金屬工藝學(xué)方面的知識(shí)知識(shí)

1、金屬工藝學(xué)金屬工藝學(xué)是一門研究有關(guān)制造金屬機(jī)件的工藝方法的綜合性技術(shù)學(xué)科 . 主要內(nèi)容 :1 常用金屬材料性能2 各種工藝方法本身的規(guī)律性和應(yīng)用 .3 金屬機(jī)件的加工工藝過程、結(jié)構(gòu)工藝性。 熱加工：金屬材料、鑄造、壓力加工、焊接 目的、任務(wù)：使學(xué)生了解常用金屬材料的性質(zhì)和其加工工藝的基礎(chǔ)知識(shí)，為學(xué)習(xí)其它相 關(guān)課程和以后從事機(jī)械設(shè)計(jì)和制造方面的工作奠定必要的金屬工藝學(xué)的基礎(chǔ)。 以綜合為基礎(chǔ)，通過綜合形成能力 第一篇 金屬材料第一章 金屬材料的主要性能 兩大類： 1 使用性能：機(jī)械零件在正常工作情況下應(yīng)具備的性能。包括：機(jī)械性能、物理、化學(xué)性能2 工藝性能：鑄造性能、鍛造性能、焊接性能、熱處理性能

2、、切削性能等。第一節(jié) 金屬材料的機(jī)械性能 指力學(xué)性能 -受外力作用反映出來(lái)的性能。一 彈性和塑性：1 彈性：金屬材料受外力作用時(shí)產(chǎn)生變形，當(dāng)外力去掉后能恢復(fù)其原來(lái)形狀的性能。 力和變形同時(shí)存在、同時(shí)消失。 如彈簧：彈簧靠彈性工作。2 塑性：金屬材料受外力作用時(shí)產(chǎn)生永久變形而不至于引起破壞的性能。 (金屬之間的 連續(xù)性沒破壞) 塑性大小以斷裂后的塑性變形大小來(lái)表示。 塑性變形：在外力消失后留下的這部分不可恢復(fù)的變形。3 拉伸圖金屬材料在拉伸過程中彈性變形、 塑性變形直到斷裂的全部力學(xué)性能可用拉伸圖形象地 表示出來(lái)。以低碳鋼為例bokaso&( )將金屬材料制成標(biāo)準(zhǔn)式樣 在材料試驗(yàn)機(jī)上對(duì)試

3、件軸向施加靜壓力 P,為消除試件尺寸對(duì)材料性能的影響， 分別以應(yīng)力 b （即單位面積上的拉力 4P/ n2d和應(yīng)變（單位長(zhǎng)度上的伸長(zhǎng)量 1/0 ）來(lái)代替P和，得 到應(yīng)力應(yīng)變圖1）彈性階段 oeb彈性極限2）屈服階段：過 e點(diǎn)至水平段右端 聲塑性極限，s屈服點(diǎn)過s點(diǎn)水平段一一說明載荷不增加，式樣仍繼續(xù)伸長(zhǎng)。（P 一定，b =P/F 定，但真實(shí)應(yīng)力 P/F1 T因?yàn)樽冃?，F(xiàn)1/）發(fā)生永久變形3） 強(qiáng)化階段：水平線右斷至 b點(diǎn) Pf變形f b強(qiáng)度極限，材料能承受的最大載荷時(shí)的應(yīng)力。4）局部變形階段 bk過b點(diǎn)，試樣某一局部范圍內(nèi)橫向尺寸突然急劇縮小?？s頸”（試樣橫截面變小，拉力 J）4 延伸率和斷面

4、收縮率： 表示塑性大小的指針1） 延伸率：S =o式樣原長(zhǎng)，11拉深后長(zhǎng)2） 斷面收縮率：-原截面，F(xiàn)i 拉斷后截面* 1 ）& “越大，材料塑性越好2） £與S區(qū)別：拉伸圖中S =彈+ £塑，S = S mis3）一般8> 5%為塑性材料，S 5%為脆性材料。5條件屈服極限 b。2有些材料在拉伸圖中沒有明顯的水平階段。 通常規(guī)定產(chǎn)生 0.2塑性變形的應(yīng)力作為屈服極限 稱為條件屈服極限 .二剛度金屬材料在受力時(shí)抵抗彈性變形的能力 1 材料本質(zhì)彈性模量在彈性范圍內(nèi) ,應(yīng)力與應(yīng)變的比值.其大小主要決定材料本身. 相當(dāng)于單位元元變形所需要的應(yīng)力 .b = Es ,

5、E = b / s =tg a2 幾何尺寸形狀受力相同材料的 E 相同,但尺寸不同 ,則其剛度也不同 .所以考慮材料剛度時(shí)要把形狀尺寸同時(shí)考慮 .還要考慮受力情況 .三強(qiáng)度強(qiáng)度指金屬材料在外力作用下抵抗塑性變形和斷裂的能力按作用力性質(zhì)的不同，可分為：抗拉強(qiáng)度 0+抗壓強(qiáng)度0-抗彎強(qiáng)度ow抗剪強(qiáng)度T 抗扭強(qiáng)度6常用來(lái)表示金屬材料強(qiáng)度的指標(biāo)：屈服強(qiáng)度：(Pa N/m2) P，產(chǎn)生屈服時(shí)最大外力,Fo-原截面抗拉強(qiáng)度(Pa N/m2) Pb-斷裂前最大應(yīng)力.6 o在設(shè)計(jì)機(jī)械和選擇評(píng)定材料時(shí)有重要意義因金屬材料不能在超過6的條件下工作否則會(huì)塑變超過6工作，機(jī)件會(huì)斷裂.於-6之間塑性變形，壓力加工四硬度

6、金屬抵抗更硬的物體壓入其內(nèi)的能力一是材料性能的綜合物理量，表示金屬材料在一個(gè)小的體積范圍內(nèi)的抵抗彈性變形塑性變形或斷裂的能力1布式硬度HB用直徑D的淬火鋼球或硬質(zhì)合金球，在一定壓力P下,將鋼球垂直地壓入金屬表面，并保持壓力到規(guī)定的時(shí)間后卸荷，測(cè)壓痕直徑d(用刻度放大鏡測(cè))則HB=P/F (N/mm 2)單位一般不寫 F-壓痕面積HBS 壓頭用淬火鋼球，HBW 壓頭用硬質(zhì)合金球I 因鋼球存在變形問題，不能測(cè)太硬的材料，適于HBS<450，如鑄鐵，有色金屬，軟鋼等.而 H EWV 6 5 0.l 特點(diǎn)：壓痕大，代表性全面l 應(yīng)用：不適宜薄件和成品件2 洛式硬度HR用金剛石圓錐在壓頭或鋼球，在

7、規(guī)定的預(yù)載荷和總載荷下，壓入材料，卸載后，測(cè)其 深度h,由公式求出，可在硬度計(jì)上直接讀出，無(wú)單位.不同壓頭應(yīng)用范圍不同如下表：HRBd= 1588淬火鋼球9807退火鋼灰鐵有色金屬HRC120°金剛石圓錐1471淬火回火件HRA5884硬質(zhì)合金碳化物優(yōu)點(diǎn)：易操作,壓痕小，適于薄件，成品件缺點(diǎn):壓痕小，代表性不全面需多測(cè)幾點(diǎn).*硬度與強(qiáng)度有一定換算關(guān)系，故應(yīng)用廣泛根據(jù)硬度可近似確定強(qiáng)度，如灰鐵：b61HBS3顯微硬度(Hm)用于測(cè)定金屬組織中個(gè)別組成體，夾雜物等硬度顯微放大測(cè)量顯微硬度(查表)與HR有對(duì)應(yīng)關(guān)系如:磨削燒傷表面，看燒傷層硬度變化五沖擊韌性ak材料抵抗沖擊載荷的能力常用一次

