金属液态成形工艺基础

图1-4合金收缩的三个阶段

体收缩率：因为合金的液态收缩和凝固收缩表现为合金体积的缩减，故常用单位体积收缩量来表示。

线收缩率：合金的固态收缩不仅引起体积上的缩减，同时还使铸件在尺寸上减小，因此常用单位长度上的收缩量来表示。

常用合金中，铸钢的收缩率最大，灰铸铁最小。几种铁碳合金的体积收缩率见表1-2。常用铸造合金的线收缩率见表1-3。

表1-2几种铁碳合金的体积收缩率

合金种类

含碳量
（%）

浇注温度
/℃

液态收缩
（%）

凝固收缩
（%）

固态收缩
（%）

总体积收缩
（%）

碳素铸钢

白口铸铁

灰 铸 铁

0.35

3.0

3.5

1610

1400

1400

1.6

2.4

3.5

3.0

4.2

0.1

7.86

5.4~6.3

3.3~4.2

12.46

12~12.9

6.9~7.8

表1-3常用铸造合金的线收缩率

合金种类

灰铸铁

可锻铸铁

球墨铸铁

碳素铸钢

铝合金

铜合金

线收缩率（%）

0.8~1.0

1.2~2.0

0.8~1.3

1.38~2.0

0.8~1.6

1.2~1.4

化学成分不同，其收缩率也略有差别。例如，碳素铸钢随含碳量的增加，其结晶温度范围变宽，凝固收缩率增大。

几种铸造碳钢的凝固收缩率见表1-4。

表1-4铸造碳钢的凝固收缩率

含碳量（%）0.100.250.350.450.70凝固收缩率（%）2.02.53.04.35.3

灰铸铁在凝固时有石墨化膨胀，故随碳当量增加，凝固收缩减小，如图1-5所示。

图1-5灰铸铁的凝固收缩率与碳当量的关系

（二）铸件的缩孔和缩松

1．缩孔和缩松的形成

若液态收缩和凝固收缩所缩减的体积得不到补足，则在铸件的最后凝固部位会形成一些孔洞。按照孔洞的大小和分布，可将其分为缩孔和缩松两类。

缩孔：集中在铸件上部或最后凝固部位、容积较大的孔洞。缩孔多呈倒圆锥形，内表面粗糙。

缩松：分散在铸件某些区域内的细小缩孔。

（1）缩孔的形成主要出现在金属在恒温或很窄温度范围内结晶，铸件壁呈逐层凝固方式的条件下。如图1-6所示。

图1-6

合金的液态收缩和凝固收缩越大，浇注温度越高，铸件的壁越厚，缩孔的容积就越大。

（2）缩松的形成 主要出现在呈糊状凝固方式的合金中或断面较大的铸件壁中，是被树枝状晶体分隔开的液体区难以得到补缩所致。缩松大多分布在铸件中心轴线处、热节处、冒口根部、内浇口附近或缩孔下方，如图1-7所示。

图1-7缩松示意图

2．缩孔和缩松的防止

防止缩孔：使铸件实现“定向凝固”。

定向凝固：在铸件可能出现缩孔的厚大部位，通过安放冒口等工艺措施，使铸件上远离冒口的部位最先凝固（图1-8I），尔后是靠近冒口的部位凝固（图1-8Ⅱ、Ⅲ），冒口本身最后凝固。按照这样的凝固顺序，先凝固部位的收缩，由后凝固部位的金属液来补充；后凝固部位的收缩，由冒口中的金属液来补充从而将缩孔转移到冒口之中。

图1-8

冷铁：为了实现定向凝固，在安放冒口的同时，在铸件上某些厚大部位增设的金属材料，如图1-9所示。

图1-9 冷铁的