铸件凝固后的线收缩特性分析

铸件的体积收缩以缩孔、缩松、外部缩凹和铸件外形体积的减小等形式表现出来。这里着重讨论铸件的外形收缩———线收缩问题。在有关合金的收缩问题的讨论中，实质上是假定合金的成分、温度是均匀一致的，而实际铸件在铸型内的冷却情况要复杂得多。这是因为铸件的收缩受许多因素的影响，例如：

1）铸件的收缩受散热流的方向和强度的控制，如单向散热和多向散热不同。

2）铸件不同部位因薄厚差异和冷却条件不同而存在温度差。同一断面上内部温度高于外部。

3）凝固时，铸件内部的液态收缩、凝固收缩（或膨胀）和铸件外表的固态收缩是同时进行的。

4）铸件的内部收缩受浇注系统和冒口的影响。

5）铸件外形的固态（线）收缩受到铸型、型芯的阻碍，还会受到因铸件结构原因而形成的热阻力的影响等。

铸件线收缩时会受到阻力，这些阻力包括：铸型表面的摩擦力、机械阻力和热阻力。

1.铸件线收缩阻力

（1）表面摩擦力 摩擦力的大小与铸件质量、型腔内表面平滑度有关。例如，碳钢铸件在粘土砂型中会因摩擦阻力使线收缩率平均减小0.3%。当铸型、型芯为降低表面粗糙度值低而上有涂料或敷料时，摩擦阻力很小，其影响可忽略。

（2）机械阻力 如铸件具有内腔或凸出部分，铸件收缩时就会受到铸型和型芯的阻碍，这种阻力称为机械阻力。机械阻力的大小与许多因素有关，如铸型和型芯的强度及溃散性，箱带、芯骨的吃砂量和刚性，铸件本身的厚度和结构尺寸等。机械阻力使铸件线收缩率减小。

（3）热阻力 因铸件材质和结构原因，铸件在冷却时，各部分之间、外表及内部温度不一致，使各部分之间、内外之间的收缩彼此制约，产生热应力而不能自由收缩，这种阻力称为热阻力或温度阻力。

2.自由线收缩率

当铸件为简单的直杆时，机械阻力和表面摩擦力均可忽略，其线收缩率称为自由线收缩率；当铸件在铸型内受到多种收缩阻力的影响时，其线收缩率称为受阻收缩率。自由收缩和受阻收缩实例如图6-18所示。

浇注标准的杆件，在自由线收缩仪上可以测出各种合金的自由线收缩曲线。几种常见的铸钢、铸铁的自由线收缩曲线如图6-19所示，表6-5为相应数据。(www.xing528.com)

从图6-19中可以看出，灰铸铁和球墨铸铁有两次膨胀过程，第一次膨胀量大，称为体积膨胀（缩前膨胀），是由于共晶时石墨及气体析出而引起的。第二次膨胀较小，是因共析转变而引起的。碳钢和白口铸铁没有缩前膨胀，而只有共析转变膨胀。且白口铸铁的共析转变膨胀不明显。

图6-18　自由收缩和受阻收缩实例（铸钢）

a）自由收缩　b）、c）、d）受阻收缩

图6-19　几种常用铸钢、铸铁的自由线收缩曲线

1—碳铸钢　2—白口铸铁　3—灰铸铁　4—球墨铸铁

表6-5　几种铸钢、铸铁的自由线收缩数据

① 体积膨胀，又叫共晶石墨化膨胀或缩前膨胀等。

据测定，在相同条件下普通灰铸铁的缩前膨胀（如0.148%）远比球墨铸铁（如0.6%）小，这与两种铸铁所具有的不同的凝固特性有关。

实际生产中铸件的线收缩率，根据铸件材质、大小、结构、铸型种类、所受的收缩阻力等具体条件不同，在很大范围内变化。铸件的长、宽、高、局部和整体的线收缩率都不一样。为了获得精确的铸件，对于成批、大量生产的工厂，应在试生产中多次测定各个尺寸的线收缩率。以实际的线收缩率为依据（作为缩尺）设计模样和芯盒的有关尺寸。对于单件小批生产的大型铸件，需要有类似产品的经验数据为依据来确定线收缩率，并应使用工艺补正量，以保证铸件质量，避免尺寸超差而报废。