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阀门铸造工艺介绍

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一、何为铸造：

阀门铸造工艺

*第一节 铸造的概述及特点

将液体金属浇到具有与零件形状相适应的铸型空腔中，待其凝固后，以获

得一定形状尺寸和表面质量的零件的产品，称之为铸造。

二、铸造概述：

铸造具有悠久的历史，约在公元前三千年，人类已铸出多种精美的青铜器。

但几千年来是靠手工用粘土、砂等天然材料制造的。铸件的产量很小，随着工

业革命的发展，机械化的增长，铸件需求量的提高，在 20 世纪 30 年代开始使

用气动机器和人工合成造型的粘土砂工艺生产。随着时代的发展，各类造型方

法应运而生。例如：1933 年出现水泥砂型，1967 年出现水泥流态砂型；1944 年

出现冷却覆膜树脂砂壳型；1955 年出现热法覆膜树脂砂壳型，1958 年出现呋喃

树脂自硬砂型；1947 年出现 CO2硬化水玻璃砂型，1968 年出现了有机硬化剂的

水玻璃（有机脂水玻璃）工艺等。近年来，用物理手段制造铸型的新方法，如：

磁丸造型，真空密封造型法，失膜造型等。

铸造由于可选用多样成分、性能的铸造合金，加工基本建设投资小，工艺

灵活性大，生产周期短等优点，被广泛用于机械制造、矿山冶金、交通运送、

石化通用设备、农业机械、能源动力、轻工纺织、土建工程、电力电子、航天

航空、国际军工等国民经济各部门，是现代大机械工业的基础。

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铸造在中国已有漫长的历史，但铸造技术长期处在停滞状态，改革开放以

来，我国的铸造技术有了很大的发展，突出的表现在三个方面：造型、造芯的

机械化、自动化限度明显提高；自硬性化学型砂取代干型粘土砂和油砂；铸造

工艺技术由凭经验走向科学化，如：计算机模拟设计。这一系列的改革对提高

生产效率，减少劳动强度，改善生产环境，提高铸件内在质量和外观质量，节

约原材料和能源起了重大的作用。

三、铸造特点：

1、 铸造的适应性很广，灵活性很大， 产品规定及所处各种工况，可制造多

种金属材料的产品，如：铁、碳素钢、低合金钢、铜、铜合金、铝、铝合

金、钛合金等等。与其他成型方式相比，铸造不受零件的重量、尺寸和形

状限制。重量可从几克到几百吨，壁厚由 0.3mm 到 1m，形状只要在铸造

工艺性范围内，是十分复杂的，还是机械加工困难的，甚至难以制得的零

件，都可通过铸造的方式获得。

2、 铸造所用的原材料大多来源广，价格低廉，如废钢、砂等。但由于近期国

内铸造和钢铁业大量兴起，这些原材料价格出现上涨。

3、 铸件可通过先进的铸造工艺方法，提高铸件的尺寸精度和表面质量，使零

件做到少切割和无切割。对产品制造达成省工省料的效果，节约总体的制

作成本。

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四、铸造存在问题：
1、 我国大多数铸造公司，其铸造工艺落后，机械化限度低，从而使铸件的尺
2、 寸精度低、表面质量差、能源和原材料消耗高、生产效率低、劳动强度大、