8、擺錘沖擊試驗(yàn)來(lái)測(cè)定金屬材料的沖擊韌性，標(biāo)準(zhǔn)試樣一次擊斷，用試樣缺口處單位截面積上的沖擊功來(lái)表示akak=A k/F(J/m2) Ak=G(H-h)G-重量 F-缺口截面脆性材料一般不開口 ，因其沖擊值低，難以比較差別.1 aM沖擊韌性愈好.2 Ak不直接用于設(shè)計(jì)計(jì)算：在生產(chǎn)中，工件很少因受一次大能量沖擊載荷而破壞，多是小沖擊載荷，多次沖擊引起破壞，而此時(shí)，主要取決于強(qiáng)度，故設(shè)計(jì)時(shí)，ak只做校核.3 ak對(duì)組織缺陷很敏感，能夠靈敏地反映出材料品質(zhì)，宏觀缺陷，纖維組織方面變化. 所以 ，沖擊試驗(yàn)是生產(chǎn)上用來(lái)檢驗(yàn)冶煉、熱加工、熱處理工藝質(zhì)量的有效方法。（微裂紋 應(yīng)力集中 沖擊 裂紋擴(kuò)展）六 疲勞強(qiáng)度

9、： 問題提出：許多零件如曲軸、齒輪、連桿、彈簧等在交變載荷作用下，發(fā)生斷裂時(shí)的應(yīng)力遠(yuǎn) 低于該材料的屈服強(qiáng)度，這種現(xiàn)象 疲勞破壞。據(jù)統(tǒng)計(jì)， 80%機(jī)件失效是由于疲勞破壞。 疲勞強(qiáng)度 當(dāng)金屬材料在無(wú)數(shù)次交變載荷作用下而不致于引起斷裂的最大應(yīng)力。1 疲勞曲線 交變應(yīng)力與斷裂前的循環(huán)次數(shù) N 之間的關(guān)系。 例如：純彎曲，有色金屬 N108 鋼材 N>107 不疲勞破壞2 疲勞破壞原因材料有雜質(zhì) ，表面劃痕 ，能引起應(yīng)力集中 ，導(dǎo)致微裂紋 ，裂紋擴(kuò)展致使零件不能承受所加載荷 突然破壞 .3 預(yù)防措施改善結(jié)構(gòu)形狀 ，避免應(yīng)力集中 ，表面強(qiáng)化 -噴丸處理 ，表面淬火等 .第二節(jié) 金屬材料的物理 ，化學(xué)

10、和工藝性能一 物理性能比重： 計(jì)算毛坯重量 ，選材，如航天件 ：輕 熔點(diǎn) ：鑄造 鍛造溫度 （再結(jié)晶溫度 ） 熱膨脹性 ：鐵軌 模鍛的模具 量具 導(dǎo)熱性 ： 鑄造 ：金屬型 鍛造 ：加熱速度 導(dǎo)電性 ： 電器元件 銅 鋁磁性 ：變壓器和電機(jī)中的硅鋼片 磨床 ： 工作臺(tái)二 化學(xué)性能金屬的化學(xué)性能 ，決定了不同金屬與金屬，金屬與非金屬之間形成化合物的性能，使有些合金機(jī)械性能高 ，有些合金抗腐蝕性好 ，有的金屬在高溫下組織性能穩(wěn)定. 如耐酸 ，耐堿等如化工機(jī)械 ，高溫工作零件等三 工藝性能金屬材料能適應(yīng)加工工藝要求的能力 .鑄造性 ，可鍛性 ，可焊性 ，切削加工形等思考題 ;1 什么是應(yīng)力 ，應(yīng)變（

11、線應(yīng)變）?2 頸縮現(xiàn)象發(fā)生在拉伸圖上哪一點(diǎn) ? 如果沒發(fā)生頸縮 ，是否表明該試樣沒有塑性變 形?3 0T2的意義？能在拉伸圖上畫出嗎？4 將鐘表發(fā)條拉成一直線 ，這是彈性變形還是塑性變形?如何判定變形性質(zhì) ?5 為什么沖擊值不直接用于設(shè)計(jì)計(jì)算 ?第二章 金屬和合金的晶體結(jié)構(gòu)與結(jié)晶第一節(jié) 金屬的晶體結(jié)構(gòu)基本概念 固體物質(zhì)按原子排列的特征分為 : 晶體: 原子排列有序 ,規(guī)則,固定熔點(diǎn) ,各項(xiàng)異性 . 非晶體 : 原子排列無(wú)序 ,不規(guī)則 ,無(wú)固定熔點(diǎn) ,各項(xiàng)同性 如: 金屬 ,合金,金剛石 晶體 玻璃 ,松香 瀝青非晶體晶格 : 原子看成一個(gè)點(diǎn) ,把這些點(diǎn)用線連成空間格子.結(jié)點(diǎn) : 晶格中每個(gè)點(diǎn)

12、.晶胞 : 晶格中最小單元 ,能代表整個(gè)晶格特征 .晶面 : 各個(gè)方位的原子平面 晶格常數(shù)：晶胞中各棱邊的長(zhǎng)度（和夾角）,以A（1A=10-8cm）度量 金屬晶體結(jié)構(gòu)的主要區(qū)別在于晶格類型 ,晶格常數(shù) .二 常見晶格類型201體心立方晶格：Cr ,W, -FaMo , V等，特點(diǎn)：強(qiáng)度大，塑性較好，原子數(shù):1/8 X8 +1=2 多種2面心立方晶格：Cu Ag Au Ni Al Pb y Fe塑性好 原子數(shù) ：420 多種4 密排六方晶格：Mg Zn Be0Cr -Ti Cd（鎘）純鐵在室溫高壓（130x108N/M2）成&Fe原子數(shù)=1/6 x12+1/2 x2+3=6 , 30 多

13、種三 多晶結(jié)構(gòu)單晶體 - 晶體內(nèi)部的晶格方位完全一致 .多晶體 許多晶粒組成的晶體結(jié)構(gòu) .各項(xiàng)同性 . 晶粒 外形不規(guī)則而內(nèi)部晶各方位一致的小晶體 . 晶界 晶粒之間的界面 .第二節(jié) 金屬的結(jié)晶一 金屬的結(jié)晶過程 （初次結(jié)晶 ）1 結(jié)晶 ： 金屬?gòu)囊后w轉(zhuǎn)變成晶體狀態(tài)的過程 . 晶核形成 ： 自發(fā)晶核 ：液體金屬中一些原子自發(fā)聚集 ,規(guī)則排列 .外來(lái)晶核 ：液態(tài)金屬中一些外來(lái)高熔點(diǎn)固態(tài)微質(zhì)點(diǎn).晶核長(zhǎng)大 ：已晶核為中心 ,按一定幾何形狀不斷排列 .*晶粒大小控制 ： 晶核數(shù)目 ： 多細(xì) （晶核長(zhǎng)得慢也細(xì) ） 冷卻速度 ： 快細(xì)（因冷卻速度受限 ,故多加外來(lái)質(zhì)點(diǎn) ） 晶粒粗細(xì)對(duì)機(jī)械性能有很大影響 ,

