 史 上 作 出 的 卓 越 貢 獻(xiàn) ， 如 泥 型 、 金 屬 型 、 失 蠟型 三 大 鑄 造 技 術(shù) 就 是 我 國(guó) 的 創(chuàng) 造 。 第 一 節(jié) 合 金 的 鑄 造 性 能l 鑄 造 性 能 是 合 金 在 鑄 造 生 產(chǎn) 中 所 表 現(xiàn) 出 來(lái)的 工 藝 性 能 ， 它 是 合 金 的 流 動(dòng) 性 、 收 縮 性 、偏 析 和 吸 氣 性 等 性 能 的 綜 合 體 現(xiàn) 。l 其 中 流 動(dòng) 性 和 收 縮 性 對(duì) 鑄 件 的 質(zhì) 量 影 響 最大 。 鑄 造 性 能 內(nèi) 容 包 括 : l 1、 流 動(dòng) 性 和 充 型 能 力

6、l 2、 合 金 的 凝 固 與 收 縮l 3、 鑄 造 合 金 的 偏 析 和 吸 氣 性 （ 一 ） 合 金 的 流 動(dòng) 性l 1、 流 動(dòng) 性 流 動(dòng) 性 是 指 熔 融 金 屬 的 流 動(dòng) 能力 。l 它 是 影 響 熔 融 金 屬 充 型 能 力 的 因 素 之 一 流 動(dòng) 性 對(duì) 鑄 件 質(zhì) 量 的 影 響l 流 動(dòng) 性 好 的 合 金 ， 易 于 充 滿 薄 而 復(fù) 雜 的 鑄 型 型 腔 ，便 于 澆 注 出 輪 廓 清 晰 的 鑄 件 ， 減 少 澆 不 到 、 冷 隔等 缺 陷 ；l 有 利 于 液 體 金 屬 中 氣 體 和 非 金 屬 夾 雜 物 的 上 浮 與排 出

7、， 減 少 氣 孔 、 夾 雜 缺 陷 的 產(chǎn) 生 ；l 有 利 于 對(duì) 合 金 冷 凝 過(guò) 程 中 所 產(chǎn) 生 的 收 縮 進(jìn) 行 補(bǔ) 縮 ，從 而 減 少 鑄 件 中 諸 如 縮 孔 、 縮 松 及 凝 固 后 期 所 產(chǎn)生 的 熱 裂 紋 等 鑄 造 缺 陷 。l 因 此 ， 在 鑄 件 設(shè) 計(jì) 、 選 擇 合 金 和 制 定 鑄 造 工 藝 時(shí) ，常 常 需 要 考 慮 合 金 的 流 動(dòng) 性 。 流 動(dòng) 性 的 評(píng) 價(jià) 標(biāo) 準(zhǔn) ：l 合 金 流 動(dòng) 性 的 好 壞 ， 通 常 以 “ 螺 旋 形流 動(dòng) 性 試 樣 ” 的 長(zhǎng) 度 來(lái) 衡 量 ， 將 金 屬 液 體澆 入 螺 旋 形

8、試 樣 鑄 型 中 ， 在 相 同 的 澆 注 條件 下 ， 合 金 的 流 動(dòng) 性 愈 好 ， 所 澆 出 的 試 樣愈 長(zhǎng) 。 流 動(dòng) 性 螺 旋 形 式 樣 流 動(dòng) 性 的 影 響 因 素l 流 動(dòng) 性 是 合 金 本 身 的 屬 性 ， 其 影 響 因 素 很多 ， 主 要 包 括 合 金 的 種 類 、 成 分 、 結(jié) 晶 特征 及 其 它 物 理 性 能 。1） 合 金 的 種 類 不 同 種 類 的 合 金 ， 具 有 不 同 的 螺 旋 線 長(zhǎng) 度 ，即 具 有 不 同 的 流 動(dòng) 性 。 其 中 灰 鑄 鐵 的 流 動(dòng)性 最 好 ， 硅 黃 銅 、 鋁 硅 合 金 次 之 ，

9、 而 鑄 鋼的 流 動(dòng) 性 最 差 。 常 用 合 金 流 動(dòng) 性 2） 化 學(xué) 成 分 和 結(jié) 晶 特 征l 純 金 屬 和 共 晶 成 分 的 合 金 ， 凝 固 是 由 鑄 件壁 表 面 向 中 心 逐 漸 推 進(jìn) ， 凝 固 后 的 表 面 比較 光 滑 ， 對(duì) 未 凝 固 液 體 的 流 動(dòng) 阻 力 較 小 ，所 以 流 動(dòng) 性 好 ， 見(jiàn) 圖 3a。 圖 3 不 同 結(jié) 晶 特 征 的 合 金 的 流動(dòng) 性 在 一 定 凝 固 溫 度 范 圍 內(nèi) 結(jié) 晶 的 亞 共 晶 合 金 ，凝 固 時(shí) 鑄 件 內(nèi) 存 在 一 個(gè) 較 寬 的 既 有 液 體 又有 樹(shù) 枝 狀 晶 體 的 兩

10、相 區(qū) 。 凝 固 溫 度 范 圍 越寬 ， 則 枝 狀 晶 越 發(fā) 達(dá) ， 對(duì) 金 屬 流 動(dòng) 的 阻 力越 大 ， 金 屬 的 流 動(dòng) 性 就 越 差 ， 見(jiàn) 圖 3b。 圖 3 不 同 結(jié) 晶 特 征 的 合 金 的 流動(dòng) 性 鐵 碳 合 金 的 流 動(dòng) 性 與 相 圖 的 關(guān) 系 見(jiàn) 圖 4。 圖中 表 明 ， 純 鐵 和 共 晶 鑄 鐵 的 流 動(dòng) 性 最 好 ，亞 共 晶 鑄 鐵 和 碳 素 鋼 隨 凝 固 溫 度 范 圍 的 增加 ， 其 流 動(dòng) 性 變 差 。 圖 4 鐵 碳 合 金 的 流 動(dòng) 性 與 相 圖 的 關(guān) 系 l 合 金 液 的 粘 度 、 結(jié) 晶 潛 熱 、 熱

11、 導(dǎo) 率 等 物 理性 能 對(duì) 流 動(dòng) 性 都 有 影 響l 如 高 鉻 耐 熱 鋼 鋼 液 因 含 較 多 的 Cr2O3， 使粘 度 顯 著 增 大 ， 流 動(dòng) 性 很 差 。 鐵 碳 合 金 相 圖 （ 二 ） 合 金 的 充 型 能 力1. 充 型 能 力 考 慮 鑄 型 及 工 藝 因 素 影 響 的 熔 融 金 屬 流 動(dòng)性 叫 合 金 的 充 型 能 力 。l 即 液 態(tài) 合 金 充 滿 鑄 型 型 腔 ， 獲 得 形 狀 完 整 、輪 廓 清 晰 鑄 件 的 能 力 。合 金 的 流 動(dòng) 性 是 金 屬 本 身 的 屬 性 ， 不 隨 外 界條 件 的 改 變 而 變 化 ，

12、而 合 金 的 充 型 能 力 不僅 和 金 屬 的 流 動(dòng) 性 相 關(guān) ， 而 且 也 受 外 界 因素 的 影 響 。 若 充 型 能 力 不 足 產(chǎn) 生 的 缺 陷 ：l 若 充 型 能 力 不 足 ， 已 形 成 的 晶 粒 可 能 將 金屬 流 動(dòng) 的 通 道 堵 塞 ， 產(chǎn) 生 澆 不 到 、 冷 隔 等類 缺 陷 ， 造 成 廢 品 。 2. 充 型 能 力 的 影 響 因 素l 合 金 的 流 動(dòng) 性 對(duì) 充 型 能 力 的 影 響 最 大 ， 此外 ， 鑄 型 和 工 藝 條 件 也 會(huì) 改 變 合 金 的 充 型能 力 。 1） 鑄 型 填 充 條 件l 鑄 型 的 阻 力

