金属液态成型原理
液态成型
液态成形原理第一章液态金属的结构和性质1.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。
2.晶界粘滞流动：把金属加热到熔点附近时，离位原子数大为增加。
在外力的作用下，这些原子作定向运动，造成晶粒间的相对流动。
(金属的熔化是从晶界开始的)3.熔化潜热：在熔点温度的金属转变为同温度的液态金属时，金属要吸收大量的热量(金属由固态变为液态，体积膨胀约为3~5%)。
4.在熔点和过热度不大时，液态金属的结构是接近固态金属而远离气态金属的。
5.液态金属：是由各种成分的原子集团、游离原子、空穴、裂纹、杂质及气泡所组成的“混浊”液体。
6.粘度（粘滞性）：在作相对运动的两流体层的接触面上，存在一对等值而反向的作用力来阻碍两相邻流体层作相对运动的性质。
7.粘滞性的本质：原子间结合力的大小。
8.粘度在材料成形过程中的影响。
A．对液态金属净化的影响-粘度↑杂质和气泡上升的速度↓B．对液态合金流动阻力的影响-粘度↑流动阻力↑C．对液态过程中液态合金对流的影响-粘度↑对流强度↓9.表面张力：液态金属表面有一个平行于表面且各向大小相等的张力。
10.影响表面张力的因素：A．熔点。
熔点↑原子间结合力↑表面张力↑B．温度。
温度↑表面张力↓（但对铁碳合金、铜合金，温度↑表面张力↑）C．溶质原子表面活性元素，使表面张力↓非表面活性元素，使表面张力↑11.充型能力mold-filling capacity：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(充型能力是外因（铸型）和内因（流动性）的共同结果) 12.液态金属的流动性：液态金属本身的流动能力。
第二章 液态金属的结晶形核1. 液态金属的凝固是一个体系自由能降低的自发过程。
它的驱动力是由过冷度提供。
2. 过冷度：ΔT=T m -T （T m ：熔点）3. 均质生核homogeneous nucleation :依靠液态金属内部自身结构自发地形核过程。
液态模锻的原理方法和应用
液态模锻的原理方法和应用1. 液态模锻的原理液态模锻是一种先进的金属成形技术，主要利用金属在液态状态下的流动性来实现成形。
其原理主要包括以下几个方面：•金属液态流动性：金属在液态状态下具有较好的流动性，可以在模具内部均匀流动，填充整个模腔。
•压力控制：通过施加一定的液态压力，使金属在模具中流动，并填充模腔。
压力的大小和施加方式对成形质量有重要影响。
•温度控制：液态模锻需要在一定的温度范围内进行，通常要求金属保持在其液态区域内，以保证成形过程的顺利进行。
•冷却控制：液态模锻后，还需要对成形件进行冷却处理，以获得所需的性能和形状。
2. 液态模锻的方法液态模锻的方法有多种，根据实际需求和成形材料的特性选择不同的方法。
下面给出几种常用的液态模锻方法：2.1 直接模锻法直接模锻法是最常用的液态模锻方法之一，其工艺流程简单，适用于各种金属材料。
具体步骤如下：1.预热金属料：将金属料加热至其液态温度以上，使其达到液态状态。
2.填充模具：将液态金属料注入预热好的模具中，使其填充整个模腔。
3.施加压力：在金属料注入模具后，施加一定的液态压力，使金属料在模具内流动并填充模腔。
4.冷却处理：待金属料填充完毕后，进行冷却处理，以获得所需的性能和形状。
2.2 间接模锻法间接模锻法是液态模锻中的另一种常用方法，主要用于形状复杂的零件。
主要步骤如下：1.制备模具：根据所需零件的形状和尺寸，制备相应的模具。
模具可以分为上模和下模两个部分。
2.加热金属料：将金属料加热至其液态温度以上，使其达到液态状态。
3.填充模具：将液态金属料注入上模中，然后合上下模，使金属料填充整个模腔。
4.施加压力：在金属料填充完毕后，施加一定的液态压力，以保证金属料在模具中充分流动，并填充整个模腔。
5.冷却处理：待金属料填充完毕后，进行冷却处理，以获得所需的性能和形状。
