第一章铸造成形工艺理论基础
第一章 金属液态成形理论基础
第一节 液态金属充型能力与流动性
0、什么是液态金属的充型能力
1）定义：
液体金属充满铸型型腔，获得尺寸精确、轮廓清晰的 成型件的能力，称为充型能力。
2）充型能力对成型的影响
充型能力不足时，会产生浇不足、冷隔、夹渣、气孔 等缺陷。
3）影响充型能力的因素
充型能力首先取决于金属本身的流动性(流动能力)，同 时又受铸型性质、浇注条件和铸件结构等因素影响。
一、铸件的凝固方式
在铸件凝固过程中，其断面上一般存在三个区 域：固相区、凝固区和液相区。
1、分类
依据对铸件质量影响较大的凝固区的宽窄划分 铸件的凝固方式为如下三类：
(1)逐层凝固
纯金属和共晶成分的合金在凝固过程中不存在液、固并 存的凝固区，随着温度下降，固体层不断加厚，液体不 断减少，直达铸件中心，这种凝固方式称为逐层凝固。
机械应力
二、铸件的变形及其防止
1、变形的原因：
铸件内部残余内应力。 只有原来受拉伸部分产生压缩 变形、受压缩部分产生拉伸变 形，才能使铸件中的残余内应 力减小或消除。
平板铸件的变形
杆件的变形
床身铸件的变形
粱形铸件的弯曲变形
2、防止措施：
减小应力； 将铸件设计成对称结构，使其内应力互相平衡； 采用反变形法； 设置拉肋； 时效处理。
2、冷裂纹的特征
裂纹细小，呈连续直线状，裂缝内有金属光泽或轻 微氧化色。
3、防止措施
凡是能减少铸件内应力和降低合金脆性的因素 均能防止冷裂。 设置防裂肋亦可有效地防止铸件裂纹。
防裂肋
三、合金的吸气性
液态合金中吸入的气体，若在冷凝过程中不能溢 出，滞留在金属中，将在铸件内形成气孔。
一）气孔的危害
气孔破坏了金属的连续性，减少了其承载的有效 截面积，并在气孔附近引起应力集中，从而降低 了铸件的力学性能。 弥散性气孔还可促使显微缩松的形成，降低铸件 的气密性。
铸造工艺基础知识及理论
铸造工艺基础知识及理论目录一、基础概念 (2)1.1 铸造的定义与意义 (3)1.2 铸造工艺的种类与应用 (4)二、铸造材料 (6)三、铸造设备 (7)3.1 熔炼设备 (9)3.2 锻造设备 (10)3.3 后处理设备 (11)四、铸造工艺过程 (12)五、铸造工艺设计 (13)5.1 工艺方案的确定 (15)5.2 工艺参数的选择 (16)5.3 工艺文件的编制 (18)六、铸造质量与控制 (20)6.1 铸造缺陷的产生原因及防止措施 (22)6.2 铸造质量检测方法与标准 (23)七、铸造生产与环境 (24)7.1 铸造生产的环保要求 (26)7.2 环保设备的应用与管理 (27)八、现代铸造技术的发展趋势 (28)8.1 快速凝固与近净形铸造技术 (30)8.2 数字化与智能化铸造技术 (31)8.3 生物铸造与绿色铸造技术 (33)一、基础概念铸造工艺是指将熔炼好的液态金属浇入铸型，待其凝固后获得所需形状和性能的金属制品的过程。
它是制造业中非常重要的工艺之一，广泛应用于汽车、航空、建筑、电子等领域。
铸造工艺的基础知识主要包括液态金属的性质、铸型（即模具）的设计与制造、浇注系统、凝固过程以及后处理等。
这些知识是理解和掌握铸造工艺的基本前提。
液态金属的性质：液态金属在铸造过程中的流动性、填充能力、冷却速度等对其最终的产品质量有着决定性的影响。
了解液态金属的成分、温度、粘度等基本性质对于铸造工艺的设计和实践都是非常重要的。
铸型的设计与制造：铸型是形成金属制品形状和内部结构的重要工具。
铸型的设计需要考虑到金属液的流动性和凝固特性，以及制品的精度和表面质量要求。
铸型的制造也需要选用合适的材料，并经过精密加工才能达到设计要求。
浇注系统：浇注系统是连接铸型和液态金属的通道，包括浇口杯、直浇道、横浇道和内浇道等部分。
合理的浇注系统设计可以确保金属液均匀地注入铸型，并有利于热量和气体的排出，从而提高制品的质量和生产效率。
材料成型内容要点(完整版)
《材料成形工艺基础》要点第一章金属的液态成形第一节液态成形理论基础1.三种凝固方式（逐层、糊状、中间）及其影响因素（结晶温度范围、温度梯度）2.合金的流动性及其影响因素（合金成分）a)为什么共晶合金的流动性好？3.合金的充型能力对铸件质量的影响（浇不足、冷隔）4.影响充型能力的主要因素（合金的流动性、浇注条件、铸型条件）5.合金收缩的三个阶段（液态、凝固、固态）6.缩孔、缩松产生的原因、规律（逐层：缩孔；糊状：缩松；位置：最后凝固部位）7.缩孔与缩松防止（定向凝固原则；措施：加冒口、冷铁）8.铸造应力产生的原因和种类（热应力、机械应力或收缩应力）9.热应力的分布规律（厚：拉；薄：压）及防止（同时凝固原则）10.铸造残余应力产生的原因（热应力）及消除措施（时效处理）11.铸件变形与裂纹产生的原因（故态收缩，残余应力）12.变形防止办法（同时凝固；反变形；去应力退火）13.热裂纹与冷裂纹的特征第二节液态成形方法1.常用手工造型方法（五种最基本的方法：整模、分模、活块、挖砂、三箱）的特点和应用（重在应用）2.机器造型：实现造型机械化的两个主要方面（紧砂、起模）3.熔模铸造的原理（理解）、特点（理解）和应用。
