一文掌握金屬鑄造基礎(chǔ)知識(shí)

鑄造：鑄造是將符合要求的液態(tài)金屬通過一系列的轉(zhuǎn)注工具澆注到與零件形狀、尺寸相適應(yīng)的鑄型型腔中，使液態(tài)金屬在重力場或外力場（如電磁力、離心力、振動(dòng)慣性力等）的作用下充滿鑄模型腔，待其冷卻凝固，以獲得毛坯或零件的生產(chǎn)方法，通常稱為金屬液態(tài)成形或鑄造。

①運(yùn)用液態(tài)金屬；

②可制造形狀復(fù)雜的工件；

③不受工件重量限制（從單件幾克到上百噸重）；

④相對(duì)其他成型方法成本較低。

鑄造生產(chǎn)工藝：

典型鑄件的生產(chǎn)流程:

這里主要介紹幾個(gè)典型鑄造方法特點(diǎn)：

1）砂型鑄造特點(diǎn)

①.型腔主要原材料由砂子制成。

②.可以制做形狀復(fù)雜的鑄件。

③.模具成本低，生產(chǎn)成本低。

④.生產(chǎn)周期短。

⑤.不受合金種類限制。

⑥.鑄件精度相對(duì)較低。

2）金屬型鑄造特點(diǎn)

①.型腔材料為金屬。

②.可制作較復(fù)雜形的毛坯件。

③.模具成本相對(duì)高，量產(chǎn)成本高。

④.生產(chǎn)周期較短。

⑤.合金種類受限，低熔點(diǎn)金屬。

⑦.鑄造精度高于砂型鑄造。

3）壓力型鑄造特點(diǎn)

①.液態(tài)金屬在高速高壓下成形，型腔材料為金屬。

②.充型和凝固時(shí)受壓力作用。

③.模具成本高，制做周期長。

④.鑄件精度高，組織致密。

⑤.合金受限，低熔點(diǎn)金屬。

⑥.除特殊壓鑄外，不能進(jìn)行熱處理。

4）熔模鑄造（精密鑄造）特點(diǎn)

①.模具材料為低熔點(diǎn)的石蠟等。

②.型腔材料為硅酸鹽類物質(zhì)。

③.鑄件形狀可復(fù)雜，適合小件。

④.鑄件精度高。

⑤.適用于所有鑄造合金。

⑥.成本高，模具多且制造周期長。

①灰口鑄鐵(灰鑄鐵)：

灰口鑄鐵是在珠光體(或鐵素體)基體中分散有大量片狀石墨的鑄鐵。澆注時(shí)緩慢冷卻即可促使石墨化，便可得到灰口鑄鐵。

其牌號(hào)以“HT”后面附兩組數(shù)字。例如：HT20-40（數(shù)字表示抗拉強(qiáng)度，第二組數(shù)字表示抗彎強(qiáng)度）。

②白口鑄鐵(白口鐵)：

白鑄鐵是組織中完全沒有或幾乎完全沒有石墨的一種鐵碳合金，即主要以滲碳體形態(tài)存在。

具有很高的硬度（一般在HB500以上），但性脆，多用作抗磨損零件，如農(nóng)具、磨球、磨煤機(jī)零件、拋丸機(jī)葉片、泥漿泵零件、鑄砂管以及冷硬軋輥的外表層等。

③蠕墨鑄鐵(蠕鐵)：

將灰口鑄鐵鐵水經(jīng)蠕化處理后獲得，析出的石墨呈蠕蟲狀。

④球墨鑄鐵(球鐵)：

將灰口鑄鐵鐵水經(jīng)球化處理后獲得，析出的石墨呈球狀，簡稱球鐵。n常見的球鐵牌號(hào)(Array)(都有標(biāo)準(zhǔn))有:ＱＴ400-15、ＱＴ450-10、ＱＴ500-7、ＱＴ600-3、ＱＴ700-2。

⑤可鍛鑄鐵(是不可鍛的，又叫瑪鋼，但不是鋼)：

由白口鑄鐵退火處理后獲得，石墨呈團(tuán)絮狀分布，簡稱韌鐵。

鑄鋼的分類：

鑄造非鐵合金主要分為：鋁合金、銅合金、鋅合金、鈦合金和鎂合金。

1）鑄造鋁合金

鑄造鋁合金是在純鋁的基礎(chǔ)上，加入各種不同的元素制成的。常用鑄造鋁合金按合金系列可分為5類。

(1)Al-Si系列這類合金中，硅的質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般為6%～13%，屬于亞共晶和共晶型合金。如ZL101、ZL101A、ZL107、ZL111等。