13、 將 阻 礙 合 金 液 的 流 動(dòng)l 鑄 型 與 合 金 液 之 間 的 熱 交 換 又 將 影 響 合 金保 持 流 動(dòng) 的 時(shí) 間l 故 鑄 型 對(duì) 充 型 能 力 有 顯 著 影 響 l a） 鑄 型 的 蓄 熱 能 力 即 鑄 型 從 金 屬 液 中 吸 收 和 儲(chǔ) 存 熱 量 的 能 力 。鑄 型 的 熱 導(dǎo) 率 和 質(zhì) 量 熱 容 越 大 ， 對(duì) 液 態(tài) 合金 的 激 冷 作 用 越 強(qiáng) ， 合 金 的 充 型 能 力 就 越差 。l 如 金 屬 型 鑄 造 較 砂 型 鑄 造 容 易 產(chǎn) 生 澆 不 到等 缺 陷 。 b） 鑄 型 溫 度 提 高 鑄 型 溫 度 ， 可 以 降

14、 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 充 型 能 力 。c） 鑄 型 中 的 氣 體 鑄 型 中 氣 體 越 多 ， 合 金 的 充 型 能 力 就 越 差 。 2） 澆 注 條 件a)澆 注 溫 度澆 注 溫 度 對(duì) 合 金 的 充 型 能 力 有 著 決 定 性 的 影 響 。在 一 定 范 圍 內(nèi) ， 隨 著 澆 注 溫 度 的 提 高 ， 合 金 液 的粘 度 下 降 ， 且 在 鑄 型 中 保 持 流 動(dòng) 的 時(shí) 間 增 長(zhǎng) ， 充型 能 力 增 加 。對(duì) 薄 壁 鑄 件 或 流 動(dòng) 性 較 差 的 合

15、金 ， 為 防 止 澆 不 到和 冷 隔 等 缺 陷 的 產(chǎn) 生 ， 可 適 當(dāng) 提 高 澆 注 溫 度 。 l 澆 注 溫 度 過(guò) 高 的 缺 陷 ：l 澆 注 溫 度 過(guò) 高 ， 液 態(tài) 合 金 的 收 縮 增 大 ， 吸氣 量 增 加 ， 氧 化 嚴(yán) 重 ， 容 易 導(dǎo) 致 產(chǎn) 生 縮 孔 、縮 松 、 氣l 孔 、 粘 砂 、 粗 晶 等 缺 陷 ， 故 在 保 證 充 型 能力 足 夠 的 前 提 下 ， 盡 量 降 低 澆 注 溫 度 。 l 常 用 金 屬 澆 鑄 溫 度 ：l 灰 鑄 鐵 的 澆 注 溫 度 為 1230 C -13800 C，l 鑄 鋼 為 1520 C-16

16、20 Cl 鋁 合 金 為 680 -780 C。l 復(fù) 雜 薄 壁 件 取 上 限 ， 厚 大 件 取 下 限 。 l b） 充 型 壓 力l 液 態(tài) 合 金 在 流 動(dòng) 方 向 上 所 受 的 壓 力 越 大 ， 其 充 型 能 力 越好 。l 砂 型 鑄 造 時(shí) ， 充 型 壓 力 是 由 直 澆 道 所 產(chǎn) 生 的 靜 壓 力 取 得的 ， 故 增 加 直 澆 道 的 高 度 可 有 效 地 提 高 充 型 能 力 。l 特 種 鑄 造 中 （ 壓 力 鑄 造 、 低 壓 鑄 造 和 離 心 鑄 造 等 ） ， 是用 人 為 加 壓 的 方 法 使 充 型 壓 力 增 大 ， 充 型

17、能 力 提 高 。l 澆 注 系 統(tǒng) 結(jié) 構(gòu) 越 復(fù) 雜 ， 流 動(dòng) 阻 力 越 大 ， 充 型 能 力 就 越 低 。 l 3） 鑄 件 結(jié) 構(gòu)l 鑄 件 的 結(jié) 構(gòu) 對(duì) 充 型 能 力 也 有 相 當(dāng) 的 影 響 。 鑄 件 壁厚 過(guò) 小 ， 壁 厚 急 劇 變 化 ， 結(jié) 構(gòu) 復(fù) 雜 ， 有 大 的 水 平面 時(shí) ， 都 將 會(huì) 影 響 合 金 的 充 型 能 力 。 充 型 能 力 低 。l 改 善 充 型 能 力 的 措 施 : l 選 用 流 動(dòng) 性 好 的 合 金 ， 提 高 澆 注 溫 度 和 壓 頭 、 合理 設(shè) 計(jì) 澆 注 系 統(tǒng) 和 改 進(jìn) 鑄 件 結(jié) 構(gòu) 。 二 合 金

18、 的 凝 固 與 收 縮l 澆 入 鑄 型 的 金 屬 液 在 其 后 的 冷 卻 凝 固 過(guò) 程中 ， 體 積 將 會(huì) 縮 減 。l 如 果 這 種 收 縮 得 不 到 及 時(shí) 地 補(bǔ) 足 ， 將 在 鑄件 中 產(chǎn) 生 縮 孔 或 縮 松 缺 陷 。l 常 見(jiàn) 缺 陷 ： 鑄 件 縮 孔 或 縮 松 、 熱 裂 、 析 出性 氣 孔 、 偏 析 、 非 金 屬 夾 雜 等 缺 陷 （ 一 ） 鑄 件 的 凝 固 方 式 及 影 響 因 素l 1. 鑄 件 的 凝 固 方 式鑄 造 合 金 大 都 在 一 定 溫 度 范 圍 內(nèi) （ 狀 態(tài) 圖中 的 液 相 線 到 固 相 線 之 間 ） 結(jié)

19、 晶 凝 固 。l 凝 固 過(guò) 程 中 的 三 區(qū) 域 ： 液 相 區(qū) 、 固 相 區(qū) 和液 固 兩 相 區(qū) （ 又 稱 凝 固 區(qū) ）l 凝 固 區(qū) 對(duì) 鑄 件 質(zhì) 量 的 影 響 最 顯 著l 根 據(jù) 液 固 兩 相 區(qū) 的 寬 窄 將 鑄 件 的 凝 固 方 式分 為 ： 逐 層 凝 固 方 式 、 糊 狀 凝 固 方 式 和 中間 凝 固 方 式 。 l （ 1） 逐 層 凝 固 方 式l 合 金 在 凝 固 過(guò) 程 中 ， 其 鑄 件 斷 面 上 的 凝 固區(qū) 域 寬 度 趨 于 零 ， 其 斷 面 上 固 相 和 液 相 由一 條 界 線 清 楚 地 分 開(kāi) ， 這 種 凝 固 方

20、 式 稱 為逐 層 凝 固 。l 常 見(jiàn) 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 。 逐 層 凝 固 方 式 的 優(yōu) 點(diǎn)l 呈 逐 層 凝 固 方 式 的 合 金 ， 其 凝 固 前 沿 與 液 態(tài) 金 屬接 觸 （ 或 凝 固 區(qū) 域 很 窄 ） ， 凝 固 階 段 發(fā) 生 的 收 縮能 及 時(shí) 得 到 液 體 的 補(bǔ) 足 ， 故 易 獲 得 組 織 致 密 的 鑄件 ；l 如 果 凝 固 層 因 收 縮 受 阻 而 產(chǎn) 生 了 晶 間 裂 紋 ， 也 很容 易 得 到

