第一节合金的铸造性能精选PPT.ppt

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1、第一节合金的铸造性能第1页，本讲稿共43页一一一一.铸造的定义（实质）和铸造方法的分类铸造的定义（实质）和铸造方法的分类铸造的定义（实质）和铸造方法的分类铸造的定义（实质）和铸造方法的分类定义：定义：定义：定义：将液态金属浇注到与零将液态金属浇注到与零将液态金属浇注到与零将液态金属浇注到与零件形状、尺寸相适应的件形状、尺寸相适应的件形状、尺寸相适应的件形状、尺寸相适应的铸型型铸型型铸型型铸型型腔腔腔腔中中中中,待其冷却凝固后待其冷却凝固后待其冷却凝固后待其冷却凝固后,以获得以获得以获得以获得零件或毛坯的方法。零件或毛坯的方法。零件或毛坯的方法。零件或毛坯的方法。砂型铸造砂型铸造砂型铸造砂型铸造

2、砂型铸造砂型铸造 产量产量产量产量90%90%90%90%以上；以上；以上；以上；特种铸造特种铸造特种铸造特种铸造熔模铸造熔模铸造熔模铸造熔模铸造金属型铸造金属型铸造压力铸造压力铸造离心铸造离心铸造分类：分类：分类：分类：第2页，本讲稿共43页第3页，本讲稿共43页适于做复杂外形，特别适于做复杂外形，特别是复杂内腔的毛坯；是复杂内腔的毛坯；对材料的适应性广，铸对材料的适应性广，铸件大小几乎不受限制；件大小几乎不受限制；成本低，原材料来源广成本低，原材料来源广泛，价格低廉泛，价格低廉,一般不需一般不需要昂贵的设备；要昂贵的设备；是某些塑性很差的材料是某些塑性很差的材料制造其毛坯或零件的唯制造其毛

3、坯或零件的唯一成型工艺。一成型工艺。液态成形液态成形优优 点点铸造（液态成形）的优缺点第4页，本讲稿共43页工艺过程比较复杂，一些工工艺过程比较复杂，一些工艺过程还难以控制；艺过程还难以控制；铸件内部组织的均匀性、致铸件内部组织的均匀性、致密性一般较差；密性一般较差；铸件易出现缺陷，产品铸件易出现缺陷，产品 质质量不够稳定；量不够稳定；铸件力学性能比同类材料的锻铸件力学性能比同类材料的锻件低。件低。液态成形液态成形缺缺 点点铸造（液态成形）的优缺点第5页，本讲稿共43页高档6缸小轿车的内部结构第6页，本讲稿共43页高档高档高档高档6 6 6 6缸小轿车的发动机壳体缸小轿车的发动机壳体缸小轿车的

4、发动机壳体缸小轿车的发动机壳体第7页，本讲稿共43页不需加工或少加工的精密铸件第8页，本讲稿共43页不需加工开式叶轮精密铸件第9页，本讲稿共43页第一节第一节 合金的铸造性能合金的铸造性能一、合金的流动性二、影响合金流动性的因素三、合金的凝固四、合金的收缩第10页，本讲稿共43页铸造性能铸造性能是合金在铸造成形的过程中，容易获得外形正确，是合金在铸造成形的过程中，容易获得外形正确，内部无缺陷铸件的性能。内部无缺陷铸件的性能。通常用合金的通常用合金的流动性、收缩性流动性、收缩性等来衡量。等来衡量。1 1、合金的流动性愈好：、合金的流动性愈好：容易浇注出轮廓清晰、容易浇注出轮廓清晰、薄而复杂的零件

5、；有薄而复杂的零件；有利于夹杂物和气体的利于夹杂物和气体的上浮与排除；有利于上浮与排除；有利于补缩。补缩。2 2、合金的流动性不好：容易产生浇不足与冷隔现象。、合金的流动性不好：容易产生浇不足与冷隔现象。浇不足浇不足 冷隔现象冷隔现象一、合金的流动性一、合金的流动性:是指液态合金本身的流动能力是指液态合金本身的流动能力第11页，本讲稿共43页3 3、合金流动性的测定、合金流动性的测定通常用浇注的通常用浇注的螺旋形试螺旋形试样样的长度来衡量合金的的长度来衡量合金的流动性。其截面为等截流动性。其截面为等截面的梯形，试样上隔面的梯形，试样上隔50mm50mm长度有一个凸点，以长度有一个凸点，以便于计

