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:
名称 | 特 征 | 名称 | 特 征 |
气 孔 | 主要为梨形、圆形、椭圆形的孔洞，表面较光滑，一般不在铸件表面露出，大孔独立存在，小孔则成群出现。 | 缩孔 缩松 | 1.缩孔:形状为不规则的封闭或敞露的空洞，孔壁粗糙并带有枝状晶，常出现在铸件最后凝固部位。 2.所松:铸件断面上出现的分散而细小的缩孔。 |
粘 砂 | 铸件的部分或整个表面粘附着一层金属和砂粒的机械混和物，多发生在铸件厚壁和热节处。 | 裂纹 | 1.热裂:断面严重氧化，无金属光泽，断口沿晶界产生和发展，外形曲折而不规则的裂纹。 2.冷裂:穿过晶体而不沿晶界断裂，断口有金属光泽或有轻微氧化色。 |
夹 砂 | 铸件表面上有凸起的金属片状物，表面粗糙，边角锐利，有小部分与铸件本体相连。 | 化学成分及力学性能不合格 | 铸件的化学成分和硬度、强度、伸长率、冲击韧度、耐热、耐蚀及耐磨等性能不符合技术条件要求。 |
白 口 | 灰铸铁件断面全部或表面出现亮白色组织，常在铸件薄的断面，棱角及边缘部分。 |
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)。
牌 号 | 组织 | 用途举例 |
HT100 | F+G片 | 盖、外罩、油盘、手轮、支架、底板、镶导轨的机床底座等对强度无要求的零件 |
HT150 | F+P+G片 | 底座、床身、与HT200相配的溜板、工作台;泵壳、容器、法兰盘;工作压力不太大的管件 |
HT200 | F+P+G片 | 要求高的强度和一定耐蚀能力的泵壳、容器、塔器、法兰、硝化塔 机床床身、立柱、平尺、划线平板、汽缸、齿轮、活塞、刹车轮、联轴器盘、水平仪框架 压力为80Mpa以下的油缸、泵体、阀门 |
HT250 | P+G片 |
HT300 | P细+G细片 | 床身导轨、车床、冲床等受力较大的床身、机座、主轴箱、卡盘、齿轮、高压油缸、水缸、泵体、阀门、衬套、凸轮、大型发动机曲轴、气缸体、气缸盖;冷镦模、冷冲模 |
HT350 | P细+G细片 |
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
牌 号 | 组织 | 用 途 举 例 |
KTH300-06 | F+G团 | 三通、管件、中压阀门 |
KTH330-08 | F+G团 | 输电线路件、汽车、拖拉机的前后轮壳、差速器壳、转向节壳、制动器;农机件及冷暖器接头等。 |
KTH350-10 | F+G团 |
KTH370-12 | F+G团 |
KTZ450-06 | P+ G团 | 曲轴、凸轮轴、连杆、齿轮、摇臂、活塞环、轴套、犁片、耙片、闸、万向接头、棘轮、扳手、传动链条、矿车轮 |
KTZ550-04 | P+ G团 |
KTZ650-02 | P+ G团 |
KTZ700-02 | P+ G团 |
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。
牌 号 | 组织 | 用 途 举 例 |
QT400-17 | F+G球 | 汽车、拖拉机底盘类零件，轮毂、驱动桥壳、差速器壳、拨叉、中低压阀门、管道。 |
QT420-10 | F+G球 |
QT500-05 | F+P+G球 | 机座、传动轴、机车护瓦等。 |
QT600-02 | P+G球 | 曲轴、凸轮轴、连杆、齿 轮、摇臂、活塞环、轴套、汽缸套、机床蜗轮、蜗杆等 |
QT700-02 | P+ G球 |
QT800-02 | P+ G球 |
QT1200-01 | B下+ G球 | 汽车后桥螺旋锥齿轮、大减速器齿轮、曲轴、凸轮等 |
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
牌号 | 组织 | 用 途 举 例 |
RT260 | F+G蠕 | 汽车、拖拉机底盘类零件、驱动桥壳、阀体等 |
RT300 | F+P+G蠕 | 排气管、变速箱体、汽缸盖、纺织零件、液压件等 |
RT340 | F+P+G蠕 | 重型机床件、大型齿轮箱体、盖、刹车鼓、玻璃模具、飞轮等 |
RT380 | P+G蠕 | 活塞环、气缸套、制动盘、玻璃模具、刹车鼓、钢珠研磨盘吸泥泵体等 |
RT420 | P+ G蠕 |
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%
钢号 | 旧 钢号 | 化学成分的质量分数(%) | 用途举例 |
C | Si | Mn | P、S |
≤ |
ZG200~400 | ZG15 | 0.20 | 0.50 | 0.80 | 0.04 | 用于受力不大、要求韧性高的各种机械零件，如机座、箱体等 |
ZG230~450 | ZG25 | 0.30 | 0.50 | 0.90 | 0.04 | 用于受力不大、要求韧性较高的各种机械零件，如外壳、轴承盖、阀体、砧座等 |
ZG270~500 | ZG35 | 0.40 | 0.50 | 0.90 | 0.04 | 用于轧钢机机架、轴承座、连杆、曲轴、缸体、箱体等 |
ZG310~570 | ZG45 | 0.50 | 0.60 | 0.90 | 0.04 | 用于负荷较高的零件，如大齿轮、缸体、制动轮、棍子等 |
ZG340~640 | ZG55 | 0.60 | 0.60 | 0.90 | 0.04 | 用于齿轮、棘轮、联接器、叉头等 |
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 ³0.35%;正火:C £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)
板材成形CAE技术解决汽车覆盖件成形缺陷
液态成形铸造基础