21、 未 凝 固 金 屬 液 的 填 補(bǔ) 而 彌 合 起 來(lái) ， 從 而大 大 減 少 了 鑄 件 的 熱 裂 缺 陷 ；l 呈 逐 層 凝 固 方 式 的 合 金 ， 具 有 良 好 的 流 動(dòng) 性 ， 便于 澆 注 出 輪 廓 清 晰 的 鑄 i件 。 鑄 件 凝 固 方 式 l （ 2） 糊 狀 凝 固 方 式 條 件 ： 如 果 合 金 的 凝 固 溫 度 范 圍 很 寬 ， 或 鑄 件 斷面 溫 度 曲 線 較 平 坦 ， 則 其 凝 固 區(qū) 很 寬 ， 甚 至 在 鑄件 凝 固 的 某 段 時(shí) 間 內(nèi) ， 液 固 并 存 的 凝 固 區(qū) 貫 穿 整個(gè) 鑄 件 斷 面 。l 合 金 在

22、凝 固 過(guò) 程 中 先 呈 糊 狀 而 后 凝 固 ， 這 種 凝 固方 式 稱 為 糊 狀 凝 固 。l 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 。 糊 狀 凝 固 方 式 缺 陷l 呈 糊 狀 凝 固 的 鑄 件 在 鑄 件 中 留 下 了 許 多 分 散 的 小孔 洞 （ 縮 松 ） 。l 呈 糊 狀 凝 固 方 式 的 合 金 難 以 獲 得 組 織 致 密 的 鑄 件l 糊 狀 凝 固 的 合 金 樹(shù) 枝 晶 較 發(fā) 達(dá) ， 且 過(guò) 早 地 連 成 骨架 ， 并 開(kāi) 始 線 收 縮 ， 鑄 件 易 產(chǎn) 生 熱 裂l 液

23、 體 中 較 發(fā) 達(dá) 的 枝 晶 增 大 了 流 動(dòng) 阻 力 ， 使 合 金 的流 動(dòng) 性 降 低 。 凝 固 方 式 （ 3） 中 間 凝 固 方 式 大 多 數(shù) 合 金 的 凝 固 介 于 逐 層 凝 固 和 糊 狀 凝固 之 間 ， 稱 為 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 。 圖 5 鑄 件 的 凝 固 方 式凝 固 方 式 2. 凝 固 方 式 的 影 響 因 素l 影 響 鑄 件 凝 固 方 式 的 主 要 因 素 是 合 金 的 凝固 溫 度 范 圍 和 鑄 件 結(jié) 晶 時(shí) 的 溫 度 梯 度 。 l （

24、 1） 合 金 凝 固 溫 度 范 圍 的 影 響 合 金 的 液 相 線 和 固 相 交 叉 在 一 起 ， 或 間 距 很 小 ，則 金 屬 趨 于 逐 層 凝 固 ； 如 兩 條 相 線 之 間 的 距 離 很大 ， 則 趨 于 糊 狀 凝 固 ； 如 兩 條 相 線 間 距 離 較 小 ，則 趨 于 中 間 凝 固 方 式 。l 凝 固 區(qū) 域 的 寬 度 取 決 于 合 金 的 凝 固 溫 度 范 圍鑄 件 的 溫 度 梯 度 由 合 金 的 化 學(xué) 成 分 確 定l 純 金 屬 或 共 晶 成 分 合 金 為 逐 層 凝 固 l 溫 度 梯 度 是 凝 固 方 式 的 重 要 調(diào)

25、節(jié) 因 素l 逐 層 凝 固 措 施 ：l 加 大 鑄 型 的 蓄 熱 能 力 和 激 冷 能 力 以 及 降 低 金 屬 液的 澆 注 溫 度 ， 都 可 以 增 大 鑄 件 斷 面 的 溫 度 梯 度 。 l 結(jié) 論 ： 傾 向 于 逐 層 凝 固 的 合 金 便 于 鑄 造 ， 容 易 生產(chǎn) 出 優(yōu) 質(zhì) 鑄 件 ， 故 應(yīng) 盡 量 選 用 ； 當(dāng) 必 須 選 用 傾 向于 糊 狀 凝 固 的 合 金 時(shí) ， 則 可 考 慮 采 用 適 當(dāng) 的 工 藝措 施 ， 提 高 鑄 件 斷 面 的 溫 度 梯 度 ， 以 減 小 其 凝 固區(qū) 域 。 （ 二 ） 鑄 造 合 金 的 收 縮l 鑄

26、造 合 金 從 液 態(tài) 冷 卻 到 室 溫 的 過(guò) 程 中 ， 其體 積 和 尺 寸 縮 減 的 現(xiàn) 象 稱 為 收 縮 。l 收 縮 是 鑄 造 合 金 的 物 理 性 能 ， 是 多 種 鑄 造缺 陷 （ 縮 孔 、 縮 松 、 殘 余 內(nèi) 應(yīng) 力 、 變 形 、裂 紋 ） 產(chǎn) 生 的 基 本 原 因 。l 合 金 的 收 縮 量 通 常 用 體 收 縮 率 或 線 收 縮 率來(lái) 表 示 l 冷 卻 收 縮 經(jīng) 歷 如 下 三 個(gè) 階 段 ：l 1.液 態(tài) 收 縮 l 金 屬 在 液 態(tài) 時(shí) 由 于 溫 度 降 低 而 發(fā) 生 的 體 積 收 縮 。l 鑄 造 合 金 的 澆 注 溫 度

27、一 般 控 制 在 高 于 液 相 線 50 -150 。2.凝 固 收 縮 l 熔 融 金 屬 在 凝 固 階 段 的 體 積 收 縮 。l 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 。3.固 態(tài) 收 縮 l 金 屬 在 固 態(tài) 時(shí) 由 于 溫 度 降 低 而 發(fā) 生 的 體 積 收 縮 。l 固 態(tài) 收 縮 對(duì) 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 。 l （ 三 ） 影 響 合 金 收 縮 的 因 素合 金 的 總 體 積 收 縮

28、為 液 態(tài) 收 縮 、 凝 固 收 縮 和 固 態(tài)收 縮 之 和l 主 要 影 響 因 素 有 合 金 的 化 學(xué) 成 分 、 澆 注 溫 度 、 鑄型 結(jié) 構(gòu) 和 鑄 型 條 件 等 。 1. 化 學(xué) 成 分 不 同 成 分 的 合 金 其 收 縮 率 一 般 也 不相 同 。 石 墨 質(zhì) 量 體 積 大 ， 使 鑄 鐵 體 積 膨 脹 在 常 用 鑄 造 合 金 中 鑄 剛 的 收 縮 最 大 ， 灰 鑄 鐵 最 小 鐵 碳 合 金 的 體 積 收 縮 率 2. 澆 注 溫 度 合 金 澆 注 溫 度 越 高 ， 過(guò) 熱 度 越 大 ， 液 體 收 縮 越 大 。3. 鑄 件 結(jié) 構(gòu) 與

29、鑄 型 條 件 鑄 件 冷 卻 收 縮 時(shí) ， 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(duì) 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 。 l （ 四 ） 收 縮 對(duì) 鑄 件 質(zhì) 量 的 影 響1. 縮 孔 和 縮 松 鑄 件 凝 固 過(guò) 程 中 ， 其 液 態(tài) 收 縮 和 凝 固 收 縮 所 減 少的 體 積 如 果 得 不 到

