材料成型工艺基础X模板.docx

绪 论材料成形： 全部利用物理、化学、冶金原理使材料成形方法，称之为材料成形加工工艺。一、材料和材料科学 材料是用来制作有用器件物质，是人类生产和生活所必需物质基础。 历史学家把人类社会发展按其使用材料类型划分为石器时代、青铜时代、铁器时代，现在正处于人工合成材料新时代。材料科学研究内容材料科学是研究多种固体材料成份、组织、性能和应用之间关系及其改变规律科学，它包含四个基础要素：材料合成和制备，成份和组织结构，材料性能和使用性能。材料分类按化学成份：金属材料：钢、铸铁、铜、铝等高分子材料：塑料、橡胶、胶粘剂、纤维材料等陶瓷材料复合材料金属材料是怎么得到呢 ？冶炼 - 把金属从矿石中提炼出来，这个过程就叫金属冶炼。 材料新技术芯片光纤超导材料二、材料成形技术1、课程性质材料成形基础是一门研究常见工程材料坯件及机器零件成型工艺原理综合性技术基础学科。2、材料成形加工在国民经济中地位 材料成形加工在工业生产各个部门和行业全部有应用，尤其对于制造业来说更是含有举足轻重作用。制造业是指全部生产和装配制成品企业群体总称，包含机械制造、运输工具制造、电气设备、仪器仪表、食品工业、服装、家俱、化工、建材、冶金等，它在整个国民经济中占有很大比重。统计资料显示，在中国，多年来制造业占国民生产总值GDP百分比已超出35%。同时，制造业产品还广泛地应用于国民经济很多其它行业，对这些行业运行产生着不可忽略影响。所以，作为制造业一项基础和关键生产技术，材料成形加工在国民经济中占有十分关键地位，而且在一定程度上代表着一个国家工业和科技发展水平。 经过下面列举数据，能够帮助我们真切、具体地了解到成形加工对制造业和国民经济影响。据统计，占全世界总产量快要二分之一钢材是经过焊接制成构件或产品后投入使用；在机床和通用机械中铸件质量占7080%，农业机械中铸件质量占4070%；汽车中铸件质量占约20%，锻压件质量约占70%；飞机上锻压件质量约占85%；发电设备中关键零件如主轴、叶轮、转子等均为锻件制成；家用电器和通信产品中6080%零部件是冲压件和塑料成形件。 再从我们熟悉交通工具轿车组成来看，发动机中缸体、缸盖、活塞等通常全部是铸造而成，连杆、传动轴、车轮轴等是铸造而成，车身、车门、车架、油箱等是经冲压和焊接制成，车内饰件、仪表盘、车灯罩、保险杠等是塑料成形制件，轮胎等是橡胶成形制品。所以，能够毫不夸张地说，没有优异材料热加工工艺，就没有现代制造业。 中国是世界上少数多个拥有运载火箭、人造卫星和载人飞船发射实力国家，这些航天飞行器建造离不开优异加工成形工艺，其中，火箭和飞船壳体全部是采取了高强轻质材料，经过优异特种焊接和胶接技术制造。3、课程内容作为高等工科学校机械类专业学生一门技术基础课，本课程关键包含是和机械制造相关材料成形加工工艺基础知识。 它关键研究：多种成型工艺方法本身规律性及其在机械制造中应用和相互联络；零件成型工艺过程和结构工艺性；常见工程材料性能对成型工艺影响；工艺方法综合比较等。它几乎包含机器制造中全部工程材料成型工艺。机械制造是将原材料制造成机械零件，再由零件装配成机器过程。其中，机械零件制造在整个机械制造过程中占据了很大比重，而成形加工又是机械零件制造关键工作。传统上机械大全部是用金属材料加工制造，伴随科学和生产技术发展，机械制造所用材料已扩展到包含金属、非金属和复合材料在内多种工程材料，所以机械产品成形加工工艺也就不再局限于传统意义上金属加工范围，而是将非金属和复合材料等成形加工也包含进来了。金属材料成形通常有铸造、塑性成形、焊接、粘接和机械加工（包含切削加工和特种加工）等常见方法，非金属和复合材料则另有各自特殊成形方法。 4、基础要求本课程是机械类专业主干课程之一，也是部分非机械类专业通常开设一门课程。