金属工艺学总结

1、* * 第一篇第一篇 金属材料导论金属材料导论 1 1、金属材料的主要性能、金属材料的主要性能 2 2、铁碳合金、铁碳合金 3 3、钢的热处理、钢的热处理 * 一、强度与塑性一、强度与塑性 是通过是通过拉伸试验拉伸试验侧出来的。可得：应力侧出来的。可得：应力 - - 应变曲线。应变曲线。 第一章第一章 金属材料的主要性能金属材料的主要性能 主要内容：主要内容：1.1.强度指标；强度指标；2.2.塑性指标；塑性指标；3.3.硬度；硬度；4.4.冲击韧性冲击韧性 ；5.5.疲劳强度。疲劳强度。 重点：金属主要力学性能指标强度、塑性、硬度、韧性和疲重点：金属主要力学性能指标强度、塑性、硬度、韧性和疲

2、 劳强度的概念。难点：疲劳强度。劳强度的概念。难点：疲劳强度。 第一节第一节 金属材料的力学性能金属材料的力学性能 力学性能（机械性能）：金属材料在力的作用下，所表现出力学性能（机械性能）：金属材料在力的作用下，所表现出 来的性能。对金属材料的使用性能和工艺性能有非常重要影响。来的性能。对金属材料的使用性能和工艺性能有非常重要影响。 主要力学性能有：强度、塑性、硬度、韧性和疲劳强度等。主要力学性能有：强度、塑性、硬度、韧性和疲劳强度等。 * 屈服强度：指拉伸试样产生屈屈服强度：指拉伸试样产生屈 服现象时的应力服现象时的应力 抗拉强度：指金属材料在拉断抗拉强度：指金属材料在拉断 前所能承受的最大

3、应力前所能承受的最大应力 )(MPa A F o s s )(MPa A F o b b 伸伸 长长 率：率：=(l=(l1 1l l0 0)/l)/l0 0 100% 100% 或断面收缩率或断面收缩率: =(A: =(A0 0A A1 1)/ A)/ A0 0 100%100%。 和和值值，材料的塑性越好，材料的塑性越好 - - 轧制、锻造、冲压等性能轧制、锻造、冲压等性能 好。好。 1 1、强度：、强度： 金属材料在力的作用下，抵抗塑性变形的能力。常用屈服强金属材料在力的作用下，抵抗塑性变形的能力。常用屈服强 度和抗拉强度来判断。度和抗拉强度来判断。 2 2、塑性：、塑性： 指金属材料产

4、生塑性变形而不被破坏的能力，通常以伸长率指金属材料产生塑性变形而不被破坏的能力，通常以伸长率 来表示。来表示。 * 二、硬度：二、硬度： 金属材料抵抗局部变形，特别是塑性变形、压痕的能力，称金属材料抵抗局部变形，特别是塑性变形、压痕的能力，称 为硬度。为硬度。 硬度是衡量金属软硬的判据。硬度是直接影响到材料的耐硬度是衡量金属软硬的判据。硬度是直接影响到材料的耐 磨性及切削加工性。磨性及切削加工性。 硬度计上测量方法不同：硬度计上测量方法不同： 布氏硬度布氏硬度（HB):HB):淬火钢球或硬质合金球为压头。淬火钢球或硬质合金球为压头。- - 测直径。测直径。 洛氏硬度洛氏硬度（HR):HR):顶

5、角为顶角为120120金刚石圆锥体为压头。金刚石圆锥体为压头。- -测深度。测深度。 三、韧性：金属材料断裂前吸收的变形能量称为韧性。常用三、韧性：金属材料断裂前吸收的变形能量称为韧性。常用 指标为指标为冲击韧度冲击韧度。 四、疲劳强度：金属材料在无数次循环载荷作用下不致引起四、疲劳强度：金属材料在无数次循环载荷作用下不致引起 断裂的最大应力。断裂的最大应力。 * 一、物理性能：一、物理性能： 金属材料的物理性能主要有密度、熔点、热膨胀系数、导热金属材料的物理性能主要有密度、熔点、热膨胀系数、导热 性、导电性和磁性等。性、导电性和磁性等。- - 对加工工艺也有一定的影响。对加工工艺也有一定的影

6、响。 二、化学性能：二、化学性能： 金属材料的化学性能主要是指在常温或高温时，抵抗各种介金属材料的化学性能主要是指在常温或高温时，抵抗各种介 质侵蚀的能力，入耐酸性、耐碱性、抗氧化性等。质侵蚀的能力，入耐酸性、耐碱性、抗氧化性等。 三、工艺性能：三、工艺性能： 工艺性能实质金属材料物理、化学性能和力学性能在加工过工艺性能实质金属材料物理、化学性能和力学性能在加工过 程中的综合反映，是指是否易于进行冷、热加工的性能。程中的综合反映，是指是否易于进行冷、热加工的性能。 所以在设计零件和选择工艺方法时，都要考虑金属材料的工所以在设计零件和选择工艺方法时，都要考虑金属材料的工 艺性能。艺性能。 * 第

7、二章铁碳合金第二章铁碳合金 钢和铸铁是以铁、碳为主组成的合金钢和铸铁是以铁、碳为主组成的合金（铁碳合金）（铁碳合金）。其中铁。其中铁 的含量大于的含量大于95%95%，是最基本的组元。，是最基本的组元。 是制造机器设备的主要的是制造机器设备的主要的 金属材料。金属材料。 主要内容：主要内容： 1.1.纯金属的结晶过程；纯金属的结晶过程； 2.2.同素异晶转变；同素异晶转变； 3.3.铁碳合金状态图。铁碳合金状态图。 重点：铁碳合金状态图。重点：铁碳合金状态图。 难点：铁碳合金的凝固过程分析。难点：铁碳合金的凝固过程分析。 * 第一节纯铁的晶体结构及其同素异晶转变第一节纯铁的晶体结构及其同素异晶

8、转变 一、金属的结晶一、金属的结晶 金属在固态下一般都是晶体，即原子在空间呈规律性排金属在固态下一般都是晶体，即原子在空间呈规律性排 列；而在液态下，排列并不规则。列；而在液态下，排列并不规则。 二、纯铁的晶体结构二、纯铁的晶体结构 晶体中的原子排列具有周期性规律，因此，可从晶格中晶体中的原子排列具有周期性规律，因此，可从晶格中 取出一个最基本的几何单元，这个单元称作晶胞。取出一个最基本的几何单元，这个单元称作晶胞。可反映晶格可反映晶格 特征特征 * 三、纯铁的同素异晶转变三、纯铁的同素异晶转变 金属的同素异晶转变的慨念：金属的同素异晶转变的慨念： 金属在固态下，随着温度的改变其晶体结构发生变

