中央液态冷热源环境系统工作原理

将液态金属浇注到与零件形状、尺寸相适应的铸型型腔中，

待其冷却凝固，以获得毛坯或零件的生产方法，通常称为

金属液态成形或铸造。

工艺特点

1.可生产形状任意复杂的制件，特别是内腔形状复杂的制件。

2.适应性强，合金种类不受限制，铸件大小几乎不受限制。

3.材料来源广，废品可重熔，设备投资低。

4.废品率高、表面质量较低、劳动条件差。

充型-- 液态合金填充铸型的过程。充型能力是液体金属充满铸型型腔，获得尺寸精确、轮廓清晰的成形件的能力。充型能力不足时，会产生浇不足、冷隔、夹渣、气孔等缺陷。

充型能力首先取决于金属本身的流动性(流动能力)，同时又受铸型性质、浇注条件和铸件结构等因素的影响。

一、液态合金的流动性

合金的流动性是: 液态合金本身的流动能力。

合金流动性主要取决于合金化学成分所决定的结晶特点

二、浇注条件

1.浇注温度 一般T浇越高，液态金属的充型能力越强。

2.充型压力 液态金属在流动方向上所受的压力越大，充型能力越强。

3.浇注系统结构越复杂，流动阻力越大，充型能力越差。

三、铸型充填条件

1.铸型的蓄热系数 铸型的蓄热系数表示铸型从其中的金属吸取热量并储

存在本身的能力。

2.铸型温度 铸型温度越高，液态金属与铸型的温差越小，充型能力越强。

3.铸型中的气体

四、铸件结构

1.折算厚度 折算厚度也叫当量厚度或模数，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。铸件壁厚相同时，垂直壁比水平壁更容易充填。

2.铸件复杂程度 铸件结构复杂，流动阻力大，铸型的充填就困难。

一、铸件的凝固方式

1. 逐层凝固 2. 糊状凝固 3. 中间凝固

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 。

2.铸件的温度梯度，在合金结晶温度范围已定的前提下，凝固区域的宽窄取决与铸件内外层之间的温度差。若铸件内外层之间的温度差由小变大，则其对应的凝固区由宽变窄。

二、合金的收缩

合金的收缩经历如下三个阶段:

1.液态收缩 从浇注温度到凝固开始温度之间的收缩。

2.凝固收缩 从凝固开始到凝固终止温度间的收缩。

3.固态收缩 从凝固终止温度到室温间的收缩。

体收缩率是铸件产生缩孔或缩松的根本原因。线收缩率是铸件产生应力、变形、裂纹的根本原因。

缩孔与缩松: 液态合金在冷凝过程中，若其液态收缩和凝固收缩所缩减的容积得不到补充，则在铸件最后凝

固的部位形成一些孔洞 。大而集中的称为缩孔，细小而分散的称为缩松。

缩孔和缩松的防止: 防止缩孔和缩松常用的工艺措施就是控制铸件的凝固次序，使铸件实现"顺序凝固"。

冒口:储存补缩用金属液的空腔。

顺序凝固:铸件按照一定的次序逐渐凝固。

同时凝固:整个铸件几乎同时凝固

一、液态成形内应力

铸件在凝固以后的继续冷却过程中，其固态收缩受到阻碍，铸件内部即将产生内应力。 机械应力(收缩应力)是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。机械应力是暂时应力。热应力是由于铸件壁厚不均匀，各部分冷却速度不同，以致在同一时期内铸件各部分收缩不一致而引起的应力。 热应力使铸件的厚壁或心部受拉伸，薄壁或表层受压缩，是永久应力。

二、铸件的变形与防止

防止变形的方法:1.使铸件壁厚尽可能均匀;2.采用同时凝固的原则;3.采用反变形法。

三、铸件的裂纹与防止

热裂的形状特征是:裂纹短、缝隙宽、形状曲折、缝内呈氧化色。

热裂的防止:1. 应尽量选择凝固温度范围小，热裂倾向小的合金。

2. 应提高铸型和型芯的退让性，以减小机械应力。

3. 对于铸钢件和铸铁件，必须严格控制硫的含量，防止热脆性。

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。

冷裂的防止:1.使铸件壁厚尽可能均匀;