14、若晶粒需細(xì)化 ,則從上述兩方面入手 結(jié)晶過程用冷卻曲線描述 !2 冷卻曲線 溫度隨時(shí)間變化的曲線 熱分析法得到理論結(jié)晶溫度 實(shí)際結(jié)晶溫度 時(shí)間 （s）TC)過冷 : 液態(tài)金屬冷卻到理論結(jié)晶溫度以下才開始結(jié)晶的現(xiàn)象2） 過冷度 :理論結(jié)晶溫度與實(shí)際結(jié)晶溫度之差 .（實(shí)際冷卻快 ,結(jié)晶在理論溫度下 ）二 金屬的同素異購(gòu)轉(zhuǎn)變 （二次結(jié)晶 重結(jié)晶 ） 同素異構(gòu)性 一種金屬能以幾種晶格類型存在的性質(zhì) . 同素異購(gòu)轉(zhuǎn)變 金屬在固體時(shí)改變其晶格類型的過程 . 如: 鐵 錫 錳 鈦 鈷以鐵為例：孑e（1394 C ） -Fe（912 C ）伏Fe體心 面心 體心 因?yàn)殍F能同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變 ,才有對(duì)鋼鐵的各種熱處理

15、 . （晶格轉(zhuǎn)變時(shí) ,體積會(huì)變化 ,以原子排列不同 ）第三節(jié) 合金的晶體結(jié)構(gòu)一 合金概念合金 ： 由兩種或兩種以上的金屬元素或金屬與非金屬組成的具有金屬特性的物質(zhì).組元：組成合金的基本物質(zhì) .如化學(xué)元素 （黃銅：二元 ）金屬化合物 相： 在金屬或合金中 ,具有相同成分且結(jié)構(gòu)相同的均勻組成部分.相與相之間有明顯的界面 .如： 純金屬 一個(gè)相 ,溫度升高到熔點(diǎn) ,液固兩相 . 合金液態(tài)組元互不溶 ,幾個(gè)組元 ,幾個(gè)相 . 固體合金中的基本相結(jié)構(gòu)為固溶體和金屬化合物， 還可能出現(xiàn)由固溶體和金屬化合物組成的 混合物。二 合金結(jié)構(gòu)1 固溶體 溶質(zhì)原子溶入溶劑晶格而仍保持溶劑晶格類型的金屬晶體。 根據(jù)溶質(zhì)

16、在溶劑晶格中所占的位置不同，分為：1 ）置換固溶體溶質(zhì)原子替代溶劑原子而占據(jù)溶劑晶格中的某些結(jié)點(diǎn)位置，所形成的固溶體。 *溶質(zhì)原子，溶劑原子直徑相差不大時(shí)，才能置換 如： Cu Zn Zn 溶解度有限。 Cu Ni 溶解度無(wú)限 晶格畸變 固溶強(qiáng)化： 畸變時(shí)塑性變形阻力增加，強(qiáng)， 硬增加。這是提高合金機(jī)械性能的 一個(gè)途徑。2）間隙固溶體溶質(zhì)原子嵌入各結(jié)點(diǎn)之間的空隙，形成固溶體。溶質(zhì)原子小，與溶劑原子比為0.59 。溶解度有限。也固溶強(qiáng)化。2 金屬化合物 合金各組成元素之間相互作用而生成的一種新的具有金屬性質(zhì)， 可用分子式表示的物質(zhì)。 如 Fe3C WC 特點(diǎn)：（ 1 ）較高熔點(diǎn)、較大脆性、較高硬

17、度。（2）在合金中作強(qiáng)化相，提高強(qiáng)度、硬度、耐磨性，而塑性、韌性下降，如WC、TiC?？赏ㄟ^調(diào)整合金中的金屬化合物的數(shù)量、形態(tài)、分布來(lái)改變合金的性能3 機(jī)械混合物 固溶體 +金屬化合物、固 +固 綜合性能§4 二元合金狀態(tài)圖的構(gòu)成這些合金組成一個(gè)合金系統(tǒng)合金系：由給定的組元可以配制成一系列成分含量不同的合金， 為研究合金系的合金成分、溫度、結(jié)晶組織之間的變化規(guī)律、建立合金狀態(tài)圖來(lái)描述。 合金狀態(tài)圖合金系結(jié)晶過程的簡(jiǎn)明圖解。 實(shí)質(zhì)：溫度成分作標(biāo)圖，是在平衡狀態(tài)下（加熱冷卻都極慢的條件下）得到的。二、二元合金狀態(tài)圖的建立以Pb （鉛）-Sb （銻）合金為例：1 配置幾種 Pb-Sb 成分

18、不同的合金。2 做出每個(gè)合金的冷卻曲線Pb-Sb3 將每個(gè)合金的臨界點(diǎn)標(biāo)在溫度 成分坐標(biāo)上，并將相通意義的點(diǎn)連接起來(lái)，即得到 合金的狀態(tài)圖。液相線： ACB 固相線： DCE 單相區(qū)：只有一個(gè)相。兩相區(qū)：兩個(gè)相。 ACD、BCE。 c共晶點(diǎn)*作業(yè)：第三章鐵碳合金§1 鐵碳合金的基本組織 液態(tài)： Fe、C 無(wú)限互溶 。固態(tài)：固溶體 金屬化合物t C1538 -Fe+C鐵素體F1394 YFe+C奧氏體A912 a-Fe+C鐵素體 Fs一鐵素體碳溶于a-Fe形成的固溶體一一鐵素體F體心立方，顯微鏡下為均勻明亮的多邊形晶粒。性能：韌性很好（因含 C少），強(qiáng)、硬不高。S =4550% HBS

19、=d）=250Mpa 含碳： 727 C, 0.02%二奧氏體碳溶于YFe中形成的固溶體一“ A”面心立方 ,顯微鏡下多邊形晶粒 ,晶界較 F 平直 .性能:塑性好，壓力加工所需要組織含碳最高；1147C ,2.11% HBS=170220 三滲碳體金屬化合物 Fe3C復(fù)雜晶格，含碳669%.性能:硬高HB(sw)>800”脆，作強(qiáng)化相 在一定條件下會(huì)分解成鐵和石墨,這對(duì)鑄造很有意義 .四 珠光體 PF+Fe3C 機(jī)械混合物，含碳0.77% 組織:兩種物質(zhì)相間組成 ，性能:介于兩者之間 .強(qiáng)度較高 : 硬度 HBS=250五 萊氏體>727 C A+Fe3C Ld高溫萊氏體<

20、727 C P+Fe3C Ld '低溫萊氏體性能 : 與 Fe3C 相似 HBS>700 塑性極差 .§2 鐵碳合金狀態(tài)圖是表明平衡狀態(tài)下含 C 不大于 6.69%的鐵碳合金的成分 ，溫度與組織之間關(guān)系 ，是研究鋼鐵的 成分 ，自治和性能之間關(guān)系的基礎(chǔ) ，也是制定熱加工工藝的基礎(chǔ).含C>6.69在工業(yè)上午實(shí)際意義，而含C6.69%時(shí),Fe與C形成Fe3C,故可看成一個(gè)組元，即鐵 碳合金狀態(tài)圖實(shí)際為 Fe-Fe3C 的狀態(tài)圖 .一鐵碳合金狀態(tài)圖中點(diǎn)線面的意義1 各特性點(diǎn)的含義1)A:純鐵熔點(diǎn) 含 C: 0%1538C2)C:共晶點(diǎn)4.3%11483)D:Fe3C 熔

