[精选]金属工艺学课件(PPT 49页)16771.pptx

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1、序序 言言一、一、金属工艺学（热）教学内容金属工艺学（热）教学内容各各种种毛毛坯坯制制造造方方法法的的生生产产原原理理、特特点点和和应用应用液态成形：铸造液态成形：铸造固态塑变成形：锻压固态塑变成形：锻压连接成形：焊接连接成形：焊接各种毛坯的结构工艺性各种毛坯的结构工艺性各种毛坯工艺的制订各种毛坯工艺的制订新技术、新工艺新技术、新工艺二、二、教学方式教学方式l讲课为主，自学为辅讲课为主，自学为辅l作业讨论课作业讨论课l投影、录像投影、录像l作业、测验作业、测验三、三、几个问题几个问题l教学计划安排：教学计划安排：l教学资料：教材、作业、参考书教学资料：教材、作业、参考书第一章第一章 铸造铸造

2、Foundry概述概述 Summarization 铸造铸造Foundry：是一种液态金属成形的方：是一种液态金属成形的方法，即将金属加热到液态，使其具有流法，即将金属加热到液态，使其具有流动性，然后浇入到具有一定形状的型腔动性，然后浇入到具有一定形状的型腔的铸型中，液态金属在重力场或外力场的铸型中，液态金属在重力场或外力场（压力、离心力、电磁力等）的作用下（压力、离心力、电磁力等）的作用下充满型腔，冷却并凝固成具有型腔形状充满型腔，冷却并凝固成具有型腔形状的铸件。的铸件。一、铸造的实质一、铸造的实质PouringMeltintheMoldSolidificationCasting优点：优点：

3、complexinshapeadaptabilityintechnologycheapinproduction缺点：缺点：lowermechanicalpropertiesunstablequalityworseworkcondition铸造的特点铸造的特点l（1）可以铸造出内腔、外形很复杂的毛）可以铸造出内腔、外形很复杂的毛坯。坯。l（2）工艺灵活性大、适应性广。铸件重）工艺灵活性大、适应性广。铸件重量可由几克到几百吨，壁厚可由量可由几克到几百吨，壁厚可由0.5mm到到1m左右；铸件材料可用铸铁、铸钢、左右；铸件材料可用铸铁、铸钢、碳钢和有色金属等。碳钢和有色金属等。l（3）铸件成本低。）铸

4、件成本低。l（4）有铸造缺陷，机械性能不如锻件等。）有铸造缺陷，机械性能不如锻件等。二、砂型铸造生产工艺流程二、砂型铸造生产工艺流程 三、铸造方法分类Clasfication of foundry Methodsv砂型铸造Sand Castingv手工造型手工造型HandMoldingv机器造型机器造型MachineMoldingv 震压造型震压造型VibrationRammingv 微震压实造型微震压实造型VibratorysqueezingMoldingv高压造型高压造型HighPressureMoldingv 射压造型射压造型ShootingandSqueezingMoldingv 空气

5、冲击造型空气冲击造型AirImpactingMoldingv 抛砂造型抛砂造型ImpellerRammingl特种铸造Special Casting熔模铸造熔模铸造FusiblePatternMolding 金属型铸造金属型铸造PermanentMoldCasting 压力铸造压力铸造PressureDieCasting低压铸造低压铸造LowPressureDieCasting离心铸造离心铸造TrueCentrifugalCasting实型铸造实型铸造 1-1 液态成形基础知识液态成形基础知识一、金属的凝固一、金属的凝固 Melt Solidification 1.液态金属的结构与性质液态金属

6、的结构与性质l液态金属由许多近程有序排列的液态金属由许多近程有序排列的“游动游动的原子集团的原子集团”所组成所组成,瞬间存在、瞬间消瞬间存在、瞬间消失。失。原子的排列和原有的固体相似原子的排列和原有的固体相似存在很大的能量起伏，热运动很强存在很大的能量起伏，热运动很强温度越高，原子集团越小，游动越快。温度越高，原子集团越小，游动越快。v液液态态金金属属具具有有粘粘度度和和表表面面张张力力等等特特性。性。粘粘度度是是介介质质中中一一部部分分质质点点对对另另一一部部分分质质点点作作相相对对运运动动时时所所受受到到的的阻力。阻力。粘度的倒数称为流动性粘度的倒数称为流动性。表表面面张张力力是是在在液液

