金属材料及加工工艺课件

17四月2024金属材料及加工工艺课件第8讲主要内容：8.1金属的固有特性8.2金属材料的成型加工铸造加工塑性加工切削加工焊接加工粉末冶金8.3金属材料的热处理8.4特种加工方法8.5常用金属材料8.6金属材料在设计中的应用Date2造型材料与工艺岁月的沧桑锈蚀在金属产品上，浮起层层斑驳，然而金属材质以其天然的无可比拟的坚固性，永恒地保留下人类驾驭自然、改造自然的能力和创造造型美的才华。Date3造型材料与工艺最古老的金属材料金银铜铁Date4造型材料与工艺最常用的金属材料钢铝合金钛合金Date5造型材料与工艺最先进的金属材料超高纯度铁超高强度钢超高速钢(用作刀具)超高易切削钢超硬合金金属陶瓷超塑性合金超导材料超耐热合金金属基复合材料金属玻璃纳米金属颗粒形状记忆合金贮氢合金Date6造型材料与工艺8.1金属材料的固有特性金属材料几乎都是具有晶格结构的固体，由金属键结合而成。金属材料是电与热的良导体。金属材料表面具有金属所特有的色彩与光泽。金属材料具有良好的延展性。金属可以制成金属键化合物，可以与其他金属或非金属元素在熔融状态下形成合金，以改善金属的性能。除了贵金属之外，几乎所有金属的化学性能都较为活泼，易于氧化而生锈。Date7造型材料与工艺8.2金属材料的成型加工8.2.1铸造（Foundry）概念铸造是指将液态金属注入与零件形状、尺寸相适应的铸型型腔中，冷却凝固后获得毛坯或零件的方法。Date8造型材料与工艺在机械制造中的地位按质量计算，在机床、内燃机、重型机器中，铸件约占50%～70%；在汽车中约占20%～30%。Date9造型材料与工艺铸造工艺的分类：砂型铸造特种铸造

熔模铸造金属型铸造压力铸造离心铸造Date10造型材料与工艺特点适用于各种金属材料能制成各种尺寸和形状的铸件节省材料，减少加工余量，降低成本容易产生气孔、缩孔和裂纹等缺陷铸件的力学性能不如相同材料的锻件生产工序多、铸件质量不稳定、废品率高、工作条件差、劳动强度高Date11造型材料与工艺铸造产品Date12造型材料与工艺1、砂型铸造Date13造型材料与工艺工序：模样与芯盒准备、型砂与芯砂配制——造型、造芯——熔炼、浇注——落砂、清理——检验入库。Date14造型材料与工艺模样和芯盒：模样和芯盒是用来造型和造芯的基本工艺装备。如图所示模样用于形成铸型的型腔，它和铸件的外形相适应；芯盒用于制造芯（芯子），其内腔与芯子的形状和尺寸相适应。在单件或小批生产时，模样和芯盒可用木材制作，大批、大量生产时，可用铝合金、塑料等材料来制作。Date15造型材料与工艺造型材料：造型材料是指用于制造砂型（芯）的材料，主要包括型砂和芯砂。型（芯）砂主要由原砂、粘结剂、附加物、水、旧砂按比例混合而成。根据型砂中采用粘结剂种类的不同，型砂可分为粘土砂、树脂砂、水玻璃砂、油砂等。型砂与芯砂应具备如下性能：①足够的强度；②较高的耐火性；③良好的透气性；④较好的退让性。（型砂具有随铸件的冷却收缩而被压缩其体积的性能）Date16造型材料与工艺砂型Date17造型材料与工艺砂型铸件Date18造型材料与工艺清砂Date19造型材料与工艺砂型铸件Date20造型材料与工艺特点最常用、最基本的铸造方法设备简单、操作灵活不受铸件形状、尺寸、重量及所用金属种类的限制适合于各种生产规模成本低Date21造型材料与工艺2、熔模铸造Date22造型材料与工艺熔模铸造蜡模组Date23造型材料与工艺工艺流程产品设计模具制作

