第2篇 成形加工

《第2篇 成形加工》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第2篇 成形加工（113页珍藏版）》请在文档大全上搜索。

1、第第2 2篇篇 金属材料的成形加工基础金属材料的成形加工基础1.主要内容主要内容 铸造铸造 压力加工压力加工 焊接焊接2.重点重点 各个方法对质量的影响及其应用各个方法对质量的影响及其应用第第3 3章章 铸铸 造造3.1 概述概述一定义一定义 液态金属注入铸型中，凝固后得到一定形状、尺寸产品的工艺。二铸造生产特点二铸造生产特点1）可制造形状复杂的制品。如四羊尊，龙凤，发动机箱体等。2）可制造各种尺寸的铸件。如绣花针，沧州铁狮（五代），山东13 层的铁塔等。3）可制造塑性差的制品。4）成本低。5）工序复杂。6）质量不稳定。3.2 液态液态金属的充型金属的充型能力能力一概念一概念 液态金属充满型腔

2、，获得形状完整、轮廓清晰的健全铸件的能力。二金属液与铸型之间的作用二金属液与铸型之间的作用 热作用：高温、导热 机械作用：力 物理化学作用：吸附、反应等三影响充型能力的因素三影响充型能力的因素1合金流动性合金流动性 成分（温度间距，杂质）、物性（蓄热系数、焓、粘度）、温度2铸型铸型 蓄热系数、铸型温度、铸型表面、铸型气体3浇注条件浇注条件 外力场、浇注系统4铸件结构铸件结构 厚度、复杂程度四提高充型能力的措施四提高充型能力的措施 1选择合理的合金成分 2工艺措施流动性螺旋试样流动性螺旋试样3.3 铸造收缩铸造收缩一合金的收缩特性一合金的收缩特性总收缩=液态收缩+液固收缩+固态收缩1液态收缩：液

3、态收缩：TPTL2液固收缩：液固收缩：TLTS液固相变体积变化TLTS温度降低的体积收缩3固态收缩：固态收缩：TSTO4线收缩开始温度：线收缩开始温度：合金固相骨架形成温度 介于TLTS之间，液相占2040% 合金的线收缩开始温度与成分的关系二收缩对铸件质量的影响二收缩对铸件质量的影响1液态收缩+液固收缩导致缩孔和疏松缩孔：铸件在凝固过程中收缩而产生的集中孔洞缩松：铸件最后凝固的区域没有得到补缩而形成的分散的孔洞控制措施：控制措施：（1）顺序凝固 （2）冒口补缩 （3）加压补缩 （4）压缩变形 （5）电磁搅拌2线收缩导致热裂、应力、变形和冷裂三热裂及其控制三热裂及其控制1热裂：热裂：在固相线温

4、度附近出现的断裂或裂纹2形成温度：形成温度：线收缩开始温度液相结束温度3形成机理：形成机理：铸件收缩引起的应力大于铸件高温下的强度， 或铸件收缩引起的应变大于铸件高温下的变形极限。 1）高温脆性：合金在固相线附近延伸率、强度极低，称脆性温度区间。 强度为1/100-1000，延伸率为1% 2）液膜理论：晶间液膜的存在4热裂倾向热裂倾向：T，热裂倾向；，热裂倾向5防止热裂的主要防止热裂的主要措施：措施： 1）提高合金抗热裂的能力 2）改善铸型退让性 3）合理设计铸件结构（减少热节和应力集中、加加强筋） 4）提高铸件温度的均匀性（同时凝固） 脆性温度区间脆性温度区间线收缩开始至固相线以下某温度3.

5、4 铸件的应力、变形和冷裂铸件的应力、变形和冷裂一铸造应力一铸造应力1）概念：固态铸件在冷却过程中由于体积和尺寸的变化受到阻碍 而 产生的应力2）分类 铸造应力铸造应力按机理热应力相变（组织）应力机械阻碍应力按存在周期临时应力残余应力1热应力热应力 1）概念：由于各部位冷速不同而造成的收缩受阻所产生的应力。 2）影响因素：温差，膨胀系数，E（t0-t1）:当铸件处于高温阶段时，两杆都处于塑性状态，尽管此时两杆的冷速不同、收缩也不同步，但瞬时的应力可通过塑性变形来自行消失，在铸件内无应力产生；（t1-t2）:继续冷却，冷速较快的杆II进入弹性状态，粗杆I仍然处于塑性状态此时由于细杆II的冷速较快

