第二篇热加工.ppt

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1、第二篇 热加工第一章第一章 铸造铸造第二章第二章 金属压力加工金属压力加工第三章第三章 焊接焊接第一章 铸造w熔炼金属，制造铸型，将熔化的金属液浇注到具有和零件形状相适应的铸型空腔中，凝固后获得一定形状铸件的工艺方法称为铸造。w铸造生产中，最基本的方法是砂型铸造，目前，用砂型浇注的铸件约占铸件总重量的%以上，除一般砂型铸造以外还有许多种特种铸造方法，如熔模铸造、金属型铸造、压力铸造、离心铸造、低压铸造、壳型铸造等。w一、铸造生产的优点w用铸造方法可制成形状复杂，特别是具有复杂内腔的毛坯，如箱体、汽缸体、机座、机床床身等。第一章 铸造w铸造的适应性广，工业中常用的金属材料，如碳铸造的适应性广，工

2、业中常用的金属材料，如碳素钢、合金钢、铸铁、青铜、黄铜、铝合金等，都素钢、合金钢、铸铁、青铜、黄铜、铝合金等，都可以用于铸造。其中应用十分广泛的铸铁，只能用可以用于铸造。其中应用十分广泛的铸铁，只能用铸造的方法来制造毛坯。铸件的重量可以为几克或铸造的方法来制造毛坯。铸件的重量可以为几克或重达数百吨，铸件的壁厚可由重达数百吨，铸件的壁厚可由1mm1mm到到1m1m左右。在大左右。在大件的生产中铸造的优越性尤为显著。件的生产中铸造的优越性尤为显著。w铸造所用的原材料大都来源广泛，价格低廉，并铸造所用的原材料大都来源广泛，价格低廉，并可直接用报废的机件、废钢和切屑做原料。在一般可直接用报废的机件、废

3、钢和切屑做原料。在一般情况下，铸造设备需要的投资少。因此铸件的成本情况下，铸造设备需要的投资少。因此铸件的成本低廉。低廉。w铸件的形状和尺寸与零件非常接近，因而节约金铸件的形状和尺寸与零件非常接近，因而节约金属，并减少了切削加工的工作量。属，并减少了切削加工的工作量。第一章 铸造w二、铸造生产目前存在的问题二、铸造生产目前存在的问题w同种金属材料制成的铸件，其机械性能不如锻件同种金属材料制成的铸件，其机械性能不如锻件高。这是由于铸造组织粗大，且内部常有缩孔、缩高。这是由于铸造组织粗大，且内部常有缩孔、缩松、气孔和砂眼等缺陷，这就使得铸件笨重，增加松、气孔和砂眼等缺陷，这就使得铸件笨重，增加了机

4、器设备的重量。了机器设备的重量。w铸造工序多，一些工艺过程还难以精确地控制，铸造工序多，一些工艺过程还难以精确地控制，使得铸件质量不够稳定，废品率较高。使得铸件质量不够稳定，废品率较高。w在砂型铸造中，特别是在单件、小批量生产中，在砂型铸造中，特别是在单件、小批量生产中，铸件的表面质量不高。工人的劳动环境、条件差，铸件的表面质量不高。工人的劳动环境、条件差，劳动强度高。劳动强度高。w随着现代铸造技术的不断发展，这些缺点正在逐步随着现代铸造技术的不断发展，这些缺点正在逐步地得到改善。地得到改善。第一章 铸造w由于铸造生产有许多优点，在工业生产中得到广泛由于铸造生产有许多优点，在工业生产中得到广泛

5、的应用。在机器设备中，铸件所占比重很大，如机的应用。在机器设备中，铸件所占比重很大，如机床、内燃机中，铸件占总重量的床、内燃机中，铸件占总重量的7090%，拖拉机，拖拉机占占5070%，农业机械占，农业机械占4070%。w近年来，由于精密铸造的迅速发展，铸件的表面质近年来，由于精密铸造的迅速发展，铸件的表面质量有了很大提高，精度可达量有了很大提高，精度可达IT10IT11，表面粗糙，表面粗糙度可达度可达Ra0.8，成为无切屑加工的重要方法之一。，成为无切屑加工的重要方法之一。同时，由于球墨铸铁等新型铸造合金的普遍采用，同时，由于球墨铸铁等新型铸造合金的普遍采用，以及小型铸钢件的推广，铸件的机械

6、性能显著提高，以及小型铸钢件的推广，铸件的机械性能显著提高，使用范围也在日益扩大。使用范围也在日益扩大。第一节 铸造工艺基础w一、液态合金的充型一、液态合金的充型w液态合金填充铸型的过程，称为液态合金的充型。将液态合金填充铸型的过程，称为液态合金的充型。将铸型型腔充满是获得形状完整、轮廓清晰铸件的基本铸型型腔充满是获得形状完整、轮廓清晰铸件的基本条件。条件。w如果液态合金是在纯液态下填充铸型型腔，便可以得如果液态合金是在纯液态下填充铸型型腔，便可以得到结构完整的铸件；如果液态合金在填充铸型的流动到结构完整的铸件；如果液态合金在填充铸型的流动过程中伴随着结晶过程，则液态合金的粘度增大、流过程中伴

