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1、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，能初步运用第1页/共106页第一篇金属材料的基础知识第2页/共106页第一节金属材料的力学性能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。金属材料的力学性能主要有：强度、塑性、硬度、冲击
2、韧度和疲劳强度等。力学性能指标，是选择、使用金属材料的重要依据。第3页/共106页一、强度与塑性强度:材料抵抗由外力载荷所引起的应变或断裂的能力。塑性:材料在外力作用下产生不可逆永久变形而不破坏的能力。拉伸试验标准试件第4页/共106页低碳钢拉伸曲线铸铁拉伸曲线Fl：载荷伸长量拉伸曲线 ：应力应变曲线第5页/共106页=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；es屈服阶段；sb强化阶段；bk缩颈阶段s-屈服点 b-开始发生缩颈现象退火低碳钢力-伸长曲线 第6页/共106页屈服极限屈服极限 S
3、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颈缩阶段弹性阶段弹性阶段第7页/共106页强度指标1.屈服点在拉伸试验过程中，外力不增加(保持恒定)，但试样仍然能继续伸长(变形)，这种现象称屈服。S点称屈服点，S点对应的应力称屈服点应力。用符号s表示。屈服点应力s可按下式计算：s=Fs/A A0 0 (MPa)式中：Fs试样屈服时的载荷，N；A A0 0试样原始横截面积，mm2。第8页/共106页2抗拉强度抗拉强度是指试样拉断前承受的最大应力值，用符号b表示，单位为Mpa，即b=Fb /A0(Mpa)式中：Fb试样承受的最大载荷，N；A0试样原始横截面积，mm2。第9页/共10
4、6页屈服点应力（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义。机械零件多以s作为强度设计的依据。对于脆性材料，在强度计算时，则以b为依据。第10页/共106页塑性指标(1)伸长率=（L1-L0）/L0100%式中：L0试样原标距的长度（mm）L1试样拉断后的标距长度（mm）第11页/共106页(2)断面收缩率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。=（A0-A1）/A0100%式中：A0试样的原始截面积（mm2）A1试样断面处的最小截面积（mm2）和愈大，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。第12页/共106页二、硬度固体材料抵抗塑性变形、压入
5、或压痕的能力。硬度是衡量金属材料软硬程度的一种性能指标。它直接影响到材料的耐磨性及切削加工性。硬度测定方法有压入法、划痕法、回弹高度法等。金属材料的硬度可用专门仪器来测试，常用的有布氏硬度机、洛氏硬度机等。第13页/共106页布氏硬度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第14页/共106页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。第15
6、页/共106页布氏硬度与洛氏硬度的特点比较布氏硬度的特点：布氏硬度因压痕面积较大，HB值的代表性较全面，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，不能试验太硬的材料，一般在HB450以上的就不能使用。由于压痕较大，成品检验也有困难。通常用于测定铸铁、有色金属、低合金结构钢等材料的硬度。第16页/共106页洛氏硬度的特点：洛氏硬度HR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。第17页/共106页三、冲击韧度（ak）有些机件在工作时要
7、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。第18页/共106页l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。常用一次摆锤冲击试验来测定金属材料的冲击韧度(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上用来检验冶炼、热加工、热处理等工艺质量的有效方法。第19页/共106页夏比冲击试验 试验原理ak=AK/A（Jcm-
