金属液态成形

2018年4月2日11:22

1.什么是金属液态成形？

金属液态成形也就是铸造，是将液态金属在重力或者其它外力作用下充填到型腔，待其凝固冷却后获得所需形状和尺寸的毛皮或零件（铸件）的工艺过程；

2.流动性

熔融合金的流动性是指其自身的流动能力。流动性好则充填铸型能力强，尺寸易精确，外形完整，轮廓清晰；流动性不好会出现浇不足、冷隔、气孔、夹杂等缺陷；薄壁铸件对之尤其敏感。

灰铸铁、硅黄铜最好，铝硅合金次好，铸钢最差；

3.充型能力

充型能力是指熔融合金充满型腔获得轮廓清晰、形状完整的铸件的能力，与流动性、浇注条件、铸型条件等有关；

4.纯金属和共晶合金为逐层凝固，流动性好，其它成分金属随着结晶范围加大流动性变差；

5.提高浇注温度获得较大过热度有利流动充型，但不宜过高；增大充型压力、提高浇注速度有利流动充型；预热铸型、减少发气、改善透气、简化结构等等有利于充型；

6.收缩

合金收缩分为液态收缩，凝固收缩，固态收缩。前二者合称体收缩，后者为线收缩；收缩率与金属性质有关。浇注温度高，过余温度大，液态收缩加剧；结构复杂、铸型、型芯硬度高的逐渐收缩阻力大；实际线收缩比自由线收缩率小一些；

7.缩孔

在凝固收缩的过程中，液态收缩、凝固收缩、固态收缩造成体积不断减小，凝固收缩不能得到液态金属的有效补缩，最后凝固部分处出现倒锥形缩孔；纯金属与共晶合金逐层凝固易形成缩孔，按温度梯度顺序凝固的最后部分易缩孔，过余温度大液态收缩、凝固收缩大易形成缩孔；

8.缩松

结晶范围宽的金属以糊状凝固方式进行，一般聚集于中心轴线处、热节

处、冒口根部或缩孔下方；温差小的同时凝固条件容易形成缩松；

9.缩孔和缩松一般产生于凝固缓慢的厚壁热节处

10.缩孔和缩松的防止

采用加冷铁和补缩冒口的方式，形成一定的温度梯度，使铸件“定向凝固”，将缩松尽可能转化为缩孔并使缩孔转移到冒口中；

11.铸造内应力

铸造内应力分为热应力和机械应力，铸造内应力产生的原因是凝固之后的固态收缩过程中收缩收到阻碍。铸造应力会造成铸件铸件变形；

12.铸造热应力

由于铸件壁厚不均匀、冷却速度不同，铸件各部分收缩不一致，因此产生热应力；一般情况下，薄壁处率先冷却受压，厚壁处后冷却受拉；

13.机械应力

固态收缩时，线收缩受到铸型或者型芯的阻碍，形成拉伸或者剪切应力，机械应力在落砂后可自行消除。

14.减小或消除应力的措施

采取同时凝固的方式，避免凝固顺序的不一致性，减小热应力，但是这会产生缩松，应该有所权衡；改善铸型和型芯的退让性，减小机械应力；加热到550至600摄氏度实施去应力退火，可以基本消除参与内应力；

15.铸件变形的防止

减小铸造内应力或者用对称结构让内应力抵消可以防止变形；利用反变形法，在变形方向上预先设计形状补偿变形；设置防变形肋板；在切削加工前实施去应力退火，消除内应力；

16.热裂纹及其减小

铸件在凝固末期已经具有完整的固态骨架，由于铸型和型芯的阻挡，会造成机械应力，一旦机械应力超过高温下的强度极限，那么就会导致热裂纹的产生；热裂纹短而宽，形状曲折，缝内有氧化色；结晶范围大的合金容易产生热裂纹。应该尽量使用热裂倾向小的合金，改善铸件结构，改善铸型和型芯的退让性；

17.冷裂纹及其减小

在较低温度下，铸造内应力超过材料强度极限就会产生冷裂纹；冷裂纹细小连续呈光滑直线状，多出现于受拉应力部位；脆性大、塑性差的材料容易产生冷裂纹；因此可以用减小脆性的方法减小冷裂纹，比如减小磷的含

