金属工艺学课件(PPT 49页)
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序言
一、金属工艺学（热）教学内容
• 各种毛坯制造方法的生产原理、特点和
应用
• 液态成形：铸造 • 固态塑变成形：锻压 • 连接成形：焊接
各种毛坯的结构工艺性 各种毛坯工艺的制订 新技术、新工艺
二、 教学方式
讲课为主，自学为辅 作业讨论课 投影、录像 作业、测验
三、 几个问题
教学计划安排： 教学资料：教材、作业、参考书
它是考虑铸型及工艺因素影响的熔 融金属的流动性。
流动性不好时，易产生冷隔、浇不 到、气孔、夹杂、缩孔、热裂等。
合金的流动性好坏用浇注螺旋型流 动试样的长度来衡量。
⑵ 改善充型能力的措施
合金性质properties of alloys.同类金属的 结晶温度范围越小，结晶时固液両相区 越窄，对内部液体的流动阻力越小，流 动性越好。
在铸件上从远离冒口或 浇口到冒口或浇口之 间建立一个递增的温 度梯度，从而实现由 远离冒口的部分向冒 口的方向顺序地凝固。
同时凝固原则：
Simultaneously Solidification
是采取工艺措施保 证铸件结构上各部 分之间没有温差或 温差尽量小，使各 部分同时凝固。如 图所示。
二、金属和合金的铸造性能
特种铸造Special Casting
熔模铸造 Fusible Pattern Molding 金属型铸造 Permanent Mold Casting 压力铸造 Pressure Die Casting 低压铸造 Low Pressure Die Casting 离心铸造 True Centrifugal Casting 实型铸造
Pouring Melt in the Mold→Solidification→Casting
优点：complex in shape adaptability in technology cheap in production
缺点：lower mechanical properties unstable quality worse work condition
通过两个途径发生作用：
影响金属与铸型之间的热交换条件， 改变金属液的流动时间；
影响金属液在铸型中的水动力学条 件，改变金属液的流动速度。
2. 合金的收缩性
The Contraction of Alloys
⑴ 收缩的概念： 合金从液态冷却到常温的
过程中，尺寸和体积缩小的现象称为收 缩。
The Conception of the Contraction
铸造性能：Foundry Technological Properties
是表示合金铸造成形获得优质铸件的能力， 是一个极其重要的工艺性能。通常用流 动性和收缩性等来衡量。
1. 合金的充型能力
mold filling capacity
⑴ 充型能力的概念（流动性）
液态合金充满型腔，形成轮廓清晰、 形状正确的优质铸件的能力。
第一章 铸造 Foundry 概述 Summarization
铸造Foundry：是一种液态金属成形的方 法，即将金属加热到液态，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 （压力、离心力、电磁力等）的作用下 充满型腔，冷却并凝固成具有型腔形状 的铸件。
一、铸造的实质
糊状凝固方式：如果铸件断面温度场较 平坦，或合金的结晶温度范围很宽，铸 件凝固的某一段时间内，其凝固区域在 某时刻贯穿整个铸件断面。
中间凝固方式 ：介于上述二者之间。
3. 铸件的凝固原则
solidification Principle
顺序凝固原则： Directional Solidification
❖ 砂型铸造Sand Casting
❖ 手工造型 Hand Molding
❖ 机器造型 Machine Molding ❖ 震压造型 Vibration Ramming ❖ 微震压实造型 Vibratory squeezing Molding ❖ 高压造型 High Pressure Molding ❖ 射压造型 Shooting and Squeezing Molding ❖ 空气冲击造型 Air Impacting Molding ❖ 抛砂造型 Impeller Ramming
1-1 液态成形基础知识Hale Waihona Puke Baidu
一、金属的凝固 Melt Solidification
1. 液态金属的结构与性质 液态金属由许多近程有序排列的“游动
的原子集团”所组成,瞬间存在、瞬间消 失。
– 原子的排列和原有的固体相似 – 存在很大的能量起伏，热运动很强 – 温度越高，原子集团越小，游动越快。
❖液态金属具有粘度和表面张力等特 性。
体收缩率rate of ＝v0_-v1/v0*100％
volume
Contraction:εv
线收缩率 rate of linear Contraction：
εl=l0-l1/l0*100％
⑵ 收缩的阶段 Contraction Stages
铸造的特点
（1）可以铸造出内腔、外形很复杂的毛 坯。
（2）工艺灵活性大、适应性广。铸件重 量可由几克到几百吨，壁厚可由0.5mm 到1m左右；铸件材料可用铸铁、铸钢、 碳钢和有色金属等。
（3）铸件成本低。 （4）有铸造缺陷，机械性能不如锻件等。
二、砂型铸造生产工艺流程
三、铸造方法分类
Clasfication of foundry Methods
– 粘度是介质中一部分质点对另一 部分质点作相对运动时所受到的
阻力。粘度的倒数称为流动性。
– 表面张力是在液体表面上平行于 表面方向、且在各方向均相等的 张力。
2．铸件的凝固方式 Solidification Style
逐层凝固方式：恒温下结晶的纯金属或 共晶合金，在凝固过程中其铸件断面上 的凝固区域宽度等于零。
铸型条件 mould condition。铸型的导热速度越 大或对金属液流动阻力越大，流动性越差。
浇注条件 pouring condition 。浇注温度越高， 流动性越好。
铸件结构 casting structure。壁厚过小、壁厚 急剧变化、结构复杂及有大的水平面等结构时，
