第2章鑄造
定義：熔煉金屬、製造鑄型並將熔融金屬澆入鑄型凝固後，獲得具有一定形狀、尺寸和效能的金屬零件或毛坯的成形方法
包括砂型鑄造和特種鑄造兩大類
優點：工藝適應性強，鑄件的結構形狀和尺寸和大小幾乎不受限制，常用的合金都能鑄造；原材料**廣泛，**低廉，裝置投資較少
應用：適於製造形狀複雜、特別是內腔形狀複雜的零件或毛坯，尤其是要求承壓、抗振或耐磨的零件。
缺點：工藝因素影響較大，鑄件易出現澆不到、縮孔、氣孔、裂紋等缺陷，組織疏鬆，晶粒粗大。質量不穩定，一般情況下，鑄件的力學效能遠不及塑性成形件
金屬液的充型能力：金屬液充滿鑄型型腔，獲得輪廓清晰、形狀、準確的鑄件的能力。充型能力差的液態合金易產生澆不到和冷隔等缺陷。
取決於液態金屬的流動性、鑄型條件、澆注條件
1.金屬的流動性：金屬液本身的流動能力，流動性好則充型能力強，易於獲得輪廓清晰、壁薄而形狀複雜的鑄件，且易於防止各類鑄造缺陷。
衡量：螺旋型流動試樣長度
影響金屬流動性本質因素
(1)合金成分：共晶成分和純金屬最好
(2)合金的質量熱容、密度和熱導率：質量熱容和密度大，含熱量大；流動性好熱導率小，散熱慢；流動性好影響金屬流動性本質因素
2．鑄型條件
鑄型的蓄熱係數：其值越大，激冷能力越強，金屬液保持液態的時間就較短，充型能力越低選用蓄熱係數小的造型材料，在型腔壁噴塗料
鑄型溫度：鑄型的溫度越高，金屬液冷卻就越慢，保持液態時間就越長
鑄型中的氣體：形成影響充型的氣體阻力
3．澆注條件
澆注溫度：澆注溫度高，金屬液的粘度低，保持液態的時間長。若溫度過高，增大了縮孔、氣孔、粘砂等缺陷傾向
充型壓力：充型壓力越大，流動性就越好。充型壓力過大，會造成金屬飛濺加劇氧化，及因氣體來不及排出而產生氣孔、澆不到等缺陷。
注：鑄件的結構過於複雜、壁厚過小等，也使金屬液充型困難鑄型從金屬液吸收並儲存熱量的能力
金屬的收縮特性：收縮指鑄造合金從液態凝固和冷卻至室溫過程中產生的體積和尺寸的縮減。收縮較大的合金易產生縮孔、縮松缺陷，以及因鑄造應力的出現而易產生變形、裂紋等鑄造缺陷。
1．金屬收縮分液態收縮、凝固收縮、固態收縮三個階段：
液態收縮、凝固收縮：體積收縮形狀變化、尺寸減小；形成縮孔、縮松
固態收縮： 線尺寸的縮小產生鑄造應力並引起變形、 裂紋
2．影響收縮的因素 ：
1）金屬的化學成分：鐵碳合金中，灰鑄鐵收縮小。原因：碳大部分以石墨形態析出，石墨比容大，抵消部分體積收縮
2）澆注溫度：隨著澆注溫度的提高，金屬冷卻時的液態收縮會增大，總體積收縮相應增大。
3）鑄型條件：鑄件冷卻過程中，由於各部分冷卻速度的不同，使收縮相互制約而不能自由收縮，也可能受到型砂、型芯等的阻礙而不能自由收縮。阻礙越大，收縮越小
縮孔與縮松
（1）縮孔：鑄件在凝固過程中，由於補縮不良而產生的孔洞。特徵：
形狀極不規則（多為倒錐形）、孔壁粗糙並帶有枝狀晶，常出現在鑄件最後凝固的部位純金屬、共晶合金和凝固溫度範圍窄的合金，凝固時呈逐層凝固方式，易產生縮孔缺陷
（2） 縮松：鑄件斷面上出現的分散而細小的縮孔。借助高倍放大鏡才能發現的縮松稱為顯微縮松。
鑄件有縮松缺陷的部位，在氣密性試驗時易滲漏。特徵：多產生在鑄件的軸線附近和熱節部位（即厚度較大，冷速較慢的金屬積聚處）凝固溫度範圍越寬，糊狀凝固越明顯，鑄件越易產生縮松缺陷
(3) 縮孔和縮松的防止：縮孔和縮松均使鑄件的力學效能下降，甚至因產生滲漏而報廢，應採取適當的工藝措施予以防止。
