《热加工基础》PPT课件.ppt

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1、 Page Page 1 1 铸件的结构工艺性铸件的结构工艺性铸铸件件结结构构工工艺艺性性：铸铸件件结结构构相相对对于于铸铸造造成成形形的的可可行行性性与与合合理理性性，也也就就是是铸铸件件结结构构应应与与相相应应的的铸造工艺以及合金的铸造性能相适应。铸造工艺以及合金的铸造性能相适应。Page Page 2 2 一、铸造工艺对铸件结构的要求一、铸造工艺对铸件结构的要求1 1、铸铸件件的的外外形形设设计计原原则则：在在满满足足使使用用要要求求的的前前提提下下，铸铸件件外外形形设设计计应应尽尽量量简简化化，以以使使其其便便于于起起模模。应应避避免免操操作作较较复复杂杂的的三三箱箱造造型型、挖沙造型

2、、活块造型及不必要的外型芯。挖沙造型、活块造型及不必要的外型芯。Page Page 3 3 1）避免侧凹结构）避免侧凹结构铸铸件件在在与与起起模模方方向向平平行行的的壁壁上上若若有有侧侧凹凹，必必将将妨妨碍碍起起模模，增增加加了了铸铸造造工工艺艺的的复复杂杂性性，故故力求避免。力求避免。1.11.1、铸件的外形设计原则、铸件的外形设计原则 Page Page 4 4 1.11.1、铸件的外形设计原则、铸件的外形设计原则2）合理设计凸台和肋条）合理设计凸台和肋条在在设设计计铸铸件件上上的的凸凸台台和和肋肋条条结结构构时时，应应考考虑虑使使其其便于造型时起模，尽力避免使用活块或外型芯。便于造型时起

3、模，尽力避免使用活块或外型芯。Page Page 5 5 1.11.1、铸件的外形设计原则、铸件的外形设计原则3）应使铸件具有最少的分型面）应使铸件具有最少的分型面减减少少铸铸件件分分型型面面的的数数量量，可可以以降降低低造造型型工工时时，减减少少错错箱、偏芯等缺陷，提高铸件的尺寸精度。箱、偏芯等缺陷，提高铸件的尺寸精度。Page Page 6 6 1.11.1、铸件的外形设计原则、铸件的外形设计原则4）分型面应尽量平直）分型面应尽量平直平平直直的的分分型型面面可可避避免免挖挖砂砂造造型型或或假假箱箱造造型型，铸铸件件的的飞边、毛刺少，便于清理。飞边、毛刺少，便于清理。Page Page 7

4、7 1.11.1、铸件的外形设计原则、铸件的外形设计原则5）铸件应有合适的结构斜度）铸件应有合适的结构斜度对对于于铸铸件件上上垂垂直直于于分分型型面面的的非非加加工工表表面面，设设计计时时应应给给出出一一定定的的结结构构斜斜度度，这这样样不不但但便便于于起起模模，而而且且也也因因起起模模时时不不需需要要对对模模样样进进行行较较大大的的松松动动，因因而而提提高高了了铸铸件件的的尺尺寸精度。寸精度。Page Page 8 8 1.21.2、铸件的内腔设计原则、铸件的内腔设计原则铸铸件件的的内内腔腔通通常常由由型型芯芯形形成成，设设计计时时应应考考虑虑到到方方便便型型芯芯的的制制造造以以及及型型芯芯

5、的的定定位位、安安放放和和排排气气等等；并并应应尽尽可可能能地地不不用用或或少少用用型型芯芯，以以节节约约芯芯盒盒和和型型芯芯制造的工时及材料消耗。制造的工时及材料消耗。Page Page 9 9 1.21.2、铸件的内腔设计原则、铸件的内腔设计原则1）尽量不用或少用型芯）尽量不用或少用型芯型芯不仅增加材料消耗且工艺复杂，成本提高；型芯不仅增加材料消耗且工艺复杂，成本提高；芯子工作条件恶劣，极易产生各种铸造缺陷。芯子工作条件恶劣，极易产生各种铸造缺陷。Page Page 1010 1.21.2、铸件的内腔设计原则、铸件的内腔设计原则2）便于型芯的固定、排气和清理）便于型芯的固定、排气和清理型型

6、芯芯在在铸铸型型中中的的支支撑撑必必须须牢牢固固，否否则则浇浇注注时时型型芯芯会会被被金金属属液液冲冲击击而而产产生生偏偏芯芯缺缺陷陷，严严重重时时可可能能造造成成废废品品。型芯的固定主要依靠芯头。型芯的固定主要依靠芯头。Page Page 1111 1.31.3、铸件结构的合理分割与组合、铸件结构的合理分割与组合对对于于某某些些大大型型复复杂杂的的铸铸件件，在在生生产产条条件件不不允允许许整整体体铸铸造造时时，可可采采用用组组合合铸铸件件。即即将将一一个个铸铸件件分分成成几几部部分分铸铸造造，然然后后焊焊接接或或铆铆接接连连成成一一整整体体，以以减减少少铸铸件件的的复复杂杂性性。但组合铸件刚

