材料成形(鑄造)

1、Fundamental of Materials FormingFaculty of Mechanical EngineeringJimei University前前 言言 材料是人類(lèi)文明的基石，材料是人類(lèi)文明的基石，是現(xiàn)代高科技的三大支柱之一。是現(xiàn)代高科技的三大支柱之一。沒(méi)有材料，就沒(méi)有人類(lèi)文明。沒(méi)有材料，就沒(méi)有人類(lèi)文明。 但是，材料需要成形才能使但是，材料需要成形才能使用，材料的發(fā)展和成形工藝的發(fā)用，材料的發(fā)展和成形工藝的發(fā)展是密不可分的。所以材料成形展是密不可分的。所以材料成形工藝是材料能否得到善用的關(guān)鍵。工藝是材料能否得到善用的關(guān)鍵。1.1.金屬液態(tài)成形金屬液態(tài)成形2.2.金屬塑性成形

2、金屬塑性成形3.3.金屬連接成形金屬連接成形4.4.非金屬材料成型非金屬材料成型5.5.材料成形方法選擇材料成形方法選擇本本課課程程內(nèi)內(nèi)容容 注意注意2個(gè)過(guò)程：個(gè)過(guò)程：（1）充填型腔充填型腔；（2）凝固冷卻凝固冷卻 鑄造工藝特點(diǎn)鑄造工藝特點(diǎn)分分 類(lèi)類(lèi)按造型分按造型分: 砂型鑄造與特種鑄造。砂型鑄造與特種鑄造。 砂型鑄造是基礎(chǔ)，砂型鑄造是基礎(chǔ)，特種鑄造是在砂型鑄造特種鑄造是在砂型鑄造基礎(chǔ)上革新發(fā)展起來(lái)的?；A(chǔ)上革新發(fā)展起來(lái)的。 型砂配制型砂配制砂型干燥砂型干燥工裝準(zhǔn)備工裝準(zhǔn)備爐料準(zhǔn)備爐料準(zhǔn)備合金冶煉合金冶煉芯砂配制芯砂配制型芯干燥型芯干燥工藝三大塊：冶煉，造型（芯）和澆工藝三大塊：冶煉，造型（芯

3、）和澆注注落砂清理落砂清理鑄件檢驗(yàn)鑄件檢驗(yàn)入庫(kù)入庫(kù)砂型鑄造工藝流程圖砂型鑄造工藝流程圖凝固冷卻凝固冷卻1 金屬液態(tài)成型工藝基礎(chǔ)金屬液態(tài)成型工藝基礎(chǔ) 1.1 流動(dòng)性及充型流動(dòng)性及充型 流動(dòng)性通義是流體流動(dòng)性通義是流體的流動(dòng)能力，但不的流動(dòng)能力，但不同學(xué)科對(duì)流動(dòng)性有同學(xué)科對(duì)流動(dòng)性有不同的定義，這里不同的定義，這里是材料成形學(xué)的定是材料成形學(xué)的定義。它的定義說(shuō)流義。它的定義說(shuō)流動(dòng)性是這樣的一種動(dòng)性是這樣的一種能力，這種能力體能力，這種能力體現(xiàn)在現(xiàn)在2個(gè)方面：個(gè)方面：（1）充滿型腔；）充滿型腔；（2）形成符合要）形成符合要求的優(yōu)質(zhì)鑄件。求的優(yōu)質(zhì)鑄件。這個(gè)定義這個(gè)定義突出地突出地表明了流動(dòng)性對(duì)表明了流動(dòng)

4、性對(duì)金屬液態(tài)成型工金屬液態(tài)成型工藝的重要性藝的重要性。如。如果流動(dòng)性不好，果流動(dòng)性不好，就不能充滿型腔，就不能充滿型腔，就不能形成符合就不能形成符合要求的優(yōu)質(zhì)鑄件。要求的優(yōu)質(zhì)鑄件。也說(shuō)明不同的合也說(shuō)明不同的合金具有不同的流金具有不同的流動(dòng)性特點(diǎn)。在進(jìn)動(dòng)性特點(diǎn)。在進(jìn)行鑄件設(shè)計(jì)和鑄行鑄件設(shè)計(jì)和鑄造工藝制定時(shí)，造工藝制定時(shí)，必須考慮合金流必須考慮合金流動(dòng)性。那么，我動(dòng)性。那么，我們?cè)鯓雍饬亢辖饌冊(cè)鯓雍饬亢辖鸬牧鲃?dòng)性呢的流動(dòng)性呢？螺旋形流動(dòng)性試樣螺旋形流動(dòng)性試樣 如鑄鐵，主要是如鑄鐵，主要是鐵鐵Fe和碳和碳C的合的合金，還含硅金，還含硅Si等。等。 =6.2%表表示化學(xué)成分為含示化學(xué)成分為含碳量碳量C

