材料加工工藝01

材料加工工藝

1.1材料加工工藝及其 在制造業(yè)中的地位

材料加工工藝(MaterialsProcessingTechnology) 所包含的內(nèi)容:1.液態(tài)金屬成形，2.金屬塑性成形，3.金屬焊接成形，4.塑料成形，5.粉末冶金成形，6.快速原型制造，

等等各種成形方法。及其表面工程材料加工工藝的本質(zhì)它是利用熔化、結(jié)晶、塑性變形、擴(kuò)散、相變等各種物理、化學(xué)變化使工件成形；達(dá)到預(yù)定的機(jī)器零件設(shè)計(jì)要求。

材料加工的四要素材料的性能取決于材料的組織和成分，而材料的使用性能最終取決于材料的制備與成形加工過(guò)程。因而，材料的成形加工工藝過(guò)程是制造高質(zhì)量、低成本產(chǎn)品的中心環(huán)節(jié)，是材料科學(xué)與工程四要素中極為關(guān)鍵的一個(gè)要素，是促進(jìn)新材料研究、開(kāi)發(fā)、應(yīng)用和產(chǎn)業(yè)化的決定因素。材料加工的四要素材料加工行業(yè)與國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的各行各業(yè)休戚相關(guān)。交通工具工程機(jī)械IT產(chǎn)品坦克軍用艦艇我國(guó)是制造大國(guó)我國(guó)機(jī)械工業(yè)總產(chǎn)值已占全國(guó)工業(yè)總產(chǎn)值的25％。我國(guó)鋼年產(chǎn)量2003年已達(dá)2.7億噸，居世界第一位，生鐵17,074萬(wàn)噸，成品鋼材19,218萬(wàn)噸。我國(guó)汽車(chē)產(chǎn)量2001年已達(dá)234萬(wàn)輛，其中轎車(chē)產(chǎn)量為70.36萬(wàn)輛，比1991年增加了10倍多，2002年的產(chǎn)銷(xiāo)量又有迅速、大幅度增長(zhǎng)，已成為我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的支柱產(chǎn)業(yè)。全世界75％的鋼材經(jīng)塑性加工，45％的金屬結(jié)構(gòu)用焊接得以成形。我國(guó)的鑄造行業(yè)有100萬(wàn)職工，20000多個(gè)工廠，2003年產(chǎn)量達(dá)1,600萬(wàn)噸，在世界上是第一鑄造大國(guó)。220600040002000

機(jī)械工業(yè)總產(chǎn)值及其比重18000160001400012000總產(chǎn)值10000（億元）80001980年1985年1990年1995年1999年2019242625占全國(guó)工業(yè)總產(chǎn)值23 的比重 （％） 21數(shù)據(jù)來(lái)源：中國(guó)機(jī)械工業(yè)年鑒（2000）家電：總產(chǎn)量世界第一；手機(jī)：銷(xiāo)量世界第一，產(chǎn)量很快成為世界第一。大國(guó)變?yōu)槊媾R的問(wèn)題：如何從制造

強(qiáng)國(guó)制造材料加工工藝的重要性:汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)汽車(chē)覆蓋件中國(guó)正著手研制“航天飛機(jī)”相關(guān)部門(mén)正進(jìn)行技術(shù)儲(chǔ)備推動(dòng)“航天飛機(jī)”的新一代火箭最大運(yùn)載能力將達(dá)25噸發(fā)動(dòng)機(jī)是關(guān)鍵

發(fā)動(dòng)機(jī)是航天運(yùn)載系統(tǒng)的“心臟”，要實(shí)施中國(guó)未來(lái)重復(fù)使用運(yùn)輸系統(tǒng)，造出中國(guó)的“航天飛機(jī)”，就必須從改進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)著手。

據(jù)悉，目前中國(guó)正在改進(jìn)現(xiàn)有的一次性運(yùn)載火箭、加快研制新一代運(yùn)載火箭，并使新一代運(yùn)載火箭在技術(shù)上與未來(lái)重復(fù)使用航天運(yùn)輸系統(tǒng)良好銜接。