7、度、耐腐性都较整体铸件差。但组合铸件刚度、耐腐性都较整体铸件差。Page Page 1212 二、铸造性能对铸件结构的要求二、铸造性能对铸件结构的要求与与合合金金的的铸铸造造性性能能有有关关的的铸铸造造缺缺陷陷，如如浇浇不不足足、缩缩孔孔、缩缩松松、铸铸造造应应力力、变变形形和和裂裂纹纹等等与与铸铸件件结结构构有有相相当当的的关关系系，往往往往在在采采用用更更合合理理的的铸铸件件结结构构后后，便便可可以消除这些缺陷。以消除这些缺陷。因因此此，应应使使铸铸件件结结构构有有利利于于合合金金液液的的充充型型，并并能能减减轻轻或或避避免免因因合合金金收收缩缩带带来来铸铸件件缺缺陷陷。具具体体注注意意以

8、以下下几几个方面：个方面：Page Page 1313 二、铸造性能对铸件结构的要求二、铸造性能对铸件结构的要求1.铸件的壁厚设计铸件的壁厚设计2.铸件壁的连接形式铸件壁的连接形式3.铸件加强肋的设计铸件加强肋的设计4.铸件结构应有利于减小应力和防止变形铸件结构应有利于减小应力和防止变形5.铸件结构应有利于防止缩孔和缩松铸件结构应有利于防止缩孔和缩松6.铸件结构应尽量避免过大水平面铸件结构应尽量避免过大水平面 Page Page 1414 2.12.1、铸件的壁厚设计、铸件的壁厚设计1）壁厚应合理）壁厚应合理在一定铸造条件下，铸造合金液能充满铸型的最小厚度称为该铸造合金的最小壁厚。为了避免铸件

9、的浇不足和冷隔等缺陷，铸件的设计壁厚不应小于最小壁厚。Page Page 1515 2.12.1、铸件的壁厚设计、铸件的壁厚设计1）壁厚应合理）壁厚应合理厚厚壁壁铸铸件件易易产产生生缩缩孔孔、缩缩松松、晶晶粒粒粗粗大大、偏偏析析等等缺缺陷陷，铸铸件件的的力力学学性性能能下下降降。这这对对于于各各种种铸铸造造合合金金来来说说，均均存存在在一一个个临临界界壁壁厚厚，如如果果铸铸件件的的壁壁厚厚超超过过临临界界壁壁厚厚，铸铸件件的的承承载载能能力力并并不不按按比比例例随随铸铸件件厚厚度度的的增增加加而而增增加加，而而是是显显著著下下降降。所所以以，设设计计厚厚大大铸铸件件时时，要要避避免免以以增增加

10、加壁壁厚厚的的方方式式提提高高强强度度。砂砂型型铸铸造造各各种种铸铸造造合合金金铸铸件件的的临临界界壁壁厚厚可可按按其其最最小小壁壁厚厚的的3倍倍考虑。考虑。Page Page 1616 2.12.1、铸件的壁厚设计、铸件的壁厚设计2）壁厚应均匀）壁厚应均匀铸铸件件薄薄厚厚不不均均，则则在在壁壁厚厚处处易易形形成成金金属属积积累累的的热热节节，致致使使厚厚壁壁处处易易产产生生缩缩孔孔、缩缩松松等等缺缺陷陷。此此外外，因因各各部部分分冷冷却却速速度度不不同同，铸铸件件易易形形成成热热应应力力，有有可可能能使使厚厚壁壁与与薄薄壁壁连连接接处处产产生生裂裂纹。纹。Page Page 1717 2.2

11、2.2、铸件壁的连接形式、铸件壁的连接形式1）壁的转角处应有结构圆角）壁的转角处应有结构圆角铸铸件件的的转转角角处处如如果果是是直直角角连连接接，则则在在此此处处不不仅仅会会形形成成热热节节，还还易易产产生生缩缩孔孔和和结结晶晶脆脆弱弱区区，而而且且因因应应力力集集中中易易于于导导致致结结晶晶脆脆弱弱区发生裂纹。区发生裂纹。Page Page 1818 2.22.2、铸件壁的连接形式、铸件壁的连接形式2）应避免壁的交叉或锐角连接）应避免壁的交叉或锐角连接壁壁或或筋筋的的交交叉叉或或锐锐角角连连接接均均使使铸铸件件易易形形成成热热节节而而产产生生热热应应力力和缩孔、缩松，因此，应避免壁的集中交叉

12、或锐角连接。和缩孔、缩松，因此，应避免壁的集中交叉或锐角连接。Page Page 1919 2.22.2、铸件壁的连接形式、铸件壁的连接形式3）厚壁与薄壁间的连接应逐渐过渡）厚壁与薄壁间的连接应逐渐过渡 Page Page 2020 2.32.3、铸件加强肋的设计、铸件加强肋的设计为为了了增增加加铸铸件件的的力力学学性性能能和和减减轻轻铸铸件件的的质质量量，消消除除缩缩孔孔和和防防止裂纹、变形、夹砂等缺陷，在铸件结构设计中大量采用肋。止裂纹、变形、夹砂等缺陷，在铸件结构设计中大量采用肋。薄薄而而大大的的平平板板，收收缩缩易易发发生生翘翘曲曲变变形形，加加上上几几条条肋肋之之后后便便可可避免。避

13、免。铸铸件件壁壁较较厚厚，容容易易产产生生缩缩孔孔。将将壁壁厚厚减减薄薄，采采用用加加强强肋肋，可可防防止止以以上上的的缺陷。缺陷。Page Page 2121 2.32.3、铸件加强肋的设计、铸件加强肋的设计1）肋的布置应合理）肋的布置应合理 Page Page 2222 2.42.4、铸件结构应有利于减小应力和防止变形、铸件结构应有利于减小应力和防止变形1）尽量使铸件能自由收缩）尽量使铸件能自由收缩铸铸件件在在浇浇注注后后的的冷冷却却凝凝固固过过程程中中，若若其其收收缩缩受受阻阻，铸铸件件内内部部将将产产生生应应力力，导导致致变变形形、裂裂纹纹的的产产生生。因因此此，铸铸件件结结构构设设计

