金屬工藝學(xué)課件(PPT 49頁)

1、一、一、金屬工藝學(xué)（熱）教學(xué)內(nèi)容金屬工藝學(xué)（熱）教學(xué)內(nèi)容各種毛坯制造方法的生產(chǎn)原理、特點(diǎn)和各種毛坯制造方法的生產(chǎn)原理、特點(diǎn)和應(yīng)用應(yīng)用液態(tài)成形：鑄造液態(tài)成形：鑄造固態(tài)塑變成形：鍛壓固態(tài)塑變成形：鍛壓連接成形：焊接連接成形：焊接各種毛坯的結(jié)構(gòu)工藝性各種毛坯的結(jié)構(gòu)工藝性各種毛坯工藝的制訂各種毛坯工藝的制訂新技術(shù)、新工藝新技術(shù)、新工藝二、二、教學(xué)方式教學(xué)方式l講課為主，自學(xué)為輔講課為主，自學(xué)為輔l作業(yè)討論課作業(yè)討論課l投影、錄像投影、錄像l作業(yè)、測驗作業(yè)、測驗三、三、幾個問題幾個問題l教學(xué)計劃安排：教學(xué)計劃安排：l教學(xué)資料：教材、作業(yè)、參考書教學(xué)資料：教材、作業(yè)、參考書鑄造鑄造Foundry：是一種液

2、態(tài)金屬成形的方是一種液態(tài)金屬成形的方法，即將金屬加熱到液態(tài)，使其具有流法，即將金屬加熱到液態(tài)，使其具有流動性，然后澆入到具有一定形狀的型腔動性，然后澆入到具有一定形狀的型腔的鑄型中，液態(tài)金屬在重力場或外力場的鑄型中，液態(tài)金屬在重力場或外力場（壓力、離心力、電磁力等）的作用下（壓力、離心力、電磁力等）的作用下充滿型腔，冷卻并凝固成具有型腔形狀充滿型腔，冷卻并凝固成具有型腔形狀的鑄件。的鑄件。 PouringMeltintheMoldSolidificationCasting優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：complexinshapeadaptabilityintechnologycheapinproduction缺

3、點(diǎn)：缺點(diǎn)：lowermechanicalpropertiesunstablequalityworseworkconditionl（1）可以鑄造出內(nèi)腔、外形很復(fù)雜的毛）可以鑄造出內(nèi)腔、外形很復(fù)雜的毛坯。坯。l（2）工藝靈活性大、適應(yīng)性廣。鑄件重）工藝靈活性大、適應(yīng)性廣。鑄件重量可由幾克到幾百噸，壁厚可由量可由幾克到幾百噸，壁厚可由0.5mm到到1m左右；鑄件材料可用鑄鐵、鑄鋼、左右；鑄件材料可用鑄鐵、鑄鋼、碳鋼和有色金屬等。碳鋼和有色金屬等。l（3）鑄件成本低。）鑄件成本低。l（4）有鑄造缺陷，機(jī)械性能不如鍛件等。）有鑄造缺陷，機(jī)械性能不如鍛件等。v砂型鑄造Sand Castingv手工造型手工

4、造型HandMoldingv機(jī)器造型機(jī)器造型MachineMoldingv 震壓造型震壓造型VibrationRammingv 微震壓實造型微震壓實造型VibratorysqueezingMoldingv高壓造型高壓造型HighPressureMoldingv 射壓造型射壓造型ShootingandSqueezingMoldingv 空氣沖擊造型空氣沖擊造型AirImpactingMoldingv 拋砂造型拋砂造型ImpellerRammingl特種鑄造Special Casting熔模鑄造熔模鑄造FusiblePatternMolding 金屬型鑄造金屬型鑄造PermanentMoldCas

