金属材料成形基础

金属材料成形基础绪论

各种成型工艺方法本身的规律性及其在机械制造中的应用和相互联系；零件的成型工艺过程和结构工艺性；常用工程材料性能对成型工艺的影响；工艺方法的综合比较等。它几乎涉及机器制造中所有工程材料的成型工艺。一、课程性质

金属材料成形基础是一门研究常用工程材料坯件及机器零件成型工艺原理的综合性技术基础学科。它主要研究：二、课程内容毛坯型材零件切削加工装配液态成形（铸造）塑性成形（压力加工）连接成形（焊接）热处理形状、尺寸、性能1.工程材料的主要性能；2.金属的液态成型（铸造生产）；3.金属的塑性成型（压力加工）；4.材料的连接成型（焊接生产）；5.切削加工成型。6.作业本课程内容包括：第一篇工程材料的性质

2.工艺性能第一章材料的主要性能材料的主要性能是指:1.使用性能（1）力学性能（2）物理性能（3）化学性能——加工成形的性能第一节材料的力学性能力学性能——材料在外力作用下所表现出的特性。一、外力作用下材料的变形与失效作用在机件上的外力——载荷FFF=F’

（MPa）外力——内力——应力F’F静载荷动载荷σ=F’

/S（1）弹性变形：

材料受外力作用时产生变形，当外力去除后恢复其原来形状，这种随外力消失而消失的变形，称为弹性变形。1.两种基本变形FFF（2）塑性变形:

材料在外力作用下产生永久的不可恢复的变形，称为塑性变形。FFF2．变形的三个阶段弹性变形3.常见的几种失效形式（1）断裂（2）塑性变形（3）过量弹性变形（4）磨损（5）腐蚀塑性变形断裂拉伸实验kbb—极限载荷点二、材料的力学性能Fee—弹性极限点sS—屈服点K—断裂点拉伸曲线FFL应力—应变曲线缩颈o1．强度：当材料单位面积上所受的应力σe<σ<σs时，只产生微量的塑性变形。当σ>σs时，材料将产生明显的塑性变形。条件屈服强度:σ0.2=F0.2/S0（MPa）材料在外力作用下，抵抗塑性变形和断裂的能力。（1）屈服强度（σS）指材料在外力作用下，产生屈服现象时的应力。σS=Fs/S0（MPa）它表征了材料抵抗微量塑性变形的能力。屈服强度—

是塑性材料选材和评定的依据。kbFes100%0.2%b

σb=Fb/S0（MPa）（2）抗拉强度（σb）抗拉强度是材料在拉断前承受最大载荷时的应力。它表征了材料在拉伸条件下所能承受的最大应力。抗拉强度—是脆性材料选材的依据。2.塑性常用δ和ψ作为衡量塑性的指标。伸长率：材料在外力作用下，产生永久变形而不引起破坏的能力。断面收缩率:FFL良好的塑性是金属材料进行塑性加工的必要条件。3．刚度（E）

在弹性阶段：4．硬度是材料抵抗更硬的物体压入其内的能力。(1)布氏硬度（HB）：

材料在外力作用下抵抗弹性变形的能力称为刚度。E—材料抵抗弹性变形的能力越大。所以：F布氏硬度适用HB<450(2)洛氏硬度（HRC）洛氏硬度一般用于HB>450FFF12001：105．冲击韧性

AK=G（H1–H2）（J）ak=

AK/S（J/m2）

低碳钢：σb≈3.6HB高碳钢：σb≈3.4HB调质合金钢：σb≈3.25HB材料抵抗冲击载荷作用下断裂的能力。

在冲击载荷下工作的零件，很少是受大能量一次冲击而破坏的；往往是受小能量多次重复冲击而破坏的。6．疲劳强度材料在无数次重复或交变载荷作用下不引起破坏的最大应力。—循环基数钢：

受交变载荷作用的零件，在其所受应力远远低于该材料的屈服强度时，会发生突然的断裂。而且是脆性断裂。据统计，约80%的机件失效为疲劳破坏。有色金属：力学性能

b

s强度塑性刚度硬度韧性疲劳强度三、力学性能与失效形式的关系失效形式断裂塑性变形过量弹变磨损三、材料的工艺性能：加工性能第二节材料的物理、化学及工艺性能一、材料的物理性能：比重、密度、熔点、导电性、导热性、磁性、热膨胀系数。二、材料的化学性能：耐酸性、耐碱性、抗氧化性。第一节金属的晶体结构

第二章金属及合金的结晶原子作无序排列；没有固定的熔点；各向同性。所有的金属和合金都是晶体晶格—原子排列形成的空间格子晶胞—组成晶胞最基本的单元晶体：非晶体：原子作有序排列；有固定的熔点；各向异性。Cr、Mo、W、V、-Fe、

-FeCu、Ni、Ag、AuMg、Be、Zn、

-Ti、

-Cr金属的典型晶体结构体心立方晶格：面心立方晶格：密排六方晶格：一、金属的结晶过程1．金属结晶的过冷现象温度℃时间T0TnΔT第二节金属的结晶过程冷却曲线过冷度2．金属的结晶过程结晶形核长大自发形核非自发形核晶粒晶界

金属是由许多大小、形状、晶格排列方向均不相同的晶粒所组成的多晶体。一般金属的晶粒越细小，其力学性能越好。3．细化晶粒的方法1）变质处理2）增大过冷度3）机械的振动和搅拌4）热处理5）压力加工再结晶二、金属的同素异晶转变同素异晶转变—在固态下，随着温度的变化，金属的晶体结构从一种晶格类型转变为另一种晶格类型的过程。L1538℃1394℃912℃

一种金属能以几种晶格类型存在的性质—称为同素异晶性。Fe、Sn、Ti、Mn温度℃时间1538℃1394℃912℃体心面心体心Fe第三节合金的结构合金—以一种金属为基础，加入其它金属或非金属，所形成的具有金属特性的物质。合金是由两种以上的元素组成的。

固态合金的结构是由组元在结晶时彼此之间所起的作用所决定的。合金的结构

机械混合物固溶体金属化合物一、固溶体溶质原子溶入溶剂晶格而仍保持溶剂晶格类型的金属晶体。据溶质原子在溶剂晶格中所占据位置的不同固溶体固溶体的性能特点：具有良好的塑性和韧性，强度、硬度较低。F：σb=250MPaδ=45—50%HB=80置换固溶体间隙固溶体溶质原子溶剂原子溶质原子溶剂原子二、金属化合物

合金各组成元素之间相互作用而生成的一种新的具有金属特性的物质。金属化合物各元素之间呈整数比关系。如：Fe3C、WC、TiC等金属化合物的性能特点：脆性大、硬度高；强度低；塑性、韧性差；高的熔点。Fe3C：HB=800；σb=30MPa；δ≈0%三、机械混合物

合金的组成在固态下既不互相溶解又不形成化合物，而是按一定的重量比混合而成的新物质。

机械混合物既可以是纯金属、固溶体或金属化合物各自的混合物，也可以是它们之间的混合物。性能特点：性能介于各组成物的性能之间。一般具有良好的综合力学性能。P：σb=750MPaδ=25%HB=180-200F：σb=250MPaδ=45—50%HB=80Fe3C：HB=800；σb=30MPa；δ≈0%铁素体—碳（C）溶入α-Fe中所形成的固溶体。

