材料成型工艺基础X.docx

H:精品资料建筑精品网原稿ok（删除公文）建筑精品网5未上传百度绪 论材料成形: 所有利用物理、 化学、 冶金原理使材料成形的方法, 称之为材料成形加工工艺。一、 材料与材料科学 材料是用来制作有用器件的物质, 是人类生产和生活所必须的物质基础。 历史学家把人类社会的发展按其使用的材料类型划分为石器时代、 青铜时代、 铁器时代, 而今正处于人工合成材料的新时代。材料科学的研究内容材料科学是研究各种固体材料的成分、 组织、 性能和应用之间关系及其变化规律的科学, 它包括四个基本要素: 材料的合成与制备, 成分与组织结构, 材料性能和使用性能。材料的分类按化学成分: 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的呢 ? 冶炼 - 把金属从矿石中提炼出来, 这个过程就叫金属的冶炼。 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的综合性技术基础学科。2、 材料成形加工在国民经济中的地位 材料成形加工在工业生产的各个部门和行业都有应用, 特别对于制造业来说更是具有举足轻重的作用。制造业是指所有生产和装配制成品的企业群体的总称, 包括机械制造、 运输工具制造、 电气设备、 仪器仪表、 食品工业、 服装、 家具、 化工、 建材、 冶金等, 它在整个国民经济中占有很大的比重。统计资料显示, 在中国, 近年来制造业占国民生产总值GDP的比例已超过35%。同时, 制造业的产品还广泛地应用于国民经济的诸多其它行业, 对这些行业的运行产生着不可忽视的影响。因此, 作为制造业的一项基础的和主要的生产技术, 材料成形加工在国民经济中占有十分重要的地位, 而且在一定程度上代表着一个国家的工业和科技发展水平。 经过下面列举的数据, 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的影响。据统计, 占全世界总产量将近一半的钢材是经过焊接制成构件或产品后投入使用的; 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%; 飞机上的锻压件质量约占85%; 发电设备中的主要零件如主轴、 叶轮、 转子等均为锻件制成; 家用电器和通信产品中6080%的零部件是冲压件和塑料成形件。 再从我们熟悉的交通工具轿车的构成来看, 发动机中的缸体、 缸盖、 活塞等一般都是铸造而成, 连杆、 传动轴、 车轮轴等是锻造而成, 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。因此, 能够毫不夸张地说, 没有先进的材料热加工工艺, 就没有现代制造业。 中国是世界上少数的几个拥有运载火箭、 人造卫星和载人飞船发射实力的国家, 这些航天飞行器的建造离不开先进的加工成形工艺, 其中, 火箭和飞船的壳体都是采用了高强轻质的材料, 经过先进的特种焊接和胶接技术制造的。3、 课程内容作为高等工科学校机械类专业学生的一门技术基本课, 本课程主要涉及的是与机械制造有关的材料成形加工工艺的基础知识。 它主要研究: 各种成型工艺方法本身的规律性及其在机械制造中的应用和相互联系; 零件的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的影响; 工艺方法的综合比较等。它几乎涉及机器制造中所有工程材料的成型工艺。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的过程。其中, 机械零件的制造在整个机械制造的过程中占据了很大的比重, 而成形加工又是机械零件制造的主要工作。传统上的机械大都是用金属材料加工制造的, 随着科学和生产技术的发展, 机械制造所用的材料已扩展到包括金属、 非金属和复合材料在内的各种工程材料, 因此机械产品的成形加工工艺也就不再局限于传统意义上的金属加工的范畴, 而是将非金属和复合材料等的成形加工也包含进来了。金属材料的成形一般有铸造、 塑性成形、 焊接、 粘接和机械加工( 包括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的特殊成形方法。 4、 基本要求本课程是机械类专业的主干课程之一, 也是部分非机械类专业一般开设的一门课程。学生在学完本课程之后, 应达到以下基本要求: ( 1) 掌握各种热加工方法的基本原理、 工艺特点和应用场合, 了解各种常见的成形设备的结构和用途, 具有进行材料热加工工艺分析和合理选择毛坯( 或零件) 成形方法的初步能力。 ( 2) 具有综合运用工艺知识, 分析零件结构工艺性的初步能力。 ( 3) 了解与材料成形技术有关的新材料、 新工艺及其发展趋势。 