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1、金属工艺学金属工艺学3/20/20231绪绪 论论l什么叫金属工艺学？什么叫金属工艺学？是一门研究有关制造金属零件工艺方法是一门研究有关制造金属零件工艺方法的综合的综合性性技术基础课。技术基础课。l它主要研究：它主要研究：（1）各种工艺方法本身的规律性及其在机械制）各种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；造中的应用和相互联系；（2）金属机件的加工工艺过程和结构工艺性；）金属机件的加工工艺过程和结构工艺性；（3）常用金属材料性能对加工工艺的影响等。）常用金属材料性能对加工工艺的影响等。l金属工艺学中涉及到的知识点在机械制造工金属工艺学中涉及到的知识点在机械制造工程中的地位。程中
2、的地位。3/20/20232课程的性质、任务和要求课程的性质、任务和要求性质：研究常用工程材料及其成形方法的综合性课程研究常用工程材料及其成形方法的综合性课程体现理论教学与实践环节密切结合的技术基础课程体现理论教学与实践环节密切结合的技术基础课程任务和要求：了解产品的制造过程了解产品的制造过程掌握常用工程材料的种类与性能，能初步选用掌握常用工程材料的种类与性能，能初步选用掌握材料成形的基本原理和工艺特点，能初步运用掌握材料成形的基本原理和工艺特点，能初步运用3/20/20233第一篇第一篇 金属材料金属材料的基础知识的基础知识3/20/20234第一节第一节 金属材料的力学性能金属材料的力学性
3、能 l力学性能是指金属材料在受外力作用时所力学性能是指金属材料在受外力作用时所反映出来的固有性能。反映出来的固有性能。l金属材料的力学性能主要有：强度、塑性、金属材料的力学性能主要有：强度、塑性、硬度、冲击韧度和疲劳强度等。硬度、冲击韧度和疲劳强度等。l力学性能指标，是选择、使用金属材料的力学性能指标，是选择、使用金属材料的重要依据。重要依据。3/20/20235一、强度与塑性一、强度与塑性 l强强度度:材材料料抵抵抗抗由由外外力力载载荷荷所所引引起起的的应应变变或或断裂的能力。断裂的能力。l塑性塑性:材料在外力作用下产生不可逆永久变材料在外力作用下产生不可逆永久变形而不破坏的能力。形而不破坏
4、的能力。l拉伸试验拉伸试验标准试件3/20/20236低碳钢拉伸曲线低碳钢拉伸曲线铸铁拉伸曲线铸铁拉伸曲线Fl：载荷伸长量拉伸曲线 ：应力应变曲线3/20/20237=F/Ao=L/L0 分别以和为纵坐标和横坐标，绘出应力-应变曲线。应力-应变曲线的形状与拉伸曲线完全相似，只是坐标与数值不同。oe弹性变形阶段；弹性变形阶段；es屈服阶段；屈服阶段；sb强化阶段；强化阶段；bk缩颈阶段缩颈阶段s-屈服点屈服点b-开始发生缩颈现象开始发生缩颈现象退火低碳钢力退火低碳钢力-伸长曲线伸长曲线3/20/20238屈服极限屈服极限 S强化阶段弹性极限弹性极限 P屈服阶段屈服阶段强度极限强度极限 B颈缩阶段
5、弹性阶段弹性阶段3/20/20239强度指标强度指标l1.屈服点屈服点在在拉拉伸伸试试验验过过程程中中，外外力力不不增增加加(保保持持恒恒定定)，但但试试样样仍仍然然能能继继续续伸伸长长(变变形形)，这这种种现现象象称称屈屈服服。S点点称称屈屈服服点点，S点点对对应应的的应应力力称称屈屈服服点点应应力力。用用符符号号s表表示示。屈屈服服点点应应力力s可按下式计算：可按下式计算：s=Fs/A A0 0 (MPa)式中：式中：Fs试样屈服时的载荷，试样屈服时的载荷，N；A A0 0试样原始横截面积，试样原始横截面积，mm2。3/20/202310l2抗拉强度抗拉强度l抗抗拉拉强强度度是是指指试试样
6、样拉拉断断前前承承受受的的最最大大应应力力值，用符号值，用符号b表示，单位为表示，单位为Mpa，即，即lb=Fb /A0(Mpa)l式中：Fb试样承受的最大载荷，N；l A0试样原始横截面积，mm2。3/20/202311l屈服点应力（屈服强度）和抗拉强度在设屈服点应力（屈服强度）和抗拉强度在设计机械和选择、评定金属材料时有重要意计机械和选择、评定金属材料时有重要意义义。机械零件多以机械零件多以s作为强度设计的依据。作为强度设计的依据。l对于脆性材料，在强度计算时，则以对于脆性材料，在强度计算时，则以b为为依据。依据。3/20/202312塑性指标塑性指标(1)伸长率伸长率=（L1-L0）/L