7、体体表表面面上上平平行行于于表表面面方方向向、且且在在各各方方向向均均相相等等的的张力。张力。2铸件的凝固方式铸件的凝固方式 Solidification Style l逐层凝固方式：恒温下结晶的纯金属或逐层凝固方式：恒温下结晶的纯金属或共晶合金，在凝固过程中其铸件断面上共晶合金，在凝固过程中其铸件断面上的凝固区域宽度等于零。的凝固区域宽度等于零。l糊状凝固方式：如果铸件断面温度场较糊状凝固方式：如果铸件断面温度场较平坦，或合金的结晶温度范围很宽，铸平坦，或合金的结晶温度范围很宽，铸件凝固的某一段时间内，其凝固区域在件凝固的某一段时间内，其凝固区域在某时刻贯穿整个铸件断面。某时刻贯穿整个铸件断

8、面。l中间凝固方式中间凝固方式：介于上述二者之间介于上述二者之间。3.铸件的凝固原则铸件的凝固原则 solidification Principle 顺序凝固原则：顺序凝固原则：DirectionalSolidification在铸件上从远离冒口或在铸件上从远离冒口或浇口到冒口或浇口之浇口到冒口或浇口之间建立一个递增的温间建立一个递增的温度梯度，从而实现由度梯度，从而实现由远离冒口的部分向冒远离冒口的部分向冒口的方向顺序地凝固。口的方向顺序地凝固。同时凝固原则：同时凝固原则：SimultaneouslySolidification是采取工艺措施保是采取工艺措施保证铸件结构上各部证铸件结构上各部

9、分之间没有温差或分之间没有温差或温差尽量小，使各温差尽量小，使各部分同时凝固。如部分同时凝固。如图所示。图所示。二、金属和合金的铸造性能二、金属和合金的铸造性能 铸造性能：铸造性能：Foundry Technological Properties是表示合金铸造成形获得优质铸件的能力，是表示合金铸造成形获得优质铸件的能力，是一个极其重要的工艺性能。通常用流是一个极其重要的工艺性能。通常用流动性和收缩性等来衡量。动性和收缩性等来衡量。1.合金的充型能力合金的充型能力 mold filling capacity 充型能力的概念（流动性）l液态合金充满型腔，形成轮廓清晰、形状正确的优质铸件的能力。l它

10、是考虑铸型及工艺因素影响的熔融金属的流动性。l流动性不好时，易产生冷隔、浇不到、气孔、夹杂、缩孔、热裂等。l合金的流动性好坏用浇注螺旋型流动试样的长度来衡量。改善充型能力的措施改善充型能力的措施l合合金金性性质质propertiesofalloys.同同类类金金属属的的结结晶晶温温度度范范围围越越小小，结结晶晶时时固固液液両両相相区区越越窄窄，对对内内部部液液体体的的流流动动阻阻力力越越小小，流流动性越好。动性越好。l铸铸型型条条件件mouldcondition。铸铸型型的的导导热热速速度度越越大或对金属液流动阻力越大，流动性越差。大或对金属液流动阻力越大，流动性越差。l浇浇注注条条件件pou

11、ringcondition。浇浇注注温温度度越越高高，流动性越好。流动性越好。l铸铸件件结结构构castingstructure。壁壁厚厚过过小小、壁壁厚厚急剧变化、结构复杂及有大的水平面等结构时，急剧变化、结构复杂及有大的水平面等结构时，都使金属液的流动困难。都使金属液的流动困难。通过两个途径发生作用通过两个途径发生作用：l影影响响金金属属与与铸铸型型之之间间的的热热交交换换条条件件，改变金属液的流动时间；改变金属液的流动时间；l影影响响金金属属液液在在铸铸型型中中的的水水动动力力学学条条件，改变金属液的流动速度。件，改变金属液的流动速度。2.合金的收缩性合金的收缩性 The Contrac

12、tion of Alloys 收收缩缩的的概概念念：合合金金从从液液态态冷冷却却到到常常温温的的过过程程中中，尺尺寸寸和和体体积积缩缩小小的的现现象象称称为为收收缩。缩。TheConceptionofthe Contraction体收缩率体收缩率rateofvolumeContraction:vv0_-v1/v0*100线收缩率线收缩率 rateoflinear Contraction：l=l0-l1/l0*100 收缩的阶段 Contraction Stages l液态收缩 Liquid Contractionl 凝固收缩 Solidification Contractionl固态收缩 So