都使金属液的流动困难。
一、金属工艺学（热）教学内容
• 各种毛坯制造方法的生产原理、特点和
应用
• 液态成形：铸造 • 固态塑变成形：锻压 • 连接成形：焊接
各种毛坯的结构工艺性 各种毛坯工艺的制订 新技术、新工艺
二、 教学方式
讲课为主，自学为辅 作业讨论课 投影、录像 作业、测验
三、 几个问题
教学计划安排： 教学资料：教材、作业、参考书
它是考虑铸型及工艺因素影响的熔 融金属的流动性。
流动性不好时，易产生冷隔、浇不 到、气孔、夹杂、缩孔、热裂等。
合金的流动性好坏用浇注螺旋型流 动试样的长度来衡量。
⑵ 改善充型能力的措施
合金性质properties of alloys.同类金属的 结晶温度范围越小，结晶时固液両相区 越窄，对内部液体的流动阻力越小，流 动性越好。
在铸件上从远离冒口或 浇口到冒口或浇口之 间建立一个递增的温 度梯度，从而实现由 远离冒口的部分向冒 口的方向顺序地凝固。
同时凝固原则：
Simultaneously Solidification
是采取工艺措施保 证铸件结构上各部 分之间没有温差或 温差尽量小，使各 部分同时凝固。如 图所示。
二、金属和合金的铸造性能
特种铸造Special Casting
熔模铸造 Fusible Pattern Molding 金属型铸造 Permanent Mold Casting 压力铸造 Pressure Die Casting 低压铸造 Low Pressure Die Casting 离心铸造 True Centrifugal Casting 实型铸造
Pouring Melt in the Mold→Solidification→Casting
优点：complex in shape adaptability in technology cheap in production
缺点：lower mechanical properties unstable quality worse work condition
通过两个途径发生作用：
影响金属与铸型之间的热交换条件， 改变金属液的流动时间；
影响金属液在铸型中的水动力学条 件，改变金属液的流动速度。
2. 合金的收缩性
The Contraction of Alloys
⑴ 收缩的概念： 合金从液态冷却到常温的
过程中，尺寸和体积缩小的现象称为收 缩。
The Conception of the Contraction
铸造性能：Foundry Technological Properties
是表示合金铸造成形获得优质铸件的能力， 是一个极其重要的工艺性能。通常用流 动性和收缩性等来衡量。
1. 合金的充型能力
mold filling capacity
⑴ 充型能力的概念（流动性）
液态合金充满型腔，形成轮廓清晰、 形状正确的优质铸件的能力。
第一章 铸造 Foundry 概述 Summarization
铸造Foundry：是一种液态金属成形的方 法，即将金属加热到液态，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 （压力、离心力、电磁力等）的作用下 充满型腔，冷却并凝固成具有型腔形状 的铸件。
一、铸造的实质
糊状凝固方式：如果铸件断面温度场较 平坦，或合金的结晶温度范围很宽，铸 件凝固的某一段时间内，其凝固区域在 某时刻贯穿整个铸件断面。
中间凝固方式 ：介于上述二者之间。
3. 铸件的凝固原则
solidification Principle
顺序凝固原则： Directional Solidification
❖ 砂型铸造Sand Casting
❖ 手工造型 Hand Molding
❖ 机器造型 Machine Molding ❖ 震压造型 Vibration Ramming ❖ 微震压实造型 Vibratory squeezing Molding ❖ 高压造型 High Pressure Molding ❖ 射压造型 Shooting and Squeezing Molding ❖ 空气冲击造型 Air Impacting Molding ❖ 抛砂造型 Impeller Ramming
1-1 液态成形基础知识Hale Waihona Puke Baidu
一、金属的凝固 Melt Solidification
1. 液态金属的结构与性质 液态金属由许多近程有序排列的“游动
的原子集团”所组成,瞬间存在、瞬间消 失。
– 原子的排列和原有的固体相似 – 存在很大的能量起伏，热运动很强 – 温度越高，原子集团越小，游动越快。
❖液态金属具有粘度和表面张力等特 性。
体收缩率rate of ＝v0_-v1/v0*100％
volume
Contraction:εv
线收缩率 rate of linear Contraction：
εl=l0-l1/l0*100％
⑵ 收缩的阶段 Contraction Stages
铸造的特点
（1）可以铸造出内腔、外形很复杂的毛 坯。
（2）工艺灵活性大、适应性广。铸件重 量可由几克到几百吨，壁厚可由0.5mm 到1m左右；铸件材料可用铸铁、铸钢、 碳钢和有色金属等。
（3）铸件成本低。 （4）有铸造缺陷，机械性能不如锻件等。
二、砂型铸造生产工艺流程
三、铸造方法分类
Clasfication of foundry Methods
– 粘度是介质中一部分质点对另一 部分质点作相对运动时所受到的
阻力。粘度的倒数称为流动性。
– 表面张力是在液体表面上平行于 表面方向、且在各方向均相等的 张力。
2．铸件的凝固方式 Solidification Style
逐层凝固方式：恒温下结晶的纯金属或 共晶合金，在凝固过程中其铸件断面上 的凝固区域宽度等于零。
铸型条件 mould condition。铸型的导热速度越 大或对金属液流动阻力越大，流动性越差。
浇注条件 pouring condition 。浇注温度越高， 流动性越好。
铸件结构 casting structure。壁厚过小、壁厚 急剧变化、结构复杂及有大的水平面等结构时，
都使金属液的流动困难。