铸造性能

合金的铸造性能

铸造性能，主要指的是合金的铸造性能，而合金的铸造性能主要是指合金的流动性能和收缩性能等。铸件的结构，如果不能满足合金铸造性能的要求，则可能产生浇不足、冷隔、缩松、气孔、裂纹和变形等缺陷。

简介

工艺性能是指金属材料对不同加工方法的适应能力，包括铸造性能、压力加工性能、焊接性能、切削加工性能和热处理性能等，是设计零件、选择材料和编制零件加工工艺流程的重要依据之一，对保证产品质量、降低生产成本、提高生产效率有着重大的作用。

金属材料铸造成形获得优良铸件的能力称为铸造性能。衡量铸造性能的主要指标有流动性、收缩性和偏析倾向，几种金属材料的铸造性能比较见图1：

金属流动性

液体金属材料充满铸型型腔，获得轮廓清晰、形状完整的优质铸件的能力，称为液体合金的流动性。流动性主要受化学成分、浇注温度以及铸型等因素影响，流动性好的材料容易充满型腔，从而获得外形完整、尺寸精确和轮廓清晰的铸件。

金属的流动性可用螺旋线长度来测定，图2为螺旋形试样。将金属液浇注入螺旋形铸型中，在相同的铸造条件下，获得的螺旋线越长，表明金属液的流动性越好。

影响流动性的因素主要是合金的种类与化学成分以及浇注工艺条件。

1、合金的种类与化学成分

不同种类的合金具有不同的流动性，根据流动性试验测得的螺旋线长度可知，常用铸造合金中，灰铸铁的流动性较好，硅黄铜、铝硅合金次之，而铸钢的流动性较差。

同类合金中，化学成分不同，合金的结晶特点不同，其流动性也不一样。一般合金的结晶是在一个温度区问内完成，结晶时先形成的初晶会阻碍金属液的流动；而共晶合金是在恒温下结晶，无初品形成，对金属液的阻力较小，另外共晶合金的熔点低，在同样的浇注温度下，共晶合金结晶前有足够的时间充满铸型的型腔，所以共晶合金的铸造性能优良。合金的成分越远离共晶点，结晶温度范围越宽，其流动性越差。因此在满足使用性能的前提下，铸造合金应尽量选用共晶合金或接近共品成分的合金。

2、浇注工艺条件

提高浇注温度可改善金属的流动性。浇注温度越高，金属保持液态的时间越长，其黏度也越小，所以流动性也就越好。因此适当提高浇注温度是改善流动性的工艺措施之一。另外铸型材料的导热性、铸型内腔的形状和尺寸等因素划’流动性也有影响。

收缩性

铸造合金从液态凝同和冷却至室温过程中，其体积和尺寸减少的现象称为收缩性。包括液态收缩、凝固收缩、固态收缩三个阶段。液态收缩是金属液由于温度的降低而发生的体积缩减。凝固收缩是金属液凝固（液态转变为同态）阶段的体积缩减。液态收缩和凝固收缩表现为合金体积的缩减，通常称为“体收缩”。固态收缩是金属在固态下由于温度的降低而发生的体积缩减，固态收缩虽然也导致体积的缩减，但通常用铸件的尺寸缩减量来表示，故称为“线收缩”。

铸件收缩不仅影响尺寸，还会使铸件产生缩孔、疏松、内应力、变形和开裂等缺陷，故铸造用材料的收缩率越小越好。收缩直接影响铸件的质量。液态收缩和凝固收缩若得不到补足，会使铸件产生缩孔和缩松缺陷，固态收缩若受到阻碍会产生铸造内应力，导致铸件变形开裂。

1、缩孔和缩松

缩孔是由于金属的液态收缩和凝固收缩部分得不到补足时，在铸件的最后凝固处出现的较大的集中孔洞。缩松是分散在铸件内的细小的缩孔。缩孔和缩松都能使铸件的力学性能下降，缩松还能使铸件在气密性试验和水压试验时出现渗漏现象。生产中可通过在铸件的厚壁处设置冒口的工艺措施，使缩孔转移至最后凝固的冒口处，从而获得完整的铸件。冒口是多余部分，切除后便获得完整、致密的铸件；也可以通过合理地设计铸件结构，避免铸件局部金属积聚，来预防缩孔的产生。

2、变形与开裂

铸件在凝固后继续冷却过程中，若固态收缩受到阻碍就会产生铸造内应力，当内应力达到一定数值时，铸件便产生变形甚至开裂。铸造内应力主要包括收缩时的机械应力和热应力两种，机械应力是由铸型、型芯等外力的阻碍收缩引起的内应力；热应力是铸件在冷却和凝固过程中，由于不同部位的不均衡收缩引起的内应力。

生产中为减小铸造内应力，经常从改进铸件结构和优化铸造工艺入手，如铸件的壁厚应均匀，或合理地设置冷铁等工艺措施，使铸件各部位冷却均匀，同时凝固，从而减小热应力；铸件的结构尽量简单、对称，这样可减小金属的收缩受阻，从而减小机械应力。

影响收缩率的因素分内部和外部条件。

（1）合金的种类和成分

合金的种类和成分不同，其收缩率不同，铁碳合金中灰铸铁的收缩率小，铸钢的收缩率大。图3为常用铸造合金的线收缩率。

（2）工艺条件

金属的浇注温度对收缩率有影响，浇注温度越高，液态收缩越大。铸件结构和铸型材料对收缩也有影响，型腔形状越复杂、铸型材料的退让性越差，对收缩的阻碍越大。当铸件结构设计不合理，铸型材料的退让性不良时，铸件会因收缩受阻而产生铸造应力，容易产生裂纹。

偏析

液态材料凝固后，铸锭或铸件化学成分和组织的不均匀现象称为偏析。铸件的偏析可分为晶内偏析、区域偏析和比重偏析三类。

1、晶内偏析（又称枝晶偏析）是指晶粒内各部分化学成分不均匀的现象。这种偏析出现在具有一定凝固温度范围的合金铸件中。为防止和减少晶内偏析的产生，在生产中常采取缓慢冷却或孕育处理的方法。

2、区域偏析是指铸件截面的整体上化学成分和组织的不均匀。避免区域偏析的发生，主要应该采取预防措施，如控制浇注温度不要太高，采取快速冷却使偏析来不及发生，或采取工艺措施造成铸件断面较低的温度梯度，使表层和中心部分接近同时凝固。