鑄件百科
鑄造過程中固有的鑄件收縮類型
作者：華峰鑄造
發布時間：2020-12-07
我們常說鑄造熔融金屬就像處理生物。鑄造工程師需要了解不同的合金對不同的鑄造工藝、鑄件幾何形狀、運行系統、溫度等作出怎樣的反應。近年來，華峰重工與華中科技大學合作，通過計算機的技術實現科學化、信息化管理，使用華鑄CAE鑄造模擬軟件，華峰重工鑄造廠積累了豐富的經驗。如今，這些技術大大縮短了，從最初的鑄造模擬設計到完成鑄造機械零件的交付時間。不過，在考慮鑄造機械零件的幾何形狀時，鑄造工程師需要注意很多方面。
這些考慮因素中的關鍵是收縮。收縮發生在鑄造工藝的各個階段，如果要滿足組件規格并避免鑄造缺陷，則必須仔細考慮。
在本文中，我們將考慮各種鑄件合金的收縮率，并討論它們如何影響鑄造過程。
凝固收縮率
△華峰鑄造
隨著熔融金屬的冷卻，收縮分為三個不同的階段：
液體收縮是合金冷卻時發生的收縮，但保持液態。從鑄造設計的角度來看，這通常并不重要。
凝固收縮是當合金從液體變為固體時，會發生液體至固體的收縮。熔融金屬在冷卻過程中保持整個模具中的流體金屬通道保持打開狀態，因為收縮會將更多的金屬從冒口進入鑄件中。
固態收縮是固態金屬鑄件在固態下冷卻至環境溫度時發生的持續收縮。所以我們必須考慮到在模具或模具設計中進行補償，以確保達到規定的最終總體尺寸。
從鑄造幾何設計的角度來看，根據發生的凝固類型進一步對合金進行分類。有以下三種類型：
① 共晶凝固：熔融合金在鑄模中短暫地保持液態，一旦它們開始冷卻，整個鑄造過中就會迅速發生凝固。內部收縮很小，因此冒口并不是很重要，因為很少有其他合金會被引入模具。共晶合金的例子是灰鑄鐵，鋁356，青銅硅，黃黃銅，鈦和鋯。
② 定向凝固：這些合金開始從模具壁向內快速凝固。這使它們可預測，因此良好的幾何設計可以考慮熱梯度模式，以避免可能導致內部收縮的封閉路徑。定向合金的示例是碳鋼，低合金鋼和鎂ZE43。
③ 等軸凝固：這些合金有些難以預測，因為它們將從模具壁開始向內凝固。這些合金具有典型的細微分散的微孔性。等軸合金的例子是356鋁和青銅鋁。
所以，為了考慮收縮對特定部件幾何形狀的大小和形式的影響，首先選擇要用于鑄造的合金。
了解每種合金將要發生的熱模式和凝固過程的種類至關重要，因為它可以使設計人員預測應如何發生凝固。但是，即使定向凝固最可預測，也存在其他并發癥。在較冷的區域(模具表面相對于金屬體積較大的區域)與其他較熱的區域(可能在金屬體積較大的區域)之間將存在差異冷卻。然后，凝固將從壁上以及從較涼的區域向較熱的區域向內傳播。因此，重要的是，幾何形狀允許在凝固將其從立管上切下之前，液態金屬通向較熱區域的通道清晰。這是通過逐漸變細和有效的立管放置來完成的，否則，可能會發生孤立的內部收縮，從而引起空隙或孔隙。
無論發生哪種類型的固化，固體收縮都會導致在環境溫度下最終尺寸的整體收縮和相對可預測的收縮。在模具制造的模型，模具或型芯盒的構造中必須允許這樣做。但是，必須注意，收縮可能無法在整個組件中均勻分布，因為某些區域可能比其他區域更硬。除非幾何設計考慮了這種風險，否則這可能會導致引入殘余應力并導致零件翹曲。
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