21、點(diǎn)6.6916004)E:C在A中最大溶解度2.11 11485)F:Fe3C 成分點(diǎn)6.6911486)G:-Fe與丫Fe轉(zhuǎn)變點(diǎn) 0%9127)K:Fe 3C 成分點(diǎn)6.697278)P:C在a-Fe中最大溶解度0.027279)S:共析點(diǎn)0.7772710) Q: C在a-Fe中溶解度0.0008 室溫2 主要線的意義1) ACD: 液相線 ，液體冷卻到此線開始結(jié)晶 .2) AECF: 固相線 此線下合金為固態(tài)3) ECF:生鐵固相線，共晶線，液體一Ld4) AE: 鋼的固相線 ，液態(tài)到此線 A5) GS:”A” A此線開始析出F6) ES: ” Am” A此線開始析出 Fe367) PS

22、K:”A”共析線.A同時(shí)析出P(F+Fe3C)3 主要區(qū)域1) ACE:兩相區(qū) L+A 2) DCF:兩相區(qū) L+Fe3Ci3) AESG: 單相區(qū) A 4) GPS: A+F 兩相區(qū)二鋼鐵分類1工業(yè)純鐵：含C<0.0218% 組織:F2 鋼:含碳: 0.02182.11共析鋼含 C=0.77%P亞共析鋼含 C<0.77%P+F過共析鋼含 C>0.77%P+Fe3C113 鐵 含 C:2.11%6.69%共晶生鐵 4.3% CLd'亞共晶生鐵< 4.3% CP+Ld'+ Fe3C11過共晶生鐵> 4.3% CLd'+ Fe3C1三典型合金結(jié)

23、晶過程分析1 共析鋼LL+AA-P2 亞共析鋼LA+L AA+FF+P3過共析鋼LL+A AA+ Fe 3C11- Fe3C1+P4 共晶鐵LLdLd'5 亞共晶鐵L 1 點(diǎn)一L+A A+Ld P+Ld'6 過共晶鐵L 1 點(diǎn)一L+Fe3C12 點(diǎn)一Ld+ Fe3C1 3 點(diǎn)-Fe3C1+Ld四鐵碳合金狀態(tài)圖的應(yīng)用1 鑄造 確定澆鑄溫度 選材: 共晶點(diǎn)附近鑄造性能好2 鍛造鍛造溫度區(qū)間 A3 焊接 焊接缺陷用熱處理改善 .根據(jù)狀態(tài)圖制定熱處理工藝§3鋼的分類和應(yīng)用按化學(xué)成分：碳鋼：<2.11%C少量Si Mn S P等雜質(zhì)合金鋼 :加入一種或幾種合金元素 一碳鋼

24、1 含碳量對(duì)碳鋼性能的影響<0.9%C Cf強(qiáng)，硬f塑，韌J FeC強(qiáng)化相>0.9%C Cf硬f，強(qiáng),塑,韌J FeC分布晶界,脆性f2 鋼中常見雜質(zhì)對(duì)性能的影響Si:溶于F，強(qiáng)化F,強(qiáng)，硬f塑，韌J 含量<0.030.4%有益作用不明顯Mn: 1）溶于F,Fe3C.引起固溶強(qiáng)化 2）與FeS反應(yīng)一MnS比重輕，進(jìn)入熔渣，如量少，有益作用不 明顯S: FeS （FeS+Fe）共晶體，熔點(diǎn)985 C ,分布晶界，引起脆性”熱脆”P：溶于F,是強(qiáng)度，硬度f(wàn)但室溫塑性，韌性JJ 冷脆”3 碳鋼的分類1 ） 按含碳量分低碳鋼 <0.25%C 中碳鋼：0.250.6%C,高碳鋼&

25、gt;0.6%C2）按質(zhì)量分（含S,P多少分）普通鋼 S<=0.055%,P<=0.045%優(yōu)質(zhì)鋼 S,P<=0.04%高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼 S<=0.03%P<=0.035%3）按用途分碳素結(jié)構(gòu)鋼，碳素工具鋼>0.6%C4 碳鋼的編號(hào)和用途1）普通碳素結(jié)構(gòu)鋼 :Q235 數(shù)字表示屈服強(qiáng)度 單位 Mpa2）優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼正常含錳量的優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼：0.250.8%M n較高含錳量 0.150.6%C 0.71.0% Mn , >0.6%C 0.91.2%M n08 10 15 20 25 強(qiáng)J塑f沖壓件 焊件30 35 40 45 50 55 60強(qiáng)f硬f彈簧，

26、軸，齒輪 耐磨件65 70 75 80 85 耐磨件數(shù)字表示含 C 萬(wàn)分 8 之幾3）碳素工具鋼T7T8T13 數(shù)字表示含 C 千分之幾高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼加 A 含 Mn 高，加 MnT8MnA二合金鋼常加合金元素：Mn Si Cr Ni Mo W V Ti B（硼）稀土元素（Xt）等1 合金結(jié)構(gòu)鋼“數(shù) +元素符號(hào) +數(shù)”表示 數(shù)含碳萬(wàn)分之幾 ， 符號(hào)合金元素 ，符號(hào)后面數(shù)表示含合金 %, <1.5%不標(biāo)，=1.5%標(biāo)2 若為高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼 ，后加 A如：60Si2M n 0.6%C, 2%Si <1.5% Mn18Cr2Ni4WA 0.18%C, 2%Cr, 4%Ni,<1.5%W 高

27、級(jí)優(yōu)質(zhì)應(yīng)用： 工程結(jié)構(gòu)件 ， 機(jī)械零件主要包括 ：低合金鋼 ,合金滲碳鋼 ,合金調(diào)質(zhì)鋼 ,合金彈簧鋼 ,滾動(dòng)軸承鋼等2 合金工具鋼 :數(shù) +元素符號(hào) +數(shù)與結(jié)構(gòu)鋼同數(shù)一一位數(shù),含C千分之幾，含 0=1.0%不標(biāo)如: 9SiCr （板牙 , 絲錐 ）0.9%C <1.5%Si <1.5%CrCrWMn （長(zhǎng)鉸刀 ,絲錐 ,拉刀, 精密絲杠 ）*高速鋼 含 C<1.0 也不標(biāo) W18Cr4V 0.70.8%C,18%W,4%Cr,<1.5%V應(yīng)用 :刃具,模具,量具等3 特殊性能鋼不銹鋼 : 1Cr13 1Cr18Ni9Ti 等耐熱鋼：1Cr132Cr13>400 C

28、 工作耐磨鋼 : 高錳鋼水韌處理 ,沖擊下工作 ,表面產(chǎn)生加工硬化 .并有馬試體在滑移面形成 ,表面硬 度達(dá) HB450550, 表面耐磨 ,心部為 A.水韌處理：鋼加熱到臨界點(diǎn)以上（10001100 C ）保溫,碳化物全容于A,水冷，因冷速快，無(wú)法析 出碳化物 ,成單一 A 組織 .§5 常用非金屬材料一 高分子材料天然 ： 羊毛 橡膠人工合成 ： 塑料 人工橡膠 粘結(jié)劑等有機(jī)玻璃 尼龍 丙綸 氯綸 -商品名工程塑料 ： 環(huán)氧樹脂 聚甲醛 ： 塑料手表中零件 聚酰亞胺 ： 絕緣二 陶瓷耐磨 耐蝕 脆 刀片 砂輪三 復(fù)合材料磨削軟片 ： 聚酰亞胺 +金剛石§4 金屬零件選材