a)为什么熔模铸件精度高，表面光洁？b)为什么熔模铸造适合于形状复杂的铸件？c)为什么熔模铸造适合于难于加工的合金铸件？4.金属型铸造的原理（理解）、特点（理解）和应用。
a)为什么金属型铸件精度高，表面光洁？b)为什么金属型铸造更适合于非铁合金铸件的生产？5.压力铸造的原理（理解）、特点（理解）和应用。
6.低压铸造的原理（理解）、特点（理解）和应用。
7.离心铸造的原理（理解）、特点（理解）和应用。
第三节液态成形件的工艺设计1.浇注位置的概念及其选择原则（重在理解和应用）2.分型面的选择原则（重在理解和应用）3.铸造成形工艺参数（加工余量、拔模或起模斜度、收缩率）4.铸造工艺图（能用规定的符号和表达方式正确画出）第四节液态成形件的结构设计1.铸件壁厚设计（大于最小壁厚；小于临界壁厚；壁厚均匀；由薄到厚均匀过渡）a)为什么要大于最小壁厚？b)为什么要小于临界壁厚？c)壁厚不均匀会产生什么问题？2.铸件壁间连接（圆角；避免锐角）3.铸件筋条设计（避免十字交叉）4.铸件外形设计和铸件内腔设计（理解；重在应用）5.结构斜度的设计（结构斜度与起模斜度的区别；重在应用）第二章金属的塑性成形第一节塑性成形工艺基础1.常用的六类塑性成形方法（轧制、拉拔、挤压、自由锻、模锻、板料冲压）2.与铸造比较，塑性成形法的最显著的特点（性能好，但形状不能太复杂）3.塑性变形对金属组织和性能的影响（冷变形条件下和热变形条件下；纤维组织及其性能特点）4.金属可锻性的衡量指标（塑性、变形抗力）及影响因素（成分；组织；温度）5.金属加热缺陷（过热、过烧、脱碳、过渡氧化）与碳钢始锻温度（低于固相线200℃）第二节热锻成形工艺1.自由锻基本工序（镦粗、拔长、冲孔、弯曲、切割、扭转）2.自由锻件结构工艺性3.模锻的基本原理（理解）及特点4.胎模锻的概念及特点（理解）第三节板料冲压1.两大类基本工序（分离工序和变形工序）2.冲裁的概念；冲裁变形过程（弹性变形阶段、塑性变形阶段、断裂分离阶段）及冲裁件断面特征（塌角或圆角带；光亮带；断裂带）3.切断的概念4.弯曲变形的特点（内：压；外：拉）；弯曲的质量问题（弯裂；回弹）；弯裂的防止办法（限制最小弯曲半径；弯曲线与纤维方向垂直）；回弹的防止办法（模具角度比弯曲件角度小一个回弹角值）5.拉深的概念；拉深和冲裁工序所使用的凸、凹模之间的区别（间隙大小；圆角）拉深件质量问题（拉裂与起皱）6.拉深系数的概念及计算7.三类冲模的概念四种挤压方式第三章材料的连接成形第一节焊接成形工艺基础1.三大类焊接方法（熔化焊；压焊；钎焊）；2.熔焊的冶金特点（理解）及保证焊接质量的基本措施（保护焊接区；渗加合金元素；脱氧脱硫）；3.焊接接头的概念（焊缝加热影响区）；4.焊接热影响区的概念（焊接过程中，焊缝两侧受焊接热作用而发生组织与性能变化的区域）；5.低碳钢焊接热影响区的组成及其特点（熔合区；粗晶，性能差；过热区：粗晶，性能差；正火区：细晶，性能好；部分相变区：性能稍差）；6.焊接应力与变形产生的原因（局部加热）；7.防止和减少焊接应力的措施（焊前预热；焊接次序；焊后缓冷；焊后去应力退火）；8.焊接变形的形式（收缩变形；角变形；弯曲变形；扭曲变形；波浪变形）；9.防止和减小焊接变形的措施（刚性固定；反变形；焊接次序；焊前预热；焊后缓冷；矫正）；10.焊接缺陷的种类及其检验方法（理解）；第二节焊接方法1.焊条的组成及作用（焊芯和药皮；焊芯：作电极和焊缝的填充金属；药皮：稳定电弧燃烧；保护焊接区；渗加合金元素；脱氧脱硫）；a)为什么焊条药皮中要加脱氧剂？2.两种重要的焊条（J422、J507）；焊条选用原则（重在应用）3.埋弧焊的原理（理解）、特点和应用范围（水平位置焊接长直焊缝；大直径环形焊缝）b)埋弧焊的生产率为什么高于焊条电弧焊？c)埋弧焊与焊条电弧焊相比，为什么可以节省材料？d)埋弧焊为什么不能实现全位置焊接？4.氩弧焊的原理、特点及其应用；5.二氧化碳气体保护焊的原理、特点及其应用（注意与氩弧焊比较理解）e)二氧化碳保护焊时焊丝的成分有何要求，为什么？6.电渣焊的原理（电阻热）及其应用。
材料成形工艺液态金属铸造成形工艺2
第一部分 液态金属铸造成形工艺
第一部分 液态金属铸造成形工艺
第一章 液态金属铸造成形工艺基础
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液态金属铸造成形工艺
概述
第一章 液态金属铸造成形工艺基础
