機(jī)械工程材料與熱處理 第2版 課件 10.1 鑄造

鑄造鑄造成形鑄造是指將熔融金屬澆注、壓射或吸入鑄型型腔中，待其凝固后而得到具有一定形狀、尺寸和性能的鑄件的成形方法。分類砂型鑄造和特種鑄造

應(yīng)用常用于制造承重的各類結(jié)構(gòu)件

優(yōu)點(diǎn)（1）可鑄造出形狀十分復(fù)雜的鑄件，鑄件的尺寸和重量幾乎不受限制；（2）鑄造原材料價(jià)格低廉，鑄件的成本較低；（3）鑄件的形狀和尺寸與零件很接近，因而節(jié)省了金屬材料及加工的工時(shí)間

缺點(diǎn)（1）鑄造組織疏松、晶粒粗大，內(nèi)部易產(chǎn)生縮孔、縮松、氣孔等缺陷，因此，鑄件的力學(xué)性能，特別是沖擊韌度低于同種材料的鍛件。

（2）鑄件質(zhì)量不夠穩(wěn)定。砂型鑄造砂型鑄造可分為濕砂型鑄造和干砂型鑄造兩種。濕砂型不經(jīng)烘干可直接進(jìn)行澆注；干砂型是經(jīng)烘干才能澆注的高黏土砂型砂型鑄造砂型鑄造的生產(chǎn)工序

模樣和芯盒砂型制造模樣→制備造型材料→造型（制造砂型）→造芯（制造砂芯）→烘干（用于干砂型鑄造）→合型→熔煉→澆注→落砂→清理與檢驗(yàn)和鑄件的外形相適應(yīng)單件或小批生產(chǎn)時(shí)，模樣和芯盒可用木材制作，大批大量生產(chǎn)時(shí)，可用鋁合金、塑料等材料來制作。用型砂制成的鑄型稱為砂型，砂型用砂箱支撐時(shí)，砂箱也是鑄型的組成部分。砂型鑄造造型材料主要包括型砂和芯砂

1、強(qiáng)度：應(yīng)保證鑄型（或型芯）受外力作用時(shí)，不易被損壞。型砂強(qiáng)度不足會(huì)造成塌箱、沖砂與砂眼等缺陷。2、透氣性：鑄型（或型芯）能允許氣體通過，因?yàn)闈沧r(shí)，型腔內(nèi)的空氣及鑄型產(chǎn)生的揮發(fā)氣體要通過砂型逸出。3、可塑性：型砂受力易成型且獲得清晰輪廓。可塑性好，造型的輪廓清晰，可鑄出形狀尺寸精確的鑄件。4、耐火性：型（芯）砂在高溫液態(tài)金屬作用下，不軟化、不熔融和不粘結(jié)的能力、耐火性差的型（芯）砂，砂粒易粘附在鑄件表面，使清砂和切削加工困難。5、退讓性：鑄件凝固收縮時(shí)，型（芯）砂不阻礙鑄件收縮。退讓性差的型芯砂，將阻礙鑄件的收縮，會(huì)使鑄件產(chǎn)生應(yīng)力，引起變形，甚至開裂。原砂是型砂和砂芯的主要組成部分，其主要成分是由SiO2及其他氧化物。砂粒均勻且呈圓形的好，一般采自山地、沙漠、河灘和海濱。粘結(jié)劑其作用是將砂?；ハ嗾辰Y(jié)在一起，使型（芯）砂具有一定的強(qiáng)度和可塑性。種類很多，常用的有陶（高嶺）土、膨潤土、油類、合脂、樹脂等。附加物為了改善型（芯）砂某些性能而附加的物質(zhì)。例如，加入煤粉可提高耐火性，加入水玻璃可提高強(qiáng)度，加入木屑可改善透氣性和退讓性等。型砂和芯砂的組成物決定于鑄造合金的種類，鑄件的大小及結(jié)構(gòu)特征等。由原砂、粘接劑、水和附加物配制而成。造型根據(jù)生產(chǎn)性質(zhì)不同，造型方法可分別采用手工造型或機(jī)器造型手工造型：全部用手工或手動(dòng)工具完成的造型工序。根據(jù)鑄件的形狀特點(diǎn)，可采用整體模造型、分塊模造型、挖砂造型、活塊造型、三箱造型、刮板造型等機(jī)器造型：用機(jī)器全部完成或至少完成緊砂操作的造型工序，主要用于成批大量生產(chǎn)。按緊砂方式不同，常用的造型機(jī)有震壓造型、微震壓實(shí)造型、高壓造型、拋砂造型、射砂造型、氣流沖擊造型等。整模造型分模造型是將模樣沿最大截面處分成兩半，型腔位于上、下兩個(gè)砂箱內(nèi)，造型簡單省工。常用于最大截面在中部的鑄件。三箱造型挖砂造型的模樣是整體的，但鑄件分型面為曲面。為便于起模，造型時(shí)用手工挖去阻礙起模的型砂、其造型費(fèi)工、生產(chǎn)率低，工人技術(shù)水平要求高。用于分型面不是平面的單件、小批生產(chǎn)鑄件。