14、计时时，应尽量使其能自由收缩，以减少应力，避免裂纹。应尽量使其能自由收缩，以减少应力，避免裂纹。Page Page 2323 2.42.4、铸件结构应有利于减小应力和防止变形、铸件结构应有利于减小应力和防止变形2）采用对称结构）采用对称结构对对于于容容易易产产生生变变形形的的铸铸件件，如如壁壁厚厚均均匀匀的的细细长长铸铸件件、面面积积较较大大的的平平板板铸铸件件等等，为为减减少少变变形形，可可采采用用对对称称式式结结构构以以使使变变形形相相互互抵消或增设防变形肋。抵消或增设防变形肋。Page Page 2424 2.52.5、铸件结构应有利于防止缩孔和缩松、铸件结构应有利于防止缩孔和缩松1）铸

15、件结构应符合合金的凝固原则）铸件结构应符合合金的凝固原则当当铸铸件件中中必必须须有有厚厚薄薄部部分分时时，为为了了不不使使该该处处产产生生缩缩孔，铸件的结构应具备实现顺序凝固和补缩的条件。孔，铸件的结构应具备实现顺序凝固和补缩的条件。2）合理增设补缩通道结构）合理增设补缩通道结构 Page Page 2525 2.52.5、铸件结构应尽量避免过大水平面、铸件结构应尽量避免过大水平面 在在铸铸件件浇浇注注位位置置上上有有过过大大的的水水平平面面，不不利利于于金金属属液液的充填，容易产生浇不足等缺陷。的充填，容易产生浇不足等缺陷。同同时时较较大大的的水水平平面面不不利利于于金金属属液液中中气气体体

16、和和熔熔渣渣的的上上浮，易造成气孔、夹渣缺陷。浮，易造成气孔、夹渣缺陷。另另外外，大大平平面面型型腔腔的的上上表表面面受受高高温温金金属属液液烘烘烤烤的的时时间较长，极易造成夹砂缺陷。间较长，极易造成夹砂缺陷。因因此此，在在进进行行铸铸件件结结构构设设计计时时，应应尽尽量量将将水水平平面面设设计成倾斜形状计成倾斜形状。Page Page 2626 常用铸造合金及其熔炼常用铸造合金及其熔炼铸铁铸铁铸钢铸钢有色金属：有色金属：Al、Cu合金等合金等 Page Page 2727 一、铸铁一、铸铁 Page Page 2828 一、铸铁一、铸铁铸铁铸铁wc 2.11%的的Fe-C合金。合金。常用成分

17、：常用成分：wc=2.44.0。其它元素：其它元素：C，Si，Mn，S，P。按按碳碳在在铸铸铁铁中中存存在在形形式式的的不不同同分分类类：白白口口，灰灰口口、麻麻口铸铁。口铸铁。灰口铸铁灰口铸铁灰铸铁；球墨、蠕墨、可锻铸铁。灰铸铁；球墨、蠕墨、可锻铸铁。Page Page 2929 灰口灰口铸铁铸铁碳碳-片状石墨片状石墨球墨球墨铸铁铸铁碳碳-球状石墨球状石墨可可锻铸铁锻铸铁碳碳-絮状石墨絮状石墨蠕墨铸铁蠕墨铸铁碳碳-蠕虫状石墨蠕虫状石墨一、铸铁一、铸铁灰铸铁球墨铸铁可锻铸铁蠕墨铸铁 Page Page 3030 熔炼目的：熔炼目的：高高生生产产率率、低低成成本本地地熔熔炼炼出预定成分和温度的出

18、预定成分和温度的铁液铁液。熔炼设备熔炼设备：冲冲天天炉炉、电电弧弧炉炉、工工频频炉炉等等，其其中中以以冲冲天天炉炉的的应应用用最最为为广泛广泛1.1、铸铁的熔炼、铸铁的熔炼 Page Page 3131 1.1、铸铁的熔炼、铸铁的熔炼 Page Page 3232 灰铸铁的性能特点及应用灰铸铁的性能特点及应用 灰灰铸铸铁铁中中的的石石墨墨层层片片状状分分布布，使使其其抗抗拉拉强强度度、断断裂裂韧韧性性较较低低，而而受受压压状状态态下下具具有有优优异异的的强强度度。灰灰铸铸铁铁拥拥有有良良好好的的铸铸造造性性能能、切切削削加加工工性性能能、减减震震性性和和减减摩性。摩性。应应用用于于承承受受压压

19、应应力力为为主主的的零零件件、要要求求减减震震性性或或耐耐磨磨性性好好的的零零件件以以及及结结构构复复杂的零件：如带轮、机床床身、箱体、机架、泵体、缸体、导轨等。杂的零件：如带轮、机床床身、箱体、机架、泵体、缸体、导轨等。灰铸铁的熔铸特点灰铸铁的熔铸特点 流流动动性性好好，收收缩缩小小，缩缩孔孔、缩缩松松倾倾向向很很小小；吸吸气气性性、偏偏析析性性均均较较小小，可可用用于于制制造造各各种种薄薄壁壁复复杂杂铸铸件件。一一般般用用同同时时凝凝固固，不不加加冒冒口口和和冷冷铁铁，即即可可获获得得优优质铸件。普通砂型（湿砂型、少量铸件用干型）即可满足要求。质铸件。普通砂型（湿砂型、少量铸件用干型）即可

