材料成型 第一章 - 图文

绪论一、加工制造业及在国民经济中的作用：制造技术是使原材料变成产品的技术的总称，是国民经济的重要支柱产业。二、材料成形工艺基础课程的研究范畴、任务：1、材料的性能和行为特征：工程材料可分为金属材料、高分子材料、陶瓷材料、复合材料。2、加工工艺方法：热加工：液态成形、塑性成形、连接成形冷加工：切削加工

工程材料的分类金属材料：金属材料是以过渡族金属为基础的纯金属及其含有金属、半金属或非金属的合金，是工程材料中最重要的材料之一。高分子材料：高分子材料是以高分子化合物为主要组分的材料。每一个高分子化合物又都是由一种或几种简单的低分子化合物聚合而成的，故高分子化合物也称高分子聚合物(简称高聚物)。

陶瓷材料：主要是指由一种或多种金属元素与非金属元素的氧化物、碳化物、氯化物、硅化物及硅酸盐所组成的无机非金属多晶材料。复合材料是由两种或两种以上性质不同的材料组合起来的一种固体材料。

3、制造过程的集成和质量控制：加工制造过程是一个复杂的过程，还应了解相关的工业工程、质量控制、工程管理等。本课程主要涵盖第二部分中热加工工艺基础。具体包括以下内容：各种加工方法的特点、理论基础；常用材料的工艺性能及对加工工艺的影响；机械零件设计的结构工艺性；机械生产工艺流程、各种工艺方法的相互联系等。

三、课程特点：1、加工工艺是时时更新、进步的：经济的竞争是以技术竞争为核心。2、加工工艺互相联系，构成一个整体：零件的机械加工要综合应用多种方法，从毛坯成形、后续精加工、表面处理、装配等。以齿轮为例：?了解产品的使用要求、技术性能要求：?选材：要满足性能要求，同时便于组织生产。机械性能：σb、σs、αk、HB等。使用要求：表面要求、耐磨、耐蚀等。工艺性能：易于加工。?制订工艺流程：下料——锻造——正火——粗车——调质——精车、齿加工——

齿面表面淬火

——低温回火——磨削——成品?质量、经济分析：3、实践性强。第一章铸造成形工艺理论基础第一节概述一、生产过程：模型、型砂芯盒、芯砂二、特点：1、可制造形状复杂、特别是复杂内腔零件。2、合金种类不限。3、尺寸、重量范围广。造型合金熔炼浇注落砂、清理、检验4、成本较低。机械性能较差，工序长，废品率高。三、铸造成形方法的分类：?分为砂型铸造和特种铸造。

?砂型铸造：成本低廉，适应性广，占铸件总产量90%以上。?特种铸造：熔模铸造、金属型铸造、?压力铸造、低压铸造等。?质量好，效率高。?成本高，适应性有局限。

第二节合金的铸造性能合金的铸造性能是指合金在铸造过程中获得外形准确、内部健全铸件的能力。包括流动性、收缩性、吸气性及偏析等性能。一、合金的充型：液态合金填充铸型的过程称为充型。充型能力不足，易产生浇不到、冷隔等缺陷。影响充型能力的因素：1、合金的流动性：合金的流动性是指液态金属的流动能力，在铸造时是指液态合金充填铸型型腔的能力。?合金流动性的测定是采用螺旋形标准试样。常用铸造合金中灰铸铁、硅黄铜的流动性最好，铝合金次之，铸钢最差。.不同化学成分的合金，因结晶特性、粘度不同，流动性不同。1）共晶成分合金的流动性最好：逐层凝固，结晶前沿较平滑；其过热度最大。2）非共晶成分合金的流动性较差：结晶特性是经过液、固两相共存区；树枝晶，凝固前沿界面粗糙；表面积大，热传导快。凝固温度范围越大的合金，树枝晶越发达，其流动性也越差。.影响金属粘度的成分对流动性有影响。如P和S。P：降低粘度，有冷脆。S：使粘度增加。2、浇注条件：①浇注温度：浇注温度对合金流动性的影响很显著。浇注温度越高，越有利提高合金的流动性。但浇注温度过高，会导致铸件产生缩孔、缩松、气孔和粘砂等缺陷，薄壁复杂铸件或流动性较差的合金适当提高浇注温度来提高流动性。灰铸铁1200～1380 ℃，铸造碳钢1520～1620 ℃，铝合金680～780 ℃。②浇注压力：增大浇注压力显然可改善流动性。3、铸型充填条件?①铸型导热能力：金属型导热能力强，容易降低合金的流动性。而干砂型，特别是将铸型在加热状态下浇注金属液时，其合金的流动性将显著增加。?②铸型的阻力：铸型内反压力增大，将导致铸型对金属液流动的阻力增加，从而降低合金流动性。

二、合金的收缩性：?1．合金收缩的概念?合金从浇注、凝固直至冷却到室温的过程中，其体积或尺寸缩减的现象，称为收缩。收缩经历如下三个阶段：(1)液态收缩ε液(2)凝固收缩ε凝以体收缩率表示，是缩孔及缩松的基本原因。(3)固态收缩ε固：以线收缩率表示，是应力、变形及裂纹的基本原因。铸钢收缩率最高，而灰铸铁最小。