(2)Al-Cu系列這類合金中，銅的質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般都大于4%。如ZL201、ZL201A、ZL205、ZL207等。

(3)Al-Mg系列這類合金中，鎂的質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般都大于5%。如ZL301、ZL303、ZL305等。

(4)Al-Zn系列鋅在鋁中的溶解度非常大，當(dāng)鋁中加入的鋅大于10%時(shí)，能顯著提高合金的強(qiáng)度，這類合金不經(jīng)熱處理就可直接使用。如ZL401、ZL402等。

(5)AI-RE系列這類合金高溫強(qiáng)度高，熱穩(wěn)定性好，可用于在350～400℃溫度下工作的零件。只是其室溫機(jī)械性能較差，目前應(yīng)用不多，也未列入國標(biāo)。

*鑄鋁常用熱處理狀態(tài)

①T1－鑄態(tài)人工時(shí)效（合金無顯著熱處理效果或鑄件性能要求不高）

②T2－鑄態(tài)退火（合金無顯著熱處理效果或鑄件性能要求不高）

③T4－淬火（固溶） 高塑性、低強(qiáng)度

④T5－淬火＋不完全時(shí)效  既要求有強(qiáng)度又有塑性

⑤T6－淬火＋完全時(shí)效  高硬度、低塑性

⑥T7－淬火＋穩(wěn)定化回火  鑄件尺寸穩(wěn)定，耐熱鋁合金

2）鑄造銅合金

(1)黃銅

黃銅是以鋅為主加合金元素的銅合金。在鑄造黃銅中又因加入其他合金元素而形成錳黃銅、鋁黃銅、硅黃銅、鉛黃銅等。

(2)青銅

在銅合金中不以鋅為主加元素的統(tǒng)稱為青銅，如錫青銅、鋁青銅、鉛青銅、鈹青銅等。

3）鑄造銅合金

常用鑄造鎂合金按合金系列分為三類：Mg-Al系列、Mg-Zn-Zr系列、Mg-Re-Zr系列。

4）鑄造鋅合金

鑄造鋅合金分為壓力鑄造鋅合金和重力鑄造鋅合金。

①逐層凝固：分層凝固不斷有補(bǔ)縮來源，質(zhì)量好，組織密。例如灰鑄鐵

②體積凝固（糊狀凝固）：基本同時(shí)凝固，組織不致密。例如球鐵

③中間凝固：介于逐層和體積凝固之間，在鑄件中，部分區(qū)域?qū)僦饘幽?，部分區(qū)域?qū)袤w積凝固。

ArrayGB/T5611-1998《鑄造術(shù)語》根據(jù)鑄件缺陷的外貌特征將其分為八大類：

①多肉類缺陷

②孔洞類缺陷

③裂紋、冷隔類缺陷

④表面類缺陷

⑤殘缺類缺陷

⑥形狀及重量差錯(cuò)類缺陷

⑦夾雜類缺陷

⑧性能、成分及組織不合格類缺陷。

主要有：氣孔、針孔、縮孔、縮松和疏松。

針孔屬于氣孔的一種。氣孔主要是指出現(xiàn)在鑄件內(nèi)部或表層，截面呈圓形、橢圓形、腰圓形、梨形或針頭狀，孤立存在或成群分布的孔洞。縮松屬于縮孔的一種，指細(xì)小的分散縮孔。

縮孔與氣孔及縮松、疏松的區(qū)別：縮孔形狀不規(guī)則，表面粗糙，產(chǎn)生在鑄件熱節(jié)和Array凝固部位，常伴有粗大樹枝晶；氣孔形狀規(guī)則，表面光滑，分布在鑄件表面或遍布整個(gè)鑄件或某個(gè)局部，斷口不呈海綿狀；縮松與疏松斷口呈海綿狀，常產(chǎn)生在鑄件厚大部位，不遍布整個(gè)鑄件，縮松與疏松無嚴(yán)格分界，只是程度差別。

縮孔、縮松、疏松產(chǎn)生的原因：凝固時(shí)間過長；澆注溫度不當(dāng)，過高易產(chǎn)生縮孔，過低易產(chǎn)生縮松和疏松；凝固溫度間隔過寬，易產(chǎn)生縮松和疏松；合金雜質(zhì)過多；澆注系統(tǒng)設(shè)置不當(dāng)；鑄件結(jié)構(gòu)不合理，壁厚變化突然；內(nèi)澆道問題；合金雜質(zhì)過多；模溫問題。

