合金凝固溫度范圍和鑄件溫度梯度會影響鑄件的凝固方式,化學成分不同,澆筑溫度和鑄件結構會影響逐漸收縮。
(一)鑄件的凝固方式和影響因素。
1.鑄件的凝固方式。
(1)逐層凝固方式。
合金在凝固過程中,其斷面上的固相和液相通過一條界線明確分離,該凝固方式稱為逐層凝固。常見合金,如灰鑄鐵、低碳鋼、工業純銅、工業純鋁、共晶鋁硅合金和一些真正的銅屬于逐層凝固的合金。
(2)糊狀凝固方式。
合金在凝固過程中先呈膠狀后凝固,這種凝固方式稱為膠狀凝固。球墨鑄鐵、高碳鋼、錫青銅、一些真的嗎???等等都是糊狀凝固的合金。
(3)中間凝固方式。
大多數合金的凝固介于逐層凝固和膠狀凝固之間,稱為中間凝固方式。中碳鋼、高錳鋼、白口鑄鐵等具有中間凝固方式。
2.凝固方式的影響因素。
(1)合金凝固溫度范圍的影響。
合金的液相線與固相交叉,或間隔小,金屬逐層凝固的兩條相線之間的距離大,則傾向于糊狀凝固的兩條相線之間的距離小,則傾向于中間凝固方式。
(2)鑄件溫度梯度的影響。
加大溫度梯度,合金的凝固方式可以逐層凝固轉化,相反鑄件的凝固方式可以向糊狀凝固轉化。
(二)鑄造合金的收縮。
鑄造合金在從液態冷卻到室溫的過程中,其體積和尺寸縮小的現象稱為縮小。主要包括以下三個階段
1.液體收縮金屬在液體時因溫度降低而產生的體積收縮。
2、凝固收縮熔融金屬在凝固階段的體積收縮。液體收縮和凝固收縮是鑄件產生收縮孔和松動的基本原因。
3、固態縮水金屬在固態時因溫度降低而產生的體積收縮。固態收縮嚴重影響鑄件的形狀和尺寸精度,是鑄造應力、變形和裂紋等缺陷的基本原因。
(3)影響合金收縮的因素。
1.化學成分不同成分的合金收縮率一般也不同。常用鑄造合金中鑄剛的收縮最大,灰鑄鐵最小。
2、澆注溫度合金澆注溫度越高,過熱越大,液體收縮越大。
3.鑄件結構與鑄件條件鑄件冷卻收縮時,由于其形狀、尺寸的不同,各部分的冷卻速度不同,收縮不一致,相互阻礙,加上鑄件和型芯對鑄件收縮的阻力,鑄件的實際收縮率總是低于自由收縮率。這種阻力越大,鑄件的實際收縮率就越小。
(四)收縮對鑄件質量的影響。
1.收縮孔和收縮松動。
(1)縮孔的形成。
縮孔總是出現在鑄件的上部或最后凝固的部位,其外形特征是內表面粗糙,形狀不規則,多接近倒錐形。通常,縮孔隱藏在鑄件的內部,有時只能通過切削加工暴露??s孔形成的主要原因是液體收縮和凝固收縮。
(2)松弛的形成。
宏觀收縮松多分布在鑄件的最后凝固部位,顯微收縮松是晶粒之間存在的微孔,形成收縮松的主要原因也是液體收縮和凝固收縮。(3)防止縮孔、松預防措施。
a)采用定向凝固原則所謂定向凝固,是使鑄件按規定方向從一部分到另一部分逐漸凝固的過程。出口和冷鐵的合理使用,可以凝固鑄件的方向性,有效地消除收縮孔動。
b)合理確定鑄件的澆注位置、內澆道位置和澆注技術的澆注位置的選擇應遵循方向性凝固原則的內澆設置在鑄件厚壁或接近出口的合理選擇澆注溫度和澆注速度,不增加其他缺陷,應盡量降低澆注溫度和澆注速度。
2.鑄造應力、變形、裂紋。
在鑄件的凝固和今后的冷卻過程中,隨著溫度的下降和收縮,這種收縮受到阻礙,鑄件內產生應力,產生變形和裂紋,這種缺陷嚴重影響鑄件的質量。
(1)鑄造應力的產生。
鑄造應力根據其原因分為三種
a)熱應力鑄件在凝固和冷卻過程中,由于不均衡收縮而引起的應力。
b)固態相變應力鑄件由固態相變、各部分體積不均衡變化引起的應力。
c)收縮應力鑄件在固體收縮時,受鑄型、型芯、澆口、箱子等外力的阻礙產生的應力。
鑄件鑄造后存在于鑄件不同部位的內應力稱為殘留應力。
(2)鑄造應力的防止和消除措施。
a)采用同時凝固的原則同時凝固是指通過設置冷鐵、配置澆口位置等技術措施,使鑄件溫差盡可能小,基本實現鑄件各部分在同一時間凝固。
b)提高鑄造溫度。
c)改善鑄造型和芯的退讓性。
d)進行應力退火。
(3)鑄件的變形和防止。
鑄件的變形包括鑄件凝固后的變形和隨后的切削加工變形。防止鑄件變形有以下方法
a)采用反變形法可以在圖案上制作與鑄件變形量相等的方向相反的預變形量來抵消鑄件的變形,該方法稱為反變形法。
b)進行應力退火鑄件機加工前進行應力退火,穩定鑄件尺寸,降低切削加工的變形程度。
c)安裝工藝肋可在易變形的部位安裝工藝肋,以防鑄件鑄態變形。
(4)鑄件的裂紋和防止。
a)鑄件裂紋的分類及其形狀。
鑄件一般有熱裂紋和冷裂紋兩種裂紋方式。固態合金的線收縮受到阻礙,產生的應力超過該溫度合金的強度時,即產生熱裂紋的冷裂紋是鑄件處于彈性狀態時,鑄造應力超過合金的強度極限。熱裂紋一般沿結晶界產生和發展,其外形曲折短,裂紋內表面氧化色冷裂紋多為結晶斷裂,裂紋細小,外形連續直線或光滑曲線狀,裂紋內清潔,有時為輕微氧化色。
b)防止鑄件裂紋。
為了有效防止鑄件裂紋的發生,應采取盡可能減少鑄造應力的措施。同時,金屬在熔煉過程中,應嚴格控制金屬凝固溫度范圍內可能擴大的元素的添加量和鋼鐵中的硫和磷含量。