6、量其长度。便于计量其长度。合金的流动性愈好，合金的流动性愈好，其长度就愈长。其长度就愈长。第12页，本讲稿共43页通常灰铸铁、硅黄铜流动性最好，铸钢流动性最差。通常灰铸铁、硅黄铜流动性最好，铸钢流动性最差。第13页，本讲稿共43页二、影响合金流动性的因素二、影响合金流动性的因素合金的种类、成分，浇注温度和以及铸型填充条件合金的种类、成分，浇注温度和以及铸型填充条件1 1）合金的）合金的种类种类不同，其流动性不同不同，其流动性不同;第14页，本讲稿共43页合金的成分和合金的成分和结晶特征结晶特征对流动性的影响最为显著。对流动性的影响最为显著。图：不同结晶特征合金的流动性图：不同结晶特征合金的流动

7、性 亚共晶铸铁随含碳量的增亚共晶铸铁随含碳量的增加，结晶温度范围减小，流加，结晶温度范围减小，流动性提高。动性提高。第15页，本讲稿共43页2 2）、）、浇注温度浇注温度对流动性的影响对流动性的影响浇注温度高，液态金属在铸型中保持液态的时间增长，浇注温度高，液态金属在铸型中保持液态的时间增长，可改善合金的流动性（薄壁铸件可改善合金的流动性（薄壁铸件 ）；但是浇注温度过高，）；但是浇注温度过高，使铸件产生气孔、缩孔、缩松、粘砂等缺陷。使铸件产生气孔、缩孔、缩松、粘砂等缺陷。在生产中采用：高温出炉，低温浇注的原则。在生产中采用：高温出炉，低温浇注的原则。灰铸铁浇注温度为灰铸铁浇注温度为120012

8、0013801380；铸钢为；铸钢为1520152016201620；铝合金为铝合金为680680780780。薄壁复杂件取上限温度值，厚件则。薄壁复杂件取上限温度值，厚件则取下限。取下限。第16页，本讲稿共43页3 3）、）、铸型条件铸型条件对流动性的影响对流动性的影响常采取加高直浇道，扩大内浇道截面，增设出气孔，烘常采取加高直浇道，扩大内浇道截面，增设出气孔，烘干铸型等工艺，以延长液态合金的流动时间，以改善铸干铸型等工艺，以延长液态合金的流动时间，以改善铸型的填充条件。型的填充条件。第17页，本讲稿共43页三、合金的凝固三、合金的凝固逐层凝固逐层凝固：纯金属和共晶成分合金，不存在凝固区；纯

9、金属和共晶成分合金，不存在凝固区；糊状凝固糊状凝固：结晶温度范围很宽的合金，不存在固体区；结晶温度范围很宽的合金，不存在固体区；存在三个区域：存在三个区域：固相区、液固两相固相区、液固两相并存的凝固区和未并存的凝固区和未开始凝固的液相区。开始凝固的液相区。中间凝固中间凝固：大多数合金的凝固方式。大多数合金的凝固方式。第18页，本讲稿共43页铸件的质量与其凝固方式密切相关。铸件的质量与其凝固方式密切相关。铸件的质量与其凝固方式密切相关。铸件的质量与其凝固方式密切相关。糊状凝固糊状凝固时，难以获得致密的铸件，如：球铁、锡青铜、时，难以获得致密的铸件，如：球铁、锡青铜、铝铜合金的凝固，需采取适当工艺

10、进行补缩。铝铜合金的凝固，需采取适当工艺进行补缩。逐层凝固逐层凝固逐层凝固逐层凝固时，合金的充型能力强，便于防止缩孔和缩时，合金的充型能力强，便于防止缩孔和缩时，合金的充型能力强，便于防止缩孔和缩时，合金的充型能力强，便于防止缩孔和缩松，可获得致密的铸件。如：松，可获得致密的铸件。如：松，可获得致密的铸件。如：松，可获得致密的铸件。如：灰铸铁、铝硅合金。灰铸铁、铝硅合金。第19页，本讲稿共43页四、铸造合金的收缩四、铸造合金的收缩定义：铸造合金从液态冷定义：铸造合金从液态冷却到室温的过程中，其体积却到室温的过程中，其体积和尺寸缩减的现象称为收缩。和尺寸缩减的现象称为收缩。液态收缩液态收缩 （浇

