热加工工艺基础

热加工工艺基础1金属材料导论2金属液态成形3金属塑性成形4金属连接成形热加工工艺2.1

金属液态成形基础概述知识点:常用金属材料黑色金属有色金属粉末冶金钢铸钢和铸铁铜及铜合金铝及铝合金硬质合金粉末高速钢什么是金属的液态成形:

即将液态金属浇入与零件形状相适应的铸型空腔中，待其冷却凝固，以获得毛坯或零件的工艺方法,亦称铸造.金属的液态成形的作用:

金属的液态成形是制造毛坯、零件的重要方法之一。按铸型材料的不同，金属液态成形可分为砂型铸造和特种铸造（包括压力铸造、金属型铸造等）.其中砂型铸造是最基本的液态成形方法，所生产的铸件要占铸件总量的80%以上.金属液态成形基础概述2.2 金属液态成形金属的液态成形2.1金属液态成形的铸造基础2.2金属的液态成形工艺2.3液态成形金属件的工艺设计2.4液态金属成形件的结构设计知识点：铸造工艺基础合金的铸造性能性能物液态合金的充型能力铸件的凝固与收缩铸造缺陷分析气孔铸造内应力变形和裂纹缩孔和缩松砂型铸造过程液态成型的优点适于做复杂外形，特别是复杂内腔的毛坯对材料的适应性广，铸件的大小几乎不受限制成本低，原材料来源广泛，价格低廉,一般不需要昂贵的设备是某些塑性很差的材料(如铸铁等)制造其毛坯或零件的唯一成型工艺液态成型优点液态成型的优点工艺过程比较复杂，一些工艺过程还难以控制液态成形零件内部组织的均匀性、致密性一般较差液态成形零件易出现缩孔、缩松、气孔、砂眼、夹渣、夹砂、裂纹等缺陷，产品质量不够稳定由于铸件内部晶粒粗大，组织不均匀，且常伴有缺陷，其力学性能比同类材料的塑性成形低液态成型缺点液态合金的工艺性能液态合金的工艺性能表征为液态合金的铸造性能通常是指合金的流动性、收缩性吸气性及偏析等性能.合金铸造性能是选择铸造金属材料，确定铸件的铸造工艺方案及进行铸件结构设计的依据.合金金的的充充型型能能力力液态态金金属属充充满满铸铸型型型型腔腔，，获获得得尺尺寸寸精精确确、、轮轮廓廓清清晰晰的的成成型型件件的的能能力力充型型能能力力的的概概念念:充型型能能力力不不足足浇不不足足冷隔隔夹砂砂气孔孔夹渣充型型能能力力的的决决定定因因数数合金金的的流流动动性性铸型型性性质质浇注注条条件件铸件件结结构构等等合金金的的充充型型能能力力测试试合合金金充充型型能能力力的的方方法法:如右右图图,将将合合金金液液浇浇入入铸铸型型中中，，冷冷凝凝后后测测出出充充满满型型腔腔的的式式样样长长度度。。浇浇出出的的试试样样越越长长，，合合金金的的流流动动性性越越好好,合金金充型型能能力力越越好好.几种种不不同同合合金金流流动动性性的的比比较较*铸铸铁铁的的流流动动性性*铸铸钢钢的的流流动动性性实验验证证明明铸铸铁铁的的流流动动性性好好，，铸铸钢钢的的流流动动性性差差。。比较较下下面面几几种种合合金金流流动动性性能能合金金流流动动性性对对充充型型能能力力的的影影响响合金金流流动动性性的的决决定定因因数数合金金的的种种类类:合合金金不不同同，，流流动动性性不不同同.化学成分分：同种合金金中成分分不同的的合金具具有不同同的结晶晶特点，，流动也也不同。结晶特性性:恒温下结结晶，流流动性较较好；两两相区内内结晶，，流动性性较差.浇注条件件对充型型能力的的影响浇注条件浇注温度度充型压力力浇注系统统浇注温度度越高，，液态金金属的粘粘度越小小，过热热度高，，金属液液内含热热量多多，保持持液态的的时间长长，充型型能力力强。液态金属属在流动动方向上上所受的的压力称称为充型型压力。。充型压压力越大大,充充型能力力越强。。浇注系统统的结构构越复杂杂，则流流动阻力越大大，充型型能力越越差。铸型充填填条件对对充型能能力的影影响铸型温度度(不能能过高)铸型蓄热热系数:即从金属属中吸取取热量并储存的的能力铸型的发发气和透透气能力力：浇铸时产产生气体体能在金金属液与与铸型型间形成成气膜，，减小摩摩擦阻力力，有有利于充充型。