第2章 材料的液态成形

1、材料科学与工程学院材料科学与工程学院材料科学与工程学院材料科学与工程学院材料科学与工程学院材料科学与工程学院2-1 金属的液态成形2-1-1 概述材料科学与工程学院材料科学与工程学院材料科学与工程学院材料科学与工程学院材料科学与工程学院材料科学与工程学院材料科学与工程学院材料科学与工程学院汽车上应用的部分铸件汽车上应用的部分铸件材料科学与工程学院材料科学与工程学院材料科学与工程学院材料科学与工程学院材料科学与工程学院材料科学与工程学院材料科学与工程学院材料科学与工程学院通高通高133厘米，厘米，重重875公斤，公斤，1939年河南省年河南省安阳殷墟出土，安阳殷墟出土，现藏中国历史现藏中国历史博

2、物馆博物馆司母戊鼎因其腹内壁上有铭文“司母戊”三字而得名，是商王祭祀其母（名戊）的纪念器物。材料科学与工程学院材料科学与工程学院通高通高58.3厘米，厘米，1938年湖南省宁乡县出年湖南省宁乡县出土，现藏中国历史土，现藏中国历史博物馆博物馆在中国古代青铜器中，有不少器物以其独特的造型而引人注目，四羊方尊便是其中一例。它的造型动静结合，寓雄奇于秀美之间，可谓巧夺天工。材料科学与工程学院材料科学与工程学院 商（公元前商（公元前16前前11世纪）世纪）材料科学与工程学院材料科学与工程学院材料科学与工程学院材料科学与工程学院 材料科学与工程学院材料科学与工程学院材料科学与工程学院材料科学与工程学院材料

3、科学与工程学院材料科学与工程学院材料科学与工程学院材料科学与工程学院 材料科学与工程学院材料科学与工程学院材料科学与工程学院材料科学与工程学院Fe-C合金的流动性与状态图的关系合金的流动性与状态图的关系纯金属、共晶合金流动性好(恒温下结晶，凝固层内表面光滑)亚稳、过晶合金流动性差。(在一定温度范围内结晶，凝固层内表面粗糙不平) 材料科学与工程学院材料科学与工程学院材料科学与工程学院材料科学与工程学院 铸型中水分和煤粉铸型中水分和煤粉含量对低硅铸铁充含量对低硅铸铁充型能力的影响型能力的影响材料科学与工程学院材料科学与工程学院 材料科学与工程学院材料科学与工程学院材料科学与工程学院材料科学与工程学

4、院材料科学与工程学院材料科学与工程学院材料科学与工程学院材料科学与工程学院影响凝固方式的主要因素影响凝固方式的主要因素合金的凝固温度范围合金的凝固温度范围铸件凝固期间固液相界面前沿的温度梯度铸件凝固期间固液相界面前沿的温度梯度逐层凝固有利于充型，可防止缩孔和缩松。逐层凝固有利于充型，可防止缩孔和缩松。材料科学与工程学院材料科学与工程学院材料科学与工程学院材料科学与工程学院材料科学与工程学院材料科学与工程学院：（1 1）适当降低浇注温度；）适当降低浇注温度；（2 2）合理运用铸型的激冷作用；）合理运用铸型的激冷作用；（3 3）孕育处理；）孕育处理；（4 4）动态再结晶细化晶粒。）动态再结晶细化晶

5、粒。材料科学与工程学院材料科学与工程学院材料科学与工程学院材料科学与工程学院 液态收缩液态收缩凝固收缩凝固收缩固态收缩固态收缩 材料科学与工程学院材料科学与工程学院%100010VVVV%100010LLLL材料科学与工程学院材料科学与工程学院几种铁碳合金的体积收缩率几种铁碳合金的体积收缩率合金种类含碳量（%）浇注温度（）液态收缩（%）凝固收缩（%）固态收缩（%）总体收缩（%）线收缩率（%）碳素铸钢白口铸铁灰铸铁0.353.03.51610140014001.62.43.53.04.00.17.865.46.33.34.212.461212.96.97.81.382.01.352.00.81.

