金属的液态成形原理.ppt

第一节第一节 金属液态成形原理金属液态成形原理一一 液态合金的充型能力液态合金的充型能力 充型充型: : 液态合金填充铸型的过程液态合金填充铸型的过程. . 充充型型能能力力: : 液液态态合合金金充充满满铸铸型型型型腔腔, ,获获得得形形状状完完整整, ,轮轮廓清晰的铸件的能力廓清晰的铸件的能力 若充型能力不足若充型能力不足，，易产生易产生: : 1 1））浇不足浇不足: : 不能得到完整的零件不能得到完整的零件. . 2 2）冷隔）冷隔: :没有完整融合的缝隙或凹坑没有完整融合的缝隙或凹坑, , 机械性能下降机械性能下降. .  一）一） 合金的流动性合金的流动性 合合金金流流动动性性: :是是指指熔熔融融金金属属( (液液态态金金属属) )本本身身的的流流动动能能力力，，是金属本身的属性是金属本身的属性 1 1 测定流动性的方法测定流动性的方法: :      以螺旋形试件的长度来测定以螺旋形试件的长度来测定: : 如如 灰口铁灰口铁: :浇铸温度浇铸温度 1300℃ 1300℃，， 试件长试件长1800mm.1800mm.铸钢铸钢: :  1600℃1600℃，，100mm100mm．．出气口出气口出气口出气口浇口杯浇口杯浇口杯浇口杯2 2 影响流动性的因素影响流动性的因素   主要是化学成分主要是化学成分: :1)1)    纯金属流动性好纯金属流动性好: :一定温度下结晶一定温度下结晶, ,凝固层表面平滑凝固层表面平滑, ,对液流阻力小对液流阻力小 ；；2)2)    共晶成分流动性好共晶成分流动性好: :恒温凝固恒温凝固, ,固体层表面光滑固体层表面光滑, ,且熔且熔点低点低, ,过热度大；过热度大；3 3) )  非共晶成分流动性差非共晶成分流动性差: : 结晶在一定温度范围内进行结晶在一定温度范围内进行, ,初生初生树枝状晶阻碍液流树枝状晶阻碍液流 。

常用铸造合金中，铸铁的流动性最好，铸钢的流动性最差常用铸造合金中，铸铁的流动性最好，铸钢的流动性最差 不同成分合金流动性不同成分合金流动性不同成分合金流动性不同成分合金流动性逐层凝固（好）逐层凝固（好）逐层凝固（好）逐层凝固（好）糊状凝固（差）糊状凝固（差）糊状凝固（差）糊状凝固（差）铁碳合金流动性与相图关系铁碳合金流动性与相图关系铁碳合金流动性与相图关系铁碳合金流动性与相图关系碳钢碳钢碳钢碳钢铸铁铸铁铸铁铸铁※ ※ 结晶温度范围越窄，流动性越好结晶温度范围越窄，流动性越好结晶温度范围越窄，流动性越好结晶温度范围越窄，流动性越好过热度）（过热度）（过热度）（过热度）碳钢随着结晶温碳钢随着结晶温度范围的增加而度范围的增加而流动性变差；亚流动性变差；亚共晶铸铁随含碳共晶铸铁随含碳量的增加流动性量的增加流动性提高n3 3 流动性对铸件质量影响流动性对铸件质量影响 n1)1)    流动性好流动性好, ,易于浇出轮廓清晰易于浇出轮廓清晰, ,薄而复杂的铸件薄而复杂的铸件. . n2)2)    流动性好流动性好, ,有利于液态金属中的非金属夹杂物和气有利于液态金属中的非金属夹杂物和气体上浮体上浮, ,排除排除. . n3)3)    流动性好流动性好, ,易于对液态金属在凝固中产生的收缩进易于对液态金属在凝固中产生的收缩进行补缩行补缩. . n因此，合金流动性好能有效防止铸件出现冷隔、浇不足、因此，合金流动性好能有效防止铸件出现冷隔、浇不足、气孔、夹渣、缩孔等缺陷气孔、夹渣、缩孔等缺陷。

