焊、铸、缎工艺基础
锻造铸造焊接工艺学课件(PPT38张)
4.1.2 砂型铸造
4）冒口和铸型结构 尺寸较大的铸件或体收缩率较大的金属还要加设冒口 起补缩作用，为便于补缩，冒口一般设在铸件的厚部或上 部。冒口还可起排气和集渣作用。
1-15
4.1.2 砂型铸造
5、铸件的结构工艺性 铸件的结构工艺性是指所设计的铸件结构不仅应满足 使用的要求，还应符合铸造工艺的要求和经济性。 1）铸件的外形 （1）外形力求简单平直。（2）避免或减少活块。
1-4
4.1.1 铸造工艺基础
缺点：铸造生产过程复杂，工序较多，常因铸型材料、 模具、铸造合金、合金的熔炼与浇注等工艺过程难以综 合控制，而出现缩孔、缩松、砂眼、冷隔、裂纹等铸造 缺陷。因此铸件质量不够稳定，铸件的力学性能不及同 类材料的锻件。 2、铸造的分类 铸造一般按造型方法来分类，习惯上分为砂型铸造 和特种铸造。 砂型铸造包括湿砂型、干砂型、化学硬化砂型三类。 特种铸造按造型材料的不同，又可分为两大类：一类 以天然矿产砂石作为主要造型材料，如熔模铸造、壳型 铸造、负压铸造、泥型铸造、实型铸造、陶瓷型铸造等； 一类以金属作为主要铸型材料，如金属型铸造、离心铸 造、连续铸造、压力铸造、低压铸造等。
1-25
4.1.3 特种铸造
2、压力铸造 压力铸造是指熔融金属在高压下高速充型，并在压力 下凝固的铸造方法。 压铸工艺过程是：向型腔喷射涂料、闭合压型、压射 金属、打开压型顶出铸件。 压铸型是压铸工艺过程的关键装备，是由定型、动型 及金属芯组成的压铸用金属型其性能、精度、表面质量 要求很高，必须用热作模具钢制造，并进行严格的热处 理。 压铸机是压铸生产专用机器，主要有开合型、压射、 抽芯、顶出铸件等机构组成。分为热压室式和冷压室式 两类。
1-33
4.1.5 铸造新工艺和新技术简介
铸造 锻造 焊接
第一章铸造工艺基础§1 液态合金的充型充型: 液态合金填充铸型的过程.充型能力: 液态合金充满铸型型腔,获得形状完整,轮廓清晰的铸件的能力充型能力不足:易产生: 浇不足: 不能得到完整的零件.冷隔:没完整融合缝隙或凹坑, 机械性能下降.一合金的流动性液态金属本身的流动性----合金流动性1 流动性对铸件质量影响1) 流动性好,易于浇出轮廓清晰,薄而复杂的铸件.2) 流动性好,有利于液态金属中的非金属夹杂物和气体上浮,排除.3) 流动性好,易于对液态金属在凝固中产生的收缩进行补缩.2 测定流动性的方法:以螺旋形试件的长度来测定: 如灰口铁:浇铸温度1300℃试件长1800mm.铸钢: 1600℃100mm3 影响流动性的因素主要是化学成分:1) 纯金属流动性好:一定温度下结晶,凝固层表面平滑,对液流阻力小2) 共晶成分流动性好:恒温凝固,固体层表面光滑,且熔点低,过热度大.3) 非共晶成分流动性差: 结晶在一定温度范围内进行,初生数枝状晶阻碍液流二浇注条件1 浇注温度: t↑ 合金粘度下降,过热度高. 合金在铸件中保持流动的时间长,∴t↑ 提高充型能力. 但过高,易产生缩孔,粘砂,气孔等,故不宜过高2 充型压力: 液态合金在流动方向上所受的压力↑ 充型能力↑如砂形铸造---直浇道,静压力. 压力铸造,离心铸造等充型压力高.三铸型条件1 铸型结构: 若不合理,如壁厚小, 直浇口低, 浇口小等充↓2 铸型导热能力: 导热↑ 金属降温快,充↓如金属型3 铸型温度: t↑ 充↑如金属型预热4 铸型中气体: 排气能力↑ 充↑ 减少气体来源,提高透气性, 少量气体在铸型与金属液之间形成一层气膜,减少流动阻力,有利于充型.§2 铸件的凝固和收缩铸件的凝固过程如果没有合理的控制,铸件易产生缩孔,缩松一铸件的凝固1 凝固方式:铸件凝固过程中,其断面上一般分为三个区: 1—固相区2—凝固区3—液相区对凝固区影响较大的是凝固区的宽窄,依此划分凝固方式.1) 逐层凝固:纯金属,共晶成分合金在凝固过程中没有凝固区,断面液,固两相由一条界限清楚分开,随温度下降,固相层不断增加,液相层不断减少,直达中心.2) 糊状凝固合金结晶温度范围很宽,在凝固某段时间内,铸件表面不存在固体层,凝固区贯穿整个断面,先糊状,后固化.故---3) 中间凝固大多数合金的凝固介于逐层凝固和糊状凝固之间.2 影响铸件凝固方式的因素1) 合金的结晶温度范围范围小: 凝固区窄,愈倾向于逐层凝固如: 砂型铸造, 低碳钢逐层凝固, 高碳钢糊状凝固2) 铸件的温度梯度合金结晶温度范围一定时,凝固区宽度取决于铸件内外层的温度梯度.温度梯度愈小,凝固区愈宽.(内外温差大,冷却快,凝固区窄)二合金的收缩液态合金从浇注温度至凝固冷却到室温的过程中,体积和尺寸减少的现象---.是铸件许多缺陷(缩孔,缩松,裂纹,变形,残余应力)产生的基本原因.1 收缩的几个阶段1) 液态收缩: 从金属液浇入铸型到开始凝固之前. 液态收缩减少的体积与浇注温度质开始凝固的温度的温差成正比.2) 凝固收缩: 从凝固开始到凝固完毕. 同一类合金,凝固温度范围大者,凝固体积收缩率大.