环境污染严重、公司效益差。

3、 铸造是一个高危行业，同时又是一个苦、脏、累的工作，行业效益差，留

不往人。不管技术人员还是具体的操作者都很难寻，后继无人的现象十分

突出。

4、 铸造工序较多，流程长，对产品质量难以控制、废品率较高，近期合金价

格和人工费上涨，铸件成本大幅上升。

第二节 核电阀铸造工艺

核电阀门铸造零件考虑其使用的特殊性和使用规定，为稳定铸件的工艺质

量，所以对铸件的铸造工艺流程、材料、工艺、质量控制有严格的规定。
*一． 核电阀铸造工艺流程
****冶炼 ← 铸造工艺设计 → 木模制作
↓ ↓

成分控制

温度控制
型砂实验

↓
*浇 铸
↓
***冒 口 切 割
↓
粗清整
↓
*→ 打 磨
造型

配模

*二． 铸造工艺方案

↑ ↓
***补 焊 ← 射线探伤
↓
渗透或磁粉探伤
↓
热解决
↓
渗透或磁粉探伤
↓
**喷丸（喷砂） → 不锈钢酸洗钝化
↓ ↓
*入库 ←

根据产品结构、大小及技术规定制定铸造方式。制造方式通常分为两

种：砂铸和精铸。

砂铸：有粘土砂、树脂砂（呋喃、碱性酚醛、聚尿烷）、水玻璃砂〔CO2

*法硬化法、VRHC 真空 CO2置换太热空气硬化法（脱水硬化）、硅酸二钙和

赤泥等粉状硬化剂的自硬砂、有机酯硬化〕。

精铸：又称之为特种铸造。有熔膜铸造（失蜡铸造）、陶瓷型铸造、金

属型铸造、压力铸造、离心铸造、真空吸铸、磁性铸造、壳型铸造、实型铸

造（消失膜铸造）等约 12 种。

根据公司所具有的生产条件拟定铸造方式。

三．砂铸铸造工艺

1、型砂型（芯）砂质量对铸件质量有很大的影响，如：砂眼、气孔、夹砂、

裂纹等缺陷的产生常是由于型砂质量不合格所致。

型砂性能对铸件质量的影响：型砂应具有如下性能：

（1）强度 在外力作用下，其不易被破坏的性能称为强度。这种性能在铸型

制造、搬运以及液体金属冲击和压力作用下，不发生变形、损坏是非常

重要的，否则会导致塌箱、冲砂和砂眼等缺陷。

（2）透气性 型砂由于各砂粒间存在空隙，具有能使气体透过的能力称为透

气性。

（3）耐火度 型砂在高温金属液作用下不软化、熔化的性能。当耐火度局限性

时，砂粒将烧融而粘在铸件表面形成一层硬皮，使切削时加快刀具磨损。

因此粘砂严重时，也会使铸件报废，为填补型砂耐火度局限性，在铸型型

腔表面刷一层涂料。

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（4）退让性型（芯）砂具有随着铸件的冷却收缩而被压缩其体积的性能，

浇注后，型砂高温强度愈低，退让性愈好，铸件所受机械阻力也小。铸

件内应力减小；反之收缩受阻，内应力大，甚至产生裂纹。

除此之外，尚有回用性、发气量，对于树脂砂尚有微粉、烧减量、碱

性树脂的残碱量等等。

2、型砂的分类：

按照粘结剂的不同，型砂可分为：

（1）粘土砂 （2）水玻璃砂 （3）树脂砂 (4)油砂及合脂砂。

树脂砂工艺是铸造工艺上的一次大变革，它采用“树脂”作为粘洁剂，使铸

造工艺在各个方面都上了一个台阶。

树脂砂工艺的种类很多如壳芯，热芯盒、冷芯盒，自硬砂等等。我们采用

的是“呋喃树脂自硬砂工艺”。呋喃树脂自硬砂工艺不仅合用大批量的机械化生

产，同时也合用于单件、多品种、小批量生产，它同传统粘士砂比较它具有如

下优点：

生产铸件尺寸精度高，表面粗糙度低，节省能源，提高劳动生产率，改善工人劳动条件，

旧砂回用率高，对环境污染小等等。

该工艺自八十年引入中国，特别是生产线投入，相关技术原材料问题的解

决。在我国发展不久，特别在机床、造船、重机、电工等行业，所使用都取得

较好的成果。但其也有自身的局限性，在浇注碳钢薄壁铸件时，因其高温强度

较高，故极易产生裂纹缺陷。这一点对于核电阀门来讲是绝对不和行，同时也

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有一个铸件表面渗碳问题，对生产超低碳不锈钢最佳不要采用该工艺。