但但发气能能力过强强,透透气能力力又差时时,若浇浇铸速度度太快快,则型型腔中的的气体压压力增大大，充充型能力力减弱。。铸件结构构对充型型能力的的影响折算厚度度：折算厚度度也叫当当量厚度度或模数数,是铸铸件体积积与铸件件表面积积之比。。折算厚厚度越大大，热量量散失越越慢，充充型能力力就越好好。铸件件壁厚相相同时，，垂直壁壁比水平平壁更容容易充填填.(大大平面铸铸件不易易成形).复杂程度度：铸件结构构越复杂杂，流动动阻力就就越大，，铸型的的充填就就越困难难。液态金属属的凝固固与收缩缩铸件的凝凝固过程程：在铸件的的凝固过过程中，，其截面面一般存存在三个个区域，，即液相区、、凝固区区、固相相区。对铸件件质量影影响较大大的主要要是液相相和固相相并存的的凝固区区的宽窄窄。铸件件的凝固固方式就就是依据据凝固区区的宽窄窄来划分分的。凝固方式式有：逐层凝固固,糊状状凝固,中间凝凝固.影响凝固固的主要要因素*合金的的结晶温温度范围围：合金的结结晶温度度范围越越小，凝凝固区域域越窄，越趋趋向于逐逐层凝固固。在铁铁碳合金金中普通通灰铸铁为为逐层凝凝固，高高碳钢为为糊状凝凝固。*铸件的的温度梯梯度：在合金结结晶温度度范围已已定的前前提下，，凝固区的宽宽窄取决决于铸件件内外层层之间的的温度差差。若铸件内内外层之之间的温温度差由由小变大大，则其其凝固区相相应由宽宽变窄。。合金的收收缩合金的收收缩的过过程:合金从液液态冷却却至室温温的过程程中，其其体积或或尺寸缩缩减的现现象。合合金的收收缩给液液态成形形工艺带带来许多多困难，，会造成成许多铸铸造缺陷陷。（如如：缩孔孔、缩松松、裂纹纹、变形形等）。。合金收缩缩的三个个阶段合金的收收缩合金收缩缩固态合金金冷却液态合金金冷却液态收缩缩凝固收缩缩缩孔:恒温下结结晶缩松:两两相区结结晶线形收缩缩裂纹变形应力影响收缩缩的因素素铸型条件件铸件结构构浇注温度度化学成分分(c含含量)合金收缩缩缩孔与缩缩松的形形成缩孔的形形成:纯金属、、共晶成成分和凝凝固温度度范围窄窄的合合金,浇浇注后在在型腔内内是由表表及里的的逐层凝凝固。在在凝固过过程中，，如得不不到合金金液的补补充，在在铸件件最后凝凝固的地地方就会会产生缩缩孔.缩松的形形成原因因:铸件最后后凝固的的收缩未未能得到到补足，，或者结结晶温度度范围宽宽的合金金呈糊状状凝固，，凝固区区域较较宽，液液、固两两相共存存，树枝枝晶发达达，枝晶晶骨架将将合金液液分割开开的小液液体区难难以得到到补缩所所致。缩孔易出出现的部部位判断缩孔孔出现的的方法A等温线线法B内截截圆法消除缩孔孔和缩松松的方法法定向凝固固原则是铸件让让远离冒冒口的地地方先凝凝固，靠靠近冒口口的地方方次凝固固，最后后才是冒冒口本身身凝固。。实现以以厚补薄薄，将缩缩孔转移移到冒口口中去。。原理合理布置置内浇道道及确定定浇铸工工艺。方法合理应用用冒口、、冷铁和和补贴等等工艺措措施。解决缩孔孔的方法法演示：冒口和冷冷铁定向凝固固原则解决缩孔孔的方法法演示液态成形形内应力力、变形形与裂纹纹内应力热应力机械应力力变形裂纹铸件在凝凝固和冷冷却的过过程中，，由于铸铸件的壁壁厚不均均匀，导导致不同同部位不不均衡的的收缩而而引起的的应力。。铸件在固固态收缩缩时，因因受到铸铸型、型型芯、浇浇冒口、、砂箱等等外力阻阻碍而产产生的应应力。残余热应应力的存存在，使使铸件处处在一种种非稳定定状态，，将自发发地通过过铸件的的变形来来缓解其其应力，，以回到到稳定的的平衡状状态。当热应力力大到一一定程度度会导致致出现裂裂纹。热应力的的形成过过程演示示热应力的的消除方方法铸件的结结构：铸铸件各部部分能自自由收缩缩工艺方面面：采用同时凝固固原则时效处理：人工时效；自自然时效铸件的结构尽尽可能对称铸件的壁厚尽尽可能均匀铸件的变形原原因结论：厚部、心部受受拉应力，出出现内凹变形形。