5、%+含硅量含硅量Si%為為6.2%，其，其余為余為Fe的鑄鐵的鑄鐵影響合金流動(dòng)性的材料因素影響合金流動(dòng)性的材料因素溫度，溫度，T碳鋼碳鋼鑄鐵鑄鐵合金的化學(xué)成分決定了合金的化學(xué)成分決定了2種凝固模式種凝固模式 離共晶點(diǎn)離共晶點(diǎn)C越遠(yuǎn)，結(jié)晶越遠(yuǎn)，結(jié)晶溫度區(qū)間越寬，流動(dòng)溫度區(qū)間越寬，流動(dòng)性就越差。換句話說(shuō)，性就越差。換句話說(shuō)，C點(diǎn)成分以前的鐵碳合點(diǎn)成分以前的鐵碳合金，即亞共晶鑄鐵，金，即亞共晶鑄鐵，流動(dòng)性隨含碳量的增流動(dòng)性隨含碳量的增加而提高；過(guò)共晶鑄加而提高；過(guò)共晶鑄鐵呢，即鐵呢，即C點(diǎn)成分以后點(diǎn)成分以后的合金，流動(dòng)性隨含的合金，流動(dòng)性隨含碳量的增加而下降。碳量的增加而下降。這就是鐵碳合金流動(dòng)這就

6、是鐵碳合金流動(dòng)性與含碳量的關(guān)系性與含碳量的關(guān)系。影響熔融合金充型的工藝條件影響熔融合金充型的工藝條件1.2液態(tài)合金的收縮液態(tài)合金的收縮 能產(chǎn)生縮孔，能產(chǎn)生縮孔，縮松，裂紋，縮松，裂紋，變形，內(nèi)應(yīng)變形，內(nèi)應(yīng)力等缺陷，力等缺陷，使鑄件質(zhì)量使鑄件質(zhì)量不符合要求。不符合要求。 收縮歷程對(duì)應(yīng)凝固冷卻過(guò)程收縮歷程對(duì)應(yīng)凝固冷卻過(guò)程可以分為可以分為3階段階段合金收縮率是合金收縮率是3階段收縮率之和。階段收縮率之和。常用合金的收縮衡量：體收縮率和線收縮率常用合金的收縮衡量：體收縮率和線收縮率。 P4?；瘜W(xué)成分。碳當(dāng)量?？梢?jiàn)，收縮與化學(xué)成分有關(guān)。 收縮是液態(tài)合金凝固冷卻過(guò)程中的必然現(xiàn)收縮是液態(tài)合金凝固冷卻過(guò)程中的

7、必然現(xiàn)象，它產(chǎn)生縮孔與縮松，內(nèi)應(yīng)力，變形和裂紋，象，它產(chǎn)生縮孔與縮松，內(nèi)應(yīng)力，變形和裂紋，對(duì)鑄造工藝影響很大。對(duì)鑄造工藝影響很大。 分布分布特征特征存在存在部位部位容積容積大小大小形狀形狀特征特征發(fā)生發(fā)生材料材料縮縮 孔孔集集 中中上部，上部，最后最后較大較大倒錐狀倒錐狀近共晶近共晶縮縮 松松分分 散散特殊特殊區(qū)域區(qū)域細(xì)小細(xì)小不規(guī)則不規(guī)則遠(yuǎn)共晶遠(yuǎn)共晶縮孔形成機(jī)理：縮孔形成機(jī)理：逐層凝固方式逐層凝固方式下最后凝固部下最后凝固部位得不到補(bǔ)充位得不到補(bǔ)充而形成的空隙。而形成的空隙。 縮松形成機(jī)縮松形成機(jī)理：樹(shù)枝狀理：樹(shù)枝狀晶體所分隔晶體所分隔的晶間液體的晶間液體區(qū)得不到補(bǔ)區(qū)得不到補(bǔ)縮形成的小縮形成的

