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1、第第9章章 鑄造鑄造緒論緒論鑄造成形理論基礎(chǔ)鑄造成形理論基礎(chǔ) 流動性和充型能力流動性和充型能力 合金的凝固與收縮合金的凝固與收縮 鑄造內(nèi)應(yīng)力及鑄件的變形、裂紋鑄造內(nèi)應(yīng)力及鑄件的變形、裂紋 鑄造合金的偏析和氣孔鑄造合金的偏析和氣孔緒論緒論1 1、何為鑄造？、何為鑄造？熔煉金屬，制造鑄型，并將熔融金屬澆入鑄型，凝固熔煉金屬，制造鑄型，并將熔融金屬澆入鑄型，凝固后獲得一定形狀和性能鑄件的成形方法，稱為鑄造。后獲得一定形狀和性能鑄件的成形方法，稱為鑄造。砂型鑄造生產(chǎn)工藝流程圖砂型鑄造生產(chǎn)工藝流程圖2 鑄造生產(chǎn)的工藝流程鑄造生產(chǎn)的工藝流程 鑄造生產(chǎn)基本上由鑄型制備、合金鑄造生產(chǎn)基本上由鑄型制備、合金熔煉

2、及澆注、落砂及清理等三個相對獨熔煉及澆注、落砂及清理等三個相對獨立的工藝過程所組成。立的工藝過程所組成。3 3 鑄造方法的分類鑄造方法的分類鑄鑄 造造砂型鑄造砂型鑄造特種鑄造特種鑄造濕型鑄造濕型鑄造干型鑄造干型鑄造表干型鑄造表干型鑄造熔模鑄造熔模鑄造金屬型鑄造金屬型鑄造離心鑄造離心鑄造壓力鑄造壓力鑄造鑄鐵鑄造鑄鐵鑄造鑄鋼鑄造鑄鋼鑄造有色合金鑄造有色合金鑄造 齒輪毛坯的砂型鑄造齒輪毛坯的砂型鑄造 砂型鑄造砂型鑄造以鑄造用型砂為主要原材料制以鑄造用型砂為主要原材料制成鑄型，且液態(tài)金屬完全靠重力充滿整個鑄型型腔成鑄型，且液態(tài)金屬完全靠重力充滿整個鑄型型腔形成鑄件的方法稱為砂型鑄造。形成鑄件的方法稱為

3、砂型鑄造。4 4、鑄造優(yōu)缺點、鑄造優(yōu)缺點 優(yōu)點：優(yōu)點：1 1）可以生產(chǎn)出形狀復(fù)雜，特別是具有復(fù)雜內(nèi)腔的零件）可以生產(chǎn)出形狀復(fù)雜，特別是具有復(fù)雜內(nèi)腔的零件毛坯。如各種箱體、床身、機(jī)架等。毛坯。如各種箱體、床身、機(jī)架等。2 2）鑄造生產(chǎn)的適應(yīng)性廣，工藝靈活性大。工業(yè)上常用）鑄造生產(chǎn)的適應(yīng)性廣，工藝靈活性大。工業(yè)上常用的金屬材料均可用來進(jìn)行鑄造，鑄件的重量可由幾克的金屬材料均可用來進(jìn)行鑄造，鑄件的重量可由幾克到幾百噸，壁厚可由到幾百噸，壁厚可由0.5mm0.5mm到到1m1m左右。左右。3 3）鑄造用原材料大都來源廣泛，價格低廉，并可直接）鑄造用原材料大都來源廣泛，價格低廉，并可直接利用廢機(jī)件，故鑄

4、件成本較低。利用廢機(jī)件，故鑄件成本較低。缺點：缺點：1 1）鑄造組織疏松、晶粒粗大，內(nèi)部易產(chǎn)生縮孔、縮松、）鑄造組織疏松、晶粒粗大，內(nèi)部易產(chǎn)生縮孔、縮松、氣孔等缺陷，因此，鑄件的力學(xué)性能，特別是沖擊韌氣孔等缺陷，因此，鑄件的力學(xué)性能，特別是沖擊韌度低于同種材料的鍛件。度低于同種材料的鍛件。2 2）鑄件質(zhì)量不夠穩(wěn)定。）鑄件質(zhì)量不夠穩(wěn)定。5 5 我國鑄造技術(shù)的發(fā)展我國鑄造技術(shù)的發(fā)展 鑄造技術(shù)歷史悠久鑄造技術(shù)歷史悠久。三千年前三千年前,青銅器已有應(yīng)用青銅器已有應(yīng)用,二千五百年前二千五百年前,鑄造工具已經(jīng)相當(dāng)普通鑄造工具已經(jīng)相當(dāng)普通。大量歷史文物大量歷史文物顯示著我國古代人民在鑄造技術(shù)上的精湛創(chuàng)造顯示

