材料成型加工技術(shù)基礎(chǔ)學(xué)時(shí)安排：總48學(xué)時(shí)，每周3學(xué)時(shí)授課老師：劉力菱課程性質(zhì)：必修課教材：《材料成型工藝技術(shù)基礎(chǔ)》韓建民主編，鐵道出版社，最新版E-mail：liuliling4339@材料成型加工導(dǎo)論

特點(diǎn)：綜合性強(qiáng)，實(shí)踐性強(qiáng)，技術(shù)基礎(chǔ)

新觀點(diǎn)：先進(jìn)制造技術(shù)包括

設(shè)計(jì)—制造—運(yùn)行

的全過程?！芯坑嘘P(guān)制造各種機(jī)件的工藝方法的綜合性技術(shù)學(xué)科。

鋼鐵鎂鋁銅鋅純金屬及其合金陶瓷高分子材料塑料橡膠材料金屬材料非金屬材料復(fù)合材料金屬基高分子無機(jī)非金屬復(fù)合材料材料分類：材料成型方法分類：——以金屬材料成型方法為例金屬材料成型熱加工冷加工：鑄造鍛壓焊接熱處理車、銑、刨、鉆、磨金屬材料的性能：金屬材料的性能機(jī)械性能：加工工藝性能：物理化學(xué)性能：強(qiáng)度(σb(抗拉強(qiáng)度)，

σ-1(疲勞強(qiáng)度)，σs(屈服強(qiáng)度))、彈性、塑性、伸長率、韌性等；導(dǎo)熱性、耐蝕性、相變點(diǎn)等；熱加工、冷加工、熱處理等；認(rèn)知和實(shí)踐兩條線：材料加工手段組織性能工作條件——認(rèn)知主線認(rèn)知和實(shí)踐兩條線：材料加工手段組織性能工作條件——實(shí)踐主線認(rèn)知和實(shí)踐兩條線：材料加工手段組織性能工作條件第一篇鑄造鑄造——將液態(tài)合金澆注到與零件的形狀、尺寸相適應(yīng)的鑄型型腔中，待其冷卻凝固，以獲得毛坯或零件的生產(chǎn)方法。

鑄造是歷史最為悠久的金屬成型方法，直到今天仍然是毛坯生產(chǎn)的主要方法。在機(jī)器設(shè)備中鑄件所占比例很大，如機(jī)床、內(nèi)燃機(jī)中，鑄件占總重量的70%~90%，壓氣機(jī)中占60~80%，拖拉機(jī)中占50~70%，農(nóng)業(yè)機(jī)械中占40~70%。中國古代金屬工藝技術(shù)——高超、輝煌簋：音gui,

盛食物用“門祖丁”簋（西周）

青銅器，高20.3cm。司母戍大方鼎（商代）青銅器，河南安陽出土，重875kg,高133cm,

長110cm，寬78cmThree-leggedtripod(三足鼎)Adelicateincenseburner(香爐)

TheyarecollectedintheTaipei'sNationalPalaceMuseum.

TheCopperCarriagewasproducedinQinDynasty(221B.C~207B.C).ItiscollectedintheMuseumoftheTerra-CottaWarriorsAndHorsesofQinShihuang(秦始皇兵馬俑博物館).TheCopperCarriage(秦始皇陵銅馬車)錯(cuò)金銀銅壺戰(zhàn)國時(shí)期，四川成都出土錯(cuò)金銀云紋犀尊戰(zhàn)國時(shí)期，四川成都出土現(xiàn)代鑄造技術(shù)——澆注鑄件時(shí)的情景用于核反應(yīng)堆的大型鑄件，重量達(dá)60多噸。300多噸重的大型鍛件——汽輪發(fā)電機(jī)主軸小汽車上的鑄件發(fā)動機(jī)的曲軸——球墨鑄鐵件帶有復(fù)雜內(nèi)腔的鑄件及所用型芯熔模鑄件壓鑄鋁合金機(jī)體形狀復(fù)雜的鋅合金壓鑄件鑄造生產(chǎn)的特點(diǎn)：適應(yīng)范圍廣：如常用的金屬材料均可鑄造；鑄件大小、壁厚、批量不限；可生產(chǎn)復(fù)雜形狀、復(fù)雜內(nèi)腔的毛坯或零件，如箱體、汽缸體等；成本低：原材料來源廣，價(jià)格低；鑄造生產(chǎn)過程比較復(fù)雜，廢品率較高。第一章鑄造工藝基礎(chǔ)§1-1

液態(tài)合金的充型液態(tài)合金的充型能力

——液態(tài)合金充滿鑄型型腔，獲得形狀完整、輪廓清晰鑄件的能力。

若充型能力不足，易引起澆不足或冷隔缺陷。澆不足即是鑄件未能獲得完整的形狀；冷隔即是鑄件雖可獲得完整的外形，但存有未完全熔合的垂直接縫，鑄件的機(jī)械性能嚴(yán)重受損。影響充型能力的主要因素：2.

