液態成形

工藝特點

1．可生產形狀任意複雜的製件，特別是內腔形狀複雜的製件。

2．適應性強，合金種類不受限制，鑄件大小几乎不受限制。

3.材料來源廣，廢品可重熔，設備投資低。

4．廢品率高、表面質量較低、勞動條件差。

充型—— 液態合金填充鑄型的過程。充型能力是液體金屬充滿鑄型型腔，獲得尺寸精確、輪廓清晰的成形件的能力。充型能力不足時，會產生澆不足、冷隔、夾渣、氣孔等缺陷。

充型能力首先取決於金屬本身的流動性（流動能力），同時又受鑄型性質、澆注條件和鑄件結構等因素的影響。

一、液態合金的流動性

合金的流動性是：液態合金本身的流動能力。

合金流動性主要取決於合金化學成分所決定的結晶特點

二、澆注條件

1.澆注溫度 一般T澆越高，液態金屬的充型能力越強。

2.充型壓力 液態金屬在流動方向上所受的壓力越大，充型能力越強。

3.澆注系統結構越複雜，流動阻力越大，充型能力越差。

三、鑄型充填條件

1.鑄型的蓄熱係數 鑄型的蓄熱係數表示鑄型從其中的金屬吸取熱量並儲

存在本身的能力。

2.鑄型溫度 鑄型溫度越高，液態金屬與鑄型的溫差越小，充型能力越強。

3.鑄型中的氣體

四、鑄件結構

1.折算厚度 折算厚度也叫當量厚度或模數，為鑄件體積與表面積之比。折算厚度大，熱量散失慢，充型能力就好。鑄件壁厚相同時，垂直壁比水平壁更容易充填。

2.鑄件複雜程度 鑄件結構複雜，流動阻力大，鑄型的充填就困難。

一、鑄件的凝固方式

1. 逐層凝固 2. 糊狀凝固 3. 中間凝固

影響鑄件凝固方式的主要因素：

1.合金的結晶溫度範圍，合金的結晶溫度範圍愈小，凝固區域愈窄，愈傾向於逐層凝固。

2.鑄件的溫度梯度，在合金結晶溫度範圍已定的前提下，凝固區域的寬窄取決與鑄件內外層之間的溫度差。若鑄件內外層之間的溫度差由小變大，則其對應的凝固區由寬變窄。

二、合金的收縮

合金的收縮經歷如下三個階段：

1.液態收縮 從澆注溫度到凝固開始溫度之間的收縮。

2.凝固收縮 從凝固開始到凝固終止溫度間的收縮。

3.固態收縮 從凝固終止溫度到室溫間的收縮。

體收縮率是鑄件產生縮孔或縮松的根本原因。線收縮率是鑄件產生應力、變形、裂紋的根本原因。

縮孔與縮松: 液態合金在冷凝過程中，若其液態收縮和凝固收縮所縮減的容積得不到補充，則在鑄件最後凝

固的部位形成一些孔洞。大而集中的稱為縮孔，細小而分散的稱為縮松。

縮孔和縮松的防止: 防止縮孔和縮松常用的工藝措施就是控制鑄件的凝固次序，使鑄件實現“順序凝固”。

冒口：儲存補縮用金屬液的空腔。

順序凝固：鑄件按照一定的次序逐漸凝固。

同時凝固：整個鑄件幾乎同時凝固

一、液態成形內應力

鑄件在凝固以後的繼續冷卻過程中，其固態收縮受到阻礙，鑄件內部即將產生內應力。機械應力（收縮應力）是合金的線收縮受到鑄型、型芯、澆冒系統的機械阻礙而形成的內應力。機械應力是暫時應力。熱應力是由於鑄件壁厚不均勻，各部分冷卻速度不同，以致在同一時期內鑄件各部分收縮不一致而引起的應力。熱應力使鑄件的厚壁或心部受拉伸，薄壁或表層受壓縮，是永久應力。

