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(jin)的(de)(de)(de)(de)鑄(zhu)造性(xing)能包括有(you)鑄(zhu)造用液體合金(jin)的(de)(de)(de)(de)氧(yang)化性(xing)、吸氣(qi)性(xing)、流動性(xing)及冷(leng)(leng)卻凝固時的(de)(de)(de)(de)收縮(suo)、偏析等。如果液體合金(jin)不易(yi)氧(yang)化，熔(rong)液不易(yi)吸收氣(qi)體；澆注時金(jin)屬熔(rong)液容(rong)易(yi)充(chong)滿型(xing)腔；凝固時鑄(zhu)件不易(yi)產生(sheng)(sheng)(sheng)縮(suo)孔，而(er)且化學成分均勻；冷(leng)(leng)卻時鑄(zhu)件不發生(sheng)(sheng)(sheng)變形和開裂，這樣的(de)(de)(de)(de)鑄(zhu)造金(jin)屬就(jiu)被認為有(you)良(liang)好的(de)(de)(de)(de)鑄(zhu)造性(xing)能，容(rong)易(yi)鑄(zhu)成完整而(er)優質(zhi)的(de)(de)(de)(de)鑄(zhu)件。相反(fan)，鑄(zhu)造金(jin)屬的(de)(de)(de)(de)鑄(zhu)造性(xing)能不良(liang)，則容(rong)易(yi)使(shi)鑄(zhu)件產生(sheng)(sheng)(sheng)缺陷。為了保證(zheng)鑄(zhu)件的(de)(de)(de)(de)質(zhi)量，必(bi)須增(zeng)加相應的(de)(de)(de)(de)工藝(yi)措施(shi)，因此就(jiu)有(you)可能提高鑄(zhu)件的(de)(de)(de)(de)生(sheng)(sheng)(sheng)產成本。


1. 合金的流動性


  合(he)(he)金(jin)的(de)(de)(de)(de)流(liu)動(dong)(dong)(dong)性是(shi)指液(ye)(ye)態合(he)(he)金(jin)的(de)(de)(de)(de)流(liu)動(dong)(dong)(dong)能(neng)力(li)，即液(ye)(ye)態合(he)(he)金(jin)充(chong)滿鑄型的(de)(de)(de)(de)能(neng)力(li)。流(liu)動(dong)(dong)(dong)性好的(de)(de)(de)(de)合(he)(he)金(jin)，易于充(chong)滿薄而復雜的(de)(de)(de)(de)鑄型腔，便于澆注出輪廓清晰的(de)(de)(de)(de)鑄件(jian)(jian)，減少(shao)澆注不足、冷隔等缺陷(xian)；有利(li)于液(ye)(ye)體合(he)(he)金(jin)中(zhong)(zhong)氣(qi)體和非金(jin)屬夾(jia)雜物的(de)(de)(de)(de)上浮與排出，有利(li)于對(dui)合(he)(he)金(jin)凝(ning)固過程中(zhong)(zhong)產生的(de)(de)(de)(de)收縮(suo)進行(xing)補縮(suo)，減少(shao)鑄件(jian)(jian)中(zhong)(zhong)氣(qi)孔(kong)(kong)、夾(jia)渣、縮(suo)孔(kong)(kong)、縮(suo)松(song)等缺陷(xian)的(de)(de)(de)(de)產生。因此，合(he)(he)金(jin)的(de)(de)(de)(de)流(liu)動(dong)(dong)(dong)性直接影響到鑄件(jian)(jian)的(de)(de)(de)(de)質量，良好的(de)(de)(de)(de)流(liu)動(dong)(dong)(dong)性是(shi)獲得優質鑄件(jian)(jian)的(de)(de)(de)(de)基本條件(jian)(jian)。


  合金的充型能力取決于(yu)金屬液本身的流(liu)動(dong)能力，同時又(you)受鑄(zhu)型性(xing)質、澆注(zhu)條件及鑄(zhu)件結(jie)構等(deng)影響。影響流(liu)動(dong)性(xing)的因(yin)素主要(yao)包括以下三個方面：


