材料加工工艺第2章 液态金属成形1、铸件凝固方式：合金的结晶温度范围越小，凝固区域越窄，则越倾向于逐层凝固；过冷度越大，凝固区变宽，倾向于糊状凝固逐层凝固：凝固过程中，外层固体与内层液体间有一条清楚的分界线，不存在液、固相共存区纯金属和共晶型合金的凝固糊状凝固：凝固过程中，不存在固体层，整个凝固区均液、固并存发生在结晶温度范围很宽的合金中中间凝固：介于逐层凝固和糊状凝固之间的凝固方式大多数金属以中间凝固方式凝固2、充型能力：液体金属充满型腔，获得尺寸精确、轮廓清晰的成型件的能力影响因素：合金液体的流动性；铸型条件；浇注条件； 铸件结构流动性的概念与意义：指熔融合金自身的流动能力流动性好，充型能力强，易于获得尺寸准确、外形完整和轮廓清晰的铸件流动性不好，充型能力差，铸件易产生浇不到、冷隔、气孔和夹杂等缺陷3、收缩性：铸造合金在液态、凝固态和固态冷却的过程中，由于温度的降低而发生的体积减小的现象1三个阶段：液态收缩-发生在液态，从浇注温度到凝固开始温度的阶段凝固收缩-发生在凝固阶段，从凝固开始至终止的阶段固态收缩-发生在固态，从凝固终止温度至室温2缩孔的形成：金属液逐层凝固，在铸件上中部最后凝固部位形成倒锥形缩孔。
多发生在逐层凝固方式的合金中凝固时，首先形成外壳，铸件外形尺寸固定，收缩使合金体积变小，在铸件最后凝固的部位产生大而集中的孔洞3缩松的形成：金属液糊状凝固，在铸件轴心部和缩孔下方形成细小分散缩孔.最后凝固区域液态收缩和凝固收缩得不到补充结晶温度范围宽的固溶体合金缩松倾向大4影响缩孔、缩松大小的因素及防止措施：因素：铸造合金的液态收缩愈大，则缩孔形成的倾向愈大；合金的结晶温度范围愈宽，凝固收缩愈大，则缩松形成的倾向愈大措施：凡能促使合金减小液态和凝固期间收缩的工艺措施都能利于减小缩孔和缩松的形成如调整化学成分，降低浇注温度和减慢浇注速度，增加铸型的激冷能力，增加在凝固过程中的补缩能力，对于灰口铸铁可促进凝固期间的石墨化等5铸件的三种凝固方式减小缩孔缩松的原则：顺序（定向）凝固原则：冒口补缩铸件厚大部设冒口，薄壁部或冷铁远离冒口，实现由远离冒口部向冒口部的定向凝固，最后缩孔移至冒口中即在铸件上远离冒口或浇道的部分到冒口或浇道之间建立一个递增的温度梯度同时凝固原则：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很小．使各部分同时凝固如在热节处安放冷铁，以加快此部位的冷却速度均衡凝固原则：利用膨胀和收缩动态叠加的自补缩和浇冒口系统的外部补缩，采取工艺措施，使单位时间的收缩与膨胀、收缩与补缩按比例进行的一种凝固工艺原则4、铸造应力产生原因：铸件在凝固以后的冷却过程中，由于温度下降而产生收缩，有些合金还会发生固态相变而引起膨胀或收缩，这些都使铸件的体积和长度发生变化，若这些变化受到阻碍（热阻碍、外力阻碍等），便会在铸件中产生应力，称为铸造应力。
种类：热应力、相变应力、收缩应力5、零件结构的工艺性：从避免铸件缺陷考虑应使铸件结构与合金铸造性能相适应，尽量避免金属集聚和产生内应力，以防止铸造缺陷的产生壁厚：最小壁厚、不宜过厚、尽量均匀、利于补缩和定向凝固、转弯处为圆角、逐步过渡、减小锐角避免过大水平面：利于金属液充填对称和加强肋结构：避免变形轮辐避免收缩受阻6、浇注位置选择原则：重要面朝下、宽大面朝下、薄壁部朝下、厚大部朝上、型芯少而稳定7、分型面选择原则：分型面置于最大界面、分型面尽量平直、分型面尽量减少、避免不必要活块型芯、尽量置于同一砂型、尽量位于下型8、冒口的作用：是铸型内用以储存金属液的空腔，在铸件形成时补给金属，防止缩孔、缩松、排气和集渣冷铁的作用：加快金属液的冷却；调节冷却凝固方向；实现顺序凝固或同时凝固9、特种铸造：金属型铸造、低压铸造、压力铸造、熔模铸造、消失模铸造、离心铸造、陶瓷铸造金属型铸造：是将液体金属在重力作用下浇入金属铸型，以获得铸件的方法特点：1铸件精度高，表面粗糙度低，加工余量小2铸件晶粒细,力学性能好3一型多铸4金属型成本高，不宜单件小批生产，不宜大型、复杂形状、薄壁及高熔点铸件压力铸造：简称压铸，是将熔融金属在高压、高速条件下充型，并在压力下凝固成形获得铸件，需要压铸机和金属型。