学生在学完本课程以后，应达成以下基础要求： （1）掌握多种热加工方法基础原理、工艺特点和应用场所，了解多种常见成形设备结构和用途，含有进行材料热加工工艺分析和合理选择毛坯（或零件）成形方法初步能力。 （2）含有综合利用工艺知识，分析零件结构工艺性初步能力。 （3）了解和材料成形技术相关新材料、新工艺及其发展趋势。 第一章 金属材料导论第一节 金属材料性能一、材料性能二、材料在载荷作用下力学行为材料在载荷(外力)作用下表现(反应)，大家习惯称之为力学行为。材料在载荷作用下，对于塑性材料来说会产生弹性变形，塑性变形，直至断裂。1.弹性变形 当物体受外力作用时产生了变形，若除去外力，物体发生变形会完全消失，恢复到原始状态，这种变形称之为弹性变形。2. 塑性变形 当外力增加到一定程度时，物体发生变形不能完全消失而一部分被保留下来，所保留变形称之为塑性变形或永久变形。3. 断裂 断裂前出现显著宏观塑性变形断裂称为韧性断裂；在断裂前没有宏观塑性变形断裂行为称之为脆性断裂。三、材料在静载荷作用下 关键力学性能指标静载荷是指加载方法不影响材料变形行为，加载速率较为缓解载荷。 材料在静载荷作用下关键力学性能指标有弹性，刚度,强度，塑性，硬度等性能指标可经过拉伸试验和硬度试验测得。.弹性极限e：材料产生完全弹性变形时所能承受最大应力值，以e表示,单位为a。.弹性模量(E)：材料在弹性变形阶段内，直线斜率，即产生单位弹性应变所需要应力值，以表示，单位a。其大小反应材料刚度大小。材料在外力作用下抵御弹性变形能力称为刚度。强度：材料在外力作用下，抵御塑性变形和断裂能力。3.屈服强度（点）s: 材料产生屈服时最低应力值称为屈服点，以s表示，单位为a。它表征了材料抵御微量塑性变形能力。4.抗拉强度b 材料在拉断前所承受最大应力值，称为抗拉强度，通常见b表示，单位a 。 它表征了材料在拉伸条件下所能承受最大应力。抗拉强度 是脆性材料选材依据。5. 塑性材料在外力作用下，产生永久变形而不引发破坏能力。常见 和 作为衡量塑性指标。 伸长率：断面收缩率:良好塑性是金属材料进行塑性加工必需条件。（三） 硬度 金属材料抵御其它更硬物体压入其内能力。 它是衡量材料软硬程度力学性能指标。材料硬度越高其耐磨性就越好，而且材料硬度和它力学性能和工艺性能（如切削加工性、焊接性能等）之间存在着一定对应关系，所以硬度是最常见性能指标之一。在部分零件图中硬度是检验产品质量关键指标。1.布氏硬度（HB）(1)测试原理 布氏硬度试验用一定直径钢球或硬质合金球，以对应试验力压入试样表面，保持一定时间后，卸除试验力，在试样表面得到直径为d压痕直径，用试验力除以压痕表面积所得值即为布氏硬度值，用表示。 计算公式： (2)测定条件 压头为淬火钢球，适于测定硬度在450以下材料，如结构钢、铸铁及非铁合金等，以HBS表示 ；压头为硬质合金，以HBW表示，适于测定硬度值在450以上材料，最高可测650HBW。 (3)表示方法 比如：120HBS10/1000/30 (4)适用范围 铸铁、铸钢、非铁金属材料及热 处理后钢材毛坯或半成品。.洛氏硬度(HR)n (1)测试原理 n 洛氏硬度值用主载荷作用下试样产生塑性变形压痕深度BD来确定 n (2)表示方法 n 硬度标尺：HRA、HRB、 HRC，C标尺最常见。n 如250HRCn (3)适用范围 n 在批量成品或半成品质量检验中广泛使用，也可测定较薄工件或表面有较薄硬化层硬度。常见洛氏硬度标尺试验条件和应用 前面为硬度数值，后面为使用标尺。最常见是：，三种。其中标尺用最多。.维氏硬度(HV)(1)测试原理 维氏硬度试验原理和布氏硬度试验原理基础相同。将顶角为136正四棱锥金刚石压头，在载荷作用下，压头进入试件表面，保持一定时间后，卸除载荷，测量压痕两对角线长度d1和d2，求其平均值，用于计算压痕表面积。(2)表示方法 n 比如：640HV30/20 (3)适用范围 n 用于测量金属镀层薄片材料n 和化学热处理后表面硬度。 