有關(guān)權(quán)威人士透露，依據(jù)中國(guó)現(xiàn)有的發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)狀態(tài)，火箭的推力大致在5噸－8噸之間。新一代運(yùn)載火箭的低地球軌道最大運(yùn)載能力將達(dá)到25噸，地球同步轉(zhuǎn)移軌道最大運(yùn)載能力達(dá)到14噸。相關(guān)人士評(píng)價(jià)說(shuō)，這樣的火箭運(yùn)載能力可以滿(mǎn)足未來(lái)20年－30年的國(guó)內(nèi)外運(yùn)載需求。 記者了解到，新一代運(yùn)載火箭的兩個(gè)關(guān)鍵項(xiàng)目——120噸液氧／煤油和50噸氫氧兩種發(fā)動(dòng)機(jī)均已試車(chē)成功。權(quán)威人士表示，中國(guó)航天已經(jīng)作好了著手研制、生產(chǎn)新一代運(yùn)載火箭的各項(xiàng)準(zhǔn)備。（-2004.8.31）材料加工工藝的重要性機(jī)器生產(chǎn)的一般過(guò)程:設(shè)計(jì)?毛坯?加工?裝配制造一部質(zhì)量?jī)?yōu)良的機(jī)器,不但需要好的設(shè)計(jì),更需要好的制造工藝來(lái)保證;發(fā)展趨勢(shì)材料加工產(chǎn)品精密化、輕量化、集成化；產(chǎn)品性能高、成本低、周期短；材料加工原料與能源消耗低、污染少；制造性好、成品率高。材料正由單一的傳統(tǒng)型向復(fù)合型、多功能型發(fā)展；材料加工技術(shù)逐漸綜合化、多樣化、柔性化、多學(xué)科化。全新的加工方法與工藝，及傳統(tǒng)加工方法的改進(jìn)與工序綜合。1.221世紀(jì)材料加工工藝展望凈成形工藝（NetShapeProcess)新的工藝不斷出現(xiàn)（例如：金屬的半固態(tài)成形、噴射成形、金屬的注射成形等等）計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展引起材料加工工藝的新革命新型材料的成形（復(fù)合材料、金屬材料）鋁鎂合金鑄件鋼的密度：7.85g/cm3鋁的密度：2.71g/cm3鎂的密度：1.78g/cm3機(jī)器人焊接……激光焊接流水線快速成形技術(shù)?機(jī)器零件原型；?直接制造機(jī)器零件；?生物醫(yī)學(xué)制造工程（骨骼、皮膚、牙齒等等）

噴塑打印制模技術(shù) ——在辦公室里生產(chǎn)樣品利用噴塑打印制模技術(shù)，可以在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)的初期就得到三維設(shè)計(jì)樣品。制作這種三維樣件的設(shè)備類(lèi)似于辦公室中常用的噴墨打印機(jī)，利用這種方法，能夠在產(chǎn)品設(shè)計(jì)的前期及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)中的缺陷，大大提高了產(chǎn)品設(shè)計(jì)的成功率，縮短產(chǎn)品研發(fā)的時(shí)間。噴塑打印制模技術(shù)工作原理Thermo-Jet噴塑打印機(jī)（德國(guó)德累斯頓工業(yè)大學(xué)）產(chǎn)品研發(fā)時(shí)間進(jìn)度安排計(jì)算機(jī)凝固模擬技術(shù)納米材料加工技術(shù)環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展“綠色”即“無(wú)公害化”是利用現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)，形成資源節(jié)約型的新型生態(tài)持續(xù)性工業(yè)發(fā)展模式。把保護(hù)環(huán)境納入工業(yè)發(fā)展過(guò)程之中；在發(fā)展經(jīng)濟(jì)的過(guò)程中，將工業(yè)開(kāi)發(fā)和環(huán)境保護(hù)并重。整個(gè)制造生產(chǎn)過(guò)程中應(yīng)滿(mǎn)足對(duì)環(huán)境無(wú)害、合理使用和節(jié)約自然資源、依靠科學(xué)技術(shù)得到最大的產(chǎn)出和效益等幾個(gè)要求。因此，在材料加工工藝的應(yīng)用和發(fā)展中，必須充分重視環(huán)境保護(hù)和資源的合理利用。1.3材料加工工藝的任務(wù)介紹金屬材料加工成形主要方法及設(shè)備了解材料加工行業(yè)現(xiàn)狀及其發(fā)展趨勢(shì)與《材料加工原理》課程和《材料加工系列實(shí)驗(yàn)》的關(guān)系先修課程：“工程材料”、“金屬工藝學(xué)”作業(yè)、復(fù)習(xí)與考試第2章金屬液態(tài)成形2.1概述

什么是金屬液態(tài)成形─液態(tài)金屬在鑄型中冷卻、凝固形成零件。

通常稱(chēng)為：鑄造鑄造工藝的特點(diǎn)1.適用范圍廣2.可以制造各種合金鑄件3.鑄件尺寸精度高（與一般焊接件、鍛件比較）4.成本低廉5.可以生產(chǎn)形狀復(fù)雜的零件四羊方尊（公元前13～11世紀(jì)）青銅，高58.3曾候乙尊盤(pán)