20、满足要求。灰铸铁的孕育处理灰铸铁的孕育处理 在浇注前或浇注过程中向铁液中冲入细粒状孕育剂如硅铁合金等，使铁液在浇注前或浇注过程中向铁液中冲入细粒状孕育剂如硅铁合金等，使铁液内同时生成大量均匀分布的非自发核心，以获得细小均匀的石墨片，并细化基内同时生成大量均匀分布的非自发核心，以获得细小均匀的石墨片，并细化基体组织，提高铸铁强度。体组织，提高铸铁强度。1.2、灰铸铁的熔铸、灰铸铁的熔铸 Page Page 3333 球墨铸铁的性能特点及应用球墨铸铁的性能特点及应用 球球墨墨铸铸铁铁中中的的石石墨墨呈呈球球状状分分布布，使使其其抗抗拉拉强强度度、断断裂裂韧韧性性大大幅幅度度提提高高，同同时时具具有

21、有良良好好的的铸铸造造性性能能、切切削削加加工工性性能能、减减震震性性和和减减摩性。摩性。珠珠光光体体球球墨墨铸铸铁铁可可替替代代碳碳钢钢制制造造某某些些受受较较大大交交变变载载荷荷和和受受摩摩擦擦的的重重要要零零件件：如如曲曲轴轴、连连杆杆、凸凸轮轮、蜗蜗轮轮、蜗蜗杆杆等等。铁铁素素体体球球墨墨铸铸铁铁强强度度低低但但塑塑性性好好，可可用用于于制制造造汽汽车车、拖拖拉拉机机底底盘盘零零件件、拔拔叉、阀体、轮毂等。叉、阀体、轮毂等。1.3、球墨铸铁的熔铸、球墨铸铁的熔铸a）铁素体球墨铸铁）铁素体球墨铸铁b）铁素体）铁素体+珠光体球墨铸铁珠光体球墨铸铁c）珠光体球墨铸铁）珠光体球墨铸铁 Page

22、 Page 3434 球墨铸铁的熔铸特点球墨铸铁的熔铸特点铁液的化学成分特点主要是一高两低：铁液的化学成分特点主要是一高两低：一高是指高的含碳量（一高是指高的含碳量（C C3.8%3.8%4.0%4.0%），旨在改善铸造性能和球化效果；），旨在改善铸造性能和球化效果；二低是低磷、硫和相对较低的硅含量。因为：二低是低磷、硫和相对较低的硅含量。因为：硫硫含含量量高高时时消消耗耗的的球球化化剂剂量量增增大大和和严严重重影影响响球球化化效效果果，从从而而增增大大球球墨墨铸铸铁铁生生产产成本；成本；S 0.07%S 0.07%磷磷会降低球墨铸铁的塑性、韧性和强度，增加冷脆性，会降低球墨铸铁的塑性、韧性和

23、强度，增加冷脆性，P0.1%P0.1%。由由于于球球化化剂剂和和孕孕育育剂剂中中已已经经含含有有一一定定量量的的硅硅，为为了了保保证证球球墨墨铸铸铁铁的的化化学学成成分要求，球化处理前铁液中的硅含量要相应降低。分要求，球化处理前铁液中的硅含量要相应降低。出炉温度控制：出炉温度控制：由由于于经经球球化化和和孕孕育育处处理理后后铁铁液液温温度度要要降降低低5050100100，为为防防止止浇浇注注温温度度过低，出炉的铁液温度必须高达过低，出炉的铁液温度必须高达14001400以上。以上。1.3、球墨铸铁的熔铸、球墨铸铁的熔铸 Page Page 3535 球墨铸铁的熔铸特点球墨铸铁的熔铸特点铸型工

24、艺铸型工艺球球墨墨铸铸铁铁较较灰灰铸铸铁铁容容易易产产生生缩缩孔孔、缩缩松松、皮皮下下气气孔孔和和夹夹渣渣等等缺缺陷陷，因因此此在在工工艺艺上上要要采采取取措措施施。如如在在热热节节上上安安置置冒冒口口、冷冷铁铁，以以便对铸件进行补缩。便对铸件进行补缩。同同时时，应应增增加加铸铸型型刚刚度度，防防止止因因铸铸件件外外形形扩扩大大所所造造成成的的缩缩孔孔和和缩松。缩松。此外，还应加强挡渣措施，以防产生夹渣缺陷。此外，还应加强挡渣措施，以防产生夹渣缺陷。1.3、球墨铸铁的熔铸、球墨铸铁的熔铸 Page Page 3636 球化处理和孕育处理球化处理和孕育处理 球化处理和孕育处理与熔炼优质铁液同为生

25、产球墨铸铁件的球化处理和孕育处理与熔炼优质铁液同为生产球墨铸铁件的关键环节。关键环节。球化剂是稀土镁合金。球化剂是稀土镁合金。球化剂的作用是使石墨呈球状析出，球化剂的作用是使石墨呈球状析出，球化剂的使用量一般为铁液质量的球化剂的使用量一般为铁液质量的0.8%0.8%1.2%1.2%。孕育剂的作用主要是进一步促进铸铁石墨球化，防止球化元孕育剂的作用主要是进一步促进铸铁石墨球化，防止球化元素所造成的白口倾向。同时，通过孕育还可使石墨圆整、细化，素所造成的白口倾向。同时，通过孕育还可使石墨圆整、细化，改善球墨铸铁的力学性能。改善球墨铸铁的力学性能。常用孕育剂是含硅量为常用孕育剂是含硅量为7575的硅