29、的一般原則產(chǎn)品的質(zhì)量和生產(chǎn)成本如何 ,與材料選擇的是否恰當(dāng)有直接關(guān)系,機(jī)械零件進(jìn)行選材時(shí) ,主要考慮零件的工作條件 ,材料的工藝性能和產(chǎn)品的成本.基本原則如下 ：1 滿足零件工作條件 ：受力狀態(tài)一機(jī)械性能,基本（T 3等k工作溫度環(huán)境介質(zhì) 使用環(huán)境 ,高溫耐熱,抗腐蝕不銹鋼 高硬度 工具鋼2 材料的工藝性能零件的生產(chǎn)方法不同 ,直接影響其質(zhì)量和生產(chǎn)成本 . 如： 灰口鐵 ,鑄造性能 切削加工性很好 ,可鍛性差 .3 經(jīng)濟(jì)性 價(jià)值 =功能 /成本如: 耐腐蝕容器 : 1)普通碳素鋼 :5000 元 用一年2) 奧氏體不銹鋼 : 40000 元 用 10 年3) 鐵素體不銹鋼 : 15000元 用

30、 6年1) :2):3) =1:1.25:2第四章 鋼的熱處理§1 概述一 鋼的熱處理 : 把鋼在固態(tài)下加熱到一定的溫度進(jìn)行必要的保溫, 并以適當(dāng)?shù)乃俣壤鋮s到室溫 ,以改變鋼的內(nèi)部組織 ,從而得到所需性能的工藝方法* 只改變組織和性能 , 而不改變其形狀和大小 .熱處理是改善材料性能的重要手段之一, 能提高產(chǎn)品質(zhì)量 ,延長(zhǎng)機(jī)件壽命 ,節(jié)約金屬材料 ,所以 ,重要機(jī)件都要經(jīng)過熱處理 .(提問:前面學(xué)過的改善金屬材料性能的手段固溶強(qiáng)化 )熱處理工藝曲線 : 各種熱處理都可以用溫度 時(shí)間的坐標(biāo)圖形表示 .溫度保溫臨界溫度加熱 冷卻時(shí)間應(yīng)用廣泛 :機(jī)械制造業(yè)中 70%零件需熱處理 .汽車 拖

31、拉機(jī) 制造業(yè) 7080% 量具 刃具 模具 滾動(dòng)軸承等 100%二 目的1 冶金 鍛 鑄 焊毛坯或成品 ,消除缺陷 , 改善工藝性能 .為后續(xù)加工 ( 如機(jī)加 ) 做好組織 ,性能 , 準(zhǔn)備 . 退火 正火2 是鋼件的機(jī)械性能提高 ,達(dá)到鋼件的最終使用性能指標(biāo),以滿足機(jī)械零件或工具使用性能要求 . 淬火 +回火 表面淬火 化學(xué)處理l依據(jù) :狀態(tài)圖§2 熱處理過程中的組織轉(zhuǎn)變一 鋼在加熱時(shí)的組織轉(zhuǎn)變1 臨界溫度 :狀態(tài)圖上A1 : 共析線 (P-A)臨界溫度 : A3 : A 析出 F(F-A) 極緩慢冷卻Acm : A 析出 Fe3C"()實(shí)際加熱臨界溫度 A c1Ac3A

32、 “過熱”Accm實(shí)際冷卻臨界溫度 AriPAr3A 析出 F “過冷”Arcm析出Fe3S2 組織轉(zhuǎn)變1) 共析鋼 : P(F+Fe3C)-A(1) A 晶核形成 :F 和 Fe3C 界面上先形成 A 晶核 (因界面原子排列不規(guī)則 ,缺陷多 ,能量低 )A晶核長(zhǎng)大:F晶格轉(zhuǎn)變，F(xiàn)e3C不斷溶入A, A晶核不斷生成，長(zhǎng)大.F轉(zhuǎn)變快，先消失.殘余滲碳體的溶解：隨保溫時(shí)間加長(zhǎng),殘余Fe3C逐漸溶入A(4)A 成分均勻化 : A 轉(zhuǎn)變完成后 ，各處含 C 濃度不均勻 ，繼續(xù)保溫 ，C 充分?jǐn)U散 ，得到單一的均勻A這個(gè)過程是 A 重結(jié)晶的過程 .2) 亞共析鋼 ： F+P Ac1 F+A Ac 3-A

33、3) 過共析鋼：P+ Fe3C-AciA+ Fe3C-Accm-A(晶粒粗化)二鋼在冷卻時(shí)的組織轉(zhuǎn)變(鋼在室溫時(shí)的機(jī)械性能不僅與加熱 ，保溫有關(guān) ，與冷卻過程也有關(guān) )1 冷卻方式1) 連續(xù)冷卻 ： 時(shí)加熱到 A 的鋼，在溫度連續(xù)下降的過程中發(fā)生組織轉(zhuǎn)變.水冷 油冷 空冷 (正火) 爐冷(退火 )2)Ar 1(2)(1)等溫冷卻：使加熱到A的鋼,先以較快的速度冷卻到Ari線下某一溫度，成為過冷 A,保溫，使A在等溫下發(fā)生組織轉(zhuǎn)變，轉(zhuǎn)變完,再冷卻到室溫.等溫退火 等溫淬火2 共析鋼冷卻時(shí)的等溫轉(zhuǎn)變以共析鋼為例 ，進(jìn)行一系列不同過冷度的等溫冷卻實(shí)驗(yàn)，可以測(cè)出過冷奧氏體在恒溫下開始轉(zhuǎn)變和轉(zhuǎn)變終了的時(shí)

34、間 ，畫到”溫度時(shí)間”坐標(biāo)系中 ，然后，把開始轉(zhuǎn)變的時(shí)間和轉(zhuǎn)變終了 的時(shí)間分別連接起來(lái)，即得到共析鋼的奧氏體等溫轉(zhuǎn)變曲線 又叫C曲線.i) 高溫產(chǎn)物 ：Ari /7 650 CP 層片較厚500X顯微鏡 HRCi0-20650 -600 C細(xì)珠光體 索氏體 SHRC2535層片較薄 800i000X600 -550 C極細(xì)珠光體屈氏體T HRC3040層片極薄Ia)以上三種均為F+ Fe3C層片相間的珠光體，只是層片厚度不同。Ib)由于過冷度從小到大，原子活動(dòng)能力由強(qiáng)到弱，致使析出的滲碳體和鐵素體 層片越來(lái)越來(lái)薄。l c）珠光體層片越薄，塑變抗力越大，強(qiáng)，硬越大。2）中溫產(chǎn)物550350 C

35、上貝氏體 B上電鏡下觀察，滲碳體不連續(xù)，短桿狀，分布于許多平行而密集 的鐵素體條之間。350 230C 下貝氏體 B下比B上有較高強(qiáng)、硬、韌、塑。片狀過飽和F和其內(nèi)部沉淀的碳化物組織（因?yàn)檫^飽和 F 有析出 Fe3C 傾向，但過冷度太大，導(dǎo)致碳原子沒能擴(kuò)散超出 F 片，只是在片內(nèi)沿一定晶面聚集，沉淀出碳化物粒子）3）低溫轉(zhuǎn)變產(chǎn)物：230 -50 C 馬氏體（M ） +殘余A 馬氏體：過飽和的a固溶體“ M（由于溫度低，原子活動(dòng)能力低，晶格轉(zhuǎn)變完成，但是，C 原子不能從面心中擴(kuò)散出來(lái)，仍留在體心中，形成過飽和a固溶體）晶格嚴(yán)重畸形， M硬f HRC65塑 韌 t 03 共析鋼連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變連續(xù)冷卻

