【正文】 屬逐步冷卻凝固成形。 幾乎各種合金 ， 各種尺寸 、 形狀 、重量和數(shù)量的鑄件都能生產(chǎn)； 3） 成本較低 。 鑄造的缺點(diǎn)： 2） 鑄件的機(jī)械性能較低 。 4） 勞動(dòng)條件較差 ,勞動(dòng)強(qiáng)度較大 。 機(jī)床 、 內(nèi)燃機(jī) 、 重型機(jī)器 機(jī) 械 類 別 風(fēng)機(jī) 、 壓縮機(jī) 拖拉機(jī) 農(nóng)業(yè)機(jī)械 汽車 % 70~90 60 ~ 80 50 ~ 70 40 ~ 70 20 ~ 30 表 21 各類機(jī)械工業(yè)中鑄件重量比 鑄造在機(jī)械制造業(yè)中應(yīng)用十分廣泛 ， 在各種類型的機(jī)器設(shè)備中鑄件占很大比重 。 第 1節(jié) 液態(tài)成形理論基礎(chǔ) 金屬的凝固 金屬與合金的鑄造性能 鑄造性能對(duì) 鑄件質(zhì)量的影響 金屬的凝固 1. 液態(tài)金屬的結(jié)構(gòu)與性質(zhì) 1） 液態(tài)金屬的結(jié)構(gòu)： 固態(tài)金屬經(jīng)加熱變?yōu)槿廴跔顟B(tài)即得液態(tài)金屬 ， 是由呈有序排列的游動(dòng)原子集團(tuán)組成 ， 其結(jié)構(gòu)與原有固體結(jié)構(gòu)相似 ， 但熱運(yùn)動(dòng)劇烈 ， 溫度越高 ， 熱運(yùn)動(dòng)越劇烈 ， 原子集團(tuán)越小 ， 游動(dòng)越快 。 2. 液態(tài)金屬的凝固 液態(tài)金屬由液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)的過程 ， 包括形核和長(zhǎng)大兩個(gè)過程 。 3. 鑄件的凝固方式 在鑄件凝固過程中 ， 鑄件斷面上存在三個(gè)區(qū)域 ， 即固相區(qū) 、 凝固區(qū)和液相區(qū) 。鑄件的凝固方式也可根據(jù)凝固區(qū)的寬窄來劃分 ， 如圖 21。 鑄件質(zhì)量與凝固方式有關(guān) ， 逐層凝固時(shí) ， 合金充型能力強(qiáng) （ 流動(dòng)性好 ） ， 便于防止縮孔 、 縮松 。 4. 影響鑄件凝固方式的因素 1） 合金的結(jié)晶溫度范圍 : 結(jié)晶溫度范圍越小 ， 凝固區(qū)域越窄 ， 越傾向于逐層凝固 。 2）鑄件的溫度梯度： 在合金的結(jié)晶溫度范圍已定時(shí)，若鑄件的溫度梯度由小變大，則凝固區(qū)由寬變窄，傾向于逐層凝固。 圖 22 溫度梯度對(duì)凝固區(qū)域的影響 鑄件溫度梯度主要取決于： a)合金的性質(zhì) 。 b) 鑄型的蓄熱能力 越強(qiáng) ， 激冷能力越強(qiáng) ， 溫度梯度越大 ， 如金屬型鑄造易得致密組織 。 金屬與合金的鑄造性能 鑄造性能 是表示合金鑄造成形獲得優(yōu)質(zhì)鑄件的能力；用 充型能力 、 收縮性 等來衡量 。 主要影響因素有： 圖 23 螺旋形標(biāo)準(zhǔn)試樣 1. 金屬或合金的流動(dòng)性 流動(dòng)性是熔融金屬的流動(dòng)能力 ， 合金的流動(dòng)性用澆注流動(dòng)性試樣的方法來衡量 ， 一般采用如圖 23所示的螺旋形試樣 。 決定合金流動(dòng)性的主要因素有 ： 1） 合金的種類 。 同種合金 ， 成分不同 ， 其結(jié)晶特點(diǎn)不同 ， 流動(dòng)性也不同 。