☺ 铸造：使熔融的金属液流入并凝固在预先制备的铸型中， 获得特定形状和性能的毛坯或零件(铸件)的方法或技术。
铸造的基本工艺要素是：熔融金属液 预先制备的铸型
解决方案： 利用动量矩守恒原理抑 制漩涡。
具体措施：
使用池形浇口杯；
使用浇口塞提高液面。
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第一章 液态金属铸造成形工艺基础
二、基本工艺过程及其控制
1、充型过程及其控制
1.2、液态金属在浇注系统中的流动情况
3). 金属液在直浇道中的流动情况
流动特点：
金属液在重力作用下沿 直浇道流动；
金属液在流动过程中因 势能降低有液流加速的 现象；
流体在运动状态下呈现出一种 抗拒运动的特性，称为粘性。
液态金属是有粘性的流体，其 粘度与其成分及温度相关。
在流动过程中液态金属的粘度随液态金属温度的降低而 不断增大，当液态金属中出现部分固相时，液体的粘度 急剧增加，其流速和流态也会发生显著改变。
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第一章 液态金属铸造成形工艺基础
二、基本工艺过程及其控制
可能导致金属液的离壁
流动。
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第一章 液态金属铸造成形工艺基础
二、基本工艺过程及其控制
1、充型过程及其控制
3). 金属液在直浇道中的流动情况
A. 直浇道的作用
将来自浇口杯的液流引入横浇道、内浇道或直接引入 型腔。
通过调整直浇道高度，可获得足够的水力学压头，保 证金属液在规定的时间内以适当的速度充满型腔。
1-材料成形理论基础
材料成形工艺基础1第一章 材料成形理论基础液态成形--铸造 固态成形--锻造 固态连接--焊接21第一节 液态成形基础1、液态金属的结构液态金属在结构上更象固态而不是汽态，原子之间 仍然具有很高的结合能。
液态金属的结构特征 液态金属内存在近程有序的原子集团。
这种原子集团是不稳定 的，瞬时出现又瞬时消失。
所以，液态金属结构具有如下特 点： l）液态金属是由游动的原子团构成。
2）液态金属中的原子热运动强烈，原子所具有的能量各不相 同，且瞬息万变，这种原子间能量的不均匀性，称为能量起 伏。
3）由于液态原子处于能量起伏之中，原子团是时聚时散，时 大时小，此起彼伏的，称为结构起伏。
3第一节 液态成形基础1、液态金属的性质液态金属是有粘性的流体。
粘度的物理本质是原子间作 相对运动时产生的阻力。
表面张力：在液体表面内产生的平行于液体表面、且各 向均等的张力421.2铸件的凝固组织合金从液态转变成固态的过程，称为一次结晶 或凝固。
当液态金属冷却至熔点以下，经过一定时间的孕 育，就会涌现一批小晶核，随后这些晶核按原子规则 排列的各自取向长大，与此同时又有另一批小晶核生 成和长大，直至液体全部耗尽为止。
51.2铸件的凝固组织合金从液态转变成固态的过程，称为一次结晶 或凝固。
一次结晶从物理化学观点出发，研究液态金属的 生核Formation of stable nuclei 、长大Growth of crystals、结晶组织的形成规律。
凝固从传热学观点出发，研究铸件和铸型的传热过 程、铸件断面上凝固区域的变化规律、凝固方式与 铸件质量的关系、凝固缺陷形成机制等。
631.2铸件的凝固组织凝固组织分宏观和微观。
宏观组织：铸态晶粒的形态、大小、取向、分布 微观组织：晶粒内部的亚结构的形状/大小/相 对分布/缺陷等 晶粒越细小均匀，金属材料的强度和硬度越高，塑 性和韧性越好。
71.3铸件的凝固方式和控制铸件的工艺原则铸件的凝固方式逐层凝固方式(skin-forming solidification) 糊状凝固方式(mushy solidification) 中间凝固方式(middle solidification)。
材料成型技术
第一章金属的液态成形将熔融的金属液浇注入铸型内，待冷却凝固后获得所需形状和性能的毛坯或零件的工艺过程称为铸造。
用铸造方法制成的毛坯或零件称为铸件。
与其它金属加工方法相比，铸造具有如下优点：（1）原材料来源广（2）生产成本低（3）铸件形状与零件接近，尺寸不受限制第一节液态成形铸造理论基础铸造性能是合金在铸造生产中所表现出来的性能，包括合金的流动性、收缩性等。
一、合金的凝固与收缩液体金属在凝固和冷却过程中，体积和尺寸减少的现象，称为合金的收缩。
1、铸件的凝固方式（1）逐层凝固方式（2）糊状凝固方式（3）中间凝固方式2、合金的收缩方式（1）液态收缩：从浇注—液相线（2）凝固收缩：液相线—固相线（3）固态收缩;固相线—室温,是产生内应力、裂纹和变形的主要原因3、影响收缩的因素（1）化学成分碳、硅量高，收缩减少；锰、硫量高，收缩增大。