    二二) )浇注条件浇注条件 1 1 浇浇注注温温度度: : t↑ t↑ 合合金金粘粘度度下下降降, ,过过热热度度高高. . 合合金金在在铸铸件件中中保保持持流流动的时间长动的时间长, , ∴∴  t↑ t↑ 提提高高充充型型能能力力. . 但但过过高高, ,易易产产生生缩缩孔孔, ,粘粘砂砂, ,气气孔孔等等, ,故故不不宜过高宜过高   2 2 充充型型压压力力: : 液液态态合合金金在在流流动动方方向向上上所所受受的的压压力力↑ ↑ 充充型型能能力力↑ ↑ 如如 砂形铸造砂形铸造------直浇道直浇道, ,静压力静压力. . 压力铸造压力铸造, ,离心铸造等充型压力高离心铸造等充型压力高. . 三三) ) 铸型条件铸型条件 1 1 铸型导热能力铸型导热能力: : 导热导热↑ ↑ 金属降温快金属降温快, ,充充↓↓  如金属型如金属型 2 2 铸型温度铸型温度: t↑ : t↑ 充充↑↑   如金属型预热如金属型预热 3 3 铸铸型型中中气气体体: : 排排气气能能力力↑ ↑ 充充↑ ↑ 减减少少气气体体来来源源, ,提提高高透透气气性性 少少量量气气体体在在铸铸型型与与金金属属液液之之间间形形成成一一层层气气膜膜, ,减减少少流流动动阻阻力力, ,有有利利于充型于充型. .4 铸铸型型结结构构: 若若不不合合理理,如如铸铸型型壁壁厚厚小小, 直直浇浇口口低低, 浇浇口口小小等等  充充↓↓.2 2 铸件复杂程度：铸件复杂程度： 铸件结构复杂，流动阻力大，铸铸件结构复杂，流动阻力大，铸 型的充填就困难。

型的充填就困难 四四) ) 铸件结构条件铸件结构条件1 1 折算厚度：折算厚度也叫当量厚度或铸件模数，折算厚度：折算厚度也叫当量厚度或铸件模数， 为铸件体积与表面积之比为铸件体积与表面积之比 折算厚度大，热量散失慢，充型能力就好；折算厚度大，热量散失慢，充型能力就好；折算折算 厚度越小则越不易充满在设计铸件结构时，铸厚度越小则越不易充满在设计铸件结构时，铸 件的壁厚必须大于规定的最小允许壁厚值件的壁厚必须大于规定的最小允许壁厚值铸件的最小允许壁厚：铸件的最小允许壁厚：二二 铸件的凝固和收缩铸件的凝固和收缩 一）铸件的凝固一）铸件的凝固 1 1 铸件的铸件的温度场温度场( (梯度梯度) )及凝固区域及凝固区域: :1)1)铸件的铸件的温度场温度场( (梯度梯度):):铸件铸件横断面上横断面上( (截面上截面上) )的温度分布曲线的温度分布曲线. .2)2)铸铸件件的的凝凝固固区区域域: :铸铸件件凝凝固固过过程程中中, ,其其断断面面上上一一般般分分为为三三个个区区: : 1 1——固相区固相区 2 2——凝固区凝固区 3 3——液相区液相区 2 2 凝固方式凝固方式: :对凝固区影响较大的是凝固区的宽窄对凝固区影响较大的是凝固区的宽窄, ,依此依此划分凝固方式。

划分凝固方式1)1)   逐层凝固逐层凝固: : 纯纯金金属属, ,共共晶晶成成分分合合金金在在凝凝固固过过程程中中没没有有凝凝固固区区, ,断断面面液液, ,固固两两相相由由一一条条界界限限清清楚楚分分开开, ,随随温温度度下下降降, ,固固相相层层不不断断增增加加, ,液液相相层层不不断断减减少少, ,直直达中心 2)2)   糊状凝固糊状凝固 合合金金结结晶晶温温度度范范围围很很宽宽或或温温度度梯梯度度很很小小的的铸铸件件, ,在在凝凝固固某某段段时时间间内内, ,铸件表面不存在固体层铸件表面不存在固体层, ,凝固区贯穿整个断面凝固区贯穿整个断面, ,先糊状先糊状, ,后固化后固化. .故故3)3)   中间凝固中间凝固 大多数合金的凝固介于逐层凝固和糊状凝固之间大多数合金的凝固介于逐层凝固和糊状凝固之间.铸件的温度梯度铸件的温度梯度, 凝固区域及凝固方式凝固区域及凝固方式（a）纯金属及共晶合金 （b）其他成分合金铸件的温度场及某瞬间的凝固区域铸件的温度场及某瞬间的凝固区域铸件的温度场及某瞬间的凝固区域铸件的温度场及某瞬间的凝固区域1 1 1 1）铸件温度场）铸件温度场）铸件温度场）铸件温度场2 2 2 2）铸件的凝固区域）铸件的凝固区域）铸件的凝固区域）铸件的凝固区域铸件横断面温度分布曲线铸件横断面温度分布曲线铸件横断面温度分布曲线铸件横断面温度分布曲线液相区液相区液相区液相区凝固区凝固区凝固区凝固区固相区固相区固相区固相区铸件的凝固方式1)1)逐层凝固逐层凝固• •纯金属和共晶成份的纯金属和共晶成份的合金，结晶温度是一合金，结晶温度是一固定值。

