材料加工知识总结

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1、第一章 铸造工艺基础 1 液态合金的充型 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 充型能力不足:易产生: 浇不足: 不能得到完整的零件. 冷隔:没完整融合缝隙或凹坑, 机械性能下降. 一 合金的流动性 液态金属本身的流动性-合金流动性 1 流动性对铸件质量影响 1) 流动性好,易于浇出轮廓清晰,薄而复杂的铸件. 2) 流动性好,有利于液态金属中的非金属夹杂物和气体上浮,排除. 3) 流动性好,易于对液态金属在凝固中产生的收缩进行补缩. 2 测定流动性的方法: 以螺旋形试件的长度来测定: 如 灰口铁:浇铸温度1300 试件长1800

2、mm. 铸钢: 1600 100mm 3 影响流动性的因素 主要是化学成分: 1) 纯金属流动性好:一定温度下结晶,凝固层表面平滑,对液流阻力小 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,初生数枝状晶阻碍液流 二 浇注条件 1 浇注温度: t 合金粘度下降,过热度高. 合金在铸件中保持流动的时间长, t 提高充型能力. 但过高,易产生缩孔,粘砂,气孔等,故不宜过高 2 充型压力: 液态合金在流动方向上所受的压力 充型能力 如 砂形铸造-直浇道,静压力. 压力铸造,离心铸造等充型压力高. 三 铸型条件 1 铸型结

3、构: 若不合理,如壁厚小, 直浇口低, 浇口小等 充 2 铸型导热能力: 导热 金属降温快,充 如金属型 3 铸型温度: t 充 如金属型预热 4 铸型中气体: 排气能力 充 减少气体来源,提高透气性, 少量气体在铸型与金属液之间形成一层气膜,减少流动阻力,有利于充型. 2 铸件的凝固和收缩 铸件的凝固过程如果没有合理的控制,铸件易产生缩孔,缩松 一 铸件的凝固 1 凝固方式: 铸件凝固过程中,其断面上一般分为三个区: 1固相区 2凝固区 3液相区 对凝固区影响较大的是凝固区的宽窄,依此划分凝固方式. 1) 逐层凝固: 纯金属,共晶成分合金在凝固过程中没有凝固区,断面液,固两相由一条界限清楚分

4、开,随温度下降,固相层不断增加,液相层不断减少,直达中心. 2) 糊状凝固 合金结晶温度范围很宽,在凝固某段时间内,铸件表面不存在固体层,凝固区贯穿整个断面,先糊状,后固化.故- 3) 中间凝固 大多数合金的凝固介于逐层凝固和糊状凝固之间. 2 影响铸件凝固方式的因素 1) 合金的结晶温度范围 范围小: 凝固区窄,愈倾向于逐层凝固 如: 砂型铸造, 低碳钢 逐层凝固, 高碳钢 糊状凝固 2) 铸件的温度梯度 合金结晶温度范围一定时,凝固区宽度取决于铸件内外层的温度梯度. 温度梯度愈小,凝固区愈宽.(内外温差大,冷却快,凝固区窄) 二 合金的收缩 液态合金从浇注温度至凝固冷却到室温的过程中,体积

5、和尺寸减少的现象-.是铸件许多缺陷(缩孔,缩松,裂纹,变形,残余应力)产生的基本原因. 1 收缩的几个阶段 1) 液态收缩: 从金属液浇入铸型到开始凝固之前. 液态收缩减少的体积与浇注温度质开始凝固的温度的温差成正比. 2) 凝固收缩: 从凝固开始到凝固完毕. 同一类合金,凝固温度范围大者,凝固体积收缩率大.如: 35钢,体积收缩率3.0%, 45钢 4.3% 3) 固态收缩: 凝固以后到常温. 固态收缩影响铸件尺寸,故用线收缩表示. 2 影响收缩的因素 1) 化学成分: 铸铁中促进石墨形成的元素增加,收缩减少. 如: 灰口铁 C, Si,收,S 收.因石墨比容大,体积膨胀,抵销部分凝固收缩.

6、 2) 浇注温度: 温度 液态收缩 3) 铸件结构与铸型条件 铸件在铸型中收缩会受铸型和型芯的阻碍.实际收缩小于自由收缩. 铸型要有好的退让性. 3 缩孔形成 在铸件最后凝固的地方出现一些空洞,集中缩孔. 纯金属,共晶成分易产生缩孔 *产生缩孔的基本原因: 铸件在凝固冷却期间,金属的液态及凝固受缩之和远远大于固态收缩. 4 影响缩孔容积的因素(补充) 1) 液态收缩,凝固收缩 缩孔容积 2) 凝固期间,固态收缩,缩孔容积 3) 浇注速度 缩孔容积 4) 浇注速度 液态收缩 易产生缩孔 5 缩松的形成 由于铸件最后凝固区域的收缩未能得到补足,或者,因合金呈糊状凝固,被树枝状晶体分隔开的小液体区难

7、以得到补缩所至. 1) 宏观缩松 肉眼可见,往往出现在缩孔附近,或铸件截面的中心.非共晶成分,结晶范围愈宽,愈易形成缩松. 2) 微观缩松 凝固过程中,晶粒之间形成微小孔洞- 凝固区,先形成的枝晶把金属液分割成许多微小孤立部分,冷凝时收缩,形成晶间微小孔洞. 凝固区愈宽,愈易形成微观缩松,对铸件危害不大,故不列为缺陷,但对气密性,机械性能等要求较高的铸件,则必须设法减少.(先凝固的收缩比后凝固的小,因后凝固的有液,凝,固三个收缩,先凝固的有凝,固二个收缩区-这也是形成微观缩松的基本原因.与缩孔形成基本原因类似) 6 缩孔,缩松的防止办法 基本原则: 制定合理工艺补缩, 缩松转化成缩孔. 顺序凝

