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第二篇材料的成形固化成形塑性成形燒結(jié)成形連接成形
課程安排1、固化成形(8學(xué)時(shí))2、塑性成形(14學(xué)時(shí))3、燒結(jié)成形(3學(xué)時(shí))4、連接成形(3學(xué)時(shí))參考教材材料成形工藝學(xué)
齊克敏
丁樺
冶金工業(yè)出版社
2006.1材料加工工藝
黃天佑
清華大學(xué)出版社
2004.9塑料成型工藝學(xué)
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中國(guó)輕工業(yè)出版社1995.10玻璃工藝學(xué)
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(鑄、鍛、焊)77/R25
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71.22/L34
李樹(shù)塵
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2000.9制作如下工件的四種方式固化成形塑性成形燒結(jié)成形連接成形第一章
固化成形
第一節(jié)
鑄
造1.1概述
鑄造是指熔煉金屬,制造鑄型,并將熔融金屬澆入鑄型,凝固后獲得一定形狀和性能鑄件的成形方法。鑄造過(guò)程就是將熔融金屬或合金澆注到具有與零件或毛坯形狀相近的鑄型空腔內(nèi),并在重力場(chǎng)或所加外力場(chǎng)(壓力或離心力等)的作用下充滿(mǎn)型腔,待其冷卻凝固后,便得所要求的零件或毛坯。按鑄造方法可分為:砂型鑄造:最基本的鑄造方法特種鑄造:熔模、金屬型、壓力、離心、連續(xù)鑄造鑄造的特點(diǎn):優(yōu)點(diǎn):制造形狀復(fù)雜的零件;適應(yīng)性廣、能熔即能鑄、尺寸不受限;生產(chǎn)成本低;節(jié)約材料或切削加工的工時(shí)。缺點(diǎn):鑄造組織易出缺陷;鑄件的機(jī)械性能低于鍛件;有害氣體與物質(zhì)損害人體;勞動(dòng)強(qiáng)大。
1.2鑄件形成基礎(chǔ)
1.2.1合金的鑄造性能
合金在鑄造過(guò)程中所表現(xiàn)出來(lái)的工藝性能。包括:流動(dòng)性、收縮性、裂紋敏感性、氣孔傾向性、偏析性。
1.2.1.1流動(dòng)性
熔融合金的流動(dòng)能力,是影響金屬液體充型能力的主要因素之一(影響充型能力的因素還有澆注條件和鑄型填充條件等)。流動(dòng)性好,充型能力強(qiáng),有利于液態(tài)金屬中的非金屬夾雜物和氣體上浮,能充分發(fā)揮冒口系統(tǒng)的補(bǔ)縮功能,有利于金屬在凝固過(guò)程中的補(bǔ)縮。
流動(dòng)性的測(cè)定液態(tài)金屬在錠模中的凝固及鑄錠三晶帶的形成Al-Cu-Mg合金扁鑄錠★影響合金流動(dòng)性的因素
⑴合金成分共晶含量越多的合金其流動(dòng)性越好,合金固液雙相區(qū)越寬,其流動(dòng)性越差。