30、 及 時(shí) 的 補(bǔ) 充 ， 則 在 鑄 件 最 后 凝固 的 部 位 形 成 一 些 孔 洞 。l 大 而 集 中 的 孔 洞 叫 縮 孔 ，l 細(xì) 小 而 分 散 的 孔 洞 叫 縮 松l 影 響 ： 縮 孔 和 縮 松 降 低 鑄 件 的 力 學(xué) 性 能 和 氣 密 性 ，嚴(yán) 重 時(shí) 可 能 使 鑄 件 成 為 廢 品 。 l （ 1） 縮 孔 的 形 成 縮 孔 總 是 出 現(xiàn) 在 鑄 件 上 部 或 最 后 凝 固 的 部位 ， 其 外 形 特 征 是 ： 內(nèi) 表 面 粗 糙 ， 形 狀 不規(guī) 則 ， 多 近 于 倒 圓 錐 形 。l 通 常 縮 孔 隱 藏 于 鑄 件 的 內(nèi) 部 ，

31、有 時(shí) 經(jīng) 切 削加 工 才 能 暴 露 出 來(lái) 。 縮 孔 形 成 的 主 要 原 因是 液 態(tài) 收 縮 和 凝 固 收 縮 。 縮 孔 形 成 過(guò) 程 見(jiàn)圖 6。l 縮 孔 形 成 的 主 要 原 因 是 液 態(tài) 收 縮 和 凝 固 收縮 。 圖 6 縮 孔 形 成 過(guò) 程 示 意 圖 縮 孔 形 成 過(guò) 程 示 意 圖 l 純 金 屬 和 接 近 共 晶 成 分 的 金 屬 易 形 成 縮 孔 ，現(xiàn) 以 圓 柱 形 鑄 件 為 例 說(shuō) 明 縮 孔 的 形 成 過(guò) 程 ，見(jiàn) 圖 1-6l 液 態(tài) 金 屬 充 滿 鑄 型 型 腔 ， 降 溫 時(shí) 發(fā) 生 液 態(tài)收 縮 ， 其 減 小 的 體

32、積 可 以 從 澆 注 系 統(tǒng) 中 得到 補(bǔ) 嘗 ， 見(jiàn) 圖 1-6al 由 于 鑄 型 的 吸 熱 ， 靠 近 型 腔 表 面 的 金 屬 率先 凝 固 結(jié) 殼 ， 此 時(shí) 內(nèi) 澆 道 被 凍 結(jié) ， 見(jiàn) 圖 1-6b l 體 系 向 外 界 散 失 熱 量 ， 凝 固 層 加 厚 ， 但 封閉 于 硬 殼 內(nèi) 的 液 體 金 屬 因 液 態(tài) 收 縮 和 補(bǔ) 充凝 固 層 的 凝 固 收 縮 ， 體 積 減 小 ， 液 面 下 降 ，硬 殼 內(nèi) 出 現(xiàn) 空 隙 ， 見(jiàn) 圖 1-6cl 鑄 件 凝 固 依 次 進(jìn) 行 ， 硬 殼 層 逐 漸 加 厚 ， 液面 不 斷 下 降 。 此 時(shí) 若 下

33、 降 的 液 面 得 不 到 液體 金 屬 的 補(bǔ) 足 ， 當(dāng) 鑄 件 全 部 凝 固 后 ， 在 其上 部 形 成 了 一 個(gè) 倒 圓 錐 形 的 孔 洞 縮 孔 ，見(jiàn) 圖 1-6d. l 已 形 成 縮 孔 的 鑄 件 繼 續(xù) 冷 卻 到 室 溫 時(shí) ， 由于 固 態(tài) 收 縮 ， 鑄 件 的 外 形 輪 廓 有 所 減 小 ，縮 孔 的 體 積 亦 有 所 減 小 ， 但 縮 孔 體 積 與 鑄件 體 積 的 比 值 保 持 不 變 ， 縮 孔 被 保 留 下 來(lái) ，見(jiàn) 圖 1-6e l （ 2） 縮 松 的 形 成 縮 松 是 分 散 在 鑄 件 某 區(qū) 域 內(nèi) 的 細(xì) 小 孔 洞 ，

34、可 分為 宏 觀 縮 松 和 顯 微 縮 松 兩 種l 凝 固 范 圍 較 寬 的 合 金 有 一 個(gè) 較 寬 的 液 固 兩 相 區(qū) ，繼 續(xù) 凝 固 時(shí) ， 晶 體 不 斷 長(zhǎng) 大 ， 直 至 互 相 接 觸 ，此 時(shí) 互 相 接 觸 的 固 體 將 液 相 分 割 成 許 多 封 閉 的小 區(qū) ， 封 閉 區(qū) 內(nèi) 的 金 屬 液 凝 固 收 縮 時(shí) 無(wú) 法 得 到補(bǔ) 充 ， 故 最 后 形 成 一 個(gè) 個(gè) 微 小 的 分 散 孔 洞 ， 即縮 松 。l 宏 觀 縮 松 多 分 布 在 鑄 件 最 后 凝 固 的 部 位 ， 顯 微縮 松 則 是 存 在 于 在 晶 粒 之 間 的 微 小

35、 孔 洞 ， 形 成縮 松 的 主 要 原 因 也 是 液 態(tài) 收 縮 和 凝 固 收 縮 所 致 ?？s 松 形 成 過(guò) 程 見(jiàn) 圖 7。 圖 7 縮 松 形 成 過(guò) 程 示 意 圖 縮 松 形 成 過(guò) 程 示 意 圖 l 不 同 鑄 造 合 金 形 成 縮 孔 和 縮 松 的 傾 向 不 同 ：l 純 金 屬 和 接 近 共 晶 成 分 的 合 金 傾 向 于 逐 層凝 固 方 式 ， 容 易 產(chǎn) 生 集 中 的 縮 孔 ；l 凝 固 溫 度 范 圍 較 寬 的 合 金 ， 如 白 口 鑄 鐵 ，則 傾 向 于 糊 狀 凝 固 方 式 ， 容 易 產(chǎn) 生 分 散 的縮 松 。l 在 生 產(chǎn)

36、中 可 以 采 取 一 定 的 工 藝 措 施 ， 控 制鑄 件 的 凝 固 方 式 ， 使 鑄 件 中 的 縮 孔 和 縮 松在 一 定 的 范 圍 內(nèi) 互 相 轉(zhuǎn) 化 。 （ 3） 縮 孔 、 縮 松 的 防 止 措 施產(chǎn) 生 縮 孔 、 縮 松 的 主 要 原 因 是 液 、 凝 固 態(tài)收 縮a） 采 用 定 向 凝 固 的 原 則l 所 謂 定 向 凝 固 ， 是 使 鑄 件 按 規(guī) 定 方 向 從 一部 分 到 另 一 部 分 逐 漸 凝 固 的 過(guò) 程 。 冒 口 和冷 鐵 的 合 理 使 用 ， 可 造 成 鑄 件 的 定 向 凝 固 ，有 效 地 消 除 縮 孔 、 縮 松 。