7、0100%式中：式中：L0试样原标距的长度（试样原标距的长度（mm）L1试样拉断后的标距长度（试样拉断后的标距长度（mm）3/20/202313l(2)断面收缩率断面收缩率l断面收缩率是指试样拉断后断面处横截面积断面收缩率是指试样拉断后断面处横截面积的相对收缩值。的相对收缩值。l=（A0-A1）/A0100%l式中：式中：A0试样的原始截面积（试样的原始截面积（mm2）lA1试样断面处的最小截面积（试样断面处的最小截面积（mm2）l和和愈大，则塑性愈好。良好的塑性是金属愈大，则塑性愈好。良好的塑性是金属材料进行塑性加工的必要条件。材料进行塑性加工的必要条件。3/20/202314二、硬度二、硬
8、度l固固体体材材料料抵抵抗抗塑塑性性变变形形、压压入入或或压压痕痕的的能力。能力。l硬硬度度是是衡衡量量金金属属材材料料软软硬硬程程度度的的一一种种性性能能指指标标。它它直直接接影影响响到到材材料料的的耐耐磨磨性性及及切削加工性。切削加工性。l硬度测定方法有压入法、划痕法、回弹硬度测定方法有压入法、划痕法、回弹高度法等。高度法等。l金属材料的硬度可用专门仪器来测试，金属材料的硬度可用专门仪器来测试，常用的有常用的有布氏硬度布氏硬度机、机、洛氏硬度洛氏硬度机等。机等。3/20/202315布氏硬度布氏硬度布氏硬度试验原理图布氏硬度试验原理图 式中：F试验力，N；D压头的直径,mm HBS表示用淬
9、火钢球作为压头测出的硬度值。HBW表示用硬质合金球作为压头测出的硬度值。单位面积所受的力值即为硬度3/20/202316洛氏硬度洛氏硬度洛氏硬度试验原理图 试验时，先加初试验力，然后加主试验力，压入试样表面之后，去除主试验力，在保留初试验力的情况下，根据试样残余压痕深度增量来衡量试样的硬度大小。3/20/202317布氏硬度与布氏硬度与洛氏硬度洛氏硬度的特点比较的特点比较 l布氏硬度的特点：布氏硬度的特点：l布氏硬度因压痕面积较大，布氏硬度因压痕面积较大，HB值的值的代表性较全面，而且实验数据的重复性代表性较全面，而且实验数据的重复性也好，但由于淬火钢球本身的变形问题，也好，但由于淬火钢球本身
10、的变形问题，不能试验太硬的材料，一般在不能试验太硬的材料，一般在HB450以以上的就不能使用。上的就不能使用。l由于压痕较大，成品检验也有困难。由于压痕较大，成品检验也有困难。l通常用于测定铸铁、有色金属、低合通常用于测定铸铁、有色金属、低合金结构钢等材料的硬度。金结构钢等材料的硬度。3/20/202318l洛氏硬度的特点：洛氏硬度的特点：洛氏硬度洛氏硬度HR可以用于硬度很高的材料，可以用于硬度很高的材料，而且压痕很小，几乎不损伤工件表面，故而且压痕很小，几乎不损伤工件表面，故在钢件热处理质量检查中应用最多。在钢件热处理质量检查中应用最多。但洛氏硬度由于压痕较小，硬度代表但洛氏硬度由于压痕较小
11、，硬度代表性就差些，如果材料中有偏析或组织不均性就差些，如果材料中有偏析或组织不均的情况，则所测硬度值的重复性也差。的情况，则所测硬度值的重复性也差。3/20/202319三、冲击韧度（三、冲击韧度（ak）有些机件在工作时要受到高速作用的载荷冲击，如锻压机的锤杆、冲床的冲头、汽车变速齿轮、飞机的起落架等。瞬时冲击引起的应力和应变要比静载荷引起的应力和应变大得多，因此在选择制造该类机件的材料时，必须考虑材料的抗冲击能力，即冲击韧度。3/20/202320l金属材料抵抗冲击载荷作用而不破坏的能力叫做金属材料抵抗冲击载荷作用而不破坏的能力叫做冲击韧度。冲击韧度。常用一次摆锤冲击试验来测定金属材常用一
12、次摆锤冲击试验来测定金属材料的冲击韧度料的冲击韧度(大能量、一次冲断）。大能量、一次冲断）。l试验表明，在冲击载荷不太大的情况下，金属试验表明，在冲击载荷不太大的情况下，金属材料承受多次重复冲击的能力，主要取决于强度。材料承受多次重复冲击的能力，主要取决于强度。l冲击值对组织缺陷很敏感，因此冲击试验是生产冲击值对组织缺陷很敏感，因此冲击试验是生产上用来检验冶炼、热加工、热处理等工艺质量的上用来检验冶炼、热加工、热处理等工艺质量的有效方法。有效方法。3/20/202321l夏比冲击试验夏比冲击试验 试验原理试验原理ak=AK/A（Jcm-2）式中：式中：Ak折断试样所消耗的冲击功（折断试样所消耗