11、注温度（浇注温度-液相线）液相线）凝固收缩凝固收缩 （液相线（液相线-结晶完了）结晶完了）固态收缩固态收缩 （结晶完了（结晶完了-室温室温 ）特点：体积收缩；特点：体积收缩；浇注温度升高，液态收缩增加。浇注温度升高，液态收缩增加。特点：体积收缩；结晶温度范围增大，凝固收缩增加。特点：体积收缩；结晶温度范围增大，凝固收缩增加。特点：只引起铸件外部尺寸变化，用线收缩率表示。特点：只引起铸件外部尺寸变化，用线收缩率表示。第20页，本讲稿共43页1、收缩对铸件质量的影响、收缩对铸件质量的影响1 1）液态收缩）液态收缩 浇注温度一般控制在高于浇注温度一般控制在高于液相线温度液相线温度50-15050-1

12、50。2 2）凝固收缩）凝固收缩 由由合金状态改变和温度下降合金状态改变和温度下降两部分引起。两部分引起。总结：总结：液态收缩和凝固收缩都使合金体积减小，一般液态收缩和凝固收缩都使合金体积减小，一般 表现为铸型内液面的降低。表现为铸型内液面的降低。这两个阶段的收缩是铸件中产生这两个阶段的收缩是铸件中产生缩孔或缩松的基本原因。缩孔或缩松的基本原因。第21页，本讲稿共43页3 3）固态收缩）固态收缩 固态收缩通常直接表现为铸件外形尺寸的减小，固态收缩通常直接表现为铸件外形尺寸的减小，固态收缩是铸件中产生应力、变形和裂纹的固态收缩是铸件中产生应力、变形和裂纹的主要原因。主要原因。常用铸造合金的线收缩

13、率常用铸造合金的线收缩率第22页，本讲稿共43页2、影响收缩的因素、影响收缩的因素1 1）化学成分）化学成分 铸铁中促进石墨形铸铁中促进石墨形成的元素增加，收缩减少如：成的元素增加，收缩减少如：灰口灰口铁铁 C C、SiSi，收，收，MnMn、S S 收收。因石墨比容大，体积膨胀，抵。因石墨比容大，体积膨胀，抵销部分凝固收缩。销部分凝固收缩。2 2）浇注温度）浇注温度3 3）铸件结构与铸型条件）铸件结构与铸型条件铸件在铸型中收缩会受铸型和型芯的阻碍。实际收缩小铸件在铸型中收缩会受铸型和型芯的阻碍。实际收缩小于自由收缩。于自由收缩。铸型要有好的退让性。铸型要有好的退让性。第23页，本讲稿共43页

14、 3、缩孔与缩松的形成及防止、缩孔与缩松的形成及防止 液态合金在凝固过程中，若其液态收缩和凝固收缩所液态合金在凝固过程中，若其液态收缩和凝固收缩所液态合金在凝固过程中，若其液态收缩和凝固收缩所液态合金在凝固过程中，若其液态收缩和凝固收缩所缩减的容积得不到补足，则在铸件最后凝固的部位形缩减的容积得不到补足，则在铸件最后凝固的部位形缩减的容积得不到补足，则在铸件最后凝固的部位形缩减的容积得不到补足，则在铸件最后凝固的部位形成一些孔洞。按孔洞的大小和分布，可将其分为成一些孔洞。按孔洞的大小和分布，可将其分为成一些孔洞。按孔洞的大小和分布，可将其分为成一些孔洞。按孔洞的大小和分布，可将其分为缩孔缩孔缩

15、孔缩孔和缩松和缩松和缩松和缩松。缩孔缩孔第24页，本讲稿共43页合金的液态收缩和凝固收缩越大，合金的液态收缩和凝固收缩越大，浇注温度越高，铸件的壁越厚，缩孔浇注温度越高，铸件的壁越厚，缩孔的容积就越大；的容积就越大；缩孔多集中在铸件缩孔多集中在铸件最后凝固的部位；特最后凝固的部位；特征是形状不规则，多征是形状不规则，多数呈倒锥形，内表面数呈倒锥形，内表面粗糙。粗糙。纯金属和共晶成分的合金易形成缩纯金属和共晶成分的合金易形成缩孔；孔；（1 1）缩孔）缩孔第25页，本讲稿共43页（2 2）缩松）缩松铸件最后凝固的收缩未能得到补足，或者结晶温度范围宽的合金铸件最后凝固的收缩未能得到补足，或者结晶温度

