金属材料及加工工艺课件(共73页).ppt

1、2022-2-281第第8讲讲 金属材料及金属材料及 加工工艺加工工艺金属特性铸造加工2022-2-282第第8讲主要内容：讲主要内容：l8.1 金属的固有特性l8.2 金属材料的成型加工l铸造加工l塑性加工l切削加工l焊接加工l粉末冶金l8.3 金属材料的热处理l8.4 特种加工方法l8.5 常用金属材料l8.6 金属材料在设计中的应用2022-2-283l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较的巩固性，永恒地保存下人类驾驭自然、改造自然的能力和创造造型美的才华。2022-2-284最古老的金属材料最古老的金属材料l金l银l铜l铁2022-2-285最常用的

2、金属材料最常用的金属材料l钢l铝合金l钛合金2022-2-286最先进的金属材料最先进的金属材料l超高纯度铁l超高强度钢l超高速钢(用作刀具)l超高易切削钢l超硬合金l金属陶瓷l超塑性合金l超导材料l超耐热合金l金属基复合材料l金属玻璃l纳米金属颗粒l形状记忆合金l贮氢合金 2022-2-2878.1 金属材料的固有特性金属材料的固有特性l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。l金属材料是电与热的良导体。l金属材料外表具有金属所特有的色彩与光泽。l金属材料具有良好的延展性。l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。l除了贵金属

3、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。2022-2-2888.2 金属材料的成型加工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。2022-2-289在机械制造中的地位在机械制造中的地位l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 %。2022-2-2810l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2022-2-2811l特点l适用于各种金属材料l能制成各种尺寸和形状的铸件l节省材料，减少加工余

4、量，降低本钱l容易产生气孔、缩孔和裂纹等缺陷l铸件的力学性能不如相同材料的锻件l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2022-2-2812铸造产品铸造产品2022-2-28131、砂型铸造、砂型铸造2022-2-2814工序：工序：l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。 2022-2-2815模样和芯盒：模样和芯盒： l模样和芯盒是用来造型和造芯的根本工艺装备。如下图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、

5、塑料等材料来制作。2022-2-2816造型材料：造型材料：l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。 l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。 l型砂与芯砂应具备如下性能：足够的强度；较高的耐火性；良好的透气性；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2022-2-2817砂型砂型2022-2-2818砂型铸件砂型铸件2022-2-2819清砂清砂2022-2-2820砂型铸件砂型铸件2022-2-2821特点特点l最常用、最根本的铸造方法l设备简单、操作灵活l不受

6、铸件形状、尺寸、重量及所用金属种类的限制l适合于各种生产规模l本钱低2022-2-28222、熔模铸造、熔模铸造2022-2-2823熔模铸造蜡模组熔模铸造蜡模组2022-2-2824工艺流程工艺流程产品设计 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 2022-2-2825矿山机械配件矿山机械配件2022-2-2826矿山机械配件矿山机械配件2022-2-2827机械配件机械配件2022-2-2828机械配件机械配件2022-2-2829不锈钢制品不锈钢制品2022-2-2830五金件五金件2022-2-2831汽车配件汽车配件2022-2-

7、2832熔模铸造的特点熔模铸造的特点l又称“精密铸造或“失蜡铸造。l可熔炼的材质十分广泛。l不受产品形状结构复杂的限制。l铸件尺寸控制精密，机加工切削余量极少，外表质量好。l可应用的范围也越来越广：在热加工领域里，取材困难件或不易成型件以及某些加工本钱高的锻造件，可适用熔模铸造；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本钱，提高尺寸精度和外表粗糙度以及材料的机械性能，从而到达升级产品档次的目的。 2022-2-2833概况概况l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

8、多年的开展，熔模铸造已成为我国机械制造业中的根底工艺，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。 2022-2-2834行业分布行业分布l碳钢类机械零件熔模铸造企业 l不锈钢类商品零件熔模铸造企业 l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 2022-2-28353、金属型铸造、金属型铸造l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，可以反复使用屡次几百次到几千次。 2022-2-2836特点特点l铸件的

9、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。l铸件的精度和外表光洁度比砂型铸件高，而且质量和尺寸稳定。l铸件的工艺收得率高，液体金属耗量减少，一般可节约1530%。l不用砂或者少用砂，一般可节约造型材料80%100%。l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 。2022-2-2837缺乏之处缺乏之处l金属型制造本钱高。l金属型不透气，而且无退让性，易造成铸件浇缺乏、裂纹、气孔及铸铁件白口等缺陷。l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

10、用的涂料等，对铸件的质量的影响甚为敏感，需要严格控制。 2022-2-2838金属型铸件金属型铸件2022-2-28394、压力铸造、压力铸造l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。l常用压力铸造的压力为 570 MPa，充型速度为 5 100 mS。压力铸造在压铸机上进行。2022-2-2840l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。2022-2-2