第一章 金属材料导论第一节 金属材料的性能一、 材料的性能二、 材料在载荷作用下的力学行为材料在载荷(外力)作用下的表现(反应), 人们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, 物体发生的变形会完全消失, 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, 物体发生的变形不能完全消失而一部分被保留下来, 所保留的变形称之为塑性变形或永久变形。3. 断裂 断裂前出现明显宏观塑性变形的断裂称为韧性断裂; 在断裂前没有宏观塑性变形的断裂行为称之为脆性断裂。三、 材料在静载荷作用下的 主要力学性能指标静载荷是指加载方式不影响材料的变形行为, 加载速率较为缓和的载荷。 材料在静载荷作用下的主要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的最大应力值, 以e表示,单位为a。.弹性模量(E): 材料在弹性变形的阶段内, 直线的斜率, 即产生单位弹性应变所需要的应力值, 以表示, 单位a。其大小反映材料刚度大小。材料在外力作用下抵抗弹性变形的能力称为刚度。强度: 材料在外力作用下, 抵抗塑性变形和断裂的能力。3.屈服强度( 点) s: 材料产生屈服时的最低应力值称为屈服点, 以s表示, 单位为a。它表征了材料抵抗微量塑性变形的能力。4.抗拉强度b 材料在拉断前所承受的最大应力值, 称为抗拉强度, 一般见b表示, 单位a 。 它表征了材料在拉伸条件下所能承受的最大应力。抗拉强度 是脆性材料选材的依据。5. 塑性材料在外力作用下, 产生永久变形而不引起破坏的能力。常见 和 作为衡量塑性的指标。 伸长率: 断面收缩率:良好的塑性是金属材料进行塑性加工的必要条件。( 三) 硬度 金属材料抵抗其它更硬的物体压入其内的能力。 它是衡量材料软硬程度的力学性能指标。材料的硬度越高其耐磨性就越好, 而且材料的硬度与它的力学性能和工艺性能( 如切削加工性、 焊接性能等) 之间存在着一定的对应关系, 因此硬度是最常见的性能指标之一。在一些零件图中硬度是检验产品质量的重要指标。1.布氏硬度( HB) (1)测试原理 布氏硬度实验用一定直径的钢球或硬质合金球, 以相应的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的压痕直径, 用试验力除以压痕表面积所得的值即为布氏硬度值, 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以下的材料, 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以上的材料, 最高可测650HBW。 (3)表示方法 例如: 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 在批量的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的硬度。常见洛氏硬度标尺的实验条件和应用 前面为硬度数值, 后面为使用的标尺。最常见的是: , , 三种。其中标尺用的最多。.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本相同。将顶角为136的正四棱锥金刚石压头, 在载荷的作用下, 压头进入试件表面, 保持一定的时间后, 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 例如: 640HV30/20 (3)适用范围 n 用于测量金属镀层薄片材料n 和化学热处理后的表面硬度。 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的 主要力学性能指标动载荷是指突加的、 冲击性的大小、 方向随时间而变化的载荷。 材料在动载荷作用下的力学性能, 包括冲击韧性和疲劳强度。1冲击韧性 : 材料抵抗冲击载荷作用下断裂的能力。 2疲劳强度:指材料经无数次交变载荷作用而不断裂的最大应力值, 用-1表示, 单位为Mpa。 它表现了材料抵抗疲劳断裂的能力。 疲劳断裂: 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, 经一定循环次数后突然产生断裂的过程。 是由疲劳裂纹产生扩展瞬时断裂三个阶段组成的。特点: 断裂前无明显的塑性变形, 很难事先察觉到, 断裂突然发生。断裂时应力很低, 大多低于s, 属于低应力脆断。第二节 金属及合金的结晶 一 金属的结构 1 金属键 :由金属正离子和自由电子之间相互作用而结合的方式称为金属键。根据金属键的结合特点能够解释金属晶体的一般性能。 由于自由电子的存在, 容易形成电流, 显示出良好的导电性。 