挖砂造型4、活塊造型是在制模時(shí)將鑄件上的妨礙起模的小凸臺，肋條等這些部分作成活動(dòng)的（即活塊）。起模時(shí)，先起出主體模樣，然后再從側(cè)面取出活塊。其造型費(fèi)時(shí)，工人技術(shù)水平要求高。主要用于單件、小批生產(chǎn)帶有突出部分、難以起模的鑄件。

活塊造型刮板造型是用刮板代替實(shí)體模樣造型，它可降低模樣成本，節(jié)約木材，縮短生產(chǎn)周期。但生產(chǎn)率低，工人技術(shù)水平要求高。用于有等載面或回轉(zhuǎn)體的大、中型鑄件的單件、小批生產(chǎn)、如帶輪、鑄管、彎頭等。刮板造型組芯造型是用若干塊砂芯組合成鑄型，而無需砂箱。它可提高鑄件的精度，但成本高。適用于大批量生產(chǎn)形狀復(fù)雜的鑄件。假箱造型是為克服挖砂造型的挖砂缺點(diǎn)，在造型前預(yù)先做個(gè)底胎（即假箱），然后在底胎上制下箱，因底胎不參予澆注，故稱假箱。比挖砂造型操作簡單，且分型面整齊。適用于成批生產(chǎn)中需要挖砂的鑄件。假箱造型砂型鑄造造芯芯的主要作用是形成鑄件的內(nèi)腔或局部外形分類：手工造芯或機(jī)器造芯手工造芯主要應(yīng)用于單件、小批量生產(chǎn)中。機(jī)器造芯是利用造芯機(jī)來完成填砂、緊砂和取芯的，生產(chǎn)效率高，型芯質(zhì)量好，適用于大批量生產(chǎn)型心固定：型芯在砂型中靠與砂型接觸的芯頭來定位和穩(wěn)固支撐砂型鑄造澆注系統(tǒng)及冒口澆注系統(tǒng)：把液態(tài)金屬引入型腔的通道，簡稱澆口澆注系統(tǒng)作用：保證熔融金屬平穩(wěn)、均勻、連續(xù)地充滿型腔；阻止熔渣、氣體和砂粒隨熔融金屬進(jìn)入型腔；控制鑄件的凝固順序；供給鑄件冷凝收縮時(shí)所需補(bǔ)充的金屬熔液（補(bǔ)縮）冒口作用：補(bǔ)縮、排氣、集渣砂型鑄造合型將鑄型的各個(gè)組元如上型、下型、型芯、澆口杯等組合成一個(gè)完整鑄型的操作過程注意事項(xiàng)：合型后，上、下型應(yīng)夾緊或在鑄型上放置壓鐵，以防止?jié)沧r(shí)上型被熔融金屬頂起，造成射箱（熔融金屬流出箱外）或跑火（著火的氣體溢出箱外）等事故砂型鑄造熔煉與澆注熔煉是指使金屬由固態(tài)轉(zhuǎn)變成熔融狀態(tài)的過程任務(wù)：提供化學(xué)成分和溫度合適的熔融金屬熔煉設(shè)備：沖天爐、電爐落砂、清理及檢驗(yàn)落砂：用手工或機(jī)器使鑄件與型砂、砂箱分開的操作清理：采用鐵錘敲擊、機(jī)械切割或氣割等方法清除鑄件表面粘砂、型砂、多余金屬（包括澆冒口、飛翅和氧化皮）的過程檢驗(yàn)用肉眼或借助于尖嘴錘找出鑄件表層或皮下的鑄造缺陷，如氣孔、砂眼、粘砂、縮孔、冷隔、澆不足等特種鑄造金屬型鑄造在重力的作用下將液態(tài)金屬澆入金屬型中獲得鑄件的方法金屬鑄型常采用鑄鐵或鑄鋼制造，按分型面不