【正文】 終獲得健全的鑄件。見圖 17。 防止縮孔和縮松常用的工藝措施就是控制鑄件的凝固次序，使鑄件實現(xiàn)“順序凝固”。 尋找熱節(jié)的方法 等溫線法 內(nèi)切圓法 冷鐵 同時凝固 — 整個鑄件幾乎同時凝固。 ?同時凝固可有效防止熱應力。凝固期間不容易產(chǎn)生熱裂，凝固后也不易引起應力、變形；由于不用冒口或冒口很小而節(jié)省金屬，簡化工藝、減少工作量。 ?缺點是鑄件中心區(qū)域往往有縮松，鑄件不致密。 暗冒口 冒口 — 儲存補縮用金屬液的空腔。 順序凝固 — 鑄件按照一定的次序逐漸凝固。 冷鐵 熱節(jié) 定向凝固的優(yōu)點： 冒口補縮作用好，可防止縮孔和縮松，鑄件致密。對于凝固收縮大，結(jié)晶溫度范圍較小的合金，常采用定向凝固原則以保證鑄件質(zhì)量。 定向凝固的缺點： 由于鑄件各部分有溫差，凝固期間容易產(chǎn)生熱裂，凝固后也容易使鑄件產(chǎn)生應力和變形。定向凝固使清理工作量大。 ? ②縮松的防止 ? 縮松的防止比縮孔困難，目前多采用在熱節(jié)處加冷鐵和加大結(jié)晶壓力的辦法，減少金屬液流動的阻力，能達到部分防止縮松的效果。 縮松轉(zhuǎn)化為縮孔的方法： 盡量選擇凝固區(qū)域較窄的合金，使合金傾向于逐層凝固； 對凝固區(qū)域較寬的合金，可采用增大凝固的溫度梯度辦法。 ? 4. 鑄造內(nèi)應力 stress及鑄件的變形 deform和裂紋 鑄件的固態(tài)收縮受到阻礙時，在鑄件內(nèi)部產(chǎn)生的內(nèi)應力稱為 鑄造內(nèi)應力 。 它是產(chǎn)生變形和裂紋的主要原因。 ? ⑴ 內(nèi)應力的形成 ? ①鑄件在凝固和其后的冷卻過程中，因壁厚不均，各部分冷卻速度不同，造成同一時刻各部分收縮不一致，從而在鑄件中相互制約產(chǎn)生內(nèi)應力。這種內(nèi)應力稱為 熱應力thermal stress 。 ? 金屬在冷卻過程中，從凝固終了溫度到再結(jié)晶溫度階段，處于塑性狀態(tài)，在較小的外力作用下，就可以生塑性變形，變形后應力可自行消除。低于再結(jié)晶溫度的金屬處于彈性狀態(tài)，受力時產(chǎn)生彈性變形，變形后應力繼續(xù)存在 。 ? 內(nèi)應力產(chǎn)生原因： ? 凝固后固態(tài)收縮受阻引起 + + + +表示拉應力 表示壓應力 鑄件因壁厚不均勻，或鑄件中存在著較大的溫差，在同一時間內(nèi)鑄件各部分收縮不同，先冷卻的部位阻礙了后冷卻部位的收縮，在其內(nèi)部產(chǎn)生了內(nèi)應力。 圖 110 應力框及其熱應力的形成過程 三桿熱應力分析模型 綜上所述，熱應力的特點： 固態(tài)收縮使 鑄件厚壁或心部 受拉伸。 薄壁或表層 受壓縮。 合金固態(tài)收縮率愈大，鑄件壁厚差別愈大，形狀愈復雜，所產(chǎn)生的熱應力愈大。 防止熱應力產(chǎn)生的途徑： 縮小鑄件各部位的溫差，使其均勻冷卻。 Ⅰ 、選用彈性模量小的合金； Ⅱ 、設(shè)計壁厚均勻的鑄件； Ⅲ 、從工藝方面促使鑄件各部位同時凝固。