⑵澆注溫度澆注溫度高,流動(dòng)性越好。但澆注溫度高,金屬的總收縮增加,易產(chǎn)生縮孔、縮松、吸氣氧化。生產(chǎn)中常采用“高溫出爐,低溫澆注”的原則。
⑶鑄型條件鑄型吸熱能力強(qiáng)流動(dòng)性差,鑄型溫度高流動(dòng)性好,鑄型中氣體多排氣困難阻礙流動(dòng);
型腔過(guò)窄、尺寸急劇變化、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、有較大水平面時(shí),填充鑄型有困難。
1.2.1.2收縮性
熔融的合金在鑄型里凝固和冷卻過(guò)程中,其體積和線尺寸縮小的能力稱(chēng)收縮性。影響鑄件的縮松、縮孔、變形、開(kāi)裂。合金在鑄型中的收縮可分三個(gè)階段:液態(tài)、凝固、固態(tài)收縮。
⑴液態(tài)收縮合金從澆注溫度冷卻到液相線溫度過(guò)程中的收縮,引起型腔內(nèi)液面降低。液態(tài)收縮量與合金液的過(guò)熱度成正比。澆注溫度一般控制在液相線以上50~150℃
⑵凝固收縮合金從液相線溫度冷卻至固相線溫度之間的收縮。凝固溫度(結(jié)晶)范圍大,凝固收縮率大。凝固收縮是鑄件產(chǎn)生縮孔的基本原因。如果合金的結(jié)晶溫度范圍寬,結(jié)晶過(guò)程中樹(shù)枝晶較為發(fā)達(dá),則凝固收縮也是鑄件產(chǎn)生縮松的主要原因。
⑶固態(tài)收縮合金從固相線溫度冷卻至室溫時(shí)的收縮。直接表現(xiàn)為鑄件外形尺寸的變小,不僅影響鑄件的形狀和尺寸精度,而且是鑄件產(chǎn)生鑄造應(yīng)力.熱裂.冷裂和變形等缺陷的基本原因?!镉绊懯湛s的主要因素化學(xué)成分:澆注溫度一定,液相線溫度越低,液態(tài)收縮越大。凝固溫度范圍大,凝固收縮率大。凝固過(guò)程有大比容相產(chǎn)生時(shí)抵消部分收縮。澆注溫度:澆注溫度高,液態(tài)收縮量增加。鑄型條件和鑄件結(jié)構(gòu):鑄件在鑄型中是受阻收縮,因此鑄件的實(shí)際線收縮率比其自由線收縮要小。
★縮孔和縮松的形成與防止
縮孔的形成:若液態(tài)收縮和凝固收縮所減少的體積得不到液體的補(bǔ)充,則在鑄件最后凝固的部位形成孔洞。按其大小和分布分可為縮孔或縮松。
縮孔的防止
a.采用順序凝固:薄壁→厚壁→冒口
冒口是鑄型中貯存補(bǔ)縮合金液的空腔,是鑄件多余部分。冒口設(shè)在上部,最后凝固的地方。厚壁處盡可能靠近冒口,才能實(shí)現(xiàn)順序凝固。
b.合理應(yīng)用冒口、冷鐵、和補(bǔ)貼
冒口:補(bǔ)縮有效防止鑄件產(chǎn)生縮孔。冷鐵:用以加大鑄件局部冷卻速度,以調(diào)節(jié)順序凝固。補(bǔ)貼:使鑄件的斷面向冒口方向逐漸增厚的多余金屬。(有金屬補(bǔ)貼或發(fā)熱補(bǔ)貼)1.2.1.3鑄造應(yīng)力、鑄件變形和裂紋⑴鑄造應(yīng)力
熱應(yīng)力:由鑄件各部位溫度不同而引起不均衡收縮而產(chǎn)生,
使冷卻較慢的厚壁處或心部受拉伸,使冷卻較快的薄壁處或表面受壓縮。
收縮應(yīng)力:固態(tài)收縮時(shí),受外力阻礙產(chǎn)生的應(yīng)力,為拉應(yīng)力或切應(yīng)力,暫時(shí)的,去掉外力阻礙可消除。