36、可能發(fā)生幾種轉(zhuǎn)變，很復(fù)雜。共析鋼連續(xù)冷卻，只有珠光體轉(zhuǎn)變區(qū)和馬氏體轉(zhuǎn)變區(qū)。珠光體轉(zhuǎn)變區(qū)：三條線構(gòu)成：開始，終了，終止線 冷卻速度過“開始”終“了”線，組織為珠光體冷卻速度過“開始”“終止”線，組織為珠光體和馬氏體 冷卻速度不過珠光體區(qū)，則為 M§3 鋼的熱處理工藝熱處理 : 整體熱處理 : 退火 正火 淬火 回火表面熱處理 : 表面淬火 化學(xué)熱處理滲碳 滲氮一退火將鋼件加熱到高于或低于鋼的臨界點(diǎn),保溫一定時(shí)間 ,隨后在爐內(nèi)或埋入導(dǎo)熱性較差的介質(zhì)中緩慢冷卻 ,以獲得接近平衡的組織 ,這種工藝叫目的: 1） 降低硬度切削加工2）細(xì)化晶粒 ,改善組織提高機(jī)械性能3）消除內(nèi)應(yīng)力淬火準(zhǔn)備4）提

37、高塑性 ,韌性冷沖壓 , 冷拉拔1完全退火：將鋼加熱到 AC3以上3050 C,保溫一定時(shí)間后，緩慢冷卻以獲得接近平衡狀 態(tài)組織（P+F）的熱處理工藝.目的：通過完全重結(jié)晶 ,使鍛 ,鑄,焊件降低硬度 ,便于切削加工 ,同時(shí)可消除內(nèi)應(yīng)力 ,使 A 充分轉(zhuǎn) 變成正常的 F 和 P.應(yīng)用： 亞共析鋼*不能用于共析鋼，：在Accm以上緩冷，會(huì)析出網(wǎng)狀滲碳體（Fe3Cn），脆性f2不完全退火：將共析鋼或過共析鋼加熱到Ac1以上2030 C，適當(dāng)保溫,緩慢冷卻的熱處理工藝 - 又叫球化退火 .目的 ：使珠光體組織中的片狀滲碳體轉(zhuǎn)變?yōu)榱罨蚯驙?，這種組織能將低硬度 ，改善切削加工性.并為以后淬火做準(zhǔn)備 .

38、減小變形和開裂的傾向 .應(yīng)用：共析鋼，過共析鋼（球化退火）3等溫退火：將鋼件加熱到Ac3A （亞共析鋼）或 Ac1（共析鋼或過共析鋼）以上,保溫后較快地冷卻到稍低于 Ar1的溫度，再等溫處理，A轉(zhuǎn)變成P后，出爐空冷.目的：節(jié)省退火時(shí)間，得到更均勻的組織，性能. 應(yīng)用：合金工具鋼，高合金鋼4去應(yīng)力退火：將鋼加熱到Ac1以下某一溫度（約500650C ）保溫后緩冷.（又叫低溫退火）目的:消除內(nèi)應(yīng)力應(yīng)用:鑄，鍛,焊*不發(fā)生相變，重結(jié)晶例子:杯裂5再結(jié)晶退火：將鋼件加熱到再結(jié)晶溫度以上150250 C,即650750 C ,保溫,空冷.目的：發(fā)生再結(jié)晶，消除加工硬化應(yīng)用：冷扎，冷拉,冷壓等*可能相變6

39、擴(kuò)散退火：均勻化退火，高溫進(jìn)行目的：消除偏析，應(yīng)用:鑄件二正火鋼件加熱到 Ac3（亞）或Accm（過共）以上3050 C保溫，空冷*正火作用與退火相似，區(qū)別是正火冷速快，得到非平衡的珠光體組織，細(xì)化晶粒，效果好，能得 到片層間距較小的珠光體組織與退火對(duì)比含碳量 工藝碳素結(jié)構(gòu)鋼（HB）碳素工具鋼（HB）< 02025065%0.650.85%0.71.3%退火< 150150-220220-229187-217（球化）正火< 156156-228230-280229-341實(shí)踐表明：工件硬度HB170-230時(shí)，對(duì)切削有利 正火目的：1提高機(jī)械性能2改善切削加工性3為淬火作組織

40、準(zhǔn)備一大晶粒易開裂對(duì)于過共析鋼，正火能減少二次滲碳體的析出，使其不形成連續(xù)的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，有利于 縮短過共析鋼的球化退火過程 ，經(jīng)正火和球化退火的過共析鋼有較高的韌性，淬火就不易開裂用于生產(chǎn)過共析鋼的工具的工藝路線:鍛造一正火一球化退火一切削加工一淬火，回火一磨 低碳鋼，正火代替退火，中C鋼：正火代調(diào)質(zhì)（但晶粒不均）三淬火將鋼件加熱到 Ac3（亞）或Ac1（過）以上30-50 C，經(jīng)過保溫，然后在冷卻介質(zhì)中迅速冷卻，以獲得高硬度組織的一種熱處理工藝目的:提高硬度，耐磨性應(yīng)用：工具，模具，量具,滾動(dòng)軸承組織:馬氏體下貝氏體 淬火冷卻：決定質(zhì)量，理想冷卻速度兩頭慢中間快.減少內(nèi)應(yīng)力.1常用淬火法：1）

41、單液淬火（普通淬火）:在一種淬火介質(zhì)中連續(xù)冷卻至室溫如碳鋼水冷缺點(diǎn)：水冷,易變形，開裂油冷:易硬度不足，或不均優(yōu)點(diǎn)：易作，易自動(dòng)化2）雙液淬火：先在冷卻能力較強(qiáng)的介質(zhì)中冷卻到300C左右，再放入冷卻到冷卻能力較弱的介質(zhì)中冷卻，獲得馬氏體對(duì)于形狀的碳鋼件 ,先水冷 ,后空冷 .優(yōu)點(diǎn): 防低溫時(shí) M 相變開裂 .3）分級(jí)淬火 :工件加熱后迅速投入溫度稍高于 Ms 點(diǎn)的冷卻介質(zhì)中 ,（如言浴火堿浴槽中 ） 停 2-5 分 （待表面與心部的溫差減少后再取出）取出空冷 .應(yīng)用:小尺寸件（如刀具淬火） 防變形,開裂優(yōu)點(diǎn) : 工藝?yán)硐?,操作容易缺點(diǎn)：在鹽浴中冷卻，速度不夠大只適合小件4）等溫淬火 :將加熱