見圖112 ② 機械應力（收縮應力） mechanical stress 機械應力是暫時應力。 上型 下型 鑄件收縮受到鑄型、型芯及澆鑄系統(tǒng)的機械阻礙而產(chǎn)生的應力稱為機械阻礙應力。簡稱 機械應力 。 鑄型或型芯退讓性良好，機械應力則小。機械應力在鑄件落砂之后可自行消除。但是機械應力在鑄型中能與熱應力共同起作用，增加了鑄件產(chǎn)生裂紋的可能性。 圖 113 ? ⑵鑄件的變形及其防止 ? 內(nèi)應力影響： 內(nèi)應力使鑄件處于一種不穩(wěn)定狀態(tài)，鑄件厚的部分受拉應力，薄的部分受壓應力。 ? 當內(nèi)應力超過合金的屈服極限時，則鑄件本身總是力圖通過變形來減緩內(nèi)應力，因此 細而長 或 大又薄 的鑄件易發(fā)生變形。 ? 如圖 115所示：車床床身的導軌部分因較厚而受拉應力，床壁部分因較薄而受壓應力， 圖 116所示為一平板鑄件，其壁厚均勻，但其中心部分因比邊緣散熱慢、收縮慢而受拉應力，邊緣處則散熱較快，收縮較快而受壓力。由于鑄型上面比下面冷卻快，于是該平板發(fā)生了如圖所示方向變形。 圖 116 平板鑄件的變形 防止鑄件變形的措施： 分壁厚盡可能均勻或形狀對稱。 反變形法 (將模樣制成與鑄件變形方向相反的形狀，此時應較精確地計算鑄件的變形量 )； 工藝筋 。 ? 實踐證明： 盡管鑄件冷卻時發(fā)生部分變形、但內(nèi)應力仍未徹底消除。在經(jīng)過機加工后內(nèi)應力發(fā)生重新分布，鑄件仍會發(fā)生變形，影響零件的精度。 ? 對某些重要的、精密的鑄件，如車床床身等，必須采取去應力退火或自然時效等方法，將殘余應力消除，必要時還可在粗加工后進行去應力退火或人工時效（自然時效），然后再進行精加工，以確保零件的精度。 ? ⑶ 鑄件的裂紋及防止 ? 如果鑄造內(nèi)應力超過合金的強度極限時，鑄件便會產(chǎn)生裂紋。裂紋分為 熱裂和冷裂 兩種。 ? ① 熱裂： 熱裂是在凝固后期高溫下形成的，主要是由于收縮受到機械阻礙作用而產(chǎn)生的。 ? 特點： 裂紋短、形狀曲折、縫隙寬、斷面有嚴重氧化、無金屬光澤、裂紋沿晶界產(chǎn)生和發(fā)展等，在鑄鋼和鋁合金鑄件中常見。 ? 防止措施： 除了使鑄件的結(jié)構(gòu)合理外，還應合理選用型砂或芯砂的鉆結(jié)劑，以改善其退讓性；大的型芯可采用中空結(jié)構(gòu)或內(nèi)部填以焦炭；嚴格限制鑄鋼和鑄鐵中硫的含量，選用收縮率小的合金。 ? ②冷裂： 冷裂是在較低溫度下，由于熱應力和收縮應力的綜合作用形成的，常出現(xiàn)在鑄件受拉伸部位，特別是有應力集中的地方（如內(nèi)尖角處和縮孔、氣孔及其非金屬夾雜物的附近）。 ? 特點： 裂縫細小，呈連續(xù)直線狀，縫內(nèi) l幾凈，有時呈輕微氧化色。壁厚差別大，形狀復雜或大而薄的鑄件易產(chǎn)生冷裂。 ? 防止措施 ：凡是能減少鑄造內(nèi)應力或降低合金脆性的因素，都能防止冷裂的形成。同時在鑄鋼和鑄鐵中要嚴格控制合金中的磷含量。 ? 此外，設(shè)置防裂筋可有效防止鑄造裂紋如圖 118所示 ； ? 三、合金的吸氣性 ? 液態(tài)合金中吸入的氣體，如果在冷凝過程中不能逸出，滯留在金屬中，將在鑄件內(nèi)形成 氣孔 。 ? 氣孔破壞了金屬的連續(xù)性，減少了其承載的有效截面積，并在氣孔附近引起應力集中，降低了鑄件的力學性能。 ? 按照氣體的來源可分為：侵入氣孔、析出氣孔和反應氣孔三類。 1. 侵入氣孔 砂型和型芯中的氣體侵入金屬液中形成的氣孔。 特征： 在砂型和型芯表面附近，尺寸較大，呈橢球形或梨形。 防止： 降低砂型和型芯的發(fā)氣量和增強鑄型的排氣能力。 2. 析出氣體 溶解有氫的金屬液在冷凝過程中，由于氫的溶解度下降，呈過飽和狀態(tài)，于是，結(jié)合成分子以氣泡的形式從金屬液中析出。上浮的氣泡若遇阻礙或金屬液因冷卻而粘度增加等情況，則不能浮出金屬液，鑄件中就形成了析出氣孔。 特征： 氣孔尺寸小，分布面積較廣，甚至遍布整個鑄件面積，而且，用同一種金屬液澆注的所有鑄件均有氣孔，使鑄件成批報廢。 1mm的稱為針孔，危害較大。 防止： 保證爐料入爐前不含水、油、銹等污物，嚴格遵守操作工藝，減少金屬液與空氣的接觸，控制爐氣為中性氣氛。 3. 反應氣孔 液態(tài)金屬與鑄型材料、芯撐、冷鐵或熔渣之間發(fā)生化學反應而形成的氣體。 特征： 在芯撐、冷鐵附近形成氣孔。 防止： 芯撐、冷鐵表面不得有銹蝕、油污，并保持干燥。 序號 影響因素 定 義 影 響 原 因 1 合金的流動性 液態(tài)金屬本身的流動能 力 流動性好，易于澆出輪廓清晰，薄而復雜的鑄 件；有利于非金屬夾雜物和氣體的上浮和排 除；易于對鑄件的收縮進行補縮 2 澆注溫度 澆注時金屬液的溫度 澆注溫度愈高，充型能力愈強 3 充型壓力 金屬液體在流動方向 上所受的壓力 壓力愈大，充型能力愈強。但壓力過大或充型 速度過高時，會發(fā)生噴射、飛濺和冷隔現(xiàn)象 4 鑄型中的氣體 澆注時因鑄型發(fā)氣而 形成在鑄型內(nèi)的氣體 能在金屬液與鑄型間產(chǎn)生氣膜，減小摩擦阻 力，但發(fā)氣太大，鑄型的排氣能力又小時，鑄 型中的氣體壓力增大，阻礙金屬液的流動 5 鑄型的蓄熱系數(shù) 鑄型從其中的金屬吸 取并存儲在本身中熱 量的能力 蓄熱系數(shù)愈大，鑄型的激冷能力就愈強，金屬 液于其中保持液態(tài)的時間就愈短，充型能力下 降 6 鑄型溫度 鑄型在澆注時的溫度 溫度愈高，液態(tài)金屬與鑄型的溫差就愈小，充 型能力愈強 7 澆注系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 各澆道的結(jié)構(gòu)復雜情況 結(jié)構(gòu)愈復雜，流動阻力愈大，充型能力愈差 8 鑄件的折算厚度 鑄件體積與表面積之比 折算厚度大，散熱慢，充型能力好 9 鑄件復雜程度 鑄件結(jié)構(gòu)復雜狀況 結(jié)構(gòu)復雜，流動阻力大，鑄型充填困難 表 2 影響充型能力的因素和原因 習題 ? 6題。