縮孔、縮松、疏松的防止方法：改進(jìn)鑄型工藝設(shè)計(jì)；改進(jìn)鑄件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；加強(qiáng)合金精煉；降低澆注溫度和澆注速度，延長澆注時(shí)間。

縮孔、縮松、疏松的補(bǔ)救措施：焊補(bǔ)；浸滲；重要零件可進(jìn)行熱等靜壓處理。

主要有：冷裂、熱裂、白點(diǎn)（發(fā)裂）、冷隔等。

冷裂、熱裂及白點(diǎn)的定義：冷裂指鑄件凝固后冷卻到彈性狀態(tài)時(shí)，因鑄件局部的鑄造應(yīng)力大于合金的極限強(qiáng)度而引起的裂紋。熱裂是鑄件在凝固末期或終凝后不久，鑄件尚處于強(qiáng)度和塑性很低狀態(tài)下，因鑄件固態(tài)收縮受阻而引起的裂紋。白點(diǎn)是淬透性高的合金鋼鑄件在快速冷卻時(shí)，因析出氫及產(chǎn)生較高的組織應(yīng)力和熱應(yīng)力而引起的微細(xì)裂紋。

冷裂、熱裂及白點(diǎn)（發(fā)裂）的區(qū)別：冷裂為穿晶裂紋，呈平直折線，常貫穿整個(gè)鑄件截面；熱裂為沿晶裂紋，呈較寬，粗細(xì)不均的不規(guī)則曲線，多發(fā)生在鑄件壁厚突變和Array凝固部位；白點(diǎn)僅發(fā)生在超級(jí)合金及高淬透性鋼中，裂紋微細(xì)，呈毛發(fā)狀沿晶斷裂，無方向性。在斷口特征方面，冷裂一般有金屬光澤；熱裂氧化嚴(yán)重，無金屬光澤；白點(diǎn)為銀白色圓斑或橢圓斑，呈冰糖花樣。

冷裂、熱裂及白點(diǎn)的防止方法：改進(jìn)鑄件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，壁厚力求均勻，平滑過渡，鑄件內(nèi)腔圓角夠大，工藝設(shè)計(jì)合理，盡量減少鑄件收縮阻力；適當(dāng)降低澆注溫度；提高模溫；縮短開模及抽芯時(shí)間；嚴(yán)格控制有害雜質(zhì)，鋅合金降低鉛、錫、鎘、鐵的含量，鋁合金降低鋅、銅、鐵的含量。

冷裂、熱裂及白點(diǎn)的補(bǔ)救措施：冷裂允許焊補(bǔ)的鑄件，焊后應(yīng)進(jìn)行消除應(yīng)力處理；熱裂鑄件一般應(yīng)報(bào)廢，若允許焊補(bǔ)則應(yīng)在挖除缺陷區(qū)的金屬后進(jìn)行焊補(bǔ)，焊后應(yīng)進(jìn)行消除應(yīng)力處理；白點(diǎn)致裂鑄件應(yīng)報(bào)廢。

冷隔定義：冷隔是鑄件上穿透或不穿透的縫隙，邊緣呈圓角狀，由充型金屬流股匯合時(shí)熔合不良造成。

主要有拉模、流痕、皺皮、縮陷、填充不良、氣泡等。

拉模原因：型芯、型壁的鑄造斜度太小或出現(xiàn)倒斜度；型芯、型壁有壓傷痕；合金粘附模具；鑄件頂出偏斜，或型芯軸線偏斜；型壁表面粗糙；涂料常涂噴不到；鋁合金中含鐵量低于0.6%。

拉模的改善措施：修正模具，保證制造斜度；打光型芯、型壁的壓痕；修正模具結(jié)構(gòu)（如頂出偏斜等）；合理設(shè)計(jì)澆注系統(tǒng)避免金屬流對(duì)沖型芯型壁，適當(dāng)降低填充速度；打光型壁表面粗糙處；涂料用量薄而均勻；適當(dāng)增加含鐵量至0.6-0.8%。

流痕特征：鑄件表面呈現(xiàn)與金屬液流動(dòng)方向相一致的，用物感覺得出的局部下陷光滑紋路。

流痕產(chǎn)生原因：兩股金屬流不同步充滿型腔而留下的痕跡；模溫低；填充速度太高；涂料用量過多。

流痕改善措施：調(diào)整內(nèi)澆口截面積或位置；調(diào)整模溫，增大溢流槽；調(diào)整填充整度以改變金屬液填充型腔的流態(tài)；涂料使用薄面噴勻。

