机械制造基础 课件 杜素梅 第2、3章 铸造、锻压

1

第2章铸造

2.1概述

1.什么是铸造

2.铸造的分类

3.铸造的特点2一、什么是铸造

是熔炼金属，制造铸型，并将熔融的金属浇注到铸型的型腔中，待其凝固后，获得具有一定形状和性能铸件（毛坯或零件）的生产方法。铸造是金属的液态成型方法。二、分类砂型铸造特种铸造3

砂型铸造的工艺过程框图零件图铸造工艺图铸型型芯芯盒芯砂型砂模型熔化金属合箱浇注落砂、清理检验铸件冷却凝固4三、铸造生产的特点可生产形状复杂，特别是内腔形状复杂的制件。如汽缸体、蜗轮叶片、机床床身等。

缺点：废品率高，精度、力学性能较低，劳动条件差。原材料：来源广，价格低；投资低；易生产铸件：机械加工量相对较小，成本低

成本低合金种类不受限制；铸件大小、重量几乎不受限制。适应性强摩托车汽缸体第2章铸造2.2合金的铸造性能主要内容及要求：

合金的铸造性能及其衡量指标合金的充型能力及其对铸件质量的影响合金的收缩性及其对铸件质量的影响缩孔、缩松产生的原因及其防止铸造应力、变形和裂纹产生的原因及防止62.2合金的铸造性能

定义

合金的铸造性能是指合金在铸造加工过程中成形的难易程度，即获得完整铸件的能力。容易获得完整铸件，该合金的铸造性能就好。主要衡量指标合金的充型能力合金的收缩性偏析吸气性一、合金的充型能力

充型：是指液态合金填充铸型的过程。

合金的充型能力差，铸件易产生浇不足、冷隔等缺陷。

影响因素：

主要因素合金的流动性外界条件合金的成分浇注条件浇注条件铸型条件铸件结构浇不足2.2合金的铸造性能一、合金的充型能力（一）合金的流动性定义：指熔融金属或合金本身的流动能力。出气口浇口杯测定方法：浇注螺旋形流动性试样。螺旋形试样长度流动性0.4%C铸钢：200mm4.3%C铸铁：1800mm常用合金的流动性（见教材表）91.影响合金流动性的因素合金种类：不同种类的合金，具有不同的流动性。表中：灰铸铁＞硅黄铜＞铝硅合金＞铸钢化学成分和结晶特征

纯金属和共晶成分合金，流动性好（在恒温下结晶）熔点

合金的熔点↑流动性↓杂质元素

杂质元素与液态合金中某些物质形成的高熔点固态物质，增大了金属液体的粘度，使合金的流动性降低。浇注条件

浇注温度，合金的流动性增大102.铸件的凝固方式

铸件的凝固方式对合金的流动性有着决定性的影响

铸件凝固过程中存在的3个区：固相区、凝固（固-液两相）区、液相区。按凝固区宽度，铸件的凝固方式可分为逐层凝固、糊状凝固和中间凝固。

逐层凝固：纯金属、共晶成分的合金及凝固区间很窄的合金，如灰铸铁、铝硅合金、硅黄铜及低碳钢等，倾向于逐层凝固方式。特征：凝固时，不存在凝固（固—液两相）区，固液相界面分明，结晶前沿平滑，对液态合金流动的阻力小，充型能力较强。糊状凝固：结晶温度区间大的合金，如铝铜合金、锡青铜及球墨铸铁、高碳钢等，倾向于糊状凝固方式。特征：凝固区较大，甚至贯穿整个截面，随温度的下降，枝晶的析出，结晶前沿粗糙，液态合金被分割成多个区域，不仅阻碍液态合金的流动，同时使补缩也难以进行，会产生多种铸造缺陷。中间凝固：中碳钢、白口铁以及部分特种黄铜等，倾向于中间凝固方式。此类合金凝固区的大小介于逐层凝固和糊状凝固之间，既有柱状枝晶又有等轴晶。大多数的合金都属于该种凝固方式。11(a)逐层凝固(b)中间凝固(c)糊状凝固2.铸件的凝固方式3.合金流动性对铸件质量的影响

合金的流动性好，充型能力强，易获得完整、光滑、薄壁铸件；流动性不好，铸件易产生浇不足、冷隔、气孔、夹渣等缺陷。二、合金的收缩性主要内容：合金的收缩及其影响因素缩孔和缩松产生的原因及防止铸造应力铸件的变形、开裂与防止

2.2合金的铸造性能13（一）合金的收缩性及影响因素1.收缩的概念2.合金收缩经历的3个阶段液态收缩：浇注温度——液相线温度成分TT浇T液T固T室液态收缩凝固收缩固态收缩体收缩线收缩液态金属冷却凝固体积尺寸减小固态收缩：固相线——室温。表现为尺寸的缩小凝固收缩：液相线——固相线温度表现为液面的降低143.合金的收缩性对铸件质量的影响

缩孔和缩松，铸件的应力、变形和裂纹，使铸件的力学性能显著降低。固态合金冷却液态合金冷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铸造应力154.影响合金收缩性的因素1.化学成分碳钢：wC↑，凝固收缩率↑，固态收缩率↓灰铸铁：wC和wSi↑,wS↓，收缩率↓常用铸造合金中，灰铸铁的收缩率＜有色金属＜铸钢2.浇注温度浇注温度↑，液态收缩率↑，总收缩量↑一般，浇注温度控制在液相线温度以上50℃

~150℃3.铸件结构和铸型条件铸件的壁厚不均匀、铸型、型芯会对铸件的收缩产生阻力；铸型材料不同，铸件的收缩也不同。16（二）缩孔和缩松

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.缩孔和缩松的形成缩孔、缩松的形成过程示意图17

缩孔通常隐藏在铸件上部或最后凝固的部位。其外形特征为倒锥形，内表面不光滑。

缩松分布于铸件的轴线区域、厚大部位或浇口附近（缩孔的下方）的细小而分散的孔洞。2.缩孔和缩松易出现的部位183.影响缩孔、缩松形成的因素（1）合金成分合金的结晶温度区间↓，产生缩孔倾向↑结晶温度区间↑，产生缩松倾向↑（2）铸型

湿型比干型冷却能力大，缩松减少；金属型比砂型冷却能力大，产生缩松的倾向大大减小。（4）铸件结构

铸件复杂程度、壁厚、壁的连接都影响缩孔、缩松的形成。（3）浇注条件

浇注温度↑，体积收缩↑缩孔倾向↑；浇注速度↓↓，体积收缩↓缩孔↓。194.缩孔、缩松的防止

采取工艺措施，使铸件实现“顺序凝固”。

温度分布线

指使铸件按规定方向从一部分到另一部分逐渐凝固的过程。20(1)合理安放冒口和冷铁。

暗冒口冒口—储存补缩用金属液的空腔冷铁热节

采取工艺措施，使铸件实现“顺序凝固”。21（2）合理确定铸件的浇注位置、内浇道位置

及浇注工艺。浇注位置的选择应服从定向凝固原则；内浇道应开设在铸件的厚壁处或靠近冒口；合理选择浇注温度和浇注速度，在不增加其它缺陷的前提下，尽量降低浇注温度和浇注速度。应用：顺序凝固主要用于收缩率大、必需补缩的合金铸件。

