材料成型工艺基础(何柏林)08489课件
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材料成型工艺基础 教学课件 ppt 作者 刘建华 1-5 第5章
第5章粉末冶金及其成型5.1粉末冶金基础5.2粉末冶金工艺过程5.3粉末注射成型技术5.4粉末冶金制品的结构工艺性1 / 875.1粉末冶金基础5.1.1金属粉末的性能金属粉末的性能主要指粉末的物理性能和工艺性能，对其成型和烧结过程以及制品的性能都有重大的影响。
而金属粉末的化学成分对金属粉末的性能也有很大的影响。
1.化学成分金属粉末的化学成分一般是指主要金属或组分、杂质以及气体含量。
其中金属通常占98%~99%以上。
2 / 87金属粉末中的杂质主要为氧化物，氧化物的存在使金属粉末的压缩性变坏，使压模的磨损增大。
它可分为易被氢还原的金属氧化物（铁、铜、钨、钴、钼等的氧化物）和难还原的氧化物（如铬、锰、硅、铝等的氧化物）。
有时含有少量的易还原金属氧化物，有利于金属粉末的烧结，而难还原金属氧化物却不利于烧结。
因此，通常金属粉末的氧化物含量越少越好。
金属粉末中的主要气体杂质是氧、氢、一氧化碳及氮，这些气体杂质使金属粉末脆性增大，压制性能变坏，特别是使一些难熔金属与化合物（如钛、铬、碳化物、硼化物、硅化物）的塑性变坏。
加热时，气体强烈析出，这也可能影响压坯在烧结时的正常收缩过程。
因此，一些金属粉末往往要进行真空脱气处理，以除去气体杂质。
3 / 872.物理性能粉末的物理性能主要包括颗粒形状、颗粒大小和粒度组成，此外还有颗粒的比表面积、颗粒的密度、显微硬度等。
金属粉末的颗粒形状即粉末颗粒的外观几何形状，通常有球状、树枝状、针状、海绵状、粒状、片状、角状和不规则状，它主要由粉末的生产方法决定，同时也与制造过程的工艺参数以及物质的分子和原子排列的结晶几何学因素有关。
粉末的颗粒形状直接影响粉末的流动性、松装密度、气体透过性，对压制性和烧结体强度均有显著影响。
4 / 87通常情况下，金属粉末的颗粒大小可用筛来测定，用“目”来表示。
粉末的颗粒大小对其压制成型时的比压、烧结时的收缩及烧结制品的力学性能有重大影响。
粒度分布是指大小不同的颗粒级的相对含量，也称做粒度组成，它对金属粉末的压制和烧结都有很大影响。
精品课件-材料成型工艺基础-第2章
16
2.浇注温度 合金的浇注温度对流动性的影响极为显著。浇注温度越高， 合金的黏度越低，液态金属所含的热量越多，在同样冷却条件下， 保持液态的时间延长，传给铸型的热量增多，使铸型的温度升高， 降低了液态合金的冷却速度，改善了合金的流动性，充型能力加 强。但是，浇注温度过高，会使液态合金的吸气量和总收缩量增 大，增加了铸件产生气孔、缩孔等缺陷的可能性，因此在保证流 动性的前提下，浇注温度不宜过高。在铸铁件的生产中，常采用 “高温出炉，低温浇注”的方法。
33
图2-6 宏观缩松
34
图2-7 显微缩松
35
由以上的缩孔和缩松的形成过程，可得到以下规律： (1)合金的液态收缩和凝固收缩越大(如铸钢、铝青铜等)， 铸件越易形成缩孔。 (2)结晶温度范围宽的合金易于形成缩松，如锡青铜等；而 结晶温度范围窄的合金、纯金属和共晶成分合金易于形成缩孔。 普通灰口铸铁尽管接近共晶成分，但因石墨的析出，凝固收缩小， 故形成缩孔和缩松的倾向都很小。
20
图2-4 铸件浇注系统
21
铸型浇注系统如图2-4所示，若直浇道过低，则液态合金静压力 减小；内浇道截面过小，铸型型腔过窄或表面不光滑，则增加液 态合金的流动阻力。因此，在铸型中增加液态合金流动阻力和降 低液态合金冷却速度等因素，均会使流动性变坏。
