鑄造性能收縮性

鑄造合金從液態(tài)凝同和冷卻至室溫過(guò)程中，其體積和尺寸減少的現(xiàn)象稱(chēng)為收縮性。包括液態(tài)收縮、凝固收縮、固態(tài)收縮三個(gè)階段。液態(tài)收縮是金屬液由于溫度的降低而發(fā)生的體積縮減。凝固收縮是金屬液凝固（液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橥瑧B(tài)）階段的體積縮減。液態(tài)收縮和凝固收縮表現(xiàn)為合金體積的縮減，通常稱(chēng)為“體收縮”。固態(tài)收縮是金屬在固態(tài)下由于溫度的降低而發(fā)生的體積縮減，固態(tài)收縮雖然也導(dǎo)致體積的縮減，但通常用鑄件的尺寸縮減量來(lái)表示，故稱(chēng)為“線收縮”。

鑄件收縮不僅影響尺寸，還會(huì)使鑄件產(chǎn)生縮孔、疏松、內(nèi)應(yīng)力、變形和開(kāi)裂等缺陷，故鑄造用材料的收縮率越小越好。收縮直接影響鑄件的質(zhì)量。液態(tài)收縮和凝固收縮若得不到補(bǔ)足，會(huì)使鑄件產(chǎn)生縮孔和縮松缺陷，固態(tài)收縮若受到阻礙會(huì)產(chǎn)生鑄造內(nèi)應(yīng)力，導(dǎo)致鑄件變形開(kāi)裂。

1、縮孔和縮松

縮孔是由于金屬的液態(tài)收縮和凝固收縮部分得不到補(bǔ)足時(shí)，在鑄件的最后凝固處出現(xiàn)的較大的集中孔洞。縮松是分散在鑄件內(nèi)的細(xì)小的縮孔?？s孔和縮松都能使鑄件的力學(xué)性能下降，縮松還能使鑄件在氣密性試驗(yàn)和水壓試驗(yàn)時(shí)出現(xiàn)滲漏現(xiàn)象。生產(chǎn)中可通過(guò)在鑄件的厚壁處設(shè)置冒口的工藝措施，使縮孔轉(zhuǎn)移至最后凝固的冒口處，從而獲得完整的鑄件。冒口是多余部分，切除后便獲得完整、致密的鑄件；也可以通過(guò)合理地設(shè)計(jì)鑄件結(jié)構(gòu)，避免鑄件局部金屬積聚，來(lái)預(yù)防縮孔的產(chǎn)生。

2、變形與開(kāi)裂

鑄件在凝固后繼續(xù)冷卻過(guò)程中，若固態(tài)收縮受到阻礙就會(huì)產(chǎn)生鑄造內(nèi)應(yīng)力，當(dāng)內(nèi)應(yīng)力達(dá)到一定數(shù)值時(shí)，鑄件便產(chǎn)生變形甚至開(kāi)裂。鑄造內(nèi)應(yīng)力主要包括收縮時(shí)的機(jī)械應(yīng)力和熱應(yīng)力兩種，機(jī)械應(yīng)力是由鑄型、型芯等外力的阻礙收縮引起的內(nèi)應(yīng)力；熱應(yīng)力是鑄件在冷卻和凝固過(guò)程中，由于不同部位的不均衡收縮引起的內(nèi)應(yīng)力。

生產(chǎn)中為減小鑄造內(nèi)應(yīng)力，經(jīng)常從改進(jìn)鑄件結(jié)構(gòu)和優(yōu)化鑄造工藝入手，如鑄件的壁厚應(yīng)均勻，或合理地設(shè)置冷鐵等工藝措施，使鑄件各部位冷卻均勻，同時(shí)凝固，從而減小熱應(yīng)力；鑄件的結(jié)構(gòu)盡量簡(jiǎn)單、對(duì)稱(chēng)，這樣可減小金屬的收縮受阻，從而減小機(jī)械應(yīng)力。