3、造型方法：

造型方法分为手工造型和机器造型：手工造型合用于单件，小批量生产。

按砂箱特性可分为：两箱、三箱、地坑、脱箱几种。按模型特性可分为：整模、

挖砂、假箱、活块、分模、车板等。

四．铸造工艺图的制定：
铸造生产的第一步，是根据零件的结构特点、技术规定、生产批量及生产

条件等，来拟定其铸造工艺方案，并绘制铸造工艺图。铸造工艺图是运用各种

工艺符号和颜色，把制造模型和铸型所需的资料直接绘在零件图上的图样。图

中应有: 铸件的浇注位置，分型面，型芯的数量形状、尺寸及其固定方法、机

械加工余量、拔模斜度和收缩率，浇口、冒口、冷铁的尺寸和位置等。

1.浇注位置的选择原则：

铸件的浇注位置是指浇注时铸件在铸型中所处的位置，这个位置对铸件质

量有很大影响，选择浇注位置应考虑如下原则：把铸件的重要部位和易产生缺

陷的部位放在最有利的位置。

（1）铸件的重要加工面或重要工作面应朝下或朝侧面，由于铸件上表面的缺

陷（如砂眼、气孔、夹渣等）通常比下部多，组织也不如下面致密。如

果这些平面难以做到朝下，则尽力使其位于侧面。当铸件的重要加工面

有数个时，则应将较大的面朝下，并对朝上的表面采用加大加工余量的

办法来保证铸件质量。

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图 3-1 为阀体铸件的浇注位置方案。由于法兰面、密封面是关键表面，不允许

有任何表面缺陷，并且规定组织均匀致密，因此，最抱负是将这些面朝下浇注，但针

对阀体又不也许，故只得采用如图的方案，将其放置于侧面。

图 3-1 阀体的浇注位置


图 3-2 法兰浇注位置方案

图 3-2 是法兰的浇注位置方案。由于法兰圆周表面的质量规定比较高，不允

许有铸造缺陷。假如采用卧浇，虽然便于采用二箱造型，且合箱方便，但上部

*圆周表面的质量难以保证。 若采用图中所示的立浇方案，虽然造型、合箱的工

作量加大，但法兰的所有圆周表面均处在侧面，其质量均匀一致，易于获得合格

铸件。

（2）铸件的大平面应朝下。这是由于在浇柱过程中，高温的液态金属对型腔

上表面有强烈的热幅射，有时型腔上表面型砂因急剧地热膨胀而拱起或

开裂，使铸件表面产生夹砂缺陷。很明显，呈水平位置的平面愈厚大，

上表面愈易产生夹砂。为此，对于平板类铸件，要使大平面朝下（图 3-3）。

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图 3-3 阀瓣的浇注位置 图 3-4 薄件的浇注位置

（3）为防止铸件上大面积薄壁部分产生浇局限性或冷隔缺陷，应尽量将大面的薄

壁部分放在铸型的下部或垂直、倾斜，这对于流动性差的合金尤为重要。

图 3-4 为油盘类铸件的合理浇注方案，此时，平面处液体金属的压力比平面在上部高得

多，液体金属易于填满铸型。

（4）铸件易形成缩孔的的热节部位，浇注位置将其设立在分型面附近的上部或

侧面，这样便于在铸件厚处直接安顿冒口，使之自下而上的顺序凝固、进行补

缩，以防止缩孔。如上述法兰铸件（图 3-2），厚端放在上部是合理的；反之，

若厚端在下部，则难以补缩。

（5）应能减少型芯的数量，便于型芯的固定和排气。

2、铸型分型面的选择原则

铸型分型面的选择也是铸造的工艺是否合理的重要关键之一。假如选择不

当，铸件质量难以保证，并使制模、造型、制芯、合箱，甚至切削加工等工序

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复杂化。因此，分型面的选择要在保证铸件质量的前提下，尽量简化工艺，节

省人力物力。实践证明，分型面的选择应考虑如下原则：

（1）应使铸型有最少的分型面，并尽也许为整形造型或分一个分型面。由于多

一个分型面，铸型就多增长一些误差，使铸件的精确度减少。假如铸件只有一

个分型面，就可采用工艺简便的两箱造型方法。图 3-5 为阀盖铸件，在大批量

生产时，为能在造型、合箱过程中方便操作，采用图中 I 的分型方式，只有一

个分型面。

图 3-5 阀盖铸件的分型面

必须指出，实际选定分型面时要从实际出发，对一些大而复杂或具有特殊规定

的铸件， 有时采用二个以上的分型面，反而有助于保证铸件质量和简化工艺。

（2）分型面的选择应尽量使型芯和活块数量少，以使制模、造型和合箱等工序

简化。

（3）应尽量使铸件所有或大放在同一砂箱内，这样易于保证铸件精度。若铸件

的加工面多，也应尽量使其加工基准面与大部分加工面在同一砂箱内。

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图 3-6 为一阀瓣铸件的两种分型方案。图中方案使铸件整个位于一个砂箱

