金屬工藝學(xué)課件金屬工藝學(xué)6/24/20252緒論什么叫金屬工藝學(xué)？

是一門研究有關(guān)制造金屬零件工藝方法的綜合性技術(shù)基礎(chǔ)課。它主要研究：（1）各種工藝方法本身的規(guī)律性及其在機(jī)械制造中的應(yīng)用和相互聯(lián)系；（2）金屬機(jī)件的加工工藝過(guò)程和結(jié)構(gòu)工藝性；（3）常用金屬材料性能對(duì)加工工藝的影響等。金屬工藝學(xué)中涉及到的知識(shí)點(diǎn)在機(jī)械制造工程中的地位。6/24/20253課程的性質(zhì)、任務(wù)和要求性質(zhì)：研究常用工程材料及其成形方法的綜合性課程體現(xiàn)理論教學(xué)與實(shí)踐環(huán)節(jié)密切結(jié)合的技術(shù)基礎(chǔ)課程任務(wù)和要求：了解產(chǎn)品的制造過(guò)程掌握常用工程材料的種類與性能，能初步選用掌握材料成形的基本原理和工藝特點(diǎn)，能初步運(yùn)用6/24/20254第一篇金屬材料的基礎(chǔ)知識(shí)6/24/20255第一節(jié)金屬材料的力學(xué)性能力學(xué)性能是指金屬材料在受外力作用時(shí)所反映出來(lái)的固有性能。金屬材料的力學(xué)性能主要有：強(qiáng)度、塑性、硬度、沖擊韌度和疲勞強(qiáng)度等。力學(xué)性能指標(biāo)，是選擇、使用金屬材料的重要依據(jù)。6/24/20256一、強(qiáng)度與塑性

強(qiáng)度:材料抵抗由外力載荷所引起的應(yīng)變或斷裂的能力。塑性:材料在外力作用下產(chǎn)生不可逆永久變形而不破壞的能力。

拉伸試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)試件6/24/20257低碳鋼拉伸曲線鑄鐵拉伸曲線F——Δl：載荷伸長(zhǎng)量拉伸曲線σ——ε：應(yīng)力應(yīng)變曲線6/24/20258σ=F/Aoε=△L/L0分別以σ和ε為縱坐標(biāo)和橫坐標(biāo)，繪出應(yīng)力-應(yīng)變曲線。應(yīng)力-應(yīng)變曲線的形狀與拉伸曲線完全相似，只是坐標(biāo)與數(shù)值不同。oe——彈性變形階段；es——屈服階段；sb——強(qiáng)化階段；bk——縮頸階段s-屈服點(diǎn)b-開(kāi)始發(fā)生縮頸現(xiàn)象退火低碳鋼力-伸長(zhǎng)曲線

6/24/20259屈服極限

S強(qiáng)化階段彈性極限

P屈服階段強(qiáng)度極限

B頸縮階段彈性階段6/24/202510強(qiáng)度指標(biāo)1.屈服點(diǎn)在拉伸試驗(yàn)過(guò)程中，外力不增加(保持恒定)，但試樣仍然能繼續(xù)伸長(zhǎng)(變形)，這種現(xiàn)象稱屈服。S點(diǎn)稱屈服點(diǎn)，S點(diǎn)對(duì)應(yīng)的應(yīng)力稱屈服點(diǎn)應(yīng)力。用符號(hào)σs表示。屈服點(diǎn)應(yīng)力σs可按下式計(jì)算：

σs=Fs/A0(MPa)式中：Fs—試樣屈服時(shí)的載荷，N；

A0—試樣原始橫截面積，mm2。6/24/2025112．抗拉強(qiáng)度抗拉強(qiáng)度是指試樣拉斷前承受的最大應(yīng)力值，用符號(hào)σb表示，單位為Mpa，即σb=Fb/A0(Mpa)式中：Fb—試樣承受的最大載荷，N；

A0—試樣原始橫截面積，mm2。

6/24/202512屈服點(diǎn)應(yīng)力（屈服強(qiáng)度）和抗拉強(qiáng)度在設(shè)計(jì)機(jī)械和選擇、評(píng)定金屬材料時(shí)有重要意義。機(jī)械零件多以σs作為強(qiáng)度設(shè)計(jì)的依據(jù)。對(duì)于脆性材料，在強(qiáng)度計(jì)算時(shí)，則以σb為依據(jù)。6/24/202513塑性指標(biāo)(1)伸長(zhǎng)率δ

δ=（L1-L0）/L0×100%式中：L0—試樣原標(biāo)距的長(zhǎng)度（mm）L1—試樣拉斷后的標(biāo)距長(zhǎng)度（mm）6/24/202514(2)斷面收縮率φ

斷面收縮率是指試樣拉斷后斷面處橫截面積的相對(duì)收縮值。φ=（A0-A1）/A0×100%

式中：A0—試樣的原始截面積（mm2）A1—試樣斷面處的最小截面積（mm2）δ和φ愈大，則塑性愈好。良好的塑性是金屬材料進(jìn)行塑性加工的必要條件。6/24/202515二、硬度固體材料抵抗塑性變形、壓入或壓痕的能力。硬度是衡量金屬材料軟硬程度的一種性能指標(biāo)。它直接影響到材料的耐磨性及切削加工性。硬度測(cè)定方法有壓入法、劃痕法、回彈高度法等。金屬材料的硬度可用專門儀器來(lái)測(cè)試，常用的有布氏硬度機(jī)、洛氏硬度機(jī)等。6/24/202516布氏硬度布氏硬度試驗(yàn)原理圖