5、ting 壓力鑄造壓力鑄造PressureDieCasting低壓鑄造低壓鑄造LowPressureDieCasting離心鑄造離心鑄造TrueCentrifugalCasting實型鑄造實型鑄造1.液態(tài)金屬的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)液態(tài)金屬的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)l液態(tài)金屬由許多近程有序排列的液態(tài)金屬由許多近程有序排列的“游動游動的原子集團(tuán)的原子集團(tuán)”所組成所組成,瞬間存在、瞬間消瞬間存在、瞬間消失。失。原子的排列和原有的固體相似原子的排列和原有的固體相似存在很大的能量起伏，熱運(yùn)動很強(qiáng)存在很大的能量起伏，熱運(yùn)動很強(qiáng)溫度越高，原子集團(tuán)越小，游動越快。溫度越高，原子集團(tuán)越小，游動越快。 v液態(tài)金屬具有粘度和表面張力等特液

6、態(tài)金屬具有粘度和表面張力等特性。性。粘度是介質(zhì)中一部分質(zhì)點(diǎn)對另一粘度是介質(zhì)中一部分質(zhì)點(diǎn)對另一部分質(zhì)點(diǎn)作相對運(yùn)動時所受到的部分質(zhì)點(diǎn)作相對運(yùn)動時所受到的阻力。阻力。粘度的倒數(shù)稱為流動性粘度的倒數(shù)稱為流動性。表面張力是在液體表面上平行于表面張力是在液體表面上平行于表面方向、且在各方向均相等的表面方向、且在各方向均相等的張力。張力。 l逐層凝固方式：恒溫下結(jié)晶的純金屬或逐層凝固方式：恒溫下結(jié)晶的純金屬或共晶合金，在凝固過程中其鑄件斷面上共晶合金，在凝固過程中其鑄件斷面上的凝固區(qū)域?qū)挾鹊扔诹?。的凝固區(qū)域?qū)挾鹊扔诹恪?l糊狀凝固方式：如果鑄件斷面溫度場較糊狀凝固方式：如果鑄件斷面溫度場較平坦，或合金的結(jié)晶

7、溫度范圍很寬，鑄平坦，或合金的結(jié)晶溫度范圍很寬，鑄件凝固的某一段時間內(nèi)，其凝固區(qū)域在件凝固的某一段時間內(nèi)，其凝固區(qū)域在某時刻貫穿整個鑄件斷面。某時刻貫穿整個鑄件斷面。 l中間凝固方式中間凝固方式 ：介于上述二者之間介于上述二者之間。順序凝固原則：順序凝固原則：DirectionalSolidification在鑄件上從遠(yuǎn)離冒口或在鑄件上從遠(yuǎn)離冒口或澆口到冒口或澆口之澆口到冒口或澆口之間建立一個遞增的溫間建立一個遞增的溫度梯度，從而實現(xiàn)由度梯度，從而實現(xiàn)由遠(yuǎn)離冒口的部分向冒遠(yuǎn)離冒口的部分向冒口的方向順序地凝固。口的方向順序地凝固。 同時凝固原則：同時凝固原則：SimultaneouslySoli

8、dification是采取工藝措施保是采取工藝措施保證鑄件結(jié)構(gòu)上各部證鑄件結(jié)構(gòu)上各部分之間沒有溫差或分之間沒有溫差或溫差盡量小，使各溫差盡量小，使各部分同時凝固。如部分同時凝固。如圖所示。圖所示。 鑄造性能：鑄造性能：Foundry Technological Properties是表示合金鑄造成形獲得優(yōu)質(zhì)鑄件的能力，是表示合金鑄造成形獲得優(yōu)質(zhì)鑄件的能力，是一個極其重要的工藝性能。通常用流是一個極其重要的工藝性能。通常用流動性和收縮性等來衡量。動性和收縮性等來衡量。 充型能力的概念（流動性） l液態(tài)合金充滿型腔，形成輪廓清晰、形狀正確的優(yōu)質(zhì)鑄件的能力。 l它是考慮鑄型及工藝因素影響的熔融金屬的