13、lid Contractionl前两个阶段的收缩使合金体积减少，表现为铸型内液面的降低，用体收缩率表示；后一阶段表现为铸件的外形尺寸减小，用线收缩率表示。影响收缩的因素影响收缩的因素 自由收缩自由收缩freeContraction受阻收缩受阻收缩hinderedContraction和浇注、铸型条件和铸件结构等有关。和浇注、铸型条件和铸件结构等有关。同时和金属本身的成份、温度及相变同时和金属本身的成份、温度及相变有关有关三、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.缩孔和缩松缩孔和缩松2.ShrinkageandDispersedShrinkage 缩孔和缩松的形成（图7为缩松的

14、形成；图18为缩孔的形成）缩孔和缩松的防止办法缩孔和缩松的防止办法1、变缩松为缩孔，选择结晶温度范围、变缩松为缩孔，选择结晶温度范围窄的合金。窄的合金。2、采用顺序凝固、采用顺序凝固Directionalolidification原则。原则。3、合理应用冒口、合理应用冒口Riser、冷铁、冷铁Chilling和补贴等工艺措施。和补贴等工艺措施。控制热节控制热节HotSpot2、铸件的热裂l热裂是在铸件凝固末期高温下形成热裂是在铸件凝固末期高温下形成的，裂纹表面与空气接触而被氧化，的，裂纹表面与空气接触而被氧化，呈氧化色。热裂的形成与两方面因呈氧化色。热裂的形成与两方面因素有关：素有关：l铸件的

15、凝固方式，呈糊状凝固方式铸件的凝固方式，呈糊状凝固方式最易产生热裂。最易产生热裂。l凝固时期受到阻碍凝固时期受到阻碍2铸造应力铸造应力 Casting Stress铸铸造造应应力力：铸铸件件的的固固态态收收缩缩受受到到阻阻碍碍而而引引起起的的应应力力称称为为铸铸造造应应力力。分分为为：热热阻阻碍碍和和机机械械阻阻碍碍，由由热热阻阻碍碍引引起起的的应应力力为为热热应应力力，由由机机械械阻阻碍碍引引起起的应力为机械应力。的应力为机械应力。残留应力残留应力ResidualStress临时应力临时应力TemporaryStress 热应力热应力 以框形铸以框形铸以框形铸以框形铸件为例，如图所示：冷到室

16、温件为例，如图所示：冷到室温件为例，如图所示：冷到室温件为例，如图所示：冷到室温Thermal StressThermal Stress2杆：压应力：Compression Stress1杆：拉应力Tensile Stress机械应力机械应力ContractionStress：铸：铸件冷到弹性状态后，由于受到铸型、件冷到弹性状态后，由于受到铸型、型芯和浇冒口等的型芯和浇冒口等的阻碍而产生的应阻碍而产生的应力为机械应力。力为机械应力。机械应力为机械应力为拉应力，如拉应力，如图：图：Tensile Stress减小和消除铸造应力的方法减小和消除铸造应力的方法l同时凝固同时凝固Simultaneou

17、slySolidifyingl在工艺上采取措施减少铸造应力，在工艺上采取措施减少铸造应力，如改善型芯砂的退让性、合理设置如改善型芯砂的退让性、合理设置浇、冒口。浇、冒口。l在结构上避免阻碍收缩的结构。如在结构上避免阻碍收缩的结构。如壁厚均匀、壁之间连接均匀、热节壁厚均匀、壁之间连接均匀、热节小而分散的结构。小而分散的结构。l减小机械阻碍：减小机械阻碍：ReductionofRestraintl去应力退火：去应力退火：ReliefAnnealing3铸件的变形和冷裂铸件的变形和冷裂Deformation and Crack of Casting铸件的变形铸件的变形DeformationofCas

18、ting对厚薄不均匀、截面不对称及具有细长特对厚薄不均匀、截面不对称及具有细长特点的杆类、板类及轮类等铸件，当残余点的杆类、板类及轮类等铸件，当残余应力大于材料的屈服极限时，产生翘曲应力大于材料的屈服极限时，产生翘曲变形，如图所示。变形，如图所示。l薄壁冷速快，压应力，伸长或外凸薄壁冷速快，压应力，伸长或外凸l厚壁冷速慢，拉应力，压缩或内凹厚壁冷速慢，拉应力，压缩或内凹冷裂冷裂ColdCracking：铸件在低温时形成的裂纹。特点：裂纹表铸件在低温时形成的裂纹。特点：裂纹表面光滑、有金属光泽呈微氧化色、穿晶，面光滑、有金属光泽呈微氧化色、穿晶，外形规则。脆性大、塑性差的合金，如白外形规则。脆性

