铸件质量1(2)

T i H o t

顺序凝固

R

T i H o t

实现顺序凝固方法
? 合理布置内浇道及确定浇铸工艺。 ? 合理应用冒口、冷铁和补贴等工艺措施。

R

T i H o t

由于铸件上容易产生缩孔的厚大部位即热节不止一个，仅靠铸件顶部的冒口补缩，难以保证铸件底部厚大部位不出现缩孔。为此，在该处设置冷铁，以加快其冷却速度，使其最先凝固，以实现自下而上的顺序凝固。由此可知，冷铁的作用是加快铸件某处的冷却速度，以控制或改变铸件的凝固顺序。冷铁通常采用钢、铸铁或铜等制成。

R

T i H o t

R

T i H o t

§4 铸造内应力、变形和裂纹
? 铸件完全凝固后便进入了固态收缩阶段，若铸件的固态收缩受到阻碍，将在铸件内部产生应力，称为铸造应力。它是铸件产生变形和裂纹的基本原因。 ? 按照应力产生的原因，将铸造应力分为热应力和机械应力两种。

R

T i H o t

热应力

内应力
机械应力

铸件在凝固和冷却的过程中，由于铸件的壁厚不均匀，导致不同部位不均衡的收缩而引起的应力。铸件在固态收缩时，因受到铸型、型芯、浇冒口、砂箱等外力阻碍而产生的应力。

变形

残余热应力的存在，使铸件处在一种非稳定状态，将自发地通过铸件的变形来缓解其应力，以回到稳定的平衡状态。

裂纹

当热应力大到一定程度会导致出现裂纹。

R

T i H o t

热应力的形成过程

R

T i H o t

? 当铸件处于高温阶段（t0-t1）时，两杆都处于塑性状态，尽管此时两杆的冷速不同、收缩也不同步，但瞬时的应力可通过塑性变形来自行消失，在铸件内无应力产生； ? 继续冷却，冷速较快的杆II进入弹性状态，粗杆I仍然处于塑性状态（t1-t2），此时由于细杆II的冷速较快、收缩较大，所以细杆II会受到拉伸，粗杆I会受到压缩（图b），形成暂时内应力，但此内应力很快因粗杆I发生了微量的受压塑性变形而自行消失（图c）； ? 当进一步冷至更低温度时（t2-t3），两杆均进入了弹性状态，此时由于两杆的温度不同、冷却

速度也不同，所以二者的收缩也不同步，粗杆I的温度较高，还要进行较大的收缩，细杆II的温度较低，收缩已趋于停止，因此粗杆I的收缩必定受到细杆II的阻碍，使其收缩不彻底，在部产生拉应力；而杆II则受到杆I因收缩而施与的压应力（图d）。直到室温，残留热应力一直存在。

R

T i H o t

? 铸件壁厚不均或各部分冷却速度不同使铸件的厚壁处或心部受拉应力、薄壁或表层受压应力，且随着铸件壁厚差的增大、各部分冷却速度差的不同、铸造合金线收缩率的提高、以及其弹性模量的增大，铸件的热应力增大。

R

T i H o t

残留热应力的预防
? 预防铸件产生热应力的基本措施是减小铸件各部分之间的温度差，使其均匀冷却。具体为：选择弹量模量较小的合金作为铸造合金；设计铸件结构时，力求使其壁厚均匀；采用合理的铸造工艺，使铸件的凝固符合同时凝固原则。

? ? ?

R

T i H o t

将内浇口开在铸件的薄壁处，以减缓其冷却速度；而在铸件的厚壁处放置冷铁，以加快其冷却速度。总之，铸件采用同时凝固原则可减小其产生应力、变形和裂纹的倾向；且不必设置冒口，使工艺简化，并节约了金属材料。采用同时凝固的缺点是在铸件的心部会产生缩孔或缩松缺陷。

R

T i H o t

机械应力
? 机械应力是因铸件的收缩受到铸型或型芯等的机械阻碍而形成的应力，机械应力会导致形成裂纹，应适时开箱加以解决。 ? 预防方法：提高铸型和型芯的退让性。

R

T i H o t

铸件的变形与防止
? 具有残留内应力的铸件，厚的部位受拉应力、薄的部位受压应力。处于这种状态的铸件是不稳定的，将自发地变形以减小其内应力，以趋于稳定状态。变形的结果是受拉应力的部位趋于缩短变形、受压应力的部位趋于伸长变形，以使铸件中的残余应力减小或消除。

R

T i H o t

导轨部分较厚，受拉应力；其床壁部分较薄，受压应力，于是床身发生朝着导轨方向的弯曲，使导轨下凹。

平板铸件，其中心部位散热较边缘要慢，所以受拉应力；边缘处则受压应力，且平板的上表面比下表面冷却得快

结论：厚部、心部受拉应力，出现内凹变形。薄部、表面受压应力，出现外凸变形。

R

T i H o t

变形的防止
? ? ? ? 为防止变形，应尽可能使铸件的壁厚均匀使铸件的截面形状对称，在铸造工艺上应采取相应措施，力求使其同时凝固；对细长易变形的铸件，在制造模型时，将模型制成与变形方向正好相反的形状以抵消其变形，这种方法为反变形法。

R

T i H o t

R

T i H o t

铸件的裂纹与防止
? 当铸造内应力超过铸件的

强度极限时，铸件便产生裂纹。裂纹是铸件的严重缺陷，必须设法防止。按照裂纹的形成温度不同，将裂纹分为热裂和冷裂两种。

R

T i H o t

热裂
? 热裂是在铸件凝固末期的高温下形成的。其形状特征是：裂纹短、缝隙宽、形状曲折、缝内金属呈氧化色；且裂纹沿晶界产生，外形曲折。因为在凝固末期，铸件绝大部分已凝固成固态，但其强度和塑性较低，当铸件的收缩受到铸型、型芯和浇注系统等的机械阻碍时，将在铸件内部产生铸造应力，若铸造应力的大小超过了铸件在该温度下的强度极限，即产生热裂。热裂是铸钢件、可锻铸铁件以及一些铝合金铸件的常见缺陷，一般出现在铸件的应力集中部位，如尖角、截面突变处或热节处等。

R

T i H o t

防止热裂的方法
?