凝固过程由固定值凝固过程由表面向中心逐步进行表面向中心逐步进行• •合金结晶温度范围很合金结晶温度范围很小，或铸件断面的凝小，或铸件断面的凝固区域很窄，也属于固区域很窄，也属于逐层凝固方式逐层凝固方式   • •有良好的充型能力和有良好的充型能力和补缩条件补缩条件温度表层中心固液 铸件的凝固方式2)2)糊状凝固糊状凝固• •结晶温度范围很宽结晶温度范围很宽的合金，从铸件的的合金，从铸件的表面至心部都是固表面至心部都是固液两相混存液两相混存• •铸件断面上布满小铸件断面上布满小晶体，将金属液分晶体，将金属液分割开，致充型和补割开，致充型和补缩能力变差缩能力变差温度表层中心固液 铸件的凝固方式3)中间凝固•大多数合金属大多数合金属于这种方式于这种方式温度表层中心固液决定凝固方式的因素：决定凝固方式的因素：决定凝固方式的因素：决定凝固方式的因素：（（（（1 1 1 1）结晶温度范围）结晶温度范围）结晶温度范围）结晶温度范围 （（（（2 2 2 2）铸件断面温度场分布变化）铸件断面温度场分布变化）铸件断面温度场分布变化）铸件断面温度场分布变化 3 3 影响铸件凝固方式的因素影响铸件凝固方式的因素 1)1)  合金的结晶温度范围合金的结晶温度范围 范围小范围小: : 凝固区窄凝固区窄, ,愈倾向于逐层凝固愈倾向于逐层凝固 如如: : 砂型铸造砂型铸造, ,铸铁, ,低碳钢低碳钢 逐层凝固逐层凝固, , 高碳钢高碳钢 糊状凝固糊状凝固 2)2)  铸件的温度梯度铸件的温度梯度 合合金金结结晶晶温温度度范范围围一一定定时时, ,凝凝固固区区宽宽度度取取决决于于铸铸件件内内外外层的温度梯度层的温度梯度. . 温温度度梯梯度度愈愈小小, ,凝凝固固区区愈愈宽宽.(.(内内外外温温差差大大, ,冷冷却却快快, ,凝凝固固区区窄窄) )  二）二） 合金的收缩合金的收缩    液液态态合合金金从从浇浇注注温温度度至至凝凝固固冷冷却却到到室室温温的的过过程程中中, ,体体积积和和尺尺寸寸减减少少的的现现象象---.---.是是铸铸件件许许多多缺缺陷陷( (缩缩孔孔, ,缩缩松松, ,裂裂纹纹, ,变形变形, ,残余应力残余应力) )产生的基本原因产生的基本原因. . 1 1 收缩的几个阶段收缩的几个阶段 1)1) 液液态态收收缩缩（（T浇浇 — T液液）） : : 从从金金属属液液浇浇入入铸铸型型到到开开始始凝凝固固之之前前. . 液液态态收收缩缩减减少少的的体体积积与与浇浇注注温温度度至至开开始始凝固的温度的温差成正比凝固的温度的温差成正比. . 2)2)  凝凝固固收收缩缩（（T液液 — T固固））: : 从从凝凝固固开开始始到到凝凝固固完完毕毕. . 同同一一类类合合金金, ,凝凝固固温温度度范范围围大大者者, ,凝凝固固体体积积收收缩缩率率大大. .如如: 35: 35钢钢, ,体积收缩率体积收缩率3.0%, 453.0%, 45钢钢 4.3%4.3%。