自由电子的易动性和正离子的振动使金属有良好的导热性。金属原子移动一定位置后, 金属键不会遭到破坏, 使金属具有很好的形变能力和强度。 自由电子能够吸收光的能量, 因而金属不透明。 自由电子所吸收的能量在电子回复到原来状态时产生辐射, 使金属具有光泽。2. 金属的晶体结构 所有的金属和合金都是晶体晶格原子排列形成的空间格子晶胞组成晶格最基本的单元金属的典型晶体结构 3、 晶面与晶向晶面: 各个方位上一系列原子组成的平面。晶向: 各个方向上的原子列。1) 晶面指数(hkl) 标定过程2) 晶向指数uvw4金属的实际晶体结构( 1) 多晶体结构 晶格位向( 即原子排列方向) 完全一致的晶体为单晶体。实际使用的金属材料包含有许多外型不规则的小晶体, 每个小晶体内部的晶格位向都是一致的, 而各小晶体之间位向却不相同, 称多晶体。外形不规则、 呈颗粒状的小晶体称为晶粒。 晶粒与晶粒之间的界面称为晶界。 ( 2) 晶体缺陷 在晶体内部及边界存在原子排列的不完整性, 称为晶体缺陷。 按其几何形状的特点, 晶体缺陷可分为以下三类: 1)点缺陷: 是指三维尺寸都很小, 不超过几个原子直径的缺陷。主要有空位和间隙原子。2)线缺陷: 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的缺陷。属于这类缺陷主要是位错。 位错是晶体中的某处有一列或若干列原子发生了某种有规律的错排现象。 它又分为刃型位错、 螺型位错 3)面缺陷 指二维尺寸很大而第三维尺寸很小的缺陷。 一般是指晶界和亚晶界。 晶 界: 晶粒之间的边界称为晶界。 亚晶界: 亚晶粒之间的边界叫亚晶界。 亚晶粒: 尺寸很小、 位向差也很小的小晶块 。二、 金属的结晶过程1. 金属的结晶过程(1) 金属结晶的过冷现象 (2) 金属的结晶过程 2铸件晶粒组织 铸件的晶粒组织是指铸件的晶粒形状和大小。 一般铸件的典型晶粒组织分为三个区域。(1)表层细晶粒区 液态金属强烈的过冷, 形成大量自发晶核。 (2)柱状晶粒区 晶轴垂直于模壁的晶粒, 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 在锭模心部的剩余液态金属内部温差愈来愈小, 散热方向已不明显, 因而形成较粗大的等轴晶粒区。 细晶强化的方法: 1)增加液态金属结晶时的过冷度 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, 向金属液中加入某些物质( 称变质剂) , 形成大量分散的固态微粒作为非自发形核界面, 或起阻碍晶体长大的作用, 从而获得细小晶粒, 这种细化晶粒的方法, 称为变质处理。3)附加振动 金属液结晶时, 可采用机械振动, 超声波或电磁振动等措施, 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、 金属的同素异晶转变同素异晶转变在固态下, 随着温度的变化, 金属的晶体结构从一种晶格类型转变为另一种晶格类型的过程。一种金属能以几种晶格类型存在的性质 称为同素异晶性。金属的同素异晶转变是金属从一种晶格类型的固态转变为另一种晶格类型固态的转变。它也是一个结晶过程, 只不过这个结晶是在固态下进行的, 因此把这种固态转固态的结晶称为重结晶或二次结晶。三、 合金的结构合金 两种或两种以上元素组成的具有金属特性的物质。 成份相同、 结构相同, 并与其它部分有界面分开的均匀组成部分称为相。 根据结构特点不同可将合金中的相分为 : 1、 固溶体合金中晶体结构与组成元素之一的晶体结构相同的固相。据溶质原子在溶剂晶格中所占据位置的不同固溶体的性能特点: 具有良好的塑性和韧性, 强度、 硬度较低。2、 金属化合物合金中其晶体结构与组成元素的晶体结构均不相同的固相。金属化合物的性能特点: 脆性大、 硬度高; 强度低; 塑性、 韧性差; 高的熔点。三、 合金的结晶虽然纯金属在人类生活和生产中获得了一定程度的应用, 但它们的性能远不能满足多方面的需求。在工业中更广泛地被应用的是合金。为了正确地对各种合金进行熔铸、 锻压和热处理, 必须了解它们的熔点和发生固态转变的温度, 并研究它们的凝固进程和凝固后的组织。当前已测定出许多二元合金系的成分与其熔点及固态转变温度的关系曲线, 并分析了不同成分的合金在不同温度下的组织状态。合金相图就是以这些试验结果为基础而建立起来的。1. 相图的基本知识(1) 相图 合金相图是一种能够反映给定合金系中合金成分、 温度与其组织状态之间关系的图形。二元合金相图是一个平面图形, 它表示由两个组元组成的合金系统中的合金平衡状态、 温度和成分之间的关系。 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, 并形成固溶体的二元合金系所形成的相图, 称为二元匀晶相图。 