合金的铸造性能总结(2)

合金的铸造性能 缺陷等的总结

图B-1 铸件的凝固方式

① 逐层凝固

纯金属或共晶成分合金(例如图B-1中的a成分)在凝固过程中不存在液、固相并存的凝固区(图B-2铸件的凝固方式(a))，故断面上外层的固体和内层的液体由一条界线(凝固前沿)清楚地分开。随着温度的下降，固体层不断加厚，液体层不断减少，凝固前沿不断向中心推进，直至中心。这种凝固方式称为逐层凝固。

② 糊状凝固

如果合金的结晶温度范围很宽(例如图B-1中的c成分)，且铸件内的温度 分布曲线(图B-1中的t铸件曲线)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、固相并存的凝固区贯穿整个断面(图B-1(C))。因为这种凝固方式与水泥类似，即先呈糊状而后固化，故称为糊状凝固。

③ 中间凝固

大多数合金(例如图B-1中的b)的凝固方式介于上述两者之间，称为中间凝固方式。

铸件的凝固与铸造缺陷的关系：一般说来，逐层凝固有利于合金的充型及补缩，便于防止缩孔和缩松；糊状凝固 时，难以获得组织致密的铸件。

（2）影响铸件凝固方式的主要因素

① 合金的结晶温度范围

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。例如：砂型铸造时，低碳钢为逐层凝固；高碳钢因结晶温度范围甚宽，为糊状凝固。

② 铸件断面的温度梯度

在合金结晶温度范围已定的前提下，凝固区域的宽窄取决于铸件断面的温度梯度(见图B-2中 T1→T2 )。若铸件的度梯度由小变大，则其对应的凝固区由宽变窄。

铸件的温度梯度主要取决于：

a.合金的性质 合金的凝固温度越低、导温系数越大、

结晶潜热越大，铸件内部温度均匀化能力就越大，温

度梯度就越小(如多数铝合金)；

b.铸型的蓄热能力 铸型蓄热系数越大，对铸件的激冷

能力就越强，铸件温度梯度就越大；

c.浇注温度 浇注温度越高，因带入铸型中热量增多，

铸件的温度梯度就越小；

d.铸件的壁厚 铸件壁厚越大，温度梯度就越小。

通过以上讨论可以得出：倾向于逐层凝固的合金(

如灰

合金的铸造性能 缺陷等的总结

铸铁、铝硅合金等)便于铸造，应尽量选用；当必须采用倾向于糊状凝固的合金(如：锡青铜、铝铜合金、球墨铸铁等)时，可考虑采用适当的工艺措施(例如，选用金属型铸造)，以减小其凝固区域。

3 合金的收缩及其影响因素

(1)合金收缩的原理及过程

液态合金的结构是由原子集团和“空穴”组成的。原子集团内部的原子呈有序排列，但原子间距比固态时大。将液态合金浇入铸型后，温度不断下降，空穴减少，原子间距缩短，合金液的体积要减小。合金液凝固时，空穴消失，原子间距进一步缩短。凝固后继续冷却至室温的过程中，原子间距还要缩短。合金由浇注温度冷却到室温的收缩经历了以下三个阶段： ①液态收缩 即从浇注温度到开始凝固的液相线温度之间，合金处于液态下的收缩。它使型腔内液面下降。

②凝固收缩 即从凝固开始温度到凝固终了温度之间，合金处于凝固过程的收缩。在一般情况下，凝固收缩仍主要表现为液面的下降。

③固态收缩 即从凝固终了温度至室温之间，合金处于固态下的收缩。此阶段的收缩表现 为铸件线性尺寸的减小。

合金的液态收缩和凝固收缩是铸件产生缩孔、缩松的主要原因；而固态收缩是铸件产生铸造应力、变形、裂纹的根本原因，并直接影响铸件的尺寸精度。

（2）影响合金收缩的主要因素

①合金的化学成分

不同合金的收缩率不同。在常用合金中，铸钢的收缩率最大，灰铸铁的收缩率最小。灰铸铁 收缩率很小的原因是：由于其中大部分碳是以石墨状态存在的，石墨的比容大，在结晶过程，中石墨析出所产生 的体积膨胀，抵消了合金的部分收缩。 表B-1 不同合金的收缩率