8、固: 冒口补缩 同时凝固: 冷铁厚处. 减小热应力,但心部缩松,故用于收缩小的合金. l 安置冒口,实行顺序凝固,可有效的防止缩孔,但冒口浪费金属,浪费工时,是铸件成本增加.而且,铸件内应力加大,易于产生变形和裂纹.主要用于凝固收缩大,结晶间隔小的合金. l 非共晶成分合金,先结晶树枝晶,阻碍金属流动,冒口作用甚小. l 对于结晶温度范围甚宽的合金,由于倾向于糊状凝固,结晶开始之后,发达的树枝状骨状布满整个截面,使冒口补缩道路受阻,因而难避免显微缩松的产生.显然,选用近共晶成分和结晶范围较窄的合金生产铸件是适宜的. 3 铸造内应力,变形和裂纹 凝固之后的继续冷却过程中,其固态收缩若受到阻碍,铸

9、件内部就发生内应力,内应力是铸件产生变形和裂纹的基本原因.(有时相变膨胀受阻,负收缩) 一 内应力形成 1 热应力: 铸件厚度不均,冷速不同,收缩不一致产生. 塑性状态: 金属在高于再结晶温度以上的固态冷却阶段,受力变形,产生加工硬化,同时发生的再结晶降硬化抵消,内应力自行消失.(简单说,处于屈服状态,受力变形无应力) 弹性状态: 低于再结晶温度,外力作用下,金属发生弹性变形,变形后应力继续存在. 举例: a) 凝固开始,粗 细处都为塑性状态,无内应力 两杆冷速不同,细杆快,收缩大,受粗杆限制, 不能自由收缩,相对被拉长,粗杆相对被压缩,结果 两杆等量收缩. b) 细杆冷速大,先进如弹性阶段,

10、而粗杆仍为塑性阶段,随细杆收缩发生塑性收缩,无应力. c) 细杆收缩先停止,粗杆继续收缩,压迫细杆,而细杆又阻止粗杆的收缩,至室温, 粗杆受拉应力(+),(-) 由此可见,各部分的温差越大,热应力也越大,冷却较慢的部分形成拉应力,冷却较快的部分形成压应力. 预防方法: 1 壁厚均匀 2 同时凝固薄处设浇口,厚处放冷铁 优点: 省冒口,省工,省料 缺点: 心部易出现缩孔或缩松,应用于灰铁锡青铜,因灰铁缩孔、缩松倾向小，锡青铜糊状凝固，用顺序凝固也难以有效地消除其显微缩松。 2 机械应力 合金的线收缩受到铸型或型芯机械阻碍而形成的内应力。 机械应力是暂时的,落砂后,就自行消失.*机械应力与热应力共

11、同作用,可能使某些部位增加了裂纹倾向. 预防方法: 提高铸型和型芯的退让性. 3 相变应力 冷却过程中,固态相变时,体积会发生变化.如AP, AP体积会增大,Fe3C石墨,体积. 若体积变化受阻.则产生内应力- 铁碳合金三种应力在铸件不同部位情况如下表: 铸件部位 热应力 相变应力 机械应力 共析转变 石墨化 落砂前 落砂后 薄或外层 - + + + 0 厚或内层 + - - + 0 前面讲过预防应力方法,若产生应力,还可通过自然时效和人工时效的方法消除应力. 二 变形与防止 铸件通过自由变形来松弛内应力,自发过程.铸件厂发生不同程度的变形. 举例: 平板铸件 平板中心散热慢,受拉力.平板下部

12、冷却慢. 发生如图所示变形 防止方法: 1壁厚均匀,形状对称,同时凝固. 2 反变形法(长件,易变形件) 残余应力: 自然时效, 人工时效-低温退火 550650 三 铸件的裂纹与防止 铸件内应力超过强度极限时,铸件便发生裂纹. 1 热裂纹: 高温下形成裂纹 特征: 裂纹短,缝宽,形状曲折.缝内呈氧化色,无金属光泽,裂缝沿晶粒边界通过,多发生在应力集中或凝固处. 灰铁,球铁热裂少,铸钢,铸铝,白口铁大. 原因: 1 凝固末期,合金呈完整骨架+液体,强,塑 2 含S热脆 3 退让性不好 预防: 设计结构合理, 改善退让性, 控制含S量 2 冷裂纹: 低温下裂纹 特征: 裂纹细,连续直线状或圆滑曲

13、线,裂口表面干静,具有金属光泽,有时里轻微氧化色 原因: 复杂大工件受拉应力部位和应力集中处易发生; 材料塑性差; P冷脆 预防: 合理设计,减少内应力,控制P含量, 提高退让性 4 铸件中的气体 常见缺陷, 废品1/3. 气体在铸件中形成孔洞. 一 气孔对铸件质量的影响 1 破坏金属连续性 2 较少承载有效面积 3 气孔附近易引起应力集中,机械性能 k -1 4 弥散孔,气密性 二 分类(按气体来源) 1 侵入气孔: 砂型材料表面聚集的气体侵入金属液体中而形成. 气体来源: 造型材料中水分, 粘结剂,各种附加物. 特征: 多位于表面附近,尺寸较大,呈椭圆形或梨形孔的内表面被氧化. 形成过程:

