1、压力加工v压力加工利用金属在外力作用下所产生的塑性变形，来获得具有一定形状、尺寸和力学性能的原材料、毛坯或零件的生产方法，称为金属压力加工，又称金属塑性加工。相关概念相关概念 1 1、毛坯生产、毛坯生产 毛坯毛坯 ：根据机器零件所要求的工艺尺寸、形状而根据机器零件所要求的工艺尺寸、形状而制成的坯料，供进一步加工使用，以获得成品零件。制成的坯料，供进一步加工使用，以获得成品零件。获得毛坯的生产过程就是获得毛坯的生产过程就是毛坯生产毛坯生产。 2 2、毛坯生产方法：、毛坯生产方法： 铸造、锻造、冲压、焊接等。铸造、锻造、冲压、焊接等。第一节 铸造1 铸造成形的原理铸造成形的原理v铸造是指制造铸型、
2、熔炼金属，并将熔融金属液浇注到具铸造是指制造铸型、熔炼金属，并将熔融金属液浇注到具有与零件形状相似的铸型型腔内，待其冷却凝固后，获得有与零件形状相似的铸型型腔内，待其冷却凝固后，获得一定形状和性能的金属件（铸件）的方法。一定形状和性能的金属件（铸件）的方法。2 2、铸造的特点、铸造的特点( (铸造铸造) )(1)(1)成型方便，适应性强成型方便，适应性强 利用液态成形利用液态成形, ,适应各种适应各种形状形状、尺寸，不同材料（铸铁、非、尺寸，不同材料（铸铁、非合金钢、低合金钢、有色金属等）的铸件。特别是有些塑性合金钢、低合金钢、有色金属等）的铸件。特别是有些塑性差的材料，只能用铸造方法制造毛坯
3、。铸件大小几乎不限差的材料，只能用铸造方法制造毛坯。铸件大小几乎不限（铸件外形尺寸可从几毫米到十几米，壁厚可从（铸件外形尺寸可从几毫米到十几米，壁厚可从0.2mm0.2mm到到1m ,1m ,重量从几克到数百吨）重量从几克到数百吨） 能够制造各种尺寸和形状复杂的铸件，能够制造各种尺寸和形状复杂的铸件，尤其是具有复杂内腔的金属件用铸造方法程序能够更为突出。尤其是具有复杂内腔的金属件用铸造方法程序能够更为突出。如汽车发动机的缸体和缸盖，船舶螺旋桨以及精致的艺术品如汽车发动机的缸体和缸盖，船舶螺旋桨以及精致的艺术品等。有些难以切削的零件等。有些难以切削的零件 ，如燃汽轮机的镍基合金零件不用，如燃汽轮
4、机的镍基合金零件不用铸造方法无法成形。铸造方法无法成形。铸造的生产批量不限，从单件、小件、铸造的生产批量不限，从单件、小件、到大批量。到大批量。因此在机器制造业中用铸造方法生产的毛坯零件，在数量和因此在机器制造业中用铸造方法生产的毛坯零件，在数量和吨位上迄今仍是最多的。吨位上迄今仍是最多的。v(2)(2)生产成本低，较为经济生产成本低，较为经济 可直接利用成本低廉的废机件和切屑，设备费用较低；且设备投资少，生产易于实现。在金属切削机床中，铸件占机床总重量75%以上，而生产成本仅占15-30%。 铸件的形状和尺寸与零件很接近，因而节省了金属材料和加工的工时。精密铸件可省去切削加工，直接用于装配。
5、v(3)(3)铸件组织性能差铸件组织性能差 铸造生产工艺过程复杂，工序多，一些工艺过程难以控制，易出现铸造缺陷，铸件质量不够稳定，废品率高；铸件内部偏析较重，组织晶粒粗大，力学性能差，常有缩松、气孔等铸造缺陷，导致铸件的力学性能不如同类材料的锻件高。1砂型铸造 砂型铸造是用型砂紧实成型的铸造方法。型砂来源广泛，价格低廉，砂型铸造方法适应性强，因而是目前生产中用得最多、最基本的铸造方法。 2特种铸造 特种铸造与砂型铸造不同的其它铸造方法，如熔模铸造、金属型铸造、压力铸造、消失模铸造、低压铸造和离心铸造等。它们之中还可再分为若干种铸造方法。 3、铸造的方法、铸造的方法 v合金的铸造性能及其影合金的
6、铸造性能及其影响因素响因素v合金的铸造性能：合金的铸造性能：合金在铸造成形过程中表合金在铸造成形过程中表现出来的工艺性能。现出来的工艺性能。v铸件的质量与合金的铸造性能密切相关。铸件的质量与合金的铸造性能密切相关。q 铸件质量的主要影响因素铸件质量的主要影响因素 主要体现在二个方面：一是主要体现在二个方面：一是影响充型的主要因素影响充型的主要因素和和影响影响凝固收缩的主要因素凝固收缩的主要因素。 阶段阶段主要影响因素主要影响因素 铸铸 造造 充型充型 金属的流动性金属的流动性 浇注温度浇注温度 充型压力充型压力 凝固凝固 收缩收缩 凝固方式凝固方式 冷却速度冷却速度1 液态合金的充型液态合金的
