液态成型原理
金属液态成形教学课件.
三种凝固方式示意图
铸件质量与其凝固方式密切相关。一般，逐层凝 固时，合金的充型能力强，便于防止缩孔和缩松；糊 状凝固，则难以获得结晶紧密的铸件。
影响凝固方式的因素
• 合金的结晶温度范围 合金的结晶温度范围愈小, 凝固区愈窄，愈倾向于逐层凝 固；反之，则倾向于逐层凝固。 铸件的温度梯度 当合金成分已确定，凝固 区的宽窄，取决于其内外层的 温度梯度。铸件的温度梯度愈 大，凝固区愈窄，愈倾向于逐 层凝固。铸件的温度梯度愈小 ， 凝固区愈宽，愈倾向于糊 状凝固。
合金的总收缩为上述三种收缩的总和。其中 液态收缩和凝固收缩形成铸件的缩孔和缩松，固 态收缩使铸件产生内应力、变形和裂纹。
合金的收缩量可用体收缩率和线收缩率来表示。 体收缩率：单位体积的变化量。 线收缩率：单位长度的变化量。
• 液态收缩时，合金从浇注温 度冷却到液相线温度。（体 收缩） • 凝固收缩时，合金从液相线 温度冷却到固相线温度。 （体收缩） • 固态收缩时，合金从固相线 温度冷却到室温。 （线收缩）
• 同时凝固原则适用于收缩小或壁厚均匀的薄壁铸件，采用同时凝 固原则，铸件热应力小，但在铸件中心往往产生缩松。
• 对结构复杂的铸件，既要避免产生缩孔和缩松，又要减小热应力， 防止变形和裂纹，这两种凝固原则可同时采用。
• 合理应用冒口、冷铁等工艺措施 冒口一般设置在铸件厚 壁和热节部位，尺寸应保证 比补缩部位晚凝固，并有足 够的金属液供给，形状多为 园柱形。 冷铁通常是用铸铁、钢 和铜等金属材料制成的激冷 物，与冒口配合，可扩大冒 口的有效补缩距离。
防止措施：使芯撑、冷铁表面保持干燥，无油无 锈。
1.合金的流动性
（1）慨念： 指液态金属的流 动能力，在铸造过程中即表现 为液态金属充填铸型的能力。 合金流动性的大小，通常以螺 旋形试样的长度来衡量。
金属液态成形工艺原理讲稿
金属液态成形工艺原理讲稿一、引言金属液态成形工艺是一种重要的金属加工方法，它利用金属在液态状态下的可塑性，通过施加外力，将金属材料压制成所需形状的工艺过程。
金属液态成形工艺广泛应用于航空航天、汽车制造、船舶制造等众多领域，具有高效、精确、灵活的特点。
本文将介绍金属液态成形工艺的原理和应用。
二、金属液态成形工艺的原理金属液态成形工艺主要依靠金属在液态状态下的可塑性来实现材料的变形。
在液态状态下，金属具有较高的流动性和可塑性，可以通过施加外力使金属流动，从而制造出复杂形状的金属构件。
金属液态成形工艺的主要原理包括以下几点： 1. 温度控制：金属液态成形工艺需要将金属升温到液态状态，通常通过加热设备控制金属的温度。
2. 施加外力：在金属材料处于液态状态时，需要施加适当的外力，如压力、压力冲击等，以实现对金属的形状变化和压制成型。
3. 液态流动：金属在液态状态下具有较高的流动性，可以通过控制液态金属的流动轨迹和速度，实现对金属的精确塑性变形。
4. 液态金属的熔化和凝固特性：金属在液态和固态之间的相变过程对金属液态成形工艺具有重要影响。
不同金属具有不同的熔化温度和凝固温度，需要根据具体金属材料选择合适的工艺参数。
三、金属液态成形工艺的应用金属液态成形工艺在许多领域都有广泛的应用，具有以下几个优点： 1. 高效生产：金属液态成形工艺可以实现多工位、多工序的同时进行，提高了生产效率。
2. 精确成形：金属液态成形工艺可以制造出复杂形状的金属构件，加工精度高，尺寸和形状可控性强。
3. 节约材料：金属液态成形工艺可以使金属材料得到较好的填充，减少了材料的浪费。
4. 节约能源：金属液态成形工艺可以在短时间内实现金属材料的加热和冷却，节约了能源消耗。
金属液态成形工艺在以下领域有广泛的应用： 1. 航空航天：金属液态成形工艺可以制造出高强度和轻质的航空航天零部件，提高了飞行器的性能和燃油效率。
2. 汽车制造：金属液态成形工艺可以制造出汽车发动机缸体、曲轴等零部件，提高了汽车的动力性能和燃油效率。
液态成形概述
注意2个过程： （1）充填型腔； （2）凝固冷却
金属液态成型
定义：所谓金属液态成型，即铸造，casting， 是将金属加热到液态，使其具有流动性，然后 浇入到具有一定形状的型腔的铸型中，液态金 属在重力场或外力场的作用下充满型腔，冷却 并凝固成具有型腔形状的铸件。
实质：液态金属（或合金）充填铸型型腔并在其中
复合材料制备）
现代铸造
我国已成功地生产出了世界上最大的轧
钢机机架铸钢件（重410t）和长江三峡 电站巨型水轮机的特大型铸件
感受铸造
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
青铜文化
司母辛觥
豕尊
春秋晚期越国青铜兵器 出土于湖北江陵楚墓
长55.7厘米
剑锷锋芒犀利
锋能割断头发
湖北江陵楚墓出土越王勾践宝剑
三星堆
立人像铸于商代晚期，人像
高172厘米，底座高90厘米， 通高262厘米，是世界上最 大的青铜立人像，被尊称为 “世界铜像之王”。
突目面具铸于商代晚期，原
件高64.5厘米，宽138厘米， 眼球柱状外突长达13.5厘米， 其造型在世界上亦属首见。
第一篇 液态成形原理
第一章 概述
第二章 液态金属的结构与性质 第三章 液态成形过程的传热
第章 液态金属的结晶