8、小孔隙?？紫?。 縮孔形成過(guò)程圖解縮孔形成過(guò)程圖解防止產(chǎn)生縮孔的有效措施：定向凝固，防止產(chǎn)生縮孔的有效措施：定向凝固，P6所謂定向凝所謂定向凝固，是通過(guò)固，是通過(guò)安放冒口和安放冒口和冷鐵等工藝?yán)滂F等工藝措施，實(shí)現(xiàn)措施，實(shí)現(xiàn)人為的順序人為的順序凝固凝固。 冒口：鑄型中冒口：鑄型中特設(shè)的空腔，特設(shè)的空腔，用于儲(chǔ)備多余用于儲(chǔ)備多余金屬液體以彌金屬液體以彌補(bǔ)收縮引起的補(bǔ)收縮引起的金屬液體不足。金屬液體不足。冷鐵：型壁上冷鐵：型壁上外設(shè)的鐵塊，外設(shè)的鐵塊，用于加快該處用于加快該處的冷卻速度。的冷卻速度。澆注系統(tǒng)澆注系統(tǒng)型腔型腔冒口冒口溫度溫度距離距離123縮孔縮孔123冷鐵冷鐵2. 鑄造應(yīng)力與鑄件變形鑄造

9、應(yīng)力與鑄件變形熱應(yīng)力熱應(yīng)力：由由于鑄件壁厚于鑄件壁厚不均，各部不均，各部分冷卻速度分冷卻速度不同，以致不同，以致收縮不一致收縮不一致引起的應(yīng)力引起的應(yīng)力。 機(jī)械應(yīng)力機(jī)械應(yīng)力：合金線收縮合金線收縮受到鑄型或受到鑄型或型芯的機(jī)械型芯的機(jī)械阻礙而形成阻礙而形成的內(nèi)應(yīng)力。的內(nèi)應(yīng)力。 熱應(yīng)力形成分析熱應(yīng)力形成分析+-+-+框架結(jié)構(gòu)框架結(jié)構(gòu)-T型梁結(jié)構(gòu)型梁結(jié)構(gòu)內(nèi)應(yīng)力薄壓厚拉內(nèi)應(yīng)力薄壓厚拉變形方向恰相反變形方向恰相反鑄件變形歸納鑄件變形歸納減小應(yīng)力措施減小應(yīng)力措施 發(fā)生期發(fā)生期引發(fā)引發(fā)因素因素特征特征傾向傾向防止防止措施措施熱熱 裂裂凝固凝固高溫高溫機(jī)械機(jī)械應(yīng)力應(yīng)力短寬短寬曲氧曲氧塑性塑性區(qū)寬區(qū)寬退讓性，退

10、讓性，S冷冷 裂裂凝固凝固低溫低溫復(fù)合復(fù)合應(yīng)力應(yīng)力光滑光滑穿晶穿晶脆性，脆性，大型大型壁厚，壁厚，P3. 3. 裂裂 紋紋裂紋是鑄造內(nèi)裂紋是鑄造內(nèi)應(yīng)力超過(guò)金屬應(yīng)力超過(guò)金屬材料抗拉強(qiáng)度材料抗拉強(qiáng)度的產(chǎn)物。的產(chǎn)物。熱裂：凝固后期因機(jī)熱裂：凝固后期因機(jī)械應(yīng)力超強(qiáng)而產(chǎn)生。械應(yīng)力超強(qiáng)而產(chǎn)生。影響因素：合金性質(zhì)影響因素：合金性質(zhì)和鑄型阻力。和鑄型阻力。冷裂：繼續(xù)冷卻至冷裂：繼續(xù)冷卻至室溫形成的裂紋。室溫形成的裂紋。特點(diǎn)特點(diǎn)P101.3 鑄件常見(jiàn)缺陷鑄件常見(jiàn)缺陷歸歸 納納本節(jié)主要介紹鑄造工藝性：流動(dòng)性與收縮。本節(jié)主要介紹鑄造工藝性：流動(dòng)性與收縮。思考題：P62，1-1，1-3，1-5 作作 業(yè)業(yè) 1 1一、