2.3 复合模锻法复合模锻法是一种较为复杂的液态模锻方法，主要用于特殊材料或特殊形状的零件。
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。
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
材料成形原理
1. 液态金属的结构为“近程有序”“远程无序”；液态金属的结构接近固态金属。
2. 粘度的本质是原子间的结合力；影响液体金属粘度的主要因素是化学成分、温度和夹杂物；难溶化合物的液体粘度较高，而熔点低的共晶成分合金的粘度低；液体金属的粘度随温度的升高而降低；夹杂物越多对粘度的影响越大。
3. 一小部分的液体单独在大气中出现时，力图保持球状形态，说明总有一个力的作用使其趋向球状，这个力称为表面张力。
4. 表面张力实质是质点（分子、原子等）间作用力不平衡引起的。
润湿角是衡量界面张力的标志。
影响液态金属表面张力的因素主要有熔点、温度和溶质元素。
熔点、沸点高则表面张力往往就大；表面张力随温度升高而降低。
5. 液态金属的表面张力和界面张力有何不同？表面张力和附加压力有何关系？答：液态金属的表面张力是界面张力的一个特例。
表面张力对应于液－气的交界面，而界面张力对应于固－液、液－气、固－固、固－气、液－液、气－气的交界面。
表面张力σ和界面张力ρ的关系如（1）ρ＝2σ/r,因表面张力而长生的曲面为球面时，r为球面的半径；（2）ρ＝σ（1/r1+1/r2）,式中r1、r2分别为曲面的曲率半径。
附加压力是因为液面弯曲后由表面张力引起的。
6. 流变铸造：将通过机械搅拌或电磁搅拌等方法制备的半固态浆料移送到压铸机等成形设备中，然后压铸或挤压至金属模具中成形为零件。
7. 液体金属本身的流动能力称为“流动性”，是由液态金属的成分、温度、杂质含量等决定的，而与外界因素无关。
8. 液态合金的流动性和充型能力有何异同？答：液态金属的流动性和冲型能力都是影响成形产品质量的因素；不同点：流动性是确定条件下的冲型能力，它是液态金属本身的流动能力，由液态合金的成分、温度、杂质含量决定，与外界因素无关。
而冲型能力首先取决于流动性，同时又与铸件结构、浇注条件及铸型等条件有关。
9. 影响充型能力的因素：（1）金属性质方面的因素（2）铸型性质方面的因素（3）浇注条件方面的因素（4）铸件结构方面的因素。
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。
成型法的加工原理
成型法的加工原理材料成形方法是零件设计的重要内容，也是加工过程中的关键因素，除了机加工外，金属注射成型、塑性成型以及近年兴起的3D打印都是主要技术，下面就来细数一下这些金属成形工艺的特点。
铸造液态金属浇注到与零件形状、尺寸相适应的铸型型腔中，待其冷却凝固，以获得毛坯或零件的生产方法，通常称为金属液态成形或铸造。
工艺流程：液体金属→充型→凝固收缩→铸件工艺特点：1、可生产形状任意复杂的制件，特别是内腔形状复杂的制件。
2、适应性强，合金种类不受限制，铸件大小几乎不受限制。
3、材料来源广，废品可重熔，设备投资低。
4、废品率高、表面质量较低、劳动条件差。
铸造分类：（1）砂型铸造（sand casting）在砂型中生产铸件的铸造方法。
钢、铁和大多数有色合金铸件都可用砂型铸造方法获得。
工艺流程：技术特点：1、适合于制成形状复杂，特别是具有复杂内腔的毛坯；2、适应性广，成本低；3、对于某些塑性很差的材料，如铸铁等，砂型铸造是制造其零件或，毛坯的唯一的成形工艺。
应用：汽车的发动机气缸体、气缸盖、曲轴等铸件（2）熔模铸造(investmentcasting)通常是指在易熔材料制成模样，在模样表面包覆若干层耐火材料制成型壳，再将模样熔化排出型壳，从而获得无分型面的铸型，经高温焙烧后即可填砂浇注的铸造方案。
常称为“失蜡铸造”。
