机械制造基础第一章(铸造)ppt课件.ppt

严绍华 主编,工程材料与热加工基础（）,热加工工艺基础,第二节 金 属 的 液 态 成 形,第一节 概 述,第五节 砂型铸造工艺方案的确定,第三节 砂 型 (芯) 制 造,第四节 砂型铸件结构的工艺性,第六节 常用合金铸件的生产,第七节 特 种 铸 造,第八节 各种铸造方法的比较,第一章 铸 造,第一节 概 述,一、铸造,是熔炼金属，制造铸型，并将熔融金属浇入铸型，冷却凝固后获得一定形状与性能铸件的成型方法。所得产品称为铸件。,图1-1 砂型铸造,二、铸造优缺点,优点：,缺点：,1.可以铸出形状复杂的毛坯，特别是具有复杂内腔的零件毛坯，如各种箱体、床身、机架等。 2.铸造生产的适应性广，工艺灵活性大。工业上常用的金属材料均可用来进行铸造，铸件的重量可由几克到几百吨，壁厚可由0.3mm到1m左右。 3.铸造成本较低，铸造用原材料大都来源广泛，价格低廉，并可直接利用废机件。,1.铸造组织疏松、晶粒粗大，内部易产生缩孔、缩松、气孔等缺陷，因此，铸件的力学性能，特别是冲击韧度低于同种材料的锻件。 2.铸件质量不够稳定。,图1-2 铸造产品,三、铸造方法,砂型铸造（占铸件总产量的90%）、金属型铸造、压力铸造、熔模铸造和离心铸造等。,以异径管为例介绍铸件的大致生产过程,砂型铸造：用型砂制成铸型（砂型），然后注满液体金属并冷却成形的方法。,型砂配制造型砂型干燥工装准备炉料准备合金冶炼芯砂配制造芯型芯干燥,工艺三大块：冶炼、造型（芯）和浇注,落砂清理铸件检验入库,砂型铸造工艺流程图,合型浇注凝固冷却,一、铸件的凝固,凝固：合金从液态转变为固态的状态变化。,（一）铸件的温度场,合金液充满型腔后，在凝固和冷却的某瞬间，铸件横断面上的温度曲线。,由于铸型壁的散热作用，铸件表面温度低于中心温度。一般曲线是对称的。,温度场的变化速率称温度梯度，即铸件的冷却速率。,第二节 金属的液态成形,（二）铸件的凝固区域,除纯金属和共晶成分合金外，有三个区域：液相区、凝固区和固相区。,这三个区域随着时间的变化而变化，在铸件的凝固过程中液相区不断缩小，凝固区不断向中心推进直至消失，而固相区逐步扩大直至占据铸件整个断面，此时凝固过程结束。,（三）铸件的凝固方式及影响因素,1. 铸件的凝固方式,（1）逐层凝固方式,（2）糊状凝固方式,（3）中间凝固方式,铸件凝固过程中，其断面上一般分为三个区: 固相区 、凝固区 、液相区，根据凝固区的宽窄划分凝固方式。,（1）逐层凝固方式,（2）糊状凝固方式,（3）中间凝固方式,合金在凝固过程中先呈糊状而后凝固。球墨铸铁、高碳钢、锡青铜和某些黄铜等都是糊状凝固的合金。,图1-3 铸件的凝固方式,合金在凝固过程中其断面上固相和液相由一条界线清楚地分开。常见合金如灰铸铁、低碳钢、工业纯铜、工业纯铝、共晶铝硅合金及某些黄铜都属于逐层凝固的合金。,铸件断面上的凝固区域宽度介于上述两者之间。大多数合金的凝固为中间凝固方式。中碳钢、高锰钢、白口铸铁等具有中间凝固方式。,逐层凝固因先凝固的表层硬壳内壁光滑，对尚未凝固的液体金属流动阻力小，利于合金的充型及补缩，便于防止缩孔和缩松;糊状凝固时，难以获得组织致密的铸件。,增大温度梯度，可以使合金的凝固方式向逐层凝固转化；反之，铸件的凝固方式向糊状凝固转化。,2.凝固方式的影响因素,（1）合金凝固温度范围的影响,合金的液相线和固相交叉在一起，或间距很小，则金属趋于逐层凝固；如两条相线之间的距离很大，则趋于糊状凝固；如两条相线间距离较小，则趋于中间凝固方式。,（2）铸件温度梯度的影响,（二）合金的充型能力,1. 充型能力,液态合金充满型腔，获得形状完整、轮廓清晰的铸件的能力。,（一）合金的流动性,1.流动性,指熔融金属的流动能力。,在相同的浇注工艺条件下，将金属液浇入铸型中，测出其实际螺旋线长度。浇出的试样愈长，合金的流动性愈好！,2. 充型能力的影响因素,不同种类的合金，具有不同的流动性。其中灰铸铁的流动性最好，硅黄铜、铝硅合金次之，而铸钢的流动性最差。