例如，铸钢、高牌号灰铸铁、球墨铸铁、可锻铸铁和铸造黄铜等。对于形成糊状凝固的合金一般不采用此工艺方法。

采取工艺措施，使铸件实现“顺序凝固”。22（三）铸造应力

铸件在凝固后的继续冷却过程中，其固态收缩受到阻碍，在铸件内部产生内应力，称为铸造应力。1.机械应力

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。上型下型机械应力是暂时的2.热应力

由于铸件壁厚不均匀，各部分冷却速度不同，造成铸件各部分收缩不一致而引起的应力。23

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。+-2.热应力3.固态相变应力

由于固态相变，使铸件各部分体积变化不均衡而引起的应力。危害：①铸造应力使铸件的精度和使用寿命大大降低；

②使铸件的耐腐蚀性降低；

③使铸件产生变形，甚至开裂。24（四）铸件变形与裂纹

当铸造应力＞铸件材料的屈服强度时，铸件将产生变形

当铸造应力＞铸件材料的抗拉强度时，铸件将产生裂纹+-危害：铸件变形和裂纹的产生将使铸件的精度和力学性能大大降低成本，甚至造成费品。25铸件应力、变形和裂纹的防止：冷铁同时凝固—整个铸件几乎同时凝固。①铸件结构：使铸件结构尽可能简单，壁厚尽可能均匀。③工艺措施：采取“同时凝固”的原则；④对于铸钢和铸铁件，严格控制硫、磷的含量。②铸型：改善型砂和芯砂的退让性；提高铸型温度。同时凝固原则只用于收缩率小的合金铸件，如普通灰铸铁和锡青铜等铸件的生产。26小结顺序凝固与同时凝固工艺的比较。

顺序凝固可以有效地防止缩孔和缩松缺陷，但它又会使铸件各部分的温差扩大，铸件易产生变形和裂纹，因此主要用于必须补缩的场合。

同时凝固的原则可降低铸件产生应力、变形和裂纹的倾向，但铸件的心部会产生缩孔或缩松缺陷。只用于普通灰铸铁（产生缩孔和缩松的倾向小）和锡青铜铸件（倾向于糊状凝固）的生产。三、合金的吸气性和偏析性2.2合金的铸造性能合金的吸气性及对铸件质量的影响气孔的种类与防止合金的偏析性及对铸件质量的影响偏析的种类与防止28（一）合金的吸气性1.吸气性：合金在熔炼和浇注时吸收气体的能力。2.影响：铸件易产生气孔、白点等缺陷，使其有效承载面积减少，造成局部应力集中，力学性能降低，甚至成为废品。3.气孔种类

①析出性气孔：在冷却凝固过程中，气体在液态合金中的溶解度减小，呈气泡状逸出、气泡上浮受阻，则残留在铸件中形成析出性气孔。

特征：直径小（被称为“针孔”），分布面积较大，有时遍布整个截面，在铝合金中最为常见。

三、合金的吸气性和偏析性29②侵入性气孔：砂型铸造时，在浇注过程中，产生的气体聚集在型腔表面侵入金属液内所形成的气孔。

特征：尺寸较大，多出现在铸件局部上表面附近，呈椭圆或梨形，表面被氧化。铸铁件中的气孔多属于此类。

③反应性气孔：指高温的液态合金与铸型材料、冷铁（或型芯撑）、熔渣之间发生化学反应产生的气体留在铸件内所形成的气孔。由于形成原因不同，气孔的表现形式存在差异，有皮下气孔、冷铁气孔等形式。4.防止措施

缩短熔炼时间，选用烘干过的炉料，提高铸型和型芯的透气性，降低造型材料中含水量，对铸型进行烘干等。3.气孔的种类301.偏析：指铸件或铸锭的各部分化学成分、金相组织不均匀的现象。2.影响：降低铸件的力学性能、切削性能等，严重时可造成废品。3.产生原因：在合金结晶过程中，结晶速度大于原子的扩散速度。4.偏析的种类①晶内偏析：又称枝晶偏析。

指晶粒内各部分化学成分不均匀的现象。常出现在具有一定凝固温度范围的合金铸件中。

防止措施：常采取缓慢冷却或孕育处理的方法。（二）合金的偏析性31②区域偏析：指铸件截面整体上化学成分和组织不均匀的现象。

防止措施：浇注温度不要太高；采取快速冷却使偏析来不及发生；采取工艺措施减小铸件断面的温度梯度，使接近同时凝固。③比重偏析：又称体积质量偏析。

指铸件上、下部分成分不均匀的现象。原因是由于析出相与合金液之间的比重不同所造成的。

防止措施：浇注时，充分搅拌合金液或加速合金液的冷却，使液相和固相来不及分离凝固即告结束，可有效防止比重偏析。4.偏析的种类第2章铸造2.3常用铸造合金材料

铸铁铸钢非铁铸造合金2.3常用铸造合金材料一、铸铁铸铁是含碳量大于2.11%并含有较多硅、锰、硫、磷等元素的多元铁基合金；铸铁生产工艺简单、成本低，是使用最早、应用最广泛的材料之一。

铸铁的分类铸铁的石墨化铸铁的熔炼常用铸铁的特点及应用（一）铸铁的分类白口铸铁：以Fe3C形式存在，无石墨，断口呈银白色；

硬而脆，少用；但可制作耐磨件或作为冶炼钢铁的原料.

按碳的存在形式普通铸铁合金铸铁（特殊性能铸铁）按化学成分

灰铸铁：石墨呈粗片状可锻铸铁：石墨呈团絮状球墨铸铁：石墨呈球状蠕墨铸铁：石墨蠕虫状白口灰口（二）铸铁的石墨化铸铁中碳存在的形式少量固溶在F、A中化合态的渗碳体(Fe3C)游离态石墨（G）

石墨：碳的单质之一，强度、硬度很低，塑性几乎为零。Fe3C：亚稳相，在一定条件下将发生分解

Fe3C→3Fe+C（石墨）石墨化：指铸铁中碳原子析出并形成石墨的过程。可以在结晶过程中直接析出，也可以由渗碳体加热时分解得到。F基体球墨铸铁FG共晶白口铸铁Ld′

影响铸铁石墨化的因素

促进石墨化元素：C、Si、Al、Cu、Ni、Co等阻碍石墨化元素：Mn、Cr、W、Mo、V、S等原因：wC↑，有利于石墨的形核；

wSi↑，共晶温度↑，共晶点↓，有利于石墨的析出。

1.化学成分2.冷却速度

铸件冷却缓慢，有利于碳原子的充分扩散，有利于石墨化。

冷却快时，过冷度增大，不利于石墨化进行。冷却速度越慢，越有利于石墨化过程。

高温慢冷C→G；冷速较快L→Fe3C

影响铸件冷却速度的因素生产中，冷却速度主要与铸型材料和铸件壁厚有关。（1）铸型的导热能力金属型导热快，铸件的冷却速度快，不利于石墨化，易产生白口组织。砂型导热慢，铸件易获得灰口组织，是砂型铸造应用较为广泛的重要原因。（2）铸件壁厚同一铸件，厚壁处冷却速度慢，有利于石墨化，易获得灰口组织；薄壁处冷却速度快，不利于石墨化，易得到白口组织。（三）铸铁的熔炼冲天炉的构造设备：冲天炉或感应电炉原料：焦炭、生铁、废钢、硅铁、锰铁等过程：经底焦的燃烧，金属