而亞共晶合金 ， 為中間凝固方式 ， 復(fù)雜枝晶阻礙流動(dòng) ， 故流動(dòng)性差 ， 如圖 25b所示 。 固態(tài)夾雜物使粘度增加 ， 流動(dòng)性下降；如灰鐵中的 MnS；含氣量越少 ， 流動(dòng)性越好 。故提高澆注溫度能有效提高充型能力；但過高吸氣量和總收縮大 ， 易產(chǎn)生鑄造缺陷 。 生產(chǎn)中薄壁件常采用較高溫度 ， 厚壁件采用較低澆注溫度 。 壓力越大 ， 充型能力越強(qiáng) 。 合金的收縮 收縮 。 通常用體收縮率或線收縮率來表示： 體收縮率 ? ? %100%100 10010 ?????? ttVVVVV ??線收縮率 ? ? %100%100 10010 ?????? ttlllll ??式中 、 —— 合金在 、 時(shí)的體積 （ ） ； 、 —— 合金在 、 時(shí)的長(zhǎng)度 （ ） ； 、 —— 合金在 至 溫度范圍內(nèi)的體收縮系數(shù) 0V1 0t1t 3m和線收縮系數(shù) （ ） 0l1l 0t0t1t1tl?V C0合金的收縮過程可分為三個(gè)階段：如圖 26所示 。 指合金從澆注溫度冷卻到液相線溫度過程中的收縮 。 指合金在液相線和固相線之間凝固階段的收縮 。 液態(tài)和凝固收縮時(shí)金屬液體積縮小 ， 是形成縮孔和縮松的基本原因 。 指合金從固相線溫度冷卻到室溫時(shí)的收縮 。 它對(duì)鑄件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 。 2） 澆注溫度越高 ， 過熱度越大 ， 收縮越大 。 收縮是造成縮孔 、 縮松 、 應(yīng)力 、 變形和裂紋的基本原因 。 鑄造性能對(duì)鑄件質(zhì)量的影響 縮孔和縮松 凝固結(jié)束后在鑄件某些部位出現(xiàn)的孔洞 。 縮孔縮松可使鑄件力學(xué)性能大大降低 ， 以致成為廢品 。 縮孔產(chǎn)生的部位在鑄件最后凝固區(qū)域 ， 此區(qū)域也稱熱節(jié) 。 形成過程如圖 27所示 ： 1. 縮孔和縮松的形成 圖 27 縮孔形成過程示意圖 （ 2） 縮松的形成 其基本原因也是液態(tài)收縮和凝固收縮大于固態(tài)收縮 。 形成過程如圖 28所示 。 圖 28 縮松形成過程示意圖 （ 3） 縮孔縮松的形成規(guī)律 1） 合金的液態(tài)收縮和凝固收縮越大 （ 如鑄鋼 、 白口鐵等 ） ， 鑄件越易形成縮孔 。 3） 結(jié)晶溫度范圍寬的合金 ， 傾向于糊狀凝固 ， 易形成縮松 。 2. 縮孔和縮松的防止 一定成分的合金 ， 縮孔 、 縮松的數(shù)量可以相互轉(zhuǎn)化 ， 但其總?cè)莘e基本一定 ， 如圖 29所示 。 （ 1） 按照順序凝固原則進(jìn)行凝固 是指采用各種工藝措施 ， 使鑄件上從遠(yuǎn)離冒口的部分到冒口之間建立一個(gè)逐漸遞增的溫度梯度 ， 從而實(shí)現(xiàn)由遠(yuǎn)離冒口的部分向冒口的方向順序地凝固 ， 如圖 210所示 ，使縮孔轉(zhuǎn)移到冒口中 。 適用于收縮大或壁厚差別大 ， 易產(chǎn)生縮孔的合金鑄件 ， 如鑄鋼 、 高強(qiáng)度灰鑄鐵 、 可鍛鑄鐵等 。 冷鐵 ， 用鑄鐵 、 鋼 、 銅等材料制成的激冷物 。 補(bǔ)貼 ， 在鑄件壁上部靠近冒口處增加一個(gè)楔型厚度 ，使鑄件壁厚變成朝冒口逐漸增厚的形狀 ， 即造成一個(gè)向冒口逐漸遞增的溫度梯度 ， 增大補(bǔ)縮距離 。 