11、841卧式冷压室压涛机工作原理图卧式冷压室压涛机工作原理图2022-2-2842卧式冷室式压铸机卧式冷室式压铸机2022-2-2843特点特点l1产品质量好 铸件尺寸精度高，外表光洁度好；强度和硬度较高，一般比砂型铸造提高2530，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。 2022-2-2844l2生产效率高 机器生产率高，例如国产J3型卧式冷空压铸机平均八小时可压铸600700次，小型热室压铸机平均每八小时可压铸30007000次；压铸型寿命长，一副

12、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。 2022-2-2845l3经济效果优良 由于压铸件尺寸精确，外表光洁等优点。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；铸件价格廉价；既节省装配工时又节省金属。2022-2-2846压力铸造加工件压力铸造加工件2022-2-2847常见压铸件常见压铸件2022-2-2848缺乏之处缺乏之处l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。l对内凹复杂的铸件，压铸较为困难。l高熔点合金如铜，黑色金属，压铸型寿命较低。l不宜小批量生产，

13、其主要原因是压铸型制造本钱高，压铸机生产效率高，小批量生产不经济。 2022-2-28495、离心铸造、离心铸造l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。2022-2-2850立式离心铸造示意图立式离心铸造示意图l1-浇包l2-铸型l3-液体金属l4-带轮和传动带l5-旋转轴l6-铸件l7-电动机2022-2-2851卧式离心铸造示意图卧式离心铸造示意图l1-浇包l2-浇铸槽

14、l3-铸型l4-液体金属l5-端盖l6-铸件2022-2-2852卧式离心铸造机卧式离心铸造机2022-2-2853特点特点l铸型中的液体金属能形成中空圆柱形自由外表，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。l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。l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。2022-2-2854l可减少甚至不用冒口系统，降低了金属消耗。l可生产双金属中间圆柱形铸件，如轴承套、铸管等。l在浇注中空铸件时，其内外表较粗糙，尺寸难以控制l典型应用：

15、自行车手把2022-2-2855古代铸造工艺品古代铸造工艺品l铜铃夏铜铃夏l 84年河南省偃师县二里年河南省偃师县二里头出土，中国社会科学头出土，中国社会科学院考古研究所藏院考古研究所藏2022-2-2856l铜爵夏铜爵夏 l84年河南省偃师县二里年河南省偃师县二里头出土，中国社会科学头出土，中国社会科学院考古研究所藏院考古研究所藏 2022-2-2857l铜铜 盉盉he)夏夏l1984年河南省偃师县二年河南省偃师县二里头出土，中国社会科里头出土，中国社会科学院考古研究所藏学院考古研究所藏 2022-2-2858l铜圆斝铜圆斝jia)商商l1976年河南省安阳市殷年河南省安阳市殷墟出土墟出土

16、l中国社会科学院考古研中国社会科学院考古研究所藏究所藏 2022-2-2859l兽面纹双层底铜鼎兽面纹双层底铜鼎l1989年江西省新干县大洋出土l江西省博物馆藏 2022-2-2860l凸目铜面具商凸目铜面具商l1986年四川省广汉市三年四川省广汉市三星堆遗址出土星堆遗址出土l中国历史博物馆藏中国历史博物馆藏 2022-2-2861l铜卣铜卣you西周西周 l1984年山西省曲沃县晋年山西省曲沃县晋候墓地出土候墓地出土l北京大学克勒考古与艺北京大学克勒考古与艺术博物馆藏术博物馆藏 2022-2-2862l龙耳虎足铜方壶春秋龙耳虎足铜方壶春秋l1978年河南省淅川县下年河南省淅川县下寺出土寺出土

17、l河南省博物馆藏河南省博物馆藏 2022-2-2863l嵌绿松石铜神兽春秋嵌绿松石铜神兽春秋l1990年河南省淅川县下年河南省淅川县下寺出土寺出土l河南省文物考古研究所河南省文物考古研究所藏藏 2022-2-2864l跽坐铜镦战国跽坐铜镦战国l1970年浙江省吴兴县出年浙江省吴兴县出土土l浙江省博物馆藏浙江省博物馆藏 2022-2-2865l越王勾践剑春秋晚期越王勾践剑春秋晚期l1965年湖北省江陵县望年湖北省江陵县望号墓出土号墓出土l湖北省博物馆藏湖北省博物馆藏 2022-2-2866l铜屋春秋战国铜屋春秋战国l1982年浙江省绍兴市坡年浙江省绍兴市坡塘出土塘出土l浙江省文物考古研究所浙江省文物考古研究所藏藏 2022-2-2867l四连体铜薰炉西四连体铜薰炉西l1983年广东省广州市象年广东省广州市象岗山南越王墓出土岗山南越王墓出土l广东省广州市西汉越王广东省广州市西汉越王墓博物馆藏墓博物馆藏 2022-2-2868l鎏金朱雀形铜饰西汉鎏金朱雀形铜饰西汉l1983年广东省广州市象年广东省广州市象岗山南越王墓出土岗山南越王墓出土l广东省广州市西汉越王广东省广州市西汉越王墓博物馆藏墓博物馆藏 2022-2-2869l五牛铜针线盒西五牛铜针线盒西l1979年云南省江川县李年云南省江川县李家山出土家山出土l云南省博物馆藏云南省博物馆藏 2022-2-2870l鎏金骑士铜贮