量；

18.常见的铸造缺陷有浇不足（形状不完整）、冷隔（完整但有未融合裂缝）、缩孔、缩松、夹砂、变形、裂纹、粘砂、胀砂等等；

18.砂型铸造的造型分为手工造型和机器造型。手工造型分为田沙、紧实、起模。手工造型的具体方法有两箱造型、三箱造型、地坑造型、脱箱造型（合型后取出砂箱只留下砂型，浇注时可加套箱固定。）；整模造型、挖砂造型、假箱造型、分模造型、活块造型、刮板造型等等；

19.机器造型中的震压造型的过程是装砂、震击、压实和起模，起模方法有顶箱、漏模和翻转，其特点是采用模板造型和两箱造型；

20.造芯时其内部有通气道，中间有芯骨，一般烘干使用；

21.砂型的铸造工艺设计

1）浇注位置选择

重要加工面应该位于下面或者侧面；宽大平面应该朝向下方；大面积薄壁应该处于铸型下部，处于垂直或者倾斜位置；易产生缩孔的铸件的粗大部分应该处于上部或者侧面，便于与冒口配合；尽量减少型芯数量便于安放固定和排气；

2）分型面的选择

便于起模，最好在最大截面处、尽量平直、数量尽量少尽量避免活块和使用型芯；尽量是重要加工面和加工基准面处于同一砂箱内保证精度；尽量使型腔和主要型芯位于下型；

22.铸件工艺参数的确定

铸件的工艺参数包括机加工余量（手册）和最小铸出孔（表，一般30-50左右），起模斜度（一般15分到3度）、收缩率（铸铁1%）、型芯头（分为水平型芯头和垂直型芯头）；