16、范围宽的合金呈糊状凝固，凝固区域较宽，液、固两相共存，呈糊状凝固，凝固区域较宽，液、固两相共存，树枝晶发达树枝晶发达，枝，枝晶骨架将合金液分割开的小液体区难以得到补缩所致。晶骨架将合金液分割开的小液体区难以得到补缩所致。第26页，本讲稿共43页缩孔与缩松缩孔与缩松减小铸件受力的有效面积减小铸件受力的有效面积，且缩孔部位容易，且缩孔部位容易产产生应力集中生应力集中，使铸件的力学性能下降，要予以防止。，使铸件的力学性能下降，要予以防止。第27页，本讲稿共43页（3 3）缩孔、缩松的防止措施）缩孔、缩松的防止措施采用冒口、冷铁的顺序凝固采用冒口、冷铁的顺序凝固 所谓顺序凝固，是使铸件按规定方向从一部

17、分到另一部分所谓顺序凝固，是使铸件按规定方向从一部分到另一部分逐渐凝固的过程。逐渐凝固的过程。冒口和冷铁的合理使用冒口和冷铁的合理使用，可造成铸件的，可造成铸件的顺序凝固，有效地消除缩孔、缩松。顺序凝固，有效地消除缩孔、缩松。第28页，本讲稿共43页 冒口、冷铁共用法冒口、冷铁共用法 设置冒口法设置冒口法第29页，本讲稿共43页对于一些壁厚均匀的铸件，采用对于一些壁厚均匀的铸件，采用顶部设冒口和底部安放冷顶部设冒口和底部安放冷铁铁的工艺措施后，也难以保证其垂直壁上不出现缩孔和的工艺措施后，也难以保证其垂直壁上不出现缩孔和缩松。因此，需在其缩松。因此，需在其立壁上增加补贴立壁上增加补贴即一个楔形

18、厚度，才能即一个楔形厚度，才能实现该铸件的顺序凝固。实现该铸件的顺序凝固。冷铁作用：冷铁作用：加快铸件某加快铸件某处的冷却速度，以控制处的冷却速度，以控制或改变铸件的凝固顺序，或改变铸件的凝固顺序，本身本身不起不缩作用不起不缩作用。通。通常采用钢铸铁或铜制成。常采用钢铸铁或铜制成。第30页，本讲稿共43页内应力内应力热热 应应 力力机械应力机械应力由于铸件的壁厚不均匀，由于铸件的壁厚不均匀，导致不同部位不均衡的收导致不同部位不均衡的收缩而引起的应力。缩而引起的应力。铸件在固态收缩时，因受铸件在固态收缩时，因受到铸型、型芯、砂箱等外到铸型、型芯、砂箱等外力阻碍而产生的应力。力阻碍而产生的应力。残

19、余热应力的存在，使铸件处在一种非稳残余热应力的存在，使铸件处在一种非稳定状态，将自发地通过铸件的变形来缓解定状态，将自发地通过铸件的变形来缓解其应力，以回到稳定的平衡状态。其应力，以回到稳定的平衡状态。当应力大到一定程度会导致出现裂纹。当应力大到一定程度会导致出现裂纹。变变 形形裂裂 纹纹五、铸造内应力、变形及裂纹五、铸造内应力、变形及裂纹第31页，本讲稿共43页机械应力是暂存的应力，铸件落砂后应力自行消失。机械应力是暂存的应力，铸件落砂后应力自行消失。防止产生机械应力的防止产生机械应力的措施措施：提高铸型和型芯的退让性。提高铸型和型芯的退让性。L L1 1）机械应力）机械应力2 2）热应力）