式中：F—試驗(yàn)力，N；D—壓頭的直徑,mm

HBS表示用淬火鋼球作為壓頭測(cè)出的硬度值。HBW表示用硬質(zhì)合金球作為壓頭測(cè)出的硬度值。單位面積所受的力值即為硬度6/24/202517洛氏硬度洛氏硬度試驗(yàn)原理圖

試驗(yàn)時(shí)，先加初試驗(yàn)力，然后加主試驗(yàn)力，壓入試樣表面之后，去除主試驗(yàn)力，在保留初試驗(yàn)力的情況下，根據(jù)試樣殘余壓痕深度增量來(lái)衡量試樣的硬度大小。

6/24/202518布氏硬度與洛氏硬度的特點(diǎn)比較

布氏硬度的特點(diǎn)：

布氏硬度因壓痕面積較大，HB值的代表性較全面，而且實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的重復(fù)性也好，但由于淬火鋼球本身的變形問(wèn)題，不能試驗(yàn)太硬的材料，一般在HB450以上的就不能使用。

由于壓痕較大，成品檢驗(yàn)也有困難。

通常用于測(cè)定鑄鐵、有色金屬、低合金結(jié)構(gòu)鋼等材料的硬度。

6/24/202519洛氏硬度的特點(diǎn)：

洛氏硬度HR可以用于硬度很高的材料，而且壓痕很小，幾乎不損傷工件表面，故在鋼件熱處理質(zhì)量檢查中應(yīng)用最多。

但洛氏硬度由于壓痕較小，硬度代表性就差些，如果材料中有偏析或組織不均的情況，則所測(cè)硬度值的重復(fù)性也差。

6/24/202520三、沖擊韌度（ak）

有些機(jī)件在工作時(shí)要受到高速作用的載荷沖擊，如鍛壓機(jī)的錘桿、沖床的沖頭、汽車變速齒輪、飛機(jī)的起落架等。瞬時(shí)沖擊引起的應(yīng)力和應(yīng)變要比靜載荷引起的應(yīng)力和應(yīng)變大得多，因此在選擇制造該類機(jī)件的材料時(shí)，必須考慮材料的抗沖擊能力，即沖擊韌度。6/24/202521金屬材料抵抗沖擊載荷作用而不破壞的能力叫做沖擊韌度。常用一次擺錘沖擊試驗(yàn)來(lái)測(cè)定金屬材料的沖擊韌度(大能量、一次沖斷）。試驗(yàn)表明，在沖擊載荷不太大的情況下，金屬材料承受多次重復(fù)沖擊的能力，主要取決于強(qiáng)度。沖擊值對(duì)組織缺陷很敏感，因此沖擊試驗(yàn)是生產(chǎn)上用來(lái)檢驗(yàn)冶煉、熱加工、熱處理等工藝質(zhì)量的有效方法。6/24/202522夏比沖擊試驗(yàn)

試驗(yàn)原理

ak=AK/A（J·cm-2）

式中：Ak—折斷試樣所消耗的沖擊功（J）

A—試樣斷口處的原始截面積（mm2）

沖擊韌度：6/24/202523標(biāo)準(zhǔn)沖擊試樣有兩種，一種是夏比Ｕ形缺口試樣，另一種是夏比Ｖ形缺口試樣同一條件下同一材料制作的兩種試樣，其Ｕ形試樣的ak值明顯大于Ｖ形試樣的ak，所以這兩種試樣的值ak不能相互比較。對(duì)于脆性材料試樣一般不開(kāi)缺口。

6/24/202524四、疲勞強(qiáng)度工程上一些機(jī)件工作時(shí)受交變應(yīng)力或循環(huán)應(yīng)力作用，即使工作應(yīng)力低于材料的屈服強(qiáng)度，但經(jīng)過(guò)一定循環(huán)周次后仍會(huì)發(fā)生斷裂，這樣的斷裂現(xiàn)象稱之為疲勞。零件的疲勞斷裂過(guò)程可分為裂紋產(chǎn)生、裂紋擴(kuò)展和瞬間斷裂三個(gè)階段。疲勞的概念:6/24/202525

金屬材料在無(wú)數(shù)次重復(fù)或交變載荷作用下而不致引起斷裂的最大應(yīng)力，叫做疲勞強(qiáng)度。

材料的疲勞強(qiáng)度通常在旋轉(zhuǎn)對(duì)稱彎曲疲勞試驗(yàn)機(jī)上測(cè)定。

疲勞強(qiáng)度的概念6/24/202526在循環(huán)載荷作用下，材料承受一定的循環(huán)應(yīng)力σ和斷裂時(shí)相應(yīng)的循環(huán)次數(shù)N之間的關(guān)系可以用曲線來(lái)描述，即σ－Ｎ之間的關(guān)系曲線，稱疲勞曲線σ-N曲線

