金属的铸造性能

mingquan

金属的铸造性能 【金属的铸造性能】是指铸造成形过程中获得外形准确、内部健全铸件的能力，是材料的一项重要工艺性能。铸造性能通常用金属液的流动性、收缩率等衡量。
1．流动性
【流动性】是指金属液本身的流动能力，流动性好坏影响到金属液的充型能力。
（1）流动性对铸件质量的影响
　　流动性好的金属，浇注时金属液容易充满铸型的型腔，能获得轮廓清晰、尺寸精确、薄而形状复杂的铸件；还有利于金属液中夹杂物和气体的上浮排除。相反，金属的流动性差，则铸件易出现冷隔、浇不到、气孔、夹渣等缺陷。下图为冷隔。

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冷隔

（2）常用金属的流动性
　　金属的流动性可用螺旋线长度来测定，下图为螺旋形试样。将金属液浇注入螺旋形铸型中，在相同的铸造条件下，获得的螺旋线越长，表明金属液的流动性越好。表为常用合金的流动性。

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螺旋形试样

常用合金的流动性
铸造合金		铸型材料	浇注温度（℃）	螺旋线长度（mm）
灰铸铁	w (C+Si) =6.2% w (C+Si) =5.2% w (C+Si) =4.2%	砂型 砂型 砂型	1300 1300 1300	1800 1000 600
硅黄铜		砂型	1100	1000
铝硅合金		金属型	700	750
锡青铜		砂型	1040	420
铸钢：w C =0.4%		砂型 砂型	1600 1640	100 200

（3）影响流动性的因素
1）合金的种类与化学成分　　不同种类的合金具有不同的流动性，根据流动性试验测得的螺旋线长度，常用铸造合金中，灰铸铁的流动性较好，而铸钢的流动性较差。
　　同类合金中，化学成分不同，合金的结晶特点不同，其流动性也不一样。一般合金的结晶是在一个温度区间内完成，结晶时先形成的初晶会阻碍金属液的流动；而共晶合金是在恒温下结晶，无初晶形成，对金属液的阻力较小，另外共晶合金的熔点低，在同样的浇注温度下，共晶合金结晶前有足够的时间充满铸型的型腔，所以共晶合金的铸造性能优良。合金的成分越远离共晶点，结晶温度范围越宽，其流动性越差。因此在满足使用性能的前提下，铸造合金应尽量选用共晶合金或接近共晶成分的合金。
2）浇注工艺条件　　提高浇注温度可改善金属的流动性。浇注温度越高，金属保持液态的时间越长，其粘度也越小，所以流动性也就越好。因此适当提高浇注温度是改善流动性的工艺措施之一。
另外铸型材料的导热性、铸型内腔的形状和尺寸等因素对流动性也有影响。
2．收缩率
【收缩】是铸造合金从液态凝固和冷却至室温过程中产生的体积和尺寸的缩减。包括液态收缩、凝固收缩、固态收缩三个阶段。
【液态收缩】是金属液由于温度的降低而发生的体积缩减。
【凝固收缩】是金属液凝固（液态转变为固态）阶段的体积缩减。液态收缩和凝固收缩表现为合金体积的缩减，通常称为“体收缩”。
【固态收缩】是金属在固态下由于温度的降低而发生的体积缩减，固态收缩虽然也导致体积的缩减，但通常用铸件的尺寸缩减量来表示，故称为“线收缩”。

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合金收缩的三个阶段

（1）收缩对铸件质量的影响

　　液态收缩和凝固收缩若得不至到补足，会使铸件产生缩孔和缩松缺陷；固态收缩若受到阻碍会产生铸造内应力，导致铸件变形开裂。
1）缩孔与缩松
【缩孔】是由于金属的液态收缩和凝固收缩部分得不到补足时，在铸件的最后凝固处出现的较大的集中孔洞，见下图。
【缩松】是分散在铸件内的细小的缩孔。

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缩孔的形成过程

　　缩孔和缩松都使铸件的力学性能下降，缩松还使铸件在气密性试验和水压试验时出现渗漏现象。生产中可通过在铸件的厚壁处设置冒口的工艺措施，使缩孔转移至最后凝固的冒口处，从而获得完整的铸件，如下图所示，冒口是多余部分，切除后便获得完整、致密的铸件；也可以通过合理地设计铸件结构，避免铸件局部金属积聚，来预防缩孔的产生。

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阀体的冒口补缩

2）变形与开裂　　铸件凝固后继续冷却过程中，若固态收缩受到阻碍就产生铸造内应力，当内应力达到一定数值，铸件便产生变形甚至开裂。
　　铸造内应力主要包括收缩时的机械应力和热应力二种，机械应力是铸型、型芯等外力的阻碍收缩引起的内应力；热应力是铸件在冷却和凝固过程中，由于不同部位的不均衡收缩引起的内应力。
　　生产中为减小铸造内应力，经常从改进铸件的结构和优化铸造工艺入手，如铸件的壁厚应均匀，或合理地设置冷铁等工艺措施，使铸件各部位冷却均匀，同时凝固，从而减小热应力；铸件的结构尽量简单、对称，这样可减小金属的收缩受阻，从而减小机械应力。
（2）影响收缩率的因素 　　
1）合金的种类和成分 　合金的种类和成分不同，其收缩率不同，铁碳合金中灰铸铁的收缩率小，铸钢的收缩率大。下表为常用铸造合金的线收缩率。

常用铸造合金的线收缩率(%)
合金种类	灰铸铁	球墨铸铁	铸钢	铝硅合金	普通黄铜	锡青铜
自由收缩	0.7~1.0	1.0	1.6~2.3	1.0~1.2	1.8~2.0	1.4
受阻收缩	0.5~0.9	0.8	1.3~2.0	0.8~1.0	1.5~1.7	1.2

注：金属的体收缩约等于线收缩的 3倍。
2）工艺条件　　金属的浇注温度对收缩率有影响，浇注温度越高，液态收缩越大；铸件的结构和铸型材料对收缩也有影响，型腔形状越复杂、铸型材料的退让性越差，对收缩的阻碍越大，当铸件结构设计不合理，铸型材料的退让性不良时，铸件会因收缩受阻而产生铸造应力，容易产生裂纹。