液态成形概述

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铁器时代（Iron Age）
中国古代铁器中带有球状石墨的金相组织 湖南长沙砂子塘战国凹形铁锄
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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
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感受铸造
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砂型sand mould铸造工艺流程图
凝固和冷却。
砂型铸造概略图
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铸造历史——中国古代三大铸造技术

在我国古代金属加工工艺中，铸造占着突出的地位，具有 广泛的社会影响，像“模范”、“陶冶”、“熔铸”、“就范” 等习语，就是沿用了铸造业的术语。劳动人民通过世代相传的 长期生产实践，创造了具有我国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。
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第一章
概述
凝固学的研究内容：研究液态到固态转变过程的基本理论， 定性的和定量的揭示液-固转变规律和液-固之间的内在联系， 以及液-固相变过程中影响金属性能和质量因素的学科。
为什么要研究凝固学？
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第一章
概述
ห้องสมุดไป่ตู้
凝固学研究的必要性：液态成形过程就是凝固过程。 金属制品的生产都必须经过一次金属熔炼和金属凝固 过程。由铸件加工成的棒材、板材、线材等都受到铸件最 初凝固组织的影响。此外，铸件中的气孔、夹杂、裂纹等 是十分有害的，这些铸造缺陷经过锻造后仍残留在制品中， 对产品的使用存在潜在危险故铸件的性能就决定了金属制 品的性能。
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。
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永乐大钟
铜钟通高6.75米，钟壁厚
度不等，最厚处185毫米， 最薄处94毫米，重约46吨。 钟体内外遍铸经文，共 22.7万字。铜钟合金成分 为：铜80.54％、锡16.40 ％、铝1.12％，为泥范铸 造。
复合材料制备）
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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
第四章 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
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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
材料的液态成形，与材料的固态塑性变 形、连接成形、粉末冶金成形及切削成形是 制造业获得毛坯件的主要手段。 2
这张埃及古墓壁画是 人类冶金业的最早纪录之一
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青铜：第一种合金
青铜，古称金或吉金，是红铜与 其它化学元素（锡、镍、铅、磷 等）的合金。 史学上所称的“青铜时代”是指 大量使用青铜工具及青铜礼器的 时期。保守的估计，这一时期主 要从夏商周直至秦汉，时间跨度 约为两千年左右，这也是青铜器 从发展、成熟乃至鼎盛的辉煌期。 到春秋战国时期，齐国工匠总结 科技经验写成《考工記》一书， 提出了「金有六齐」，这是世界 科技史上最早的冶铜经验总结。
偏析、变形、气孔、夹杂等）
3.液态精密成形
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液态成形技术近期发展的几个方面： 1.凝固理论发展（借助金属学、物理化学和计算数学的发展，研
究传热，传质和固液界面）
2.计算机技术的应用和发展（凝固过程的数值模拟、
CAD/CAM技术的应用、成形过程及设备的计算机控制）
3.凝固技术发展（控制凝固过程，如定向凝固、快速凝固、自生

（铸件的折算厚度、复杂程度等）
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第一章
概述
凝固的宏观过程：液态向固态转变的相变过程。 凝固的微观过程：激烈运动的液体原子回复到规则排列的过程。 大家思考一下日常生活中的凝固现象？
液态凝固所研究的主要对象及基本问题：
1.凝固组织的形成与控制（相结构、晶粒大小和形态等） 2.零件成形缺陷的防止与控制（内在缺陷和外观缺陷，缩松，缩孔、
产品要求 ↔ 凝固技术 ↔
凝固理论
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影响铸件质量的四类因素：
金属性质方面的因素

（成分、结晶特点、密度、导热系数、结晶潜热、粘度、表面张力等）
铸型性质方面的因素

（铸型的蓄热系数、密度、比热、导热系数、温度、强度、透气性）
浇注条件方面的因素

（浇铸温度、速度、静压头、外力场）
铸件结构方面的因素

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、铣刀等精密铸件的现代熔模铸造， 无论在所用蜡料、制模、造型材料、工艺方法等方面，都有很 大不同。但是，它们的工艺原理是一致的，并且现代的熔模铸 造是从传统的熔模铸造发展而来的。
司 母 戊 13 鼎
青铜文化
司母辛觥
豕尊
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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
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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
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。
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实质：液态金属（或合金）充填铸型型腔并在其中
夏钺yue
戈
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青铜文化
商代青铜bronze 文化
仰韶文化的后期，即大约在公元前3500年以后的一 个时期，我们的祖先已经知道了铜，并且已会制造简单 的小件铜器。现已知道的最早的青铜器物，是1975年在 甘肃东乡县林家的甘肃仰韶文化马家窑类型遗址中出土 的一件公元前3000年左右青铜刀。 到了商代，青铜器冶铸工艺高度发展，商代晚期即 殷墟时期，已经出现特别巨大或精细的器物，技术水平 和艺术水平都很高。西周晚期，事实上是青铜器走向衰 落的时期。
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金属型铸造 铸型材料从石和泥、砂改用金属，从一次型经 多次型又改进成为耐用性更高的所谓“永久”型（金属型）， 在铸造技术的历史发展上具有重要的意义。1953年河北兴隆铁 范的发现，证明我国早在战国时期已经用白口铁的金属型浇注 生铁铸件。这批铁范包括锄、镰、斧、凿、车具等类共87件， 大部完整配套。其中，镰和凿是一范两件，锄和斧还采用了金 属芯。它们的结构十分紧凑，颇具特色。范的形状和铸件相吻 合，使壁厚均匀，利于散热：范壁带有把手，以便握持，又能 增加范的刚度。

近年来，在河南南阳、郑州、镇平和河北满城、山东莱芜 等地又陆续出土汉代铁范许多件，品种比战国时期显著增多， 型式却基本相同。河南泥池汉魏铁器窖藏中还有铸造成形铁板 和矢镞的铁范以及长达半米的大型铁犁范。
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4,500 BC——1,000 BC 青铜时代（Bronze Age）
从矿石中提炼铜——冶金业的黎明
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
合型浇注凝固冷却 落砂shakeout 清理cleaning 铸件检验入库 工艺三大块：冶炼，造型（芯）和浇注
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铸造工艺特点
（ 1 ）适应性广。适应铸铁，碳钢，有色金属等材料；铸件大小，形 状和重量几乎不受限制；壁厚1mm到1m ，质量零点几克到数百吨（三 峡的水轮机叶轮重达430T）。 （2）可复杂成形。适合形状复杂，尤其是有复杂内腔的毛坯或零件。 （ 3 ）成本较低。可直接利用成本低廉的废机件和切屑，设备费用较 低；在金属切削机床中，铸件占机床总重量 75% 以上，而生产成本仅 占15-30%。 （ 4 ）但也存在一些不足，如组织缺陷，力学性能偏低，质量不稳定， 工作环境较差。因此，铸件多数做为毛坯用。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 别是冲击性能较低。（发展了铸锻联合工艺） 污染环境。铸造生产会产生粉尘、有害气体和噪声对环境的污染，比 起其他机械制造工艺来更为严重，需要采取措施进行控制。（特种铸 造工艺）
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青铜文化器具
虎食人卣you
古代盛酒器具
四羊方尊
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青铜文化
二里冈出土饕餮taotie乳钉纹方鼎
大禾人面方鼎
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青铜文化
饕餮纹鼎
司母辛方鼎
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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。