铸件质量1

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铸件质量

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一概述
?什么是铸造? ? 将液体金属浇铸到与零件形状相适应的铸造空腔中，待其冷却凝固后，以获得零件或毛坯的方法。

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铸造特点
? ? 优点：可以生产形状复杂的零件，尤其复杂内腔的毛坯 (如暖气) 适应性广，工业常用的金属材料均可铸造。几克~ 几百吨。原材料来源广泛。价格低廉。废钢，废件，切屑铸件的形状尺寸与零件非常接近，减少切削量，属少无切削加工。 ∴ 应用广泛：农业机械40~70% 机床：70~80% 重量铸件

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缺点：机械性能不如锻件(组织粗大，缺陷多等) 砂性铸造中，单件，小批，工人劳动强度大。铸件质量不稳定，工序多，影响因素复杂，易产生许多缺陷。

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§1金属液态成型
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一、铸件的凝固 ? 铸件凝固过程中，在其断面上存在三个区域，即已凝固的固相区、液固两相并存的凝固区和未开始凝固的液相区。其中凝固区的宽窄对铸件质量影响较大。其宽窄决定着铸件的凝固方式。

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1）逐层凝固
? 纯金属或共晶成分的合金，凝固时铸件的断面上不存在液、固两相并存的凝固区，已凝固层与未凝固的液相区之间界限清晰，随着温度的下降，已凝固层不断加厚，液相区逐渐减小，一直到铸件完全凝固，这种凝固方式称为逐层凝固。

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（2）糊状凝固
? 如果合金的结晶温度范围很宽，且铸件断面的温度梯度较小，则在开始凝固的一段时间内，铸件表面不会形成坚固的已凝固层，而是液、固两相共存区贯穿铸件的整个断面。这种凝固方式先呈糊状，然后整体凝固，故称为糊状凝固。

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（3）中间凝固
? 大多数铸造合金的凝固方式介于逐层凝固和糊状凝固之间，即在凝固过程中，铸件断面上存在一定宽度的液固两相共存的凝固区，称为中间凝固方式。

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铸件凝固方式影响因素
? 铸件采取何种凝固方式主要取决于该合金的结晶温度范围和铸件的温度梯度。合金的结晶温度范围愈窄，铸件的凝固区域就愈窄，愈倾向于逐层凝固。如砂型铸造时，低碳钢的凝固为逐层凝固，而高碳钢的结晶温度范围较宽成为糊状凝固。

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铸件的温度梯度主要影响因素
? 1）铸造合金的性质。如铸造合金的导热性愈好、结晶潜热愈大，则铸件均匀温度的能力愈强，温度梯度就愈小。 ? 2）铸型的蓄热能力和导热性愈好，对铸件的激冷能力愈强，使铸件的温度梯度愈大。 ? 3）提

高浇注温度，会降低铸型的冷却能力，从而降低铸件的温度梯度。

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? 总之，合金的结晶温范围愈小，铸件断面的温度梯度愈大，铸件愈倾向于逐层凝固方式，也愈容易铸造；所以铸造倾向于糊状凝固的合金铸件时，如锡青铜和球墨铸铁等，应采用适当的工艺措施，减小其凝固区。

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§2液态合金的充型能力
? 液态金属充满铸型型腔，获得尺寸精确、轮廓清晰的成型件的能力。
没完整融合缝隙或凹坑

充型能力不足

浇不足

冷隔

夹砂

气孔

夹渣

不能得到完整的零件

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影响充型能力的主要因素
? ? ? ? 合金的流动性浇注条件铸型的充型条件铸件的结构

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合金的流动性
合金的流动性是指液态合金自身的流动能力，属于合金的一种主要铸造性能。良好的流动性1）易于铸造出薄而复杂的铸件，2）利于铸件在凝固时的补缩，3）气体和非金属夹杂物的逸出和上浮。反之流动性差的合金，易使铸件上出现浇不足、冷隔、气孔、夹渣和缩孔等缺陷。

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通常用浇注的螺旋形试样的长度来衡量合金的流动性。如图所示的螺旋形试样，其截面为等截面的梯形，试样上隔50mm长度有一个凸点，以便于计量其长度。合金的流动性愈好，其长度就愈长。测定流动性的方法

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影响流动性的主要因素
? ? 主要是化学成分：共晶成分的合金，其结晶同纯金属一样，是在恒温下进行的。从铸型表面到中心，液态合金逐层凝固，由于已凝固层的内表面光滑，对液态合金的流动阻力小。而且，由于共晶成分合金的凝固温度最低，相同浇注温度下其过热度最大，延长了合金处于液态的时间，故流动性最好。非共晶成分其已凝固层和纯液态区之间存在一个液固两相共存的区域，使得已凝固层的内表面粗糙。所以非共晶成分的合金流动性变差，且随合金成分偏离共晶点愈远，其结晶温度范围愈宽，流动性愈差。