n * 各硬度值之间大致有以下关n 系：布氏硬度值在200-450范围n 内，HBS(HBW)=10HRC；布氏硬n 度值小于450HBS，HBSHV。 四、材料在动载荷作用下 关键力学性能指标动载荷是指突加、冲击性大小、方向随时间而改变载荷。 材料在动载荷作用下力学性能，包含冲击韧性和疲惫强度。1冲击韧性 : 材料抵御冲击载荷作用下断裂能力。 2疲惫强度:指材料经无数次交变载荷作用而不停裂最大应力值，用-1表示，单位为Mpa。 它表现了材料抵御疲惫断裂能力。 疲惫断裂： 零件在循环应力作用下，在一处或几处产生局部永久性累积损伤，经一定循环次数后忽然产生断裂过程。 是由疲惫裂纹产生扩展瞬时断裂三个阶段组成。特点：断裂前无显著塑性变形，极难事先觉察到，断裂忽然发生。断裂时应力很低，大多低于s，属于低应力脆断。第二节 金属及合金结晶 一 金属结构 1 金属键 :由金属正离子和自由电子之间相互作用而结合方法称为金属键。依据金属键结合特点能够解释金属晶体通常性能。 因为自由电子存在，轻易形成电流，显示出良好导电性。 自由电子易动性和正离子振动使金属有良好导热性。金属原子移动一定位置后，金属键不会遭到破坏，使金属含有很好形变能力和强度。 自由电子能够吸收光能量，所以金属不透明。 自由电子所吸收能量在电子回复到原来状态时产生辐射，使金属含有光泽。2. 金属晶体结构 全部金属和合金全部是晶体晶格原子排列形成空间格子晶胞组成晶格最基础单元金属经典晶体结构 3、晶面和晶向晶面：各个方位上一系列原子组成平面。晶向：各个方向上原子列。1）晶面指数(hkl) 标定过程2）晶向指数uvw4金属实际晶体结构（1）多晶体结构 晶格位向（即原子排列方向）完全一致晶体为单晶体。实际使用金属材料包含有很多外型不规则小晶体，每个小晶体内部晶格位向全部是一致，而各小晶体之间位向却不相同，称多晶体。外形不规则、呈颗粒状小晶体称为晶粒。 晶粒和晶粒之间界面称为晶界。 （2）晶体缺点 在晶体内部及边界存在原子排列不完整性，称为晶体缺点。 按其几何形状特点，晶体缺点可分为以下三类： 1)点缺点：是指三维尺寸全部很小，不超出多个原子直径缺点。关键有空位和间隙原子。2)线缺点： 指三维空间中在二维方向上尺寸较小，在另一维方面上尺寸较大缺点。属于这类缺点关键是位错。 位错是晶体中某处有一列或若干列原子发生了某种有规律错排现象。 它又分为刃型位错、螺型位错 3)面缺点 指二维尺寸很大而第三维尺寸很小缺点。 通常是指晶界和亚晶界。 晶 界：晶粒之间边界称为晶界。 亚晶界：亚晶粒之间边界叫亚晶界。 亚晶粒：尺寸很小、位向差也很小小晶块 。二、 金属结晶过程1. 金属结晶过程(1) 金属结晶过冷现象 (2) 金属结晶过程 2铸件晶粒组织 铸件晶粒组织是指铸件晶粒形状和大小。 通常铸件经典晶粒组织分为三个区域。(1)表层细晶粒区 液态金属强烈过冷，形成大量自发晶核。 (2)柱状晶粒区 晶轴垂直于模壁晶粒，沿着枝晶轴向模壁传热有利，这些晶粒优先长大，从而形成柱状晶粒。 (3)中心等轴晶粒区 在锭模心部剩下液态金属内部温差愈来愈小，散热方向已不显著，所以形成较粗大等轴晶粒区。 细晶强化方法： 1)增加液态金属结晶时过冷度 增大过冷度能够使铸件晶粒变小。2)变质处理 在金属液结晶前，向金属液中加入一些物质（称变质剂），形成大量分散固态微粒作为非自发形核界面，或起阻碍晶体长大作用，从而取得细小晶粒，这种细化晶粒方法，称为变质处理。3)附加振动 金属液结晶时，可采取机械振动，超声波或电磁振动等方法，使铸型中液体金属运动，造成枝晶破碎，碎晶块起晶核作用，从而使晶粒细化。3、金属同素异晶转变同素异晶转变在固态下，伴随温度改变，金属晶体结构从一个晶格类型转变为另一个晶格类型过程。一个金属能以多个晶格类型存在性质 称为同素异晶性。