23.铸造工艺图

铸造工艺图应该包括浇注位置、分型面、加工余量、起模斜度、收缩率、浇冒系统、冷铁布置、型芯等；

24.铸件结构工艺性

1）外形力求简单

避免铸件外形侧凹，减少分型面；尽可能使分型面平直；加强肋与凸台的设计应该不妨碍起模；铸件侧壁应该有起模斜度；

2）内腔简单

尽量少或不用型芯；使用型芯应该便于型芯的固定、定位、排气和清理；3）铸件壁厚适度

壁厚要大于最小铸造壁厚（查表）；壁厚也不应该过厚，防止晶粒粗大和缩孔缩松；壁厚应该力求均匀；利于实现定向凝固；

4）壁间连接

转弯处应为圆角；不同壁厚厚度要逐步过渡；连接要避免交叉和锐角；轮辐避免收缩受阻，可取奇数艮或者采用弯曲轮辐；

5）避免过大水平面，有的要改成斜面锥面等等

6）可采用加强肋和对称式的结构起到加强作用

25.特种铸造

1）熔模铸造

熔模铸造又称失蜡法，或者熔模精密铸造，具有较高的尺寸精度和表面质量；

熔模铸造的一般步骤是制造蜡模、制造型壳（石英粉、水玻璃、氯化铵溶液）、热水中脱蜡、焙烧型壳、浇注、脱壳清理；

熔模铸造适用于生产叶轮叶片、切削刀具、飞机汽车等上的小型零件；2）金属型铸造

金属型铸造是在重力作用下将液态金属浇注进金属铸型中获得铸件的方法；

金属型分为水平分型、垂直分型和复合分型三种结构；

金属型的工艺过程应该注意铸型排气、铸型涂料、铸型预热和开型时间；其优点是尺寸精度高、表面粗糙度小、冷却快因此晶粒小，一型多铸效率高；

其缺点是透气性差、退让性差、铸造形状简单；

3）压力铸造

压力铸造是将熔融合金在高压条件下高速充型，并在压力下凝固成形的精密铸造工艺；

根据坩埚与压室是否连在一起，压铸机分为冷压室压铸机和热压室压铸机，进而分为立式和卧式压铸机；

其优点是精度高、表面质量好、金属充型能力好、晶粒细小强度硬度高、可压铸形状复杂零件；

其缺点是容易产生缩松，尺寸受限，设备成本比较高；

4）低压铸造

低压铸造是指液态金属在较低压力作用下由下而上充填型腔，并在压力下凝固成铸件的方法；

5）离心铸造

离心铸造是将熔融金属浇入旋转的铸型中，在离心力的作用下充填铸型并凝固成形的一种方法；

6）此外还有挤压铸造（液态模锻）、实型铸造等等

液态金属成型原理作业

液态金属成型原理 一、简述普通金属材料特点及熔配工艺 1 普通金属材料的特点 1.1铸铁材料 铸铁是含碳量大于2.11%或者组织中具有共晶组织的铁碳合金，其成分范围为：2.4%~ 4.0%C，0.6%~3.0%Si，0.2%~1.2%Mn，0.1%~1.2%P，0.08%~0.15%S。依据碳在铸铁中的形态可将铸铁分为白口铸铁、灰口铸铁及麻口铸铁，其中灰口铸铁依据石墨形态的不同分为普通灰铸铁、蠕虫状石墨铸铁、球墨铸铁和可锻铸铁。 （1）白口铸铁 白口铸铁中的碳少量溶于铁素体，大部分以碳化物的形式存在于铸铁中，断口呈银白色。白口铸铁硬而脆，很难加工。我们可以利用它的硬度高和抗磨性好的特点制造一些高耐磨的零件和工具。 （2）灰铸铁 碳主要结晶成片状石墨存在于铸铁中，断口为暗灰色。灰口铸铁不能承受加工变形，但是却具有特别优良的铸造性能，同时切削加工性能也很好，低熔点、良好的流动性和填充性以及小的凝固收缩。 （3）麻口铸铁 麻口铸铁具有灰口和白口的混合组织，断口呈灰白交错。麻口铸铁不利于机械加工，也无特殊优异的使用性能。 （4）可锻铸铁 可锻铸铁是由白口铸铁经过石墨化退火后制成的。具有较高的强度、塑性和韧性，与球墨铸铁相比具有质量稳定、处理铁水简便以及易于组织流水线生产等优点，适用于形状复杂薄壁小件的大批量生产。 （5）球墨铸铁 球墨铸铁中的碳主要以球状石墨形态存在于铸铁中。球墨铸铁具有比灰口铸铁高得多的强度、塑性和韧性，同时仍保持着灰口铸铁所具有的耐磨、消震、易切削加工、容易铸造等一系列优异性能。 1.2 铸钢材料 铸钢具有良好的综合机械性能和物理化学性能，比铸铁具有更高的强度、塑性和良好的焊接性。按化学成分可以分为碳素钢和合金钢，其中碳素钢又分为低碳钢、中碳钢和高碳钢。（1）低碳钢 低碳钢的含碳量小于0.20%，它的塑性和韧性较高，但是强度较低，通常要经过渗碳后进行淬火、回火处理来提高强度和耐磨性。低碳钢的铸造性能差，熔点高，钢液流动性差，

工程材料液态成型实验指导书

开放实验指导书大纲 实验名称: 工程材料液态成型 引言 什么是液态成型 金属的液态成型常称为铸造，铸造是将金属熔炼成符合一定要求的液体并浇进铸型里，经冷却凝固、清整处理后得到有预定形状、尺寸和性能的铸件的工艺过程。 图-1 铸造示意图 一、实验目的 1．了解铸造的概念及基本原理； 2．了解并掌握铸造的基本工艺及其主要的工艺参数； 3．了解并掌握铸造过程中金属从液态到固态转变过程中影响金属性能和铸件质量的一些基本因素； 4．了解金属收缩的基本规律，以及常见铸造缺陷缩的形成机理，及其影响因素。