26、铁，加入量为铁液质量的的硅铁，加入量为铁液质量的0.40.41.01.0。1.3、球墨铸铁的熔铸、球墨铸铁的熔铸 Page Page 3737 球墨铸铁的热处理球墨铸铁的热处理1 1）退退火火 使使渗渗碳碳体体分分解解获获得得铁铁素素体体，主主要要用用于于铁铁素素体体球球墨墨铸铸铁铁的的生产。生产。2 2）正正火火 增增加加基基体体中中珠珠光光体体含含量量，提提高高球球铁铁的的强强度度、硬硬度度及及耐耐磨磨性性，主主要要用用于于珠珠光光体体球球墨墨铸铸铁铁。正正火火后后常常随随之之回回火火，以以去去除除铸铸造造应力。应力。3 3）调调制制 获获得得比比正正火火更更高高的的综综合合力力学学性性能

27、能，用用于于某某些些综综合合力力学学性性能要求较高或截面较小的球铁铸件。能要求较高或截面较小的球铁铸件。4 4）等温淬火）等温淬火 可获得小贝氏体，主要用于高强度球铁的生产。可获得小贝氏体，主要用于高强度球铁的生产。1.3、球墨铸铁的熔铸、球墨铸铁的熔铸 Page Page 3838 蠕墨铸铁生产特点：蠕墨铸铁生产特点：蠕蠕墨墨铸铸铁铁的的生生产产与与球球墨墨铸铸铁铁相相似似，铁铁液液成成分分和和温温度度要求亦相似。要求亦相似。蠕墨铸铁件的生产过程主要包括：蠕墨铸铁件的生产过程主要包括：熔熔炼炼铁铁液液、蠕蠕化化孕孕育育处处理理和和浇浇注注等等。但但一一般般不不进进行行热热处理，而以铸态使用。

28、处理，而以铸态使用。1.4、蠕墨铸铁的熔铸、蠕墨铸铁的熔铸 Page Page 3939 1.5、可锻铸铁的生产、可锻铸铁的生产(1)铸造出白口铸铁坯料铸造出白口铸铁坯料 要要求求铸铸铁铁的的碳碳、硅硅含含量量很很低低，以以保保证证获获得得完完全全的的白白口口组组织织。通通常常为为C=2.4%2.8%，Si=0.4%1.4。如如果果铸铸出出的的坯坯料料中中已已有有片片状状石石墨墨，则则退退火火后后无无法法获获得得团絮状石墨的铸铁。一般只采用冲天炉熔炼。团絮状石墨的铸铁。一般只采用冲天炉熔炼。（2）石墨化退火）石墨化退火 将将清清理理后后的的坯坯料料置置于于退退火火箱箱中中，并并加加盖盖用用泥泥

29、密密封封，再再送送入入退退火火炉炉中中，缓缓缓缓地地加加热热到到920980的的高高温温，保保温温1020小小时时，并并按按规规范范冷冷却却到到室室温温（对对于于黑黑心心可可锻铸铁还要在锻铸铁还要在700以上进行第二阶段保温）。以上进行第二阶段保温）。石石墨墨化化退退火火的的总总周周期期一一般般为为4070小小时时。因因此此，可可锻锻铸铸铁铁的的生生产产过过程程复复杂杂，而且周期长、能耗大、铸件的成本高。而且周期长、能耗大、铸件的成本高。（3）铸造性能）铸造性能 由由于于可可锻锻铸铸铁铁的的碳碳、硅硅含含量量低低，凝凝固固结结晶晶温温度度范范围围大大，流流动动性性较较差差，所所以以，在在浇浇注

30、注薄薄件件时时应应适适当当提提高高浇浇注注温温度度。又又由由于于其其铸铸态态是是白白口口组组织织，其其体体积积收收缩缩和和固固态态收收缩缩大大，铸铸件件易易产产生生应应力力、变变形形、裂裂纹纹和和缩缩孔孔、缩缩松松缺缺陷陷，所所以以，生生产产中中通通过过改改善铸型及型芯的退让性，并放置冒口和冷铁等措施来防止。善铸型及型芯的退让性，并放置冒口和冷铁等措施来防止。Page Page 4040 二、铸钢件的熔铸二、铸钢件的熔铸1、铸钢件的熔炼、铸钢件的熔炼铸铸钢钢熔熔点点高高，对对化化学学成成份份要要求求严严格格。故故不不能能用用冲冲天天炉炉熔熔炼炼，多采用电弧炉或感应电炉进行熔炼。多采用电弧炉或感

31、应电炉进行熔炼。三相电孤炉炼钢示意图三相电孤炉炼钢示意图感应电炉加热原理图感应电炉加热原理图 Page Page 4141 二、铸钢件的熔铸二、铸钢件的熔铸2、铸钢件的铸造工艺特点、铸钢件的铸造工艺特点铸铸钢钢的的铸铸造造性性能能差差，主主要要表表现现在在熔熔点点高高，钢钢液液易易氧氧化化、吸吸气气，流流动动性性差差，收收缩缩大大。因因此此铸铸钢钢较较铸铸铁铁铸铸造造困困难难，易易产产生生浇浇不不足足、气孔、缩松、缩孔、裂纹、夹渣和粘砂等缺陷。气孔、缩松、缩孔、裂纹、夹渣和粘砂等缺陷。采取的措施：采取的措施：（1）适当选择浇注温度）适当选择浇注温度（2）充分保证砂型性能）充分保证砂型性能（3）