7、充型v充型：充型：液态合金填充铸型的过程，简称充型。液态合金填充铸型的过程，简称充型。v充型能力：充型能力：液态合金充满铸型型腔，获得形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。状完整、轮廓清晰铸件的能力。v影响充型能力的主要因素影响充型能力的主要因素 * * 合金的流动性合金的流动性 * * 浇注温度浇注温度 * * 铸型填充条件铸型填充条件 充型压力充型压力 P充型充型V流动流动充型能力充型能力 1 1 改善金属改善金属的流动性的流动性加快凝固中液体的补缩加快凝固中液体的补缩排除内部夹杂物和气体排除内部夹杂物和气体形成薄壁复杂的铸件形成薄壁复杂的铸件有利于有利于 合金的流动性
8、是指合金本身在液态下的流动能力。合金的流合金的流动性是指合金本身在液态下的流动能力。合金的流动性好，充填铸型的能力就越强，就易于铸出轮廓清晰的薄壁复动性好，充填铸型的能力就越强，就易于铸出轮廓清晰的薄壁复杂铸件，有利于液态合金中气体和熔渣的上浮与排除，有助于对杂铸件，有利于液态合金中气体和熔渣的上浮与排除，有助于对凝固过程中所产生的收缩进行补缩。反之，若合金的流动性差，凝固过程中所产生的收缩进行补缩。反之，若合金的流动性差，铸件容易产生浇不到、冷隔等缺陷，而且也是引起铸件气孔、夹铸件容易产生浇不到、冷隔等缺陷，而且也是引起铸件气孔、夹渣和缩孔等缺陷的间接原因。渣和缩孔等缺陷的间接原因。v合金流
9、动性的测定，是将液态合金浇注到螺旋形标准试样所形成的铸型中，冷凝后，测出浇注试件的实际螺旋线长度。为便于测定，在标准试样上每隔50设置一个凸台标记。在相同的浇注工艺条件下，测得的螺旋线长度越长，合金的流动性越好。合金流动性测试螺旋形标准试样合金流动性的影响因素v合金的流动性主要与合金的化学成分有关。合金的凝固温度范围越小流动性越好，纯金属和共晶成分的合金是在一个温度点进行凝固的，所以流动性好。在常用的合金中，灰铸铁、硅黄铜的流动性较好，铝合金次之，铸钢较差。一般来说，铸铁的流动性优于钢。 2 2 T浇注浇注t凝固凝固流动性流动性粘度粘度充填路径充填路径充型能力充型能力那么，是不是浇注温度越高越
10、好呢？浇注温度的选择v过低的浇注温度会提高气孔的废品率，而过高的浇注温度会导致金属的收缩增大，吸气增多，氧化严重，使铸件产生缩孔、缩松、气孔和粘砂等缺陷，故只对薄壁复杂铸件或所用材质为流动性较差的合金铸件，才采用提高浇注温度的方法来提高合金的充型能力。一般情况下，在保证液态合金有足够充型能力的前提下，浇注温度不宜过高，通常控制的浇注温度为：灰铸铁12001380，铸造碳钢15201620，铝合金680780，视铸件大小、壁厚、复杂程度及合金成分而定。3 铸型填充条件对充型能力的影响铸型填充条件对充型能力的影响v（1）铸型型腔狭窄、形状复杂或铸型材料的发气量大，型腔内气体量就显著增加，如果铸型排
11、气又不通畅，则造成铸型内气体反压力增大，导致铸型对金属液流动的阻力增加，从而降低合金流动性；v（2）铸型导热能力越差，液态金属处于高温下的时间越长，有利于液态金属的流动和充型。在金属型铸造中，金属型导热能力强，合金的流动性降低；而在干砂型铸造中，特别是将铸型在加热状态下浇注金属液时，合金的填充性将显著提高。凝固收缩阶段 在铸件凝固过程中，对铸件质量影响较大的主要在铸件凝固过程中，对铸件质量影响较大的主要是固液两相并存的凝固区的宽窄。是固液两相并存的凝固区的宽窄。 纯金属和共晶成分的合纯金属和共晶成分的合金在凝固中，因为不存在固金在凝固中，因为不存在固液两相并存的凝固区，所以液两相并存的凝固区，
12、所以固体与液体分界面清晰可见固体与液体分界面清晰可见，一直向铸件中心移动。，一直向铸件中心移动。 铸件在结晶过程中，当结铸件在结晶过程中，当结晶温度范围很宽，且铸件截面晶温度范围很宽，且铸件截面上的温度梯度较小，则不存在上的温度梯度较小，则不存在固相层，而是固液两相共存的固相层，而是固液两相共存的凝固区贯穿整个区域。合金在凝固区贯穿整个区域。合金在凝固过程中先呈糊状而后凝固凝固过程中先呈糊状而后凝固 大多数合金的凝固是介于逐大多数合金的凝固是介于逐层凝固和糊状凝固之间，称为中层凝固和糊状凝固之间，称为中间凝固。间凝固。 3 3 收缩是指合金从浇注、凝固到冷却至室温的过收缩是指合金从浇注、凝固到