,2.流动性的影响因素,1）合金的种类,纯金属和共晶成分的合金，凝固是由铸件壁表面向中心逐渐推进，凝固后的表面比较光滑，对未凝固液体的流动阻力较小，所以流动性好，见图a。 在一定凝固温度范围内结晶的亚共晶合金，凝固时铸件内存在一个较宽的既有液体又有树枝状晶体的两相区。凝固温度范围越宽，则枝状晶越发达，对金属流动的阻力越大，金属的流动性就越差，见图b。,图1-4 不同结晶特征的合金的流动性,2）化学成分和结晶特征,铁碳合金的流动性与相图的关系见下图： 纯铁和共晶铸铁的流动性最好，亚共晶铸铁和碳素钢随凝固温度范围的增加，其流动性变差。,铁碳合金的流动性与相图的关系,合金的流动性是金属本身的属性，不随外界条件的改变而变化，而合金的充型能力不仅和金属的流动性相关，而且也受外界因素的影响。,表1-1 常用合金的流动性（砂型，试样截面88）,a）铸型的蓄热能力：即铸型从金属液中吸收和储存热量的能力。铸型的热导率和质量热容越大，对液态合金的急冷作用越强，合金的充型能力就越差。 b）铸型温度： 提高铸型温度，可以降低铸型和金属液之间的温差，进而减缓了冷却速度，可提高合金液的充型能力。 c）铸型中的气体 ：铸型中气体越多，合金的充型能力就越差。,2）铸型填充条件,3）铸件的结构条件,2）铸件的结构条件,常用铸件模数（体积和散热表面积之比）来衡量，模数大表示型腔散热表面积小，合金液的充型能力较强。模数越小越不易充满。,铸造合金从液态冷却到室温的过程中，其体积和尺寸缩减的现象称为收缩。,三、铸件的收缩,（一）合金的收缩,1.液态收缩,金属在液态时由于温度降低而发生的体积收缩。,2. 凝固收缩,熔融金属在凝固阶段的体积收缩。液态收缩和凝固收缩是铸件产生缩孔和缩松的基本原因。,3. 固态收缩,金属在固态时由于温度降低而发生的体积收缩。固态收缩对铸件的形状和尺寸精度影响很大，是铸造应力、变形和裂纹等缺陷产生的基本原因。,1. 化学成分 不同成分的合金其收缩率一般也不相同。在常用铸造合金中铸钢的收缩最大，灰铸铁最小。 2. 浇注温度 合金浇注温度越高，过热度越大，液体收缩越大。 3. 铸件结构与铸型条件 铸件冷却收缩时，因其形状、尺寸的不同，各部分的冷却速度不同，导致收缩不一致，且互相阻碍，又加之铸型和型芯对铸件收缩的阻力，故铸件的实际收缩率总是小于其自由收缩率。这种阻力越大，铸件的实际收缩率就越小。,（二） 铸件的收缩及影响因素,缩孔总是出现在铸件上部或最后凝固的部位，其外形特征是：内表面粗糙，形状不规则，多近于倒圆锥形。通常缩孔隐藏于铸件的内部，有时经切削加工才能暴露出来。缩孔形成的主要原因是液态收缩和凝固收缩。,（三）凝固收缩缺陷,1. 缩孔和缩松,（1）缩孔的形成,图1-6 缩孔形成过程示意图,型壁散热 外层结壳 逐层结壳 凝固结束 固态收缩,宏观缩松多分布在铸件最后凝固的部位。主要产生在结晶温度范围较宽的合金中，冷却时树枝状小晶体长大成粗大的晶体，当等轴晶相互连接成固体后，便将液态金属分割为许多小的封闭区，其中的液体凝固收缩时得不到补充，形成小而分散的孔洞。,图1-7 缩松形成过程示意图,（2）缩松的形成,采用冒口和冷铁，实现顺序凝固 即使铸件按规定方向从一部分到另一部分逐渐凝固的过程。铸件每部分收缩时都能得到稍后凝固部分的液体补充。,顺序凝固原则,（3）缩孔、缩松的防止措施,合理确定铸件的浇注位置、内浇道位置及浇注工艺 浇注位置的选择应服从顺序凝固原则；内浇道应开设在铸件的厚壁处或靠近冒口；要合理选择浇注温度和浇注速度，在不增加其它缺陷的前提下，应尽量降低浇注温度和浇注速度。,铸件的固态收缩受到阻碍而产生的应力称铸造应力。,1）热应力：由于铸件上壁厚不均匀的各部位冷却速度和线收缩量不均衡，相互阻碍收缩而引起的应力。,热应力的分布和铸件的变形遵循以下规律：,铸件厚壁处或心部受拉应力，变形时趋于缩短向内凹;薄壁或表层受压应力，变形时趋于伸长向外凸。,（四）固态收缩缺陷,1.