14、 浇注-水汽(一部分由分型面,通气孔排出,另一部分在表面聚集呈高压中心点)气压升高.溶入金属-一部分从金属液中逸出浇口, 其余在铸件内部,形成气孔. 预防: 降低型砂(型芯砂)的发起量,增加铸型排气能力. 2 析出气孔: 溶于金属液中的气体在冷凝过程中,因气体溶解度下降而析出, 使铸件形成气孔. 原因: 金属熔化和浇注中与气体接触(H2 O2 NO CO等) 特征: 分布广,气孔尺寸甚小, 影响气密性 3 反应气孔: 金属液与铸型材料,型芯撑,冷铁或溶渣之间,因化学反应生成的气体而形成的气孔. 如: 冷铁有锈 Fe3O4 + C Fe + CO 冷铁附近生成气孔 防止: 冷铁 型芯撑表面不得有

15、锈蚀,油污,要干燥. 5 铸件质量控制 1 合理选定铸造合金和铸件结构. 2合理制定铸件技术要求(允许缺陷,具有规定) 3 模型质量检验(模型合格铸件合格) 4 铸件质量检验(宏观, 仪器) 5 铸件热处理: 消除应力, 降低硬度,提高切削性,保证机械性能,退火,正火等 第二章 常用铸造合金 1 铸铁 铸铁通常占机器设备总重量的50%以上.(2.54.0%C) 一 分类 1 按C在铸铁中存在形式不同,可分三类: 1) 白口铸铁: C微量溶于F外,全部以Fe3C形式存在, 断面银白,硬,脆,难机械加工,很少用于制造零件. 仅用于不冲击,耐磨件. 如轧辊 主要用途: 炼钢原料. 也可处理成可锻铸铁

16、. 2) 灰口铸铁: C微量溶于铁素体外,全部或大部以石墨形式存在,断口灰色,应用最广. 3) 麻口铸铁: 有石墨,莱氏体.属于白口铁和灰口铁之间的过渡组织,断口黑白相间,麻点.硬,脆,难加工 2 根据石墨形态的不同,灰口铁又分为: 1) 普通灰口铸铁: 石墨 片状 2) 可锻铸铁: 团絮状 3) 球墨铸铁: 球状 4) 蠕墨铸铁: 蠕虫状 3 按化学成分: 普通铸铁 合金铸铁: Si4% Mn 2% 或一定量的Ti Mo Cr Cu等 二 灰口铸铁: 占铸铁产品的80% 以上 1 性能 显微组织: 金属基体(铁素体,珠光体)+片状石墨 相当于在钢的基体上嵌入大量的石墨片 1) 机械性能: b

17、 E 塑,韧-0. 脆性(crispy)材料 石墨, 软 脆 强 比重小 1) 由于石墨的存在,减少了承载的有效面积. 2) 石墨片的边缘形成缺口,应力集中,局部开裂,形成脆性断裂,基本强度只利用3050% 石墨越多,越粗大,分布越不均或呈方向性,则对基体的割裂越严重,机械性能越差. * 灰口铸铁的抗压强度受石墨的影响较小,与钢的抗压强度近似. 灰口铁的机械性能还与金属基体类别有关 (1) 珠光体灰口铁: 珠光体基体上分布细小,均匀的石墨. 石墨对基体割裂较轻,故机械性能好. 如齿轮 (2) 珠光体铁素体灰口铁: 珠光体与铁素体混合基体上分布粗大石墨, 强 适于一般机件,铸造性,切削加工性,减

18、振性,均由于前者.如齿轮箱 (3) 铁素体灰口铁 铁素体基体分布多而粗大的石墨片 强 硬 塑 ,韧性差(基体的作用远赶不上石墨对基体的割裂作用) 2) 工艺性能: 脆性材料 不能锻压; 可焊性差(易裂纹,焊区白口,难加工) 铸造性能好(缺陷少); 切削性能好(因石墨,崩碎切屑) 3) 减振性: 石墨有缓冲作用,阻止振动能量传播,适于机床床身等 4) 耐磨性: 1 石墨是润滑剂,脱落在磨擦面上. 2 灰口铁摩擦面上形成大量显微凹坑,能起储存润滑油的作用,是摩擦面上保持油膜连续. 适于 导轨 衬套 活塞环等 5) 缺口敏感性: 石墨已在铁素体基体上形成大量的缺口.所以,外来缺口(键槽,刀痕)对灰口

19、铁的疲劳强度影响甚微,提高了零件工作的可靠性 2 影响铸铁组织和性能的因素 * 铸铁中的碳 可能以化合状态(Fe3C)或自由状态(石墨)存在. 灰铁中, 一方面分析: C化合=0.8%时,为珠光体灰铁,石墨片细小,分布均匀,强 硬度高,可制造较重要的零件. C化合 0.8%时,珠光体+铁素体灰口铁 强度低,适于一般机件,其铸造性能,切削加工性和减振性均优于前者. C化合=0 时铁素体灰口铁 强 硬低 塑 韧 很少用 另一方面分析: 铸铁的组织和性能与石墨化程度有关. * 影响石墨化的主要因素: 1)化学成分: C 石墨化 Si石墨化(Si与Fe结合力比与C强,能增大铁水和固态铸铁中碳原子的游离

