合金的鑄造性能指用該合金實施鑄造加工的難易程度,主要包括該合金鑄造時的流動性(充型能力)、收縮性等。


  合金的鑄造性能包括有鑄造用液體合金的氧化性、吸氣性、流動性及冷卻凝固時的收縮、偏析等。如果液體合金不易氧化,熔液不易吸收氣體;澆注時金屬熔液容易充滿型腔;凝固時鑄件不易產生縮孔,而且化學成分均勻;冷卻時鑄件不發生變形和開裂,這樣的鑄造金屬就被認為有良好的鑄造性能,容易鑄成完整而優質的鑄件。相反,鑄造金屬的鑄造性能不良,則容易使鑄件產生缺陷。為了保證鑄件的質量,必須增加相應的工藝措施,因此就有可能提高鑄件的生產成本。


1. 合金的流動性


  合金的流動性是指液態合金的流動能力,即液態合金充滿鑄型的能力。流動性好的合金,易于充滿薄而復雜的鑄型腔,便于澆注出輪廓清晰的鑄件,減少澆注不足、冷隔等缺陷;有利于液體合金中氣體和非金屬夾雜物的上浮與排出,有利于對合金凝固過程中產生的收縮進行補縮,減少鑄件中氣孔、夾渣、縮孔、縮松等缺陷的產生。因此,合金的流動性直接影響到鑄件的質量,良好的流動性是獲得優質鑄件的基本條件。


  合金的充型能力取決于金屬液本身的流動能力,同時又受鑄型性質、澆注條件及鑄件結構等影響。影響流動性的因素主要包括以下三個方面:


 ①. 合金的化學成分


  合金的化學成分不同,它們的熔點及結晶溫度范圍不同,其流動性也不同。共晶成分的合金流動性最好,其結晶是在恒溫下進行,凝固時從表面逐層向中心發展,已凝固的硬殼內表面比較光滑,對尚未凝固的液體流動阻力小;隨著結晶溫度范圍的擴大,較早形成的樹枝狀晶體,使凝固的硬殼內表面參差不齊,將阻礙金屬的流動。因此,從流動性考慮,宜選用共晶成分或窄結晶溫度范圍的合金作為鑄造合金。其中灰鑄鐵的流動性最好,鑄鋼的流動性最差。


 ②. 澆注溫度


  澆注溫度對合金的充型能力有著決定性的影響。在一定的范圍內,澆注溫度愈高,合金液的黏度愈低,且在鑄型中流動的時間增長,充型能力增強,反之充型能力差。因此,為防止澆不足和冷隔缺陷的產生,對薄壁鑄件或流動性較差的合金可適當提高澆注溫度。但澆注溫度過高,液態合金的收縮增大,吸氣量增大,氧化嚴重。容易導致縮孔、縮松、粘砂、氣孔、粗晶等缺陷,因此,在保證充型能力足夠的條件下,應盡量降低澆注溫度,復雜薄壁件取上限。


③. 鑄型的結構特征


  鑄型中凡能增加金屬液流動阻力和冷卻速度的因素,如型腔的表面粗糙、排氣不暢、內澆道尺寸過小、鑄型材料導熱性大;鑄型型腔中的產氣量及排氣能力;鑄件結構的復雜程度和表面粗糙度等,均會降低金屬的流動性。凡是增大冷卻速度和增大流動阻力的因素都會降低充型能力。如金屬型比砂型冷卻快;薄壁鑄件的流動阻力大,排氣不良時,氣體對合金產生背壓等都會降低合金的充型能力。



2. 合金的收縮


  鑄件在凝固冷卻過程中,體積與尺寸會逐漸減小,這種現象稱為收縮。收縮是鑄件中許多缺陷,如縮孔、縮松、裂紋和殘余應力等產生的基本原因。合金的收縮過程經歷液態收縮、凝固收縮和固態收縮三個階段。液態收縮和凝固收縮引起的合金體積減小,稱為體收縮;固態收縮引起鑄件尺寸減小,稱為線收縮。


 體收縮是鑄件產生縮孔、縮松的根本原因,線收縮是鑄件產生應力、變形與裂紋的根本原因。


①. 縮孔和縮松


 金屬液在凝固過程中,合金的液態收縮值和凝固收縮值大于固態收縮值,且得不到補償??s孔產生的部位在鑄件最后凝固區域,此區域也稱熱節。如圖1-1所示為縮孔的形成示意圖。


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 圖1-2所示為縮松的形成示意圖??s松主要出現在糊狀凝固的合金中,或斷面較大的鑄件壁中。一般出現在鑄件壁的軸線區域、熱節處、冒口根部和內澆口附近,也常分布在集中縮孔的下方。


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  縮孔和縮松會降低鑄件的力學性能,縮松還會降低鑄件的氣密性。采用定向凝固原則可防止縮孔產生,如圖1-3所示。


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 ②. 鑄造應力


  鑄件凝固收縮時,使鑄件的體積和長度發生變化,如果收縮受阻,就會在鑄件中產生應力,這種應力不是由外加載荷產生的,而是鑄造本身的原因,故稱為鑄造(內)應力。它主要包括熱應力和機械應力。這兩種應力得不到及時消除,同時產生作用會引起鑄件的變形,甚至產生裂紋。


  a. 熱應力:由于鑄件壁厚不均勻、冷卻不一致導致的應力。一般在厚壁處產生拉應力,薄壁處產生壓應力。


  b. 機械應力:當鑄件收縮時,受到鑄型、型芯和澆冒口等機械阻礙而產生的應力。機械應力一般為拉應力。


 ③. 減小與消除應力的方法


  鑄件冷卻收縮不均,固態收縮受阻形成的應力會降低零件的承載能力,應力較大時,會導致鑄件發生變形或開裂。


  在鑄造工藝方面采用退讓性好的型砂和芯砂,合理設置澆注系統與冒口,使鑄件各部分冷卻溫度差減小。采取合適的鑄造工藝,使鑄件的凝固過程符合同時凝固的原則;在鑄件結構上,盡量設計成壁厚均勻、壁與壁之間連接均勻、熱節小而分散的結構;及時對鑄件進行消除應力退火,以消除其鑄造應力。


  一般來說,具有恒定凝固溫度的金屬和合金(如共晶凝固)易形成集中縮孔,合金的凝固溫度范圍愈寬,則愈易形成分散的縮孔,即縮松。工藝上控制縮孔的方法是使鑄件實現順序凝固,在鑄件最后凝固的部位進行補縮,實現自下而上的順序凝固和補縮,在上部最后凝固的地方設置冒口,將縮孔移到冒口中去。


  工藝上控制鑄造應力的主要方法是使鑄件實現同時凝固。此外改善型砂、芯砂的退讓性,掌握好落砂的時間,并合理設計鑄件等都能減少鑄造應力。對于鑄件內的殘余應力,可通過去應力退火加以消除。


  金屬的鑄造性能對鑄件結構的要求是有助于金屬充型,使由收縮造成的變形和開裂減少或不發生。


  在設計鑄件結構時,還要考慮到金屬鑄造性能的優劣,否則鑄件就會出現澆注不足、縮孔、縮松、冷隔、鑄造應力、變形和裂紋等。往往在采用更合理的鑄件結構后,便可除這些缺陷。因此,應使鑄件結構有利于合金液的充型,并能減輕或避免因合金收縮帶來的鑄件缺陷。