2.采用同时凝固的原则;

3.对于铸钢件和铸铁件，必须严格控制磷的含量，防止冷脆性。

液态成形件的质量与控制

常见铸件缺陷及特征:

铸件缺陷的产生与铸造工艺、造型材料、模具、合金的熔炼与浇注、铸造合金的选择、铸件结构设计、技术

要求的设计是否合理等各个环节密切相关。因此，应从以下几个方面控制铸件质量:

1.合理选定铸造合金和铸件结构

2.合理制定铸件的技术要求 具有缺陷的铸件并不都是废品，在合格铸件中，允许存在那些缺陷及其存在的

程度，应在零件图或有关的技术文件中做出具体规定，作为铸件质量要求的依据。

3.铸件质量检验 铸件质量检验是控制铸件质量的重要措施。

铸件检验的项目有:铸件外观质量，包括铸件表面缺陷、表面粗糙度、重量公差和尺寸公差等;铸件内在质量，

包括铸件内部缺陷、化学成分、金相组织和材质性能等;铸件使用性能，包括铸件在强力、高速、耐蚀、耐热、

耐低温等不同条件下的工作能力。

铸件质量检验最常用的是宏观法。它是通过肉眼观察(或借助尖咀锤)找出铸件的表面缺陷和皮下缺陷，如气孔、砂眼、夹渣、粘砂、缩孔、浇不到、冷隔、尺寸误差等。对于内部缺陷则要用仪器检验，如着色渗透检验、超声波探伤、射线探伤、磁粉探伤、荧光探伤、耐压试验等。此外，若有必要还应对铸件进行解剖检验、金相检验、力学性能检验和化学成分分析等。

铸铁的分类

铸铁是含碳量大于2.11%(通常为2.5%-4.0%)的铁碳合金，根据碳在铸铁中存在形式的不同，铸铁的可分为:

1.白口铸铁:碳全部以Fe3C的形式存在，断口呈银色。

2.灰口铸铁:碳大部或全部以石墨形式存在，断口呈暗灰色。

3.麻口铸铁: 组织中既存在石墨、又有莱氏体，是白口和灰口之间的过渡组织，因断口处有黑白相间的麻点，故而得名。

根据铸铁中石墨形态的不同，灰口铸铁又可分为:

1.普通灰口铸铁

2.可锻铸铁

3.球墨铸铁

4.蠕墨铸铁

影响铸铁组织和性能的因素

铸铁中的碳可以以化合态渗碳体和游离态石墨两种形式存在。碳以石墨形式析出的现象称为石墨化。

1、化学成分

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

硅是强烈促进石墨化的元素，随着含硅量的增加，石墨显著增多。

当铸铁中碳、硅含量均高时，析出的石墨就愈多、愈粗大，而金属基体中铁素体增多，珠光体减少。

硫 硫是强烈阻碍石墨化元素。使铸铁铸造性能恶化(如降低流动性，增大收率)。

硫含量限制在0.1-0.15%以下，高强度铸铁则应更低。

锰 锰是弱阻碍石墨化元素，具有稳定珠光体，提高铸铁强度和硬度的作用。一般控制在0.6~1.2%之间。

磷 磷对铸铁的石墨化影响不显著。含磷过高将增加铸铁的冷脆性。

限制在0.5%以下，高强度铸铁则限制在0.2~0.3%以下。

2.冷却速度

1)铸型材料

2)铸件壁厚

铸件壁愈厚，冷却速度愈慢，则石墨化倾向愈大，愈易得到粗大的石墨片和铁素体基体。由此可知:随着壁厚的增加，石墨片的数量和尺寸都增大，铸铁强度、硬度反而下降。这一现象称为壁厚(对力学性能的)敏感性。在实际生产中，一般是根据铸件的壁厚(主要部位的壁厚)，选择适当的化学成分(主要指碳、硅)，以获得所需要的组织。