37、 定 向 凝 固 原 則 見(jiàn)圖 8。l 冒 口 是 指 鑄 型 中 儲(chǔ) 存 供 補(bǔ) 縮 用 熔 融 金 屬 的空 腔 ， 也 指 該 空 腔 中 充 填 的 金 屬 圖 8 定 向 凝 固 原 則 定 向 凝 固 原 則 l 冒 口 和 冷 鐵 的 合 理 使 用 ， 可 消 除 鑄 鋼 、 高強(qiáng) 度 鑄 鐵 和 可 鍛 鑄 鐵 等 澆 鑄 的 索 孔 和 縮 松l 定 向 凝 固 的 缺 陷 ： 使 鑄 件 各 部 分 的 溫 差 加大 ， 容 易 導(dǎo) 致 變 形 、 裂 紋 等 缺 陷 的 產(chǎn) 生 。 b） 合 理 確 定 鑄 件 的 澆 注 位 置 、 內(nèi) 澆 道 位 置及 澆 注 工

38、藝l 澆 注 位 置 的 選 擇 應(yīng) 服 從 定 向 凝 固 原 則 ； 內(nèi)澆 道 應(yīng) 開(kāi) 設(shè) 在 鑄 件 的 厚 壁 處 或 靠 近 冒 口 ；要 合 理 選 擇 澆 注 溫 度 和 澆 注 速 度 ， 在 不 增加 其 它 缺 陷 的 前 提 下 ， 應(yīng) 盡 量 降 低 澆 注 溫度 和 澆 注 速 度 。 以 減 少 金 屬 的 液 態(tài) 收 縮 量 。 冒 口 、 冷 鐵 的 應(yīng)用 l 2. 鑄 造 應(yīng) 力 、 變 形 和 裂 紋 在 鑄 件 的 凝 固 以 及 以 后 的 冷 卻 過(guò) 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

39、 阻 礙 ， 就 會(huì) 在 鑄 件 內(nèi) 產(chǎn) 生 應(yīng) 力 ，引 起 變 形 或 開(kāi) 裂 ， 這 種 缺 陷 的 產(chǎn) 生 ， 將 嚴(yán)重 影 響 鑄 件 的 質(zhì) 量 。 l （ 1） 鑄 造 應(yīng) 力 的 產(chǎn) 生 鑄 造 應(yīng) 力 按 其 產(chǎn) 生 的 原 因 可 分 為 三 種 ：a） 熱 應(yīng) 力l 鑄 件 在 凝 固 和 冷 卻 過(guò) 程 中 ， 不 同 部 位 由 于不 均 衡 的 收 縮 而 引 起 的 應(yīng) 力 。l 鑄 件 的 各 部 分 壁 厚 不 均 勻 ， 則 各 部 分 的 冷卻 速 度 不 同 ， 在 同 一 時(shí) 期 內(nèi) 鑄 件 各 部 分 的收 縮 不 一 致 。 但 鑄 件 各 部 分

40、 彼 此 相 連 ， 相互 制 約 ， 不 能 自 由 收 縮 ， 因 而 產(chǎn) 生 熱 應(yīng) 力 。 框 形 鑄 件 熱 應(yīng) 力 的 形 成 過(guò) 程 l 上 圖 中 Tk是 金 屬 彈 、 塑 性 轉(zhuǎn) 變 的 臨 界 溫 度 （ 例 如鋼 和 鑄 鐵 為 620-650 C)， 合 金 在 此 溫 度 之 上 處于 塑 性 狀 態(tài) ， 其 下 則 處 于 彈 性 狀 態(tài)l 塑 性 階 段 (t0-t1）l 彈 、 塑 性 階 段 (t1-t2）l 以 上 階 段 鑄 件 內(nèi) 不 殘 留 應(yīng) 力l 彈 性 階 段 (t2-t3) 殘 留 應(yīng) 力 l 結(jié) 論 ： 鑄 件 壁 厚 不 均 勻 ， 凝

41、固 冷 卻 后 其 內(nèi)將 產(chǎn) 生 殘 余 內(nèi) 應(yīng) 力 。 內(nèi) 應(yīng) 力 的 性 質(zhì) 為 ： 橫截 面 積 較 大 的 厚 大 部 分 受 到 拉 伸 ， 產(chǎn) 生 拉應(yīng) 力 ； 而 橫 截 面 積 較 小 的 細(xì) 薄 部 分 受 到 壓縮 ， 產(chǎn) 生 壓 應(yīng) 力 ， 鑄 件 的 壁 厚 差 別 越 大 ，合 金 的 線 收 縮 率 越 高 ， 彈 性 模 量 越 大 ， 則鑄 件 內(nèi) 產(chǎn) 生 的 熱 應(yīng) 力 就 越 大 。 l b） 固 態(tài) 相 變 應(yīng) 力l 鑄 件 由 于 固 態(tài) 相 變 ， 各 部 分 體 積 發(fā) 生 不 均 衡 變 化 而 引 起的 應(yīng) 力 。l 鑄 件 在 凝 固 以 后

42、的 冷 卻 過(guò) 程 中 如 果 有 固 態(tài) 相 變 發(fā) 生 （ 例如 鋼 和 鑄 鐵 的 共 析 轉(zhuǎn) 變 ） ， 則 晶 體 的 體 積 就 會(huì) 發(fā) 生 變 化 。若 此 時(shí) 鑄 件 各 部 分 溫 度 均 勻 一 致 ， 則 相 變 同 時(shí) 發(fā) 生 ， 可能 不 產(chǎn) 生 應(yīng) 力 ； 若 鑄 件 壁 厚 不 均 ， 冷 卻 過(guò) 程 中 存 在 著 溫度 差 ， 則 各 部 分 的 相 變 不 同 時(shí) 發(fā) 生 ， 其 體 積 變 化 不 均 衡而 導(dǎo) 致 產(chǎn) 生 相 變 應(yīng) 力 。 l c） 收 縮 應(yīng) 力 鑄 件 在 固 態(tài) 收 縮 時(shí) ， 因 受 到 鑄 型 、 型 芯 、澆 冒 口 、 箱

43、 擋 等 外 力 的 阻 礙 而 產(chǎn) 生 的 應(yīng) 力 。 l 收 縮 應(yīng) 力 一 般 為 臨 時(shí) 應(yīng) 力 ， 隨 著 造 成 收 縮應(yīng) 力 原 因 的 解 除 ， 如 鑄 件 落 砂 清 理 后 ， 應(yīng)力 自 行 消 除 。 但 如 果 收 縮 應(yīng) 力 大 于 相 應(yīng) 溫度 下 的 強(qiáng) 度 極 限 時(shí) 將 會(huì) 導(dǎo) 致 裂 紋 。l 鑄 造 應(yīng) 力 是 熱 應(yīng) 力 、 固 態(tài) 相 變 應(yīng) 力 和 收 縮應(yīng) 力 的 矢 量 和 。 根 據(jù) 不 同 情 況 ， 三 種 應(yīng) 力有 時(shí) 互 相 抵 消 ， 有 時(shí) 互 相 疊 加 ， 有 的 是 臨時(shí) 性 的 ， 有 的 則 殘 留 下 來(lái) 。l 鑄 件

44、 鑄 出 后 存 在 于 鑄 件 不 同 部 位 的 內(nèi) 應(yīng) 力稱 為 殘 留 應(yīng) 力 。 l （ 2） 鑄 造 應(yīng) 力 的 防 止 和 消 除 措 施鑄 造 應(yīng) 力 的 危 害 ： 影 響 鑄 件 的 精 度 和 使 用 壽 命 ，甚 至 導(dǎo) 致 鑄 件 的 變 形 和 開(kāi) 裂 。l 減 小 和 消 除 鑄 造 應(yīng) 力 的 方 法 如 下 ：a） 采 用 同 時(shí) 凝 固 的 原 則 工 藝 措 施 ：同 時(shí) 凝 固 是 指 通 過(guò) 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(shí) 間 凝