13、冷却至室温的过程中，其体积或尺寸缩减的现象。收缩是铸造合金本身程中，其体积或尺寸缩减的现象。收缩是铸造合金本身的物理性质。的物理性质。分为三类，液态收缩、凝固收缩和固态收缩。分为三类，液态收缩、凝固收缩和固态收缩。铸件温度降低铸件温度降低浇注温度浇注温度室温室温凝固终止温度凝固终止温度开始凝固温度开始凝固温度液态收缩液态收缩凝固收缩凝固收缩固态收缩固态收缩 体积收缩体积收缩线收缩线收缩v合金的总收缩为上述三种收缩的总和。合金的总收缩为上述三种收缩的总和。v合金的液态收缩和凝固收缩表现为合金体积合金的液态收缩和凝固收缩表现为合金体积的缩减，常用体积收缩率表示，是形成铸件的缩减，常用体积收缩率表示
14、，是形成铸件缩孔和缩松缺陷的基本原因。合金的固态收缩孔和缩松缺陷的基本原因。合金的固态收缩，直观地表现为铸件轮廓尺寸的减小，因缩，直观地表现为铸件轮廓尺寸的减小，因而常用铸件单位长度上的收缩量，即线收缩而常用铸件单位长度上的收缩量，即线收缩率来表示，是铸件产生内应力、变形和裂纹率来表示，是铸件产生内应力、变形和裂纹的基本原因。的基本原因。 收缩的实质：收缩的实质：液态金属浇入铸型后，由于铸型液态金属浇入铸型后，由于铸型的吸热，的吸热，金属温度下降，空穴数量减少，原子间金属温度下降，空穴数量减少，原子间距离缩短，液态金属的体积减小距离缩短，液态金属的体积减小。温度继续下降。温度继续下降, ,液态
15、金属凝固液态金属凝固, ,原子间距离进一步缩短。金属凝固原子间距离进一步缩短。金属凝固完毕后，在固态下继续冷却时，原子间距离还要完毕后，在固态下继续冷却时，原子间距离还要缩短。缩短。 体收缩与线收缩体收缩与线收缩体收缩：金属从液态到常温的体积改变量称为体收缩：金属从液态到常温的体积改变量称为 体收缩体收缩。线收缩：金属在固态时的线尺寸改变量，称为线收缩：金属在固态时的线尺寸改变量，称为 线收缩线收缩。 )(11001ttVVV)(11001ttlll 是温度的函数，从资料中查到的某一种是温度的函数，从资料中查到的某一种合金的收缩系数，是指合金的收缩系数，是指某一温度范围内的平均值某一温度范围内
16、的平均值。 是某一温度区间的相对收缩量，为是某一温度区间的相对收缩量，为与温度与温度差的乘积。因此，差的乘积。因此， 既与金属的性质有关，又与既与金属的性质有关，又与温度区间的大小有关。温度区间的大小有关。lV、是指单位体积的收缩量（体积收缩率）。是指单位体积的收缩量（体积收缩率）。是指单位长度上的收缩量（线收缩率）。是指单位长度上的收缩量（线收缩率）。 %100110VVVV%100110LLLL 其中其中 V V0 0，L L0 0表示铸件在高温表示铸件在高温T T0 0时的体积和一维方向的长度；时的体积和一维方向的长度； V V1 1，L L1 1表示铸件在高温表示铸件在高温T T1 1
17、时的体积和一维方向的长度。时的体积和一维方向的长度。 在铸模尺寸设计时必须考虑铸件的收缩因素。即利在铸模尺寸设计时必须考虑铸件的收缩因素。即利用每种材料特定的收缩率和实际铸件的尺寸，来换算成铸用每种材料特定的收缩率和实际铸件的尺寸，来换算成铸模型腔的尺寸。模型腔的尺寸。 合金的收缩合金的收缩给铸模的设计和铸件的精密成形等带来较给铸模的设计和铸件的精密成形等带来较大困难，大困难，是多数铸造缺陷产生的根源。是多数铸造缺陷产生的根源。 3.33.34.24.20.10.13.63.6140014003.503.50灰口铸铁灰口铸铁5.45.46.36.34.24.22.42.4140014003.0
18、03.00白口铸铁白口铸铁7.867.863.03.01.61.6161016100.350.35碳钢碳钢固态收缩固态收缩（）（）凝固收缩凝固收缩（）（）液态收缩液态收缩（）（）浇注温度浇注温度（ ）碳含量碳含量（）（）合金合金种类种类 表表2-1 2-1 典型合金的收缩率典型合金的收缩率V V影响收缩的因素影响收缩的因素v（1 1）化学成分）化学成分 碳、硅量增高，收缩减少；锰、碳、硅量增高，收缩减少；锰、硫量增加，收缩增大。硫量增加，收缩增大。v（2 2）浇注温度）浇注温度 浇注温度越高，收缩越大。浇注温度越高，收缩越大。v（3 3）铸件结构和铸型条件）铸件结构和铸型条件 铸件在铸型中的凝
19、固收缩往往不是自由收缩而铸件在铸型中的凝固收缩往往不是自由收缩而是受阻收缩，其阻力来源于两个方面：铸件各个部是受阻收缩，其阻力来源于两个方面：铸件各个部分的冷却速度不同，引起各部分收缩不一致，相互分的冷却速度不同，引起各部分收缩不一致，相互约束而产生阻力；铸型和型芯对收缩的机械阻力。约束而产生阻力；铸型和型芯对收缩的机械阻力。因此，铸件的实际收缩率比自由收缩率要小一些。因此，铸件的实际收缩率比自由收缩率要小一些。铸件结构越复杂，铸型硬度越高，芯骨越粗大，铸铸件结构越复杂，铸型硬度越高，芯骨越粗大，铸件的收缩阻力就越大，铸件的收缩减小，但铸造应件的收缩阻力就越大，铸件的收缩减小，但铸造应力增大。