同，金屬型有整體式、垂直分型式、水平分型式等工藝要點(diǎn)：澆注前應(yīng)將鑄型預(yù)熱，并在內(nèi)腔噴刷一層厚0.3mm~0.4mm的涂料，以防出現(xiàn)冷隔與澆不足缺陷，并延長金屬型的壽命；鑄件凝固后應(yīng)及時(shí)開型、取出鑄件，以防鑄件開裂或取出鑄件困難特點(diǎn)：使用壽命長、生產(chǎn)率高、鑄件的尺寸精度高、表面質(zhì)量好、勞動(dòng)條件好；制造周期長、成本高、工藝要求高，且不能生產(chǎn)形狀復(fù)雜的薄壁鑄件應(yīng)用：大批量生產(chǎn)形狀簡單的鋁、銅、鎂等非鐵金屬及合金鑄件特種鑄造壓力鑄造壓力鑄造是指熔融金屬在高壓下被快速壓入鑄型中，并在壓力下凝固的鑄造方法，簡稱“壓鑄”常用的壓射壓力為5~150MPa，充型速度為0.5~50m/s，充型時(shí)間為0.01~0.2s特種鑄造壓力鑄造壓力鑄造生產(chǎn)率高，便于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化；鑄件的精度高、表面質(zhì)量好；組織細(xì)密、性能好，能鑄出形狀復(fù)雜的薄壁鑄件。但壓力鑄造設(shè)備投資大，壓鑄型制造周期長、成本高；受壓型材料熔點(diǎn)的限制，目前壓力鑄造不能用于高熔點(diǎn)鑄鐵和鑄鋼件的生產(chǎn)，由于澆注速度大，常有氣孔殘留于鑄件內(nèi)，因此鑄件不宜熱處理，以防氣體受熱膨脹，導(dǎo)致鑄件變形破裂主要用于大批量生產(chǎn)鋁、鋅、銅、鎂等非鐵金屬與合金件離心鑄造將金屬澆入繞水平、傾斜或立軸旋轉(zhuǎn)的鑄型，在離心力的作用下凝固成鑄件的鑄造方法離心鑄造機(jī)按旋轉(zhuǎn)軸的方位不同，可分為立式、臥式和傾斜式三種類型。立式機(jī)適宜鑄造直徑大于高度的圓環(huán)類鑄件，臥式機(jī)適宜鑄造長度大于直徑的套類和管類鑄件比砂型鑄造省工省料，生產(chǎn)率高，成本低；鑄件在離心力的作用下結(jié)晶，組織致密，基本上無縮孔、氣孔等缺陷，力學(xué)性能好；便于雙金屬鑄件的鑄造。但鑄件的內(nèi)孔尺寸誤差大、表面粗糙；鑄件的比重偏析大，金屬中的熔渣等密度小的夾雜物易集中在內(nèi)表面離心鑄造廣泛用于大口徑鑄鐵管、缸套、雙金屬軸承、活塞環(huán)、特殊鋼無縫管坯等的生產(chǎn)。熔模鑄造用易熔材料制成模樣，在模樣上涂掛若干層耐火涂料，待硬化后熔出模樣形成無分型面的型殼，經(jīng)高溫焙燒后即可澆注獲并得鑄件的方法熔模鑄造蠟?zāi)Ｖ圃焓紫雀鶕?jù)要求的標(biāo)準(zhǔn)鑄件的形狀和尺寸，用鋼、銅或鋁合金制造壓型；然后將熔化成糊狀的蠟質(zhì)材料（常用50%石蠟+50%硬脂酸）壓入壓型中，待冷卻凝固后取出，修去分型面上的毛刺后得到單個(gè)的蠟?zāi)?。