5、著我國古代人民在鑄造技術(shù)上的精湛創(chuàng)造:早在早在50005000多年前多年前,我們的祖先就能冶煉紅銅和青銅我們的祖先就能冶煉紅銅和青銅等合金等合金,并鑄出了簡單的銅斧并鑄出了簡單的銅斧。早在早在40004000年以前年以前,我們的祖先就已開始和使用瓷器我們的祖先就已開始和使用瓷器,到商代已經(jīng)有了高度發(fā)達(dá)的青銅冶煉和鑄造技術(shù)到商代已經(jīng)有了高度發(fā)達(dá)的青銅冶煉和鑄造技術(shù),從河從河南安陽商代遺址出土的司母戊鼎提供了有力的證明；南安陽商代遺址出土的司母戊鼎提供了有力的證明；四羊方尊也是其中杰出的代表。四羊方尊也是其中杰出的代表。河南安陽商遺址出土的司母戊鼎重達(dá)河南安陽商遺址出土的司母戊鼎重達(dá)875kg,8

6、75kg,外形外形尺寸尺寸(13378110)cm,(13378110)cm,是迄今世界上最古老的大型青是迄今世界上最古老的大型青銅器銅器.曾侯乙編鐘（戰(zhàn)國時期，曾侯乙編鐘（戰(zhàn)國時期，距今距今2400余年），鐘架長余年），鐘架長7.48米，寬米，寬3.35米，高米，高2.73米，米，1978年湖北省年湖北省隨縣擂鼓墩出土，現(xiàn)藏湖隨縣擂鼓墩出土，現(xiàn)藏湖北省博物館。右圖為出土北省博物館。右圖為出土現(xiàn)場現(xiàn)場。巧奪天工的曾侯乙尊盤。巧奪天工的曾侯乙尊盤。是一是一件外形美麗、工藝復(fù)雜的鑄件。件外形美麗、工藝復(fù)雜的鑄件。遠(yuǎn)處望去似象牙雕刻樓空的叢遠(yuǎn)處望去似象牙雕刻樓空的叢花，邊緣許多層次和變化近看花，邊緣

7、許多層次和變化近看又是細(xì)長的盤龍上下游弋，各又是細(xì)長的盤龍上下游弋，各不相連，堪稱稀世珍品。不相連，堪稱稀世珍品。戰(zhàn)國時代的戰(zhàn)國時代的“冰箱冰箱”曾侯乙冰鑒曾侯乙冰鑒 明永樂大鐘，鑄于永樂明永樂大鐘，鑄于永樂18年前后（公元年前后（公元14181422年），中國現(xiàn)存最大年），中國現(xiàn)存最大的青銅鐘。的青銅鐘。銅鐘通高銅鐘通高6.75米，鐘米，鐘壁厚度不等，最厚處壁厚度不等，最厚處185毫毫米，最薄處米，最薄處94毫米，重約毫米，重約46噸。鐘體內(nèi)外遍鑄經(jīng)文，噸。鐘體內(nèi)外遍鑄經(jīng)文，共共22.7萬字。銅鐘合金成萬字。銅鐘合金成分為：銅分為：銅80.54、錫、錫16.40、鋁、鋁1.12，為，為泥范鑄

8、造。泥范鑄造?，F(xiàn)存北京大鐘寺現(xiàn)存北京大鐘寺。中國五代后周大型鑄中國五代后周大型鑄中國五代后周大型鑄中國五代后周大型鑄件。在今河北省滄州件。在今河北省滄州件。在今河北省滄州件。在今河北省滄州市東南市東南市東南市東南2020千米的滄州千米的滄州千米的滄州千米的滄州故城開元寺前。五代故城開元寺前。五代故城開元寺前。五代故城開元寺前。五代后周廣順三年后周廣順三年后周廣順三年后周廣順三年（953953）鑄，獅身左）鑄，獅身左）鑄，獅身左）鑄，獅身左肋鑄有肋鑄有肋鑄有肋鑄有“山東李云造山東李云造山東李云造山東李云造”五字。五字。五字。五字。鐵獅身長鐵獅身長鐵獅身長鐵獅身長5.35.3米，高米，高米，高米，