8、2）式中：Ak折断试样所消耗的冲击功（J）A试样断口处的原始截面积（mm2）冲击韧度：第20页/共106页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。第21页/共106页四、疲劳强度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。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。疲劳的概念:第22页/共106页 金属材料在无数次重复
9、或交变载荷作用下而不致引起断裂的最大应力，叫做疲劳强度。材料的疲劳强度通常在旋转对称弯曲疲劳试验机上测定。疲劳强度的概念第23页/共106页在循环载荷作用下，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。第24页/共106页无数次应力循环：对于钢材为107，有色金属和某些超高强度钢常取108。-N 曲线 第25页/共106页2023/5/126GM-KD5025数控龙门磨床床身（41T）铸 件第二篇铸造第2
10、6页/共106页2023/5/127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一、铸造：将液态合金浇注到与零件的形状、尺寸相适应的铸型空腔中，待其冷却凝固，以获得毛坯或零件的生产方法，叫做铸造。第27页/共106页2023/5/128二、铸造的特点：、能制成形状复杂，特别是具有复杂内腔的毛坯；、铸件重量及所用合金几乎不受限制；、铸件的切削加工余量较小、成本低。因此，得到了广泛的应用。但是：1、抗拉强度和冲击韧性不如锻、焊件。2、工艺复杂，故废品率高。第28页/共106页2023/5/129第一节液态合金的充型一、充型概念：液态合金填充铸型的过程，简称充型。液态合金充满铸型型
11、腔，获得形状完整、轮廓清晰铸件的能力，称为液态合金的充型能力。二、充型能力的影响因素：、合金的流动性（常用螺旋形试样长度来衡量）：流动性愈好，充型能力愈好，愈便于浇铸出轮廓清晰、薄而复杂的铸件。螺旋形试样第29页/共106页2023/5/1301)、合金流动性的测定：用“螺旋形试样”的长度来衡量。在相同浇注条件下，试样愈长，流动性愈好。2)、影响合金流动性的因素：主要是合金的化学成分。液相线与固相线间的距离（T液T固）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最好.(图2-3）。、浇注条件(浇注温度和充型压力）：浇注温度越高，充型压力越大则充型能力越好。、铸型填充条
12、件（铸型的蓄热能力，铸型温度和铸型中的气体）：铸型的蓄热能力低，铸型温度较高，铸型排气能力较好时则充型能力较好。由于充型能力低而引起的缺陷有：冷隔、浇不足。Fe-C合金流动性与含碳量关系第30页/共106页2023/5/131铸件的凝固方式第二节铸件的凝固与收缩一、铸件的凝固逐层凝固（充型能力好，便于补缩）、凝固方式糊状凝固(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）第31页/共106页2023/5/132合金的结晶温度范围、影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浇注温度二、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，其体积或尺寸缩减的现象
13、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少，原子间距缩短，使其体积和尺寸缩小。液态收缩液：T浇T液的收缩，T浇越大，液则越大、收缩的分类凝固收缩凝：T液T固的收缩，结晶间隔越大,凝则越大固态收缩固:T固室温的收缩,与合金的线膨胀系数有关。第32页/共106页2023/5/133三、铸件中的缩孔与缩松：、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。1）、缩孔：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