22
2.1.2 合金的收缩 1.合金的收缩及影响因素 1)收缩的概念 液态合金从浇注温度逐渐冷却、凝固，直至冷却到室温的过
29
1)缩孔 缩孔是容积较大的孔洞，常出现在铸件的上部或最后凝固的 部位，其形状不规则，多呈倒锥形，且内表面粗糙。其形成过程 如图2-5所示。 液态合金填满铸型后，合金液逐渐冷却，并伴随有液态收缩， 此时因浇注系统尚未凝固，型腔还是充满的，如图2-5(a)所示。 随着冷却的继续进行，当外缘温度降至固相线温度以下时，铸件 表面凝固成一层硬壳。如内浇道已凝固，所形成的硬壳就像一个 封闭的容器，里面充满了液态合金，如图2-5(b)所示。
2.浇注温度 合金的浇注温度对流动性的影响极为显著。浇注温度越高， 合金的黏度越低，液态金属所含的热量越多，在同样冷却条件下， 保持液态的时间延长，传给铸型的热量增多，使铸型的温度升高， 降低了液态合金的冷却速度，改善了合金的流动性，充型能力加 强。但是，浇注温度过高，会使液态合金的吸气量和总收缩量增 大，增加了铸件产生气孔、缩孔等缺陷的可能性，因此在保证流 动性的前提下，浇注温度不宜过高。在铸铁件的生产中，常采用 “高温出炉，低温浇注”的方法。
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图2-6 宏观缩松
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图2-7 显微缩松
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由以上的缩孔和缩松的形成过程，可得到以下规律： (1)合金的液态收缩和凝固收缩越大(如铸钢、铝青铜等)， 铸件越易形成缩孔。 (2)结晶温度范围宽的合金易于形成缩松，如锡青铜等；而 结晶温度范围窄的合金、纯金属和共晶成分合金易于形成缩孔。 普通灰口铸铁尽管接近共晶成分，但因石墨的析出，凝固收缩小， 故形成缩孔和缩松的倾向都很小。
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图2-4 铸件浇注系统
21
铸型浇注系统如图2-4所示，若直浇道过低，则液态合金静压力 减小；内浇道截面过小，铸型型腔过窄或表面不光滑，则增加液 态合金的流动阻力。因此，在铸型中增加液态合金流动阻力和降 低液态合金冷却速度等因素，均会使流动性变坏。
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2.1.2 合金的收缩 1.合金的收缩及影响因素 1)收缩的概念 液态合金从浇注温度逐渐冷却、凝固，直至冷却到室温的过
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1)缩孔 缩孔是容积较大的孔洞，常出现在铸件的上部或最后凝固的 部位，其形状不规则，多呈倒锥形，且内表面粗糙。其形成过程 如图2-5所示。 液态合金填满铸型后，合金液逐渐冷却，并伴随有液态收缩， 此时因浇注系统尚未凝固，型腔还是充满的，如图2-5(a)所示。 随着冷却的继续进行，当外缘温度降至固相线温度以下时，铸件 表面凝固成一层硬壳。如内浇道已凝固，所形成的硬壳就像一个 封闭的容器，里面充满了液态合金，如图2-5(b)所示。
《材料成形技术基础》绪论 ppt课件
工序综合。
净成形工艺（Net Shape Process) 新的工艺不断出现（例如：金属的半固态新的