如: 35钢,体积收缩率3.0%, 45钢4.3%3) 固态收缩: 凝固以后到常温. 固态收缩影响铸件尺寸,故用线收缩表示.2 影响收缩的因素1) 化学成分: 铸铁中促进石墨形成的元素增加,收缩减少. 如: 灰口铁C, Si↑,收↓,S↑ 收↑.因石墨比容大,体积膨胀,抵销部分凝固收缩.2) 浇注温度: 温度↑ 液态收缩↑3) 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.实际收缩小于自由收缩.∴铸型要有好的退让性.3 缩孔形成在铸件最后凝固的地方出现一些空洞,集中—缩孔. 纯金属,共晶成分易产生缩孔*产生缩孔的基本原因: 铸件在凝固冷却期间,金属的液态及凝固受缩之和远远大于固态收缩.4 影响缩孔容积的因素(补充)1) 液态收缩,凝固收缩↑ 缩孔容积↑2) 凝固期间,固态收缩↑,缩孔容积↓3) 浇注速度↓缩孔容积↓4) 浇注速度↑液态收缩↑ 易产生缩孔5 缩松的形成由于铸件最后凝固区域的收缩未能得到补足,或者,因合金呈糊状凝固,被树枝状晶体分隔开的小液体区难以得到补缩所至.1) 宏观缩松肉眼可见,往往出现在缩孔附近,或铸件截面的中心.非共晶成分,结晶范围愈宽,愈易形成缩松.2) 微观缩松凝固过程中,晶粒之间形成微小孔洞---凝固区,先形成的枝晶把金属液分割成许多微小孤立部分,冷凝时收缩,形成晶间微小孔洞. 凝固区愈宽,愈易形成微观缩松,对铸件危害不大,故不列为缺陷,但对气密性,机械性能等要求较高的铸件,则必须设法减少.(先凝固的收缩比后凝固的小,因后凝固的有液,凝,固三个收缩,先凝固的有凝,固二个收缩区----这也是形成微观缩松的基本原因.与缩孔形成基本原因类似)6 缩孔,缩松的防止办法基本原则: 制定合理工艺—补缩, 缩松转化成缩孔.顺序凝固: 冒口—补缩同时凝固: 冷铁—厚处. 减小热应力,但心部缩松,故用于收缩小的合金.l 安置冒口,实行顺序凝固,可有效的防止缩孔,但冒口浪费金属,浪费工时,是铸件成本增加.而且,铸件内应力加大,易于产生变形和裂纹.∴主要用于凝固收缩大,结晶间隔小的合金.l 非共晶成分合金,先结晶树枝晶,阻碍金属流动,冒口作用甚小.l 对于结晶温度范围甚宽的合金,由于倾向于糊状凝固,结晶开始之后,发达的树枝状骨状布满整个截面,使冒口补缩道路受阻,因而难避免显微缩松的产生.显然,选用近共晶成分和结晶范围较窄的合金生产铸件是适宜的.§3 铸造内应力,变形和裂纹凝固之后的继续冷却过程中,其固态收缩若受到阻碍,铸件内部就发生内应力,内应力是铸件产生变形和裂纹的基本原因.(有时相变膨胀受阻,负收缩)一内应力形成1 热应力: 铸件厚度不均,冷速不同,收缩不一致产生.塑性状态: 金属在高于再结晶温度以上的固态冷却阶段,受力变形,产生加工硬化,同时发生的再结晶降硬化抵消,内应力自行消失.(简单说,处于屈服状态,受力—变形无应力)弹性状态: 低于再结晶温度,外力作用下,金属发生弹性变形,变形后应力继续存在.举例: a) 凝固开始,粗细处都为塑性状态,无内应力∵两杆冷速不同,细杆快,收缩大,∵受粗杆限制,不能自由收缩,相对被拉长,粗杆相对被压缩,结果两杆等量收缩.b) 细杆冷速大,先进如弹性阶段,而粗杆仍为塑性阶段,随细杆收缩发生塑性收缩,无应力.c) 细杆收缩先停止,粗杆继续收缩,压迫细杆,而细杆又阻止粗杆的收缩,至室温, 粗杆受拉应力(+),(-)由此可见,各部分的温差越大,热应力也越大,冷却较慢的部分形成拉应力,冷却较快的部分形成压应力.预防方法: 1 壁厚均匀2 同时凝固—薄处设浇口,厚处放冷铁优点: 省冒口,省工,省料缺点: 心部易出现缩孔或缩松,应用于灰铁锡青铜,因灰铁缩孔、缩松倾向小，锡青铜糊状凝固，用顺序凝固也难以有效地消除其显微缩松。
铸锻焊工艺剖析
锻造工艺实例：涡轮叶片锻造
01
工艺特点
利用冲击或压力改变金属形态，具有提高材料力学性能、减少应力集中
等优点。
02 03
实例详解
涡轮叶片是航空发动机的关键部件，要求高温强度和耐腐蚀性。锻造工 艺通过将金属加热到一定温度后进行锻打，再经过冷却、热处理等环节 ，最终得到符合要求的涡轮叶片。
适用范围
广泛应用于航空、航天、能源等领域。
工艺。
零件形状
根据零件的形状和结构特点，选 择合适的工艺。例如，形状复杂 的零件适合采用铸造工艺，而形 状简单的零件适合采用焊接工艺
。
生产批量
根据生产批量的大小，选择合适 的工艺。例如，小批量生产适合 采用铸造工艺或焊接工艺，而大
批量生产适合采用锻造工艺。
铸锻焊工艺发展趋势
数字化智能化
随着科技的发展，铸锻焊工艺逐渐向数字化智能化方向发 展，例如采用计算机模拟技术进行工艺优化、智能化机器 人进行自动化生产等。
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THANKS
03
焊接工艺基础
焊接工艺概述
焊接定义
焊接是一种通过加热或加压两 种方式，使两个分离的金属表 面达到原子间的结合，从而形
成永久连接的工艺。