13、的冲击功（J）A试样断口处的原始截面积（试样断口处的原始截面积（mm2）冲击韧度：3/20/202322l标准冲击试样有两种，一种是夏比形缺口试样，另一种是夏比形缺口试样l同一条件下同一材料制作的两种试样，其形试样的a k值明显大于形试样的a k，所以这两种试样的值a k不能相互比较。对于脆性材料试样一般不开缺口。3/20/202323四、疲劳强度四、疲劳强度l工程上一些机件工作时受交变应力或循环应力作用，即使工作应力低于材料的屈服强度，但经过一定循环周次后仍会发生断裂，这样的断裂现象称之为疲劳。l零件的疲劳断裂过程可分为裂纹产生、裂纹扩展和瞬间断裂三个阶段。疲劳疲劳的概念的概念:3/20/2
14、02324l 金属材料在金属材料在无数次重复无数次重复或交变载荷作用或交变载荷作用下而不致引起断裂的最大应力，叫做下而不致引起断裂的最大应力，叫做疲劳疲劳强度强度。l材料的疲劳强度通常在旋转对称弯曲材料的疲劳强度通常在旋转对称弯曲疲劳试验机上测定。疲劳试验机上测定。疲劳强度的概念3/20/202325l在循环载荷作用下，材料承受一定的循环应力和断裂时相应的循环次数N之间的关系可以用曲线来描述，即之间的关系曲线，称疲劳曲线-N 曲线疲劳曲线当零件所受的应力按正弦曲线对称循环时，疲劳强度以符号-1表示，即当应力低于-1值，既使循环周次无穷多也不发生断裂。3/20/202326无数次应力循环：无数次
15、应力循环：对于钢材为对于钢材为107，有色金属和某些超高强度钢常取有色金属和某些超高强度钢常取108。-N 曲线3/20/202327GM-KD5025数控龙门磨床床身（41T）铸 件第二篇铸造第二篇铸造3/20/202328金属熔化液态金属浇入铸型落砂清理后成为铸件第一章铸造的工艺基础第一章铸造的工艺基础一、铸造：将液态合金浇注一、铸造：将液态合金浇注到与零件的形状、尺寸相适到与零件的形状、尺寸相适应的铸型空腔中，待其冷却应的铸型空腔中，待其冷却凝固，以获得毛坯或零件的凝固，以获得毛坯或零件的生产方法，叫做铸造。生产方法，叫做铸造。3/20/202329二、二、铸造的特点：铸造的特点：、能制
16、成形状复杂，特别是具、能制成形状复杂，特别是具有复杂内腔的毛坯；有复杂内腔的毛坯；、铸件重量及所用合金几乎不、铸件重量及所用合金几乎不受限制；受限制；、铸件的切削加工余量较小、铸件的切削加工余量较小、成本低。因此，得到了广泛的应成本低。因此，得到了广泛的应用。用。但是：但是：1、抗拉强度和冲击韧性不如锻、抗拉强度和冲击韧性不如锻、焊件。焊件。2、工艺复杂，故废品率高。、工艺复杂，故废品率高。3/20/202330第一节液态合金的充型第一节液态合金的充型一、充型概念：液态合金填充铸一、充型概念：液态合金填充铸一、充型概念：液态合金填充铸一、充型概念：液态合金填充铸型的过程，简称充型。液态合金型的
17、过程，简称充型。液态合金型的过程，简称充型。液态合金型的过程，简称充型。液态合金充满铸型型腔，获得形状完整、充满铸型型腔，获得形状完整、充满铸型型腔，获得形状完整、充满铸型型腔，获得形状完整、轮廓清晰铸件的能力，称为液态轮廓清晰铸件的能力，称为液态轮廓清晰铸件的能力，称为液态轮廓清晰铸件的能力，称为液态合金的充型能力。合金的充型能力。合金的充型能力。合金的充型能力。二、二、二、二、充型能力的影响因素充型能力的影响因素充型能力的影响因素充型能力的影响因素：、合金的流动性、合金的流动性、合金的流动性、合金的流动性（常用螺旋形试常用螺旋形试常用螺旋形试常用螺旋形试样长度来衡量样长度来衡量样长度来衡量
18、样长度来衡量）：流动性愈好，充）：流动性愈好，充）：流动性愈好，充）：流动性愈好，充型能力愈好，愈便于浇铸出轮廓型能力愈好，愈便于浇铸出轮廓型能力愈好，愈便于浇铸出轮廓型能力愈好，愈便于浇铸出轮廓清晰、薄而复杂的铸件。清晰、薄而复杂的铸件。清晰、薄而复杂的铸件。清晰、薄而复杂的铸件。螺旋形试样螺旋形试样3/20/2023311)、合金流动性的测定：用、合金流动性的测定：用“螺旋形螺旋形试样试样”的长度来衡量。在相同浇注条的长度来衡量。在相同浇注条件下，试样愈长，流动性愈好。件下，试样愈长，流动性愈好。2)、影响合金流动性的因素：主要是、影响合金流动性的因素：主要是合金的化学成分。合金的化学成分
19、。液相线与固相线间液相线与固相线间的距离（的距离（T液液T固固）称为结晶间隔）称为结晶间隔。结晶间隔越大流动性越差，反之越好，因此共晶成分合金流动性结晶间隔越大流动性越差，反之越好，因此共晶成分合金流动性最好最好.(图图2-3）。）。、浇注条件、浇注条件(浇注温度和充型压力浇注温度和充型压力）：浇注温度越高，充型压力）：浇注温度越高，充型压力越大则充型能力越好。越大则充型能力越好。、铸型填充条件、铸型填充条件（铸型的蓄热能力，铸型温度和铸型中的气体铸型的蓄热能力，铸型温度和铸型中的气体）：铸型的蓄热能力低，铸型温度较高，铸型排气能力较好时则充：铸型的蓄热能力低，铸型温度较高，铸型排气能力较好时