工艺成形、喷射成形、金属的注射成形等等） 计算机技术的发展引起材料加工工艺的新革命 新型材料的成形（复合材料、金属材料）
绪论
课程性质
是机械工程类专业近机械工程类专业学生 必修的一门技术基础课，主要研究金属和非金 属零件或毛坯的成形方法特点、过程、原理及 设备。
材料成形技术发展
– 材料加工产品精密化、轻量化、集成化； – 产品性能高、成本低、周期短； – 材料加工原料与能源消耗低、污染少；制造性好、
成品率高； – 材料正由单一的传统型向复合型、多功能型发展； – 材料加工技术逐渐综合化、多样化、柔性化、多学
科化； – 全新加工
在机械制造工艺过程中，一般是先用热加 工的方法制造出零件的毛坯，再用冷加工的方 法进一步改变毛坯的形态，使其最终被加工成 合格零件。其间，为了改善材料的加工性能和 使用性能，通常还需对工件进行有关的热处理。
本课程主要叙述了机械制造过程中金属 材料的液态成形（铸造）、固态成形、 连接成形、粉末冶金及非金属 (塑料、 橡胶、陶瓷)材料成形等。
《材料成形技术基础》
课程简介
机械制造技术包含产品技术（Product Technology）和过程技术（Process Technology ）。
产品技术是以设计为中心，回答“做什么”。 过程技术是以工艺为核心，回答“怎么做”。包 括工艺、制造装备、工具、仪表和组织管理技术 及生产过程设计。
精品资料
全世界全世界75％的钢材经塑性加工，45％的金属结构用 焊接得以成形。
我国的铸造行业有我国的铸造行业有100 万职工， 2万多 个工厂， 2003 年产量达年产量达1,600 万吨，在世界上是 第一铸造大国。
净成形工艺（Net Shape Process) 新的工艺不断出现（例如：金属的半固态新的
工艺成形、喷射成形、金属的注射成形等等） 计算机技术的发展引起材料加工工艺的新革命 新型材料的成形（复合材料、金属材料）
绪论
课程性质
是机械工程类专业近机械工程类专业学生 必修的一门技术基础课，主要研究金属和非金 属零件或毛坯的成形方法特点、过程、原理及 设备。
材料成形技术发展
– 材料加工产品精密化、轻量化、集成化； – 产品性能高、成本低、周期短； – 材料加工原料与能源消耗低、污染少；制造性好、
成品率高； – 材料正由单一的传统型向复合型、多功能型发展； – 材料加工技术逐渐综合化、多样化、柔性化、多学
科化； – 全新加工
在机械制造工艺过程中，一般是先用热加 工的方法制造出零件的毛坯，再用冷加工的方 法进一步改变毛坯的形态，使其最终被加工成 合格零件。其间，为了改善材料的加工性能和 使用性能，通常还需对工件进行有关的热处理。
本课程主要叙述了机械制造过程中金属 材料的液态成形（铸造）、固态成形、 连接成形、粉末冶金及非金属 (塑料、 橡胶、陶瓷)材料成形等。
《材料成形技术基础》
课程简介
机械制造技术包含产品技术（Product Technology）和过程技术（Process Technology ）。
产品技术是以设计为中心，回答“做什么”。 过程技术是以工艺为核心，回答“怎么做”。包 括工艺、制造装备、工具、仪表和组织管理技术 及生产过程设计。
精品资料
全世界全世界75％的钢材经塑性加工，45％的金属结构用 焊接得以成形。
我国的铸造行业有我国的铸造行业有100 万职工， 2万多 个工厂， 2003 年产量达年产量达1,600 万吨，在世界上是 第一铸造大国。
材料成形工艺基础很全PPT教案
在离心力作用下成型，不易产生缩孔、 气孔、夹渣。
充型能力强，便于流动性差的合金及薄 件的生产。