焊接分类
根据加热源、焊接对象、焊接速度 、焊缝形状等因素，焊接有不同的 分类方法。
焊接应用
在机械制造、建筑、化工、航空航 天等领域，焊接工艺都有广泛的应 用。
熔化焊与压力焊
根据模具材料的不同，模具可分为砂型模具、金属型模具、石膏模具等。
02
锻造工艺基础
锻造工艺概述
锻造是一种金属加工工艺，通 过施加外力使金属坯料变形， 以获得所需形状和性能的零件 或毛坯。
锻造工艺适用于各种金属材料 ，如钢、铝、铜等，以满足不 同的机械性能和加工需求。
什么叫铸造、锻造、焊接
什么叫铸造？什么叫锻造？什么叫焊接？铸造、锻压和焊接是机械制造中最常用的三种金属热加工方法。
其产品大多是零件的毛坯。
铸造是熔炼金属，制造铸型，并将熔融金属浇入铸型，凝固后获得一定形状与性能铸件的成形方法。
铸造与其他零件成形工艺相比，具有生产成本低、工艺灵活性大、几乎不受零件尺寸大小及形状结构复杂程度的限制等特点。
锻压是对坯料施加外力，使其产生塑性变形，改变尺寸、形状及改善性能，用以制造机械零件、工件或毛坯的成形加工方法，它是锻造和冲压的总称。
金属锻压加工在机械制造、汽车、拖拉机、仪表、造船、冶金工程及国防等工业中有着广泛的应用。
焊接是通过加热或加压，或两者并用，并且用或不用填充材料，借助与金属原子扩散和结合，使分离的材料牢固地连接在一起的加工方法。
按焊接过程特点可分为三类：熔焊、压焊、钎焊铸造将金属熔炼成符合一定要求的液体并浇进铸型里，经冷却凝固、清整处理后得到有预定形状、尺寸和性能的铸件（零件或毛坯）的工艺过程。
现代机械制造工业的基础工艺。
铸造生产的毛坯成本低廉，对于形状复杂、特别是具有复杂内腔的零件，更能显示出它的经济性；同时它的适应性较广，且具有较好的综合机械性能。
但铸造生产所需的材料（如金属、木材、燃料、造型材料等）和设备（如冶金炉、混砂机、造型机、造芯机、落砂机、抛丸机等）较多，且会产生粉尘、有害气体和噪声而污染环境。
铸造是人类掌握较早的一种金属热加工工艺，已有约6000年的历史。
公元前3200年，美索不达米亚出现铜青蛙铸件。
公元前13～前10世纪之间，中国已进入青铜铸件的全盛时期，工艺上已达到相当高的水平，如商代的重875千克的司母戊方鼎、战国的曾侯乙尊盘和西汉的透光镜等都是古代铸造的代表产品。
早期的铸造受陶器的影响较大，铸件大多为农业生产、宗教、生活等方面的工具或用具，艺术色彩较浓。
公元前513年，中国铸出了世界上最早见于文字记载的铸铁件——晋国铸鼎（约270千克重）。
公元8世纪前后，欧洲开始生产铸铁件。
锻造铸造焊接工艺学课件
定制化
根据客户需求定制化 生产，满足个性化需
求。
新材料与新工艺的结合
01 高强度轻质材料
采用高强度轻质材料，如钛合金、铝合金和复合 材料，提高产品性能。
02 非晶合金
非晶合金具有优异的力学性能和耐腐蚀性能，可 用于制造关键零部件。
03 增材制造
增材制造技术可用于制造复杂形状的零部件，提 高设计自由度。
有色金属如铜、铝等具有良好的导电 性、导热性和延展性，适用于制造要 求轻量化、美观和耐腐蚀的零件。
03
焊接工艺学
焊接工艺简介
焊接工艺是一种通过熔融或加 压连接金属部件的方法，广泛 应用于制造业和维修领域。
焊接工艺的优点包括强度高、 连接可靠、成本低等，缺点包 括易产生变形、裂纹等缺陷。
焊接工艺的应用范围广泛，包 括建筑、船舶、汽车、航空航 天等领域。
2
铸造工艺具有适应性广、生产成本低、可以制造 复杂结构件等优点，广泛应用于机械、汽车、航 空、船舶等领域。
3
铸造工艺的发展趋势泛的铸造方 法之一，其工艺过程包括造型、 制芯、合型、浇注、冷却和落砂
等步骤。
砂型铸造所用的材料主要是砂型 、砂芯和涂料，其中砂型是形成
锻造铸造焊接工艺的应用与
05
发展
锻造铸造焊接工艺的应用领域
汽车制造
锻造和铸造工艺用于制造汽车零部件 ，如发动机缸体、变速器壳体等。焊
接工艺用于车身结构的拼接。
船舶制造
锻造和铸造工艺用于制造船舶发动机 和关键零部件。焊接工艺用于船体结
构的拼接。
航空航天
锻造和铸造工艺用于制造飞机和火箭 发动机零部件，如涡轮叶片、燃烧室 等。焊接工艺用于机身和机翼的拼接 。
模锻工艺
2-1 铸造工艺基础
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17
浇 不 足
后 退
18
冷
隔
后 退
19
三、影响充型能力的因素
1.合金性质——合金流动性：决定于合金种类与 化学成分。合金种类0.77
2.11
4.3
C%
2.浇注条件
浇注温度
对液态金属的充型能力有决定性的影响。
温度高，充型能力就强。这是因为浇注温度提高，合金液的粘度 就降低，浇注以后保持液态的时间也就延长，传给铸型的热量就 增多，这就使铸型和金属液的冷却速度就降低，从而使合金的充 型能力增强。 对于薄壁铸件，适当提高浇注温度是改善充型能力、防止产生浇 不到、冷隔的重要措施。这些措施在生产中经常采用，也比较方 便。