3)3) 固固态态收收缩缩（（T固固 — T室室）） : : 凝凝固固以以后后到到常常温温. .  固固态态体体积积收收缩缩直直观观表表现现为为铸铸件件各各方方向向线线尺尺寸寸的的缩缩小小，，影影响响铸件尺寸精度及形状的准确性铸件尺寸精度及形状的准确性, ,故用线收缩故用线收缩率率表示表示. . 2 2 影响收缩的因素影响收缩的因素 主主要要受受化化学学成成分分影影响响: : 铸铸铁铁中中促促进进石石墨墨形形成成的的元元素素增增加加, ,收缩减少收缩减少. . 如如: : 灰口铁灰口铁 C, C, SiSi↑,↑,收收↓↓. .这这是是由由于于石石墨墨比比容容大大, ,体体积积膨膨胀胀, ,抵抵销销部部分分凝凝固固收收缩缩. . 所所以以常常用用合合金金中中，，铸铸钢钢收收缩缩率率最最大大，，灰灰铸铸铁铁收收缩缩率率最最小小（下页表格）下页表格）三）三） 铸件的收缩铸件的收缩铸件的收缩要比合金的收缩复杂得多不但和合金成铸件的收缩要比合金的收缩复杂得多不但和合金成分及温度有关，还与铸型条件和铸件结构有关分及温度有关，还与铸型条件和铸件结构有关铸件的收缩铸件的收缩铸件的收缩铸件的收缩合金成分和温度合金成分和温度合金成分和温度合金成分和温度铸型、型芯结构铸型、型芯结构铸型、型芯结构铸型、型芯结构铸件结构铸件结构铸件结构铸件结构常用铸造合金的收缩率n n铸造合金从浇注，凝固直到至冷却到室温的过程中，其体积或尺寸缩减的现象，称为收缩。

收缩是铸件产生缩孔、缩松、裂纹、变形的根源•液态收缩液态收缩•凝固收缩凝固收缩•固态收缩固态收缩合金合金种类种类含碳含碳量量（（%%））浇注浇注温度温度液态液态收缩收缩凝固凝固收缩收缩固态固态收缩收缩总总收缩收缩（（%%））铸造铸造碳钢碳钢0.350.35161016101.61.63 37.87.812.4612.46白口白口铸铁铸铁3.003.00140014002.42.44.24.25.4~6.5.4~6.3 312~12~12.912.9灰灰口口铸铁铸铁3.503.50140014003.53.50.10.13.3~4.3.3~4.2 26.9~6.9~7.87.8铸件的收缩会受到铸型、型芯及本身结构的阻碍，铸件的收缩会受到铸型、型芯及本身结构的阻碍，铸件的收缩会受到铸型、型芯及本身结构的阻碍，铸件的收缩会受到铸型、型芯及本身结构的阻碍，因此铸件的线收缩率小于合金的自由收缩率因此铸件的线收缩率小于合金的自由收缩率因此铸件的线收缩率小于合金的自由收缩率因此铸件的线收缩率小于合金的自由收缩率例如，某铸钢直杆件的收缩属自由收缩，其线收例如，某铸钢直杆件的收缩属自由收缩，其线收例如，某铸钢直杆件的收缩属自由收缩，其线收例如，某铸钢直杆件的收缩属自由收缩，其线收缩率为缩率为缩率为缩率为2.4%; 2.4%; 若两端加横杆成为若两端加横杆成为若两端加横杆成为若两端加横杆成为ⅠⅠⅠⅠ字形，则其字形，则其字形，则其字形，则其收缩受到约束，受阻线收缩率为收缩受到约束，受阻线收缩率为收缩受到约束，受阻线收缩率为收缩受到约束，受阻线收缩率为0.92%0.92%。