第五章 铸件凝固组织的形成及控制
第六章 铸件中缺陷及其控制
第一章
液态材料 浇注 铸型模腔
概述
凝固 固态毛坯
金属的铸造工艺
陶瓷的注浆成形
塑料的注射成形
金属液态成形工艺原理
H0
P杯
v杯2 2g
0
P腔
v内2 2g
hi （2 - 1）
1. 充填下半型 设充填下半型时需要金属液m1，充填时间为t1。 以浇口杯液面和内浇道出口建立伯努利方程（能量方程）：
H0
P杯
v杯2 2g
0
P腔
v内2 2g
hi
式中：
P杯 —— 浇口杯液面压力 P腔 —— 型腔内的液面压力 v杯 —— 浇口杯液面金属流动速度 v内 —— 内浇口出口金属流动速度 hi —— 浇注系统中某段的流体压头损失
§2.2 液态金属充型过程的水力学计算
三、计算结果
计算条件： a. 浇注系统为充满流动
封闭式浇注系统； 对于开放式的型腔液面要淹过内浇道。
b. 浇口杯液面保持不变
c. 型腔内压力与外界相同，即砂型透气性要好，有排气孔
1. 充填下半型 设充填下半型时需要金属液m1，充填时间为t1。 以浇口杯液面和内浇道出口建立伯努利方程（能量方程）：
γ —— 重度（=ρg）
2. 充填上半型 设充填上半型时需要金属液m2，充填时间为t2。 以浇口杯液面和内浇道出口建立伯努利方程：
H0
P杯
v杯2 2g
0
P内
v内2 2g
hi
3. 充填整个铸型
设充填时需要金属液m，充填时间为t，则
m
F内 t 2gH均
式中 m为充填铸型所需金属液； t为充填时间； 为流量系数； H均为充型平均静压头。
学的规律在一定程度上也适用于液态金属的流动过程。
§2.2 液态金属充型过程的水力学计算 一、浇注系统的结构
§2.2 液态金属充型过程的水力学计算
一、浇注系统的结构
浇注系统：引导金属液进入和充满型腔的一系列通道。
精确成型技术 第三讲液态成形原理
浇注条件方面的影响因素：
➢ 浇注温度 ➢ 充型压头 ➢ 浇注系统结构
怎样影响？ 为什么？
液态金属的充型能力
充型能力对铸件质量的影响：
充型能力不足
浇不足
冷隔
夹砂 气孔
夹渣
液态金属的凝固方式
液态金属的凝固方式
➢ 金属凝固方式：逐层凝固
怎样影响？ 为什么？
体积凝固（糊状凝固） 中间凝固
➢ 金属凝固方式与铸件质量的关系
思考题
➢ 冷却速度怎样影响合金流动性？ ➢ 什么是导热系数，导热系数怎样影响合金流动
性？
➢ 解释铸型蓄热系数b2 c222 的物理意义，
b2怎样影响合金流动性？ ➢ 铸型温度怎样影响合金流动性？ ➢ 铸型发气量怎样影响合金流动性？
思考题
➢ 什么是铸件折算厚度？折算厚度怎样影响合 金流动性？
➢ 什么是逐层凝固 、中间凝固和体积凝固，什 么样的合金分别倾向于逐层凝固 、中间凝固 和体积凝固？
书上思考与练习
➢ 试述液态金属充型能力与流动性之间在概念上 的区别，并举例说明。
➢ 在影响充型能力的诸多因素中，哪些是可控的， 哪些是不可控的?
➢ 铸件形成过程中，合金收缩要经历哪几个阶段？ 各有什么特点？阐述铸件收缩与合金收缩的区 别与联系。
➢ 缩孔与缩松的形成原因和形成条件有何异同？
书上思考与练习
《材料精确成形技术》 第三讲
液态成形原理
➢液态金属的充型能力 ➢液态金属的凝固方式 ➢液态金属充型后的收缩 ➢铸件凝固原则
液态金属的充型能力
液态金属充满铸型型腔，获得尺寸精确、轮 廓清晰的成形件的能力。
影响因素 ➢ 金属流动性：合金成分、杂质含量、热
物理性质 ➢ 外界条件： 铸型条件、浇注条件、铸件
第七章 金属的液态成形
缩松：分散在铸件内部分散而细小的缩孔，大多分布在 铸件中心轴线处、冒口根部、内浇口附近或缩孔下方。形成 的原因与缩孔基本相同。 缩孔及缩松使铸件力学性能下降，防止其发生的主要 措施是“定向凝固”，通过增设冒口、冷铁等一些工艺措施 ，使凝固顺序形成向着冒口方向进行，如下图。远离冒口的 部位先凝固，冒口最后凝固，使缩松和缩孔产生在冒口处。 或在铸件厚大部位增设冷铁，以加快该处的凝固速度。
第七章 金属的液态成形
什么是金属的液态成形: 即将液态金属浇入与零件形状相适应的铸型空腔 中，待其冷却凝固，以获得毛坯或零件的工艺方法,亦 称铸造. 金属的液态成形的作用: 金属的液态成形是制造毛坯、零件的重要方法之一。 按铸型材料的不同，金属液态成形可分为砂型铸造和特 种铸造（包括压力铸造、金属型铸造等）。 其中砂型铸 造产品成本最低，应用最普遍，所生产的铸件要占铸件 总量的80%以上。但工艺过程较复杂不易控制，，铸件内 部常有缩孔、夹渣、气孔、裂纹等缺陷产生，导致铸件 力学性能，特别是冲击性能较低。
• （2） 浇注温度 • 浇注温度越高，液态合金的流动性越好，若过高，铸 件易产生缩松、粘沙等缺陷。一般浇注温度控制在：铸钢 1520~1620℃；铸铁1230~1450℃；铝合金680~780℃。 • （3）铸型填充条件 • 内浇道横截面小、型腔表面粗糙、型砂透气性差都会增加 液态合金的流动阻力；铸型材料的导热性过大，使液体金 属凝固快，同样会降低流动性。
f) 挖砂造型
活块造型是在制模时将铸件上的妨碍起模的小凸台，肋 条等这些部分作成活动的（即活块）。起模时，先起出 主体模样，然后再从侧面取出活块。其造型费时，工人 技术水平要求高。主要用于单件、小批生产带有突出部 分、难以起模的铸件。