7、随着结晶过程，则液态合金的粘度增大、流动性下降，结晶形成的晶粒有可能堵塞充型通道，严动性下降，结晶形成的晶粒有可能堵塞充型通道，严重时液态合金被迫停止向前流动，这种情况下，会产重时液态合金被迫停止向前流动，这种情况下，会产生浇不到（足）或冷隔等铸造缺陷。生浇不到（足）或冷隔等铸造缺陷。w将液态合金充满铸型型腔，获得形状完整、轮廓清晰将液态合金充满铸型型腔，获得形状完整、轮廓清晰铸件的能力，称为液态合金的充型能力。铸件的能力，称为液态合金的充型能力。第一节 铸造工艺基础w影响液态合金充型能力的因素：影响液态合金充型能力的因素：w合金的流动性合金的流动性w合金的流动性是指液态合金本身的流动能力，是

8、铸合金的流动性是指液态合金本身的流动能力，是铸造性能之一，合金的流动性越好，充型能力越强，造性能之一，合金的流动性越好，充型能力越强，便于浇注出轮廓清晰、薄而复杂的铸件。便于浇注出轮廓清晰、薄而复杂的铸件。w浇注条件浇注条件w浇注温度浇注温度 浇注温度对液态合金的充型能力有显浇注温度对液态合金的充型能力有显著影响。在一定温度范围内，充型能力随着温度的著影响。在一定温度范围内，充型能力随着温度的升高而明显增强。若超过此界限，由于温度过高，升高而明显增强。若超过此界限，由于温度过高，液态合金吸气增多、氧化严重，充型能力提高幅度液态合金吸气增多、氧化严重，充型能力提高幅度不断减小，甚至降低。不断减小

9、，甚至降低。第一节 铸造工艺基础w充型压力 液态合金流动时所受的正压力称为充型压力，充型压力越大，流动速度越快，充型能力越强。砂型铸造中可以用加高直浇道的办法来提高充型压力。其他铸造方法中可用外加压力或利用离心力来提高充型压力。w铸型条件w铸型导热能力 铸型导热能力差，散热慢，合金保持液态的时间长，充型能力好。w铸型阻力 浇注过程中，铸型型腔中的气体若能顺利排除，则可提高液态合金的充型能力；此外，零件的壁厚、型腔的复杂程度对充型能力也有较大影响。第一节 铸造工艺基础w二、铸件的凝固二、铸件的凝固w铸件的凝固铸件的凝固w在铸件凝固过程中，一般存在着固相区、凝固区和在铸件凝固过程中，一般存在着固相

10、区、凝固区和液相区三个区域，其中凝固区是液相与固相共存的液相区三个区域，其中凝固区是液相与固相共存的区域，凝固区的范围宽窄对铸件的质量影响较大，区域，凝固区的范围宽窄对铸件的质量影响较大，按照凝固区的宽窄，分为逐层凝固、中间凝固和体按照凝固区的宽窄，分为逐层凝固、中间凝固和体积凝固三种凝固方式。积凝固三种凝固方式。w逐层凝固逐层凝固 纯金属和共晶成分的合金在恒温下结晶，纯金属和共晶成分的合金在恒温下结晶，凝固过程中，固相和液相的界面分明，也就是铸件凝固过程中，固相和液相的界面分明，也就是铸件截面上的凝固区域的宽度为零。随着温度的下降，截面上的凝固区域的宽度为零。随着温度的下降，固相区不断增大，

11、逐渐到达铸件中心。因此，其凝固相区不断增大，逐渐到达铸件中心。因此，其凝固过程为由外向内的逐层凝固。固过程为由外向内的逐层凝固。第一节 铸造工艺基础w体积凝固体积凝固 当金属的结晶温度范围很宽，或因铸当金属的结晶温度范围很宽，或因铸件截面温度梯度很小，铸件凝固时，其液、固共存件截面温度梯度很小，铸件凝固时，其液、固共存凝固区很宽，甚至贯穿整个铸件截面。凝固区很宽，甚至贯穿整个铸件截面。w中间凝固中间凝固 当金属的结晶温度范围较窄，或结晶当金属的结晶温度范围较窄，或结晶温度范围虽宽，但铸件截面温度梯度大，铸件截面温度范围虽宽，但铸件截面温度梯度大，铸件截面上的凝固区域宽度介于逐层凝固和体积凝固之

12、间。上的凝固区域宽度介于逐层凝固和体积凝固之间。w影响铸件凝固方式主要因素是金属的结晶温度范围影响铸件凝固方式主要因素是金属的结晶温度范围（取决于化学成分）铸件的温度梯度。合金的结晶（取决于化学成分）铸件的温度梯度。合金的结晶温度范围越小，凝固区越窄，越倾向于逐层凝固。温度范围越小，凝固区越窄，越倾向于逐层凝固。当合金成分一定时，铸件截面上的温度梯度越大对当合金成分一定时，铸件截面上的温度梯度越大对应的凝固区域越窄，越趋向于逐层凝固。应的凝固区域越窄，越趋向于逐层凝固。第一节 铸造工艺基础w铸件的晶粒组织铸件的晶粒组织w铸件的晶粒组织是指铸件的晶粒形状和大小而言的。铸件的晶粒组织是指铸件的晶粒

13、形状和大小而言的。根据一次结晶条件的不同，铸件具有不同的晶粒组根据一次结晶条件的不同，铸件具有不同的晶粒组织。织。w图图2-32-3（a a）中铸件的晶粒组织由表面细晶粒区、内）中铸件的晶粒组织由表面细晶粒区、内部柱状晶粒区和中心等轴晶区组成。表面细晶粒区部柱状晶粒区和中心等轴晶区组成。表面细晶粒区由无方向的等轴晶粒组成。浇注后，与铸型接触的由无方向的等轴晶粒组成。浇注后，与铸型接触的一层液态金属强烈过冷，生成大量晶核，并长大为一层液态金属强烈过冷，生成大量晶核，并长大为许多细小的没有方向的细的等轴晶粒。柱状晶区由许多细小的没有方向的细的等轴晶粒。柱状晶区由有方向性的柱状晶粒组成。表面细晶粒区

