金属工艺学总结

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1、一.铸造工艺图在零件图上表示出以下内容;1）浇注位置 2）分型面； 3）工艺参数：机加工余量、拔模斜度、铸造圆角和铸造收缩率等； 4）型芯的设计及其他技术要求。二. 浇注位置确定： 1. 重要面置于下型或侧立； 2. 大平面朝下，以免出现气孔和夹砂缺陷 3. 大面积薄壁置于下型或侧立，以利充型； 4. 厚大部位置于顶面或侧面，以利补缩 5. 近可能减少砂芯数目，简化造型。三.确定分型面原则： 1. 重要加工和基准面位于同一个砂箱，以保尺寸精度； 2. 减少分型面和活块数目，简化造型； 3. 减少砂芯数目； 4. 采用平直分型面。 四.工艺参数的确定： 1. 机加工余量-根据铸件结构、大小、材质

2、和在铸型中位置及造型方法的不同而定，或查表或靠经验。2. 拔模斜度-根据铸件垂直壁高矮、位置以及造型方法来定。一般为（0.54），内壁、短壁取大值。 3. 铸造圆角(Fillet) ：壁与壁连接应圆角过渡，以防缩孔和裂纹。4. 铸造收缩率（线）灰铸铁收缩率（ 0.71.0）%； 铸钢收缩率（1.52.0）%；有色金属收缩率（1.01.5）% 。 五.型芯设计及其它技术要求1. 设计内容包括：型芯数量、形状、芯头结构、下芯顺序及型芯稳固、排气和清理等。2. 芯头(Core Head)定位和支撑型芯；排除型芯内气体；落砂时清理型腔内砂子。其它技术要求：如铸件某部位不允许有气孔缺陷。材料铸造性能:

3、金属材料接受铸造、获得优质铸件的难易程度，包括流动性和收缩 一.流动性(Fluidity) 1.概念：金属液体充满铸型、获得形状正确、轮廓清晰铸件的能力。2.质量影响：流动性不好，易产生浇不足和冷隔、气孔、和夹渣、缩孔和热裂。3.衡量：螺旋形试样长度4.影响因素（1）合金性质 1)合金种类： 灰铸铁的流动性比铸钢好，铝硅合金和硅黄铜其它合金好。2）化学成分：纯金属和共晶成分合金的流动性最好。如铸铁中的碳越接近共晶点，其流动性越好。3）结晶特征：逐层凝固的（共晶点成分合金）流动性好；糊状凝固的流动性差。4）其它物理特征：粘度大的流动性差。 （2）铸型：铸型导热力、蓄热能力越强，流动性越差。（3）

4、浇注条件 1）浇注温度： 太低，粘度大、流动性差；太高，由于吸气多、氧化 严重，会降低流动性。铸钢浇温：15201620铸铁浇温：12301450有色合金：680780。总之，薄件取高值，厚件取低值。2）浇注压力：金属液压力越大，流动性越好。3）浇注系统：结构越复杂，流动性越低。 （4）铸件结构 (Structure of Casting)铸件壁越薄、壁厚变化急剧和大面积水平面等均降低流动性5.改善流动性措施（1）选用共晶点成分或窄结晶温度范围合金铸造；（2）尽可能提高金属液纯度；（3）适当提高浇注温度和压力；（4）合理设计浇注系统；（5）改善铸件结构（以后还会讲到） 。 1.收缩概念：金属液

5、在冷却过程中引起的体积缩减。用体收缩率或线收缩率表示。2.收缩的三个阶段：（1）液态收缩（2）凝固收缩（3）固态收缩注：液态收缩和凝固收缩是产生缩孔和缩松的基本原因，固态收缩是产生铸造应力、变形和裂纹的基本原因。V 以上三个阶段之和为合金总收缩。三.缩孔和缩松 缩孔由于收缩而产生的大而集中孔洞。缩松 也是由收缩引起、但是小而分散。2.形成： A）原因 液态和凝固收缩得不到金属液补充而造成。B ）存在部位 缩孔：厚壁处、两壁相交处和内浇口附近 , 缩松： 缩孔下方、冒口根部和壁的轴线处。3.影响因素（1）合金成分结晶温度范围窄的或恒温结晶合金易形成缩孔,结晶温度范围宽，倾向于形成缩松。 （2）浇

