铸造成型第一讲

生产准备
（市场调查， 市场调查， 购买原材料） 购买原材料）
毛坯制造
铸造， （铸造，锻 焊接， 造，焊接， 冲压等） 冲压等）
机械加工
（车，铣， 刨，磨，钻， 镗等） 镗等）
装配调试
组装， （组装，部 总装） 装，总装）
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二、本课程的学习目的
（1）了解和掌握常用的工程材料； 了解和掌握常用的工程材料； （2）了解和掌握铸造、锻造、焊接、切削加工和特种加工； 了解和掌握铸造、锻造、焊接、切削加工和特种加工； （3）熟悉机械制造全过程，并了解现代机械制造技术。 熟悉机械制造全过程，并了解现代机械制造技术。
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§1
铸 造
一、铸造的定义： 将液态金属浇注到具有与零件形 状、尺寸相适应的铸型中，冷却凝 固后获得毛坯或零件的方法。
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二、铸造的特点： 铸造是利用液态金属直接凝固 成形 ⑴ 适应性广 ⑵ 生产复杂零件 ⑶ 成本较低
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三、铸造的不足 ：
⑴生产过程复杂, ⑴生产过程复杂,废品率高 ⑵铸件的力学性能较低 ⑶工人劳动条件差
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（2）缩松的防止： a. 选用共晶成分合金或结晶温 度 范围较小的合金 b. 加大铸件的冷却速度 c. 加大结晶压力
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§1–1–3 铸造内应力、变形和裂纹 铸造内应力、
* 铸件的固态收缩受到阻碍时，将会在 铸件内部产生内应力，称为铸造内应力。 * 铸造内应力是铸件产生变形和裂纹的 基本原因 * 铸造内应力分为热应力和机械应力
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3、影响充型能力的因素： （1）浇注条件：浇注温度 浇注速度 浇注压力 （2）铸型：铸型的导热能力 铸型的阻力 铸型的温度
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§1–1–2 铸件的凝固与收缩
一、铸件的凝固方式：
凝固过程中一般有三个区域：固相区、 凝固区和液相区，凝固区中液相和固相并存。 根据凝固区的宽窄，凝固方式分为： 1、逐层凝固 2、糊状凝固 3、中间凝固
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铁碳状态图的应用 1、选用材料： 选用材料： 由铁碳相图可知，合金中随着含碳量的不同， 由铁碳相图可知，合金中随着含碳量的不同，其 组织各不相同，从而导致其力学性能不同。因此， 组织各不相同，从而导致其力学性能不同。因此，我们 就可以根据机器零件所要求的性能来选择不同含碳量的 材料。 材料。 2、叛断切削加工性能： 叛断切削加工性能： 低碳钢中铁素体较多 塑性好，加工性不好； 中铁素体较多， 低碳钢中铁素体较多，塑性好，加工性不好；中 碳钢中铁素体含量比例适当 钢的硬度适当，易于加工。 中铁素体含量比例适当， 碳钢中铁素体含量比例适当，钢的硬度适当，易于加工。 3、制定热加工工艺： 制定热加工工艺： 铸造工艺方面 工艺方面， 在铸造工艺方面，根据相图可以确定合适的熔化温 度和浇注温度，含碳量为4.3%的铸铁铸造性最好 的铸铁铸造性最好； 度和浇注温度，含碳量为4.3%的铸铁铸造性最好；在 锻造工艺方面 工艺方面， 锻造工艺方面，可以选择钢材的轧制和锻造的温度范围 应在奥氏体区。 应在奥氏体区。 4、应用于热处理生产： 应用于热处理生产： 由相图可知合金在固态加热和冷却过程中均有组织 的变化，可以进行热处理。并且可以正确选择加热温度。 的变化，可以进行热处理。并且可以正确选择加热温度。
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1、共晶成分合金的流动性最好 共晶成分合金的流动性最好
不同合金的结晶特性：
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2、铸铁中的磷可提高合金的流 动性，但也可引起铁的冷脆 性 3、铸铁中的硫会使合金的流动 性下降
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三、充型能力
1、定义： 在铸造时，液态合金充满 铸型型腔，获得轮廓清晰、形状准 确的铸件的能力 2、流动性与充型能力的关系
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2、缩松的形成：
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3、缩孔和缩松的防止
（1）缩孔的防止：采用冒口和冷铁，使铸件实现 定向凝固： 定向凝固：是在铸件可能出现缩孔的厚大部位安 放冒口，使铸件远离冒口的部位最先凝固，然后 是靠近冒口的部位凝固，最后是冒口本身凝固。
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冷铁的使用：
固
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冷铁的作用：加快铸件的局部冷速，以 冷铁的作用：加快铸件的局部冷速，以 控制铸件的凝固顺序，本身并不起补缩 作用。冷铁分外冷铁和内冷铁
2、流动性的测定：
螺旋形金属流动性试样
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二、影响合金流动性的主要因素：
影响因素很多，凡影响铸型中液态 合金保持流动时间长短和流动速度 的因素，都能影响其流动性，但化 的因素，都能影响其流动性，但化 学成分的影响最为显著 学成分的影响最为显著
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(一). 铁碳合金的基本组织