?
?

?

选择结晶温度范围窄的合金生产铸件，因为结晶温度范围愈宽的合金，其液、固两相区的绝对收缩量愈大，产生热裂的倾向也愈大。如灰铸铁和球铁的凝固收缩很小，所以热裂倾向也；但铸钢、铸铝和可锻铸铁的热裂倾向较大。减少铸造合金中的有害杂质，如减少铁-碳合金中的磷、硫含量，可提高铸造合金的高温强度。改善铸型和型芯的退让性。退让性愈好，机械应力愈小，形成热裂的可能性愈小。具体措施是采用有机粘结剂配制型砂或芯砂；在型砂或芯砂中加入木屑或焦炭等材料可改善退让性。减小浇、冒口对铸件收缩的阻碍，内浇口的设置应符合同时凝固原则。

R

T i H o t

冷裂

? 冷裂是铸件在较低的温度下，即处于弹性状态时形成的裂纹。 ? 特征：裂纹细小、呈连续直线状、裂纹表面有金属光泽或呈微氧化色。冷裂纹是穿晶而裂，外形规则光滑，常出现在形状复杂的、大型铸件的、受拉应力的部位，尤其易出现在应力集中处。此外，一般脆性大、塑性差的合金，如白口铁、高碳钢及一些合金钢等也易产生冷裂纹。 ? 防止冷裂的方法是设法减小铸造应力和降低铸造合金的脆性。如尽量减小铁-碳合金中的磷含量，可降低其脆性；且铸件在浇注之后，也勿过早落砂。

R

T i H o t

§5 铸件中的气体
? ? ? ? ? ? 气孔对铸件质量的影响破坏金属连续性较少承载有效面积气孔附近易引起应力集中，机械性能↓ 弥散孔，气密性↓ 1 侵入气孔 2 析出气孔 3 反应气孔

R

T i H o t

侵入气孔
? 砂型材料表面聚集的气体侵入金属液体中而形成。 ? 气体来源：造型材料中水分，粘结剂，各种附加物。 ? 特征：多位于表面附近，尺寸较大，呈椭圆形或梨形孔的内表面被氧化。 ? 预防：降低型砂(型芯砂)的发气量，增加铸型排气能

力。

R

T i H o t

析出气孔
? 溶于金属液中的气体在冷凝过程中，因气体溶解度下降而析出，使铸件形成气孔。 ? 原因：金属熔化和浇注中与气体接触 (H2 O2 NO CO等) ? 特征：分布广，气孔尺寸甚小，影响气密性 ? 预防：减少气体来源、阴止气体析出。

R

T i H o t

反应气孔
? 金属液与铸型材料，型芯撑，冷铁或溶渣之间，因化学反应生成的气体而形成的气孔。如：冷铁有锈 Fe3O4 + C –Fe + CO↑ ∴ 冷铁附近生成气孔 ? 防止：冷铁型芯撑表面不得有锈蚀，油污，要干燥。

R

T i H o t

铸件质量检验与缺陷处理实用技术

R

T i H o t

铸件质量标准与铸件缺陷分类
铸件质量标准

为了提高铸件的可靠性、适用性；提高产品在市场上的竞争能力，对铸件质量的要求不断提高。铸件质量的概念也发生了相应的变化，“质量”的含义至少包含两个方面的内容：一是产品质量，即铸件满足用户要求的程度；或按其用途在使用中应取得的功效，这功效是反映铸件结构特征、材质的工作特性和物理力学特性的总和，是评价铸件质量水平和技术水平的基本指标。二是工程质量，指的是铸制毛坯和铸制零件的生产过程对产品质量的保证程度，即铸件在具体使用条件下的可靠性。这一指标在相当大的程度上决定于前述的功效指标，还与稳定性、耐用性和工艺性等指标有关。

R

T i H o t

http:///
一、铸件质量标准标准是由国家承认的标准制订单位批准的对各种产品（铸件）规格、材料规格、试验方法、术语定义或推荐的工艺方法的规定。我国的国家标准（GB）是由国家技术监督局批准并颁行的，有关铸件质量的各种标准一经接纳、贯彻与实施，可取得明显的效果和效益。国际标准是由国际标准化组织批准并颁行的。我国是国际标准化组织（ISO）的主要成员国之一，按国家现行的政策，国际标准可以等效地视为国家标准。我国还有各工业部门标准化组织颁行的各种行业标准，在暂时没有适用的国家标准的情况下，也可采用各种有关的行业标准。按照国家技术监督局的规定，一些公认的外国先进标准也可以作为标准采用。各企业还可以制订内控标准，这种“标准”可能在具体项目上较国家标准规定严格。如为了提高铸钢件的焊接性能，把碳的实际控制量比标准降低0.05%，生产成本增高有限，但铸件的适用性和机械产品的功能大增，可更好地适应国际市场需要，增加机电产品的出口竞争能力。