疲勞曲線當(dāng)零件所受的應(yīng)力按正弦曲線對(duì)稱循環(huán)時(shí)，疲勞強(qiáng)度以符號(hào)σ-1表示，即當(dāng)應(yīng)力低于σ-1值，既使循環(huán)周次無(wú)窮多也不發(fā)生斷裂。6/24/202527無(wú)數(shù)次應(yīng)力循環(huán)：對(duì)于鋼材為107，有色金屬和某些超高強(qiáng)度鋼常取108。

σ-N曲線

6/24/202528GM-KD5025數(shù)控龍門磨床床身（41T）鑄件第二篇鑄造6/24/202529金屬熔化液態(tài)金屬澆入鑄型落砂清理后成為鑄件第一章鑄造的工藝基礎(chǔ)一、鑄造：將液態(tài)合金澆注到與零件的形狀、尺寸相適應(yīng)的鑄型空腔中，待其冷卻凝固，以獲得毛坯或零件的生產(chǎn)方法，叫做鑄造。6/24/202530二、鑄造的特點(diǎn)：１、能制成形狀復(fù)雜，特別是具有復(fù)雜內(nèi)腔的毛坯；２、鑄件重量及所用合金幾乎不受限制；３、鑄件的切削加工余量較小、成本低。因此，得到了廣泛的應(yīng)用。但是：1、抗拉強(qiáng)度和沖擊韌性不如鍛、焊件。2、工藝復(fù)雜，故廢品率高。6/24/202531第一節(jié)液態(tài)合金的充型

一、充型概念：液態(tài)合金填充鑄型的過(guò)程，簡(jiǎn)稱充型。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，稱為液態(tài)合金的充型能力。

二、充型能力的影響因素：

１、合金的流動(dòng)性（常用螺旋形試樣長(zhǎng)度來(lái)衡量）：流動(dòng)性愈好，充型能力愈好，愈便于澆鑄出輪廓清晰、薄而復(fù)雜的鑄件。螺旋形試樣6/24/2025321)、合金流動(dòng)性的測(cè)定：用“螺旋形試樣”的長(zhǎng)度來(lái)衡量。在相同澆注條件下，試樣愈長(zhǎng)，流動(dòng)性愈好。2)、影響合金流動(dòng)性的因素：主要是合金的化學(xué)成分。液相線與固相線間的距離（T液－T固）稱為結(jié)晶間隔。結(jié)晶間隔越大流動(dòng)性越差，反之越好，因此共晶成分合金流動(dòng)性最好.(圖2-3）。２、澆注條件(澆注溫度和充型壓力）：澆注溫度越高，充型壓力越大則充型能力越好。３、鑄型填充條件（鑄型的蓄熱能力，鑄型溫度和鑄型中的氣體）：鑄型的蓄熱能力低，鑄型溫度較高，鑄型排氣能力較好時(shí)則充型能力較好。由于充型能力低而引起的缺陷有：冷隔、澆不足。Fe-C合金流動(dòng)性與含碳量關(guān)系6/24/202533鑄件的凝固方式第二節(jié)鑄件的凝固與收縮一、鑄件的凝固

逐層凝固（充型能力好，便于補(bǔ)縮）１、凝固方式糊狀凝固(易形成縮孔、難以獲得結(jié)晶緊實(shí)的鑄件）中間凝固（介于上兩者間）6/24/202534

合金的結(jié)晶溫度范圍２、影響凝固方式的主要因素合金性質(zhì)鑄件的溫度梯度鑄型的蓄熱能力澆注溫度二、鑄造合金的收縮鑄造合金在澆注、凝固、直至冷卻到室溫的過(guò)程中，其體積或尺寸縮減的現(xiàn)象稱為收縮。1、收縮的實(shí)質(zhì)：按空穴理論，隨著溫度的下降合金中空穴的數(shù)量少，原子間距縮短，使其體積和尺寸縮小。

