金属制品热加工工艺技术

热加工工艺基础1金属材料导论2金属液态成形3金属塑性成形4金属连接成形热加工工艺2.1

金属液态成形基础概述知识点:常用金属材料黑色金属有色金属粉末冶金钢铸钢和铸铁铜及铜合金铝及铝合金硬质合金粉末高速钢什么是金属的液态成形:

即将液态金属浇入与零件形状相适应的铸型空腔中，待其冷却凝固，以获得毛坯或零件的工艺方法,亦称铸造.金属的液态成形的作用:

金属的液态成形是制造毛坯、零件的重要方法之一。按铸型材料的不同，金属液态成形可分为砂型铸造和特种铸造（包括压力铸造、金属型铸造等）.其中砂型铸造是最基本的液态成形方法，所生产的铸件要占铸件总量的80%以上.金属液态成形基础概述2.2 金属液态成形金属的液态成形2.1金属液态成形的铸造基础2.2金属的液态成形工艺2.3液态成形金属件的工艺设计2.4液态金属成形件的结构设计知识点：铸造工艺基础合金的铸造性能性能物液态合金的充型能力铸件的凝固与收缩铸造缺陷分析气孔铸造内应力变形和裂纹缩孔和缩松砂型铸造过程液态成型的优点适于做复杂外形，特别是复杂内腔的毛坯对材料的适应性广，铸件的大小几乎不受限制成本低，原材料来源广泛，价格低廉,一般不需要昂贵的设备是某些塑性很差的材料(如铸铁等)制造其毛坯或零件的唯一成型工艺液态成型优点液态成型的优点工艺过程比较复杂，一些工艺过程还难以控制液态成形零件内部组织的均匀性、致密性一般较差液态成形零件易出现缩孔、缩松、气孔、砂眼、夹渣、夹砂、裂纹等缺陷，产品质量不够稳定由于铸件内部晶粒粗大，组织不均匀，且常伴有缺陷，其力学性能比同类材料的塑性成形低液态成型缺点液态合金的工艺性能液态合金的工艺性能表征为液态合金的铸造性能通常是指合金的流动性、收缩性吸气性及偏析等性能.合金铸造性能是选择铸造金属材料，确定铸件的铸造工艺方案及进行铸件结构设计的依据.合金的充型能力液态金属充满铸型型腔，获得尺寸精确、轮廓清晰的成型件的能力充型能力的概念:充型能力不足浇不足冷隔夹砂气孔夹渣充型能力的决定因数合金的流动性铸型性质浇注条件铸件结构等合金的充型能能力测试合金充型型能力的方法法:如右图,将合金液浇入入铸型中，冷冷凝后测出充充满型腔的式式样长度。浇浇出的试样越越长，合金的的流动性越好好,合金充型能力越好好.几种不同合金金流动性的比比较*铸铁的流动性性*铸钢的流动性性实验证明铸铁铁的流动性好好，铸钢的流流动性差。比较下面几种种合金流动性性能合金流动性对对充型能力的的影响合金流动性的的决定因数合金的种类:合金不同，流流动性不同.化学成分：同种合金中成成分不同的合合金具有不同同的结晶特点点，流动也不不同。结晶特性:恒温下结晶，，流动性较好好；两相区内内结晶，流动动性较差.浇注条件对充充型能力的影影响浇注条件浇注温度充型压力浇注系统浇注温度越高高，液态金属属的粘度越小小，过热度高高，金属液内内含热量多多，保持液态态的时间长，，充型能力力强。液态金属在流流动方向上所所受的压力称称为充型压力力。充型压力力越大,充型能力越强强。浇注系统的结结构越复杂，，则流动阻力越大，充充型能力越差差。铸型充填条件件对充型能力力的影响铸型温度(不能过高)铸型蓄热系数数:即从金属中吸吸取热量并储存的能力力铸型的发气和和透气能力：：浇铸时产生气气体能在金属属液与铸型型间形成气膜膜，减小摩擦擦阻力，有有利于充型。。但发气能力力过强,透气能力又差差时,若浇铸速度太太