二、实验原理 1.铸造的定义 铸造过程是指将金属置于熔炼炉内的坩埚中, 加热熔炼成符合一定要求的液体并浇铸到锭模或铸模中，经冷却凝固, 液态金属转变成固态金属, 清整处理后获得一定形状、尺寸的铸件或铸件的工艺过程。铸造毛胚因近乎成形，而达到免机械加工或少量加工的目的降低了成本并在一定程度上减少了时间．铸造是现代机械制造工业的基础工艺之一. 铸造工艺可分为三个基本部分，即铸造金属准备、铸型准备和铸件处理。铸造金属是指铸造生产中用于浇注铸件的金属材料，它是以一种金属元素为主要成分，并加入其他金属或非金属元素而组成的合金，习惯上称为铸造合金，主要有铸铁、铸钢和铸造有色合金。 2.铸造的分类 铸造种类很多，按造型方法习惯上分为：①普通砂型铸造，包括湿砂型、干砂型和化学硬化砂型3类。②特种铸造，按造型材料又可分为以天然矿产砂石为主要造型材料的特种铸造（如熔模铸造、泥型铸造、铸造车间壳型铸造、负压铸造、实型铸造、陶瓷型铸造等）和以金属为主要铸型材料的特种铸造（如金属型铸造、压力铸造、连续铸造、低压铸造、离心铸造等）两类。 2.1 普通砂型铸造 以型砂和芯砂为造型材料制成铸型，液态金属在重力下充填铸型来生产铸件的铸造方法。钢、铁和大多数有色合金铸件都可用砂型铸造方法获得。由于砂型铸造所用的造型材料价廉易得，铸型制造简便，对铸件的单件生产、成批生产和大量生产均能适应，长期以来，一直是铸造生产中的基本工艺。 图-2 砂型铸造示意图

液态金属

液态金属行业研究报告 第一节液态金属材料简述 1.1液态金属的定义 液态金属即非晶材料，是一种长程无序（短程有序）、亚稳态（一定温度晶化）、一定程度上的物理特性各向同性的金属材料，具有固态、金属、玻璃的特性，又称金属玻璃，具有高强度、高硬度、塑性、热传导和耐磨性等。 图1-1 液态金属具有长程无序结构

1.2 液态金属的特点 液态金属兼有玻璃、金属、固体和液体的特性，是一类全新性的 高性能金属材料，具备很多不同于传统玻璃材料的独特的性质。 非晶材料具有高强度、高比强度、高硬度和高弹性形变等优点

Liquidmetal在表面光洁度上远远高于镁、铝、钛、钢等金属。1)是迄今为止最强的金属材料（屈服强度和断裂韧性最高）和最软的（屈服强度最低）金属材料之一； 2) 具有接近陶瓷的硬度，却又能在一定温度下能像橡皮泥一样的柔软，像液体那样流动（超塑性），所以它又是最理想的微、纳米加工材料之一； 3) 液态金属的强度（1900Mpa）是不锈钢或钛的两倍，易塑形堪比塑料，兼具了钢铁和塑料的优势，可以塑性加工。

工艺余成本优势 优势 劣势 加工工艺 1.相对于一般的高强度合金制备，它具有净成形（Net-ShapeCasting ）的特点，可以避免繁琐的后期机加工。 复合材料熔点较低，不适合用于高温环境，比如蒸汽 机引擎部件等。 2.目前的制备的液态金属通常很薄，一般的锆-钛非晶合 金只有 2.5cm 厚度，暂时不适用于大型的结构部件 热敏塑性，可以用模具塑型，既简单又经济，而且精度高 非晶合金的复合材料熔点低，避免了高温对复合成分中的金属性质造成损害 无氧环境下成型，具有钝面的表面光洁度 成本 基本上是一次净成型，且表面光洁度高，省却大量的后加工；效率非常高，以宜安 科技自制的压铸设备为例，每台机可以实 现压铸600次/天，相比于CNC 加工数个小 时加工一件的效率相比，成本优势相当显 著，大约能降低一半的成本。 1.3 液态发展历程 第二节 液态金属的制备方法