公元前476年～公元前4世紀(jì)上半頁(yè)秦皇銅車(chē)馬（公元前221～206年），長(zhǎng)317cm，高106.2cm秦皇銅車(chē)馬，青銅，高106mm，長(zhǎng)317mm虎牛祭案（春秋晚期），青銅青銅鏡唐代，618～907年）直徑23.9cm,邊厚1.5cm,最薄處2.6mm永樂(lè)大鐘明代（1368～1644）錫青銅，46.5t鑲寶“戒指樹(shù)”美國(guó)，現(xiàn)代；18k金嵌鉆石、紅寶石三缸柴油機(jī)缸體灰鑄鐵，200kg卡車(chē)各種鑄件（灰口鑄鐵、球墨鑄鐵）各種軋鋼機(jī)機(jī)架（鑄鋼，400噸）特大型軋鋼機(jī)機(jī)架（218t）機(jī)架及澆冒口系統(tǒng)的三維造型（左）與計(jì)算機(jī)溫度場(chǎng)模擬（右）汽車(chē)球墨鑄鐵件微觀組織及性能計(jì)算機(jī)模擬（a)(b)(c)

(d)(a)汽車(chē)球墨鑄鐵件(b)汽車(chē)球墨鑄鐵件鑄造工藝三維造型(e)熔化造型與環(huán)境友好的日本鑄造廠熔化造型減少工業(yè)

廢棄物追求“3R”再循環(huán)（Recycling）再用（Reuse）減少（Reduce）沖天爐 爐渣熔煉粉塵集塵粉塵混凝土塊除臭劑濾水器

土壤添加劑噴丸清理鑄鐵粉隔音裝置達(dá)到零污染排放序號(hào)鑄造工藝適用合金 種類(lèi)鑄件重量 范圍/kg最小壁厚/mm鑄件表面粗糙 度Ra/μm鑄件尺寸精 度等級(jí)CT最小批量 /件1砂型鑄造不限不限312.5~1008~10不限2殼型鑄造不限<5031.6~506~910003熔模鑄造不限<251.50.8~12.55~710004金屬型鑄造不限中、小件3(鋁)5（鐵）3.2~1007~910005低壓鑄造非鐵合金中、小件23.2~1005~810006壓力鑄造非鐵合金小件2（銅）0.5~1.0(其他)0.4~25(鋁)0.2~25(鎂)4~810007離心鑄造不限管件、套筒類(lèi)不限3.2~100—10089陶瓷型鑄造連續(xù)鑄造鋼、鐵不限中、大件坯料或型材不限41.6~12.512.5~1006~8—5600010真空鑄造不限小件不限－—100011擠壓鑄造不限<2561.6~507~9100012消失模鑄造不限不限不限3.2~1007~9不限各種鑄造方法應(yīng)用范圍鑄件基本尺寸/mm鑄件公差等級(jí)CT1234567891011121314151610——0.200.280.380.540.781.11.62.23.04.4————100——0.300.440.620.881.21.82.53.65.0710121620400———0.640.901.21.82.63.65710141822284000————————7.010142028354456一些鑄件基本尺寸的公差等級(jí)（CT-CastingTolerances）

（單位：mm）*此表為一些鑄件基本尺寸所對(duì)應(yīng)的公差等級(jí)舉例，詳細(xì)內(nèi)容見(jiàn)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB6414-1986。復(fù)習(xí)鐵碳平衡相圖鑄鐵的組織鑄鐵的熔煉灰鑄鐵A型石墨D型石墨E型石墨石墨分布形狀分類(lèi)A)型B)型C)型石墨化鑄鐵按穩(wěn)定系結(jié)晶，析出石墨的過(guò)程稱(chēng)為石墨化過(guò)程共晶反應(yīng)階段析出石墨過(guò)程稱(chēng)為一次石墨化共析反應(yīng)階段析出石墨過(guò)程稱(chēng)為二次石墨化灰鑄鐵的基體組織×500a）鐵素體b）珠光體球墨鑄鐵的組織基體●鐵素體●珠光體+鐵素體球墨鑄鐵的結(jié)晶球墨晶核奧氏體球狀石墨奧氏體球狀石墨生核共晶凝固完畢沖天爐熔煉■熔煉原理感應(yīng)電爐熔煉■原理電能→熱能■雙聯(lián)法熔煉鑄鐵沖天爐----感應(yīng)電爐