20、扩散能力) (1) C ,Si过高,形成铁素体灰铁,强 过低,易形成硬脆的白口组织,并给熔化和铸造增加困难. 合理含量: 2.54.0%C,1.03.0%Si (2) S 石墨化 FeS热脆 易形成白口 一般0.15% 以下. (3)Mn 石墨化 合理含量: 0.51.4% 少量:Mn+SMnS, Mn+ FeSFe+MnS, MnS比重小,进入溶渣.Mn溶于F,提高基体强度. 过多: 阻止石墨化. (4)P 促进石墨化,但不明显,多冷脆 合理量 0.3% 以下 2)冷却速度: 冷却速度增加 阻碍石墨化 灰口麻口白口 3 灰口铁的孕育处理 为了提高灰口铁的强度,硬度,尽量使石墨片细化,对其进行

21、孕育处理.即加入许多外来质点,增加石墨结晶核心,得到珠光体灰铁,受冷却速度影响小 孕育铸铁(又叫变质铸铁),适于较高强度,高耐磨性,气密性铸件 常用孕育剂:令Si 75%的硅铁,加入量为铁水的0.250.6%.冲入孕育剂. 与Si对石墨化影响一致 4 灰口铸铁的生产特点 1) 冲天炉熔炼: Si Mn易氧化. 配料时增加含量. 为降低含S量,选优质铁料和焦炭,减少从焦炭中吸S.在熔炼高牌号铸铁时,加废钢以控制含C量.(如孕育铸铁,原铁水含C,Si低,防止加入孕育剂后石墨粗) 2) 铸造性能优良,便于铸出薄而复杂的铸件,(流动性好,收缩) 3) 一般不需冒口,冷铁,使工艺简化. 4) 一般不用热

22、处理,或仅需时效. 5 牌号和用途 牌号: HT+三位数 HT灰铁, 数抗拉强度参考值 Mpa (N/mm2) * 选牌号时必须参考壁厚 类别 铸件壁厚mm 抗拉强度Mpa 硬度HBS 类别 铸件壁厚mm 抗拉强度Mpa 硬度HBS HT100 2.510 1020 2030 3050 130 100 90 80 110167 93140 87131 82122 HT150 2.510 1020 2030 3050 175 145 130 120 136205 119179 110167 105157 此表中的铸件壁厚为铸件工作时主要负荷处的平均厚度. 三 可锻铸铁(又叫马铁) 白口铁晶石墨化

23、退火而成的一种铸铁 石墨呈团絮状,故抗拉强度 且塑,韧 1 牌号及应用: KTH(KTZ)+3位数+2位数 KTHF基体 黑心 KTZ-P基体 3位数抗拉强度, 2位数-延伸率 如KTH30006, KTZ45006 应用: 形状复杂,承受冲击载荷的薄壁小件(KTH),曲轴,连杆,齿轮等(KTZ) 2 生产特点 生产过程: 白口铁石墨化退火(920980,保温1020h)团絮状石墨 必须采用C,Si含量低的铁水,防石墨化. 通常2.42.8%C, 0.41.4%Si 熔点比灰铁高,凝固温度范围大,流动性不好,液固两相区宽,砂型耐火性要求高. 周期长(4070h),成本高. 四 球墨铸铁 铁水中

24、加入球化剂,孕育剂 1 球铁的组织和性能 组织: 铁素体球铁: 塑性,韧性 铁素体+珠光体球铁: 两者之间 珠光体球铁: 强度,硬度 牌号: QT+三位数 + 两位数 数字含义与可锻铸铁相同 性能: 强度 塑性韧性远远超过灰铁,由于可铁, 铸造性,减振性,切削性,耐磨性等良好 疲劳强度语中碳钢接近 热处理性能好(退火,正火,调质等,淬火(等温淬火) 应用: 受力复杂,负荷较大的重要零件 铸造工艺比铸钢简单,成本低,性能好,代许多铸钢,可锻铸铁件 2 生产特点 (1)铁水: C(3.64.0%)接近共晶成分,可改善铸造性能和球化结果 S(=0.07%)S易与和球化剂合成硫化物,浪费球化剂 P(=

25、0.1%)提高塑性,韧性 铁水出炉1400 以防球化后温度过低. (2)球化处理和孕育处理 球化剂(稀土镁合金), 使石墨呈球状析出 孕育剂: (硅铁75%Si)促使石墨化,防白口.使石墨细化,分布均匀 先用2/3铁水冲入球化剂,充分反应后,用1/3铁水冲入孕育剂,进行孕育. 处理后的铁水要及时浇注,保证球化效果. (3)铸造工艺: 比灰铁易产生缩孔,缩松,夹渣等 a 热节上安冒口,冷铁补缩 b 增加铸型刚度,防止铸件外形扩大石墨膨胀 c S 残余镁量 降低型砂含水量气孔(侵入) Mg+H2O=MgO+H2 MgS + H2O = MgO+ H2S D 浇注系统应使铁水平稳流入,并有良好的挡渣

26、效果 (4)热处理: 退火: 铁素体基体,塑 韧QT420-10以上 正火: 珠光体基体 强度 硬 QT600-2以上. 2 铸钢 钢铁件也是一种重要的铸造合金,产量仅次于灰铁,约为可铁和球铁的和. 一 铸钢的类别和性能 二类: 铸造碳钢 应用广泛: ZG+两位数(含C万分之几) 铸造合金钢 性能: 强 塑 韧 可焊性 应用: 适于制造形状复杂的,强和韧性要求高的零件 铸焊大件 火车轮 锻锤机架等 二 生产特点 1 熔炼: 电弧炉(多用),感应炉(合金钢中小件),平炉等 电弧炉:利用电极与金属炉料间电弧产生热量熔炼金属. 优点:钢液质量高,熔炼速度快(一炉23h)温度容易控制,适于各类铸钢件

