14/58 第一章铸造 (Casting） 铸造的定义、特点与发展方向 第一节液态成型基础 1、合金铸造性能 2、充型能力 3、铸造性能对质量的影响 1、铸铁 第二节合金铸造性能 2、铸钢 1、造型方法8+1种方法) 第三节砂型铸造工艺 2、浇注位置与分型面(3+3原则) 3、铸造工艺参数 第四节特种铸造 1、熔模（失腊）铸造； 2、 金属型铸造 3、压力铸造： 4、 低压铸造 5、离心铸造 第五节铸件结构设计 1、考虑砂型铸造工艺的铸件结构 2、考虑合金铸造性能的铸件结构 第六节铸造技术发展（自学）
第一章 铸造（Casting） 铸造的定义、特点与发展方向 第一节 液态成型基础 第二节 合金铸造性能 1、合金铸造性能 2、充型能力 3、铸造性能对质量的影响 1、铸铁 2、铸钢 第三节 砂型铸造工艺 1、造型方法（8+1种方法） 2、浇注位置与分型面（3+3原则） 3、铸造工艺参数 第四节 特种铸造 1、熔模（失腊）铸造；2、金属型铸造 3、压力铸造； 4、低压铸造 5、离心铸造 第五节 铸件结构设计 1、考虑砂型铸造工艺的铸件结构 2、考虑合金铸造性能的铸件结构 第六节 铸造技术发展（自学） 14 /58
15/58 BoschRexroth生产的泵 深圳市共威液泵器域有限公 腹腔镜手术仪器 浇注现场 密西根州Ar isto-Cast公司 材质：316L不锈钢 Best-In Class 工艺：精密铸造 重量：2.4~34g 尺寸：11.81mm×6.30mm(最小件) 中信重工于2008年浇铸世界最大铸件 特点：7部件平均壁厚0.89~1.02mm 获得成功：18500吨油压机自由锻的 1部件有直径仅为1.02mm的孔 上横梁毛坯重520吨，需治炼10炉6包 而且无法加工。 重量达829.5吨的钢水进行合浇
Casting is a manufacturing process in which molten metal is poured or injected and allowed to solidify in a suitably shaped mold cavity. 第一章 铸造（Casting） ❖ 铸造的定义 ❖ 铸造的主要优点 将液态金属浇铸到铸型中， 冷却凝固后获得毛坯或零件 的一种工艺方法。 1）适应性强 2）成本低 1）生产过程复杂 2）影响因素多，废品率高 1）特大型铸件的铸造技术 2）计算机模拟仿真技术应用 3）铸件强韧化、精密化 ❖ 铸造的主要缺点 ❖ 铸造的发展方向 15 /58 B o s c h R e x r o t h 生产的泵 浇 注 现 场 中信重工于2008年浇铸世界最大铸件 获得成功：18500吨油压机自由锻的 上横梁毛坯重520吨，需冶炼10炉6包 重量达8 29 .5吨的钢水进行合浇。 腹腔镜手术仪器 密西根州Aristo-Cast公司 材质：316L不锈钢 工艺：精密铸造 重量：2.4～34g 尺寸：11.81mm×6.30mm（最小件） 特点：7部件平均壁厚0.89～1.02mm 1部件有直径仅为1.02mm的孔 而且无法加工
16/58 第一节液态成型基础 合金的铸造性能 铸造性能(castability）:合金在铸造 的整个过程中，为获得外形正确、内 部无缺陷的铸件而表现出来的性能。 1、合金的流动性 主要决定于金属本身的属性。 fluidity 逐层凝固 糊状凝固 中间凝固 1) 定义：液态金属本身的流动能 合金液 力，称为合金的流动性，是合 树枝晶 金的主要铸造性能之一。 a a)纯金属 b)结晶温度范围宽的合金 A Solidification range 2 评价标准：“螺旋形试样”的 长度 2000 3) 影响因素：合金的化学成分是 400 过热150℃ 1000 过热500 -500 影响合金流动性最显著的因素 上 6 C 流动性：灰铸铁>硅黄铜>铸钢