相變應(yīng)力:由于鑄件發(fā)生固態(tài)相變,各部分體積產(chǎn)生不均衡變化而引起的應(yīng)力。鑄件殘余應(yīng)力的形成
⑵
鑄件變形和裂紋變形:由殘留鑄造應(yīng)力而引起的。防止:降低鑄造應(yīng)力,采取工藝措施:反變形法、收縮筋、拉筋,機(jī)械校正裂紋:鑄造應(yīng)力超過(guò)合金抗拉強(qiáng)度時(shí),鑄件產(chǎn)生裂紋??煞譃闊崃押屠淞?。
熱裂:在凝固末期高溫下形成的裂紋。特征是表面呈氧化色,沿晶界發(fā)生和擴(kuò)展,外形曲折而不規(guī)則。
冷裂:在低溫鑄件處于彈性狀態(tài)形成的裂紋。特征是裂紋表面光滑,具有金屬光澤或呈輕微的氧化色,裂紋穿過(guò)晶粒,外形規(guī)則。1.2.1.4鑄件中的氣孔及合金的偏析⑴鑄件中的氣孔氣孔減少鑄件的有效承載面積,氣孔附近引起應(yīng)力集中,氣孔降低鑄件的氣密性。侵入氣孔:砂型或芯子中的揮發(fā)物受熱揮發(fā)生成的氣體以及型腔中原有的空氣侵入熔融合金所形成的氣孔。析出氣孔:溶解于熔融合金中的氣體,在冷卻過(guò)程中析出形成的氣孔。反應(yīng)氣孔:熔融合金與鑄型材料、冷鐵或熔渣之間發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成的氣體,在鑄件中形成的氣孔。⑵合金偏析
晶內(nèi)偏析:由選分結(jié)晶造成,采用擴(kuò)散退火消除。比重偏析::加快冷卻速度,失重鑄造。
區(qū)域偏析:加大冒口,使最后凝固集中到冒口中去。低倍組織
鑄錠三晶帶:激冷細(xì)晶層、柱狀晶、中心粗大等軸晶鑄錠的穿晶組織高倍組織(金相組織)
7B04合金鑄錠表面至中心二分之一處的鑄態(tài)金相組織,未腐刻,×80鑄態(tài)400X未腐刻鑄態(tài)金相組織中主要有兩類(lèi)結(jié)晶相,其顏色分別為深灰色和淺灰色,呈枝晶網(wǎng)。
鑄態(tài)1000X腐刻
1、2、2鑄件的凝固方式
1、2、2、1鑄件的凝固方式
逐層凝固中間凝固糊狀凝固
(1)逐層凝固
恒溫結(jié)晶的共晶合金(或純金屬)的凝固區(qū)域?qū)挾葞缀醯扔诹?,鑄件斷面上外層的固體與內(nèi)層的液體由一條清晰的界限(凝固前沿)分開(kāi)。其凝固過(guò)程表現(xiàn)為固相區(qū)逐層地由表向里向液相區(qū)增厚,逐漸達(dá)到鑄件中心。這種凝固方式稱(chēng)逐層凝固。(2)糊狀凝固
如果合金的結(jié)晶溫度范圍很寬,而且鑄件斷面上溫度分布梯度較為平坦,在凝固的某段時(shí)間內(nèi)鑄件表層還沒(méi)有形成明顯的固相區(qū),而液、固并存的凝固區(qū)已貫穿整個(gè)斷面,鑄件的凝固先呈糊狀而后固化,故稱(chēng)為糊狀凝固。(也稱(chēng)體積凝固方式)(3)中間凝固
大多數(shù)合金的凝固是介于逐層凝固和糊狀凝固之間的,稱(chēng)為中間凝固方式。
●逐層凝固的合金,鑄造時(shí)合金的流動(dòng)性較好,充型能力強(qiáng),縮孔、縮松比較集中,便于防止,其鑄造性能較好。
●糊狀凝固的合金流動(dòng)性較差,易產(chǎn)生澆不到、冷隔等缺陷,而且易于產(chǎn)生縮松,難以獲得結(jié)晶緊實(shí)的鑄件。