铸件的固态收缩受到阻碍时还会产生铸造应力、铸件的固态收缩受到阻碍时还会产生铸造应力、铸件的固态收缩受到阻碍时还会产生铸造应力、铸件的固态收缩受到阻碍时还会产生铸造应力、变形和裂纹等铸造缺陷变形和裂纹等铸造缺陷变形和裂纹等铸造缺陷变形和裂纹等铸造缺陷 三三 合金铸件的收缩缺陷及防止合金铸件的收缩缺陷及防止一）凝固一）凝固收缩缺陷收缩缺陷-缩孔和缩松及防止缩孔和缩松及防止:1 . 缩孔及缩松的形成1)缩孔： 液体金属浇注到铸型中后，经过液态收缩和凝固收液体金属浇注到铸型中后，经过液态收缩和凝固收缩，体积会缩减若其收缩得不到液体金属的及时补充，则在缩，体积会缩减若其收缩得不到液体金属的及时补充，则在铸件最后凝固部位形成孔洞，这种孔洞称为缩孔铸件最后凝固部位形成孔洞，这种孔洞称为缩孔.缩孔是容积较大而集中的孔洞缩孔是容积较大而集中的孔洞. .通常隐藏在铸件上部或最后凝通常隐藏在铸件上部或最后凝固的部位其外形特征为倒锥形，内表面不光滑固的部位其外形特征为倒锥形，内表面不光滑. .假设下面圆柱体铸件假设下面圆柱体铸件是逐层凝固：是逐层凝固：圆柱体铸件中缩孔形成示意图 缩孔形成示意图浇口2）缩松 缩松是分散在铸件最后凝固部位的细小缩孔。

形成原因：由于结晶温度范围宽的合金呈糊状凝固，先析出的枝晶把液体分隔开，使其收缩难以得到补充所致形成过程如下图缩松一般分布于铸件的轴线区域、厚大部位或浇口附近 宏观缩松（肉眼可见）多分布在铸件最后凝固的部位，显微缩松（显微镜下可见）则是存在于在晶粒之间的微小孔洞1 1）顺序凝固：）顺序凝固：）顺序凝固：）顺序凝固：就是采取一定措施，使铸件按规定的方向从一部分到另一部分逐渐凝固的过程 冒口和冷铁的合理使用，可造成铸件按次序凝固，有效地消除缩孔、缩松冒口冒口冒口冒口Ⅲ Ⅱ ⅠⅢ Ⅱ Ⅰ顺序凝固示意图顺序凝固示意图顺序凝固示意图顺序凝固示意图冒口冒口—— 储存补缩用金属液的储存补缩用金属液的““水库水库””冷铁冷铁—— 用来控制铸件凝固顺序的激冷物，加大某一部分得冷却速度用用来控制铸件凝固顺序的激冷物，加大某一部分得冷却速度用铸铁、钢或铜制成铸铁、钢或铜制成冷铁冷铁冷铁冷铁热节热节热节热节（缩孔部位）（缩孔部位）（缩孔部位）（缩孔部位）纵向温度分布曲线纵向温度分布曲线纵向温度分布曲线纵向温度分布曲线2. 2. 2. 2. 缩孔、缩松的防止措施：实现顺序凝固，用冒口补缩。

缩孔、缩松的防止措施：实现顺序凝固，用冒口补缩缩孔、缩松的防止措施：实现顺序凝固，用冒口补缩缩孔、缩松的防止措施：实现顺序凝固，用冒口补缩寻找热节的方法寻找热节的方法寻找热节的方法寻找热节的方法等温线法等温线法等温线法等温线法内切圆法内切圆法内切圆法内切圆法顺序凝固特点顺序凝固特点: 开设冒口补缩缺点：一是冒口浪费金属；开设冒口补缩缺点：一是冒口浪费金属；二是铸件内应力大，易于变形和开裂主要用于凝固收缩二是铸件内应力大，易于变形和开裂主要用于凝固收缩大，凝固温度范围较宽的合金或壁厚差别较大的合金铸件大，凝固温度范围较宽的合金或壁厚差别较大的合金铸件如铸钢、高牌号灰铸铁、球墨铸铁、可锻铸铁和黄铜等如铸钢、高牌号灰铸铁、球墨铸铁、可锻铸铁和黄铜等冷铁冷铁冷铁冷铁同时凝固同时凝固同时凝固同时凝固———— 整个铸件几乎同时凝固整个铸件几乎同时凝固整个铸件几乎同时凝固整个铸件几乎同时凝固纵向温度分布曲线纵向温度分布曲线纵向温度分布曲线纵向温度分布曲线2 2）同时凝固）同时凝固: :采用厚壁处放置冷铁，薄壁处开浇口等工艺措施使铸件各部分温度均匀，在同一时间内凝固同时凝固特点同时凝固特点: :不需冒口，节约金属且工艺简单；铸件均不需冒口，节约金属且工艺简单；铸件均匀冷却，减小热应力匀冷却，减小热应力, ,不易形成内应力、变形和裂纹等缺不易形成内应力、变形和裂纹等缺陷，但心部缩松有时难以避免陷，但心部缩松有时难以避免, ,故用于收缩小的合金和各故用于收缩小的合金和各种合金的薄壁铸件。