料预热、熔化和过热、

冶金反应等过程获得

所需铁液。组织、性能：通过调整铸铁中的含硅量来改变。杂质元素：硫、磷有害，一般控制

在0.1～0.15%以下。

锰含量通常为0.6～1.2%。（五）常用铸铁的特点及应用

灰铸铁、可锻铸铁球墨铸铁、蠕墨铸铁合金铸铁：高强度、耐磨、耐蚀、

耐热合金铸铁等。常用铸铁：一、铸铁

常用铸铁的分类和牌号表示方法种类石墨形态基体组织编号方法牌号举例灰铸铁片状FHT100F+PHT150PHT200可锻铸铁团絮状FKTH×××—××KTZ×××—××KTH300-6PKTZ450-6球墨铸铁球状FQT400-15F+PQT600-3PQT700-2蠕墨铸铁蠕虫状FRuT260F+PRuT300PRuT420球墨铸铁代号QT×××—××最低抗拉强度值（MPa）最低断后伸长率（%）RuT×××最低抗拉强度值（MPa）蠕墨铸铁代号HT×××最低抗拉强度值（MPa）灰铸铁代号（数字含义同球铁）1.灰铸铁成分：2.5～4.0%C；1.0～3.0%Si；少量Mn、S、P等。组织：F+片状G；F+P+片状G；P+片状G；性能：抗压不抗拉，塑性差，为脆性材料；铸造和切削加工性能好；耐磨、减震、减摩性好；缺口敏感性低；压力加工和焊接性差。用途：常利用灰铸铁的减震和抗压性能，制作机床底座、床身、工作

台、导轨、箱体等。F基体+片状G(F+P)基体+片状GP基体+片状G指石墨呈片状分布的灰口铸铁。（2）孕育铸铁：经过孕育处理的灰铸铁，称为“孕育铸铁”

性能：强度、硬度比普通灰铸铁明显提高。（见教材表）

用途：制造力学性能要求较高的铸件，如受力较大的机座、卡盘、阀体、大型发动机曲轴，尤其是截面尺寸变化较大的铸件。灰铸铁的孕育处理（1）孕育处理：浇注前，在铁水中加入孕育剂（硅铁或硅钙合金），增加晶核数量，提高形核率，从而获得细小且均匀分布的

石墨片和珠光体组织，降低白口倾向，这个过程称为孕育处理。为改善灰铸铁的组织和力学性能，生产中，常采用孕育处理的方法。孕育处理后孕育处理前硅铁硅钙

灰铸铁中的石墨为片状，对基体的割裂作用最强，抗拉强度只有碳钢的30～50%，热处理强化效果不大。

灰铸铁的热处理不改变石墨的大小、形态。

常用的热处理工艺①去应力退火：500℃~550℃，防止机加工、使用时变形或开裂。②消除白口组织退火：850℃~890℃铸件表面、薄壁等白口处的Fe3C→G,硬度↓,切削加工性↑③表面淬火：提高导轨表面、汽缸体内壁等的耐磨性。变速箱体重型机床床身(HT-250)大型船用柴油机汽缸体(HT-300)2.可锻铸铁（1）生产

：是石墨呈团絮状的灰口铸铁；先生产出白口铸铁，再将白口铸铁进行石墨化退火（900－960℃，15h）获得。（2）性能：抗拉强度比灰铸铁高，为碳钢的40~70%，接近于铸钢；有一定塑性和韧性。但仍不可锻造。铁素体基体黑心可锻铸铁珠光体基体可锻铸铁（3）应用：形状复杂、承受冲击和振动载荷的小型薄壁零件，如汽车拖拉机的后桥外壳、管接头、低压阀门、扳手等。断口心部呈黑色3.球墨铸铁是石墨呈球状分布的灰口铸铁，简称球铁。（2）组织：钢基体+球状G

基体组织有F、P、（P+F）3种类型F基体＋球状GP基体＋球状G(P＋F)基体＋球状G（1）牌号：QT×××－××性能特点

与其它灰口铸铁比较，石墨球对基体的割裂作用减小到最低程度，可充分发挥基体的性能。球墨铸铁中基体强度利用率可达70%～90%，灰铸铁只有30%～50%。

（1）抗拉强度、弯曲疲劳强度、塑性、韧性都比灰铸铁有很大提高。（2）突出特点是屈强比高，可达0.7～0.8，而钢一般只有0.3~0.5。

可“以铁代钢”.（3）热处理工艺性好。可热处理或合金化，提高其性能。3.球墨铸铁

（2）生产工艺：球化处理＋孕育处理②同时，加入硅铁或硅钙铁等孕育剂，增加石墨球数量，减少石墨球尺寸，防止白口出现。①浇注前，在铁水中加入球化剂（稀土镁合金），使石墨呈球状析出。（1）铁液成分：

3.6～3.9%C；2.0～2.8%Si；少量Mn、Mg、Re、S、P球墨铸铁的生产

球墨铸铁较灰铸铁易产生缩孔、缩松、气孔和夹渣等缺陷，需采取工艺措施予以防止。

钢的热处理工艺都可用于球墨铸铁的热处理，如退火、正火、表面淬火、调质处理、等温淬火等，以达到不同的性能要求。其热处理特点是：

奥氏体化温度比碳钢高，由于硅含量高；淬透性比碳钢高；奥氏体中碳含量可以控制。热处理后的基体组织：可有P、S回、B下、M回等（3）球墨铸铁的热处理（4）用途：用于受力复杂、负荷较大、要求耐磨的铸件（F+G）：制作汽车、拖拉机底盘零件，阀体、阀盖。（F+P+G）：塑韧性较好，可制作机油泵齿轮。（P+G）：强度较高，可代替中碳钢制作柴油机或内燃机的曲轴、连杆、轧辊、凸轮轴等。

M回

+G或B下+G：用于制作汽车、拖拉机的传动齿轮。

指大部分石墨呈蠕虫状分布的灰口铸铁。牌号：RuT×××成分：高C、Si，低Mn、P、S性能：力学性能介于基体相同的灰铸铁和球墨铸铁之间；气密性、耐磨性比灰铸铁好；减震性比球铁好，但不如灰铸铁；铸造工艺性与灰铸铁相近，切削加工性与球铁相近。组织：钢基体+蠕虫状G生产：蠕化处理→孕育处理用途：制造汽车的汽缸盖、活塞环和制动盘，电机壳，重型机床和大型柴油机的机体。4.蠕墨铸铁

5.合金铸铁（3）耐蚀合金铸铁：加入Si、Al、Cr、Cu、Ni等，在铸铁表面形成致密的保护膜，减少各相间的电位差；制造化工管道、阀门等。

（4）耐磨合金铸铁：加入Cr、V、Mo、Ti、Re等；制造大型球磨机衬板等。

（5）其它：激冷铸铁、高磷铸铁、高铬耐磨铸铁等。（1）高强度合金铸铁：加入Cr、Ni、Cu、Mo等，增加基体中珠光体量并细化组织，从而显著提高铸铁强度；制造曲轴、连杆等。（2）耐热合金铸铁：加入Si、Al、Cr等，使铸件表面形成致密的SiO2、