32、正确采用补缩工艺）正确采用补缩工艺 Page Page 4242 焦碳坩埚炉坩埚垫板焦碳炉体炉盖空气炉箅烟道特点：金属炉料与燃料隔离。三、非铁合金的熔铸三、非铁合金的熔铸 Page Page 4343 石棉板耐火砖托板耐热板坩埚电阻坩埚炉电阻丝三、非铁合金的熔铸三、非铁合金的熔铸 Page Page 4444 三、非铁合金的熔铸三、非铁合金的熔铸1、铝合金的熔铸、铝合金的熔铸（1）铝合金熔炼特点）铝合金熔炼特点流动性好流动性好易易氧氧化化，吸吸气气。2Al+O2Al2O3，Al2O3的的熔熔点点为为2050，比比重重大大于于铝铝，易形成氧气夹杂；易形成氧气夹杂；降低铝铸件的机械性能。降低铝铸件

33、的机械性能。液液态态铝铝可可溶溶解解大大量量氢氢，凝凝固固时时，氢氢的的溶溶解解度度下下降降15倍倍左左右右；过过饱饱和和的的氢氢来来不不及及析析出出，以以分分子子态态聚聚集集在在铸铸件件内内部部，形形成成许许多多小小针针孔孔(1mm),降降低低铸铸件件的的机机械性能和致密性。械性能和致密性。因此，在铝液出炉前要进行精炼。因此，在铝液出炉前要进行精炼。（2）铝合金铸造工艺特点铝合金铸造工艺特点由由于于铝铝合合金金熔熔点点低低、流流动动性性好好，可可采采用用细细沙沙造造型型，以以降降低低铸铸件件表表面面粗粗糙糙度度。浇浇注注系系统必须保证铝液能平稳快速流入型腔，避免产生飞溅、涡流和冲击等。常采用

34、特种铸造。统必须保证铝液能平稳快速流入型腔，避免产生飞溅、涡流和冲击等。常采用特种铸造。Page Page 4545 三、非铁合金的熔铸三、非铁合金的熔铸1、铜合金的熔铸、铜合金的熔铸（1）铜铜合金熔炼特点合金熔炼特点铜铜合合金金熔熔炼炼时时的的突突出出问问题题也也是是容容易易氧氧化化和和吸吸气气。因因此此，熔熔炼炼时时常常采采用用覆覆盖盖剂（如木炭、碎玻璃、苏打和硼砂等）保护；同时加入剂（如木炭、碎玻璃、苏打和硼砂等）保护；同时加入0.3%-0.6%的磷铜脱氧。的磷铜脱氧。铜铜合合金金中中的的主主要要气气体体为为氢氢气气。锡锡青青铜铜常常采采用用吹吹氮氮法法除除气气；铝铝青青铜铜还还可可以以

35、加加入氯盐入氯盐（ZnCl2）、氯化物（）、氯化物（CCl4)除气；黄铜可采用沸腾法除气。除气；黄铜可采用沸腾法除气。（2）铜铜合金铸造工艺特点合金铸造工艺特点由由于于铜铜合合金金熔熔点点低低、流流动动性性好好，可可采采用用细细沙沙造造型型，以以降降低低铸铸件件表表面面粗粗糙糙度度。此此外外，黄黄铜铜和和铝铝青青铜铜合合金金结结晶晶温温度度范范围围窄窄，铸铸件件易易产产生生集集中中缩缩孔孔，应应采采用用顺顺序序凝凝固固原原则则，合合理理设设置置冷冷铁铁和和冒冒口口进进行行补补缩缩。锡锡青青铜铜结结晶晶温温度度范范围围宽宽，呈呈糊糊状状凝凝固固，易产生枝晶偏析和缩松，铸造师宜采用同时凝固原则。易

36、产生枝晶偏析和缩松，铸造师宜采用同时凝固原则。Page Page 4646 四、铸造合金熔铸先进技术四、铸造合金熔铸先进技术1、半固态铸造2、悬浮铸造3、定向凝固技术4、快速凝固技术 Page Page 4747 第三章第三章 塑性成形过程塑性成形过程塑性成形基本原理塑性成形基本原理金属的塑性变形金属的塑性变形塑性成形加工件的组织与性能塑性成形加工件的组织与性能金属的塑性成形性能金属的塑性成形性能 Page Page 4848 3.1 3.1 概述概述金属塑性成形的概念金属塑性成形的概念 它是指在外力作用下，使它是指在外力作用下，使金属金属材料产生材料产生预期的预期的塑性变形塑性变形，以，以获

37、得所需形状、尺寸和获得所需形状、尺寸和力学性能的毛坯或零件的加工方法力学性能的毛坯或零件的加工方法。在工业生产中又称在工业生产中又称压力加工压力加工。Page Page 4949 金属塑性成形的主要方法金属塑性成形的主要方法3.1 3.1 概述概述 Page Page 5050 优点：优点：组织细化致密、力学性能提高；组织细化致密、力学性能提高；体积不变的材料转移成形，材料利用率高体积不变的材料转移成形，材料利用率高;生产率高，易机械化、自动化等。生产率高，易机械化、自动化等。可获得精度较高的零件或毛坯，可实现少无切削加工。可获得精度较高的零件或毛坯，可实现少无切削加工。缺点：缺点：不能加工脆