1、2、2、2影響鑄件凝固方式的因素(1)合金的結(jié)晶溫度范圍由相圖理論可知,合金的結(jié)晶溫度范圍僅與合金的化學(xué)成分有關(guān)。合金結(jié)晶溫度范圍越小,凝固區(qū)域越窄,合金傾向于逐層凝固。(2)鑄件的溫度梯度在合金成分已定的情況下,合金的結(jié)晶溫度范圍已經(jīng)確定,鑄件凝固區(qū)的寬窄主要取決于內(nèi)外層間的溫度梯度。若鑄件的溫度梯度較小,則對(duì)應(yīng)的凝固區(qū)較寬,合金傾向于糊狀凝固。
影響鑄件溫度梯度的因素(1)合金的性質(zhì)合金的結(jié)晶溫度低,導(dǎo)熱系數(shù)高,結(jié)晶潛熱大,鑄件內(nèi)部溫度均勻,溫度梯度小。(2)鑄型條件鑄型材料蓄熱能力弱,鑄型預(yù)熱溫度高,對(duì)合金的冷卻作用減弱,鑄件溫度梯度小。(3)澆注溫度與鑄件厚度合金澆注溫度高,鑄件壁厚大,合金帶入鑄型中的熱量多,凝固時(shí)冷卻速度變慢,鑄件溫度梯度小。錫青銅結(jié)晶間隔大、枝晶長(zhǎng)大、分散疏松鋁青銅結(jié)晶間隔小、致密、集中縮孔
1、3砂型鑄造1、3、1砂型鑄造工藝過(guò)程
1、3、2造型材料用來(lái)造型、制芯的各種原砂、粘結(jié)劑和附加物等原料以及由各種原材料配成的型砂、芯砂、涂料等統(tǒng)稱(chēng)為造型材料。砂型鑄造的分類(lèi)⑴型(芯)砂應(yīng)具備的性能①?gòu)?qiáng)度:與搗砂的松緊、粘結(jié)劑含量、砂粒大小形狀和均勻性、水分、混合的均勻程度有關(guān)。(濕或干強(qiáng)度)②透氣度:透氣性好有利于澆鑄過(guò)程水分蒸發(fā)、有機(jī)物燃燒和分解揮發(fā)產(chǎn)生的氣體排除型外。③可縮性(成形性):在外力作用下,容易獲得清晰的模樣輪廓,外力去除后仍能保持其形狀的性能。④耐火度:抵抗高溫金屬液的作用,不熔化、不軟化的性能。(不粘結(jié)金屬)。⑤
退讓性:具有隨著鑄件的冷卻收縮其體積被壓縮的性能。⑥
耐用性:反復(fù)使用能保持原來(lái)性能不變的能力。⑦
流動(dòng)性:在外力或自重力作用下砂粒間互相移動(dòng)的能力。另外要求型砂:發(fā)氣少、吸濕小、出砂好(潰散性好)⑵原材料
①原砂:以硅砂為主(石英質(zhì)砂、酸性)硅砂分天然和人造兩種。人造硅砂是把石英巖經(jīng)過(guò)破碎篩分而成,比天然石英砂純、SiO2含量較高,耐火性能好。但價(jià)格貴,一般用于大型鑄鋼件。②粘結(jié)劑:
無(wú)機(jī)類(lèi)粘土:被水潤(rùn)濕后,具有粘結(jié)劑和可塑性。烘干后硬結(jié)。加水還可回恢復(fù)粘結(jié)性,耐火性高。粘土是巖石經(jīng)風(fēng)化后的產(chǎn)物,主要成分是含水硅酸鋁。mAl2O3.nSiO.xH2O
水玻璃:硅酸鈉水溶液,能與CO2起反應(yīng),水玻璃砂通入CO2氣體,幾分鐘即可硬化。
有機(jī)類(lèi)油類(lèi)、合成樹(shù)脂