9、高5.45.4米，寬米，寬米，寬米，寬3 3米，重約米，重約米，重約米，重約4040噸，采用泥范明注噸，采用泥范明注噸，采用泥范明注噸，采用泥范明注式整體鑄成。式整體鑄成。式整體鑄成。式整體鑄成。獅身鑄有獅身鑄有獅身鑄有獅身鑄有“獅子王獅子王獅子王獅子王”字樣，背馱蓮座，前胸及臀部字樣，背馱蓮座，前胸及臀部字樣，背馱蓮座，前胸及臀部字樣，背馱蓮座，前胸及臀部飾束帶，發(fā)鬈曲呈波浪形，形態(tài)威武，作奔走狀。飾束帶，發(fā)鬈曲呈波浪形，形態(tài)威武，作奔走狀。飾束帶，發(fā)鬈曲呈波浪形，形態(tài)威武，作奔走狀。飾束帶，發(fā)鬈曲呈波浪形，形態(tài)威武，作奔走狀。滄州鐵獅的歷史照片四羊方尊湖北當(dāng)陽鐵塔，鑄造湖北當(dāng)陽鐵塔，鑄造于

10、北宋嘉佑六年（公于北宋嘉佑六年（公元元10611061年），八面十年），八面十三層三層 ，高，高16.94516.945米米,據(jù)銘文記載的鐵塔重?fù)?jù)銘文記載的鐵塔重七萬六千六百斤七萬六千六百斤,當(dāng)時當(dāng)時是就地設(shè)爐分層鑄造是就地設(shè)爐分層鑄造,采用堆土法而建起來采用堆土法而建起來,各層之間重疊擺放各層之間重疊擺放,沒沒有焊接有焊接,整個塔身玲整個塔身玲瓏雋秀瓏雋秀,從上到下從上到下,自自里而外全生鐵澆鑄里而外全生鐵澆鑄,僅僅塔剎在塔剎在 清代以青銅重清代以青銅重鑄鑄.江蘇吉鑫風(fēng)能科技有限公司的展品是目前最大發(fā)電功率的3MW輪轂鑄件，該產(chǎn)品采用無冒口鑄造工藝，可耐-40低溫，工藝水平和產(chǎn)品質(zhì)量均達(dá)到了

11、世界領(lǐng)先水平。三峽700MW水輪機(jī)組配套的大型水輪機(jī)葉片在力學(xué)性能、表面質(zhì)量等方面均達(dá)世界一流水平 鑄造產(chǎn)品鑄造產(chǎn)品 鑄造形成理論基礎(chǔ)鑄造形成理論基礎(chǔ) 流動性和充型能力流動性和充型能力 合金的凝固與收縮合金的凝固與收縮 鑄造內(nèi)應(yīng)力及鑄件的變形、裂紋鑄造內(nèi)應(yīng)力及鑄件的變形、裂紋 鑄造合金的偏析和吸氣性鑄造合金的偏析和吸氣性一、流動性和充型能力一、流動性和充型能力（一）合金的流動性（一）合金的流動性1.1.流動性流動性 流動性是指熔融金屬的流動能力。流動性是指熔融金屬的流動能力。合金流動性的好壞，通常以合金流動性的好壞，通常以“螺旋形流動性試樣螺旋形流動性試樣”的長度來衡量，將金屬液體澆入螺旋形試

12、樣鑄型中，的長度來衡量，將金屬液體澆入螺旋形試樣鑄型中，在相同的澆注條件下，合金的流動性愈好，所澆出的在相同的澆注條件下，合金的流動性愈好，所澆出的試樣愈長。試樣愈長。2.2.流動性的影響因素流動性的影響因素1 1）合金的種類合金的種類 不同種類的合金，具有不同的螺旋線不同種類的合金，具有不同的螺旋線長度，即具有不同的流動性。其中灰鑄鐵的流動性最長度，即具有不同的流動性。其中灰鑄鐵的流動性最好，硅黃銅、鋁硅合金次之，而鑄鋼的流動性最差。好，硅黃銅、鋁硅合金次之，而鑄鋼的流動性最差。2 2）化學(xué)成分和結(jié)晶特征化學(xué)成分和結(jié)晶特征 純金屬和共晶成分的合金，凝固純金屬和共晶成分的合金，凝固是由鑄件壁表

13、面向中心逐漸推進(jìn)，凝固后的表面比較是由鑄件壁表面向中心逐漸推進(jìn)，凝固后的表面比較光滑，對未凝固液體的流動阻力較小，所以流動性好，光滑，對未凝固液體的流動阻力較小，所以流動性好，見下圖見下圖a a。在一定凝固溫度范圍內(nèi)結(jié)晶的亞共晶合金，在一定凝固溫度范圍內(nèi)結(jié)晶的亞共晶合金，凝固時鑄件內(nèi)存在一個較寬的既有液體又有樹枝狀晶凝固時鑄件內(nèi)存在一個較寬的既有液體又有樹枝狀晶體的兩相區(qū)。凝固溫度范圍越寬，則枝狀晶越發(fā)達(dá)，體的兩相區(qū)。凝固溫度范圍越寬，則枝狀晶越發(fā)達(dá)，對金屬流動的阻力越大，金屬的流動性就越差，見下對金屬流動的阻力越大，金屬的流動性就越差，見下圖圖b b。不同結(jié)晶特征的合金的流動性不同結(jié)晶特征的