二、鑄件的變形與防止

防止變形的方法：1.使鑄件壁厚儘可能均勻；2.採用同時凝固的原則；3.採用反變形法。

三、鑄件的裂紋與防止

熱裂的形狀特徵是：裂紋短、縫隙寬、形狀曲折、縫內呈氧化色。

熱裂的防止：1. 應盡量選擇凝固溫度範圍小，熱裂傾向小的合金。

2. 應提高鑄型和型芯的退讓性，以減小機械應力。

3. 對於鑄鋼件和鑄鐵件，必須嚴格控制硫的含量，防止熱脆性。

冷裂的特徵是：裂紋細小，呈連續直線狀，縫內有金屬光澤或輕微氧化色。

冷裂的防止：1.使鑄件壁厚儘可能均勻；

2.採用同時凝固的原則；

3.對於鑄鋼件和鑄鐵件，必須嚴格控制磷的含量，防止冷脆性。

液態成形件的質量與控制

常見鑄件缺陷及特徵：

鑄件缺陷的產生與鑄造工藝、造型材料、模具、合金的熔煉與澆注、鑄造合金的選擇、鑄件結構設計、技術

要求的設計是否合理等各個環節密切相關。因此，應從以下幾個方面控制鑄件質量：

1．合理選定鑄造合金和鑄件結構

2．合理制定鑄件的技術要求 具有缺陷的鑄件並不都是廢品，在合格鑄件中，允許存在那些缺陷及其存在的

程度，應在零件圖或有關的技術文件中做出具體規定，作為鑄件質量要求的依據。

3．鑄件質量檢驗 鑄件質量檢驗是控制鑄件質量的重要措施。

鑄件檢驗的項目有：鑄件外觀質量，包括鑄件表面缺陷、表面粗糙度、重量公差和尺寸公差等；鑄件內在質量，

包括鑄件內部缺陷、化學成分、金相組織和材質性能等；鑄件使用性能，包括鑄件在強力、高速、耐蝕、耐熱、

耐低溫等不同條件下的工作能力。

鑄件質量檢驗最常用的是宏觀法。它是通過肉眼觀察（或藉助尖咀錘）找出鑄件的表面缺陷和皮下缺陷，如氣孔、砂眼、夾渣、粘砂、縮孔、澆不到、冷隔、尺寸誤差等。對於內部缺陷則要用儀器檢驗，如著色滲透檢驗、超聲波探傷、射線探傷、磁粉探傷、熒光探傷、耐壓試驗等。此外，若有必要還應對鑄件進行解剖檢驗、金相檢驗、力學性能檢驗和化學成分分析等。

