鑄造性能

工藝性能是指金屬材料對不同加工方法的適應能力，包括鑄造性能、壓力加工性能、焊接性能、切削加工性能和熱處理性能等，是設計零件、選擇材料和編製零件加工工藝流程的重要依據之一，對保證產品質量、降低生產成本、提高生產效率有著重大的作用。

金屬材料鑄造成形獲得優良鑄件的能力稱為鑄造性能。衡量鑄造性能的主要指標有流動性、收縮性和偏析傾向，幾種金屬材料的鑄造性能比較見下圖：

液體金屬材料充滿鑄型型腔，獲得輪廓清晰、形狀完整的優質鑄件的能力，稱為液體合金的流動性。流動性主要受化學成分、澆注溫度以及鑄型等因素影響，流動性好的材料容易充滿型腔，從而獲得外形完整、尺寸精確和輪廓清晰的鑄件。

金屬的流動性可用螺旋線長度來測定，下圖為螺旋形試樣。將金屬液澆注入螺旋形鑄型中，在相同的鑄造條件下，獲得的螺旋線越長，表明金屬液的流動性越好。

影響流動性的因素主要是合金的種類與化學成分以及澆注工藝條件。

1、合金的種類與化學成分

不同種類的合金具有不同的流動性，根據流動性試驗測得的螺旋線長度可知，常用鑄造合金中，灰鑄鐵的流動性較好，硅黃銅、鋁硅合金次之，而鑄鋼的流動性較差。

同類合金中，化學成分不同，合金的結晶特點不同，其流動性也不一樣。一般合金的結晶是在一個溫度區問內完成，結晶時先形成的初晶會阻礙金屬液的流動；而共晶合金是在恆溫下結晶，無初品形成，對金屬液的阻力較小，另外共晶合金的熔點低，在同樣的澆注溫度下，共晶合金結晶前有足夠的時間充滿鑄型的型腔，所以共晶合金的鑄造性能優良。合金的成分越遠離共晶點，結晶溫度範圍越寬，其流動性越差。因此在滿足使用性能的前提下，鑄造合金應盡量選用共晶合金或接近共品成分的合金。

2、澆注工藝條件

提高澆注溫度可改善金屬的流動性。澆注溫度越高，金屬保持液態的時間越長，其黏度也越小，所以流動性也就越好。因此適當提高澆注溫度是改善流動性的工藝措施之一。另外鑄型材料的導熱性、鑄型內腔的形狀和尺寸等因素划’流動性也有影響。

鑄造合金從液態凝同和冷卻至室溫過程中，其體積和尺寸減少的現象稱為收縮性。包括液態收縮、凝固收縮、固態收縮三個階段。液態收縮是金屬液由於溫度的降低而發生的體積縮減。凝固收縮是金屬液凝固（液態轉變為同態）階段的體積縮減。液態收縮和凝固收縮表現為合金體積的縮減，通常稱為“體收縮”。固態收縮是金屬在固態下由於溫度的降低而發生的體積縮減，固態收縮雖然也導致體積的縮減，但通常用鑄件的尺寸縮減量來表示，故稱為“線收縮”。

鑄件收縮不僅影響尺寸，還會使鑄件產生縮孔、疏鬆、內應力、變形和開裂等缺陷，故鑄造用材料的收縮率越小越好。收縮直接影響鑄件的質量。液態收縮和凝固收縮若得不到補足，會使鑄件產生縮孔和縮松缺陷，固態收縮若受到阻礙會產生鑄造內應力，導致鑄件變形開裂。

1、縮孔和縮松

縮孔是由於金屬的液態收縮和凝固收縮部分得不到補足時，在鑄件的最後凝固處出現的較大的集中孔洞。縮松是分散在鑄件內的細小的縮孔。縮孔和縮松都能使鑄件的力學性能下降，縮松還能使鑄件在氣密性試驗和水壓試驗時出現滲漏現象。生產中可通過在鑄件的厚壁處設置冒口的工藝措施，使縮孔轉移至最後凝固的冒口處，從而獲得完整的鑄件。冒口是多餘部分，切除后便獲得完整、緻密的鑄件；也可以通過合理地設計鑄件結構，避免鑄件局部金屬積聚，來預防縮孔的產生。

2、變形與開裂

鑄件在凝固後繼續冷卻過程中，若固態收縮受到阻礙就會產生鑄造內應力，當內應力達到一定數值時，鑄件便產生變形甚至開裂。鑄造內應力主要包括收縮時的機械應力和熱應力兩種，機械應力是由鑄型、型芯等外力的阻礙收縮引起的內應力；熱應力是鑄件在冷卻和凝固過程中，由於不同部位的不均衡收縮引起的內應力。

生產中為減小鑄造內應力，經常從改進鑄件結構和優化鑄造工藝入手，如鑄件的壁厚應均勻，或合理地設置冷鐵等工藝措施，使鑄件各部位冷卻均勻，同時凝固，從而減小熱應力；鑄件的結構盡量簡單、對稱，這樣可減小金屬的收縮受阻，從而減小機械應力。

影響收縮率的因素分內部和外部條件。

（1）合金的種類和成分

合金的種類和成分不同，其收縮率不同，鐵碳合金中灰鑄鐵的收縮率小，鑄鋼的收縮率大。下圖為常用鑄造合金的線收縮率。

（2）工藝條件

金屬的澆注溫度對收縮率有影響，澆注溫度越高，液態收縮越大。鑄件結構和鑄型材料對收縮也有影響，型腔形狀越複雜、鑄型材料的退讓性越差，對收縮的阻礙越大。當鑄件結構設計不合理，鑄型材料的退讓性不良時，鑄件會因收縮受阻而產生鑄造應力，容易產生裂紋。

液態材料凝固后，鑄錠或鑄件化學成分和組織的不均勻現象稱為偏析。鑄件的偏析可分為晶內偏析、區域偏析和比重偏析三類。

1、晶內偏析（又稱枝晶偏析）是指晶粒內各部分化學成分不均勻的現象。這種偏析出現在具有一定凝固溫度範圍的合金鑄件中。為防止和減少晶內偏析的產生，在生產中常採取緩慢冷卻或孕育處理的方法。

2、區域偏析是指鑄件截面的整體上化學成分和組織的不均勻。避免區域偏析的發生，主要應該採取預防措施，如控制澆注溫度不要太高，採取快速冷卻使偏析來不及發生，或採取工藝措施造成鑄件斷面較低的溫度梯度，使表層和中心部分接近同時凝固。

3、比重偏析是指鑄件上、下部分化學成分不均勻的現象。為防止比重偏析，在澆注時應充分攪拌金屬液或加速合金液的冷卻，使液相和固相來不及分離，凝固即告結束。偏析過大會使鑄件各部分的力學性能有很大的差異，降低鑄件的質量。