20、则充型能力较好。型能力较好。由于充型能力低而引起的缺陷有：由于充型能力低而引起的缺陷有：冷隔、浇不足冷隔、浇不足。Fe-C合金流动性与含碳量关系合金流动性与含碳量关系3/20/202332铸件的凝固方式铸件的凝固方式第二节铸件的凝固与收缩第二节铸件的凝固与收缩一、铸件的凝固铸件的凝固逐层凝固（充型能力好，便于补缩）逐层凝固（充型能力好，便于补缩）、凝固方式糊状凝固、凝固方式糊状凝固(易形成缩孔、难以获得结晶紧实的铸件）易形成缩孔、难以获得结晶紧实的铸件）中间凝固（介于上两者间）中间凝固（介于上两者间）3/20/202333合金的结晶温度范围合金的结晶温度范围、影响凝固方式的主要因素合金性质、影
21、响凝固方式的主要因素合金性质铸件的温度梯度铸型的蓄热能力铸件的温度梯度铸型的蓄热能力浇注温度浇注温度二、铸造合金的收缩二、铸造合金的收缩铸造合金在浇注、凝固、直至冷却到室温的过程中，其体积或尺寸铸造合金在浇注、凝固、直至冷却到室温的过程中，其体积或尺寸缩减的现象称为收缩。缩减的现象称为收缩。1、收缩的实质：按空穴理论，随着温度的下降合金中空穴的数量、收缩的实质：按空穴理论，随着温度的下降合金中空穴的数量少，原子间距缩短，使其体积和尺寸缩小。少，原子间距缩短，使其体积和尺寸缩小。液态收缩液态收缩液液：T浇浇T液液的收缩，的收缩，T浇浇越大，越大，液液则越大则越大、收缩的分类、收缩的分类凝固收缩凝
22、固收缩凝凝：T液液T固固的收缩，结晶间隔越大的收缩，结晶间隔越大,凝凝则越大则越大固态收缩固态收缩固固:T固固室温的收缩室温的收缩,与合金的线膨胀系数有关。与合金的线膨胀系数有关。3/20/202334三、铸件中的缩孔与缩松：三、铸件中的缩孔与缩松：、缩孔和缩松的形成：、缩孔和缩松的形成：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足，则在铸件最后凝固部位形成一些孔洞，按孔洞的大小和不到补足，则在铸件最后凝固部位形成一些孔洞，按孔洞的大小和分布，分为缩孔和缩松。分布，分为缩孔和缩松。1）、）、缩孔缩孔：集中在铸件上部
23、或最后凝固的部位容积较大的孔洞。：集中在铸件上部或最后凝固的部位容积较大的孔洞。特征：多呈倒圆锥形，内表面粗糙，通常隐藏在铸件内层，有时暴特征：多呈倒圆锥形，内表面粗糙，通常隐藏在铸件内层，有时暴露于表面。露于表面。缩孔的形成缩孔的形成影响因素：、液、凝的大小；、浇注温度的高低；、铸件厚度。3/20/202335）、）、缩松缩松：分散在铸件某区域内的细小缩孔，称为缩松。：分散在铸件某区域内的细小缩孔，称为缩松。分宏观缩松和显微缩松。分宏观缩松和显微缩松。形成原因：由于铸件最后凝固区域的收缩未能得到补足，形成原因：由于铸件最后凝固区域的收缩未能得到补足，或者因合金呈糊状凝固，被树枝状晶体分隔的小
24、液体区难或者因合金呈糊状凝固，被树枝状晶体分隔的小液体区难以得到补缩所致。以得到补缩所致。逐层凝固合金易产生缩孔（如纯金属、共晶合金），糊状逐层凝固合金易产生缩孔（如纯金属、共晶合金），糊状凝固合金易产生缩松，（如锡青铜）。凝固合金易产生缩松，（如锡青铜）。明集中缩孔明集中缩孔暗集中缩孔暗集中缩孔分散缩孔分散缩孔缩松缩松3/20/202336、缩孔和缩松的防止：、缩孔和缩松的防止：）、适当地降低浇注温度和浇注速度。）、适当地降低浇注温度和浇注速度。）、采用顺序凝固、冒口补缩）、采用顺序凝固、冒口补缩(顺序凝固原则顺序凝固原则)。）、按冷铁、采用金属型。）、按冷铁、采用金属型。缩孔部位的确定：常
25、用缩孔部位的确定：常用“凝固等温线法凝固等温线法”、“内切圆法内切圆法”。3/20/202337缩孔缩孔缩松缩松3/20/202338l偏析：偏析：合金中各部分化合金中各部分化学成分不均匀的现象称为学成分不均匀的现象称为偏析偏析。铸锭。铸锭(件件)在结晶时在结晶时,由于各部位结晶先后顺序由于各部位结晶先后顺序不同，合金中的低熔点元不同，合金中的低熔点元素偏聚于最终结晶区，造素偏聚于最终结晶区，造成成宏观上的成分不均匀，宏观上的成分不均匀，称称宏观偏析宏观偏析。适当控制浇。适当控制浇注温度和结晶速度可减轻注温度和结晶速度可减轻宏观偏析。宏观偏析。硫在钢锭中偏析的模拟结果硫在钢锭中偏析的模拟结果3