27、原料:废钢 生铁 铁合金等 造渣材料 氧化剂 增碳剂等 感应炉: 利用感应圈中交流电的感应作用,使金属炉料(钢液)产生感应电流,产生热量. 优点: 加热速度快,热量散失少.氧化轻. 2 铸造工艺: 钢浇注温度高,流动性差,易吸气,氧化.体积收缩约为铸铁的三倍,易产生缺陷(气孔缩松 变形 裂纹等) 型砂: 高耐火性 强 透气 退让性 加冒口,冷铁消耗大量钢水 3 热处理 晶粒粗大.组织不均,内应力,强 塑 正火: 机械性能 成本 内应力 退火: 机械性能 成本 内应力 形状复杂,易裂纹的铸件,或易硬化的钢退火为宜. 3 有色金属 一 铜及铜合金 1 纯铜: 导电 导热 塑(面心) 强 硬 2 黄

28、铜: Cu + Zn普通黄铜 Cu + Zn + Pb,Al,Si等 特殊黄铜 可铸可锻 3 青铜: 除黄铜,白铜(铜镍合金)以外的,铜与其它元素组成. 锡青铜: Sn + Cn 耐磨 耐蚀 铝青铜: 耐磨 耐蚀 4 铸造工艺 1) 熔炼: 易氧化 吸气 防氧化: 液面盖上溶剂(碎玻璃,苏打,鹏砂) 脱氧:Cu+O2-Cu2O(氧化亚铜)塑加磷铜 脱氧 普通黄铜和铝青铜因有Zn能脱氧 除气: 锡青铜: 吹N2, N2 上浮带出H2 . 铝青铜: 吹N2 黄铜: 沸腾法Zn(907)蒸汽带出H2 精炼除渣:铝青铜液中有AL2O3,加碱性溶剂(苏打,莹石等)精练,造出比重小,熔点低的溶渣. 熔炼用

29、坩埚炉 2) 铸造: 细砂铸型光洁 减少切削量,粘砂 浇注时勿断流防氧化 浇注系统使液流平稳流入防飞溅 加冒口补缩(锡青铜出外) 二 铝及铝合金 1 纯铝: 导电 导热 塑 抗蚀(Al2O3) L1 L2L7 号大,越不纯 2 铝合金: 比重轻 熔点低 导电 导热 耐蚀 铸造铝合金分四类: 铝硅合金(硅铝明): 机械性能 耐蚀性,铸造性 适于形状复杂或气密性要求高的零件. 如 内燃机气缸 铝铜合金: 强,耐热 比重大,铸造性(热裂纹疏松) 应用: 高强度,高温件 如活塞 牌号: ZL201 铝镁合金:强度 耐蚀 耐热 铸造性 应用: 受冲击载荷 耐蚀件,形状简单 铝锌合金: 强较高 抗蚀 热裂

30、纹 应用:汽车 拖拉机发动机零件,日用品. 3 铸造工艺 1) 熔炼: 除气(H2)除渣(Al2O3) 常用方法,用钟罩压入六氯乙烷(C2Cl6) 3C2Cl6 + 2Al-2AlCl3+3C2Cl4 AlCl3沸点183, C2Cl4 沸点121 带出H2 或3ZnCl2 + 2Al=3Zn + 2AlCl3 防氧化: 加KCl NaCl 溶剂 2) 铸造:与铜合金相同 第三章 砂型铸造 目前,铸件生产的主要方法,砂型铸件占铸件总量的90%以上,可生产各种铸钢,灰铁,球铁,可锻铸铁,有色金属等.用于铸造各种机械零件 砂型铸造生产过程: 配砂造型烘干 制模 熔化 浇注落砂清理检验 配砂造芯烘干

31、 造型操作顺序: 1安放铸模 2套下箱,撒防粘材料 3盖上面砂 4铲填背砂 5用尖头砂冲舂砂 6用平头砂冲舂砂 7刮去多余型砂 8翻转下型 9撒分型砂 10吹去铸模上的分型砂 11撒防粘材料 12加面砂 13填上型 14扎通气孔 15去上型 16 起模 17挖浇口 18合箱浇注. 1 型砂及型芯砂 一 型砂(芯)性能 1强度:型砂在外力作用下,不易破坏的性能,强度不足,会造成塌箱,砂眼等 2透气性:型砂之间本身有空隙,具有透气的能力.透气性不好,易出现气孔. 3耐火性:型砂在高温金属液的作用下而不软化,熔化.若耐火性不足,砂粒粘在铸件表面上形成一层硬皮,造成切削加工困难,粘砂严重,铸件报废.

