材料成型原理

1、汇报人：于芝鹏 葛嘉城导论Concents第一节第一节 -液态金属凝固学的研究对象液态金属凝固学的研究对象第三节第三节-凝固学与材料成形凝固学与材料成形第二节第二节-液态液态金属凝固学金属凝固学的的发展发展第一节 液态金属凝固学的研究对象 从宏观意义而言，物质从液态转变成固态的过程称为凝固。 从微观意义上，激烈运动的液体原子回复到规则排列的过程称为凝固 。第一节 液态金属凝固学的研究对象 第一节 液态金属凝固学的研究对象 冶铸冶铸焊接成形焊接成形 液态金属凝固学就是研究液态金属转变成固态金属这一凝固过程的理论及技术 。第一节 液态金属凝固学的研究对象 激光切割激光切割单晶硅圆片单晶硅圆片 凝固

2、学不仅是材料成型技术的基础，同时也是近代新型材料，开拓和制备的基础。在此基础上阐述液态金属的结构和性质、晶体的生核及长大、宏观组织及其控制的内容。 金属液态成形工艺流程金属液态成形工艺流程第一节 液态金属凝固学的研究对象 第一节 液态金属凝固学的研究对象 冷却速率是影响凝固过程的主要工艺因素，对凝固组织有着举足轻重的影响 。 普通工业条件下的冷却速度为0.01至100每秒 ，获得晶体组织：特殊材料下冷却速度可达105至109每秒，可获得非晶态组织。此外液态合金的结构和性质、冶金处理及外力的作用，对液态金属的凝固也具有重要的影响 。金属凝固理论的发展金属凝固理论的发展凝固技术的发展凝固技术的发展

3、计算机的应用计算机的应用第二节 液态金属凝固学的发展我国铸造技术的辉煌历史我国铸造技术的辉煌历史 我国铸造技术有着悠久的历史，早在我国铸造技术有着悠久的历史，早在50005000多年多年前，铸造技术就出现在了中华大地。铸造技术被前，铸造技术就出现在了中华大地。铸造技术被应用到应用到农业生产、兵器制造、音乐艺术农业生产、兵器制造、音乐艺术及及人民生人民生活活等各方面，极大地推动了我国古代文明的进等各方面，极大地推动了我国古代文明的进步。铸造技术的发展史，是中华民族五千年文明步。铸造技术的发展史，是中华民族五千年文明发展史的重要组成部分。发展史的重要组成部分。第二节 液态金属凝固学的发展 1. 1

4、.我国古代青铜铸造技术我国古代青铜铸造技术 在我国古代，常用的铸造工艺主要有在我国古代，常用的铸造工艺主要有范铸法范铸法和和失蜡法失蜡法。u范铸法是用范铸法是用范范组合成铸型进行浇注的方法。组合成铸型进行浇注的方法。 石范铸造石范铸造泥（陶）范铸造泥（陶）范铸造金属范铸造金属范铸造范铸法：范铸法：第二节 液态金属凝固学的发展 曾侯乙编钟（战国时期，距今2400余年），钟架长7.48米，宽3.35米，高2.73米，1978年湖北省随县擂鼓墩出土，现藏湖北省博物馆。第二节 液态金属凝固学的发展 明永乐大钟，铸于永乐18年前后（公元14181422年），中国现存最大的青铜钟。 铜钟通高6.75米，钟

5、壁厚度不等，最厚处185毫米，最薄处94毫米，重约46吨。钟体内外遍铸经文，共22.7万字。铜钟合金成分为：铜80.54、锡16.40、铝1.12，为泥范铸造。 现存北京大钟寺。第二节 液态金属凝固学的发展 中国中国五代后周大型铸件。在今河五代后周大型铸件。在今河北省沧州市东南北省沧州市东南20千米的沧州故城千米的沧州故城开元寺前。五代后周广顺三年（开元寺前。五代后周广顺三年（953）铸，狮身左肋铸有铸，狮身左肋铸有“山东李云造山东李云造”五字。五字。 铁铁狮身长狮身长5.3米，高米，高5.4米，宽米，宽3米，重约米，重约40吨，采用泥范明注式整吨，采用泥范明注式整体铸成。体铸成。 狮狮身铸有