Al2O3、CrO3等氧化膜，制造加热炉的炉底板、烟道挡板等。

合金铸铁应用二、铸钢指在铸造工艺中使用的钢，碳含量一般在0.15%～0.60％。

（一）分类

1.铸造碳钢（2）性能：强度和塑性、韧性高于铸铁，但铸造流动性能差，收缩率大。（5）应用：形状复杂，难以用锻压方法成形，用铸铁又不能满足性能要求，这时可采用铸钢件。例如水压机横梁、轧钢机机架、重载大齿轮等。（3）热处理：铸钢件必须经过退火或正火处理，改善组织和性能，消除铸造应力，才能使用，但不宜淬火处理。（1）牌号：ZG+数字—数字铸钢代号屈服强度值抗拉强度值（4）使用态组织：P＋F铸造碳钢主要牌号用途ZG200－400：有良好的塑性、韧性和焊接性能。ZG230－450：有一定的强度和较好的塑性、韧性、焊接性能良好，切削加工性尚可。ZG270－500：有较高的强度和较好的塑性，铸造性能良好，焊接性能尚好，切削加工性能好。ZG310－570：强度和切削加工性能良好，塑性和韧性较低，用于制作承受载荷较高的各种机械零件。ZG340－640：高的强度、硬度和耐磨性，切削加工性中等，焊接性能较差，流动性好，裂纹敏感性较大。2.铸造合金钢

铸造碳钢+合金元素（如Mn、Si、Cr、Mo、V等）（1）编号方法：在一般合金钢牌号前加“ZG”表示铸钢（2）主要牌号及用途

低合金铸钢：ZG40Mn、ZG30MnSi、ZG30CrMnSi，制造齿轮、水压机工作缸、水轮机转子等；ZG40Cr常用于制造高强度齿轮、轴等重要受力零件。

高合金铸钢：合金元素的质量分数超过10%以上，属特殊性能钢。例如，耐磨钢ZGMn13主要用于制造挖掘机的斗齿、拖拉机和坦克的履带板、火车轮等；不锈钢主要用于化工、石油及医药设备的阀、泵及容器等

（二）铸钢件的生产1.铸造工艺特点铸造性能差，易产生浇不足、气孔、缩孔、热裂纹、粘砂等缺陷。（1）原因：与铸铁相比，铸钢熔化温度高，钢水的流动性差；收缩率较大；钢液易氧化和吸气。（2）工艺要求：

①型砂应有高的耐火性、抗粘砂性，以及高的强度、透气性和退让性，并在铸型表面涂以耐火度高的石英粉或铅砂粉涂料；

②对于大件，采用干型或快干型，以减少气体的来源，提高合金的流动性和铸型强度；

③采用形状简单、断面尺寸较大的浇注系统，浇注时采取较高的浇注温度，改善钢液的流动性，减小流动阻力；

④安放冒口和冷铁，实现顺序凝固并达到补缩效果，防止铸件产生缩孔和缩松。三相电弧炉炼钢示意图2.铸钢的熔炼炼钢炉：三相电弧炉、感应电炉

三相电弧炉是以三根石墨电极与金属炉料之间引燃电弧产生热量来熔炼金属，常用容量（每炉所炼钢液量）为5～10吨。

3.铸钢件的热处理

①铸钢件不能直接使用，必须经过退火或正火处理才能使用。原因：晶粒粗大，形成魏氏组织，钢的塑性和韧性降低退火或正火目的：细化晶粒，消除魏氏组织和铸造应力，改善力学性能。②铸钢件不宜淬火原因：淬火时极易开裂。三、非铁铸造合金

常用非铁铸造合金为铜合金和铝合金，因其具有良好的物理和化学性能，也常用来制造成铸件。（一）铜合金、铝合金铸造特点熔化设备：坩埚炉。熔化时，金属料与燃料不直接接触，以减少金属的损耗，并保证金属的洁净。液态下易氧化；凝固收缩率比灰铸铁高，需安放冒口使其顺序凝固，以便补缩；砂型铸造时，应选用细砂造型，以保证铸件表面光洁。电阻坩埚炉（二）铸造铜合金常用铸造铜合金的牌号、名称、性能及用途牌号名称力学性能用途抗拉强度/MPa伸长率/%硬度HBWZCuZn3838黄铜2953066泵、阀门等ZCuZn16Si416-4硅黄铜3451590泵壳、叶轮、活塞、阀体等ZCuSn10Pb110-1锡青铜220380高负荷或高滑速的耐磨件，如重要轴承、衬套、齿轮、蜗轮等ZCuAl9Mn29-2铝青铜3902083.5重要耐磨、耐蚀件，如齿轮、衬套、蜗轮、管配件等铸造黄铜：除含锌外，还常含有硅、锰、铝、铅等。力学性能多比青铜高，而价格较青铜低。常用于一般用途的轴瓦、衬套、齿轮等耐磨件及阀门等耐蚀件。

常用牌号：ZCuZn38（38黄铜）、ZCuZn31Al2（31-2铝黄铜）1.铸造铜合金种类铸造青铜

锡青铜：线收缩率低，不易产生缩孔，耐磨性和耐蚀性优于黄铜，但易产生显微缩松，适用于致密性要求不高的耐磨、耐蚀件。

铝青铜：具有优良的力学性能和耐磨性、耐蚀性，但铸造性能较差，仅用于重要的耐磨、耐蚀件。

常用牌号：ZCuSn10Pb1（10-1锡青铜）、ZCuAl9Mn2（9-2铝青铜）2.铸造铜合金的生产黄铜：锌是良好的脱氧剂。黄铜熔化时，不需加熔剂和脱氧剂。黄铜的熔点低，结晶温度区间较小，流动性好，易形成缩孔，因此必须使铸件顺序凝固。锡青铜：熔化时，应加熔剂覆盖铜液，并在出炉前向铜液中加入0.3～0.6%磷铜脱氧，以去除已形成的Cu2O。锡青铜结晶温度区间大，倾向于糊状凝固，流动性较差，容易产生缩松，但氧化倾向不大，适于金属型铸造。（三）铸造铝合金1.铸造铝合金的种类

常用有：铝硅合金、铝铜合金、铝镁合金和铝锌合金。

铝硅合金：流动性好、线收缩率低、热裂倾向小、气密性好，强度高，应用最广，约占铸造铝合金总产量的50%以上，用于形状复杂的薄壁件或气密性要求较高的铸件，如内燃机气缸体、化油器、仪表外壳等。

铝铜合金：的铸造性能较差，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、气缸头等。2.铸造铝合金的生产特点：①铝合金在液态下也极易氧化，形成的Al2O3，熔点很高，密度大于铝，熔化搅拌时易进入铝液形成非金属夹渣。②铝液还极易吸收氢气，使铸件产生针孔缺陷。措施：

①向坩埚内加入KCl、NaCl等作为熔剂，以将铝液与炉气隔离，减缓铝液的氧化和吸气。②在铝液出炉前应进行“除气处理”，以驱除铝液中的氢气，防止针孔缺陷的产生。简便的方法是用钟罩向铝液压入ZnCl2、C2Cl6等氯盐或氯化物，反应生成AlCl3气泡，这些气泡在上浮过程中将氢气及部分夹渣带出铝液，从而使铝液得到净化。