32、4退让性:型(芯)砂具有随铸件的冷却收缩而被压缩其体积的性能. 若退让性不足,铸件收缩受阻,内应力加大,甚至产生裂纹、变形等.加锯末、木屑,提高退让性. 二 型砂的分类、成分和应用 1 粘土砂:砂子,粘土,水,附加物(煤粉,木屑等).应用广泛: 1) 不受铸件大小,重量,尺寸,批量影响. 2) 铸钢,铸铁,铜,铝合金等均可铸. 3) 手工,机器造型均可. 4) 粘土来源广,价低. 粘土砂分两类: 湿型砂:中,小件. 干型砂:质量要求高的件,大件. 2 水玻璃砂:水玻璃(硅酸钠的水溶液)为粘结剂 优点:不需烘干,硬化速度快,生产周期短,强度高,易机械化. 缺点:易粘砂,出砂性差,回用性差. 3油

33、砂:植物油为粘结剂(桐油,亚麻油),油在烘烤时生成强度很高的氧化膜. 优点:干强度高,不易吸湿返潮,退让性,出砂性,不易粘砂,内腔光滑. 缺点:价格高 5 树脂砂:合成树脂作粘结剂. 优点:生产率高,不需烘干,强度高,型芯尺寸精确,表面光滑,退让性,出砂性好. 2 造型方法选择 造型是砂型铸造最基本的工序,造型方法选择的是否合理,对铸件质量和成本有着重要的影响. 一 各种手工造型方法的特点和应用 优点:操作灵活,适应性强,模型成本低,生产准备时间短. 缺点:铸件质量差,生产率低,劳动强度高. 应用:单件,小批. 1 按砂箱分:两箱:基本方法,各种批量,大小件 三箱:手工,单件,小批,两个分型面

34、 地坑:小批,大,中件 脱箱:小件 劈箱:大件,如机床床身 2 按模型分: 整模:最大截面在一端,且为平面 分模:最大截面在中部 活块:有突出部位,难起模,单件,小批 控砂:分型面为非平面,要求整模,单件,小批 刮板:回转件,轮 假箱:成批,需控砂的件 假箱:造型前先做一个特制的假箱,来代替造型用的底板,然后做下型,由下型做上型. 假箱:(1)先假箱 (2)放模型 (3)砂托 (4)高至突点 (5)下型 (6)由下型做上型. 二 机器造型及其工艺特点 优点:生产率高,铸件尺寸精确,光洁度高,加工余量少,劳动强度小,大批量生产. 缺点:厂房,设备等要求高,投资大,批量生产才经济,只适于两箱(中箱

35、无法紧实),不宜用活块. 3 浇注位置与分型面的选择 浇注位置-指金属浇注时铸件所处的空间位置 分型面-指砂箱间的接触表面 一 浇注位置选择原则: 铸件浇注位置对铸件质量,造型方法等有很大影响,应注意以下原则: 1铸件重要的加工面应朝下: 1) 若做不到,可放侧面或倾斜 2) 若有几个加工面,则应把较大的放下面. 如导轨面是关键面，不允许有缺陷,则要放下面,伞齿轮 2 铸件的大平面应朝下 原因:上表面出现缺陷,尤其易夹砂. 3 面积大的薄壁部分放下面或侧面 有利于金属充填,防止浇不足 4 易形成缩孔的铸件,厚的部分放在铸型上部或侧面,便于安置冒口,以补缩. 二 铸型分型面的选择原则 分型面选择

36、的合理可以简化造型操作,提高劳动生产率. 1 便于起模,故分型面应选择在铸件最大截面处 (手工造型时,局部阻碍起模的凸起可做活块) 2 应尽量减少分型面和活块数量(中小件) 3应尽量使铸件的重要加工面或大部分加工面和加工基准面位于同一砂型中 4 尽量采用平直分型面,以简化操作及模型制造 5 尽量减少型芯和便于下芯,合型及检验位置 4 工艺参数的选择 一 机加余量和铸孔 1 金属种类: 灰口铸铁:表面平整,加工余量少. 铸 钢:浇注强度高,表面不平,加工余量大. 有色金属:表面光洁. 2 生产条件:大批量生产:机器造型,加工余量少. 小批量生产:手工造型,加工余量大. 3.尺寸位置: 尺寸大:变

37、形大,加工余量大. 铸件顶面与底面,侧面比,表面质量差,余量大. 孔: 铸铁 d30mm,铸钢 d60mm,一般不铸,因铸出造型工艺复杂,质量不易保证,反而给机加带来困难. 二 拔模斜度: 为起模方便,把垂直壁做成斜的. 与立壁高度,造型方法,模型材料等有关,一般15-3 机器造型比手工斜度小 木模比金属模斜度大 立壁高斜度小 三 收缩率: 收缩量铸件尺寸铸造收缩率 灰铁: 0.71.0% 铸钢: 1.32.0% 锡青铜: 1.21.4% 因收缩是非自由的,所以受铸件形状,尺寸的影响. 四 型芯固定(一般靠型芯头) 型芯头的形状和尺寸对于型芯的装配工艺性和稳定性有很大影响. (1)垂直芯头-上

38、芯头斜度大,高度小些,便于和箱,若垂直型芯粗,短,上芯头可省略. 下芯头斜度小,高度大些,稳定. 对于只能做上芯头的型芯,做成吊芯或盖板型芯. (2)水平芯头-芯头较长,芯头也有斜度,便于下芯合箱,悬壁型芯头必须长而大,以支持型芯,防下垂,或被金属液抬起. 5 冒口与冷铁的应用 一 冒口应用：主要作用-补缩,同时能排气,集渣. 1 冒口设置原则: (1) 保证顺序凝固,放在最后凝固部分 -基本作用 (2) 尽量放在铸件最高处,有利补缩,熔渣易浮出. (3) 冒口最好放在内浇口附近,使金属液通过冒口再进入铸型,提高补缩效果. (4) 尽量避开易拉裂部位;不影响自由收缩. (5) 尽量放在需加工部