26、/20/202339l气孔气孔:是指液态金属中溶解的气体或反应生成的是指液态金属中溶解的气体或反应生成的气体在结晶时未逸出而存留于铸锭气体在结晶时未逸出而存留于铸锭(件件)中的气泡中的气泡.铸铸锭中的封闭的气孔可在热加工时焊合，张开的气锭中的封闭的气孔可在热加工时焊合，张开的气铸件中的气孔铸件中的气孔孔需要切除。铸件中出现气孔需要切除。铸件中出现气孔则只能报废。孔则只能报废。3/20/202340第三节铸造内应力变形和裂纹第三节铸造内应力变形和裂纹内力内力：构件内部相互作用并达平衡的力。：构件内部相互作用并达平衡的力。与内应力、变形、裂纹相关的是与内应力、变形、裂纹相关的是固态收缩固态收缩。一
27、、内应力的形成：因固态收缩受阻。一、内应力的形成：因固态收缩受阻。按内应力产生的原因分为：机械应力、热应力。按内应力产生的原因分为：机械应力、热应力。、机械应力机械应力（受机械阻碍而形成的）（受机械阻碍而形成的）原因：铸件固态收缩时，受到铸型或型芯等的机械阻碍原因：铸件固态收缩时，受到铸型或型芯等的机械阻碍而产生的内应力。机械应力而产生的内应力。机械应力使铸件产生拉伸或剪切应力，使铸件产生拉伸或剪切应力，并且是暂时的，在铸件落砂并且是暂时的，在铸件落砂之后，这种应力便可自行消之后，这种应力便可自行消失。失。3/20/202341、热应力：、热应力：、热应力：、热应力：由于同一构件各部分冷却速度
28、不同，以由于同一构件各部分冷却速度不同，以由于同一构件各部分冷却速度不同，以由于同一构件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。致在同一时期内铸件各部分收缩不一致而引起的。致在同一时期内铸件各部分收缩不一致而引起的。致在同一时期内铸件各部分收缩不一致而引起的。）、热应力的形成）、热应力的形成）、热应力的形成）、热应力的形成再结晶温度（再结晶温度（再结晶温度（再结晶温度（t t临临临临）：产生了加工硬化的工件，在加热）：产生了加工硬化的工件，在加热）：产生了加工硬化的工件，在加热）：产生了加工硬化的工件，在加热至某一温度后能发生再结晶现象，此温度叫再结晶温至某一温度后能
29、发生再结晶现象，此温度叫再结晶温至某一温度后能发生再结晶现象，此温度叫再结晶温至某一温度后能发生再结晶现象，此温度叫再结晶温度。高于再结晶温度时，材料处于塑性状态，低于再度。高于再结晶温度时，材料处于塑性状态，低于再度。高于再结晶温度时，材料处于塑性状态，低于再度。高于再结晶温度时，材料处于塑性状态，低于再结晶温度时材料处于弹性状态。结晶温度时材料处于弹性状态。结晶温度时材料处于弹性状态。结晶温度时材料处于弹性状态。3/20/202342T0-T1均处于塑均处于塑性状态性状态T1-T2处于弹性状态，处于弹性状态，处于处于塑性状态塑性状态T2-T3、均处均处于弹性状态于弹性状态ABCD3/20/
30、202343冷至室温（冷至室温（T3）时，杆）时，杆受拉，杆受拉，杆受压。受压。判断应力方向的规律判断应力方向的规律：最后冷却收缩的部分受拉伸应力，先冷却收缩的部位受压应力。最后冷却收缩的部分受拉伸应力，先冷却收缩的部位受压应力。因此铸件的厚壁或心部受拉，薄壁或表层受压因此铸件的厚壁或心部受拉，薄壁或表层受压。由上可知：由于内应力的存在，就等于铸件在未承受载荷之前，由上可知：由于内应力的存在，就等于铸件在未承受载荷之前，自身就已承受了应力载荷，因而使铸件的实际承载能力降低，同时自身就已承受了应力载荷，因而使铸件的实际承载能力降低，同时应力过大时，会导致变形、开裂而报废。应力过大时，会导致变形、
31、开裂而报废。壁厚差壁厚差）、）、热应力的影响因素热应力的影响因素线收缩率线收缩率弹性模量弹性模量3/20/202344）、预防措施）、预防措施）、预防措施）、预防措施：、设计壁厚均匀的铸件；、设计壁厚均匀的铸件；、设计壁厚均匀的铸件；、设计壁厚均匀的铸件；、选用线收缩率小的合金；、选用线收缩率小的合金；、选用线收缩率小的合金；、选用线收缩率小的合金；、在工艺上采取措施，控制铸件厚处和薄处同时冷却、在工艺上采取措施，控制铸件厚处和薄处同时冷却、在工艺上采取措施，控制铸件厚处和薄处同时冷却、在工艺上采取措施，控制铸件厚处和薄处同时冷却（同时凝固原则同时凝固原则同时凝固原则同时凝固原则）；）；）；）