1、铁素体（F）：碳与α-Fe形成的间隙固溶体。 铁素体（ 碳与α Fe形成的间隙固溶体 形成的间隙固溶体。 性能---强度和硬度低 塑性和韧性好。 强度和硬度低， 性能---强度和硬度低，塑性和韧性好。 2、奥氏体（A）：碳与γ-Fe形成的间隙固溶体。高温组 奥氏体（ 碳与γ Fe形成的间隙固溶体 形成的间隙固溶体。 在大于727℃时存在。 织，在大于727℃时存在。 塑性好， 性能---塑性好 强度和硬度高于F 在锻造、 性能---塑性好，强度和硬度高于F。在锻造、 轧制时常要加热到A 可提高塑性，易于加工。 轧制时常要加热到A，可提高塑性，易于加工。 3、渗碳体（ Fe3C ）：铁与碳形成的金属化合物。 渗碳体（ 铁与碳形成的金属化合物。 硬度高， 性能---硬度高 脆性大。 性能---硬度高，脆性大。 4、珠光体（ P ）：F与Fe3C组成的机械混合物。 珠光体（ 组成的机械混合物。 性能---力学性能介于两者之间 力学性能介于两者之间。 性能---力学性能介于两者之间。 组成的机械混合物。 5、莱氏体（ Ld ）：A与Fe3C组成的机械混合物。 莱氏体（ 性能---硬度高 塑性差。 硬度高， 性能---硬度高，塑性差。
机械制造基础
李玉平
1
本课程的教材主要有: 一、本课程的教材主要有:
1、材料成形工艺基础 2、机械加工工艺基础
2
一、本课程的性质和内容
1、本课程的性质 、
机电类专业的主干专业基础课 机电类专业的主干专业基础课
2、本课பைடு நூலகம்的内容 、
机械制造： 将原材料制成零件的毛坯，将毛坯加工成机械零件， 机械制造 将原材料制成零件的毛坯，将毛坯加工成机械零件， 制成零件的毛坯 加工成机械零件 再将零件装配成机器的整个过程。 装配成机器的整个过程 再将零件装配成机器的整个过程。
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三、缩孔与缩松
液态合金在铸型内的冷凝过程中， 如果其液态收缩和固态收缩所引起 的体积减小得不到金属液的补充 （即补缩），将在铸件最后凝固的 部分形成孔洞。由此造成的容积较 大的集中孔洞称为缩孔 大的集中孔洞称为缩孔，细小分散 缩孔，细小分散 的孔洞称为缩松 的孔洞称为缩松。 缩松。
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1、缩孔的形成：
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(二).铁碳合金状态图(相图或平衡图) ).铁碳合金状态图(相图或平衡图)
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铁碳合金状态图分析 1、概念：表示铁碳合金在不同成分和温度下的 概念：表示铁碳合金在不同成分和温度下的 组织、性能以及它们之间相互关系的图形。又称 铁碳合金相图或铁碳合金平衡图。是通过实验的 方法建立起来的。 2、作用：是研制新材料，制定合金熔炼、铸造、 作用：是研制新材料，制定合金熔炼、铸造、 压力加工和热处理等工艺的重要工具。 3、相图的坐标 纵坐标：代表温度。 横坐标：代表含碳量。 4、几个概念
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例如：
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2、铸件变形的预防： （1）铸件设计为壁厚均匀、形状简单而 对称 （2）采用反变形法 （3）时效处理：自然时效、人工时效 自然时效： 自然时效：将铸件置于露天场地一段时间， 使 其缓慢地发生变形，从而使内应力消 除 人工时效：将铸件加热到550~650度进行 人工时效：将铸件加热到550~650度进行 去应力退火
四、铸造分类：
根据造型方法不同可分为： 砂型铸造和特种铸造
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§1–1 液态合金的铸造性能
铸造性能： 合金在铸造过程中表现出来 的性能，主要指流动性、收缩性、 吸气性等
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§1–1–1 合金的流动性和充型 能力
一、合金流动性： 1、定义：指液态合金本身的流 动能力，它是合金的主要铸造性能 之一。
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2、机械应力的形成：
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3、减小应力的措施
（1）热应力的预防：
减小铸件各处的温差，使其均匀冷 却 具体措施： a.尽量选择弹性模量小的合金 a.尽量选择弹性模量小的合金 b.设计壁厚均匀的铸件 b.设计壁厚均匀的铸件 c.对铸件进行去应力退火处理 c.对铸件进行去应力退火处理 d.在铸造工艺上控制铸件同时凝 d.在铸造工艺上控制铸件同时凝 固
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三.本课程的学习方法
1 、复习《金工实习》的教材内容， 、复习《金工实习》 结合 实习操作掌握的知识，归纳总结。 2、结合《工程材料》课程内容，掌 、结合《工程材料》 握选材和常用材的知识。 3、本课程是一门重要的综合性技术 基础课，重在自学。
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三.本课程的考核办法
1、期末考试成绩占70% 、期末考试成绩占70% 2、平时成绩占30% 、平时成绩占30% （课堂、实验、作业等）
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特性线
ACD：液相线，液相冷却至此开始析出固相，固相 ACD：液相线，液相冷却至此开始析出固相，固相 加热至此全部转化为液相。 AECF：固相线，液态合金至此线全部结晶为固相， AECF：固相线，液态合金至此线全部结晶为固相， 固相加热至此开始转化。 GS：奥氏体(A)开始析出铁素体(F)的转变线，加热 GS：奥氏体(A)开始析出铁素体(F)的转变线，加热 时F全部溶入A，又称A3线。 全部溶入A，又称A3线 ES：C在A中的溶解度曲线，又称Acm线。 ES： 中的溶解度曲线，又称Acm线。 ECF：共晶线，含C ECF：共晶线，含C量2.11 % --6.69%的铁碳合金 --6.69%的铁碳合金 混合物---莱氏 至此发生共晶反应，结晶出A 至此发生共晶反应，结晶出A与Fe3C混合物---莱氏 体Ld。 Ld。 PSK：共析线，含C量在0.0218 PSK：共析线，含C量在0.0218 % --6.69%的铁 --6.69%的铁 碳合金至此反生共析反应，产生珠光体P 又称A1 碳合金至此反生共析反应，产生珠光体P ，又称A1 线。