材料成形原理123章

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绪论

材料成形：

将材料加工成具有一定形状、尺寸和性能要求的零部件或毛坯的工艺方法。

材料成形主要方法：

除去加工法、连接加工法、变形加工法、液态及粉末成形加工法。液态金属的结构和性质

在熔点附近，空穴数目可以达到原子总数的1% 金属由固态变为液态，体积膨胀为3%·5% 熔化潜热：

在熔点温度的固态，变为同温度下的液态，金属要吸收大量的热量

原子在固态的规则排列熔化后紊乱程度不大，液态金属原子间结合键只破坏了一部分，液态金属的结构应接近固态金属而远离气态金属（熔点和过热度不大时）。

纯金属的液态结构是由原子集团、游离原子和空穴组成的。

结构起伏：

原子集团和空穴的变化现象。

实际合金熔体的结构是极其复杂的，包含各种化学成分的原子集团、游离原子、空穴、夹杂物及气泡等，是一种混浊的液体。液态金属中存在温度起伏、相起伏和浓度起伏。

液态金属的粘度：

粘度的本质是原子间的结合力。

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影响粘度的因素：

化学成分、温度和夹杂物。

化学成分：

难溶化合物的液体粘度较高，而熔点低的共晶成分的合金粘度低，对于共晶成分的合金，异类原子之间不发生结合，而同类原子聚合时，由于异类原子的存在而使它的聚合缓慢，晶坯的形成拖后，故粘度较非共晶成分低。

非金属夹杂物：

夹杂物的存在使液态金属成为不均匀的多相体系，液相流动时的内摩擦力增加，粘度增加。

粘度意义：

对液态金属净化的影响；对液态合金流动阻力的影响；对凝固过程中液态合金对流的影响。

液体以层流方式流动时，流动阻力大，金属液在浇注系统和型腔中的流动一般为紊流，有利于顺利充填型腔。但在充型后期或狭窄的枝晶间的补缩和细薄铸件中呈现为层流。

温度差和浓度差产生的浮力，是液态合金对流的驱动力，粘度越大，对流强度越小。

表面张力：

一小部分的液体在大气中单独存在时，力图保持球形状态，说明

总有一个力使其趋向球状

表面张力的实质是质点间的作用力，是由质点间的作用力不平衡引起的，指向液体内部的合力是表面张力产生的根源。

表面自由能即单位面积自由能，表面能或表面张力是界面能或界面张力的一个特例，对于液体来说，表面张力和表面能大小相等，只是单位不同，体现为从不同角度来描述同一现象。

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影响表面张力的因素：

熔点、温度和溶质元素。

金属微粒的熔点随其尺寸减小而降低，熔点越高，表面张力越大。表面活性元素：

使表面张力降低的元素

正吸附：

溶质在界面层的浓度大于在溶液内部的浓度

加入溶质改变表面张力的原理在于它改变了表面层质点的力场

分布不对称程度。正负吸附的原理在于自然界中系统的自由能总是自发降低

表面张力意义：

毛细管现象：

将内径很细的玻璃管，插入能润湿玻璃管的液体中，则管内液面上升，且呈凹面状；...

产生部位：

狭窄管口，裂缝和细孔

浇铸薄小铸件时必须提高浇注温度和压力，以克服附加压力的阻碍。

金属凝固后期，枝晶间存在的微小液膜小至微米时，表面张力对铸件的凝固过程的补缩状况对金属是否出现热裂缺陷具有重大

影响。

熔焊过程中，熔渣和合金液两相应不润湿，否则不易将其从合金液去除，导致焊缝处夹渣缺陷的产生。

晶体的形核及生长、缩松、热裂、夹杂及气泡等铸造缺陷都与表面张力联系密切。

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液态成形中的流动与传热

液态成形是将熔化的金属或合金在重力或其他外力作用下注入

铸型的型腔中，待其冷却凝固后获得与型腔形状相同的铸件的一种成形方法

或：

液态成形是液态金属充满型腔并凝固后获得符合要求的毛坯或

零件的工艺技术。

液态金属的充型能力首先取决于液态金属本身的流动能力，同时又与外界条件密切相关，是各种因素的综合反映，充型能力可以通过改变外界条件提高。

液态金属本身的流动能力称为流动性，是由金属的成分、温度、

杂质含量决定的，可认为是确定条件下的充型能力。流动性越好，气体和杂质越易于上浮，使金属得以净化，良好的流动性有利于防止缩孔缩松热裂等缺陷。流动性越好，充型能力越强。

具有最大溶解度的合金，其流动性最小。在液态金属前面析出15%~20%液相时，液态金属就停止流动。

影响充型能力的因素：

1.金属性质方面的因素。这类因素是内因，决定了金属本身的流动能力—流动性。

合金的成分：

纯金属和共晶成分的地方出现最大值，即流动性最好。

结晶潜热：

约占液态金属含热量的85%--90%，其余为过热量。纯金属和共晶成分合金凝固过程释放的潜热越多，凝固过程进行的越缓慢，流动性越好。

金属的比热容、密度、热导率：

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比热容和密度大的合金，因本身含有较多的热量，在相同的过热度下保持液态的时间较长，流动性好；热导率小的合金，热量散失慢，同时，凝固期间液固两相并存的两相区小，流动阻力小，流动性好。金属中加入合金元素后，一般都使热导率明显下降，流动性上升。

粘度

表面张力：

对薄壁铸件、铸件的细薄部分、棱角的成形有影响，为克服附加压力的阻碍，必须在正常压头上增加一个附加压头h。

2.铸型性质方面的因素：

铸型的蓄热系数：

表示铸型从其中的金属中吸收并储存于自身中热量的能力。蓄热系数越大，激冷能力越强，金属于其中保持液态的时间就越短，充型能力下降，可采用涂料调整蓄热系数。

铸型的温度：

预热铸型能减小金属与铸型的温差，从而提高充型能力。

3.浇铸条件方面的因素: 浇注温度：

具有决定性的影响，在比较低的浇注温度下，铸钢的流动性随含碳量的增加而提高。对于薄壁铸件或流动性差的合金，通常采用提高浇注温度改善充型能力的措施，一般铸钢的浇注温度为1520~1620

充型压头：

增加金属静压头的方法提高充型能力，也可采用压力铸造、低压铸造、真空吸铸。

浇注系统的结构：

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结构越复杂，流动阻力越大，在静压头相同的情况下充型能力越差。