鑄鐵的分類

鑄鐵是含碳量大於2.11%（通常為2.5%-4.0%）的鐵碳合金，根據碳在鑄鐵中存在形式的不同，鑄鐵的可分為：

1.白口鑄鐵：碳全部以Fe3C的形式存在，斷口呈銀色。

2.灰口鑄鐵：碳大部或全部以石墨形式存在，斷口呈暗灰色。

3.麻口鑄鐵：組織中既存在石墨、又有萊氏體，是白口和灰口之間的過渡組織，因斷口處有黑白相間的麻點，故而得名。

根據鑄鐵中石墨形態的不同，灰口鑄鐵又可分為：

1．普通灰口鑄鐵

2．可鍛鑄鐵

3．球墨鑄鐵

4．蠕墨鑄鐵

影響鑄鐵組織和性能的因素

鑄鐵中的碳可以以化合態滲碳體和遊離態石墨兩種形式存在。碳以石墨形式析出的現象稱為石墨化。

1、化學成分

碳和硅碳是形成石墨的元素，也是促進石墨化的素。含碳愈高，析出的石墨愈多、石墨片愈粗大。

硅是強烈促進石墨化的元素，隨著含硅量的增加，石墨顯著增多。

當鑄鐵中碳、硅含量均高時，析出的石墨就愈多、愈粗大，而金屬基體中鐵素體增多，珠光體減少。

硫 硫是強烈阻礙石墨化元素。使鑄鐵鑄造性能惡化（如降低流動性，增大收率）。

硫含量限制在0.1-0.15%以下，高強度鑄鐵則應更低。

錳 錳是弱阻礙石墨化元素，具有穩定珠光體，提高鑄鐵強度和硬度的作用。一般控制在0.6~1.2%之間。

磷 磷對鑄鐵的石墨化影響不顯著。含磷過高將增加鑄鐵的冷脆性。

限制在0.5%以下，高強度鑄鐵則限制在0.2~0.3%以下。

2．冷卻速度

1）鑄型材料

2）鑄件壁厚

鑄件壁愈厚，冷卻速度愈慢，則石墨化傾向愈大，愈易得到粗大的石墨片和鐵素體基體。由此可知：隨著壁厚的增加，石墨片的數量和尺寸都增大，鑄鐵強度、硬度反而下降。這一現象稱為壁厚（對力學性能的）敏感性。在實際生產中，一般是根據鑄件的壁厚（主要部位的壁厚），選擇適當的化學成分（主要指碳、硅），以獲得所需要的組織。

灰口鑄鐵

1.灰口鑄鐵的化學成分一般為：2.6~3.6%C，1.2~3.0%Si， 0.4~1.2Mn，S≤0.15%，P≤0.3%。

1) 鐵素體灰口鑄鐵（F+G片）：這種鑄鐵抗拉強度和硬度低，易加工，鑄造性能好。常用來製造性能要求不高的鑄件和一些薄壁件。

2) 鐵素體-珠光體灰口鑄鐵（F+P+G片）：此種鑄鐵強度亦較低，但可滿足一般機件要求，且其鑄造性能、切削加工性能和減振性較好，因此應用較廣。

3) 珠光體灰口鑄鐵（ P+G片）：這種鑄鐵強度和硬度較高，主要用來製造較為重要的機件。

2.灰口鑄鐵的性能

1）力學性能：σb=120-250Mpa，僅為鋼件的20-30%，δ≈ 0

2）良好的減振性

3）良好的耐磨性

4）低的缺口敏感性

灰口鑄鐵的孕育處理：灰口鑄鐵的組織和性能，很大程度上取決於石墨的數量、大小和形態。

孕育處理— 熔煉出相當於白口或麻口組織的低碳、低硅的高溫鐵水，向鐵水中沖入細顆粒的孕育劑，孕育

劑在鐵水中形成大量彌散的石墨結晶核心，使石墨化作用驟然提高，從而得到在細晶粒珠光體上均勻的分佈著細

片狀石墨的組織。

孕育鑄鐵適用於靜載荷下，要求較高強度、硬度、耐磨性或氣密性的鑄件，特別是厚大截面鑄件。如重型機

床床身，汽缸體、缸套及液壓件等。

必須指出：

① 孕育鑄鐵原鐵水的碳、硅含量不能太高；

② 原鐵水出爐溫度不應低於1400℃；

③ 經孕育處理后的鐵水必須儘快澆注，以防止孕育作用衰退。

灰口鑄鐵的工藝性能

1 ．良好的鑄造性能。良好的流動性、小的收縮率。

2 ．良好的切削加工性能。

3 ．鍛造性和焊接性差。

灰口鑄鐵生產特點及牌號選用

生產特點：

1）灰口鑄鐵一般在衝天爐中熔煉，成本低廉；

2）具有良好的鑄造性能。

3）灰口鑄鐵一般不通過熱處理來提高其性能。

灰口鑄鐵的牌號選用

灰口鑄鐵的牌號用漢語拼音“HT”和一組數字錶示，數字錶示其最低抗拉強度σb （Mpa）。

可鍛鑄鐵

可鍛鑄鐵的組織、性能：

1）鐵素體（黑心）可鍛鑄鐵（F+G團）：具有良好的塑性和韌性，耐蝕性較高，適於製造承受振動和衝擊、形狀複雜的薄壁小件，如汽車拖拉機的底盤類零件、各種水管接頭、農機件等。

2）珠光體（P+ G團）：其強度、硬度、耐磨性優良，並可通過淬火、調質等熱處理強化。可取代鍛鋼製造小型連桿、曲軸等重要件。

可鍛鑄鐵的牌號：可鍛鑄鐵的牌號用漢語拼音和兩組數字錶示，第一組數字錶示其最低抗拉強度σb （Mpa），第二組數字錶示其最低伸長率δ

可鍛鑄鐵的生產特點：

1.鑄出白口坯料：碳、硅含量要低。通常為2.4~2.8%C，0.4~1.4%Si；冷卻速度要快。

2.石墨化退火

球墨鑄鐵

球墨鑄鐵的組織、性能：

1）珠光體球墨鑄鐵（P + F少+G球）：其性能特點是σb=600~800 MPa; δ=2% ，強度高，疲勞強度較高，硬度和耐磨性遠比高強度灰鑄鐵高。因此，珠光體球墨鑄鐵可代替碳鋼製造某些受較大交變負荷的重要件，如曲軸、連桿、凸輪、蝸桿等。