32、；、对已存在应力铸件进行低温去应力退火。、对已存在应力铸件进行低温去应力退火。、对已存在应力铸件进行低温去应力退火。、对已存在应力铸件进行低温去应力退火。3/20/202345二、铸件的变形与防止二、铸件的变形与防止：、变形产生的原因：当铸件中的内应力大于铸件所用合、变形产生的原因：当铸件中的内应力大于铸件所用合金的屈服强度时，就会引起铸件变形。通过应变来减小应金的屈服强度时，就会引起铸件变形。通过应变来减小应力，因此其变形方向是：受拉应力的部分向内凹，而受压力，因此其变形方向是：受拉应力的部分向内凹，而受压应力部分向外凸，即应力部分向外凸，即受拉部分产生压缩变形，受压部分产受拉部分产生压缩变
33、形，受压部分产生拉伸变形生拉伸变形。变形过大时将引起报废。变形过大时将引起报废。减小内应力的所有方法减小内应力的所有方法、防止措施：反变形法、防止措施：反变形法时效处理（人工时效、自然时效）时效处理（人工时效、自然时效）3/20/202346三、铸件的裂纹与防止三、铸件的裂纹与防止：、产生的原因和分类：、产生的原因和分类：当铸件内应力超过金属的强度极限时，铸件便产生裂纹，导当铸件内应力超过金属的强度极限时，铸件便产生裂纹，导致铸件报废。致铸件报废。根据裂纹产生时温度的不同分为热裂和冷裂。根据裂纹产生时温度的不同分为热裂和冷裂。、热裂热裂：铸件在高温下产生的裂纹。合金在凝固末期的高温下：铸件在高
34、温下产生的裂纹。合金在凝固末期的高温下形成的机械应力超过该温度下的强度极限。形成的机械应力超过该温度下的强度极限。合金性质：结晶特点、化学成分等合金性质：结晶特点、化学成分等(铸钢铸钢、主要影响因素：、主要影响因素：铸铝铸铝可锻铸铁热裂倾向大可锻铸铁热裂倾向大)。铸型阻力铸型阻力、特征：裂纹小、缝隙宽、形状曲折、缝内呈氧化色。、特征：裂纹小、缝隙宽、形状曲折、缝内呈氧化色。控制、含量控制、含量、防止措施：提高铸型退让性、防止措施：提高铸型退让性3/20/202347、冷裂冷裂：是在低温下形成的（主要由于热应力）：是在低温下形成的（主要由于热应力）合金性质（塑性差的材料易产生）合金性质（塑性差的
35、材料易产生）、影响因素：含量、影响因素：含量铸件结构铸件结构、特征：裂纹细小、呈连续直线状，有时缝内呈轻微氧化色。、特征：裂纹细小、呈连续直线状，有时缝内呈轻微氧化色。：防止措施：与影响因素相对应，另外浇注后勿过早开箱。：防止措施：与影响因素相对应，另外浇注后勿过早开箱。变形和裂纹都是因内应力而引起，因此所有降低内应力的变形和裂纹都是因内应力而引起，因此所有降低内应力的方法对减少变形和裂纹倾向都是有效的。方法对减少变形和裂纹倾向都是有效的。3/20/2023483/20/2023493/20/2023503/20/202351第四节铸件中的气孔第四节铸件中的气孔气孔气孔：气体在铸件中形成的孔洞
36、。它是铸件中最常见的缺陷。破坏金属的连续性机械性一、气孔的危害减少承载的有效面积降低引起应力集中气密性二、气孔的分类：3/20/202352 第二章常用合金铸件的生产第二章常用合金铸件的生产第一节第一节铸铁件生产铸铁件生产3/20/202353一、铸铁简介：（一、铸铁简介：（C%2.11%的的Fe-C合金，常为合金，常为2.83.5%C），是价廉、应用广泛的铸造合金（占机），是价廉、应用广泛的铸造合金（占机器总重量器总重量50%以上）。以上）。白口铸铁白口铸铁（C以以Fe3C存在）存在）普通灰口铸铁（普通灰口铸铁（HT）二、铸铁的分类灰口铸铁二、铸铁的分类灰口铸铁可锻铸铁（可锻铸铁（KT）（C
37、以以G存在存在)球墨铸铁球墨铸铁(QT）蠕墨铸铁蠕墨铸铁(RuT)麻口铸铁麻口铸铁(C以以G+Fe3C)3/20/202354、HTHT的性能的性能的性能的性能：）、机械性能：）、机械性能：）、机械性能：）、机械性能：b b和弹性模量比钢低得多（通常和弹性模量比钢低得多（通常和弹性模量比钢低得多（通常和弹性模量比钢低得多（通常 b b 仅为仅为仅为仅为120250Mpa120250Mpa），塑、韧性近于），塑、韧性近于），塑、韧性近于），塑、韧性近于0 0，属脆性材料；但抗压强，属脆性材料；但抗压强，属脆性材料；但抗压强，属脆性材料；但抗压强度与钢相近（一般达度与钢相近（一般达度与钢相近（一般