9、流動性。l流動性不好時，易產(chǎn)生冷隔、澆不到、氣孔、夾雜、縮孔、熱裂等。l合金的流動性好壞用澆注螺旋型流動試樣的長度來衡量。 l合金性質(zhì)合金性質(zhì)propertiesofalloys.同類金屬的同類金屬的結(jié)晶溫度范圍越小，結(jié)晶時固液両相區(qū)結(jié)晶溫度范圍越小，結(jié)晶時固液両相區(qū)越窄，對內(nèi)部液體的流動阻力越小，流越窄，對內(nèi)部液體的流動阻力越小，流動性越好。動性越好。l鑄型條件鑄型條件mouldcondition。鑄型的導(dǎo)熱速度越鑄型的導(dǎo)熱速度越大或?qū)饘僖毫鲃幼枇υ酱?，流動性越差。大或?qū)饘僖毫鲃幼枇υ酱螅鲃有栽讲?。l澆注條件澆注條件pouringcondition。澆注溫度越高，澆注溫度越高，流動性越

10、好。流動性越好。l鑄件結(jié)構(gòu)鑄件結(jié)構(gòu)castingstructure。壁厚過小、壁厚壁厚過小、壁厚急劇變化、結(jié)構(gòu)復(fù)雜及有大的水平面等結(jié)構(gòu)時，急劇變化、結(jié)構(gòu)復(fù)雜及有大的水平面等結(jié)構(gòu)時，都使金屬液的流動困難。都使金屬液的流動困難。 通過兩個途徑發(fā)生作用通過兩個途徑發(fā)生作用：l影響金屬與鑄型之間的熱交換條件，影響金屬與鑄型之間的熱交換條件，改變金屬液的流動時間；改變金屬液的流動時間；l影響金屬液在鑄型中的水動力學(xué)條影響金屬液在鑄型中的水動力學(xué)條件，改變金屬液的流動速度。件，改變金屬液的流動速度。收縮的概念：收縮的概念：合金從液態(tài)冷卻到常溫的合金從液態(tài)冷卻到常溫的過程中，尺寸和體積縮小的現(xiàn)象稱為收過程中

11、，尺寸和體積縮小的現(xiàn)象稱為收縮?？s。TheConceptionofthe Contraction體收縮體收縮率率rateofvolumeContraction:vv0_-v1/v0*100線收縮率線收縮率 rateoflinear Contraction：l=l0-l1/l0*100 收縮的階段 Contraction Stages l液態(tài)收縮 Liquid Contractionl 凝固收縮 Solidification Contractionl固態(tài)收縮 Solid Contractionl前兩個階段的收縮使合金體積減少，表現(xiàn)為鑄型內(nèi)液面的降低，用體收縮率表示；后一階段表現(xiàn)為鑄件的外形尺寸減

12、小，用線收縮率表示。 自由收縮自由收縮freeContraction受阻收縮受阻收縮hinderedContraction和澆注、鑄型條件和鑄件結(jié)構(gòu)等有關(guān)。和澆注、鑄型條件和鑄件結(jié)構(gòu)等有關(guān)。同時和金屬本身的成份、溫度及相變同時和金屬本身的成份、溫度及相變有關(guān)有關(guān)1.縮孔和縮松縮孔和縮松2.ShrinkageandDispersedShrinkage 縮孔和縮松的形成 （圖7為縮松的形成；圖18為縮孔的形成）1、變縮松為縮孔，選擇結(jié)晶溫度范圍、變縮松為縮孔，選擇結(jié)晶溫度范圍窄的合金。窄的合金。2、采用順序凝固、采用順序凝固Directionalolidification原則。原則。3、合理應(yīng)用冒