2）鐵素體球墨鑄鐵（F + P少+G球）；其性能特點是σb=450~500 MPa; δ=17%，我國主要用於代替可鍛鑄鐵製造汽車、拖拉機底盤類零件，如後橋殼等。國外則大量用於鑄管，如上、下水管道及輸氣管道等。

球墨鑄鐵的牌號：球墨鑄鐵的牌號用漢語拼音“QT”和兩組數字錶示，兩組數字分別表示最低抗拉強度和伸長率。

球墨鑄鐵的生產

1）控制原鐵水化學成分

2）較高的鐵水溫度

3）球化處理和孕育處理

球化處理：球化劑的作用促使石墨在結晶時呈球狀析出。球化處理工藝有沖入法和型內球化法。

孕育處理：孕育劑的作用：促進鑄鐵石墨化，防止球化元素所造成的白口傾向。

4）球墨鑄鐵的熱處理 退火、正火及其它熱處理（淬火、回火等）。

蠕墨鑄鐵

蠕墨鑄鐵的性能特點：

（1）力學性能（強度和韌性）比灰鑄鐵高，與鐵素體球墨鑄鐵相近。

（2）壁厚敏感性比灰鑄鐵小得多。

（3）導熱性和耐疲勞性比球墨鑄鐵高得多，與灰口鑄鐵相近。

（4）耐磨性比灰口鑄鐵好，為HT300的2.2倍以上。

（5）減振性比球墨鑄鐵高，但比灰口鑄鐵低。

（6）工藝性能良好，鑄造性能近於灰口鑄鐵，切削加工性能近於球墨鑄鐵。

蠕墨鑄鐵主要用來代替高強度灰鑄鐵、合金鑄鐵、鐵素體球墨鑄鐵和鐵素體可鍛鑄鐵生產複雜的大型鑄件。

如大型柴油機機體、大型機床立柱等，更適合製造在熱循環作用下工作的零件，如大型柴油機汽缸蓋、排汽管、

制動盤、鋼錠模及金屬型等

鑄鋼件生產

一、鑄鋼的分類、性能、牌號及應用

碳素鋼：

1）低碳鋼 C<0.25% 鑄造性能差、應用較少。

2）中碳鋼 C=0.25~0.45% 鑄造性能較好、應用廣泛。

3）高碳鋼 C=0.50~0.60 鑄造性能差、應用較少。

1）低合金鋼 Me<5%

2）高合金鋼 Me>5%

鑄鋼的熔鑄工藝特點

1. 鑄鋼的鑄造性能差，流動性差、收縮大。鑄件要安放冒口和冷鐵，必須嚴格控制澆注溫度；鑄件壁不能太

薄。

2. 鑄鋼的熱處理，退火：C ³0.35%；正火：C £0.35%。

3. 鑄鋼的熔煉

鑄造有色合金

鑄造銅合金

鑄造黃銅 (Cu-Zn)：鑄造黃銅有相當高的力學性能，如σb=250~450Mpa，δ=7~30%，HBS=60~120。因其含銅

量低，價格低於鑄造青銅，而且它的凝固溫度範圍小，有優良的鑄造性能。所以鑄造黃銅常用於生產重載低速下或一般用途下的軸承、襯套、齒輪等耐磨件和閥門及大型螺旋槳等耐蝕件等。

鑄造青銅：青銅是指除了銅鋅合金以外的其它銅合金。鑄造錫青銅的力學性能雖低於黃銅，但其耐磨、耐蝕性優於黃銅，錫青銅特別適合製造高速滑動軸承和襯套。除錫青銅外，還有鋁青銅、鉛青銅、鈹青銅等，其中鋁青銅有優良的力學性能和耐磨、耐蝕性，但鑄造性能較差，僅用於重要用途的耐磨、耐蝕件。