1）採用順序凝固原則：順序凝固是使鑄件按規定方向從一部分到另一部分依次凝固的原則。實施方法：(內澆口+冒口+冷鐵）
特點：可獲得緻密的鑄件，使鑄件各部分的溫差加大，易產生內應力、變形和裂紋，增加了鑄件成本。
應用：通常用於收縮較大、凝固溫度範圍較小的合金，如鑄鋼、碳矽含量低的灰鑄鐵、鋁青銅等合金以及壁厚差別較大的鑄件。
目的：實現自薄部向著冒口方向順序凝固、依次補縮，最終將縮孔轉移到冒口中
2）加壓補縮：將鑄型置於壓力罐中，澆注後使鑄件在壓力下凝固可顯著減少顯微縮松。
3）選擇合適的合金：不同成分的合金，凝固方式不同，總體積收縮量不同,共晶成分的鐵碳合金凝固區間最小，收縮量最小。實際生產中就應使碳、矽含量在4.3％附近
鑄造應力 ：鑄件在凝固和冷卻過程中由受阻收縮、熱作用和相變等因素引起的內應力。
（1）收縮應力：鑄件在固態收縮時，因鑄型、型芯、澆冒口、箱帶及鑄件本身結構阻礙收縮而引起的鑄造應力。收縮應力是暫時存在的應力，會自行消失。
但在高溫下，若某瞬間鑄件上某部位的收縮應力和熱應力之和超過其抗拉強度時，就可能產生裂紋。提高型（芯）砂的退讓性，合理設定澆注系統和及時開箱落砂等措施，可有效地減小收縮應力
(2) 熱應力：鑄件在凝固和冷卻過程中，不同部位由於溫差造成不均勻收縮並互相牽制而引起的鑄造應力。鑄件凝固冷卻後，熱應力將殘留在鑄件內部。
1）熱應力的分布：厚壁、心部（後冷處）受拉應力；薄壁、表面（先冷處）受壓應力
2）減小和消除熱應力方法：殘留應力使鑄件的精度和耐蝕性大大降低，還會因殘留應力的重新分布而導致鑄件變形甚至產生裂紋，故應盡量減小或消除熱應力
a：合理設計鑄件結構： 壁厚均勻、圓角連線
b：採用同時凝固原則：使型腔內各部分金屬液溫差很小，同時進行凝固。實施方法：(內澆口+冷鐵）
特點：熱應力小，不易熱裂，省工省料，但組織不緻密，軸心處往往會出現縮松
應用：收縮較小的合金、傾向於糊狀凝固的合金、氣密性要求不高的鑄件、壁厚均勻的薄壁鑄件
c： 去應力退火：一般為ac1－(100～200) ℃，經保溫後隨爐冷卻至200～300℃後出爐空冷
鑄件變形： 鑄件在鑄造應力和殘留應力作用下所發生的變形以及由於模樣或鑄型變形引起的變形。
(1) 鑄件變形的主要原因：由於殘餘應力的存在，會自發地產生變形,以緩解應力使鑄件趨於穩定狀態
變形分布：受拉部分（厚部、後冷、心部）凹下，受壓部分（薄部、先冷、表面）凸出。
(2) 防止鑄件變形的措施
1）減小和消除鑄造應力：應力是引起變形的根本原因，無應力則無變形
2）反變形法：造型時使型腔具有預留的等量反變形量
3) 在可能產生變形的部位新增加強筋，限制變形
4) 鑄件對稱以便變形互相抵消
6．鑄件裂紋：鑄件表面或內部由於各種原因發生斷裂而形成的條紋狀裂縫
(1)熱裂：凝固後期或凝固後在較高溫度下形成的裂紋。斷面嚴重氧化，無金屬光澤，外形曲折而不規則。熱裂是鑄鋼件和鋁合金鑄件的常見缺陷。
(2) 冷裂：鑄件凝固後在較低溫度下形成的裂紋。裂紋有金屬光澤或微呈氧化色，多為直線或圓滑曲線。常出現在受拉伸的部位，特別是應力集中處。 壁厚差別大、形狀複雜的鑄件易產生冷裂
(3) 防止裂紋的措施：減小和消除鑄造應力、嚴格限制硫、磷含量，以降低其脆性。
常用鑄造合金的鑄造效能及工藝