这类合金在结晶过程中都是从液相中结晶出单相的固溶体, 这种结晶过程称为匀晶转变。合金的结晶过程 以Cu-Ni合金相图中Ni的含量Ni=40%为例说明其结晶过程, 当液态合金缓慢冷却到与液相线相交温度时开始结晶, 此时温度为t1, 结晶出的固相Ni为1, 1的含镍量( Ni) 大于40%; 冷却到t2时, L的成分L2, 相的成分为2; 当合金冷却完毕, 全部为固相, 此时固相成分3即为合金自身的成分。枝晶偏析实际金属结晶过程中, 由于冷却速度快, 先后结晶出来的固溶体成分不同, 扩散来不及进行, 使得晶粒内部化学成分不均匀的现象。危害: 材料的力学性能, 加工工艺性, 耐蚀性。措施: 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构成的相图称为二元共晶相图。 共晶转变指具有一定成分的液态合金, 在一定温度下, 同时结晶出两种不同的固相的转变。其转变产物为共晶组织, 或称共晶体。 ( 3) 共析相图 一定成分的固相, 在一定温度下, 同时析出两种化学成分和晶格结构完全不同的新固相, 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的相图, 称为包晶相图。 即由一定成分的液相与一定成分的固相在恒温下转变成另一种一定成分的固相的转变。由于新固相, 首先在L相与原固相的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 铁碳合金的基本组织1、 铁素体( F) 铁素体 碳( C) 溶入-Fe中所形成的固溶体。 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中所形成的固溶体。 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的机械混合物。 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的机械混合物。 1147 4.3%C 力学性能: b = 30MPa = 0 HB = 700 二、 典型铁碳合金的结晶过程 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 以适当的方式对金属材料或工件加热、 保温、 冷却, 获得预期的组织结构与性能的工艺方法。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、 钢在加热时的组织转变1、 加热转变的理论依据Fe-Fe3C相图 奥氏体化 钢加热形成奥氏体的过程。对于加热:非平衡条件下的相变温度高于平衡 条件下的相变温度;对于冷却:非平衡条件下的相变温度低于平衡 条件下的相变温度.2、 奥氏体化过程包括奥氏体的形核、 长大, 残余渗碳体的溶解和奥氏体成分的均匀化。二、 奥氏体在冷却时的组织转变奥氏体的冷却转变, 直接影响钢热处理后的组织和性能。 常见的冷却方式有两种, 等温冷却和连续冷却。 1、 过冷奥氏体的等温冷却转变曲线俗称C曲线或TTT曲线。过冷奥氏体 A1温度以下不稳定的奥氏体。等温冷却曲线三、 钢的普通热处理 1、 钢的退火(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、 钢的正火 正火目的: 细化晶粒, 提高强度 低碳钢-提高硬度 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、 钢的淬火 淬火钢加热到AC1或( AC3) 以上, 保温后以适当方式冷却, 获得M或B组织的热处理工艺。淬火目的: 获得高硬度、 高耐磨性的马氏体, 提 高钢的机械性能。 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 钢经过淬火后必须回火! ! ! 回 火将淬火钢加热到A1下某一温度后进行冷却的热处理工艺。回火目的: 消除应力, 防止工件开裂回火工艺: Ac1以下保温后缓冷一、 钢的分类 1按化学成分分类 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、 热脆缺陷P: 使合金产生冷裂、 冷脆缺陷3) 高级优质钢: P、 S 0.030% 3按用途分类二、 钢的编号及应用1结构钢1) ( 普通) 碳素结构钢 碳素结构钢的钢号用屈服强度表示。这类钢主要用于制造一般的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 这类钢的有害杂质P、 S含量较低, 钢的质量较好, 主要用于制造各种较重要的机械零件。钢号用两位数字表示, 数字表示含碳量的万分之几。