2.1铸造基础
2.1.1金属液的充型能力
一,基本概念,
1.铸造性能,
在铸造过程中合金所表现出来的工艺性能。
如合金的充型能力、收缩性、吸气性和偏析等。
2.合金的充型能力,
金属液充满铸型型腔，获得轮廓清晰、形状准确
的铸件的能力。
3.合金的流动性,即熔融合金本身的流动能力。
（ 1）流动性的衡量指标
,螺旋型试样,,在相同的铸
型及浇注条件下，流动性试
样越长，则合金 的流动性越
好。
灰口铸铁、硅黄铜 >
铝硅合金 >铸钢
（ 2）流动性对充型能力的影响
合金流动性好，则充型能力强，
有利于保证铸件质量。
1
2
A-A
图２－１ 流动性试样
１－直浇道 ２－流动性试样
二,充型能力对铸件质量的影响,
轮廓不清、花纹模糊
充型能力不足
浇不足、冷隔
三,影响充型能力的因素,
1.合金流动性, 共晶成分的合金或结晶间隔
小的合金流动性好，充型能力强。
# 影响流动性的因素,
（ 1） 合金材料,
灰口铸铁、硅黄铜流动性最好，铸钢最差。
纯金属和共晶成分附近合金 流动性好,
离开共晶点越远，流动性越差。
（ 2）杂质与含气量：其越多，则流动性越差。
（ 3）合金的质量热容、密度、热导率,
质量热容、密度越大、热导率越小，流动性越好。
合金的凝固方式,
a)逐层凝固：不存在液、固并存的凝固区，合金流
动的阻力小，故合金流动性好。
b)中间凝固：有固体层、液相区及凝固区共存，凝
固温度范围较窄，故流动性较好。
c)糊状凝固：液、固并存的凝固区贯穿整个断面,
故流动性差。
a) b) C)
1 2 3 4
1,固体层 2.液相区
3.铸件中心 4.固 -液相区
2.铸型条件,
（ 1） 铸型的蓄热系数,
蓄热系数 越大，蓄热能力强,导热性愈好,对液态合
金的激冷能力愈强,则合金的流动性愈差。
（ 2）铸型温度,
铸型温度 越高，则充型能力越好；
（ 3） 铸型中的气体,
气体越多，压力越大，排气不畅，则充型能力下降。
（ 4）浇注系统,
浇注系统设计不合理，则充型能力下降。
3.浇注条件,
（ 1）浇注温度,
提高 浇注温度,
合金的流动性提高，则充型能力提高。
过高 浇注温度,
使铸件产生缩孔、缩松、气孔和粘砂缺陷。
灰铸铁,1230~1450° C,
铸钢,1520~1620° C,
铝合金,680~780 ° C。
充型压力越大，流动性越好，则充型能力越强。
1） 砂型铸造时，充型压力取决于直浇道的高度。
2）离心铸造、压力铸造、低压铸造等,
均可改善合金的流动性，从而改善充型能力。
4.铸件结构,
铸件的折算厚度（体积 /表面积 )越大，铸件
结构形状越简单，其充型能力越好。
（ 2） 充型压力,
2.1.2 金属的收缩特性
? 基本概念
金属的收缩,
铸造合金从液态凝固和
冷却至室温过程中产生的
体积和尺寸的缩减现象。
收缩的 实质,
随着温度下降，合金中空穴
数量减少，原子间距缩短。
铸件
裂纹
铸造
变形
铸造
应力
缩松
缩孔
影响
因素
收缩
阶段
收缩
特性
1,金属收缩的阶段
（ 1） 液态收缩,主要表
现为合金液面的下降。
（ 2） 凝固收缩,发生体
积收缩。凝固温度范围
愈大，凝固收缩愈大。
（ 3） 固态收缩,发生体
积收缩。主要表现为尺
寸减小。
L
S
L+S1
T浇
液
凝
固
2,影响收缩的因素
（ 1）化学成分,
① 铸钢、白口铸铁,收缩大；
②对 灰口铸铁,碳以石墨形式存在，石墨膨胀可抵
消一部分收缩。
（ 2）浇注温度,
浇注温度高，过热度大液态收缩增大,
同时，氧化、吸气也增大。
（ 3）铸件结构和铸型条件,
铸件在铸型中收缩是 受阻收缩 。
3,缩孔与缩松
（ 1）定义
1） 缩孔,
即铸件在凝固过程中，由于补缩不良而产生的孔
洞，形状极不规则、孔壁粗糙并带有枝状晶，常
出现在铸件最后凝固的部位。
2） 缩松,
即铸件断面上出现的分散而细小的缩孔。