（2）浇注温度浇注温度越高，收缩越大。
（3）铸件结构和铸型条件二、合金的流动性和充型能力1、流动性流动性是指熔融金属本身的流动能力。
合金流动性好的优点：（1）易获得形状复杂、轮廓清晰的薄壁件；（2）有利于气体和夹杂物的上浮和排除；（3）有利于补缩；因此，能有效防止铸件出现冷隔、浇不足、气孔、夹渣、缩孔等缺陷。
合金流动性的大小通常用浇注流动性试样的方法来测定。
2、影响合金流动性的因素（1）合金种类（2）化学成分一般规律：合金的凝固范围宽，流动性差。
硅提高流动性；锰的影响不大；硫易形成硫化锰，降低流动性；磷提高流动性。
3、合金的充型能力在实际生产条件下，熔融金属充满型腔，获得形状完整、轮廓清晰铸件的能力，叫合金的充型能力。
影响充型能力的因素有：（1）铸型填充条件：包括铸型的蓄热能力、温度及铸型中的气体等。
（2）浇注条件：包括浇注温度、充型压力等。
（3）铸件结构三、铸造性能对铸件质量的影响1、铸件中的缩孔和缩松缩孔是容积较大而集中的孔洞。
缩松是细小而分散的孔洞。
（1）缩孔缩孔通常隐藏在铸件上部或最后凝固的部位。
金属工艺学作业
金属工艺学作业本姓名: 姚喜林班级： 09级机械设计制造及其自动化6班 学号： 20091399第一章 铸造成形工艺理论基础1．述铸造成形的实质及优缺点。
铸造是一种将液态金属浇入铸型型腔，冷凝后获得毛坯或零件的成形工艺。
铸造成形工艺的优点是：（1）适合制造形状复杂，特别是内腔形状复杂的铸件。
（2）铸件的大小几乎不受限制。
（3）可使用的材料范围广，凡能熔化成液态的金属材料几乎均可用于铸造。
铸造成型工艺的缺点是：（1）组织性能差，铸件晶粒粗大，不均匀，力学性能差，制造工序繁多，易于产生铸造缺陷。
（2）工作条件差，劳动强度高。
3．何谓同时凝固原则和定向凝固原则？试对图1所示阶梯型试块铸件设计浇注系统和冒口及冷铁，使其实现定向凝固。
同时凝固原则是指使型腔内各部分金属液温差很小，同时进行凝固的原则；定向凝固原则是在熔模铸造型壳中建立特定方向的温度梯度，使熔融合金沿着与热流方向相反的方向按照要求的结晶取向凝固的一种铸造工艺。
第二章 常用铸造合金及其熔炼1、某铸件壁厚有5mm,20mm,52mm三种，要求铸件各处的抗拉强度都能达到150MPa,若选150牌号的灰铸铁为材质，能否满足要求？不能；查表《灰铸铁的抗拉强度，特性及应用举例》可知：壁厚为5mm对应的材质为牌号HT150的铸件壁厚范围为2.5~10mm，相对应的抗拉强度为不小于175MPa，与应用抗拉强度范围0~150MPa无交集，故能满足性能要求。
壁厚为20mm对应的材质为牌号HT150的铸件壁厚范围为20~30mm，相对应的抗拉强度为不小于130MPa，与应用抗拉强度范围0~150MPa有交集，故不能满足性能要求。
壁厚为52mm对应的材质为牌号HT150的铸件壁厚范围为30~50mm，相对应的抗拉强度为不小于120MPa，与应用抗拉强度范围0~150MPa有交集，故不能满足性能要求。
综上所诉要求铸件各处的抗拉强度都能达到150MPa，选取HT150牌号的灰铸铁不能满足性能要求。
材料成型(1)
分类：
1）按应力存在的时间分
① 临时应力：产生应力原因消除，应力就消除； ② 残余应力：产生应力原因消除后，仍然存在的应力。
② 化学处理方法：向金属液中加入少量的化学元素,促进形核或阻 止生长，使晶粒细化。 如孕育处理（影响形核过程）和变质处理 （影响生长过程）。
③ 微区成分扰动生核处理方法：向金属液中加入与金属液溶质含 量不同的同类金属，造成一定的成分起伏，降低形核所需能量，提 高形核率。
④ 动力学细化和物理处理方法：机械力或电磁力搅拌和震动。
1）等轴晶的获得与细化
形成条件：凝固界面前沿的液相中有①晶核来源，在液相中存在晶核 形成和长大所需的②过冷度。
细化原则： ①提高形核率②降低生长率
获得细小等轴晶的方法： ① 浇注过程和传热条件的控制：缓慢浇注，提供大量后续晶核； 减低浇注温度，控制浇注过热度，细化晶粒；提高冷却速度，增加 过冷度。
我国明朝科学家宋应星所著《天工开物》一书中，记载了冶铁、炼铜、 铸钟、锻铁、焊接、淬火等多种金属成形和改性方法及生产经验，是世 界上有关金属加工工艺最早的科学著作之一。
我国古代在材料加工工艺方面的科学技术曾在世界上长期居于领先地 位，但在封建社会的后期，社会和技术发展出现了停滞。
☆近现代：塑料制品，现代陶瓷制品的成形、复合材料成形 。
4. 铸件的收缩
1) 铸件的受阻收缩
自由收缩：仅考虑合金成分、温度等自身因素对收缩的影响，没 考虑收缩过程受到的阻碍。
受阻收缩：铸件在铸型中由于收到各种阻碍而使收缩不能自由进 行，这时产生的收缩为受阻收缩。
同一合金，受阻收缩率总小于自由收缩率。