14、形成后，有方向性的柱状晶粒组成。表面细晶粒区形成后，与型腔壁垂直的方向为导热最强方向，晶核在这个与型腔壁垂直的方向为导热最强方向，晶核在这个方向的长大速度最快，形成柱状晶。方向的长大速度最快，形成柱状晶。第一节 铸造工艺基础w中心等轴晶区由均一的、无方向的等轴晶粒组成。中心等轴晶区由均一的、无方向的等轴晶粒组成。该区的等轴晶粒比表面的细等轴晶粒要粗大。该区的等轴晶粒比表面的细等轴晶粒要粗大。w图图2-3(b)中铸件的晶粒组织由表面细晶粒区和柱状中铸件的晶粒组织由表面细晶粒区和柱状晶区组成。图晶区组成。图2-3(c)中铸件的晶粒组织由单一的等中铸件的晶粒组织由单一的等轴晶区组成。轴晶区组成。w铸

15、件晶粒组织的控制铸件晶粒组织的控制w晶粒组织对铸件力学性能有很大影响。柱状晶本身晶粒组织对铸件力学性能有很大影响。柱状晶本身比较致密，有较高的强度和塑性，但在柱状晶的晶比较致密，有较高的强度和塑性，但在柱状晶的晶界上富集杂质，削弱了晶粒间的联系。因此柱状晶界上富集杂质，削弱了晶粒间的联系。因此柱状晶组织的力学性能有明显的方向性，纵向好，横向差。组织的力学性能有明显的方向性，纵向好，横向差。第一节 铸造工艺基础w等轴晶的晶界面积大，杂质分布较分散，各向的力等轴晶的晶界面积大，杂质分布较分散，各向的力学性能差异小，而且晶粒越细小，铸件的综合力学学性能差异小，而且晶粒越细小，铸件的综合力学性能越好。

16、所以通常希望铸件为细等轴晶粒组织。性能越好。所以通常希望铸件为细等轴晶粒组织。w铸造生产中细化晶粒的主要措施：铸造生产中细化晶粒的主要措施：降低浇注温度、降低浇注温度、提高铸型的激冷能力（如用金属铸型代替砂铸型）；提高铸型的激冷能力（如用金属铸型代替砂铸型）；孕育处理（通过外来晶核增加晶核的数目）；孕育处理（通过外来晶核增加晶核的数目）；采用机械振动、旋转磁场搅拌等方法，使结晶过程采用机械振动、旋转磁场搅拌等方法，使结晶过程中，晶枝折断，从而增加晶核的数目。中，晶枝折断，从而增加晶核的数目。w三、铸件的收缩三、铸件的收缩w合金收缩的三个阶段合金收缩的三个阶段第一节 铸造工艺基础w液态收缩液态收

17、缩 从浇注温度冷却到凝固开始温度的收缩；从浇注温度冷却到凝固开始温度的收缩；w凝固收缩凝固收缩 从凝固开始温度到凝固终止温度的收缩；从凝固开始温度到凝固终止温度的收缩；w固态收缩固态收缩 从凝固终止温度冷却到室温的收缩。从凝固终止温度冷却到室温的收缩。w合金的液态收缩和凝固收缩表现为型腔内液面的降合金的液态收缩和凝固收缩表现为型腔内液面的降低，通常用体积收缩率表示，它们是铸件产生缩孔、低，通常用体积收缩率表示，它们是铸件产生缩孔、缩松缺陷的基本原因。合金的固态收缩表现为铸件缩松缺陷的基本原因。合金的固态收缩表现为铸件尺寸的减小，通常用线收缩率表示。固态收缩是铸尺寸的减小，通常用线收缩率表示。固

18、态收缩是铸件产生内应力、变形和裂纹的根本原因。不同合金件产生内应力、变形和裂纹的根本原因。不同合金的收缩率不同。的收缩率不同。第一节 铸造工艺基础w铸件中的缩孔和缩松铸件中的缩孔和缩松w缩孔与缩松的形成缩孔与缩松的形成w液态合金在冷却凝固过程中，若其液态收缩和凝固液态合金在冷却凝固过程中，若其液态收缩和凝固收缩所缩减的容积得不到补足，则在铸件最后凝固收缩所缩减的容积得不到补足，则在铸件最后凝固的部位形成孔洞。按孔洞的大小和分布的部位形成孔洞。按孔洞的大小和分布 ，可分为缩，可分为缩孔和缩松两类。孔和缩松两类。w缩孔缩孔 缩孔是在铸件最后凝固部位容积大而集中缩孔是在铸件最后凝固部位容积大而集中的

19、孔洞，呈倒圆锥形，内表面粗糙，并常可见到树的孔洞，呈倒圆锥形，内表面粗糙，并常可见到树枝状晶体的末梢。枝状晶体的末梢。w在铸件检查中，若铸件厚大部位的上表面（浇注位在铸件检查中，若铸件厚大部位的上表面（浇注位置）出线内凹，则可以判断内凹下有集中缩孔。置）出线内凹，则可以判断内凹下有集中缩孔。第一节 铸造工艺基础第一节 铸造工艺基础w缩松缩松 细小而分散的缩孔称为缩松。缩松常分布细小而分散的缩孔称为缩松。缩松常分布在铸件轴线区域、厚大部位、冒口根部附近。当缩在铸件轴线区域、厚大部位、冒口根部附近。当缩孔与缩松的容积相同时，缩松的分布面积比缩孔要孔与缩松的容积相同时，缩松的分布面积比缩孔要大的多。