空腔中填充的金属。
冷铁：为了增加铸件局部的冷却速度，在砂型中安放的
金属物。
40
冒口补缩示意图
浇注系统 冒口
冷铁
设臵冒口，是我们在工艺上防止缩孔和缩松形成的非 常有效的一项措施。 铸件按照规定的方向顺序凝固，铸件的每一部分的收 缩都会得到在以后凝固的金属液的补充，这样使得缩 孔最后转移到冒口当中去，清理时将冒口切除即可。
有利于液态金属中的气体和熔渣的上浮 与排除。
有利于合金凝固收缩时的补缩等。
16
2.合金充型能力差，铸件容易产生浇不足、冷隔、气 孔、夹渣、缩孔等铸造缺陷，不能得到完整的零件。
浇不足： 铸件残缺，轮廓不完整，或轮廓可能
完整但边角圆而且光亮。
冷隔：在铸件上穿透或不穿透，边缘呈圆角状的
锻造铸造焊接工艺学课件
随着自动化和智能化技 术的发展，焊接机器人 和焊接专机得到了广泛 应用，提高了焊接质量 和效率。
锻造、铸造与焊接技术发展趋势
01
锻造
未来将更加注重智能化和柔性化生产，提高生产效率和产品质量。同时
，新材料、新工艺的研究和应用也将成为锻造技术发展的重要方向。
02
铸造
未来将更加注重绿色环保和智能化生产，推广循环经济模式，降低能耗
材料性能变化
材料在塑性变形过程中，其力学性能、物理性能和化 学性能发生变化的现象。
在锻造、铸造和焊接过程中，由于材料受到外力作用 和热作用的影响，其力学性能、物理性能和化学性能 会发生相应的变化。例如，材料的屈服点、抗拉强度 、韧性等力学性能会发生变化；热膨胀系数、热导率 等物理性能也会发生变化；同时，材料的化学成分和 相组成也可能发生变化。这些变化会影响材料的最终 使用性能和加工工艺性能。
主要用于生产复杂、高精度和特殊性能要求的铸件。
铸造工艺材料
铸造材料分类
01
根据用途可分为铸造用原砂、粘结剂、涂料等。
铸造材料选择
02
根据铸件的材料、性能要求和工艺方法选择合适的铸造材料。
铸造材料发展趋势
03
随着科技的发展，新型铸造材料不断涌现，如高强度、高耐磨
性的铸造用砂等。
CHAPTER
03
焊接工艺学
熔化焊接分类
根据加热方式的不同，熔化焊接可分为电弧焊、气焊、激光焊等。
熔化焊接特点
熔化焊接具有连接强度高、适用范围广等优点，但也存在需要使用 大量热源、容易产生焊接缺陷等缺点。
压力焊接工艺
压力焊接定义
压力焊接是一种通过在焊接过程中施加压力，使两个金属物体在固 态下实现原子间结合的工艺。
锻造铸造焊接工艺学
锻造铸造焊接工艺学简介锻造、铸造和焊接是制造业中常见的金属加工工艺。
它们都是将金属材料加热至高温，然后通过力的作用使其改变形状或连接在一起。
锻造铸造焊接工艺学是研究和应用这些工艺的学科。
锻造工艺锻造是将金属加热至适宜的温度，然后通过外力施加在金属上，使其改变形状的工艺。
常见的锻造工艺有锤击锻造、压力锻造和滚锻等。
锤击锻造锤击锻造是最早出现的一种锻造工艺，基本原理是利用锤头对金属进行敲击，使其发生塑性变形。
通过不同力度和角度的敲击可以得到不同形状和尺寸的金属制品。
锤击锻造适用于各种金属材料，尤其对于高强度和高硬度的合金材料效果更好。
压力锻造压力锻造是指利用压力对金属进行挤压，使其发生塑性变形的锻造工艺。
常见的压力锻造设备包括液压机、机械压力机等。
压力锻造适用于各种大型和小型金属制品的生产，可以得到高精度和高强度的制品。
滚锻滚锻是一种特殊的锻造工艺，它利用滚轮对金属进行辊压，使其发生塑性变形。
滚锻可以生产出形状复杂、尺寸精确的金属制品，特别适用于大规模生产。
铸造工艺铸造是将金属或金属合金熔化后，倒入预先准备好的模具中，待冷却凝固后得到所需形状和尺寸的工艺。
根据模具的不同，铸造工艺可分为砂型铸造、陶瓷型铸造和金属型铸造等。
砂型铸造砂型铸造是最常见的铸造工艺，其原理是将金属熔液倒入砂型中，待冷却凝固后得到金属制品。
砂型铸造成本低、适用范围广，但制品的尺寸和表面质量相对较低。
陶瓷型铸造陶瓷型铸造是一种高精度铸造工艺，通过制作陶瓷模具，可以得到形状复杂、尺寸精确、表面光滑的金属制品。
陶瓷型铸造适用于生产高精度的金属制品，如航空航天部件等。
金属型铸造金属型铸造是一种特殊的铸造工艺，它使用金属模具代替传统的砂型或陶瓷型模具。
金属型铸造可以生产出高精度和高质量的金属制品，尤其适用于批量生产。
焊接工艺焊接是将两个或多个金属材料通过加热或加压等方法连接在一起的工艺。
常见的焊接工艺有电弧焊、气体焊、激光焊等。
电弧焊电弧焊是一种常见的焊接工艺，其原理是利用电流产生的弧光加热金属材料，使其熔化并连接在一起。
第二章铸造锻压和焊接工艺基础1
视频：永乐大钟（中国博物馆之镇馆之宝） 青铜钟铸造工艺
在大量生产铸件时都是采用机器造型 机械化造型车间是以各种造型机为核心,配以翻箱
机、合箱机、压铁机、落砂机等辅助设备和砂处 理设备及运输系统组成的机械化和自动化程度较 高的生产流水线
生产率高、质量稳定、劳动强 度低、对工人技术水平要求不 高，适应大量生产
设备费用高、金属模板生产周 期长，只能两箱造型