為能一次鑄出多個(gè)鑄件，可將多個(gè)蠟?zāi)Ｕ澈显谝粋€(gè)蠟制的澆注系統(tǒng)上，構(gòu)成蠟?zāi)＝M型殼制造在蠟?zāi)＝M上涂掛耐火涂料層以制成具有一定強(qiáng)度的耐火型殼。首先將蠟?zāi)＝胪苛现校ㄊ⒎?水玻璃、硅酸乙酯等），取出后撒上石英粉（砂），再浸入氯化銨的溶液中進(jìn)行硬化。重復(fù)上述過程4~6次，制成5~10mm厚的耐火型殼。待型殼干燥后，置于90~95℃的熱水中浸泡，熔出蠟料即得到一個(gè)中空的型殼熔模鑄造焙燒、澆注將型殼在850~950℃的爐內(nèi)進(jìn)行焙燒，去除殘留的蠟料和水份，并提高型殼的強(qiáng)度；將焙燒后的型殼趁熱置于砂箱中，并在其周圍填充砂子或鐵丸固定，即可進(jìn)行澆注熔模鑄造是一種精密鑄造工藝，鑄件的尺寸精度高、表面質(zhì)量好，適應(yīng)性強(qiáng)，能生產(chǎn)出形狀特別復(fù)雜的鑄件，適合于高熔點(diǎn)和難切削合金，生產(chǎn)批量不受限制。但熔模鑄造的工藝復(fù)雜、生產(chǎn)周期長、成本高，不適宜大件鑄造熔模鑄造適合于形狀復(fù)雜、精密的中小型鑄件（質(zhì)量一般不超過25kg）；可生產(chǎn)高熔點(diǎn)、難切削的合金鑄件，如形狀復(fù)雜的渦輪發(fā)電機(jī)、增壓器、汽輪機(jī)的葉片和葉輪；可生產(chǎn)復(fù)雜刀具；還可生產(chǎn)各種不銹鋼、耐熱鋼、磁鋼等的精密鑄件實(shí)型鑄造是用泡沫塑料代替木模和金屬模樣，造型后不取出模樣，當(dāng)澆入高溫金屬液時(shí)泡沫塑料模樣氣化消失，金屬液填充模樣的位置，冷卻凝固后獲得鑄件的方法實(shí)型鑄造實(shí)型鑄造時(shí)不用起模、不用型芯、不合型，大大減化了造型工藝，并減少了由制芯、取模、合型引起的鑄造缺陷及廢品；由于采用了干砂造型，使砂處理系統(tǒng)大大簡化，極易實(shí)現(xiàn)落砂，改善了勞動(dòng)條件；由于不分型，鑄件無飛翅毛刺，使清理打磨工作量減少50%以上。但實(shí)型鑄造氣化模造成空氣污染；泡沫塑料模具設(shè)計(jì)生產(chǎn)周期長，成本高，因而要求產(chǎn)品有相當(dāng)?shù)呐亢蟛庞薪?jīng)濟(jì)效益；生產(chǎn)大尺寸的鑄件時(shí)，由于模樣易變形，須采取適當(dāng)?shù)姆雷冃未胧┻m用于各類合金（鋼、鐵、銅、鋁等合金），適合于結(jié)構(gòu)復(fù)雜甚至相當(dāng)復(fù)雜、難以起?；蚧顗K和外芯較多的鑄件，如模具、氣缸頭、管件、曲軸、葉輪、殼體、藝術(shù)品、床身、機(jī)座等。鑄造工藝圖鑄造工藝圖是表示鑄型分型面、澆冒口系統(tǒng)、澆注位置、型芯結(jié)構(gòu)尺寸、控制凝固措施（冷鐵、保溫襯板）等的圖樣。圖中應(yīng)表示出：鑄件的澆注位置、分型面、型芯的數(shù)量、形狀、尺寸及固定方法、加工余量、起模斜度、澆口、冒口、冷鐵的尺寸和位置。