③对于铝硅合金，在浇注前，常向铝液中加入NaF和NaCl的混合物进行变质处理（加入量为铝液重的2~3%），以细化晶粒，提高力学性能。第2章铸造

砂型铸造的基本工艺砂型铸造工艺设计砂型铸件的结构设计2.4砂型铸造砂型铸造：

以砂为主要造型材料制备铸型的一种铸造方法。

特点：适应性强，适用于各种形状、大小、批量及各种合金铸件的生产，生产成本低，是应用最广、最基本的铸造方法。

主要工序：制造模样和芯盒制备型砂和芯砂造型、造芯合型、浇注落砂、清理、检验等零件图铸造工艺图模样图、芯盒图、铸型装配图制造模样及芯盒混制芯砂预处理造型材料混制型砂造型制芯准备炉料熔炼金属浇注化验落砂、清理检验热处理合格铸件合箱烘干铸型烘干芯子一、砂型铸造的基本工艺一、砂型铸造的基本工艺（一）造型及造芯

模样与芯盒1.模样与芯盒是制造铸型和型芯的工具。2.模样形成铸件的外部形状；型芯形成铸件的内腔形状。3.砂型铸造多用木材制造模样和芯盒。4.特种铸造用金属模、塑料模和其它模样。是为零件毛坯铸造成形准备合格的铸型的工艺过程。1.造型材料

制造铸型用的材料。砂型铸造主要是型砂和芯砂，由砂、粘结剂和附加物组成。生产中，常采用砂子、粘土（常用膨润土）和水等经混制而成的粘土砂。为满足透气性、型砂中还可加入锯末、煤粉等。造型材料应具备以下性能：（1）可塑性：砂和芯砂在外力作用下要易于成形。（2）足够的强度：型砂和芯砂在外力作用下要不易破坏。（3）耐火性：型砂和芯砂在高温下要不易软化、烧结、粘附。（4）透气性：型砂和芯砂紧实后要易于通气。（5）退让性：型砂和芯砂在冷却时其体积可以被压缩。

（一）造型及造芯2.造型方法

用造型混合料及模样等工艺装备制造铸型的过程称为造型，是砂型铸造的最基本工序。

分类：手工造型、机器造型。（1）手工造型

指填砂、紧实、起模等主要由人工完成的造型方法。

特点：操作灵活，适应性强，技术水平要求高，劳动强度大，生产率低，费品率高。

应用：单件、小批量生产

分类：根据模样特征：整模造型、分模造型、挖砂造型、

假箱造型、活块造型、刮板造型。根据砂箱特征：两箱造型、三箱造型、脱箱造型、地坑造型、

组芯造型。2.造型方法

（2）机器造型用机器全部完成或至少完成紧砂操作的造型工序。特点：生产效率高，劳动条件好；砂型质量好（紧实度高而均匀，型腔轮廓清晰)；铸件质量也好(尺寸精确、表面质量好、加工余量小)；不能用于干砂型铸造，不能用于三箱和活块造型；不易生产大型铸件；设备和工艺装备费用高，生产准备时间较长。

应用：适于中小铸件的成批或大量生产。

造型方法：模板两箱造型。模板形成分型面，模样形成型腔。

模板：是将模样和浇注系统沿分型面与模底板联成一个组合体的专用模具，分为单面模板和双面模板。（2）机器造型方法－－模板两箱造型单面模板：是模板底面一面有模样的模板。

合型两块模板。用两台造型机。上模板→上型下模板→下型(a)铸件(b)上模板(c)下模板特点：结构简单，应用较多。机器造型基本过程

填砂→震击紧砂→

辅助压实→起模机器造型方法：模板两箱造型双面模板：上半个模样和浇注系统固定在模底板一侧，下半个模样固定在该模底板另一侧对应位置，在同一台造型机上造出上、下型。双面模板造下型造上型

1-模底板;2-下模样;3-上模样.（振压紧实、抛砂紧实）3.造芯

型芯采用比型砂更好的造型材料。作用：①形成铸件的内腔；

②简化模型的外形，以制出铸件上的台和槽等。造芯方法：手工造芯和机器造芯两种。（二）合箱

铸型的装配工序，简称合箱。安放型芯→扣上上箱→放置浇口杯→卡紧上下箱防止错箱和抬箱（三）浇注指将熔融金属从浇包注入铸型型腔的过程。浇包：浇注过程用来盛放、输送和浇注金属液的容器。外壳用钢板制成，内衬为耐火材料。

种类：手提浇包，容量为15～20kg

抬包，容量为25～100kg

吊包，容量更大，需用吊车吊运2.清理是去除浇口、冒口、飞边、毛刺以及表面粘砂的工序。去除表面粘砂的方法：滚筒清理、喷射清理、抛丸清理等。3.检验任务：确定合格的铸件，去除有缺陷的铸件。内容：主要包括外观检验、内部检验、化学性能和金相检验等。

（三）落砂、清理和检验1.落砂：是将浇注成形后的铸件从型砂和砂箱中分离出来的工序。方法：手工落砂和机械落砂过程：包括出箱和清砂两个过程。

出箱的温度一般不高于500℃，以免铸件产生内应力或开裂。

清砂是清除型砂和芯砂的过程，有水力清砂和水爆清砂。二、砂型铸造工艺设计主要内容铸造工艺图的绘制分型面的选择工艺参数的选择浇注位置的选择

概述主要内容

2.铸型分型面的选择3.工艺参数的选择4.铸造工艺图的绘制1.浇注位置的选择浇注时，铸件在铸型中所处的空间位置。铸型间相互接触的表面。质量要求很高的铸件,应首先满足浇注位置的要求,一般铸件,以简化工艺、降低成本为主，优先考虑分型面。定义：在零件图上用各种工艺符号及参数表示出铸造工艺方案的图形。作用：制模（模样、芯盒）、造型（芯）、准备生产设备、铸件检验的依据。与浇口位置的区别？（一）浇注位置的选择

1.铸件重要加工面、主要工作面、大平面、基准面应

朝下（或侧面），以防产生气孔等，使其组织致密、

质量好。(a)不合理;(b)合理吊车卷筒的浇注位置平台铸件正确的浇注位置（一）浇注位置的选择

2.铸件的薄壁部分应朝下，以防产生浇不足、冷隔等缺陷。如箱盖的浇注位置不合理合理3.铸件的厚大部分应朝上，以便设置明冒口补缩。上下下上（一）浇注位置的选择

4.有利于减少型芯数目，便于安放、固定和排气。1.尽量减少分型面的数量，简化工艺，减少误差。（二）分型面的选择2.尽量使用平直分型面，以简化制模及造型工艺。（二）分型面的选择不合理合理3.尽量使铸件处于同一砂箱中，以保证位置精度。水管堵头的分型面（二）分型面的选择（二）分型面的选择4.尽量使型腔和主要型芯位于下砂箱中，以便造型、放芯和检查铸件厚度。机床支柱铸件分型面的确定Ⅰ方案——不便于下芯，合型时也容易碰坏型芯；Ⅱ方案——更有利于造型、下芯、合型。（二）分型面的选择4.尽量使型腔和主要型芯位于下砂箱中，以便造型、放芯和检查铸件厚度。1.机械加工余量和最小铸孔