铸件一般作为毛坯经切削加工成为零件。
但也有许多铸件无需切削加工就能满足 零件的设计精度和表面粗糙度要求，直 接作为零件使用。
2.工艺特点
铸造是生产零件毛坯的主要方法之一，尤其对于有 些脆性金属或合金材料（如各种铸铁件、有色合金铸件 等）的零件毛坯，铸造几乎是唯一的加工方法。
与其它加工方法相比，铸造工艺具有以下特点：
3）铸件的形状和大小可以与零件很接近，既节约金属材 料，又省切削加工工时
4）铸件一般使用的原材料来源广、铸件成本低
5）铸造工艺灵活，生产率高，既可以手工生产，也可以 机械化生产
6）生产过程复杂、工序多，废品率高，铸件力学性能差
铸造是人类掌握比较早的一种金属热加工工艺，中 国约在公元前1700～前1000年之间已进入青铜铸件的全 盛期，工艺上已达到相当高的水平。
因此，三箱造型仅用于形状复杂、不能用两箱造 型的铸件生产。
活块造型
铸件上妨碍起模的部分（如凸台、筋条等）做成活块， 用销子或燕尾结构使活块与模样主体形成可拆连接。 起模时先取出模样主体，活块模仍留在铸型中，起模 后再从侧面取出活块的造型方法称为活块模造型。
模块一 铸、锻、焊工艺及应用——铸造
3）固态收缩。指合金从固相 线温度冷却到室温时的收缩。 用线收缩率表示。它对铸件形 状和尺寸精度影响很大，是铸 造应力、变形和裂纹等缺陷产 生的基本原因 。
a)
b)
c)
图2-6 铸造合金收缩过程示意图
a) 合金状态图 b) 一定温度范围合金 c) 共晶合金
I—液态收缩 II—凝固收缩 III—固态收缩
1） 缩孔和缩松
凝固结束后在铸件某些部位出现的孔洞。大而集中的 孔洞称为缩孔，细小而分散的孔洞称缩松。缩孔缩松可使 铸件力学性能大大降低，以致成为废品。
2.2 铸造工艺基础
(a). 缩孔和缩松的形成 a）缩孔的形成 形成条件，金属在恒温或很窄的温度范围内结晶， 铸件壁以逐层凝固方式凝固。形成过程如图2-7所示。 缩孔产生的基本原因是合金的液态收缩和凝固收缩值大于固态 收缩值，且得不到补偿。缩孔产生的部位在铸件最后凝固区域，此 区域也称热节。
拖拉机
农业机械 汽车
2.2 铸造工艺基础
2.2.1 铸件的凝固 2.1.2 合金的铸造性能
2.2.1 铸件的凝固
1.铸造合金的结晶 铸造合金的结晶通过晶核的形成和晶体的长大 这两个相互联系的基本过程来实现。
2.2 铸造工艺基础
2.铸件的凝固方式
在铸件凝固过程中，铸件断面上存在三个区域，即固相区、凝固区 和液相区。其中凝固区对铸件质量有较大影响。铸件的凝固方式也可根 据凝固区的宽窄来划分，如图2-1。
2.2 铸造工艺基础
3.) 铸型条件
a）铸型的蓄热能力越强，充型能力越差； b）铸型温度越高，充型能力越好；
c）铸型中的气体阻碍充型；
d）铸件结构，壁厚过小、壁厚变化剧烈、结构复杂、 大平面都影响充型。
2.2过程中，体积或尺寸缩小的现象。 合金的收缩过程可分为三个阶段：如图2-6所示。 1）液态收缩。指合金从浇注温度冷却到液相线温度过程中的收缩。 2）凝固收缩。指合金在液相 线和固相线之间凝固阶段的收 缩。结晶温度范围越大，收缩 率越大。液态和凝固收缩时金 属液体积缩小，是形成缩孔和 缩松的基本原因。
模块一 铸、锻、焊工艺及应用——锻造
根据变形的温度，金属的塑形变形分为冷变形和热变形。
冷变形：指金属在其再结晶温度以下进行塑性变形。如冷冲压、冷弯、冷挤、冷 镦、冷轧和冷拔，能获得较高的硬度及表面质量。 热变形：指金属在其再结晶温度以上进行塑性变形。如锻造、热挤和轧制等，能 消除冷变形强化的痕迹，保持较低的塑性变形抗力和良好的塑性。
1）金属的化学成分：化学成分不同，塑性不同，锻造性能不同。 2）金属的组织状态：组织结构不同，锻造性能不同；单一固溶体组成的合金， 塑性好，锻造性能好；铸态柱状组织和粗晶结构不如细小均匀的晶粒结构； 金属内部有缺陷也不一样。
2.金属的变形条件
1）变形温度：温度升高，塑性上升，降低变形抗力，易于锻造；但温度过高也 会产生相应的缺陷，如氧化，脱碳、过热和过烧等。故要严格控制锻造温度 范围。
3.3 自由锻 3.3.3. 自由锻工序
根据作用与变形要求的不同，可分为基本工序、辅助工序和精整工序。
1.基本工序：改变坯料的形状和尺寸以达到锻件基本成形的工序， 包括镦粗（动画演示）、拔长（动画演示）、冲孔（动画演示）、 弯曲（动画演示）、切割、扭转、错移（动画演示）等。最常用 的是镦粗、拔长、冲孔。 2.辅助工序：为了方便基本工序的操作，而使坯料预先产生某些局 部变形的工序。如压钳口、倒棱和切肩。 3.精整工序：修整锻件的最后尺寸和形状，消除表面的不平和歪扭， 使锻件达到图纸要求的工序。如修整鼓形、平整端面、校直弯曲。
3.2 锻压工艺基础
2）变形速度：指金属在锻压加工过程中单位时间内的相对变形量。 变形速度的影响较复杂：一方面变形速度增大，冷变形强化现象 严重，变形抗力增大，锻造性能变坏；另一方面变形速度很大时 产生的热能使金属温度升高，提高塑性，降低变形抗力，锻造性 能变好。 如图3-8所示。