工艺流程：优点：1、尺寸精度和几何精度高；2、表面粗糙度高；3、能够铸造外型复杂的铸件，且铸造的合金不受限制。
缺点：工序繁杂，费用较高应用：适用于生产形状复杂、精度要求高、或很难进行其它加工的小型零件，如涡轮发动机的叶片等。
（3）压力铸造(die casting)利用高压将金属液高速压入一精密金属模具型腔内，金属液在压力作用下冷却凝固而形成铸件。
工艺流程：优点：1、压铸时金属液体承受压力高，流速快2、产品质量好，尺寸稳定，互换性好；3、生产效率高，压铸模使用次数多；4、适合大批大量生产，经济效益好。
工程材料液态成型原理
工程材料液态成型原理工程材料液态成型（Liquid State Forming）是一种现代加工技术，用于制造有机、无机、金属材料。
它是由液态材料在热条件下凝固成形的一种方法。
液态成型是一种高质量、高效率的加工方法，能够制造高精度、高质量的结构部件，具有广泛的应用前景。
液态成型已经成为了现代工程加工技术的一个重要分支，包括压力铸造、真空浸渍成型、低压浸渍成型、熔蜡精密浇铸、热等静压、往复挤压、高压铸造等。
液态成型原理1. 压力铸造压力铸造是液态成型的最常见形式。
其原理是将液态铝等金属注入铸造模具，以高压或低温凝固，最终形成所需形状的零件。
压力铸造可分为铸模压铸和压机压铸两种。
在铸模压铸中，液态金属被注入封闭铝模中，并在高压下流动。
当铸造模具冷却后释放压力，铝合金零件便可被移除。
而在压机压铸中，液态金属通过压力机压缩，以形成所需形状。
2. 真空浸渍成型真空浸渍成型原理是在真空状态下，将预先制作好的聚合物或金属部件浸泡在低粘度液体中，让它充分渗透被浸部件中的空气，并在部件中形成空气孔。
然后将液态金属注入到部件内，使缺陷被填充，完成零件整形。
3. 低压浸渍成型低压浸渍成型原理是通过设定合适的压力和温度，将合成树脂或组合材料浸渍在含有固体颗粒的介质中，以形成所需零件。
浸渍后，材料被取出并放置在固定模具中，在热的条件下进行脱模。
4. 熔蜡精密浇铸熔蜡精密浇铸是通过将精密铸造模具准备好，根据所需形状制作铸造芯，然后将蜡熔化注入模具中。
经冷却后，蜡壳就形成了模具。
蜡壳填入砂中，在浇注时烘烤蜡浇口使之熔化并渗入砂的内部，从而形成所需的金属零件。
这种方法的优点是制造精度高、表面光洁度好，但成本较高。
5. 热等静压热等静压是在塑料条件下使用高压和高温，将金属坯体制成成型零件。
在加工过程中，利用高温条件使金属母材软化，再通过高压使其形成零件的形状。
这种方法的优点是可以制造出形状复杂的零件，并且可以增强零件内部的晶体结构和强度。
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
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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
2012-1-8 16
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 ，
液态金属成型
液态金属成型金属液态成型论文作者：刘永星摘要：金属液态成型又称为铸造，是将液态金属在重力或外力作用下充填到型腔中，待其冷却凝固后，获得所需形状和尺寸的毛坯或零件，即铸件的方法，它是成形毛坯或机器零件的重要方法之一。
工程材料除切削加工以外有各种成型方法，包括金属液态成型、金属塑性成形、材料连接成型、粉末冶金成型以及塑料、橡胶、陶瓷等非金属材料成型及复合材料成型等。
材料成型技术主要讲述金属材料成型和非金属材料成型，现对金属液态成型进行详细论述。
关键词：金属液态成型、成型方法、生产流程、成型原理、选择成型依据一、金属液态成形金属材料在液态下成形，具有很多优点：（1）最适合铸造形状复杂、特别是复杂内腔的铸件。
（2）适应性广，工艺灵活性大。