9、化的现象金属在固态下，随着温度的改变其晶体结构发生变化的现象 金属的同素异金属的同素异晶晶转变的意转变的意 义：义： 可以用热处理的方法得到。可以用热处理的方法得到。 即可通过加热、保温、冷却来改即可通过加热、保温、冷却来改 变材料的组织，从而达到改善材变材料的组织，从而达到改善材 料性能的目的。料性能的目的。 同素异晶转变过程：同素异晶转变过程： 是在固态下原子重新排列的是在固态下原子重新排列的 过程。这时，金属体积变化。过程。这时，金属体积变化。 * 第三节第三节 铁碳合金状态图铁碳合金状态图 铁碳合金状态图：铁碳合金状态图： 表示不同含碳量的铁碳合金在不同温度下结晶过程的曲线图表示不同含

10、碳量的铁碳合金在不同温度下结晶过程的曲线图 FeFe3 3C C 的含碳的含碳 量量6.69%6.69%， 因此，状态图因此，状态图 实际上是实际上是Fe-FeFe-Fe3 3C C 的状态图。的状态图。 铁碳合金状态铁碳合金状态 图有四个基本相：图有四个基本相： 液相液相(L)(L)、奥、奥 氏体相氏体相(A)(A)、铁素、铁素 体相体相(F)(F)和渗碳体和渗碳体 相相(Fe(Fe3 3C)C)。 * 二、铁碳合金状态图的分析二、铁碳合金状态图的分析 1 1、状态图中特性点：有特定意义的点。、状态图中特性点：有特定意义的点。 A A 点（点（15381538）- -纯铁的熔点，纯铁的熔点，

11、0wc%0wc% C C 点（点（11481148）- - 共共 晶点晶点，4.3wc% 4.3wc% D D 点（点（12271227）- -渗碳渗碳 体的熔点，体的熔点，6.69wc% 6.69wc% E E 点（点（11481148）- -碳在碳在 奥氏体中的最大溶解奥氏体中的最大溶解 度，度，2.11wc% 2.11wc% P P 点（点（727727）- -碳在铁素体中的最大溶解度，碳在铁素体中的最大溶解度，0.02wc% 0.02wc% S S 点（点（727727）- -共析点，共析点，0.77wc%0.77wc% Q Q 点（室温）点（室温）- -碳在铁素体中的溶解度，碳在铁素

12、体中的溶解度，0.0008wc%0.0008wc% G G 点点(912)-(912)-Te-Te -Te-Te同同 素异晶转变点，素异晶转变点，0wc% 0wc% * ACDACD线线 液相线。此线以上是液相区，液相线。此线以上是液相区， 又是结晶开始线又是结晶开始线 AECFAECF线线 固相线。合金冷却固相线。合金冷却 到此线，将全部结晶成固态到此线，将全部结晶成固态 2 2、状态图中特性线：组织转变的界限。、状态图中特性线：组织转变的界限。 ECFECF线线 共晶线。含碳量共晶线。含碳量2.11%-6.69%2.11%-6.69% 的金属过此线发生共晶反应的金属过此线发生共晶反应 GS

13、GS线线 奥氏体在冷却过程中奥氏体在冷却过程中 析出铁素体的开始线析出铁素体的开始线 ESES线线 碳在奥氏体中的溶解度曲线碳在奥氏体中的溶解度曲线 PSKPSK线线 共析线。过此线发生共析反映析出珠光体共析线。过此线发生共析反映析出珠光体 PQPQ线线 碳在铁素体中的溶解度曲线碳在铁素体中的溶解度曲线 * 铁碳合金铁碳合金 工业纯铁：含碳量小于工业纯铁：含碳量小于0.02%0.02%的铁碳合金。的铁碳合金。 钢：含碳量为钢：含碳量为0.02%2.11%0.02%2.11%的铁碳合金。的铁碳合金。 铸铁：含碳量为铸铁：含碳量为2.11%6.69%2.11%6.69%的铁碳合金。的铁碳合金。 铁

14、碳合金分类：铁碳合金分类： 根据含碳量的不同，可将铁碳合金分为根据含碳量的不同，可将铁碳合金分为纯铁、钢和铸铁。纯铁、钢和铸铁。 * 第三章钢的热处理第三章钢的热处理 第一节第一节 概述概述 热处理的热处理的作用和地位作用和地位。 热处理：就是将钢在固态下，通过加热、保温和冷却，以改热处理：就是将钢在固态下，通过加热、保温和冷却，以改 变钢的组织，从而获得所需性能的工艺方法。变钢的组织，从而获得所需性能的工艺方法。 热处理的热处理的加热和冷却设备加热和冷却设备。 * 热处理热处理 普通热处理普通热处理 表面热处理表面热处理 退火退火 正火正火 淬火淬火 回火回火 表面淬火表面淬火 化学热处理化

15、学热处理 渗碳渗碳 渗氮渗氮 碳氮共渗碳氮共渗 其它热处理其它热处理 形变形变 真空真空 激光激光 常用热处理方法：常用热处理方法： * 第二节第二节 退伙和正火退伙和正火 一、退火：一、退火： 将钢加热、保温，然后随炉冷却或埋入灰中使其缓慢冷却将钢加热、保温，然后随炉冷却或埋入灰中使其缓慢冷却, , 以获得接近平衡组织的热处理工艺。以获得接近平衡组织的热处理工艺。 目的：降低硬度，以利于切削加工或其他种类加工；目的：降低硬度，以利于切削加工或其他种类加工； 细化晶粒，提高钢的塑性和韧性；细化晶粒，提高钢的塑性和韧性； 消除内应力，并为淬火工序做准备。消除内应力，并为淬火工序做准备。 应用：应