45、 固 。 如 圖 9所 示 。 圖 9 同 時(shí) 凝 固 原 則 同 時(shí) 凝 固 原 則 l 采 用 同 時(shí) 凝 優(yōu) 點(diǎn) ： 有 效 地 減 小 鑄 造 應(yīng) 力 ， 同 時(shí) 不用 或 少 用 冒 口 ， 工 藝 簡(jiǎn) 單 ， 節(jié) 省 金 屬 。l 缺 點(diǎn) ： 凝 固 往 往 使 鑄 件 中 心 區(qū) 域 出 現(xiàn) 縮 松 ， 影 響鑄 件 的 致 密 性 。l 應(yīng) 用 ： 同 時(shí) 凝 固 一 般 主 要 應(yīng) 用 于 收 縮 較 小 的 合 金 ，如 灰 鑄 鐵 以 及 對(duì) 氣 密 性 要 求 不 高 的 鑄 件 。 b） 提 高 鑄 型 溫 度 c） 改 善 鑄 型 和 型 芯 的 退 讓 性 d）

46、進(jìn) 行 去 應(yīng) 力 退 火 l 把 零 件 加 溫 到 臨 界 溫 度 以 上 30 50 ,保溫 一 段 時(shí) 間 ,然 后 隨 爐 冷 卻 。l 目 的 ： 消 除 應(yīng) 力 ;降 低 硬 度 ;細(xì) 化 晶 粒 ;均 勻成 分 ;為 最 終 熱 處 理 作 好 組 織 準(zhǔn) 備 。 l （ 3） 鑄 件 的 變 形 和 防 止鑄 件 的 變 形 包 括 鑄 件 凝 固 后 所 發(fā) 生 的 變 形以 及 隨 后 的 切 削 加 工 變 形 。l ） 鑄 件 的 變 形 鑄 件 變 形 ） 切 削 加 工 變 形l 經(jīng) 切 削 加 工 后 產(chǎn) 生 的 變 形 稱 為 切 削 加 工 變 形 。 l

47、3)鑄 件 變 形 的 防 止l 消 除 鑄 造 應(yīng) 力 的 工 藝 措 施 也 是 防 止 變 形 的根 本 方 法l 防 止 鑄 件 變 形 有 以 下 幾 種 方 法 ：a) 采 用 反 變 形 法l 可 在 模 樣 上 做 出 與 鑄 件 變 形 量 相 等 而 方 向相 反 的 預(yù) 變 形 量 來(lái) 抵 消 鑄 件 的 變 形 ， 此 種方 法 稱 為 反 變 形 法 。 b) 進(jìn) 行 去 應(yīng) 力 退 火 鑄 件 機(jī) 加 工 之 前 應(yīng) 先 進(jìn) 行 去 應(yīng) 力 退 火 ， 以 穩(wěn)定 鑄 件 尺 寸 ， 降 低 切 削 加 工 變 形 程 度 。 c) 設(shè) 置 工 藝 肋 為 了 防 止

48、 鑄 件 的 鑄 態(tài) 變 形 ， 可 在 容 易 變 形的 部 位 設(shè) 置 工 藝 肋 。 l （ 4） 鑄 件 的 裂 紋 及 防 止a) 鑄 件 裂 紋 的 分 類 及 其 形 貌鑄 件 一 般 有 熱 裂 和 冷 裂 兩 種 開(kāi) 裂 方 式 。l 熱 裂 紋 是 在 凝 固 末 期 固 相 線 附 近 的 高 溫 下形 成 的 ， 裂 紋 沿 晶 界 產(chǎn) 生 和 發(fā) 展 。l 當(dāng) 固 態(tài) 合 金 的 線 收 縮 受 到 阻 礙 ， 產(chǎn) 生 的 應(yīng)力 若 超 過(guò) 該 溫 度 下 合 金 的 強(qiáng) 度 ， 即 產(chǎn) 生 熱裂 ； l 熱 裂 紋 外 形 曲 折 短 小 ， 裂 紋 縫 內(nèi) 表 面

49、 呈 氧化 色 。 熱 裂 紋 一 般 分 布 在 鑄 件 上 易 產(chǎn) 生 應(yīng)力 集 中 的 部 位 （ 內(nèi) 尖 角 、 斷 面 突 變 處 ） 或鑄 件 熱 節(jié) 附 近l 鑄 鋼 件 、 可 鍛 鑄 鐵 件 以 及 某 些 鑄 造 鋁 合 金件 容 易 產(chǎn) 生 熱 裂 紋 缺 陷 。 l 冷 裂l 冷 裂 是 鑄 件 處 于 彈 性 狀 態(tài) 時(shí) ， 鑄 造 應(yīng) 力 超 過(guò) 合 金 的 強(qiáng) 度極 限 而 產(chǎn) 生 的 。l 冷 裂 紋 常 常 是 穿 過(guò) 晶 體 而 不 是 沿 晶 界 斷 裂 ， 裂 紋 細(xì) 小 ，外 形 呈 連 續(xù) 直 線 狀 或 圓 滑 曲 線 狀 ， 且 裂 紋 縫 內(nèi)

50、干 凈 ， 有時(shí) 呈 輕 微 氧 化 色 。l 冷 裂 往 往 出 現(xiàn) 在 鑄 件 受 拉 伸 的 部 位 ， 特 別 是 在 有 應(yīng) 力 集中 的 地 方 。l 冷 裂 材 質(zhì) ： 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 裂 紋 ， 大 型 復(fù) 雜 鑄 件 也 容 易 產(chǎn)生 冷 裂 紋 。 l 冷 裂 與 應(yīng) 力 的 關(guān) 系 ： l 鑄 件 產(chǎn) 生 冷 裂 的 傾 向 與 鑄 件 形 成 應(yīng) 力 的 大小 密 切 相 關(guān) 。 影 響 冷 裂 的 因 素 與 影 響 鑄 造應(yīng) 力 的 因 素 基 本 是 一 致 。

51、輪 形 鑄 件 的 冷 裂 b） 鑄 件 裂 紋 的 防 止 為 有 效 地 防 止 鑄 件 裂 紋 的 發(fā) 生 ， 應(yīng) 盡 可 能采 取 措 施 減 小 鑄 造 應(yīng) 力 ； 同 時(shí) 金 屬 在 熔 煉過(guò) 程 中 ， 應(yīng) 嚴(yán) 格 控 制 有 可 能 擴(kuò) 大 金 屬 凝 固溫 度 范 圍 元 素 的 加 入 量 及 鋼 鐵 中 的 硫 、 磷含 量 。 l 灰 鑄 鐵 和 球 墨 鑄 鐵 由 于 凝 固 收 縮 甚 小 ， 故它 們 不 易 產(chǎn) 生 熱 裂 ； 而 鑄 鋼 、 白 口 鑄 鐵 ，由 于 其 凝 固 范 圍 較 寬 ， 故 容 易 產(chǎn) 生 熱 裂 缺陷 。l 鋼 鐵 中 的 硫 、

52、 磷 ， 因 在 鑄 件 中 形 成 低 熔 點(diǎn)的 共 晶 體 ， 擴(kuò) 大 了 凝 固 溫 度 范 圍 ， 故 含 量越 多 ， 熱 裂 傾 向 越 大 。 三 、 鑄 造 合 金 的 偏 析 和 吸 氣 性l 1.偏 析l 鑄 件 中 出 現(xiàn) 化 學(xué) 成 分 不 均 勻 的 現(xiàn) 象 稱 為 偏析 。l 鑄 件 的 偏 析 可 分 為 晶 內(nèi) 偏 析 、 區(qū) 域 偏 析 和體 積 質(zhì) 量 偏 析 三 類 。 l (1)晶 內(nèi) 偏 析 （ 又 稱 枝 晶 偏 析 ） 是 指 晶 粒 內(nèi) 各 部 分 化 學(xué) 成分 不 均 勻 的 現(xiàn) 象 ， 這 種 偏 析 出 現(xiàn) 在 具 有 一 定 凝 固 溫