38、达度与钢相近（一般达600800Mpa600800Mpa）；）；）；）；）、工艺性能：不能锻、冲；焊接性能性差；但铸造性）、工艺性能：不能锻、冲；焊接性能性差；但铸造性）、工艺性能：不能锻、冲；焊接性能性差；但铸造性）、工艺性能：不能锻、冲；焊接性能性差；但铸造性能优良；切削加工性能好。能优良；切削加工性能好。能优良；切削加工性能好。能优良；切削加工性能好。）、减振性好（为钢的）、减振性好（为钢的）、减振性好（为钢的）、减振性好（为钢的510510倍）；倍）；倍）；倍）；）、耐磨性较钢好；）、耐磨性较钢好；）、耐磨性较钢好；）、耐磨性较钢好；）、缺口敏感性低）、缺口敏感性低）、缺口敏感性低）、
39、缺口敏感性低；三、灰口铸铁三、灰口铸铁（占各类铸铁总产量的（占各类铸铁总产量的80%）、HT的组织的组织金属基体片状石墨金属基体片状石墨（常看作是有大量微小裂纹或孔（常看作是有大量微小裂纹或孔洞的碳钢洞的碳钢,强度利用率为强度利用率为3050%）3/20/202355按按HT中金属基体显微组织分类中金属基体显微组织分类：）、）、珠光体灰口铸铁珠光体灰口铸铁：在：在P的基体上分布着细小而均匀的基体上分布着细小而均匀的石墨片。它与其它基体的铸铁相比强度、硬度高，用来的石墨片。它与其它基体的铸铁相比强度、硬度高，用来制造较为重要的机件。制造较为重要的机件。）、）、珠光体铁素体珠光体铁素体HT：在（：
40、在（P+F）的基体上分布着）的基体上分布着较为粗大的石墨片（较为粗大的石墨片（G）。是用途最广的一种）。是用途最广的一种HT。）、）、铁素体铁素体HT：在铁素体上分布着粗大的石墨。强度、：在铁素体上分布着粗大的石墨。强度、硬度低，机性差，很少应用。硬度低，机性差，很少应用。提高提高HT性能有两条途径性能有两条途径：、改变石墨的数量、大小、形状及分布情况，以减轻石、改变石墨的数量、大小、形状及分布情况，以减轻石墨对金属基体的割裂作用。墨对金属基体的割裂作用。、在改变石墨特性的基础上控制基体组织，以期充分发、在改变石墨特性的基础上控制基体组织，以期充分发挥基体的作用。挥基体的作用。3/20/202
41、356、影响铸铁组织和性能的因素、影响铸铁组织和性能的因素）、）、化学成分化学成分（铸铁中主要的（铸铁中主要的化学成分是化学成分是:C、Si、Mn、S、P。、Si：是形成石墨和促进：是形成石墨和促进石墨化元素；石墨化元素；Si：强烈促进石墨化和改善铸造性：强烈促进石墨化和改善铸造性能的元素。能的元素。HT中、中、Si含量一般是：含量一般是：2.73.9%C，1.12.6%Si。即接。即接近共晶成分。可根据碳当量法计算：当近共晶成分。可根据碳当量法计算：当=C%+0.3Si%、Mn、S、P：S阻碍石墨化、阻碍石墨化、热脆、热脆、铸造性能，须铸造性能，须严格控制（严格控制（0.10.15%以下）。
42、以下）。n：抵消的有害作用，提高基体强、硬度，但阻碍石：抵消的有害作用，提高基体强、硬度，但阻碍石墨化（常为墨化（常为0.61.2%）。）。P：使铸造性能有所改善：使铸造性能有所改善,但冷脆但冷脆,属有害杂，属有害杂，(0.5%以下以下)白白口口麻麻口口P+GP+F+GF+G3/20/202357）、）、冷却速度冷却速度（受铸（受铸型材料、铸件壁厚影响）型材料、铸件壁厚影响）：冷速的不同将导致组：冷速的不同将导致组织的不同和晶粒粗细的织的不同和晶粒粗细的不同。冷速越大出现白不同。冷速越大出现白口的可能性越大，组织口的可能性越大，组织越细。越细。3/20/202358灰铸铁的灰铸铁的孕育铸铁孕育
43、铸铁：采用碳、硅含量稍低的铁水，：采用碳、硅含量稍低的铁水，并通过孕育处理（孕育剂为并通过孕育处理（孕育剂为75%Si的硅铁），的硅铁），得细小均匀的石墨，且得珠光体基体。得细小均匀的石墨，且得珠光体基体。孕育铸铁特点孕育铸铁特点：1)、强、硬度比普通、强、硬度比普通HT显著提高；显著提高；2)、塑、韧性仍很低；、塑、韧性仍很低；3)、冷速对组织性能影响小。、冷速对组织性能影响小。适用于静载荷下要求适用于静载荷下要求b高、耐磨、高气密性铸件高、耐磨、高气密性铸件,厚大铸件。厚大铸件。3/20/2023595 5、生产特点：、生产特点：、生产特点：、生产特点：冲天炉熔炼，大多数不需炉前处理，；流
44、冲天炉熔炼，大多数不需炉前处理，；流冲天炉熔炼，大多数不需炉前处理，；流冲天炉熔炼，大多数不需炉前处理，；流动性好、收缩率小，常不需冒口与冷铁等工艺措施，易生动性好、收缩率小，常不需冒口与冷铁等工艺措施，易生动性好、收缩率小，常不需冒口与冷铁等工艺措施，易生动性好、收缩率小，常不需冒口与冷铁等工艺措施，易生产薄壁复杂件。产薄壁复杂件。产薄壁复杂件。产薄壁复杂件。6、牌号与应用：、牌号与应用：牌号：牌号：“HT”+数字（表示最低抗拉强度值）数字（表示最低抗拉强度值）3/20/2023603/20/202361灰口铸铁件3/20/202362、可锻铸铁可锻铸铁可锻铸铁可锻铸铁（KTKT）：（又称）