6、身铸有“狮子王狮子王”字样，背驮字样，背驮莲座，前胸及臀部饰束带，发鬈曲莲座，前胸及臀部饰束带，发鬈曲呈波浪形，形态威武，作奔走状。呈波浪形，形态威武，作奔走状。第二节 液态金属凝固学的发展 湖北湖北当阳铁塔，铸造于当阳铁塔，铸造于北宋嘉佑六年（公元北宋嘉佑六年（公元10611061年），八面十三层年），八面十三层 ，高，高16.94516.945米米, ,据铭文记载的铁据铭文记载的铁塔重七万六千六百斤塔重七万六千六百斤, ,当时当时是就地设炉分层铸造是就地设炉分层铸造, ,采用采用堆土法而建起来堆土法而建起来, ,各层之间各层之间重叠摆放重叠摆放, ,没有焊接没有焊接 , ,整个整个塔身玲珑

7、隽秀塔身玲珑隽秀, ,从上到下从上到下, ,自自里而外全生铁浇铸里而外全生铁浇铸, ,仅塔刹仅塔刹在在 清代以青铜重清代以青铜重铸铸。第二节 液态金属凝固学的发展 尽管如此，在古代对液态金属的凝固控制只是停留在经验的基础上。l金属凝固理论的发展金属凝固理论的发展 近代凝固理论大约经历了以下几个阶段：近代凝固理论大约经历了以下几个阶段：u2020世纪世纪6060年代前形成了完整的年代前形成了完整的经典凝固理论经典凝固理论， 主要包括：主要包括： 完整晶体生长理论；晶体缺陷生长理论；成分完整晶体生长理论；晶体缺陷生长理论；成分过冷理论；凝固过程扩散场的理论解；两相区流过冷理论；凝固过程扩散场的理论

8、解；两相区流动效应；平方根定律等。动效应；平方根定律等。第二节 液态金属凝固学的发展u2020世纪世纪6060年代后的较长一段时间内，研究的重年代后的较长一段时间内，研究的重点放在点放在经典理论的应用经典理论的应用上。上。 ChalmersChalmers等人提出等人提出“激冷等轴晶游离激冷等轴晶游离”理论，理论， JacksonJackson等人提出等人提出“枝晶熔断枝晶熔断”及及“结晶雨结晶雨”理论，用动态的观点来研究和分析凝固过程，以理论，用动态的观点来研究和分析凝固过程，以此为指导有效地控制了此为指导有效地控制了结晶过程结晶过程和和凝固过程凝固过程。第二节 液态金属凝固学的发展 最新的

9、凝固理论有：最新的凝固理论有：u快速凝固理论快速凝固理论u凝固过程组织形态选择的时间和历史相关性凝固过程组织形态选择的时间和历史相关性u复合材料凝固特性复合材料凝固特性u枝晶间距选择的容许范围等枝晶间距选择的容许范围等第二节 液态金属凝固学的发展l凝固技术的发展凝固技术的发展 在新的凝固理论指引下，凝固技术又有了长足在新的凝固理论指引下，凝固技术又有了长足的进步。典型代表就是的进步。典型代表就是定向凝固技术定向凝固技术、快速凝固快速凝固技术技术和和复合材料复合材料的获得。此外，还有的获得。此外，还有金属半固态金属半固态成形技术成形技术等。等。第二节 液态金属凝固学的发展 铸造高温合金涡轮发动机

10、叶片铸造高温合金涡轮发动机叶片单晶单晶定向凝固柱状晶定向凝固柱状晶等轴多晶体等轴多晶体第二节 液态金属凝固学的发展l计算机的应用计算机的应用 铸件充型凝固过程计算机模拟铸件充型凝固过程计算机模拟仿真仿真技术；技术； 快速成形技术；快速成形技术； 过程和设备运行的计算机控制。过程和设备运行的计算机控制。第二节 液态金属凝固学的发展 充型充型- -凝固过程数值模拟凝固过程数值模拟第二节 液态金属凝固学的发展 温度场模拟温度场模拟第二节 液态金属凝固学的发展 应力场模拟应力场模拟a) b)a) b)应力分布的模拟结果应力分布的模拟结果a)a)原设计方案原设计方案 b) b) 重新设计的方案重新设计的方案 第二节 液态金属凝固学的发展 铸件微观组织模拟铸件微观组织模拟石墨大小分布情况石墨大小分布情况 布氏硬度分布情况布氏硬度分布情况 第二节 液态金属凝固学的发展液态成形液态成形连接成形连接成形铸造铸造 轧制轧制焊接焊接 挤压挤压 第三节 凝固学与材料成形液态成形（铸造）连接成形（焊接）塑性成形（锻造）粉末成形（粉末冶金）切削成形现代材料成形的主要方法： 第三节 凝固学与材料成形将液态金属浇入铸型后，经凝固和冷却获得具有一定形状和性能的铸件和铸锭的加工方法，如前所述，凝固过程对主见的质量起着至关重要的作用。液态成形（铸造）： 第三