14、时暴露于表面。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。第33页/共106页2023/5/134）、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。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液体区难以得到补缩所致。逐层凝固合金易产生缩孔（如纯金属、共晶合金），糊状凝固合金易产生缩松，（如锡青铜）。明集中缩孔 暗集中缩孔 分散缩孔 缩松第34页/共106页2023/5/135、缩孔和缩松的防止：）、适当地降低浇注温度和浇注速度。）、采用顺序凝固、冒口补缩(顺序凝固原则)。）、按冷铁、采用金属型。缩孔部位
15、的确定：常用“凝固等温线法”、“内切圆法”。第35页/共106页2023/5/136缩孔缩松第36页/共106页2023/5/137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第37页/共106页2023/
16、5/138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.铸锭中的封闭的气孔可在热加工时焊合，张开的铸锭中的封闭的气孔可在热加工时焊合，张开的气气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。第38页/共106页2023/5/139第三节铸造内应力变形和裂纹内力：构件内部相互作用并达平衡的力。与内应力、变形、裂纹相关的是固态收缩。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。、机械应力（受机械阻碍而形成的
17、）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。机械应力使铸件产生拉伸或剪切应力，并且是暂时的，在铸件落砂之后，这种应力便可自行消失。第39页/共106页2023/5/140、热应力：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。）、热应力的形成再结晶温度（t临）：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。第40页/共106页2023/5/141T0-T1均处于塑性状态T1-T2处于弹性状态，处于塑性状态T2-T3、均处于弹性状态ABCD第
18、41页/共106页2023/5/142冷至室温（T3）时，杆受拉，杆受压。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。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，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。壁厚差）、热应力的影响因素线收缩率弹性模量第42页/共106页2023/5/143）、预防措施：、设计壁厚均匀的铸件；、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（同时凝固原则）；、对已存在应力铸件进行低温去应力退火。第43页/共1
19、06页2023/5/144二、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，而受压应力部分向外凸，即受拉部分产生压缩变形，受压部分产生拉伸变形。变形过大时将引起报废。减小内应力的所有方法、防止措施：反变形法时效处理（人工时效、自然时效）第44页/共106页2023/5/145三、铸件的裂纹与防止：、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，导致铸件报废。根据裂纹产生时温度的不同分为热裂和冷裂。、热裂：铸件在高温下产生的裂纹。合金在凝固末期的高温下形成的机械