中，有助于保证互相位置，有助于保证上下同心。

图 3-6 阀瓣铸件

（4）为便于造型、下芯、合箱及检查铸件壁厚，应尽量使型腔及重要型芯位于

下箱。但下箱型腔也不宜过深，并力求避免使用吊芯和大的吊砂。

（5）分型面尽量采用平直面，以简化模具制造及造型工艺。

（6）充足运用砂箱高度。

上述几项原则，对于具体铸件说来，往往彼此矛盾，难以全面符合。因此，

在拟定浇注位置和分型面时，要全面考虑，注意抓住重要矛盾，至于次要矛盾

则应从工艺措施上设法解决。

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3、工艺参数的拟定

为了绘制铸造工艺图，在铸造方案拟定以后，还须选择如下工艺参数：

（1）机械加工余量 铸件为进行机械加工而加大的尺寸称为机械加工余量。其

大小取决于合金的种类、铸件的尺寸、生产批量、加工面与基准面的距离、加

工面在浇注时的位置等。铸钢件因浇注温度高，铸件表面不够平整，加工余量

应比较大；大批量生产时，因采用机械造型，工艺装备完整，故其加工余量可

小；而单件、小批生产时，因手工造型误差大，加工余量也相应加大。表 3-1

所示为我公司常规机械加工余量放置量。

表 3-1 机械加工余量（mm）

铸件最大尺寸

浇注时位置

加 工 面 与 基 准 面 的 距 离（mm）

（mm）
<50
*50~120 120~260
260~500
*500~800 800~1250

<120

120~260

260~500

500~800

800~1250
顶 面
底、侧
顶 面
底、侧
顶 面
底、侧
顶 面
底、侧
顶 面
底、侧
*3.5~4.5 4.0~4.5
*2.5~3.5 3.0~3.5
**4.0~5.0 4.5~5.0 5.0~5.5
**3.0~4.0 3.5~4.0 4.0~4.5
**4.5~6.0 5.0~6.0 6.0~7.0
**3.5~4.5 4.0~4.5 4.5~5.0
**5.0~7.0 6.0~7.0 6.5~7.0
**4.0~5.0 4.5~5.0 4.5~5.0
**6.0~7.0 7.0~7.0 7.0~8.0
**4.0~5.5 5.0~5.5 5.0~6.0


6.5~7.0
5.0~6.0
7.0~8.0
5.0~6.0
7.5~8.0
5.5~6.0


7.5~9.0
5.5~7.0
*8.0~9.0 8.5~10.0
*5.5~7.0 6.5~7.5

注：加工余量数值中下限用于大批大量生产，上限用于单件小批生产。

铸件上待加工的孔、槽是否铸出，必须视孔、槽尺寸的大小、生产批量、

合金的种类等因素而定。一般说来，在单件、小批生产条件下，铸铁件直径小

于 25mm 和铸钢件直径小于 35mm 的加工孔，可不铸出，由于机械加工时直接钻

孔反而经济合算。

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（2）收缩率 铸件冷却后，由于合金的收缩其铸件尺寸比铸型型腔尺寸（即模

型尺寸）要小，为保证铸件应有的尺寸，制造模型时，预先放置钢的收缩和砂

型的收缩的综合收缩率，按比例将模型的尺寸放大。因此，要采用涉及合金收

缩率的“缩尺”来绘制模型图。合金收缩率的大小，随合金的种类及铸件的尺

寸、形状、结构而不同。通常铸钢约为 1.5～3.0%。

（3）拔模斜度 为了使模型（或型芯）易于从铸型（或芯盒）中取出，凡垂直

于分型面的立壁，在制造模型时必须留出一定的倾斜度，此斜度称为拔模斜度

或铸造斜度（图 3-7）。拔模斜度的大小取决于垂直壁的高度、造型方法、模型

材料及其表面光洁度等，通常为 3?\u65374X15?\u12290X垂直的壁愈高，其斜度愈小；机器

造型应比手工造型为小。铸件的内壁应比外壁斜度大，一般为 3?\u65374X10?\u12290X拔模

斜度具体数值可查阅有关手册。

4．型芯头 型芯头的形状尺寸，对于型芯在铸型装配中的工艺性与稳定性有很

大的影响。

图 3-7 拔模斜度 图 3-8 型芯头的构造

型芯头可分为垂直芯头和水平芯头两大类。单支点的水平芯头，又常称为

悬臂芯头。

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*d 垂直型芯 一般都有上下芯头，但短而粗的型芯也可不留出上芯头。芯