16、用： 铸件、锻件、焊接及其它铸件、锻件、焊接及其它 毛坯的热处理。毛坯的热处理。 * 二、正火：二、正火： 将钢加热到将钢加热到A AC3 C3以上 以上30305050（亚共析钢）或（亚共析钢）或A A Ccm Ccm以上 以上3030 5050，保温后在空气中冷却，得到比退火更细的珠光体组织的热，保温后在空气中冷却，得到比退火更细的珠光体组织的热 处理工艺。处理工艺。 应用：应用： 取代部分完全退火。取代部分完全退火。 用于普通结构钢的最终热处理。用于普通结构钢的最终热处理。 用于过共析钢，以减少或消除网状二次渗碳体，为球化退用于过共析钢，以减少或消除网状二次渗碳体，为球化退 火作准备。火

17、作准备。 目的：目的：和退火基本相似，但和退火基本相似，但 正火得到的珠光体更细，成为索正火得到的珠光体更细，成为索 氏体（或细珠光体）。氏体（或细珠光体）。 碳钢各种退火和正火工碳钢各种退火和正火工 艺规范艺规范示意图示意图。 * 第三节第三节 淬火和回火淬火和回火 淬火和回火：是强化钢的最常用的手段。可使钢获得所需淬火和回火：是强化钢的最常用的手段。可使钢获得所需 的力学性能。的力学性能。 一、淬火：一、淬火： 将钢加热到将钢加热到A AC3 C3或 或A Accm ccm以上 以上30305050，保温后在淬火介质中，保温后在淬火介质中 迅速冷却，以获得马氏体组织的热处理工艺。迅速冷却，

18、以获得马氏体组织的热处理工艺。淬火操作动画淬火操作动画。 为防止缺陷：为防止缺陷： 严格控制淬火加热温度；严格控制淬火加热温度； 合理选择淬火介质；合理选择淬火介质； 正确选择淬火方法。正确选择淬火方法。 淬火的目的：提高材料的硬度、强度。增加耐磨性。淬火的目的：提高材料的硬度、强度。增加耐磨性。 * 二、回火：二、回火： 将淬火钢重新加热到将淬火钢重新加热到A AC1 C1以下某温度，保温后冷却的热处理工 以下某温度，保温后冷却的热处理工 艺，称为艺，称为“回火回火”。 回火的目的：回火的目的： 消除淬火内应力，以降低淬火内应力，防止产生裂纹，获得消除淬火内应力，以降低淬火内应力，防止产生裂

19、纹，获得 所需的力学性能。所需的力学性能。 根据温度不同可分为三种类型根据温度不同可分为三种类型 回火的种类及应用视频回火的种类及应用视频 * 第四节第四节 表面淬火和化学热处理表面淬火和化学热处理 一、表面淬火：一、表面淬火： 将钢的表面层加热到一定深度，立即淬火，以获得一定深度将钢的表面层加热到一定深度，立即淬火，以获得一定深度 的淬硬层，而心部仍保持原始状态的一种局部淬火方法。的淬硬层，而心部仍保持原始状态的一种局部淬火方法。 目的：可以得到表面高硬度，高耐磨性而心部韧的机械零件目的：可以得到表面高硬度，高耐磨性而心部韧的机械零件 表面淬火的方法：表面淬火的方法：电感应电感应、火焰火焰、

20、电接触、激光加热等，而、电接触、激光加热等，而 应用最广的是应用最广的是电感应加热和火焰加热法电感应加热和火焰加热法。 感应加热法分为：工频、中频、高频三种。感应加热法分为：工频、中频、高频三种。 火焰加热法要求：火焰加热速度大于火焰加热法要求：火焰加热速度大于1000/1000/分。分。 二、化学热处理：二、化学热处理： 是将工件置于一定的化学介质中加热、保温，使介质中的活是将工件置于一定的化学介质中加热、保温，使介质中的活 性原子渗入到工件表层，以改变工件表层的化学成分和组织，从性原子渗入到工件表层，以改变工件表层的化学成分和组织，从 而获得所需的力学性能或理化性能。而获得所需的力学性能或

21、理化性能。视频视频。 化学热处理根据所渗的元素不同，分为：化学热处理根据所渗的元素不同，分为：渗碳渗碳、氮化、渗硅、氮化、渗硅 、渗硼、渗钒、碳氮共渗等。、渗硼、渗钒、碳氮共渗等。 * 铸造工艺基础铸造工艺基础 常用合金铸件的生产常用合金铸件的生产 砂型铸造砂型铸造 特种铸造特种铸造 铸件结构设计铸件结构设计 * 液态合金填充铸型的过程液态合金填充铸型的过程- - 充型。液态合金充满铸型型腔，充型。液态合金充满铸型型腔， 获得形状完整、轮廓清晰的铸件的能力获得形状完整、轮廓清晰的铸件的能力 - - 液态合金的充型能力液态合金的充型能力。 学习目的及要求：学习目的及要求： 1.1.掌握影响充型能

22、力的各种因素；掌握影响充型能力的各种因素； 2.2.了解凝固与收缩、内应力、变形和裂纹产生的原因及防止了解凝固与收缩、内应力、变形和裂纹产生的原因及防止 措施；措施； 3.3.了解铸件质量控制的方法。了解铸件质量控制的方法。 重点及难点重点及难点：1.1.充型能力；充型能力；2.2.内应力的形成。内应力的形成。 充型能力不足充型能力不足 可能有可能有 浇不足浇不足冷冷 隔隔夹夹 砂砂气气 孔孔夹夹 渣渣 * 一、合金的流动性：一、合金的流动性： 液态合金本身的流动能力，称为合金的液态合金本身的流动能力，称为合金的流动性流动性，是合金主要，是合金主要 铸造性能之一。铸造性能之一。 合金的流动性越

23、好，充型能力越强，越便于浇铸出轮廓合金的流动性越好，充型能力越强，越便于浇铸出轮廓 清晰、薄而复杂的铸件。同时，有利于非金属夹杂物和气体的上清晰、薄而复杂的铸件。同时，有利于非金属夹杂物和气体的上 浮和排除，还有利于对合金冷凝过程所产生的收缩进行补缩。浮和排除，还有利于对合金冷凝过程所产生的收缩进行补缩。 充型能力的决定因素：充型能力的决定因素： 合金的流动性合金的流动性 铸型性质铸型性质 浇注条件浇注条件 铸件结构等铸件结构等 充型能力不足原因：充型能力不足原因： 在液态合金的充型过程中，有时伴随着结晶现象，若充型能在液态合金的充型过程中，有时伴随着结晶现象，若充型能 力不足，在型腔被填满之