20、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(铸钢、主要影响因素：铸铝可锻铸铁热裂倾向大)。铸型阻力、特征：裂纹小、缝隙宽、形状曲折、缝内呈氧化色。控制、含量、防止措施：提高铸型退让性第45页/共106页2023/5/146、冷裂：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）、影响因素：含量铸件结构、特征：裂纹细小、呈连续直线状，有时缝内呈轻微氧化色。：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方法对减少变形和裂纹倾向都是有效的。第46页/共106页2023/5/147第47页/共106页2023/5/
21、148第48页/共106页2023/5/149第49页/共106页2023/5/150第四节铸件中的气孔气孔：气体在铸件中形成的孔洞。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：气孔种类形成原因特征预防途径侵入气孔砂型表面层聚集的气体侵入金属液中而形成。多位于上表面附近、尺寸较大、椭圆形或梨形、内表面有氧化色砂的发气排气能力析出气孔溶于金属中的气体因温度下降而析出分布面广、气孔尺寸小。有色金属（如铝）中多见清洁；隔离；去气反应气孔金属液与铸型材料、冷铁等发生化学反应形状多种多样，分布于发生化学反应的材料周围清洁；砂的透气性
22、第50页/共106页2023/5/151第二章常用合金铸件的生产第一节 铸铁件生产第51页/共106页2023/5/152一、铸铁简介：（C%2.11%的Fe-C合金，常为2.83.5%C），是价廉、应用广泛的铸造合金（占机器总重量50%以上）。白口铸铁（C以Fe3C存在）普通灰口铸铁（HT）二、铸铁的分类灰口铸铁可锻铸铁（KT）（C以G存在)球墨铸铁(QT）蠕墨铸铁(RuT)麻口铸铁(C以G+Fe3C)第52页/共106页2023/5/153、HT的性能：）、机械性能：b和弹性模量比钢低得多（通常b 仅为120250Mpa），塑、韧性近于0，属脆性材料；但抗压强度与钢相近（一般达600800
23、Mpa）；）、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。）、减振性好（为钢的510倍）；）、耐磨性较钢好；）、缺口敏感性低；三、灰口铸铁（占各类铸铁总产量的80%）、HT的组织 金属基体片状石墨（常看作是有大量微小裂纹或孔洞的碳钢,强度利用率为3050%）第53页/共106页2023/5/154按HT中金属基体显微组织分类：）、珠光体灰口铸铁：在P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，用来制造较为重要的机件。）、珠光体铁素体HT：在（P+F）的基体上分布着较为粗大的石墨片（G）。是用途最广的一种HT。）、铁素体HT：在铁素体上分布着粗大
24、的石墨。强度、硬度低，机性差，很少应用。提高HT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，以期充分发挥基体的作用。第54页/共106页2023/5/155、影响铸铁组织和性能的因素）、化学成分（铸铁中主要的化学成分是:C、Si、Mn、S、P。、Si：是形成石墨和促进石墨化元素；Si：强烈促进石墨化和改善铸造性能的元素。HT中、Si含量一般是：2.73.9%C，1.12.6%Si。即接近共晶成分。可根据碳当量法计算：当=C%+0.3Si%、Mn、S、P：S阻碍石墨化、热脆、铸造性能，须严格控制（0.10.15%以
25、下）。n：抵消的有害作用，提高基体强、硬度，但阻碍石墨化（常为0.61.2%）。P：使铸造性能有所改善,但冷脆,属有害杂，(0.5%以下)白口麻口P+GP+F+GF+G第55页/共106页2023/5/156）、冷却速度（受铸型材料、铸件壁厚影响）：冷速的不同将导致组织的不同和晶粒粗细的不同。冷速越大出现白口的可能性越大，组织越细。第56页/共106页2023/5/157灰铸铁的孕育铸铁：采用碳、硅含量稍低的铁水，并通过孕育处理（孕育剂为75%Si的硅铁），得细小均匀的石墨，且得珠光体基体。孕育铸铁特点：1)、强、硬度比普通HT显著提高；2)、塑、韧性仍很低；3)、冷速对组织性能影响小。适用于