53、度 范圍 的 合 金 鑄 件 中 。l 當(dāng) 鑄 件 凝 固 時(shí) ， 往 往 初 生 晶 軸 上 含 熔 點(diǎn) 較 高 的 組 元 多 ，l 在 枝 晶 的 邊 緣 上 ， 含 熔 點(diǎn) 較 低 的 組 元 多 ， 對(duì) 于 那 些 凝 固范 圍 較 大 的 形 成 固 溶 體 的 合 金 ， 其 晶 內(nèi) 偏 析 尤 為 嚴(yán) 重 。l 為 防 止 和 減 少 晶 內(nèi) 偏 析 的 產(chǎn) 生 ， 在 生 產(chǎn) 中 常 采 取 緩 慢 冷卻 或 孕 育 處 理 的 方 法 。 (2)區(qū) 域 偏 析 是 指 鑄 件 截 面 的 整 體 上 化 學(xué) 成 分 和 組織 的 不 均 勻 。l 鑄 件 在 凝 固 時(shí) ，

54、 與 鑄 型 壁 相 接 觸 的 外 部 先 行 凝 固 ，于 是 靠 近 型 壁 的 部 分 高 熔 點(diǎn) 組 元 含 量 較 多 ， 而 中心 部 分 容 易 富 集 低 熔 點(diǎn) 的 組 元 和 雜 質(zhì) 。l 避 免 區(qū) 域 偏 析 的 發(fā) 生 ， 主 要 應(yīng) 該 采 取 預(yù) 防 措 施 ，如 控 制 澆 注 溫 度 不 要 太 高 ， 采 取 快 速 冷 卻 使 偏析 來(lái) 不 及 發(fā) 生 ， 或 采 取 工 藝 措 施 造 成 鑄 件 斷 面 較低 的 溫 度 梯 度 ， 使 表 層 和 中 心 部 分 接 近 同 時(shí) 凝 固 。 l (3)比 重 偏 析 l 鑄 件 上 、 下 部 分

55、化 學(xué) 成 分 不 均 勻 的 現(xiàn) 象 稱 為 比重 偏 析 。l 鑄 件 凝 固 過(guò) 程 中 ， 如 果 液 相 和 固 相 的 體 積 質(zhì) 量相 差 較 大 ， 那 么 體 積 質(zhì) 量 大 的 組 元 下 沉 ， 體l 積 質(zhì) 量 小 的 組 元 上 浮 。l 為 防 止 比 重 偏 析 ， 在 澆 注 時(shí) 應(yīng) 充 分 攪 拌 金 屬 液或 加 速 合 金 液 的 冷 卻 ， 使 液 相 和 固 相 來(lái) 不 及 分離 ， 凝 固 即 告 結(jié) 束 。 l 實(shí) 例 ：l 球 墨 鑄 鐵 的 石 墨 飄 浮 、 高 鋁 鑄 鐵 的 鋁 成 分上 浮 以 及 鉛 青 銅 的 上 面 富 銅 而 下

56、 面 富 鉛 等現(xiàn) 象 都 是 由 于 體 積 質(zhì) 量 偏 析 的 緣 故 l 2. 鑄 件 中 的 氣 孔 和 合 金 的 吸 氣l 按 照 氣 體 的 來(lái) 源 ， 將 氣 孔 分 為 三 種 類 型 ， 即 侵 人性 氣 孔 、 析 出 性 氣 孔 和 反 應(yīng) 性 氣 孔 。（ 1） 侵 入 性 氣 孔l 侵 入 性 氣 孔 是 由 于 鑄 型 表 面 聚 集 的 氣 體 侵 入 金屬 液 中 而 形 成 的 孔 洞 。 多 位 于 鑄 件 的 上 表 面 附 近 ，尺 寸 較 大 ， 呈 橢 圓 形 或 梨 形 ， 孔 壁 光 滑 ， 表 面 有光 澤 或 有 輕 微 氧 化 色 。 l

57、 侵 人 鑄 件 中 的 氣 體 主 要 來(lái) 源 ： 造 型 材 料 中 水 分 、有 機(jī) 粘 結(jié) 劑 和 各 種 附 加 物 。l 當(dāng) 高 溫 的 金 屬 液 澆 人 鑄 型 ， 水 分 急 劇 蒸 發(fā) ， 加 之造 型 材 料 中 有 機(jī) 物 的 燃 燒 和 揮 發(fā) ， 形 成 了 大 量 的氣 體 。 如 果 鑄 型 的 透 氣 性 不 良 ， 則 氣 體 將 會(huì) 侵 人金 屬 液 內(nèi) 部 。l 當(dāng) 鑄 件 的 表 面 已 經(jīng) 結(jié) 成 硬 殼 ， 侵 人 的 氣l 體 尚 未 逸 出 ， 則 氣 體 留 在 鑄 件 內(nèi) 部 ， 形 成 氣 孔 。 l 預(yù) 防 措 施 ： 預(yù) 防 侵 人

58、性 氣 孔 的 基 本 途 徑 是降 低 造 型 材 料 的 發(fā) 氣 量 和 增 加 鑄 型 的 透 氣性 。 l （ 2） 析 出 性 氣 孔l 析 出 性 氣 孔 是 溶 解 在 金 屬 液 中 的 氣 體 ， 在凝 固 時(shí) 由 金 屬 液 中 析 出 而 未 能 逸 出 鑄 件 所產(chǎn) 生 的 氣 孔 。l 其 特 征 是 尺 寸 細(xì) 小 ， 多 而 分 散 ， 形 狀 多 為圓 形 、 橢 圓 形 或 針 狀 ， 往 往 分 布 于 整 個(gè) 鑄件 斷 面 內(nèi) 。 l 析 出 性 氣 孔 的 產(chǎn) 生 源 于 合 金 的 吸 氣 ， 所 謂l 合 金 的 吸 氣 ， 是 指 熔 融 金 屬

59、和 固 態(tài) 金 屬 溶 解 或 結(jié)合 氣 體 的 過(guò) 程 。l 這 類 氣 孔 在 鑄 鐵 件 中 很 少 發(fā) 現(xiàn) ， 但 在 非 鐵 合 金（ 主 要 是 鋁 合 金 中 ） 和 鑄 鋼 中 則 經(jīng) 常 存 在 ， 約 占這 兩 類 合 金 鑄 件 氣 孔 缺 陷 總 量 的 一 半 。l 3)反 應(yīng) 性 氣 孔 澆 人 鑄 型 中 l 析 出 性 氣 孔 產(chǎn) 生 的 主 要 原 因 是 因 為 金 屬 在熔 煉 過(guò) 程 中 吸 氣 過(guò) 多 。l 減 少 合 金 的 吸 氣 措 施 ： 縮 短 熔 煉 時(shí) 間 ； 選用 烘 干 過(guò) 的 爐 料 ； 在 熔 劑 覆 蓋 層 下 或 者 在真 空