20、力增大。v铸造缺陷：缩孔 缩松 铸造应力 变形 裂纹 1 1 q 铸造缺陷铸造缺陷缩孔是指金属液在铸模中冷却和凝固时，在铸缩孔是指金属液在铸模中冷却和凝固时，在铸件的厚大部位及最后凝固部位形成一些容积较大的孔洞。件的厚大部位及最后凝固部位形成一些容积较大的孔洞。先先凝固区域堵住液凝固区域堵住液体流动的通道，体流动的通道，后凝固区域收缩后凝固区域收缩所缩减的容积得所缩减的容积得不到补充。不到补充。产生缩孔的产生缩孔的条件条件： 铸件由表及里地铸件由表及里地逐层凝固逐层凝固 产生缩孔的产生缩孔的原因原因： 合金的液态收缩与凝固收缩之和大于固合金的液态收缩与凝固收缩之和大于固态收缩。态收缩。疏松是指
21、金属液在铸模中冷却和凝固时，疏松是指金属液在铸模中冷却和凝固时，在铸件的厚大部位及最后凝固部位形成一些分散性在铸件的厚大部位及最后凝固部位形成一些分散性的小孔洞。的小孔洞。：2 2 产生过程：产生过程：铸件首先从外层开始凝固，因凝固前沿凹凸不平，当铸件首先从外层开始凝固，因凝固前沿凹凸不平，当两侧的凝固前沿向中心汇聚时，汇聚区域形成一个同时凝固区。两侧的凝固前沿向中心汇聚时，汇聚区域形成一个同时凝固区。在此区域内，剩余液体被凹凸不平的凝固前沿分隔成许多小液体在此区域内，剩余液体被凹凸不平的凝固前沿分隔成许多小液体区。最后，这些数量众多的小液体区，因得不到补缩而形成了缩区。最后，这些数量众多的小
22、液体区，因得不到补缩而形成了缩松，缩松隐藏于铸件的内部，外观上不易被发现。凝固温度范围松，缩松隐藏于铸件的内部，外观上不易被发现。凝固温度范围大的合金，结晶时为糊状凝固，凝固中树枝晶将金属液分隔成难大的合金，结晶时为糊状凝固，凝固中树枝晶将金属液分隔成难以得到补缩的小液体区，故其缩松倾向大。以得到补缩的小液体区，故其缩松倾向大。 v 缩松分为宏观缩松和显微缩松两种。宏缩松分为宏观缩松和显微缩松两种。宏观缩松是用肉眼或者放大镜可以看见的小孔观缩松是用肉眼或者放大镜可以看见的小孔洞，多分布在铸件中心轴线处或者缩孔下方。洞，多分布在铸件中心轴线处或者缩孔下方。显微缩松是分布在晶粒之间的微小孔洞，要显
23、微缩松是分布在晶粒之间的微小孔洞，要用显微镜才能看见。这种缩松分布更为广泛，用显微镜才能看见。这种缩松分布更为广泛，有时遍及整个截面。显微缩松难以完全避免，有时遍及整个截面。显微缩松难以完全避免，对于一般铸件多不作为缺陷对待；但对气密对于一般铸件多不作为缺陷对待；但对气密性、力学性能、物理性能或者化学性能要求性、力学性能、物理性能或者化学性能要求很高的铸件，则必须设法减少。很高的铸件，则必须设法减少。 另外，疏松还可能由凝固时被截留在铸件内另外，疏松还可能由凝固时被截留在铸件内的气体无法排除所致。的气体无法排除所致。v缩孔缩松的防止显著降低铸件的机械性能，造成铸件渗显著降低铸件的机械性能，造成
24、铸件渗漏等。漏等。采取采取顺序凝固的办法避免缩孔、疏松的出现顺序凝固的办法避免缩孔、疏松的出现。顺序凝固示意图顺序凝固示意图安装冒口或放置冷铁等工安装冒口或放置冷铁等工艺措施，使铸件上远离冒艺措施，使铸件上远离冒口的部位先凝固口的部位先凝固（图中（图中），然后在靠近冒口的，然后在靠近冒口的部位凝固部位凝固（图中（图中、），最后是冒口本身凝固。最后是冒口本身凝固。是指通过在铸件上可能出现疏松的厚大是指通过在铸件上可能出现疏松的厚大部位部位顺序凝固的缺点顺序凝固的缺点v顺序凝固的缺点是铸件个部分温差较大，引顺序凝固的缺点是铸件个部分温差较大，引起的热应力较大，铸件易变形、开裂。另外，起的热应力较大
25、，铸件易变形、开裂。另外，因为设置冒口，增加了金属的消耗和清理费因为设置冒口，增加了金属的消耗和清理费用。顺序凝固一般用于收缩率大、凝固温度用。顺序凝固一般用于收缩率大、凝固温度范围窄的合金（如铸钢、可锻铸铁、黄铜范围窄的合金（如铸钢、可锻铸铁、黄铜等），以及壁厚差别大、对气密性要求高的等），以及壁厚差别大、对气密性要求高的铸件。铸件。顺序凝固的优缺点顺序凝固的优缺点v顺序凝固的优点是，冒口补缩作用好，可以防止缩顺序凝固的优点是，冒口补缩作用好，可以防止缩孔和缩松，铸件致密。因此，对凝固收缩大，结晶孔和缩松，铸件致密。因此，对凝固收缩大，结晶温度范围较小的合金，常采用这个原则以保证铸件温度范围