铸造工艺基础(1)
铸造工艺基础一、概述铸造是一种古老而重要的金属加工技术，它是将熔融的金属倒入模具中，待其冷却凝固后形成所需形状的金属零件的过程。
铸造工艺广泛应用于机械、航空、汽车、船舶、电力等工业领域，是制造各种零部件和产品的关键技术之一。
二、铸造工艺流程1.模具设计：根据产品图纸或样品，设计出模具的结构和尺寸。
2.模具制造：按照设计图纸，制造出精确的模具。
3.熔炼金属：将所需的金属材料加热至熔融状态。
4.浇注：将熔融的金属液体倒入模具中。
5.冷却凝固：使金属液体在模具中冷却凝固。
6.脱模：从模具中取出铸件。
7.清理和加工：对铸件进行清理、加工和检验，以满足产品要求。
三、铸造方法1.砂型铸造：利用砂型进行铸造的方法，适用于生产各种形状和尺寸的铸件。
2.金属型铸造：利用金属模具进行铸造的方法，适用于生产中小型、形状简单的铸件。
3.压力铸造：在高压下将熔融的金属注入模具，实现快速凝固和成型的方法，适用于生产小型、高精度、高强度铸件。
4.离心铸造：利用旋转的模具，将熔融的金属注入其中，实现离心浇注的方法，适用于生产管状、套筒状等旋转体铸件。
5.消失模铸造：利用可溶性泡沫塑料制造铸型，将熔融的金属注入其中，待冷却后泡沫塑料溶解，形成铸件的方法。
四、铸造材料铸造常用的材料有铸铁、铸钢、铝合金、铜合金等。
不同的材料具有不同的物理和化学性能，需要根据产品要求选择合适的材料。
五、铸造缺陷及预防措施1.气孔：铸件内部存在气体形成的孔洞，可采用控制熔炼温度和浇注速度、提高模具排气能力等措施预防。
2.缩孔：铸件冷却过程中，由于体积收缩引起的孔洞，可通过控制金属液的补缩量来预防。
3.夹渣和夹砂：铸件表面或内部的渣子和砂粒，可通过控制熔炼温度和时间、保持模具清洁等措施预防。
4.裂纹：铸件冷却过程中产生的裂纹，可通过优化模具设计和制造工艺、控制铸件壁厚等措施预防。
5.组织疏松：铸件内部组织不紧密，可通过控制熔炼温度和浇注温度等措施预防。
机械制造之锻造、焊接
机械制造之锻造、焊接1. 引言锻造和焊接是机械制造中常用的两种加工工艺。
锻造是指通过将金属材料加热至一定温度后，在受到一定压力下，使其发生塑性变形的加工方法。
而焊接则是将两个或多个金属部件通过加热、熔化和冷却的方式进行连接的加工方法。
本文将介绍锻造和焊接的基本原理、应用领域以及相应的工艺流程。
2. 锻造2.1 原理锻造的原理是利用金属材料在加热至一定温度后的高温条件下，受到一定压力的作用而发生塑性变形。
通过外力的作用，金属材料的晶粒结构发生重排和变形，从而使材料形成所需的形状。
2.2 应用锻造在各个领域中都得到广泛应用。
在汽车制造、航空航天、军工等行业中，锻造常用于制造各种零部件，如轴承、轴瓦、凸轮轴等。
此外，在钢铁工业中，锻造也是常见的一种钢材成型工艺。
2.3 工艺流程锻造的工艺流程一般包括以下几个步骤：1.原料准备：选择合适的金属材料，并按照要求进行预热处理。
2.加热：将金属材料加热至一定温度，通常使用燃气炉或电阻炉进行加热。
3.锻造操作：将加热后的金属材料放置在锻造设备上，并施加一定的压力进行锻造。
常用的锻造设备有锤击锻造机和液压机。
4.后处理：对锻造后的零部件进行清洁、退火和表面处理，以提高其性能和外观质量。
3. 焊接3.1 原理焊接是利用加热或加压等方式将两个或多个金属部件连接在一起的加工方法。
焊接时，金属部件的表面被加热至熔化或半熔化状态，形成熔融池，并通过固化来完成连接。
3.2 应用焊接广泛应用于各个行业中的金属结构制造。
在汽车制造中，焊接用于车身和底盘的连接；在船舶制造中，焊接用于船体的组装；在建筑工程中，焊接用于钢结构的搭建。
此外，焊接也用于金属容器、管道、电子元器件等的制造。
3.3 工艺流程焊接的工艺流程一般包括以下几个步骤：1.准备工作：清洁焊接部位的金属表面，并进行必要的预处理，如除锈、切割等。
2.定位和固定：将待焊接的金属部件进行定位，并通过夹具、焊接钳等固定。
3.加热或加压：根据需要选择适当的焊接方式，如电弧焊、气体焊、点焊等。
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焊、铸、缎工艺基础一、焊1、焊接热影响区的组织变化及其对焊接接头性能的影响。
焊接热影响区是指焊缝两侧金属因焊接热作用而发生金相组织的力学性能变化的区域。
热影响区可分为熔合区过热区正火区和部分相变区等。
（1）熔合区：是焊缝和基体金属的交接过渡区。
此区温度处于固相线和液相线之间，由于焊接过程中的母材部分熔化，所以也成为半熔化区。
此时熔化的金属凝固成铸态组织，未熔化金属因加热温度过高而成为过热粗晶。
在低碳钢焊接接头中，熔合区虽然很窄，但因其强度塑性和韧性都下降，而且此处接头断面变化，易引起应力集中，所以熔合区在很大程度上决定着焊接接头的性能（2）过热区：被加热到Ac3以上100~200度至固相线温度区间。