20、缩松的形成是由于被树枝状晶体分隔开的大的多。缩松的形成是由于被树枝状晶体分隔开的小液体区的液态收缩和凝固收缩得不到补足所至。小液体区的液态收缩和凝固收缩得不到补足所至。w缩孔分为宏观缩松和显微缩松两种。宏观缩松是用缩孔分为宏观缩松和显微缩松两种。宏观缩松是用肉眼或放大镜可以看出的小孔，多分布在铸件中心肉眼或放大镜可以看出的小孔，多分布在铸件中心轴线处或缩孔的下方；显微缩松是分布在晶粒之间轴线处或缩孔的下方；显微缩松是分布在晶粒之间的微小孔洞，用显微镜才能观察出来。显微缩松难的微小孔洞，用显微镜才能观察出来。显微缩松难以完全避免，一般铸件不按缺陷对待，但对气密性、以完全避免，一般铸件不按缺陷对待

21、，但对气密性、力学性能或化学性能要求很高的铸件，则必须设法力学性能或化学性能要求很高的铸件，则必须设法减少。减少。 不同铸造合金产不同铸造合金产生缩孔和缩松的倾向生缩孔和缩松的倾向不同。结晶温度范围不同。结晶温度范围小的合金产生集中缩小的合金产生集中缩孔的倾向大，而产生孔的倾向大，而产生缩松的倾向小；反之，缩松的倾向小；反之，结晶温度范围宽的合结晶温度范围宽的合金产生缩孔倾向小，金产生缩孔倾向小，但缩松倾向大。但缩松倾向大。第一节 铸造工艺基础w缩孔和缩松的防止缩孔和缩松的防止w缩孔和缩松使铸件的力学性能下降，因此必须采取缩孔和缩松使铸件的力学性能下降，因此必须采取适当的工艺措施来防止。适当的

22、工艺措施来防止。w液态合金在冷却过程中收缩容积是不能避免的，但液态合金在冷却过程中收缩容积是不能避免的，但铸件的缩孔是可以防止的。只要根据合金的收缩特铸件的缩孔是可以防止的。只要根据合金的收缩特点，合理控制铸件的凝固，使之实现顺序凝固（定点，合理控制铸件的凝固，使之实现顺序凝固（定向凝固）就可以避免缩孔。向凝固）就可以避免缩孔。w顺序凝固就是在铸件可能出现缩孔的热节处，通过顺序凝固就是在铸件可能出现缩孔的热节处，通过增设冒口或冷铁等一系列工艺措施，使铸件远离冒增设冒口或冷铁等一系列工艺措施，使铸件远离冒口的部位先凝固，尔后是靠近冒口部位凝固，最后口的部位先凝固，尔后是靠近冒口部位凝固，最后才是

23、冒口本身凝固。才是冒口本身凝固。按顺序凝固的次序凝按顺序凝固的次序凝固，铸件各个部位的固，铸件各个部位的液态收缩和凝固收缩液态收缩和凝固收缩都能得到液态金属的都能得到液态金属的补足，而将缩孔转移补足，而将缩孔转移到最后凝固的冒口之到最后凝固的冒口之中。冒口为铸件多余中。冒口为铸件多余的部分，在铸件清理的部分，在铸件清理时予以清除。时予以清除。第一节 铸造工艺基础w为了控制铸件的定向凝固，在安放冒口的同时，还为了控制铸件的定向凝固，在安放冒口的同时，还可以在铸件上某些厚大部位增设冷铁。冷铁加快了可以在铸件上某些厚大部位增设冷铁。冷铁加快了这些厚大部位的冷却速度，使之较快凝固并完成补这些厚大部位的

24、冷却速度，使之较快凝固并完成补缩。冷铁通常用钢或铸铁制造。缩。冷铁通常用钢或铸铁制造。w正确估计铸件上缩孔或缩松可能产生的部位是合理正确估计铸件上缩孔或缩松可能产生的部位是合理安置冒口和冷铁的重要依据。在实际生产中常以内安置冒口和冷铁的重要依据。在实际生产中常以内节圆法或等温线法近似地找出缩孔的部位（热节节圆法或等温线法近似地找出缩孔的部位（热节处）。处）。w安放冒口和冷铁，实现定向凝固，虽可有效地防止安放冒口和冷铁，实现定向凝固，虽可有效地防止缩孔和缩松，但却耗费许多合金和工时，加大了铸缩孔和缩松，但却耗费许多合金和工时，加大了铸件的成本。同时，定向凝固扩大了铸件各部分的温件的成本。同时，定

25、向凝固扩大了铸件各部分的温差，增大了铸件变形和开裂的倾向。差，增大了铸件变形和开裂的倾向。第一节 铸造工艺基础w铸造应力、变形和裂纹铸造应力、变形和裂纹w铸件在凝固以后的继续冷却过程中，其固态收缩若铸件在凝固以后的继续冷却过程中，其固态收缩若是受到阻碍，便在铸件内部产生内应力，称为铸造是受到阻碍，便在铸件内部产生内应力，称为铸造内应力。这种应力有时是冷却过程中暂存的，有的内应力。这种应力有时是冷却过程中暂存的，有的一直残留到室温，后者称为残余内应力。铸造应力一直残留到室温，后者称为残余内应力。铸造应力是铸件产生变形、裂纹等缺陷的主要原因。是铸件产生变形、裂纹等缺陷的主要原因。w铸造应力铸造应力