金属同素异晶转变是金属从一个晶格类型固态转变为另一个晶格类型固态转变。它也是一个结晶过程，只不过这个结晶是在固态下进行，所以把这种固态转固态结晶称为重结晶或二次结晶。三、合金结构合金 两种或两种以上元素组成含有金属特征物质。 成份相同、结构相同，并和其它部分有界面分开均匀组成部分称为相。 依据结构特点不一样可将合金中相分为 ：1、 固溶体合金中晶体结构和组成元素之一晶体结构相同固相。据溶质原子在溶剂晶格中所占据位置不一样固溶体性能特点：含有良好塑性和韧性，强度、硬度较低。2、金属化合物合金中其晶体结构和组成元素晶体结构均不相同固相。金属化合物性能特点：脆性大、硬度高；强度低；塑性、韧性差；高熔点。三、合金结晶即使纯金属在人类生活和生产中取得了一定程度应用，但它们性能远不能满足多方面需求。在工业中更广泛地被应用是合金。为了正确地对多种合金进行熔铸、锻压和热处理，必需了解它们熔点和发生固态转变温度，并研究它们凝固进程和凝固后组织。现在已测定出很多二元合金系成份和其熔点及固态转变温度关系曲线，并分析了不一样成份合金在不一样温度下组织状态。合金相图就是以这些试验结果为基础而建立起来。1. 相图基础知识(1) 相图 合金相图是一个能够反应给定合金系中合金成份、温度和其组织状态之间关系图形。二元合金相图是一个平面图形，它表示由两个组元组成合金系统中合金平衡状态、温度和成份之间关系。 2. 二元合金相图 (1)二元匀晶相图 二组元在液态无限溶解，在固态无限固溶，并形成固溶体二元合金系所形成相图，称为二元匀晶相图。 这类合金在结晶过程中全部是从液相中结晶出单相固溶体，这种结晶过程称为匀晶转变。合金结晶过程 以Cu-Ni合金相图中Ni含量Ni=40%为例说明其结晶过程，当液态合金缓慢冷却到和液相线相交温度时开始结晶，此时温度为t1，结晶出固相Ni为1，1含镍量（Ni）大于40%；冷却到t2时，L成份L2，相成份为2；当合金冷却完成，全部为固相，此时固相成份3即为合金本身成份。枝晶偏析实际金属结晶过程中，因为冷却速度快，前后结晶出来固溶体成份不一样，扩散来不及进行，使得晶粒内部化学成份不均匀现象。危害：材料力学性能，加工工艺性，耐蚀性。方法：扩散退火（均匀化退火）（2）共晶相图 两组元在液态无限互溶，在固态有限溶解（或不溶），并在结晶时发生共晶转变所组成相图称为二元共晶相图。 共晶转变指含有一定成份液态合金，在一定温度下，同时结晶出两种不一样固相转变。其转变产物为共晶组织，或称共晶体。 （3）共析相图 一定成份固相，在一定温度下，同时析出两种化学成份和晶格结构完全不一样新固相，这个转变过程称为共析反应。 （4）包晶相图 两组元在液态下无限互溶，在固态下有限溶解，并在结晶时发生包晶转变相图，称为包晶相图。 即由一定成份液相和一定成份固相在恒温下转变成另一个一定成份固相转变。因为新固相，首先在L相和原固相相界上形核并包着原固相长大，故称为包晶转变。 第三节 铁碳合金相图一 铁碳合金基础组织1、铁素体（F） 铁素体 碳（C）溶入-Fe中所形成固溶体。 727 0.02%C 力学性能：b = 250MPa = 4550% HB = 80 2、奥氏体（A） 奥氏体 碳（C）溶入-Fe中所形成固溶体。 1147 2.06%C 、727 0.77%力学性能：b = 250 350MPa = 4045% HB = 160200 3、渗碳体（Fe3C） 渗碳体 是金属化合物。 6.67%C 力学性能： b = 30MPa = 0 HB = 800 四、珠光体（P） 珠光体 是铁素体和渗碳体组成机械混合物。 727 0.77%力学性能： b = 750MPa =25% HB = 180-200 五、莱氏体（Le） 莱氏体 是奥氏体和渗碳体组成机械混合物。 