（ 2）形成过程
缩孔与缩松的形成过程
（ 3）缩孔、缩松形成规律
1）纯金属、共晶成分合金及凝固温度范围窄的合金,
易产生缩孔。
凝固温度范围宽的合金,
易产生缩松，如远离共晶成分的合金。
2）浇注条件,
浇注温度提高，收缩增大，缩松倾向增大。
3）铸件结构,
铸件壁越厚大，壁与壁连接不当，易产生缩孔、缩松。
（ 4） 防止措施
①采用顺序凝固原则
铸件凝固顺序：薄壁 → 厚壁 → 冒口。
②合理选择铸造合金,
如选用共晶成分或合金温度范围窄的合金。
③合理使用冒口、冷铁和补贴,
④加压补缩,
将铸型置于压力罐中，使铸件在压力下凝
固。
4,铸造应力
（ 1）定义,
即铸件在凝固和冷却过程中由受阻收缩、
热作用和相变等因素而引起的内应力。
（ 2）铸造应力类型,
1） 收缩应力,即铸件在固态收缩时，因铸型、
型芯、浇冒口、箱带及铸件本身结构阻碍收缩
而引起的铸造应力。
2） 热应力,即铸件在凝固和冷却过程中，不同
部位由于温差造成不均匀收缩而引起的铸造
应力。
（ 3）热应力的形成过程
（ 4）热应力的防止措施
1）合理设计铸件结构，尽量使壁厚均匀。
2) 采用同时凝固原则,
即：使型腔内
各部分金属液
温差很小,
同时进行
凝固的原则。
5,铸件变形
（ 1）铸件变形,
在铸造应力和残留应力作用下所产生的
变形以及由于模样或铸型变形所引起的变形。
由于残余应力的存在，铸件内部处于不
稳定状态，而铸件总是力图趋于稳定状态,
故会自发地产生变形。
安徽工程科技学院机械系
A U T S
+ + + + + + + +
- - - - - - - - - -
例：下图铸造 T形梁内有残余应力,
试分析将会如何变形？
（ 2）变形规律,
一般，受拉应力部分（厚壁），向内凹 ;
受压应力部分（薄壁），向外凸。
（ 3）形成原因,
1）铸造应力超过了材料的屈服强度；
2）切削加工破坏了应力平衡。
（ 4）防止措施,
1）减小和消除内应力,
2）采用反变形法,
在制造木模时，把模样制成与铸件变形
相反的形状。
6,铸件裂纹
（ 1）铸件裂纹,铸件表面或内部由于各种原因
发生断裂而形成的条纹状裂缝。
包括热裂、冷裂、热处理裂纹等。
（ 2）裂纹类型,
1）热裂,铸件在凝固后期或凝固后在较
高温度下形成的裂纹。
裂纹较短，形状曲折，缝内呈氧化色。
2）冷裂,
铸件凝固后在较低温度下形成的裂纹。
裂纹细小，呈连续直线或曲线,
裂纹表面干净，呈金属本色。
常出现在铸件受拉应力的部位。
（ 3）裂纹的防止措施,
1） 减小和消除内应力,
2）严格控制硫的含量（对热裂纹）,
严格控制磷的含量（对冷裂纹）。
2.1.3 常用铸造合金的铸造性能
1.铸铁
常用的有：灰铸铁、球墨铸铁、可锻铸铁等。
（ 1）灰铸铁,
铸造性能优良。流动性好，收缩小。
一般采用同时凝固原则，无需设置冒口。
（ 2）球墨铸铁,
铸造性能介于灰铸铁和铸钢之间。
流动性较差，收缩较大，易产生缩孔、缩松缺陷。
一般采用顺序凝固原则。
（ 3）可锻铸铁,
原铁液铸造性能差。
为获得白口坯件，原铁液 C,Si含量较低,
凝固区间大，故流动性较差，收缩也较大。
一般采用顺序凝固原则，设置冒口。
2.铸钢
铸造性能差。流动性差，收缩大。
易产生冷隔、浇不到，缩孔、裂纹等缺陷。
一般采用顺序凝固原则，设置冒口。
3.铸造铝合金,
铝硅合金 铸造性能好，其它系列合金较差；
且易吸气、氧化，故易产生夹杂、气孔等缺陷。
一般采用顺序凝固原则，设置冒口；
熔炼时应注意除气和去渣。
4.铸造铜合金,
铝青铜和铝黄铜 等含铝较高的铜合金,
铸造性能较好，但收缩大，易产生集中缩孔。
一般采用顺序凝固原则，设置冒口；
锡青铜 的铸造性能较差，收缩较大,
易产缩孔、缩松缺陷。
厚壁重要件,采用顺序凝固原则，设置冒口；
薄壁形状复杂件,采用同时凝固原则。