由于奥氏体晶粒粗大，形成过热组织，故塑性及韧性降低。
对于易淬火硬度钢材，此区间脆性大（3）正火区：被加热到Ac1至Ac3以上100~200度区间。
加热时金属发生重结晶，转变为细小的奥氏体晶粒。
冷却后得到均匀而细小的铁素体和珠光体组织，其力学性能优于母材（4）部分变相区：相当于加热到Ac1至Ac3温度区间。
珠光体和部分铁素体发生重结晶，转变成细小的奥氏体晶粒。
部分铁素体不发生相变，但其晶粒有长大趋势。
冷却后晶粒大小不均，因而力学性能比正火区稍差。
焊接热影响区的大小和组织性能变化的程度，决定于焊接方法焊接参数接头形式和焊后冷却速度等因素。
2.埋弧自动焊&原理：埋弧焊是电焊在焊剂层下燃烧进行的方法。
焊接时，焊接机头将光焊丝自动送入电弧区并保持选定的弧长。
电弧在颗粒状焊剂层下面燃烧，焊机带着焊丝均匀地沿坡口移动，或者焊机机头不动，工件匀速移动。
在焊丝前方，焊剂从漏斗中不断流出撒在被焊部位。
焊接焊缝时，部分焊剂熔化形成熔渣覆盖在焊缝表面，大部分焊剂不熔化，可重新回收使用。
特点：1生产率高。
2焊接质量高而且稳定。
3节省金属材料。
4改善劳动条件。
应用范围：埋弧焊设备费用高，工艺装备复杂，对接头加工与装配要求严格，只适用于批量生产长的直线焊缝与圆筒形工件的纵环焊缝。
对狭窄位置的焊缝以及薄板的焊接，埋弧焊则受到一定限制。
3.CO2气体保护焊&原理：CO2气体保护焊是以CO2为保护气体的气体保护焊。
它是用焊丝做电极，靠焊丝和工件之间产生的电弧熔化工件金属与焊丝形成熔池，凝固后成为焊缝，焊丝有送丝机构送入软导管，再经导电嘴送出。
CO2气体从焊炬喷嘴中以一定流量喷出。
电弧引燃后，焊丝端部及熔池被CO2气体所包围，故可以防止空气对高温金属的侵害。
特点：1成本低2生产率高3操作性能好4质量较好。
应用：广泛用于造船机车车辆汽车农业机械等工业部门，主要用于30mm以下厚度低碳钢和部分低合金钢工件。
4.氩弧焊&原理：是以氩气为保护气体的气体保护焊。
惰性气体氩气可保护电极和熔池金属不受空气的有害作用。
高温情况下，氩气不与金属起化学反应，也不溶于金属。
因此氩弧焊的质量比较高。
特点：1适合焊接各类合金钢易氧化的非铁金属及锆钽钼等稀有金属材料。
2氩弧焊电弧稳定飞溅小焊缝致密表面没有焊渣成型美观。
3电弧和熔池区受气流保护，明弧可见便于操作容易实现全位自动焊接。
4 电弧在气流压缩下燃烧热量集中熔池较小焊接速度较快焊接热影响区较窄因而工件焊后变形小。
应用范围：氩气价格较高，氩弧焊主要用于焊接铝镁钛及其合金，也用于焊接不锈钢耐热钢和部分重要的低合金钢工件。
5.等离子弧焊与切割 &原理：借助水冷喷嘴对电弧的拘束与压缩作用，获得较高能量密度的等离子弧进行焊接的方法。
特点：1等离子弧能量密度大，弧柱温度高穿透能力强。
因此焊接厚度10~12mm的钢材可不开坡口一次焊透双面成形，焊接速度快生产率高焊缝表面光洁。
2当电流小于0.1A时，电弧仍能稳定燃烧，并保持良好的挺直度度和方向性。
故等离子弧可以焊接很薄的箔材。
应用：等离子弧切割不仅切割效率比氧气切割高1~3倍，而且还可以切割不锈钢铜铝及其合金难熔金属和非金属材料。
6金属材料的可焊性：金属材料的焊接性是指在限定的施工条件下，焊接成按规定设计要求的构件，并满足预定服役要求的能力。
即金属材料在一定焊接工艺条件下，表现出来的焊接难易程度。
铸铁含碳量高，组织不均匀，塑性很低，属于焊接性很差的材料。
所以，铸铁的焊接主要是焊补工作。
2、铸铁补焊工艺及其应用范围：铸铁焊接特点：(1)熔合区易产生白口组织（2）易产生裂纹（3）易产生气孔铸铁的流动性好，立焊时熔池金属容易流失，所以一般只进行平焊。
根据铸铁的焊接特点，采用气焊，焊条电弧焊进行焊补较为适宜。
按焊前是否预热，铸铁的补焊可分为热焊法和冷焊法两大类：(1)热焊法。
焊前将工件整体或局部预热到600~700度，补焊后缓慢冷却。
热焊法能防止工件产生白口组织和裂纹，焊补质量较好，焊后可进行机械加工。
但热焊法成本较高，生产率低，焊工劳动条件差。
一般用于焊补形状复杂，焊后需进行加工的重要铸件。
如床头箱，汽缸体等。
(2)冷焊法。
焊补前工件不预热或只进行400度以下的低温预热。
焊补时主要依靠焊条来调整焊缝的化学成分，以防止或减少白口组织和避免裂纹。
冷焊法方便，灵活，生产率高，成本低，劳动条件好，但焊接处切削加工性能较差。
生产中多用于焊补要求不高的铸件以及不允许高温预热引起变形的铸件。
焊接时，应尽量采用小电流，短弧，窄焊缝，短焊道（每段不大于50min），并在焊后及时锤击焊缝，以松弛应力，防止焊后开裂。
3、铜及其合金的焊接工艺特点：（1）铜的导热性很高（紫铜为低碳钢的8倍），焊接时热量极易散失。
因此，焊前工件要预热，焊接中要选用较大的电流或火焰。
否则容易造成焊不透缺陷（2）液态铜易氧化，生成的Cu2O与铜可组成低熔点共晶体，分布在晶界上形成薄弱环节。
又因为铜的膨胀系数大，冷却时收缩率也大，容易产生较大的焊接应力。