注腊腊件组合沾浆淋沙脱蜡预热浇铸除壳切断打磨热处理精加工检查→→→→→→→→→→→→→→Date24造型材料与工艺矿山机械配件Date25造型材料与工艺矿山机械配件Date26造型材料与工艺机械配件Date27造型材料与工艺机械配件Date28造型材料与工艺不锈钢制品Date29造型材料与工艺五金件Date30造型材料与工艺汽车配件Date31造型材料与工艺熔模铸造的特点又称“精密铸造”或“失蜡铸造”。可熔炼的材质十分广泛。不受产品形状结构复杂的限制。铸件尺寸控制精密，机加工切削余量极少，表面质量好。可应用的范围也越来越广：①在热加工领域里，取材困难件或不易成型件以及某些加工成本高的锻造件，可适用熔模铸造；②在铸造的领域里，有些产品可用熔模铸造替代其它形式的铸造，减少加工切削余量降低成本，提高尺寸精度和表面粗糙度以及材料的机械性能，从而达到升级产品档次的目的。Date32造型材料与工艺概况熔模铸造是一种古老的铸造方法。在我国发现最早的熔模铸件是2400多年前的战国早期，从50年代开始，将熔模铸造用于工业生产中，经过40多年的发展，熔模铸造已成为我国机械制造业中的基础工艺，并形成一个独特的行业。

据不完全统计，全国有熔模铸造厂1300多个，熔模铸件产量约16万件，年产值约为16亿元人民币，全行业职工总数约为十万人。Date33造型材料与工艺行业分布碳钢类机械零件熔模铸造企业不锈钢类商品零件熔模铸造企业航空航天及燃气轮机类熔模铸造企业（如：沈阳黎明发动机制造公司精密铸造厂）Date34造型材料与工艺3、金属型铸造金属型铸造又称硬模铸造或永久型铸造，它是将液体金属浇入金属铸型，以获得铸件的一种铸造方法。铸型是用金属制成，可以反复使用多次（几百次到几千次）。Date35造型材料与工艺特点铸件的机械性能比砂型铸件高。同样合金，其抗拉强度平均可提高约25%，屈服强度平均提高约20%，其抗蚀性能和硬度亦显著提高。铸件的精度和表面光洁度比砂型铸件高，而且质量和尺寸稳定。铸件的工艺收得率高，液体金属耗量减少，一般可节约15～30%。不用砂或者少用砂，一般可节约造型材料80%～100%。金属型铸造的生产效率高；使铸件产生缺陷的原因减少；工序简单，易实现机械化和自动化。Date36造型材料与工艺不足之处金属型制造成本高。金属型不透气，而且无退让性，易造成铸件浇不足、裂纹、气孔及铸铁件白口等缺陷。金属型铸造时，铸型的工作温度、合金的浇注温度和浇注速度，铸件在铸型中停留的时间，以及所用的涂料等，对铸件的质量的影响甚为敏感，需要严格控制。

Date37造型材料与工艺金属型铸件Date38造型材料与工艺4、压力铸造压力铸造（简称压铸）是在高压作用下，使液态或半液态金属以较高的速度充填压铸型型腔，并在压力下成型和凝固而获得铸件的方法。常用压力铸造的压力为5－70MPa，充型速度为5－100m／S。压力铸造在压铸机上进行。Date39造型材料与工艺目前压力铸造主要用于大批量生产铝、锌、铜、镁等非铁金属与合金件。如汽车、仪表、计算机、航空、摩托车、日用品等行业各类中小型薄壁铸件（发动机气缸体、气缸盖、仪表壳体、电动转子、照相机壳体、各类工艺品、装饰品等）。Date40造型材料与工艺卧式冷压室压涛机工作原理图Date41造型材料与工艺卧式冷室式压铸机Date42造型材料与工艺特点（1）产品质量好

铸件尺寸精度高，表面光洁度好；强度和硬度较高，一般比砂型铸造提高25~30％，但延伸率降低约70％；尺寸稳定，互换性好；可压铸薄壁复杂的铸件。例如，当前锌合金压铸件最小壁厚可达0.3mm；铝合金铸件可达0.5mm；最小铸出孔径为0.7mm；最小螺距为0.75mm。Date43造型材料与工艺（2）生产效率高