38、性材料；不能加工脆性材料；难以加工形状特别复杂（特别是内腔）、体积特别大的制品；难以加工形状特别复杂（特别是内腔）、体积特别大的制品；设备、模具投资费用大。设备、模具投资费用大。金属固态塑性成形优缺点金属固态塑性成形优缺点 Page Page 5151 一、单晶体滑移变形一、单晶体滑移变形在切向力的作用下，晶体的一部分与另外一部分发生相对滑移，造成晶体的塑性变形，当外力继续作用时，晶体还将在另外的滑移面上滑移，使变形继续进行3.2 金属的塑性变形金属的塑性变形 Page Page 5252 滑移的位错机制1.位错运动造成滑移滑移是晶体内部位错沿着滑移面逐步运动的结果。滑移并非是晶体两部分沿滑移

39、面作整体的相对滑动,而是通过位错的运动来实现的。2.塑性变形使位错大量增殖 Page Page 5353 孪生孪生在切切应应力力作用下晶体的一部分相对于另一部分沿一定晶面(孪生面)和晶向(孪生方向)发发生生切切变变的变形过程称孪孪生生。发生切变、位向改变的这一部分晶体称为孪晶孪晶。孪孪生生所所需需的的临临界界切切应应力力比比滑滑移移的的大大得得多多，只只在在滑滑移移很很难难进进行行的的情情况况下下才才发发生生。一般滑移系较少的密密排排六六方方晶晶格格金金属属如如镁镁、锌锌、镉镉等等,则比较容易发生孪生。孪生本身的变形量是较小的，因此对塑性变形的贡献较小！孪生本身的变形量是较小的，因此对塑性变形

40、的贡献较小！Page Page 5454 Page Page 5555 二、多晶体的塑性变形二、多晶体的塑性变形 晶内变形晶内变形 晶粒内部的滑移变形晶粒内部的滑移变形晶间变形晶间变形 晶粒间的移动和转动晶粒间的移动和转动晶体内的滑移晶体内的滑移晶粒之间的相对滑动和转动晶粒之间的相对滑动和转动 Page Page 5656 体积不变规律体积不变规律 金属固态成形加工中金属固态成形加工中金属变形后的体积等于变金属变形后的体积等于变形前的体积（又叫质量恒形前的体积（又叫质量恒定定理）定定理）最小阻力定律最小阻力定律 金属在塑性变形过程金属在塑性变形过程中，其质点都将沿着阻力中，其质点都将沿着阻力最

41、小的方向移动。最小的方向移动。三、金属塑性变形的基本规律三、金属塑性变形的基本规律 Page Page 5757 按金属固态成形时的温度分为两大类：按金属固态成形时的温度分为两大类：冷变形过程冷变形过程冷变形是指金属在进行塑性变形时的温度冷变形是指金属在进行塑性变形时的温度低于低于该金属的该金属的再结晶温度再结晶温度。冷变形过程的特征：冷变形过程的特征：变形后具有加工硬化现象，强度、变形后具有加工硬化现象，强度、硬度升高，塑性和韧度下降硬度升高，塑性和韧度下降.热变形过程热变形过程是指金属材料在其是指金属材料在其再结晶温度以上再结晶温度以上进行的塑性变形。进行的塑性变形。塑性成形加工件的组织与

42、性能塑性成形加工件的组织与性能 Page Page 5858 变形后变形前冷变形加工件的组织与性能冷变形加工件的组织与性能1、冷塑性变形后金属组织的特点、冷塑性变形后金属组织的特点（1）晶粒发生变形）晶粒发生变形晶粒沿形变方向被拉长或压扁，金属中的夹杂物形成纤维组织。Page Page 5959（2）亚结构形成）亚结构形成金属经大的塑性变形时,由于位错的密度增大和发生交互作用,大量位错堆积在局部地区,并相互缠结,形成不均匀的分布,使晶粒分化成许多位向略有不同的小晶块,而在晶粒内产生亚晶粒。（3）形变织构产生）形变织构产生金属塑性变形大于70%时,由于晶粒发生转动,使各晶粒的位向趋近于一致,形成

43、特殊的择优取向,这种有序化的结构叫做形变织构。1、冷塑性变形后金属组织的特点、冷塑性变形后金属组织的特点未变形变形85%变形70%Page Page 6060(1)由由于于纤纤维维组组织织和和形形变变织织构构的的形形成成,使使金金属属的的性性能能产产生生各向异性。各向异性。2、冷塑性变形后金属力学性能的变化、冷塑性变形后金属力学性能的变化因形变织构造成深冲制品的制耳示意图因形变织构造成深冲制品的制耳示意图 Page Page 6161 2、冷塑性变形后金属力学性能的变化、冷塑性变形后金属力学性能的变化(2)冷冷变变形形强强化化金属发生塑性变形,随变形度的增大，金属的强度和硬度显著提高,塑性和韧