铸造应力,当落砂，打断浇、冒口后应力随之消失，机械应力是临时应力;但如和热应力同时作用，瞬间超过铸件的强度极限时，铸件将产生裂纹。,铸件的固态收缩受到铸型、型芯、浇口等外因的机械阻碍而产生的应力。,2）机械应力：,均为拉应力,砂型阻碍,砂芯阻碍,3）铸造应力的防止和消除措施,a.采用同时凝固的原则,通过设置冷铁、布置浇口位置等工艺措施，使铸件温差尽量变小，基本实现铸件各部分在同一时间凝固。,b.提高铸型温度 c.改善铸型和型芯的退让性 d.进行去应力退火,铸件的变形包括铸件凝固后所发生的变形以及随后的切削加工变形。防止铸件变形有以下几种方法：a.使铸件均匀冷却,尽量减少铸造残留应力。,2.铸件的变形和防止,b.去应力退火（人工时效）,将铸件加热到550650 ，保温一段时间后随炉缓慢冷却，可消除残余应力50%85%。残余应力去除较为彻底，应用较广。,c.使铸件壁厚尽量均匀、形状对称,不同截面件的变形,d.反变形法,模样制成与变形方向恰好相反的形状，以抵消变形。适用于细长易变形的铸件。,床身导轨面的挠曲变形及反变形,a）铸件裂纹的分类及其形貌 当瞬时铸造应力超过金属的强度极限时，铸件便形成裂纹。裂纹是严重的铸造缺陷。热裂在凝固末期高温下形成的裂纹；一般沿晶界产生和发展，其外形曲折而不规则，裂纹缝内表面呈氧化色；冷裂铸件在较低温度下形成的裂纹；冷裂裂纹常常是穿晶断裂，裂纹细小，外形呈连续直线状或圆滑曲线状，裂纹缝内干净，有时呈轻微氧化色。 B）铸件裂纹的防止 减小铸造应力；在熔炼过程中，应严格控制钢铁中的硫、磷含量。,）铸件的裂纹及防止,(1)晶内偏析（枝晶偏析）指晶粒内各部分化学成分不均匀的现象，这种偏析出现在具有一定凝固温度范围的合金铸件中。为防止和减少晶内偏析的产生，在生产中常采取缓慢冷却或孕育处理的方 法。 (2)区域偏析指铸件截面的整体上化学成分和组织的不均匀。避免区域偏析的发生，主要应该采取预防措施，如控制浇注温度不要太高 ，采取快速冷却使偏析来不及发生，或采取工艺措施造成铸件断面较低的温度梯度，使表层和中心部分接近同时凝固。(3)比重偏析铸件上、下部分化学成分不均匀的现象。为防止比重偏析，在浇注时应充分搅拌金属液或加速合金液的冷却，使液相和固相来不及分离，凝固即告结束。,四、铸造合金的偏析和吸气性,1.偏析铸件中出现化学成分不均匀的现象称为偏析。,（1）侵入性气孔铸型表面聚集的气体侵入金属液中而形成的孔洞。多位于铸件的上表面附近，尺寸较大，呈椭圆形或梨形，孔壁光滑，表面有光泽或有轻微氧化色。（2）析出性气孔是溶解在金属液中的气体，在凝固时由金属液中析出而未能逸出铸件所产生的气孔。其特征是尺寸细小，多而分散，形状多为圆形、椭圆形或针状，往往分布于整个铸件断面内。（3）反应性气孔浇入铸型中的金属液与铸型材料、型芯撑、冷铁或溶渣之间，因化学反应产生气体而形成的气孔，统称反应性气孔。这种气孔经常出现在铸件表面层下1mm-2mm处，孔内表面光滑，孔径1mm-3mm。,2.铸件中的气孔和合金的吸气,气孔的存在会减小铸铁的有效截面积，使强度降低，而且造成局部应力集中，成为零件断裂的裂纹源。,铸造性能合金易于液态成型而获得优 质铸件的能力。,五、合金铸造性能的概念,合金的铸造性能,流动性,凝固温度范围,凝固特性,收缩性,吸气性,造型,造芯,合箱浇注落砂、清理检验,型砂配制,芯砂配制,第三节 砂型（芯）制造,用型砂紧实成型的铸造方法。,砂型铸造：,木模,芯盒,合金的熔化,用造型混合料及模样等工艺装备制造铸型(芯)的过程称为造型（芯）。造型是砂型铸造的最基本工序。,根据砂型的特征不同，可分为： 两箱造型、三箱造型、脱箱造型、地坑造型、组芯造型等；根据模样的不同特征，可分为： 整模造型、分模造型、挖砂造型、假箱造型、活块造型、刮板造型等。,一、手工造型,手工造型是全部用手工或手动工具完成的造型工序。手工造型操作灵活、适应性广、工艺装备简单、成本低，但其铸件质量差、生产率低、劳动强度大、技术水平要求高，主要用于单件小批生产，特别是重型和形状复杂的铸件。