第二章 金属的凝固成形
一、什么是液态成型（铸造生产）
将液态金属浇注到与零件形状相 适应的铸型型腔中，待其冷却凝固，
以获得毛坯或零件的生产方法。
精品资料
二、砂型铸造的工艺过程
型砂
铸
铸
模型
型
落
零
造
件
工
图
艺
熔化 浇注
合 冷却 箱 凝固
砂 、 清
检 验
铸 件
图
芯盒
型
理
芯砂
芯
三、铸造生产的特点
1．可生产形状任意复杂的制件，特别是内腔形状复杂的 制件。如汽缸体、汽缸盖、蜗轮叶片、床身件等。
孔
出，大孔独立存在，小孔则成群出
现。
缩松
2．缩松：铸件断面上出现的分散而细小的缩 孔。
粘 砂
铸件的部分或整个表面粘附着一层 金属和砂粒的机械混和物，多发生 裂纹 在铸件厚壁和热节处。
1．热裂：断面严重氧化，无金属光泽，断口 沿晶界产生和发展，外形曲折而不规则的裂纹。
2）采用同时凝固的原则； 3）采用反变形法。
1 ．热裂 热裂的形状特征是：裂纹短、缝隙宽、形状曲折、缝内 呈氧化色。 热裂的防止：① 应尽量选择凝固温度范围小，热裂倾向小的合金。
② 应提高铸型和型芯的退让性，以减小机械应力。 ③ 对于铸钢件和铸铁件，必须严格控制硫的含量，
防止热脆性。
2 ．冷裂 冷裂的特征是：裂纹细小，呈连续直线状，缝内有金属 光泽或轻微氧化色。
2．适应性强：（1）合金种类不受限制； （2）铸件大小几乎不受限制。
3．成本低：（1）材料来源广； （2）废品可 重熔； （3）设备投资低。
4．废品率高、表面质量较低、劳动条件差。
第一节 金属的凝固特点
一 液态金属的充型能力与流动性
充型—— 液态合金填充铸型的过程。
充型能力——液体金属充满铸型型腔，获得尺寸精确、 轮廓清晰的成形件的能力。
（2）铸件的温度梯度
温度 温度
在合金结晶温度范围已定的前 提下，凝固区域的宽窄取决与铸 件内外层之间的温度差。若铸件 内外层之间的温度差由小变，则 其对应的凝固区由宽变窄。
（二）合金的收缩
T浇 T液
T固
T室 成分
T2
S1
T1
S
表层 中心
1. 收缩的概念 合金的收缩经历如下三个阶段：
（1）液态收缩 从浇注温度到凝固开始温度 之间的收缩。T浇 — T液
冷裂的防止： 1）使铸件壁厚尽可能均匀； 2）采用同时凝固的原则； 3）对于铸钢件和铸铁件，必须严格控制磷的 含量，防止冷脆性。
四、液态成形件的质量与控制
常见铸件缺陷及特征
名称
特征
名称
特征
气
主要为梨形、圆形、椭圆形的孔洞，缩孔 表面较光滑，一般不在铸件表面露
1．缩孔：形状为不规则的封闭或敞露的空洞， 孔壁粗糙并带有枝状晶，常出现在铸件最后凝 固部位。
合金流动性主要取决于合金化学成分所决定的结晶特点
温度（℃）
流动性（cm）
300 200 100
0 80 60 40 20 0
Pb 20 40 60 80 Sb
a）在恒温下凝固 b）在一定温度范围内凝固
（二）浇注条件
1.浇注温度 一般T浇越高，液态金属的充型能力越强。 2.充型压力 液态金属在流动方向上所受的压力越大，
原因。
2. 缩孔与缩松
液态合金在冷凝过程中，若其液态收缩和凝固收缩所缩 减的容积得不到补充，则在铸件最后凝固的部位形成一些
孔洞 。大而集中的称为缩孔，细小而分散的称为缩松。
