第二篇金属液态成形(铸造) 同时凝固一整个铸件几乎同时凝固。 冷铁 §1-3液态成形内应力、变形与裂纹 一、液态成形内应力 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) 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 2.热应力 热应力是由于铸件壁厚不均匀, :下型 各部分冷却速度不同,以致在同 时期内铸件各部分收缩不一致而引 起的应力。 十 塑性状态 tot 弹性状态 tr-t t 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。 铸件的变形与防止
第二篇 金属液态成形（铸造） 20 同时凝固— 整个铸件几乎同时凝固。 §1-3 液态成形内应力、变形与裂纹 一、液态成形内应力 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） 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。 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。 t0~t1：: t1~t2： t2~t3： 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 冷铁 上 型 下型 1 2 + - t T 1 2 t0 t1 t2 t3 TH T临 T室 塑性状态 弹性状态 1 2 + -
第二篇金属液态成形(铸造) A 1-A A 防止变形的方法:1)使铸件壁厚尽可能均匀; 2)采用同时凝固的原则 3)采用反变形法 三、铸件的裂纹与防止 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 应提高铸型和型芯的退让性,以减小机械应力。 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。 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。 §1-4液态成形件的质量与控制 常见铸件缺陷及特征 称 特征 名称 特征 要为梨形、圆形、椭圆形的孔洞,表宿孔 缩孔:形状为不规则的封闭或敞露的空洞 孔面较光滑,一般不在铸件表面露出,大 座粗糙并带有枝状晶,常出现在铸件最后凝固 独立存在,小孔则成群出 松 2.所松:铸件断面上出现的分散而细小的缩子 1.热裂:断面严重氧化,无金属光泽,断口沿 件的部分或整个表面粘附着一层 产生和发展,外形曲折而不规则的裂纹 砂属和砂粒的机械混和物,多发生在铸件裂纹 厚壁和热节处。 2.冷裂:穿过晶体而不沿晶界断裂,断口有金 光泽或有轻微氧化色 铸件表面上有凸起的金属片状物,表比化 砂面粗糙,边角锐利,有小部分与铸件术成 体相连 及力铸件的化学成分和硬度、强度、伸长率、冲击韧 灰铸铁件断面全部或表面出现亮白色 度、耐热、耐蚀及耐磨等性能不符合技术条件要求 白口阻织,常在铸件薄的断面,棱角及边缘能 格 铸件缺陷的产生与铸造工艺、造型材料、模具、合金的熔炼与浇注、铸造合
第二篇 金属液态成形（铸造） 21 防止变形的方法：1）使铸件壁厚尽可能均匀； 2）采用同时凝固的原则； 3）采用反变形法。 三、铸件的裂纹与防止 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。 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。 §1-4 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 孔 主要为梨形、圆形、椭圆形的孔洞，表 面较光滑，一般不在铸件表面露出，大 孔独立存在，小孔则成群出现。 缩孔 缩松 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。 2．所松：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，多发生在铸件 厚壁和热节处。 裂纹 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．冷裂：穿过晶体而不沿晶界断裂，断口有金属 光泽或有轻微氧化色。 夹 砂 铸件表面上有凸起的金属片状物，表 面粗糙，边角锐利，有小部分与铸件本 体相连。 化 学 成 分 及 力 学 性 能 不 合格 铸件的化学成分和硬度、强度、伸长率、冲击韧 度、耐热、耐蚀及耐磨等性能不符合技术条件要求。 白 口 灰铸铁件断面全部或表面出现亮白色 组织，常在铸件薄的断面，棱角及边缘 部分。 铸件缺陷的产生与铸造工艺、造型材料、模具、合金的熔炼与浇注、铸造合