,一）手工造型方法分类,模样是整体的，分型面是平面，铸型型腔全部在一个砂箱内;造型简单，铸件不会产生错型缺陷。适用于铸件最大截面在一端，且为平面的铸件。,整模造型,1.整模造型,二）各种手工造型方法的主要特征及其适用范围,模样沿最大截面处分成两半，型腔位于上、下两个砂箱内，造型简单省工。常用于最大截面在中部的铸件。,分模造型,2.分模造型,将模样上的妨碍起模的部分作成活动的即活块。起模时，先起出主体模样，然后再从侧面取出活块。造型费时，工人技术水平要求高。主要用于单件、小批生产带有突出部分、难以起模的铸件。,活块造型,3.活块造型,地坑造型,4.地坑造型,在地面以下的砂坑中造型，一般只用上箱，可减少砂箱投资。但造型劳动量大，工人技术水平要求高。用于生产批量不大的大、中型铸件，可节省下箱。,整体模造型时需挖去阻碍起模的型砂，分型面是曲面。其造型麻烦、生产率低；用于分型面不是平面的单件、小批生产铸件。,挖砂造型,5.挖沙造型,利用特制的假箱或型板进行造型，自然形成曲面分型。可免去挖砂操作，造型方便。因假箱是不参予浇注，故称假箱。适用于成批生产中需要挖砂的铸件。,假箱造型,6.假箱造型,假箱,是造型的最基本方法，铸型由成对的上型和下型构成，操作简单。适用于各种生产批量和各种大小的铸件。,两箱造型,7.两箱造型,铸件两端截面尺寸比中间部分大，采用两箱造型无法起模时，铸型可由三箱组成 ，关键是选配高度合适的中箱。造型麻烦，易错箱。适用于具有两个分型面的单件、小批生产的铸件。,三箱造型,8.三箱造型,用刮板代替实体模样造型，它可降低模样成本。但操作复杂，工人技术水平要求高。用于单件、小批生产等截面或回转体大、中型铸件等。,刮板造型,9.刮板造型,机器造型是指用机器完成填砂、紧砂和起模等操作的造型方法。机器造型铸件尺寸精确、表面质量好、加工余量小，但需要专用设备，投资较大，适合大批量生产。,二、机器造型,震压造型、微震压实造型、高压造型、射压造型和抛砂紧实等。,一）机器造型方法,先以机械震击紧实型砂，再压实紧实。该方法生产率高，设备简单，砂型紧实度较均匀，但噪声大紧实度较低。用于成批生产中、小型铸件。,震压造型,1.震压造型,压头,模板,砂箱,震击汽缸,压实汽缸,震击活塞,（压实活塞）,二）各种机器造型方法的主要特征及其适用范围,在加压紧实型砂的同时，砂箱和模板作高频率、小振幅震动。此方法生产率较高、紧实度均匀、噪声小。广泛用于成批生产中、小型铸件。,微震压实造型,2.微震压实造型,采用较高压强（0.7MPa1.5MPa）压实砂型。用浮动多触头式压头，其压实行程可随模样高度自动调节。砂型紧实度高，铸件尺寸精度高，生产率高、噪声低、易于机械化、自动化，但机器成本高。主要用于大批量、精度要求高、较复杂的中、小型铸件的生产。,高压造型,3.高压紧实,4.射压造型,用压缩空气将型砂高速射入造型室而进行紧实。连续造型、合型，最后形成一串无砂箱的砂型。因其将填砂、紧实两个工序同时完成，故生产率高，易实现自动化。适合大批量生产中、小型铸件。,利用离心力抛出型砂，使型砂在惯性力下完成填砂和紧实。该方法生产率高，能量消耗少、噪声低、型砂坚实度均匀、适用性广。主要适用于单件、小批、成批、大量生产中、大型铸件或大型芯。,抛砂紧实,5抛砂紧实,机器造芯一般方法： 震击造芯机、微震压实造芯机、普通射芯机。机器造芯新方法： 热芯盒射芯机造芯、冷芯盒射芯机造芯、壳芯机造芯。,三、机器造芯,38,设计铸件时，不仅要保证使用性能的要求，还要满足铸件在制造过程中工艺性的要求。应尽量使生产工艺中的各个环节简化，节约工时，防止废品产生。符合合金铸造性能的要求，以避免出现如缩孔、缩松、变形、裂纹、浇不足、冷隔、气孔和偏析等缺陷。,常见铸件结构的设计,第四节 砂型铸件结构的工艺性,续表,39,续表,41,续表,42,每一种铸造合金都有其适宜的铸件壁厚范围，铸件壁厚过大或过小都会对铸件产生不良影响。若选定合金的适宜壁厚不能满足零件力学性能的要求，则应改选高强度的材料或选择合理的截面形状以及增设加强肋等措施。