 ①. 合金的化學成(cheng)分


  合(he)金的(de)化學成分(fen)不(bu)同(tong)(tong)，它們的(de)熔點(dian)及結(jie)晶(jing)(jing)(jing)溫(wen)度(du)范圍不(bu)同(tong)(tong)，其(qi)流(liu)(liu)動性(xing)也不(bu)同(tong)(tong)。共(gong)(gong)晶(jing)(jing)(jing)成分(fen)的(de)合(he)金流(liu)(liu)動性(xing)最(zui)(zui)好，其(qi)結(jie)晶(jing)(jing)(jing)是在恒溫(wen)下進行，凝固時(shi)從(cong)表面(mian)逐層向中心發展，已凝固的(de)硬(ying)殼內(nei)表面(mian)比較(jiao)光滑，對尚(shang)未凝固的(de)液體流(liu)(liu)動阻(zu)力(li)小；隨著結(jie)晶(jing)(jing)(jing)溫(wen)度(du)范圍的(de)擴大，較(jiao)早形成的(de)樹枝(zhi)狀晶(jing)(jing)(jing)體，使凝固的(de)硬(ying)殼內(nei)表面(mian)參(can)差不(bu)齊，將阻(zu)礙(ai)金屬的(de)流(liu)(liu)動。因此，從(cong)流(liu)(liu)動性(xing)考(kao)慮(lv)，宜(yi)選用(yong)共(gong)(gong)晶(jing)(jing)(jing)成分(fen)或(huo)窄結(jie)晶(jing)(jing)(jing)溫(wen)度(du)范圍的(de)合(he)金作(zuo)為鑄造(zao)合(he)金。其(qi)中灰鑄鐵的(de)流(liu)(liu)動性(xing)最(zui)(zui)好，鑄鋼的(de)流(liu)(liu)動性(xing)最(zui)(zui)差。


 ②. 澆注溫度


  澆(jiao)注溫度(du)對(dui)合(he)金的(de)充(chong)(chong)型能力(li)(li)(li)有(you)著決定性(xing)的(de)影(ying)響。在(zai)一定的(de)范圍內，澆(jiao)注溫度(du)愈(yu)高(gao)，合(he)金液的(de)黏度(du)愈(yu)低，且在(zai)鑄型中流動(dong)的(de)時間增(zeng)長，充(chong)(chong)型能力(li)(li)(li)增(zeng)強，反之充(chong)(chong)型能力(li)(li)(li)差。因(yin)此，為(wei)防止(zhi)澆(jiao)不(bu)足和冷(leng)隔缺(que)陷的(de)產生(sheng)，對(dui)薄壁(bi)鑄件或流動(dong)性(xing)較差的(de)合(he)金可適當提高(gao)澆(jiao)注溫度(du)。但澆(jiao)注溫度(du)過(guo)高(gao)，液態合(he)金的(de)收縮增(zeng)大，吸氣量增(zeng)大，氧化(hua)嚴重(zhong)。容易導致縮孔、縮松、粘(zhan)砂、氣孔、粗晶等(deng)缺(que)陷，因(yin)此，在(zai)保(bao)證(zheng)充(chong)(chong)型能力(li)(li)(li)足夠的(de)條件下，應盡(jin)量降(jiang)低澆(jiao)注溫度(du)，復(fu)雜薄壁(bi)件取上限。


③. 鑄型的結構特(te)征


  鑄(zhu)型中(zhong)凡能(neng)增(zeng)加金(jin)屬液流動阻力(li)(li)和(he)冷(leng)卻速度的因素(su)，如型腔的表面粗(cu)糙、排(pai)氣不(bu)暢、內澆(jiao)道(dao)尺寸過小、鑄(zhu)型材料(liao)導熱性大(da)；鑄(zhu)型型腔中(zhong)的產氣量及(ji)排(pai)氣能(neng)力(li)(li)；鑄(zhu)件結構(gou)的復雜(za)程度和(he)表面粗(cu)糙度等，均會降(jiang)低(di)(di)金(jin)屬的流動性。凡是(shi)增(zeng)大(da)冷(leng)卻速度和(he)增(zeng)大(da)流動阻力(li)(li)的因素(su)都(dou)會降(jiang)低(di)(di)充型能(neng)力(li)(li)。如金(jin)屬型比砂型冷(leng)卻快；薄壁鑄(zhu)件的流動阻力(li)(li)大(da)，排(pai)氣不(bu)良時，氣體(ti)對合金(jin)產生背壓等都(dou)會降(jiang)低(di)(di)合金(jin)的充型能(neng)力(li)(li)。