2．影响合金收缩的因素：(1)化学成分：碳素钢的含碳量增加，其ε凝增加，而ε固略减。灰铸铁收缩小。硫可阻碍石墨析出，使收缩率增大。(2)浇注温度：浇注温度越高，合金的总收缩率加大。(3)铸件结构和铸型条件：铸件在铸型中受阻收缩。其阻力来源于：①铸件各部分的冷却速度不同，引起各部分收缩不一致，相互约束而对收缩产生阻力。②铸型和型芯对收缩的机械阻力。3、铸件中的缩孔与缩松：(1)缩孔和缩松的形成①缩孔的形成：纯金属和共晶成分的合金，易形成集中的缩孔。②缩松的形成：凝固温度范围大的合金，缩松倾向大。缩松分为宏观缩松和显微缩松两种。(2)缩孔和缩松的防止：①缩孔的防止：其具体办法是：采用冒口和冷铁，控制铸件定向凝固。

②缩松的防止：采用在热节处安放冷铁或在局部砂型表面涂激冷涂料，加大铸件的冷却速度；或用加大结晶压力，以破碎枝晶，减少其对金属液流动的阻力，从而达到部分防止缩松的效果。4、铸造内应力及铸件的变形和裂纹：?(1)内应力的形成：?①热应力：由于铸件各部分冷却速度不同，以致在同一时间内铸件各部分收缩不一致，导致相互约束而引起的内应力。

结论：a）热应力的性质是：铸件缓冷处（厚壁或心部）受拉伸；快冷处（薄壁或表层）受压缩。

b）铸件冷却时各处的温差越大，定向凝固愈明显，合金的固态收缩率越大，弹性模量愈大，则热应力愈大。预防应力的基本途径：减少铸件各处的温差，使其均匀冷却。具体措施有：尽量选择弹性模量小的合金；设计壁厚均匀的铸件；在铸造工艺上，控制铸件各部位同时凝固。

②机械应力：它是铸件的固态收缩受到铸型或型芯等机械阻碍而形成的内应力。结论：1、应力性质：使铸件受剪切或拉伸应力。2、高温时易使铸件产生裂纹（热裂）。3、铸件落砂清理后可部分或全部消失。(2)铸件的变形及其防止：①变形的原因：由于铸件厚的部位（冷却慢的部位）受拉应力，薄的部位（冷却快的部位）受压应力，残余应力使铸件产生变形。结论：受拉应力的部分产生收缩变形，受压应力的部分产生拉伸变形。

②变形的防止：铸件的壁厚应均匀，形状应对称。采用同时凝固方式、增大加工余量、反变形法、设防变形筋及时效处理（自然时效及人工时效）。（3）铸件的裂纹及其防止：?①热裂：?形状特征：裂纹短、缝隙宽、形状曲折、缝内呈氧化色。?形成原因：热裂是在铸件凝固末期，接近固相线的高温下形成的。?在铸钢和铸造铝合金中较常见。?防止措施：应尽量选择凝固温度范围小、热裂倾向小的合金和改善铸件结构；提高型砂和芯砂的退让性；此外，应严格控制含硫量。

?②冷裂：?形状特征：裂纹细小，呈连续直线状，缝内有金属光泽或轻微氧化色。?形成原因：较低温度下，由于热应力和收缩应力的综合作用，铸件的内应力超过合金的强度极限而产生的。?出现部位：铸件受拉应力，特别是应力集中处。?凡是减少铸件内应力或降低合金脆性的因素均能防止冷裂。控制含P量。?此外，设置防裂筋亦可有效地防止铸件裂纹。三、合金的吸气性：?液态合金中吸入了气体，若在其冷凝过程中不能逸出，或滞流在金属中，则在冷凝后将使铸件内形成气孔缺陷。?按照气体的来源，分为侵入性气孔、析出性气孔、反应性气孔。1、侵入性气孔：主要是砂型和型芯中的气体侵入金属液中而形成的气孔。防止途径：降低型砂及芯砂的发气量，增强铸型的排气能力。2、析出气孔：形成原因：气体在液态合金中的溶解度较固态大得多，且随温度升高而加大。溶解的气体在冷凝过程中析出。特征：尺寸较小，分布面积广。在铝合金中最多见，“针孔”缺陷。防止措施：保证炉料洁净、干燥，严格遵守熔炼及浇注操作工艺。?3、反应气孔：?反应气孔是液态金属与铸型材料、芯撑、冷铁或熔渣之间发生化学反应产生气体而形成的。?皮下气孔：?冷铁气孔：Fe3O4+ 4C =3Fe + 4CO↑本章小结：一、本章重点：1.合金的流动性及其影响因素;2.铸件中的缩孔与缩松的形成及防止；3.铸造内应力、变形的产生及防止。二、本章难点：铸造内应力、变形的产生及防止.复习思考题

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