,铸件的壁厚应合理,铸件应有合理的壁厚,是指铸件的各部分具有冷却速度相近的壁厚。铸件的内壁厚度应略小于外壁厚度。,铸件的壁厚应均匀,铸件壁厚应力求均匀,铸件如果因为结构需要不能做冷压室式压铸到壁厚均匀，则不同壁厚的联接应采用逐渐过渡的形式。,铸件壁厚的过渡形式,铸件壁的连接形式要合理,砂型铸工艺方案的确定步骤：,对零件结构进行工艺分析,选择造型、制芯方法,确定铸件的浇注位置及分型面,确定各种铸工艺参数,画出铸造工艺图,第五节 砂型铸造工艺方案的确定,20,床身的浇注位置,一.浇注位置的确定,浇注位置是指浇注时铸件在铸型中所处的位置。,1.铸件的重要加工面应朝下或位于侧面。因为气体、夹杂物总是漂浮在金属液上面，朝下的面及侧面处的金属质量纯净、结构致密。,大平面朝上引起夹渣缺陷,2.铸件的大平面朝下。因为型腔顶面浇注时烘烤严重，型砂易开裂形成夹砂、结疤等缺陷。,3. 铸件的薄壁部分放在铸型的下部或侧面，以保证能充满，避免产生浇不到、冷隔等缺陷。,22,大面积薄壁铸件浇注位置,有热节的浇注位置,4. 铸件的厚大部分应放在上部或侧面，以便安放冒口进行补缩。,分型面为铸型间相互接触的表面，其主要作用是分开铸型，便于起模下芯。 1.分型面应尽量采用平面分型，避免曲面分型，并应尽量选在最大截面上，以简化模具制造和造型工艺。,a) 不正确 b) 正确,分型面应选在最大截面处,二.分型面的选择,尽量使用平直分型面,28,使用平直分型面，以简化模具制造及造型工艺，避免挖砂。,26,使铸件全部或大部分放在同一砂型,.应使铸件全部或大部分放在同一砂型， 否则错型时易造成尺寸偏差。,3. 应尽量使加工基准面与大部分加工面在同一砂型内 以保证铸件的加工精度。,尽量使加工基准面与大部分加工面在同一砂型内,双联齿轮毛坯的造型方案,24,4.应使铸件的分型面最少,并尽量做到只有一个分型面 1)多一个分型面多一份误差,精度下降;2)分型面多造型工时多,生产率下降;3)机器造型只能两箱造型,分型面多,不能进行大批量生产.,5.应注意减轻落砂、清理和机械加工的工作量。,a) 不合理 b) 合理,分型面的位置应能减少错型、飞边,指为保证铸件加工面尺寸和零件精度，在铸件工艺设计时预先增加需在机械加工时切去的金属层厚度。铸件加工余量的大小取决于铸件的材料、铸造方法、铸件尺寸与复杂程度、生产批量、加工面与基准面的距离及加工面在铸型中的位置、加工精度要求等。 加工余量的具体数值应根据加工余量国家标准和铸件尺寸公差标准配套使用选取。,三.铸造工艺参数的选择,1.加工余量,2.起模斜度（拔模斜度）,为了起模方便又不损坏砂型，凡垂直于分型面的壁上留有起模斜度。起模斜度值见JB/T 51051991。,铸型起模斜度,3.最小铸出孔及槽,铸件中较大的孔、槽应当铸出，以减少切削量和热节，提高铸件力学性能。较小的孔和槽不必铸出，留待以后加工更为经济。,铸件最小铸出孔尺寸,是型芯的重要组成部分,起定位和支撑型芯、排除型芯内气体的作用。,5.芯头,4.收缩余量,为了补偿铸件收缩，模样比铸件图样尺寸增大的数值。,6.绘制铸造工艺图,在零件图上用规定的红色、蓝色将各种简明的工艺符号，标注在产品零件图上的图样.,铸铁是一系列主要由铁、碳和硅组成的合金的总称。在这些合金中，碳的质量分数超过了在共晶温度时能保留在奥氏体固溶体中的量。 （一） 铸铁的分类 1. 根据碳在铸铁中的存在形式分类 （1）白口铸铁 指碳主要以游离碳化铁形式出现的铸铁，断口呈银白色。 （2）灰铸铁 指碳主要以片状石墨形式出现的铸铁，断口呈灰色。它是工业中应用最广的铸铁。 （3）麻口铸铁 指碳部分以游离碳化铁形式出现，部分以石墨形式出现，断口灰白相间。,一、铸铁件生产,第六节 常用合金铸件的生产（略）,2. 根据铸铁中石墨形态分类 （1）普通灰铸铁 石墨呈片状，见图1-35；,图 1-35 灰口铸铁,（2）蠕墨铸铁 石墨呈蠕虫状，见图1-36；,图1-36 蠕墨铸铁,（3）可锻铸铁 石墨呈团絮状，见图1-37；,图1-37 可锻铸铁,（4）球墨铸铁 石墨呈球状，见图1-38。