26、较小的合金，常采用这个原则以保证铸件质量。质量。v 顺序凝固的缺点是，由于铸件各部分有温度差，顺序凝固的缺点是，由于铸件各部分有温度差，在凝固期间容易产生热裂，凝固后也容易使铸件产在凝固期间容易产生热裂，凝固后也容易使铸件产生应力和变形。顺序凝固原则需加冒口和补贴，工生应力和变形。顺序凝固原则需加冒口和补贴，工艺出品率较低，且切割冒口费工。艺出品率较低，且切割冒口费工。2、同时凝固(simultaneous solidification)v同时凝固原则是采取工艺措施保证铸件结构上各部同时凝固原则是采取工艺措施保证铸件结构上各部分之间没有温差或温差尽量小，使各部分同时凝固。分之间没有温差或温差尽
27、量小，使各部分同时凝固。在同时凝固条件下，扩张角在同时凝固条件下，扩张角等于零，没有补缩通等于零，没有补缩通道。道。v 同时凝固原则的优点是，凝固时期铸件不容易同时凝固原则的优点是，凝固时期铸件不容易产生热裂，凝固后也不易引起应力、变形；由于不产生热裂，凝固后也不易引起应力、变形；由于不用冒口或冒口很小，而节省金属，简化工艺、减小用冒口或冒口很小，而节省金属，简化工艺、减小劳动量。缺点是铸件中心区域往往出现缩松，铸件劳动量。缺点是铸件中心区域往往出现缩松，铸件不致密。不致密。顺序凝固和同时凝固的选用v对于某一具体铸件，则要根据合金的特点、铸件的对于某一具体铸件，则要根据合金的特点、铸件的结构及
28、其技术要求，以及可能出现的其它缺陷，如结构及其技术要求，以及可能出现的其它缺陷，如应力，变形、裂纹等综合考虑，找出主要矛盾，合应力，变形、裂纹等综合考虑，找出主要矛盾，合理地确定采用哪种凝固准则。理地确定采用哪种凝固准则。v应该指出，两种凝固方式在凝固顺序上虽然是对立应该指出，两种凝固方式在凝固顺序上虽然是对立的，但是在某个具体铸件上又可以将两者结合起来。的，但是在某个具体铸件上又可以将两者结合起来。铸件结构一般比较复杂，例如，从整体看某个铸件铸件结构一般比较复杂，例如，从整体看某个铸件壁厚均匀，但个别部位有热节。所以，不能简单地壁厚均匀，但个别部位有热节。所以，不能简单地采用顺序凝固或同时凝
29、固方式，而往往是采用复合采用顺序凝固或同时凝固方式，而往往是采用复合的凝固方式，亦即从整体上是同时凝固，为了个别的凝固方式，亦即从整体上是同时凝固，为了个别部位的补缩，铸件局部是顺序凝固，或者相反。部位的补缩，铸件局部是顺序凝固，或者相反。（2 2）加压补缩）加压补缩 即将铸型置于压力室中，浇注后，迅速即将铸型置于压力室中，浇注后，迅速关闭压力室，使铸件在压力下凝固，可以消关闭压力室，使铸件在压力下凝固，可以消除缩孔或缩松。除缩孔或缩松。（3 3）用浸渗技术防止铸件因缩孔、）用浸渗技术防止铸件因缩孔、缩松而发生的渗漏缩松而发生的渗漏v即将呈胶状的浸渗剂渗入铸件的孔隙，然后即将呈胶状的浸渗剂渗入
30、铸件的孔隙，然后使浸渗剂硬化并于铸件孔隙内壁联成一体，使浸渗剂硬化并于铸件孔隙内壁联成一体，从而达到堵漏的目的。从而达到堵漏的目的。v冒口（冒口（riser）: : 为避免铸件出现缺陷而附加在铸为避免铸件出现缺陷而附加在铸件上方或侧面的补充部分；是在铸型内储存并提供件上方或侧面的补充部分；是在铸型内储存并提供用于补缩铸件的熔融金属的空腔，是存贮液态金属用于补缩铸件的熔融金属的空腔，是存贮液态金属的容器。的容器。v冒口作用：冒口作用：补缩，排气和集渣补缩，排气和集渣v冒口的形状冒口的形状：多采用圆柱形（因其散热慢、：多采用圆柱形（因其散热慢、对缩效果好，且易取模）。对缩效果好，且易取模）。 普通
31、冒口分类：普通冒口分类：按其与外界相通与否按其与外界相通与否分为：明冒口（分为：明冒口（openopen）和）和暗冒口（暗冒口（blindblind）依所在位置分为：顶冒口和边冒口依所在位置分为：顶冒口和边冒口图图3.50 3.50 常用的冒口类型常用的冒口类型1 1明顶冒口明顶冒口; 2; 2暗顶冒口暗顶冒口; 3; 3暗侧冒口暗侧冒口; 4; 4铸件铸件冒口放置位置冒口放置位置v(1) 冒口应尽量放在铸件被补缩部位上部或最后凝固的地方。v(2) 冒口应尽量放在铸件最高最厚的地方，以便利用金属液的自重力进行补缩 v(3) 冒口应尽可能不阻碍铸件的收缩。v(4) 冒口最好布置在铸件需要机械加工