（3）成本较低。
但液态成形也有很多不足，如铸态组织疏松、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、特别是冲击性能低于塑形成行件；铸件涉及的工序很多，不易精确控制，铸件质量不稳定；由于目前仍以砂型铸造为主，自动化程度还不够高，工作环境较差；大多数铸件只是毛坯件，需经过切削加工才能成为零件。
砂型铸造是将熔融金属浇入砂质铸型中，待凝固冷却后，将铸型破坏，取出铸件的铸造方法，是应用最为广泛的传统铸造方法，它适用于各种形状、大小及各种常用合金铸件的生产。
砂型铸造的工艺过程称为造型。
造型是砂型铸造最基本的工序，通常分为手工造型和机器造型两大类。
手工造型时，填砂、紧实和起模都用手工和手动完成。
其优点是操作灵活、适应性强、工艺装备简单、生产准备时间短。
但生产效率低、劳动强度大、铸件质量不易保证。
故手工造型只适用于单件、小批量生产。
机器造型生产率很高，是手工造型的数十倍，制造出的铸件尺寸精度高、表面粗糙度小、加工余量小，同时工人劳动条件大为改善。
但机器造型需要造型机、模板以及特质砂箱等专用机器设备，一次性投资大，生产准备时间长，故适用于成批大量生产，且以中、小型铸件为主。
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
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金属液态成型原理内容简介《金属液态成型原理》共10章，书中系统阐述了材料热加工过程中金属液态成形的基本原理。
第1章是液态金属的结构和性质，第2章是金属凝固过程的传热，第3章是液态金属凝固热力学及动力学，第4章是单相及多相合金的结晶，第5章是金属凝固组织的控制，第6章是凝固新技术，第7章是合金中的成分偏析，第8章是气孔与夹杂，第9章是缩孔与缩松，第10章是铸造应力、变形及裂纹。
《金属液态成型原理》是普通高等学校“材料成形与控制工程专业”液态成形（铸造）方向本科生用的教材，同时也可作为材料加工液态成形方向研究生的参考书，还可作为金属材料工程、热加工以及机械等工程专业师生和工程技术人员的参考用书。
〃查看全部>>目录0 绪论10.1 金属的液态成形与凝固的关系10.2 凝固过程研究的对象10.3 凝固理论的研究进展2第1章液态金属的结构和性质41.1 固体金属的加热、熔化41.1.1 晶体的定义与结构41.1.2 金属的加热膨胀41.1.3 金属的熔化61.2 液态金属的结构61.2.1 液态金属的热物理性质71.2.1.1 体积和熵值的变化71.2.1.2 熔化潜热与汽化潜热71.2.2 X射线结构分析71.2.3 液态金属的结构81.2.3.1 纯金属液态结构81.2.3.2 实际金属液态结构91.2.4 液态金属理论结构模型 钢球模型与P Y理论10 1.3 液态金属的性质121.3.1 液态金属的黏滞性121.3.1.1 液态金属黏滞性的基本概念131.3.1.2 黏滞性（黏度）在材料成形过程中的意义141.3.2 液态金属的表面张力151.3.2.1 表面张力的基本概念和实质151.3.2.2 影响表面张力的因素171.3.2.3 毛细现象及表面张力引起的附加压力191.3.2.4 表面张力在材料成形中的意义201.4 液态金属的充型能力211.4.1 液态金属充型能力的基本概念211.4.1.1 充型能力的定义及其他相关名词211.4.1.2 液态金属流动性测试方法221.4.2 液态金属停止流动的机理与充型能力221.4.2.1 液态金属停止流动的机理221.4.2.2 液态金属的充型能力241.4.3 影响充型能力的因素271.4.3.1 金属性质方面的因素271.4.3.2 铸型性质方面的因素291.4.3.3 浇注条件方面的因素301.4.3.4 铸件结构方面的因素311.5 液体金属中的流动311.5.1 