,图1-38 球墨铸铁,3. 根据铸铁的化学成分分类 （1）普通铸铁 （2） 合金铸铁,（二） 灰铸铁 1.灰铸铁的显微组织及其性能 （1）灰铸铁的显微组织 灰铸铁的显微组织由金属基体（铁素体和珠光体）与片状石墨组成。灰口铸铁的组织：铁素体+片状石墨铁素体珠光体+片状石墨珠光体+片状石墨,（2）灰铸铁的性能 a) 力学性能 由于石墨的存在，一方面使得基体承载的有效面积减少，另一方面在基体中容易造成应力集中现象，最终导致灰铸铁的抗拉强度和弹性模量均比钢低得多，断裂强度通常为120250Mpa；塑性和冲击韧性近于0，属于脆性材料。 b) 工艺性能 灰铸铁属于脆性材料，不能进行冲压 ；同时，其焊接性能也很差。但灰铸铁的切削加工性能较好。 c) 减振性 灰铸铁具有良好的减振性，其减震能力约为钢的510倍。工业上常用它来制造机床床身、机座等。 d) 耐磨性好 e) 缺口敏感性低,2.灰铸铁的孕育处理 孕育是以少量材料加入熔融金属，促进成核，以改善其组织和性能的方法。加入的材料称为孕育剂。常用的孕育剂是FeSi75，熔点为1300，经孕育处理后的铸铁称孕育铸铁。孕育铸铁的强度、硬度比普通灰铸铁有显著提高。孕育铸铁适用于对强度、硬度和耐磨性要求较高的重要铸件，尤其是厚大铸件，如床身、凸轮、凸轮轴、气缸体和气缸套等。灰铸铁的孕育处理见图139。,图1-39 灰口铸铁的孕育处理,（三）可锻铸铁 可锻铸铁是白口铸铁通过石墨化或氧化脱碳可锻化处理，改变其金相组织或成分而获得的有较高韧性的铸铁。可锻铸铁实际上并非可以锻造，这个名子只表示它具有一定的塑性和韧性。 1.可锻铸铁件的微观组织及其性能特点 （1）可锻铸铁的显微组织 可锻铸铁的显微组织由金属基体（铁素体和珠光体）与团絮状石墨组成。 （2）可锻铸铁的性能 可锻铸铁的强度一般为300400Mpa，最高可达700 Mpa，同时，可锻铸铁具有一定的塑性和较高的冲击韧度。,（3）可锻铸铁的铸造性能 可锻铸铁的碳、硅质量分数低，熔点比灰铸铁高，凝固温度范围大，故铁液的流动性差，必须适当提高铁液的出炉温度，以防产生冷隔、浇不到等缺陷。同时，可锻铸铁的凝固过程没有石墨化膨胀阶段，体积收缩和线收缩较大，易形成缩孔和裂纹等缺陷。在设计铸件时除应考虑合理的结构形状外，在铸造工艺上应采用定向凝固的原则设置冒口和冷铁，适当提高型砂的耐火度，退让性和透气，为挡住熔渣，在浇注系统中应安放过滤网。,（四）球墨铸铁 球墨铸铁是铁液经过球化处理后使石墨大部分或全部呈球状，有时少量为团絮状的铸铁。 1. 球墨铸铁的组织与性能 （1）球墨铸铁的显微组织 球墨铸铁的显微组织由金属基体（铁素体和珠光体）与球状石墨组成。 （2）球墨铸铁的性能 球墨铸铁不仅强度远远高于灰铸铁，优于可锻等铁，甚至可与钢媲美，尤其屈强比（一般大于0.7）明显高于碳钢（仅0.6左右），疲劳强度与中碳钢接近，而且其耐磨性远高于45钢表面淬火。球墨铸铁还具有优良的热处理性能，球墨铸铁的铸造性能、减振性、切削加工性及缺口敏感性较灰铸铁差，但仍优于铸钢。其塑性和韧性虽低于钢，但仍能满足一般零件的要求。,（3）球墨铸铁的铸造工艺特点球墨铸铁的铸造性能介于灰铸铁与铸钢之间。其流动性与灰铸铁相近，可生产壁厚3mm4mm铸件。球墨铸铁的结晶特点是在凝固收缩前有较大的膨胀，在铸造工艺上应采用定向凝固原则，用干型或水玻璃砂快干型提高铸型的强度，并增设冒口以加强补缩。球墨铸铁凝固时有较大的内应力、变形和冷裂倾向，故对重要的球墨铸铁件要退火以消除应力。（五） 蠕墨铸铁 指大部分石墨为蠕虫状石墨的铸铁。蠕墨铸铁的力学性能介于基体相同的灰铸铁和球墨铸铁之间。,（一）铸钢的种类与性能 铸钢按化学成分的不同，可分为以下两大类： 1. 碳素铸钢 指以碳为主要合金元素并含有少量其他元素的铸钢。根据碳质量分数的高低可分为低碳、中碳和高碳铸钢。铸钢的强度与球墨铸铁相近，但铸钢的冲击韧度和疲劳强度都高得多，另外，铸钢的焊接性能远比铸铁优良。 