24、前，形成的晶粒将充型的通道堵塞，金力不足，在型腔被填满之前，形成的晶粒将充型的通道堵塞，金 属液被迫停止流动，于是铸件将产生属液被迫停止流动，于是铸件将产生浇不足或冷隔浇不足或冷隔等缺陷。等缺陷。 * 合金流动性对充型能力的影响合金流动性对充型能力的影响 合金流动性的决定因数：合金流动性的决定因数： 1 1）合金种类）合金种类: : 合金不同，流动性不同合金不同，流动性不同 2 2）化学成分：同种合金中成分不同的合金具有不同的结晶特）化学成分：同种合金中成分不同的合金具有不同的结晶特 点，流动性也不同。点，流动性也不同。 3 3）结晶特性：恒温下结晶，流动性较好；两相区（）结晶特性：恒温下结晶

25、，流动性较好；两相区（2 2区）内区）内 结晶，流动性较差。结晶，流动性较差。 * 二、浇注条件二、浇注条件 浇注条件对充型能力的影响：浇注条件对充型能力的影响： 浇注浇注 条件条件 浇注温度浇注温度 充型压力充型压力 浇注系统浇注系统 浇注温度越高，液态金属的粘度越小浇注温度越高，液态金属的粘度越小 ，过热度高，金属液内含热量多，保，过热度高，金属液内含热量多，保 持液态的时间长，充型能力强。持液态的时间长，充型能力强。 液态金属在流动方向上所受的压力称液态金属在流动方向上所受的压力称 为充型压力。充型压力越大为充型压力。充型压力越大, , 充型能充型能 力越强。力越强。 浇注系统的结构越复

26、杂，则流动阻力浇注系统的结构越复杂，则流动阻力 越大，充型能力越差。越大，充型能力越差。 对薄壁铸件或流动性较差的合金可对薄壁铸件或流动性较差的合金可 适当提高浇注温度，以防浇不足或冷适当提高浇注温度，以防浇不足或冷 隔缺陷。但浇注温度过高，容易产生隔缺陷。但浇注温度过高，容易产生 缩孔缩松等缺陷，故保证充型能力前缩孔缩松等缺陷，故保证充型能力前 提下，不宜过高。提下，不宜过高。 * （2）铸型温度：）铸型温度： 铸型的铸型的 温度温度 充型能力充型能力铸型铸型 可先预热。可先预热。 （1 1）铸型材料：）铸型材料： 导热系数和比热容导热系数和比热容 激冷能力激冷能力充型充型 能力能力 （3）

27、铸型中气体：）铸型中气体： 砂型铸造产砂型铸造产 生大量气体，排气能力差，型腔生大量气体，排气能力差，型腔 中气压中气压流动阻力流动阻力充型能力充型能力， 所以铸型要留出排气口。所以铸型要留出排气口。 三、铸型填充条件三、铸型填充条件 铸型充填条件对充型能力的影响：影响合金在型腔内流动的铸型充填条件对充型能力的影响：影响合金在型腔内流动的 时间和速度。时间和速度。 影响因素有：影响因素有： 四、铸件结构条件四、铸件结构条件 铸件结构对充型能力的影响。铸件结构对充型能力的影响。 折算厚度：折算厚度： 折算厚度也叫当量厚度或模数，是铸件体积与铸件表面积之折算厚度也叫当量厚度或模数，是铸件体积与铸件

28、表面积之 比。折算厚度越大，热量散失越慢，充型能力就越好。铸件壁厚比。折算厚度越大，热量散失越慢，充型能力就越好。铸件壁厚 相同时，垂直壁比水平壁更容易充填。相同时，垂直壁比水平壁更容易充填。( (大平面铸件不易成形大平面铸件不易成形) ) 复杂程度：复杂程度： 铸件结构越复杂，流动阻力就越大，铸型的充填就越困难。铸件结构越复杂，流动阻力就越大，铸型的充填就越困难。 * 第二节第二节 铸件的凝固与收缩铸件的凝固与收缩 一、铸件的凝固方式一、铸件的凝固方式 铸件的凝固过程中，其断面上一般存在三个区，即铸件的凝固过程中，其断面上一般存在三个区，即固相区固相区 、凝固区和液相区、凝固区和液相区。对铸

29、件影响较大的是凝固区的宽窄。对铸件影响较大的是凝固区的宽窄。 凝固方式有：凝固方式有： 1 1）逐层凝固）逐层凝固- -纯金属或共晶合金在凝固中不存在液、固并存纯金属或共晶合金在凝固中不存在液、固并存 的凝固区。的凝固区。特点：合金的充型能力强，便于防止缩孔和缩松。特点：合金的充型能力强，便于防止缩孔和缩松。 2 2）糊状凝固）糊状凝固- -合金的结合金的结 晶温度范围很宽，则整个断晶温度范围很宽，则整个断 面为液、固并存的凝固区。面为液、固并存的凝固区。 特点：难以获得结晶紧特点：难以获得结晶紧 实的铸件。实的铸件。 3 3）中间凝固）中间凝固- -多数合金多数合金 的凝固介于逐层凝固和糊状

30、的凝固介于逐层凝固和糊状 凝固之间。凝固之间。 * 合金收缩合金收缩 固态合金冷却固态合金冷却 液态合金冷却液态合金冷却 液态收缩液态收缩 凝固收缩凝固收缩 缩孔：恒温下结晶缩孔：恒温下结晶 缩松：两相区结晶缩松：两相区结晶 固态收缩固态收缩 裂纹裂纹 变形变形 应力应力 体积的收缩，体积收缩率表示体积的收缩，体积收缩率表示 铸件尺寸上的收缩，线收缩率表示铸件尺寸上的收缩，线收缩率表示 合金的收缩过程：合金的收缩过程： * 三、铸件的缩孔与缩松三、铸件的缩孔与缩松 1 1、缩孔与缩松的形成、缩孔与缩松的形成 液态合金在冷凝过程中，若其液态收缩和凝固收缩所缩减的液态合金在冷凝过程中，若其液态收缩