活块造型
三箱造型的铸型由上、中、下三型构成。中型高度 需与铸件两个分型面的间距相适应。三箱造型操作 费工。主要适用于具有两个分型面的单件、小批生 产的铸件。
液态成形工艺技术
液态成形工艺技术液态成形工艺技术是一种将液体材料注入模具中，通过各种方式使其固化成形的技术。
液态成形工艺技术包括压铸、注塑、压力真空成型等。
这些技术广泛应用于工业生产中，能够生产高精度、高性能的零部件和产品。
液态成形工艺技术的基本原理是通过将液体材料注入模具中，并施加一定的压力，使其充满整个模腔。
在一定的温度和时间下，液体材料会逐渐固化，从而得到所需的成品。
压铸是一种常见的液态成形工艺技术。
在压铸中，液态金属被注入到模具中，并经过高压力的作用，使其充满整个模腔，然后在一定的时间内进行冷却固化。
最终，通过打开模具，可以得到精确的金属零部件。
注塑是另一种常见的液态成形工艺技术。
在注塑中，熔融的塑料被注入到模具中，并且根据模具的形状和尺寸，塑料材料会逐渐固化。
注塑工艺技术可以生产各种塑料制品，如塑料壳体、包装材料等。
注塑工艺技术具有生产效率高、成本低等优点，因此在工业生产中得到广泛应用。
压力真空成型是一种利用压力和真空力来注入液态材料进行成形的技术。
在压力真空成型中，将液态材料放入模具中，并在一定的压力和真空条件下，使其充满整个模腔，并在固化过程中保持形状。
压力真空成型技术适用于各种不同材料的成形，如橡胶、塑料、陶瓷等。
液态成形工艺技术具有许多优点。
首先，液态成形工艺技术可以生产高精度的零部件和产品，尺寸和形状的精准度较高。
其次，液态成形工艺技术可以实现大规模的生产，生产效率较高。
此外，液态成形工艺技术具有良好的表面质量和产品性能，可以生产出高质量的产品。
然而，液态成形工艺技术也存在一些局限性。
首先，液态成形工艺技术对模具的要求较高，模具制造成本较高。
其次，对液态材料的选择和控制有一定的技术要求，不同的液态材料需要不同的成形工艺。
此外，液态成形工艺技术在处理高温材料和特殊材料时存在一定的困难。
总之，液态成形工艺技术是一种重要的加工技术，能够生产出高精度、高性能的零部件和产品。
随着材料和工艺的不断创新，液态成形工艺技术将在工业生产中发挥越来越重要的作用。
第二章 液态成型
2.1.1 液态金属的充型能力
(1) 液态合金的充型能力与流动性
液态金属充型一般是纯液态下充满或边充 型边结晶 充型能力：液态合金充满铸型型腔，获得形状 完整，轮廓清晰铸件的能力。
衡量充型能力可用所能形成的铸件最小壁厚
不同金属和铸造方法铸造的铸件最小壁厚／mm
砂型 灰铸铁 铸钢 铝合金
3
金属型
>4
熔模
0.4～0.8
壳型
0.8～1.5
压铸
——
4
8～10
0.5～1
2.5
——
3
3～4
——
——
0.6～0.8
充型能力的好与差， 首先取决于铸 造合金的流动性；同时又受到外界条件， 如铸型性质、浇注条件、铸件结构等因 素的影响，是各种因素的综合反映。
流动性：液态铸造合金本身的流动
能力。 衡量流动性一般采用螺旋试样 长度
合金成分对流动行的影响
金属在结晶状态下流动
Fe-C合金流动性与状态图的关系
总的来说，流动性好的合金在多数 情况下其充型能力都较强；流动性差的 合金其充型能力较差。 但也可以通过改善其它条件来提高 充型能力（如提高熔炼质量、浇注温度 和浇注速度，改善铸型条件及铸件结构 等），以获得健全铸件。
(2) 影响合金充型能力的主要因素
铸造应力是热应力、相变应力和收缩应力 三者的矢量和。 在不同情况下，三种应力有时相互抵消， 时相互叠加；有时是临时的，有时是剩余的。 但在实际生产中，对于不同形状的铸件，其铸 造应力的大小分布是十分复杂的。
铸件中各种应力与产生部位的关 系
铸造应力对厚薄不均、截面不对称，细长杆、板及 轮类结构，当残余应力 >屈服强度，产生翘曲变 形。
材料成型原理与工艺(01)-液态金属成形概论
夹杂物的排除： 夹杂物的排除：
金属液静止处理、真空浇注，加熔剂， 金属液静止处理、真空浇注，加熔剂，过滤法
2012-1-8
凝固区域
固相区、凝固区、液相区
凝固方式
逐层凝固方式 体积凝固（糊状凝固方式） 体积凝固（糊状凝固方式） 中间凝固方式
2012-1-8 22
如果合金的结晶温度范围很宽，且铸件的温度分布较 为平坦，则在凝固的某段时间内，铸件表面并不存在 固体层，而液、固并存的凝固区贯穿整个断面。由于 这种凝固方式与水泥类似，即先呈糊状而后固化，故 称为糊状凝固。球墨铸铁、高碳钢、锡青铜和某些黄 铜等都是糊状凝固的合金。 中间凝固方式 大多数合金的凝固介于逐层凝固和糊状 凝固之间,称为中间凝固方式。中碳钢、高锰钢、白口 铸铁等具有中间凝固方式
气压保温浇包
15
采用德国KW公司技术的新二线主机，发动机缸体造型生产线。
罗兰门第制芯中心
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二、液态金属在铸型中的流动
1、 液态金属充型能力的基本概念 、
液态金属充满铸型型腔，获得形状完整、轮廓清晰的铸件的能力， 叫做液态金属充填铸型的能力，简称液态金属的充型能力。 液态金属充填铸型一般是在纯液态下充满型腔的，也有边充型边结晶的 情况，在充型过程中当液态金属中形成晶粒堵塞充型通道时，流动则停 止，造成铸件“浇不足”缺陷。 液态金属的充型能力（实验-螺旋形试样）：