快,则型腔中的气气体压力增大大，

充型能能力减弱。铸件结构对充充型能力的影影响折算厚度：折算厚度也叫叫当量厚度或或模数,是铸件体积与与铸件表面积积之比。折算算厚度越大，，热量散失越越慢，充型能能力就越好。。铸件壁厚相相同时，垂直直壁比水平壁壁更容易充填填.(大平面铸件不不易成形).复杂程度：铸件结构越复复杂，流动阻阻力就越大，，铸型的充填填就越困难。。液态金属的凝凝固与收缩铸件的凝固过过程：在铸件的凝固固过程中，其其截面一般存存在三个区域域，即液相区、凝固固区、固相区区。对铸件质量量影响较大的的主要是液相相和固相并存存的凝固区的的宽窄。铸件件的凝固方式式就是依据凝凝固区的宽窄窄来划分的。。凝固方式有：：逐层凝固,糊状凝固,中间凝固.影响凝固的主主要因素*合金的结晶温温度范围：合金的结晶温温度范围越小小，凝固区域域越窄，越趋向于于逐层凝固。。在铁碳合金金中普通灰铸铁为逐层层凝固，高碳碳钢为糊状凝凝固。*铸件的温度度梯度：在合金结晶温温度范围已定定的前提下，，凝固区的宽窄取取决于铸件内内外层之间的的温度差。若铸件内外层层之间的温度度差由小变大大，则其凝固区相应由由宽变窄。合金的收缩合金的收缩的的过程:合金从液态冷冷却至室温的的过程中，其其体积或尺寸寸缩减的现象象。合金的收收缩给液态成成形工艺带来来许多困难，，会造成许多多铸造缺陷。。（如：缩孔孔、缩松、裂裂纹、变形等等）。合金收缩的三三个阶段合金的收缩合金收缩固态合金冷却却液态合金冷却却液态收缩凝固收缩缩孔:恒温下结晶缩松:两相区结晶线形收缩裂纹变形应力影响收缩的因因素铸型条件铸件结构浇注温度化学成分(c含量)合金收缩缩孔与缩松的的形成缩孔的形成:纯金属、共晶晶成分和凝固固温度范围窄窄的合金,浇注后在型腔腔内是由表及及里的逐层凝凝固。在凝固固过程中，如如得不到合金金液的补充，，在铸件最最后凝固的地地方就会产生生缩孔.缩松的形成原原因:铸件最后凝固固的收缩未能能得到补足，，或者结晶温温度范围宽的的合金呈糊状状凝固，凝固固区域较宽宽，液、固两两相共存，树树枝晶发达，，枝晶骨架将将合金液分割割开的小液体体区难以得到到补缩所致。。缩孔易出现的的部位判断缩孔出现现的方法A等温线法B内截圆法消除缩孔和缩缩松的方法定向凝固原则则是铸件让远离离冒口的地方方先凝固，靠靠近冒口的地地方次凝固，，最后才是冒冒口本身凝固固。实现以厚厚补薄，将缩缩孔转移到冒冒口中去。原理合理布置内浇浇道及确定浇浇铸工艺。方法合理应用冒口口、冷铁和补补贴等工艺措措施。解决缩孔的方方法演示：冒口和冷铁定向凝固原则则解决缩孔的方方法演示液态成形内应应力、变形与与裂纹内应力热应力机械应力变形裂纹铸件在凝固和和冷却的过程程中，由于铸铸件的壁厚不不均匀，导致致不同部位不不均衡的收缩缩而引起的应应力。铸件在固态收收缩时，因受受到铸型、型型芯、浇冒口口、砂箱等外外力阻碍而产产生的应力。。残余热应力的的存在，使铸铸件处在一种种非稳定状态态，将自发地地通过铸件的的变形来缓解解其应力，以以回到稳定的的平衡状态。。当热应力大到到一定程度会会导致出现裂裂纹。热应力的形成成过程演示热应力的消除除方法铸件的结构：：铸件各部分分能自由收缩缩工艺方面：采用同时凝固固原则时效处理：人工时效；自自然时效铸件的结构尽尽可能对称铸件的壁厚尽尽可能均匀铸件的变形原原因结论：厚部、心部受受拉应力，出出现内凹变形形。