鋁硅合金（Al-Si）：鋁硅合金流動性好、線收縮率低、熱裂傾向小、氣密性好，又有足夠的強度，所以應用

最廣。常用於製造形狀複雜的薄壁件或氣密性要求較高的鑄件，如內燃機缸體、化油器、儀錶外殼等。

鋁銅合金（Al-Cu）：鋁銅合金的鑄造性能差，熱裂傾向大、氣密性和耐蝕性較差，但耐熱性較好，主要用於製造活塞、汽缸頭等。

鋁鎂合金（Al-Mg）：鋁鎂合金是所有鋁合金中比強度最高的，主要用於航天、航空或長期在大氣、海水中工作的零件等。

鋁鋅合金（Al-Zn）

一、手工造型

適用於單件、小批量生產

二、機器造型

1)生產效率高;

2)鑄型質量好（緊實度高而均勻、型腔輪廓清晰）;

3)設備和工藝裝備費用高，生產準備時間較長。適用於中、小型鑄件的成批、大批量生產。

1 ．機器造型的造型方法：

1）振擊壓實

2）汽動微振壓實

3）高壓造型

4）拋砂緊實

2 ．機器造型的造芯方法：

1）射芯機

2）殼芯機

特種鑄造師指與普通砂型鑄造有顯著區別的一些鑄造方法，如壓力鑄造、離心鑄造、熔模鑄造、金屬型鑄造等。這些鑄造方法能夠提高鑄件精度和質量，提高生產率，改善勞動條件，降低成本等，是鑄造技術的發展方向之一。