1147 4.3%C 力学性能： b = 30MPa = 0 HB = 700 二、经典铁碳合金结晶过程 共析钢 c=0.77% 亚共析钢 0.0218%c0.77% 过共析钢 0.77%(c)2.11% 共晶白口铸铁 c=4.3% 亚共晶白口铸铁 2.11%c4.3% 过共晶白口铸铁 4.3%c6.69% 工业纯铁第四节 钢铁材料热处理原理定义 以合适方法对金属材料或工件加热、保温、冷却，取得预期组织结构和性能工艺方法。机床60-70，汽车70-80，量具、刃具、模具、轴承100。1）整体热处理 退火、正火、淬火、回火2）表面热处理 表面淬火、化学热处理一、钢在加热时组织转变1、加热转变理论依据Fe-Fe3C相图 奥氏体化 钢加热形成奥氏体过程。对于加热:非平衡条件下相变温度高于平衡 条件下相变温度;对于冷却:非平衡条件下相变温度低于平衡 条件下相变温度.2、奥氏体化过程包含奥氏体形核、长大，残余渗碳体溶解和奥氏体成份均匀化。二、奥氏体在冷却时组织转变奥氏体冷却转变，直接影响钢热处理后组织和性能。 常见冷却方法有两种，等温冷却和连续冷却。 1、过冷奥氏体等温冷却转变曲线俗称C曲线或TTT曲线。过冷奥氏体 A1温度以下不稳定奥氏体。等温冷却曲线三、钢一般热处理 1、钢退火(降低硬度、消除应力，细化晶粒)n 完全退火：亚共析钢Ac3+3050，缓冷到 600时空冷，得到 F+P；n 等温退火：同完全退火，可节省时间；n 球化退火：过共析钢Ac1+2030，消除网状 碳化物，使之成为球状；n 去应力退火：500-650炉冷至200后空冷， 消除应力。2、钢正火 正火目标：细化晶粒，提升强度 低碳钢-提升硬度 高碳钢消除网状渗碳体 工艺过程： Ac3、Accm+3050,保温后空冷优 点：周期短、能耗少3、钢淬火 淬火钢加热到AC1或（AC3）以上，保温后以合适方法冷却，取得M或B组织热处理工艺。淬火目标：取得高硬度、高耐磨性马氏体，提 高钢机械性能。 加热温度：Ac3、Ac1+3050保温碳 钢：水冷，得细小M+A 合金钢：油或空冷，得M+Fe3C+ A 钢经过淬火后必需回火！回 火将淬火钢加热到A1下某一温度后进行冷却热处理工艺。回火目标：消除应力，预防工件开裂回火工艺：Ac1以下保温后缓冷一、钢分类 1按化学成份分类 1）碳素钢 1）低碳钢 C 0.6% 2）合金钢（1）低合金钢 Me 10% 2. 按质量分类 S：使合金产生热裂、热脆缺点P：使合金产生冷裂、冷脆缺点3）高级优质钢：P、S 0.030% 3按用途分类二、钢编号及应用1结构钢1）（一般）碳素结构钢 碳素结构钢钢号用屈服强度表示。这类钢关键用于制造通常机械零件和工程构件。Q195（0.06-0.12%C）、Q215（0.09-0.15%C）、Q235（A（0.14-0.22%C）、B（0.12-0.20%C）、Q255（0.18-0.28%C）、Q275（0.28-0.38%C） 2）优质碳素结构钢 这类钢有害杂质P、S含量较低，钢质量很好，关键用于制造多种较关键机械零件。钢号用两位数字表示，数字表示含碳量万分之几。45 表示含碳量是万分之45（0.45%）08、10、15 冲压件、焊接件。 15、20、25 渗碳淬火。 30、35、40、45、50、55 调质处理。制造齿轮、连杆、凸轮和轴类零件。 60、65、70 淬火+中温回火，制造弹簧。 3）合金结构钢 合金结构钢种类繁多，其钢号表示方法为：两为数字+元素符号+数字。如：40Cr2Mo4V、60Si2Mn、38CrMoAl 低合金高强度结构钢低合金高强度结构钢是在低碳钢基础上加入少许合金元素制得，其合金原因总量不超出5%，以Mn为关键合金原因。这类钢通常在热轧或正火状态下使用，不需再进行热处理。广泛用于建筑、石油、化工、铁道、桥梁、造船等工业部门。 牌号有Q295、Q345、Q460 机械结构用合金钢用于制造多种机械零件合金结构钢。