薄部、、表面受压应应力，出现外外凸变形。铸件的变形的的消除方法防止变形的方方法：与防止应力的的方法基本相相同。带有残残余应力的铸铸件，变形使使残余应力减减小而趋于稳稳定。问题铸造时所受的的应力与变形形情况。分析有长、短短不一的两根根弹簧，将其其固定，使其其达到同等长长度，即其中中一弹簧被拉拉长，另一弹弹簧被压缩，，此时所受的的应力状态？？然后将其固固定约束去掉掉，试分析其其变形趋势？？小结合金工艺性能充型能力凝固方式应力与变形流动性浇注条件铸型条件逐层凝固糊状凝固中间凝固收缩性能液态收缩凝固收缩固态收缩知识点：常用合金铸件的生产铸铁可锻铸铁熔炼铸钢件的热处理铸钢的铸造工艺铸钢的铸造特性铸钢蠕墨铸铁球墨铸铁灰铸铁铸造普通灰铸铁孕育铸铁铸造的工艺特点铸件的生产工工艺铸件的生产工工艺实际生产中，，由于铸铁材材料(包括灰口铸铁铁、可锻铸铁铁、球墨铸铁铁)具有优良的铸铸造性能，且且资源丰富，，冶炼方便，，价格低廉，，铸铁件占液液态成形件中中相当大的份份额。铸铁通常是C%=2.5%~4.0%的铁碳合金。。碳在铁碳合金金中的存在形形式有：渗碳碳体和石墨根根据碳在铁铁碳合金中的的存在形式铸铸铁可以分为为：白口铸铁：灰口铸铁：麻口铸铁普通灰口铸铁铁可锻铸铁球墨铸铁蠕墨铸铁灰口铸铁灰口铸铁可以看成是在在钢的基体上上分布着不同同形态的石墨墨。而石墨的的形态、大小小和分布直接接影响着铸铁铁的性能。根据铸铁中石石墨形态的不不同，灰口铸铸铁可以分为为：普通灰口铸铁铁：石墨呈片状可锻铸铁：石墨呈团絮状状蠕墨铸铁：石墨呈蠕虫状状球墨铸铁：石墨呈球状铸铁的性能铸铁之所以用用得如此广泛泛,是因为石墨的的存在，石墨墨的存在，使使铸铁具有铸铸钢所不具具备的性能。。铸铁的优点良好的铸造性性能，如流动动性好、收缩缩小良好的切削加加工性能；高的耐磨性；；良好的吸振缓缓冲性能；低的缺缺口敏敏感性性能。。石墨形形态对对铸铁铁性能能的影影响石墨片片越圆圆整、、越细细小、、分布布越均均匀对对基体体割裂裂作用用越小小。铸铁的石墨墨化碳以石石墨的的形式式析出出的过过程。。通通常视视石墨墨化过过程充充分与与否，，会得得到不不同基基体的的铸铁铁组织织。铸铁的的基体体通常常有：：*铁素体体灰口口铸铁铁*铁素素体—珠光体体灰口口铸铁铁*珠光光体灰灰口铸铸铁影响石石墨化化的因因素化学成成分化学成成分：：C是形成成石墨墨的元元素Si是促进进形成成石墨墨的元元素通通常C%、Si%越高，，越容容易石石墨化化。影响石石墨化化的因因素冷却速速度冷却速速度：：减小冷冷却速速度可可以促促进石石墨化化，易易得得到粗粗大的的石墨墨片和和铁素素体基基体；；增大大冷却却速度度则阻阻碍石石墨化化，此此时只只有部部分碳碳以细细石墨墨片析析出，，而另另一部部分碳碳则以以渗碳碳体析析出，，得得到铸铸光体体基体体。影响石石墨化化的因因素：：壁厚普通灰灰口铸铸铁件件基体：：F、P、F+P生产：：铁水熔熔炼好好后直直接浇浇铸牌号：：HTXXXHT:表示灰灰口铸铸铁中中文拼拼音的的代号号XXX:三位数数字表表示最最抵抗抗拉强强度(MPa)石墨形形态：：片状问题1）灰口铸铸铁牌牌号为为什么么不用用含碳碳量多多少表表示，，而用用力学学性能能表示示？2）有一铸铸件当当其强强度不不够时时，可可否通通过增增大截截面解解决决？灰口铸铸铁的的孕育处处理提高和和改善善灰口口铸铁铁的性能能的途途径改善基基体组组织改变石石墨形形态、、数量量、大小和和分布布灰口铸铸铁的的孕育育处理理是提提高和和改善善灰口口铸铁铁的性性能的的途径径行之之有效效的方方法。。常用用的孕孕育剂剂是含含Si量为75%的硅铁铁。灰口铸铸铁的的孕育育处理理方法法即将熔熔炼出出的铁铁水在在浇浇铸前前加入入质量量分数数为0.25%~0.60%的孕育育剂，，孕育育剂在在铁水水中形形成大大量弥弥散的的石墨墨结晶晶核心心，使使石墨墨化作作用显显著提提高，，从而而得到到在细细珠光光体上上均匀分分布着着细片片状石石墨的的组织织。灰口铸铸铁的的孕育育处理理选用碳碳、硅硅量低低的铁铁水：：原铁铁水含含碳量量越低低，石石墨越越细小小，铸铸铁的强度度、硬硬度就就越高高。冷却速速度:对其组组织和和性能能影响响较小小。如如下面面的图图：球墨铸铸铁件件的生生产向高温温铁水水中加加入一一定量量的球球化剂剂和孕孕育剂剂，直直接得得到球球状石石墨的的铸造造合金金。球化剂剂：金金属镁镁或稀稀土镁镁孕育剂剂：含含Si量为75%或95%的硅铁铁球墨铸铸铁件件主要特特点：：石墨成成球状状，对对基体体的割割裂作作用已已降到到最低低，力学性性能比比灰铸铸铁有有显著著提高高。