如铝的自由收缩率为1.85-1.96%，当受阻时，收缩率为1.53%。
等轴晶： 优点： ①晶界夹杂缺陷分散，宏观偏析和热裂倾向小 ②成分均匀 ③强度、塑性和韧性较高 缺点：枝晶分枝发达，显微缩松较多，组织不够致密。 可通过晶粒细化得到改善。
铸件形成理论基础
第一章能量起伏：金属晶体结构中每个原子的振动能量不是均等的，一些原子的能量超过原子的平均能量，有些原子的能量则远小于平均能量，这种能量的不均匀性称为“能量起伏”近程有序排列：金属液体则由许多原子集团所组成，在原子集团内保持固体的排列特征，而在原子集团之间的结合处则受到很大破坏。
这种仅在原子集团内的有序排列称为近程有序排列。
浓度起伏：不同原子间结合力存在差别，在金属液原子团簇之间存在着成分差异。
这种成分的不均匀性称为浓度起伏。
实际金属的液态结构实际金属中总存在大量杂质和溶质原子，所以其液态除了存在能量起伏和结构起伏以外，还存在浓度起伏。
实际液态金属在微观上是由存在能量起伏、结构起伏和成分起伏的游动原子集团、空穴和许多固态、气态或液态的化合物组成的混浊液体；从化学键上看，除了基体金属与其合金元素组成的金属键之外，还存在其他多种类型的化学键。
影响表面张力的因素1）熔点：高熔点的物质，其原子间结合力大，其表面张力也大。
2）温度：大多数金属和合金，温度升高，表面张力降低。
3）溶质：向系统中加入削弱原子间结合力的组元，会使表面内能和表面张力降低。
第二章液态金属的充型能力一、水力学特点1、液态金属在砂型流动时具有的特性：①粘性液体流动②多相流动③不稳定流动④紊流流动⑤在‘多孔管’中流动2、什么是液态金属充填铸型能力答：液态金属充满铸型型腔，获得形状完整、轮廓清晰的能力。
3、影响液态金属充型能力的因素：①取决于金属本身的流动性②受外界影响（铸型性质、杂质含量、）4、充型能力不好的缺陷：浇不足、冷隔5、用浇注“流动性试样”方法衡量流动性、试样类型有：螺旋形、球形、真空试样。
四、液态金属充型能力的计算l=v τ gH v 2μ=五、影响充型能力的因素和措施因素：金属性质方面：（①密度②比热③导热系数④结晶潜热⑤动力粘度）铸型性质方面：（①铸型蓄热系数②铸型密度③铸型比热④铸型温度⑤铸型发气性和透气性）浇注条件方面：（①浇注温度②液态金属静压头③外力场）铸件结构方面：（①铸件的折算率 ②压头损失）凝固过程中释放的潜热越多，则凝固进行的越缓慢，流动性就越好措施：金属性质：（①正确选择合金成分②合理的熔炼工艺）铸型性质：（①选择蓄热系数低的铸型材料②预热铸型③适当降低型砂中的含水量和发气 ④量提高砂型的透气性）浇注方面：（①合理提高提高浇注温度②增加金属液静压头③选择恰当的浇注系统结构）铸件结构：（选择适当的浇注位置）第三章 铸件的凝固一：凝固动态曲线（书本76页）二：铸件的凝固方式（书本77-78页）：1、逐层凝固方式2、体积凝固方式3、中间凝固方式铸件的凝固方式取决于凝固区域的宽度。
金属工艺学_课后习题参考答案
⾦属⼯艺学_课后习题参考答案第⼀章（p11）1、什么就是应⼒？什么就是应变？答：应⼒就是试样单位横截⾯得拉⼒；应变就是试样在应⼒作⽤下单位长度得伸长量2．缩颈现象在拉伸实验中当载荷超过拉断前所承受得最⼤载荷时,试样上有部分开始变细，出现了“缩颈".缩颈发⽣在拉伸曲线上bk段。
不就是，塑性变形在产⽣缩颈现象前就已经发⽣,如果没有出现缩颈现象也不表⽰没有出现塑性变形。
4、布⽒硬度法与洛⽒硬度法各有什么优缺点?下列材料或零件通常采⽤哪种⽅法检查其硬度?库存钢材硬质合⾦⼑头锻件台虎钳钳⼝洛⽒硬度法测试简便,缺点就是测量费时,且压痕较⼤,不适于成品检验。
布⽒硬度法测试值较稳定,准确度较洛⽒法⾼。
;迅速，因压痕⼩，不损伤零件,可⽤于成品检验.其缺点就是测得得硬度值重复性较差,需在不同部位测量数次. 硬质合⾦⼑头,台虎钳钳⼝⽤洛⽒硬度法检验。
库存钢材与锻件⽤布⽒硬度法检验。
5、下列符号所表⽰得⼒学性能指标名称与含义就是什么？抗拉强度它就是指⾦属材料在拉断前所能承受得最⼤应⼒、屈服点它就是指拉伸试样产⽣屈服时得应⼒。
规定残余拉伸强度疲劳强度它就是指⾦属材料在应⼒可经受⽆数次应⼒循环不发⽣疲劳断裂,此应⼒称为材料得疲劳强度. 应⼒它指试样单位横截⾯得拉⼒。
冲击韧度它就是指⾦属材料断裂前吸收得变形能量得能⼒韧性。
ＨRC 洛⽒硬度它就是指将⾦刚⽯圆锥体施以１0０Ｎ得初始压⼒，使得压头与试样始终保持紧密接触,然后，向压头施加主载荷，保持数秒后卸除主载荷。
以残余压痕深度计算其硬度值. HBS布⽒硬度它就是指⽤钢球直径为10ｍｍ,载荷为300０Ｎ为压头测试出得⾦属得布⽒硬度。
HＢW 布⽒硬度它就是指以硬质合⾦球为压头得新型布⽒度计。
第⼆章(p23)(1)什么就是“过冷现象"?过冷度指什么?答:实际结晶温度低于理论结晶温度（平衡结晶温度),这种线性称为“过冷”。
