《鑄造合金性能分析》課件

鑄造合金性能分析課程目標了解鑄造合金的基本概念和分類掌握影響鑄造合金性能的因素熟悉常見的鑄造缺陷及其對性能的影響概述鑄造合金是金屬材料中應用廣泛的一類，廣泛應用于機械、航空航天、汽車、電子、建筑等各個領域。鑄造合金具有優(yōu)異的機械性能、物理性能和化學性能，能夠滿足不同應用場景的要求。鑄造合金的重要性降低生產(chǎn)成本：鑄造工藝可以制造復雜形狀的零件，減少了后續(xù)加工的步驟，降低了生產(chǎn)成本。提高生產(chǎn)效率：鑄造工藝可以批量生產(chǎn)零件，提高了生產(chǎn)效率。滿足特殊性能要求：鑄造合金可以根據(jù)不同的應用場景，選擇合適的合金成分和工藝，以滿足特定的性能要求。合金的主要成分金屬元素合金的主要成分是金屬元素，如鋁、銅、鐵、鎂、鈦等。非金屬元素合金中還可能含有少量非金屬元素，如硅、碳、磷等，它們可以影響合金的性能。影響合金性能的因素1合金的成分：不同的合金成分具有不同的性能，例如，鋁合金具有輕質、高強度等特點，而銅合金則具有良好的導電性和導熱性。2冶金工藝：冶金工藝會影響合金的組織結構和性能，例如，不同的冷卻速度會導致不同的晶粒尺寸和性能。3熱處理：熱處理可以改變合金的組織結構和性能，例如，淬火可以提高合金的硬度，而回火可以降低合金的脆性。合金的機械性能抗拉強度：材料抵抗斷裂的能力，反映材料的強度極限。屈服強度：材料開始發(fā)生永久變形時的應力，反映材料的抵抗塑性變形的能力。硬度：材料抵抗外物壓入的能力，反映材料的表面硬度。韌性：材料抵抗沖擊的能力，反映材料的抗沖擊性能?？估瓘姸瓤估瓘姸仁侵覆牧显诶煸囼炛?，斷裂時所承受的最大應力值?？估瓘姸仍礁?，材料的強度越高，抵抗斷裂的能力越強?？估瓘姸仁侵匾臋C械性能指標之一，用于評價材料的強度和可靠性。屈服強度彈性變形1塑性變形2斷裂3屈服強度是指材料在拉伸試驗中，開始發(fā)生永久變形時的應力值。硬度1布氏硬度使用壓頭在材料表面壓入一定深度，測量壓痕面積，計算硬度值。2洛氏硬度使用壓頭在材料表面壓入一定深度，測量壓痕深度，計算硬度值。3維氏硬度使用金字塔形壓頭在材料表面壓入一定深度，測量壓痕對角線長度，計算硬度值。韌性韌性是指材料抵抗沖擊的能力，反映材料的抗沖擊性能。合金的物理性能合金的物理性能包括密度、導熱性、熱膨脹系數(shù)等，這些性能對合金的應用范圍有著重要影響。密度密度是指單位體積的質量，是材料的重要物理性能指標之一。鑄造合金的密度與其成分有關，例如，鋁合金的密度較低，而銅合金的密度較高。導熱性1熱傳導材料內(nèi)部熱量傳遞的能力。2導熱系數(shù)表示材料導熱性能的指標。3應用發(fā)動機、散熱器、電子設備等。熱膨脹系數(shù)1熱膨脹材料在溫度變化時，體積發(fā)生變化的現(xiàn)象。2熱膨脹系數(shù)表示材料在溫度變化時，體積變化率的指標。3影響影響合金的尺寸穩(wěn)定性，需考慮熱膨脹系數(shù)的匹配。鑄造合金的組織結構樹枝狀晶粒鑄造合金凝固過程中，晶粒沿著特定方向生長，形成樹枝狀的形狀。共晶組織兩種或多種金屬元素在特定溫度下，共同凝固形成的混合組織。金屬間化合物兩種或多種金屬元素相互作用，形成的具有特定結構和性質的化合物。樹枝狀晶粒1影響因素冷卻速度、成分、澆注溫度等。2影響性能影響合金的機械性能、物理性能和化學性能。共晶組織共晶組織是指兩種或多種金屬元素在特定溫度下，共同凝固形成的混合組織。共晶組織通常具有較高的硬度和強度，但其韌性較差。共晶組織的性能取決于其成分和結構，可以根據(jù)實際應用需求進行調節(jié)。金屬間化合物Al3FeFe3CAl2Cu其他金屬間化合物是指兩種或多種金屬元素相互作用，形成的具有特定結構和性質的化合物。鑄造缺陷對性能的影響1氣孔：鑄件內(nèi)部存在的空隙，會導致強度降低、抗腐蝕性下降。2夾雜物：鑄件內(nèi)部存在的非金屬雜質，會導致強度降低、韌性下降。3收縮孔：鑄件凝固過程中產(chǎn)生的空洞，會導致強度降低、抗疲勞性能下降。4熱裂紋：鑄件冷卻過程中產(chǎn)生的裂紋，會導致強度降低、延展性下降。