727℃0.02%C

第三章铁碳合金一、铁素体（F）力学性能：σb=250MPaδ=45~50%HB=80二、奥氏体（A）奥氏体—

碳（C）溶入γ-Fe中所形成的固溶体。

1147℃2.06%C、727℃0.77%℃力学性能：σb=250~350MPaδ=40~45%HB=160~200第一节铁碳合金的基本组织四、珠光体（P）力学性能：σb=750MPaδ=25%HB=180-200五、莱氏体（Le）力学性能：σb=30MPaδ=0HB=700

珠光体—是铁素体和渗碳体组成的机械混合物。

727℃0.77%℃莱氏体—是奥氏体和渗碳体组成的机械混合物。1147℃4.3%C

三、渗碳体（Fe3C）渗碳体—是金属化合物。

6.67%C

力学性能：σb=30MPaδ=0HB=800状态图——表示合金系的成分、温度、组织、状态之间关系的图表。第二节铁碳合金状态图一、什么是状态图温度℃时间1538℃1394℃912℃体心面心体心1538℃1394℃912℃温度℃成分

二、状态图的作用是研究合金的成分、温度、组织、状态之间变化规律的工具。

AESPQGKD4.32.060.770.02C%1147℃1538℃727℃PLAF三、铁碳合金状态图温度℃912℃CFe3C6.67FA—纯铁的熔点。D—Fe3C的熔点。

1.状态图上点的意义E—C在γ-Fe中的最大溶解度点。1147℃2.06%C钢和铁的分界点。LeC—共晶点，1147℃4.3%C

共晶点—发生共晶反应的点。

共晶反应—在一定的温度下，由一定成分的液体同时结晶出一定成分的两个固相的反应。

共晶反应的产物——共晶体——机械混合物

L（4.3%C）A（2.06%C）+Fe3C（6.67%C）1147℃Le

G—纯铁的同素异晶转变点。

912℃

P—C在α-Fe中的最大溶解度点。727℃0.02%C

S—共析点。727℃0.77%℃共析点—发生共析反应的点。

共析反应—在一定的温度下，由一定成分的固相同时结晶出一定成分的另外两个固相的反应。

共析反应的产物—共析体—机械混合物

A（0.77%C）F（0.002%C）+Fe3C（6.67%C）727℃P2.状态图上线的意义AESPQGKD4.32.060.770.02C%1147℃1538℃Le727℃PLAF温度℃912℃CFe3C6.67FAECF线—固相线

ACD线—液相线AE—A析出终了线ECF—共晶线

1147℃AC—析出ACD—析出Fe3CAL+Fe3CL+Fe3CⅡF+AA+A+LeLe+

Fe3CES线—C在γ-Fe中的溶解度曲线。析出二次Fe3CⅡ（1）

单相区：L、F、A、Fe3C（2）

两相区：L+A、L+Fe3C、A+F、F+Fe3C（3）

三相区：L+A+Fe3C、A+F+Fe3CGS线—溶解度曲线A—FGP线—F析出终了线。PSK线—共析线727℃PQ线—碳在α-Fe中的溶解度曲线。ESQGKD4.32.060.770.02C%1147℃1538℃727℃PLAF温度℃912℃CFe3C6.67APLeFAL+Fe3CⅠL+Fe3CⅡF+A①②③④⑤⑥1111112222223333334441L1L1L1L1L1LAAAAA+L+L+L+L+A+A+LeP+FPF+PP+Fe3CP+Fe3CP+Fe3C+Le’A+Le+4233332222AAAFFe3CLeLe’Le’L+Fe3CFe3CFe3C+Fe3C+Le’P+Fe3C+Le’2LeFe3C+Le’Fe3C+Le231LAAL+P1LAAL+A+P+F432F41LL+A+P+Fe3C23AAFe3C1L2LeLe’1LA+L+LeP+Fe3C+Le’A+Le+32AFe3C31L2L+Fe3CFe3C+Fe3C+Le’Le1．钢2．生铁共析钢:亚共析钢:过共析钢:

共晶生铁:亚共晶生铁:过共晶生铁:四、铁碳合金的结晶过程及组织转变

五．含碳量对铁碳合金组织和性能的影响FF+PPP+Fe3CP+Fe3C+Le’Le’Le’+Fe3CC%00.772.064.36.670.02FPLe’Fe3CⅠFe3CⅡ0.9~1.0HB

C%HB

1．选择材料2．确定各种工艺参数六．状态图的作用第二节

钢的分类和应用1．按化学成分分类一、钢的分类（1）低合金钢Me<5%（2）中合金钢Me=5-10%（3）高合金钢Me>10%1）碳素钢2）合金钢（1）低碳钢C<0.25%（2）中碳钢C=0.25-0.6%（3）高碳钢C>0.6%2.按质量分类

P、S<0.030%1）普通钢2）优质钢3）高级优质钢：S：使合金产生热裂、热脆缺陷P：使合金产生冷裂、冷脆缺陷P<0.045%S<0.055%P<0.040%S<0.045%（1）平炉钢（2）转炉钢（3）电炉钢3．按用途分弹簧钢、轴承钢、耐热钢、耐蚀钢等。1）结构钢2）工具钢

3）特殊性能钢:（1）工程结构钢（2）机械制造用钢（1）碳素工具钢（2）合金工具钢4．按冶炼方法二、钢的编号及应用

碳素结构钢的钢号用屈服强度表示。这类钢主要用于制造一般的机械零件和工程构件。

1．结构钢Q195（0.06-0.12%C）、Q215（0.09-0.15%C）、Q235（A（0.14-0.22%C）、B（0.12-0.20%C））、Q255（0.18-0.28%C）、Q275（0.28-0.38%C）

Q195屈σs1）（普通）碳素结构钢2）优质碳素结构钢08、10、15—冲压件、焊接件。15、20、25—渗碳淬火。30、35、40、45、50、55—调质处理。制造齿轮、连杆、凸轮和轴类零件。60、65、70—淬火+中温回火，制造弹簧。

这类钢的有害杂质P、S含量较低，钢的质量较好，主要用于制造各种较重要的机械零件。钢号用两位数字表示，数字表示含碳量的万分之几。45—表示含碳量是万分之45（0.45%）低合金高强度结构钢是在低碳钢的基础上加入少量合金元素制得，其合金因素总量不超过5%，以Mn为主要合金因素。这类钢一般在热轧或正火状态下使用，不需再进行热处理。广泛用于建筑、石油、化工、铁道、桥梁、造船等工业部门。

牌号有Q295、Q345、Q4603）合金结构钢合金结构钢种类繁多，其钢号的表示方法为：两为数字+元素符号+数字。如：40Cr2Mo4V、60Si2Mn、38CrMoAl①低合金高强度结构钢

滚动轴承钢是制造滚动轴承的内、外套圈和滚珠、滚柱的专用钢种。常用牌号有GCr9、GCr15等，含碳在0.95%-1.1%，合金元素主要是铬。

含0.90-1.25%Cr、1.4-1.65%Cr。用于制造各种机械零件的合金结构钢。又可分为：合金渗碳钢：20Cr、20CrMnTi、18Cr2Ni4WA合金调质钢：40Cr、40MnB、38CrMoAl合金弹簧钢：60Si2Mn、50CrVA②机械结构用合金钢③滚动轴承钢其牌号表示方法是：一位数字（或无数字）+元素符号+数字。如：9SiCr、W18Cr4V、5CrNiMo等。合金工具钢又可分为合金刃具钢、合金模具钢、和合金量具钢。2．工具钢1）碳素工具碳素工具钢含碳量为0.65-1.35%，可制造低速切削的刀具和普通模具、量具。常用牌号有T7、T8、T8Mn、T9、T10A、T11、T12A、T13等。2）合金工具钢①合金刃具钢