1、3、3澆注系統(tǒng)及種類(lèi)通常由澆口杯、直澆道、橫澆道和內(nèi)澆口組成。⑴澆注系統(tǒng)①澆口杯:作用是方便澆注,緩和金屬液對(duì)鑄型的沖擊,擋住部分熔渣夾雜進(jìn)入直澆道。分漏斗形和池形兩種。②直澆道:調(diào)節(jié)金屬液流入型腔的速度和對(duì)型腔的壓力。③橫澆道:將金屬液分流到各個(gè)內(nèi)澆口,起檔渣作用。④內(nèi)澆口:控制金屬液充型的速度和方向冷卻速度和方式。⑵澆注系統(tǒng)種類(lèi)
①頂注式:金屬液體充型速度快,減少澆口附近過(guò)熱,金屬液體落差大,易沖壞鑄型,產(chǎn)生飛濺等,適用于高度小、形狀簡(jiǎn)單、不易氧化的鑄件。
②底注式:金屬液體平穩(wěn)充型、沖刷小、有利于排渣除氣,造型工藝復(fù)雜、不易補(bǔ)縮、內(nèi)澆口易過(guò)熱,對(duì)于高而薄的鑄件易產(chǎn)生澆不足等缺陷。③中注式:金屬能順利地引入型腔,在分型面上很方便地開(kāi)設(shè)內(nèi)澆口及橫澆道,應(yīng)用普遍。
中注式的例子
④多層式:多用于高大而復(fù)雜的鑄件。
其它澆注系統(tǒng)
⑶設(shè)置內(nèi)澆口的原則
①位置順著型腔開(kāi)設(shè),避免對(duì)著型芯或型壁突出部分。②為保證同時(shí)凝固,內(nèi)澆口應(yīng)開(kāi)設(shè)在鑄件的薄壁處,對(duì)局部厚的地方可加內(nèi)、外冷鐵調(diào)整。③內(nèi)澆口不宜設(shè)在鑄件重要部位。④內(nèi)澆口布置要力求緊湊,不能緊靠直澆道和橫澆道的末端。⑤內(nèi)澆口與鑄件接觸的橫截面厚度一般應(yīng)小于鑄件壁厚。⑥內(nèi)澆口均勻分布,各組成部分比例要合理,使金屬液體平穩(wěn)地充滿(mǎn)型腔。1、4特種鑄造1、4、1熔模鑄造用易熔材料如蠟料制成模樣,在模樣上包覆若干層耐火涂料制成型殼、熔出模樣后經(jīng)高溫焙燒即可澆注的鑄造方法稱(chēng)熔模鑄造。也稱(chēng)“失蠟鑄造”,是一種精密鑄造方法。工藝過(guò)程:壓型→熔?!蜌ぁ撓灐簾鷿沧⑷勰hT造的特點(diǎn)及應(yīng)用:鑄造熔點(diǎn)高、難切削加工的各種合金鑄件??缮a(chǎn)形狀復(fù)雜的薄壁鑄件。批量不限,可機(jī)械化流水作業(yè)。沒(méi)有分型面,型腔內(nèi)表面光潔、耐火度高,鑄件尺寸精度高、表面質(zhì)量好。但是,工藝復(fù)雜、工序多、周期長(zhǎng)、生產(chǎn)成本高。熔模易變形、型殼強(qiáng)度不高、適于鑄造小型零件。熔模鑄造用來(lái)生產(chǎn)形狀復(fù)雜、熔點(diǎn)高、難以切削加工的小型零件。如汽輪機(jī)葉片、成形刀具和汽車(chē)、拖拉機(jī)、機(jī)床上的小型零件。
1、4、2壓力鑄造熔融金屬在高壓下高速充型、并在壓力下凝固的鑄造方法稱(chēng)壓力鑄造,簡(jiǎn)稱(chēng)壓鑄。壓鑄所用壓力為5~150MPa,充型速度約0.5~50m/s,充型時(shí)間為0.001~0.2s。壓鑄機(jī)主要由壓射機(jī)構(gòu)和合型機(jī)構(gòu)所組成。壓鑄工藝:合型→澆注→壓射充填→保壓→抽芯開(kāi)型→→頂出鑄件→清理模具→噴刷涂料