6、注条件提高浇温、放慢 浇速，有利于补缩、减小缩孔倾向。 （3）铸型条件 增大铸型冷却能力，可减小凝固宽度，减小缩松倾向。 （4）铸件结构 避免厚大壁，消除热节。4.防止缩孔和缩松工艺（1）采用顺序凝固原则。 （2）具体措施： A.在铸件厚大部位或经冒口开内浇口； B.合理使用冒口、冷铁和补贴等工艺措施； C.提高浇温和减缓浇速；（3）顺序凝固原则适用范围： A.收缩大合金，如：铸钢、可锻铸铁和高强度灰铸铁；B.壁厚相差大铸件。 （4）顺序凝固不足：铸件内应力大，易开裂或变形。四.铸造应力、变形和裂纹 1.铸造应力概念：固态收缩受阻而产生的应力。2.分类：热应力和机械应力。热应力 由于冷却速度不

7、一致造成，属于残留应力，厚壁处受拉，薄壁处受压。机械应力由于受机械阻力造成，属于临时应力。3.减小和消除应力方法 1）采用同时凝固原则（1）具体措施；A.内浇口开铸件薄的部位；B.冷铁放在厚的部位。 （2 ）适用范围： A.收缩小的合金，如灰铸铁； B.结晶温度范围宽的合金，如锡青铜； C.壁厚均匀的铸件。（3）不足之处铸件致密性差。2）改善铸型和砂芯退让性； 3）合理设计铸件结构。4）去应力退火。4.变形和裂纹（1）变形 A.产生原因 铸造应力大于铸件屈服强度所产生的变形。 B. 危害因机加工余量不足而报废,C.防止措施：防止产生铸造应力；采用反变形工艺；加大机加工余量；采用早落砂和及时焖火

8、工艺。（2）裂纹 A.产生原因铸造应力大于铸件抗拉强度就会产生裂纹。B.裂纹分类 热裂和冷裂。C.热裂：在凝固末期产生的1）特征裂纹有氧化色，属于沿晶开裂，呈曲折状。2）部位应力集中处、热节处等部位。3）防止合理设计铸件结构；改善铸型和砂芯退让性；减小浇口、冒口对铸件收缩的阻碍，符合同时凝固原则；提高金属液熔炼质量，以提高高温抗拉强度。 D.冷裂：在完全凝固的弹性阶段产生的。 1）特征裂纹有金属光泽、微氧化色，穿晶开裂，直而光滑；一、铸铁介绍1铸铁概念和分类 1)概念 ：C（2.4-4.0 ）% Fe-C 合金。2)分类 ： （1）灰口铸铁： G ， 断口呈暗灰色 （2）白口铸铁： Fe3C

9、， 断口呈亮白色 （3）麻口铸铁： G + Fe3C，断口黑白相间1）灰铸铁： 牌号：HT#，# ：最低 b （MPa） 如 HT150性能特点：普通灰铸铁 （1） b200MPa； 0 （2）硬度、抗压强度与碳钢相近；（ 3）耐磨、减振及缺口敏感性小；应用：受力小、耐磨、减振件如：机座、支架等。2）球墨铸铁：牌号：QT#-#， #： 如 QT450-10性能特点：（1） b 和硬度比灰铸铁高； （2）具有较高塑性；（3）与碳钢比，屈强比大，且更耐磨、减振； 应用：代替碳钢制造汽车后桥壳、曲轴和连杆等。3）蠕墨铸铁：牌号： RuT# 如 RuT2604）可锻铸铁： Malleable Cast

10、 Iron 不能接受锻造牌号： KTH#-#，如KTH330-08 KTZ#-#，如 KTZ550-04注：能耗大、成本高，逐渐被球铁取代。1.常用铸铁零件采用灰口铸铁制造，有灰铸铁、球铁、蠕墨铸铁和可锻铸铁。2.铸铁中石墨主要形成于一次结晶过程；基体则在共析阶段形成。铸铁成分和冷却速度是最关键的影响因素。砂型铸件结构工艺性一.简化工艺的要求1.对外形要求 1）避免外形有侧凹；2）使分型面为平面，去掉不必要外圆角；3）避免凸台、加强筋的设置妨碍起模；4）减少分型面数目；5）在铸件不加工面上设计结构斜度。2.对内腔要求 1）尽可能少用或不用芯子；2）需芯子时，考虑芯子稳固、排气和清理。二.合金铸