金属材料的液态成型

第一章金属材料的液态成形 1.1概述 金属的液态成型常称为铸造，铸造成形技术的历史悠久。早在5000多年前，我们的祖先就能铸造红铜和青铜制品。铸造是应用最广泛的金属液态成型工艺。它是将液态金属浇注到铸型型腔中，待其冷却凝固后，获得一定形状的毛坯或零件的方法。在机器设备中液态成型件所占比例很大，在机床、燃机、矿山机械、重型机械中液态成型件占总重量的70%~90%；在汽车、拖拉机中占50%~70%；在农业机械中占40%~70%。液态成型工艺能得到如此广泛的应用，是因为它具有如下的优点： （1）可制造出腔、外形很复杂的毛坯。如各种箱体、机床床身、汽缸体、缸盖等。 （2）工艺灵活性大，适应性广。液态成型件的大小几乎不限，其重量可由几克到几百吨，其壁厚可由0.5mm到1m左右。工业上凡能溶化成液态的金属材料均可用于液态成型。对于塑性很差的铸铁，液态成型是生产其毛坯或零件的唯一的方法。 （3）液态成型件成本较低。液态成型可直接利用废机件和切屑，设备费用较低。同时，液态成型件加工余量小，节约金属。 但是，金属液态成型的工序多，且难以精确控制，使得铸件质量不够稳定。与同种材料的锻件相比，因液态成型组织疏松、晶粒粗大，部易产生缩孔、缩松、气孔等缺陷。其机械性能较低。另外，劳动强度大，条件差。 近年来，随着液态成型新技术、新工艺、新设备、新材料的不断采用，使液态成型件的质量、尺寸精度、机械性能有了很大提高，劳动条件到底改善，使液态成型工艺的应用围更加广阔。 液态材料铸造成形技术的优点： （1）适应性强，几乎适用于所有金属材料。 （2）铸件形状复杂，特别是具有复杂腔的铸件，成形非常方便。 （3）铸件的大小不受限制，可以由几克重到上百吨。 （4）铸件的形状尺寸，组织性能稳定。 （5）铸造投资小、成本低，生产周期短。 液态材料铸造成形技术也存在着某些缺点： 如铸件部组织疏松，晶粒粗大，易产生缩孔、缩松、气孔等缺陷；而外部易产生粘砂、夹砂、砂眼等缺陷。另外铸件的力学性能低，特别是冲击韧性较低。铸造成形工艺较为复杂，且难以精确控制，使得铸件品质不够稳定。 铸造成形技术的发展： （1）提高尺寸精度和表面质量； （2）先进的造型技术及自动化生产线； （3）高效、节能，减少污染； （4）降低成本，改善劳动条件。 1.2 钢铁的生产过程 钢铁的生产过程是一个由铁矿石炼成生铁、再由生铁炼成钢液并浇注成钢锭的过 1.2.1 炼铁 炼铁在高炉中进行，其过程为：将铁矿石、焦碳和石灰石等按一定比例配成炉料，由加料车送入炉，形成料柱，加料完毕，将炉顶关闭。被热风炉加热到900～1200℃的热风，由炉壁上的风口吹入高炉下部，使焦碳燃烧，产生大量的炉气。炙热的炉气在炉上升，加热炉料，并

液态金属

我们不仅研发材料，更创造未来美好生活，世界顶级液态金属技术服务商。 公司集聚了来自清华大学、中国科学院等国内知名院校的杰出技术人才，建立了以博士后、博、硕士研究生为主体的核心研发团队，并与麻省理工学院、美国密歇根大学等国际知名研究机构开展联合研发，自建符合CNAS认证标准的液态金属检测中心及实验室。 通俗解释：液态金属是一种奇妙的金属，它们在常温下是液体，可以像水一样自由流动，但却拥有金属的特性，但不是汞（俗称水银），液态金属也是一种合金介质，由不同的金属比例合制而成，不同的金属不同的比例合制而成的液态金属带来的传效能力也是不同的。 学术解释：液态金属是一类常温下呈现液态的低熔点合金，具有优异的导热、导电性，而且性质稳定、常温下不与空气和水反应，不易挥发、安全无毒。通过依米康研发团队受专利保护的材料改性技术，可实现不同熔点、不同粘度、不同热导率/电导率，以及不同物理形态的液态金属材料。 相变保温杯 ※液态金属填充于杯壁，熔化吸热，可将沸水快速（60s）降至适宜温度（55oC） ※液态金属凝固放热，可长时间（3h）保持温水水温 ※拓展应用：冲奶搅拌棒，恒温足浴盆 海尔静音酒柜/冰箱： （1）液态金属填充于热电模块散热端，高效散热，提升制冷片效率； （2）酒柜完全无任何运动部件，零噪音。 液态金属导电膏/片： （1）远优于传统导电膏的极高电导率； （2）可有效降低接触电阻和电路能源损耗，并降低接头处的温度 无焊接电缆接续技术： （1）相对铜环压接方法接触电阻小，性能优异； （2）相对焊接方法更简便，易用，节能，安全可靠。 液态金属热电报警器： （1）液态金属相变材料维持热电元件两端温差，利用火灾等自然能量提供电能，具有节能环保、一次性配置、无须维护等优点； （2）无需电池，系统稳定性、可靠性得到有效提升； （3）应用领域：森林火灾监控、道路桥梁水灾监控等。 液态金属电磁屏蔽： （1）膏状金属材料，方便涂抹，可实现柔性电磁屏蔽功能； （2）纯金属膏体填充于两界面电磁泄漏区域，效果显著。 制氢剂原理： 金属复合材料遇水产生大量的氢气与热量。安全稳定，低成本的移动制氢方式。