39、位,便于清理. 2 冒口大小,依合金收缩性质及具体铸件凝固条件查手册. 二 冷铁应用: 1 分类: 非冷铁:只和铸件外表面接触而起激冷作用,与型砂一起清出,不重复使用. 内冷铁:浇注后冷铁被金属液包围与铸件熔合在一起.有气密性要求的部分 不能用. 2 作用: (1) 减少冒口数量: 改善凝固顺序,有利外缩. (2) 可减少冒口尺寸: 加内冷铁,加快铸件冷却. (3) 消除局部热节处的缩孔和缩松: 加外冷铁. (4) 防止铸件产生裂纹: 同时凝固,如两壁交接处放冷铁,以消除热节. (5) 提高铸件硬度和耐磨性: 利用外冷铁加快冷却,细化组织,提高硬度. 第四章 特种铸造 1 金属型铸造 将液态合

40、金浇入金属铸型,得到铸件. 一 金属型: 垂直式,水平式,复合式 垂直式: 易取件,没浇注系统多用. 材 料: 灰铁,要求高 铸钢 内 腔: 金属型芯,砂芯. 有抽芯机构 二 铸造工艺: 金属型导热快,没有退让性,透气性. 1 金属型应保持一定的工作温度. 具有良好的充型条件和一定的激冷作用. 1) 喷刷涂料前预热. 保证涂料层致密,均匀. 合金铸铁80150; 铸钢100250. 2) 浇注前预热 降冷却速度,防白口. 2 喷刷涂料 1) 减缓冷却速度,防白口 2) 防高温液体对铸型直接冲刷 3) 有一定蒸汽,排气能力,防气孔. 铸 铁石墨粉涂料,炭墨涂料; 铝合金氧化锌涂料,滑石粉 3 合

41、理浇注温度: 导热快,t浇 比砂型高2035 4 适宜出型时间 收缩快出型难 冷速大白口 三特点 1多次浇注,节工时,型砂,提高生产率 2改善劳动条件 3铸件光洁度高 4组织致密,机械性能高 5成本高,周期长,工艺要求严,易出现白口,多用于生产有色金属 2 压力铸造 高压下(5500MPa)快速(0.0010.2)将液态或半液态合金压入金属铸型中,并在压力下结晶. 专用设备:压铸机 专用压型压型 一工艺过程 见书中P42 二特点 1精度,表面质量 最小铸孔直径 0.7mm 2可压除形状复杂的薄壁件.(高压 冲型) 3铸件强,硬 (压力下结晶致密) 4 生产率 易自动化 5投资大,适于批量 6种

42、类受限,不宜压铸高熔点合金 7压速高,易形成气孔 8不宜热处理 应用:汽车 仪表行业,广泛应用. 3 熔模铸造 溶膜铸造是用易熔材料制成模型,然后在模型上涂挂耐火材料,经硬化后,在将模型熔化排出型外,从而获得无分型面的铸型,铸型焙烧后即浇注 一工艺过程 1蜡模制作 1) 压型:制蜡模的专用模具,钢 铜 铝 切削而成 2) 蜡模的压制:石蜡,峰蜡,硬脂酸,松香等,将熔化的蜡料压入压型中,冷凝后取出,修去毛刺,得到蜡模 3) 蜡模组装:若干蜡模焊在一个直浇棒上. 2结壳:蜡模涂上涂料,硬化 干燥等 1) 浸涂料(石英粉+粘结剂的糊状物)表面光洁 2) 撒砂(粗石英砂)的目的:增厚型壳 3) 硬化(

43、水玻璃+NH4CLSIO2)化学硬化 3脱蜡 焙烧 1) 脱蜡:热水或水蒸气 2) 焙烧:加热 8001000提高型壳强度 4 填砂:浇注 1) 填砂:型壳放入铁箱中,周围干砂充填 2) 浇注:趁热(600700)进行浇注 5落砂 清理 冷却后,破坏型壳,取出铸件,去浇口,毛刺,退火或正火,以便得到所需机械性能. 二特点和应用 1铸造精度,光洁度高,且可浇注形状复杂的件 2能铸造各种合金(型壳是高级耐火材料) 3单件,小批,大批量生产均可 4少 无切削加工(Ra3.21.6um)稍磨 5材料贵,工艺过程繁杂,生产周期长. 应用: 使用高熔点合金精密铸件的成批,大量生产,形状复杂,难以切削加工的

44、小零件. 如:汽轮机叶片,工艺品 4离心铸造 将液态金属浇入高速旋转(2501500r/min)的铸型中,使金属液在离心力作用下充填铸型并结晶. 一基本方式 1立式:圆筒件 自动形成内腔,壁厚不均用高度小的件. 2卧式:壁厚均匀,适于长筒,可双金属浇注. 二特点应用 第三部分 金属压力加工 概述 一 什么是压力加工 靠外力使金属材料产生塑性变形而得到预定形状与性能的制件（毛坯或零件）的加工方法。 外力 冲击力：锤类 静压力：压力机 各类钢和大多数有色金属及其合金都具有一定的塑性，因此，都能在热态或冷态下进行压力加工。 应用广泛：运输工具96%； 汽车拖拉机95%； 航天、航空90%； 农用机械

45、工业80%。 二 分类 1 轧制：金属坯料在两个回转轧辊的缝隙中受压变形以获得各种产品的加工方法。靠摩擦力，坯料连续通过轧辊间隙而受压变形。 主要产品：型材、圆钢、方钢、角钢、铁轨等。 2 挤压：金属坯料在挤压模内受压被挤出模孔而变形的加工方法。 正挤：金属流动方向与凹模运动方向相同。 反挤：金属流动方向与凹模运动方向相反。 3 拉拔：将金属坯料拉过拉拔模的模孔而变形的加工方法。 产品尺寸精度、表面光洁度较高，所以，常用于轧制件的再加工，提高产品质量。 坯料：低碳钢、有色金属及合金。 外力：拉力。 4 自由锻：金属坯料在上、下抵铁间受冲击力或压力而变形。 外力：压力。 5 模锻：金属坯料在具有