与铸件大小、合金种类、铸造方法、加工面位置等有关。

例如，合金种类：灰口铸铁：表面平整，加工余量少；铸

钢：表面不平，加工余量大；有色金属：表面光洁，加工余量少。生产批量最小铸出孔直径铸铁件铸钢件大批量生产，机器造型单件、小批生产，手工造型Ф15～30＜Ф25＜Ф35（三）工艺参数的选择2.起模斜度

：便于模样从砂型中取出。取决于起模高度、造型方法、模样材料、等。机器造型比手工造型斜度小；木模比金属模斜度大；立壁越高，斜度越小；内斜度比外斜度大。（三）工艺参数的选择3.收缩率与铸件尺寸、合金种类有关。灰铸铁：0.7%~1.0%铸造碳钢：1.3%~2.0%

铝硅合金：0.8%~1.2%锡青铜：1.2%~1.4%4.铸造圆角

目的：减少应力集中，防止冲砂、裂纹等缺陷。一般为邻壁厚度的（1/3－1/5）中小铸件外圆角半径R＝2～8mm（三）工艺参数的选择模样尺寸=铸件尺寸+合金收缩量铸件尺寸=零件尺寸+加工余量5.型芯头作用：起定位、支撑型芯及排气。芯头设计主要参数：（1）长度l或高度h水平芯头：长度l垂直芯头：高度h（2）斜度α：垂直芯头有斜度一般：下芯头斜度小（5～10°），增加稳定性；上芯头斜度大（6～15°），便于合箱。（3）芯头间隙S：芯头与芯座间应留有1～4mm间隙，方便下芯。（三）工艺参数的选择（四）浇注系统金属液体流入铸型型腔的通道。漏斗形锥形分配流向，梯形截面直接和型腔相连的部分，截面扁梯形特点：补缩作用好，但浇注过程中易产生飞溅和冲砂；应用：形状较矮小的铸件。特点：金属液流动平稳，不易冲砂，但补缩效果较差；应用：高度较大、形状较复杂、大型壁厚的铸件，以及易氧化、吸气的合金铸件（如铝合金、铜合金等）。特点：

在铸型中间的某一部分，将金属液引入型腔，一般其内浇道开在分型面上。应用：

多用于水平两箱造型

。特点：

在铸件的高度方向上开设若干内浇道，将金属液从底部开始逐层地从若干不同高度引入型腔。

应用：

高大（高度≥800mm）的铸件

。（五）冒口和冷铁作用：①在铸件凝固期间进行补缩，暗冒口和特种冒口补缩效率比明冒口大；②调节铸件各部分的冷却速度；③明冒口还可聚集浮渣、浮砂、排气，作为浇满铸型的标记。种类：明冒口、暗冒口、特种冒口（大气压冒口、发热冒口等）1.冒口大气压冒口2.冷铁作用：①减少冒口数量和尺寸，提高金属利用率；②在铸件难以设置冒口的厚大部位设置冷铁，可防止缩孔和缩松；③控制铸件的凝固顺序，增大冒口的有效补缩距离；④消除局部热应力，防止裂纹的产生。种类：常用有外冷铁和内冷铁。安放位置：在铸件壁厚较大的热节部位。（六）铸造工艺图的绘制

1.根据零件分析可能有几种分型方案，比较出最佳方案；2.对浇注位置有要求时，要优先考虑;3.对浇注位置没有要求时，优先考虑分型面。绘制要点：5.工艺参数定性给出即可4.浇注位置画法：上下绘制实例－－联轴器联轴器零件图浇注位置和分型面的选择Ⅰ—轴线呈垂直位置，整模造型Ⅱ—轴线呈水平位置，分模造型联轴器加工余量、铸孔、起模斜度、收缩率联轴器的铸造工艺图三、砂型铸件的结构设计主要内容：铸件外形设计铸件内腔设计铸件壁的设计（一）铸件外形的设计

1.铸件的外形简单，造型方便

（1）使分型面为平面，便于制模、造型不合理分型面上有圆角为曲面，只能挖砂造型。合理分型面为平面，整模造型，简单方便。1.铸件外形简单，造型方便

（2）避免铸件起模方向上有侧凹、窄槽和不必要的曲面需三箱造型改进后，两箱造型（一）铸件外形的设计例：端盖铸件（一）铸件外形的设计（3）避免造型出现活块，起模方便，提高生产率。a.不合理b.合理1.铸件外形简单，造型方便2.减少分型面。例：绳轮铸件带侧凹法兰三箱造型或带外型芯的两箱造型不带侧凹法兰两箱造型（一）铸件外形的设计3.考虑结构斜度垂直于分型面的非加工面应设计结构斜度，以便于起模。不合理，不带结构斜度合理，带结构斜度设计（一）铸件外形的设计4.避免过大平面铸件过大水平面，不利于液态金属的流动，易产生浇不足、夹渣和气孔等缺陷。（a）不合理，罩壳为水平面（b）合理，罩壳为斜面（一）铸件外形的设计5.避免收缩受阻

铸件收缩受阻时，易产生内应力，甚至裂纹，应尽量避免受阻收缩。例：轮辐可设计为奇数或弯曲轮辐。a.不合理b、c.合理（一）铸件外形的设计6.避免弯曲变形

例如，细长或薄而大的平板铸件，可采用对称或加强筋设计，以防变形。不合理对称工字梁加强筋合理（一）铸件外形的设计1.不用或少用型芯

（二）铸件内腔的设计总要求：减少型芯数量；考虑支撑、排气、清砂要求，采用芯撑或工艺孔。

2.考虑芯撑或工艺孔，利于支撑、排气、清砂等。

（二）铸件内腔的设计不合理合理薄壁和耐压铸件尽量不用芯撑，可采用工艺孔设计（三）铸件壁的设计总要求：

壁厚适当且均匀；壁的连接要有过渡或圆角。

壁太薄，易产生浇不足、冷隔等缺陷；壁太厚，易晶粒粗大，产生缩孔、缩松等；1.壁厚适当

√×加强筋（三）铸件壁的设计2.壁厚均匀

避免厚大截面，防止壁厚突变；合理选择截面形状，保证铸件刚度。√×3.壁厚的连接要平缓、圆滑

（1）壁间应避免锐角连接，减小应力集中，防止缩孔和裂纹（三）铸件壁的设计3.壁厚的连接要平缓、圆滑

（2）铸件的筋与壁间应避免交叉，防止缩孔和缩松交叉接头（×）交错接头（中小件）（√）环状接头（大件）（√）（三）铸件壁的设计第2章铸造

熔模铸造金属型铸造压力铸造离心铸造2.5特种铸造2.5特种铸造（一）熔模铸造1.熔模铸造的工艺过程易熔材料模样涂覆耐火材料熔去模样空型壳焙烧浇注铸件易熔材料：广泛采用石蜡。又称“蜡模铸造”母模压型蜡模组结壳脱蜡单个蜡模焙烧浇注落砂清理铸件1.熔模铸造的工艺过程（1）蜡模制造压型制造、蜡模的压制、蜡模组装