液態(tài)收縮ε液：T澆~T液的收縮，T澆越大，ε液則越大２、收縮的分類凝固收縮ε凝：T液~T固的收縮，結(jié)晶間隔越大,ε凝則越大

固態(tài)收縮ε固:T固~室溫的收縮,與合金的線膨脹系數(shù)有關(guān)。6/24/202535三、鑄件中的縮孔與縮松：１、縮孔和縮松的形成：液態(tài)合金在冷凝過(guò)程中，若其液態(tài)收縮和凝固收縮所縮減的容積得不到補(bǔ)足，則在鑄件最后凝固部位形成一些孔洞，按孔洞的大小和分布，分為縮孔和縮松。1）、縮孔：集中在鑄件上部或最后凝固的部位容積較大的孔洞。特征：多呈倒圓錐形，內(nèi)表面粗糙，通常隱藏在鑄件內(nèi)層，有時(shí)暴露于表面?？s孔的形成影響因素：Ａ、ε液、ε凝的大??；Ｂ、澆注溫度的高低；Ｃ、鑄件厚度。6/24/202536２）、縮松：分散在鑄件某區(qū)域內(nèi)的細(xì)小縮孔，稱為縮松。分宏觀縮松和顯微縮松。形成原因：由于鑄件最后凝固區(qū)域的收縮未能得到補(bǔ)足，或者因合金呈糊狀凝固，被樹(shù)枝狀晶體分隔的小液體區(qū)難以得到補(bǔ)縮所致。逐層凝固合金易產(chǎn)生縮孔（如純金屬、共晶合金），糊狀凝固合金易產(chǎn)生縮松，（如錫青銅）。明集中縮孔暗集中縮孔分散縮孔縮松6/24/202537２、縮孔和縮松的防止：１）、適當(dāng)?shù)亟档蜐沧囟群蜐沧⑺俣?。２）、采用順序凝固、冒口補(bǔ)縮(順序凝固原則)。３）、按冷鐵、采用金屬型?？s孔部位的確定：常用“凝固等溫線法”、“內(nèi)切圓法”。6/24/202538縮孔縮松6/24/202539⑵偏析：合金中各部分化學(xué)成分不均勻的現(xiàn)象稱為偏析。鑄錠(件)在結(jié)晶時(shí),由于各部位結(jié)晶先后順序不同，合金中的低熔點(diǎn)元素偏聚于最終結(jié)晶區(qū)，造成宏觀上的成分不均勻，稱宏觀偏析。適當(dāng)控制澆注溫度和結(jié)晶速度可減輕宏觀偏析。硫在鋼錠中偏析的模擬結(jié)果6/24/202540⑶氣孔:是指液態(tài)金屬中溶解的氣體或反應(yīng)生成的氣體在結(jié)晶時(shí)未逸出而存留于鑄錠(件)中的氣泡.鑄錠中的封閉的氣孔可在熱加工時(shí)焊合，張開(kāi)的氣鑄件中的氣孔孔需要切除。鑄件中出現(xiàn)氣孔則只能報(bào)廢。6/24/202541第三節(jié)鑄造內(nèi)應(yīng)力變形和裂紋內(nèi)力：構(gòu)件內(nèi)部相互作用并達(dá)平衡的力。與內(nèi)應(yīng)力、變形、裂紋相關(guān)的是固態(tài)收縮。一、內(nèi)應(yīng)力的形成：因固態(tài)收縮受阻。按內(nèi)應(yīng)力產(chǎn)生的原因分為：機(jī)械應(yīng)力、熱應(yīng)力。１、機(jī)械應(yīng)力（受機(jī)械阻礙而形成的）原因：鑄件固態(tài)收縮時(shí)，受到鑄型或型芯等的機(jī)械阻礙而產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力。機(jī)械應(yīng)力使鑄件產(chǎn)生拉伸或剪切應(yīng)力，并且是暫時(shí)的，在鑄件落砂之后，這種應(yīng)力便可自行消失。6/24/202542２、熱應(yīng)力：由于同一構(gòu)件各部分冷卻速度不同，以致在同一時(shí)期內(nèi)鑄件各部分收縮不一致而引起的。

１）、熱應(yīng)力的形成

再結(jié)晶溫度（t臨）：產(chǎn)生了加工硬化的工件，在加熱至某一溫度后能發(fā)生再結(jié)晶現(xiàn)象，此溫度叫再結(jié)晶溫度。高于再結(jié)晶溫度時(shí)，材料處于塑性狀態(tài)，低于再結(jié)晶溫度時(shí)材料處于彈性狀態(tài)。

6/24/202543T0-T1均處于塑性狀態(tài)T1-T2Ⅱ處于彈性狀態(tài)，Ⅰ處于塑性狀態(tài)T2-T3Ⅰ、Ⅱ均處于彈性狀態(tài)ABCD6/24/202544冷至室溫（T3）時(shí)，桿Ⅰ受拉，桿Ⅱ受壓。判斷應(yīng)力方向的規(guī)律：最后冷卻收縮的部分受拉伸應(yīng)力，先冷卻收縮的部位受壓應(yīng)力。因此鑄件的厚壁或心部受拉，薄壁或表層受壓。由上可知：由于內(nèi)應(yīng)力的存在，就等于鑄件在未承受載荷之前，自身就已承受了應(yīng)力載荷，因而使鑄件的實(shí)際承載能力降低，同時(shí)應(yīng)力過(guò)大時(shí)，會(huì)導(dǎo)致變形、開(kāi)裂而報(bào)廢。壁厚差２）、熱應(yīng)力的影響因素線收縮率彈性模量6/24/202545３）、預(yù)防措施：