种合金的薄壁铸件如灰铸铁，锡青铜，铝硅合金等如灰铸铁，锡青铜，铝硅合金等1）这是由于薄壁铸件的铸型冷却作用强，薄壁断面温）这是由于薄壁铸件的铸型冷却作用强，薄壁断面温度梯度大，倾向于逐层凝固因此收缩小的灰铸铁可消除度梯度大，倾向于逐层凝固因此收缩小的灰铸铁可消除缩孔，获得致密铸件；而收缩较大的薄壁铸钢、有色合金缩孔，获得致密铸件；而收缩较大的薄壁铸钢、有色合金铸件会出现轴线缩松，但其表层组织致密铸件会出现轴线缩松，但其表层组织致密 （（2）锡青铜，铝硅合金等凝固温度范围较宽的合金，倾）锡青铜，铝硅合金等凝固温度范围较宽的合金，倾        向于糊状凝固，用顺序凝固也难以消除缩松，采用向于糊状凝固，用顺序凝固也难以消除缩松，采用            冷铁（或金属型铸造）及同时凝固原则，可保证其冷铁（或金属型铸造）及同时凝固原则，可保证其        表层组织致密表层组织致密1 1、铸造应力及减少措施、铸造应力及减少措施、铸造应力及减少措施、铸造应力及减少措施2 2、、、、 铸件的变形铸件的变形铸件的变形铸件的变形及防止及防止及防止及防止3 3 、铸件的裂纹、铸件的裂纹、铸件的裂纹、铸件的裂纹及防止及防止及防止及防止1 1））））热应力和机械应力热应力和机械应力热应力和机械应力热应力和机械应力2 2））））减小铸造应力的措施减小铸造应力的措施减小铸造应力的措施减小铸造应力的措施1 1）热裂及防止）热裂及防止）热裂及防止）热裂及防止2 2）冷裂及防止）冷裂及防止）冷裂及防止）冷裂及防止二）二） 固态收缩缺陷固态收缩缺陷-铸造内应力及其引起的变形和裂纹及防止铸造内应力及其引起的变形和裂纹及防止:凝固之后的继续冷却过程中凝固之后的继续冷却过程中,其固态收缩若受到阻碍其固态收缩若受到阻碍,铸件内部就发生内应力铸件内部就发生内应力,即铸造应力。

内应力是铸件即铸造应力内应力是铸件产生变形和裂纹的基本原因产生变形和裂纹的基本原因按阻碍收缩的原因分为：按阻碍收缩的原因分为：1）热应力）热应力2）机械应力）机械应力1 1、铸造应力及减少措施：、铸造应力及减少措施：、铸造应力及减少措施：、铸造应力及减少措施：（塑－弹性临界转变温度）受热应力的铸件受热应力的铸件受热应力的铸件受热应力的铸件Ⅰ Ⅰ ⅡⅡ热应力分布规律：热应力分布规律：热应力分布规律：热应力分布规律：（（（（1 1 1 1）厚壁及冷却慢的部位）厚壁及冷却慢的部位）厚壁及冷却慢的部位）厚壁及冷却慢的部位————拉应力拉应力拉应力拉应力（（（（2 2 2 2）薄壁及冷却快的部位）薄壁及冷却快的部位）薄壁及冷却快的部位）薄壁及冷却快的部位————压应力压应力压应力压应力++++－－－－t0~t1:t1~t2：t2~t3：1）热应力：）热应力：热应力是由于铸件壁厚不均匀，各部分冷却速热应力是由于铸件壁厚不均匀，各部分冷却速度不同，收缩不一致而引起的应力度不同，收缩不一致而引起的应力 n塑性状态塑性状态: 金属在高于再结晶温度以上的固态冷却阶段金属在高于再结晶温度以上的固态冷却阶段,受力受力变形变形,产生加工硬化产生加工硬化,同时发生的再结晶将硬化抵消同时发生的再结晶将硬化抵消,内应力内应力自行消失自行消失.(简单说简单说,处于屈服状态处于屈服状态,受力受力—变形无应力变形无应力) n  弹性状态弹性状态: 低于再结晶温度低于再结晶温度,外力作用下外力作用下,金属发生弹性变金属发生弹性变形形,变形后应力继续存在。