氣孔形成原因：澆注溫度過高、鑄型通氣不良、金屬液中含有氣體等。危害：降低材料強度、抗腐蝕性下降、影響表面光潔度等。預防措施：控制澆注溫度、改善鑄型通氣性、脫氣處理等。夾雜物來源鑄型材料、熔煉過程中的雜質、金屬液中的非金屬元素等。1影響降低材料強度、韌性下降、影響表面光潔度等。2控制選擇優(yōu)質鑄型材料、嚴格控制熔煉過程、進行除渣處理等。3收縮孔形成原因：金屬液凝固過程中體積收縮，但鑄型不能及時補充金屬液。危害：降低材料強度、抗疲勞性能下降、影響尺寸精度等。預防措施：控制澆注溫度、合理設計鑄型、設置冒口等。熱裂紋溫度梯度鑄件冷卻過程中，內(nèi)外溫度差異過大，造成應力集中。應力集中應力集中超過材料的強度極限，導致裂紋產(chǎn)生。冷卻速度對合金性能的影響1冷卻速度是指鑄件凝固過程中溫度下降的速度。2冷卻速度越快，晶粒越細小，合金的強度和硬度越高，但韌性越低。3冷卻速度越慢，晶粒越大，合金的強度和硬度越低，但韌性越高。快冷合金1特點強度高、硬度高、韌性低。2應用切削工具、模具等需要高強度和硬度的應用。慢冷合金1特點強度低、硬度低、韌性高。2應用船舶、橋梁、建筑等需要高韌性的應用。組織與性能的關系細晶粒強度高、硬度高、韌性低。粗晶粒強度低、硬度低、韌性高。鋁合金1特點輕質、強度高、耐腐蝕性好。2應用航空航天、汽車制造、電子產(chǎn)品等。銅合金特點：導電性好、導熱性好、耐腐蝕性好。應用：電線電纜、管道、儀器儀表等。鎂合金鎂合金具有輕質、高強度、耐腐蝕等特點，廣泛應用于航空航天、汽車、電子等領域。鈦合金1特點：強度高、耐高溫、耐腐蝕。2應用：航空航天、醫(yī)療器械、石油化工等。鋼鐵合金特點：強度高、硬度高、耐磨性好。應用：機械制造、建筑工程、橋梁等。熱處理對性能的影響熱處理是指通過改變合金的組織結構，以改變其性能的一種工藝。時效處理時效處理是指將合金加熱到一定溫度，保溫一定時間，然后緩慢冷卻，以提高合金的強度和硬度。時效處理主要應用于鋁合金、銅合金等。時效處理可以改善合金的機械性能、提高抗腐蝕性、增強抗疲勞性能。淬火與回火淬火將合金加熱到奧氏體化溫度，然后快速冷卻，以提高合金的硬度和強度。1回火將淬火后的合金再次加熱到低于奧氏體化溫度，然后緩慢冷卻，以降低合金的硬度和脆性。2淬火與回火是一種常用的熱處理工藝，可以提高合金的綜合性能。正火處理正火處理是指將合金加熱到奧氏體化溫度，然后緩慢冷卻，以細化晶粒，提高合金的韌性和塑性。正火處理可以降低合金的硬度和強度，但可以提高合金的韌性和塑性。應力釋放應力釋放通過加熱和緩慢冷卻，消除鑄件內(nèi)部的殘余應力。變形降低鑄件的變形傾向，提高其尺寸穩(wěn)定性。合金性能的測試方法1拉伸試驗：測量材料的抗拉強度、屈服強度、延伸率等。2沖擊試驗：測量材料的韌性。3硬度測試：測量材料的硬度。4金相分析：觀察材料的組織結構。拉伸試驗方法：用拉伸試驗機對試樣施加拉力，測量試樣的應力和應變。結果：繪制應力-應變曲線，獲取抗拉強度、屈服強度、延伸率等參數(shù)。沖擊試驗原理用擺錘撞擊試樣，測量試樣斷裂所需的能量。1結果沖擊韌性，反映材料的抗沖擊性能。2硬度測試布氏硬度測試：用壓頭在材料表面壓入一定深度，測量壓痕面積，計算硬度值。洛氏硬度測試：用壓頭在材料表面壓入一定深度，測量壓痕深度，計算硬度值。維氏硬度測試：用金字塔形壓頭在材料表面壓入一定深度，測量壓痕對角線長度，計算硬度值。金相分析金相顯微鏡通過顯微鏡觀察材料的組織結構，分析材料的性能。圖像分析使用圖像分析軟件，測量晶粒尺寸、相含量等參數(shù)。合金性能分析的應用領域合金性能分析在各個領域都有著廣泛的應用。汽車制造1車身鋁合金、鋼合金等。2發(fā)動機鋁合金、鎂合金等。3底盤鋼合金、鑄鐵等。航空航天1機身鋁合金、鈦合金等。2發(fā)動機鎳基合金、高溫合金等。3機翼復合材料、鋁合金等。電子電器1手機鋁合金、鎂合金等。2電腦銅合金、鋁合金等。3家電不銹鋼、鋁合金等。管線輸送管道材料需要滿足特定的強度、抗腐蝕性、耐高溫等要求，以確保管線的安全運行。建筑工程鋼筋鋼筋混凝土結構中的主要材料，需要滿足一定的強度和抗拉強度。鋁合金門窗輕質、耐腐蝕