Ａ、設(shè)計(jì)壁厚均勻的鑄件；

Ｂ、選用線收縮率小的合金；

Ｃ、在工藝上采取措施，控制鑄件厚處和薄處同時(shí)冷卻（同時(shí)凝固原則）；

Ｄ、對(duì)已存在應(yīng)力鑄件進(jìn)行低溫去應(yīng)力退火。

6/24/202546二、鑄件的變形與防止：１、變形產(chǎn)生的原因：當(dāng)鑄件中的內(nèi)應(yīng)力大于鑄件所用合金的屈服強(qiáng)度時(shí)，就會(huì)引起鑄件變形。通過(guò)應(yīng)變來(lái)減小應(yīng)力，因此其變形方向是：受拉應(yīng)力的部分向內(nèi)凹，而受壓應(yīng)力部分向外凸，即受拉部分產(chǎn)生壓縮變形，受壓部分產(chǎn)生拉伸變形。變形過(guò)大時(shí)將引起報(bào)廢。減小內(nèi)應(yīng)力的所有方法２、防止措施：反變形法時(shí)效處理（人工時(shí)效、自然時(shí)效）6/24/202547三、鑄件的裂紋與防止：１、產(chǎn)生的原因和分類：當(dāng)鑄件內(nèi)應(yīng)力超過(guò)金屬的強(qiáng)度極限時(shí)，鑄件便產(chǎn)生裂紋，導(dǎo)致鑄件報(bào)廢。根據(jù)裂紋產(chǎn)生時(shí)溫度的不同分為熱裂和冷裂。２、熱裂：鑄件在高溫下產(chǎn)生的裂紋。合金在凝固末期的高溫下形成的機(jī)械應(yīng)力超過(guò)該溫度下的強(qiáng)度極限。合金性質(zhì)：結(jié)晶特點(diǎn)、化學(xué)成分等(鑄鋼\Ａ、主要影響因素：鑄鋁\可鍛鑄鐵熱裂傾向大)。鑄型阻力Ｂ、特征：裂紋小、縫隙寬、形狀曲折、縫內(nèi)呈氧化色?？刂疲?、Ｓ含量Ｃ、防止措施：提高鑄型退讓性6/24/202548３、冷裂：是在低溫下形成的（主要由于熱應(yīng)力）合金性質(zhì)（塑性差的材料易產(chǎn)生）Ａ、影響因素：含Ｐ量鑄件結(jié)構(gòu)Ｂ、特征：裂紋細(xì)小、呈連續(xù)直線狀，有時(shí)縫內(nèi)呈輕微氧化色。Ｃ：防止措施：與影響因素相對(duì)應(yīng)，另外澆注后勿過(guò)早開(kāi)箱。變形和裂紋都是因內(nèi)應(yīng)力而引起，因此所有降低內(nèi)應(yīng)力的方法對(duì)減少變形和裂紋傾向都是有效的。6/24/2025496/24/2025506/24/2025516/24/202552第四節(jié)鑄件中的氣孔氣孔：氣體在鑄件中形成的孔洞。它是鑄件中最常見(jiàn)的缺陷。破壞金屬的連續(xù)性機(jī)械性一、氣孔的危害減少承載的有效面積降低引起應(yīng)力集中氣密性二、氣孔的分類：6/24/202553

第二章常用合金鑄件的生產(chǎn)第一節(jié)鑄鐵件生產(chǎn)6/24/202554一、鑄鐵簡(jiǎn)介：（C%>2.11%的Fe-C合金，常為2.8~3.5%C），是價(jià)廉、應(yīng)用廣泛的鑄造合金（占機(jī)器總重量50%以上）。

白口鑄鐵

（C以Fe3C存在）

普通灰口鑄鐵（HT）二、鑄鐵的分類灰口鑄鐵可鍛鑄鐵（KT）

（C以G存在)

球墨鑄鐵(QT）蠕墨鑄鐵(RuT)麻口鑄鐵

(C以G+Fe3C)6/24/202555２、HT的性能：

１）、機(jī)械性能：σb和彈性模量比鋼低得多（通常σb僅為120~250Mpa），塑、韌性近于0，屬脆性材料；但抗壓強(qiáng)度與鋼相近（一般達(dá)600~800Mpa）；

２）、工藝性能：不能鍛、沖；焊接性能性差；但鑄造性能優(yōu)良；切削加工性能好。

３）、減振性好（為鋼的5~10倍）；

４）、耐磨性較鋼好；

５）、缺口敏感性低；三、灰口鑄鐵（占各類鑄鐵總產(chǎn)量的80%）

１、HT的組織金屬基體＋片狀石墨（?？醋魇怯写罅课⑿×鸭y或孔洞的碳鋼,強(qiáng)度利用率為30~50%）6/24/202556按HT中金屬基體顯微組織分類：

１）、珠光體灰口鑄鐵：在P的基體上分布著細(xì)小而均勻的石墨片。它與其它基體的鑄鐵相比強(qiáng)度、硬度高，用來(lái)制造較為重要的機(jī)件。

２）、珠光體＋鐵素體HT：在（P+F）的基體上分布著較為粗大的石墨片（G）。是用途最廣的一種HT。

３）、鐵素體HT：在鐵素體上分布著粗大的石墨。強(qiáng)度、硬度低，機(jī)性差，很少應(yīng)用。提高HT性能有兩條途徑：Ａ、改變石墨的數(shù)量、大小、形狀及分布情況，以減輕石墨對(duì)金屬基體的割裂作用。Ｂ、在改變石墨特性的基礎(chǔ)上控制基體組織，以期充分發(fā)揮基體的作用。6/24/202557４、影響鑄鐵組織和性能的因素１）、化學(xué)成分（鑄鐵中主要的化學(xué)成分是:C、Si、Mn、S、P。①、Ｃ、Si：Ｃ是形成石墨和促進(jìn)石墨化元素；Si：強(qiáng)烈促進(jìn)石墨化和改善鑄造性能的元素。HT中Ｃ、Si含量一般是：2.7~3.9%C，1.1~2.6%Si。即接近共晶成分?？筛鶕?jù)碳當(dāng)量法計(jì)算：Ｃ當(dāng)=C%+0.3Si%②、Mn、S、P：S阻礙石墨化、↑熱脆、↓鑄造性能，須嚴(yán)格控制（0.1~0.15%以下）。Ｍn：抵消Ｓ的有害作用，提高基體強(qiáng)、硬度，但阻礙石墨化（常為0.6~1.2%）。P：使鑄造性能有所改善,但冷脆↑,屬有害雜，(0.5%以下)白口麻口P+GP+F+GF+G6/24/202558２）、冷卻速度（受鑄型材料、鑄件壁厚影響）：冷速的不同將導(dǎo)致組織的不同和晶粒粗細(xì)的不同。冷速越大出現(xiàn)白口的可能性越大，組織越細(xì)。