《材料成形原理》重点及答案

一、名词解释 1 表面张力—表面上平行于表面切线方向且各方向大小相等的张力。表面张力是由于物体在表面上的质点受力不均匀所致。 2 粘度－表面上平行于表面切线方向且各方向大小相等的张力。或作用于液体表面的应力τ大小与垂直于该平面方向上的速度梯度dvx/dvy的比例系数。 3 表面自由能(表面能)－为产生新的单位面积表面时系统自由能的增量。 4 液态金属的充型能力－液态金属充满铸型型腔，获得形状完整、轮廓清晰的铸件的能力，即液态金属充填铸型的能力。 5 液态金属的流动性－是液态金属的工艺性能之一，与金属的成分、温度、杂质含量及其物理性质有关。 6 铸型的蓄热系数－表示铸型从液态金属吸取并储存在本身中热量的能力。 7 不稳定温度场－温度场不仅在空间上变化，并且也随时间变化的温度场 稳定温度场－不随时间而变的温度场（即温度只是坐标的函数）： 8 温度梯度—是指温度随距离的变化率。或沿等温面或等温线某法线方向的温度变化率。 9 溶质平衡分配系数K0—特定温度T*下固相合金成分浓度CS*与液相合金成分CL*达到平衡时的比值。 10 均质形核和异质形核－均质形核(Homogeneous nucleation) ：形核前液相金属或合金中无外来固相质点而从液相自身发生形核的过程，亦称“自发形核”。非均质形核(Hetergeneous nucleation) ：依靠外来质点或型壁界面提供的衬底进行生核过程，亦称“异质形核”。 11、粗糙界面和光滑界面－从原子尺度上来看，固－液界面固相一侧的点阵位置只有50％左右被固相原子所占据，从而形成一个坑坑洼洼凹凸不平的界面层。粗糙界面在有些文献中也称为“非小晶面”。

液态金属新型散热材料

液态金属新型散热材料 液体金属在很大程度上胜过单相液体的解决方案。因其材料的热性能和物理性能，使它们提供了极高散热能力。在低气压下，这种物质的沸点超过2000度。这个特性使液体金属的相在没有改变的情况下，能使极高热密度冷却下来，散热密度取决于制冷器性能。这种液体金属是非易燃的、无毒的、环保的。作为一种首选材料，它必须具有好的导热性和导电性能。热传导性使热量能够很快移除和发散，电导体特性使我们能使用电磁泵的作用推动液体。 目前，我国有正规采暖散热器生产企业2100多家，年产值达70亿元左右，年产散热器约3.8亿片。但是，规模以上生产企业只有100多家，“松散型”及“作坊式”小企业仍然占大多数。 2002年，中国科学院理化技术研究所科研人员提出以低熔点金属或其合金作为冷却流动工质的计算机芯片散热方法，该方法是计算机热管理领域近年来取得的突破性原创成果，其中引入的概念崭新的冷却工质——低熔点液态金属以远高于传统流动工质的热传输能力，最大限度地解决了高密度芯片的散热难题。特别是，由于采用了液态金属，散热器可做得很小且易于使用功耗极低的电磁泵驱动，由此可实现集成化的无噪音散热器，同时可在传统散热方式能耗的基础上节能数倍。 通常，工作中的计算机芯片表面具有较高温度，其与环境之间会形成自然的温差，因而利用这种温差，可借助半导体发电片获得电能后，转而供应磁力泵并驱动循环通道内的金属冷却剂流动，从而完成热量的输运。由此发展的散热器可实现微型化及低功耗。据此项研究的第一作者马坤全博士生介绍，目前不使用任何风扇及外加电流，已能实现50瓦的散热量，已能满足普通计算机芯片的冷却降温需求，但要实现对更高功率密度芯片散热，则还需辅以一定的外加电流。随着半导体技术的发展，其热电转换效率越来越高，因而由此发展的温差驱动散热技术预计会在各类光电设备如笔记本电脑、台式机、投影仪等发挥作用。