46、一定形状的模膛内受冲击力或压力而变形的加工方法。 6 冲压：金属板料在冲模之间受压产生分离或成形。 15 立体变形（三维）； 6 平面变形（二维）； 16 可冲击力、可静压力。 三 特点：（与铸造比） 1 优点：（1）结构致密、组织改善、性能提高、强、硬、韧 （2）少无切削加工，材料利用率高。 （3）可以获得合理的流线分布（金属塑变是固体体积转移过程）。 （4）生产效率高。（如：曲轴 、螺钉） 2 缺点：（1）一般工艺表面质量差（氧化）。 （2）不能成型形状复杂件（相对） （3）设备庞大、价格昂贵。 （4）劳动条件差（强度、噪音） 第一章 金属塑性变形 1 金属塑性变形的实质 一 晶体： 1

47、晶体：物质中的原子按一定规律在三维空间周期重复排列。 2 单晶体：具有一个晶粒的晶体（由一个晶核生长而成的晶体）。 3 多晶体：大量晶粒组成的晶体。 二 变形： 1 弹性变形：（暂时的变形）e 力未去除。 弹性塑性变形：（暂时变形）s 力未去除。 纯塑性变形：永久变形 外力去除。 2 变形机制： 单晶体塑性变形：滑移。 多晶体塑性变形：滑移+晶粒转动。 三 滑移： 1 单晶体： 在切应力作用下，晶体的一部分与另一部分沿着一定的晶面产生相对滑动，叫滑移。这个晶面滑移面。 与滑移面垂直的应力不引起滑移，只会弹性变形，大到一定程度引起脆断。 （上面所描述的滑移运动，相当于两部分晶体彼此进行的刚体性运

48、动，是由外力作用下发生的，而且所需力较大，但使测力却小得多。近代塑性理论研究认为滑移变形是由于位错的滑移运动引起的。） 理想晶体结构：锌单晶理论计算：s=350kg/mm2 实测 s=0.1kg/mm2 晶体内部存在缺陷： 点缺陷：缺一个原子。 线缺陷：缺一行原子、位错。 面缺陷： 滑移逐步在滑移面上传布，直至晶体表面。 2 多晶体 塑性变形先在晶面方向有利于滑移的晶粒内开始，然后不利于滑移的晶粒向有利变形的方向转动， 协调变形，使滑移继续进行。 2 塑性变形后金属的组织和性能 一、 组织： 1 、 晶粒沿变形最大的方向伸畅。 2、 晶格晶粒均发生扭曲，产生内应力。 3、 晶粒间产生碎晶。 二

49、、性能： 强度，硬度。塑性，韧性 原因：（微观）碎晶，晶格扭曲，增大滑移阻力。 三、加工硬化 塑变程度增大，金属强度，硬度升高；塑性，韧性下降的现象。 1、 有利：强化金属，形变强化 有害：变形抗力，继续压力加工困难，对模具不利，设备吨位 加工硬化的结果使金属的晶体构造处于不稳定的应力状态，具有自发恢复稳定状态的趋势（室温不行） 2、消除方法：加热 回复 再结晶 1）回复：金属冷变形后，加热到一定温度，原子恢复正常排列，消除了晶格扭曲。加工樱花部分消除，原子获得能量。震动加剧，回复正常排列。 T回（0.250.3）T熔 （室温273） T回、T熔分别位金属回复、熔化的绝对温度。 2）再结晶：温

50、度再增加，金属原子获得更多能量，则以碎晶和杂质位核结晶成新的晶粒。 实质：无畸变组织代替即便组织，完全消除加工硬化。 T再0.4T熔 T再金属绝对再洁净温度。 再结晶退火加热再结晶金属再次获得良好塑性 高温下受力塑性变形硬化于再结晶同时存在 四、冷变形、热变形 冷变形T再以下发生的变形。 热变形T再以上发生的变形。 * 1、冷变形后具有加工硬化组织，能获得较高的表面光洁度及硬度，但变形程度不宜过大，避免破裂。 2、热变形可得到再结晶组织，变形程度大，无加工硬化，获得良好的机械性的组织。 冷变形后的件若继续加工，要再结晶退火。 金属压力加工主要采用热变形来进行。 五、锻造和纤维组织 1、锻造 1

51、镦粗：横截面积变大：Y镦F/F0H0/H1 2拨长：横截面积变小：Y镦F0/F1 F0变形前横截面面积， F变形后横截面面积 Y2 组织细化，性能 Y25 方向性 Y5 组织紧密程度，晶粒细化，均达极限。性能方向性 出现性能方向性的组织已是纤维组织。 2、 纤维组织： 金属发生塑性变形时，金属的晶粒形状和沿晶 界分布的杂质形状都发生变化，它们将沿着变形方向被拉长，呈纤维形状。这种结构较纤维组织。 1） 影响：使金属材料的机械性能出现方向性 平行纤维方向：塑、韧性 垂直纤维方向：塑、韧性 2） 利用：因流线稳定性很高，不能用热处理方法消除，只有经过锻压使金属变形，才能改变方向和形状。因此，位提高零件机械性能，尽量做到： a) 使纤维方向于零件的轮廓相符合，