壓鑄的特點(diǎn)及應(yīng)用:生產(chǎn)率高,操作簡(jiǎn)便,易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。由于高壓高速充型,能鑄出結(jié)構(gòu)復(fù)雜、輪廓清晰的薄壁、深腔、精密的鑄件。尺寸精度高、表面質(zhì)量好,可實(shí)現(xiàn)無(wú)切削加工。鑄件冷卻快,組織細(xì),表層緊實(shí),
σb比砂型鑄造提高20~40%。但壓鑄設(shè)備和鑄型費(fèi)用高,適于大批量生產(chǎn)。由于充型速度高、壓力大,氣體難以排出,鑄件皮下有氣孔,不能進(jìn)行大量切削加工(防止氣孔外露),也不能熱處理(防止表面起泡)。多用于生產(chǎn)有色金屬的精密鑄件。如發(fā)動(dòng)機(jī)的汽缸蓋、化油器等。
1、4、3金屬型鑄造靠重力將熔融金屬澆入金屬鑄型獲得鑄件的鑄造方法,也稱(chēng)永久型鑄造。
金屬型鑄造工藝應(yīng)注意:
①金屬型應(yīng)保持合理的工作溫度減緩鑄型的冷卻能力,提高熔融金屬的充型能力。減少鑄型的熱疲勞,延長(zhǎng)其使用壽命。②噴刷涂料保護(hù)型腔,利用涂層的薄厚調(diào)整鑄件各部分的冷卻速度,還可利用涂料吸收和排除金屬液中的氣體。③控制開(kāi)型時(shí)間金屬型無(wú)退讓性,鑄件應(yīng)盡早從鑄型中取出,過(guò)早取出,鑄件強(qiáng)度低易變形。④提高澆注溫度,防止鑄鐵件產(chǎn)生“白口”金屬型鑄造的特點(diǎn)和應(yīng)用:★一型多鑄、節(jié)約造型材料、生產(chǎn)率高、易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)。★尺寸精度高、表面質(zhì)量好,切削余量小。★鑄件組織細(xì)密、力學(xué)性能好?!镨T件質(zhì)量穩(wěn)定,廢品率低。但金屬型制造成本高,鑄造工藝要求嚴(yán)格,不宜鑄造形狀復(fù)雜和大型薄壁件。主要用于大批量生產(chǎn)的形狀簡(jiǎn)單的有色金屬或灰鐵鑄件。如活塞、汽缸等。
1、4、4低壓鑄造
鑄型一般安置在密封的坩堝上方,坩堝中通入壓縮空氣,在熔融金屬表面上造成低壓力(0.6~1.5bar),使金屬液由升液管上升填充鑄型和控制凝固的鑄造方法稱(chēng)低壓鑄造。低壓鑄造的特點(diǎn)及應(yīng)用:★壓力和速度可控,充型平穩(wěn),氣體易排除。★充型能力強(qiáng),可鑄輪廓清晰、表面質(zhì)量高、壁較薄的鑄件?!飰毫ο陆Y(jié)晶,澆口可補(bǔ)縮,鑄件組織致密,力學(xué)性能好。特別有利于防止鋁合金針孔缺陷和提高鑄件氣密性?!锸∪ッ翱冢?jiǎn)化澆注系統(tǒng)的結(jié)構(gòu),金屬利用率提高到95%以上?!镌O(shè)備簡(jiǎn)單,便于機(jī)械化。用來(lái)生產(chǎn)質(zhì)量要求較高的鋁、銅、鎂合金鑄件。如發(fā)動(dòng)機(jī)缸體、葉輪、螺旋槳等。
1、4、5離心鑄造離心鑄造是將熔融金屬澆入旋轉(zhuǎn)的鑄型,在離心力作用下,凝固形成的鑄件軸線與旋轉(zhuǎn)鑄型軸線重合的鑄造方法。離心鑄造的特點(diǎn)及應(yīng)用:★不用芯子即可生產(chǎn)筒、套類(lèi)鑄件。工藝簡(jiǎn)化生產(chǎn)率高、成本低?!镌陔x心力作用下,金屬?gòu)耐庀騼?nèi)凝固,鑄件組織致密無(wú)縮孔、縮松、氣孔等缺陷。★無(wú)需澆口冒口、金屬利用率高?!锉阌谏a(chǎn)雙金屬鑄件。★充型能力強(qiáng),可澆注流動(dòng)性較差的合金和薄壁鑄件主要用于生產(chǎn)管、套、輥類(lèi)鑄件