薄部、、表面受压应应力，出现外外凸变形。铸件的变形的的消除方法防止变形的方方法：与防止应力的的方法基本相相同。带有残残余应力的铸铸件，变形使使残余应力减减小而趋于稳稳定。问题铸造时所受的的应力与变形形情况。分析有长、短短不一的两根根弹簧，将其其固定，使其其达到同等长长度，即其中中一弹簧被拉拉长，另一弹弹簧被压缩，，此时所受的的应力状态？？然后将其固固定约束去掉掉，试分析其其变形趋势？？小结合金工艺性能充型能力凝固方式应力与变形流动性浇注条件铸型条件逐层凝固糊状凝固中间凝固收缩性能液态收缩凝固收缩固态收缩知识点：常用合金铸件的生产铸铁可锻铸铁熔炼铸钢件的热处理铸钢的铸造工艺铸钢的铸造特性铸钢蠕墨铸铁球墨铸铁灰铸铁铸造普通灰铸铁孕育铸铁铸造的工艺特点铸件的生产工工艺铸件的生产工工艺实际生产中，，由于铸铁材材料(包括灰灰口铸铁、可可锻铸铁、球球墨铸铁)具具有优良的铸铸造性能，且且资源丰富，，冶炼方便，，价格低廉，，铸铁件占液液态成形件中中相当大的份份额。铸铁通常是C%=2.5%~4.0%的铁碳合合金。碳在铁碳合金金中的存在形形式有：渗碳碳体和石墨根根据碳在铁铁碳合金中的的存在形式铸铸铁可以分为为：白口铸铁：灰口铸铁：麻口铸铁普通灰口铸铁铁可锻铸铁球墨铸铁蠕墨铸铁灰口铸铁灰口铸铁可以看成是在在钢的基体上上分布着不同同形态的石墨墨。而石墨的的形态、大小小和分布直接接影响着铸铁铁的性能。根据铸铁中石石墨形态的不不同，灰口铸铸铁可以分为为：普通灰口铸铁铁：石墨呈片状可锻铸铁：石墨呈团絮状状蠕墨铸铁：石墨呈蠕虫状状球墨铸铁：石墨呈球状铸铁的性能铸铁之所以用用得如此广泛泛,是因为石石墨的存在，，石墨的存在在，使铸铁具具有铸钢所所不具备的性性能。铸铁的优点良好的铸造性性能，如流动动性好、收缩缩小良好的切削加加工性能；高的耐磨性；；良好的吸振缓缓冲性能；低的缺口敏感感性能。石墨形态对铸铸铁性能的影影响石墨片越圆整整、越细小、、分布越均匀匀对基体割裂裂作用越小。。铸铁的石墨化碳以石墨的形形式析出的过过程。通常常视石墨化过过程充分与否否，会得到不不同基体的铸铸铁组织。铸铁的基体通通常有：*铁素体灰口口铸铁*铁素体—珠珠光体灰口铸铸铁*珠光体灰口口铸铁影响石墨化的的因素化学成分化学成分：C是形成石墨墨的元素Si是促进形成成石墨的元素素通常C%、、Si%越越高，越容易易石墨化。影响石墨化的的因素冷却速度冷却速度：减小冷却速度度可以促进石石墨化，易易得到粗大的的石墨片和铁铁素体基体；；增大冷却速速度则阻碍石石墨化，此时时只有部分碳碳以细石墨片片析出，而另另一部分碳则则以渗碳体析析出，得到到铸光体基体体。影响石墨化的的因素：壁厚普通灰口铸铁铁件基体：F、P、F+P生产：铁水熔炼好后后直接浇铸牌号：HTXXXHT:表示灰口铸铁铁中文拼音的的代号XXX:三位数字表示示最抵抗拉强强度(MPa)石墨形态：片状问题1）灰口铸铁牌号号为什么不用用含碳量多少少表示，而用用力学性能表表示？2）有一铸件当其其强度不够时时，可否通过过增大截面解解决？灰口铸铁的孕育处理提高和改善灰灰口铸铁的性能的途径径改善基体组织织改变石墨形态态、数量、大小和分布灰口铸铁的孕孕育处理是提提高和改善灰灰口铸铁的性性能的途径行行之有效的方方法。常用的的孕育剂是含含Si量为75%的硅铁铁。灰口铸铁的孕孕育处理方法法即将熔炼出的的铁水在浇浇铸前加入质质量分数为0.25%~0.60%的孕育剂剂，孕育剂在在铁水中形成成大量弥散的的石墨结晶核核心，使石墨墨化作用显著著提高，从而而得到在细珠珠光体上均匀分布着细细片状石墨的的组织。灰口铸铁的孕孕育处理选用碳、硅量量低的铁水：：原铁水含碳碳量越低，石石墨越细小，，铸铁的强度、硬度度就越高。冷却速度:对对其组织和性性能影响较小小。如下面的的图：球墨铸铁件的的生产向高温铁水中中加入一定量量的球化剂和和孕育剂，直直接得到球状状石墨的铸造造合金。球化剂：金属属镁或稀土镁镁孕育剂：含Si量为75%或95%的硅铁球墨铸铁件主要特点：石墨成球状，，对基体的割割裂作用已降降到最低，力学性能比灰灰铸铁有显著著提高。可通过热处理理改善金属基基体，进一步步提高性能。。这一点与灰灰铸铁不同。。球墨铸铁较灰灰铸铁易产生生缩孔、缩松松、皮下气孔、夹夹渣等缺陷。。石墨析出时，，发生膨胀，，应适当提高铸铸型刚度。球墨铸铁件生产中应注意意的问题：控制原铁液的的化学成分，，与一般灰铸铸铁基