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, 其钢号的表示方法为: 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的基础上加入少量合金元素制得, 其合金因素总量不超过5%, 以Mn为主要合金因素。这类钢一般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各种机械零件的合金结构钢。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的内、 外套圈和滚珠、 滚柱的专用钢种。常见牌号有GCr9、 GCr15等, 含碳在0.95% - 1.1%, 合金元素主要是铬。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% , 可制造低速切削的刀具和普通模具、 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 指用于制造各种刀具的钢材。含碳量为0.75-1.50%, 典型牌号为9SiCr、 W18Cr4V、 W6Mo5Cr4V2。 合金模具钢 模具钢是指用于制造各种模具的钢材。冷做模具钢如: 冲压模、 拉拔模等。典型牌号为Cr12、 Cr12MoV。热做模具钢如: 热锻模、 热挤压模、 压铸模等。典型牌号为5CrMnMo、 5CrNiMo。 合金量具钢 在生产中常见的量具有钢板尺、 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, 具有较强抵抗腐蚀能力的钢。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 在高温下具有良好的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几种, 分别适合于在600以下、 700-700、 接近1000的高温状态下工作。典型牌号有: 1Cr13、 4Cr9Si2、 4Cr14Ni14W2Mo、 1CR17。 2) 特殊物理性能钢 是指在一定范围内具有特殊磁、 电、 弹性、 膨胀等物理性能的钢。包括软磁钢、 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, 使其凝固冷却而获得所需形状和尺寸的毛坯或零件的工艺。 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, 铸造占着突出的地位, 具有广泛的社会影响, 像”模范”、 ”陶冶”、 ”熔铸”、 ”就范”等习语, 就是沿用了铸造业的术语。劳动人民经过世代相传的长期生产实践, 创造了具有中国民族特色的传统铸造工艺。其中特别是泥范、 铁范和熔模铸造最重要, 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。河北唐山等地出土的早期铜器, 有锻打成形的, 也有熔铸成形的, 说明范铸技术在中国源远流长, 很早就发展起来。 熔模铸造传统的熔模铸造一般称失蜡、 出蜡或捏蜡、 拨蜡。它和用来制造汽轮机叶片、 铣刀等精密铸件的现代熔模铸造, 无论在所用蜡料、 制模、 造型材料、 工艺方法等方面, 都有很大不同。可是, 它们的工艺原理是一致的, 而且现代的熔模铸造是从传统的熔模铸造发展而来的。青铜: 第一种合金浇注工具: 浇注常见工具有浇包、 挡渣钩等。手提浇包和抬包完全靠人力进行浇注, 一般用于小铸件浇注和生产条件较差的车间。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, 应对已使用过的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起铁水飞溅。砂型sand mould铸造工艺流程图型砂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的模具, 芯盒是来制型芯以形成具有内腔的铸件。为了保证铸件质量, 在设计和制造模样和芯盒时, 必须先设计出铸造工艺图, 然后根据工艺图的形状和大小, 制造模样和芯盒。在设计工艺图时, 要考虑下列一些问题: ) 分型面的选择 分型面是上下砂型的分界面, 选择分型面时必须使模样能从砂型中取出, 并使造型方便和有 利于保证铸件质量 。) 拔模斜度 为了易于从砂型中取出模样, 凡垂直于分型面的表面, 都做出0.5 4的拔模斜度。) 加工余量 铸件需要加工的表面, 均需留出适当的加工余量。) 收缩量 铸件冷却时要收缩, 模样的尺寸应考虑收缩的影响。一般铸铁件要加大1; 铸钢件加大152; 铝合金为1l.5。) 