材料加工第2章作业参考答案

第2章作业参考答案 1. 液态金属成形的一般工艺过程是怎样的？结合其工艺特点分析该类工艺的优点、缺点和和适用范围。 液态金属成形是将液态金属注入铸型中使之冷却、凝固而形成零件的方法，一般工艺过程包括模样制造、铸型制造、金属熔化与充型、凝固等关键步骤。 铸造为液体成形具有不受零件大小/薄厚/复杂程度限制、可制造各种合金铸件、相对焊接和塑性成形而言尺寸精度高、成本低等优点；但需要造型、浇注等步骤，工艺相对繁琐，工件承载能力不如锻件，同时工作环境差，粉尘多。铸造适用于绝大部分零件，适用范围广。（工艺过程三点明确。明确分析优点、缺点和适用范围，同时结合其工艺特点） 2.铸造合金流动性差对铸件质量有何影响？浇注时金属液过热温度及其他工艺条件相同的情况下，初步判断一下HT350和HT200两种合金，哪个流动性好，为什么？什么是液态金属的充型性能？它与那些因素有关？ 流动性差，金属充型能力差，铸件成形质量降低；液态金属中的气体夹杂物不易浮出，易产生气孔、夹杂；对缩孔和裂纹的充填和愈合作用减弱，易产生缩孔、裂纹等缺陷。 HT200流动性好，HT200碳含量在3.0~3.6%，HT350在2.7~3.2%，因HT200成分更靠近共晶点，固-液区间小，熔点较低，故流动性好（固液两相区越大，结晶温度范围越大，枝晶越发达，流动性越差）。（流动性影响，判断及理由） 充型能力：指液态金属充满型腔，获得形状完整、轮廓清晰健全铸件的能力。充型能力首先取决于合金的流动性，同时又受到铸型性质（如铸型蓄热系数、铸型温度、铸型中的气体）、浇注条件（如浇注温度、充型压头、浇注系统结构）以及铸件结构（如模数、复杂程度等）的影响。（充型能力定义，四个影响方面）3. 缩孔、缩松的区别是什么？什么样的合金容易出现疏松缺陷？生产中如何采取措施防止缩孔、缩松缺陷的产生？ 缩孔缩松的区别在形态，而取决于凝固方式，当铸件以逐层凝固方式凝固时，液态金属的流动使收缩集中到铸件最后凝固部分形成集中孔，即缩孔；而铸件以体积凝固方式凝固时，枝晶间隙的液体得不到补缩而形成小的孔洞，即缩松。 凝固区间大，收缩大的合金易产生缩松，如具有宽结晶温度范围的非共晶合金等。防止缩孔缩松的产生，可以调整化学成分，降低浇注温度和减慢浇注速度，增加铸型的激冷能力，设置冒口进行补缩，对于灰口铸铁和球铁可以利用石墨析出造成的体积膨胀，抵消部分或全部体积收缩。（缩孔缩松区别，产生缩孔缩松的原因，防止措施）

《金属精密液态成形技术》习题参考答案-(1)