32、的表面上，以减少精整铸件的工时。冒口的常见形状及应用冒口的应用v对于凝固过程中体积收缩不大的合金(如灰铸铁)，或不产生集中缩孔的合金（如锡青铜），冒口的作用主要是排放型腔中的气体和收集液流前沿混有夹杂物或氧化膜的金属液，以减少铸件上的缺陷。这种冒口多置于内浇口的对面,其尺寸也不必太大。v对于要求控制纤维组织的铸件，冒口可以收集液流前沿已冷却的金属液,避免铸件上出现过冷组织。例如：在内浇口的对面设置一个小冒口来收集冷金属，该处就不会因金属过冷而出现白口组织，导致铸件报废。这类冒口的大小和设置部位，应根据铸件的显微组织要求确定。v对于凝固期间体积收缩量大而且趋向于形成集中缩孔的合金（如铸钢、锰黄铜
33、及铝青铜等），冒口的主要作用是补偿金属液在型腔中的液态收缩和铸件凝固过程中的收缩，以获得没有缩孔的致密铸件。v铸件在铸型中冷却时，最薄的部位先凝固，其收缩可由附近较厚的部分补偿；较厚部分凝固时，又可由最厚部分得到补偿；最厚部分凝固时，如得不到外来的补偿，该处就会形成大缩孔。在这种情况下，冒口的作用就是要补偿铸件最后凝固的部分，所以要置于铸件最厚部位的上方或侧面，并且它的凝固要求晚于铸件的最厚部分。铸造热节：是指铁水在凝固过程中，铸件内比周围金属凝固缓慢的节点或局部区域。也可以说是最后冷却凝固的地方。 缩松的防止v 缩松是细小分散的孔洞，对铸件承载能力的影缩松是细小分散的孔洞，对铸件承载能力的影
34、响比集中缩孔要小，但影响铸件的气密性，使铸响比集中缩孔要小，但影响铸件的气密性，使铸件渗漏。因此，对于气密性要求高的油缸、阀体件渗漏。因此，对于气密性要求高的油缸、阀体等承压铸件，必须采取工艺措施来防止缩松。等承压铸件，必须采取工艺措施来防止缩松。v然而，防止缩松比防止缩孔要困难得多，它不仅然而，防止缩松比防止缩孔要困难得多，它不仅难以发现，而且常出现在凝固温度范围大的合金难以发现，而且常出现在凝固温度范围大的合金所制造的铸件中，即使采用冒口对其热节处进行所制造的铸件中，即使采用冒口对其热节处进行补缩，也由于发达的树枝晶堵塞了补缩通道，而补缩，也由于发达的树枝晶堵塞了补缩通道，而使冒口难以发挥
35、作用。使冒口难以发挥作用。v目前，生产中多采用在热节处安放冷铁或在目前，生产中多采用在热节处安放冷铁或在砂型的局部表面涂敷激冷涂料的办法，以加砂型的局部表面涂敷激冷涂料的办法，以加大铸件的冷却速度；或加大结晶压力，以破大铸件的冷却速度；或加大结晶压力，以破碎枝晶，减少金属液流动的阻力，从而达到碎枝晶，减少金属液流动的阻力，从而达到部分防止缩松的效果。部分防止缩松的效果。内置冷铁法内置冷铁法外置冷铁法外置冷铁法 设置冒口法设置冒口法 冒口、冷铁共用法冒口、冷铁共用法在铸件的固态收缩阶段会引起铸造应力。在铸件的固态收缩阶段会引起铸造应力。内应力：内应力：是在没有外力的条件下，平衡于物体内是在没有外
36、力的条件下，平衡于物体内部的应力。部的应力。铸造应力铸造应力相变应力相变应力热应力热应力机械应力机械应力（收缩应（收缩应力）力）（1 1）、收缩应力（机械应力）、收缩应力（机械应力） v 是铸件的固态收缩是铸件的固态收缩受到铸型、型芯、浇注受到铸型、型芯、浇注系统、冒口或箱挡的阻系统、冒口或箱挡的阻碍而产生的应力。一般碍而产生的应力。一般这种应力是暂时的，打这种应力是暂时的，打箱后便可消失。箱后便可消失。v 防止措施防止措施是改善铸型是改善铸型和型芯的退让性。和型芯的退让性。受应力作用轴套铸件受应力作用轴套铸件退让性：退让性：v 合金在凝固和冷却过程中会收缩，此时要求铸型相关部合金在凝固和冷却
37、过程中会收缩，此时要求铸型相关部位发生变形或退让，位发生变形或退让， 以不阻碍铸件收缩而获得应力小而不以不阻碍铸件收缩而获得应力小而不产生裂纹的铸件，这种型砂随着铸件收缩而减小其体积的能产生裂纹的铸件，这种型砂随着铸件收缩而减小其体积的能力称为力称为退让性退让性，也称，也称容让性容让性。 退让性小时，铸件收缩困难，会使铸件内产生应力退让性小时，铸件收缩困难，会使铸件内产生应力 甚至开裂。型砂退让性主要取决于该型砂的热强度。热强甚至开裂。型砂退让性主要取决于该型砂的热强度。热强度高，抵抗合金液机械作用的能力强，但退让性差。粘土度高，抵抗合金液机械作用的能力强，但退让性差。粘土型砂随粘土和水分含量