6、、收缩较大，所以细杆II会受到拉伸，粗杆I会受到压缩（图b），形成暂时内应力，但此内应力很快因粗杆I发生了微量的受压塑性变形而自行消失（图c）；（t2-t3）:当进一步冷至更低温度时两杆均进入了弹性状态，此时由于两杆的温度不同、冷却速度也不同，所以二者的收缩也不同步，粗杆I的温度较高，还要进行较大的收缩，细杆II的温度较低，收缩已趋于停止，因此粗杆I的收缩必定受到细杆II的阻碍，使其收缩不彻底，在部产生拉应力；而杆II则受到杆I因收缩而施与的压应力（图d）。直到室温，残留热应力一直存在。2相变应力相变应力 1）概念：由于固态相变时的体积变化受阻而产生的应力。 2）影响因素：温差，比容差，E 3

7、）特点：可能收缩，也可能膨胀3机械阻碍应力机械阻碍应力 1）概念：材料变形受到外界的机械阻碍而造成的应力。 2）影响因素：铸型退让性 3）特点： 临时应力4减小铸造应力的途径减小铸造应力的途径 1）铸件壁厚尽量均匀 2）采用合理的工艺使温度均匀 3）控制铸型的退让性及打箱时间5消除铸造应力的途径消除铸造应力的途径 1）自然时效 2）人工时效 3）共振方法 二变形二变形当铸造应力大于屈服强度时，产生变形。1危害危害无法加工而报废加工后变形，影响精度或报废2防范防范减小铸造应力预变形法附加工艺筋三冷裂三冷裂 当铸造应力大于断裂强度时，发生断裂。1)冷裂特征：穿晶断裂2)冷裂倾向： 铸件应力，冷裂

8、塑韧性，冷裂3）防止： 减小铸造应力 控制合金的成分及质量3.5 铸件中的偏析铸件中的偏析1. 偏析：材料化学成分的不均匀性称偏析2. 形成原因：凝固过程中溶质的再分配3. 偏析系数：1-K=（Cl-Cs）/Cl4. 分类： 偏析偏析微观偏析微观偏析晶内偏析晶内偏析晶间偏析晶间偏析宏观偏析宏观偏析正（常）偏析正（常）偏析逆偏析逆偏析V型型/倒倒V型偏析型偏析带状偏析带状偏析重力偏析重力偏析1微观偏析微观偏析：晶粒尺度化学成分的不均匀现象1）晶内偏析：晶粒内部化学成分的不均匀现象 （先结晶部分的溶质含量少于后结晶部分）2）晶间偏析：晶粒与晶间化学成分的差异现象。 （晶间溶质含量高，且富含杂质）3

9、）对比：前者成分连续变化，后者有突变。4）减少微观偏析的措施 细化晶粒快速凝固扩散退火：晶内偏析可消除，晶间偏析不能完全消除2宏观偏析宏观偏析（区域偏析）：铸件不同区域化学成分不均匀现象1）正常偏析：在宏观上符合溶质再分配规律的偏析2）反（逆）偏析：与正常偏析相反的宏观偏析产生原因：铸件收缩造成铸件内部富含溶质的残留液体流向铸件外层，使溶质出现反常分布。影响因素：枝晶粗大，反偏析收缩率，反偏析气体含量，反偏析防止措施：增大温度梯度减少含气量细化晶粒3）比重偏析：由于比重不同而在重力作用下所形成的宏观偏析4）带状偏析：铸件内部与凝固方向相垂直的带状的化学成分不均匀现象5) V型/倒V型偏析3.6

10、 砂型铸造砂型铸造以型砂和芯砂为以型砂和芯砂为造型材料制成铸造型材料制成铸型，液态金属在型，液态金属在重力下充填铸型重力下充填铸型来生产铸件的铸来生产铸件的铸造方法。造方法。砂型铸造的工艺过程砂型铸造的工艺过程 砂型铸造方法分类砂型铸造方法分类u手工造型手工造型 u机器造型机器造型 v震压造型震压造型 v微震压实造型微震压实造型 v高压造型高压造型 v射压造型射压造型v 空气冲击造型空气冲击造型v 抛砂抛砂1. 手工造型手工造型 生产率低；生产率低； 对工人技术水平要求较高；对工人技术水平要求较高； 铸件尺寸精度及表面质量较差；铸件尺寸精度及表面质量较差； 主要用于单件、小批生产，有时也可用于

11、大批量的生产。主要用于单件、小批生产，有时也可用于大批量的生产。2. 机器造型机器造型生产率高，劳动条件好，铸件生产率高，劳动条件好，铸件尺寸精确，表面光洁，加工余尺寸精确，表面光洁，加工余量小，用于大批生产。量小，用于大批生产。浇注系统浇注系统浇注系统是铸型中液态金属流入型腔的通道之总称。浇注系统是铸型中液态金属流入型腔的通道之总称。典型浇注系统的结构：浇口杯、直浇道 、直浇道窝 、横浇道、末端延长段 、内浇道 直浇道直浇道提供必要的充型压力，保证铸件轮廓、棱角清晰。 横浇道横浇道良好的阻渣能力。 内浇道内浇道位置、方向和个数应符合铸件的凝固原则或补缩方法。在规定的浇注时间内充满型腔。金属液