2.1.1金属液的充型能力
一,基本概念,
1.铸造性能,
在铸造过程中合金所表现出来的工艺性能。
如合金的充型能力、收缩性、吸气性和偏析等。
2.合金的充型能力,
金属液充满铸型型腔，获得轮廓清晰、形状准确
的铸件的能力。
3.合金的流动性,即熔融合金本身的流动能力。
（ 1）流动性的衡量指标
,螺旋型试样,,在相同的铸
型及浇注条件下，流动性试
样越长，则合金 的流动性越
好。
灰口铸铁、硅黄铜 >
铝硅合金 >铸钢
（ 2）流动性对充型能力的影响
合金流动性好，则充型能力强，
有利于保证铸件质量。
1
2
A-A
图２－１ 流动性试样
１－直浇道 ２－流动性试样
二,充型能力对铸件质量的影响,
轮廓不清、花纹模糊
充型能力不足
浇不足、冷隔
三,影响充型能力的因素,
1.合金流动性, 共晶成分的合金或结晶间隔
小的合金流动性好，充型能力强。
# 影响流动性的因素,
（ 1） 合金材料,
灰口铸铁、硅黄铜流动性最好，铸钢最差。
纯金属和共晶成分附近合金 流动性好,
离开共晶点越远，流动性越差。
（ 2）杂质与含气量：其越多，则流动性越差。
（ 3）合金的质量热容、密度、热导率,
质量热容、密度越大、热导率越小，流动性越好。
合金的凝固方式,
a)逐层凝固：不存在液、固并存的凝固区，合金流
动的阻力小，故合金流动性好。
b)中间凝固：有固体层、液相区及凝固区共存，凝
固温度范围较窄，故流动性较好。
c)糊状凝固：液、固并存的凝固区贯穿整个断面,
故流动性差。
a) b) C)
1 2 3 4
1,固体层 2.液相区
3.铸件中心 4.固 -液相区
2.铸型条件,
（ 1） 铸型的蓄热系数,
蓄热系数 越大，蓄热能力强,导热性愈好,对液态合
金的激冷能力愈强,则合金的流动性愈差。
（ 2）铸型温度,
铸型温度 越高，则充型能力越好；
（ 3） 铸型中的气体,
气体越多，压力越大，排气不畅，则充型能力下降。
（ 4）浇注系统,
浇注系统设计不合理，则充型能力下降。
3.浇注条件,
（ 1）浇注温度,
提高 浇注温度,
合金的流动性提高，则充型能力提高。
过高 浇注温度,
使铸件产生缩孔、缩松、气孔和粘砂缺陷。
灰铸铁,1230~1450° C,
铸钢,1520~1620° C,
铝合金,680~780 ° C。
充型压力越大，流动性越好，则充型能力越强。
1） 砂型铸造时，充型压力取决于直浇道的高度。
2）离心铸造、压力铸造、低压铸造等,
均可改善合金的流动性，从而改善充型能力。
4.铸件结构,
铸件的折算厚度（体积 /表面积 )越大，铸件
结构形状越简单，其充型能力越好。
（ 2） 充型压力,
2.1.2 金属的收缩特性
? 基本概念
金属的收缩,
铸造合金从液态凝固和
冷却至室温过程中产生的
体积和尺寸的缩减现象。
收缩的 实质,
随着温度下降，合金中空穴
数量减少，原子间距缩短。
铸件
裂纹
铸造
变形
铸造
应力
缩松
缩孔
影响
因素
收缩
阶段
收缩
特性
1,金属收缩的阶段
（ 1） 液态收缩,主要表
现为合金液面的下降。
（ 2） 凝固收缩,发生体
积收缩。凝固温度范围
愈大，凝固收缩愈大。
（ 3） 固态收缩,发生体
积收缩。主要表现为尺
寸减小。
L
S
L+S1
T浇
液
凝
固
2,影响收缩的因素
（ 1）化学成分,
① 铸钢、白口铸铁,收缩大；
②对 灰口铸铁,碳以石墨形式存在，石墨膨胀可抵
消一部分收缩。
（ 2）浇注温度,
浇注温度高，过热度大液态收缩增大,
同时，氧化、吸气也增大。
（ 3）铸件结构和铸型条件,
铸件在铸型中收缩是 受阻收缩 。
3,缩孔与缩松
（ 1）定义
1） 缩孔,
即铸件在凝固过程中，由于补缩不良而产生的孔
洞，形状极不规则、孔壁粗糙并带有枝状晶，常
出现在铸件最后凝固的部位。
2） 缩松,
即铸件断面上出现的分散而细小的缩孔。