指用于制造各种刀具的钢材。含碳量为0.75-1.50%，典型牌号为9SiCr、W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2。④塑料模具钢③合金量具钢

在生产中常用的量具有钢板尺、游标卡尺、卡规、千分尺、塞规、块规等。T10A、T12A、CrWMn、GCr15②合金模具钢模具钢是指用于制造各种模具的钢材。冷做模具钢如：冲压模、拉拔模等。典型牌号为Cr12、Cr12MoV。热做模具钢如：热锻模、热挤压模、压铸模等。典型牌号为5CrMnMo、5CrNiMo。是指在一定范围内具有特殊磁、电、弹性、膨胀等物理性能的钢。包括软磁钢、永磁钢、无磁钢、特殊弹性钢、特殊膨胀钢、高电阻钢和合金等。3．特殊性能钢1）不锈、耐蚀和耐热钢①不锈、耐蚀钢不锈钢是指在水、空气、酸、碱或其它介质中，具有较强抵抗腐蚀能力的钢。其含碳量低，主加合金元素为Cr、Ni。常用牌号有：1Cr13、7Cr17、1Cr17、1Cr18Ni9、0Ci19Ni9、1Cr17Mo等。②耐热钢在高温下具有良好的抗氧化性和热强性钢，耐热钢可分为马氏体型、奥氏体型和铁素体型等几种，分别适合于在600以下、700-700、接近1000的高温状态下工作。典型牌号有：1Cr13、4Cr9Si2、4Cr14Ni14W2Mo、1CR17。2）特殊物理性能钢第二篇金属液态成型一、什么是液态成型（铸造生产）

将液态金属浇注到与零件形状相适应的铸型型腔中，待其冷却凝固，以获得毛坯或零件的生产方法。零件图铸造工艺图铸型型芯芯盒

芯砂型砂模型熔化合箱落砂、清理检验铸件二、砂型铸造的工艺过程浇注冷却凝固（1）材料来源广；（2）废品可重熔；（3）设备投资低。

三、铸造生产的特点1．可生产形状任意复杂的制件，特别是内腔形状复杂的制件。如汽缸体、汽缸盖、蜗轮叶片、床身件等。（1）合金种类不受限制；（2）铸件大小几乎不受限制。2．适应性强：

3．成本低：

4．废品率高、表面质量较低、劳动条件差。第一章金属液态成型工艺基础充型能力不足时，会产生浇不足、冷隔、夹渣、气孔等缺陷。

一、液态合金的流动性合金的流动性是：液态合金本身的流动能力。充型——液态合金填充铸型的过程。充型能力——液体金属充满铸型型腔，获得尺寸精确、轮廓清晰的成形件的能力。§1-1液态金属的充型能力与流动性0.45%C铸钢：200出气口浇口杯4.3%C铸铁：1800出气口浇口杯PbSb20406080204060800流动性（cm）100200300温度（℃）0合金流动性主要取决于合金化学成分所决定的结晶特点

a）在恒温下凝固b）在一定温度范围内凝固PbSb20406080204060800流动性（cm）100200300温度（℃）0（3）浇注系统的的结构

浇注系统的结构越复杂，流动阻力越大，充型能力越差。

二、浇注条件三、铸型充填条件（1）铸型的蓄热系数

铸型的蓄热系数表示铸型从其中的金属吸取热量并储存在本身的能力。（1）浇注温度

一般T浇越高，液态金属的充型能力越强。（2）充型压力

液态金属在流动方向上所受的压力越大，充型能力越强。（2）铸型温度

铸型温度越高，液态金属与铸型的温差越小，充型能力越强。（3）铸型中的气体（2）铸件复杂程度

铸件结构复杂，流动阻力大，铸型的充填就困难。四、铸件结构（1）折算厚度

折算厚度也叫当量厚度或模数，为铸件体积与表面积之比。折算厚度大，热量散失慢，充型能力就好。铸件壁厚相同时，垂直壁比水平壁更容易充填。

§1-2液态金属的凝固与收缩一、铸件的凝固方式

1.逐层凝固2.糊状凝固

3.中间凝固

影响铸件凝固方式的主要因素：（1）合金的结晶温度范围

合金的结晶温度范围愈小，凝固区域愈窄，愈倾向于逐层凝固

。表层中心t铸件固相线液相线成分温度表层中心t铸件液固液表层中心St铸件温度液相线固凝固区（2）铸件的温度梯度

在合金结晶温度范围已定的前提下，凝固区域的宽窄取决与铸件内外层之间的温度差。若铸件内外层之间的温度差由小变大，则其对应的凝固区由宽变窄。表层中心St铸件温度成分温度S1T1T2二、合金的收缩1.收缩的概念T浇T液T固T室合金的收缩经历如下三个阶段：（1）液态收缩

从浇注温度到凝固开始温度之间的收缩。T浇

—T液体收缩率是铸件产生缩孔或缩松的根本原因。体收缩率：线收缩率：线收缩率是铸件产生应力、变形、裂纹的根本原因。（3）

固态收缩

从凝固终止温度到室温间的收缩。

T固

—T室（2）

凝固收缩

从凝固开始到凝固终止温度间的收缩。

T液

—T固2.缩孔与缩松

液态合金在冷凝过程中，若其液态收缩和凝固收缩所缩减的容积得不到补充，则在铸件最后凝固的部位形成一些孔洞。大而集中的称为缩孔，细小而分散的称为缩松。1)缩孔和缩松的形成2)缩孔和缩松的防止

防止缩孔和缩松常用的工艺措施就是控制铸件的凝固次序，使铸件实现“顺序凝固”。暗冒口冒口—储存补缩用金属液的空腔。顺序凝固—铸件按照一定的次序逐渐凝固。冷铁热节寻找热节的方法等温线法内切圆法冷铁同时凝固—整个铸件几乎同时凝固。§1-3液态成形内应力、变形与裂纹

一、液态成形内应力

铸件在凝固以后的继续冷却过程中，其固态收缩受到阻碍，铸件内部即将产生内应力。

1.机械应力（收缩应力）

合金的线收缩受到铸型、型芯、浇冒系统的机械阻碍而形成的内应力。机械应力是暂时应力。上型下型2．热应力

热应力是由于铸件壁厚不均匀，各部分冷却速度不同，以致在同一时期内铸件各部分收缩不一致而引起的应力。

tT12t0t1t2t3THT临T室t0~t1:塑性状态弹性状态12+-12t1~t2：t2~t3：+-1212-+12

热应力使铸件的厚壁或心部受拉伸，薄壁或表层受压缩。

热应力是永久应力。二、铸件的变形与防止

+-反变形法防止变形的方法：1）使铸件壁厚尽可能均匀；2）采用同时凝固的原则；3）采用反变形法。三、铸件的裂纹与防止

1．热裂

热裂的形状特征是：裂纹短、缝隙宽、形状曲折、缝内呈氧化色。热裂的防止：①应尽量选择凝固温度范围小，热裂倾向小的合金。②应提高铸型和型芯的退让性，以减小机械应力。③对于铸钢件和铸铁件，必须严格控制硫的含量，防止热脆性。

