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金属工艺学（热） 铸造部分 引 子 我国有辉煌的传统冶铸历史，在殷商时期就有灿烂的青铜器铸造技术。如北京明朝永乐青铜大钟，重达46.5t，钟高6.75m，钟唇厚22cm，外径3.3m，钟体内遍铸经文22.7万字，击钟时尾音长达2分钟以上，传距20km。外形和内腔如此复杂、重量如此巨大、质量要求如此高的青铜大钟，正说明我国早已掌握冶炼和铸造技术。 铸造：将液态金属浇注到具有与零件形状、尺寸相适应的铸型型腔中，液态金属在重力场或外力场（压力、离心力、电磁力等）的作用下充满型腔，待其冷却凝固，以获得毛坯或零件的生产方法。 2.铸造过程包括以下内容: 1）金属熔炼—得到成分、温度合格的金属液； 2）造型和制芯直到装配 , 得到铸型（型腔）； 3）浇注，型内冷却凝固； 4）清理，检验。得到不同形状、性能要求的铸件。 第一章 铸造工艺基础 合金的两大铸造性能：合金的流动性和收缩性。 第一节 液态合金的充型 液态合金填充铸型的过程，称为充型。 液态合金充满铸型型腔，获得形状完整、轮廓清晰铸件的能力，称为液态合金充型能力。 影响充型能力的主要因素如下： 一、合金的流动性 液态合金本身的流动能力，称为合金的流动性。它是合金的主要铸造性能之一。 流动性愈好，充型能力愈强，愈便于浇铸出轮廓清晰、薄而复杂的铸件；有利于非金属夹杂物和气体的上浮与排除；有利于补缩。 第一节 液态合金的充型 液态合金的流动性以“螺旋形试样”长度来衡量。 二、影响流动性的因素 1. 合金性质方面的因素 包括合金的种类、成分、结晶特征以及其它物理性能。 种类：灰铸铁、硅黄铜流动性最好;铸钢最差。 成分：化学成分影响显著，铸铁中碳、硅含量增加，流动性增加。 结晶特征：共晶合金流动性最好。合金成分愈远离共晶点，结晶温度范围愈宽，流动性愈差。 2 浇注温度 浇注温度愈高，合金的粘度下降，且因过热度高，合金在铸型中保持流动的时间长，故充型能力强；但浇铸温度过高，铸件容易缩孔、缩松、粘砂、气孔、粗晶等缺陷。 3 充型压力 液态合金所受的压力愈大，充型能力愈好 4 铸件结构 铸件壁厚过小、壁厚急剧变化、有大的水平面使流动性变差。 5 铸型填充条件 铸型材料 铸型材料的导热系数和比热容愈大，对液态合金的激冷能力愈强，充型能力愈差。 铸型温度 预热使充型能力提高。 铸型中气体 排气能力差将导致型腔中气压增大，阻碍液态合金的充型。 第二节 铸件的凝固与收缩 一、铸件的凝固方式 凝固方式依据凝固区的宽窄来划分。 1 逐层凝固 凝固过程中不存在液相、固相并存的凝固区，断面上外层的固体和内层的液体由一条界线清楚地分开。 2 糊状凝固 结晶温度范围较宽，且铸件的温度分布较为平坦，则在凝固的某段时间内，铸件表面并不存在固体层，而液固并存的凝固区贯穿整个断面。 3 中间凝固 大多数合金的凝固介于逐层凝固和糊状凝固之间。 铸件质量与其凝固方式密切相关。 逐层凝固时充型能力强，便于防止缩孔与缩松。如灰铸铁、铝硅合金。 糊状凝固时，难以获得结晶紧实的铸件。如球墨铸铁、锡青铜。 二、铸造合金的收缩 合金从浇铸、凝固直至冷却到室温，其体积或尺寸缩减的现象，称为收缩。收缩是合金的物理本质。 收缩是产生缩孔、缩松、裂纹、变形等铸造缺陷的根源。 合金的收缩经历如下三个阶段： （1）液态收缩 （2）凝固收缩，以上收缩表现为体积收缩，表现为型内液面的降低。 （3）固态收缩，表现为尺寸上的收缩。常用单位长度上的收缩量（即线收缩率）来表示。 铸件的实际收缩率与其化学成分、浇注温度、铸件结构和铸型条件有关。 三、铸件中的缩孔和缩松 1. 缩孔和缩松的形成 （1）缩孔 定义: 集中在铸件上部或最后凝固部位容积较大的孔洞。 形成过程：见图2-4； 影响因素：液态收缩和凝固收缩愈大、浇注温度愈高、铸件厚度愈大，缩孔容积愈大。 （2）缩松 定义：分散在铸件某区域内的细小缩孔。 形成原因：与缩孔类似，被树枝状晶体分隔开的小液体区难以补缩所致。 分类：宏观和微观 2. 缩孔和缩松的防止 逐层凝固的合金缩孔倾向大，糊状凝固的合金缩松倾向大。 措施：采用定向凝固（顺序凝固） 定向凝固：就是在铸件上可能出现缩孔的厚大部位通过安放冒口等工艺措施，使铸件远离冒口的部位先凝固，由后凝固部位的金属液来补充 第三节 铸造内应力、变形和裂纹 铸造内应力是产生变形和裂纹的根本原因。 一、内应力的形成 1. 热应力 定义：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。 产生原因：见图2-8； 壁厚差别大及按顺序凝固原则凝固的铸件易形成内应力。 热应力使铸件的厚壁或心部受拉伸，薄壁或表面受压缩。 防止途径：尽量减少铸件各个部位间的温度差，使其均