20、热应力热应力是由于铸件壁厚不均热应力是由于铸件壁厚不均或各部分冷却速度不同，使或各部分冷却速度不同，使铸件各部分的收缩不同步而铸件各部分的收缩不同步而引起的。它在铸件落砂后仍引起的。它在铸件落砂后仍然存在于铸件内部，是一种然存在于铸件内部，是一种残留应力。残留应力。第32页，本讲稿共43页2 2）热应力）热应力固态金属在再结晶温度以上为固态金属在再结晶温度以上为塑性状态塑性状态，应力产生塑，应力产生塑性变形后自行消失。性变形后自行消失。金属在再结晶温度以下为金属在再结晶温度以下为弹性状态弹性状态，内应力产生弹，内应力产生弹性变形后继续存在。性变形后继续存在。区分区分固态金属自高温冷却到室温时状

21、态的变化固态金属自高温冷却到室温时状态的变化第33页，本讲稿共43页t0-t1:t0-t1:粗、细杆均处在粗、细杆均处在塑性状态塑性状态，无应力；，无应力；t1-t2:t1-t2:细杆进入弹性状态，粗杆仍处在塑性状态；两杆收缩细杆进入弹性状态，粗杆仍处在塑性状态；两杆收缩不同，形成暂时应力；随温度降低，应力消失；不同，形成暂时应力；随温度降低，应力消失；t2-t3:t2-t3:两杆均处在弹性状态，但两杆均处在弹性状态，但T T粗粗TT细，导致粗杆收缩细，导致粗杆收缩 细细杆。所以，粗杆受拉伸，细杆受压缩。杆。所以，粗杆受拉伸，细杆受压缩。结论结论 产生热应力的规律：冷却较慢的厚部或心部存产生热

22、应力的规律：冷却较慢的厚部或心部存在在拉应力拉应力；冷却较快的薄壁或表层存在；冷却较快的薄壁或表层存在压应力压应力。第34页，本讲稿共43页框形铸件热应力的形成过程框形铸件热应力的形成过程 第35页，本讲稿共43页预防预防铸件产生热应力的铸件产生热应力的基本措施基本措施是减小铸件各部是减小铸件各部分之间的温度差，使其均匀冷却。分之间的温度差，使其均匀冷却。设计：壁厚尽量均匀一致；设计：壁厚尽量均匀一致；工艺：采取工艺：采取同时凝固同时凝固原则原则具体方法：具体方法：将内浇口开在铸件的将内浇口开在铸件的薄壁处，以减缓其冷却速度；而薄壁处，以减缓其冷却速度；而在铸件的厚壁处放置冷铁，以加在铸件的厚

23、壁处放置冷铁，以加快其冷却速度。快其冷却速度。第36页，本讲稿共43页优点优点：可减小其产生应力、变可减小其产生应力、变形和裂纹的倾向；且不必设置形和裂纹的倾向；且不必设置冒口，使工艺简化，并节约了冒口，使工艺简化，并节约了金属材料。金属材料。缺点：缺点：铸件的心部会产生缩孔或缩松缺陷，所以一般铸件的心部会产生缩孔或缩松缺陷，所以一般只用于普通灰铸铁和锡青铜铸件的生产。只用于普通灰铸铁和锡青铜铸件的生产。灰铸铁产生缩孔和缩松的倾向小；而锡青铜倾向于糊状凝固，灰铸铁产生缩孔和缩松的倾向小；而锡青铜倾向于糊状凝固，采用顺序凝固也难于避免缩松缺陷。采用顺序凝固也难于避免缩松缺陷。采用同时凝固的优、缺

24、点采用同时凝固的优、缺点 ：第37页，本讲稿共43页2 2、铸件的变形与防止、铸件的变形与防止 当铸件产生内应力后，铸件通过自由的变形释放应力。当铸件产生内应力后，铸件通过自由的变形释放应力。心部散热慢，受拉应心部散热慢，受拉应力，边缘处受压应力；力，边缘处受压应力；且上表面比下表面冷且上表面比下表面冷却得快。却得快。导轨部分厚受拉应力；床壁部导轨部分厚受拉应力；床壁部分较薄受压应力，床身发生朝分较薄受压应力，床身发生朝着导轨方向的弯曲，使导轨下着导轨方向的弯曲，使导轨下凹。凹。第38页，本讲稿共43页铸件壁厚尽量均匀、对称；铸件壁厚尽量均匀、对称；图图c c由于其截面对称、铸造由于其截面对称