理论结晶温度与实际结晶温度之差，称为过冷度.(2)⾦属得晶粒粗细对其⼒学性能有什么影响?细化晶粒得途径有哪些？答：⾦属得晶粒粗细对其⼒学性能有很⼤影响。
铸造基本知识及理论
程中，其体积或尺寸缩减的现象。
分类：分为三类，液态收缩、凝固收缩和固态收缩。
浇注温度
铸 液态收缩
件 温
开始凝固温度
体
度 降
凝固收缩
积 收
低
缩
凝固终止温度
固态收缩
室温
线收缩
收缩率：
体积收缩是指单位体积的收缩量（体积收缩率）。 线收缩是指单位长度上的收缩量（线收缩率）。
体积收缩率：
V
V0 V1 100% V1
2、型砂的影响： 1）原砂、粘结剂和稀释剂的成分配比； 型砂
原砂
稀释剂
粘结剂
石
铬
锆
英
铁
英
砂
矿
砂
砂
水
粘
水
树
溶
玻
剂
土
璃
脂
2）原砂的形状、粒度状况
一般认为：粒度在小尺寸范围呈正态分布，有利于
砂型强度的提高，但透气性较差。
➢
工 艺 过 程
特点及应用：
1、不受铸件材质、尺寸、质量和生产批量的限制； 2、属于一次性铸造成形，造型工作量大； 3、铸件精度和表面质量差； 4、砂型铸造缺陷多，废品率高，机械性能较差； 5、设备简单、投资少，价格低廉，应用广泛。
连续铸造：
➢ 定义：是指将熔融金属连续不断地浇注到被成为结晶
器的特殊容器中，凝固的铸件不断从结晶器的另一端被引 出，从而获得任意长度的等横截面铸件的铸造方法。
➢ 工艺过程：如右图所示。
➢ 特点和应用：
1、冷却速度快，组织致密， 机械性能好；
2、工艺简单，生产效率高； 3、适于横截面一定的钢材、
铝材和铸铁管等铸件的生产。
阶 段 主要影响因素
铝合金铸造基础知识课堂PPT
冷芯制芯
冷芯制芯：
将树脂砂填入冷芯模，而后吹气硬化制成坭芯。 根据使用的粘结剂和所吹气体及其作用的不同，而 有三乙胺法、SO2法、酯硬化法、低毒和无毒气体 促硬制芯法。
三乙胺法：一般用干燥的压缩空气或氮气作液态硬 化剂（三乙胺）的载体气体，稀释到约5％浓度，形 成三乙胺气雾，向冷芯模中填入树脂砂后再吹入三 乙胺气雾，树脂砂便能在数秒至数十秒内硬化制成 所需要强度的坭芯。
36
壳芯制芯
壳芯：进排气道
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壳芯制芯
壳芯制芯的优点： ➢混制好的覆膜砂可以较长期贮存（三个月以上）； ➢能获得尺寸精确的坭芯； ➢坭芯的强度高、质量轻、易搬运； ➢可用细的原砂得到光洁的铸件表面； ➢覆膜砂消耗量小。
38
壳芯制芯
壳芯制芯的缺点： （一）壳芯表面易疏松 覆膜砂流动性差； 排气不当，在深凹处疏松和缺肉的，多是排气不好； 射砂压力太低； 射砂时间太短； 覆膜砂所使用的原砂太粗。
42
冷芯制芯
冷芯：冒口芯
43
冷芯制芯
冷芯制芯的冷芯树脂（粘结剂）由两部分组成，组 分Ⅰ是酚醛树脂，组分Ⅱ是聚异氰酸酯。
硬化反应：
酚醛树脂＋聚异氰酸酯 三乙胺 尿烷
采用三乙胺法制芯时，原砂采用干净的AFS的细度 50-60的硅砂。
原砂必须干燥，水分超过0.1％（质量分数）就会减 少树脂砂的可使用时间，降低坭芯的抗拉强度，也 会增加铸件针孔缺陷。
第三章 铝液的熔化 及精炼处理
47
熔炼炉的操作
➢第一节 熔炼炉的简介 ➢第二节 铝合金熔炼理论知识
48
熔炼炉的简介 熔炼炉的分类:
熔炼炉
火焰炉
感应炉
电阻炉
49
熔炼炉的简介
2-1铸造工艺基础-1.2充型.收缩1
液态金属的流动性
流动性定义： 液态合金充满型腔，形成轮廓清晰， 形状和尺寸符合要求的优质铸件的能力。 流动性不好：不能充满型腔，铸件易产生浇不到、冷
隔、气孔、夹杂等缺陷。
流动性好：易于充满型腔，有利于气体和非金属夹杂
物上浮和对铸件进行补缩。
冷隔
浇不足
气孔
液态合金的流动性通常以“螺旋形试样”长度来衡 量。
机械学院金工教研室
课程考核方式及成绩评定方法
开课学时：48（理论44，实验4） 成绩构成：
卷面成绩60%：期末考试成绩×0.6；
实验成绩5%：实验室成绩（满分10分）/2；
作业成绩20%：共提交4次作业，每次5分，每次 作业打错1处扣1分，扣完5分为止；
平时成绩5%：缺席1次扣0.5分，扣完5分为止；
体收缩率：
线收缩率：
V0 V1 V 100% V (t0 t1 ) 100% V0
l0 l1 L 100% l (t0 t1 ) 100% l1
V0，V1——金属在 t0 和 t1 时的体积，m3； l0，l1——金属在 t0 和 t1 时的长度，m；
课程大作业10%：课程结束后提交大作业，满分 10分，答错一处扣1分，扣完10分为止。
机器生产过程：原材料——毛坯——零件——机器
机器制造方法： • 原材料选取择与改性（热处理）； • 毛坯成形（铸、锻、焊等）； • 零件成形（切削加工等）与装配。