（一）澆注位置及分型面的選擇

澆注位置是指澆注時(shí)鑄件所處的位置。分型面是指兩半個(gè)鑄型相互接觸的表面。一般先從保證鑄件的質(zhì)量出發(fā)來確定澆注位置，然后從工藝操作方便出發(fā)確定分型面。1、澆注位置的選擇

1）一般情況，鑄件澆注位置的上面比下面鑄造缺陷多，所以重要加工面、耐磨表面等質(zhì)量要求較高部位應(yīng)置于下面或側(cè)面。機(jī)床床身澆注時(shí)的位置起重機(jī)卷筒澆注時(shí)的位置2）澆注位置的選擇應(yīng)有利于鑄型的充填和型腔中氣體的排出，所以具有大面積的薄壁鑄件，應(yīng)將薄壁部分放在鑄型的下部，同時(shí)要盡量使薄壁部分處于垂直位置或傾斜位置，以防止出現(xiàn)澆不足和冷隔等缺陷。見箱蓋澆注時(shí)的位置平板澆注時(shí)的位置3）體積收縮大的合金及壁厚差較大的鑄件，應(yīng)按順序凝固的原則，將壁厚較大的部位和鑄件的熱節(jié)部置于上部或側(cè)部，以便設(shè)置冒口進(jìn)行補(bǔ)縮。4）盡量減少型芯的數(shù)目，最好使型芯位于下型以便下芯和檢查，同時(shí)應(yīng)保證型芯在鑄型中安放牢靠、排氣通暢。2、分型面的確定選擇

1）分型面應(yīng)盡量采用平面分型，避免曲面分型，并應(yīng)盡量選在最大截面上，以簡化模具制造和造型工藝。不正確正確202）應(yīng)使鑄件的加工面和加工基準(zhǔn)面處于同一砂型中，而且盡可能放在下型，以便保證鑄件尺寸的精確。3）盡量減少分型面的數(shù)目，最好只有一個(gè)分型面，減少活塊的數(shù)目。4）盡量將鑄件全部或大部放在同一砂箱以防止錯(cuò)型、飛翅、毛刺等缺陷，保證鑄件尺寸的精確。5）應(yīng)盡量減少砂芯的數(shù)目6）分型面的選擇應(yīng)盡量與鑄型澆注時(shí)位置一致。（二）鑄造工藝參數(shù)的選擇

鑄造工藝參數(shù)通常是指鑄型工藝設(shè)計(jì)時(shí)需要確定的某些工藝數(shù)據(jù)。（1）收縮余量——為了補(bǔ)償收縮，模樣比鑄件圖樣尺寸增大的數(shù)值。（2）起模斜度（拔模斜度）——為使模樣容易從鑄型中取出或型芯自芯盒中脫出，平行于起模方向在模樣或芯盒壁上的斜度稱為起模斜度。凡垂直于分型面（分盒面）的沒有結(jié)構(gòu)斜度的壁均應(yīng)設(shè)起模斜度。起模斜度的大小，應(yīng)根據(jù)模壁測量面高度、模樣材料及造型方法確定。（3）

加工余量——為保證鑄件加工面尺寸和零件精度，在鑄件工藝設(shè)計(jì)時(shí)預(yù)先增加而在機(jī)械加工時(shí)切去的金屬層厚度。零件上需要加工的表面，應(yīng)需有適當(dāng)?shù)募庸び嗔?。鑄件加工余量的大小取決于鑄件的材料、鑄造方法、鑄件尺寸與復(fù)雜程度、生產(chǎn)批量、加工面與基準(zhǔn)面的距離及加工面在鑄型中的位置、加工精度要求等。加工余量的具體數(shù)值應(yīng)根據(jù)加工余量國家標(biāo)準(zhǔn)和鑄件尺寸公差標(biāo)準(zhǔn)配套使用選取。（4）最小鑄出孔及槽——零件上的孔、槽、臺階等應(yīng)從鑄件質(zhì)量及經(jīng)濟(jì)方面考慮。較大的孔、槽等應(yīng)鑄出來，以便節(jié)約金屬和機(jī)構(gòu)加工工時(shí)，同時(shí)還避免鑄件局部過厚所造成的熱節(jié)，提高鑄件的質(zhì)量，較小的孔槽，則不宜鑄出，直接加工反而方便；如有特殊要求，且無法實(shí)行機(jī)加工的孔如彎曲孔，則一定要鑄出。（5）型芯頭——芯頭是指伸出鑄件以外不與金屬液接觸的砂芯部分，其功用是定位、支撐和排氣。為了承受砂芯本身重力及澆注時(shí)液體金屬對砂芯的浮力，芯頭的尺寸應(yīng)足夠大才不致破壞；澆注后，砂芯所產(chǎn)生的氣體，應(yīng)能通過芯頭排至鑄型以外，在設(shè)計(jì)芯頭時(shí)，處理要滿足上面的要求，還應(yīng)做到下芯、合型方便，應(yīng)留有適當(dāng)斜度，芯頭與芯座之間要留有間隙鑄造缺陷分析與鑄件質(zhì)量控制