变形后应力继续存在a) ta) t0 0 – t t1 1: :凝固开始凝固开始, ,粗粗 细处都为塑性状态细处都为塑性状态, ,无内应力无内应力 ∵∵两杆冷速不同两杆冷速不同, ,细杆快细杆快, ,收缩大收缩大,∵,∵受粗杆限制受粗杆限制, , 不能自由收缩不能自由收缩, ,相对被拉长相对被拉长, ,粗杆相对被压缩粗杆相对被压缩, ,结果结果 两杆等量收缩两杆等量收缩. . b) b) t t1 1 – t t2 2: : 细细杆杆冷冷速速大大, ,先先进进入入弹弹性性阶阶段段, ,而而粗粗杆杆仍仍为为塑塑性性阶阶段段, ,随随细杆收缩发生塑性收缩细杆收缩发生塑性收缩, ,无应力无应力. . c) c) t t2 2 – t t3 3: : 细细杆杆收收缩缩先先停停止止, ,粗粗杆杆继继续续收收缩缩, ,压压迫迫细细杆杆, ,而而细细杆杆又又阻阻止粗杆的收缩止粗杆的收缩, ,至室温至室温, , 粗杆受拉应力粗杆受拉应力(+),(+),细杆受压应力细杆受压应力(-)(-)   由由此此可可见见, ,各各部部分分的的温温差差越越大大, ,热热应应力力也也越越大大, ,冷冷却却较较慢慢的的部部分分形形成成拉拉应力应力, ,冷却较快的部分形成压应力冷却较快的部分形成压应力. . 上型下型 机械应力是暂时应力机械应力是暂时应力, ,是拉应力。

是拉应力收缩受机械阻碍的铸件收缩受机械阻碍的铸件收缩受机械阻碍的铸件收缩受机械阻碍的铸件2）机械应力：）机械应力：合金的线收缩受到铸型、型芯、浇冒系统的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阻碍而形成的内应力机械应力与热应力共同作用机械应力与热应力共同作用, ,可能使某些部位增加了裂纹倾向可能使某些部位增加了裂纹倾向. .3）减小铸造应力的措施：）减小铸造应力的措施：采用同时凝固原则采用同时凝固原则采用同时凝固原则采用同时凝固原则 - - 薄处设浇口薄处设浇口,厚处放冷铁厚处放冷铁优点优点: 省冒口省冒口,省工省工,省料 缺点缺点: 心部易出现缩孔或缩松心部易出现缩孔或缩松,应用于灰铸铁、锡青铜，应用于灰铸铁、锡青铜，因灰铸铁缩孔、缩松倾向小，锡青铜糊状凝固，用顺因灰铸铁缩孔、缩松倾向小，锡青铜糊状凝固，用顺序凝固也难以有效地消除其显微缩松序凝固也难以有效地消除其显微缩松  改善铸型、型芯退让性改善铸型、型芯退让性改善铸型、型芯退让性改善铸型、型芯退让性铸件结构合理，壁厚均匀，热节小铸件结构合理，壁厚均匀，热节小铸件结构合理，壁厚均匀，热节小铸件结构合理，壁厚均匀，热节小自然时效或人工时效（去应力退火）自然时效或人工时效（去应力退火）自然时效或人工时效（去应力退火）自然时效或人工时效（去应力退火）2 2、铸件的变形与防止、铸件的变形与防止 1 1））铸件的变形铸件的变形铸件有通过自由变形来松弛内应力铸件有通过自由变形来松弛内应力的的自发过程自发过程. . 举例举例: : 平板铸件平板铸件 ∵ ∵ 平板中心散热慢平板中心散热慢, ,受拉力受拉力. .平板下部冷却慢平板下部冷却慢. . ∴ ∴ 发生如图所示变形发生如图所示变形   +-反变形法反变形法反变形法反变形法变形规律：变形规律：变形规律：变形规律： 厚壁内凹，薄壁外凸；壁厚均匀铸件，散热慢厚壁内凹，薄壁外凸；壁厚均匀铸件，散热慢厚壁内凹，薄壁外凸；壁厚均匀铸件，散热慢厚壁内凹，薄壁外凸；壁厚均匀铸件，散热慢的表面内凹，散热快的表面外凸。