60、 條 件 下 熔 煉 金 屬 ； 對(duì) 合 金 液 進(jìn) 行 精 煉除 氣 處 理 ； 提 高 鑄 型 和 型 芯 的 透 氣 性 ； 降低 造 型 材 料 中 的 含 水 量 和 對(duì) 鑄 型 進(jìn) 行 烘 干等 。 3） 反 應(yīng) 性 氣 孔 澆 入 鑄 型 中 的 金 屬 液 與 鑄 型 材 料 、 型 芯 撐 、冷 鐵 或 溶 渣 之 間 ， 因 化 學(xué) 反 應(yīng) 產(chǎn) 生 氣 體 而形 成 的 氣 孔 ， 統(tǒng) 稱 反 應(yīng) 性 氣 孔 。這 種 氣 孔 經(jīng) 常 出 現(xiàn) 在 鑄 件 表 面 層 下 1mm-2mm處 ， 孔 內(nèi) 表 面 光 滑 ， 孔 徑 1mm-3mm。l 這 種 氣 孔 又 稱 為

61、 皮 下 氣 孔 ， 它 常 出 現(xiàn) 在 鑄鋼 件 和 球 墨 鑄 鐵 件 上 。 l 鑄 鋼 件 皮 下 氣 孔 常 呈 針 狀 ， 所 以 又 稱 針 孔 。 其產(chǎn) 生 原 因 在 于 當(dāng) 灼 熱 的 鋼 液 與 鑄 型 接 觸 時(shí) ， 發(fā) 生如 下 反 應(yīng)l Fe H O=FeO十 2Hl 生 成 的 氫 一 部 分 通 過(guò) 鑄 型 逸 出 ， 另 一 部 分 則 向 鋼液 中 擴(kuò) 散 ， 使 鋼 液 表 層 的 氫 濃 度 達(dá) 到 飽 和 。 另 一方 面 ， 鋼 液 中 的 氧 化 鐵 和 碳 發(fā) 生 如 下 反 應(yīng)l FeO C Fe+CO l 防 止 針 孔 的 措 施 ： 除

62、了 減 少 鋼 液 中 的 氣 體含 量 外 ， 還 要 控 制 鑄 型 中 的 水 分 含 量 和 增加 鑄 型 的 透 氣 性 ， 以 及 冷 鐵 、 型 芯 撐 表 面不 得 有 銹 蝕 、 油 污 ， 并 保 持 干 燥 。 l 皮 下 氣 孔 是 球 墨 鑄 鐵 的 主 要 鑄 造 缺 陷 之 一 ， 其產(chǎn) 生 原 因 是 鐵 液 中 逸 出 的 鎂 和 鐵 液 表 面 的 硫 化 鎂 ，與 鑄 型 中 的 水 蒸 氣 發(fā) 生 化 學(xué) 反 應(yīng) ， 生 成 了 氫 和 硫化 氫 等 氣 體 ， 這 些 氣 體 侵 入 鑄 件 表 面l 措 施 ： 防 止 球 墨 鑄 鐵 件 皮 下 氣

63、 孔 ， 除 了 減 少 鐵 液中 的 含 氣 量 外 ， 要 嚴(yán) 格 控 制 型 砂 水 分 ， 在 保 證 球化 的 前 提 下 盡 量 減 少 鎂 的 加 人 量 。 提 高 澆 注 溫 度 ；在 鐵 液 表 面 覆 蓋 冰 晶 石 粉 等 對(duì) 防 止 皮 下 氣 孔 也 有很 好 的 效 果 。 l 作 業(yè) ： 書(shū) p71 ,110 第 二 節(jié) 常 用 合 金 鑄 件 的 生 產(chǎn) 鑄 鐵 是 一 系 列 主 要 由 鐵 、 碳 和 硅 組 成 的 合 金 的 總 稱 。 在 這些 合 金 中 ， 碳 的 質(zhì) 量 分 數(shù) 超 過(guò) 了 在 共 晶 溫 度 時(shí) 能 保 留 在 奧 氏 體固

64、溶 體 中 的 量 。 （ 一 ） 鑄 鐵 的 分 類 1. 根 據(jù) 碳 在 鑄 鐵 中 的 存 在 形 式 分 類 （ 1） 白 口 鑄 鐵 指 碳 主 要 以 游 離 碳 化 鐵 形 式 出 現(xiàn) 的 鑄 鐵 ，斷 口 呈 銀 白 色 。 （ 2） 灰 鑄 鐵 指 碳 主 要 以 片 狀 石 墨 形 式 出 現(xiàn) 的 鑄 鐵 ， 斷 口呈 灰 色 。 它 是 工 業(yè) 中 應(yīng) 用 最 廣 的 鑄 鐵 。 （ 3） 麻 口 鑄 鐵 指 碳 部 分 以 游 離 碳 化 鐵 形 式 出 現(xiàn) ， 部 分 以石 墨 形 式 出 現(xiàn) ， 斷 口 灰 白 相 間 。第 二 節(jié) 常 用 鑄 造 合 金一 、 鑄

65、 鐵 2. 根 據(jù) 鑄 鐵 中 石 墨 形 態(tài) 分 類 （ 1） 普 通 灰 鑄 鐵 石 墨 呈 片 狀 ， 見(jiàn) 圖 10； 圖 1-10 灰 口 鑄 鐵 （ 2） 蠕 墨 鑄 鐵 石 墨 呈 蠕 蟲(chóng) 狀 ， 見(jiàn) 圖 11； 圖 11 蠕 墨 鑄 鐵 （ 3） 可 鍛 鑄 鐵 石 墨 呈 團(tuán) 絮 狀 ， 見(jiàn) 圖 12； 圖 12 可 鍛 鑄 鐵 （ 4） 球 墨 鑄 鐵 石 墨 呈 球 狀 ， 見(jiàn) 圖 13。 圖 13 球 墨 鑄 鐵 3. 根 據(jù) 鑄 鐵 的 化 學(xué) 成 分 分 類 （ 1） 普 通 鑄 鐵 （ 2） 合 金 鑄 鐵（ 二 ） 灰 鑄 鐵 1.灰 鑄 鐵 的 顯 微 組 織

66、及 其 性 能 （ 1） 灰 鑄 鐵 的 顯 微 組 織 灰 鑄 鐵 的 顯 微 組 織 由 金 屬 基 體 （ 鐵 素 體 和 珠 光 體 ） 與 片 狀 石 墨 組 成 。 灰 口 鑄 鐵 的 組 織 ：鐵 素 體 +片 狀 石 墨鐵 素 體 珠 光 體 +片 狀 石 墨珠 光 體 +片 狀 石 墨 （ 2） 灰 鑄 鐵 的 性 能 a) 力 學(xué) 性 能 由 于 石 墨 的 存 在 ， 一 方 面 使 得 基 體 承 載 的 有 效 面 積 減少 ， 另 一 方 面 在 基 體 中 容 易 造 成 應(yīng) 力 集 中 現(xiàn) 象 ， 最 終 導(dǎo) 致 灰 鑄 鐵 的抗 拉 強(qiáng) 度 和 彈 性 模 量 均 比 鋼 低 得 多 ， 斷 裂 強(qiáng) 度 通 常 為 120 250Mpa；塑 性 和 沖 擊 韌 性 近 于 0， 屬 于 脆 性 材 料 。 b) 工 藝 性 能 灰 鑄 鐵 屬 于 脆 性 材 料 ， 不 能 進(jìn) 行 沖 壓 ； 同 時(shí) ， 其 焊接 性 能 也 很 差 。 但 灰 鑄 鐵 的 切 削 加 工 性 能 較 好 。 c) 減 振 性 灰 鑄 鐵 具 有 良 好 的 減 振