皺皮特征：鑄件表面不規(guī)則的粗粒狀或皺褶狀，一般帶有較深的網(wǎng)狀溝槽。

縮陷指鑄件厚斷面或斷面交接處上平面塌陷?？s陷下面常伴有縮孔和縮松。

縮陷產(chǎn)生原因：鑄件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理，有局部厚實(shí)部位，產(chǎn)生熱節(jié)；合金收縮率大；內(nèi)澆口截面積太??；比壓低；模具溫度太高。

縮陷防止方法：修改鑄件設(shè)計(jì)，避免斷面厚度突然變化，或在厚薄斷面交接處加大圓角；選擇收縮率小的合金；正確設(shè)置澆注系統(tǒng)，加大內(nèi)澆口的截面積；增大壓射力；調(diào)整模具熱平衡條件，采用溫控裝置及冷卻等。

填充不良的改善措施：改善合金的流動(dòng)性（采用正確的熔煉工藝，排除氣體及非金屬夾雜物；適當(dāng)提高澆注溫度和模具溫度；提高壓射速度；補(bǔ)充氮?dú)?，提高有效壓力；采用定量澆注；改進(jìn)鑄件結(jié)構(gòu)，適當(dāng)調(diào)整壁厚）；改善澆注系統(tǒng)（正確選擇澆口位置和導(dǎo)流方式；增大內(nèi)澆口截面積和提高壓射速度）；改善排氣條件（增設(shè)溢流槽和排氣道，深凹型腔處可開設(shè)通氣塞；涂料使用薄而均勻，吹干燃盡后合模；降低模溫）。

氣泡產(chǎn)生原因：模具或湯料溫度太高；填充速度太高，金屬卷入氣體過多；涂料發(fā)氣量大，用量過多；排氣不暢；開模過早。

氣泡改善措施：冷卻模具或湯料至適當(dāng)溫度；降低壓射速度，避免渦流包氣；選用發(fā)氣量小的涂料，用量薄而均勻；清理和增設(shè)溢流槽和排氣道；調(diào)整留模時(shí)間。

主要有澆不到、未澆滿、損傷等。

澆不到與未澆滿的區(qū)別：澆不到鑄件的澆注系統(tǒng)是充滿的，未澆滿的澆注系統(tǒng)是未充滿的。

損傷的形成原因：鑄件結(jié)構(gòu)不良；鑄件在搬運(yùn)、裝卸過程中受撞擊而損壞；鑄件在機(jī)械加工時(shí)夾緊力和切削力過大；澆道、冒口、出氣冒口截面積過大，與鑄件本體連接處無縮頸或縮頸尺寸太大；圓角過??；敲除冒口方法不當(dāng)；鑄件強(qiáng)度和韌性差；鑄件內(nèi)部有較大殘留應(yīng)力或已有裂紋。

損傷的防止方法：改進(jìn)鑄件結(jié)構(gòu)，避免薄弱結(jié)構(gòu)，避免壁厚懸殊過大和尖角過渡；小心清理、存放、運(yùn)輸鑄件；正確設(shè)計(jì)冒口；敲除冒口的方向和方法要正確；提高合金力學(xué)性能。

是指鑄件的形狀、尺寸、重量與鑄件圖樣或技術(shù)條件的規(guī)

定不符。主要有尺寸和重量差錯(cuò)、變形、錯(cuò)型（錯(cuò)箱）、錯(cuò)芯、偏芯（漂芯）、舂移等。

變形的改善措施：改進(jìn)鑄件結(jié)構(gòu)，使壁厚均勻；確定開模時(shí)間，加強(qiáng)鑄件剛性；放大鑄造斜度；小心取放鑄件；合理堆放及去除澆口；合理布置推桿位置。

錯(cuò)型與錯(cuò)芯和舂移的區(qū)別：錯(cuò)型是鑄件外形在分型面處錯(cuò)位，一側(cè)多肉，另一側(cè)缺肉；錯(cuò)芯是鑄件內(nèi)腔沿分芯面錯(cuò)位，一側(cè)多肉，一側(cè)缺肉；舂移是鑄件外形在分型面附近局部突起，形成多肉，通常是單側(cè)多肉，另一側(cè)不缺肉。

錯(cuò)型的改善措施：合理設(shè)置內(nèi)澆口；調(diào)整鑲塊加以緊固；更換導(dǎo)柱導(dǎo)套；進(jìn)行修整，消除誤差。

是鑄件中各種金屬和非金屬夾雜物的總稱，是常見的缺陷之一。主要分為金屬夾雜物和非金屬夾雜物。常見的非金屬夾雜物主要有夾渣和砂眼。