自然对流和强迫对流311.5.2 凝固过程液相区液态金属的流动32 1.5.3 液态金属对流对凝固组织的影响33习题与思考题34第2章金属凝固过程的传热352.1 概述352.1.1 热量传递的基本方式352.1.2 铸造过程中的热交换352.2 导热基本定律362.2.1 温度场362.2.1.1 概念362.2.1.2 等温面及等温线362.2.2 傅里叶定律362.2.3 导热微分方程372.3 凝固温度场的求解方法392.3.1 方法介绍392.3.2 铸件凝固温度场的解析解法392.3.3 半无限大物体的非稳态导热解析法41 2.3.4 测温法432.3.5 影响铸件温度场的因素432.3.5.1 金属性质的影响432.3.5.2 铸型性质的影响432.3.5.3 浇注条件t浇442.3.5.4 铸件结构的影响442.4 不同界面热阻条件下温度场462.4.1 概述462.4.1.1 热阻462.4.1.2 多层板的热阻462.4.2 铸件在非金属型中凝固482.4.3 金属型铸造凝固482.5 铸件的凝固方式及其对铸件质量的影响49 2.5.1 凝固动态曲线492.5.2 凝固区域及其结构492.5.3 铸件的凝固方式及其影响因素512.5.3.1 凝固方式512.5.3.2 影响凝固方式的因素522.6 合金凝固方式与铸件质量的关系522.6.1 窄结晶温度范围的合金522.6.2 宽结晶温度范围的合金532.6.3 中等结晶温度范围的合金542.7 无限大平板铸件的凝固时间计算542.7.1 理论计算法542.7.2 经验公式法55习题与思考题56第3章液态金属凝固热力学及动力学573.1 凝固热力学573.1.1 液固相变驱动力573.1.2 曲率、压力对金属平衡结晶温度的影响59 3.1.2.1 曲率对金属平衡结晶温度的影响593.1.2.2 压力对物质熔点的影响593.2 自发形核过程603.2.1 液态金属的结晶过程603.2.2 自发形核形核功613.2.3 自发形核形核率623.3 非自发形核过程643.3.1 非自发形核形核功643.3.2 非自发形核的形核条件663.4 晶核的生长673.4.1 液 固界面的结构及其影响因素683.4.2 粗糙界面与光滑界面693.5 晶体的生长方式及生长速度703.5.1 晶体的生长方式703.5.2 晶体的生长速度703.5.2.1 连续生长713.5.2.2 二维生核生长723.5.2.3 沿螺型位错生长723.5.3 晶体的生长方向和生长表面73习题与思考题74第4章单相及多相合金的结晶754.1 凝固过程中的质量传输754.1.1 溶质分配方程754.1.1.1 扩散第一定律754.1.1.2 扩散第二定律754.1.2 凝固传质过程的有关物理量764.1.2.1 扩散系数D764.1.2.2 溶质平衡分配系数k0764.1.2.3 液相线斜率mL774.1.2.4 液相温度梯度GL774.1.3 稳定态扩散（溶质传输）过程的一般性质77 4.1.3.1 稳定态定向凝固特征微分方程的通解78 4.1.3.2 固液界面处的溶质平衡784.1.3.3 远离固 液界面的液体成分784.2 单相合金的凝固794.2.1 溶质再分配现象的产生794.2.2 平衡凝固时的溶质再分配804.2.3 非平衡凝固时的溶质再分配814.2.3.1 固相无扩散，液相充分扩散时的溶质再分配814.2.3.2 固相无扩散，液相只有有限扩散的溶质再分配83 4.2.3.3 固相无扩散、液相存在部分混合时的溶质再分配85 4.3 成分过冷的产生874.3.1 溶质富集引起界面前方熔体凝固温度的变化874.3.2 热过冷与成分过冷884.3.3 成分过冷判据884.4 界面前方过冷状态对凝固过程的影响904.4.1 热过冷对纯金属结晶过程的影响904.4.2 成分过冷对一般单相合金结晶过程的影响914.4.3 凝固参数和微观组织形态之间的关系964.5 