14、合金的流動性 鐵碳合金的流動性與相圖的關(guān)系見下圖。圖中表鐵碳合金的流動性與相圖的關(guān)系見下圖。圖中表明，明，純鐵純鐵和和共晶鑄鐵共晶鑄鐵的流動性最好，亞共晶鑄鐵和碳的流動性最好，亞共晶鑄鐵和碳素鋼隨凝固溫度范圍的增加，其流動性變差。素鋼隨凝固溫度范圍的增加，其流動性變差。鐵碳合金的流動性與相圖的關(guān)系鐵碳合金的流動性與相圖的關(guān)系3 3）合金的物理性質(zhì)）合金的物理性質(zhì) 與合金有關(guān)的物理性質(zhì)有比熱容、密度、導(dǎo)熱系與合金有關(guān)的物理性質(zhì)有比熱容、密度、導(dǎo)熱系數(shù)、結(jié)晶潛熱和黏度。液態(tài)合金的比熱容和密度越大，數(shù)、結(jié)晶潛熱和黏度。液態(tài)合金的比熱容和密度越大，導(dǎo)熱系數(shù)越小，凝固時結(jié)晶潛熱釋放得越多，都能使導(dǎo)熱系數(shù)

15、越小，凝固時結(jié)晶潛熱釋放得越多，都能使合金較長時間保持液態(tài)，因而流動性越好；液態(tài)合金合金較長時間保持液態(tài)，因而流動性越好；液態(tài)合金的黏度越小，流動時的內(nèi)摩擦力也就越小，流動性就的黏度越小，流動時的內(nèi)摩擦力也就越小，流動性就越好。越好。3 3）液態(tài)合金的溫度）液態(tài)合金的溫度 溫度越高，液態(tài)合金的流動性就越好，但如液態(tài)溫度越高，液態(tài)合金的流動性就越好，但如液態(tài)合金的溫度過高，會導(dǎo)致合金的氧化、吸氣非常嚴(yán)重，合金的溫度過高，會導(dǎo)致合金的氧化、吸氣非常嚴(yán)重，使鑄件產(chǎn)生氣孔、夾渣、粘砂、縮松、縮孔等缺陷。使鑄件產(chǎn)生氣孔、夾渣、粘砂、縮松、縮孔等缺陷。（二）合金的充型能力（二）合金的充型能力1.1.充型能

16、力充型能力 概念：液態(tài)合金充滿鑄型型腔，獲得形狀完整、概念：液態(tài)合金充滿鑄型型腔，獲得形狀完整、輪廓清晰的鑄件的能力。合金的流動性是金屬本身的輪廓清晰的鑄件的能力。合金的流動性是金屬本身的屬性，不隨外界條件的改變而變化，而合金的充型能屬性，不隨外界條件的改變而變化，而合金的充型能力不僅和金屬的流動性相關(guān)，而且也受外界因素的影力不僅和金屬的流動性相關(guān)，而且也受外界因素的影響。響。2.2.充型能力的影響因素充型能力的影響因素1 1）鑄型條件）鑄型條件a a）鑄型的蓄熱能力）鑄型的蓄熱能力 即鑄型從金屬液中吸收和儲存熱即鑄型從金屬液中吸收和儲存熱量的能力。鑄型的熱導(dǎo)率和質(zhì)量熱容越大，對液態(tài)合量的能力

17、。鑄型的熱導(dǎo)率和質(zhì)量熱容越大，對液態(tài)合金的激冷作用越強(qiáng)，合金的充型能力就越差。金的激冷作用越強(qiáng)，合金的充型能力就越差。2 2）澆注條件）澆注條件a）澆注系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)；）澆注系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)；b）充型壓力；）充型壓力；c）澆注溫度。）澆注溫度。b b）鑄型溫度鑄型溫度 提高鑄型溫度，可以降低鑄型和金屬提高鑄型溫度，可以降低鑄型和金屬液之間的溫差，進(jìn)而減緩了冷卻速度，可提高合金液液之間的溫差，進(jìn)而減緩了冷卻速度，可提高合金液的充型能力。的充型能力。c c）鑄型中的氣體鑄型中的氣體 鑄型中氣體越多，合金的充型能力鑄型中氣體越多，合金的充型能力就越差。就越差。d)d)鑄件結(jié)構(gòu)鑄件結(jié)構(gòu) 鑄件結(jié)構(gòu)越復(fù)雜，鑄件壁厚