6/24/202559灰鑄鐵的孕育鑄鐵：采用碳、硅含量稍低的鐵水，并通過(guò)孕育處理（孕育劑為75%Si的硅鐵），得細(xì)小均勻的石墨，且得珠光體基體。孕育鑄鐵特點(diǎn)：1)、強(qiáng)、硬度比普通HT顯著提高；2)、塑、韌性仍很低；3)、冷速對(duì)組織性能影響小。適用于靜載荷下要求σb高、耐磨、高氣密性鑄件,厚大鑄件。6/24/2025605、生產(chǎn)特點(diǎn)：沖天爐熔煉，大多數(shù)不需爐前處理，；流動(dòng)性好、收縮率小，常不需冒口與冷鐵等工藝措施，易生產(chǎn)薄壁復(fù)雜件。6、牌號(hào)與應(yīng)用：牌號(hào)：“HT”+數(shù)字（表示最低抗拉強(qiáng)度值）6/24/2025616/24/202562灰口鑄鐵件6/24/202563２、可鍛鑄鐵（KT）：（又稱瑪鋼或瑪鐵）：是將白口鑄鐵經(jīng)石墨化退火而成的。石墨成團(tuán)絮狀，使σb↑

、塑性和韌性↑。分為黑心可鍛鑄鐵（KTH）和珠光體可鍛鑄鐵（KTZ）?？慑戣T鐵是用碳（2.4~2.8%)、硅(0.4~1.4%)含量較低的鐵水先澆注出白口件，然后經(jīng)長(zhǎng)時(shí)間的可鍛化退火（920~980?C，保溫幾十小時(shí)）而使Fe3C轉(zhuǎn)變?yōu)閳F(tuán)絮狀的石墨。機(jī)械性能介于灰口鑄鐵與球墨鑄鐵之間，但生產(chǎn)率低、成本高。一般用于制造形狀復(fù)雜，承受沖擊，并且壁厚<25mm的鑄件6/24/202564可鍛鑄鐵應(yīng)用6/24/202565３、球墨鑄鐵（QT）：向出爐的鐵水中加入球化劑和孕育劑。而得到的球狀石墨鑄鐵。分為鐵素體球鐵（塑性、韌性好）和珠光體球鐵（強(qiáng)度、硬度高）。QT性能：Ａ、機(jī)性遠(yuǎn)超過(guò)HT、優(yōu)于KT，可與鋼媲美；Ｂ、具有HT的優(yōu)良性能，如鑄造性能好、減振、切削性好、低的缺口敏感性、疲勞強(qiáng)度與中Ｃ鋼近、耐磨性優(yōu)于表面淬火鋼；Ｃ、可通過(guò)熱處理提高性能；應(yīng)用：應(yīng)用廣泛，成功地取代了許多KT、鑄鋼件及部分負(fù)載較重，但沖擊不大的鍛件。6/24/2025666/24/202567球墨鑄鐵件剎車片6/24/2025682.6X8m五、鑄鐵牌號(hào)的含義：HT（為普通灰口鑄鐵），其后的三位數(shù)表示最低抗拉強(qiáng)度。如HT150、HT200。KT、QT后有兩組數(shù)：第一組數(shù)表示最低抗拉強(qiáng)度值，第二組數(shù)表示延伸率大小。如：KTZ550-4、QT700-2離心鑄造方法生產(chǎn)污水管6/24/202569蠕墨鑄鐵：是石墨成蠕蟲(chóng)狀（石墨片短而厚、頭部較圓）的鑄鐵。

蠕墨鑄鐵的組織介于灰口鑄鐵與球墨鑄鐵之間，機(jī)械性能也介于兩者之間。蠕墨鑄鐵的導(dǎo)熱性、減振性、鑄造性能均優(yōu)于球鐵，與灰鐵接近，但高溫強(qiáng)度、熱疲勞性能大大優(yōu)于灰鐵。6/24/202570蠕墨鑄鐵閘瓦烤箱鑄件應(yīng)用6/24/202571第二節(jié)鑄鋼件生產(chǎn)一、鑄鋼的類別、性能和應(yīng)用鑄造碳鋼Ｃ：0.25~0.45ZG25、ZG45１、類別鑄造合金鋼如：ZGMn13、ZG1Cr18Ni9編號(hào)方法是在以前所介紹過(guò)的鋼號(hào)前加“ZG”２、性能：1)、σb、σs與QT相近，但δ、ak高于QT。2)、鑄造性能比球鐵差，沒(méi)有鑄鐵的一些特殊性能。３、應(yīng)用：A、適于制造形狀復(fù)雜、強(qiáng)度和韌性要求都高的零件，如火車輪、鍛錘機(jī)架、軋輥等。B、鑄鋼的焊接性能好，便于采用鑄－焊結(jié)合，生產(chǎn)復(fù)雜巨大鑄件。Ｃ、質(zhì)量較QT穩(wěn)定，生產(chǎn)大斷面和薄壁鑄件。6/24/202572二、鑄鋼件的生產(chǎn)特點(diǎn)：１、多用電爐熔煉；２、應(yīng)采用高耐火度的型砂和涂料；３、大量地應(yīng)用冒口和冷鐵，常占鑄件重量的25~50%；４、采用流動(dòng)平穩(wěn)的底注式澆注系統(tǒng)；５、對(duì)鑄鋼件進(jìn)行熱處理。6/24/202573第三節(jié)銅、鋁合金鑄件生產(chǎn)