26、w按铸造应力产生的原因，分为热应力和收缩应力。按铸造应力产生的原因，分为热应力和收缩应力。w热应力热应力 热应力是由于铸件壁厚不均匀，各部位热应力是由于铸件壁厚不均匀，各部位冷却速度不同，致使同一时期内铸件各部分收缩不冷却速度不同，致使同一时期内铸件各部分收缩不一致所引起的。下面来分析热应力的形成。一致所引起的。下面来分析热应力的形成。第一节 铸造工艺基础 固态合金高于临界温度（钢和铁为固态合金高于临界温度（钢和铁为620620650650C C以上），处于塑性状态，此以上），处于塑性状态，此时，在较小的应力作用下便可发生塑性时，在较小的应力作用下便可发生塑性变形，其应力在变形后可自行消失。在

27、变形，其应力在变形后可自行消失。在临界温度以下，合金呈弹性状态，此时，临界温度以下，合金呈弹性状态，此时，在应力作用下，仅能发生弹性变形，变在应力作用下，仅能发生弹性变形，变形后应力仍继续存在。形后应力仍继续存在。热应力的形成过热应力的形成过程可分为三个阶段。程可分为三个阶段。第一阶段两杆温度均高于临界温度，处于塑第一阶段两杆温度均高于临界温度，处于塑性状态。此时，杆性状态。此时，杆A的冷却速度和收缩均大的冷却速度和收缩均大于杆于杆B，但两杆为一整体，只能收缩到同一，但两杆为一整体，只能收缩到同一长度，在热应力的作用下，两杆同时发生塑长度，在热应力的作用下，两杆同时发生塑性变形，变形后应力自然

28、消失。性变形，变形后应力自然消失。第二阶段，杆第二阶段，杆A A已处于弹性状态，但杆已处于弹性状态，但杆B B仍处于仍处于塑性状态，此时，杆塑性状态，此时，杆A冷却速度仍大于杆冷却速度仍大于杆B。在热应力的作用下杆在热应力的作用下杆A受到拉伸，杆受到拉伸，杆B受到压受到压缩。由于杆缩。由于杆B处于塑性状态，随着杆处于塑性状态，随着杆B产生塑产生塑性的压缩变形而使应力自行消失。性的压缩变形而使应力自行消失。第三阶段，杆第三阶段，杆B B也进入弹性状态，此时，尽管两杆也进入弹性状态，此时，尽管两杆长度相同，但所处的温度不同，杆长度相同，但所处的温度不同，杆B B的温度较高，的温度较高，在继续的冷却

29、中还要进行较大的收缩。杆在继续的冷却中还要进行较大的收缩。杆A A的温度的温度较低或接近室温收缩趋于停止。因此，在杆较低或接近室温收缩趋于停止。因此，在杆B B降温降温进行固态收缩过程中必然受到杆进行固态收缩过程中必然受到杆A A的强烈阻碍，产的强烈阻碍，产生热应力。在热应力的作用下，杆生热应力。在热应力的作用下，杆B B受到弹性拉长，受到弹性拉长，杆杆A A受到弹性压缩，既杆受到弹性压缩，既杆B B受到拉应力，杆受到拉应力，杆A A受到压受到压应力应力。这种应力一直保留到室温，转化为残余应力。这种应力一直保留到室温，转化为残余应力。第一节 铸造工艺基础w热应力的特征是铸件的厚壁或心部受拉，薄

30、壁或表热应力的特征是铸件的厚壁或心部受拉，薄壁或表层受压。合金固态收缩率越高，铸件的壁厚差越大，层受压。合金固态收缩率越高，铸件的壁厚差越大，热应力也越大。热应力也越大。w减小热应力的基本途径是，尽量减小铸件各部分的减小热应力的基本途径是，尽量减小铸件各部分的温度差，使其均匀的冷却。为此，在设计零件时，温度差，使其均匀的冷却。为此，在设计零件时，应尽量使壁厚均匀。在制订铸造工艺时采取同时凝应尽量使壁厚均匀。在制订铸造工艺时采取同时凝固，即采取措施保证铸件各个部分没有大的温差，固，即采取措施保证铸件各个部分没有大的温差，如将内浇口设置在铸件薄壁处，以增加薄壁处的热如将内浇口设置在铸件薄壁处，以增

31、加薄壁处的热量，减缓其冷却速度。也可以在铸件厚壁处增设冷量，减缓其冷却速度。也可以在铸件厚壁处增设冷铁，以加快厚壁处的冷却速度。铁，以加快厚壁处的冷却速度。第一节 铸造工艺基础w收缩收缩应力应力 它是铸件固态收缩时受到铸型和型芯它是铸件固态收缩时受到铸型和型芯的阻碍所产生的应力也称为机械应力。的阻碍所产生的应力也称为机械应力。w在砂型铸造中，通过提高砂型和砂芯的退让性，可在砂型铸造中，通过提高砂型和砂芯的退让性，可以减少收缩应力。以减少收缩应力。w收缩应力是暂时的，铸件经落砂后可自行消除。但收缩应力是暂时的，铸件经落砂后可自行消除。但它可与热应力共同作用，增大某些部位的应力，增它可与热应力共同