26、静载荷下要求b高、耐磨、高气密性铸件,厚大铸件。第57页/共106页2023/5/1585、生产特点：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，易生产薄壁复杂件。6、牌号与应用：牌号：“HT”+数字（表示最低抗拉强度值）第58页/共106页2023/5/159第59页/共106页2023/5/160灰口铸铁件第60页/共106页2023/5/161、可锻铸铁（KT）：（又称玛钢或玛铁）：是将白口铸铁经石墨化退火而成的。石墨成团絮状，使b、塑性和韧性。分为黑心可锻铸铁（KTH）和珠光体可锻铸铁（KTZ）。可锻铸铁是用碳（2.42.8%)、硅(0.41.4%
27、)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（920980C，保温几十小时）而使Fe3C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，但生产率低、成本高。一般用于制造形状复杂，承受冲击，并且壁厚 25mm的铸件第61页/共106页2023/5/162可锻铸铁应用第62页/共106页2023/5/163、球墨铸铁（QT）：向出炉的铁水中加入球化剂和孕育剂。而得到的球状石墨铸铁。分为铁素体球铁（塑性、韧性好）和珠光体球铁（强度、硬度高）。QT性能：、机性远超过HT、优于KT，可与钢媲美；、具有HT的优良性能，如铸造性能好、减振、切削性好、低的缺口敏感性、疲劳强度与中钢近、耐磨
28、性优于表面淬火钢；、可通过热处理提高性能；应用：应用广泛，成功地取代了许多KT、铸钢件及部分负载较重，但冲击不大的锻件。第63页/共106页2023/5/164第64页/共106页2023/5/165球墨铸铁件刹车片第65页/共106页2023/5/1662.6X8m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度。如HT150、HT200。KT、QT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：KTZ550-4、QT700-2离心铸造方法生产污水管第66页/共106页2023/5/167蠕墨铸铁：是石墨成蠕虫状（石墨片短而厚、头部较圆）的铸铁。蠕
29、墨铸铁的组织介于灰口铸铁与球墨铸铁之间，机械性能也介于两者之间。蠕墨铸铁的导热性、减振性、铸造性能均优于球铁，与灰铁接近，但高温强度、热疲劳性能大大优于灰铁。第67页/共106页2023/5/168蠕墨铸铁闸瓦烤箱铸件应用第68页/共106页2023/5/169第二节铸钢件生产一、铸钢的类别、性能和应用铸造碳钢：0.250.45 ZG25、ZG45、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“ZG”、性能：1)、b、s与QT相近，但、ak高于QT。2)、铸造性能比球铁差，没有铸铁的一些特殊性能。、应用：A、适于制造形状复杂、强度和韧性要求都高的零件，
30、如火车轮、锻锤机架、轧辊等。B、铸钢的焊接性能好，便于采用铸焊结合，生产复杂巨大铸件。、质量较QT稳定，生产大断面和薄壁铸件。第69页/共106页2023/5/170二、铸钢件的生产特点：、多用电炉熔炼；、应采用高耐火度的型砂和涂料；、大量地应用冒口和冷铁，常占铸件重量的2550%；、采用流动平稳的底注式浇注系统；、对铸钢件进行热处理。第70页/共106页2023/5/171第三节铜、铝合金铸件生产一、铸造铜合金纯铜也称紫铜。有良好的塑性、导电性、导热性和耐蚀性。但因强度低，不宜制作结构零件，多用于电器工业；机制工业常用的是铜合金。、分类：分为黄铜和青铜、牌号及其含义（表2-7）第71页/共1
31、06页2023/5/172、性能及应用：）、ZH：含Cu比ZQ低，成本比ZQ低，有相当高的机性，结晶间隔很小，铸造性能良好，用于耐磨、耐蚀件，应用比ZQ广泛。）、ZQ：有好的机性、耐磨、耐蚀优于ZH，但结晶间隔宽，易产生缩松，用于重要的耐磨、耐蚀件。、铸件生产特点：）、熔炼时采用间接加热，对ZQ应用磷铜脱氧。）、造型时应开设使铜液流动平稳的浇注系统。）、ZH需用冒口，使其顺序凝固，以便补缩。三、铸造铝合金：、铝合金分类：分为形变铝合金和铸造铝合金。铸造铝合金主要有：Al-Si、Al-Cu、Al-Mg、Al-Zn系。第72页/共106页2023/5/173、性能及应用：比重轻、比强很高、耐蚀性能