便于制造双金属铸件 缺点：内表面粗糙，加工余量大。
本课小结
型砂的组成？性能？ 手工造型方法有哪些？ 铸造工艺的内容包括哪些？ 怎样确定浇注位置与分型面？（见P28、
29练习） 常见的特种铸造方法有哪些？
变形
防止变形的措施
设计铸件时尽可能壁厚均匀，形状对称。 采取同时凝固。 设计“反变形”量。
时效处理：有内应力的铸件在加工前置于露 天半年以上，或550~650ºC去应力退火。
铸件的裂纹与防止
热裂 热裂是铸件在高温下产生的裂纹。 其形状特征是：裂纹短，缝隙宽，形状 曲折，缝内呈氧化色。
合金性质 铸造合金的结晶特点和化学成分 对热裂的产生均有明显的影响
4、容易形成缩孔的铸件，应将截止面较厚的 部分放在分型面附近的上部或侧面，以便 安放冒口。
铸造工艺之二
分型面的选择原则
1、尽量使铸件的大部分或全部置于同一砂箱 中，或使加工面和加工基准面在同一砂箱 中，以保证铸件的精度，便于造型、型芯 的安放和检验及合箱大等批操量作。
小批量
铸造工艺之二
分型面的选择原则
2、尽量减少分型面的数量，最好只有一个分 型面。
不好
不好
好
铸造工艺之二
分型面的选择原则
3、分型面的选择应尽力减少型芯和活块的数 量，以便简化制模、造型、合箱等操作。
铸造工艺之二
分型面的选择原则
4、为了便于造型、安放型芯、合箱及检查型 腔尺寸，应尽量使型腔和主要型芯置于下 箱中。铸件的重要加工表面和主要工作面 应朝下或呈侧立。
用于大批量生产有色铸件。
压力铸造
压力铸造是将金属液在高压下高速充型， 并在压力下凝固，获得铸件的方法。
充型能力强，便于流动性差的合金及薄 件的生产。
便于制造双金属铸件 缺点：内表面粗糙，加工余量大。
本课小结
型砂的组成？性能？ 手工造型方法有哪些？ 铸造工艺的内容包括哪些？ 怎样确定浇注位置与分型面？（见P28、
29练习） 常见的特种铸造方法有哪些？
变形
防止变形的措施
设计铸件时尽可能壁厚均匀，形状对称。 采取同时凝固。 设计“反变形”量。
时效处理：有内应力的铸件在加工前置于露 天半年以上，或550~650ºC去应力退火。
铸件的裂纹与防止
热裂 热裂是铸件在高温下产生的裂纹。 其形状特征是：裂纹短，缝隙宽，形状 曲折，缝内呈氧化色。
合金性质 铸造合金的结晶特点和化学成分 对热裂的产生均有明显的影响
4、容易形成缩孔的铸件，应将截止面较厚的 部分放在分型面附近的上部或侧面，以便 安放冒口。
铸造工艺之二
分型面的选择原则
1、尽量使铸件的大部分或全部置于同一砂箱 中，或使加工面和加工基准面在同一砂箱 中，以保证铸件的精度，便于造型、型芯 的安放和检验及合箱大等批操量作。
小批量
铸造工艺之二
分型面的选择原则
2、尽量减少分型面的数量，最好只有一个分 型面。
不好
不好
好
铸造工艺之二
分型面的选择原则
3、分型面的选择应尽力减少型芯和活块的数 量，以便简化制模、造型、合箱等操作。
铸造工艺之二
分型面的选择原则
4、为了便于造型、安放型芯、合箱及检查型 腔尺寸，应尽量使型腔和主要型芯置于下 箱中。铸件的重要加工表面和主要工作面 应朝下或呈侧立。
用于大批量生产有色铸件。
压力铸造
压力铸造是将金属液在高压下高速充型， 并在压力下凝固，获得铸件的方法。
《材料成形工艺》课件
建筑领域
在建筑领域中，焊接工艺被用 于钢结构、钢筋混凝土结构的
连接和加固。
05
热处理工艺
热处理工艺的原理
热处理是通过加热、保温和冷却的方式改变金属材料的内部组织结构，以达到改善其力学性能、提高 耐腐蚀性和加工性的目的。