头的高度 H 重要取决于型芯头上的直径 d。芯头必须留有一定的斜度 a。

下芯头斜度应小些（5～10?\u65289X，高度应大些，以便增长型芯的稳定性；

而上芯头斜度应大些（6～15?\u65289X，高度应小此，以易于合箱。

*d 水平芯头 （图 3-8）长度 L 重要取决于型芯头的直径 d 和型芯的长度。

为便于下芯及合箱，铸型上的型芯座端部也应留有一定斜度 a，悬壁型芯

头必须做得比较长而大，以平衡支持型芯，防止型芯下垂或被液体金属

抬起。

型芯头与铸型型芯座之间应留有 1～4mm 间隙（S）,以便于铸型的装配。

第三节 合金的铸造性能

铸造生产中很少采用纯金属,一般都用各种合金。铸造合金除应具有符合要

求的机械性能和物理、化学性能外，还必须考虑其铸造性能。合金的铸造性能

重要有流动性和收缩偏析性，这些性能对于是否容易获得健全的铸件是非常重

要的。

一、合金的流动性

金属浇注时，液态金属可以填满铸型是获得外形完整、尺寸精确、轮廓清

晰铸件的基本条件。但是，液态金属在填充过程中因散热而随着着结晶现象，

同时还存在着铸型对液态金属的阻力，以及型腔中气体的反压力等等，这些都

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有碍液态金属的顺利填满。假如金属的流动性局限性，在金属还没填满铸型

前就停止流动，铸件将产生浇局限性或冷隔缺陷。

合金的流动性是指液态金属自身的流动能力和充填铸型能力。合金流动性

愈好，液态金属充填铸型的能力就愈强，因此，也常将合金流动性概括为液态

金属充填铸型的能力。

合金流动性是合金重要铸造性能之一。流动性愈好，愈易于浇注出轮廓清

晰、薄而复杂的铸件。同时，尚有助于液态金属中的非金属夹杂物和气体的上

浮和排除，易于对液态金属在凝固过程中所产生的收缩进行补缩。因此，在进

行铸件设计与制定铸造工艺时，都必须考虑合金的流动性。

二、合金的收缩

*1. 合金的收缩及影响收缩的因素

*（1）收缩 铸件在凝固和冷却过程中，其体积和尺寸减小的现象称为收缩。

收缩是铸造合金自身的物理性质，是铸件中许多缺陷（如缩孔、缩松、裂纹、

变形、残余内应力等）产生的基本因素。为了获得形状和尺寸符合技术规定、

组织致密的健全铸件，必须对收缩的规律性加以研究，近于熔点的液态金属，

其结构是由原子团和空穴组成，其原子间距比固态大得多。在金属浇入铸型直

到凝固前的冷却过程中，由于温度下降，空穴数量及原子间距减小，液态金属

的体积减缩。金属结晶完毕，空穴完全消失，金属原子间距进一步缩小。在金

属凝固后的继续冷却中，直到室温，原子间距还要缩小。可见，金属从浇注温

度冷却到室温要经历三个互相联系的收缩阶段：

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① 液态收缩 从浇涛温度冷却到凝固开始温度（液相线温度）的收缩；