2012-1-8
18
思考题 1 1. 液态金属成形的概念是什么？液态金属 液态金属成形的概念是什么？ 成形具有哪些优点？ 成形具有哪些优点？ 2. 液态金属成形生产过程。 液态金属成形生产过程。
液态金属成型工艺的研究与应用
液态金属成型工艺的研究与应用导言液态金属成型工艺是一种利用金属在高温状态下具有流动性的特点来进行加工和成型的技术。
它具有高精度、高效率、可塑性强等优点，并在航空航天、汽车制造、电子设备等领域得到广泛应用。
本文将探讨液态金属成型工艺在材料科学与工程中的研究和应用。
一、液态金属成型的基本原理液态金属成型是利用金属在高温状态下的流动性，通过控制金属的温度和形状来进行成型工艺。
通常液态金属成型工艺包括：压铸、浇铸、挤压、注射成形等。
压铸是将金属液体注入模具中，在高压下迅速冷却固化得到零件的一种工艺。
它具有制造复杂形状零件的优势，并且能够实现高度自动化和大规模生产。
浇铸是将金属液体注入到模具中，通过冷却后得到铸件的工艺。
它是一种常用的金属成型工艺，可以制造各种形状和尺寸的零件，广泛应用于汽车制造和航空航天等领域。
挤压是将金属材料加热至液态，通过挤压机的作用将液态金属迫入模具中，然后冷却固化成型。
挤压工艺适用于制造长条形零件或中空零件。
注射成形是将金属液体注射到模具中，通过冷却后得到零件的工艺。
它具有高精度和高稳定性的优势，常用于制造微小和复杂形状的零件。
二、液态金属成型的优势和应用液态金属成型工艺具有以下几个优势：1. 高精度：液态金属成型可以制造出高精度的零件，满足现代产品对精度的要求。
2. 高效率：液态金属成型工艺可以实现连续生产，提高生产效率，节省时间和成本。
3. 可塑性强：液态金属成型可以加工各种复杂形状的零件，具有较强的可塑性和可变性。
液态金属成型工艺在多个领域得到广泛应用：1. 航空航天领域：液态金属成型工艺可以用于制造飞机的发动机部件、燃烧室等关键零件，提高飞行器的性能和安全性。
2. 汽车制造领域：液态金属成型可以用于制造汽车发动机、车身结构和底盘等部件，提高汽车的性能和安全性。
3. 电子设备领域：液态金属成型工艺可以用于制造电子产品的外壳、散热器和连接器等零件，提高产品的可靠性和美观度。
三、液态金属成型的研究进展液态金属成型工艺的研究一直是材料科学与工程领域的热点。
液态金属成型
gx −
1 ∂P +ν ρ ∂x
∂ 2u ∂ 2u ∂ 2u ∂ u ∂u ∂u ∂u ∂ x2 + ∂ y2 + ∂ z2 = ∂t + u ∂x + v ∂y + w∂z
∂ 2v ∂ 2v ∂ 2v ∂ v 1 ∂P ∂v ∂v ∂v gy − +ν + + 2 = + u + v + w 2 2 ρ ∂y ∂x ∂y ∂z ∂y ∂z ∂t ∂x gz − 1 ∂P +ν ρ ∂z ∂ 2w ∂ 2w ∂ 2w ∂ w ∂w ∂w ∂w ∂ x2 + ∂ y2 + ∂ z2 = ∂t + u ∂x + v ∂y + w ∂z
五、实验报告 分析总结铝合金的熔炼处理工艺流程，比较精炼处理、 变质处理、 振动以及冷却条件对 铝合金组织及性能的影响。
实验二、液态成型过程 CAE 实验 一、基础理论 计算机辅助工程（ Computer Aided Engineering，简称 CAE）技术是一门以 CAD/CAM 技术水平的提高为发展动力，以高性能计算机及图形显示设备的推出为发展条件，以计算 力学和传热学、 流体力学等的有限元、 有限差分、 边界元、 结构优化设计及模态分析等方法为 理论基础的新技术。目前液态成型 CAE 主要以铸件的温度场模拟和流动场模拟为主，软件 水平已经达到实用化，国内外均有商品化软件出现。国外主要有德国的 MagmaSoft、美国的 ProCAST、 Flow3D、 韩国的 AnyCAST 等，国内主要有华中科技大学的华铸 CAE、 清华的 FTStar、华北工学院的 CastSoft 等。 1）温度场模拟 温度场模拟主要是利用传热学原理，分析铸件的传热过程，模拟铸件的冷却凝固进程 ，
第四章 金属的液态成形与半固态成形 第一节 液态成形
第四章金属的液态成形与半固态成形第一节液态成形一．特点1．把金属变为变形阻力小的液态金属，浇入铸型后，一次制作出所需形状的铸件。
故适应性强，工艺灵活性大，几乎所有的工程材料都可以用液态成形。
2．成形件精度高。
3．成本低廉。
4．零件力学性能差，常存有缺陷，组织疏松、晶粒粗大、质量不稳定，生产过程劳动强度大、条件差、生产率低。
二．发展史三．液态成形合金性能液态成形过程合金要发生一系列物理、化学变化，并对铸件的质量性能产生极大影响，故液态成形合金必须具有合适的性能要求。
（一）合金的充型性能作为最基本要求,液态金属要能充满铸型型腔，获得形状完整，轮廓清晰的健全铸件，并防止铸件产生浇不足，冷隔等缺陷。
影响合金充型能力的因素有：1、合金的流动性：作为合金本身性能，它与合金成分、温度、杂质含量及物理性能有关；2、浇注条件：其中包括浇注温度、充型压力与浇注系统的结构。
决定性影响的因素是温度。