31、和凝固收缩所缩减的 容积得不到补充，则在铸件最后凝固的部位形成一些孔洞。按照容积得不到补充，则在铸件最后凝固的部位形成一些孔洞。按照 空洞的大小和分布，可将其分为空洞的大小和分布，可将其分为缩孔和缩松缩孔和缩松两类。两类。 1 1）缩孔：）缩孔：集中在铸件上部或最后凝固部位容积较大的孔洞集中在铸件上部或最后凝固部位容积较大的孔洞 ，称为缩孔。缩孔多呈倒圆锥形，内表面粗糙。通常隐藏在铸件，称为缩孔。缩孔多呈倒圆锥形，内表面粗糙。通常隐藏在铸件 内层，但有时表面有凹坑。内层，但有时表面有凹坑。动画演示动画演示。 收缩率收缩率, ,浇注温度浇注温度, ,铸件愈厚，则缩孔铸件愈厚，则缩孔。 2 2）缩

32、松：）缩松：分散在铸件某区域内的细小缩孔，称为缩松。缩松分散在铸件某区域内的细小缩孔，称为缩松。缩松 分为宏观缩松和纤维缩松。分为宏观缩松和纤维缩松。动画演示动画演示 * 2 2、缩孔和缩松的防止、缩孔和缩松的防止 防止原理：防止原理：只要能使铸件实现只要能使铸件实现“定向凝固定向凝固”( (即顺序凝固即顺序凝固) ) ，尽管合金的收缩较大，也可获得没有缩孔的致密铸件。，尽管合金的收缩较大，也可获得没有缩孔的致密铸件。 定向凝固原则：定向凝固原则：是铸件让远离冒口的地方先凝固，靠近冒是铸件让远离冒口的地方先凝固，靠近冒 口的地方次凝固，最后才是冒口本身凝固。口的地方次凝固，最后才是冒口本身凝固

33、。实现以厚补薄，将缩实现以厚补薄，将缩 孔转移到冒口中去。孔转移到冒口中去。 定向凝固缺点：定向凝固缺点： 安放冒口和冷铁，安放冒口和冷铁， 耗费耗费许多金属和工时许多金属和工时， 加大了加大了铸件成本铸件成本。同时。同时 ，扩大了铸件各部分的，扩大了铸件各部分的 温度差温度差，促进铸件，促进铸件变形变形 和裂纹和裂纹倾向。倾向。 方法：在铸件上可能出现缩孔的厚大部位安放方法：在铸件上可能出现缩孔的厚大部位安放冒口和增设冒口和增设 冷铁冷铁等措施，等措施，动画演示动画演示。 * 第三节第三节 铸造内应力、变形和裂纹铸造内应力、变形和裂纹 一、内应力的形成一、内应力的形成 铸件在凝固之后的继续冷

34、却过程中，其固态收缩若受到阻碍，铸件在凝固之后的继续冷却过程中，其固态收缩若受到阻碍， 铸件内部将产生内应力，内应力有时在冷却过程中暂存的，有时保铸件内部将产生内应力，内应力有时在冷却过程中暂存的，有时保 留到室温，称留到室温，称残余内应力残余内应力。 按照内应力的产生原因，可分为按照内应力的产生原因，可分为热应力和机械应力热应力和机械应力。 铸造内应力是铸件产生变形和裂纹的基本原因。铸造内应力是铸件产生变形和裂纹的基本原因。 * 同时凝固原则：同时凝固原则： 安放冷铁和浇注口位置的正确布置可安放冷铁和浇注口位置的正确布置可 实现同时凝固。但可能形成缩孔等。实现同时凝固。但可能形成缩孔等。动画

35、动画 为防止缩孔等缺陷安放为防止缩孔等缺陷安放冒口冒口等。等。 热应力的消除方法：热应力的消除方法： 1 1）铸件的结构：）铸件的结构： 铸件的结构尽可能对称；铸件的壁厚尽可能均匀铸件的结构尽可能对称；铸件的壁厚尽可能均匀可使铸件可使铸件 各部分能自由收缩。各部分能自由收缩。 2 2）工艺方面：）工艺方面： 采用采用同时凝固原则同时凝固原则可减少铸造内应力可减少铸造内应力 ，防止铸件的变形和裂纹缺陷，又可免设，防止铸件的变形和裂纹缺陷，又可免设 冒口而省工省料。冒口而省工省料。其缺点是铸件心部容易其缺点是铸件心部容易 出现缩孔或缩松。出现缩孔或缩松。 3 3）时效处理：人工时效；自然时效。）时

36、效处理：人工时效；自然时效。 * 二、铸件变形与防止二、铸件变形与防止 具有残余应力的铸件是不稳定的，它将自发地通过变形来减具有残余应力的铸件是不稳定的，它将自发地通过变形来减 缓其内应力，以便趋于稳定状态。缓其内应力，以便趋于稳定状态。厚受拉，薄受压。厚受拉，薄受压。 可知，一般情况下铸件变形为：可知，一般情况下铸件变形为： 厚部、心部：受拉应力厚部、心部：受拉应力 出现内凹变形。出现内凹变形。 薄部、表面：受压应力薄部、表面：受压应力 出现外凸变形。出现外凸变形。 为防止铸件产生变形，除在铸件设计时尽可能使铸件壁厚为防止铸件产生变形，除在铸件设计时尽可能使铸件壁厚 均匀、形状对称外，在铸造

37、工艺上应采用同时凝固原则，以便冷均匀、形状对称外，在铸造工艺上应采用同时凝固原则，以便冷 却均匀。对于长而易变形的铸件，还可采用却均匀。对于长而易变形的铸件，还可采用“反变形反变形”工艺。工艺。 * 第二章第二章 常用合金铸件的生产常用合金铸件的生产 1.1.要求掌握铸铁的分类；要求掌握铸铁的分类； 2.2.基本掌握灰铸铁、可锻铸铁、球墨铸铁的成分、组织、性基本掌握灰铸铁、可锻铸铁、球墨铸铁的成分、组织、性 能、牌号及用途。能、牌号及用途。 * 第三章第三章 砂型铸造砂型铸造 机器造型机器造型 金属型铸造金属型铸造 熔模铸造熔模铸造 压力铸造压力铸造 低压铸造低压铸造 陶瓷型铸造陶瓷型铸造 离

38、心铸造离心铸造 液态成型工艺液态成型工艺 砂型铸造砂型铸造 特种铸造特种铸造 整模造型整模造型 分模造型分模造型 三箱造型三箱造型 活块造型活块造型 挖砂造型挖砂造型 刮板造型刮板造型 手工造型手工造型 * 目的及要目的及要求求： 1.1.了解手工造型和机械造型的常用方法；了解手工造型和机械造型的常用方法； 2.2.了解浇注口、冒口按放方法；了解浇注口、冒口按放方法； 3. 3. 掌握浇注口位置、分型面的选择原则并灵活运用。掌握浇注口位置、分型面的选择原则并灵活运用。 重点及难点：重点及难点： 1.1.常用手工造型方法；常用手工造型方法； 2.2.浇注系统设计；浇注系统设计； 3.3.工艺条件