因此，焊接过程中极易引起开裂（3）铜在液态时吸气性强，特别容易吸收氢气。
凝固时，气体将从熔池中析出，来不及逸出就会在工件中形成气孔(4)铜的电阻极小，不适于电阻焊(5)某些铜合金比纯铜更容易氧化，使焊接的困难增大。
铜及铜合金可用氩弧焊，气焊，碳弧焊，钎焊等进行焊接。
其中氩弧焊主要用于焊接紫铜和青铜件。
气焊主要用于焊接黄铜件。
4、铝及铝合金的焊接工艺特点：（1）铝与氧的亲和力很大，极易氧化生成氧化铝。
氧化铝组织致密，熔点高达2050度，覆盖在金属表面，能阻碍金属熔合。
此外，氧化铝的密度较大，易使焊缝形成夹渣缺陷（2）铝的导热系数较大，焊接中要使用大功率或能量集中的热源。
工件厚度较大时应考虑预热。
铝的膨胀系数也较大，易产生焊接应力与变形，并可能导致裂纹的产生（3）液态铝能吸收大量氢气，而固态铝却几乎不能溶解氢。
因此在熔池凝固中易产生气孔（4）铝在高温时强度和塑性很低，焊接中常由于不能支持熔池金属而形成焊缝塌陷。
因此常需采用垫板进行焊接。
目前焊接铝及铝合金的常用方法有氩弧焊，气焊，点焊，缝焊和钎焊。
其中氩弧焊是焊接铝及铝合金较好的方法，焊接时可不用焊剂。
但要求氩气纯度大于99.9%。
气焊常用要求不高的铝及铝合金工件的焊接。
5、焊接接头形式：对接接头，角接接头，T形接头，及搭接接头。
6、焊缝的布置：（1）焊缝布置应尽量分散（2）焊缝的位置应尽可能对称布置（3）焊缝应尽可量避开最大应力断面和应力集中位置。
（4）焊缝应尽量避开机械加工表面（5）焊缝位置应便于焊接操作二、铸造工艺基础1.收缩：合金从浇注凝固直至冷却到室温，其体积或尺寸缩减的现象称为收缩2.影响收缩的主要因素有：化学成分、浇注温度、铸件结构、铸型条件3.缩孔的形式：集中在铸件上部或最后凝固部位容积较大的孔洞。
多呈倒圆锥形内表面粗糙，隐藏在铸件内层，某些情况下暴露在表面呈现凹坑。
预防措施：在实际中，通常采用顺序凝固原则，并设法使分散的缩松转化为集中的缩孔，在使集中的缩孔转移到冒口中，最后将冒口切除即可获得完好铸件。
即通过设置冒口和冷铁，使铸件从远离冒口的地方开始凝固并逐渐向冒口推进，冒口最后凝固。
4、裂纹的形成原因：如果铸造内应力超过合金的强度极限时，铸件便会产生裂纹。
防治措施：裂纹分为热裂和冷裂两种。
防止热裂的主要措施：使铸件的结构合理，合理选用型砂或芯砂的粘结剂，以改善其退让性；严格限制铸钢和铸铁中硫的含量。
防止冷裂：减少铸造内应力或降低合金脆性，限制铸钢和铸铁中磷的含量。
5、砂型铸造1.手工造型：全部用手工或手动工具完成的造型工序。
机器造型：用机械完成全部或至少完成紧沙起模操作的制造工序。
2.特点及应用：手工造型方法比较灵活，适应性较强，生产准备时间短，但生产率低，劳动强度大，铸件质量差，因此手工造型多用于单件小批量生产。
机器造型可大大提高生产率和铸件尺寸精度，降低表面粗糙度，减少加工余量，并改善工人的劳动条件，目前广泛应于大批量生产。
6.浇注位置的选择原则（1）铸件的重要的加工面应朝下（2）铸件的大平面应朝下（3）应将面积较大的薄壁部分置于铸型下部或使其处于垂直或倾斜的位置（4)应将厚的部分放在铸件上部，以便安置冒口，实现顺序凝固。
7.分型面的选择原则1应尽量使分型面平直，数量少2）应避免不必要的型芯和活块，以简化造型工艺3）应尽量使铸件全部或大部分置于下箱。
8、拔模斜度与结构斜度的区别：拔模斜度是造型过程中为便于起模而额外加的斜度,如果是加工面还必须把这部分切削掉,这样增加了金属的消耗。
结构斜度是设计铸件的结构时直接带的,可以不必再特意设拔模斜度,铸完不用切削掉。
&特种铸造& 熔模铸造工艺过程：1蜡模制造2型壳制造3焙浇和注浇特点：1铸件精度高，表面光洁2）可制造难以砂型铸造或机械加工的形状很复杂的薄壁铸件3）适合于各种合金铸件4)生产批量不受限制（5）生产工艺复杂且周期长。
铸件成本高。
应用范围：最适于高熔点合金精密铸件的成批，大量生产，主要用于形状复杂，难以切削加工的零件。
特种铸造9消失模铸造的工艺过程：[1]模样制造（2）挂涂料（3）干砂造型（4)浇注和落砂清理。
特点：(1)它是一种近乎无余量的精密成形技术，铸件尺寸精度高，表面粗糙度低，接近熔模铸造水平（2）无需传统混砂，制芯，造型等工艺及设备，故工艺过程简化，易实现机械化，自动化生产，设备投资较少，占地面积小（3）为铸件结构设计提供了充分的自由度，如原来需要加工成形孔，槽等直接铸出（4）铸件清理简单，机械加工量减少（5）适应性强。
对合金种类，铸件尺寸及生产数量几乎没有限制。
应用范围：应用极其广泛，如单件、小批生产冶金矿山船舶机床等一些大型铸件，以及汽车，化工锅炉等行业大型冷冲铸件模具等。
{2} 结构设计。
铸造工艺对铸件结构设计的要求(外形，内腔，凸台）（1）尽量避免铸件起模方向存有外部侧凹，以便于起模（2）尽量使分型面为平面（3）凸台和筋条结构应便于起模（4）垂直分型面上的不加工表面最好有结构斜度（5）尽量少用和不用型芯(6)应有足够的芯头。