2．冷裂

冷裂的特征是：裂纹细小，呈连续直线状，缝内有金属光泽或轻微氧化色。

冷裂的防止：1）使铸件壁厚尽可能均匀；2）采用同时凝固的原则；3）对于铸钢件和铸铁件，必须严格控制磷的含量，防止冷脆性。

§1-4液态成形件的质量与控制

常见铸件缺陷及特征

名称特征名称特征气孔主要为梨形、圆形、椭圆形的孔洞，表面较光滑，一般不在铸件表面露出，大孔独立存在，小孔则成群出现。缩孔缩松1．缩孔：形状为不规则的封闭或敞露的空洞，孔壁粗糙并带有枝状晶，常出现在铸件最后凝固部位。2．所松：铸件断面上出现的分散而细小的缩孔。粘砂铸件的部分或整个表面粘附着一层金属和砂粒的机械混和物，多发生在铸件厚壁和热节处。裂纹1．热裂：断面严重氧化，无金属光泽，断口沿晶界产生和发展，外形曲折而不规则的裂纹。2．冷裂：穿过晶体而不沿晶界断裂，断口有金属光泽或有轻微氧化色。夹砂铸件表面上有凸起的金属片状物，表面粗糙，边角锐利，有小部分与铸件本体相连。化学成分及力学性能不合格铸件的化学成分和硬度、强度、伸长率、冲击韧度、耐热、耐蚀及耐磨等性能不符合技术条件要求。白口灰铸铁件断面全部或表面出现亮白色组织，常在铸件薄的断面，棱角及边缘部分。

铸件缺陷的产生与铸造工艺、造型材料、模具、合金的熔炼与浇注、铸造合金的选择、铸件结构设计、技术要求的设计是否合理等各个环节密切相关。因此，应从以下几个方面控制铸件质量：1．合理选定铸造合金和铸件结构2．合理制定铸件的技术要求具有缺陷的铸件并不都是废品，在合格铸件中，允许存在那些缺陷及其存在的程度，应在零件图或有关的技术文件中做出具体规定，作为铸件质量要求的依据。3．铸件质量检验铸件质量检验是控制铸件质量的重要措施。铸件检验的项目有：铸件外观质量，包括铸件表面缺陷、表面粗糙度、重量公差和尺寸公差等；铸件内在质量，包括铸件内部缺陷、化学成分、金相组织和材质性能等；铸件使用性能，包括铸件在强力、高速、耐蚀、耐热、耐低温等不同条件下的工作能力。铸件质量检验最常用的是宏观法。它是通过肉眼观察（或借助尖咀锤）找出铸件的表面缺陷和皮下缺陷，如气孔、砂眼、夹渣、粘砂、缩孔、浇不到、冷隔、尺寸误差等。对于内部缺陷则要用仪器检验，如着色渗透检验、超声波探伤、射线探伤、磁粉探伤、荧光探伤、耐压试验等。此外，若有必要还应对铸件进行解剖检验、金相检验、力学性能检验和化学成分分析等。第二章常用液态成形合金及其熔炼

§2-1铸铁件生产

铸铁是含碳量大于2.11%（通常为2.5%-4.0%）的铁碳合金。3．麻口铸铁：

组织中既存在石墨、又有莱氏体，是白口和灰口之间的过渡组织，因断口处有黑白相间的麻点，故而得名。根据碳在铸铁中存在形式的不同，铸铁可分为：1.白口铸铁：碳全部以Fe3C的形式存在，断口呈银色。由于白口铸铁具有良好的耐磨性，所以有时也用来制造一些耐磨件，如轧辊、粉碎机锤头、衬板、球磨机磨球和犁铧等。2．灰口铸铁：碳大部或全部以石墨形式存在，断口呈暗灰色。4．蠕墨铸铁：其石墨呈蠕虫状。如图d所示。

abcd根据铸铁中石墨形态的不同，灰口铸铁又可分为：1．普通灰口铸铁：简称灰口铸铁，其石墨呈片状。如图a所示。2．可锻铸铁：其石墨呈团絮状。如图b所示。3．球墨铸铁：其石墨呈球状。如图c所示。一、影响铸铁组织和性能的因素

1、化学成分

碳是形成石墨的元素，也是促进石墨化的素。含碳愈高，析出的石墨愈多、石墨片愈粗大。

硅是强烈促进石墨化的元素，随着含硅量的增加，石墨显着增多。所以：当铸铁中碳、硅含量均高

时，析出的石墨就愈多、愈粗大，而金属基体中铁素体增多，珠光体减少。

铸铁中的碳可以以化合态渗碳体和游离态石墨两种形式存在。碳以石墨形式析出的现象称为石墨化。1）碳和硅3）锰所以：硫含量限制在0.1-0.15%以下，高强度铸铁则应更低。

使铸铁铸造性能恶化（如降低流动性，增大收率）。锰是弱阻碍石墨化元素，具有稳定珠光体，提高铸铁强度和硬度的作用。MnS一般控制在0.6~1.2%之间4）磷磷对铸铁的石墨化影响不显着。含磷过高将增加铸铁的冷脆性。限制在0.5%以下，高强度铸铁则限制在0.2~0.3%以下。2）硫硫是强烈阻碍石墨化元素。硫量高易促使碳以Fe3C

白口组织；硫量高

热脆性；2．冷却速度在实际生产中，一般是根据铸件的壁厚（主要部位的壁厚），选择适当的化学成分（主要指碳、硅），以获得所需要的组织。由此可知：随着壁厚的增加，石墨片的数量和尺寸都增大，铸铁强度、硬度反而下降。这一现象称为壁厚（对力学性能的）敏感性。1）铸型材料2）铸件壁厚

铸件壁愈厚，冷却速度愈慢，则石墨化倾向愈大，愈易得到粗大的石墨片和铁素体基体。铸铁壁厚（mm）102030405060704.05.06.07.0（wC+wSi）%白口铸铁麻口铸铁灰口铸铁白口铸铁：灰口铸铁：麻口铸铁：珠光体灰口铸铁珠光体+铁素体灰口铸铁铁素体灰口铸铁P+Fe3C+LeP+Fe3C+G+Le珠光体灰口铸铁：铁素体灰口铸铁：珠光体+铁素体灰口铸铁：P+G片P+F+G片F+G片二、灰口铸铁

（一）灰口铸铁的化学成分、组织和性能

1．灰口铸铁的化学成分与组织

灰口铸铁的化学成分一般为：2.6~3.6%C，1.2~3.0%Si，0.4~1.2Mn，S≤0.15%，P≤0.3%。

1)铁素体灰口铸铁（F+G片）：这种铸铁抗拉强度和硬度低，易加工，铸造性能好。常用来制造性能要求不高的铸件和一些薄壁件。2)铁素体-珠光体灰口铸铁（F+P+G片）：此种铸铁强度亦较低，但可满足一般机件要求，且其铸造性能、切削加工性能和减振性较好，因此应用较广。3)珠光体灰口铸铁（P+G片）：这种铸铁强度和硬度较高，主要用来制造较为重要的机件。2．灰口铸铁的性能

2）良好的减振性3）良好的耐磨性4）低的缺口敏感性1）力学性能：σb=120-250Mpa，仅为钢件的20-30%，

δ≈0（二）灰口铸铁的孕育处理

灰口铸铁的组织和性能，很大程度上取决于石墨的数量、大小和形态。

差05015050100100150150表面表面中心160140170180硬度HB孕育处理—熔炼出相当于白口或麻口组织的低碳、低硅的高温铁水，向铁水中冲入细颗粒的孕育剂，孕育剂在铁水中形成大量弥散的石墨结晶核心，使石墨化作用骤然提高，从而得到在细晶粒珠光体上均匀的分布着细片状石墨的组织。

