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材料成形工艺基础材料成形工艺基础材料成形工艺基础材料成形工艺基础本讲稿第一页，共二十二页绪绪 论论工程材料毛 坯机械（切削）加工零 件机械产品铸造锻造焊接粉末冶金预先热处理最终热处理热处理装配（退火、正火）（淬火、回火）毛坯成形方法毛坯成形方法本讲稿第二页，共二十二页铸铸 造造本讲稿第三页，共二十二页一、金属凝固原理一、金属凝固原理vv凝固（结晶）凝固（结晶）vv形核和长大形核和长大vv影响铸件组织的因素：影响铸件组织的因素：（1 1）原始炉料）原始炉料（2 2）冷却速度）冷却速度（3 3）孕育处理）孕育处理vv铸件的凝固方式：铸件的凝固方式：逐层凝固；糊状凝固；中间凝逐层凝固；糊状凝固；中间凝固固本讲稿第四页，共二十二页铸件的凝固方式 逐层凝固 中间凝固 糊状凝固本讲稿第五页，共二十二页二、金属与合金的铸造性能二、金属与合金的铸造性能1 1、定义：、定义：合金在铸造成形的整个工艺过程中，获得外合金在铸造成形的整个工艺过程中，获得外形正确、内部健全铸件的性能形正确、内部健全铸件的性能2 2、衡量因素、衡量因素：充型能力、收缩性充型能力、收缩性（1 1）合金的充型能力）合金的充型能力影响因素：影响因素：n n内部条件：内部条件：金属的流动能力螺旋形流动性试样金属的流动能力螺旋形流动性试样n n外部条件：外部条件：铸型条件、浇注条件、铸件结构铸型条件、浇注条件、铸件结构本讲稿第六页，共二十二页螺旋形流动性试样本讲稿第七页，共二十二页（2 2 2 2）合金的收缩合金的收缩(A)(A)定义：定义：从液态到常温下，体积和尺寸缩小的现象从液态到常温下，体积和尺寸缩小的现象(B)(B)表示方法：表示方法：体收缩率体收缩率 v v 、线收缩率、线收缩率 l l二、金属与合金的铸造性能二、金属与合金的铸造性能本讲稿第八页，共二十二页缩孔缩孔缩松缩松应力、变形、裂纹应力、变形、裂纹（2 2）合金的收缩(C)收缩的三个阶段：q液态收缩：从浇注温度到液相线温度 体收缩q凝固收缩：从液相线到固相线温度 体收缩q固态收缩：固相线温度到室温 线收缩(d)影响收缩的因素：合金收缩性(成分、温度、组织转变）、浇注条件、铸型结构、铸件结构、外界阻力二、金属与合金的铸造性能二、金属与合金的铸造性能本讲稿第九页，共二十二页三、铸造性能对铸件质量的影响三、铸造性能对铸件质量的影响1.缩孔n n定义：定义：铸件凝固结束后在某些部位出现的大而集中的铸件凝固结束后在某些部位出现的大而集中的孔洞孔洞n n形成原因：形成原因：液态收缩和凝固收缩远大于固态收缩液态收缩和凝固收缩远大于固态收缩n n形成条件形成条件:(1)(1)金属恒温或很窄范围内结晶金属恒温或很窄范围内结晶 (2)(2)逐层凝固方式逐层凝固方式本讲稿第十页，共二十二页缩孔的形成过程本讲稿第十一页，共二十二页2.缩松定义：定义：铸件凝固后在某些部位出现的细小而分散的铸件凝固后在某些部位出现的细小而分散的 孔洞孔洞形成原因：形成原因：液态收缩和凝固收缩远大于固态收缩液态收缩和凝固收缩远大于固态收缩形成条件形成条件:(1)1)金属很宽范围内结晶金属很宽范围内结晶 (2)(2)糊状凝固方式糊状凝固方式三、铸造性能对铸件质量的影响三、铸造性能对铸件质量的影响本讲稿第十二页，共二十二页3.缩松和缩孔的防止（1 1）基本原则）基本原则n n使缩松转化为缩孔使缩松转化为缩孔n n顺序凝固顺序凝固n n安置冒口安置冒口（2 2）工艺措施）工艺措施n n合理确定内浇口位置及浇注工艺合理确定内浇口位置及浇注工艺n n合理应用冒口、冷铁等工艺措施合理应用冒口、冷铁等工艺措施三、铸造性能对铸件质量的影响三、铸造性能对铸件质量的影响本讲稿第十三页，共二十二页本讲稿第十四页，共二十二页4.