灰口铸铁

1.灰口铸铁的化学成分一般为:2.6~3.6%C，1.2~3.0%Si， 0.4~1.2Mn，S≤0.15%，P≤0.3%。

1) 铁素体灰口铸铁(F+G片):这种铸铁抗拉强度和硬度低，易加工，铸造性能好。常用来制造性能要求不高的铸件和一些薄壁件。

2) 铁素体-珠光体灰口铸铁(F+P+G片):此种铸铁强度亦较低，但可满足一般机件要求，且其铸造性能、切削加工性能和减振性较好，因此应用较广。

3) 珠光体灰口铸铁( P+G片):这种铸铁强度和硬度较高，主要用来制造较为重要的机件。

2.灰口铸铁的性能

1)力学性能:σb=120-250Mpa，仅为钢件的20-30%，δ≈ 0

2)良好的减振性

3)良好的耐磨性

4)低的缺口敏感性

灰口铸铁的孕育处理:灰口铸铁的组织和性能，很大程度上取决于石墨的数量、大小和形态。

孕育处理- 熔炼出相当于白口或麻口组织的低碳、低硅的高温铁水，向铁水中冲入细颗粒的孕育剂，孕育

剂在铁水中形成大量弥散的石墨结晶核心，使石墨化作用骤然提高，从而得到在细晶粒珠光体上均匀的分布着细

片状石墨的组织。

孕育铸铁适用于静载荷下，要求较高强度、硬度、耐磨性或气密性的铸件，特别是厚大截面铸件。如重型机

床床身，汽缸体、缸套及液压件等。

必须指出:

① 孕育铸铁原铁水的碳、硅含量不能太高;

② 原铁水出炉温度不应低于1400℃;

③ 经孕育处理后的铁水必须尽快浇注，以防止孕育作用衰退。

灰口铸铁的工艺性能

1 .良好的铸造性能。良好的流动性、小的收缩率。

2 .良好的切削加工性能。

3 .锻造性和焊接性差。

灰口铸铁生产特点及牌号选用

生产特点:

1)灰口铸铁一般在冲天炉中熔炼，成本低廉;

2)具有良好的铸造性能。

3)灰口铸铁一般不通过热处理来提高其性能。

灰口铸铁的牌号选用

灰口铸铁的牌号用汉语拼音"HT"和一组数字表示，数字表示其最低抗拉强度σb (Mpa)。

可锻铸铁

可锻铸铁的组织、性能:

1)铁素体(黑心)可锻铸铁(F+G团):具有良好的塑性和韧性，耐蚀性较高，适于制造承受振动和冲击、形状复杂的薄壁小件，如汽车拖拉机的底盘类零件、各种水管接头、农机件等。

2)珠光体(P+ G团):其强度、硬度、耐磨性优良，并可通过淬火、调质等热处理强化。可取代锻钢制造小型连杆、曲轴等重要件。

可锻铸铁的牌号:可锻铸铁的牌号用汉语拼音和两组数字表示，第一组数字表示其最低抗拉强度σb (Mpa)，第二组数字表示其最低伸长率δ

可锻铸铁的生产特点:

1.铸出白口坯料:碳、硅含量要低。通常为2.4~2.8%C，0.4~1.4%Si;冷却速度要快。

2.石墨化退火

球墨铸铁

球墨铸铁的组织、性能:

1)珠光体球墨铸铁(P + F少+G球):其性能特点是σb=600~800 MPa; δ=2% ，强度高，疲劳强度较高，硬度和耐磨性远比高强度灰铸铁高。因此，珠光体球墨铸铁可代替碳钢制造某些受较大交变负荷的重要件，如曲轴、连杆、凸轮、蜗杆等。

2)铁素体球墨铸铁 (F + P少+G球);其性能特点是σb=450~500 MPa; δ=17%，我国主要用于代替可锻铸铁制造汽车、拖拉机底盘类零件，如后桥壳等。国外则大量用于铸管，如上、下水管道及输气管道等。