18、越薄，液態(tài)鑄件結(jié)構(gòu)越復(fù)雜，鑄件壁厚越薄，液態(tài)金屬充型越困難。金屬充型越困難。二二 合金的凝固與收縮合金的凝固與收縮 （一）鑄件的凝固方式及影響因素（一）鑄件的凝固方式及影響因素 1.1.鑄件的凝固方式鑄件的凝固方式 （1 1）逐層凝固方式）逐層凝固方式 合金在凝固過程中其斷面上固相和液相由一條界合金在凝固過程中其斷面上固相和液相由一條界線清楚地分開，這種凝固方式稱為逐層凝固。常見合線清楚地分開，這種凝固方式稱為逐層凝固。常見合金如灰鑄鐵、低碳鋼、工業(yè)純銅、工業(yè)純鋁、共晶鋁金如灰鑄鐵、低碳鋼、工業(yè)純銅、工業(yè)純鋁、共晶鋁硅合金及某些黃銅都屬于逐層凝固的合金。硅合金及某些黃銅都屬于逐層凝固的合金。（

19、2 2）糊狀凝固方式）糊狀凝固方式 合金在凝固過程中先呈糊狀而后凝固，這種凝固合金在凝固過程中先呈糊狀而后凝固，這種凝固方式稱為糊狀凝固。球墨鑄鐵、高碳鋼、錫青銅和某方式稱為糊狀凝固。球墨鑄鐵、高碳鋼、錫青銅和某些黃銅等都是糊狀凝固的合金。些黃銅等都是糊狀凝固的合金。（3 3）中間凝固方式）中間凝固方式 大多數(shù)合金的凝固介于逐層凝固和糊狀凝固之間，大多數(shù)合金的凝固介于逐層凝固和糊狀凝固之間，稱為中間凝固方式。中碳鋼、高錳鋼、白口鑄鐵等具稱為中間凝固方式。中碳鋼、高錳鋼、白口鑄鐵等具有中間凝固方式。有中間凝固方式。鑄件的凝固方式鑄件的凝固方式2.2.凝固方式的影響因素凝固方式的影響因素（1 1）

20、合金凝固溫度范圍的影響）合金凝固溫度范圍的影響 合金的液相線和固相交叉在一起，或間距很小，合金的液相線和固相交叉在一起，或間距很小，則金屬趨于逐層凝固；如兩條相線之間的距離很大，則金屬趨于逐層凝固；如兩條相線之間的距離很大，則趨于糊狀凝固；如兩條相線間距離較小，則趨于中則趨于糊狀凝固；如兩條相線間距離較小，則趨于中間凝固方式。間凝固方式。（2 2）鑄件溫度梯度的影響）鑄件溫度梯度的影響 增大溫度梯度，可以使合金的凝固方式向逐層凝增大溫度梯度，可以使合金的凝固方式向逐層凝固轉(zhuǎn)化；反之，鑄件的凝固方式向糊狀凝固轉(zhuǎn)化。固轉(zhuǎn)化；反之，鑄件的凝固方式向糊狀凝固轉(zhuǎn)化。二）二）鑄造合金的收縮鑄造合金的收縮

21、鑄造合金從液態(tài)冷卻到室溫的過程中，其體積和鑄造合金從液態(tài)冷卻到室溫的過程中，其體積和尺寸縮減的現(xiàn)象稱為收縮。它主要包括以下三個階段：尺寸縮減的現(xiàn)象稱為收縮。它主要包括以下三個階段：1.1.液態(tài)收縮液態(tài)收縮 金屬在液態(tài)時由于溫度降低而發(fā)生的體積金屬在液態(tài)時由于溫度降低而發(fā)生的體積收縮。收縮。2.2.凝固收縮凝固收縮 熔融金屬在凝固階段的體積收縮。熔融金屬在凝固階段的體積收縮。液態(tài)收液態(tài)收縮和凝固收縮是鑄件產(chǎn)生縮孔和縮松的基本原因縮和凝固收縮是鑄件產(chǎn)生縮孔和縮松的基本原因。3.3.固態(tài)收縮固態(tài)收縮 金屬在固態(tài)時由于溫度降低而發(fā)生的體積金屬在固態(tài)時由于溫度降低而發(fā)生的體積收縮。固態(tài)收縮對鑄件的形狀和