又可分为：合金渗碳钢：20Cr、20CrMnTi、18Cr2Ni4WA合金调质钢：40Cr、40MnB、38CrMoAl合金弹簧钢：60Si2Mn、50CrVA 滚动轴承钢滚动轴承钢是制造滚动轴承内、外套圈和滚珠、滚柱专用钢种。常见牌号有GCr9、GCr15等，含碳在0.95% - 1.1%，合金元素关键是铬。含0.90-1.25% Cr、1.4-1.65%Cr。 2工具钢1）碳素工具碳素工具钢含碳量为0.65-1.35% ，可制造低速切削刀具和一般模具、量具。常见牌号有T7、T8、T8Mn、T9、T10A、T11、T12A、T13等。2）合金工具钢其牌号表示方法是：一位数字（或无数字）+元素符号+数字。如：9SiCr、W18Cr4V、5CrNiMo等。合金工具钢又可分为合金刃具钢、合金模具钢、和合金量具钢。 合金刃具钢 指用于制造多种刀具钢材。含碳量为0.75-1.50%，经典牌号为9SiCr、W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2。 合金模具钢 模具钢是指用于制造多种模具钢材。冷做模具钢如：冲压模、拉拔模等。经典牌号为Cr12、Cr12MoV。热做模具钢如：热锻模、热挤压模、压铸模等。经典牌号为5CrMnMo、5CrNiMo。 合金量具钢 在生产中常见量含有钢板尺、游标卡尺、卡规、千分尺、塞规、块规等。T10A、T12A 、CrWMn、GCr15 塑料模具钢3特殊性能钢 1）不锈、耐蚀和耐热钢 不锈、耐蚀钢 不锈钢是指在水、空气、酸、碱或其它介质中，含有较强抵御腐蚀能力钢。其含碳量低，主加合金元素为Cr、Ni。常见牌号有：1Cr13、7Cr17、1Cr17、1Cr18Ni9、0Ci19Ni9、1Cr17Mo等。 耐热钢 在高温下含有良好抗氧化性和热强性钢，耐热钢可分为马氏体型、奥氏体型和铁素体型等多个，分别适合于在600以下、700-700、靠近1000高温状态下工作。经典牌号有：1Cr13、4Cr9Si2、4Cr14Ni14W2Mo、1CR17。 2）特殊物理性能钢 是指在一定范围内含有特殊磁、电、弹性、膨胀等物理性能钢。包含软磁钢、永磁钢、无磁钢、特殊弹性钢、特殊膨胀钢、高电阻钢和合金等。材料成形技术基础-铸造金属液态成型定义：所谓金属液态成型，即铸造，casting，是将液态金属借助外力充填到型腔中，使其凝固冷却而取得所需形状和尺寸毛坯或零件工艺。 注意2个过程：（1）充填型腔；（2）凝固冷却 实质：液态金属（或合金）充填铸型型腔并在其中凝固和冷却。中国古代三大铸造技术在中国古代金属加工工艺中，铸造占着突出地位，含有广泛社会影响，像“模范”、“陶冶”、“熔铸”、“就范”等习语，就是沿用了铸造业术语。劳感人民经过世代相传长久生产实践，发明了含有中国民族特色传统铸造工艺。其中尤其是泥范、铁范和熔模铸造最关键，称古代三大铸造技术。 泥范铸造中国自新石器晚期，就进入铜石并用时代。河北唐山等地出土早期铜器，有锻打成形，也有熔铸成形，说明范铸技术在中国源远流长，很早就发展起来。 熔模铸造传统熔模铸造通常称失蜡、出蜡或捏蜡、拨蜡。它和用来制造汽轮机叶片、铣刀等精密铸件现代熔模铸造，不管在所用蜡料、制模、造型材料、工艺方法等方面，全部有很大不一样。不过，它们工艺原理是一致，而且现代熔模铸造是从传统熔模铸造发展而来。青铜：第一个合金浇注工具：浇注常见工含有浇包、挡渣钩等。手提浇包和抬包完全靠人力进行浇注，通常见于小铸件浇注和生产条件较差车间。吊包是由吊机来吊运，用人手转动手轮倾转浇包进行浇注工作。在盛装金属液前，应对已使用过浇包进行清理和修补，内表面要涂覆耐火材料，并对浇包和挡渣钩等工具进行烘干，以免降低铁液温度及引发铁水飞溅。