合金凝固温度区间的影响
窄
逐层凝固
中间凝固
宽
糊状凝固
陡
平
温度梯度的影响
4、铸件的收缩
定义：收缩是指合金从浇注、凝固到冷却至室温的过
程中，其体积或尺寸缩减的现象。
分类：分为三类，液态收缩、凝固收缩和固态收缩。
浇注温度
铸 液态收缩
件
开始凝固温度
温
度 凝固收缩
体 积 收
降
缩
低
凝固终止温度
固态收缩
线收缩
室温
共晶成分从液态 变为固态需要一
定的时间
收缩率：
体积收缩是指单位体积的收缩量（表示由液态到常温的收缩）。 线收缩是指单位长度上的收缩量（可以表示固态时的收缩）。
体积收缩率：
V
V0 V1 100% V1
线收缩率：
L

L0 L1 L1
100%
其中 V0，L0表示铸件在高温T0时的体积和一维方向的长度； V1，L1表示铸件在高温T1时的体积和一维方向的长度。
A0.77---------
F +Fe C 0.0218
3 6.69
ES线是碳在γ-Fe中的溶解度曲 线，又称Acm线。
GS线，又称A3线。是冷却时由 奥氏体中析出铁素体的开始线。
L+ +
L+ Fe3C + Fe3C
F+ Fe3C
1、铸件的凝固过程：
在铸件的凝固过程中，其截面一般存在三个区域， 即液相区、凝固区、固相区。对铸件质量影响较大 的主要是液相和固相并存的凝固区的宽窄。铸件的 凝固方式就是依据凝固区的宽窄来划分的。
第一讲 液态金属成形的工艺 基础
1.1 液态金属的充型能力 1.2 液态金属的凝固与收缩 1.3 铸造缺陷和控制措施
的 铸造性能
通常是指合金的流动性、收缩性 吸气性及偏析等性能
合金铸造性能是选择铸造金属材料，确定铸件 的铸造工艺方案及进行铸件结构设计的依据
若浇铸速度太快, 则型腔中的气体压力增大，
充型能力减弱。
铸件结构
折算厚度：
折算厚度也 叫当量厚度或模 数,是铸件体积 与铸件表面积之 比。折算厚度越 大，热量散失越 慢，充型能力就 越好。
复杂程度：
铸件结构越复 杂，流动阻力就 越大，铸型的充 填就越困难。
1.2 液态金属的凝固与收缩
铁－碳合金状态图
（1）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.
中间凝固
大多数合金的凝固是介于逐 层凝固和糊状凝固之间，称为中 间凝固。
3、影响凝固方式的主要因素
合金的结晶温度范围： 合金的结晶温度范围越小，凝固区域越
窄，越趋向于逐层凝固。在铁碳合金中普通 灰铸铁为逐层凝固，高碳钢为糊状凝固。 铸件的温度梯度：
在合金结晶温度范围已定的前提下，凝 固区的宽窄取决于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大，则其 凝固区相应由宽变窄。
合金 种类
表 典型合金的收缩率ε V
碳含量 浇注温度 液态收缩 凝固收缩 固态收缩 （％） （ ℃） （％） （％） （％）
碳钢
0.35 1610
1.6
3.0
7.86
白口铸铁 3.00 1400
2.4
4.2
5.4～6.3
灰口铸铁 3.50 1400
3.6
0.1
3.3～4.2
小结：合金的收缩是多数铸造缺陷产生的根源，其中液态
相图中的主要特性线
ACD线为液相线，在
ACD线以上合金为液态， L+δ
用符号L表示。液态合金
冷却到此线时开始结晶， δ+
L+
在AC线以下结晶出奥氏
体，在CD线以下结晶出
+
渗碳体，称为一次渗碳
体，用符号Fe3C表示。
L+ Fe3C + Fe3C
AECF线为固相线，在此
F+ Fe3C
线以下合金为固态。液
充型压力 浇注系统
液态金属在流动方向上所受的 压力称为充型压力。充型压力 越大, 充型能力越强。
浇注系统的结构越复杂，则 流动阻力越大，充型能力越 差。
铸型性质
铸型蓄热系数: 即从金属中吸取热量
并储存的能力
铸型温度(不能过高)
铸型的发气和 透气能力：
浇铸时产生气体 能在金属液与铸型间形成气膜，
减小摩擦阻力，有利于充型。 但发气能力过强,透气能力又差时,
1.1 液态金属的充型能力
充型能力的概念:
液态金属通过浇注系统充满铸型型腔，获得尺寸精 确、轮廓清晰的成型件的能力
充型能力不足
浇不足
冷隔
夹砂
气孔
夹渣
充型能力的决定因素
合金的流动性 铸型性质 浇注条件 铸件结构等
冒口
浇口杯 直浇道
内浇道
浇注系统
横浇道
金属的流动性：
改善金属 有利于 的流动性
形成薄壁复杂的铸件 排除内部夹杂物和气体 加快凝固中液体的补缩
测试合金充型 能力的方法:
将合金液浇入铸型 中，冷凝后测出充 满型腔的式样长度。 浇出的试样越长， 合金的流动性越好, 合金充型能力越好.
金属流动性测试实验
实验如下图所示：
不同合金流动性的比较
*铸钢的流动性
*铸铁的流动性
实验证明铸铁的流动性好，铸钢的流动性差。
浇注 条件
浇注温度
浇注温度越高，液态金属的粘度越小， 过热度高，金属液内含热 量多，保 持液态的时间长，充型 能力强。
2、铸件的 凝固方式：
逐层凝固 中间凝固 糊状凝固
铸件的“凝固方式”就是依据凝固区的宽窄来划分的 。
逐层凝固
纯金属和共晶成分的合 金在凝固中因为不存在固液 两相并存的凝固区，所以固 体与液体分界面清晰可见， 一直向铸件中心移动。
糊状凝固
铸件在结晶过程中，当结 晶温度范围很宽，且铸件截面 上的温度梯度较小，则不存在 固相层，固液两相共存的凝固 区贯穿整个区域。
收缩和凝固收缩是铸件产生缩孔和缩松的基本原因，固态收 缩是铸件中产生铸造应力、变形、裂纹的基本原因。
液态合金冷却 合金收缩
液态收缩 凝固收缩
固态合金冷却 固态收缩
缩孔
缩松 应力 变形 裂纹
5、影响收缩的因素
化学成分(c含量)
铸型条件 铸件结构
浇注温度
合金收缩
1.3 铸造缺陷和控制措施
1、缩孔与缩松的形成
相线与固相线之间为合
金的结晶区域，这个区 域内液体和固体共存。
相图中的主要特性线
L+δ
ECF线为共晶线，温度为
1148℃。液态合金冷却到该线
温度时发生共晶转变：
δ+
L4.3--------- A2.11+Fe3C6.69
PSK 线为共析线，又称A1线， 温度为727℃。铁碳合金冷却到 该温度时发生共析转变：