6、0材料科学与工程学院材料科学与工程学院材料科学与工程学院材料科学与工程学院材料科学与工程学院材料科学与工程学院(a)(a)液态收缩液态收缩(b)(b)浇口冻结表层凝壳浇口冻结表层凝壳(c)(c)凝固收缩液面下降凝固收缩液面下降(d)(d)形成缩孔铸件凝固形成缩孔铸件凝固(e)(e)固态收缩固态收缩材料科学与工程学院材料科学与工程学院(a)(a)(b)(b)凝壳内液固共存凝壳内液固共存(c)(c)内部糊状内部糊状(d)(d)内部凝固内部凝固(e)(e)形成缩松形成缩松(f)(f)固态收缩固态收缩材料科学与工程学院材料科学与工程学院材料科学与工程学院材料科学与工程学院 材料科学与工程学院材料科学与

7、工程学院3. 铸件的凝固原则铸件的凝固原则顺序凝固原则顺序凝固原则 在铸件上从远离冒口或浇口在铸件上从远离冒口或浇口到冒口或浇口之间建立一个到冒口或浇口之间建立一个递增的温度梯度，从而实现递增的温度梯度，从而实现由远离冒口的部分向冒口的由远离冒口的部分向冒口的方向顺序地凝固。方向顺序地凝固。 材料科学与工程学院材料科学与工程学院同时凝固原则同时凝固原则 是采取工艺措施保证是采取工艺措施保证铸件结构上各部分之铸件结构上各部分之间没有温差或温差尽间没有温差或温差尽量小，使各部分同时量小，使各部分同时凝固。如图所示。凝固。如图所示。 材料科学与工程学院材料科学与工程学院 减少和消除应力的措施减少和消

8、除应力的措施 结构上壁厚均匀，圆角连接，结构对称。 工艺上同时凝固，去应力退火。同时凝固和定向凝固比较同时凝固和定向凝固比较 定向凝固用于收缩大或壁厚差距较大，易产生缩孔的合金铸件，如铸钢、铝硅合金等。定向凝固补缩作用好，铸件致密，但铸件成本高，内应力大。 同时凝固用于凝固收缩小的灰铸铁。 铸件内应力小，工艺简单，节省金属，组织不致密。材料科学与工程学院材料科学与工程学院 铸件在凝固后的冷却过程中继续发生固态铸件在凝固后的冷却过程中继续发生固态收缩，有些合金在固态下还要发生相变而收缩，有些合金在固态下还要发生相变而伴有收缩或膨胀，从而引起铸件的体积和伴有收缩或膨胀，从而引起铸件的体积和尺寸的变

9、化。此时，如果这种变化受到阻尺寸的变化。此时，如果这种变化受到阻碍，铸件内将产生内应力，称为碍，铸件内将产生内应力，称为铸造应力铸造应力。铸造应力铸造应力材料科学与工程学院材料科学与工程学院材料科学与工程学院材料科学与工程学院材料科学与工程学院材料科学与工程学院热裂纹是铸件在凝固末期或凝固后不久尚处于强度和塑性很低状态下，因铸件固态收缩受阻而引起的裂纹。热裂纹是铸钢件、可锻铸铁件和某些轻合金铸件生产中常见的铸造缺陷之一。热裂纹在晶界萌生并沿晶界扩展，其形状粗细不均，曲折而不规则。 材料科学与工程学院材料科学与工程学院 冷裂纹是铸件凝固后冷却到弹性状态时，因局部铸造应力大于合金极限强度而引起的开

10、裂。冷裂纹总是发生在冷却过程中承受拉应力的部位，特别是拉应力集中的部位。冷裂纹与热裂纹不同，冷裂纹往往穿晶扩展到整个截面，外形呈宽度均匀细长的直线或折线状，冷裂纹的断口表面干净有金属光泽或呈轻度氧化色，裂纹走向平滑，而非沿晶界发生。这与热裂纹有显著的不同。冷裂纹检验用肉眼可见，可根据其宏观形貌及穿晶扩展的微观特征，与热裂纹区别。 材料科学与工程学院材料科学与工程学院材料科学与工程学院材料科学与工程学院同时凝固同时凝固：应力、热裂、变形小。：应力、热裂、变形小。材料科学与工程学院材料科学与工程学院材料科学与工程学院材料科学与工程学院（a a）晶粒相碰）晶粒相碰 （b b）晶粒平行生长）晶粒平行生