热处理过程中，金属材料内部的原子或分子的运动速度会随着温度的升高而加快，当温度达到一定的临 界点时，原子或分子的排列会发生改变，形成新的晶体结构。
焊接工艺的原理基于金属的热传导和热对流，以及液态金属的流动和结晶。
焊接工艺的种类
01
熔焊
将待焊接的金属加热至熔化状态，然后通过液态金属将两块金属连接在
ห้องสมุดไป่ตู้
一起。常见的熔焊方法有电弧焊、气焊等。
02
压焊
通过施加压力将两块金属连接在一起，常见的压焊方法有电阻焊、摩擦
焊等。
03
钎焊
利用熔点低于母材的钎料，将其加热至熔化状态，润湿并填满母材接头
模锻
将金属坯料放入模具中，在压力 作用下进行塑性变形，以获得所 需形状和尺寸的加工方法。
特种锻造
针对特殊要求或特殊材料，采用 特殊的工艺和工具进行塑性变形 的加工方法。
锻造工艺的应用
航空航天领域
由于对材料性能要求极高，锻造工艺广泛应用于航空航天领域的 各种零件制造，如发动机叶片、涡轮盘等。
汽车工业
热处理工艺的原理就是通过控制加热、保温和冷却三个阶段的时间和温度，使金属材料内部组织结构发 生变化，从而达到所需的性能要求。
热处理工艺的种类
第一季度
第二季度
第三季度
第四季度
退火
将金属材料加热到一定 温度后保温一段时间， 然后缓慢冷却至室温。 退火可以消除金属内部 的应力，提高其塑性和 韧性。
在建筑领域中，焊接工艺被用 于钢结构、钢筋混凝土结构的
连接和加固。
05
热处理工艺
热处理工艺的原理
热处理是通过加热、保温和冷却的方式改变金属材料的内部组织结构，以达到改善其力学性能、提高 耐腐蚀性和加工性的目的。
热处理过程中，金属材料内部的原子或分子的运动速度会随着温度的升高而加快，当温度达到一定的临 界点时，原子或分子的排列会发生改变，形成新的晶体结构。
焊接工艺的原理基于金属的热传导和热对流，以及液态金属的流动和结晶。
焊接工艺的种类
01
熔焊
将待焊接的金属加热至熔化状态，然后通过液态金属将两块金属连接在
ห้องสมุดไป่ตู้
一起。常见的熔焊方法有电弧焊、气焊等。
02
压焊
通过施加压力将两块金属连接在一起，常见的压焊方法有电阻焊、摩擦
焊等。
03
钎焊
利用熔点低于母材的钎料，将其加热至熔化状态，润湿并填满母材接头
模锻
将金属坯料放入模具中，在压力 作用下进行塑性变形，以获得所 需形状和尺寸的加工方法。
特种锻造
针对特殊要求或特殊材料，采用 特殊的工艺和工具进行塑性变形 的加工方法。
锻造工艺的应用
航空航天领域
由于对材料性能要求极高，锻造工艺广泛应用于航空航天领域的 各种零件制造，如发动机叶片、涡轮盘等。
汽车工业
热处理工艺的原理就是通过控制加热、保温和冷却三个阶段的时间和温度，使金属材料内部组织结构发 生变化，从而达到所需的性能要求。
热处理工艺的种类
第一季度
第二季度
第三季度
第四季度
退火
将金属材料加热到一定 温度后保温一段时间， 然后缓慢冷却至室温。 退火可以消除金属内部 的应力，提高其塑性和 韧性。
材料成形工艺基础课件
青铜文化
四羊方尊
虎食人卣you
青铜文化
二里冈出土饕(tie)餮乳钉纹方鼎
大禾人面方鼎
青铜文化
饕餮纹鼎
司母辛方鼎
青铜文化
商代青铜文化
司母戊鼎，1939年安阳 武官村出土，高133厘米， 重833千克，是中国目前 发现最重的青铜器。 据估计，铸造这样大型 青铜器，需300多人同时 工作。
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 我国自新石器晚期，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，说明范铸技术在我国源远流长，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