2.2鑄造合金的工藝性能

2.2.1鑄造合金的充型能力1.鑄造合金流動(dòng)性

流動(dòng)性是指液態(tài)鑄造合金本身的流動(dòng)能力。鑄造合金的流動(dòng)性是合金的重要鑄造性能之一，并且與合金的化學(xué)成分、溫度、雜質(zhì)含量及其它物理性質(zhì)有關(guān)。充型能力流動(dòng)性與液態(tài)金屬的充型能力是兩個(gè)不同的概念。充型能力是液態(tài)合金充滿(mǎn)鑄型型腔，獲得形狀完整、輪廓清晰健全鑄件的能力。充型能力的好與差，首先取決于鑄造合金的流動(dòng)性，同時(shí)又受到外界條件，如鑄型性質(zhì)、澆注條件、鑄件結(jié)構(gòu)等因素的影響，是各種因素的綜合反映，要注意兩者的差別。鑄造合金流動(dòng)性的測(cè)試影響鑄造合金流動(dòng)性的因素1.合金的化學(xué)成分及結(jié)晶特點(diǎn)的影響金屬在結(jié)晶狀態(tài)下流動(dòng)（a)純金屬(b）結(jié)晶溫度范圍寬的合金Fe-C合金狀態(tài)圖Fe-C合金流動(dòng)性與狀態(tài)圖的關(guān)系鑄鐵流動(dòng)性純鐵的流動(dòng)性比較好；亞共晶成分的鑄鐵，成分愈接近共晶，流動(dòng)性就愈好，在共晶成分處流動(dòng)性最好鑄鐵種類(lèi)稀土鎂球鐵鎂球鐵球鐵原鐵液Wc=3％灰鑄鐵澆注溫度/℃螺旋線長(zhǎng)度／mm127011071250750128010821295380幾種鑄鐵的流動(dòng)性比較鑄鐵中的其他合金元素對(duì)流動(dòng)性的影響（2）合金結(jié)晶潛熱和晶粒形狀的影響在合金的結(jié)晶過(guò)程中放出潛熱愈多，則液態(tài)合金保持時(shí)間就愈久，流動(dòng)性就好。但是，結(jié)晶潛熱對(duì)流動(dòng)性的良好作用是否能充分發(fā)揮，則取決于合金的結(jié)晶特點(diǎn)。對(duì)于純金屬和共晶成分的合金其結(jié)晶潛熱提高流動(dòng)性的作用能夠比較充分地發(fā)揮；而對(duì)于結(jié)晶溫度范圍較寬的合金則影響不顯著。（3）合金的物理性質(zhì)對(duì)流動(dòng)性的影響1）合金的熱導(dǎo)率（λ），比熱容（C）和密度（ρ）對(duì)流動(dòng)性的影響C、ρ較大，λ較小的合金，因其本身含有較多的熱量，而熱量的散失又較慢，因此，流動(dòng)性就好；反之，流動(dòng)性就差。2）合金的表面張力對(duì)流動(dòng)性的影響在相同條件下，一般合金表面張力大的，流動(dòng)性差；相反，則流動(dòng)性就好。3）液態(tài)合金的粘度對(duì)流動(dòng)性的影響液態(tài)合金的粘度與其化學(xué)成分、溫度及夾雜物的含量和狀態(tài)等有關(guān)。一般粘度愈大，流動(dòng)性就愈差，而粘度愈小流動(dòng)性就愈好。 總的來(lái)說(shuō)，流動(dòng)性好的合金在多數(shù)情況下其充型能力都較強(qiáng)；流動(dòng)性差的合金其充型能力較差，但也可以通過(guò)改善其它條件來(lái)提高充型能力（如提高熔煉質(zhì)量、澆注溫度和澆注速度，改善鑄型條件及鑄件結(jié)構(gòu)等），以獲得健全鑄件。結(jié)晶晶粒的形狀對(duì)流動(dòng)性的影響在固定溫度下結(jié)晶的三種Al－Cu合金：中間化合物AlCu（Wcu—54％）、Al＋AlCu共晶（Wcu—33％）和純Al（WAl＝100％）。由于前兩種合金形成球狀及規(guī)則形狀的晶粒，其流動(dòng)性就比形成樹(shù)枝狀晶粒的純鋁好。3.影響合金充型能力的其他因素