孕育铸铁：P细+G细片σb=250-400Mpa，HB=170-270，δ≈0冷却速度对其组织和性能的影响很小。常用的孕育剂为含硅75%的硅铁，加入量为铁水重量的0.25-0.6%。孕育铸铁适用于静载荷下，要求较高强度、硬度、耐磨性或气密性的铸件，特别是厚大截面铸件。如重型机床床身，汽缸体、缸套及液压件等。必须指出：①孕育铸铁原铁水的碳、硅含量不能太高；②原铁水出炉温度不应低于1400℃；③经孕育处理后的铁水必须尽快浇注，以防止孕育作用衰退。（三）灰口铸铁的工艺性能3．锻造性和焊接性差。1．良好的铸造性能。良好的流动性、小的收缩率。2．良好的切削加工性能。2．灰口铸铁的牌号选用灰口铸铁的牌号用汉语拼音“HT”和一组数字表示，数字表示其最低抗拉强度σb

（Mpa）。1．灰口铸铁件的生产特点1）灰口铸铁一般在冲天炉中熔炼，成本低廉；2）具有良好的铸造性能。3）灰口铸铁一般不通过热处理来提高其性能。（四）灰口铸铁生产特点及牌号选用灰铁

牌号组织用途举例HT100F+G片盖、外罩、油盘、手轮、支架、底板、镶导轨的机床底座等对强度无要求的零件HT150F+P+G片底座、床身、与HT200相配的溜板、工作台；泵壳、容器、法兰盘;工作压力不太大的管件HT200F+P+G片要求高的强度和一定耐蚀能力的泵壳、容器、塔器、法兰、硝化塔机床床身、立柱、平尺、划线平板、汽缸、齿轮、活塞、刹车轮、联轴器盘、水平仪框架压力为80Mpa以下的油缸、泵体、阀门HT250P+G片HT300P细+G细片床身导轨、车床、冲床等受力较大的床身、机座、主轴箱、卡盘、齿轮、高压油缸、水缸、泵体、阀门、衬套、凸轮、大型发动机曲轴、气缸体、气缸盖；冷镦模、冷冲模HT350P细+G细片三、可锻铸铁

（一）可锻铸铁的组织、性能、牌号及选用

1．可锻铸铁的组织、性能、牌号及选用具有良好的塑性和韧性，耐蚀性较高，适于制造承受振动和冲击、形状复杂的薄壁小件，如汽车拖拉机的底盘类零件、各种水管接头、农机件等。其强度、硬度、耐磨性优良，并可通过淬火、调质等热处理强化。可取代锻钢制造小型连杆、曲轴等重要件。1）铁素体（黑心）可锻铸铁（F+G团）：2）珠光体（P+G团）：2．可锻铸铁的牌号

可锻铸铁的牌号用汉语拼音和两组数字表示，第一组数字表示其最低抗拉强度σb

（Mpa），第二组数字表示其最低伸长率δ。KTH300—06

KTZ450—06

可铁黑可铁珠σbδσbδ牌号组织用途举例KTH300—06F+G团三通、管件、中压阀门KTH330—08F+G团输电线路件、汽车、拖拉机的前后轮壳、差速器壳、转向节壳、制动器；农机件及冷暖器接头等。KTH350—10F+G团KTH370—12F+G团KTZ450—06P+G团曲轴、凸轮轴、连杆、齿轮、摇臂、活塞环、轴套、犁片、耙片、闸、万向接头、棘轮、扳手、传动链条、矿车轮KTZ550—04P+G团KTZ650—02P+G团KTZ700—02P+G团（二）可锻铸铁的生产特点

1.铸出白口坯料

1）碳、硅含量要低。通常为2.4~2.8%C，0.4~1.4%Si。2）冷却速度要快。2.石墨化退火

920℃-980℃720℃650℃Fe3C

A+G团PF+G团P+G团F+G团℃t石墨化退火的总周期一般为40~70小时高温阶段的石墨化退火时间需10-20小时四、球墨铸铁

1．球墨铸铁的组织、性能、牌号及用途1）珠光体球墨铸铁（P+F少+G球）

正火其性能特点是：a）强度高。特别是屈服强度高，屈、强比（σ0.2/σb≈0.7～0.8）高于45号钢（σ0.2/σb≈0.6)。b）疲劳强度较高c）硬度和耐磨性远比高强度灰铸铁高因此，珠光体球墨铸铁可代替碳钢制造某些受较大交变负荷的重要件，如曲轴、连杆、凸轮、蜗杆等。σb=600~800MPa;δ=2%我国主要用于代替可锻铸铁制造汽车、拖拉机底盘类零件，如后桥壳等。国外则大量用于铸管，如上、下水管道及输气管道等。2）铁素体球墨铸铁（F+P少+G球）退火其性能特点：σb=450~500MPa;δ=17%球墨铸铁的牌号用汉语拼音“QT”和两组数字表示，两组数字分别表示最低抗拉强度和伸长率。球铁牌号组织用途举例QT400—17F+G球汽车、拖拉机底盘类零件，轮毂、驱动桥壳、差速器壳、拨叉、中低压阀门、管道。QT420—10F+G球QT500—05F+P+G球机座、传动轴、机车护瓦等。QT600—02P+G球曲轴、凸轮轴、连杆、齿轮、摇臂、活塞环、轴套、汽缸套、机床蜗轮、蜗杆等QT700—02P+G球QT800—02P+G球QT1200—01B下+G球汽车后桥螺旋锥齿轮、大减速器齿轮、曲轴、凸轮等2．球墨铸铁的生产

1）控制原铁水化学成分

2）较高的铁水温度

3）球化处理和孕育处理

出炉温度应高于1400℃。a）应严格控制S≤0.07%、P≤0.1%。b）适当提高含碳量（3.6～4.0%C），以改善铸造性能。稀土镁合金球化剂加入量一般为铁水重量的1.0-1.6%。

球化剂的作用：促使石墨在结晶时呈球状析出。

a）球化处理常用的孕育剂为含硅75%的硅铁，加入量为铁水重量的0.4-1.0%。b）孕育处理孕育剂的作用：促进铸铁石墨化，防止球化元素所造成的白口倾向。球化处理工艺有冲入法和型内球化法。铁水合金球化剂硅铁粉铁水包出铁槽草木灰反应室铸件冒口积渣包4）球墨铸铁的热处理退火、正火及其它热处理（淬火、回火等）。五、蠕墨铸铁蠕墨铸铁的性能特点：（1）力学性能（强度和韧性）比灰铸铁高，与铁素体球墨铸铁相近。（2）壁厚敏感性比灰铸铁小得多。（3）导热性和耐疲劳性比球墨铸铁高得多，与灰口铸铁相近。（4）耐磨性比灰口铸铁好，为HT300的2.2倍以上。蠕墨铸铁主要用来代替高强度灰铸铁、合金铸铁、铁素体球墨铸铁和铁素体可锻铸铁生产复杂的大型铸件。如大型柴油机机体、大型机床立柱等，更适合制造在热循环作用下工作的零件，如大型柴油机汽缸盖、排汽管、制动盘、钢锭模及金属型等（6）工艺性能良好，铸造性能近于灰口铸铁，切削加工性能近于球墨铸铁。（5）减振性比球墨铸铁高，但比灰口铸铁低。牌号组织用途举例RT260F+G蠕汽车、拖拉机底盘类零件、驱动桥壳、阀体等RT300F+P+G蠕排气管、变速箱体、汽缸盖、纺织零件、液压件等RT340F+P+G蠕重型机床件、大型齿轮箱体、盖、刹车鼓、玻璃模具、飞轮等RT380P+G蠕活塞环、气缸套、制动盘、玻璃模具、刹车鼓、钢珠研磨盘吸泥泵体等RT420P+G蠕§2-2铸钢件生产