22、尺寸精度影響很大，收縮。固態(tài)收縮對鑄件的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)生的基本原因是鑄造應(yīng)力、變形和裂紋等缺陷產(chǎn)生的基本原因。（三）（三）影響合金收縮的因素影響合金收縮的因素1.1.化學(xué)成分化學(xué)成分 不同成分的合金其收縮率一般也不相同。在常用不同成分的合金其收縮率一般也不相同。在常用鑄造合金中鑄鋼的收縮最大，灰鑄鐵最小。鑄造合金中鑄鋼的收縮最大，灰鑄鐵最小。2.2.澆注溫度澆注溫度 合金澆注溫度越高，過熱度越大，液體收縮越大。合金澆注溫度越高，過熱度越大，液體收縮越大。3.3.鑄件結(jié)構(gòu)與鑄型條件鑄件結(jié)構(gòu)與鑄型條件 鑄件冷卻收縮時，因其形狀、尺寸的不同，各部鑄件冷卻收縮時

23、，因其形狀、尺寸的不同，各部分的冷卻速度不同，導(dǎo)致收縮不一致，且互相阻礙，分的冷卻速度不同，導(dǎo)致收縮不一致，且互相阻礙，又加之鑄型和型芯對鑄件收縮的阻力，故鑄件的實際又加之鑄型和型芯對鑄件收縮的阻力，故鑄件的實際收縮率總是小于其自由收縮率。這種阻力越大，鑄件收縮率總是小于其自由收縮率。這種阻力越大，鑄件的實際收縮率就越小。的實際收縮率就越小。（四）收縮對鑄件質(zhì)量的影響（四）收縮對鑄件質(zhì)量的影響1.1.縮孔和縮松縮孔和縮松 （1 1）縮孔的形成）縮孔的形成 縮孔總是出現(xiàn)在鑄件上部或最后凝固的部位，其縮孔總是出現(xiàn)在鑄件上部或最后凝固的部位，其外形特征是：內(nèi)表面粗糙，形狀不規(guī)則，多近于倒圓外形特征是

24、：內(nèi)表面粗糙，形狀不規(guī)則，多近于倒圓錐形。通常縮孔隱藏于鑄件的內(nèi)部，有時經(jīng)切削加工錐形。通?？s孔隱藏于鑄件的內(nèi)部，有時經(jīng)切削加工才能暴露出來?？s孔形成的主要原因是液態(tài)收縮和凝才能暴露出來。縮孔形成的主要原因是液態(tài)收縮和凝固收縮。縮孔形成過程見下圖。固收縮?？s孔形成過程見下圖。縮孔形成過程示意圖縮孔形成過程示意圖（2 2）縮松的形成）縮松的形成 宏觀縮松多分布在鑄件最后凝固的部位，顯微縮宏觀縮松多分布在鑄件最后凝固的部位，顯微縮松則是存在于在晶粒之間的微小孔洞，形成縮松的主松則是存在于在晶粒之間的微小孔洞，形成縮松的主要原因也是液態(tài)收縮和凝固收縮所致?？s松形成過程要原因也是液態(tài)收縮和凝固收縮所致

25、?？s松形成過程見下圖。見下圖?？s松形成過程示意圖縮松形成過程示意圖（3 3）縮孔、縮松的防止措施）縮孔、縮松的防止措施a a）采用定向凝固的原則）采用定向凝固的原則 所謂定向凝固或順序凝固，所謂定向凝固或順序凝固，是使鑄件按規(guī)定方向從一部分到另一部分逐漸凝固的是使鑄件按規(guī)定方向從一部分到另一部分逐漸凝固的過程。冒口和冷鐵的合理使用，可造成鑄件的定向凝過程。冒口和冷鐵的合理使用，可造成鑄件的定向凝固，有效地消除縮孔、縮松。定向凝固原則見下圖。固，有效地消除縮孔、縮松。定向凝固原則見下圖。定向凝固原則：定向凝固原則：b b）合理確定鑄件的澆注位置、內(nèi)澆道位置及澆注工藝）合理確定鑄件的澆注位置、內(nèi)澆

26、道位置及澆注工藝 澆注位置的選擇應(yīng)服從定向凝固原則；內(nèi)澆道應(yīng)澆注位置的選擇應(yīng)服從定向凝固原則；內(nèi)澆道應(yīng) 開設(shè)在鑄件的厚壁處或靠近冒口；要合理選擇澆注溫開設(shè)在鑄件的厚壁處或靠近冒口；要合理選擇澆注溫 度和澆注速度，在不增加其它缺陷的前提下，應(yīng)盡量度和澆注速度，在不增加其它缺陷的前提下，應(yīng)盡量 降低澆注溫度和澆注速度。降低澆注溫度和澆注速度。2.2.鑄造應(yīng)力、變形和裂紋鑄造應(yīng)力、變形和裂紋 在鑄件的凝固以及以后的冷卻過程中，隨溫度的在鑄件的凝固以及以后的冷卻過程中，隨溫度的不斷降低，收縮不斷發(fā)生，如果這種收縮受到阻礙，不斷降低，收縮不斷發(fā)生，如果這種收縮受到阻礙，就會在鑄件內(nèi)產(chǎn)生應(yīng)力，引起變形或開