合金种类铸 碳的质量分数 浇注温度/℃ 液态收缩 凝固收缩 固态收缩 总体积收缩 ②浇注温度

浇注温度越高，合金的液态收缩量越大。

③铸型条件和铸件结构

铸件的实际收缩区别于合金的自由收缩，它会受到铸型及型芯的阻碍；而且由于铸件结构复杂及壁厚不均，冷却时各部分相互牵制也会阻碍收缩。

● 合金的凝固与收缩——铸件中的缩孔与缩松

铸件中的缩孔与缩松——形成过程及原因、危害、对策缩孔和缩松定义----铸件冷凝时，如果合金的液态收缩和凝固收缩得不到液态合金的补充，就会在最后凝固的部位形成孔洞。容积大而集中的称为缩孔，细小而分散的称为缩松。

危害----缩孔和缩松会减小铸件的有效承载面积，并在该处造成应力集中，从而降低力学性能。对于要求气密性的零件，缩孔、缩松还会造成渗漏而严重影响其气密性。所以，缩孔和缩松是很大的铸造缺陷之一。

（1）缩孔和缩松的形成

①缩孔的形成过程 将液态合金浇入圆柱形型腔中，由于铸型的冷却作用，液态合 金的温度逐渐下降，其液态收缩不断进行，但是当内浇口未凝固时，型腔总是充满的(见图B-3(a))；

合金的铸造性能 缺陷等的总结

随着温度的下降，首先铸件表面凝固成一层硬壳，同时内浇

口封闭(见图B-3(b ))；进一步冷却时，硬壳内的液态金属继

续液态收缩，并对形成硬壳时的凝固收缩进行补充，由于液

态收缩和凝固收缩远大于硬壳的固态收缩，故液面下降并与

壳顶脱离(见图B-3(c ))；依此进行下去，硬壳不 断加厚，液

面不断下降，待金属全部凝固后，在铸件上部就形成

一个倒锥形的缩孔(见图B-3(d))；在铸件继续冷却至室温时，

其体积有所缩小，使缩孔体积也略有减小(见图B-3(e))。如

果在铸件顶部设置冒口，则缩孔将移到冒口中。

图B-3 缩孔形成过程示意图

②缩孔出现的部位

一般出现在铸件最后凝固的区域，如铸件的上部或中心处、铸件上壁厚较大及内浇口附近等。

③缩松的形成

是由于铸件最后凝固区域的收缩未能得到补足；或者因合金呈糊状凝固，被树枝状晶体分隔开的液体小区得不到补缩所致。

缩松分为宏观缩松和显微缩松两种。宏观缩松是用肉眼或放大镜可以看见的小孔洞，多分布在铸件中心轴线处或缩孔下方(图B-4)。显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，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；但对气密性、力学性能、物理性能或化学性能要求很高的铸件，则必须设法减少。

不同的铸造合金形成缩孔和缩松的倾向不同。逐层凝固合金(纯金属、共晶合金或 窄结晶温 度范围合金)的缩孔倾向大，缩松倾向小；糊状凝固的合金缩孔倾向虽小， 但极易产生缩松。由于采用一些工艺措施可以控制铸件的凝固方式，因此，缩孔和缩 松可在一定范围内互相转化。

(2)缩孔和缩松的防止

①实现“顺序凝固”

为了防止缩孔、缩松的产生，应使铸件按“顺序凝固”的原则进行凝固。

“顺序凝固”原则是指利用各种工艺措施，使铸件从远离冒口的部分到冒口之间建立一个递增的温度梯度，凝固从远离冒口的部分开始，逐渐向冒口方向顺序进行，最后是冒口本身凝固。这样就能实现良好的补缩，使缩孔 移至冒口，从而获得致密的铸件。为此应将冒口安放在铸件最厚和最高处，其尺寸要足够大。有条件时，

应将内浇道开设在冒口上，使充型的炽热

< …… 此处隐藏：2785字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……