金屬鑄造效能指金屬在鑄造成形過程中獲得外形準確、內部健全的鑄件的能力。包括金屬液的流動性、吸氣性、氧化性、收縮特性、熱裂傾向性等
1．鑄鐵
(1) 灰鑄鐵：鑄造效能優良、流動性好、收縮小；產生鑄造缺陷的傾向最小。對鑄件壁厚的均勻性要求較低，鑄造工藝簡便，熱應力小，是應用最廣的鑄鐵。
(2) 球墨鑄鐵：球墨鑄鐵的共晶凝固溫度範圍較寬，且球化處理時易產生氧化物和硫化物夾雜，故鐵液流動性較差；其石墨化膨脹量大於灰鑄鐵，但縮前膨脹，使收縮量加大而產生縮孔、縮松缺陷。
生產球墨鑄鐵件多採用順序凝固原則，需設定冒口和冷鐵；應提高砂型的緊實度和透氣性以防止鑄型脹大；澆注時應注意擋渣和使鐵液迅速、平穩地充型，以減少夾渣缺陷；應減少鐵液的硫、鎂含量和型砂的含水量，防止產生皮下氣孔。球鐵生產得到的多為p+f基體,澆注後需經熱處理調整基體
(3) 可鍛鑄鐵：生產可鍛鑄鐵的原鐵液鑄造效能差 。凝固溫度範圍較大，故流動性較差。由於凝固時無石墨析出，故收縮較大，縮孔和裂紋傾向均較大。
生產可鍛鑄鐵件應設定體積較大的補縮冒口，採用順序凝固原則；澆道截面應較大；澆注溫度應較高，以保證足夠的流動性； 應提高鑄型的退讓性，以防產生裂紋。
2．鑄鋼
鑄鋼的鑄造效能差：流動性差，易產生冷隔、澆不到、夾雜、氣孔等缺陷；收縮大，易產生縮孔、裂紋等缺陷
生產鑄鋼件常設定冒口和冷鐵，採用順序凝固原則，以免產生縮孔；鑄型應有較高的強度、透氣性和耐火性；型腔表面應塗以耐火塗料
3．鑄造鋁合金
鋁矽合金的鑄造效能好；其它系列的鑄造鋁合金均流動性差，且收縮較大，故鑄造效能差；且易產生夾雜和氣孔缺陷。
砂型鑄造時一般設定冒口順序凝固
4．鑄造銅合金
錫青銅的鑄造效能較差；金屬液流動性差，且收縮較大，易產生縮孔、縮松等缺陷。
壁厚較大的重要鑄件須設定冒口順序凝固；形狀複雜的薄壁鑄件，緻密性要求不高時，可採用同時凝固原則。
鋁青銅和鋁黃銅等含鋁較高的銅合金，鑄造效能較好，流動性好；但收縮較大，易形成集中縮孔，須設定冒口順序凝固。
鑄造方法
砂型鑄造： 砂型鑄造是在砂型中生產鑄件的鑄造方法
1．常用的砂型：常用的砂型有溼砂型、幹砂型、表面烘乾型、自硬砂型 （特點、應用見表2-2）
2．常用的造型方法 ：造型方法可分為手工造型和機器造型兩大類
手工造型操作技術要求高，勞動強度大，生產效率低，造型質量不穩定，在單件、小批生產特別是大型複雜鑄件的生產中仍有應用。
(1) 手工造型方法 ：兩箱造型、三箱造型、脫箱造型、刮板造型、地坑造型 。
(2) 機器造型：用機器全部完成或至少完成緊砂操作的造型工序
常用的機器造型方法有震壓造型、微震壓實造型、高壓造型、拋砂造型、氣衝造型、負壓造型等。
機器造型生產效率高，勞動條件較好；鑄件精度較高，表面質量較好；但裝置投資較大，對產品變換的適應性較差。適用於成批、大量生產各類鑄件。
特種鑄造 ：與砂型鑄造不同的其它鑄造方法
材料成型技術基礎考點總結
第2章鑄造 定義 熔煉金屬 製造鑄型並將熔融金屬澆入鑄型凝固後，獲得具有一定形狀 尺寸和效能的金屬零件或毛坯的成形方法 包括砂型鑄造和特種鑄造兩大類 優點 工藝適應性強，鑄件的結構形狀和尺寸和大小幾乎不受限制，常用的合金都能鑄造 原材料 廣泛，低廉，裝置投資較少 應用 適於製造形狀複雜 特別是內腔形...
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