27、裂，這種缺陷就會在鑄件內(nèi)產(chǎn)生應(yīng)力，引起變形或開裂，這種缺陷的產(chǎn)生，將嚴(yán)重影響鑄件的質(zhì)量。的產(chǎn)生，將嚴(yán)重影響鑄件的質(zhì)量。（1 1）鑄造應(yīng)力的產(chǎn)生鑄造應(yīng)力的產(chǎn)生 鑄造應(yīng)力按其產(chǎn)生的原因可分為三種：鑄造應(yīng)力按其產(chǎn)生的原因可分為三種：a a）熱應(yīng)力）熱應(yīng)力 鑄件在凝固和冷卻過程中，不同部位由于鑄件在凝固和冷卻過程中，不同部位由于不均衡的收縮而引起的應(yīng)力。不均衡的收縮而引起的應(yīng)力。b b）固態(tài)相變應(yīng)力）固態(tài)相變應(yīng)力 鑄件由于固態(tài)相變，各部分體積發(fā)鑄件由于固態(tài)相變，各部分體積發(fā)生不均衡變化而引起的應(yīng)力。生不均衡變化而引起的應(yīng)力。c c）機(jī)械應(yīng)力）機(jī)械應(yīng)力 鑄件在固態(tài)收縮時，因受到鑄型、型芯、鑄件在固態(tài)收縮

28、時，因受到鑄型、型芯、澆冒口、箱擋澆冒口、箱擋(箱帶）等外力的阻礙而產(chǎn)生的應(yīng)力。箱帶）等外力的阻礙而產(chǎn)生的應(yīng)力。鑄件鑄出后存在于鑄件不同部位的內(nèi)應(yīng)力稱為殘留鑄件鑄出后存在于鑄件不同部位的內(nèi)應(yīng)力稱為殘留應(yīng)力。應(yīng)力。（2 2）鑄造應(yīng)力的防止和消除措施）鑄造應(yīng)力的防止和消除措施a a）采用同時凝固的原則）采用同時凝固的原則 同時凝固是指通過設(shè)置冷鐵、同時凝固是指通過設(shè)置冷鐵、布置澆口位置等工藝措施，使鑄件溫差盡量變小，基布置澆口位置等工藝措施，使鑄件溫差盡量變小，基本實現(xiàn)鑄件各部分在同一時間凝固。如下圖所示。本實現(xiàn)鑄件各部分在同一時間凝固。如下圖所示。b b）提高鑄型溫度）提高鑄型溫度 c c）改善

29、鑄型和型芯的退讓性）改善鑄型和型芯的退讓性 d d）進(jìn)行去應(yīng)力退火）進(jìn)行去應(yīng)力退火 同時凝固原則：同時凝固原則：（3 3）鑄件的變形和防止）鑄件的變形和防止 鑄件的變形包括鑄件凝固后所發(fā)生的變形以及隨后鑄件的變形包括鑄件凝固后所發(fā)生的變形以及隨后的切削加工變形。防止鑄件變形有以下幾種方法：的切削加工變形。防止鑄件變形有以下幾種方法：a)a)采用反變形法采用反變形法 可在模樣上做出與鑄件變形量相等可在模樣上做出與鑄件變形量相等而方向相反的預(yù)變形量來抵消鑄件的變形，此種方法而方向相反的預(yù)變形量來抵消鑄件的變形，此種方法稱為反變形法。稱為反變形法。b)b)進(jìn)行去應(yīng)力退火進(jìn)行去應(yīng)力退火 鑄件機(jī)加工之前