特点：1铸件精度高，表面质量好，无需机加工，互换性好2可压铸薄壁、复杂形状、具小孔和螺纹的铸件3可压铸镶嵌件4组织细，力学性能好5生产率高6设备投资大，压铸型成本高，不宜单件小批生产，且压铸件尺寸受限7不宜用于钢、铸铁等高熔点金属8压铸件易产生皮下气孔，不能进行热处理或高温使用，且易产生缩孔、缩松离心铸造：熔融金属浇入旋转铸型中，在离心力作用下充型凝固，获得铸件特点：1铸出中空铸件无需型芯，且可省去浇注系统和冒口，节约金属2铸件组织致密，无缩孔、缩松、气孔、夹渣等缺陷，力学性能好3金属液充型效果好，适于铸造流动性差或壁薄铸件4便于铸造双层金属铸件5铸件内表面粗糙，质量差，且易产生比重偏析缺陷6铸件孔径不易控制10、 常用合金的铸造 铸铁分类：(根据C存在形式）白口铸铁:断口呈银白色C主要以Fe3C形式存在性能硬、脆，在实际中应用较少；灰口铸铁:断口呈暗灰色，C大部分或全部以石墨形式存在工业中应用最多又分为普通灰铸铁、球墨铸铁、蠕墨铸铁、可锻铸铁等麻口铸铁:断口有黑白相间的麻点，既有Fe3C又有石墨性能硬、脆，实际中应用较少第3章 金属塑性成形1、 塑性成形分类A锻压：1体积成形: 锻造(自由锻造 模锻) 、挤压、拉拔体积成形主要是指那些利用锻压设备和工、模具，对金属坯料（块料）进行体积重新分配的塑性变形，得到所需形状、尺寸及性能的制件。
主要包括锻造和挤压两大类前者在成形过程中，变形区的形状随变形的进行而发生改变，属于非稳定塑性变形；后者在变形的大部分阶段变形区的形状不随变形的进行而改变，属于稳定塑性变形2板料成形: 冲裁 弯曲 翻边 拉深 胀形板料成形又称为冲压，这种成形方法通常都是在常温下进行，所以也称为冷冲压按照金属的变形性质又可以分为分离工序和成形工序分离工序主要是利用冲模在压力机外力的作用下，使板料分离出一定的形状和尺寸工件的冲压工序它包括落料、冲孔、切断、切边、剖切等工序成形工序是利用冲模在压力机外力的作用下，使板料产生塑性变形而得到相应工件的冲压工序主要包括弯曲、拉深、翻边、胀形、扩口、缩口、旋压等B轧制： 板材轧制 型材轧制 管材轧制 横轧 纵轧 2、多晶体塑性变形方式： 晶粒内部变形 （滑移和孪晶）+ 晶界变形3、 金属塑性变形的影响因素1)化学成分：钢的碳含量↑，塑性成形性↓钢的合金元素含量↑，塑性成形性↓碳少量有利，过量有害（Fe3C）；磷有害，“冷脆”；硫有害，“热脆”；氮有害，“时效脆性”；氢“氢脆”“白点”；氧与其它杂质结合，有害2)金属组织（组织状态）：单相固溶体的塑性成形性优于多相组织；常温下，均匀细小等轴晶的塑性成形性优于粗大树枝晶；钢中存在网状二次渗碳体，塑性成形性↓3)变形温度：变形温度高，原子振动增强，结合力减弱，塑性提高,变形抗力减少；金属高温下发生再结晶，加工硬化消除。