多相合金的凝固974.5.1 共晶合金的凝固974.5.1.1 共晶组织的分类与特点974.5.1.2 规则共晶的凝固994.5.1.3 非小平面 小平面共晶合金的结晶1024.5.1.4 离异生长及离异共晶1054.5.2 偏晶合金的凝固1064.5.2.1 偏晶合金大体积的凝固1064.5.2.2 偏晶合金的单向凝固1064.5.3 包晶合金的凝固1074.5.3.1 平衡凝固1074.5.3.2 非平衡凝固107习题与思考题109第5章金属凝固组织的形成与控制1115.1 铸件宏观凝固组织的形成及其影响因素1115.1.1 铸件宏观凝固组织的特征1115.1.2 晶粒游离的产生1115.1.2.1 液态金属流动对结晶中晶粒游离过程的作用111 5.1.2.2 铸件结晶中的晶粒游离1125.1.3 表面细晶粒区的形成1145.1.4 柱状晶区的形成1155.1.5 内部等轴晶区的形成1165.1.5.1 关于等轴晶晶核的来源1165.1.5.2 关于等轴晶区的形成过程1165.2 铸件宏观凝固组织的控制1175.2.1 铸件凝固组织对铸件质量和性能的影响1175.2.2 等轴晶组织的获得和细化1185.2.2.1 合理控制热学条件1185.2.2.2 孕育处理与变质处理1205.2.2.3 动态晶粒细化1245.2.2.4 等轴晶枝晶间距的控制125习题与思考题125第6章凝固新技术1266.1 定向凝固1266.1.1 定向凝固的理论基础1266.1.1.1 定向凝固技术的工艺参数1266.1.1.2 成分过冷理论与界面稳定性理论1276.1.2 非平衡条件下的定向凝固1286.1.2.1 非平衡凝固时的溶质分配系数1286.1.2.2 非平衡定向凝固的界面形态选择1286.1.3 定向凝固技术及其应用1306.1.3.1 传统的定向凝固技术1306.1.3.2 新型定向凝固技术1326.1.3.3 定向凝固技术的应用1336.2 快速凝固1356.2.1 快速凝固技术简介1356.2.1.1 急冷凝固技术1366.2.1.2 深过冷法1376.2.2 快速凝固方法1376.2.2.1 急冷快速凝固方法1376.2.2.2 深过冷快速凝固方法1386.2.2.3 表面快速熔凝技术1406.2.2.4 喷射成型技术1416.2.2.5 表面沉积技术1416.2.3 快速凝固显微组织1416.2.4 金属玻璃1466.2.4.1 金属玻璃的基本概念1466.2.4.2 容易形成金属玻璃的合金系147 6.2.4.3 金属玻璃的性能特点1476.3 超常凝固1476.3.1 微重力下的凝固1486.3.2 微重力实验环境的获得1486.3.3 声悬浮下的凝固1496.3.3.1 声悬浮技术简介1506.3.3.2 声悬浮理论1516.3.3.3 声悬浮凝固组织1526.3.4 高压凝固1536.3.4.1 压力对凝固参数的影响1536.3.4.2 高压下的非晶形成1556.3.4.3 高压下的纳米晶的形成1556.4 物理场作用下的凝固1566.4.1 电脉冲作用下的凝固1566.4.1.1 液相线以上电脉冲处理机理1566.4.1.2 液固两相区内电脉冲处理机理探讨1566.4.1.3 电脉冲作用下的凝固组织1576.4.2 电场作用下的凝固1576.4.2.1 连续电流作用下合金熔体凝固组织研究结果157 6.4.2.2 连续电流对凝固组织的作用机制1586.4.3 超声波作用下的凝固1596.4.3.1 超声波对液体的作用机理1596.4.3.2 超声波对金属凝固组织的作用1606.5 半固态金属的凝固1616.5.1 半固态凝固技术简介1616.5.2 半固态金属的特性及形成机理1616.5.2.1 半固态金属的特性1616.5.2.2 半固态金属的形成机理1626.5.3 半固态铸造1626.5.3.1 半固态金属原料的制备1626.5.3.2 