一、铸钢的分类、性能、牌号及应用1．碳素钢2．合金钢1）低碳钢2）中碳钢3）高碳钢C<0.25%C=0.25~0.45%C=0.50~0.601）低合金钢2）高合金钢Me<5%Me>5%Mn13铸造性能差、应用较少。铸造性能较好、应用广泛。铸造性能差、应用较少。钢号旧钢号化学成分的质量分数（%）用途举例CSiMnP、S≤ZG200~400ZG150.200.500.800.04用于受力不大、要求韧性高的各种机械零件，如机座、箱体等ZG230~450ZG250.300.500.900.04用于受力不大、要求韧性较高的各种机械零件，如外壳、轴承盖、阀体、砧座等ZG270~500ZG350.400.500.900.04用于轧钢机机架、轴承座、连杆、曲轴、缸体、箱体等ZG310~570ZG450.500.600.900.04用于负荷较高的零件，如大齿轮、缸体、制动轮、棍子等ZG340~640ZG550.600.600.900.04用于齿轮、棘轮、联接器、叉头等二、铸钢的熔铸工艺特点

1.铸钢的铸造性能差流动性差、收缩大。1）铸件要安放冒口和冷铁；2）必须严格控制浇注温度；3）铸件的壁不能太薄；2.铸钢的热处理退火：C0.35%正火：C0.35%3.铸钢的熔炼电炉§2-3铸造有色合金一、铸造铜合金1．铸造黄铜

2．铸造青铜

(Cu-Zn)铸造黄铜有相当高的力学性能，如σb=250~450Mpa，δ=7~30%，HBS=60~120。因其含铜量低，价格低于铸造青铜，而且它的凝固温度范围小，有优良的铸造性能。所以铸造黄铜常用于生产重载低速下或一般用途下的轴承、衬套、齿轮等耐磨件和阀门及大型螺旋桨等耐蚀件等。青铜是指除了铜锌合金以外的其它铜合金。铸造锡青铜的力学性能虽低于黄铜，但其耐磨、耐蚀性优于黄铜，锡青铜特别适合制造高速滑动轴承和衬套。除锡青铜外，还有铝青铜、铅青铜、铍青铜等，其中铝青铜有优良的力学性能和耐磨、耐蚀性，但铸造性能较差，仅用于重要用途的耐磨、耐蚀件。二、铸造铝合金1．铝硅合金（Al-Si）铝硅合金流动性好、线收缩率低、热裂倾向小、气密性好，又有足够的强度，所以应用最广。常用于制造形状复杂的薄壁件或气密性要求较高的铸件，如内燃机缸体、化油器、仪表外壳等。2．铝铜合金（Al-Cu）3．铝镁合金（Al-Mg）4．铝锌合金（Al-Zn）铝铜合金的铸造性能差，热裂倾向大、气密性和耐蚀性较差，但耐热性较好，主要用于制造活塞、汽缸头等。铝镁合金是所有铝合金中比强度最高的，主要用于航天、航空或长期在大气、海水中工作的零件等。

第三章液态金属的成形工艺方法§3-1砂型铸造成形工艺一、手工造型二、机器造型

适用于单件、小批量生产1)生产效率高;2)铸型质量好（紧实度高而均匀、型腔轮廓清晰）;3)设备和工艺装备费用高，生产准备时间较长。适用于中、小型铸件的成批、大批量生产。1．机器造型的造型方法：1）振击压实2）汽动微振压实3）高压造型4）抛砂紧实1）射芯机2）壳芯机2．机器造型的造芯方法：

§3-2金属型铸造成形工艺

液态金属浇入金属型铸件获得一、金属型的材料及结构材料一般采用铸铁，要求较高时，可选用碳钢或低合金钢。金属型的结构有水平分型式、垂直分型式和复合分型式等。二、金属型的铸造工艺

1．加强金属型的排气2．在金属型的工作表面上喷刷涂料3．预热金属型并控制其温度4．及时开型三、金属型铸造的特点及适用范围1．金属型铸件冷却速度快，组织致密，力学性能高。

2．铸件的尺寸精度和表面质量均优于砂型铸造件。尺寸精度达IT12~IT14，Ra值平均可达6.3~12.5μm。

3．生产率高，劳动条件得到改善。4．金属型不透气、无退让性、铸件冷却速度快，易产生

气孔、应力、裂纹、浇不到、冷隔、白口等铸造缺陷。应用：主要用于铜、铝、镁等有色合金铸件的大批量生产。§3-3熔模铸造成形工艺在易熔模样表面包覆若干层耐火材料，待其硬化干燥后，将模样熔去制成中空型壳，经浇注而获得铸件的一种成形工艺方法。

一、熔模铸造的工艺过程母模压型蜡模组结壳脱蜡单个蜡模焙烧、浇注二、熔模铸造的特点和适用范围1．铸件的精度和表面质量较高，公差等级可达IT11~IT13，表面粗糙度Ra值达1.6~12.5μm。

2．合金种类不受限制，尤其适用于高熔点及难加工的高合金钢，如耐热合金、不锈钢、磁钢等。

3．可铸出形状较复杂的铸件，如铸件上宽度大于3mm的凹槽、直径大于2mm的小孔均可直接铸出。

4．生产批量不受限制，单件、成批、大量生产均可适用。

5．工艺过程较复杂，生产周期长；原材料价格贵，铸件成本高；铸件不能太大、太长，否则熔模易变形，丧失原有精度。

应用：它最适合25kg以下的高熔点、难以切削加工合金铸件的成批大量生产。§3-4压力铸造成形工艺液态金属在高压作用下快速压入金属铸型中，并在压力下结晶，以获得铸件的成形工艺方法。一、压铸机和压铸工艺过程二、压力铸造的特点和适用范围

1．铸件的尺寸精度和表面质量最高。公差等级一般为

IT11~IT13级，Ra为3.2~0.8μm。

2．铸件的强度和表面硬度高。抗拉强度可比砂型铸造提高25~30%，但伸长率有所下降。

3．可压铸出形状复杂的薄壁件。

4．生产率高。国产压铸机每小时可铸

50~150次，最高可达500次。

5．便于采用镶嵌法。

6．压铸设备投资大，压铸型制造成本高，工艺准备时间长，不适宜单件、小批生产。7．由于压铸型寿命的原因，目前压铸尚不适宜铸铁、钢等高熔点合金的铸造。8．压铸件内部存在缩孔和缩松，表皮下形成许多气孔。三、在压铸件的设计和使用中，应注意的问题应使铸件壁厚均匀，并以3~4mm壁厚为宜，最大壁厚应小于6~8mm，以防止缩孔、缩松等缺陷。2.压铸件不能进行热处理或在高温下工作，以免压铸件内气孔中的气体膨胀，导致铸件表面鼓泡或变形。3.压铸件应尽量避免切削加工，以防止内部孔洞外露。4.由于压铸件内部疏松，塑性、韧性相对较差，因此不适宜制造承受冲击的制件。应用：有色薄壁小件的大批量生产。§3-5低压铸造成形工艺