② 凝固收缩 从凝固开始温度冷却到凝固终止温度（固相线温度）的收缩；

③ 固态收缩 从凝固终止温度却到室温的收缩。

合金的液态收缩和凝固收缩表现为合金的体积缩小，通常用体收缩率来表

示，它们是铸件产生缩孔、缩松缺陷的基本因素。合金的固态收缩，虽然也是

体积变化，但它只引起铸件外部尺寸的变化，因此，通常用线收缩率来表达。

固态收缩是铸件产生内应力、裂纹和变形等缺陷的重要因素。

不同的合金收缩率不同，在常用合金中，铸钢收缩最大。表 3-2 所示为碳素

钢的体积收缩率。

表 3-2 碳素钢的体积收缩率
******合金种类 含碳量% 浇铸温度℃ 液态收缩% 凝固收缩% 固态收缩% 总体积收缩%

*碳素铸钢 0．35
1610
1．6
3
7．86
12．46

* (2).影响收缩的因素 影响收缩的因素有：化学成分、浇注温度、铸件结构和

铸型条件等。

*① 化学成分 碳素钢随含碳量增长，凝固收缩增长，而固态收缩略减。灰

口铸铁中，碳是形成石墨的元素，硅是促进石墨化的元素，所以碳硅含量越多，

收缩越小。硫能阻碍石墨的折出，使铸件的收缩率增大，但适当的含锰量，但

*适当的含锰量，可与硫结合成 MnS，抵销了硫对石墨化的阻碍作用，使收缩率

减小。若含锰过高，铸铁的收缩率又有所增长。

② 浇注温度 浇注温度越高，过热度越大，液态收缩增长。

③ 铸件结构与铸型条件 合金在铸型中并不是自由收缩，而是受阻收缩。

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其阻力来源于如下两个方面：1）铸件的各个部门冷速不同，因互相制约而对收

缩产生的阻力，2）铸型和型芯对收缩的机械阻力。显然，铸件的实际线收缩率

比合金的自由线收缩率小，因此，在设计模型时，必须根据合金的品种、铸件

的具体形状、尺寸、造型工艺等因素，选取适合的收缩率。

2. 缩孔的形成及防止

*（1）缩孔和缩松的形成 液态金属在铸型内凝固过程中，由于液态收缩和

凝固收缩、体积缩减，若其收缩得不到补足，在铸件最后凝固的部分将形成孔

洞，这种孔洞称为缩孔。

**① 缩孔 缩孔通常隐藏在铸件上部或最后凝固部位，有时经机械加工可暴

露出来。在某些情况下，缩孔生产在铸件的上表面，呈明显凹坑，这种缩孔又

常称为“明缩孔”。缩孔的外形特性是：形状不规则，但多近于倒圆锥形，其内

表面不光。缩孔的形成过程如图 3-9 所示。液态金属填满铸型（图 3-9，a）后，

由于铸型的吸热，靠近型腔表面的金属不久就减少到凝固温度，凝固成一层外

壳（图 3-9，b）。

3-9 图缩孔形成过程示意图

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温度继续下降，凝固层加厚，内部的剩余液体，由于液态收缩和补充凝固层的

凝固收缩，体积缩减，液面下降，铸件内出现了空隙（图 3-9，c）。温度继续下

降，外壳继续加厚，液面不断下降。待内部完全凝固，则在铸件上部形成了缩

孔（图 3-9，d）。已经产生缩孔的铸件自凝固终止温度冷却到室温，因固态收缩

使外廓尺寸略缩小（图 3-9，e）。

**② 缩松 缩松实质上是将集中缩孔分散成为数量极多的小缩孔。对于相

同的收缩容积，缩松的分布面积要比缩孔大得多。

缩松的形成因素，虽然也是由于合金的液态收缩和凝固收缩未能补足所

致，但具体因素与集中缩孔相比有其特殊性。缩松的形成可由图 3-10 所示的圆

柱形铸件来说明。铸件一方面从外层开始凝固，但凝固的前沿凹凸不平（图 3-10a），

由于铸件在圆周方向散热条件相近，所以在凝固后期凝固的前沿几乎同时到达

中心，形成一个同时凝固区。在这个区域内，剩余液体被凹凸不平的凝固前沿

分隔成许多小液体区（图 3-10b）。最后，这些数量极多的小液体区凝固收缩时，

因得不到补缩而形成缩松（图 3-10c）。

图 3-10 缩松的形成过程


图 3-11 显微缩松


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当合金的结晶间隔很大时，除上述因素的缩松增多外，还将在更大的面积