球墨铸铁的牌号:球墨铸铁的牌号用汉语拼音"QT"和两组数字表示，两组数字分别表示最低抗拉强度和伸长率。

球墨铸铁的生产

1)控制原铁水化学成分

2)较高的铁水温度

3)球化处理和孕育处理

球化处理:球化剂的作用促使石墨在结晶时呈球状析出。球化处理工艺有冲入法和型内球化法。

孕育处理:孕育剂的作用:促进铸铁石墨化，防止球化元素所造成的白口倾向。

4)球墨铸铁的热处理 退火、正火及其它热处理(淬火、回火等)。

蠕墨铸铁

蠕墨铸铁的性能特点:

(1)力学性能(强度和韧性)比灰铸铁高，与铁素体球墨铸铁相近。

(2)壁厚敏感性比灰铸铁小得多。

(3)导热性和耐疲劳性比球墨铸铁高得多，与灰口铸铁相近。

(4)耐磨性比灰口铸铁好，为HT300的2.2倍以上。

(5)减振性比球墨铸铁高，但比灰口铸铁低。

(6)工艺性能良好，铸造性能近于灰口铸铁，切削加工性能近于球墨铸铁。

蠕墨铸铁主要用来代替高强度灰铸铁、合金铸铁、铁素体球墨铸铁和铁素体可锻铸铁生产复杂的大型铸件。

如大型柴油机机体、大型机床立柱等，更适合制造在热循环作用下工作的零件，如大型柴油机汽缸盖、排汽管、

制动盘、钢锭模及金属型等

铸钢件生产

一、铸钢的分类、性能、牌号及应用

碳素钢:

1)低碳钢 C<0.25% 铸造性能差、应用较少。

2)中碳钢 C=0.25~0.45% 铸造性能较好、应用广泛。

3)高碳钢 C=0.50~0.60 铸造性能差、应用较少。

合金钢

1)低合金钢 Me<5%

2)高合金钢 Me>5%

铸钢的熔铸工艺特点

1. 铸钢的铸造性能差，流动性差、收缩大。铸件要安放冒口和冷铁，必须严格控制浇注温度;铸件壁不能太

薄。

2. 铸钢的热处理，退火:C &sup3;0.35%;正火:C &pound;0.35%。

3. 铸钢的熔炼

铸造有色合金

铸造铜合金

铸造黄铜 (Cu-Zn):铸造黄铜有相当高的力学性能，如σb=250~450Mpa，δ=7~30%，HBS=60~120。因其含铜

量低，价格低于铸造青铜，而且它的凝固温度范围小，有优良的铸造性能。所以铸造黄铜常用于生产重载低速下或一般用途下的轴承、衬套、齿轮等耐磨件和阀门及大型螺旋桨等耐蚀件等。

铸造青铜:青铜是指除了铜锌合金以外的其它铜合金 。铸造锡青铜的力学性能虽低于黄铜，但其耐磨、耐蚀性优于黄铜，锡青铜特别适合制造高速滑动轴承和衬套。除锡青铜外，还有铝青铜、铅青铜、铍青铜等，其中铝青铜有优良的力学性能和耐磨、耐蚀性，但铸造性能较差，仅用于重要用途的耐磨、耐蚀件。

铸造铝合金

铝硅合金(Al-Si):铝硅合金流动性好、线收缩率低、热裂倾向小、气密性好，又有足够的强度，所以应用

最广。常用于制造形状复杂的薄壁件或气密性要求较高的铸件，如内燃机缸体、化油器、仪表外壳等。

铝铜合金(Al-Cu):铝铜合金的铸造性能差，热裂倾向大、气密性和耐蚀性较差，但耐热性较好，主要用于制造活塞、汽缸头等。

铝镁合金(Al-Mg):铝镁合金是所有铝合金中比强度最高的，主要用于航天、航空或长期在大气、海水中工作的零件等 。

铝锌合金(Al-Zn)