39、的确定。工艺条件的确定。 * 铸造工艺图的绘制铸造工艺图的绘制 分型面的选择分型面的选择 浇注位置的确定浇注位置的确定 工艺参数的确定工艺参数的确定 设计要点设计要点 铸造工艺设计要点：铸造工艺设计要点： * 铸造工艺图：铸造工艺图： 是在零件图上用各种是在零件图上用各种工艺符号工艺符号及及参数参数表表 示出铸造工艺方案的图形。是指导模样设计示出铸造工艺方案的图形。是指导模样设计 、生产准备、铸型制造和铸件检验的基本工、生产准备、铸型制造和铸件检验的基本工 艺文件。艺文件。 工艺图包括：工艺图包括： 浇注位置，铸型分型面，型芯的数量、浇注位置，铸型分型面，型芯的数量、 形状、尺寸及其固定方法，

40、冒口和冷铁的尺形状、尺寸及其固定方法，冒口和冷铁的尺 寸和布置寸和布置, , 加工余量，收缩率，浇注系统，加工余量，收缩率，浇注系统， 起模斜度等。起模斜度等。 * 第一节第一节 造型方法的选择造型方法的选择 造型是砂型铸造最基本的工序，造型方法的选择是否合理，造型是砂型铸造最基本的工序，造型方法的选择是否合理， 对铸件质量和成本有着重要的影响。有对铸件质量和成本有着重要的影响。有手工手工和和机器造型机器造型方法。方法。 一、手工造型一、手工造型 手工造型用材料、工具及造型方法：手工造型用材料、工具及造型方法： 手工造型操作灵活，大小铸件均可适应，它可采用各种模样手工造型操作灵活，大小铸件均可

41、适应，它可采用各种模样 及型芯，通过及型芯，通过整模造型整模造型1 1，2 2、分模造型分模造型1 1，2 2、挖砂造型挖砂造型1 1，2 2、活活 块造型块造型1 1，2 2、刮板造型刮板造型1 1，2 2、三箱造型三箱造型1 1，2 2等方法制出外轮廓及等方法制出外轮廓及 内型形状复杂的铸件。内型形状复杂的铸件。 * 手工造型方案选定：手工造型方案选定： 主要根据铸件几何体形状、安放位置等选择主要根据铸件几何体形状、安放位置等选择分型面分型面和和造型方造型方 案案。 * 第二节第二节 浇注位置和分型面的选择浇注位置和分型面的选择 浇注位置：是指浇注时铸型分型面所处的空间位置浇注位置：是指浇

42、注时铸型分型面所处的空间位置( (上下上下) )。 铸型分型面：是指铸型中相互结合的组元间的结合面。铸型分型面：是指铸型中相互结合的组元间的结合面。 一、浇注位置选择原则一、浇注位置选择原则 （1 1）铸件的重要加工面应朝下或侧立。因铸件的上表面容）铸件的重要加工面应朝下或侧立。因铸件的上表面容 易产生砂眼、气孔、夹渣等缺陷，组织也不如下表面致密；易产生砂眼、气孔、夹渣等缺陷，组织也不如下表面致密； （2 2）铸件的大平面应朝下。大平面朝上容易产生夹砂缺陷）铸件的大平面应朝下。大平面朝上容易产生夹砂缺陷 ； （3 3）为防止铸件薄壁部分产生浇不足或冷隔缺陷，应将面）为防止铸件薄壁部分产生浇不足

43、或冷隔缺陷，应将面 积较大的薄壁部分置于铸型下部或使其处于垂直或倾斜的位置；积较大的薄壁部分置于铸型下部或使其处于垂直或倾斜的位置； （4 4）对于容易产生缩孔的铸件，应使厚的部分放在铸型的上）对于容易产生缩孔的铸件，应使厚的部分放在铸型的上 部或侧面，以便在铸件厚壁处直接安置冒口部或侧面，以便在铸件厚壁处直接安置冒口, ,使之实现自下而上的使之实现自下而上的 定向凝固。定向凝固。 * 二、铸型分型面的选择原则二、铸型分型面的选择原则 铸造工艺合理性的关键之一。铸型分型面的选择应能在保证铸造工艺合理性的关键之一。铸型分型面的选择应能在保证 铸件质量的前提下，尽量简化工艺，节省人力物力。铸件质量

44、的前提下，尽量简化工艺，节省人力物力。 选择原则选择原则 应尽量使分型面是一个平直的面；应尽量使分型面是一个平直的面； 应尽量减少分型面的数量；应尽量减少分型面的数量； 应尽量使型芯和活块的数量减少；应尽量使型芯和活块的数量减少； 应使铸件的全部或大部分置入同一砂箱；应使铸件的全部或大部分置入同一砂箱； 应使铸件的全部或大部分置入下箱；应使铸件的全部或大部分置入下箱； 应保证模样能顺利的从铸型中取出。应保证模样能顺利的从铸型中取出。 * 第三节第三节 铸件工艺参数的选择铸件工艺参数的选择 铸件工艺参数有铸件工艺参数有- 机械加工余量；机械加工余量； 收缩率；收缩率； 拔模斜度；拔模斜度； 铸造

45、圆角；铸造圆角； 型芯及型芯头。型芯及型芯头。 工艺参数工艺参数 * 第四章第四章 特种铸造特种铸造 是指与普通砂型铸造显著区别的一些铸造方法。是指与普通砂型铸造显著区别的一些铸造方法。 目的及要目的及要求求：1.1.了解特种铸造工艺方法及应用；了解特种铸造工艺方法及应用；2.2.掌握常用掌握常用 铸造方法的优缺点及适用范围。铸造方法的优缺点及适用范围。 重点及难点：重点及难点：1.1.熔模铸造原理。熔模铸造原理。2.2.常用铸造方法的比较。常用铸造方法的比较。 特种铸造有：特种铸造有： 特种铸造特种铸造 金属型铸造金属型铸造 离心铸造离心铸造 压力铸造压力铸造 熔模铸造熔模铸造 低压铸造低压