32、好、铸造性能好，在工业上得到广泛应用。）、常用的Al-Si合金，又称硅铝明；其流动性好，液较低，热裂倾向小、气密性好，又有足够强度，常用作形状复杂的薄壁件或气密性要求较高的零件。2）、Al-Cu合金：铸造性较差，热裂倾向大、气密性、耐蚀性较差，但耐热性较好，常作活塞、气缸头等。铝合金的牌号不反应机性、也不反应化学成分。（表2-8）、铸铝件生产特点：）、熔炼时间接加热。）、出炉前应去气处理；）、加入钠盐等变质剂进行细化晶粒的变质处理。第73页/共106页2023/5/174第三章砂型铸造一、砂型铸造是传统的铸造方法，适用于各种形状、大小及各种合金铸件的生产。二、铸造工艺图：是在零件图上用各种工艺
33、符号表示出铸造工艺方案的图形。最主要的几个组成因素是：浇注位置、分型面、型芯、铸造圆角、加工余量、拔模斜度，另外还有收缩率、浇注系统、冒口、冷铁等。绘好工艺图，选择造型方法、浇注位置和分型面是关键。第74页/共106页2023/5/175第一节造型方法的选择一、分类：（手工造型、机器造型）二、各造型方法的特点及应用范围：、手工造型、操作灵活，大小铸件均可适应。可分为：整模造型、分模造型、活块造型、挖砂造型、三箱造型等方法；、模型和砂箱费用低、生产准备时间短；、对工人技术水平要求较高；、尺寸精度及表面质量较差；、生产率低。多用于单件、小批生产，有时也用于较大批量生产。第75页/共106页2023
34、/5/176整模造型:模样是整体的，分型面是平面，铸型型腔全部在半个铸型内。其造型简单，铸件不会产生错型缺陷。成品木模先造下箱再造上箱合箱浇注第76页/共106页2023/5/177挖砂造型:模样虽然是整体的，但铸件分型面是曲面，为了能起出模样，造型使用手工挖去阻碍起模的型砂。放木模、造下箱翻转、挖砂造上箱起模、合箱第77页/共106页2023/5/178为了克服上述挖砂造型的挖砂缺点，在造型前预先制造底胎，再在底胎上造下箱。由于底胎并不参加浇铸，故称假箱第78页/共106页2023/5/179活块造型：制模时将铸件上有妨碍起模的小凸台制成活动部分。起模时，先起出主体模样，然后再从侧面取出活块
35、。其造型费时，要求工人技术水平高第79页/共106页2023/5/180刮板造型：用刮板代替木模造型。可大大降低模型成本，节约木材，缩短生产周期。但要求工人技术水平高。第80页/共106页2023/5/181三箱造型第81页/共106页2023/5/182铸造轧制第82页/共106页2023/5/183、机器造型（紧砂、起模由机械完成）：、零件只准有一个分型面；、要求尽量少用或不用活块；、生产的铸件精度高；、生产率高、劳动条件得以改善；、设备投资大，生产准备时间长。适于大批量生产。第83页/共106页2023/5/184第84页/共106页2023/5/185第二节浇注位置与分型面的选择一、浇
36、注位置的选择、浇注位置与浇口位置：浇注位置：指浇注时铸件在铸型中所处的空间位置，具体是指铸件上的某个表面是位于铸型的上表面、侧面、还是下面而言。浇口位置：是指内浇口与铸型型腔连接处的位置，也就是液态合金流入铸型型腔的位置。、浇注位置选择原则：、重要加工表面朝下侧面；、大平面朝下；、薄壁位于下部或垂直、倾斜；、易产生缩孔件，厚壁处于分型面附近的上部或侧面。车床床身卷扬筒薄壁件上下第85页/共106页2023/5/186二、铸型分型面的选择原则：1、应便于起模、使造型工艺简化（尽量使分型面平直、数量少，避免不必要的活块和型芯）*第86页/共106页2023/5/187*第87页/共106页2023
37、/5/1882、应尽量使铸件全部或大部分置于同一砂箱，以保证铸件精度；3、尽量使型腔及主要型芯位于下箱。车床床身*第88页/共106页2023/5/189第三节工艺参数的选择绘制工艺图，在铸造工艺方案初步确定之后，还须选定机械加工余量、拔模斜度、收缩率、型芯头尺寸、铸造圆角等。一、机械加工余量和铸孔：、机加工余量：铸件上为切削加工而加大的尺寸称为机加工余量.决定因素：生产批量、合金种类、铸件大小、加工面与基准面的距离及加工面在浇注时的位置。（表2-9）、铸孔：较大的孔槽应铸出，较小不必铸出：HT铸出时的最小尺寸：3050mm，成批：1530mm，大量：1215mm，不必加工的孔无论大小都铸出。
38、第89页/共106页2023/5/190二、拔模斜度（图示2-36）、为使模型（型芯）易于从砂型（芯盒）中取出，凡垂直于分型面的立壁，制造模型时必须留出一定倾斜度，此斜度叫拔模斜度或铸造斜度。、影响因素：立壁高度、造型方法、模型材料等；一般外壁：153，内壁：310。第90页/共106页2023/5/191三、收缩率：由于合金的线收缩，模型尺寸必须比铸件放大一个该合金的收缩量。四、型芯头：分为水平芯头、垂直芯头、特殊式（如悬臂头、吊芯等）。第91页/共106页2023/5/192支座支座的铸造工艺图第四节综合分析举例 第92页/共106页2023/5/193第四章铸件结构设计铸件结构：是指铸件