可通过过热处处理改改善金金属基基体，，进一一步提提高性性能。。这一一点与与灰铸铸铁不不同。。球墨铸铸铁较较灰铸铸铁易易产生生缩孔孔、缩缩松、、皮下气气孔、、夹渣渣等缺缺陷。。石墨析析出时时，发发生膨膨胀，，应适当当提高高铸型型刚度度。球墨铸铸铁件件生产中中应注注意的的问题题：控制原原铁液液的化化学成成分，，与一一般灰灰铸铁铁基本本相同同；具有高高C高Si,中Mn,低S、P特点。。较高的的铁液液温度度，以以防止止球化化处理理、孕孕育处处理后后铁液液温度度过低低，产产生浇浇不足足等缺缺陷球化处处理、、孕育育处理理。球墨铸铸铁的的牌号号、性性能及及用途途可锻锻铸铸铁铁可锻铸铸铁生产：：将白白口铸铸铁件件经长长时间间的高高温石石墨化化退火火，使使白口口铸铁铁中的的渗碳碳体分分解，，获得得在铁铁素体体或珠珠光体体的基基体分分布着着团絮絮状石石墨的的铸铁铁。黑心可可锻铸铸铁(KTH,铁素体体基体体)珠光体体可锻锻铸铁铁(KTZ)白心可可锻铸铸铁(KTB，很少少用)种类特点：：强度度高σb=300-400Mpa，塑性（δ≤12%）和韧性（（αk≤30J/Cm2)好。石墨化退火火周期长，，40-70h,铸件成本高高。适用于制造造承受震动动和冲击、、形状复杂杂的薄壁小小件。铸钢按化学成分分：铸造碳钢：：以铸造中中碳钢用的的最多；而铸造低碳碳钢和铸造造高碳钢用用的少。铸造合金钢钢：在碳钢钢的基础上上加入少量量的合金元元素，如锰、铬、、钼、钒等等。ZGMn13为铸造耐磨磨钢；ZG1Cr18Ni9为铸造不锈锈钢。按用途分类类：不锈钢耐磨钢……9、静夜四无邻邻，荒居旧业业贫。。12月-2212月-22Wednesday,December28,202210、雨雨中中黄黄叶叶树树，，灯灯下下白白头头人人。。。。21:56:2921:56:2921:5612/28/20229:56:29PM11、以我独沈沈久，愧君君相见频。。。12月-2221:56:3021:56Dec-2228-Dec-2212、故人江海别别，几度隔山山川。。21:56:3021:56:3021:56Wednesday,December28,202213、乍见见翻疑疑梦，，相悲悲各问问年。。。12月月-2212月月-2221:56:3021:56:30December28,202214、他他乡乡生生白白发发，，旧旧国国见见青青山山。。。。28十十二二月月20229:56:30下下午午21:56:3012月月-2215、比不了得就就不比，得不不到的就不要要。。。十二月229:56下下午12月-2221:56December28,202216、行动出成果果，工作出财财富。。2022/12/2821:56:3021:56:3028December202217、做前，能能够环视四四周；做时时，你只能能或者最好好沿着以脚脚为起点的的射线向前前。。9:56:30下下午9:56下下午21:56:3012月-229、没没有有失失败败，，只只有有暂暂时时停停止止成成功功！！。。12月月-2212月月-22Wednesday,December28,202210、很很多多事事情情努努力力了了未未必必有有结结果果，，但但是是不不努努力力却却什什么么改改变变也也没没有有。。。。21:56:3021:56:3021:5612/28/20229:56:30PM11、成功功就是是日复复一日日那一一点点点小小小努力力的积积累。。。12月月-2221:56:3021:56Dec-2228-Dec-2212、世间成事事，不求其其绝对圆满满，留一份份不足，可可得无限完完美。。21:56:3021:56:3021:56Wednesday,December28,202213、不知香香积寺，，数里入入云峰。。。12月-2212月-2221:56:3021:56:30December28,202214、意志坚强的的人能把世界界放在手中像像泥块一样任任意揉捏。28十二月月20229:56:30下午21:56:3012月-2215、楚楚塞塞三三湘湘接接，，荆荆门门九九派派通通。。。。。十二二月月229:56下下午午12月月-2221:56December28,202216、少少年年十十五五二二十十时时，，步步行行夺夺得得胡胡马马骑骑。。。。2022/12/2821:56:3021:56:3028December202217、空山山新雨雨后，，天气气晚来来秋