第九章 铸件的收缩
§9-1 铸造合金的收缩 §9-2 铸件中的缩孔和缩松 §9-3 防止铸件产生缩孔和缩松的途 径
§9-1 铸造合金的收缩
一、收缩的基本概念 二、铸钢的收缩 三、铸铁的收缩 四、铸件的收缩
§9-1 铸造合金的收缩 －
一、收缩的基本概念


铸件在液态、凝固态和液态的冷却 过程中所发生的体积减小的现象称 为收缩。 收缩是铸造合金本身的物理性质。 收缩是铸件中许多缺陷，如缩孔、 缩松、热裂、应力、变形和冷裂等 产生的基本原因。是铸件的重要铸 造性能之一。
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三、铸铁的收缩
3 固态收缩
铸铁的固态收缩曲线 分为五个阶段： 2）缩前膨胀缩前（2 段）：铸铁件在凝固时 期，当析出一定量的固 相而连成骨架后，石墨 析出的膨胀力作用在骨 架上使铸件尺寸变大， 此即缩前膨胀。
l
+ 0 -
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三、铸铁的收缩
3 固态收缩
金属的线收缩是铸件产生应力、变形和冷裂的基本原因。
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一、收缩的基本概念

线收缩的开始温度
对于有一定结晶温度范围的 合金：在虚线以上，由于枝 晶较少，不能形成连续的骨 架，表现为液态收缩的性质； 虚线以下，枝晶数量增多， 彼此连成连续的骨架，则开 始表现出固态性质，即开始 线收缩

当温度由t0 t1时，金属的体收 缩率和线收缩率分别为：
V0 V1 V 100% V (t0 t1 ) 100% V0 l0 l1 l 100% l (t0 t1 ) 100% l0
v 3l 或 v 3 l v、l－金属 在（t0－t1） 温度范围内 的体收缩系 数和线收缩 系数
V 液 V 液 (t浇 tL ) 100%
提高浇注温度t浇，或因合金改变而降低t L，都使液态收 缩增加。
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一、收缩的基本概念

三个相互联系的收缩阶段：
2 凝固收缩
对于纯金属和共晶合金，凝固期间的体收缩只是由于状 态的改变，而与温度无关，故具有一定的数值。
具有一定结晶温度范围的合金由液态转变为固态时，收 缩率既与状态改变时的体积变化有关，又与结晶温度范 围有关。
§9-2 铸件中的缩孔和缩松
一、缩孔
1 一般合金缩孔的形成
综上所述，在铸件中产生集小缩孔的基本原因，是合 金的液态收缩和凝固收缩值大于固态收缩值；
产生集中缩孔的条件，是铸件由表及里地逐层凝固(而 不是整个体积同时凝固)，缩孔就集中在最后凝固的地 方
§9-2 铸件中的缩孔和缩松
§9-1 铸造合金的收缩 －
一、收缩的基本概念

三个相互联系的收缩阶段：
2 凝固收缩
液态金属注入铸型后，首先在表面形成硬壳，其中尚处于 液态的金属在此外壳中冷却时，由于液态收缩和凝固收缩 使体积缩小。如果听减小的体积得不到外外来金属液的补 充，则在铸件中形成集中于某处的或分散的孔洞－缩孔或 缩松。因此，液态收缩和凝固收缩是铸件产生缩孔和缩松 的基本原因。 v液＋ v凝 愈大，缩孔的容积就愈大。 有一些合金，在凝固过程中体积不但不收缩，反而膨胀， 如某些Ga台金，Bi－Sb合金，故凝固收缩率为负值。
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四、铸件的收缩

铸造收缩率 由于上述三种阻力的影响，在进行铸件工艺设 计时，模样尺寸就不能按自由收缩率考虑。生 产种使用的铸造收缩率是考虑了各种阻力影响 之后的实际收缩率。
铸＝
l模 l件 l件
100％
铸－铸造收缩率
l模－模样尺寸 l件－铸件尺寸
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v固＝ v珠前＋ v ＋ v珠后 l＝ 珠前＋ ＋ 珠后
BACK
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三、铸铁的收缩
1 液态收缩
铸铁的液态体收缩系数v液随碳量的提高而增 大。对于亚共晶铸铁， v液的平均值为： v液＝（90＋30wc）×10-6 根据状态图，铸铁的碳质量分数每增加1％， 其液相线温度下降90℃，由此得 v液＝ v液[t浇-(1540-90wc)]×100% 当浇注温度一定时， v液随碳量的增加而增大。
§9-2 铸件中的缩孔和缩松
一、缩孔
1 一般合金缩孔的形成
以圆柱体铸件为 例，假定金属在 固定温度下凝固， 或结晶温度范围 很窄，铸件由表 及里逐层凝固。 a图：温度降低， 发生液态收缩， 但能够得到浇注 系统的补充
§9-2 铸件中的缩孔和缩松
一、缩孔
1 一般合金缩孔的形成
b图：温度降至 凝固温度，外面 凝固一层硬壳， 包住内部的液态 金属，内浇口被 冻结。
是某一温度区间的相对收缩量，为与温度差的乘积。因 此既与金属性质有关，又与温度区间的大小有关。
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一、收缩的基本概念