1、4、6連續(xù)鑄造簡(jiǎn)化生產(chǎn)工藝、提高成材率、節(jié)能、降成本、改善勞動(dòng)條件、改善枝晶偏析、質(zhì)量穩(wěn)定。第二節(jié)玻璃的成形2、1玻璃成形過(guò)程玻璃的成形,是指熔融的玻璃液轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂泄潭◣缀涡螤钪破返倪^(guò)程。由于冷卻和硬化,玻璃首先由粘性液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榭伤軕B(tài),然后再轉(zhuǎn)變?yōu)榇嘈怨腆w態(tài)。玻璃的成形可分兩個(gè)階段成形和定型第一階段:是使材料具有制品所需要的形狀。通常采用的成形方法有:吹制、拉制和壓制等。第二階段:是把制品的形狀固定下來(lái),采用冷卻使之硬化。
玻璃具有透明、質(zhì)硬、耐蝕、耐熱、耐磨及電學(xué)和光學(xué)等可貴性能。玻璃制品的工藝流程:原料→熔制→成形→熱處理→制品加工2、2玻璃的成形性玻璃的成形性包括流變性和熱學(xué)性質(zhì)
流變性:粘度、表面張力、彈性。
熱學(xué)性質(zhì):比熱、導(dǎo)熱、熱膨脹系數(shù)。(1)粘度在成形過(guò)程中,玻璃的粘度起著十分重要的作用。玻璃的粘度不僅取決于溫度,還與玻璃的化學(xué)組成有關(guān)。在1100℃以上,隨溫度下降粘度增加較慢。在1000~900℃之間,粘度開(kāi)始快速增長(zhǎng)。粘度也稱(chēng)粘滯系數(shù):設(shè)相鄰兩平行液層,接觸面積S,其中一層以單位速度移動(dòng)時(shí),由于液體間內(nèi)摩擦的作用,另一層將以速度梯度dV/dx跟隨移動(dòng),這時(shí)兩液層間的內(nèi)摩擦力F(或流層間切向力)為:
F=ηS
dV/dxη為粘滯系數(shù),
dV/dx為垂直液流方向液層間速度梯度。
為流層間切向應(yīng)力F/S與切應(yīng)變的變化率dV/dx之比。
η的國(guó)際單位為帕斯卡.秒(Pa.s),(或牛頓.秒/米2)
0℃時(shí)空氣和水的粘滯系數(shù)分別為:
1.773×10-5和1.808×10-3粘度在1015以上為彈性固體,粘度在106~1014之間為粘彈性材料,粘度在106以下為粘滯性液體,實(shí)際上粘度在106~105就有彈性。粘度梯度大的為短性玻璃,反之為長(zhǎng)性玻璃。玻璃熔制對(duì)應(yīng)的粘度為100.7~10Pa.s,
相當(dāng)于1450℃~1560℃。玻璃成形開(kāi)始對(duì)應(yīng)的粘度為101.5~103Pa.s,
玻璃成形終了對(duì)應(yīng)的粘度為105~107Pa.s,