影響收縮率的因素分內(nèi)部和外部條件。

（1）合金的種類(lèi)和成分

合金的種類(lèi)和成分不同，其收縮率不同，鐵碳合金中灰鑄鐵的收縮率小，鑄鋼的收縮率大。圖3為常用鑄造合金的線收縮率。

（2）工藝條件

金屬的澆注溫度對(duì)收縮率有影響，澆注溫度越高，液態(tài)收縮越大。鑄件結(jié)構(gòu)和鑄型材料對(duì)收縮也有影響，型腔形狀越復(fù)雜、鑄型材料的退讓性越差，對(duì)收縮的阻礙越大。當(dāng)鑄件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理，鑄型材料的退讓性不良時(shí)，鑄件會(huì)因收縮受阻而產(chǎn)生鑄造應(yīng)力，容易產(chǎn)生裂紋。

液體金屬材料充滿鑄型型腔，獲得輪廓清晰、形狀完整的優(yōu)質(zhì)鑄件的能力，稱(chēng)為液體合金的流動(dòng)性。流動(dòng)性主要受化學(xué)成分、澆注溫度以及鑄型等因素影響，流動(dòng)性好的材料容易充滿型腔，從而獲得外形完整、尺寸精確和輪廓清晰的鑄件。

金屬的流動(dòng)性可用螺旋線長(zhǎng)度來(lái)測(cè)定，圖2為螺旋形試樣。將金屬液澆注入螺旋形鑄型中，在相 同的鑄造條件下，獲得的螺旋線越長(zhǎng)，表明金屬液的流動(dòng)性越好。

影響流動(dòng)性的因素主要是合金的種類(lèi)與化學(xué)成分以及澆注工藝條件。

1、合金的種類(lèi)與化學(xué)成分

不同種類(lèi)的合金具有不同的流動(dòng)性，根據(jù)流動(dòng)性試驗(yàn)測(cè)得的螺旋線長(zhǎng)度可知，常用鑄造合金中，灰鑄鐵的流動(dòng)性較好，硅黃銅、鋁硅合金次之，而鑄鋼的流動(dòng)性較差。

同類(lèi)合金中，化學(xué)成分不同，合金的結(jié)晶特點(diǎn)不同，其流動(dòng)性也不一樣。一般合金的結(jié)晶是在一個(gè)溫度區(qū)問(wèn)內(nèi)完成，結(jié)晶時(shí)先形成的初晶會(huì)阻礙金屬液的流動(dòng)；而共晶合金是在恒溫下結(jié)晶，無(wú)初品形成，對(duì)金屬液的阻力較小，另外共晶合金的熔點(diǎn)低，在同樣的澆注溫度下，共晶合金結(jié)晶前有足夠的時(shí)間充滿鑄型的型腔，所以共晶合金的鑄造性能優(yōu)良。合金的成分越遠(yuǎn)離共晶點(diǎn)，結(jié)晶溫度范圍越寬，其流動(dòng)性越差。因此在滿足使用性能的前提下，鑄造合金應(yīng)盡量選用共晶合金或接近共品成分的合金。

2、澆注工藝條件

提高澆注溫度可改善金屬的流動(dòng)性。澆注溫度越高，金屬保持液態(tài)的時(shí)間越長(zhǎng)，其黏度也越小，所以流動(dòng)性也就越好。因此適當(dāng)提高澆注溫度是改善流動(dòng)性的工藝措施之一。另外鑄型材料的導(dǎo)熱性、鑄型內(nèi)腔的形狀和尺寸等因素劃’流動(dòng)性也有影響。

工藝性能是指金屬材料對(duì)不同加工方法的適應(yīng)能力，包括鑄造性能、壓力加工性能、焊接性能、切削加工性能和熱處理性能等，是設(shè)計(jì)零件、選擇材料和編制零件加工工藝流程的重要依據(jù)之一，對(duì)保證產(chǎn)品質(zhì)量、降低生產(chǎn)成本、提高生產(chǎn)效率有著重大的作用。

金屬材料鑄造成形獲得優(yōu)良鑄件的能力稱(chēng)為鑄造性能。衡量鑄造性能的主要指標(biāo)有流動(dòng)性、收縮性和偏析傾向，幾種金屬材料的鑄造性能比較見(jiàn)圖1：

液態(tài)材料凝固后，鑄錠或鑄件化學(xué)成分和組織的不均勻現(xiàn)象稱(chēng)為偏析。鑄件的偏析可分為晶內(nèi)偏析、區(qū)域偏析和比重偏析三類(lèi)。