材料
利用X射线发现拉
科学
伸纤维强度源于高
尼龙熔融纺纤技术
Carother等提出熔
材料 科学
分子链的高度取向
融纺纤的新概念
材料工程所涉及的三大制备技术
根据所需材料的性能、结构要求，进行材料的提纯净 化、原料(成分)配制和合成或合金化的过程．是材料制备 工程的首要环节。
➢ 熔融凝固制备技术
原材料
熔融 精炼
材料成形工艺基础
Fundamental of Materials Forming
学时 32
材料科学与工程的四大要素
组织
合
结
成
构
加
工
材料科学 与工程
使用
性
效
能
能
材料科学与工程的多学科化
冶金 学
物理 学
生物 学
材料科学 与工程
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一般合金在凝固过程中都存在液-固两相区，树枝状晶在其中 不断扩大［见图ａ］。枝晶长到一定程度，枝晶分叉间的熔融 合金被分离成彼此孤立的状态［见图ｂ］，它们继续凝固时也 将产生收缩，这种凝固方式称糊状凝固。这时铸件中心虽有液 体存在，但由于树枝晶的阻碍使之无法补缩，在凝固后的枝晶 分叉间就形成许多微小的孔洞(缩松）［见图ｃ］。
1.3 铸造工艺设计基础
材 料 成 形 工 艺 基 础
铸件工艺参数的选择
铸件为进行机械加工而加大的尺寸称为机械加工余量。 在零件图上标有加工符号的地方，制模时必须留有加工余量 。加工余量的大小，要根据铸件的大小、生产批量、合金种 类、铸件复杂程度及加工面在铸型中的位置来确定。灰铸铁 件表面光滑平整，精度较高，加工余量小；铸钢件的表面粗 糙，变形较大，其加工余量比铸铁件要大；非铁金属件由于 表面光洁、平整，其加工余量可以适当减小；机器造型比手 工造型精度高，故加工余量可减小。 零件上的孔与槽是否铸出，应考虑工艺上的可行性和使 用上的必要性。
1.2 液态成形理论基础
材 料 成 形 工 艺 基 础
铸造性能对铸件质量的影响
2.缩松 定义：铸件凝固后在某些 部位出现的细小而分散 的孔洞 形成原因：液态收缩和凝 固收缩远大于固态收缩 形成条件:(1)金属很宽范 围内结晶 (2)糊状凝固方式
1.2 液态成形理论基础
材 料 成 形 工 艺 基 础
1.2 液态成形理论基础
材 料 成 形 工 艺 基 础
铸造性能对铸件质量的影响
4.铸造应力 （1）定义：铸件在冷却凝固过程中，各部分体积变 化不一致，彼此制约形成内应力 （2）分类：临时应力、残留应力 （3）形成原因 热应力：铸件壁厚不均匀，各部分冷却速度不同， 以致在同一时间内铸件各部分收缩不一致引起-残 留应力 机械阻碍应力：铸件冷却到弹性状态后，受到机械 阻碍产生应力，拉应力-临时应力
1.3 铸造工艺设计基础
材 料 成 形 工 艺 基 础
铸件上两壁之间应为圆角连接(铸造圆角），以防止冲砂 及在尖角处产生缩孔、应力、裂纹及黏砂等缺陷。圆角半径 一般为转角处两壁平均厚度的１/４左右。铸件毛坯在表面的 相交处，都有铸造圆角，既能方便起模，又能防止浇铸金属 液时将砂型转角处冲坏，还可以避免铸件在冷却时产生裂缝 或缩孔。
材 料 成 形 工 艺 基 础
铸造性能对铸件质量的影响
6.铸件的冷裂和变形
铸件的变形 铸件的冷裂－低温下的裂纹
1.2 液态成形理论基础
材 料 成 形 工 艺 基 础
铸造性能对铸件质量的影响