(1)鑄型性質(zhì)方面除了合金熔體本身的流動(dòng)性之外，鑄型性質(zhì)方面的因素對(duì)金屬液的充型能力有重要的影響。1）鑄型的蓄熱系數(shù)；2）鑄型的溫度；3）鑄型中的氣體：1）澆注溫度：2）充型壓頭：3）澆注系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)：澆注系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)趨復(fù)雜，流動(dòng)阻力越大，在靜壓頭相同的情況下，充型能力越低。(2)澆注條件方面(3)鑄件結(jié)構(gòu)方面1）模數(shù)模數(shù)大的鑄件，由于與鑄型的接觸表面積相對(duì)較小，熱量散失比較緩慢，則充型能力較高、鑄件的壁越薄，模數(shù)越小，則越不容易被充滿(mǎn)。2）鑄件的復(fù)雜程度：鑄件結(jié)構(gòu)復(fù)雜，則型腔結(jié)構(gòu)復(fù)雜，流動(dòng)阻力大，鑄型的充填就困難。2.2.2鑄造合金的收縮性及 縮孔、縮松的形成1.鑄造合金的收縮性液態(tài)合金當(dāng)溫度下降,而由液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)時(shí)，因?yàn)榻饘僭佑山逃行蛑饾u轉(zhuǎn)變?yōu)檫h(yuǎn)程有序，以及空穴的減少或消失，一般都會(huì)發(fā)生體積減小。液態(tài)合金凝固后，隨溫度的繼續(xù)下降，原子間的距離還要縮短，體積也進(jìn)一步減小。鑄造合金在液態(tài)、凝固態(tài)和固態(tài)冷卻的過(guò)程中，由于溫度的降低而發(fā)生的體積減小現(xiàn)象，稱(chēng)為鑄造合金的收縮性。鑄件的收縮缺陷——縮孔、縮松、熱裂、應(yīng)力、變形和裂紋等體收縮——鑄造合金由液態(tài)到常溫的收縮。長(zhǎng)度改變量來(lái)表示合金在固態(tài)時(shí)的收縮，稱(chēng)為線收縮。在設(shè)計(jì)和制造模樣時(shí)，線收縮更有意義。矩形鑄件體積虧損

Ⅰ）型腔容積，即金屬液原 始體積V原始

V原始＝S×S×H

Ⅱ）常溫下鑄件假想輪廓外 形體積V假

V假＝S’×S’×h

Ⅲ）鑄件輪廓體積虧損V虧

V虧＝v原始一V假

Ⅳ）常溫下鑄件輪廓外形體 積V輪廓。

1一外縮孔2一內(nèi)縮孔3一縮松4一縮陷縮陷容積＝V假－V輪廓合金的收縮經(jīng)歷三個(gè)相互聯(lián)系的階段：液態(tài)收縮階段（I）；凝固收縮階段（Ⅱ）；固態(tài)收縮階段（Ⅲ）。a)合金狀態(tài)圖b）具有結(jié)晶溫度范圍合金（m成分）的收縮過(guò)程c）共晶合金（n成分）的收縮過(guò)程（1）液態(tài)收縮當(dāng)液態(tài)合金從澆注溫度t澆冷卻至開(kāi)始凝固的液相線溫度t液時(shí)的收縮，由于合金是處于液體狀態(tài)，故稱(chēng)其為液態(tài)收縮，表現(xiàn)為型腔內(nèi)液面的降低。

液態(tài)收縮率εv液可用下式表示：εV液=αv液（t澆－t液）X100％（2）凝固收縮對(duì)于具有一定結(jié)晶溫度范圍的合金，由液態(tài)t液轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)t固時(shí)，由于合金處于凝固狀態(tài)，故稱(chēng)為凝固收縮。這類(lèi)合金的凝固體收縮率主要包括溫度降低（與合金的結(jié)晶范圍有關(guān)）和狀態(tài)改變（狀態(tài)改變時(shí)的體積變化）兩部分。金屬種類(lèi)FeAlMgCuCoZnAgSnPbSbBiαV液4.06．244．834．84．84．444．352．792．69-0．93-3．1液態(tài)收縮和凝固收縮是鑄件產(chǎn)生縮孔和縮松的基本原因