32、作用，增大某些部位的应力，增加铸件裂纹的倾向。加铸件裂纹的倾向。第一节 铸造工艺基础w铸件的变形和防止铸件的变形和防止w具有内应力的铸件是不稳定的，将自发的通过变形具有内应力的铸件是不稳定的，将自发的通过变形来释放应力，以趋稳定状态。因此，铸件由于内应来释放应力，以趋稳定状态。因此，铸件由于内应力的作用，常常发生不同程度的变形，变形方向同力的作用，常常发生不同程度的变形，变形方向同应力符号相反。应力符号相反。w为防止铸件变形，应尽可能使铸件壁厚均匀或对称。为防止铸件变形，应尽可能使铸件壁厚均匀或对称。此外，在铸造工艺上应采取措施，使之同时凝固。此外，在铸造工艺上应采取措施，使之同时凝固。有时，

33、对易变形的铸件，可采用反变形法，即在制有时，对易变形的铸件，可采用反变形法，即在制造模型时，做出造模型时，做出“反挠量反挠量”，用来抵消铸件的变形。，用来抵消铸件的变形。对于重要铸件，机加工前必须进行时效处理。包括对于重要铸件，机加工前必须进行时效处理。包括自然时效和人工时效。人工时效是将铸件加热到自然时效和人工时效。人工时效是将铸件加热到550650550650C C进行去应力退火。进行去应力退火。第一节 铸造工艺基础w铸件的裂纹与防止铸件的裂纹与防止w铸造过程中，当铸件的内部应力超过此时金属的抗铸造过程中，当铸件的内部应力超过此时金属的抗拉强度，铸件就会产生裂纹，裂纹是铸件的严重缺拉强度，

34、铸件就会产生裂纹，裂纹是铸件的严重缺陷，必须防止。铸造裂纹分为热裂纹和冷裂纹。陷，必须防止。铸造裂纹分为热裂纹和冷裂纹。w热裂纹是在固相线附近形成的裂纹。其形状特征是：热裂纹是在固相线附近形成的裂纹。其形状特征是：裂纹短、缝隙宽、形状曲折、缝内表面呈氧化色，裂纹短、缝隙宽、形状曲折、缝内表面呈氧化色，热裂纹是铸钢件和铝合金铸件常见的缺陷。研究发热裂纹是铸钢件和铝合金铸件常见的缺陷。研究发现，在凝固末期，结晶出来的晶体已形成完整的骨现，在凝固末期，结晶出来的晶体已形成完整的骨架，开始固态收缩，但晶粒之间还有少量液体相，架，开始固态收缩，但晶粒之间还有少量液体相，形成液膜，强度很低。如果固态收缩受

35、到砂型或砂形成液膜，强度很低。如果固态收缩受到砂型或砂芯的阻碍，收缩应力超过其抗拉强度，即产生热裂芯的阻碍，收缩应力超过其抗拉强度，即产生热裂纹。纹。第一节 铸造工艺基础w总之，零件的结构不合理、合金的收缩率高、型砂总之，零件的结构不合理、合金的收缩率高、型砂或芯砂的退让性差，合金的高温强度低等，都使铸或芯砂的退让性差，合金的高温强度低等，都使铸件易于产生热裂纹。件易于产生热裂纹。w为防止热裂纹，除正确设计零件结构外，应合理地为防止热裂纹，除正确设计零件结构外，应合理地选用型砂和芯砂的黏结剂，以改善其退让性。因硫选用型砂和芯砂的黏结剂，以改善其退让性。因硫能增加钢的热淬性，应限制钢和铸铁中硫的

36、含量。能增加钢的热淬性，应限制钢和铸铁中硫的含量。w冷裂纹是低温下形成的裂纹，裂纹的形状特征是：冷裂纹是低温下形成的裂纹，裂纹的形状特征是：裂纹细小、呈连续直线、有时缝内呈轻微氧化色。裂纹细小、呈连续直线、有时缝内呈轻微氧化色。冷裂纹经常出现在复杂铸件受拉应力的部位，特别冷裂纹经常出现在复杂铸件受拉应力的部位，特别是应力集中处（如尖角处、缩孔、气孔、夹渣等缺是应力集中处（如尖角处、缩孔、气孔、夹渣等缺陷附近）。壁厚差悬殊、结构复杂的铸件易于发生陷附近）。壁厚差悬殊、结构复杂的铸件易于发生冷裂。冷裂。不同的铸造合金冷裂纹倾向不同。灰铸铁、白口不同的铸造合金冷裂纹倾向不同。灰铸铁、白口铸铁、高锰钢

37、等塑性差的合金较易产生冷裂纹。铸铁、高锰钢等塑性差的合金较易产生冷裂纹。钢中磷的质量分数越高，越容易产生冷裂纹，因钢中磷的质量分数越高，越容易产生冷裂纹，因此，在合金熔炼中必须严格加以控制。此，在合金熔炼中必须严格加以控制。第一节 铸造工艺基础w四、铸件中的气孔四、铸件中的气孔w气孔是气体在铸件中形成的孔洞。气孔破坏了合金气孔是气体在铸件中形成的孔洞。气孔破坏了合金的完整性，减少了铸件的有效承载截面积，并在气的完整性，减少了铸件的有效承载截面积，并在气孔周围引起应力集中，因而降低了铸件的强度。对孔周围引起应力集中，因而降低了铸件的强度。对承受液压或气压的铸件，气孔会显著降低其气密性。承受液压或