一、鑄造銅合金

純銅也稱紫銅。有良好的塑性、導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性和耐蝕性。但因強(qiáng)度低，不宜制作結(jié)構(gòu)零件，多用于電器工業(yè)；機(jī)制工業(yè)常用的是銅合金。

１、分類：分為黃銅和青銅

２、牌號(hào)及其含義（表2-7）

6/24/202574３、性能及應(yīng)用：１）、ZH：含Cu比ZQ低，成本比ZQ低，有相當(dāng)高的機(jī)性，結(jié)晶間隔很小，鑄造性能良好，用于耐磨、耐蝕件，應(yīng)用比ZQ廣泛。２）、ZQ：有好的機(jī)性、耐磨、耐蝕優(yōu)于ZH，但結(jié)晶間隔寬，易產(chǎn)生縮松，用于重要的耐磨、耐蝕件。４、鑄件生產(chǎn)特點(diǎn)：１）、熔煉時(shí)采用間接加熱，對(duì)ZQ應(yīng)用磷銅脫氧。２）、造型時(shí)應(yīng)開(kāi)設(shè)使銅液流動(dòng)平穩(wěn)的澆注系統(tǒng)。３）、ZH需用冒口，使其順序凝固，以便補(bǔ)縮。三、鑄造鋁合金：１、鋁合金分類：分為形變鋁合金和鑄造鋁合金。鑄造鋁合金主要有：Al-Si、Al-Cu、Al-Mg、Al-Zn系。6/24/202575２、性能及應(yīng)用：比重輕、比強(qiáng)很高、耐蝕性能好、鑄造性能好，在工業(yè)上得到廣泛應(yīng)用。１）、常用的Al-Si合金，又稱硅鋁明；其流動(dòng)性好，ε液較低，熱裂傾向小、氣密性好，又有足夠強(qiáng)度，常用作形狀復(fù)雜的薄壁件或氣密性要求較高的零件。2）、Al-Cu合金：鑄造性較差，熱裂傾向大、氣密性、耐蝕性較差，但耐熱性較好，常作活塞、氣缸頭等。鋁合金的牌號(hào)不反應(yīng)機(jī)性、也不反應(yīng)化學(xué)成分。（表2-8）３、鑄鋁件生產(chǎn)特點(diǎn)：１）、熔煉時(shí)間接加熱。２）、出爐前應(yīng)去氣處理；３）、加入鈉鹽等變質(zhì)劑進(jìn)行細(xì)化晶粒的變質(zhì)處理。6/24/202576第三章砂型鑄造一、砂型鑄造是傳統(tǒng)的鑄造方法，適用于各種形狀、大小及各種合金鑄件的生產(chǎn)。二、鑄造工藝圖：是在零件圖上用各種工藝符號(hào)表示出鑄造工藝方案的圖形。最主要的幾個(gè)組成因素是：澆注位置、分型面、型芯、鑄造圓角、加工余量、拔模斜度，另外還有收縮率、澆注系統(tǒng)、冒口、冷鐵等。繪好工藝圖，選擇造型方法、澆注位置和分型面是關(guān)鍵。6/24/202577第一節(jié)造型方法的選擇

一、分類：（手工造型、機(jī)器造型）

二、各造型方法的特點(diǎn)及應(yīng)用范圍：

１、手工造型

Ａ、操作靈活，大小鑄件均可適應(yīng)?？煞譃椋赫Ｔ煨汀⒎帜Ｔ煨?、活塊造型、挖砂造型、三箱造型等方法；

Ｂ、模型和砂箱費(fèi)用低、生產(chǎn)準(zhǔn)備時(shí)間短；

Ｃ、對(duì)工人技術(shù)水平要求較高；

Ｄ、尺寸精度及表面質(zhì)量較差；

Ｅ、生產(chǎn)率低。

多用于單件、小批生產(chǎn)，有時(shí)也用于較大批量生產(chǎn)。6/24/202578整模造型:模樣是整體的，分型面是平面，鑄型型腔全部在半個(gè)鑄型內(nèi)。其造型簡(jiǎn)單，鑄件不會(huì)產(chǎn)生錯(cuò)型缺陷。成品木模先造下箱再造上箱合箱澆注6/24/202579挖砂造型:模樣雖然是整體的，但鑄件分型面是曲面，為了能起出模樣，造型使用手工挖去阻礙起模的型砂。放木模、造下箱翻轉(zhuǎn)、挖砂造上箱起模、合箱6/24/202580為了克服上述挖砂造型的挖砂缺點(diǎn)，在造型前預(yù)先制造底胎，再在底胎上造下箱。由于底胎并不參加澆鑄，故稱假箱