各種純金屬的凝固體收縮率（%）（3）固態(tài)收縮當(dāng)鑄造合金從固相線溫度t固冷到室溫t室時(shí)的收縮，由于合金處于固體狀態(tài)，故稱(chēng)為固態(tài)收縮。其固態(tài)收縮率表示如下：εV固=αv固（t固－t室）X100%但在實(shí)際生產(chǎn)中，由于固態(tài)收縮往往表現(xiàn)為鑄件外形尺寸的減小，因此，一般采用線收縮率來(lái)表示：εL＝αL（t固－t室）X100％合金類(lèi)別收縮率（％）合金類(lèi)別收縮率（％）自由收縮受阻收縮自由收縮受阻收縮灰鑄鐵：中小型與小型件中、大型鑄件圓筒形件：長(zhǎng)度方向直徑方向孕育鑄鐵可鍛鑄鐵球墨鑄鐵白口鑄鐵1.00.90.90.71.0-1.50.75-1.01.01.751.90.80.80.50.8-1.00.5-0.750.81.5鑄造碳鋼和低合金鋼含鉻高合金鋼鑄造鋁硅合金鑄造鋁鎂合金鋁銅合金(wCu＝7％～18％）錫青銅鋅黃銅1．6—2．01.3-1.71.0-1.21.31.61.41.8-2.01．3—l．71.0-1.40.8-1.01.01.41.21.5-1.7鑄件的鑄造收縮率不僅與所用合金的因素有關(guān)，而且還與鑄型工藝特點(diǎn)、鑄件結(jié)構(gòu)形狀以及合金在熔煉過(guò)程中溶解的氣體量等因素有關(guān)。合金類(lèi)別收縮率 （％）合金類(lèi)別收縮率（％）自由收縮受阻收縮自由收縮受阻收 縮灰鑄鐵：中小型與小型件中、大型鑄件圓筒形件：長(zhǎng)度方向直徑方向孕育鑄鐵可鍛鑄鐵球墨鑄鐵白口鑄鐵1.00.90.90.71.0-1.50.75-1.01.01.751.90.80.80.50.8-1.00.5-0.750.81.5鑄造碳鋼和低合金鋼含鉻高合金鋼鑄造鋁硅合金鑄造鋁鎂合金鋁銅合金(w＝7

Cu％～18％）錫青銅鋅黃銅1．6—2．01.3-1.71.0-1.21.31.61.41.8-2.01.3—l.71.0-1.40.8-1.01.01.41.21.5-1.7常用鑄造合金的鑄件線收縮率縮孔、縮松鑄件在冷卻和凝固過(guò)程中，由于合金的液態(tài)收縮和凝固收縮，往往在鑄件最后凝固的地方出現(xiàn)孔洞。容積大而且比較集中的孔洞稱(chēng)為縮孔；細(xì)小而且分散的孔洞稱(chēng)為縮松。縮孔的形狀不規(guī)則，表面粗糙，可以看到發(fā)達(dá)的樹(shù)枝晶末梢，故可以明顯地與氣孔區(qū)別開(kāi)來(lái)。 縮孔和縮松是鑄件中常見(jiàn)的缺陷之一，因此，在生產(chǎn)中必須設(shè)法防止。鑄件中縮孔形成過(guò)程示意圖合金成分與縮孔、縮松形成的關(guān)系

定向凝固的合金傾向于產(chǎn)生集中縮孔； 糊狀凝固的合金傾向于產(chǎn)生縮松.合金的不同凝固特性碳素鋼金屬液凝固時(shí)，結(jié)晶從鑄型型壁開(kāi)始，外生晶粒群體形成的凝固前沿是光滑的。凝固前沿向集中在鑄件中心部的液相逐層推進(jìn)，當(dāng)相互面向的凝固前沿在鑄件中心會(huì)合時(shí)，凝固告終。凝固開(kāi)始形成的外生殼承載能力高，凝固時(shí)液相補(bǔ)縮通道暢通，鑄件接受補(bǔ)縮（受補(bǔ)）能力高。這種凝固有光滑的凝固前沿，是外生殼狀凝固方式?；铱阼T鐵液態(tài)金屬及有色金屬（例

如鋁合金）液凝固晶粒在金屬液內(nèi)部形核、長(zhǎng)大。但在鑄型型壁處的晶粒由于熱量能迅速傳出，故形核、長(zhǎng)大速度快，結(jié)晶得快形成固體外殼，有粗糙的凝固前沿，故稱(chēng)為內(nèi)生殼狀凝固。球墨鑄鐵的凝固屬于糊狀凝固方式。金屬液凝固時(shí)，按內(nèi)生生長(zhǎng)方式結(jié)晶，等軸晶晶?；蚓Я＜象w（共晶晶粒、共晶團(tuán)）在型腔金屬液整個(gè)容積內(nèi)生長(zhǎng)。晶粒大小是靠近型壁的細(xì)些，在鑄件中心的粗些，但布滿(mǎn)于整個(gè)熔液中，此時(shí)固相與液相的混合體猶如糊粥，故稱(chēng)之為糊狀凝固方式。(4)影響縮孔、縮松大小的因素及防