低压铸造是在0.2~0.7大气压的低压下将金属液注入型腔，并在压力下凝固成形，以获得铸件的方法。一、低压铸造的工艺过程二、低压铸造的特点及应用范围应用：目前广泛应用于铸造铝合金铸件，如汽车发动机缸体、缸盖、活塞、叶轮等，也可用于球墨铸铁、铜合金等浇注较大的铸件，如球铁曲轴、铜合金螺旋桨等。1．浇注压力和速度便于调节，可适应不同材料的铸型。2．铸件的气孔、夹渣等缺陷较少。

3．便于实现顺序凝固，使铸件组织致密、力学性能高。

4．由于省去了补缩冒口，使金属的利用率提高到90~98%。

§3-6其它铸造成形工艺方法简介

一、挤压铸造二、陶瓷型铸造三、实型铸造

第四章液态成形金属件的工艺设计§4-1铸件结构设计

一、铸件壁厚的设计1．合理设计铸件壁厚

1）铸件的最小壁厚铸造方法铸件尺寸（mm）合金种类铸钢灰口铸铁球墨铸铁可锻铸铁铝合金铜合金砂型铸造<200×20085～66533～5200×20~500×50010～126～1012846～8>500×50015～2015～2015～2010～12610～122）铸件的临界壁厚在最小壁厚和临界壁厚之间就是适宜的铸件壁厚。在砂型铸造条件下，临界壁厚≈3×最小壁厚

3）铸件截面形状在一定铸造工艺条件下，所能浇注出的铸件最小壁厚。

2．铸件壁厚应均匀、避免厚大截面二、铸件壁的连接1．铸件的结构圆角2．避免锐角连接3．厚壁与薄壁间的联接要逐步过渡4．减缓筋、辐收缩的阻碍三、铸件外形的设计

1．避免外部侧凹、凸起；2．分型面应尽量为平直面；上中中下上下3．凸台、筋条的设计应便于起模。四、铸件内腔的设计1．应尽量减少型芯的数量，避免不必要的型芯。芯撑2．便于型芯的固定、排气和清理。五、铸件结构设计应考虑的其它问题1．铸造方法2．组合铸件的设计§4-2砂型铸造工艺设计铸造工艺图—将工艺设计的内容（工艺方案）用工艺符号或文字在零件图上表示出来所形成的图样。一、浇注位置的选择浇注时铸件在铸型中所处的空间位置。1.铸件的重要加工面和受力面应朝下或位于侧面上下②①下上上下3.铸件的大平面应朝下

2.应将面积较大的薄壁部位置于铸型下部，或使其倾斜位置上下4.为防止铸件产生缩孔、缩松的缺陷，应使铸件的厚大部位朝上或侧放上下下上①②二、分型面的选择

1.分型面应选在铸件的最大截面处。2.应尽量使铸件的全部或大部置于同一砂箱，以保证铸件的尺寸精度。3.应尽量减少分型面的数量，并尽可能选择平面分型。

①②①②上下中4.为便于造型、下芯、合箱及检验铸件壁厚，应尽量使型腔及主要型芯位于下箱。上下上下上下上下①②①②三、工艺参数的确定

生产批量最小铸出孔直径灰口铸铁件铸钢件大量生产成批生产单件、小批生产12～1515～3030～5030～50501．机械加工余量和铸孔

2．起模斜度3．铸造圆角

4．铸造收缩率5．型芯及芯头圆角半径一般约为相交两壁平均厚度的1/3~1/2。通常灰铸铁为0.7~1.0%，铸造碳钢为1.3~2.0%，铝硅合金为0.8~1.2%，锡青铜为1.2~1.4%。型芯的功用是形成铸件的内腔、孔洞和形状复杂阻碍起模部分的外形。

芯头的作用：1）定位作用；2）固定作用；3）排气作用。四、浇、冒口系统

1.浇注系统1）浇注系统的组成及作用2）浇注系统的常见类型

①封闭式浇注系统

ΣF直>ΣF横>ΣF内

ΣF直∶ΣF横∶ΣF内=1.15∶1.1∶1

②开放式浇注系统

ΣF直<ΣF横<ΣF内

ΣF直∶ΣF横：ΣF内=1∶2∶42.冒口冒口是在铸型中设置的一个储存金属液的空腔。

冒口普通冒口特种冒口明冒口暗冒口保温冒口发热冒口大气压力冒口易割冒口§4-3液态成形工艺设计实例

①②③上下材料：HT200收缩率：1.0%上下Ⅰ下Ⅱ上第三篇

金属塑性成型

概

述

5．模型锻造一、金属塑性成形（压力加工）金属材料在外力作用下产生塑性变形，获得具有一定形状、尺寸和力学性能的毛坯或零件的生产方法。二、塑性成形的基本生产方式

1．轧制2．挤压3．拉拔4．自由锻造6．板料冲压上砥铁下砥铁坯料1）零件大小不受限制；2）生产批量不受限制。三、塑性成形（压力加工）的特点1．力学性能高1）组织致密；2）晶粒细化；3）压合铸造缺陷；4）使纤维组织合理分布。2．节约材料1）力学性能高，承载能力提高；2）减少零件制造中的金属消耗（与切削加工相比）。

3．生产率高4．适用范围广§1金属的塑性成形原理

各种压力加工方法，都是通过对金属材料施加外力，使之产生塑性变形来实现的。单晶体的塑性变形形式主要有滑移和孪晶两种。第一章

金属塑性成形工艺基础

一、金属塑性变形的实质1.单晶体的塑性变形1）滑移：晶体的一部分相对一部分沿一定的晶面发生相对滑动。ττττ但实际金属的滑移是靠位错的移动来实现的。2）孪晶：晶体的一部分相对一部分沿一定的晶面发生相对转动。2.多晶体的塑性变形晶内变形晶间变形滑移孪晶滑动转动多晶体塑性变形的实质：晶粒内部发生滑移和孪晶；同时晶粒之间发生滑移和转动。二、塑性变形后金属的组织和性能1.冷变形及其影响1）组织变化的特征：①晶粒沿变形最大方向伸长；②晶格与晶粒均发生畸变；③晶粒间产生碎晶。2）性能变化的特征：加工硬化：随着变形程度的增加，其强度和硬度不断提高，塑性和韧性不断下降。有利：强化金属材料不利：进一步的塑性变形带来困难2.回复T回=（0.25~0.3）T熔3.再结晶T再

=（0.35~0.4）T熔T再冷变形热变形以上以下(K)(K)4.热变形及其影响1）不产生加工硬化2）使组织得到改善，提高了力学性能①细化晶粒；②压合了铸造缺陷；3）形成纤维组织③组织致密。5.纤维组织（1）在平行于纤维组织的方向上：材料的抗拉强度提高（2）在垂直于纤维组织的方向上：材料的抗剪强度提高§2金属塑性成形工艺基础一、金属的可锻性是金属材料在压力加工时成形的难易程度。1.可锻性的衡量指标1）塑性：2）变形抗力：材料的塑性越好，其可锻性越好。材料的变形抗力越小，其可锻性越好。2.影响可锻性的因素1）金属的本质①化学成分：Me越低，材料的可锻性越好。②组织状态：纯金属和固溶体具有良好的可锻性。2）变形条件①变形温度：③应力状态：②变形速度：塑性、变形抗力塑性变形抗力T温越高，材料的可锻性越好。V变越小，材料的可锻性越好。三向压应力—塑性最好、变形抗力最大。三向拉应力—塑性最差、变形抗力最大。三、金属的变形规律1.体积不变定律2.最小阻力定律二、锻造温度范围始锻温度：终锻温度：过热、过烧