铸造应力（1 1）定义：）定义：铸件在冷却凝固过程中，各部分体积变化铸件在冷却凝固过程中，各部分体积变化不一致，彼此制约形成内应力不一致，彼此制约形成内应力（2 2）分类：）分类：临时应力、残留应力临时应力、残留应力（3 3）形成原因）形成原因n n热应力：热应力：铸件壁厚不均匀，各部分冷却速度不同，以致在铸件壁厚不均匀，各部分冷却速度不同，以致在同一时间内铸件各部分收缩不一致引起同一时间内铸件各部分收缩不一致引起-残留应力残留应力n n机械阻碍应力：机械阻碍应力：铸件冷却到弹性状态后，受到机械阻铸件冷却到弹性状态后，受到机械阻碍产生应力，拉应力碍产生应力，拉应力-临时应力临时应力三、铸造性能对铸件质量的影响三、铸造性能对铸件质量的影响本讲稿第十五页，共二十二页本讲稿第十六页，共二十二页4.铸造应力(4)(4)减小和消除铸造应力的方法减小和消除铸造应力的方法n n尽量选择弹性模量和收缩系数小的合金材料尽量选择弹性模量和收缩系数小的合金材料n n减小砂型的紧实度，或在型芯、型砂内加入木屑、焦炭减小砂型的紧实度，或在型芯、型砂内加入木屑、焦炭末等附加物末等附加物n n合理设置内浇口和冒口使铸件各部分温度分布均匀合理设置内浇口和冒口使铸件各部分温度分布均匀n n尽量避免阻碍收缩的结构尽量避免阻碍收缩的结构去应力退火去应力退火三、铸造性能对铸件质量的影响三、铸造性能对铸件质量的影响本讲稿第十七页，共二十二页5.铸件的热裂（1 1）出现时期：）出现时期：出现在凝固末期高温下出现在凝固末期高温下（2 2）形成原因：）形成原因：n n凝固方式：宽凝固温度范围、糊状凝固凝固方式：宽凝固温度范围、糊状凝固n n凝固受到阻碍凝固受到阻碍（3 3）防止措施）防止措施n n结构合理，壁厚均匀结构合理，壁厚均匀n n减少收缩阻力减少收缩阻力n n减少有害元素减少有害元素三、铸造性能对铸件质量的影响三、铸造性能对铸件质量的影响本讲稿第十八页，共二十二页qq铸件的变形铸件的变形qq铸件的冷裂低温下的裂纹铸件的冷裂低温下的裂纹三、铸造性能对铸件质量的影响三、铸造性能对铸件质量的影响三、铸造性能对铸件质量的影响三、铸造性能对铸件质量的影响6.铸件的冷裂和变形本讲稿第十九页，共二十二页7.气孔和金属夹杂物（1 1）气孔）气孔1 1）危害）危害n n减减少少铸铸件件的的有有效效截截面面积积；产产生生局局部部应应力力集集中中；降降低低铸铸件件的的强强度度和和塑塑性性；弥弥散散性性气气孔孔使使铸铸件件组组织织疏疏松松，降降低低铸铸件件的的气气密性密性2 2）防止气孔的方法）防止气孔的方法n n减减少少金金属属液液的的原原始始含含气气量量；熔熔炼炼时时使使金金属属液液与与气气体体隔隔开开；除除气气处理；提高冷却速度或增加外压处理；提高冷却速度或增加外压三、铸造性能对铸件质量的影响三、铸造性能对铸件质量的影响本讲稿第二十页，共二十二页7.气孔和金属夹杂物（2 2）非金属夹杂物）非金属夹杂物1 1）危害）危害n n降降低低疲疲劳劳强强度度；冲冲击击韧韧性性下下降降；降降低低合合金金的的铸铸造造性性能能：降降低流动性、热裂纹、微观缩孔和气缩孔低流动性、热裂纹、微观缩孔和气缩孔2 2）防止非金属夹杂物的工艺措施）防止非金属夹杂物的工艺措施n n控控制制易易氧氧化化元元素素含含量量；加加入入溶溶剂剂吸吸收收或或捕捕捉捉杂杂物物；真空或保护气体下浇注；冲型平稳；型砂配方真空或保护气体下浇注；冲型平稳；型砂配方三、铸造性能对铸件质量的影响三、铸造性能对铸件质量的影响本讲稿第二十一页，共二十二页缩松的形成过程本讲稿第二十二页，共二十二页