止措施鑄造合金的液態(tài)收縮愈大，則縮孔形成的傾向愈大；合金的結(jié)晶溫度范圍愈寬，凝固收縮愈大，則縮松形成的傾向愈大。凡能促使合金減小液態(tài)和凝固期間收縮的工藝措施（如調(diào)整化學(xué)成分，降低澆注溫度和減慢澆注速度，增加鑄型的激冷能力，增加在凝固過(guò)程中的補(bǔ)縮能力，對(duì)于灰口鑄鐵可促進(jìn)凝固期間的石墨化等），都能有利于減小縮孔和縮松的形成。鑄件的凝固方式要使鑄件在凝固過(guò)程中建立良好的補(bǔ)縮條件，主要是通過(guò)控制鑄件的凝固方式（采用設(shè)置冒口和冷鐵配合）使之符合于“定向凝固原則”、“同時(shí)凝固原則”或“均衡凝固”。1）順序凝固：鑄件的順序凝固原則，是采用各種措施保證鑄件結(jié)構(gòu)上各部分，按照遠(yuǎn)離冒口的部分最先凝固，然后是靠近冒口部分，最后才是冒日本身凝固的次序進(jìn)行，也即在鑄件上遠(yuǎn)離冒口或澆道的部分到冒口或澆道之間建立一個(gè)遞增的溫度梯度。2）同時(shí)凝固：同時(shí)凝固原則，是采取工藝措施保證鑄件結(jié)構(gòu)上各部分之間沒(méi)有溫差或溫差很?。垢鞑糠滞瑫r(shí)凝固。（3）均衡凝固：鑄鐵（灰鑄鐵和球墨鑄鐵）液態(tài)冷卻時(shí)要產(chǎn)生體積收縮，凝固時(shí)析出石墨又產(chǎn)生體積膨脹。均衡凝固是利用膨脹和收縮動(dòng)態(tài)疊加的自補(bǔ)縮和澆冒口系統(tǒng)的外部補(bǔ)縮，采取工藝措施，使單位時(shí)間的收縮與膨脹、收縮與補(bǔ)縮按比例進(jìn)行的一種凝固工藝原則。2.2.3鑄造應(yīng)力、變形與裂紋1.鑄造應(yīng)力