砂型sand mould铸造工艺步骤图型砂molding sand配制造型砂型干燥 工装准备炉料准备合金冶炼 芯砂core sand配制造芯core making型芯干燥合型浇注凝固冷却 落砂shakeout 清理cleaning 铸件检验入库工艺三大块：冶炼，造型（芯）和浇注模样是形成铸型型腔模具，芯盒是来制型芯以形成含有内腔铸件。为了确保铸件质量，在设计和制造模样和芯盒时，必需先设计出铸造工艺图，然后依据工艺图形状和大小，制造模样和芯盒。在设计工艺图时，要考虑下列部分问题：） 分型面选择 分型面是上下砂型分界面，选择分型面时必需使模样能从砂型中取出，并使造型方便和有 利于确保铸件质量 。） 拔模斜度 为了易于从砂型中取出模样，凡垂直于分型面表面，全部做出0.5 4拔模斜度。） 加工余量 铸件需要加工表面，均需留出合适加工余量。） 收缩量 铸件冷却时要收缩，模样尺寸应考虑收缩影响。通常铸铁件要加大1；铸钢件加大152；铝合金为1l.5。） 铸造圆角 铸件上各表面转折处，全部要做成过渡性圆角,以利于造型及确保铸件质量。） 芯头 有砂芯砂型，必需在模样上做出对应芯头，方便芯稳固地安放在铸型中。铸造工艺特点（1）适应性广。适应铸铁，碳钢，有色金属等材料；铸件大小，形状和重量几乎不受限制；壁厚1mm到1m ，质量零点几克到数百吨（三峡水轮机叶轮重达430T）。（2）可复杂成形。适合形状复杂，尤其是有复杂内腔毛坯或零件。（3）成本较低。可直接利用成本低廉废机件和切屑，设备费用较低；在金属切削机床中，铸件占机床总重量75%以上，而生产成本仅占15-30%（4）但也存在部分不足，如组织缺点，力学性能偏低，质量不稳定，工作环境较差。所以，铸件多数做为毛坯用。组织疏松、晶粒粗大，铸件内部常有缩孔、缩松、气孔等缺点产生，造成铸件力学性能，尤其是冲击性能较低.（发展了铸锻联合工艺）污染环境。铸造生产会产生粉尘、有害气体和噪声对环境污染，比起其它机械制造工艺来更为严重，需要采取方法进行控制。（特种铸造工艺）2-1 金属液态成型工艺基础1.熔融合金流动性flowability和充型mold filling 1 流动性定义：flowability, 液态合金充满型腔，形成轮廓清楚，形状和尺寸符合要求优质铸件能力(CSS, configuration, shape and size)。 流动性好：易于充满型腔，有利于气体和非金属夹杂物上浮和对铸件进行补缩。流动性通义是流体流动能力，但不一样学科对流动性有不一样定义，这里是材料成形学定义。它定义说流动性是这么一个能力，这种能力表现在2个方面：（1）充满型腔；（2）形成符合要求优质铸件。在相同浇注工艺条件下，将金属液浇入铸型中，测出其实际螺旋线长度。浇出试样愈长，合金流动性愈好！螺旋形流动性试样取浇注试样长度做比较度量。分析表1-1。铸铁流动性最好，最高可达1800mm。另外应注意到，化学成份有很大影响，Wc+Si表示合金元素含量，weight percent，用重量百分比度量。如铸铁，关键是铁Fe和碳C合金，还含硅Si等。 Wc+Si =6.2%表示化学成份为含碳量C%+含硅量Si%为6.2%，其它为Fe铸铁影响合金流动性材料原因合金流动性关键取决于它本身化学成份。 充型 液态合金填充铸型过程。充型能力液体金属充满铸型型腔，取得尺寸正确、轮廓清楚成形件能力。充型能力不足时，会产生浇不足、冷隔、夹渣、气孔等缺点。影响熔融合金充型工艺条件浇注pouring条件：关键指浇注温度，浇注速度和静压头高度。其中最关键是浇注温度。浇注温度指是浇注时熔融合金温度，通常要求比它液相线温度高，即存在过热度，推迟它凝固时间，以保持良好流动性。不过也不能太高，不然造成氧化，吸气，过收缩，粘砂，胀砂等不良后果。所以，每种合金有自己合理浇注温度范围。浇注温度：铸钢15201620；铸铁12301450；铝合金680780（1）浇注温度 通常T浇越高，液态金属充型能力越强。