（一）縮孔和縮松

鑄件在凝固過程中，由于合金的液態(tài)收縮和凝固收縮，往往在鑄件最后凝固的部位出現(xiàn)空洞，容積大而集中的孔洞為縮孔，細(xì)小而分散的孔洞為縮松。

1、縮孔的形成:純金屬、共晶成分和凝固溫度范圍窄的合金，澆注后在型腔內(nèi)是由表及里的逐層凝固。在凝固過程中，如得不到合金液的補(bǔ)充，在鑄件最后凝固的地方就會(huì)產(chǎn)生縮孔.2、縮松的形成原因:鑄件最后凝固的收縮未能得到補(bǔ)足，或者結(jié)晶溫度范圍寬的合金呈糊狀凝固，凝固區(qū)域較寬，液、固兩相共存，樹枝晶發(fā)達(dá)，枝晶骨架將合金液分割開的小液體區(qū)難以得到補(bǔ)縮所致。3、影響縮孔、縮松形成的因素（1）合金的成分縮孔:結(jié)晶溫度范圍越小的合金，產(chǎn)生縮孔的傾向越大縮松:結(jié)晶溫度范圍越大的合金，產(chǎn)生縮松的傾向越大（2）澆注過程澆注溫度、澆注速度等均影響合金的總體積收縮。澆注溫度高，形成縮孔的傾向大；澆注慢，縮孔的容積小。

（3）鑄型條件

表現(xiàn)在鑄型對鑄件冷卻速度的影響。鑄型的激冷能力大，縮孔的容積越小。濕型比干型的冷卻能力強(qiáng)，金屬型比砂型的冷卻能力強(qiáng)。（4）鑄件結(jié)構(gòu)

1、原理——順序凝固原則即遠(yuǎn)離冒口處的金屬先凝固，靠近冒口處的金屬后凝固，冒口處的金屬最后凝固，形成一條暢通的補(bǔ)縮通道，如下圖所示。動(dòng)畫：定向凝固184、消除縮孔和縮松的方法2、方法1）合理布置內(nèi)澆道及確定澆鑄工藝。澆注系統(tǒng)的不同引入位置即內(nèi)澆道，與鑄件各部分的溫度分布有直接關(guān)系。澆注位置的選擇應(yīng)服從順序凝固原則；內(nèi)澆道應(yīng)開設(shè)在鑄件的厚壁處或靠近冒口；要應(yīng)根據(jù)鑄件結(jié)構(gòu)、澆注系統(tǒng)類型來選擇澆注溫度和澆注速度。用高的澆注溫度緩慢地澆注，有利于“順序凝固”；通過多個(gè)內(nèi)澆到低溫快澆，有利于實(shí)現(xiàn)同時(shí)凝固原則。2）合理應(yīng)用冒口、冷鐵和補(bǔ)貼等工藝措施。冒口：在鑄件厚壁處和熱節(jié)部位設(shè)置冒口，是防止縮孔、縮松最有效的措施。冒口的尺寸應(yīng)保證冒口比鑄件被補(bǔ)縮部位凝固的晚，并有足夠的金屬液供給。冷鐵：由金屬材料制成的激冷物稱激鐵，包括鑄鐵、鋼材、銅等金屬材料。將冷鐵放入鑄型某一特定部位，用以加速鑄件某局部熱節(jié)的冷卻，是消除鑄件中縮孔和縮松的有效措施。補(bǔ)貼：對于板件和壁后均勻的薄壁件，由于冒口的有效補(bǔ)縮距離所限，往往在鑄鐵的內(nèi)部仍產(chǎn)生縮孔和縮松。若在鑄件壁上部靠近冒口處增加一個(gè)楔形厚度，使鑄件壁厚變成朝冒口鑄件增厚的形狀，即造成一個(gè)向冒口逐漸遞增的溫度梯度。所增加的楔形部分，稱為“補(bǔ)貼”。（二）鑄造應(yīng)力、變形和裂紋