缺陷加工硬化45:1200℃~800℃第二章

金属的塑性成形方法§2-1自由锻造一、自由锻设备锻锤压力机空气锤蒸汽—空气锤水压机油压机65~750Kg630Kg~5T落下部分总重量=活塞+锤头+锤杆滑块运动到下始点时所产生的最大压力锻锤吨位=压力机吨位=二、自由锻基本工序基本工序—完成锻件基本变形和成形的工序。H完全礅粗局部礅粗，S1.25≤H0/D0≤2.53.冲孔：4.弯曲：5.扭转：6.错移：1.礅粗：2.拔长：，

SL芯轴拔长芯轴扩孔三、自由锻工艺规程的制定1.锻件图的绘制1）机械加工余量2）公差3）敷料2.坯料重量和尺寸的计算G坯

=（1+k）G锻G坯

=G锻+G料头+G芯料+G烧K—消耗系数（1/3~1/4）余量Y=F坯/F锻Y=H坯/H锻拔长：镦粗：1.25≤H0/D0≤2.5圆截面坯料：所以：长轴类锻件：3.锻造工序的选择轴、杆类零件：镦粗、拔长盘类、环类零件：镦粗（拔长及镦粗）、冲孔（芯轴上扩孔）筒类零件：镦粗、冲孔、在芯轴上拔长4.锻造温度范围及加热火次的确定5.锻造设备的选择6.确定工时

7.填写工艺卡四、自由锻件结构工艺性1.避免斜面和锥度2.避免曲面相交3.避免加强筋和凸台4.采用组合工艺§2-2模型锻造模型锻造—将金属坯料放在具有一定形状的模锻模膛内受压、变形，获得锻件的方法。特点：1）生产率高；2）锻件的尺寸精度和表面质量高；3）材料利用率高；4）可锻造形状较复杂的零件；5）模具成本高、设备昂贵；6）锻件不能任意大。一般不得超过150kg。一、锤上模锻（一）锤上模锻设备蒸汽—空气模锻捶（二）锻模结构锻模模膛飞边槽桥部仓部—形成锻件基本形状和尺寸的空腔。—容纳多余的金属。—增加金属流动的阻力，促使金属充满模膛。（三）模膛的分类模膛模锻模膛制坯模膛终锻模膛预锻模膛延伸模膛滚压模膛弯曲模膛切断模膛（四）锻模工艺规程的制定1.绘制锻件图1）分模面的选择①分模面应选在锻件的最大截面处；②分模面的选择应使模膛浅而对称；③分模面的选择应使锻件上所加敷料最少；④分模面应最好是平直面。2)确定加工余量、公差和敷料加工余量：1~4mm公差：0.3~3mm3）设计模锻斜度外壁斜度：5~70内壁斜度：7~1204）设计模锻圆角外圆角：r=1.5~12mm内圆角：R=（2~3）r5）确定冲孔连皮2.确定模锻工序1）基本工序圆盘类零件：镦粗预锻终锻长杆类零件：制坯预锻终锻2）修正工序切边；冲孔；校正；热处理；清理。（五）模锻件结构工艺性1.易于从锻模中取出锻件；2.零件的外形应力求简单、对称、平直；3.避免薄壁、高筋、凸起等结构；4.避免设计深孔、多孔结构；5.采用锻焊组合工艺。二、胎模锻造利用自由锻设备在活动模具上生产模锻件的方法。1.扣模2.筒模3.合模应用：没有模锻设备的中、小型锻件的批量生产。§3板料冲压利用冲模对金属板料施加压力，使其产生分离或变形获得所需零件的工艺方法。冷冲压：t<8mm拖拉机：400多个。三米收割机：1000多个。一、冲压设备1.剪床：2.冲床：下料设备1）斜刃剪2）平刃剪3）圆盘剪冲压设备1）开式冲床2）闭式冲床二、冲压基本工序及变形特点（一）分离工序使坯料的一部分相对另一部分产生分离的工序。（冲孔、落料、修正、剪切、切边等）1.冲裁（落料、冲孔）1）冲裁的变形过程①弹性变形阶段②塑性变形阶段③断裂、分离阶段塑性变形阶段弹性变形阶段断裂分离阶段使坯料沿封闭轮廓分离的工序。12341塌角区2光亮带区3剪裂带区4毛刺2）冲裁模设计及冲裁工艺特点①凸凹模要具有锋利的刃口②凸凹模间隙要合理Z双边间隙Z=（5%~10%）t③凸凹模刃口尺寸要正确落料：以凹模为设计基准D凹

=d落D凸=D凹

-ZD凸

=d孔D凹=D凸

+Z冲孔：以凸模为设计基准④排样要合理排样：冲裁件在板料上的布置方式。有接边排样少无接边排样123）冲裁力k—安全系数（1.3）L—冲裁件周边长度（mm）

—

坯料的抗剪强度（N/mm2）t—坯料厚度（mm）（N）2.修正利用修正模沿冲裁件外缘或内孔刮削一薄层金属，切掉剪裂带和毛刺。提高其尺寸精度降低表面粗糙度。

IT9-IT7Ra=1.6-0.8цm（二）变形工序使坯料的一部分相对一部分产生位移而不被破坏的工序。（拉深、弯曲、翻边、成形等）D1.拉深使坯料在凸模的作用下压入凹模，获得空心体零件的冲压工序。1）拉深变形过程ddh2）拉深废品①拉裂（拉穿）②起皱3）拉深模设计及工艺特点①凸凹模的工作部分必须具有一定的圆角；r凹=10tr凸=（0.6-1）r凹②凸凹模间隙要合理Z=（1.1-1.2）tZ—单边间隙③控制拉深系数（m）m=d/D=（0.5-0.8）D=100d=20；h=42d1=55d2=3232/55=0.58d3=2020/32=0.628④设置压边圈⑤涂润滑油2.弯曲将平直板料弯成一定的角度或圆弧的工序。1）弯曲的变形特点①变形区域主要在圆角部位；②外层金属受拉应力，内层金属受压应力。2）弯曲缺陷弯裂3）弯曲工艺特点①弯曲半径r≥rmin=（0.25-1）t；②毛刺应位于内侧；③弯曲线应尽量与坯料纤维方向垂直；④“回弹”问题a）设计补偿角b）对工件进行退火c）设计加强筋3.翻边、成形1）翻边在带孔的平坯料上用扩孔的方法获得凸缘的工序。2）成形包括：起伏、胀形、压印等三、冲模的分类及结构1.简单冲模2.连续冲模3.复合冲模冲床在一次行程中只完成一个冲压工序。冲床在一次行程中在不同的工位同时只完成两个以上的冲压工序。冲床在一次行程中在同一工位同时完成两个以上的冲压工序。四、冲压件结构工艺性1.冲压方法对结构工艺性的要求1）对冲裁件的要求①冲裁件的形状应力求简单、对称，有利于材料的合理利用；②应避免细长槽和细长臂结构；

③冲裁件的内外转角处，应尽量避免尖角。工序圆弧角最小圆角半径黄铜、紫铜、铝低碳钢合金钢落料0.24×t0.35×t0.30×t0.50×t0.45×t0.70×t冲孔0.20×t0.45×t0.35×t0.60×t0.50×t0.90×t冲裁件最小圆角半径④冲裁件孔的尺寸2）对弯曲件的要求①弯曲