1)缩孔和缩松的形成
2)缩孔和缩松的防止 防止缩孔和缩松常用的工艺措施就是控制铸件的凝固 次序，使铸件实现“顺序凝固”。
暗冒口
冒口— 储存补缩用金属 液的空腔。 顺序凝固— 铸件按照一定 的次序逐渐凝固。
热节
冷铁
确定热节的方法
等温线法 内切圆法
冷铁
同时凝固— 整个铸件几乎同时凝固。
三、铸造内应力、变形与裂
纹
（一）铸造内应力
铸件在凝固以后的继续冷却过程中，其固态收缩受到阻 碍，铸件内部即将产生内应力。
1.机械应力（收缩应力） 上型
充型能力越强。 3.浇注系统的的结构 浇注系统的结构越复杂，流动阻力
越大，充型能力越差。
（三）铸型充填条件
1. 铸型的蓄热系数 铸型的蓄热系数表示铸型从其中的 金属吸取热量并储存在本身的能力。
2.铸型温度 铸型温度越高，液态金属与铸型的温差 越小，充型能力越强。
3.铸型中的气体
（四）铸件结构
（1）折算厚度 折算厚度也叫当量厚度或模数，为铸件体积 与表面积之比。折算厚度大，热量散失慢，充型能力就 好。铸件壁厚相同时，垂直壁比水平壁更容易充填。
（2）铸件复杂程度 铸件结构复杂，流动阻力大，铸型的 充填就困难。
二、液态金属的凝固与收缩
（一）铸件的凝固方式
温度 温度
1. 逐层凝固
bc a
2. 糊状凝固
3. 中间凝固
液相线
S
液相线 固相线
影响铸件凝固方 成分 式的主要因素 ：
固
表层
液
中心
（1）合金的结晶温度范围
固
表层
液
表层 中心 中心
凝固区
合金的结晶温度范围愈小，凝固区域愈窄， 愈倾向于逐层凝固 。
合金的线收缩受到铸型、 型芯、浇冒系统的机械阻 碍而形成的内应力。
机械应力是暂时应力。
下型
2．热应力
热应力是由于铸件壁厚不均匀，各部分冷却速度不同， 以致在同一时期内铸件各部分收缩不一致而引起的应力。
T
1
TH
1
2
塑性状态
++-
t0~t1: t1~t2： t2~t3：
11
T临
22
2
T室
弹性状态
t
t0 t1 t2
充型能力不足时，会产生浇不足、冷隔、夹渣、气孔等缺陷。
（一）液态合金的流动性
合金的流动性是： 液态合金本身的流动能力。
浇口杯
出气口
0.45%C 铸钢： 240.30%mCm铸铁： 1800mm
浇口杯 出气口
流动性（cm）
温度（℃）Leabharlann 30 0 20 0 10 00
80
60
40
20
0
Pb
20
40
60
80 Sb
t3
热应力：由于形状复杂，厚薄不均，各部分 的冷却速度不同，以至在同一时刻，铸件各部 位收缩不一致而引起的内应力称为热应力。热 应力的形成过程如下图框形梁铸件所示。
ⅡⅠⅡ
热应力使铸件的厚壁或心部受拉伸，薄壁或表层受压缩。 热应力是永久应力。
（二）铸件的变形与防止
+ -
反变形法
防（止三变形）的方铸法件： 的1）裂使铸纹件壁与厚防尽可止能均匀；
（2） 凝固收缩 从凝固开始到凝固终止温度间的收缩。 T液 — T固
（3） 固态收缩 从凝固终止温度到室温间的收缩。 T固 — T室
体收缩率：V
V铸型V铸件10% 0 V铸件
体收缩率是铸件产生缩 孔或缩松的根本原因。
线收缩率：L
L铸型L铸件10% 0 线力收、缩变率形是、铸裂件纹产的生根应本
L铸件