澆注條件3.

鑄型填充條件

1.

合金的流動性

——內(nèi)因——外因

1.

合金的流動性

(1)流動性的測試螺旋形試樣法：

以螺旋形試樣的長度l來衡量。1—試樣鑄件；2—澆口；3—冒口；4—試樣凸點(diǎn)——液態(tài)合金本身的流動能力，是合金主要鑄造性能之一。合金的流動性愈好，則充型能力愈強(qiáng)。合金流動性的大?。簂，流動性(2)影響合金流動性的因素：灰口鑄鐵，硅黃銅，其流動性最好；鑄鋼的流動性最差。（為什么？）

實(shí)驗(yàn)得知，在常用的鑄造合金中:灰口鑄鐵：l1000mm

硅黃銅：l1000mm鑄鋼：l200mm——化學(xué)成分AB成分(%)溫度ab結(jié)論：共晶成分合金的流動性最好；其它成分的合金：結(jié)晶溫度范圍越小，其流動性越好。過熱150?C

過熱50?C2.澆注條件(1)澆注溫度：問題：1、對薄壁鑄件或流動性較差的合金，怎樣防止?jié)膊蛔愫屠涓羧毕莸漠a(chǎn)生？——對合金的充型能力有著確定性影響。(2)充型壓力：

如：壓力鑄造、低壓鑄造等，充型壓力較砂型鑄造提高甚多，故充型能力較強(qiáng)。2、澆注溫度是否愈高愈好？T澆，粘度，充型能力能力愈好。液態(tài)合金所受的壓力愈大，充型(3)鑄型中的氣體：(2)鑄型溫度：

(1)鑄型材料：3.鑄型填充條件——鑄型阻力及鑄型與合金之間的熱交換其蓄熱能力(k,c

)

，對液態(tài)合金的激冷能力愈強(qiáng)，充型能力；鑄型溫度，充型能力，所以金屬型要預(yù)熱后再澆注合金液；鑄型的排氣能力，流動阻力，充型能力，所以鑄型要留排氣口?？偨Y(jié)：

影響充型能力的主要因素：2.

澆注條件3.

鑄型填充條件

1.

合金的流動性

澆注溫度充型壓力鑄型材料鑄型溫度鑄型中的氣體思考題：某定型生產(chǎn)的薄鑄鐵件，投產(chǎn)以來質(zhì)量基本穩(wěn)定，但近期一時(shí)間澆不足和冷隔缺陷突然增多，試分析其原因？§1-2鑄件的凝固與收縮1.鑄件的凝固方式

(1)逐層凝固(a)

(2)中間凝固(b)

(3)糊狀凝固(c)表層中心表層中心表層中心

a)b)c)固液液相線固相線t鑄件t鑄件2.鑄件的收縮

(1)鑄件收縮的三個(gè)階段：成分(%)T①②③①液態(tài)收縮階段②凝固收縮階段③固態(tài)收縮階段收縮：合金從液態(tài)冷卻至常溫的過程中，體積縮小的現(xiàn)象。通常用線收縮率或體收縮率來表示。見表1-3p7——凝固收縮階段產(chǎn)生(2)縮孔與縮松：①縮孔的形成縮孔：合金凝固結(jié)束后在鑄件某些部位出現(xiàn)的大而集中的孔洞?？s松：合金凝固結(jié)束后在鑄件某些部位出現(xiàn)的細(xì)小而分散的孔洞?？s孔形成的條件：金屬在恒溫或很窄的溫度范圍內(nèi)結(jié)晶，鑄件呈逐層凝固方式。

縮孔產(chǎn)生的位置：鑄件最后凝固的部位，一般是鑄件的厚大部位。

可用內(nèi)接圓法和等溫線法確定鑄件的最后凝固部位。②

縮松的形成縮松形成的條件：當(dāng)合金的結(jié)晶溫度范圍較寬時(shí)，其主要呈糊狀凝固方式凝固時(shí)形成。A.