圖 211 冒口冷鐵的作用 鑄造應(yīng)力 鑄造應(yīng)力 :鑄件的固態(tài)收縮受到阻礙而引起的內(nèi)應(yīng)力 。 機(jī)械阻礙 ：鑄型 、 型芯對(duì)鑄件收縮的阻礙 ,由 其引起的應(yīng)力稱 機(jī)械應(yīng)力 （ 收縮應(yīng)力 ） 。 殘留熱應(yīng)力和合金的彈性模量 、 線收縮系數(shù) 、 鑄件各部分壁厚差別及溫度差成正比 。 由機(jī)械阻礙產(chǎn)生 ， 一般都是拉應(yīng)力 ， 在形成應(yīng)力的原因消除時(shí) ， 應(yīng)力也隨之消除 。 如圖 213所示 。 盡量避免牽制收縮的結(jié)構(gòu) ， 如壁厚均勻 ， 壁之間連接均勻等 。 3） 采用同時(shí)凝固的工藝 。 主要用于收縮較小的普通灰鑄鐵 、 結(jié)晶范圍大 ， 不易實(shí)現(xiàn)冒口補(bǔ)縮 ， 對(duì)氣密性要求不高的錫青銅鑄件等 。 5） 對(duì)鑄件進(jìn)行時(shí)效處理 。 鑄件的變形與裂紋 殘留鑄造應(yīng)力超過鑄件材料的屈服極限時(shí)產(chǎn)生的翹曲變形 。 再 如圖 217所示的車床床身的變形 。 ： 當(dāng)鑄造應(yīng)力超過金屬的強(qiáng)度極限時(shí) ， 鑄件便產(chǎn)生裂紋 。 1） 熱裂 在凝固末期高溫下形成的裂紋 。 產(chǎn)生原因： 凝固末期 ， 合金絕大部分已成固體 ， 但強(qiáng)度和塑性很低 ， 當(dāng)鑄件受到機(jī)械阻礙產(chǎn)生很小的鑄造應(yīng)力就能引起熱裂 。 防止熱裂的措施： ? 應(yīng)盡量選用凝固溫度范圍小 、 熱裂傾向小的合金； ? 提高鑄型 、 型芯的退讓性 ， 減小機(jī)械應(yīng)力； ?合理設(shè)計(jì)澆道 、 冒口； ?對(duì)于鑄鋼 、 鑄鐵件 ， 嚴(yán)格控制硫含量 ， 防止熱脆性 。其表面光滑 ， 具有金屬光澤或呈微氧化色 ， 裂紋穿過晶粒而發(fā)生 ， 外形規(guī)則 ， 常是圓滑曲線或直線 。 思考題： ？ 它可以用哪些性能來衡量 ？ 鑄造性能不好 ， 會(huì)引起哪些缺陷 ？ 218所示鑄件： 1） 哪些是自由收縮 ， 哪些是受阻收縮 ？ 2） 受阻收縮的鑄件形成哪一類鑄造應(yīng)力 ？ 3）圖示各點(diǎn)應(yīng)力屬于什么性質(zhì) （ 拉應(yīng)力 、 壓應(yīng)力 ） ？ 圖 218 鑄件 砂型鑄造是應(yīng)用最廣的鑄造方法 ， 約占總產(chǎn)量的80%以上 ， 其基本工藝過程如下： 第 2節(jié) 砂型鑄造方法 零件圖 鑄造工藝圖 模樣圖 、 芯盒圖 、 鑄型裝配圖 制造模樣及芯盒 混制芯砂 預(yù)處理造型材料 混制型砂 造型 制芯 準(zhǔn)備爐料 熔煉金屬 澆注 化驗(yàn) 落砂 、 清理 檢驗(yàn) 熱處理 合格鑄件 合型 烘干鑄型 烘干芯子 造型和制芯是砂型鑄造最基本的工序 ， 按照緊實(shí)型砂和起模的方法 ， 可分為手工造型和機(jī)器造型兩大類 。 手工造型特點(diǎn)：操作靈活 ， 工藝裝備 （ 模樣 、 芯盒 、 砂箱 ） 簡(jiǎn)單 ， 生產(chǎn)準(zhǔn)備時(shí)間短 ， 適應(yīng)性強(qiáng) ， 可用于各種大小形狀的鑄件 。 手工造型按模樣特征可分為：整模造型 ， 分模造型 、活塊造型 、 挖砂造型 、 假箱造型 、 刮板造型；按砂箱特征分：兩箱造型 、 三箱造型 、 脫箱造型 、 地坑造型 。 為省卻挖砂操作 ， 在造