42、后的鋼件放入稍高于 Ms 溫度的鹽浴中保溫足夠時(shí)間 , 使其發(fā)生下貝 氏體轉(zhuǎn)變 ，隨后空冷 .應(yīng)用： 形狀復(fù)雜的小零件 ，硬度較高 ，韌性好，防變形，開裂.例子:螺絲刀（T7鋼制造） 用淬火+低溫回火 HRC55， 韌性不夠 ，扭 10°時(shí)易斷 如用等溫淬火 ， HRC5558 韌性好 ， 扭 90 °不斷等溫淬火后如有殘余 A， 需回火 ， A-F. 如沒有殘余 A， 不需回火 缺點(diǎn) :時(shí)間長(zhǎng)2 鋼的淬透性與淬硬性淬透性 :鋼在淬火時(shí)具有獲得淬硬層深度的能力.淬硬性 :在淬火后獲得的馬氏體達(dá)到的硬度，它的大小取決于淬火時(shí)溶解在奧氏體中的碳含量.四 回火將淬火后的鋼加熱到

43、Ac1 以下某一溫度 ，保溫一定時(shí)間 ，后冷卻到室溫的熱處理工藝.目的:消除淬火后因冷卻快而產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力，降低脆性 ，使其具有韌性 ，防止變形 ，開裂，調(diào)整機(jī)械性能 .1低溫回火：加熱溫度150250 C組織：回火馬氏體一過飽和度小的 a-固溶體，片狀上分布細(xì)小&碳化物目的 : 消除內(nèi)應(yīng)力 ，硬度不降 .HRC5864應(yīng)用： 量具 ，刃具低碳鋼 ： 高塑性 ，韌性 ，較高強(qiáng)度配合2中溫回火：加熱溫度350500 C組織：極細(xì)的球（粒）狀Fe3C和F機(jī)械混合物.（回火屈氏體）目的 ：減少內(nèi)應(yīng)力 ，提高彈性 ，硬度略降 . 應(yīng)用：（0.450.9%）彈簧，模具 高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼3高溫回火：50

44、0650 C組織：回火索氏體一較細(xì)的球（粒）狀Fe3C和F機(jī)械混合物.目的 ： 消除內(nèi)應(yīng)力 ，較高韌性 ，硬度更低 .應(yīng)用 ： 齒輪 ，曲軸，連桿等 （受交變載荷 ） 淬火 +高溫回火 -調(diào)質(zhì)五 表面淬火表面層淬透到一定深度而中心部仍保持原狀態(tài) 應(yīng)用 ：既受摩擦 ，又受交變 ，沖擊載荷的件 .目的:提高表面的硬度 ,有利的殘余應(yīng)力 .提高表面耐磨性 ,疲勞強(qiáng)度 加熱方法 :1 火焰: 單間小批局部 ,質(zhì)量不穩(wěn)2 感應(yīng)加熱 : 質(zhì)量不穩(wěn) 六化學(xué)熱處理 工件放在某種化學(xué)介質(zhì)中加熱,保溫,使化學(xué)元素滲入工件表面,改善工件表面性能 .應(yīng)用: 受交變載荷 ,強(qiáng)烈磨損 ,或在腐蝕 ,高溫等條件下工作的工件

45、 .滲 C: 表面成高碳鋼 ,細(xì)針狀高碳馬氏體 （0.851.05%）,心部又有高韌性的受力較大的齒輪,軸類件固體滲碳,液體滲碳，氣體滲碳（常用:滲碳劑如甲醇+丙酮900930 C ） 如：低碳鋼，表層:P+Fe3S內(nèi)部:P+F熱處理：淬火+低溫回火 得到回火M（細(xì)小片狀）+ Fe3C n表面含C: 0.851.05% 若表面含C低得到低含C的回火M,硬度低 含C高,網(wǎng)狀或大量塊狀滲 C體，脆性f 滲N:表面硬度，耐磨性，耐蝕性,疲勞強(qiáng)度f(wàn)溫度：500570 C最后工序.為保證內(nèi)部性能，氮化前調(diào)質(zhì) 優(yōu)點(diǎn)：氮化后不淬火，硬度高（HV850）,氮化層殘余壓應(yīng)力，疲勞強(qiáng)度f(wàn) 氮化物抗腐蝕 . 溫度低

46、 ，變形小 .碳氮共滲 : 硬度高 ，滲層較深 ，硬度變化平緩 ，具有良好的耐磨性 ，較小的表面脆性 .第二篇鑄造概述一什么是鑄造 ?將液體金屬澆鑄到與零件形狀相適應(yīng)的鑄造空腔中 ，待其冷卻凝固后 ，以獲得零件或毛坯的 方法.二特點(diǎn)1 優(yōu)點(diǎn):1）可以生產(chǎn)形狀復(fù)雜的零件 ，尤其復(fù)雜內(nèi)腔的毛坯 （如暖氣 ）2）適應(yīng)性廣 ，工業(yè)常用的金屬材料均可鑄造 . 幾克幾百噸 .3）原材料來(lái)源廣泛 .價(jià)格低廉 . 廢鋼，廢件，切屑4）鑄件的形狀尺寸與零件非常接近 ，減少切削量 ，屬少無(wú)切削加工 .應(yīng)用廣泛：農(nóng)業(yè)機(jī)械4070% 機(jī)床:7080%重量鑄件2 缺點(diǎn):1）機(jī)械性能不如鍛件 （組織粗大 ，缺陷多等 ）2

47、）砂性鑄造中 ，單件，小批，工人勞動(dòng)強(qiáng)度大 .3）鑄件質(zhì)量不穩(wěn)定 ，工序多 ，影響因素復(fù)雜 ，易產(chǎn)生許多缺陷 .鑄造的缺陷對(duì)鑄件質(zhì)量有著重要的影響,因此 ,我們從鑄件的質(zhì)量入手 ,結(jié)合鑄件主要缺陷的形成與防止 ,為選擇鑄造合金和鑄造方法打好基礎(chǔ).第一章鑄造工藝基礎(chǔ)§1 液態(tài)合金的充型充型: 液態(tài)合金填充鑄型的過程 .充型能力 : 液態(tài)合金充滿鑄型型腔 ,獲得形狀完整 ,輪廓清晰的鑄件的能力 充型能力不足 :易產(chǎn)生 : 澆不足 : 不能得到完整的零件 .冷隔:沒完整融合縫隙或凹坑 , 機(jī)械性能下降 .一合金的流動(dòng)性液態(tài)金屬本身的流動(dòng)性 合金流動(dòng)性1 流動(dòng)性對(duì)鑄件質(zhì)量影響1) 流動(dòng)性好

48、,易于澆出輪廓清晰 ,薄而復(fù)雜的鑄件 .2) 流動(dòng)性好 ,有利于液態(tài)金屬中的非金屬夾雜物和氣體上浮,排除.3) 流動(dòng)性好 ,易于對(duì)液態(tài)金屬在凝固中產(chǎn)生的收縮進(jìn)行補(bǔ)縮.2 測(cè)定流動(dòng)性的方法 :以螺旋形試件的長(zhǎng)度來(lái)測(cè)定：如 灰口鐵：澆鑄溫度1300C試件長(zhǎng)1800mm.鑄鋼:1600 C 100mm3 影響流動(dòng)性的因素 主要是化學(xué)成分 ：1) 純金屬流動(dòng)性好 ：一定溫度下結(jié)晶 ,凝固層表面平滑 ,對(duì)液流阻力小2) 共晶成分流動(dòng)性好 ：恒溫凝固 ,固體層表面光滑 ,且熔點(diǎn)低 ,過熱度大 .3) 非共晶成分流動(dòng)性差 ： 結(jié)晶在一定溫度范圍內(nèi)進(jìn)行 ,初生數(shù)枝狀晶阻礙液流二澆注條件1澆注溫度：t合金粘度下

