铸件百科
铸造过程中固有的铸件收缩类型
作者：华峰铸造
发布时间：2020-12-07
我们常说铸造熔融金属就像处理生物。铸造工程师需要了解不同的合金对不同的铸造工艺、铸件几何形状、运行系统、温度等作出怎样的反应。近年来，华峰重工与华中科技大学合作，通过计算机的技术实现科学化、信息化管理，使用华铸CAE铸造模拟软件，华峰重工铸造厂积累了丰富的经验。如今，这些技术大大缩短了，从最初的铸造模拟设计到完成铸造机械零件的交付时间。不过，在考虑铸造机械零件的几何形状时，铸造工程师需要注意很多方面。
这些考虑因素中的关键是收缩。收缩发生在铸造工艺的各个阶段，如果要满足组件规格并避免铸造缺陷，则必须仔细考虑。
在本文中，我们将考虑各种铸件合金的收缩率，并讨论它们如何影响铸造过程。
凝固收缩率
△华峰铸造
随着熔融金属的冷却，收缩分为三个不同的阶段：
液体收缩是合金冷却时发生的收缩，但保持液态。从铸造设计的角度来看，这通常并不重要。
凝固收缩是当合金从液体变为固体时，会发生液体至固体的收缩。熔融金属在冷却过程中保持整个模具中的流体金属通道保持打开状态，因为收缩会将更多的金属从冒口进入铸件中。
固态收缩是固态金属铸件在固态下冷却至环境温度时发生的持续收缩。所以我们必须考虑到在模具或模具设计中进行补偿，以确保达到规定的最终总体尺寸。
从铸造几何设计的角度来看，根据发生的凝固类型进一步对合金进行分类。有以下三种类型：
① 共晶凝固：熔融合金在铸模中短暂地保持液态，一旦它们开始冷却，整个铸造过中就会迅速发生凝固。内部收缩很小，因此冒口并不是很重要，因为很少有其他合金会被引入模具。共晶合金的例子是灰铸铁，铝356，青铜硅，黄黄铜，钛和锆。
② 定向凝固：这些合金开始从模具壁向内快速凝固。这使它们可预测，因此良好的几何设计可以考虑热梯度模式，以避免可能导致内部收缩的封闭路径。定向合金的示例是碳钢，低合金钢和镁ZE43。
③ 等轴凝固：这些合金有些难以预测，因为它们将从模具壁开始向内凝固。这些合金具有典型的细微分散的微孔性。等轴合金的例子是356铝和青铜铝。
所以，为了考虑收缩对特定部件几何形状的大小和形式的影响，首先选择要用于铸造的合金。
了解每种合金将要发生的热模式和凝固过程的种类至关重要，因为它可以使设计人员预测应如何发生凝固。但是，即使定向凝固最可预测，也存在其他并发症。在较冷的区域(模具表面相对于金属体积较大的区域)与其他较热的区域(可能在金属体积较大的区域)之间将存在差异冷却。然后，凝固将从壁上以及从较凉的区域向较热的区域向内传播。因此，重要的是，几何形状允许在凝固将其从立管上切下之前，液态金属通向较热区域的通道清晰。这是通过逐渐变细和有效的立管放置来完成的，否则，可能会发生孤立的内部收缩，从而引起空隙或孔隙。
无论发生哪种类型的固化，固体收缩都会导致在环境温度下最终尺寸的整体收缩和相对可预测的收缩。在模具制造的模型，模具或型芯盒的构造中必须允许这样做。但是，必须注意，收缩可能无法在整个组件中均匀分布，因为某些区域可能比其他区域更硬。除非几何设计考虑了这种风险，否则这可能会导致引入残余应力并导致零件翘曲。
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