2. 合金的收縮


  鑄件在凝固(gu)冷卻過程中，體(ti)積(ji)與尺寸(cun)會逐漸減(jian)小，這種(zhong)現象(xiang)稱(cheng)為收(shou)縮(suo)(suo)(suo)。收(shou)縮(suo)(suo)(suo)是鑄件中許多缺陷，如縮(suo)(suo)(suo)孔、縮(suo)(suo)(suo)松、裂(lie)紋和殘余應力等(deng)產生的基本原因。合金(jin)的收(shou)縮(suo)(suo)(suo)過程經歷液(ye)態(tai)收(shou)縮(suo)(suo)(suo)、凝固(gu)收(shou)縮(suo)(suo)(suo)和固(gu)態(tai)收(shou)縮(suo)(suo)(suo)三個階段。液(ye)態(tai)收(shou)縮(suo)(suo)(suo)和凝固(gu)收(shou)縮(suo)(suo)(suo)引(yin)起(qi)(qi)的合金(jin)體(ti)積(ji)減(jian)小，稱(cheng)為體(ti)收(shou)縮(suo)(suo)(suo)；固(gu)態(tai)收(shou)縮(suo)(suo)(suo)引(yin)起(qi)(qi)鑄件尺寸(cun)減(jian)小，稱(cheng)為線收(shou)縮(suo)(suo)(suo)。


 體收縮(suo)是(shi)鑄(zhu)件產(chan)生縮(suo)孔、縮(suo)松的根(gen)本(ben)原因，線收縮(suo)是(shi)鑄(zhu)件產(chan)生應力、變形與(yu)裂紋的根(gen)本(ben)原因。


①. 縮孔(kong)和縮松


 金屬液在(zai)凝(ning)(ning)固(gu)過程(cheng)中，合金的液態(tai)收縮值和凝(ning)(ning)固(gu)收縮值大于固(gu)態(tai)收縮值，且得不到補償。縮孔(kong)(kong)產生(sheng)的部位(wei)在(zai)鑄件最后凝(ning)(ning)固(gu)區域，此區域也稱熱節(jie)。如(ru)圖(tu)1-1所示為縮孔(kong)(kong)的形成示意圖(tu)。


圖 1.jpg


 圖1-2所示(shi)為縮(suo)(suo)松的(de)形成示(shi)意圖。縮(suo)(suo)松主(zhu)要出(chu)(chu)現在(zai)糊狀凝(ning)固的(de)合金中，或斷面較(jiao)大(da)的(de)鑄(zhu)件壁中。一般出(chu)(chu)現在(zai)鑄(zhu)件壁的(de)軸線區(qu)域、熱節(jie)處、冒(mao)口根部(bu)和內澆口附近，也常分布在(zai)集中縮(suo)(suo)孔的(de)下方。


圖 2.jpg


  縮孔(kong)和縮松(song)會降低鑄件的力學性(xing)能，縮松(song)還會降低鑄件的氣密(mi)性(xing)。采用定向凝(ning)固原(yuan)則(ze)可防止(zhi)縮孔(kong)產生，如圖(tu)1-3所示(shi)。


圖 3.jpg


 ②. 鑄造應力


  鑄(zhu)件(jian)凝固(gu)收縮(suo)時(shi)(shi)，使鑄(zhu)件(jian)的(de)體積(ji)和長度發(fa)生變化，如果收縮(suo)受阻(zu)，就(jiu)會在(zai)鑄(zhu)件(jian)中產(chan)(chan)生應(ying)(ying)力(li)，這種應(ying)(ying)力(li)不(bu)是由外加載荷(he)產(chan)(chan)生的(de)，而(er)是鑄(zhu)造(zao)本身的(de)原因，故稱為鑄(zhu)造(zao)（內）應(ying)(ying)力(li)。它主要包(bao)括熱應(ying)(ying)力(li)和機械應(ying)(ying)力(li)。這兩(liang)種應(ying)(ying)力(li)得不(bu)到及(ji)時(shi)(shi)消除，同時(shi)(shi)產(chan)(chan)生作用(yong)會引起鑄(zhu)件(jian)的(de)變形，甚至產(chan)(chan)生裂紋。


  a. 熱應(ying)(ying)力：由于(yu)鑄件壁(bi)厚不均勻、冷卻不一(yi)致導(dao)致的應(ying)(ying)力。一(yi)般在(zai)厚壁(bi)處產生拉應(ying)(ying)力，薄壁(bi)處產生壓應(ying)(ying)力。


  b. 機(ji)械應(ying)力(li)：當鑄件收(shou)縮時，受(shou)到鑄型(xing)(xing)、型(xing)(xing)芯和澆冒口等(deng)機(ji)械阻礙而(er)產生的應(ying)力(li)。機(ji)械應(ying)力(li)一般為拉應(ying)力(li)。