采用順序凝固原則進(jìn)行凝固順序凝固原則：采取各種工藝措施，使鑄件上遠(yuǎn)離冒口的部分到冒口之間建立一個(gè)逐漸遞減的溫度梯度，從而實(shí)現(xiàn)由遠(yuǎn)離冒口的部分向冒口的方向順序的凝固。③縮孔與縮松的防止措施

冒口和冷鐵可以實(shí)現(xiàn)順序凝固。順序凝固可以將縮孔移至冒口中，從而消除鑄件中的縮孔。

生產(chǎn)中多采用順序凝固，特別是對收縮率較大的合金，如鑄鋼等。

閥體鑄件的冒口和冷鐵位置熱節(jié)同時(shí)凝固和順序凝固示意圖B.選用共晶成分的合金：可消除縮松。[注意]

逐層凝固和糊狀凝固

是一對概念——指鑄件某截面上，由表面向中心凝固的狀況。由合金的性質(zhì)(結(jié)晶溫度范圍)和溫度梯度(冷卻速度)所決定。

順序凝固和同時(shí)凝固

是一對概念——

指整個(gè)鑄件各部位凝固的先后，由鑄造工藝所決定；§1-3

鑄造內(nèi)應(yīng)力阻礙按形成原因分為:熱阻礙和機(jī)械阻礙熱阻礙是指鑄件各部分由于冷卻速度不同、收縮量不同而引起的阻礙；由熱阻礙引起的應(yīng)力稱熱應(yīng)力；機(jī)械阻礙是指鑄型、型芯等對鑄件收縮的阻礙；由機(jī)械阻礙引起的應(yīng)力稱為機(jī)械應(yīng)力。

鑄造應(yīng)力：鑄件的固態(tài)收縮受到阻礙而引起的應(yīng)力。(1)熱應(yīng)力的形成過程先冷受壓后冷受拉應(yīng)力性質(zhì)：熱應(yīng)力分布是厚拉薄壓

——由機(jī)械阻礙作用產(chǎn)生的，落砂后即可自行消失，是一種臨時(shí)應(yīng)力。(2)機(jī)械應(yīng)力(3)熱應(yīng)力的預(yù)防①

采用同時(shí)凝固工藝均勻溫度場避免先冷后冷

◆

應(yīng)用鑄鐵縮孔縮松傾向小錫青銅糊狀凝固，對氣密性要求不高的鑄件②造型工藝上改善鑄型和型芯的退讓性，合理設(shè)置澆口、冒口③鑄件結(jié)構(gòu)上盡量避免相互制約收縮的結(jié)構(gòu)，使鑄件各部分能自由收縮。如壁厚均勻，壁和壁之間連接均勻，熱節(jié)小而均勻.

對于已經(jīng)產(chǎn)生熱應(yīng)力的鑄件，可通過時(shí)效處理去除熱應(yīng)力(去應(yīng)力退火)。

當(dāng)鑄造內(nèi)應(yīng)力超過鑄件材料的屈服強(qiáng)度時(shí)，將造成鑄件變形——特別對于壁厚不均勻、截面不對稱及具有細(xì)長特點(diǎn)的桿類、板類及輪類鑄件中容易發(fā)生翹曲變形。圖2-14車床床身撓曲變形示意圖§1-4鑄件的變形變形方向：應(yīng)力釋放的方向鑄件切削后的變形圓柱體鑄件鑄造后的應(yīng)力分布？先冷受壓、后冷受拉車削外圓后變短？變長？去掉受壓部分，收縮變短鉆孔后變短？變長？去掉受拉部分，拉伸變長銑削側(cè)面后？向去掉一側(cè)彎曲防止鑄件變形的措施：設(shè)計(jì)

——鑄件壁厚要盡可能均勻，采用對稱結(jié)構(gòu);工藝措施——反變形法；

——采用同時(shí)凝固原則；

——對于某些重要的易變形件，可采用提前落砂以消除機(jī)械應(yīng)力。(1)熱裂紋特征

——裂紋短、寬、曲折、縫內(nèi)呈氧化色，沿晶界開裂；在凝固末期高溫下(即準(zhǔn)固相區(qū)內(nèi))形成?！?-5鑄件的裂紋

當(dāng)鑄造應(yīng)力超過鑄件材料的強(qiáng)度極限時(shí)，鑄件便產(chǎn)生裂紋。裂紋是嚴(yán)重的鑄造缺陷，必須設(shè)法防止。AB成分(%)溫度準(zhǔn)固相區(qū)產(chǎn)生熱裂的部位——一般在鑄件的應(yīng)力集中部位（尖角或斷面突變處）或熱節(jié)處。防止熱裂的方法：

——使鑄件結(jié)構(gòu)合理；

——改善鑄型和型芯的退讓性；

——減少合金中有害雜質(zhì)S、P含量；

——提高合金的高溫強(qiáng)度(2)冷裂紋特征

——裂紋表面光滑、具有金屬光澤或有輕微氧化色；裂紋穿晶斷裂，外形規(guī)則，呈圓滑曲線或直線狀；

是鑄件處于彈性狀態(tài)即在低溫下形成的裂紋冷裂一般出現(xiàn)在脆性大、塑性差的合金中。如白口鑄鐵、高碳鋼和某些合金鋼中。冷裂出現(xiàn)的部位——在鑄件受拉應(yīng)力部位，特別是有應(yīng)力集中的部位。防止冷裂的方法：

——盡量減少鑄造應(yīng)力防止冷裂的方法：

——盡量減少鑄