11、造性能对铸件结构要求1.对壁厚要求： 1）壁厚应适当和均匀；2）内壁厚度 应略小于外壁；3）壁厚相差大时，便于安放冒口补缩。 2.壁与壁连接： 1）壁与壁的连接应设计结构圆角，以免产生缩孔、应力集中和掉砂；2）壁与壁斜交，避免锐角接头，以免产生应力集中。3）避免壁与壁直接交叉，采用交错接头或圆环接头；4）壁厚从薄到厚应逐步过渡，以免产生应力集中。3.避免产生变形和裂纹，应注意以下几点：1）细长类铸件，使其截面对称； 2）大面积平板时，设计加强筋； 3）轮类铸件应使轮辐数目为奇数或为弯曲轮辐。锻压部分：锻压方法概述及金属塑性变形一、概念: 利用塑性变形规律，获得一定形状、尺寸和性能锻件的方法。

12、二、锻压特点 1.改善组织，提高机械性能：塑性和冲击韧性。 2.节约材料和加工工时。3.有较高的生产率。4.形状不能太复杂；设备投资大；劳动条差。三、种类 自由锻、模锻、轧制、拉拔、挤压、板料冲压。一塑性变形实质1 单晶变形实质：滑移和孪晶 1） 滑移：形状改变，但晶格、位向和体积不变。2） 孪晶：只改变位向，以利滑移。2多晶体变形实质：1）每个晶粒变形与单晶一致：滑移和孪晶。2）晶界使变形阻力增大：位向差和杂质缠绕。3）只有与外力方向成 45角的滑移面产生滑移，细晶粒较粗晶粒滑移面多。二塑性变形对组织和性能的影响1加工硬化（冷作强化）1）概念：金属在低温下塑性变形时，表现出强度和硬度升高，塑

13、性和韧性下降。变形程度越大，加工硬化越严重。 2）组织： 1）晶粒形状- 改变 2）晶格- 扭曲 3）滑移面上- 出现细碎晶3）应用：冷轧、冷拔和冷挤低碳钢、纯铜和防锈铝1）回复概念：加工硬化是一种不稳定状态，只要温度许可，原子会自发回到正常位置，晶格畸变消失。温度： T 回 =(0.250.30)T 熔 （K ）组织：晶格扭曲消失，但细碎晶和变形晶依然存在。 性能：只是塑性略有提高。应用：冷拔钢丝卷制弹簧后，在 250300下回火， 降低其脆性。 再结晶概念: 原子自由扩散和重新排列形成新等轴晶代替变形晶、细碎晶。温度: T 再 =（0.350.40）T 熔 （K）纯铁-450；钨-1200

14、；铜-200 ；铝- 100； 锌-室温。组织: 新的等轴晶，加工硬化全部消失。性能: 恢复良好塑性。速度: 温度高、变形程度大，再结晶速度快。应用: 重获良好塑性，可继续变形；可细化晶粒；消除不均匀铸态组织。3.区分冷变形与热变形冷变形：低于再结晶温度下变形；热变形：高于再结晶温度下变形。4.锻造比与纤维组织 （1）锻造比:衡量变形程度参数，均大于 1，提高锻造比，可细化组织。（2）纤维组织：1）概念：晶界杂质留下的痕迹。如：塑性夹杂呈条状，脆性的杂呈链状。热处理无法改变、消除纤维组织，只能通过变形改变分布方向。2）对性能影响：表现出方向性：平行于纤维方向，材料塑性、韧性增加，垂直这个方向则

15、降低；抗拉强度相差不大。3）与锻造比关系: : 锻造比大，变形程度大，纤维组织明显。4）设计零件应注意纤维分布合理：正应力与纤维平行；切应力与纤维垂直。纤维分布与零件外形轮廓相符和不被切断。 三.金属的锻造性1.概念：金属接受锻压难易程度。2. 衡量指标：塑性和变形抗力。3.影响因素：1）金属本质 成分：纯金属锻造性最好，合金元素含量多，锻造性差。组织：固溶体比机械混合物要好。状态：铸态比轧态要差。2）变形条件（1）变形温度：温度高、塑性好、抗力小。（2）变形速度 在某一值以前，变形速度越快，加工硬化来不及消除，变形抗力增大，降低锻造性；超过这一值，变形速度增大，热效应可改善塑性和降低变形抗力。（3）应力状态: 压应力数目越多，表现出塑性越好， 锻造性提高。一.自由锻 1.概念：坯料受冲击或静压力，向四周流动 2.种类：手工自由锻,机器自由锻3.特点：（1）工具简单；（2）锻件精度低；（3）适合简单件；（ 4）阻力小，锻造大型件唯一方法；（5）劳动强度大和生产率低。4.应用: 适合形状简单、单件小批锻件生产。 二.模型锻造概念：在模膛冲击力（静压力）下成型 2种类(Classes)：锤上模锻、平锻机、曲柄压力机和摩擦压力机。3特点(Characteristics) ：（1）锻件形状较复杂；（2）纤维分布合