38、气压的铸件，气孔会显著降低其气密性。根据气体的来源，气孔可分为析出气孔、侵入气孔根据气体的来源，气孔可分为析出气孔、侵入气孔和反应气孔。和反应气孔。w析出气孔析出气孔w液态合金在冷却、凝固过程中，因气体溶解度下降，液态合金在冷却、凝固过程中，因气体溶解度下降，析出的气体来不及排除，而保留在铸件中形成的气析出的气体来不及排除，而保留在铸件中形成的气孔，称为析出气孔。孔，称为析出气孔。第一节 铸造工艺基础w在熔化和浇注过程中，液态合金很难与气体隔离，在熔化和浇注过程中，液态合金很难与气体隔离，如如H H2 2、NN2 2、OO2 2气体可以从炉料和炉气进入液态合金气体可以从炉料和炉气进入液态合金中

39、。其中更易溶解于合金中。气体在合金中的溶解中。其中更易溶解于合金中。气体在合金中的溶解度，随温度下降而减小。析出的气体若不能从铸型度，随温度下降而减小。析出的气体若不能从铸型排除，则在铸件中形成气孔。析出气孔的特征多为排除，则在铸件中形成气孔。析出气孔的特征多为分散小圆孔，表面光亮，直径为分散小圆孔，表面光亮，直径为0.50.52.0mm0mm，或者，或者更大，分布较广，有时遍及整个铸件截面，均匀分更大，分布较广，有时遍及整个铸件截面，均匀分布。布。w侵入气孔侵入气孔w侵入气孔是由于铸型表面层聚集的气体侵入液态合侵入气孔是由于铸型表面层聚集的气体侵入液态合金而形成的。侵入气孔中的气体主要来自造

40、型材料金而形成的。侵入气孔中的气体主要来自造型材料中的水分、黏结剂和各种附加物。中的水分、黏结剂和各种附加物。第一节 铸造工艺基础w当液态合金浇入铸型后，铸型表层的水分汽化，黏当液态合金浇入铸型后，铸型表层的水分汽化，黏结剂和各种附加物的燃烧产生了大量气体，当气压结剂和各种附加物的燃烧产生了大量气体，当气压超过了液态合金静压力时，就侵入到液态合金中，超过了液态合金静压力时，就侵入到液态合金中，侵入的气泡留在铸件内部就形成气孔。侵入气孔的侵入的气泡留在铸件内部就形成气孔。侵入气孔的特征是多位于铸件局部表面附近，尺寸较大，呈椭特征是多位于铸件局部表面附近，尺寸较大，呈椭圆形或梨形。预防侵入气孔的基

41、本途径是降低型砂、圆形或梨形。预防侵入气孔的基本途径是降低型砂、芯砂的发气量和提高铸型的排气能力。芯砂的发气量和提高铸型的排气能力。w反应气孔反应气孔w液态合金与铸型、冷铁、芯撑或熔渣之间，因化学液态合金与铸型、冷铁、芯撑或熔渣之间，因化学反应产生气体而形成的气孔。反应产生气体而形成的气孔。w FeFe3 3O O4 4+4C+4C3Fe+4CO3Fe+4CO w冷铁、芯撑表面不得有锈蚀、油污，并应保持干燥。冷铁、芯撑表面不得有锈蚀、油污，并应保持干燥。第二节 常用合金的铸造w一、合金的铸造性能一、合金的铸造性能w合金的铸造性能是指合金在铸造过程中，获得合格合金的铸造性能是指合金在铸造过程中，

42、获得合格铸件的难易程度的工艺性能。主要包括合金的流动铸件的难易程度的工艺性能。主要包括合金的流动性、收缩性和吸气性能等。合金的流动性越好，收性、收缩性和吸气性能等。合金的流动性越好，收缩越小、吸气性越低，则合金的铸造性能越好，越缩越小、吸气性越低，则合金的铸造性能越好，越容易获得合格铸件。容易获得合格铸件。w流动性流动性w合金的流动性是指合金本身的流动能力。合金的流合金的流动性是指合金本身的流动能力。合金的流动性好，易于充满铸型，同时，有利于非金属夹杂动性好，易于充满铸型，同时，有利于非金属夹杂物和气体的上浮与排除物和气体的上浮与排除 ，还有利于对合金在凝固过，还有利于对合金在凝固过程中的补缩

43、。程中的补缩。第二节 常用合金的铸造w影响流动性的因素很多，其中以化学成分最为显著。影响流动性的因素很多，其中以化学成分最为显著。结晶的温度范围越窄其流动性越好。因此纯金属和共结晶的温度范围越窄其流动性越好。因此纯金属和共晶成分的合金流动性最好。晶成分的合金流动性最好。w收缩性收缩性w液态合金从填充铸型、凝固直到冷却至室温的过程中，液态合金从填充铸型、凝固直到冷却至室温的过程中，其体积或尺寸减小的现象，称为收缩。液态收缩和凝其体积或尺寸减小的现象，称为收缩。液态收缩和凝固收缩用体积收缩率表示，固态收缩率用线收缩率表固收缩用体积收缩率表示，固态收缩率用线收缩率表示。合金的总收缩率为液态收缩、凝固

44、收缩和固态收示。合金的总收缩率为液态收缩、凝固收缩和固态收缩的总和。不同的合金的收缩率是不相同的。在常用缩的总和。不同的合金的收缩率是不相同的。在常用合金中，铸钢收缩率最大，灰铸铁最小。灰铸铁中含合金中，铸钢收缩率最大，灰铸铁最小。灰铸铁中含有大量片状石墨，石墨的比容大，在结晶过程中，析有大量片状石墨，石墨的比容大，在结晶过程中，析出石墨所产生的体积膨胀，抵消了部分收缩。出石墨所产生的体积膨胀，抵消了部分收缩。 第二节 常用合金的铸造w二、铸铁件的生产二、铸铁件的生产w铸铁是含碳量大于铸铁是含碳量大于11 11%的铁碳合金。根据碳的存的铁碳合金。根据碳的存在形式，铸铁可分为白口铸铁和灰铸铁。白