45、：（又称）：（又称）：（又称玛钢或玛铁）：是将白口铸铁经玛钢或玛铁）：是将白口铸铁经玛钢或玛铁）：是将白口铸铁经玛钢或玛铁）：是将白口铸铁经石墨化退火而成的。石墨成团絮石墨化退火而成的。石墨成团絮石墨化退火而成的。石墨成团絮石墨化退火而成的。石墨成团絮状，使状，使状，使状，使 b b 、塑性和韧性、塑性和韧性、塑性和韧性、塑性和韧性。分。分。分。分为黑心可锻铸铁（为黑心可锻铸铁（为黑心可锻铸铁（为黑心可锻铸铁（KTHKTH）和珠）和珠）和珠）和珠光体可锻铸铁（光体可锻铸铁（光体可锻铸铁（光体可锻铸铁（KTZKTZ）。）。）。）。可锻铸铁是用碳（可锻铸铁是用碳（2.42.8%)、硅、硅(0.41
46、.4%)含量较低的含量较低的铁水先浇注出白口件，然后经长时间的可锻化退火铁水先浇注出白口件，然后经长时间的可锻化退火（920980C，保温几十小时）而使，保温几十小时）而使Fe3C转变为团絮状转变为团絮状的石墨。机械性能介于灰口铸铁与球墨铸铁之间，但生的石墨。机械性能介于灰口铸铁与球墨铸铁之间，但生产率低、成本高。一般用于制造形状复杂，承受冲击，产率低、成本高。一般用于制造形状复杂，承受冲击，并且壁厚并且壁厚25mm的铸件的铸件3/20/202363可锻铸铁应用应用3/20/202364、球墨铸铁球墨铸铁球墨铸铁球墨铸铁（QTQT）：向出炉的）：向出炉的）：向出炉的）：向出炉的铁水中加入球化剂
47、和孕育剂。而铁水中加入球化剂和孕育剂。而铁水中加入球化剂和孕育剂。而铁水中加入球化剂和孕育剂。而得到的球状石墨铸铁。分为铁素得到的球状石墨铸铁。分为铁素得到的球状石墨铸铁。分为铁素得到的球状石墨铸铁。分为铁素体球铁（塑性、韧性好）和珠光体球铁（塑性、韧性好）和珠光体球铁（塑性、韧性好）和珠光体球铁（塑性、韧性好）和珠光体球铁（强度、硬度高）。体球铁（强度、硬度高）。体球铁（强度、硬度高）。体球铁（强度、硬度高）。QT性能：性能：、机性远超过、机性远超过HT、优于、优于KT，可与钢媲美；，可与钢媲美；、具有、具有HT的优良性能，如铸造性能好、减振、切削性的优良性能，如铸造性能好、减振、切削性好、
48、低的缺口敏感性、疲劳强度与中钢近、耐磨性优于好、低的缺口敏感性、疲劳强度与中钢近、耐磨性优于表面淬火钢；表面淬火钢；、可通过热处理提高性能；、可通过热处理提高性能；应用：应用广泛，成功地取代了许多应用：应用广泛，成功地取代了许多KT、铸钢件及部分、铸钢件及部分负载较重，但冲击不大的锻件。负载较重，但冲击不大的锻件。3/20/2023653/20/202366球墨铸铁件球墨铸铁件刹车片3/20/2023672.6X8m五、铸铁牌号的含义：五、铸铁牌号的含义：HT（为普通灰口铸铁），其后的三位数表示最低抗拉强（为普通灰口铸铁），其后的三位数表示最低抗拉强度。如度。如HT150、HT200。KT、Q
49、T后有两组数：第一组数表示最低抗拉强度值，后有两组数：第一组数表示最低抗拉强度值，第二组数表示延伸率大小。如：第二组数表示延伸率大小。如：KTZ550-4、QT700-2离心铸造方法离心铸造方法生产污水管生产污水管3/20/202368蠕墨铸铁：蠕墨铸铁：是石墨成蠕虫状是石墨成蠕虫状（石墨片短而厚、头部较圆）（石墨片短而厚、头部较圆）的铸铁。的铸铁。蠕墨铸铁的组织介于灰口铸蠕墨铸铁的组织介于灰口铸铁与球墨铸铁之间，机械性铁与球墨铸铁之间，机械性能也介于两者之间。蠕墨铸能也介于两者之间。蠕墨铸铁的导热性、减振性、铸造铁的导热性、减振性、铸造性能均优于球铁，与灰铁接性能均优于球铁，与灰铁接近，但高
50、温强度、热疲劳性近，但高温强度、热疲劳性能大大优于灰铁。能大大优于灰铁。3/20/202369蠕墨铸铁蠕墨铸铁闸瓦烤箱铸件应用应用3/20/202370第二节铸钢件生产第二节铸钢件生产一、铸钢的类别、性能和应用一、铸钢的类别、性能和应用铸造碳钢：铸造碳钢：0.250.45ZG25、ZG45、类别铸造合金钢如：、类别铸造合金钢如：ZGMn13、ZG1Cr18Ni9编号方法是在以前所介绍过的钢号前加编号方法是在以前所介绍过的钢号前加“ZG”、性能：、性能：1)、b、s与与QT相近，但相近，但、ak高于高于QT。2)、铸造性能比球铁差，没有铸铁的一些特殊、铸造性能比球铁差，没有铸铁的一些特殊性能。性