鑄件在凝固以后的冷卻過(guò)程中，由于溫度下降而產(chǎn)生收縮，有些合金還會(huì)發(fā)生固態(tài)相變而引起膨脹或收縮，這些都使鑄件的體積和長(zhǎng)度發(fā)生變化，若這些變化受到阻礙（熱阻礙、外力阻礙等），便會(huì)在鑄件中產(chǎn)生應(yīng)力，稱(chēng)為鑄造應(yīng)力。鑄造應(yīng)力的種類(lèi)鑄造應(yīng)力按其產(chǎn)生的原因可分為三種：熱應(yīng)力、相變應(yīng)力和收縮應(yīng)力臨時(shí)應(yīng)力：產(chǎn)生應(yīng)力的原因消除以后，應(yīng)力即告消失；剩余（殘余）應(yīng)力：產(chǎn)生應(yīng)力的原因消除以后，應(yīng)力依然存在于鑄件中。在鑄件冷卻過(guò)程中，兩種應(yīng)力可能同時(shí)起作用，冷卻至常溫并落砂以后，只有剩余應(yīng)力對(duì)鑄件質(zhì)量有影響。(1)熱應(yīng)力熱應(yīng)力是鑄件在凝固和冷卻過(guò)程中，不同部位由于不均衡的收縮而引起的應(yīng)力。影響熱應(yīng)力大小的因素如下:1)鑄件中熱應(yīng)力的大小與合金的彈性模量E成正比，E值愈大，熱應(yīng)力也愈大。如鑄鋼和球墨鑄鐵的熱應(yīng)力就比灰鑄鐵大。2）合金的線收縮（膨脹）系數(shù)a愈大，則熱應(yīng)力也愈大。3）鑄件的壁厚差愈大，冷卻時(shí)厚薄兩部分溫差也就愈大；合金的導(dǎo)熱性能較小，溫差’(‘就愈大（如合金鋼就比碳鋼的導(dǎo)熱性能差）；鑄型的蓄熱系數(shù)愈大，或降低澆注溫度，鑄件的冷卻速度就愈快，引起的溫差也就愈大，產(chǎn)生的熱應(yīng)力也增大；相反，產(chǎn)生熱應(yīng)力就愈小。(2)相變應(yīng)力鑄件由于固態(tài)相變，各部分體積發(fā)生不均衡變化而引起的應(yīng)力。如鑄鐵的共折轉(zhuǎn)變，由奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w或鐵素體加石墨，及鋼的共折轉(zhuǎn)變，都會(huì)使鑄件的體積膨脹。相變應(yīng)力的方向可能與熱應(yīng)力方向相同，也可能相反，前者使應(yīng)力疊加，加劇應(yīng)力對(duì)鑄件質(zhì)量的不利影響，后者則減輕其不利影響。相變應(yīng)力可以是臨時(shí)應(yīng)力，也可能是剩余應(yīng)力。(3)收縮應(yīng)力鑄件固態(tài)收縮時(shí)，因受到鑄型、型芯、澆冒口、箱帶等外力的阻礙而產(chǎn)生的應(yīng)力稱(chēng)為收縮應(yīng)力。收縮應(yīng)力通常表現(xiàn)為拉應(yīng)力和壓應(yīng)力。鑄件落砂后形成應(yīng)力的原因即消除，應(yīng)力也隨之基本消失。因此，收縮應(yīng)力是一種臨時(shí)應(yīng)力。但若在落砂前與剩余應(yīng)力方向相同時(shí)，兩種應(yīng)力相互疊加，有時(shí)會(huì)使鑄件產(chǎn)生冷裂。若與剩余應(yīng)力方向相反，則可相互抵消。鑄造應(yīng)力是熱應(yīng)力、相變應(yīng)力和收縮應(yīng)力三者的矢量和。在不同情況下，三種應(yīng)力有時(shí)相互抵消，有時(shí)相互疊加；有時(shí)是臨時(shí)的，有時(shí)是剩余的。但在實(shí)際生產(chǎn)中，對(duì)于不同形狀的鑄件，其鑄造應(yīng)力的大小分布是十分復(fù)雜的。鑄件部位熱應(yīng)力相變應(yīng)力機(jī)械阻礙應(yīng)力共折轉(zhuǎn)變石墨析出落砂前落砂后厚處或中心處十－－十0（或十）薄處或外層處－十十十0（或十）鑄件中各種應(yīng)力與產(chǎn)生部位的關(guān)系注：表中“＋”表示受拉應(yīng)力，“－”表示受壓應(yīng)力。(4)減小和消除鑄造應(yīng)力的方法1）采取各種措施減小鑄件冷卻過(guò)程中各部分的溫差，以及改善鑄型和型芯的退讓性。具體方法如下：a.工藝上采取冒口、冷鐵配合使用，加快厚大部分的冷卻，盡量讓鑄件形成同時(shí)凝固；在滿(mǎn)足使用要求的前提下，減小鑄件的壁厚差，分散或減小熱節(jié)；提高鑄型溫度，以減小各部分的溫差，此法廣泛用于金屬型和熔模鑄造。。b.控制合適的型、芯緊實(shí)度，加入退讓性比較好的材料（如木屑等）鑄件提早打箱或松砂，以減小收縮時(shí)的阻力等措施。c.在滿(mǎn)足鑄件使用性能的前提下，選擇彈性模量E和收縮系數(shù)α小的鑄造合金2）消除鑄造應(yīng)力的方法a.人工時(shí)效這種方法是將鑄件重新加熱到合金的臨界溫度tK以上，即使鑄件處于塑性狀態(tài)的溫度范圍。在此溫度下保溫一定時(shí)間，使鑄件各部分的溫度均勻，讓?xiě)?yīng)力充分消失，然后隨爐緩慢冷卻以免重新形成新的應(yīng)力，通常將此法稱(chēng)為人工時(shí)效（也叫熱時(shí)效、消除內(nèi)應(yīng)力退火等）。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是：去除應(yīng)力徹底、周期短、占地少，生產(chǎn)中廣泛應(yīng)用；其缺點(diǎn)是燃料消耗大、易產(chǎn)生氧化皮和尺寸變化、費(fèi)用較高。b.自然時(shí)效此法是將具有殘余應(yīng)力的鑄件露天放置數(shù)個(gè)月乃至一年，隨著長(zhǎng)時(shí)間及自然溫度的變化，使鑄件發(fā)生非常緩慢的變形，從而使剩余應(yīng)力消除。c.振動(dòng)時(shí)效這種方法是將鑄件在共振條件下（振動(dòng)頻率在400～6000Hz）振動(dòng)10—60min，以達(dá)到消除剩余應(yīng)力的目的。2(5)鑄造應(yīng)力大小的測(cè)定

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σ—鑄造應(yīng)力 e1-e2—