主要教学内容
•
各种毛坯制造方法的生产原理、特点和应用
落砂后热应力仍存在与铸件之中，属于残余应力。
粗杆：拉应力
细杆：压应力
铸件热应力的产生
分析下列铸件内的纵向残余应力
厚壁筋板内拉伸应力 薄壁筋板内压缩应力
铸造理论基础
33
§1-4 液态金属结晶的基本原理 一、液态金属的结晶过程
2.液态金属的结晶过程 晶核形成
界面 长大 热力学能障
能量障碍
动力学能障
材料成型与控制工程专业
34
§1-4 液态金属结晶的基本原理 二、生核过程
1.生核分类 均质生核(自 发生核)
分 类
非均质生核(异质 生核)
界面：
1280 ～ 1180
15
§1-2 液态金属的充型能力 三、影响充型能力的因素及提高充型能力的措施
•3浇注条件 2）充型压头
液态金属在流动方向上所受的压力 越大，充型能力就越好； 不良后果？
采取措施：
1)增加金属静压头h；
2)其它方式如压铸等； 3）浇注系统的结构
材料成型与控制工程专业
16
§1-2 液态金属的充型能力 三、影响充型能力的因素及提高充型能力的措施
•2铸型方面 3）铸型中气体 发气能力：在金属液与铸型之间形成气膜， 可减小流动的摩擦阻力，有利于充型
减小反压力途径：
1）减少砂型的发气性（适当降低含水量和发气物 质含量）；
2）提高砂型透气性（扎通气孔，设冒口等）
材料成型与控制工程专业
14
§1-2 液态金属的充型能力 三、影响充型能力的因素及提高充型能力的措施
材料成型与控制工程专业
37
§1-4 液态金属结晶的基本原理 二、生核过程
局限性： 克服高能量障碍，所需的过冷度是很大的。 ΔT=(0.18-0.2)T熔 如：纯Al T熔＝660℃，ΔT=195℃;
但实际上金属结晶时的过冷度一般只有十几摄氏度或 几分之一摄氏度，远小于均质生核所需的过冷度。
《铸造工》初级第一章
铸造工的职业发展路径
80%
初级铸造工
具备基础的铸造技能和理论知识 ，能够完成简单的铸造任务。
100%
中级铸造工
具备较为丰富的铸造经验和技能 ，能够独立完成复杂的铸造任务 ，并具备一定的生产管理能力。
80%
高级铸造工
具备高超的铸造技能和全面的理 论知识，能够解决复杂的铸造技 术问题，并具备较高的生产管理 能力。
02
铸造基础知识
铸造材料的种类与特性
铸造材料的种类
铸铁、铸钢、铝合金、铜合金等。
铸造材料的特性
铸铁的强度高、耐磨性好；铸钢的韧性好、耐高温；铝合金的密度小、耐腐蚀 性好；铜合金的导热性好。
铸造工艺流程简介
01
02
03
Байду номын сангаас
04
熔炼
将金属材料加热至熔点，形成 液态金属。
浇注
将液态金属浇注到铸型中，填 充型腔。
详细描述
砂型铸造技术利用砂型作为模具，通过填砂、合型、浇注和落砂 等步骤完成铸件的生产。砂型铸造适用于生产各种形状和尺寸的 铸件，具有成本低、适应性强的优点。
熔模铸造技术
总结词
熔模铸造是一种精密铸造方法，通过 制作精确的熔模，然后进行浇注得到 铸件。
详细描述
熔模铸造技术包括制作熔模、制作型 壳、脱蜡、焙烧和浇注等步骤。熔模 铸造适用于生产形状复杂、精度要求 高的铸件，如航空发动机叶片等。
冷却
使液态金属冷却凝固，形成固 态铸件。
清理
去除铸件表面的杂质和多余部 分。
铸造缺陷及其预防措施
气孔
由于型腔内的气体未完全排除，导致铸件内部出 现气孔。预防措施包括提高砂型的透气性、合理 设置浇注系统等。
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
铸造工艺基础知识及理论
4
铸造材料
1
工艺基础 工艺性能
2
铸件生产
铸造工艺
3 工艺方法
1. 金属液态成形（铸造）工艺基础
什么是金属的液态成形:
将熔炼好的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.
金属的液态成形的方法:
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）.其中砂型铸造是最基本的液态成形方法，所生 产的铸件要占铸件总量的80%以上.特种铸造较适用于大批量生产， 应用范围逐渐增加。
松
的 方
方法
合理布置内浇道及确定浇铸工艺。
法
合理应用冒口、冷铁和补贴等工艺措施。
3. 铸件的生产工艺
整模造型
分模造型
手工造型
砂型铸造
活块造型 三箱造型
液
挖砂造型
态
机器造型
刮板造型
成
铸造工艺图的绘制
型
砂型铸造的工艺设计
分型面的选择
工
工艺参数的确定 浇注位置的确定
艺
金属型铸造
熔模铸造
压力铸造
特种铸造
低压铸造 陶瓷型铸造
内是由表及里的逐层凝固。在凝固过程中，如得不到合金液的 补充，在铸件最后凝固的地方就会产生缩孔.