11、判斷題一、判斷題 1. 1. 在鑄件熱節(jié)處安放冷鐵能夠起補(bǔ)縮作用。（在鑄件熱節(jié)處安放冷鐵能夠起補(bǔ)縮作用。（ ） 2. 2. 凝固溫度范圍大的合金，鑄造時(shí)鑄件中易產(chǎn)生縮松。（凝固溫度范圍大的合金，鑄造時(shí)鑄件中易產(chǎn)生縮松。（ ） 3. 3. 防止或減少鑄件變形的方法之一是提高流動(dòng)性。（防止或減少鑄件變形的方法之一是提高流動(dòng)性。（ ） 4. 4. 合金的澆注溫度越高越好。（合金的澆注溫度越高越好。（ ） 5. 5. 鑄鋼件一般都要安置冒口和冷鐵，使之實(shí)現(xiàn)同時(shí)凝固。（鑄鋼件一般都要安置冒口和冷鐵，使之實(shí)現(xiàn)同時(shí)凝固。（ ）二、選擇題二、選擇題1. 1. 造成鑄件冷隔的主要原因是造成鑄件冷隔的主要原因是

12、a. a. 澆注溫度過(guò)高澆注溫度過(guò)高b. b. 澆注溫度過(guò)低澆注溫度過(guò)低c. c. 澆注速度太快澆注速度太快 2. 2. 生產(chǎn)中為提高合金的流動(dòng)性常采用的方法是生產(chǎn)中為提高合金的流動(dòng)性常采用的方法是 a. a. 加大出氣口加大出氣口b. b. 延長(zhǎng)澆注時(shí)間延長(zhǎng)澆注時(shí)間c. c. 提高澆注溫度提高澆注溫度3. 3. 冒口的一個(gè)重要作用是冒口的一個(gè)重要作用是 a. a. 液體金屬迅速澆注滿型腔液體金屬迅速澆注滿型腔b. b. 澆注金屬液的通道澆注金屬液的通道c. c. 補(bǔ)縮和排氣補(bǔ)縮和排氣 4. 4. 澆注溫度過(guò)高，鑄件會(huì)產(chǎn)生澆注溫度過(guò)高，鑄件會(huì)產(chǎn)生 a. a. 氣孔氣孔b. b. 夾雜物夾雜物c

13、. c. 冷隔冷隔5. 5. 在下列物品中，適用于鑄造生產(chǎn)的是在下列物品中，適用于鑄造生產(chǎn)的是 a. a. 鋼精鍋鋼精鍋b. b. 鋁飯盒鋁飯盒c. c. 機(jī)床絲杠機(jī)床絲杠d. d. 啞鈴啞鈴 6. 6. 能夠制造形狀復(fù)雜、特別是具有復(fù)雜內(nèi)腔毛坯的加工方法是能夠制造形狀復(fù)雜、特別是具有復(fù)雜內(nèi)腔毛坯的加工方法是 a. a. 鑄造鑄造b. b. 壓力加工壓力加工c. c. 焊接焊接d. d. 切削加工切削加工三、填空題三、填空題1. 1. 澆注溫度過(guò)低，液體金屬量不夠，鑄件就會(huì)產(chǎn)生冷隔或澆注溫度過(guò)低，液體金屬量不夠，鑄件就會(huì)產(chǎn)生冷隔或_。 2. _2. _對(duì)合金流動(dòng)性的影響最顯著。對(duì)合金流動(dòng)性的影響最顯著。 3. 3. 合金的鑄造性能用合金的鑄造性能用_和和_來(lái)衡量。來(lái)衡量。 4. 4. 鑄鋼的流動(dòng)性比鑄鐵鑄鋼的流動(dòng)性比鑄鐵_ _ 。 5. 5. 澆注溫度越澆注溫度越_，上砂箱越，上砂箱越_，合金的充型能力越好。，合金的充型能力越好。 6. 6. 鑄造合金的收縮經(jīng)歷鑄造合金的收縮經(jīng)歷_、_、