一、金屬型的材料及結構

金屬型的結構有水平分型式、垂直分型式和複合分型式等。材料一般採用鑄鐵，要求較高時，可選用碳鋼或低合金鋼。

二、金屬型的鑄造工藝

1 ．加強金屬型的排氣

2 ．在金屬型的工作表面上噴刷塗料

3 ．預熱金屬型並控制其溫度

4 ．及時開型

三、金屬型鑄造的特點及適用範圍

1．金屬型鑄件冷卻速度快，組織緻密，力學性能高。

2．鑄件的尺寸精度和表面質量均優於砂型鑄造件。尺寸精度達IT12~IT14，Ra值平均可達6.3~12.5μm。

3 ．生產率高，勞動條件得到改善。

4 ．金屬型不透氣、無退讓性、鑄件冷卻速度快，易產生氣孔、應力、裂紋、澆不到、冷隔、白口等鑄造缺

陷。

熔模鑄造成形在易熔模樣表面包覆若干層耐火材料，待其硬化乾燥后，將模樣熔去製成中空型殼，經澆

注而獲得鑄件的一種成形工藝方法。

熔模鑄造的特點和適用範圍：

1．鑄件的精度和表面質量較高，公差等級可達IT11~IT13，表面粗糙度Ra值達1.6~12.5μm。

2．合金種類不受限制，尤其適用於高熔點及難加工的高合金鋼，如耐熱合金、不鏽鋼、磁鋼等。

3．可鑄出形狀較複雜的鑄件，如鑄件上寬度大於3mm的凹槽、直徑大於2mm的小孔均可直接鑄出。

4．生產批量不受限制，單件、成批、大量生產均可適用。

5．工藝過程較複雜，生產周期長；原材料價格貴，鑄件成本高；鑄件不能太大、太長，否則熔模易變形，

喪失原有精度。

壓力鑄造成形是液態金屬在高壓作用下快速壓入金屬鑄型中，並在壓力下結晶，以獲得鑄件的成形工藝方法。

壓力鑄造的特點和適用範圍：

1．鑄件的尺寸精度和表面質量最高。公差等級一般為IT11~IT13級，Ra為3.2~0.8μm。

2．鑄件的強度和表面硬度高。抗拉強度可比砂型鑄造提高25~30%，但伸長率有所下降。

3．可壓鑄出形狀複雜的薄壁件。

4．生產率高。國產壓鑄機每小時可鑄50~150次，最高可達500次。

5．便於採用鑲嵌法。

6．壓鑄設備投資大，壓鑄型製造成本高，工藝準備時間長，不適宜單件、小批生產。

7．由於壓鑄型壽命的原因，目前壓鑄尚不適宜鑄鐵、鋼等高熔點合金的鑄造。

8．壓鑄件內部存在縮孔和縮松，表皮下形成許多氣孔。

在壓鑄件的設計和使用中，應注意的問題

1.應使鑄件壁厚均勻，並以3~4mm壁厚為宜，最大壁厚應小於6~8mm，以防止縮孔、縮松等缺陷。

2.壓鑄件不能進行熱處理或在高溫下工作，以免壓鑄件內氣孔中的氣體膨脹，導致鑄件表面鼓泡或變形。

3 . 壓鑄件應盡量避免切削加工，以防止內部孔洞外露。

4.由於壓鑄件內部疏鬆，塑性、韌性相對較差，因此不適宜製造承受衝擊的製件。

低壓鑄造是在0.2~0.7大氣壓的低壓下將金屬液注入型腔，並在壓力下凝固成形，以獲得鑄件的方法。

低壓鑄造的特點及應用範圍：

1．澆注壓力和速度便於調節，可適應不同材料的鑄型。

2．鑄件的氣孔、夾渣等缺陷較少。

3．便於實現順序凝固，使鑄件組織緻密、力學性能高。

4．由於省去了補縮冒口，使金屬的利用率提高到90~98%。

一、擠壓鑄造

二、陶瓷型鑄造

三、實型鑄造

一、鑄件壁厚的設計

1 ．合理設計鑄件壁厚

1）鑄件的最小壁厚

在一定鑄造工藝條件下，所能澆注出的鑄件最小壁厚。

2）鑄件的臨界壁厚

在砂型鑄造條件下，臨界壁厚≈3×最小壁厚在最小壁厚和臨界壁厚之間就是適宜的鑄件壁厚。

3）鑄件截面形狀，鑄件壁厚應均勻、避免厚大截面

二、鑄件壁的連接

1 ．鑄件的結構圓角

2 ．避免銳角連接

3 ．厚壁與薄壁間的聯接要逐步過渡

4 ．減緩筋、輻收縮的阻礙

三、鑄件外形的設計

1 ．避免外部側凹、凸起；

2 ．分型面應盡量為平直面；

3 ．凸台、筋條的設計應便於起模。

四、鑄件內腔的設計

1 ．應盡量減少型芯的數量，避免不必要的型芯。

2 ．便於型芯的固定、排氣和清理。

五、鑄件結構設計應考慮的其它問題

1 ．鑄造方法

2 ．組合鑄件的設計

一、澆注位置的選擇

澆注時鑄件在鑄型中所處的空間位置。

1.鑄件的重要加工面和受力面應朝下或位於側面

2.應將面積較大的薄壁部位置於鑄型下部，或使其傾斜位置

3.鑄件的大平面應朝下

4.為防止鑄件產生縮孔、縮松的缺陷，應使鑄件的厚大部位朝上或側放

二、分型面的選擇

1.分型面應選在鑄件的最大截面處。

2. 應盡量使鑄件的全部或大部置於同一砂箱，以保證鑄件的尺寸精度。

3. 應盡量減少分型面的數量，並儘可能選擇平面分型。

4. 為便於造型、下芯、合箱及檢驗鑄件壁厚，應盡量使型腔及主要型芯位於下箱。

三、工藝參數的確定

1．機械加工余量和鑄孔

2．起模斜度

3．鑄造圓角

圓角半徑一般約為相交兩壁平均厚度的1/3~1/2。

4．鑄造收縮率

通常灰鑄鐵為0.7~1.0%，鑄造碳鋼為1.3~2.0%，鋁硅合金為0.8~1.2%，錫青銅為1.2~1.4%。

5 ．型芯及芯頭

型芯的功用是形成鑄件的內腔、孔洞和形狀複雜阻礙起模部分的外形。

芯頭的作用：

1）定位作用；

2）固定作用；

3）排氣作用。

四、澆、冒口系統

1. 澆注系統

1）澆注系統的組成及作用

2）澆注系統的常見類型

① 封閉式澆注系統

② 開放式澆注系統

2. 冒口

冒口是在鑄型中設置的一個儲存金屬液的空腔。