一、合金的铸造性能 第一节 液态成型基础 铸造性能（castability）：合金在铸造 的整个过程中，为获得外形正确、内 部无缺陷的铸件而表现出来的性能。 主要决定于金属本身的属性。 1）定义：液态金属本身的流动能 力，称为合金的流动性，是合 金的主要铸造性能之一。 1、合金的流动性 fluidity 2）评价标准：“螺旋形试样”的 长度 3）影响因素：合金的化学成分是 影响合金流动性最显著的因素 铸 铁 流 动 性 / m m 流动性:灰铸铁≻硅黄铜≻铸钢 逐层凝固 糊状凝固 中间凝固 Solidification range 16 /58
17/58 第一节液态成型基础 合金的铸造性能 +7 0 14001 0.53 1300 1200 L+Y L+FC122? 1100 E1148 2 4.3 2、合金的收缩contraction 1000 2.11 90 8ooA义s 1) 定义：铸造合金从液态冷却到 727 500 室温的过程中，其体积和尺寸 400 300 200 缩小的现象，称为收缩。 100 6.69 C) % 2) 合金收缩经历的三个阶段 (1)liquid~:0-1,危害？ (2)solidification~:1~2,危害？ 3) 影响因素 (3)solid~:2-3,危害？ (1)化学成分：对于铁碳合金，铸钢的收缩最大，灰铸铁的收缩最小 (2)浇注温度：温度愈高，收缩越大，缩孔、缩松及气孔的倾向愈大 (3)铸件结构和铸型条件：铸件的壁厚差异、铸型和型芯材料的退让性
一、合金的铸造性能 第一节 液态成型基础 1）定义：铸造合金从液态冷却到 室温的过程中，其体积和尺寸 缩小的现象，称为收缩。 2、合金的收缩contraction 2）合金收缩经历的三个阶段 3）影响因素 （1）liquid ~：0~1，危害？ （2）solidification ~：1~2 ，危害？ （3）solid ~：2~3 ，危害？ （1）化学成分：对于铁碳合金，铸钢的收缩最大，灰铸铁的收缩最小 （2）浇注温度：温度愈高，收缩越大，缩孔、缩松及气孔的倾向愈大 （3）铸件结构和铸型条件：铸件的壁厚差异、铸型和型芯材料的退让性 0 1 2 3 17 /58
18/58 第一节液态成型基础 二、合金的充型能力 液态合金充满型腔，形成轮廓清 mold-filling capacity 晰、形状完整的铸件的能力，称 作液态合金的充型能力。 1、定义 合金的流动性：流动性越好，充型能力越高。 2、影响因素 ()铸型材料：导热系数和比热大，充型能力低 1) 合金的流动性 (2)铸型温度：温度高、冷却慢，充型能力高。 (3)铸型排气能力：排气能力差，充型能力低。 2) 铸型条件 (1)浇注温度：浇注温度高，充型能力高。但过 高会引起诸多缺陷，因此，不宜过高。 3)浇注条件 (2) 充型压力：充型压力越高，充型能力越高。 (1) 铸件的壁厚：厚壁铸件的充型能力较高。 4) 铸件结构 (2)铸件结构复杂程度：结构越复杂，铸型对金 属液充型时的阻力就越大，充型能力越低
二、合金的充型能力 mold-filling capacity 第一节 液态成型基础 1、定义 1）合金的流动性 2）铸型条件 液态合金充满型腔，形成轮廓清 晰、形状完整的铸件的能力，称 作液态合金的充型能力。 2、影响因素 3）浇注条件 4）铸件结构 （1）铸型材料：导热系数和比热大，充型能力低 （2）铸型温度：温度高、冷却慢，充型能力高。 （3）铸型排气能力：排气能力差，充型能力低。 （1）浇注温度：浇注温度高，充型能力高。但过 高会引起诸多缺陷，因此，不宜过高。 （2）充型压力：充型压力越高，充型能力越高。 （1）铸件的壁厚：厚壁铸件的充型能力较高。 （2）铸件结构复杂程度：结构越复杂，铸型对金 属液充型时的阻力就越大，充型能力越低。 合金的流动性：流动性越好，充型能力越高。 18 /58