半固态金属铸造的特点及方法163习题与思考题165第7章合金中的成分偏析1667.1 微观偏析1667.1.1 晶内偏析1677.1.1.1 晶内偏析的影响因素1677.1.1.2 晶内偏析的预防与消除1697.1.2 晶界偏析1707.2 宏观偏析1717.2.1 正常偏析1727.2.2 逆偏析1737.2.3 V型和逆V型偏析1737.2.4 带状偏析1747.2.5 重力偏析174习题与思考题175第8章气孔和夹杂1768.1 气孔1768.1.1 金属中气体的来源及种类176 8.1.1.1 金属中气体的来源1768.1.1.2 铁和钢中的气体1778.1.1.3 铝及铝合金中的气体177 8.1.1.4 镁及镁合金中的气体177 8.1.1.5 铜及铜合金中的气体177 8.1.2 铸件中气孔的分类及特征177 8.1.2.1 反应性气孔1778.1.2.2 侵入性气孔1788.1.2.3 析出性气孔1788.1.3 气孔的形成过程1798.1.3.1 经典形核理论1798.1.3.2 非经典形核理论1828.1.4 防止气孔形成的措施1868.1.4.1 防止侵入气孔的措施186 8.1.4.2 防止析出气孔的措施186 8.1.4.3 防止反应气孔的措施187 8.1.4.4 防止卷入气孔的措施187 8.2 夹杂1878.2.1 夹杂物的来源及分类1888.2.1.1 夹杂物的来源1888.2.1.2 夹杂物的分类1888.2.2 非金属夹杂物的形成过程1898.2.2.1 非金属夹杂物形成的热力学条件189 8.2.2.2 初生夹杂物的形成过程1918.2.2.3 二次氧化夹杂物的形成过程1968.2.2.4 次生夹杂物的形成过程1978.2.3 非金属夹杂物的去除1978.2.3.1 气体搅拌1978.2.3.2 电磁净化1988.2.3.3 氯盐精炼法1998.2.3.4 熔剂净化法1998.2.3.5 化学法1998.2.3.6 过滤器199习题与思考题199第9章缩孔和缩松2009.1 金属收缩的概念2009.1.1 液态收缩2019.1.2 凝固收缩2019.1.3 固态收缩2039.1.4 铸件的收缩2059.2 缩孔与缩松的形成机理2069.2.1 缩孔2079.2.1.1 缩孔的形成2079.2.1.2 缩孔的容积2079.2.1.3 缩孔位置的确定2099.2.2 缩松2109.2.2.1 缩松的形成2119.2.2.2 缩孔和缩松的相互转化2149.2.3 灰铸铁和球墨铸铁铸件的缩孔和缩松215 9.3 防止铸件产生缩孔和缩松的途径2179.3.1 顺序凝固和同时凝固2179.3.1.1 顺序凝固2179.3.1.2 同时凝固2199.3.2 浇注系统的引入位置及浇注工艺220 9.3.3 冒口、补贴和冷铁的应用2219.3.4 加压补缩221习题与思考题221第10章铸造应力、变形和裂纹22210.1 概述22210.2 铸造应力22310.2.1 铸造应力的分类22310.2.2 应力的形成22310.2.2.1 热应力的形成22310.2.2.2 相变应力的形成22410.2.2.3 机械阻碍应力的形成22510.2.3 控制应力的措施22510.2.3.1 形成铸造应力的影响因素225 10.2.3.2 减小应力的途径22510.2.3.3 消除残余应力的方法22610.3 变形22610.3.1 变形的种类22710.3.2 控制变形的措施22710.4 铸造中的裂纹22810.4.1 铸造中的热裂纹的形成与控制228 10.4.1.1 热裂纹的分类及特征22810.4.1.2 热裂纹的形成机理22810.4.1.3 热裂纹的影响因素23110.4.1.4 合金因素的影响23110.4.1.5 工艺因素对热裂纹的影响232 10.4.1.6 防止热裂纹的措施23210.4.2 冷裂纹232习题与思考题234参考文献235。