39、的外形、内腔、壁厚、壁与壁之间的连接形式、加强筋、凸台及耳子等。进行铸件结构设计时应考虑的因素：工作性能、机械性能、铸造工艺、合金铸造性能。第一节铸件结构与砂型铸造工艺的关系砂型铸造的主要过程：制模、造型、制芯、合箱、合金熔化、浇注、清理。进行铸件设计时应使上述过程简化，具体如下几点:、铸件的外形应便于取出模型及简化制模；1）、避免外部侧凹；2）、分型面尽量平直；3）、凸台、筋条的设计要便于造型。第93页/共106页2023/5/194第94页/共106页2023/5/195、合理设计铸件内腔；1）、减少型芯的数量；2）、便于型芯的固定、排气和铸件清理。、铸件的结构斜度：为起模省力和提高铸件精
40、度在铸件垂直于分型面的非加工表面设计出斜度，这种斜度叫结构斜度.第95页/共106页2023/5/196第96页/共106页2023/5/197第二节铸件结构与合金铸造性能的关系铸造工艺孔：为减轻铸件重量，均匀壁厚，便于型芯的固定、排气和铸件的清理，常在壁上开设的窗口。、壁厚应尽可能均匀；、避免有较大的水平位置平面；、在易产生夹砂的较大平面上可设置矮筋；、铸件内部壁厚应适当减薄，使整个铸件均匀冷却；、避免铸件收缩受阻；、有利于补缩；、应防止产生变形；第97页/共106页2023/5/198、合理设计铸件壁之间的联接：1）、合理设计铸件的结构圆角；2）、避免锐角联接；3）、厚壁与薄壁间的联接要逐
41、步过渡；、防裂筋的应用（防热裂筋的方向与机械应力方向一致）；10、减缓筋、辐收缩的阻碍。第98页/共106页2023/5/199第99页/共106页2023/5/1100第100页/共106页2023/5/1101第101页/共106页2023/5/1102第五章特种铸造一、熔模精密铸造（失蜡铸造）、工艺过程：A、蜡模制造；B、蜡模组装；、结壳；、脱蜡和造型；、焙烧和浇注；、落砂和清理。、特点及应用范围：优点：1)、铸件的精度及表面质量均优；可生产形状复杂的薄壁件；2)、适合各种合金的铸造，这对于高熔点及难切削加工合金（如高锰钢、耐热合金）的铸造尤为可贵；3)、生产批量不受限制。缺点：1)、材
42、料昂贵、工艺繁杂，生产周期长；2)、难以全盘机械化；3)、不能生产大型铸件。应用：常用于高熔点、难切削合金，形状复杂的薄壁中小件。第102页/共106页2023/5/1103二、金属型铸造（永久型铸造）、金属型构造：按分型面方位：整体式、垂直分型式、水平分型式、复合分型式。、工艺过程：、特点和适用范围：优点：一型多铸；铸件表面光洁，尺寸准确，可减少机加工余量；铸件组织致密，机性较好；生产率高，适于大量、大批生产。缺点：金属型成本高，加工费用大；冷速快，铸件易产生裂纹。应用：常用于生产有色金属铸件，也可浇注铸铁件。第103页/共106页2023/5/1104三、压力铸造压铸：是在高压下快速地将液
43、态或半液态合金压入金属铸型中，并在压力下结晶，以获得铸件的铸造方法。、工艺过程：、压铸特点及适用范围：优点：铸件的精度及表面质量较其它方法均高；可压铸出形状复杂的薄壁件或镶嵌件；铸件的强度和硬度都较高；生产率比其它铸造方法高，易实现生产过程自动化。缺点：压铸设备投资大，制造压型费用高、周期长；压铸合金的种类受限制（低熔点合金）；铸件内部常有气孔和缩松，不宜较大余量的切削加工；不能用热处理提高铸件性能。应用：适于有色合金的薄壁小件大量生产，在航空、汽车、电器、仪表工业广泛应用。第104页/共106页2023/5/1105四、离心铸造离心铸造：将液态合金浇入高速旋转的铸型中，使金属液在离心力作用下充填铸型并结晶的铸造方法。、工艺过程：、特点和应用范围：优点：利用自由表面生产圆筒形铸件时，可省型芯和浇注系统；铸件在离心力的作用下结晶凝固，组织致密，极少存在缩孔、气孔、夹渣等缺陷；合金的充型能力强，便于流动性差及薄件的生产；便于制造双金属铸件。缺点：依靠自由表面所形成的内孔尺寸偏差大而内表面粗糙；不适于比重偏析大的合金及轻合金；不宜单件小批生产。应用：常用于铸铁管、气缸套、铜套、双金属轴承。第105页/共106页2023/5/1106感谢您的观看。第106页/共106页