19、大、塑性差的合金，如白口铸铁、高碳钢等。如上图所示。口铸铁、高碳钢等。如上图所示。4.热裂热裂HotTearingl铸件的凝固方式铸件的凝固方式l凝固时期受到阻碍凝固时期受到阻碍5.气孔和非金属夹杂物气孔和非金属夹杂物(1)气孔气孔(2)非金属夹杂非金属夹杂物物作业：作业：一、问答题一、问答题1、可采用哪些措施提高合金的流、可采用哪些措施提高合金的流动性？动性？2、缩孔和缩松是怎样形成的？可、缩孔和缩松是怎样形成的？可采用什么措施防止？采用什么措施防止？3、什么是顺序凝固原则和同时凝、什么是顺序凝固原则和同时凝固原则？固原则？9、静夜四无邻，荒居旧业贫。5月-235月-23Saturday,M

20、ay 20,202310、雨中黄叶树，灯下白头人。17:05:1017:05:1017:055/20/2023 5:05:10 PM11、以我独沈久，愧君相见频。5月-2317:05:1017:05May-2320-May-2312、故人江海别，几度隔山川。17:05:1017:05:1017:05Saturday,May 20,202313、乍见翻疑梦，相悲各问年。5月-235月-2317:05:1017:05:10May 20,202314、他乡生白发，旧国见青山。20 五月 20235:05:10 下午17:05:105月-2315、比不了得就不比，得不到的就不要。五月 235:05 下

21、午5月-2317:05May 20,202316、行动出成果，工作出财富。2023/5/20 17:05:1017:05:1020 May 202317、做前，能够环视四周；做时，你只能或者最好沿着以脚为起点的射线向前。5:05:10 下午5:05 下午17:05:105月-239、没有失败，只有暂时停止成功！。5月-235月-23Saturday,May 20,202310、很多事情努力了未必有结果，但是不努力却什么改变也没有。17:05:1017:05:1017:055/20/2023 5:05:11 PM11、成功就是日复一日那一点点小小努力的积累。5月-2317:05:1117:05M

22、ay-2320-May-2312、世间成事，不求其绝对圆满，留一份不足，可得无限完美。17:05:1117:05:1117:05Saturday,May 20,202313、不知香积寺，数里入云峰。5月-235月-2317:05:1117:05:11May 20,202314、意志坚强的人能把世界放在手中像泥块一样任意揉捏。20 五月 20235:05:11 下午17:05:115月-2315、楚塞三湘接，荆门九派通。五月 235:05 下午5月-2317:05May 20,202316、少年十五二十时，步行夺得胡马骑。2023/5/20 17:05:1117:05:1120 May 2023

23、17、空山新雨后，天气晚来秋。5:05:11 下午5:05 下午17:05:115月-239、杨柳散和风，青山澹吾虑。5月-235月-23Saturday,May 20,202310、阅读一切好书如同和过去最杰出的人谈话。17:05:1117:05:1117:055/20/2023 5:05:11 PM11、越是没有本领的就越加自命不凡。5月-2317:05:1117:05May-2320-May-2312、越是无能的人，越喜欢挑剔别人的错儿。17:05:1117:05:1117:05Saturday,May 20,202313、知人者智，自知者明。胜人者有力，自胜者强。5月-235月-231

24、7:05:1117:05:11May 20,202314、意志坚强的人能把世界放在手中像泥块一样任意揉捏。20 五月 20235:05:11 下午17:05:115月-2315、最具挑战性的挑战莫过于提升自我。五月 235:05 下午5月-2317:05May 20,202316、业余生活要有意义，不要越轨。2023/5/20 17:05:1117:05:1120 May 202317、一个人即使已登上顶峰，也仍要自强不息。5:05:11 下午5:05 下午17:05:115月-23MOMODA POWERPOINTLorem ipsum dolor sit amet,consectetur adipiscing elit.Fusce id urna blandit,eleifend nulla ac,fringilla purus.Nulla iaculis tempor felis ut cursus.感感 谢谢 您您 的的 下下 载载 观观 看看专家告诉