上产生显微缩松。此时，在很宽的凝固区域内同时进行结晶，既有正在长大的

固体，又有液态金属（见图 3-11），而初生的晶体常呈树枝状长大，以致将液体

分隔成许多小液体区，若补缩条件不良，铸件也会产生缩松，这种缩松更为细

小，要在显微镜下来观测。显微缩松在铸件中难以完全避免，对于一般铸件通

常不作为缺陷看待，但假如规定铸件有高的气密性，防止压力下渗漏，或考虑

物理、化学性能时，则应设法防止或减少显微缩松缺隐。

从缩孔和缩松的形成可以看出：

①合金的液态收缩和凝固收缩越大（如铸钢、白口铸铁、铝青铜等），收缩

的容积越大，铸件越容易形成缩孔。

②合金的浇注温度越高，液态收缩也越大（通常每提高 100℃，体积收缩增

加 1.6%左右），越易于产生缩孔。

③结晶间隔大的合金，易于形成缩松；纯金属或共晶成分的合金，缩松的

倾向性很小，多易形成集中缩孔。

缩松，特别是显微缩松，分布面广，即难以补缩，又难以发现。集中缩孔

较易于检查和修补，也便于采用工艺措施来防止。因此，铸造生产中多采用接

近共晶成分的或结晶间隔小的合金来生产铸件。

任何形态的缩孔使铸件的机械性能显著下降，缩松还能影响铸件的气密性

和物理、化学性能。因此，缩孔和缩松是铸件的重大缺陷，必须根据铸件技术

规定，采用适当的工艺措施，予以防止。

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*（2）缩孔的防止方法 如前所述，收缩是合金的物理本性，对于正常浇注

温度下，已定成分的合金、其收缩容积是不能改变的，但这并不是说铸件的缩

孔是不能避免的。实践证明，尽管收缩很大的合金，只要合理控制钢的凝固，

使之实现顺序凝固，是可以获得没有缩孔的致密铸件的。所谓顺序凝固，就是

在铸件也许出现缩孔的热节处（即内接圆直径最大的厚大部分）通过增设冒口

或冷铁等一系列工艺措施，使铸件远离冒口的部分先凝固，尔后是靠近冒口部

分凝固，最后才是冒口自身凝固。按照这个冷却顺序，使铸件各个部位的凝固

收缩均能得到液态金属的补缩，而将缩孔转移冒口之中。冒口为铸件的多余部

**分，在铸件清理时予以切除。图 3-12 为冒口补缩示意图，图中 a）所示为没有

安顿冒口时，铸件上部厚壁处产生了缩孔，图中 b）为增设冒口后，铸件按

顺序凝固，缩孔转移到冒口中。

底部法兰

筒身

上部法兰

冒口

冒口种类很多，图 3-12 中所示的为普通冒口，其表面露于上箱，它是靠金

属的静压力起补缩作用的。这种冒口造型方便，操作灵活，便于浇注时补充热

金属，所以广泛应用。但其补缩效率差，花费金属多，且对铸件一些部位的使

用上受限制。为填补普通冒口的局限性，在成批、大量生产中，还常采用各种形

式的暗冒口。暗冒口散热慢，补缩效率较高，同时还便于对铸件的侧面或下部

进行补缩。为进一步提高补缩效率，还可采用措施提高冒口内部温度或压力，

如发热冒口、大气压冒口等。

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为了控制铸件的凝固，还可在铸件热节处安放冷铁。冷铁的作用是增大铸

件厚大部位的冷却速度，防止产生缩孔，但冷铁自身并不起补缩作用。冷铁通

常是用铸铁或钢制成。

图 3-12 所示阀体形铸件的补缩方法。

图 3-13 阀体铸件的两种铸造方法：

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图中左边表达没有冒口时热节处也许产生的缩孔；图中右边表达增设冒口

及冷铁后，铸件实现了顺序凝固，防止了缩孔。

安顿冒口、实行顺序凝固，可有效地防止缩孔，但冒口浪费金属、花费工时、

使铸件成本增长，并且铸件内应力加大，易于产生变形和裂纹。因此，它重要

用于凝固收缩大、结晶间隔小的合金，如铸钢，高牌号灰口铸铁、球墨铸铁、

可锻铸铁、黄铜等。

三． 铸造内应力、变形和裂纹

铸件在凝固以后的继续冷却过程中、其固态收缩若受到阴碍，便在铸件内

部产生内应力，称为铸造内应力。这种内应力有时是冷却过程中暂存的，有时

一直残留到室温，后者称为残余内应力。铸造内应力是铸件产生变形、冷裂和

热裂等缺陷的重要因素。按其产生的因素，重要分为热应力和收缩应力两种。

**1． 热应力 热应力是由于铸件壁厚不均匀，各部分冷却速度不同，以致在同

一时期内，铸件各部分收缩不一致而产生的。

为了分析热应力的形成，一方面必须了解金属自高温降到室温时状态的改变，

即区分塑性状态和弹性状态。

**塑性状态 金属从凝固终止温度到再结晶温度（钢和铸件为 620-650℃），

处在塑性状态。此时，延伸率很高，塑性好，在较小的外力下，就发生塑性变

形（即永久变形），且内应力自行消除。

*弹性状态 低于再结晶温度的金属处在弹性状态。此时，在外力作用下，

金属发生弹性变形，变形后应力继续存在。

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*2．收缩应力 它是收缩受到机械阻碍而形成的内应力，因此，又叫机械应力。