1、晶內(nèi)偏析（又稱(chēng)枝晶偏析）是指晶粒內(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)域偏析是指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(lái)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、比重偏析是指鑄件上、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(lái)不及分離，凝固即告結(jié)束。偏析過(guò)大會(huì)使鑄件各部分的力學(xué)性能有很大的差異，降低鑄件的質(zhì)量。 2100433B

合金在鑄造生產(chǎn)中，所呈現(xiàn)的工藝性能稱(chēng)為鑄造性能。它是保證鑄件質(zhì)量的重要因素。合金的鑄造性能主要有流動(dòng)性、收縮性、偏析傾向等。

1.流動(dòng)性熔融金屬的流動(dòng)能力稱(chēng)為流動(dòng)性。流動(dòng)性好的金屬液，充填鑄型能力強(qiáng)，易于獲得外形完整、尺寸準(zhǔn)確、輪廓清晰或壁薄而復(fù)雜的鑄件。

影響金屬流動(dòng)性的因素很多，如澆注溫度高，可使金屬在液態(tài)下保持較長(zhǎng)的時(shí)間，但過(guò)高的澆注溫度反而會(huì)導(dǎo)致金屬總收縮量增加和吸收氣體過(guò)多，造成縮孔和氣孔等缺陷?？傊?，澆注溫度不宜過(guò)高和過(guò)低。合金成分對(duì)流動(dòng)性也有較大影響，如共晶合金的熔點(diǎn)低，流動(dòng)性好。

2.收縮性 金屬在冷卻時(shí)體積縮小的性能稱(chēng)為收縮性。金屬的收縮可分為液態(tài)收縮、凝固收縮和固態(tài)收縮三部分。其中，液態(tài)收縮是在高溫狀態(tài)產(chǎn)生的，只造成鑄型冒口部分金屬液面的降低；凝固收縮會(huì)造成縮松、縮孔等現(xiàn)象；固態(tài)收縮受到阻礙時(shí)，則產(chǎn)生鑄造內(nèi)應(yīng)力。為防止縮松或縮孔，應(yīng)擴(kuò)大內(nèi)澆道，利用澆道直接補(bǔ)縮，或在壁厚處設(shè)置冒口，由冒口中的金屬液補(bǔ)充壁厚處的凝固收縮。

3.偏析傾向 金屬或合金在凝固過(guò)程中形成的化學(xué)成分不均勻現(xiàn)象稱(chēng)為偏析。它與合金的液相線和固相線溫度間隔有關(guān)，凝固溫度區(qū)間越大，則偏析越顯著。另外，灰鑄鐵中含硫、磷和碳量較高時(shí)，容易產(chǎn)生偏析。澆注溫度高和冷卻速度慢也能造成偏析。鑄件偏析不太嚴(yán)重時(shí)，可以通過(guò)退火處理來(lái)消除偏析現(xiàn)象。

中國(guó)幾種典型鑄造鋁合金的主要成分和性能

①鑄造方法中：S—沙模鑄造；j—金屬模鑄造；R—熔模鑄造；K—?dú)ば丸T造；B—變質(zhì)處理；

②合金狀態(tài)中：F—鑄態(tài)；T1—自然時(shí)效；T4—固溶處理加自然時(shí)效；T5—固溶處理加不完全人工時(shí)效；T6—固溶處理加完全人工時(shí)效。

銅與鋅以外的元素所組成的合金統(tǒng)稱(chēng)青銅。其中，銅和錫的合金是最普通的青銅，稱(chēng)錫青銅。錫青銅的線收縮率低，不易產(chǎn)生縮孔，但容易產(chǎn)生顯微縮松。錫青銅中加入鋅、鉛等元素，可以提高鑄件的致密性和耐磨性，并節(jié)省錫用量，加入磷以便脫氧。其耐磨性和耐蝕性優(yōu)于黃銅，但易產(chǎn)生顯微縮松，故適用于致密性要求不高的耐磨、耐蝕件。除錫青銅外，鋁青銅有著優(yōu)良的力學(xué)性能和耐磨、耐蝕性，但鑄造性較差，故僅用于重要的耐磨、耐蝕件 。