（2）充型压力 液态金属在流动方向上所受压力越大， 充型能力越强。（3）浇注系统结构 浇注系统结构越复杂，流动阻力 越大，充型能力越差。 型充填条件（1）铸型蓄热系数 铸型蓄热系数表示铸型从其中金属吸收热量并储存在本身能力。(2）铸型温度 铸型温度越高，液态金属和铸型温差越小，充型能力越强。（3）铸型中气体铸件结构（1）折算厚度 折算厚度也叫当量厚度或模数，为铸件体积和表面积之比。折算厚度大，热量散失慢，充型能力就好。铸件壁厚相同时，垂直壁比水平壁更轻易充填。（2）铸件复杂程度 铸件结构复杂，流动阻力大，铸型充填就困难。 合金化学成份决定了3种凝固模式 1. 逐层凝固 2.糊状凝固 3. 中间凝固 2. 影响铸件凝固方法关键原因 ：（1）合金结晶温度范围 合金结晶温度范围愈小，凝固区域愈窄，愈倾向于逐层凝固n 纯金属和共晶合金，有确定熔点，恒温结晶，结果在铸型中凝固过程将从表及里推进，称为逐层凝固n 非共晶合金没有一个确定熔点，它凝固结晶是在一个温度区间内完成，属非恒温结晶。在这个温度区间内，同时存在已经凝固部分，如先晶，或树枝状晶主干，和还没有凝固部分，固相和液相并存，象桨糊状态，流动性差，所以称为糊状凝固mushy solification 离共晶点C越远，结晶温度区间越宽，流动性就越差。换句话说，C点成份以前铁碳合金，即亚共晶铸铁，流动性随含碳量增加而提升；过共晶铸铁呢，即C点成份以后合金，流动性随含碳量增加而下降。这就是铁碳合金流动性和含碳量关系。 1.2液态合金收缩收缩constriction 定义是在凝固和冷却过程中，体积和尺寸减小现象。 能产生缩孔，缩松，裂纹，变形，内应力等缺点，使铸件质量不符合要求。 收缩历程对应凝固冷却过程能够分为3阶段 液态收缩 Liquid shrinkage 凝固收缩 Solidification shrinkage 固态收缩 Solid shrinkage 合金收缩经历以下三个阶段：（1）液态收缩 从浇注温度到凝固开始温度之间收缩。 T浇 T液（2）凝固收缩 从凝固开始到凝固终止温度间收缩。 T液 T固（3）固态收缩 从凝固终止温度到室温间收缩。 T固 T室合金收缩率是3阶段收缩率之和。体收缩率：体收缩率是铸件产生缩孔或缩松根本原因。 线收缩率： 线收缩率是铸件产生应力、变形、裂纹根本原因。 收缩是液态合金凝固冷却过程中肯定现象，它产生缩孔和缩松，内应力，变形和裂纹，对铸造工艺影响很大。 缩孔和缩松shrinkage cavity 铸造应力 casting stress 铸件变形 casting deformation 铸件裂纹 casting crack1. 缩孔shrinkage cavity和缩松缩孔形成机理：逐层凝固方法下最终凝固部位得不到补充而形成空隙。 缩松形成机理：树枝状晶体dendritic crystal所分隔晶间液体区得不到补缩形成小孔隙。 树枝状晶体分隔开液体区难以得到补缩所致。缩松大多分布在铸件中心轴线处、热节处、冒口根部、内浇口周围或缩孔下方 热节：在凝固过程中，铸件内比周围金属凝固缓慢节点或局部区域。 冒口riser：铸型中特设空腔，用于贮备多出金属液体以填补收缩引发金属液体不足。冷铁Chill：型壁上外设铁块，用于加紧该处冷却速度。预防产生缩孔有效方法：定向凝固所谓定向凝固directional freezing ，是经过安放冒口和冷铁等工艺方法，实现人为次序凝固。 2. 铸造应力stress和铸件变形deform内应力产生原因：凝固后固态收缩受阻引发 铸造内应力分类：热应力thermal stress 和机械应力mechanical stress。机械应力：合金线收缩受到铸型或型芯机械阻碍而形成内应力。 热应力：因为铸件壁厚不均，各部分冷却速度不一样，以致收缩不一致引发应力。 热应力形成份析所谓弹塑临界温度，ep