 ③. 減(jian)小與消除應力的方法


  鑄件(jian)冷卻收(shou)縮(suo)不均(jun)，固態(tai)收(shou)縮(suo)受阻形成(cheng)的應(ying)力(li)會(hui)降低零件(jian)的承載能(neng)力(li)，應(ying)力(li)較大時(shi)，會(hui)導致鑄件(jian)發生變形或(huo)開裂。


  在(zai)鑄造工藝方面采(cai)用退(tui)讓性好的(de)型砂和芯砂，合理設置澆注系(xi)統(tong)與冒口(kou)，使鑄件各部分(fen)冷卻溫度差(cha)減(jian)小(xiao)。采(cai)取合適的(de)鑄造工藝，使鑄件的(de)凝固(gu)(gu)過(guo)程符合同時凝固(gu)(gu)的(de)原則(ze)；在(zai)鑄件結構上，盡量設計成(cheng)壁(bi)厚均勻、壁(bi)與壁(bi)之(zhi)間(jian)連接均勻、熱節(jie)小(xiao)而(er)分(fen)散的(de)結構；及時對鑄件進行消除(chu)應力退(tui)火(huo)，以(yi)消除(chu)其鑄造應力。


  一般來說(shuo)，具有恒(heng)定(ding)凝(ning)(ning)固(gu)(gu)溫度(du)的(de)(de)金(jin)屬和合(he)金(jin)（如共晶凝(ning)(ning)固(gu)(gu)）易(yi)形成(cheng)集中(zhong)縮(suo)孔，合(he)金(jin)的(de)(de)凝(ning)(ning)固(gu)(gu)溫度(du)范圍(wei)愈寬，則愈易(yi)形成(cheng)分散的(de)(de)縮(suo)孔，即縮(suo)松。工(gong)藝(yi)上控制縮(suo)孔的(de)(de)方法是使鑄件(jian)實(shi)現(xian)順序凝(ning)(ning)固(gu)(gu)，在鑄件(jian)最后凝(ning)(ning)固(gu)(gu)的(de)(de)部位進(jin)行補縮(suo)，實(shi)現(xian)自(zi)下而上的(de)(de)順序凝(ning)(ning)固(gu)(gu)和補縮(suo)，在上部最后凝(ning)(ning)固(gu)(gu)的(de)(de)地方設置冒口，將縮(suo)孔移到(dao)冒口中(zhong)去。


  工藝(yi)上控制鑄造應(ying)力的主要方法是使鑄件(jian)實現(xian)同時(shi)凝(ning)固(gu)。此(ci)外改(gai)善型砂(sha)、芯砂(sha)的退讓性(xing)，掌(zhang)握好落砂(sha)的時(shi)間(jian)，并(bing)合理設(she)計鑄件(jian)等都能(neng)減少鑄造應(ying)力。對于(yu)鑄件(jian)內(nei)的殘余應(ying)力，可通過去(qu)應(ying)力退火(huo)加(jia)以消(xiao)除(chu)。


  金屬的鑄造(zao)(zao)性能對鑄件結構的要求是有助于金屬充(chong)型，使由收縮造(zao)(zao)成的變(bian)形和開裂減少或不發生(sheng)。


  在設計鑄件(jian)(jian)結(jie)構時，還(huan)要(yao)考慮到金屬鑄造(zao)性能的(de)(de)優劣，否則鑄件(jian)(jian)就會出現澆注不(bu)足、縮孔、縮松(song)、冷隔、鑄造(zao)應(ying)力、變形和裂紋(wen)等。往往在采用更(geng)合(he)(he)理(li)的(de)(de)鑄件(jian)(jian)結(jie)構后，便可除這些缺陷(xian)。因(yin)此，應(ying)使鑄件(jian)(jian)結(jie)構有利于合(he)(he)金液的(de)(de)充型，并能減輕或避免因(yin)合(he)(he)金收縮帶來的(de)(de)鑄件(jian)(jian)缺陷(xian)。