铸造圆角 铸件上各表面的转折处, 都要做成过渡性圆角,以利于造型及保证铸件质量。) 芯头 有砂芯的砂型, 必须在模样上做出相应的芯头, 以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( 三峡的水轮机叶轮重达430T) 。( 2) 可复杂成形。适合形状复杂, 特别是有复杂内腔的毛坯或零件。( 3) 成本较低。可直接利用成本低廉的废机件和切屑, 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) 但也存在一些不足, 如组织缺陷, 力学性能偏低, 质量不稳定, 工作环境较差。因此, 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、 气孔等缺陷产生, 导致铸件力学性能, 特别是冲击性能较低.( 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的污染, 比起其它机械制造工艺来更为严重, 需要采取措施进行控制。( 特种铸造工艺) 2-1 金属液态成型工艺基础1.熔融合金的流动性flowability与充型mold filling 1 流动性定义: flowability, 液态合金充满型腔, 形成轮廓清晰, 形状和尺寸符合要求的优质铸件的能力(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。流动性通义是流体的流动能力, 但不同学科对流动性有不同的定义, 这里是材料成形学的定义。它的定义说流动性是这样的一种能力, 这种能力体现在2个方面: ( 1) 充满型腔; ( 2) 形成符合要求的优质铸件。在相同的浇注工艺条件下, 将金属液浇入铸型中, 测出其实际螺旋线长度。浇出的试样愈长, 合金的流动性愈好! 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。铸铁的流动性最好, 最高可达1800mm。另外应注意到, 化学成分有很大影响, Wc+Si表示合金元素的含量, weight percent, 用重量百分比度量。如铸铁, 主要是铁Fe和碳C的合金, 还含硅Si等。 Wc+Si =6.2%表示化学成分为含碳量C%+含硅量Si%为6.2%, 其余为Fe的铸铁影响合金流动性的材料因素合金的流动性主要取决于它本身的化学成分。 充型 液态合金填充铸型的过程。充型能力液体金属充满铸型型腔, 获得尺寸精确、 轮廓清晰的成形件的能力。充型能力不足时, 会产生浇不足、 冷隔、 夹渣、 气孔等缺陷。影响熔融合金充型的工艺条件浇注pouring条件: 主要指浇注温度, 浇注速度和静压头高度。其中最重要的是浇注温度。浇注温度指的是浇注时熔融合金的温度, 一般要求比它的液相线温度高, 即存在过热度, 推迟它的凝固时间, 以保持良好的流动性。可是也不能太高, 否则造成氧化, 吸气, 过收缩, 粘砂, 胀砂等不良后果。因此, 每种合金有自己的合理浇注温度范围。浇注温度: 铸钢15201620; 铸铁12301450; 铝合金680780( 1) 浇注温度 一般T浇越高, 液态金属的充型能力越强。( 2) 充型压力 液态金属在流动方向上所受的压力越大, 充型能力越强。( 3) 浇注系统的结构 浇注系统的结构越复杂, 流动阻力 越大, 充型能力越差。 型充填条件( 1) 铸型的蓄热系数 铸型的蓄热系数表示铸型从其中的金属吸取热量并储存在本身的能力。(2) 铸型温度 铸型温度越高, 液态金属与铸型的温差越小, 充型能力越强。( 3) 铸型中的气体铸件结构( 1) 折算厚度 折算厚度也叫当量厚度或模数, 为铸件体积与表面积之比。折算厚度大, 热量散失慢, 充型能力就好。铸件壁厚相同时, 垂直壁比水平壁更容易充填。( 2) 铸件复杂程度 铸件结构复杂, 流动阻力大, 铸型的充填就困难。 合金的化学成分决定了3种凝固模式 1. 逐层凝固 2.糊状凝固 3. 中间凝固 2. 影响铸件凝固方式的主要因素 : ( 1) 合金的结晶温度范围 合金的结晶温度范围愈小, 凝固区域愈窄, 愈倾向于逐层凝固n 纯金属和共晶合金, 有确定的熔点, 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的熔点, 它的凝固结晶是在一个温度区间内完成的, 属非恒温结晶。在这个温度区间内, 同时存在已经凝固的部分, 如先晶, 或树枝状晶主干, 和还没有凝固的部分, 固相和液相并存, 象桨糊状态, 流动性差, 因此称为糊状凝固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点成分以前的铁碳合金, 即亚共晶铸铁, 流动性随含碳量的增加而提高; 过共晶铸铁呢, 即C点成分以后的