材料成形原理课件version1绪论

材料成形理论基础

华中科技大学材料学院教师：吴树森，柳玉起等第一篇液态金属凝固学（SolidificationTheoryofLiquidMetals)Chapter1Introduction1、凝固的研究对象凝固：物质从液态转变成固态的相变过程。凝固现象的广泛性主要研究对象——液体金属1．研究对象自然界的物质通常存在三种状态，即气态、液态和固态。在一定的条件下，物质可以在三种状态之间转变。物质从液态转变成固态的过程就是凝固。这是从宏观上的定义。从微观上看，可以定义为物质原子或分子从较为激烈运动的状态转变为规则排列的状态的过程。液态金属凝固学就是研究液态金属转变成固态金属这一过程的理论和技术。包括定性和定量地研究其内在联系和规律；研究新的凝固技术和工艺以提高金属材料的性能或开发新的金属材料成型工艺。水凝结成雪花晶体*SchematicofthermoplasticInjectionmoldingmachine塑料注射成形后的凝固Fluids5/18液体金属（钢水）浇注后凝固成固体金属2、主要研究（学习）内容（1）液体金属的性质（2）晶体的生核和长大——凝固热力学及动力学（3）凝固过程中的“三传”（4）具体合金的结晶方式——单相结晶、共晶（5）零件的组织控制、缺陷防止

（气孔、夹杂、缩孔、缩松）2.1．理论基础物理化学、金属学、传热学、传质学和动量传输学。2.2．研究内容液态金属的结构和性质、晶体的生核和长大、宏观组织及其控制、凝固缺陷的成因及防止方法.影响液态金属凝固过程的最主要因素是化学成分.不同成分的液态金属具有不同的凝固特性,这是最重要的内在因素.依照相图可对凝固特性进行预测。第二个主要的因素是凝固速度。这是一个重要的外在的工艺因素。它对凝固过程和凝固组织有着举足轻重的影响。液态金属的结构和性质、冶金处理（如孕育、球化、变质等）、外力（如电磁力、离心力、重力等）也能对凝固过程产生重大的影响。3、凝固技术发展历程最古老的艺术、技术之一——冶铸技术合金配制、凝固控制、组织控制3．历史与发展我国冶铸技术已有5000多年的历史。《黄帝本纪》载：“帝采首山铜铸剑，以天文古字铭之”。《史记》曾有此记载：“黄帝作宝鼎三，象天、地、人”。

“禹收九牧贡金，铸九鼎”。禹“以铜为兵，以凿伊阙，通龙门，决江导河，东注入海”开始了铜质工具的应用。《墨子》：“昔者夏后启使蜚廉采金于山川，陶铸于昆吾”。《左传》载宣公三年：“昔夏之有德也，远方图物，贡金九牧，铸鼎象物。……桀有昏德，鼎迁于商。……商纣爆虐，鼎迁于周。……成王定鼎于郏鄏”，《秦本记》载：“西周君走来自归，顿首受罪。……五十二年周民东亡，其器九鼎入秦”。在夏朝已进入青铜器时代。商朝青铜器铸造已很发达。司母戊方鼎是当时最大的青铜器。图案、文字俱全,铸造相当精美。曾候乙青铜器编钟，是距今2400多年前战国初期铸造的。战国时期的《考工记》记载：“金有六齐：六分其金，而锡居其一，谓之钟鼎之齐；五分其金，而锡居其一，谓之斧斤之齐；四分其金，而锡居其一，谓这戈戟之齐；三分其金，而锡居其一，谓之大刃之齐；五分其金，而锡居其二，谓之削杀矢之齐；金，锡半，谓之鉴燧之齐”。是世界上最早的合金配比规律。20世纪60年代后，研究的重点在经典理论的应用，出现了快速凝固、定向凝固、等离子熔化技术、激光表面重熔技术、半固态铸造、扩散铸造。调压铸造等凝固技术和材料成形方法。其后，对凝固过程的认识逐渐从经验主义中摆脱出来。大野笃美提出了晶粒游离和晶粒增殖的理论。通过计算机定量地描述液态金属的凝固过程，对凝固组织和凝固缺陷进行预测，在此基础上，出现了许多新的凝固理论和模型。它们将温度场、应力场、流动场耦合起来进行研究，其结果更接近于实际。国际上已出现了许多商品化的凝固模拟软件，它们在科研和生产中发挥着重要作用。国内紧随其后，研究开发的凝固模拟软件，在科研和实际生产中得到了较广泛的应用。

4。

凝固学与材料成形

液态成型：凝固过程对铸件的质量起着关键的作用。

连接成形：焊接的质量在很大程度上由焊缝的凝固特性来决定，研究焊缝的凝固规律已成为重要的理论课题。

塑性成形与液态金属凝固无直接关系，但有重要的间接关系。凝固组织，特别是凝固过程中形成的夹杂、裂纹、偏析等对塑性成形会造成严重的后果。金属切削成形所用的坯料，都是熔化和凝固后的产品。合理的凝固过程与产品的性能及其使用安全性和寿命是紧密联系在一起的。粉末成形是冶金学的一个分支，粉末是经熔化和凝