2. 铸造合金钢 对于具有较高力学性能或某些特殊性能要求的零件或工具，可采用合金铸钢（即铸造合金钢）。合金铸钢按其合金质量分数可分为低合金铸钢和高合金铸钢。,二 铸钢,（二）铸钢的铸造工艺特点 1. 钢液的流动性差 其铸件壁厚不能小于8mm，且浇注系统应力求简单、截面尺寸要比铸铁大、铸型常用干型。此外，铸钢件晶粒粗大，热裂、气孔和粘砂等倾向大，故应根据具体情况确定合适的浇注温度。一般小件、薄壁及形状复杂的铸件，其浇注温度比钢的熔点高150左右；大件、厚壁铸件的浇注温度比钢的熔点高100左右。 2. 铸钢的体积收缩率和线性缩率大 铸钢的体积收缩率为10%-14%，线收缩率为1.8%-2.5%。 3. 易吸气氧化和粘砂,（三）铸钢件的热处理 为了细化组织，消除内应力，改善偏析，提高铸件的力学性能，必须对铸钢件进行正火或退火处理。正火的力学性能较退火高，且生产率高、成本低、应尽量采用正火代替退火。但正火较退火的内应力大，因此形状复杂、易产生裂纹、硬化的铸钢件，则需退火。对于小型中碳钢铸件，则常用调质处理，以提高其综合力学性能。,（一）铝合金铸造 1. 铸造铝合金的种类 按化学成分的不同，铸造铝合金可分为铸造铝硅合金、铝铜合金、铝镁合金和铝锌合金。 2. 铝合金的铸造工艺特点 （1）铸造铝合金熔点低、流动性好、对型砂耐火度要求不高，可用细砂造型，以减小铸件表面粗糙度值，还可浇注薄壁复杂铸件。 （2）为防止铝液在浇注过程中的氧化和吸气，通常采用开放式浇注系统及应用，蛇形直浇道和缝隙内浇道等。 （3）应能造成合理的温度分布，使铸型进行定向凝固，并在最后凝固部分设置冒口进行补缩，以消除缩孔和缩松。,三 有色金属铸造,（二）铜合金铸件的生产 1. 铜合金种类 铸造铜合金按其成分不同可分为黄铜和青铜。 2. 铜合金的铸造工艺特点 （1）铸造黄铜熔点低、结晶温度窄（30-70），流动性好、对型砂耐火度要求不高，可用细砂造型，以减小铸件表面粗糙度值、减小加工余量，并可浇注薄壁铸件。但其收缩率大、容易产生集中缩孔，铸造时应配置较大的冒口。 （2）锡青铜在液态下易氧化，在开设浇道时，应尽力使金属液流动平稳、防止飞溅，故常用开放式及底注式浇注系统。锡青铜的凝固温度宽（150-200），凝固收缩和线收缩率小，虽不易产生大的集中缩孔，但常出现枝晶偏析与缩松，降低铸件的致密度。这种缩松便于储存润滑油，适宜制造滑动轴承。壁厚不大的锡青铜铸件常采用同时凝固原则，锡青铜适合采用金属型铸造，利用快速冷却与补缩，铸件结晶细小致密。,（3）铝青铜的凝固温度范围小，有利于提高流动性和铸件组织致密度，是青铜的代用材料，广泛应用于制造重要的齿轮、轴套、蜗杆和阀体等铸件。但铝青铜的收缩较大，易产生集中缩孔，为此需安置冒口、定向凝固。又因液态铝青铜易氧化吸气，故宜采用开放式及底注式浇注系统，且浇注时不能断流。此外，浇注系统中还应安放过滤网以除去浮渣。 （4）铅青铜浇注时，因铅体积质量大会下沉，故需控制浇注温度，且浇注前应充分搅拌，并加快铸件冷却以减小偏析。,第七节 特种铸造,一、熔模铸造,二、金属型铸造,三、压力铸造,四、离心铸造,五、连续铸造,熔模铸造是用易熔材料制成模样，然后在模样上涂挂若干层耐火涂料制成型壳，经硬化后再将模样熔化，排出型外，从而获得无分型面的铸型。铸型经高温焙烧后即可进行浇注。,一、熔模铸造,图1-41 熔模铸造过程示意图,图1-40 熔模铸造流程图,蜡模制造、结壳、脱蜡、焙烧和浇注等,(一)熔模铸造的工艺过程,1.铸件的精度和表面质量较高，尺寸公差等级可达IT14-IT11，表面粗糙度Ra值可达12.5mm-1.6mm。,（二）熔模铸造的主要特点及适用范围,2.适用于各种合金铸件。,3.可制造形状较复杂的铸件，铸出孔的最小直径为0.5mm，最小壁厚可达0.3mm。,4.工艺过程较复杂，生产周期长，制造费用和消耗的材料费用较高，多用于小型零件（从几十克到几千克），一般不超过25kg。