19/58 第一节液态成型基础 在合金结晶过程中，因金属液 三、铸造性能对铸件质量 态收缩和凝固收缩得不到金属 液的及时补充，铸件在其最后 1、缩孔和缩松 凝固部位处将形成表面粗糙、 Shrinkage,dispersed 形状极不规则的孔洞，容积较 大的孔洞称其为缩孔；若孔洞 1) 概念 在铸件截面积上弥散分布，呈 2) 形成过程 细小或裂隙状，则称其为缩松 散热方向 缩松的形成过程 多而分散 凝固层 缩松 (a) (b) (c) (d) (e)
三、铸造性能对铸件质量的影响 第一节 液态成型基础 1、缩孔和缩松 Shrinkage, dispersed ~ 1）概念 在合金结晶过程中，因金属液 态收缩和凝固收缩得不到金属 液的及时补充，铸件在其最后 凝固部位处将形成表面粗糙、 形状极不规则的孔洞，容积较 大的孔洞称其为缩孔；若孔洞 在铸件截面积上弥散分布，呈 2）形成过程 细小或裂隙状，则称其为缩松 缩孔的形成过程 缩松的形成过程倒锥形多而分散 19 /58
20/58 第一节液态成型基础 铸造性能对铸件质量的影响 缩孔和缩松 顺序凝固(directional solidification) 使铸件按规定方向从一部分到另一部 3)缩孔和缩松 分依次凝固。经常是向冒口或内交口 的防止措施 方向凝固。 浇口 明冒口 (1) 产生缩孔的合金及防止措施： ·无或窄凝固温度范围的合金 暗冒口 。“顺序凝固” 热节 (2)产生缩松的合金及防止措施： ·宽凝固温度范围的合金 冷铁 避开宽凝固范围的合金或振动
1 2 3 0 三、铸造性能对铸件质量的影响 第一节 液态成型基础 1、缩孔和缩松 3）缩孔和缩松 的防止措施 顺序凝固(directional solidification ) 使铸件按规定方向从一部分到另一部 分依次凝固。经常是向冒口或内交口 方向凝固。 (1) 产生缩孔的合金及防止措施： •无或窄凝固温度范围的合金 • “顺序凝固” (2) 产生缩松的合金及防止措施： • 宽凝固温度范围的合金 • 避开宽凝固范围的合金或振动 20 /58
21/58 第一节液态成型基础 铸件在凝固和冷却过程中 由受阻收缩、热作用和相 、铸造性能对铸件质量的影响 变等因素引起的内应力称 铸造应力。保留到室温的 铸造应力称为残余应力 2、铸件的应力、变形和裂纹 (residual stress)。 1) 铸造应力 对于铸钢与铸铁件而言： Casting stress t临=620~650°℃ t临以上材料处于塑性状态 (1)热应力thermal stress t临以下材料处于弹性状态 A、概念：由于铸件壁 厚不均匀，各处的冷 厚拉(+) 却速度有差异，致使 时间 薄压() 弹塑弹 铸件各部固态收缩不 塑塑塑 弹弹_弹 弹弹弹 一致而产生的铸造应 力称作热应力。 B、热应力的形成： (To、T1 (TT2) (T2) (T2T3) (a) (6) (c) (d)
三、铸造性能对铸件质量的影响 第一节 液态成型基础 2、铸件的应力、变形和裂纹 1）铸造应力 Casting stress 铸件在凝固和冷却过程中 由受阻收缩、热作用和相 变等因素引起的内应力称 铸造应力。保留到室温的 铸造应力称为残余应力 (residual stress)。 (1)热应力 thermal stress A、概念：由于铸件壁 厚不均匀，各处的冷 却速度有差异，致使 铸件各部固态收缩不 一致而产生的铸造应 力称作热应力。 B、热应力的形成： (T0～ T1 ) (T1～ T2 ) (T2 ) (T2～ T3 ) 对于铸钢与铸铁件而言： t临 = 620～650℃ t临以上材料处于塑性状态 t临以下材料处于弹性状态 厚拉(+) 薄压(-) 塑 塑 塑 弹 塑 弹 弹 弹 弹 弹 弹 弹 21 /58