第二篇金属液态成形(铸造) 金的选择、铸件结构设计、技术要求的设计是否合理等各个环节密切相关。因此, 应从以下几个方面控制铸件质量 1.合理选定铸造合金和铸件结构 2.合理制定铸件的技术要求具有缺陷的铸件并不都是废品,在合格铸件中, 允许存在那些缺陷及其存在的程度,应在零件图或有关的技术文件中做出具体规 定,作为铸件质量要求的依据 3.铸件质量检验铸件质量检验是控制铸件质量的重要措施 铸件检验的项目有:铸件外观质量,包括铸件表面缺陷、表面粗糙度、重量公差 和尺寸公差等;铸件内在质量,包括铸件内部缺陷、化学成分、金相组织和材质 性能等;铸件使用性能,包括铸件在强力、髙速、耐蚀、耐热、耐低温等不同条 件下的工作能力。 铸件质量检验最常用的是宏观法。它是通过肉眼观察(或借助尖咀锤)找出 铸件的表面缺陷和皮下缺陷,如气孔、砂眼、夹渣、粘砂、缩孔、浇不到、冷隔 尺寸误差等。对于内部缺陷则要用仪器检验,如着色渗透检验、超声波探伤、射 线探伤、磁粉探伤、荧光探伤、耐压试验等。此外,若有必要还应对铸件进行解 剖检验、金相检验、力学性能检验和化学成分分析等
第二篇 金属液态成形（铸造） 22 金的选择、铸件结构设计、技术要求的设计是否合理等各个环节密切相关。因此， 应从以下几个方面控制铸件质量： 1．合理选定铸造合金和铸件结构 2．合理制定铸件的技术要求 具有缺陷的铸件并不都是废品，在合格铸件中， 允许存在那些缺陷及其存在的程度，应在零件图或有关的技术文件中做出具体规 定，作为铸件质量要求的依据。 3．铸件质量检验 铸件质量检验是控制铸件质量的重要措施。 铸件检验的项目有：铸件外观质量，包括铸件表面缺陷、表面粗糙度、重量公差 和尺寸公差等；铸件内在质量，包括铸件内部缺陷、化学成分、金相组织和材质 性能等；铸件使用性能，包括铸件在强力、高速、耐蚀、耐热、耐低温等不同条 件下的工作能力。 铸件质量检验最常用的是宏观法。它是通过肉眼观察（或借助尖咀锤）找出 铸件的表面缺陷和皮下缺陷，如气孔、砂眼、夹渣、粘砂、缩孔、浇不到、冷隔、 尺寸误差等。对于内部缺陷则要用仪器检验，如着色渗透检验、超声波探伤、射 线探伤、磁粉探伤、荧光探伤、耐压试验等。此外，若有必要还应对铸件进行解 剖检验、金相检验、力学性能检验和化学成分分析等
第二篇金属液态成形(铸造) 第二章常用液态成形合金及其熔炼 §2-1铸铁件生产 铸铁是含碳量大于2.11%(通常为25%-40%)的铁碳合金。 据据碳在钟铁中存在形式的不属,铁可分为 1白口铸铁:碳全部以Fe3C的形式存在,断口呈银色。由于白口铸铁具有良好 的耐磨性,所以有时也用来制造一些耐磨件,如轧辊、粉碎机锤头、衬板、球磨 机磨球和犁铧等。 2.灰口铸铁:碳大部或全部以石墨形式存在,断口呈暗灰色。 3.麻口铸铁:组织中既存在石墨、又有莱氏体,是白口和灰口之间的过渡组织, 因断口处有黑白相间的麻点,故而得名 据铁中石墨形态的不属,灰口節铁又可分为 1.普通灰口铸铁:简称灰口铸铁,其石墨呈片状。如图a所示 2.可锻铸铁:其石墨呈团絮状。如图b所示。 3.球墨铸铁:其石墨呈球状。如图c所示。 4.蠕墨铸铁:其石墨呈蠕虫状。如图d所示 d 、影响铸铁组织和性能的因素 铸铁中的碳可以以化合态渗碳体和游离态石墨两种形式存在 碳以石墨形式析出的现象称为石墨化 1、化学成分 1)碳和硅:碳是形成石墨的元素,也是促进石墨化的素。含碳愈高,析出的石 墨愈多、石墨片愈粗大。 硅是强烈促进石墨化的元素,随着含硅量的増加,石墨显著增多 所以:当铸铁中碳、磋含量坳高时,析出的石墨就愈多、愈粗大,而金属基体 中铁素体增多,珠光体减少。 2)硫:硫是强烈阻碍石墨化元素 硫量高易促使碳以Fe3C 白口组织; 硫量高热脆性 使铸铁铸造性能恶化(如降低流动性,增大收率)。 所以:碗合量限制在0.1-015%以下,高强度铁则应更低 3)锰:锰是弱阻碍石墨化元素,具有稳定珠光体,提髙铸铁强度和硬度的作用 般控,在0.6~0.12%之间 4〕磷:磷对铸铁的石墨化影响不显著。含磷过髙将增加铸铁的冷脆性