49、降,過熱度高.合金在鑄件中保持流動(dòng)的時(shí)間長(zhǎng), t f提高充型能力但過高，易產(chǎn)生縮孔，粘砂，氣孔等,故不宜過高2充型壓力：液態(tài)合金在流動(dòng)方向上所受的壓力f充型能力f如砂形鑄造 -直澆道 ，靜壓力 . 壓力鑄造 ，離心鑄造等充型壓力高 .三鑄型條件1鑄型結(jié)構(gòu)：若不合理，如壁厚小，直澆口低，澆口小等 充J2鑄型導(dǎo)熱能力：導(dǎo)熱f金屬降溫快，充J如金屬型3鑄型溫度：t充f如金屬型預(yù)熱4鑄型中氣體：排氣能力f充f減少氣體來(lái)源，提高透氣性，少量氣體在鑄型與金屬液之間 形成一層氣膜 ，減少流動(dòng)阻力 ，有利于充型 .§2 鑄件的凝固和收縮123鑄件的凝固過程如果沒有合理的控制 ，鑄件易產(chǎn)生縮孔 ，縮松

50、鑄件的凝固1 凝固方式 :鑄件凝固過程中 ,其斷面上一般分為三個(gè)區(qū): 1固相區(qū) 2凝固區(qū) 3液相區(qū)對(duì)凝固區(qū)影響較大的是凝固區(qū)的寬窄 ,依此劃分凝固方式 .1) 逐層凝固 :純金屬 ,共晶成分合金在凝固過程中沒有凝固區(qū) ,斷面液 ,固兩相由一條界限清楚分開,隨溫度下降,固相層不斷增加 ,液相層不斷減少 ,直達(dá)中心 .2) 糊狀凝固合金結(jié)晶溫度范圍很寬 ,在凝固某段時(shí)間內(nèi) ,鑄件表面不存在固體層,凝固區(qū)貫穿整個(gè)斷面 ,先糊狀,后固化 .故-3) 中間凝固 大多數(shù)合金的凝固介于逐層凝固和糊狀凝固之間 .2 影響鑄件凝固方式的因素1) 合金的結(jié)晶溫度范圍范圍小 : 凝固區(qū)窄 ,愈傾向于逐層凝固如: 砂

51、型鑄造 , 低碳鋼 逐層凝固 , 高碳鋼 糊狀凝固2) 鑄件的溫度梯度 合金結(jié)晶溫度范圍一定時(shí),凝固區(qū)寬度取決于鑄件內(nèi)外層的溫度梯度.溫度梯度愈小 ,凝固區(qū)愈寬 .(內(nèi)外溫差大 ,冷卻快 ,凝固區(qū)窄 )二合金的收縮液態(tài)合金從澆注溫度至凝固冷卻到室溫的過程中,體積和尺寸減少的現(xiàn)象 -.是鑄件許多缺陷(縮孔,縮松 ,裂紋,變形,殘余應(yīng)力 )產(chǎn)生的基本原因 .1 收縮的幾個(gè)階段1) 液態(tài)收縮 : 從金屬液澆入鑄型到開始凝固之前 . 液態(tài)收縮減少的體積與澆注溫度質(zhì)開 始凝固的溫度的溫差成正比 .2) 凝固收縮 : 從凝固開始到凝固完畢 . 同一類合金 ,凝固溫度范圍大者 ,凝固體積收縮率大 . 如:

52、35 鋼,體積收縮率 3.0%, 45 鋼 4.3%3) 固態(tài)收縮 : 凝固以后到常溫 . 固態(tài)收縮影響鑄件尺寸 ,故用線收縮表示 .2 影響收縮的因素1) 化學(xué)成分：鑄鐵中促進(jìn)石墨形成的元素增加，收縮減少如：灰口鐵C, Si 1收J(rèn) ,S收f.因石墨比容大 ,體積膨脹 ,抵銷部分凝固收縮 .2) 澆注溫度：溫度1液態(tài)收縮13) 鑄件結(jié)構(gòu)與鑄型條件鑄件在鑄型中收縮會(huì)受鑄型和型芯的阻礙實(shí)際收縮小于自由收縮'鑄型要有好的退讓性3 縮孔形成在鑄件最后凝固的地方出現(xiàn)一些空洞，集中一縮孔.純金屬，共晶成分易產(chǎn)生縮孔 *產(chǎn)生縮孔的基本原因 ： 鑄件在凝固冷卻期間,金屬的液態(tài)和凝固受縮之和遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于固

53、態(tài)收縮4 影響縮孔容積的因素 (補(bǔ)充)1) 液態(tài)收縮 ,凝固收縮1 縮孔容積12) 凝固期間，固態(tài)收縮1縮孔容積J3) 澆注速度J縮孔容積J4) 澆注速度1液態(tài)收縮1 易產(chǎn)生縮孔5 縮松的形成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 ,被樹枝狀晶體分隔開的小液體區(qū)難以得到補(bǔ)縮所至 .1) 宏觀縮松肉眼可見 ,往往出現(xiàn)在縮孔附近 ,或鑄件截面的中心 .非共晶成分 ,結(jié)晶范圍愈寬 ,愈易形成縮松2) 微觀縮松凝固過程中 ,晶粒之間形成微小孔洞 -凝固區(qū) ,先形成的枝晶把金屬液分割成許多微小孤立部分, 冷凝時(shí)收縮 ,形成晶間微小孔洞 . 凝固區(qū)愈寬 ,愈易形成微觀縮松 ,對(duì)鑄

54、件危害不大 ,故不列為缺陷 ,但對(duì)氣密性 ,機(jī)械性能等 要求較高的鑄件 ,則必須設(shè)法減少 .(先凝固的收縮比后凝固的小 ,因后凝固的有液 ,凝 ,固三個(gè) 收縮 ,先凝固的有凝 ,固二個(gè)收縮區(qū) 這也是形成微觀縮松的基本原因 .與縮孔形成基本原因類似)6 縮孔 ,縮松的防止辦法基本原則 : 制定合理工藝 補(bǔ)縮 , 縮松轉(zhuǎn)化成縮孔 .順序凝固 : 冒口 補(bǔ)縮同時(shí)凝固 : 冷鐵厚處 . 減小熱應(yīng)力 ,但心部縮松 ,故用于收縮小的合金 .l 安置冒口 , 實(shí)行順序凝固 ,可有效的防止縮孔 ,但冒口浪費(fèi)金屬 ,浪費(fèi)工時(shí) ,是鑄件成本增加而且，鑄件內(nèi)應(yīng)力加大，易于產(chǎn)生變形和裂紋主要用于凝固收縮大，結(jié)晶間隔小的合金l 非共晶成分合金 ,先結(jié)晶樹枝晶 ,阻礙金屬流動(dòng) ,冒口作用甚小 .l 對(duì)于結(jié)晶溫度范圍甚寬的合金 ，由于傾向于糊狀凝固 ，結(jié)晶開始之后 ，發(fā)達(dá)的樹枝狀骨狀布滿整個(gè)截面 ，使冒口補(bǔ)縮道路受阻 ，因而難避免顯微縮松的產(chǎn)生 .顯然 ，選用近共晶成分和 結(jié)晶范圍較窄的合金生產(chǎn)鑄件是適宜的 .§3 鑄造內(nèi)應(yīng)力 ，變形和裂紋凝固之后的繼續(xù)冷卻過程中 ，其固態(tài)收縮若受到阻礙 ，鑄件內(nèi)部就發(fā)生內(nèi)應(yīng)力 ，