38、的增加退让性下降。在型砂中加入型砂随粘土和水分含量的增加退让性下降。在型砂中加入木屑、焦炭粒等附加物时有助于提高退让性，尤其以木屑木屑、焦炭粒等附加物时有助于提高退让性，尤其以木屑作用最为显著。在要求有较高退让性的砂芯（如管类铸件作用最为显著。在要求有较高退让性的砂芯（如管类铸件的砂芯）中，常使用稻草绳，铸件收缩时，草绳已烧掉，的砂芯）中，常使用稻草绳，铸件收缩时，草绳已烧掉，砂芯就不会阻砂芯就不会阻 碍铸件的收缩，清砂也比较容易。碍铸件的收缩，清砂也比较容易。 热应力的形成热应力的形成 + + 表示拉应力表示拉应力 - - 表示压应力表示压应力v固态金属在再结晶温度以固态金属在再结晶温度以上
39、时，处于塑性状态，此上时，处于塑性状态，此时，在较小的应力作用下，时，在较小的应力作用下，便可发生塑性变形（即永便可发生塑性变形（即永久变形），其内应力在变久变形），其内应力在变形后可自行消除。在再结形后可自行消除。在再结晶温度以下，金属呈弹性晶温度以下，金属呈弹性状态，此时，在应力作用状态，此时，在应力作用下，仅能产生弹性变形，下，仅能产生弹性变形，变形后应力仍然存在。变形后应力仍然存在。应力框中粗杆、细杆的冷却曲线如图所示。由图可见，杆应力框中粗杆、细杆的冷却曲线如图所示。由图可见，杆与杆与杆的截面厚度不同，冷却速度不一致，使两杆的收的截面厚度不同，冷却速度不一致，使两杆的收缩不一致，因而
40、产生了内应力。其具体形成过程可分为三缩不一致，因而产生了内应力。其具体形成过程可分为三个阶段进行。个阶段进行。v第一阶段（第一阶段（t0t0t1t1）。杆）。杆与与杆杆的温度均高于的温度均高于T T再，均处再，均处于塑性状态，尽管两杆的冷速于塑性状态，尽管两杆的冷速不同，收缩不一致，但瞬时的不同，收缩不一致，但瞬时的应力均可通过塑性变形而自行应力均可通过塑性变形而自行消除。消除。v第二阶段（第二阶段（t1t1t2t2）。杆）。杆已已冷却至冷却至T T再以下，进入弹性状再以下，进入弹性状态，杆态，杆的温度仍在的温度仍在T T再以上，再以上，呈塑性状态。此时因杆呈塑性状态。此时因杆的冷的冷速大于杆
41、速大于杆，收缩亦大于杆，收缩亦大于杆，杆杆受拉伸，杆受拉伸，杆受压缩，形受压缩，形成了暂时的应力。但内应力也成了暂时的应力。但内应力也会随杆会随杆的塑性变形（缩短）的塑性变形（缩短）而消除，使杆而消除，使杆与杆与杆同时缩同时缩短至短至L1L1。 v第三阶段（第三阶段（t2t2t3t3）。因）。因塑性变形而缩短的杆塑性变形而缩短的杆也也冷却至冷却至T T再以下并呈弹性状再以下并呈弹性状态。此时，杆态。此时，杆的温度较的温度较高，还会有较大的收缩；高，还会有较大的收缩；而杆而杆的温度较低，收缩的温度较低，收缩已趋停止。因此，杆已趋停止。因此，杆的的收缩必然受到杆收缩必然受到杆的强烈的强烈阻碍，结果
42、，杆阻碍，结果，杆受弹性受弹性拉伸，杆拉伸，杆受弹性压缩。受弹性压缩。冷却到室温时，框中就产冷却到室温时，框中就产生了残余内应力。生了残余内应力。（3 3） 相变应力相变应力 ：热处理过程中由于工件各部位相转变的不同时性所引起的应力。 热应力总结va） 热应力的性质是：铸件缓冷处（厚壁处或心部）受拉伸，快冷处（薄壁处或表层）受压缩。vb） 铸件冷却时各处的温差愈大，定向凝固愈明显，合金的固态收缩率愈大，弹性模量愈大，则热应力愈大。消除铸造应力的措施消除铸造应力的措施 （1 1）自然时效）自然时效 将存在残余应力的铸件在露天环境中存放数月将存在残余应力的铸件在露天环境中存放数月至半年以上，依靠大
43、自然的力量，经过几个月至至半年以上，依靠大自然的力量，经过几个月至几年的风吹、几年的风吹、 日晒、雨淋和季节的温度变化，给日晒、雨淋和季节的温度变化，给构件多次造成反复的温度应力。再温度应力形成构件多次造成反复的温度应力。再温度应力形成的过载下，促使残余应力发生松弛而使尺寸精度的过载下，促使残余应力发生松弛而使尺寸精度获得稳定。让应力消失的过程称为获得稳定。让应力消失的过程称为自然时效自然时效。 （2 2）人工时效）人工时效 将铸件缓慢加热到弹性转变温度将铸件缓慢加热到弹性转变温度T Tk k以上，经过以上，经过较长时间保温，然后缓慢冷却以消除残余应力的较长时间保温，然后缓慢冷却以消除残余应力
44、的热处理方法称为热处理方法称为人工时效人工时效。 在确定人工时效的规范时，应注意缓慢加热和在确定人工时效的规范时，应注意缓慢加热和缓慢冷却两个要点，因为加热速度或冷却速度过缓慢冷却两个要点，因为加热速度或冷却速度过快，都将产生新的应力，与残余应力叠加后可能快，都将产生新的应力，与残余应力叠加后可能使铸件开裂。使铸件开裂。消除铸造应力的措施消除铸造应力的措施（3 3）共振时效）共振时效 利用激振器的激振作用使铸件发生共振，从而利用激振器的激振作用使铸件发生共振，从而消除铸件残余应力的方法称为消除铸件残余应力的方法称为共振法共振法。 共振过程中的交变应力与残余应力的共同作用，共振过程中的交变应力与