在一定范围内，随着温度提高，合金的粘度减少，充型能力提高。
但超过某界限后，合金液氧化、吸气严重，易产生缩松、气孔等缺陷。
提高充型压力（增大静压头高度，压铸）可提高充型能力。
浇铸系统结构较复杂（如蛇形浇道）,流动阻力增加，相同静压条件下，充型能力小。
3、铸型性质及结构铸型从合金中吸收及储存热性能的能力称蓄热能力。
材料的导热率、比热越大，它也越大。
大的蓄热能力使合金的充型能力变差，预热铸型,降低合金液与铸型温差，减缓合金液冷却速度，能提高合金的充型能力。
加强铸型结构的排气，能减少铸型的发气，提高充型效果。
铸型结构不合理，如壁厚太小，急剧变化，过大的水平面等结构能产生较大流动阻力，充型能力大大受影响。
（二）合金的收缩，铸件缩孔、缩松特征1、液态合金在冷却凝固过程中，体积、尺寸均缩小的现象称为收缩，是产生缩孔（松）、变形、裂缝的原因。
有体收缩和线收缩两种，发生在液态收缩和凝固收缩的体收缩是缩孔、缩松形成的主要原因。
固态收缩表现为铸件外形尺寸的线收缩，是产生铸造应力、变形、裂缝的主要原因。
材料成型原理及工艺第一章液态成型工艺基础理论
态 陷产生，导致成型件力学性能，
成 特别是冲击性能较低。
型 2. 涉及的工序很多，难以精确控
的 制，成型件质量不稳定。
缺 3.由于目前仍以砂型铸造为主，
点：
自动化程度还不很高，且属于热 加工行业，因而工作环境较差。
4.大多数成型件只是毛坯件，需 经过切削加工才能成为零件。
液态成型原理及工艺
冲天炉出铁
液态成型原理及工艺
绪论：
金属液态成型又称为铸造，
金 它是将固态金属熔炼成符合
属 液 态 成 型：
一定要求的液态金属，然后 将液态金属在重力或外力作 用下充填到具有一定形状型 腔中，待其凝固冷却后获得 所需形状和尺寸的毛坯或零 件，即铸件的方法。
制造毛坯或机器零件的重要方法。
液态成型原理及工艺
绪论：
的 游离原子
级，在此范围 内仍具有一定
近
液
的规律性。原
程
态
子集团间的空
结
空穴或裂纹 穴或裂纹内分
布着排列无规
有 序
构
则的游离的原
子。
液态成型原理及工艺
这样的结构不是静止的，而是 处于瞬息万变的状态，即原子 集团、空穴或裂纹的大小、形 态及分布及热运动的状态都处 于无时无刻不在变化的状态。 液态中存在着很大的能量起伏。
液 液态成型件在机械产品中占有重 态 要比例：
成 在机床、内燃机、重型机器中铸 型 件约占70％-90％；在风机、压
的 缩机中占60％-80％；在拖拉机
重 中占50％-70％；在农业机械中
要 占40％-70％；汽车中占20％-30
性 ％。
液态成型原理及工艺
液 态 成 型 的 优 点：
(1) 适应性广，工艺灵活性大
第一节 金属的液态成形原理
决定凝固方式的因素： （1）结晶温度范围 （2）铸件断面温度场分布变化
二 液态合金的充型能力
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
若充型能力不足，易产生:
1）浇不足: 不能得到完整隙或凹坑 , 机械性能下 降.
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 生树枝状晶阻碍液流 。 常用铸造合金中，铸铁的流动性最好，铸钢的流动性最差。
逐层凝固（好）
糊状凝固（差）
不同成分合金流动性
（过热度）
碳钢
铸铁
碳钢随着结晶温 度范围的增加而 流动性变差；亚 共晶铸铁随含碳 量的增加流动性 提高。
纵向温度分布曲线
冷铁
同时凝固— 整个铸件几乎同时凝固。
同时凝固特点:不需冒口，节约金属且工艺简单；铸件均 匀冷却，减小热应力,不易形成内应力、变形和裂纹等缺 陷，但心部缩松有时难以避免,故用于收缩小的合金和各 种合金的薄壁铸件。如灰铸铁，锡青铜，铝硅合金等。 （1）这是由于薄壁铸件的铸型冷却作用强，薄壁断面温 度梯度大，倾向于逐层凝固。因此收缩小的灰铸铁可消除 缩孔，获得致密铸件；而收缩较大的薄壁铸钢、有色合金 铸件会出现轴线缩松，但其表层组织致密。
温度
固
液
表层
中心
铸件的凝固方式
2)糊状凝固
• 结晶温度范围很宽 的合金，从铸件的 表面至心部都是固 液两相混存。 • 铸件断面上布满小 晶体，将金属液分 割开，致充型和补 缩能力变差。
温度
固
液
表层
中心
铸件的凝固方式
第五章 金属的液态成形与半固态成形
（2）变形：若冷却到室温的铸件内部存在有较大的残余应力，此时铸件
不稳定，将自发通过变形来减小或消除残余应力。
常见变形是翘曲变形，其变形方向是铸件受拉应力处内凹，相反受压应力 处外凸。
（3）裂纹：当铸造应力超过材料的强度极限时，铸件变产生裂纹。
裂纹按形成的温度范围分为热裂纹和冷裂纹。 • 热裂纹：在结晶温度范围内的固相线附近形成。
③ 铸型性质及铸件结构（外因）
◎ 铸型温度--铸型预热有利于金属液保持较好流动。 ◎ 铸型材料--材料的蓄热能力影响金属降温速度，材料的比热容和导热 率越大，材料的蓄热系数越大，激冷能力就越强，充型能力就越差。
蓄热系数指铸型从金属吸收并储存在本身中热量的能力。 ◎ 铸型排气能力--排气能力差，气体来不及排出，气体压力增大，阻碍 充型。 ◎ 铸件大小及壁厚--铸件壁厚过小，壁厚急剧变化或结构复杂，流动阻力 增加，充型困难。