2. 铸件的生产—缩松的形成 缩松的形成原因:
铸件最后凝固的收缩未能得到补充，或者结晶温度范围宽的 合金呈糊状凝固，凝固区域较宽，液、固两相共存，树枝晶发 达，枝晶骨架将合金液分割开的小液体区难以得到补缩所致。
合金的收缩的过程:
合金从液态冷却至室温的过程中，其体积或尺寸缩减的 现象。合金的收缩给液态成形工艺带来许多困难，会造成许 多铸造缺陷。（如：缩孔、缩松、裂纹、变形等）。
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随着人们对金属材料(青铜、钢铁等)的使用，相应 地产生了铸造、锻造、焊接等金属成形加工技术。
20世纪以后，随着塑料和先进陶瓷材料的出现，这 些非金属材料的成形工艺得到了迅速发展；
在跨人21世纪后的今天，已进入了各种人工设计、 人工合成的新型材料层出不穷的新时代，各种与之 相应的先进的成形工艺也在不断涌现并大显身手。
第一章铸造成形工艺理 论基础
2020/12/1
第一章铸造成形工艺理论基础
在现代机械产品的制造过程中，一般是应用材料成 形的方法将材料制成毛坯，再经过机械加工方法制 成所需的零件。
材料成形工艺是指用于把材料从原材料的形态通 过加工而转变为具有所要求的形状及尺寸的毛坯
或成品的所有加工方法或手段的总称。
先进的技术装备等等。
我国成功地进行了耗用钢水达490t的轧钢机机架和 长江三峡电站巨型水轮机的巨型铸件的铸造，锻造 了196t汽轮机转子；
采用铸一焊组合方法制造了12000t水压机的立柱 （高18m）、底座和横梁等大型零、部件；
我国已成功地生产出了用于锻造大型锻件的12000t 水压机；
解决了30万吨级远洋油轮船体的焊接技术；
第一章铸造成形工艺理论基础
20世纪中期以后，随着计算机、微电子、信息和 自动化技术的迅速融入，在涌现出一大批新型的 成形技术的同时，材料成形加工生产已开始向着 优质化、精密化、绿色化和柔性化的方向发展。
第一章铸造成形工艺理论基础
我国材料成形技术的发展历史
我国的材料成形技术具有悠久的历史 明朝大科学家宋应星编著的《天工开物》一书中，
➢工艺过程----将原料或半成品加工成产品的 过程。
➢工艺学---研究工艺过程的科学。诸如机械 制造工艺学（包括：铸造工艺学、锻造工 艺学、焊接工艺学，机械加工工艺学）。
第一章铸造成形工艺理论基础
材料成形技术基础主要内容
第一章铸造成形工艺理论基础
➢本课程的学习内容
液态成形（铸造） 塑性成形（压力 加工）
形状、 尺寸、 性能
冶 炼
矿 石
生 炼钢 铸 塑性成形 毛 切削 零 装配
铁
锭（压力加工）坯 加工 件
塑性成形
（压力加工）
热处理
型
切削加工
材 连接成形（焊接）
机器零件的基本生产工艺过程及工艺学
第一章铸造成形工艺理论基础
从材料到毛坯又由毛坯到零件的工艺过程是贯穿机 械制造过程中的一条主线，它包含了材料成形及机 械制造工艺的基本理论、基本知识、基本方法。对 于一个合格的工程技术人员来说．掌握这些知识， 对所从事的工作是非常重要的。
第一章铸造成形工艺理论基础
➢材料成形技术的发展史
材料成形工艺是伴随着人类使用材料的历史 而发展的。
交通工具—轿车的构成来看：
发动机中的缸体、缸盖、活塞等一般都是铸造而成， 连杆、传动轴、车轮轴等是锻造而成， 车身、车门、车架、油箱等是经冲压和焊接制成， 车内饰件、仪表盘、车灯罩、保险杠等是塑料成形制
件，轮胎等是橡胶成形制品。
因此，可以毫不夸张地说： 没有先进的材料成形工艺，就没有现代制造业。
第一章铸造成形工艺理论基础
材料成形工艺经历了从简单的手工操作到如今的 复杂化、大型化和智能化生产的发展过程。
蒸汽—空气锤、水压机、模锻压力机、高速冲床 等的使用，使金属锻压工艺彻底改变了传统的 “手工打铁”的落后方式，进入到机械化现代化 生产的行列。
1885年发现了气体放电电弧作为电弧焊接的热源， 1886年发明了电阻焊，从此电焊便成为现代焊接 技术的主流。
第一章铸造成形工艺理论基础
新中国成立以后，我国机械制造业得到了飞速发展， 经历了由仿制到自行设计、制造，从生产普通机械 到制造精密和大型机械，从生产单机到制造成套设 备的发展过程。
20世纪50年代，自行制造汽车、拖拉机及飞机； 60年代，制造万吨水压机，和齿轮磨床、坐标镗床
等精密机床；
70年代，制造大型成套设备和万吨级远洋巨轮； 直至90年代，为我国航天、原子能等工业领域提供
CAD/CAE/CAM等计算机技术及机器人技术在材料 成形技术中得到越来越
广泛的应用，粉末冶金、高分子、陶瓷、复合材料 制品的应用也日益扩大等等。
➢材料成形加工在国民经济中的地位
材料成形加工在国民经济中占有十分重要的地位；并且在 一定程度上代表着一个国家的工业和科技发展水平。
占全世界总产量将近一半的钢材是通过焊接(又说45％的 金属通过焊接得以成形)制成件或产品后投入使用的；
铸造技术在我国源远流长，并有很高的水平， 形成了闻名于世的以泥范(砂型)、铁范(金属 型)和失蜡铸造为代表的中国古代三大铸造 技术。
第一章铸造成形工艺理论基础
我国也是世界上应用焊接技术最早的国家 之一。 河南辉县战国墓中的殉葬铜器的耳和足就 是用铸焊方法与本体连接的，比欧洲早了 2000多年。
在机床和通用机械中铸件质量占70％～80％； 农业机械中铸件质量占40％—70％； 汽车中铸件质量约占20％，锻件质量约占70％； 飞机上的锻件质量约占85％； 发电设备中主要零件如主轴、叶轮、转子等均为锻件制成； 家用电器和通信产品中60％—80％的零部件是冲压件和塑
料成形件。
第一章铸造成形工艺理论基础
课程任务
掌握主要毛坯成型方法的基本原理和工 艺特点，具有选择毛坯及工艺分析的初步能 力，具有综合运用工艺知识，分析零件结Biblioteka 工艺性的初步能力。学习方法：
抓住一主线：
成形原理—成形方法（工艺）及应用—成形工艺过 程设计—成形件的结构工艺性
第一章铸造成形工艺理论基础
工艺、工艺过程、工艺学的定义
➢工艺----将原料或半成品加工成产品的方法、 技术等。
详细论述了冶铁、铸钟、锻铁、淬火等各种金属的 加工方法。
这部论著是世界上有金属材料成形及加工方法以 来最早的科学论著，充分反映了我国历代劳动人民 在材料成形及机械加工技术方面的卓越贡献。
第一章铸造成形工艺理论基础
我国的冶铸技术至少有4000年以上的悠久历 史，前2000年是青铜的天下。到商周时代， 冶铸技术已达到很高水平，形成了灿烂的青 铜文化。