45、残余应力的共同作用，使铸件产生局部屈服及塑性变形，从而使残余应力使铸件产生局部屈服及塑性变形，从而使残余应力松弛，消失。松弛，消失。 共振法的显著优点是时间短，费用低，能耗少，共振法的显著优点是时间短，费用低，能耗少，而且操作简便，无污染，铸件表面不产生氧化皮，而且操作简便，无污染，铸件表面不产生氧化皮，不损害铸件的尺寸精度。不损害铸件的尺寸精度。消除铸造应力的措施消除铸造应力的措施4 4 铸件的变形与裂纹铸件的变形与裂纹铸件的变形铸件的变形 如果铸件冷却过程中形成的铸造应力较大，或如果铸件冷却过程中形成的铸造应力较大，或者冷却至室温时铸件内有残余应力存在，在应力者冷却至室温时铸件内有残余应力
46、存在，在应力作用下，铸件就有发生塑性变形的趋势，从而减作用下，铸件就有发生塑性变形的趋势，从而减小或消除应力，趋于稳定状态。铸件中铸造应力小或消除应力，趋于稳定状态。铸件中铸造应力的状态及其分布规律取决于铸件的结构及温度分的状态及其分布规律取决于铸件的结构及温度分布情况。而铸件发生的变形是各种应力综合作用布情况。而铸件发生的变形是各种应力综合作用的结果。的结果。挠曲挠曲是铸件中最常见的变形。是铸件中最常见的变形。 实例实例 机床床身由于其导轨面较厚，其侧面较薄，因机床床身由于其导轨面较厚，其侧面较薄，因而在冷却过程中厚薄两部分产生温差，致使而在冷却过程中厚薄两部分产生温差，致使导轨导轨面受拉应
47、力，侧面受压应力面受拉应力，侧面受压应力。变形的结果，导轨。变形的结果，导轨面向下凹，薄壁侧面向下凸，如下图所示。面向下凹，薄壁侧面向下凸，如下图所示。 机床床身变形示机床床身变形示意图意图 热应力引起的变形热应力引起的变形v铸件的裂纹铸件的裂纹 当内应力超过合金的强度极当内应力超过合金的强度极限时，铸件就会产生裂纹。根据裂纹产生的限时，铸件就会产生裂纹。根据裂纹产生的温度不同，把裂纹分为热裂和冷裂两种。温度不同，把裂纹分为热裂和冷裂两种。 a a）热裂）热裂 是铸件在高温下形成的裂缝，外形形状曲折是铸件在高温下形成的裂缝，外形形状曲折而不规则，断口呈氧化色。热裂是铸件在凝固末期形成的。而不规
48、则，断口呈氧化色。热裂是铸件在凝固末期形成的。是铸钢和铸铝常见的缺陷。是铸钢和铸铝常见的缺陷。vb b）冷裂）冷裂 是铸件处于弹性状态时，其热应力和机械应是铸件处于弹性状态时，其热应力和机械应力总值超过合金强度极限而形成的。其外形呈连续直线状力总值超过合金强度极限而形成的。其外形呈连续直线状或圆滑曲线状，断口干净，具有金属光泽或称轻微氧化色。或圆滑曲线状，断口干净，具有金属光泽或称轻微氧化色。 铸件热裂的外观特征铸件热裂的外观特征 热裂沿晶粒边界穿过热裂沿晶粒边界穿过 5 金属的吸气性v定义：定义：金属在熔炼过程中溶解气体，在浇注过程中因金属在熔炼过程中溶解气体，在浇注过程中因浇包未烘干，铸形
49、浇注系统设计不当，铸形透气性差浇包未烘干，铸形浇注系统设计不当，铸形透气性差以及浇注速度控制不当，或形腔内气体不能及时排出，以及浇注速度控制不当，或形腔内气体不能及时排出，都会使气体进入金属液，增加金属中气体的含量，这都会使气体进入金属液，增加金属中气体的含量，这就构成了金属的吸气性就构成了金属的吸气性v（1 1） 金属液吸收气体的过程金属液吸收气体的过程v1 1）气体分子撞击到金属液表面；）气体分子撞击到金属液表面；v2 2）在高温金属液表面上气体分子离解为原子状态）在高温金属液表面上气体分子离解为原子状态v3 3）气体原子根据与金属元素之间的亲和力大小，以）气体原子根据与金属元素之间的亲和
50、力大小，以物理吸附方式或化学吸附方式吸附在金属表面；物理吸附方式或化学吸附方式吸附在金属表面； v4 4）气体原子根据扩散进入金属液内部）气体原子根据扩散进入金属液内部 ；v前三个过程是吸附过程，最后一个是扩散过程。金属前三个过程是吸附过程，最后一个是扩散过程。金属液温度越高，以达到饱和浓度以前，气体与金属接触液温度越高，以达到饱和浓度以前，气体与金属接触时间越长，吸收气体就越多，一直达到该状态下饱和时间越长，吸收气体就越多，一直达到该状态下饱和浓度为止。浓度为止。（2 2） 气体在金属液中的溶解度气体在金属液中的溶解度v在一定温度和压力条件下，金属吸收气体的饱和浓在一定温度和压力条件下，金属