（ 2）形成过程
缩孔与缩松的形成过程
（ 3）缩孔、缩松形成规律
1）纯金属、共晶成分合金及凝固温度范围窄的合金,
易产生缩孔。
凝固温度范围宽的合金,
易产生缩松，如远离共晶成分的合金。
2）浇注条件,
浇注温度提高，收缩增大，缩松倾向增大。
3）铸件结构,
铸件壁越厚大，壁与壁连接不当，易产生缩孔、缩松。
（ 4） 防止措施
①采用顺序凝固原则
铸件凝固顺序：薄壁 → 厚壁 → 冒口。
②合理选择铸造合金,
如选用共晶成分或合金温度范围窄的合金。
③合理使用冒口、冷铁和补贴,
④加压补缩,
将铸型置于压力罐中，使铸件在压力下凝
固。
4,铸造应力
（ 1）定义,
即铸件在凝固和冷却过程中由受阻收缩、
热作用和相变等因素而引起的内应力。
（ 2）铸造应力类型,
1） 收缩应力,即铸件在固态收缩时，因铸型、
型芯、浇冒口、箱带及铸件本身结构阻碍收缩
而引起的铸造应力。
2） 热应力,即铸件在凝固和冷却过程中，不同
部位由于温差造成不均匀收缩而引起的铸造
应力。
（ 3）热应力的形成过程
（ 4）热应力的防止措施
1）合理设计铸件结构，尽量使壁厚均匀。
2) 采用同时凝固原则,
即：使型腔内
各部分金属液
温差很小,
同时进行
凝固的原则。
5,铸件变形
（ 1）铸件变形,
在铸造应力和残留应力作用下所产生的
变形以及由于模样或铸型变形所引起的变形。
由于残余应力的存在，铸件内部处于不
稳定状态，而铸件总是力图趋于稳定状态,
故会自发地产生变形。
安徽工程科技学院机械系
A U T S
+ + + + + + + +
- - - - - - - - - -
例：下图铸造 T形梁内有残余应力,
试分析将会如何变形？
（ 2）变形规律,
一般，受拉应力部分（厚壁），向内凹 ;
受压应力部分（薄壁），向外凸。
（ 3）形成原因,
1）铸造应力超过了材料的屈服强度；
2）切削加工破坏了应力平衡。
（ 4）防止措施,
1）减小和消除内应力,
2）采用反变形法,
在制造木模时，把模样制成与铸件变形
相反的形状。
6,铸件裂纹
（ 1）铸件裂纹,铸件表面或内部由于各种原因
发生断裂而形成的条纹状裂缝。
包括热裂、冷裂、热处理裂纹等。
（ 2）裂纹类型,
1）热裂,铸件在凝固后期或凝固后在较
高温度下形成的裂纹。
裂纹较短，形状曲折，缝内呈氧化色。
2）冷裂,
铸件凝固后在较低温度下形成的裂纹。
裂纹细小，呈连续直线或曲线,
裂纹表面干净，呈金属本色。
常出现在铸件受拉应力的部位。
（ 3）裂纹的防止措施,
1） 减小和消除内应力,
2）严格控制硫的含量（对热裂纹）,
严格控制磷的含量（对冷裂纹）。
2.1.3 常用铸造合金的铸造性能
1.铸铁
常用的有：灰铸铁、球墨铸铁、可锻铸铁等。
（ 1）灰铸铁,
铸造性能优良。流动性好，收缩小。
一般采用同时凝固原则，无需设置冒口。
（ 2）球墨铸铁,
铸造性能介于灰铸铁和铸钢之间。
流动性较差，收缩较大，易产生缩孔、缩松缺陷。
一般采用顺序凝固原则。
（ 3）可锻铸铁,
原铁液铸造性能差。
为获得白口坯件，原铁液 C,Si含量较低,
凝固区间大，故流动性较差，收缩也较大。
一般采用顺序凝固原则，设置冒口。
2.铸钢
铸造性能差。流动性差，收缩大。
易产生冷隔、浇不到，缩孔、裂纹等缺陷。
一般采用顺序凝固原则，设置冒口。
3.铸造铝合金,
铝硅合金 铸造性能好，其它系列合金较差；
且易吸气、氧化，故易产生夹杂、气孔等缺陷。
一般采用顺序凝固原则，设置冒口；
熔炼时应注意除气和去渣。
4.铸造铜合金,
铝青铜和铝黄铜 等含铝较高的铜合金,
铸造性能较好，但收缩大，易产生集中缩孔。
一般采用顺序凝固原则，设置冒口；
锡青铜 的铸造性能较差，收缩较大,
易产缩孔、缩松缺陷。
厚壁重要件,采用顺序凝固原则，设置冒口；
薄壁形状复杂件,采用同时凝固原则。