压型：由钢、铜或铝切削加工制成

蜡模：由石蜡、硬脂酸、松香等加热混成糊状压入压型而制成（2）型壳制造浸涂料、撒砂、结壳硬化

涂料：石英粉、粘结剂（水玻璃、硅酸乙酯等）

硬化剂：氯化铵溶液（3）焙烧、浇注（4）落砂、清理2.熔模铸造的工艺特点及应用（1）铸件精度高，表面质量好。IT11~IT13，Ra1.6~12.5μm。（2）合金种类不受限制，尤其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薄壁铸件。（4）工艺过程复杂，生产周期长，成本高；（5）铸件不能太大、太长，否则熔模易变形，丧失原有精度。应用：适于形状复杂的小型铸件的成批大量生产，尤其是高熔点、难以切削加工的合金铸件。

如汽轮机叶片、仪表元件、汽车、拖拉机等零件的生产。无分型面，是少或无切削加工的方法之一。液态金属浇入金属型铸件获得1.金属型的材料及结构材料：一般采用铸铁

要求较高时，可用碳钢或低合金钢。结构：垂直分型式、水平分型式、复合分型式等。

其中，以垂直分型式应用最广泛。（二）金属型铸造特点：便于开设浇冒口和安放型芯，排气条件较好，铸件容易取出。2.5特种铸造2.金属型铸造工艺过程

降低冷却速度，减少冷隔、浇不足、气孔等缺陷。

保护金属型，改善铸件表面质量。预热铸型喷刷涂料插入型芯合型锁紧浇注开型铸件

一般，浇注温度比砂型铸造高20～30℃。2.5特种铸造3.金属型铸造特点

与砂型铸造相比（1）

铸型冷却速度快，铸件组织细密，力学性能好；（2）铸件精度和表面质量较高，加工余量小；（3）金属型可多次使用，“一型多铸”，生产率高。（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、浇不足、冷隔等缺陷。4.应用

主要用于铜、铝、镁等有色合金铸件的大批量生产。（三）压力铸造，简称压铸

将液态金属在高压下快速压入金属铸型中，并在压力下结晶，以获得铸件的成型方法。1.设备及工艺过程：压铸机。2.特点（1）能铸出形状复杂的薄壁零件；（2）铸件组织致密，精度和表面质量较好；（3）节省材料和加工工时，生产率高；（4）便于在铸件中镶嵌其它材料；（5）压铸速度快，型腔内的气体难以排出，易产生气孔。3.应用：熔点较低有色金属薄壁小件的大批量生产。曲轴箱盖（四）低压铸造1.工艺过程

①准备合金液和铸型，升液，浇注；

用较低压力将金属液由铸型底部注入型腔，并在压力下凝固以获得铸件的方法。②增压凝固，型内合金在较高压力下结晶、凝固；③减压、降液，坩埚上部与大气连通，升液管内合金液流回坩埚；④开型取出铸件。2.低压铸造的特点及应用（1）充型平稳且易控制，减少了冲击、飞溅现象，不易产生夹渣、砂眼、气孔等缺陷，产品合格率高。（2）金属液上升速度和结晶压力可调整，低压铸造适用于各种铸型、各种合金和各种大小的铸件。（3）浇注系统简单，金属利用率高。（4）与砂型铸造比较，铸件组织致密，轮廓清晰，力学性能较好，劳动条件改善。应用：低压铸造主要用于质量要求高的铝、镁合金铸件，如气缸体、气缸盖、铝活塞等。卧式（五）离心铸造

将金属液浇入高速旋转的铸型中，使其在离心力作用下成形并凝固的铸造方法。铸型为金属型或砂型。1.离心铸造的类型两大类立式：铸型绕垂直轴旋转，铸件上薄下厚，用于高度小于直径的圆环类或成形铸件。卧式：铸型绕水平轴旋转，铸件壁厚均匀，适于长度较大的管、套类零件。立式2.离心铸造的特点及应用（1）铸件组织致密，无缩孔、缩松、气孔、夹渣等缺陷，

力学性能好。（2）铸造中空铸件时，可不用型芯和浇注系统，大大简化

了生产过程，节约金属。（3）便于制造双金属铸件。（4）离心力作用下，金属液的充型能力得到提高，可浇注

流动性较差的合金铸件和薄壁铸件，如涡轮、叶轮等。（5）铸件易偏析，内孔不准确，内表面较粗糙。

不适合密度偏析大的合金及轻合金铸件。

应用：离心铸造主要用于管、套类零件，双金属铸件。如铸铁管、铜套、气缸套、钢套镶铜轴承等。

砂型铸造熔模铸造金属型铸造压力铸造低压铸造离心铸造铸件尺寸精度T14~16T11~14T12~14T11~13T12~14T12~14铸件表面粗糙度Ra/μm粗糙25~3.225~12.56.3~1.625~6.3外表面6.3~12.5，内孔粗糙适用金属不限不限制，以铸钢等难熔合金为主不限制，以非铁合金为主铝、锌、镁低熔点合金以非铁合金为主，也可用于黑色金属以铸铁、铜合金为主适用铸件大小不限＜45Kg，以小铸件为主中、小铸件一般小于10Kg，也可用于中型铸件以中、小铸件为主中、小铸件生产批量不限以成批、大量生产为主大批、大量大批、大量成批、大量成批、大量铸件内部质量结晶粗结晶粗结晶细表层结晶细，内部多有孔洞结晶细晶粒细，但内孔粗糙铸件加工余量大小或不加工小

小或不加工较小较小铸件最小壁厚/mm铸铁3.0铸钢5.00.7铝合金2~3灰铸铁4.00.5~0.72.0与同类铸型的常压铸件相近生产率低、中低、中中、高最高中中、高2.6常用铸造方法比较124第3章锻压金属塑性变形基础自由锻造模型锻造板料冲压本章主要内容：一、什么是锻压成型

金属坯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成型方法。锻压锻造冲压自由锻造，简称自由锻模型锻造，简称模锻板料冲压（钣金加工）3.1概述二、分类126三、锻压成型的主要特点及应用1.提高金属的力学性能晶粒细化，组织致密；气孔等铸造缺陷被压合；使纤维组织合理分布。2.节约材料，减少切削加工工时力学性能高，承载能力提高；与切削加工相比，减少零件制造中的金属消耗。3.模锻生产率高，适应性强4.缺点：不能生产外形尤其是内腔复杂的毛坯或零件。应用：主要用于轴类、连杆、齿轮、炮筒、枪管、吊钩、飞机和汽车零件等力学性能要求高的重要零件。3.2金属的塑性变形一、金属塑性变形的实质1.塑性变形：材料在外力作用下产生而外力去除后不能恢复的那部分残留变形。2.塑性加工（压力加工）：利用塑性变形使材料成型的加工方法的统称。3.分类：冷变形和热变形加工。4.目的：（1）改善金属的组织和性能；（2）获得所需尺寸、形状的产品。

5.生产实例：锻造、冲压、挤压、拉拔等。锻造连杆高强度螺栓（一）单晶体金属的塑性变形滑移：指晶体的一部分沿一定的晶面和晶向相对于另一部分发生滑动位移的现象。滑移的结果是在晶体表面形成台阶。主要形式—滑移一、金属塑性变形的实质129机理：晶体中位错的存在降低了晶体的变形抗力。在外力作用下，通过位错的传递，晶体发生滑移，从而实现金属的塑性变形。实质：是通过位错的移动来实现的。