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铁—碳合金流动性与含碳量的关系

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浇注条件
? （1） ? （2）浇注温度充型压力

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（1）浇注温度
提高液态合金的浇注温度能改善其流动性，因而提高其充型能力。因为浇注温度高，液态合金的过热度大，在铸型中保持液态流动的能力愈强，且使液态合金的粘度及其与铸型之间的温度差都减小，从而提高了流动性。因此，对薄壁铸件或流动性较差的合金可适当提高浇注温度，以防产生浇不足和冷隔。

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但是浇注温度过高，又会使液态合金吸气严重、收缩增大，反而易使铸件产生其它缺陷，如气孔、缩孔、缩

松、粘砂和晶粒粗大等。故在保证液态合金流动性足够的前提下，浇注温度应尽可能低。通常灰铸铁浇注温度为1200～ 1380℃；铸钢为1520～1620℃；铝合金为 680～780℃。薄壁复杂件取上限温度值，厚件则取下限。

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（2）充型压力
? 液态合金在流动方向上所受压力愈大，其充型能力愈好。砂型铸造时，是由直浇道高度提供静压力作为充型压力，所以直浇道的高度

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铸型的充型条件
? 在铸型凡能增大液态合金流动阻力、降低流速和加快其冷却的因素，均会降低其充型能力。如铸型型腔过窄、预热温度过低、排气能力太差及铸型导热过快等，均使液态合金的充型能力降低。

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4 铸件的结构
? 铸件的壁愈薄、结构形状愈复杂，液态合金的充型能力愈差。应采取适当提高浇注温度、提高充型压力和预热铸型等措施来改善其充型能力。 ? 铸件模数：铸件体积与散热表面积之比

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§3 铸造合金的收缩
? 从浇注、凝固、直至冷却至室温的过程中，铸造合金的体积或尺寸会缩减的现象为收缩，收缩是合金的物理属性。但铸造合金的收缩给铸造工艺带来许多困难，是形成缩孔、缩松、变形和裂纹等多种铸造缺陷的根本原因。

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收缩的三个阶段

? 1）液态收缩：从金属液浇入铸型到开始凝固之前。液态收缩减少的体积与浇注温度质开始凝固的温度的温差成正比。 ? 2）凝固收缩：从凝固开始到凝固完毕。同一类合金，凝固温度范围大者，凝固体积收缩率大。如： 35钢，体积收缩率3。0%， 45钢 4。3% ? 3）固态收缩：凝固以后到常温。固态收缩影响铸件尺寸，故用线收缩表示。

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液态收缩液态合金冷却凝固收缩合金收缩

缩孔：恒温下结晶

缩松：两相区结晶应力

固态合金冷却

线形收缩

变形裂纹

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影响收缩的因素
? 1）化学成分：铸铁中促进石墨形成的元素增加，收缩减少。如：灰口铁 C， Si↑，收↓，S↑ 收↑。因石墨比容大，体积膨胀，抵销部分凝固收缩。 2）浇注温度：温度↑ 液态收缩↑ 3）铸件结构与铸型条件铸件在铸型中收缩会受铸型和型芯的阻碍。实际收缩小于自由收缩。∴ 铸型要有好的退让性。

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化学成分(c含量)

铸型条件合金收缩铸件结构

浇注温度

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缩孔与缩松

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? 缩孔的形成：纯金属、共晶成分和凝固温度范围窄的合金，浇注后在型腔内是由表及里的逐层凝固。在凝固过程中，如得不到合金液的补充，在铸件最后凝固的地方就会产生缩孔。 ? 缩松的形成：铸件最后

凝固的收缩未能得到补足，或者结晶温度范围宽的合金呈糊状凝固，凝固区域较宽，液、固两相共存，树枝晶发达，枝晶骨架将合金液分割开的小液体区难以得到补缩所致。

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缩孔易出现的部位

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判断缩孔出现的方法

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缩孔和缩松的防止
? 采用适当的工艺措施，使铸件实现“顺序凝固”，即可获得无缩孔的铸件。 ? 所谓顺序凝固是指，采用一些适当的工艺措施，使铸件远离冒口或浇口的部位最先凝固靠近冒口的地方次凝固，最后才是冒口本身凝固。实现以厚补薄，将缩孔转移到冒口中去。

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