二、液态成型合金性能
液态成形过程中，合金发生系列物理化学变化，对铸件质量和性能有很大 影响。因此，液态金属必须具有合适的性能。
1、合金的充型能力
（1）概念：液态金属充满铸型型腔，获得形状完整、轮廓清晰、尺寸准 确的铸件的能力。
（2）充型能力对铸造生产的影响：
充型能力强： 易于充满型腔，获得完整铸件； 气体易浮出液面； 易于补缩；
αV，αL——合金由t0到t1温度范围内的体收缩系数和线收缩系数。
合金种类 含碳量%
碳钢
0.35
白口铸铁 3.00
灰铸铁
3.50
浇铸温度℃
1610 1400 1400
液态收缩%
1.6 2.4 3.5
凝固收缩%
3 4.2 0.1
固态收缩%
7.86 5.4~6.3 3.3~4.2
液态成型工艺课程设计
液态成型工艺课程设计引言液态成型工艺是一种常见的制造工艺，广泛应用于汽车、航空航天、电子等行业。
液态成型工艺是指通过将材料加热至液态，然后注入模具中，通过冷却和固化获得所需形状的方法。
本文将介绍液态成型工艺的基本原理、常见的液态成型工艺和其优缺点，并针对一种特定的产品设计一个液态成型工艺课程。
液态成型工艺的基本原理液态成型工艺是通过将材料加热至液态来实现材料成形的工艺。
一般情况下，常用的液态成型材料包括塑料、金属和陶瓷等。
液态成型工艺的基本原理是将材料加热至液态，然后注入模具中，通过冷却和固化使材料获得所需的形状。
液态成型工艺具有成本低、生产效率高、生产周期短的优点。
常见的液态成型工艺注塑成型注塑成型是一种常见的液态成型工艺，适用于塑料材料的制造。
注塑成型的工艺过程包括：将塑料颗粒加热至液态，然后通过注射机将液态塑料注入模具中，通过冷却和固化使塑料成型。
注塑成型具有成本低、生产效率高、生产周期短的优点，广泛应用于汽车零部件、电子产品外壳等领域。
压铸成型压铸成型是一种常见的液态金属成型工艺，适用于铝、镁等金属材料的制造。
压铸成型的工艺过程包括：将金属加热至液态，然后通过压铸机将液态金属注入模具中，通过冷却和固化使金属成型。
压铸成型具有成本低、生产效率高、生产周期短的优点，广泛应用于汽车发动机零部件、电子器件外壳等领域。
熔融成型熔融成型是一种常见的液态陶瓷成型工艺，适用于陶瓷材料的制造。
熔融成型的工艺过程包括：将陶瓷粉末加热至液态，然后通过注射机将液态陶瓷注入模具中，通过冷却和固化使陶瓷成型。
熔融成型具有成本低、生产效率高、生产周期短的优点，广泛应用于陶瓷器具、陶瓷零部件等领域。
液态成型工艺课程设计课程目标本液态成型工艺课程的目标是培养学生对液态成型工艺的基本原理和常见工艺的了解，以及掌握液态成型工艺在产品设计和制造中的应用能力。
通过本课程的学习，学生将能够独立完成一个液态成型产品的设计和制造。
课程内容第一章：液态成型工艺概述•液态成型工艺的定义和分类•液态成型工艺的优缺点及应用领域•液态成型工艺与传统加工方法的比较第二章：注塑成型工艺•注塑成型工艺的基本原理和流程•注塑成型机的结构和工作原理•注塑成型工艺中的关键技术和操作要点第三章：压铸成型工艺•压铸成型工艺的基本原理和流程•压铸机的结构和工作原理•压铸成型工艺中的关键技术和操作要点第四章：熔融成型工艺•熔融成型工艺的基本原理和流程•熔融成型机的结构和工作原理•熔融成型工艺中的关键技术和操作要点第五章：液态成型工艺在产品设计中的应用•液态成型工艺在产品设计中的优势和局限性•液态成型工艺与产品设计的关系•液态成型工艺在不同行业的实际应用案例课程教学方法本液态成型工艺课程采用理论教学与实践教学相结合的教学方法。
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空间点阵:指几何点在三维空间作周期性的规则排列所形成的三维阵列，是人为的对晶体结构的抽象。?扩展位错：通常指一个全位错分解为两个不全位错，中间夹着一个堆垛层错的整个位错形态。?扩散：热激活的院子通过自身的热震动克服束缚而迁移它处的过程。?自扩散：不依赖于浓度梯度，而仅由热振动而产生的扩散。?互扩散：在置换式固溶体中，两组元互相扩散。?
4）割阶与原位错不在同一滑移面上，只能通过攀移运动，所以割阶是位错运动的障碍---?割阶硬化。?
加工硬化:金属经冷塑性变形后，其强度和硬度上升，塑性和韧性下降，这种现象称为加工硬化。原因：随变形量增加,?位错密度增加，由于位错之间的交互作用(堆积、缠结)，使得位错难以继续运动，从而使变形抗力增加；这是最本质的原因。?均匀形核:新相晶核是在母相中存在均匀地生长的，即晶核由液相中的一些原子团直接形成，不受杂质粒子或外表面的影响。?非均匀形核：新相优先在母相中存在的异质处形核，即依附于液相中的杂质或外来表面形核。?结构起伏:液态结构的原子排列为长程无序，短程有序，并且短程有序原子团不是固定不变的，它是此消彼长，瞬息万变，尺寸不稳定的结构，这种现象称为结构起伏。?
间隙扩散：这是原子扩散的一种机制，对于间隙原子来说，由于其尺寸较小，处于晶格间隙中，在扩散时，间隙原子从一个间隙位置跳到相邻的另一个间隙位置，形成原子的移动。?反应扩散:伴随有化学反应而形成新相的扩散称为反应扩散。?空位扩散：扩散原子从正常位置跳动到邻近的空位，即通过原子与空位交换位置而实现扩散。每次跳迁须有空位迁移与之配合。?