22/58 第一节液态成型基础 纵向温度分布曲线 “同时凝固” simultaneous solidification 三、 铸造性能对铸件质量的影响 冷铁 2、铸件的应力、变形和裂纹 距离 (2)机械应力（或收缩应力）contraction stress A、概念：铸件在铸型中冷却时，其固态线收缩受到铸型、 型芯的阻碍而产生的铸造应力。 B、性质与危害：机械应力一般都是拉应力或剪切应力。该 应力是暂时的，但与热应力共同作用可能引起铸件的裂纹。 (3)铸造应力的预防及减少措施： A、”“同时凝固”：薄壁处开浇口，厚壁处放冷铁；壁厚均匀 B、提前打箱和减小铸型的紧实度，提高铸型的退让性 C、I 时效处理：自然时效：露天，风吹日晒，几个月以上 人工失效：铸件加热到550650°℃去应力退火 振动时效：小铸件在滚筒内碰撞，大铸件共振
三、铸造性能对铸件质量的影响 第一节 液态成型基础 2、铸件的应力、变形和裂纹 (2)机械应力(或收缩应力) contraction stress A、概念：铸件在铸型中冷却时，其固态线收缩受到铸型、 型芯的阻碍而产生的铸造应力。 B、性质与危害：机械应力一般都是拉应力或剪切应力。该 应力是暂时的，但与热应力共同作用可能引起铸件的裂纹。 (3)铸造应力的预防及减少措施： A、 “同时凝固”：薄壁处开浇口，厚壁处放冷铁；壁厚均匀 B、提前打箱和减小铸型的紧实度，提高铸型的退让性 C、时效处理：自然时效：露天，风吹日晒，几个月以上 人工失效：铸件加热到550~650℃去应力退火 振动时效：小铸件在滚筒内碰撞，大铸件共振 “同时凝固” simultaneous solidification 22 /58
23/58 第一节液态成型基础 、铸造性能对铸件质量的影响 当铸造内应力没超过金 属的强度极限时，铸件 2、铸件的应力、变形和裂纹 将产生变形；超过强度 极限时，将产生裂纹。 2) 铸件的裂纹crack,tearing 热裂的特征； (1)热裂hot tearing 下产生的裂纹。 裂纹短、 A、热裂是铸件在高温（凝固末期的温度） 裂缝宽、 B、影响热裂形成的因素： 形状曲折、 ?合金性质：宽凝固温度范围与$对热裂产生显著影响。 ?铸型阻力：铸型的退让性对热裂的形成有重要影响。 缝内呈氧化色 (2)冷裂cold crack 冷裂的特征： A、冷裂是铸件在不太高的温度下产生的裂纹。 裂纹长、 B、影响冷裂形成的因素： 裂缝窄、 合金种类：灰口铸铁、白口铸铁等脆性大的合金易冷 形状直、 化学成分：含P量大，冷裂倾向大。 缝内无氧化色
三、铸造性能对铸件质量的影响 第一节 液态成型基础 2、铸件的应力、变形和裂纹 2)铸件的裂纹 crack, tearing (1)热裂 hot tearing A、热裂是铸件在高温（凝固末期的温度）下产生的裂纹。 B、影响热裂形成的因素： ❖ 合金性质：宽凝固温度范围与S对热裂产生显著影响。 ❖ 铸型阻力：铸型的退让性对热裂的形成有重要影响。 (2)冷裂 cold crack A、冷裂是铸件在不太高的温度下产生的裂纹。 B、影响冷裂形成的因素： ❖ 合金种类：灰口铸铁、白口铸铁等脆性大的合金易冷裂 ❖ 化学成分：含P量大，冷裂倾向大。 当铸造内应力没超过金 属的强度极限时，铸件 将产生变形；超过强度 极限时，将产生裂纹。 热裂的特征： 裂纹短、 裂缝宽、 形状曲折、 缝内呈氧化色 冷裂的特征： 裂纹长、 裂缝窄、 形状直、 缝内无氧化色 23 /58