25、、铸造应力平衡，不产生变形应力平衡，不产生变形。防止铸件变形的措施：防止铸件变形的措施：采用同时凝固工艺，采用同时凝固工艺，降低热应力；降低热应力；反变形反变形 适用于细长易变形铸件适用于细长易变形铸件 床身导轨面的挠曲变形及反变形床身导轨面的挠曲变形及反变形 第39页，本讲稿共43页去应力退火去应力退火 铸件变形后残余应力并未彻底消除。铸件经机械加工后，内应铸件变形后残余应力并未彻底消除。铸件经机械加工后，内应力将重新分布，使零件缓慢地变形。力将重新分布，使零件缓慢地变形。对不允许发生变形的重要对不允许发生变形的重要铸件，必须进行去应力退火铸件，必须进行去应力退火。去应力退火有自然时效和人工

26、时效两种：去应力退火有自然时效和人工时效两种：自然时效自然时效是将铸件置于露天场地，使其缓缓地发生变是将铸件置于露天场地，使其缓缓地发生变形，从而使残余应力消除或减少；形，从而使残余应力消除或减少；人工时效人工时效是将铸件加热到是将铸件加热到550-650550-650进行去应力退火，进行去应力退火，应用广泛。应用广泛。第40页，本讲稿共43页当铸件内应力超过金属的强度极限时，铸件便发生裂纹。当铸件内应力超过金属的强度极限时，铸件便发生裂纹。裂纹是铸件的严重缺陷，多使铸件报废。裂纹是铸件的严重缺陷，多使铸件报废。3 3、铸件的裂纹及防止、铸件的裂纹及防止铸件一般有铸件一般有热裂和冷裂热裂和冷裂

27、两种开裂方式。两种开裂方式。热裂热裂是铸钢件、可锻铸铁件以及一些铝合金铸件的常见缺是铸钢件、可锻铸铁件以及一些铝合金铸件的常见缺陷，一般出现在铸件的应力集中部位，如尖角、截面突变处陷，一般出现在铸件的应力集中部位，如尖角、截面突变处或热节处等。或热节处等。脆性大、塑性差的合金，如白口铁、高碳钢及一些合金脆性大、塑性差的合金，如白口铁、高碳钢及一些合金钢等易产生钢等易产生冷裂纹冷裂纹。第41页，本讲稿共43页防止热裂的措施防止热裂的措施：a a合理设计铸件结构；合理设计铸件结构；b b改善铸型和型芯的退让性改善铸型和型芯的退让性 c c限制铸钢和铸铁中的限制铸钢和铸铁中的S S含量；含量；热裂纹

28、形态热裂纹形态：裂纹短、缝隙宽、形状曲折、缝内金属呈：裂纹短、缝隙宽、形状曲折、缝内金属呈氧化色；且裂纹沿晶界产生，外形曲折。氧化色；且裂纹沿晶界产生，外形曲折。热裂纹产生原因热裂纹产生原因：在铸件凝固末期，固体的骨架已经形在铸件凝固末期，固体的骨架已经形成，但枝晶间仍残留少量液体，此时的强度、塑性极低。当成，但枝晶间仍残留少量液体，此时的强度、塑性极低。当固态合金的线收缩受到铸型、芯子或其他因素的阻碍，产生固态合金的线收缩受到铸型、芯子或其他因素的阻碍，产生的应力若超过该温度下合金的强度，即产生热裂。的应力若超过该温度下合金的强度，即产生热裂。第42页，本讲稿共43页裂纹形态裂纹形态：裂纹细

29、小，外形呈：裂纹细小，外形呈连续直线状或圆滑曲线状，裂纹连续直线状或圆滑曲线状，裂纹缝内干净，有时呈轻微氧化色。缝内干净，有时呈轻微氧化色。防止冷裂的措施防止冷裂的措施：a a减少铸造内应力；壁厚均匀、增加退让性；减少铸造内应力；壁厚均匀、增加退让性；b b降低合金的脆性；降低合金中降低合金的脆性；降低合金中P P的含量。的含量。冷裂：冷裂：铸件冷却到低温处于弹性状态时，铸造应力超过合铸件冷却到低温处于弹性状态时，铸造应力超过合金的强度极限而产生的；冷裂常出现在复杂铸件受拉应力的金的强度极限而产生的；冷裂常出现在复杂铸件受拉应力的部位，特别是应力集中处。部位，特别是应力集中处。第43页，本讲稿共43页