鑄件在凝固之后的繼續(xù)冷卻過程中，隨溫度的不斷降低，收縮不斷發(fā)生，如果這種收縮受到阻礙，就會(huì)在鑄件內(nèi)產(chǎn)生應(yīng)力，稱為鑄造應(yīng)力，引起變形或開裂，這種缺陷的產(chǎn)生，將嚴(yán)重影響鑄件的質(zhì)量。鑄造應(yīng)力熱應(yīng)力收縮應(yīng)力鑄件在凝固和冷卻的過程中，由于鑄件的壁厚不均勻，導(dǎo)致不同部位不均衡的收縮而引起的應(yīng)力。鑄件在固態(tài)收縮時(shí)，因受到鑄型、型芯、澆冒口、砂箱等外力阻礙而產(chǎn)生的應(yīng)力。鑄件鑄出后存在于鑄件不同部位的內(nèi)應(yīng)力稱為殘留應(yīng)力。

相變應(yīng)力鑄件在冷卻過程中會(huì)產(chǎn)生固態(tài)相變，由于鑄件各部分冷卻速度不同，導(dǎo)致相變不同時(shí)發(fā)生，則會(huì)產(chǎn)生相變應(yīng)力。鑄件的結(jié)構(gòu)：鑄件各部分能自由收縮

工藝方面：采用同時(shí)凝固原則（同時(shí)凝固是指通過設(shè)置冷鐵、布置澆口位置等工藝措施，使鑄件溫差盡量變小，基本實(shí)現(xiàn)鑄件各部分在同一時(shí)間凝固）時(shí)效處理：人工時(shí)效；自然時(shí)效鑄件的結(jié)構(gòu)盡可能對稱鑄件的壁厚盡可能均勻鑄件變形的消除方法鑄件的裂紋與防止

裂紋——當(dāng)鑄造應(yīng)力大到一定程度，超過金屬的強(qiáng)度極限時(shí)，鑄件便將產(chǎn)生裂紋。是嚴(yán)重的鑄造缺陷，必須防止。按裂紋形成的溫度范圍分為熱裂和冷裂。

（1）熱裂——鑄件在合金凝固末期的高溫下形成的。外觀形狀曲折而不規(guī)則，裂口表面呈氧化色，裂口沿晶粒邊界通過。防止：鑄件結(jié)構(gòu)合理，改善鑄型和型芯的退讓性，減小澆冒口對鑄件收縮的機(jī)械阻礙，內(nèi)澆道設(shè)置應(yīng)符合同時(shí)凝固原則；此外，減少合金中有害雜質(zhì)硫、磷含量，可提高合金高溫強(qiáng)度，特別是硫是合金的熱脆性增加，導(dǎo)致熱裂傾向增大。（2）冷裂——鑄件在低溫下形成的裂紋。外觀形狀呈連續(xù)直線狀或圓滑曲線，而且常是穿過晶粒；裂口干靜，具有金屬的光澤或呈輕微氧化色。

冷裂常出現(xiàn)在形狀復(fù)雜大工件的受拉伸部位，特別是具有應(yīng)力集中處（如尖角、縮孔、氣孔、夾渣等附近）。有些冷裂紋實(shí)在鑄件清理、搬運(yùn)或機(jī)械加工時(shí)，受到震擊才出現(xiàn)。脆性大、塑性差的合金，如白口鑄鐵、高碳鋼及某些合金鋼最易產(chǎn)生冷裂紋。一、偏析鑄件中出現(xiàn)化學(xué)成分不均勻的現(xiàn)象稱為偏析。鑄件的偏析可分為晶內(nèi)偏析、區(qū)域偏析和體積質(zhì)量偏析三類。