30、應(yīng)先進(jìn)行去應(yīng)力鑄件機(jī)加工之前應(yīng)先進(jìn)行去應(yīng)力退火，以穩(wěn)定鑄件尺寸，降低切削加工變形程度。退火，以穩(wěn)定鑄件尺寸，降低切削加工變形程度。c)c)設(shè)置工藝?yán)咴O(shè)置工藝?yán)?為了防止鑄件的鑄態(tài)變形，可在容易為了防止鑄件的鑄態(tài)變形，可在容易變形的部位設(shè)置工藝?yán)?。變形的部位設(shè)置工藝?yán)摺 d）采用同時凝固原則。）采用同時凝固原則。（4 4）鑄件的裂紋及防止）鑄件的裂紋及防止a)a)鑄件裂紋的分類及其形貌鑄件裂紋的分類及其形貌 鑄件一般有鑄件一般有熱裂熱裂和和冷裂冷裂兩種開裂方式。熱裂是在凝兩種開裂方式。熱裂是在凝固后期高溫下形成的，主要是受到機(jī)械阻礙作用而產(chǎn)生固后期高溫下形成的，主要是受到機(jī)械阻礙作用而產(chǎn)生的，

31、熱裂裂紋一般沿晶界產(chǎn)生和發(fā)展，其外形曲折短小，的，熱裂裂紋一般沿晶界產(chǎn)生和發(fā)展，其外形曲折短小，裂紋縫內(nèi)表面呈氧化色；冷裂是在較低溫度下形成的，裂紋縫內(nèi)表面呈氧化色；冷裂是在較低溫度下形成的，常出現(xiàn)在鑄件受拉伸部位，特別是有應(yīng)力集中的地方，常出現(xiàn)在鑄件受拉伸部位，特別是有應(yīng)力集中的地方，冷裂常常是穿晶斷裂，裂紋細(xì)小，外形呈連續(xù)直線狀或冷裂常常是穿晶斷裂，裂紋細(xì)小，外形呈連續(xù)直線狀或圓滑曲線狀，裂紋縫內(nèi)干凈，有時呈輕微氧化色。圓滑曲線狀，裂紋縫內(nèi)干凈，有時呈輕微氧化色。b b）鑄件裂紋的防止）鑄件裂紋的防止 應(yīng)盡可能采取措施減小鑄造應(yīng)力；同時金屬在熔煉應(yīng)盡可能采取措施減小鑄造應(yīng)力；同時金屬在熔煉

32、過程中，應(yīng)嚴(yán)格控制有可能擴(kuò)大金屬凝固溫度范圍元素過程中，應(yīng)嚴(yán)格控制有可能擴(kuò)大金屬凝固溫度范圍元素的加入量及鋼鐵中的硫、磷含量，選用收縮率小的合金，的加入量及鋼鐵中的硫、磷含量，選用收縮率小的合金，改善合金的退讓性。改善合金的退讓性。三、鑄造合金的偏析和吸氣性三、鑄造合金的偏析和吸氣性 1.1.偏析偏析 鑄件中出現(xiàn)化學(xué)成分不均勻的現(xiàn)象稱為偏析。鑄件的偏析可鑄件中出現(xiàn)化學(xué)成分不均勻的現(xiàn)象稱為偏析。鑄件的偏析可分為晶內(nèi)偏析、區(qū)域偏析和比重偏析三類。分為晶內(nèi)偏析、區(qū)域偏析和比重偏析三類。(1)(1)晶內(nèi)偏析（又稱枝晶偏析）晶內(nèi)偏析（又稱枝晶偏析）是指晶粒內(nèi)各部分化學(xué)成分不均勻是指晶粒內(nèi)各部分化學(xué)成分不

33、均勻的現(xiàn)象，這種偏析出現(xiàn)在具有一定凝固溫度范圍的合金鑄件中。的現(xiàn)象，這種偏析出現(xiàn)在具有一定凝固溫度范圍的合金鑄件中。為防止和減少晶內(nèi)偏析的產(chǎn)生，在生產(chǎn)中常采取緩慢冷卻或孕育為防止和減少晶內(nèi)偏析的產(chǎn)生，在生產(chǎn)中常采取緩慢冷卻或孕育處理的方法。處理的方法。(2)(2)區(qū)域偏析區(qū)域偏析 是指鑄件截面的整體上化學(xué)成分和不均勻。避免區(qū)是指鑄件截面的整體上化學(xué)成分和不均勻。避免區(qū)域偏析的發(fā)生，主要應(yīng)該采取預(yù)防措施，如控制澆注溫度不要太域偏析的發(fā)生，主要應(yīng)該采取預(yù)防措施，如控制澆注溫度不要太高高 ，采取快速冷卻使偏析來不及發(fā)生，或采取工藝措施造成鑄件，采取快速冷卻使偏析來不及發(fā)生，或采取工藝措施造成鑄件斷面較低的溫度梯度，使表層和中心部分接近同時凝固。斷面較低的溫度梯度，使表層和中心部分接近同時凝固。(3)(3)比重偏析比重偏析 鑄件上、下部分化學(xué)成分不均勻的現(xiàn)象稱為比重偏鑄件上、下部分化學(xué)成分不均勻的