工程基础材料加工术 6

第9章工程材料的热加工技术

9.1铸造9.2压力加工9.3焊接9.1铸造9.1.1铸造的概念、分类及特点⑴概念：将液态金属浇入与零件形状、尺寸相适应的铸型型腔中冷却凝固后得到毛坯或零件的一种工艺⑵分类(铸型材料种类及制造方法)

砂型铸造：粘土砂、玻璃砂、树脂砂、覆膜砂特种铸造：金属型铸造、熔模铸造、压力铸造、离心铸造

实型铸造、陶瓷型铸造。⑶特点(1)不受形状尺寸限制：几何形状复杂或复杂内腔毛坯:发动机箱体、气缸体、床身。(2)不受成形金属材料种类限制：各种金属材料铸件：铁、钢、有色金属

(3)不受零件重量的限制:生产几克～几百吨的铸件(4)铸造成本低:在所有毛坯的生产方法中，铸件生产成本最低9.1铸造熔模铸造陶瓷型铸造离心铸造压力铸造9.1.2铸造的基本过程零件结构工艺性分析绘制铸造工艺图制造模型造型混砂配料熔炼浇注清理铸件9.1铸造⑴零件结构工艺性分析①铸件的外形轮廓结构应简单，尽可能采用平直轮廓。②铸件内腔结构应使型芯装配、排气和清理容易、方便。③铸件的壁厚尺寸要大小适中，且尽可能使铸件壁厚均匀。不能均匀时，在厚薄交接处应采用圆角过渡。④铸件结构应有一定的拔模斜度，以方便起模。9.1铸造⑵绘制铸造工艺图①分型面②浇注位置及浇注方法：顶注式、底注式、阶梯式③型芯的形状和数量④机加工余量⑤拔模斜度⑥缩尺（铸造合金收缩量）⑦浇注系统的尺寸⑶制造模型：根据铸造工艺图来制造木模、金属模等⑷造型:手工造型;机器造型⑸熔炼合金:冲天炉、中频炉、电弧炉、电阻炉⑹铸件的补缩：顺序凝固、同时凝固9.1铸造同时凝固顺序凝固9.1.3铸件的常见缺陷⑴浇不足：充型能力低流动性浇注温度铸型特点铸型结构⑵缩孔及缩松⑶夹渣⑷气孔⑸裂纹：内应力9.1铸造内应力9.2.1概念及分类⑴概念:金属在外力作用下产生塑性变形而获得所需形状与性能的原材料、毛坯或零件的方法⑵分类①轧制：9.2压力加工②拉拔③挤压

④锻造⑤冲压9.2.2金属的塑性变形⑴塑变实质①单晶体塑变方式：滑移:一部分晶体沿一定晶面和晶向相对另一部分产生相对滑动特点：滑移的距离为原子间距的整数倍；滑移面常为最密排面；滑移后晶体部分位向仍保持相同。②多晶体塑变方式：晶内变形，晶间变形。特点：变形有先后、大小不一；变形抗力比单晶体大。

9.2压力加工位错运动引起塑性变形示意图⑵冷塑变形对金属组织和性能的影响①组织

晶粒沿最大应力方向变形，形成形变织构;晶格与晶粒均发生扭曲，畸变;晶粒内产生碎晶和空穴，缺陷增多.9.2压力加工②性能

性能由伪各向同性变为各向异性;加工硬化;金属物理性能：导热、导电等均有所下降;

10%形变能量存于金属内部，表现为内应力。常温下塑性变形对低碳钢力学性能影响⑶冷变形金属在加热时组织与性能的变化

回复:消除残余应力,避免变形开裂,使晶格畸变减轻再结晶：加工硬化消除,改变晶粒形状,不变晶格类型晶粒长大：T>0.4T熔长时间保温,性能Rm、HB↓,At↑9.2压力加工⑷热塑性变形对金属组织和性能的影响

0.4T熔以下的变形→冷变形;0.4T熔以上的变形→热变形热变形时，加工硬化与再结晶同时存在，加工硬化被再结晶消除①消除铸态组织中的某些缺陷，提高力学性能。②使晶粒细化并均匀，同时改变碳化物形态和分布，从而Rm

↓

、At、Ak↑。③形成纤维状组织（非金属夹杂物）温度升高塑性变形后的组织回复后的组织再结晶组织9.2.3自由锻造手工锻造：小型件、生产率低。机器锻造：主要生产方式：锤锻造、液压机锻造。基本工序：镦粗、拔长、冲孔、弯曲、扭转、错移、切割自由锻工艺规程：①

绘制锻件图（整料、余量、公差）②

坯料质量及尺寸（质量、锻造比）③

选择锻造工序④

选择设备⑤

确定坯料加热、锻件冷却和热处理方法9.2压力加工自由锻件的结构工艺性①避免锥面及斜面；②避免非平面交接结构；③避免加强筋及表面凸台9.2.4模锻:

锤上模锻;压力机模锻模锻：加热后的金属坯料在模膛内受压变形而获

得锻件的方法⑴特点：生产率比自由锻高；模锻件尺寸精确、加工余量小；锻造出复杂形状的锻件；节省金属材料。⑵锤上模锻：单模膛锻模；多模膛锻模。⑶模锻件的分模面选择原则：①模锻件应方便地从模膛中取出。②上下模的分模面轮廓一致。③零件在模膛中的深度最浅。④最好为一平面，且上下模膛中的深度一致。⑷模锻零件的结构工艺性：①模锻件应具有一个合理的分模面。②与锤击方向平行的非加工面，应有拔模斜度。非加工平面之间的交接处应以圆角过度。③零件外形力求简单、平直和对称，尽量避免零件截面间差别过大、加强筋、凸台、深孔（<ф20）等。9.2压力加工a、锻件取不出；b、d取模困难；c、合理。9.2.5板料冲压

依靠压力机和模具对板材、带材、管材和型材等施加外力，使之产生塑性变形或分离，获得所需形状和尺寸的工件的成形方法

分离工序：弹变、塑变变形工序：弯曲、拉伸、翻边、成形①零件的强度较高。②表面光洁度高，尺寸精度好。易实现自动化，生产率高。

拉伸系数：材料在每次拉伸

后的断面积与拉

伸前的断面积之比9.2压力加工落料冲孔9.3.1概念及分类⑴概念:通过局部加热、加压或加热并加压将两块或几块部件连接起来的方法⑵分类①熔化焊：电弧焊、气焊、电渣焊、等离子弧焊、电子束焊、激光焊②压力焊③钎焊9.3.2熔化焊：⑴交流焊、直流焊⑵电焊条：药芯＋药皮

药皮：由造气剂、造渣剂、脱氧剂和粘结剂等组成

作用：稳弧、保护电弧及熔池、调控焊缝成分⑶焊接接头：由焊缝、熔合区和热影响区三个部分组成焊接是通过加热或加压，或两者并用，并且用（或不用）填充材料，使焊件达到原子结合的一种连接方法

9.3焊接阴极电弧阳极阴极压降区弧柱区阳极压降区UA电弧电压UaUCUK焊I－熔合区；II－过热区；III－重结晶区（即正火区）；

IV－部分相变区；V－母材（冷轧状态）T（℃）T（℃）C%wt.ⅠIII