位错的存在使晶体滑移所需要的切应力大大降低。130（二）实际金属的塑性变形—多晶体位错塞积示意图1.晶界的影响：当位错运动到晶界附近时，受到晶界的阻碍而堆积起来，称为位错的塞积；要使变形继续进行，则必须增加外力，从而使金属的塑性变形抗力提高。2.晶粒位向的影响：由于相邻晶粒位向不同，当一个晶粒发生塑性变形时，为保持变形的连续性，周围的晶粒以弹性变形来与之协调，增加了晶粒的塑性变形阻力。由于晶粒间的相互约束，使多晶体金属的塑性变形抗力提高。1313.多晶体的塑性变形过程在外力作用下，变形首先发生在有利滑移的晶粒内，处于不利滑移的晶粒逐渐向有利方向转动，互相协调，由少量晶粒的变形扩大到大量晶粒的变形，从而实现宏观塑性变形。可见，实际金属发生塑性变形时变形方式＝滑移＋晶粒的转动影响因素＝晶粒位向＋晶界（二）实际金属的塑性变形—多晶体变形抗力增大产生细晶强化二、塑性变形对金属组织和性能的影响1.加工硬化现象冷变形金属随变形度↑，强度、硬度↑，

塑性、韧性↓2.加工硬化产生原因

使晶粒破碎，晶格扭曲，造成晶格畸变，位错密度↑↑，产生位错缠结，位错移动阻力↑↑，使变形抗力↑↑

。3.加工硬化的利弊及应用是不能热处理强化金属材料的重要强化手段，如防锈铝合金可提高构件在使用过程中的安全性塑性↓变形抗力↑使进一步加工变得困难，如冷拉钢丝加工硬化现象，可采用再结晶退火消除！（一）加工硬化133（二）回复和再结晶—1.回复在加热温度不高时，冷变形金属原子扩散，残余内应力↓↓，强度硬度、塑性韧性基本不变。

应用：去应力退火。目的是消除残余应力。冷变形金属的软化过程2.再结晶加热温度较高时，金属原子扩散能力↑↑，形成新的无畸变等轴晶，晶格结构不变，加工硬化消除强度和硬度降低↓，塑性韧性提高↑

应用：再结晶退火。目的是消除加工硬化

加热温度为（T再＋100℃～200℃）134（三）冷变形和热变形T再冷变形热变形以下以上1.划分：2.区别：

①冷变形过程中产生加工硬化，变形抗力↑，Ra值较低

应用：金属材料通过冷轧、冷拔、等进行强化。

②热变形没有加工硬化，金属塑性↑变形抗力↓变形量↑

应用：金属材料的锻造加工

影响：组织细密，成分均匀；消除气孔、缩松等铸造缺陷；形成纤维组织—锻造流线。

相同材料，锻件的力学性能比铸件的高135加热温度对冷变形金属组织和性能的影响（四）纤维组织—锻造流线1.定义

铸锭内部存在的非金属夹杂物，在轧制或锻造过程中，随着晶粒的变形方向而被拉长呈纤维分布；在再结晶时，变形的晶粒恢复为细小等轴晶，而夹杂物依然沿被拉长的方向保留下来，称为纤维组织，其宏观痕迹即流线，故又称为锻造流线。热变形流线吊钩中的锻造流线137

使金属的力学性能具有各向异性。平行于纤维组织方向，塑性、韧性好；垂直于纤维组织方向，塑性、韧性差；热处理不能消除纤维组织，只能通过锻造加工来改变。例如：高速钢的反复锻造加工，目的是消除粗大碳化物。（四）纤维组织—锻造流线2.影响

138

在设计和制造零件时，要利用纤维组织的合理分布，使流线方向与零件的轮廓线相符合，提高零件的力学性能和使用寿命。（四）纤维组织—锻造流线3.应用例如：热轧成型齿轮，锻造曲轴，流线方向与轮廓一致，寿命提高。棒料切削厚板切削圆钢镦粗后切削精锻成型锻造曲轴三、金属的可锻性及其影响因素（一）可锻性及衡量指标1.定义金属在锻压成型时，获得优质锻件的难易程度。2.衡量指标

①塑性：材料的塑性越好可锻性越好

②变形抗力：材料的变形抗力越小可锻性越好（二）影响因素

主要有：化学成分、金相组织、变形温度、

变形速度、应力状态等。1401.化学成分和金相组织（2）金相组织、结构

纯金属和单相固溶体组织塑性好，具有良好的可锻性。例如：紫铜比黄铜可锻性好；钢在锻造时，一般加热到高温，获得单相奥氏体组织；面心立方结构金属塑性好，比密排六方结构的可锻性好。（1）化学成分

wCMe%材料的可锻性越好例如：低碳钢比高碳钢的可锻性好；碳素钢比合金钢的可锻性好。1412.变形温度

T变越高材料的可锻性越好（有效措施）故：锻造常在高温下进行，但温度不能过高。（1）钢件锻造加热常见缺陷氧化：金属元素与炉气中氧反应产生氧化皮。危害：合金元素烧损，锻模磨损加剧，锻件质量脱碳：钢件表层中碳被炉气中O2和CO2氧化危害：工件表层wC，强度、硬度、耐磨性过热：加热温度过高或高温停留时间过长，造成晶粒粗大

危害：钢件的强度、塑性、冲击韧性。再次热处理补救。过烧：加热温度接近固相线并停留时间过长，奥氏体晶界氧化甚至局部熔化。一旦产生，只能报费。142确定：根据合金状态图。原则：

①始锻温度，在不出现过热和过烧前提下，尽量提高始锻温度。碳钢的始锻温度应低于固相线2000C。

②终锻温度：停止锻造的温度。终锻温度太高，停锻后晶粒会重新长大，降低锻件力学性能；太低，再结晶较困难，冷变形强化现象严重，变形抗力太大，甚至产生锻造裂纹，也易损坏设备和工具。碳钢在800℃以上。（2）锻造温度始锻温度终锻温度锻造加工1433.变形速度

指金属在锻压加工过程中，单位时间内的相对变形量。（2）变形过程中的热效应。

变形过程中，部分塑性变形转化为热能，使锻件的温度升高的现象，使金属的塑性提高，变形抗力降低，可锻性变好。

当v＞vc时，热效应起主要作用；

v↑塑性↑变形抗力↓可锻性↑。

影响：（1）加工硬化被再结晶消除的程度。

当v＜vc时，再结晶速度起主要作用；v↓塑性↑变形抗力↓可锻性↑

对再结晶温度高，再结晶速度缓慢的合金钢，不宜在锻锤上锻打，应在变形速度低的压力机上锻造，以利于加工硬化的消除。144变形区，压应力的数量愈多，塑性愈好，变形抗力增大；拉应力的数量愈多，变形抗力小，但裂纹易扩展，塑性差。拉拔成型时，二向受压，一向受拉，适于塑性好的材料。挤压成型时，三向受压应力，适于塑性较差的材料。4.应力状态挤压成型时应力状态拉拔成型时应力状态定义：

利用砥铁和一些