11、长晶界偏析的形成晶界偏析的形成材料科学与工程学院材料科学与工程学院材料科学与工程学院材料科学与工程学院材料科学与工程学院材料科学与工程学院材料科学与工程学院材料科学与工程学院材料科学与工程学院材料科学与工程学院材料科学与工程学院材料科学与工程学院材料科学与工程学院材料科学与工程学院材料科学与工程学院材料科学与工程学院材料科学与工程学院材料科学与工程学院材料科学与工程学院材料科学与工程学院材料科学与工程学院材料科学与工程学院材料科学与工程学院材料科学与工程学院材料科学与工程学院材料科学与工程学院材料科学与工程学院材料科学与工程学院材料科学与工程学院材料科学与工程学院材料科学与工程学院材料科学与工

12、程学院明冒口（明冒口（1）和暗冒口（）和暗冒口（2）材料科学与工程学院材料科学与工程学院材料科学与工程学院材料科学与工程学院材料科学与工程学院材料科学与工程学院材料科学与工程学院材料科学与工程学院材料科学与工程学院材料科学与工程学院材料科学与工程学院材料科学与工程学院材料科学与工程学院材料科学与工程学院材料科学与工程学院材料科学与工程学院材料科学与工程学院材料科学与工程学院材料科学与工程学院材料科学与工程学院材料科学与工程学院材料科学与工程学院材料科学与工程学院材料科学与工程学院材料科学与工程学院材料科学与工程学院材料科学与工程学院材料科学与工程学院材料科学与工程学院材料科学与工程学院a)a)

13、合型，合型，b)b)压铸，压铸，c)c)开型开型 1-1-压射冲头，压射冲头，2-2-压室，压室，3-3-液态金属，液态金属，4-4-定定型，型，5-5-动型，动型，6-6-型腔，型腔，7-7-浇道，浇道，8-8-预料预料材料科学与工程学院材料科学与工程学院1-1-压射冲头，压射冲头，2-2-压室，压室，3-3-液态金属，液态金属，4-4-定型，定型，5-5-动型，动型，6-6-喷嘴，喷嘴，7-7-型腔，型腔，8-8-反料冲头，反料冲头，9-9-预料预料材料科学与工程学院材料科学与工程学院材料科学与工程学院材料科学与工程学院1-1-液态金属，液态金属，2-2-坩埚，坩埚，3-3-压射冲头，压射

14、冲头，4-4-压室压室5-5-进口，进口，6-6-通道，通道，7-7-喷嘴，喷嘴，8-8-压铸型压铸型材料科学与工程学院材料科学与工程学院材料科学与工程学院材料科学与工程学院材料科学与工程学院材料科学与工程学院材料科学与工程学院材料科学与工程学院材料科学与工程学院材料科学与工程学院材料科学与工程学院材料科学与工程学院材料科学与工程学院材料科学与工程学院材料科学与工程学院材料科学与工程学院材料科学与工程学院材料科学与工程学院材料科学与工程学院材料科学与工程学院材料科学与工程学院材料科学与工程学院材料科学与工程学院材料科学与工程学院 材料科学与工程学院材料科学与工程学院材料科学与工程学院材料科学与

15、工程学院材料科学与工程学院材料科学与工程学院新兴铸管集团有限公司生产的离心铸造球墨铸铁管新兴铸管集团有限公司生产的离心铸造球墨铸铁管材料科学与工程学院材料科学与工程学院新兴铸管集团有限公司生产的离心铸造球墨铸铁管新兴铸管集团有限公司生产的离心铸造球墨铸铁管 正在安装施工主供水管线正在安装施工主供水管线材料科学与工程学院材料科学与工程学院材料科学与工程学院材料科学与工程学院材料科学与工程学院材料科学与工程学院材料科学与工程学院材料科学与工程学院材料科学与工程学院材料科学与工程学院材料科学与工程学院材料科学与工程学院材料科学与工程学院材料科学与工程学院材料科学与工程学院材料科学与工程学院 材料科学与工程学院材料科学与工程学院材料科学与工程学院材料科学与工程学院材料科学与工程学院材料科学与工程学院材料科学与工程学院材料科学与工程学院 材料科学与工程学院材料科学