7.气孔和金属夹杂物 （1）气孔 1）危害 减少铸件的有效截面积；产生局部应力集中； 降低铸件的强度和塑性；弥散性气孔使铸件组 织疏松，降低铸件的气密性 2）防止气孔的方法 减少金属液的原始含气量；熔炼时使金属液与 气体隔开；除气处理；提高冷却速度或增加外 压
1.2 液态成形理论基础
材 料 成 形 工 艺 基 础
总结：具有逐层凝固倾向的合金（如灰 铸铁、铝硅合金等） 易于铸造，应尽量 选用。当必须采用有糊状凝固倾向的合 金（如锡青铜、铝铜合金、球墨铸铁等） 时，需考虑采用适当的工艺措施，例如， 选用金属型铸造等，以减小其凝固区域。
Hale Waihona Puke 1.2 液态成形理论基础变）、浇注条件、铸型结构、铸件结构、外界阻力
影响收缩的因素： 合金收缩性 ( 成分、温度、组织转
1.2 液态成形理论基础
材 料 成 形 工 艺 基 础
铸造性能对铸件 质量的影响
1.缩孔 定义：铸件凝固结束后在 某些部位出现的大而集 中的孔洞 形成原因：液态收缩和凝 固收缩远大于固态收缩 形成条件：(1)金属恒温 或很窄范围内结晶 (2)逐层凝固 方式
1.2 液态成形理论基础
材 料 成 形 工 艺 基 础
金属凝固原理
凝固（结晶） 形核和长大 影响铸件组织的因素： （1）原始炉料 （2）冷却速度 （3）孕育处理 铸件的凝固方式：逐层凝固；糊状凝固；中间凝 固
1.2 液态成形理论基础
材 料 成 形 工 艺 基 础
铸件的凝固方式:逐层凝固； 糊状凝固；中间凝固
1.3 铸造工艺设计基础
材 料 成 形 工 艺 基 础
铸造工艺设计可分为三个基本部分， 即铸造合金准备、铸型设计和铸件处理。 铸造合金是指铸造生产中用于浇注铸 件的金属材料，它是以一种金属元素为主 要成分，并加入其他金属或非金属元素而 组成的合金，主要有铸铁、铸钢和铸造有 色合金。
1.3 铸造工艺设计基础
1.2 液态成形理论基础
材 料 成 形 工 艺 基 础
金属液态成形（铸造）：将液态 金属在重力或外力作用下充填到 型腔中，待其凝固冷却后，获得 所需形状和尺寸的毛坯或零件的 方法。 液态成形具有适应性广，工艺灵 活性大（材料、大小、形状几乎 不受限制），适合形状复杂的箱 体、机架、阀体、泵体、缸体等 的制造；制造成本较低，铸件与 最终零件的形状相似、尺寸相近。 液态成形的主要缺点是组织疏松、 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 差。
1.2 液态成形理论基础
材 料 成 形 工 艺 基 础
液态合金填满铸型后［见图 a］，因铸型吸热，靠近型腔表面 的金属很快就降到凝固温度，凝固成一层外壳［见图ｂ］，温 度继续下降，合金逐层凝固，凝固层加厚，内部的剩余的液体， 由于液态收缩和补充凝固层的凝固收缩，体积缩减，液面下降， 铸件内部出现空隙［见图ｃ］，直到内部完全凝固，在铸件上 部形成缩孔［见图ｄ］。已经形成缩孔的铸件继续冷却到室温 时，因固态收缩使铸件的外形轮廓尺寸略有缩小［见图ｅ］。 合金的液态收缩和凝固收缩越大，浇注温度越高，铸件的壁越 厚，缩孔的容积就越大。
1.2 液态成形理论基础
材 料 成 形 工 艺 基 础
铸造性能对铸件质量的影响
3.缩松和缩孔的防止 （1）基本原则 使缩松转化为缩孔 顺序凝固 安置冒口 （2）工艺措施 合理确定内浇口位置及浇注工艺 合理应用冒口、冷铁等工艺措施
1.2 液态成形理论基础
材 料 成 形 工 艺 基 础
铸件上每一部分的 收缩都得到稍后凝 固部分的合金液的 补充，缩孔转移到 冒口部位，切除后 便可得到无缩孔的 致密铸件。
1.2 液态成形理论基础