的表面内凹，散热快的表面外凸的表面内凹，散热快的表面外凸的表面内凹，散热快的表面外凸2 2）防止变形的方法：）防止变形的方法：）防止变形的方法：）防止变形的方法：1 1）采用）采用同时凝固原则同时凝固原则,使铸件均匀冷却使铸件均匀冷却；；2 2）人工时效、自然时效）人工时效、自然时效---低温退火低温退火, 550～～650℃℃，消除，消除残余应力残余应力；；4 4））使铸件壁厚尽可能均匀使铸件壁厚尽可能均匀, ,并并改进铸件结构，采用对称改进铸件结构，采用对称结构、空心截面提高刚度，减少变形结构、空心截面提高刚度，减少变形3 3）采用反变形法）采用反变形法( (长件长件, ,易变形件易变形件) ) 热裂的形状特征是：热裂的形状特征是：热裂的形状特征是：热裂的形状特征是：裂纹短、缝隙宽、形状曲折（裂纹短、缝隙宽、形状曲折（裂纹短、缝隙宽、形状曲折（裂纹短、缝隙宽、形状曲折（裂缝沿晶粒边界通裂缝沿晶粒边界通过）过）、缝内呈氧化色缝内呈氧化色缝内呈氧化色缝内呈氧化色多发生在应力集中或局部凝固缓慢处，如拐角、厚多发生在应力集中或局部凝固缓慢处，如拐角、厚度变化及缩孔缩松处度变化及缩孔缩松处。

热裂的防止：热裂的防止：热裂的防止：热裂的防止：① ① ① ① 应尽量选择凝固温度范围小，热裂倾向小的合应尽量选择凝固温度范围小，热裂倾向小的合应尽量选择凝固温度范围小，热裂倾向小的合应尽量选择凝固温度范围小，热裂倾向小的合 金，严格控制金，严格控制金，严格控制金，严格控制S S S S的含量；的含量；的含量；的含量；② ② ② ② 应提高铸型和型芯的退让性，以减小机械应力；应提高铸型和型芯的退让性，以减小机械应力；应提高铸型和型芯的退让性，以减小机械应力；应提高铸型和型芯的退让性，以减小机械应力；③ ③ ③ ③ 改善铸件结构改善铸件结构改善铸件结构改善铸件结构 3 3、铸件的裂纹与防止、铸件的裂纹与防止         铸件内应力超过强度极限时铸件内应力超过强度极限时,铸件便发生裂纹铸件便发生裂纹. 1 1）） 热裂纹热裂纹: 高温下形成裂纹高温下形成裂纹 原因原因: (1)  凝固末期凝固末期,合金呈完整骨架合金呈完整骨架+液体液体,强强,塑塑↓↓(还有一种液膜还有一种液膜理论）；理论）；(2)   含含S—热脆热脆 ; (3)  退让性不好退让性不好. 冷裂的特征是：冷裂的特征是：冷裂的特征是：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。

裂纹细小，呈连续直线状，缝内有金属光泽或轻微氧化色裂纹细小，呈连续直线状，缝内有金属光泽或轻微氧化色裂纹细小，呈连续直线状，缝内有金属光泽或轻微氧化色                         易发生在复杂大工件受拉应力部位和应力集中处易发生在复杂大工件受拉应力部位和应力集中处冷裂的防止：冷裂的防止：冷裂的防止：冷裂的防止：1 1 1 1）使铸件壁厚尽可能均匀；）使铸件壁厚尽可能均匀；）使铸件壁厚尽可能均匀；）使铸件壁厚尽可能均匀；2 2 2 2）减少铸造应力；）减少铸造应力；）减少铸造应力；）减少铸造应力；3 3 3 3）对于铸钢件和铸铁件，必须严格控制磷的含量，）对于铸钢件和铸铁件，必须严格控制磷的含量，）对于铸钢件和铸铁件，必须严格控制磷的含量，）对于铸钢件和铸铁件，必须严格控制磷的含量， 防止冷脆性防止冷脆性防止冷脆性防止冷脆性 2 2）） 冷裂纹冷裂纹: :   低温下裂纹低温下裂纹原因原因:  材料塑性差材料塑性差;  P—冷脆冷脆 。