形成机械阻碍的因素很多，如型砂或型芯的高温强度过高、退让性差，砂箱箱

带或芯骨吃砂量过少等。

收缩应力一般使铸件产生拉伸或剪切应力，这种应力是暂时的，铸件经打

箱或取出型芯后，应力便可消失。但是，收缩应力在铸型中能与热应力共同起

作用，增强了拉伸应力，促使铸件在高温时产生热裂或在低温时产生冷裂。

第四节 阀体铸造工艺实例

下面以阀体为例简要介绍一下铸造工艺设计情况。

图 3-14、3-15 为一阀体的两种工艺，在此作一简要分析:

1．浇注位置、分型面的选择

根据浇注位置的选择原则，阀体的三法兰、密封面为重要部位。由于阀体

的结构特点，为保证方便脱模并保证质量，以三法兰水平方向的中心线为分型

面。采用哈夫面两侧法兰的位置设计成浇注位置。这样能保证泥芯数量最少也

便于下芯和检查（见图 3-14）。

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2．工艺参数

根据铸件的重要尺寸查阅有关手册即可，根据产品大小决定加工余量。

３、冒口设计

冒口设计是铸造工艺中的关键。是保证铸件内在质量的关键所在。要达保

证冒口比铸件迟凝固，以使冒口中的金属液能充足补给铸件凝固过程中的体收

缩量。一方面分析铸件热节分布状况，在铸件厚大部即热节处应设立冒口。对阀

体来讲为三法兰根部及密封圈部位为热节区。因此在这几个部位应设立冒口。

如下图两个阀体均是如此考虑的。但两者也有些不同。图 3-15 中采用暗边冒口，

且浇口通过冒口，有助于使冒口金属液温度高于铸件。图 3-14 中采用明顶冒口。

虽冒口形式不同，但结果是一致的。均能保证冒口的补缩作用，具体冒口的计

算方法略。

图 3-15

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第五节 核电阀门铸件的补焊

核电阀门因其工况的特殊性，故对铸件的内在质量规定极为严格，一般均需

进行 RT 探伤，以保证其内在质量，但铸件总存在着一定的缺陷，其中有的缺是

允许存在的，而有的则是不允许存在的，对于不允许存在的缺陷，若其数量、

大小符合《铸件焊补规范》，则可以通过焊补来加以修复。就铸造自身而言，在

一定范围内的铸造缺陷可以用挖补的方法加以消除。对于核电阀门铸件，则对

于补焊的控制则更为严格。具体补焊的控制规定有以下这些：

1. 如实记录缺陷情况

对于铸件的缺陷，均需做好缺陷记录。对重要件（一般体、盖、门），规定

返修的每件铸件都要有简图并标明缺陷类型、位置和挖凿后留下的凹坑的尺寸

大小。写清焊补时的具体操作参数。在日后阀门使用中，用户可以跟踪这些部

位。

2．履行焊补申请制度

核电阀门铸件出现超标缺陷，在焊补前必须由铸造单位提出申请，经设计、

工艺部门批准，制定具体实行方案，并报请总工程师批准后方可进行焊补。对

铸件焊补这一重大事件做到了层层把关。

*3． 严厉焊补操作规范

在铸件的补焊过程中，必须由具有核电焊补资格的焊工进行施焊，在焊补

过程中必须严格按工艺规定和操作规范进行，做好焊条烘干及在使用过程中的

保温，保持一定层间温度。

*4、 做好焊后热解决

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铸件补焊后在补焊区域发生了从液态到固态的变化，补焊的边沿区经受了

加热、冷却过程使其产生应力，同时焊补局部组织也发生了变化，为此铸件经

补焊后必须进行热解决，使铸件组织、性能一致，应力得到消除。但铸件热处

理次数也不能过多，所以我们采用生坯 RT 和