பைடு நூலகம்
交割：当一位错在某一滑移面上运动时，会与穿过滑移面的其他位错交割。?位错交割的特点?
1)?运动位错交割后，在位错线上可能产生一个扭折或割阶，其大小和方向取决于另一位错的柏氏矢量，但具有原位错线的柏氏矢量(指扭折或割阶的长度和方向)?2)?所有的割阶都是刃型位错，而扭折可以是刃型也可是螺型的。??
3)?扭折与原位错线在同一滑移面上，可随位错线一道运动，几乎不产生阻力，且在线张力的作用下易于消失；?
互扩散系数：在互扩散当中，用来代替两种原子的方向相反的扩散系数D1、D2。?体扩散：物质在晶体内部的迁移过程。?
表面扩散：是指原子、离子、分子以及原子团在固体表面沿表面方向的运动。当固体表面存在化学势梯度场，扩散物质的浓度变化或样品表面的形貌变化时。?晶界扩散：是指原子沿着晶界渗入晶粒。?
扩散退火：生产上常将铸件加热到固相线以下100-200℃长时间保温，以使原子充分扩散、成分均匀，消除枝晶偏析，这种热处理工艺称做扩散退火。?
下坡扩散：组元从高浓度区向低浓度区迁移的扩散的过程称为下坡扩散。?上坡扩散：组元从低浓度区向高浓度区迁移的扩散的过程称为上坡扩散。?稳态扩散：扩散组元的浓度只随距离变化，而不随时间变化。?
非稳态扩散:扩散组元的浓度不仅随距离x?变化，也随时间变化的扩散称为非稳态扩散。?扩散系数：相当于质量浓度为一时，单位时间内的扩散通量。?
柯肯达尔效应:反映了置换原子的扩散机制，两个纯组元构成扩散偶，在扩散的过程中，界面将向扩散速率快的组元一侧移动。?
柯氏气团:通常把溶质原子与位错交互作用后，在位错周围偏聚的现象称为气团，是由柯垂尔首先提出，又称柯氏气团。?
螺型位错：位错线附近的原子按螺旋形排列的位错称为螺型位错。?
孪晶:孪晶是指两个晶体（或一个晶体的两部分）沿一个公共晶面构成镜面对称的位向关系，这两个晶体就称为孪晶，此公共晶面就称孪晶面。?
扭折：若由运动的位错线或发生交割形成的曲折线段在位错的滑移面上时，称为扭折。 过饱和的点缺陷：通过改变外部条件形成点缺陷，包括高温淬火、冷变形加工、高能粒子辐照等，这时的点缺陷浓度超过了平衡浓度，称为过饱和的点缺陷 过冷：结晶只有在T0以下的实际结晶温度下才能进行，这种现象称为过冷。 过冷度:相变过程中冷却到相变点以下某个温度后发生转变，平衡相变温度与该实际转变温度之差称过冷度。 光滑界面：界面的平衡结构应是只有少数几个原子位置被占据，或者极大部分原子位置都被固相原子占据，即界面基本上为完整的平面，这时界面呈光滑界面。 共晶转变：合金系中某一定化学成分的合金在一定温度下，同时由液相中结晶出两种不同成分和不同晶体结构的固相的过程称为共晶转变。 共析转变：由一种固相分解得到其他两个不同固相的转变。 共析反应：是指在一定温度下，由一定成分的固相同时析出两个成分和结构完全不同的新固相的过程。共析转变也是固态相变 共格相界：如果两相界面上的所有原子均成一一对应的完全匹配关系,即界面上的原子同时处于两相晶格的结点上,为相邻两晶体所共有,这种相界就称为共格相界。 滑移线：材料在屈服时，试样表面出现的线纹称为滑移线。 滑移带：滑移线的集合构成滑移带，滑移带是由更细的滑移线所组成 滑移：在外加切应力的作用下，通过位错中心附近的原子沿柏氏矢量方向在滑移面上不断地作少量的位移而逐步实现的。 位错滑移的特点 1) 刃型位错滑移的切应力方向与位错线垂直，而螺型位错滑移的切应力方向与位错线平行； 2) 无论刃型位错还是螺型位错，位错的运动方向总是与位错线垂直的；（伯氏矢量方向代表晶体的滑移方向） 3) 刃型位错引起的晶体的滑移方向与位错运动方向一致，而螺型位错引起的晶体的滑移方向与位错运动方向垂直； 4) 位错滑移的切应力方向与柏氏矢量一致；位错滑移后，滑移面两侧晶体的相对位移与柏氏矢量一致。 5) 对螺型位错，如果在原滑移面上运动受阻时，有可能转移到与之相交的另一滑移面上继续滑移，这称为交滑移 (双交滑移） 滑移系:晶体中一个滑移面及该面上一个滑移方向的组合称一个滑移系。 回复:指新的无畸变晶粒出现之前所产生的亚结构和性能变化的阶段。
固相烧结：固态粉末在适当的温度，压力，气氛和时间条件下，通过物质与气孔之间的传质，变为坚硬、致密烧结体的过程。 液相烧结：有液相参加的烧结过程。
金属键:自由电子与原子核之间静电作用产生的键合力。 离子键：金属原子自己最外层的价电子给予非金属原子，使自己成为带正电的正离子，而非金属得到价电子后使自己成为带负电的负离子，这样正负离子靠它们之间的静电引力结合在一起。 共价键：由两个或多个电负性相差不大的原子间通过共用电子对而形成的化学键。 氢键：由氢原子同时与两个电负性相差很大而原子半径较小的原子（O，F，N等）相结合而产生的具有比一般次价键大的键力。 弗兰克缺陷：间隙空位对缺陷 肖脱基缺陷：正负离子空位对的 奥氏体：γ铁内固溶有碳和(或)其他元素的、晶体结构为面心立方的固溶体。 布拉菲点阵:除考虑晶胞外形外，还考虑阵点位置所构成的点阵。 不全位错：柏氏矢量不等于点阵矢量整数倍的位错称为不全位错。 