,金属型铸造又称硬模铸造，是将液体金属浇入金属铸型，在重力作用下充填铸型，以获得铸件的铸造方法。,二、金属型铸造,整体型,垂直分型,水平分型,（一）金属型为保证使用寿命，制造金属型的材料具备如下的性能：高的耐热性和导热性，反复受热不变形，不破坏；一定的强度、韧性及耐磨性；好的切削加工性能。金属型材料一般选用铸铁、碳素钢或低合金钢。,（二）金属型铸造的工艺特点1. 金属型预热 金属型预热温度主要通过试验来确定，一般不低于150。2. 刷涂料 金属型表面应喷刷一层耐火涂料（厚度为0.3mm0.4mm），以保护型壁表面，免受金属液的直接冲蚀和热击。,3.浇注 由于金属型的导热能力强，因此浇注温度应比砂型铸造高2030。铝合金为680740，铸铁为13001370，锡青铜为11001150，对薄壁小件取上限，对厚壁大件取下限。4.开型时间 对于金属型铸造，要根据不同的铸件选用合适的开型时间，具体数值需通过试验来确定。,（三）金属型铸造的特点和应用范围1）金属型铸件冷却快，组织致密，力学性能高。2）铸件的精度和表面质量较高3）浇冒口尺寸较小，液体金属耗量减少，一般可节约15%30%。4）不用砂或少用砂。金属型铸造的主要缺点是金属型无透气和退让性，铸件冷却速度大，容易产生浇不到、冷隔、裂纹等缺陷。,在高压作用下，使液态或半液态金属以较高的速度充填金属型型腔，并在压力下成型和凝固而获得铸件的方法。压铸过程主要由压铸机来实现。压铸机分热压室式和冷压室式两类。,三、压力铸造,（简称压铸）,压射压力:550MPa,充填速度:0.55m/s,充填时间:0.010.2s,特点是压室和熔化合金的坩埚连成一体，压室不浸在液体金属中，多用于低熔点合金。冷压室式压铸机分立式和卧式两种类型，卧式冷压室式压铸机工作原理见图1-44。,图1-43 冷压室式压铸机工作原理,1.冷压室式压铸工艺过程,1）压铸时，高速液流会包住大量空气，凝固后在铸件表皮下形成许多气孔，故压铸件不宜进行较多余量的切削加工，以免气孔外露。2）压铸黑色金属时，压铸型寿命很低，困难较大。3）设备投资大，生产准备周期长。,2.压铸的特点和应用,优点：,缺点：,1）铸件的尺寸精度最高，表面粗糙度Ra值最小。2）铸件强度和表面硬度都较高。3）生产效率很高，生产过程易于机械化和自动化。,应用:,压铸主要用于有色合金(如铝合金、锌合金)的中、小铸件的大量生产中。 应用最多的是汽车、拖拉机制造业，其次为念青、电子仪器、农业机械、计算机、医疗器械等制造业及时性国防工业等，如发动机汽缸体、汽缸盖，变速箱箱体，发动机罩，仪表和照相机的壳体与支架，管接头，齿轮等。,四、离心铸造,将金属液浇入旋转的铸型中，使其在离心的作用下成形并凝固。,金属型、砂型、陶瓷型和熔模壳型等。,离心铸造机，分立式和卧式。,清理型腔、喷涂料、铸型旋转、浇入金属液，一定时间后停止旋转，取出铸件。,定义：,铸型：,设备：,离心铸过程：,应用:,特点:,1.铸件组织致密，无缩孔、缩松、气孔、夹渣等缺陷，力学性能好；2.铸造圆形中空铸件时，不用型芯和浇注系统，降低了金属消耗；3.提高了金属液的充型能力，可浇注流动性差的合金及薄壁铸件；4.可生产双金属铸件，如钢套内镶铜轴承等，其结合面牢固；5.离心铸适应性较广，铸造合金的种类几乎不受限制；6. 既适合铸造中空件，又可以铸造成形铸件，适应强；,产要用于生产各种管、套、环类铸件，也用于生产齿轮、叶轮、涡轮等成形铸件。,五、消失模铸造,定义：,用泡沫塑料模铸造铸型后不取出，浇注时模样气化消失而获得铸件的方法称为消失模铸造，也称实型铸造。,工艺流程：,制备消失模原材料,制泡沫塑料模,组装模样束,上涂料,填砂、紧实、浇注,落砂、清理,消失模铸造的特点及应用范围,铸件尺寸精度高、表面粗糙度低,工序简单，缩短了生产周期，生产率高,节省投资，经济效果好,适应性广。对合金种类、铸件尺寸及生产数量几乎没有限制，铸件结构设计的自由度大。,第八节 各种铸造方法的比较,思考题:P6671 6、9、15、24、30、58,