材 料 成 形 工 艺 基 础
铸件的温度梯度 合金的性质(合金的凝固温度越低，热导率越 高，结晶潜热越大，铸件内部温度均匀化能力 越大，因而使铸型的激冷作用变小，故温度梯 度越小（如多数铝合金）。 铸型的蓄热能力(铸型蓄热能力越强，激冷能 力越强，铸件温度梯度越大) 浇注温度(浇注温度越高，因带入铸型中热量 增多，铸件的温度梯度减小。)
工
程
材
料
及
机
械
制
造
基
础
材料成形工艺基础
华东交通大学机电工程学院材料工程系
第１章 金属的液态成形
材 料 成 形 工 艺 基 础
1.1
概述 液态成形理论基础 铸造工艺设计基础 砂型铸造 特种铸造
1.2 1.3 1.4
1.5 1.6
铸造缺陷
1.1 概述
材 料 成 形 工 艺 基 础
铸造 工 程 材 料 锻造 焊接
1.2 液态成形理论基础
材 料 成 形 工 艺 基 础
铸造性能对铸件质量的影响
5.铸件的热裂 （1）出现时期：出现在凝固末期高温下 （2）形成原因： 凝固方式：宽凝固温度范围、糊状凝固 凝固受到阻碍 （3）防止措施 结构合理，壁厚均匀 减少收缩阻力 减少有害元素
1.2 液态成形理论基础
1.2 液态成形理论基础
材 料 成 形 工 艺 基 础
（2）非金属夹杂物 1）危害 降低疲劳强度；冲击韧性下降；降低合金的铸造 性能：降低流动性、热裂纹、微观缩孔和气缩孔 2）防止非金属夹杂物的工艺措施 控制易氧化元素含量；加入溶剂吸收或捕捉杂物； 真空或保护气体下浇注；冲型平稳；型砂配方
1.3 铸造工艺设计基础
材 料 成 形 工 艺 基 础
为使模样容易地从铸型中取出或型芯自芯盒中脱出， 所设计的平行于起模方向在模样或芯盒壁上的斜度，称为 起模斜度。 起模斜度的大小根据立壁的高度、造型方法和模样材 料来确定。立壁愈高，斜度愈小；外壁斜度比内壁小；机 器造型的一般比手工造型的小；金属模斜度比木模小。
1.3 铸造工艺设计基础
材 料 成 形 工 艺 基 础
芯头指型芯的外伸部分，不形成铸件轮廓，只落入芯座 内，用以定位和支撑型芯。模样上用以在型腔内形成芯座并 放置芯头的突出部分也称芯头。因此芯头的作用是保证型芯 能准确地固定在型腔中，并承受型芯本身所受的重力、熔融 金属对型芯的浮力和冲击力等。此外，型芯还利用芯头向外 排气。铸型中专为放置芯头的空腔称芯座。芯头和芯座都应 有一定斜度，便于下芯和合型。
冒口、冷 铁和补贴 的综合运 用是消除 缩孔、缩 松的有效 措施。
同时凝固原则即采用相应工艺措 施使铸件各部分温度均匀，在同 一时间内凝固。阶梯形铸件在壁 厚较大的Ⅲ处放置冷铁，以加快 该处的冷却速率；在壁薄的Ⅰ处 开设多个内浇道，使此处始终保 持高温，则该铸件在纵断面上得 到均匀的温度场，从而达到Ⅰ、 Ⅱ、Ⅲ三部分同时凝固的目的。
材 料 成 形 工 艺 基 础
螺旋形流动性试样
1.2 液态成形理论基础
材 料 成 形 工 艺 基 础
金属与合金的铸造性能
（2）合金的收缩 定义：从液态到常温下，体积和尺寸缩小的现象。 表示方法：体收缩率v 、线收缩率l
V0 V1 V 100 V t0 t1 100% V0
1.2 液态成形理论基础
材 料 成 形 工 艺 基 础
影响铸件凝固方式的因素 合金的结晶温度范围(合金的结晶温度范围越 小，凝固区域越窄，越倾向于逐层凝固。如砂 型铸造时，低碳钢结晶温度范围小，为逐层凝 固；高碳钢结晶温度范围甚宽，为糊状凝固。 铸件的温度梯度(在合金结晶温度范围已定的 前提下，凝固区域的宽窄取决于铸件内外层间 的温度梯度。若铸件的温度梯度由小变大，则 其对应的凝固区由宽变窄。)