13、口、合理應(yīng)用冒口Riser、冷鐵冷鐵Chilling和補(bǔ)貼等工藝措施。和補(bǔ)貼等工藝措施。控制熱節(jié)控制熱節(jié)HotSpotl熱裂是在鑄件凝固末期高溫下形成熱裂是在鑄件凝固末期高溫下形成的，裂紋表面與空氣接觸而被氧化，的，裂紋表面與空氣接觸而被氧化，呈氧化色。熱裂的形成與兩方面因呈氧化色。熱裂的形成與兩方面因素有關(guān)：素有關(guān)：l鑄件的凝固方式，呈糊狀凝固方式鑄件的凝固方式，呈糊狀凝固方式最易產(chǎn)生熱裂。最易產(chǎn)生熱裂。l凝固時期受到阻礙凝固時期受到阻礙鑄造應(yīng)力：鑄件的固態(tài)收縮受到阻礙鑄造應(yīng)力：鑄件的固態(tài)收縮受到阻礙而引起的應(yīng)力稱為鑄造應(yīng)力。分為：而引起的應(yīng)力稱為鑄造應(yīng)力。分為：熱阻礙和機(jī)械阻礙，由熱阻礙引

14、起熱阻礙和機(jī)械阻礙，由熱阻礙引起的應(yīng)力為熱應(yīng)力，由機(jī)械阻礙引起的應(yīng)力為熱應(yīng)力，由機(jī)械阻礙引起的應(yīng)力為機(jī)械應(yīng)力。的應(yīng)力為機(jī)械應(yīng)力。殘留應(yīng)力殘留應(yīng)力ResidualStress臨時應(yīng)力臨時應(yīng)力TemporaryStress2桿：壓應(yīng)力：Compression Stress1桿：拉應(yīng)力Tensile Stress機(jī)械應(yīng)力機(jī)械應(yīng)力ContractionStress：鑄鑄件冷到彈性狀態(tài)后，由于受到鑄型、件冷到彈性狀態(tài)后，由于受到鑄型、型芯和澆冒口等的型芯和澆冒口等的阻礙而產(chǎn)生的應(yīng)阻礙而產(chǎn)生的應(yīng)力為機(jī)械應(yīng)力。力為機(jī)械應(yīng)力。機(jī)械應(yīng)力為機(jī)械應(yīng)力為拉應(yīng)力，如拉應(yīng)力，如圖：圖：Tensile Stress減小和消

15、除鑄造應(yīng)力的方法減小和消除鑄造應(yīng)力的方法l同時凝固同時凝固SimultaneouslySolidifyingl在工藝上采取措施減少鑄造應(yīng)力，在工藝上采取措施減少鑄造應(yīng)力，如改善型芯砂的退讓性、合理設(shè)置如改善型芯砂的退讓性、合理設(shè)置澆、冒口。澆、冒口。l在結(jié)構(gòu)上避免阻礙收縮的結(jié)構(gòu)。如在結(jié)構(gòu)上避免阻礙收縮的結(jié)構(gòu)。如壁厚均勻、壁之間連接均勻、熱節(jié)壁厚均勻、壁之間連接均勻、熱節(jié)小而分散的結(jié)構(gòu)。小而分散的結(jié)構(gòu)。l減小機(jī)械阻礙：減小機(jī)械阻礙：ReductionofRestraintl去應(yīng)力退火：去應(yīng)力退火：ReliefAnnealing鑄件的變形鑄件的變形DeformationofCasting對厚薄不均勻、截面不對稱及具有細(xì)長特對厚薄不均勻、截面不對稱及具有細(xì)長特點(diǎn)的桿類、板類及輪類等鑄件，當(dāng)殘余點(diǎn)的桿類、板類及輪類等鑄件，當(dāng)殘余應(yīng)力大于材料的屈服極限時，產(chǎn)生翹曲應(yīng)力大于材料的屈服極限時，產(chǎn)生翹曲變形，如圖所示。變形，如圖所示。l薄壁冷速快，壓應(yīng)力，伸長或外凸薄壁冷速快，壓應(yīng)力，伸長或外凸l厚壁冷速慢，拉應(yīng)