第二篇 金属液态成形（铸造） 23 第二章 常用液态成形合金及其熔炼 §2-1 铸铁件生产 铸铁是含碳量大于 2.11%（通常为 2.5%-4.0%）的铁碳合金。 根据碳在铸铁中存在形式的不同，铸铁可分为： 1.白口铸铁：碳全部以 Fe3C 的形式存在，断口呈银色。由于白口铸铁具有良好 的耐磨性，所以有时也用来制造一些耐磨件，如轧辊、粉碎机锤头、衬板、球磨 机磨球和犁铧等。 2．灰口铸铁：碳大部或全部以石墨形式存在，断口呈暗灰色。 3．麻口铸铁： 组织中既存在石墨、又有莱氏体，是白口和灰口之间的过渡组织， 因断口处有黑白相间的麻点，故而得名。 根据铸铁中石墨形态的不同，灰口铸铁又可分为： 1．普通灰口铸铁 ： 简称灰口铸铁，其石墨呈片状。如图 a 所示 2．可锻铸铁： 其石墨呈团絮状。如图 b 所示。 3．球墨铸铁： 其石墨呈球状。如图 c 所示。 4．蠕墨铸铁 ： 其石墨呈蠕虫状。如图 d 所示。 a 一、影响铸铁组织和性能的因素 铸铁中的碳可以以化合态渗碳体和游离态石墨两种形式存在。 碳以石墨形式析出的现象称为石墨化。 1、化学成分 1）碳和硅：碳是形成石墨的元素，也是促进石墨化的素。含碳愈高，析出的石 墨愈多、石墨片愈粗大。 硅是强烈促进石墨化的元素，随着含硅量的增加，石墨显著增多。 所以：当铸铁中碳、硅含量均高 时，析出的石墨就愈多、愈粗大，而金属基体 中铁素体增多，珠光体减少。 2）硫：硫是强烈阻碍石墨化元素。 硫量高易促使碳以 Fe3C 白口组织； 硫量高 热脆性； 使铸铁铸造性能恶化（如降低流动性，增大收率）。 所以：硫含量限制在 0.1-0.15%以下，高强度铸铁则应更低。 3）锰：锰是弱阻碍石墨化元素，具有稳定珠光体，提高铸铁强度和硬度的作用。 一般控制在 0.6~0.12%之间 4）磷：磷对铸铁的石墨化影响不显著。含磷过高将增加铸铁的冷脆性。 a b a c a d a
第二篇金属液态成形(铸造) 限制在05%以下,高强度铸铁则限制在02-03%以下。 2.冷却速度 1)铸型材料 2)铸件壁厚 铸件壁愈厚,冷却速度愈慢,则石墨化倾向愈大,愈 易得到粗大的石墨片和铁素体基体。 由此可知:随着壁厚的增加,石墨片的数量和尺寸都 增大,铸铁强度、硬度反而下降。这一现象称为壁厚(对 力学性能的)敏感性。 在实际生产中,一般是根据铸件的壁厚(主要部位的 壁厚),选择适当的化学成分(主要指碳、硅),以获得所 需要的组织。 5.0 铸铁壁厚(mm) 灰口铸铁 (一)灰口铸铁的化学成分、组织和性能 1.灰口铸铁的化学成分与组织 灰口铸铁的化学成分一般为:26-3.6%C,1.2~3.0%Si,0.4-1.2Mn,S≤ 0.15%,P≤0.3% l)铁素体灰口铸铁(F+G片): 这种铸铁抗拉强度和硬度低,易加工,铸造性能好。常用来制造性能要求不 高的铸件和一些薄壁件。 2)铁素体珠光体灰口铸铁(F+P+G片): 此种铸铁强度亦较低,但可满足一般机件要求,且其铸造性能、切削加工性 能和减振性较好,因此应用较广 3)珠光体灰口铸铁(P+G片) 这种铸铁强度和硬度较高,主要用来制造较为重要的机件 2.灰口铸铁的性能 1)力学性能:b=120-250Mpa,仅为钢件的20-30%,8≈0 2)良好的减振性 3)良好的耐磨性 4)低的缺口敏感性 (二)灰口铸铁的孕育处理 灰口铸铁的组织和性能,很大程度上取决于石墨的数量、大小和形态
第二篇 金属液态成形（铸造） 24 限制在 0.5%以下，高强度铸铁则限制在 0.2~0.3%以下。 2．冷却速度 1）铸型材料 2）铸件壁厚 铸件壁愈厚，冷却速度愈慢，则石墨化倾向愈大，愈 易得到粗大的石墨片和铁素体基体。 由此可知：随着壁厚的增加，石墨片的数量和尺寸都 增大，铸铁强度、硬度反而下降。这一现象称为壁厚（对 力学性能的）敏感性。 在实际生产中，一般是根据铸件的壁厚（主要部位的 壁厚），选择适当的化学成分（主要指碳、硅），以获得所 需要的组织。 a 二、灰口铸铁 （一）灰口铸铁的化学成分、组织和性能 1 ．灰口铸铁的化学成分与组织 灰口铸铁的化学成分一般为：2.6~3.6%C，1.2~3.0%Si， 0.4~1.2Mn，S≤ 0.15%，P≤0.3%。 1) 铁素体灰口铸铁（F+G 片）： 这种铸铁抗拉强度和硬度低，易加工，铸造性能好。常用来制造性能要求不 高的铸件和一些薄壁件。 2) 铁素体-珠光体灰口铸铁（F+P+G 片）： 此种铸铁强度亦较低，但可满足一般机件要求，且其铸造性能、切削加工性 能和减振性较好，因此应用较广。 3) 珠光体灰口铸铁（ P+G 片）： 这种铸铁强度和硬度较高，主要用来制造较为重要的机件。 2 ．灰口铸铁的性能 1）力学性能：σb=120-250Mpa，仅为钢件的 20-30%， δ≈ 0 2）良好的减振性 3）良好的耐磨性 4）低的缺口敏感性 （二）灰口铸铁的孕育处理 灰口铸铁的组织和性能，很大程度上取决于石墨的数量、大小和形态。 铸铁壁厚（mm） 10 20 30 40 50 60 70 4.0 5.0 6.0 （ 7.0 wC+wSi ）%