(1)晶內(nèi)偏析（又稱枝晶偏析）——晶粒內(nèi)各部分化學(xué)成分不均勻的現(xiàn)象，這種偏析出現(xiàn)在具有一定凝固溫度范圍的合金鑄件中。為防止和減少晶內(nèi)偏析的產(chǎn)生，在生產(chǎn)中常采取緩慢冷卻或孕育處理的方法。(2)區(qū)域偏析——鑄件截面的整體上化學(xué)成分和組織的不均勻。避免區(qū)域偏析的發(fā)生，主要應(yīng)該采取預(yù)防措施，如控制澆注溫度不要太高，采取快速冷卻使偏析來不及發(fā)生，或采取工藝措施造成鑄件斷面較低的溫度梯度，使表層和中心部分接近同時(shí)凝固。(3)比重偏析——鑄件上、下部分化學(xué)成分不均勻的現(xiàn)象。為防止比重偏析，在澆注時(shí)應(yīng)充分?jǐn)嚢杞饘僖夯蚣铀俸辖鹨旱睦鋮s，使液相和固相來不及分離，凝固即告結(jié)束。鑄造合金的偏析和吸氣性二、鑄件中的氣孔和合金的吸氣

（1）侵入性氣孔

——由于鑄型表面聚集的氣體侵入金屬液中而形成的孔洞。多位于鑄件的上表面附近，尺寸較大，呈橢圓形或梨形，孔壁光滑，表面有光澤或有輕微氧化色。

（2）析出性氣孔

——溶解在金屬液中的氣體，在凝固時(shí)由金屬液中析出而未能逸出鑄件所產(chǎn)生的氣孔。其特征是尺寸細(xì)小，多而分散，形狀多為圓形、橢圓形或針狀，往往分布于整個(gè)鑄件斷面內(nèi)。

（3）反應(yīng)性氣孔——澆入鑄型中的金屬液與鑄型材料、型芯撐、冷鐵或溶渣之間，因化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生氣體而形成的氣孔，統(tǒng)稱反應(yīng)性氣孔。這種氣孔經(jīng)常出現(xiàn)在鑄件表面層下1mm-2mm處，孔內(nèi)表面光滑，孔徑1mm-3mm。一、鑄件質(zhì)量對鑄件結(jié)構(gòu)的要求1、鑄件應(yīng)有合理的壁厚（鑄件壁厚介于臨界壁厚和最小壁厚之間）鑄造的結(jié)構(gòu)工藝性最小壁厚：在各種工藝條下，鑄造合金能充滿型腔的最小厚度。主要取決于合金的種類、鑄件的大小及形狀等因素。臨界壁厚：各種鑄造合金都存在一個(gè)臨界壁厚，在砂型鑄造條件下，各種鑄造合金臨界壁厚約等于其最小壁厚的3倍。缺陷：如果所設(shè)計(jì)鑄件的壁厚小于允許的“最小壁厚”，鑄件就易產(chǎn)生澆不足、冷隔等缺陷。在鑄造厚壁鑄件時(shí)，容易產(chǎn)生縮孔、縮松、結(jié)晶組織粗大等缺陷，從而使鑄件的力學(xué)性能下降。2、鑄件壁的聯(lián)接形式要合理

1）鑄件如果因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)需要不能做到壁厚均勻，則不同壁厚的聯(lián)接應(yīng)采用逐漸過渡的形式。2）對于鑄件結(jié)構(gòu)中有兩個(gè)或三個(gè)甚至更多個(gè)壁相連的情況，可采用交錯(cuò)接頭或環(huán)形接頭的形式。3、鑄件壁厚應(yīng)力求均勻

壁厚均勻，是指鑄件的各部分具有冷卻速度相近的壁厚，。鑄件的內(nèi)壁厚度應(yīng)略小于外壁厚度。鑄件的壁厚應(yīng)均勻4、防止產(chǎn)生變形

某些壁厚均勻的細(xì)長鑄件，較大面積的平板鑄件，以及壁厚不均勻的長形箱體都會(huì)由于應(yīng)力而產(chǎn)生翹曲變形，采用合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)予以解決。5、盡量避免過大的水平面

過大的平面不利于金屬液的填充，容易產(chǎn)生澆不到等缺陷，在進(jìn)行鑄件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)盡量將水平面設(shè)計(jì)成傾斜形狀。6、鑄件結(jié)構(gòu)應(yīng)避免冷卻收縮受阻和有利于減小變形

鑄件在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)盡量使其能自由收縮，以減小應(yīng)力