44、性明显下降。这种现象称为加工硬化，也叫形变强化。(3)产产生生残残余余内内应应力力由于金属在发生塑性变形时，金属内部变形不均匀，使金属在变形后形成宏观范围和微观区域的多种残余内应力。(4)塑塑性性变变形形可可影影响响金金属属的的物物理理、化化学学性性能能。如使电阻增大，耐腐蚀性降低。Page Page 6262 3、加热对冷变形金属组织与力学性能的影响、加热对冷变形金属组织与力学性能的影响金属经塑性变形后，组织结构和性能发生很大的变化。如果对变形后的金属进行加热，金属的组织结构和性能又会发生变化。随着加热温度的提高，变形金属将相继发生回回复复、再结晶再结晶和晶粒长大晶粒长大过程。Page Pa

45、ge 6363 一一.回复回复变形后的金属在较低温度进行加热，会发生回复过程。T回复=(0.250.3)T熔点工业上常利用回复过程对变形金属进行去应力退火、以降低残余内应力，保留加工硬化效果。3、加热对冷变形金属组织与力学性能的影响、加热对冷变形金属组织与力学性能的影响 Page Page 6464 二二.再结晶再结晶变形后的金属在较高温度加热时，由于原子扩散能力增大，被拉长（或压扁）、破碎的晶粒通过重新生核、长大变成新的均匀、细小的等轴晶。这个过程称为再结晶。T再=(0.350.4)T熔点再结晶温度与下列因素有关：变形程度金属熔点杂质和合金元素加热速度和保温时间3、加热对冷变形金属组织与力学

46、性能的影响、加热对冷变形金属组织与力学性能的影响 Page Page 6565 3、加热对冷变形金属组织与力学性能的影响、加热对冷变形金属组织与力学性能的影响二二.再结晶再结晶(1)变形金属进行再结晶后，金属的强度和硬度明显降低，而塑性和韧性大大提高，加工硬化现象被消除。(2)内应力全部消失，物理、化学性能基本上恢复到变形以前的水平。(3)再结晶生成的新的晶粒的晶格类型与变形前、变形后的晶格类型均一样。Page Page 6666 三三.晶粒长大晶粒长大再结晶完成后的晶粒是细小的,但如果继续加热,加热温度过高或保温时间过长时,晶粒会明显长大,最后得到粗大晶粒的组织,使金属的强度、硬度、塑性、韧

47、性等机械性能都显著降低。3、加热对冷变形金属组织与力学性能的影响、加热对冷变形金属组织与力学性能的影响 Page Page 6767 通通常常把把在在再再结结晶晶温温度度以以上上进进行行的的塑塑性性成成形形加加工工称称为为热热变变形形加加工，如热锻、热轧、热挤压等工，如热锻、热轧、热挤压等热变形加工件的组织与性能热变形加工件的组织与性能1、热变形加工过程中金属的强化、热变形加工过程中金属的强化与软化与软化金属在高温下进行热变形时，有两种相反的过程同时起作用：一种是塑性变形产生的强化作用，一种是回复和再结晶所产生的软化作用。这种在高温下与变形几乎同时发生的回复和在结晶过程，分别称为动态回复动态回

48、复和动态再结晶动态再结晶。Page Page 6868 1）改善铸态金属的组织与性能）改善铸态金属的组织与性能热加工能使铸态金属中的气孔、疏松、微裂纹焊合，提高金属的致密度；减轻甚至消除树枝晶偏析和改善夹杂物、第二相的分布等；明显提高金属的机械性能，特别是韧性和塑性。热加工能打碎铸态金属中的粗大树枝晶和柱状晶，并通过再结晶获得等轴细晶粒，而使金属的机械性能全面提高。(2)热加工对金属的组织和性能的影响：热加工对金属的组织和性能的影响：热变形加工件的组织与性能热变形加工件的组织与性能 Page Page 6969 2）形成铸造流线）形成铸造流线在热锻造时，铸态金属中分布在晶界上的夹杂物和第二相沿

49、金属流动方向被拉长或呈链状分布，而且不会因为晶粒的再结晶而改变这种形状和分布。锻后依然沿被拉长的方向保留在金属中，呈现出连续或断续的流线形状，这种组织称为锻锻造造流流线线。变形程度越大，锻造流线组织越明显，使使金金属属的的机机械械性性能能特特别别是是塑塑性性和和韧韧性性具具有有明明显显的的方方向向性性，纵纵向向性性能能显显著著大大于于横横向向性性能能。因因此此热热加加工工时应选择合适的锻造比，并力求工件流线分布合理。时应选择合适的锻造比，并力求工件流线分布合理。Page Page 7070 AAOY拔=AO/AY镦=HO/H 镦粗镦粗锻造比锻造比 HOH热变形加工件的组织与性能热变形加工件的组

50、织与性能 拨长拨长锻造比锻造比锻造比：锻造比：用来表示金属的变形程度。Page Page 7171 塑性变形对金属组织和性能的影响塑性变形对金属组织和性能的影响变形类型工艺方法组织变化性能变化冷变形冷轧、拉拔、冷挤压、冷冲压、冷镦晶粒沿变形方向伸长，形成冷加工纤维组织；晶粒破碎，形成亚结构；位错密度增加；晶粒位向趋于一致，形成形变织构。趋于各向异性；强度提高，塑性下降，造成加工硬化。热变形自由锻、模锻、热轧、热挤压焊合铸造组织中存在的气孔，缩松等缺陷；击碎铸造柱状晶粒、粗大枝晶及碳化物，偏析减少，晶粒细化；夹杂物沿变形方向伸长，形成流线组织。力学性能提高；密度提高；趋于各向异性，沿流线方向力学