46、铸造 挤压铸造挤压铸造 陶瓷型铸造陶瓷型铸造 * 第五章第五章 铸件结构设计铸件结构设计 目的及要目的及要求求： 1.1.掌握铸造工艺对铸件结构的要求；掌握铸造工艺对铸件结构的要求； 2.2.了解铸件结构的合理与否对其质量与成本的影响。了解铸件结构的合理与否对其质量与成本的影响。 3.3.掌握铸件壁厚对铸件质量的影响；掌握铸件壁厚对铸件质量的影响； 4.4.了解铸件结构的合理与否对其性能的影响。了解铸件结构的合理与否对其性能的影响。 重点及难点：重点及难点： 1.1.结构与铸造工艺的关系；结构与铸造工艺的关系； 2.2.结构与铸件性能的关系。结构与铸件性能的关系。 * 一、铸件的外形一、铸件的

47、外形 原则：外形设计应便于起模，简化造型工艺。原则：外形设计应便于起模，简化造型工艺。 1 1、尽量避免铸件起模方向存有外部侧凹，以便起模。、尽量避免铸件起模方向存有外部侧凹，以便起模。 * 3. 3. 凸台、筋条的设置应便于起模凸台、筋条的设置应便于起模 2. 2. 分型面应尽量平直分型面应尽量平直 - - 需要挖砂造型，否则不能起模。需要挖砂造型，否则不能起模。 * 二、铸件的结构斜度二、铸件的结构斜度 注意与拔模斜度的区别：注意与拔模斜度的区别： 拔模斜度：拔模斜度：是在制定铸造工艺时是在制定铸造工艺时 ，为了拔模方便而加上去的，一般要，为了拔模方便而加上去的，一般要 切削掉。切削掉。

48、而而结构斜度：结构斜度：是在设计时加上去是在设计时加上去 的，不再被加工掉。的，不再被加工掉。 铸件上垂直于分型面的不加工表铸件上垂直于分型面的不加工表 面，最好具有结构斜度。面，最好具有结构斜度。 * 三、铸件内腔的设计三、铸件内腔的设计 原则：减少型芯数量，利于型芯的固定、排气和清理。原则：减少型芯数量，利于型芯的固定、排气和清理。 作用：防止偏芯、气孔等缺陷的产生；简化造型工艺，降低作用：防止偏芯、气孔等缺陷的产生；简化造型工艺，降低 成本。成本。 1. 1. 尽量节省型芯，避免不必要的型芯尽量节省型芯，避免不必要的型芯 * 金属的塑性变形金属的塑性变形 锻锻 造造 板料冲压板料冲压 *

49、 学习目的及要求学习目的及要求： 1.1.了解变形机理；了解变形机理； 2.2.掌握金属常温下塑性变形时组织性能变化；掌握金属常温下塑性变形时组织性能变化； 3.3.掌握加工硬化现象的利与弊及如何消除；掌握加工硬化现象的利与弊及如何消除； 4.4.了解影响可锻性的因素。了解影响可锻性的因素。 重点及难点：重点及难点： 1.1.加工硬化、再结晶；加工硬化、再结晶； 2.2.纤维组织。纤维组织。 * 冷变形强化（加工硬化）：冷变形强化（加工硬化）： 金属的力学性能随其内部组织变化而发生明显变化。金属的力学性能随其内部组织变化而发生明显变化。 变形变形，金属的强度及硬度，金属的强度及硬度而塑性和韧性

50、而塑性和韧性。这种现象称。这种现象称 为为冷变形强化冷变形强化，又称，又称加工硬化加工硬化。 金属在常温下经过塑性变形后，内部组织和性能将发生两种金属在常温下经过塑性变形后，内部组织和性能将发生两种 变化：变化： 1 1、组织变化：、组织变化： 晶粒沿最大变形的方向伸长；晶粒沿最大变形的方向伸长； 晶格与晶粒发生扭曲；晶格与晶粒发生扭曲； 晶粒间产生碎晶。晶粒间产生碎晶。 2 2、性能变化、性能变化 是随变形程度的增加，强度、硬是随变形程度的增加，强度、硬 度增加，而塑性、韧性下降的现象。度增加，而塑性、韧性下降的现象。 * 金属的可锻性金属的可锻性 金属的可锻性：是衡量材料在经受压力加工时获

51、得优质制品金属的可锻性：是衡量材料在经受压力加工时获得优质制品 难易程度的工艺性能。难易程度的工艺性能。 一、金属的本质（内因）一、金属的本质（内因） 1 1、化学成分的影响、化学成分的影响 一般情况下，纯金属的可锻性比合金好；碳钢一般情况下，纯金属的可锻性比合金好；碳钢C%C% ，可锻性可锻性 ；钢中含有形成碳化物的元素（铬、钼、钨、钒）时，；钢中含有形成碳化物的元素（铬、钼、钨、钒）时，可锻性可锻性 可锻性常用金属的可锻性常用金属的塑性塑性( ( ) )和和变形抗力变形抗力( ( y y) )综合评定。综合评定。 , , y y 可锻性可锻性 ，反之差。，反之差。 变形抗力变形抗力( (

52、y y) )：指在压力加工过程中变形金属作用于施压：指在压力加工过程中变形金属作用于施压 工具表面单位面积上的压力。工具表面单位面积上的压力。 y y，变型中所消耗的能量，变型中所消耗的能量。 可知，金属的可锻性取决于金属的本质和加工条件。可知，金属的可锻性取决于金属的本质和加工条件。 2 2、金属组织的影响、金属组织的影响 纯金属及固溶体的可锻性好，而碳化物的可锻性差。纯金属及固溶体的可锻性好，而碳化物的可锻性差。 * 变形温度变形温度 ，, , y y ，可锻性可锻性 （但不能过烧）。（但不能过烧）。 二、加工条件（外因）二、加工条件（外因） 1 1、变形温度的影响、变形温度的影响 提高金

53、属变形时的温度，是改善金属可锻性的有效措施，并提高金属变形时的温度，是改善金属可锻性的有效措施，并 对生产、产品质量及金属的有效利用等均有极大的影响。对生产、产品质量及金属的有效利用等均有极大的影响。 2 2、变形速度的影响、变形速度的影响 变形速度：变形速度： 即单位时间的变形速度。它对可锻性的影响是矛盾的。即单位时间的变形速度。它对可锻性的影响是矛盾的。 * 学习目的及要求学习目的及要求： 1.1.基本掌握自由锻造主要几种工序的定义和应用；基本掌握自由锻造主要几种工序的定义和应用； 2.2.能合理地确立锻造零件的结构工艺性；能合理地确立锻造零件的结构工艺性； 3.3.了解自由锻造工艺规程的

