工程材料與熱加工

工程材料與熱加工第1頁，共12頁，2023年，2月20日，星期一金屬成形的方法可分為五大類：鑄造、塑性成形、（或稱壓力加工）、切削加工、焊接和粉末冶金。鑄造是一種古老的制造方法，也是毛坯或零件成形的主要方法之一，在我國有6000年的歷史。鑄造的定義：鑄造是指將熔融態(tài)的金屬或合金澆注于特定空腔的鑄型中凝固成形的金屬材料的成形方他的原理是將融化后的金屬液澆入預(yù)制的鑄型中，在一定的工藝條件下，金屬液被凝固、冷卻，形成所要求的具有一定形狀和性能的鑄件。

第2頁，共12頁，2023年，2月20日，星期一鑄造能夠制成形狀復(fù)雜、特別是具有復(fù)雜內(nèi)腔的毛坯（如內(nèi)燃機汽缸體、變速箱箱體）；鑄件大小幾乎不受限制，重量可以幾克到幾百噸。常用原材料廣泛（各種鑄鐵、非合金鋼、低合金鋼、合金鋼有色金屬等），價格較低，所以鑄造成本也較低。但鑄造工序多，工藝復(fù)雜，易出現(xiàn)組織疏松、晶粒粗大、縮孔、縮松和氣孔等缺陷導(dǎo)致鑄件的力學(xué)性能較差。同時鑄型材料、模具、鑄造合金、合金的熔煉與澆注等因素也會鑄件的質(zhì)量，所以鑄件質(zhì)量夠不穩(wěn)定，廢品率一般較高。第3頁，共12頁，2023年，2月20日，星期一定義：

金屬的鑄造性能是指鑄造成形過程中獲得外形準(zhǔn)確、內(nèi)部健全鑄件的能力。鑄造性能包括流動性、收縮率、吸氣性、氧化性等。

流動性性能

收縮率第4頁，共12頁，2023年，2月20日，星期一流動性是指金屬液本身的流動性。可用螺旋長度來測定。螺旋線長度越長，流動性越好。

螺旋試樣第5頁，共12頁，2023年，2月20日，星期一流動性好的熔融金屬，澆注時金屬容易充滿鑄型的型腔，獲得輪廓清晰、尺寸精確、薄而形狀復(fù)雜的鑄件；還有利于夾雜物和氣體的上浮排除。反之，流動性差的熔融金屬，澆注時鑄件一出現(xiàn)冷隔、澆不到、氣孔、夾渣等缺陷。影響流動性的因素

鑄型

鑄型的材料，澆注系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和尺寸，形腔表面的粗糙等均影響金屬的流動性。澆注溫度和合金成分

在同等冷卻條件下，澆注溫度越高，金屬的流動性越好，但澆注溫度過高，鑄件容易產(chǎn)生縮孔、縮松等缺陷。常用鑄造金屬中灰鑄鐵流動性較好，澆注溫度一般為1250—1350℃，而鑄鋼的流動性較差，澆注溫度1500——1550℃。不同種類的合金具有不同的流動性；同類合金中，化學(xué)成分不同，其流動性也不一樣。

第6頁，共12頁，2023年，2月20日，星期一第7頁，共12頁，2023年，2月20日，星期一收縮是鑄造合金從液態(tài)凝固和冷卻至室溫過程中產(chǎn)生體積尺寸的縮減現(xiàn)象，包括液態(tài)收縮、凝固收縮、固態(tài)收縮三個階段。鑄件溫度降低液態(tài)收縮凝固收縮固態(tài)收縮澆注溫度體積收縮開始凝固溫度終止凝固溫度室溫線收縮第8頁，共12頁，2023年，2月20日，星期一液態(tài)收縮和凝固收縮若得不到不足，會使鑄件產(chǎn)生縮孔和縮松缺陷；固態(tài)收縮若受到阻礙會產(chǎn)生鑄造內(nèi)應(yīng)力，導(dǎo)致鑄件變形和開裂。縮孔與縮松

縮孔是由于金屬在液態(tài)收縮凝固收縮階段得不到補償時，鑄件的最后凝固處出現(xiàn)的較大的集中孔洞，主要出現(xiàn)于金屬恒溫或很窄溫度范圍內(nèi)的結(jié)晶，鑄件呈逐層凝固方式的條件下。合金的液態(tài)收縮和凝固收縮越大，澆注溫度越高，鑄件的壁越厚，縮孔的容積就越大。

縮松是分散在鑄件里的細(xì)小縮孔，是被樹枝狀的晶體分隔開的液體區(qū)難以得到補償所致。一般分布在鑄件中心軸線處或縮孔的下方。縮孔和縮松會降低鑄件的力學(xué)性能第9頁，共12頁，2023年，2月20日，星期一第10頁，共12頁，2023年，2月20日，星期一鑄件凝固后繼續(xù)冷卻過程中，若固態(tài)收縮受到阻礙就會產(chǎn)生鑄造內(nèi)應(yīng)力，當(dāng)應(yīng)力達(dá)到一定數(shù)值時，鑄件班產(chǎn)生變形甚至開裂。機械應(yīng)力熱應(yīng)力相變應(yīng)力鑄造應(yīng)力鑄件收縮受阻鑄件因冷卻速度、溫度不同，各部位收縮不一致所致鑄造組織發(fā)生相變是時，因溫度差異出現(xiàn)體積變化不一致鑄造應(yīng)力類型及成因第11頁，共12頁，2023年，2月20日，星期一鑄造內(nèi)應(yīng)力影響鑄件的質(zhì)量，生產(chǎn)中需要減小鑄造內(nèi)應(yīng)力，可以從鑄件的機構(gòu)和優(yōu)化鑄造工藝入手，如鑄件的壁厚應(yīng)均勻，或合理的設(shè)置冷鐵等工藝措施，是鑄件各部位冷卻均勻，同時凝固從而減小熱應(yīng)力；鑄件結(jié)構(gòu)盡量簡單、對稱。這樣可以減小金屬的收縮受阻。從而減小機械應(yīng)力，防止鑄件變形和開裂。

影響收縮率的因素：

合金的種類和成分合金的種類和成分不同，起收縮率不同，灰鑄鐵比鑄鋼的收縮率小?；瘜W(xué)成分不同，收縮率略有差別。如鐵素鑄鋼隨碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，其結(jié)晶溫度范圍變寬，凝固收