6/24/202581活塊造型：制模時(shí)將鑄件上有妨礙起模的小凸臺(tái)制成活動(dòng)部分。起模時(shí)，先起出主體模樣，然后再?gòu)膫?cè)面取出活塊。其造型費(fèi)時(shí)，要求工人技術(shù)水平高

6/24/202582刮板造型：用刮板代替木模造型?？纱蟠蠼档湍Ｐ统杀?，節(jié)約木材，縮短生產(chǎn)周期。但要求工人技術(shù)水平高。6/24/202583三箱造型6/24/202584鑄造軋制6/24/202585２、機(jī)器造型（緊砂、起模由機(jī)械完成）：Ａ、零件只準(zhǔn)有一個(gè)分型面；Ｂ、要求盡量少用或不用活塊；Ｃ、生產(chǎn)的鑄件精度高；Ｄ、生產(chǎn)率高、勞動(dòng)條件得以改善；Ｅ、設(shè)備投資大，生產(chǎn)準(zhǔn)備時(shí)間長(zhǎng)。適于大批量生產(chǎn)。6/24/2025866/24/202587第二節(jié)澆注位置與分型面的選擇一、澆注位置的選擇１、澆注位置與澆口位置：澆注位置：指澆注時(shí)鑄件在鑄型中所處的空間位置，具體是指鑄件上的某個(gè)表面是位于鑄型的上表面、側(cè)面、還是下面而言。澆口位置：是指內(nèi)澆口與鑄型型腔連接處的位置，也就是液態(tài)合金流入鑄型型腔的位置。２、澆注位置選擇原則：Ａ、重要加工表面朝下／側(cè)面；Ｂ、大平面朝下；Ｃ、薄壁位于下部或垂直、傾斜；Ｄ、易產(chǎn)生縮孔件，厚壁處于分型面附近的上部或側(cè)面。車床床身卷?yè)P(yáng)筒薄壁件上下6/24/202588二、鑄型分型面的選擇原則：

1、應(yīng)便于起模、使造型工藝簡(jiǎn)化（盡量使分型面平直、數(shù)量少，避免不必要的活塊和型芯）*6/24/202589*6/24/2025902、應(yīng)盡量使鑄件全部或大部分置于同一砂箱，以保證鑄件精度；3、盡量使型腔及主要型芯位于下箱。車床床身**6/24/202591第三節(jié)工藝參數(shù)的選擇繪制工藝圖，在鑄造工藝方案初步確定之后，還須選定機(jī)械加工余量、拔模斜度、收縮率、型芯頭尺寸、鑄造圓角等。一、機(jī)械加工余量和鑄孔：１、機(jī)加工余量：鑄件上為切削加工而加大的尺寸稱為機(jī)加工余量.決定因素：生產(chǎn)批量、合金種類、鑄件大小、加工面與基準(zhǔn)面的距離及加工面在澆注時(shí)的位置。（表2-9）２、鑄孔：較大的孔槽應(yīng)鑄出，較小不必鑄出：HT鑄出時(shí)的最小尺寸：30~50mm，成批：15~30mm，大量：12~15mm，不必加工的孔無(wú)論大小都鑄出。6/24/202592二、拔模斜度（圖示2-36）

１、為使模型（型芯）易于從砂型（芯盒）中取出，凡垂直于分型面的立壁，制造模型時(shí)必須留出一定傾斜度，此斜度叫拔模斜度或鑄造斜度。２、影響因素：立壁高度、造型方法、模型材料等；一般外壁：15`~3°，內(nèi)壁：3~10°。6/24/202593三、收縮率：由于合金的線收縮，模型尺寸必須比鑄件放大一個(gè)該合金的收縮量。四、型芯頭：分為水平芯頭、垂直芯頭、特殊式（如懸臂頭、吊芯等）。6/24/202594支座支座的鑄造工藝圖第四節(jié)綜合分析舉例

6/24/202595第四章鑄件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)鑄件結(jié)構(gòu)：是指鑄件的外形、內(nèi)腔、壁厚、壁與壁之間的連接形式、加強(qiáng)筋、凸臺(tái)及耳子等。進(jìn)行鑄件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮的因素：工作性能、機(jī)械性能、鑄造工藝、合金鑄造性能。第一節(jié)鑄件結(jié)構(gòu)與砂型鑄造工藝的關(guān)系砂型鑄造的主要過(guò)程：制模、造型、制芯、合箱、合金熔化、澆注、清理。進(jìn)行鑄件設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)使上述過(guò)程簡(jiǎn)化，具體如下幾點(diǎn):１、鑄件的外形應(yīng)便于取出模型及簡(jiǎn)化制模；1）、避免外部側(cè)凹；2）、分型面盡量平直；3）、凸臺(tái)、筋條的設(shè)計(jì)要便于造型。6/24/2025966/24/202597２、合理設(shè)計(jì)鑄件內(nèi)腔；1）、減少型芯的數(shù)量；2）、便于型芯的固定、排氣和鑄件清理。３、鑄件的結(jié)構(gòu)斜度：為起模省力和提高鑄件精度在鑄件垂直