高温下，金属的变形抗力仅为常温的1/4-1/5温度↑，塑性↑，变形抗力↓，塑性成形性能↑在加热过程的某些温度区间，过剩相析出和相变的原因，会产生脆性碳钢：蓝脆: 200-350℃ 渗碳体析出；热脆: 800-950℃；高温脆区: 1300℃ 过热、过烧4)变形速度：单位时间内的变形程度越大，金属塑性下降，抗力提高但超过一定的临界点后，变形热来不及散发，会产生“热效应”，使金属塑性提高，抗力减小变形速度↑，硬化速度↑，塑性成形性↓；变形速度↑，热效应↑，塑性成形性↑；一般生产条件下采用较低变形速度5）应力状态：拉应力状态易产生应力集中，促使裂纹产生和扩展，造成破坏故拉应力越多，材料塑性越差，压应力数目越多，塑性越好压应力数目↑，塑性↑，变形抗力↓；拉应力数目↑，塑性↓，变形抗力↑6）表面状态的影响润滑条件、坯料表面质量、表面缺陷易成为“裂纹源”表面质量好，有利于提高塑性4、如何提高金属塑性变形：提高材料的成分和组织的均匀性；合理选择成形温度和成形速度；选择三向受压较强的变形方式；减少变形的不均匀性5.塑性变形遵循的几个规律①最小阻力定律 塑性变形过程中，金属各质点有向多个方向流动的可能时，将向阻力最小的方向流动 ②卸载弹性恢复规律 金属变形包括塑性和弹性二部分，外力卸除之后，塑性变形部分保留，而弹性变形部分会因为弹性恢复而消除。
如弯曲时回弹 ③加工硬化规律 金属冷变形时，随变形程度的增加，强度和硬度提高，塑性和韧性下降冷作硬化，冷变形强化④体积不变规律 变形前后，金属体积保持不变致密材料）6、变形量的表达式工程应变：改变量/初始尺寸坯料原来高度H0，压缩后H1，高度差∆H=H1-H0，工程应变：e= ∆H/ H 0 100 (%)； 真实应变（对数应变）：在变形过程中，如原始尺寸L0经过无穷多个中间数值逐渐变到L1，则由L0变到L1终了的应变程度可以看作是各阶段相对应变的总和，这个总和称为对数应变或真实应变ln(变形后尺寸/初始尺寸) Ln(L1/L0) 例如高100mm的坯料被压缩到高为40mm时，对数应变ε= −0.9163锻比(挤压比) 变形前后的截面积比值断面收缩率 7、锻造目的：成形和改性（机械性能、内部组织）按成形工具分类：自由锻、模锻、胎模锻造、特种锻造按成形温度分类：热锻、温锻、冷锻 热锻：在再结晶温度以上进行的塑性变形减少金属的变形抗力；改变钢锭的铸态结构；提高钢的塑性温锻：在室温以上完全再结晶温度以下进行的塑性变形。
减少锻压力；精度较高冷锻：在室温时进行塑性变形没有温度波动和氧化作用，锻件精度高而表面光洁；提高锻件的强度和硬度；限于比较小的机器零件和低碳钢及有色金属材料8锻前加热中的缺陷氧化 金属在高温炉内加热时，钢材表面的合金化元素将和炉气中的氧化性气体（如O2、CO2、H2O、SO2）发生反应，使钢料表层生成氧化铁皮，这种现象称为氧化，或叫烧损脱碳 钢在高温加热时，表层中的碳和炉气中的氧化性气体（如O2 、CO2、H2O、SO2）及某些还原性气体（如H2）发生化学反应，生成甲烷或一氧化碳，造成钢料表层的含碳量减少的现象过热 金属加热的温度超过某一温度界限，并在此温度下长期加热，奥氏体晶粒会急剧长大，晶界会析出硫化物和磷化物夹杂的现象过烧 在加热温度接近熔点之前，钢料内部的低溶成分和夹杂物会产生氧化和溶解，破坏晶界的结合，失去塑性，不能锻压加工的现象裂纹 毛坯在加热中，由于其表层与心部温度的差异造成的温度应力，相变发生时间的差异引起的组织应力超出材料在此温度下的强度极限时便产生裂纹9、锻造温度的确定始锻温度:从加热炉取出放到锻压设备上开始锻压，这时坯料的温度终锻温度:为要保证热锻后锻压件内部为再结晶组织 ，热锻的最低温度。
确定锻造温度范围的原则：使金属在锻造温度范围内具有良好的塑性和较低的变形抗力；锻造出的锻件机械性能及微观组织良好；锻造温度范围尽可能宽，这样加热的次数比较少，可以提高生产效率10、平砧镦粗主要质量问题 侧表面易产生纵向或呈45方向的裂纹锭料镦粗后在上下两端保留铸态组织；鼓肚：由于摩擦力和温度分布的影响；双鼓：高度较大时，出现两个鼓肚11、模锻分类根据模具的终锻型槽结构不同：可分为开式模锻和闭式模锻开式模锻主要特点：要产生飞边根据所用的设备不同：可分为锤上模锻、。