玻璃化转变温度：过冷液体随着温度的继续下降，过冷液体的黏度迅速增大，原子间的相互运动变得更加困难，所以当温度降至某一临界温度以下时，即固化成玻璃。这个临界温度称为玻璃化温度Tg。 表面能:表面原子处于不均匀的力场之中，所以其能量大大升高，高出的能量称为表面自由能（或表面能）。 半共格相界：若两相邻晶体在相界面处的晶面间距相差较大，则在相界面上不可能做到完全的一一对应，于是在界面上将产生一些位错，以降低界面的弹性应变能，这时界面上两相原子部分地保持匹配，这样的界面称为半共格界面或部分共格界面。 柏氏矢量:描述位错特征的一个重要矢量，它集中反映了位错区域内畸变总量的大小和方向，也使位错扫过后晶体相对滑动的量。 柏氏矢量物理意义： ① 从位错的存在使得晶体中局部区域产生点阵畸变来说：一个反映位错性质以及由位错引起的晶格畸变大小的物理量。 ② 从位错运动引起晶体宏观变形来说：表示该位错运动后能够在晶体中引起的相对位移。 部分位错：柏氏矢量小于点阵矢量的位错 包晶转变：在二元相图中，包晶转变就是已结晶的固相与剩余液相反应形成另一固相的恒温转变。 包析反应:由两个固相反应得到一个固相的过程为包析反应。 包析转变：两个一定成分的固相在恒温（T）下转变为一个新的固相的恒温反应。包析转变与包晶转变的相图特征类似，只是包析转变中没有液相，只有固相。 粗糙界面：界面的平衡结构约有一半的原子被固相原子占据而另一半位置空着，这时界面称为微观粗糙界面。 重合位置点阵：当两个相邻晶粒的位相差为某一值时，若设想两晶粒的点阵彼此通过晶界向对方延伸，则其中一些原子将出现有规律的相互重合。由这些原子重合位置所组成的比原来晶体点阵大的新点阵，称为重合位置点阵。 成分过冷；界面前沿液体中的实际温度低于由溶质分布所决定的凝固温度时产生的过冷。 超塑性：某些材料在特定变形条件下呈现的特别大的延伸率。 超结构（超点阵，有序固溶体）：对某些成分接近于一定的原子比（如AB或AB3）的无序固溶体中，当它从高温缓冷到某一临界温度以下时，溶质原子会从统计随机分布状态过渡到占
有一定位置的规则排列状态，即发生有序化过程，形成有序固溶体。 动态回复：在塑变过程中发生的回复。 动态再结晶：在塑变过程中发生的再结晶。 特点：反复形核，有限长大，晶粒较细。包含亚晶粒，位错密度较高，强度硬度高。 点阵畸变:在局部范围内，原子偏离其正常的点阵平衡位置，造成点阵畸变。 点阵常数：单胞的棱长。 单位位错:把柏氏矢量等于单位点阵矢量的位错称为单位位错。 堆垛层错：实际晶体结构中，密排面的正常堆垛顺序有可能遭到破坏和错排。 大角度晶界：相邻晶粒的位相差大于10o 单晶体：是指在整个晶体内部原子都按照周期性的规则排列。 多晶体：是指在晶体内每个局部区域里原子按周期性的规则排列，但不同局部区域之间原子的排列方向并不相同，因此多晶体也可看成由许多取向不同的小单晶体（晶粒）组成 多滑移:当外力在几个滑移系上的分切应力相等并同时达到了临界分切应力时，产生同时滑移的现象。 多形性：当外界条件（温度和压力）改变时，元素的晶体结构可以发生转变，把这种性质称为多形性。 多边形化：由于位错运动使其由冷塑性变形时的无序状态变为垂直分布，形成亚晶界，这一过程称多边形化。 对称倾斜晶界：晶界两侧晶体互相倾斜 晶界的界面对于两个晶粒是对称的，其晶界视为一列平行的刃型位错组成。 电子化合物:电子化合物是指由主要电子浓度决定其晶体结构的一类化合物，又称休姆-罗塞里相。凡具有相同的电子浓度，则相的晶体结构类型相同。 电负性：元素获得或吸引电子的相对倾向。 电离势：从孤立的中性原子中去掉一个电子所需的能量。 电子亲合力：孤立的中性负电性原子得到一个电子所释放出的能量。 电子浓度：化合物中每个原子平均所占有的价电子数，用e/a表示。 二次再结晶:再结晶结束后正常长大被抑制而发生的少数晶粒异常长大的现象。 二次硬化: 高温回火时回火硬度高于淬火硬度的现象. 非晶体:原子没有长程的周期排列，无固定的熔点，各向同性等。 范德华键:由瞬间偶极矩和诱导偶极矩产生的分子间引力所构成的物理键。 范德华力：借助微弱的、瞬时的电偶极矩的感应作用将原来具有稳定的原子结构的原子或分子结合为一体的键合。 弗兰克尔空位:离开平衡位置的原子挤入点阵中的间隙位置，而在晶体中同时形成相等数目的空位和间隙原子。 非共格晶界:当两相在相界处的原子排列相差很大时，即错配度δ很大时形成非共格晶界。同大角度晶界相似，可看成由原子不规则排列的很薄的过渡层构成。 非均匀形核:新相优先在母相中存在的异质处形核，即依附于液相中的杂质或外来表面形核。 固溶体:是以某一组元为溶剂，在其晶体点阵中溶入其他组元原子（溶剂原子）所形成的均匀混合的固态溶体，它保持溶剂的晶体结构类型。 固溶强化：由于合金元素（杂质）的加入，导致的以金属为基体的合金的强度得到加强的现象。原因：由于溶质原子与位错相互作用的结果，溶质原子不仅使晶格发生畸变，而且易被吸附在位错附近形成柯氏气团，使位错被钉扎住，位错要脱钉，则必须增加外力，从而使变形抗力提高。 割阶：若由运动的位错线或发生交割形成的曲折线段垂直于位错的滑移面时，则称为割阶。