三个相互联系的收缩阶段：
液态收缩 凝固收缩
固态收缩
§9-1 铸造合金的收缩 －
一、收缩的基本概念

三个相互联系的收缩阶段：
1 液态收缩
充满铸型瞬间，液态金属所具有的温度t浇冷却至开始凝 固的液相线温度t L的体收缩为液态收缩。表现为型腔内 液面的降低。
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一、收缩的基本概念

三个相互联系的收缩阶段：
3 固态收缩
V固 V固(tS t0 ) 100%
在固态收缩阶段，铸件各个方向上都表现出线尺寸的缩 小。因此，这个阶段对铸件的形状和尺寸的精度影响最 大。为方便起见，常用线收缩率表示固态收缩，即：
l l (tS t0 ) 100%
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三、铸铁的收缩 2 凝固收缩
亚共晶白口铸铁的凝固收缩和碳钢相似，是状态 改变和温度降低共同作用的结果，可用下式表示： v凝＝ v(L S)+ v(L S)(t L-tS) v(L S) － 因状态改变的体收缩率，平均值为3.0% v(L S) －凝固温度范围内的体收缩系数，平均值 为1.0×10-4/℃

铸件表面与铸型表面之间的摩擦力的大小与铸件重量、铸型表面 的平滑程度有关。
2）热阻力
由于铸件结构特点或其它因素造成铸件各部分冷却速度不一致， 使各部分的收缩彼此制约产生阻力，而不能自由收缩时，称为热 阻力。所以热阻力的产生主要和铸件结构有关。
3）机械阻力
当铸件由于本身结构具有突出部分或内腔部分有型芯，在收缩时 便会受到铸型和型芯的阻力，而不能自由收缩，这种阻力称为机 械阻力。该阻力的大小，决定于造型材料的强度、退让性、铸型 和型芯的紧实度、箱档和芯骨的位置，以及铸件本身的厚度和长 度。机械阻力使铸件收缩量减小。
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四、铸件的收缩



自由收缩：铸件在铸型中仅受到金属表面与铸 型表面之间的摩擦阻力的阻碍 受阻收缩：铸件在铸型中受到如铸型、型芯等 其它阻碍 对于同一种合金而言，受阻收缩率小于自由收 缩率
铸型
型芯
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四、铸件的收缩
三种阻力 1）铸型表面的摩擦力
四、铸件的收缩
几种合金的铸造收缩率
合金类型
灰铸铁：中小型与小型铸件 中大型铸件 孕育铸铁 白口铸铁 球墨铸铁 铸钢（碳钢和低合金结构钢） 铝硅合金 锡青铜
收缩率 自由收缩 受阻收缩
1.0% 0.9% 1.0~1.5% 1.75% 1.0% 1.6~2.0% 1.0~1.2% 1.4% 0.9% 0.8% 0.8~1.0% 1.5% 0.8% 1.3~1.7% 0.8~1.0% 1.2%
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一、收缩的基本概念


金属从液态到常温的体积改变量称 为体收缩。金属在固态时的线尺寸 改变量，称为线收缩。在设计和制 造模型时，需要知道线收缩。 在实际中，通常皆以相对收缩量表 示金属的收缩特性，此相对收缩量 称为收缩率。
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一、收缩的基本概念
§9-1 铸造合金的收缩 －
一、收缩的基本概念

收缩率与状态图的关系
共晶型合金
固溶体合金
有限固溶体合金
BACK
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二、铸钢的收缩
1 液态收缩 提高钢的含碳量， v液相应增大， 每增加1％质量分数的碳， v液约 增大20％。据实验，钢液温度每 下降100℃， v液约为1.5~1.75％。 所以， v液随碳量和浇注温度的 增加而增加。
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三、铸铁的收缩
3 固态收缩
铸铁的固态收缩曲线 分为五个阶段：
l
5）珠光体后收缩珠后 （5段）：在共析转变 + 温度以下开始，因石墨 0 化极微弱， 珠后主要取 决于这阶段的收缩系数。
v固＝ v初缩－v缩前＋v珠前－v共膨＋v珠后 l＝ 初缩－缩前＋珠前－共膨＋珠后
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二、铸钢的收缩
2 凝固收缩 凝固期间的体收缩包括状态改变 和温度降低两部分。碳钢的凝固 收缩率如表所示。
0.10 0.25 v凝×100 2.0 2.5 Wc×100 0.35 3.0 0.45 4.3 0.70 5.3
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二、铸钢的收缩 3 固态收缩 碳钢的固态收缩分为三个阶段：
故有v凝＝ 3.0%+ 1.0 ×10-4(t L-tS)×100％
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三、铸铁的收缩 2 凝固收缩
石墨铸铁（灰铁、蠕墨铸铁和球墨铸铁）在凝固 期间因温度下降而发生收缩，石墨析出发生膨胀， 共晶转变后期由于石墨领先析出还要发生二次收 缩。石墨化膨胀和二次收缩与铸铁的冶金质量和 铸件的冷却速度有关，在很大范围内变化。 wc×100 2.5 3.0