玻璃粘度在108~10Pa.s時(shí),對(duì)應(yīng)于軟化溫度,玻璃的退火:玻璃中的應(yīng)力一般是通過(guò)粘滯流動(dòng)和彈性松弛來(lái)消除的,對(duì)應(yīng)的粘度在1011.5~1013
Pa.s,
其溫度范圍是550℃~600℃。(2)表面張力硅酸鹽玻璃的表面張力一般為:
(220~380)×10-3N/m
比水的表面張力大3~4倍,與熔融金屬值相近。
表面張力使自由的玻璃液滴成為球形。拉制玻璃管、玻璃絲、玻璃棒時(shí),由于表面張力的作用才能獲得正確的圓形。玻璃制品的烘口、火拋光也是借助表面張力。但是在制造壓花玻璃及用模具壓制的玻璃制品,其表面圖案往往因表面張力作用使尖銳的棱角變圓。(3)彈性
在成形的低溫階段,彈性與缺陷的產(chǎn)生直接相關(guān)??焖倮鋮s的淬火玻璃基本凍結(jié)了高溫狀態(tài)的疏松結(jié)構(gòu),因此比相同成分的退火玻璃具有較小的彈性模量,一般低2~7%。
(例如塊狀玻璃的彈性模量E=803.6×108Pa,而同成分的玻璃纖維的E=774.2×108Pa)玻璃微晶化后,彈性模量是增高的。
玻璃由液體變?yōu)閺椥圆牧系姆秶?,稱(chēng)為粘-彈性范圍。玻璃在有彈性情況下成形,其制品就會(huì)產(chǎn)生永久應(yīng)力。(4)熱學(xué)性質(zhì)主要包括:比熱容、導(dǎo)熱率、熱膨脹系數(shù),影響玻璃的冷卻和硬化速度以及應(yīng)力的產(chǎn)生和尺寸的公差。
成形制度:
成形制度與玻璃制品的成形方法、玻璃液性質(zhì)有關(guān),確定制品的成形制度必須知道成形持續(xù)時(shí)間、玻璃的粘度和冷卻介質(zhì)的溫度。玻璃的固化速度(粘度-時(shí)間曲線)是確定成形制度的主要依據(jù)。2、3玻璃的成形方法2、3、1人工成形:
(1)
吹制:
吹管:采用鐵管或不銹鋼管
襯碳模:以干性油為粘合劑(亞麻油、桐油)先涂在鑄鐵模內(nèi)表面,再撒一層軟木粉或細(xì)焦炭粉,加熱使內(nèi)表面留下一層牢固的附著層。
工藝過(guò)程:挑料→吹小泡→吹制→加工(或修飾)
(2)拉制:操作程序與吹制相似,生產(chǎn)管、棒挑料→滾料→作料泡→拉制
(3)壓制:生產(chǎn)厚壁、廣口空心制品
(4)自由成形:制作藝術(shù)品人工壓制:
常用于制造厚壁、廣口空心制品,但制品的空腔不能太深,形狀比較簡(jiǎn)單。
2、3、2自動(dòng)成形:(1)自動(dòng)成形的供料:
有三種自動(dòng)供料的方法
液流供料:利用玻璃本身的流動(dòng)性來(lái)實(shí)現(xiàn)連續(xù)供料主要用于平板玻璃的生產(chǎn)。
真空吸料:在真空作用下將玻璃液吸出,間斷式。
滴料供料:由供料機(jī)將由爐池中流出的玻璃液制成一定重量和形狀的料滴,并按一定時(shí)間間隔將料滴送入成形機(jī)的模型中。(2)吹制法成形:
壓-吹法:先在初形模中壓制口部和初形,再轉(zhuǎn)入成形模中吹制成制品。吹-吹法:
(3)拉制法成形:
玻璃管的拉制:通常有水平和垂直拉制兩大類(lèi)丹納法和維羅法屬于水平拉制垂直拉制分為有槽引上和無(wú)槽引上兩種
水平拉制:
垂直拉制平板玻璃的拉制
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