45、口铸铁在形式，铸铁可分为白口铸铁和灰铸铁。白口铸铁中的碳主要以中的碳主要以FeFe3 3C C形式存在，这种铸铁硬而脆，难形式存在，这种铸铁硬而脆，难以切削加工，断口呈银白色，一般用来制造非强烈以切削加工，断口呈银白色，一般用来制造非强烈冲击工况下的耐磨件。灰铸铁中的碳主要以石墨形冲击工况下的耐磨件。灰铸铁中的碳主要以石墨形式存在，这种铸铁的断口呈暗灰色，用来生产结构式存在，这种铸铁的断口呈暗灰色，用来生产结构件。件。w在灰铸铁中，按石墨存在的形态，可分为普通灰铸在灰铸铁中，按石墨存在的形态，可分为普通灰铸铁、球墨铸铁、可锻铸铁和蠕墨铸铁等。铁、球墨铸铁、可锻铸铁和蠕墨铸铁等。第二节 常用合金

46、的铸造w灰铸铁灰铸铁w灰铸铁是指石墨呈片状的铸铁。其铸件产量占铸铁灰铸铁是指石墨呈片状的铸铁。其铸件产量占铸铁件总产量的件总产量的80%80%以上。以上。w灰铸铁的组织和性能灰铸铁的组织和性能w与铸造碳钢相比，灰铸铁的抗拉强度、伸长率、冲与铸造碳钢相比，灰铸铁的抗拉强度、伸长率、冲击韧性都较低。但抗压强度接近于钢。击韧性都较低。但抗压强度接近于钢。w灰铸铁机械性能差的原因是由于灰铸铁的组织由金灰铸铁机械性能差的原因是由于灰铸铁的组织由金属基体的片状石墨组成。根据金属基体的不同，有属基体的片状石墨组成。根据金属基体的不同，有珠光体灰铸铁、珠光体珠光体灰铸铁、珠光体- -铁素体灰铸铁和铁素体灰铸铁

47、素体灰铸铁和铁素体灰铸铁。由于灰铸铁中含有较多的硅和锰，灰铸铁基体铁。由于灰铸铁中含有较多的硅和锰，灰铸铁基体的强度和硬度比钢高。的强度和硬度比钢高。第二节 常用合金的铸造w灰铸铁机械性能差是由石墨造成的。石墨强度极低、灰铸铁机械性能差是由石墨造成的。石墨强度极低、软而脆，软而脆，b20MPab22时，采用楔形过渡，时，采用楔形过渡，L(34)(L(34)(s1-s2) )。第四节 零件的铸造结构工艺性和铸造工艺的制订w避免锐角联接避免锐角联接 为减小热节和热应为减小热节和热应力，应避免零件壁力，应避免零件壁间的锐角联接。若间的锐角联接。若两壁间的夹角小于两壁间的夹角小于9090，建议采用，建

48、议采用右面的形式。右面的形式。w筋筋 筋的用途很多，可提高零件的强度和刚度，筋的用途很多，可提高零件的强度和刚度，可使壁厚均匀，防止缩孔的产生，在大平面上设筋可使壁厚均匀，防止缩孔的产生，在大平面上设筋可防止夹砂的产生以及提高零件的散热能力。通常，可防止夹砂的产生以及提高零件的散热能力。通常，筋的厚度为壁厚的筋的厚度为壁厚的0.80.8倍。灰铸铁件筋厚的数值见表倍。灰铸铁件筋厚的数值见表2-112-11。为减少热节，筋的结构常采用。为减少热节，筋的结构常采用“Z”型和型和“O”型。型。第四节 零件的铸造结构工艺性和铸造工艺的制订w零件的外形与内腔零件的外形与内腔w零件外形和内腔设计力求简化造型

49、、造芯、合箱与零件外形和内腔设计力求简化造型、造芯、合箱与清理过程，以保证铸件质量、降低成本和为铸造生清理过程，以保证铸件质量、降低成本和为铸造生产机械化创造条件。产机械化创造条件。w零件的外形零件的外形w凸台与筋凸台与筋 零件上有各种零件上有各种 小凸台，如螺钉孔凸台、安小凸台，如螺钉孔凸台、安 装排油塞、排气塞凸台等等。装排油塞、排气塞凸台等等。 通常，凸台的高度通常，凸台的高度h h和角度和角度， 分别按小于分别按小于s/2s/2、30 30 4545 来设计。来设计。w图图2-432-43（）中的凸台防碍起模。为便于造型，当）中的凸台防碍起模。为便于造型，当凸台与分型面距离较小时，应将

50、凸台延伸到分型面。凸台与分型面距离较小时，应将凸台延伸到分型面。图图2-432-43（）所）所 的凸台中，上、下两的凸台中，上、下两 凸台防碍起模。为便凸台防碍起模。为便 于造型，当四个凸台于造型，当四个凸台 相距较近时，在零件相距较近时，在零件 图上应将其联成一体。图上应将其联成一体。 w结构斜度结构斜度 结构斜度是指设计人员在设计零件时结构斜度是指设计人员在设计零件时在垂直于分型面的非加工表面上给出的斜度。斜度在垂直于分型面的非加工表面上给出的斜度。斜度要根据分型面的位置来确定。因此设计零件时，初要根据分型面的位置来确定。因此设计零件时，初步选择分型面是确步选择分型面是确 定结构斜度的前提