54、编制，锤上模锻、胎模锻造工艺了解自由锻造工艺规程的编制，锤上模锻、胎模锻造工艺 方法。方法。 重点及难点：重点及难点： 1.1.锻造方法；锻造方法； 2.2.锻件结构工艺性。锻件结构工艺性。 锻造锻造概念：概念： 利用冲击力或压力使金属在利用冲击力或压力使金属在抵铁间抵铁间或或锻模锻模中变形，从而获得中变形，从而获得 所需形状和尺寸的锻件的工艺方法。所需形状和尺寸的锻件的工艺方法。 * 第一节第一节 锻造方法锻造方法 自由锻和模锻两种方法：自由锻和模锻两种方法： 一、自由锻一、自由锻 利用冲击力或压力使金属在上下两个抵铁之间产生变形，从利用冲击力或压力使金属在上下两个抵铁之间产生变形，从 而获

55、得所需形状及尺寸的锻件。而获得所需形状及尺寸的锻件。 金属坯料变形时，沿变形方向金属坯料变形时，沿变形方向 可以自由流动，不受限制。可以自由流动，不受限制。视频视频。 自由锻的工具和设备：自由锻的工具和设备：视频视频。锻造加热设备。锻造加热设备: :视频视频。 1 1、自由锻工序：、自由锻工序： 分基本工序、辅助工序和精整工序三大类。分基本工序、辅助工序和精整工序三大类。 1 1）基本工序：）基本工序： 使金属坯料实现主要的变型要求，达到或基本达到锻件所需使金属坯料实现主要的变型要求，达到或基本达到锻件所需 形状和尺寸的工序。主要有以下基本工序：形状和尺寸的工序。主要有以下基本工序： * 镦粗

56、镦粗：使坯料高度减小、横截面积增大的工序。用盘套类。：使坯料高度减小、横截面积增大的工序。用盘套类。 动画演示动画演示。 拔长拔长：使坯料横截面积小、长度增大的工序。用于轴、杆类：使坯料横截面积小、长度增大的工序。用于轴、杆类 。有整体和局部镦粗。有整体和局部镦粗。动画演示动画演示。 冲孔冲孔：使坯料具有通孔或盲孔的工序。：使坯料具有通孔或盲孔的工序。 弯曲弯曲：使坯料轴线产生一定曲率的工序。：使坯料轴线产生一定曲率的工序。 扭转扭转：使坯料的一部分相对于另一部分绕其轴线旋转一定角：使坯料的一部分相对于另一部分绕其轴线旋转一定角 度的工序。度的工序。 错移错移：使坯料的一部分相对于另一部分平移

57、错开的工序，是：使坯料的一部分相对于另一部分平移错开的工序，是 生产曲拐或曲轴类锻件必须的工序。生产曲拐或曲轴类锻件必须的工序。 切割切割：是分隔坯料或去除锻件余量的工序。：是分隔坯料或去除锻件余量的工序。 自由锻的基本工序：自由锻的基本工序：视频视频。 2 2）辅助工序：是指基本工序之前的工序。如压钳口、倒稜、）辅助工序：是指基本工序之前的工序。如压钳口、倒稜、 压肩等。压肩等。 3 3）精整工序：是在完成基本工序之后，用以提高锻件尺寸及）精整工序：是在完成基本工序之后，用以提高锻件尺寸及 位置精度的工序。位置精度的工序。 * 二、模锻二、模锻 模锻是使金属坯料在冲击力或压力作用下，在模锻是

58、使金属坯料在冲击力或压力作用下，在锻模模膛锻模模膛内变内变 形，从而获得锻件的工艺方法。形，从而获得锻件的工艺方法。 特点：金属在模膛内变形，因而模锻生产的锻件尺寸精确特点：金属在模膛内变形，因而模锻生产的锻件尺寸精确 、加工余量较小、结构可以复杂，而且生产率高。、加工余量较小、结构可以复杂，而且生产率高。 模锻分类：模锻分类： 按使用设备不同分按使用设备不同分- -锤上模锻、曲柄压力机上模锻、摩擦压力锤上模锻、曲柄压力机上模锻、摩擦压力 机上模锻、胎膜锻等。机上模锻、胎膜锻等。 1 1、锤上模锻、锤上模锻 锤上模锻所用设备为锻模锤，冲击力使金属变形。锤上模锻所用设备为锻模锤，冲击力使金属变形

59、。 模膛根据其功用的不同分：模膛根据其功用的不同分：模锻模膛和制坯模膛模锻模膛和制坯模膛两种。两种。 1 1）模锻模膛：）模锻模膛： 有终锻模膛和预断模膛。有终锻模膛和预断模膛。 1.1.终锻模膛：终锻模膛：使坯料最终成形的模膛。使坯料最终成形的模膛。 2.2.预断模膛：预断模膛：使坯料预变形，以接近锻件尺寸的模膛。终锻使坯料预变形，以接近锻件尺寸的模膛。终锻 时，金属容易充满终锻模膛。时，金属容易充满终锻模膛。 * 2 2）制坯模膛：）制坯模膛： 对于形状复杂的模锻件，使坯料形状基本接近于模锻件形状对于形状复杂的模锻件，使坯料形状基本接近于模锻件形状 使金属能合理分布和很好地充满模锻模膛，就

60、必须预先在使金属能合理分布和很好地充满模锻模膛，就必须预先在 制坯模膛内制坯。制坯模膛内制坯。制坯模膛有以下几种：制坯模膛有以下几种： 1.1.拔长模膛：拔长模膛： 用来减小坯料某部分的横截面积，以增加该部部分的长度。用来减小坯料某部分的横截面积，以增加该部部分的长度。 有开式和闭式。坯料除有开式和闭式。坯料除向前送进向前送进外并需不断翻转。外并需不断翻转。 2.2.滚压模膛：滚压模膛： 在坯料长度基本不变，减小坯料某部分的横截面积，以增大在坯料长度基本不变，减小坯料某部分的横截面积，以增大 另一部分的横截面积。需不断翻转坯料，但另一部分的横截面积。需不断翻转坯料，但不作送进运动不作送进运动。