机器生产率高，例如国产JⅢ3型卧式冷空压铸机平均八小时可压铸600～700次，小型热室压铸机平均每八小时可压铸3000~7000次；压铸型寿命长，一副压铸型，压铸铜合金，寿命可达几十万次，甚至上百万次；易实现机械化和自动化。Date44造型材料与工艺（3）经济效果优良

由于压铸件尺寸精确，表面光洁等优点。一般不再进行机械加工而直接使用，或加工量很小，所以既提高了金属利用率，又减少了大量的加工设备和工时；铸件价格便宜；既节省装配工时又节省金属。Date45造型材料与工艺压力铸造加工件Date46造型材料与工艺常见压铸件Date47造型材料与工艺不足之处压铸时由于液态金属充填型腔速度高，流态不稳定，铸件易产生气孔，且不能进行热处理。对内凹复杂的铸件，压铸较为困难。高熔点合金（如铜，黑色金属），压铸型寿命较低。不宜小批量生产，其主要原因是压铸型制造成本高，压铸机生产效率高，小批量生产不经济。Date48造型材料与工艺5、离心铸造离心铸造是将液体金属浇入旋转的铸型中，使之在离心力的作用下，完成充填和凝固成形的一种铸造方法。为了实现这种工艺过程，必须采用专门的设备——离心铸造机（简称为离心机），提供使铸型旋转的条件。根据铸型旋转轴在空间位置的不同，常用离心机分为立式离心铸造机和卧式离心铸造机两种。Date49造型材料与工艺立式离心铸造示意图1-浇包2-铸型3-液体金属4-带轮和传动带5-旋转轴6-铸件7-电动机Date50造型材料与工艺卧式离心铸造示意图1-浇包2-浇铸槽3-铸型4-液体金属5-端盖6-铸件Date51造型材料与工艺卧式离心铸造机Date52造型材料与工艺特点铸型中的液体金属能形成中空圆柱形自由表面，不用型芯就可形成中空的套筒和管类铸件，因而可简化这类铸件的生产工艺过程。显著提高液体金属的充填能力，改善充型条件，可用于浇注流动性较差的合金和壁较薄的铸件。有利于铸件内液体金属中的气体和夹杂物的排除，铸件的组织致密，缩松及夹杂等缺陷较少，铸件的力学性能好。Date53造型材料与工艺可减少甚至不用冒口系统，降低了金属消耗。可生产双金属中间圆柱形铸件，如轴承套、铸管等。在浇注中空铸件时，其内表面较粗糙，尺寸难以控制典型应用：自行车手把Date54造型材料与工艺古代铸造工艺品铜铃（夏）

84年河南省偃师县二里头出土，中国社会科学院考古研究所藏Date55造型材料与工艺铜爵（夏）

84年河南省偃师县二里头出土，中国社会科学院考古研究所藏Date56造型材料与工艺铜

盉（he)（夏）1984年河南省偃师县二里头出土，中国社会科学院考古研究所藏Date57造型材料与工艺铜圆斝（jia)（商）1976年河南省安阳市殷墟出土中国社会科学院考古研究所藏Date58造型材料与工艺兽面纹双层底铜鼎1989年江西省新干县大洋出土江西省博物馆藏Date59造型材料与工艺凸目铜面具（商）1986年四川省广汉市三星堆遗址出土中国历史博物馆藏

Date60造型材料与工艺铜卣（you）（西周）1984年山西省曲沃县晋候墓地出土北京大学克勒考古与艺术博物馆藏Date61造型材料与工艺龙耳虎足铜方壶（春秋）1978年河南省淅川县下寺出土河南省博物馆藏Date62造型材料与工艺嵌绿松石铜神兽（春秋）1990年河南省淅川县下寺出土河南省文物考古研究所藏Date63造型材料与工艺跽坐铜镦（战国）1970年浙江省吴兴县出土浙江省博物馆藏Date64造型材料与工艺越王勾践剑（春秋晚期）1965年湖北省江陵县望１号墓出土湖北省博物馆藏Date65造型材料与工艺铜屋（春秋－战国）1982年浙江省绍兴市坡塘出土浙江省文物考古研究所藏Date66造型材料与工艺四连体铜薰炉（西）1983年广东省广州市象岗