一、简答题 1．常用金属精密液态成形方法有哪些？ 答：常用的金属精密液态成形方法有：熔模精密铸造、石膏型精密铸造、陶瓷型精密铸造、消失模铸造、金属型铸造、压 力铸造、低压铸造、差压铸造、真空吸铸、调压铸造、挤压铸造、离心铸造、壳型铸造、连续铸造、半固态铸造、喷射成形技术、石墨型铸造、电渣熔铸和电磁铸造等。 2．金属精密液态成形技术的特点是什么？对铸件生产有哪些影响？ 特点：（1）特殊的铸型制造工艺与材料。（2）特殊的液态金属充填方式与铸件冷凝条件。 对铸件生产的影响：由于铸型材料与铸型制作工艺的改变，对铸件表面粗糙度产生很大影响，不但尺寸精度很高，还可使铸 件表面粗糙度降低，从而可实现近净成形。 在某些精密液态成形过程中，金属液是在外力（如离心力、电磁力、压力等）作用下完成充型和凝固的，因此提高了金属液 的充型能力，有利于薄壁铸件的成形；液态金属在压力下凝固，有利于获得细晶组织，减少缩松缺陷，提高力学性能。 熔模：一、名词解释 1.硅溶胶：硅溶胶是由无定形二氧化硅的微小颗粒分散在水中而形成的稳定胶体。硅溶胶是熔模铸造常用的一种优质黏结剂。 2.硅酸乙酯水解： 3.水玻璃模数：水玻璃中的SiO2与Na2O摩尔数之比。 4.树脂模料：是以树脂及改性树脂为主要组分的模料。 5.压型温度： 6.涂料的粉液比：涂料中耐火材料与黏结剂的比例。 7析晶：石英玻璃在熔点以下处于介稳定状态，在热力学上是不稳定的，当加热到一定温度，开始转变为方石英，此转变过程称“析晶”。 二、填空题1.熔模铸造的模料强度通常以抗弯强度来衡量。 2.硅溶胶型壳的干燥过程实质上就是硅溶胶的胶凝过程。 3.一般说来说：硅溶胶中SiO2含量越高、密度越大，则型壳强度越高。 4.涂料中最基本的两个组成耐火材料和黏结剂之间的比例，即为涂料的粉液比。 5.通常按模料熔点的高低将其分为高温、中温和低温模料。 6.硅溶胶中Na20含量和PH值反映了硅溶胶及其涂料的稳定性。 7.模料的耐热性是指温度升高时模料的抗软化变形的能力。 8.熔模的制备方法有自由浇注和压注两种。 9.常用石蜡-硬脂酸模料的配比为白石蜡和一级硬脂酸各50%。 三、判断题 1.压蜡温度愈高，熔模的表面粗糙度越小，表面越光滑；但压蜡温度越高，熔模的收缩率越大。（√） 2.压注压力和保压时间对熔模尺寸有影响，随压力和保压时间增加，熔模的线收缩率减小。（√） 3.为提高水玻璃模数，可在水玻璃中加入氢氧化钠。（×） 4.熔模铸造使用最广泛的浇注方法是热壳重力浇注法。（√） 5.使用树脂基模料时，脱蜡后所得的模料可以直接用来制造新的熔模。（×） 四、简答题1.什么是熔模铸造？试用方框图表示其大致工艺过程。 熔模铸造是用易熔材料制成精确的可熔性模样，在其上涂覆若干层耐火涂料，熔去模样，经过焙烧而得到型壳，浇入金属而 得到铸件的方法。 其工艺过程如下：制作蜡模或蜡模组→涂挂耐火涂料→撒砂→结壳硬化→脱蜡→烘干焙烧型壳→浇注铸件→出箱清理打磨。 2.影响熔模质量的因素有哪些？答：（1）压型尺寸精度及表秒粗糙度（2）模料质量（3）制模工艺：压射压力保压时间 注蜡温度压型温度 3.常用模料有哪两类，其基本组成、特点和应用范围如何？答：①蜡基模料蜡基模料是以矿物蜡、动植物蜡为主要成分的模料。此类模料一般成分比较简单，成本较低，便于脱蜡和回收，但强度和热稳定性较低，收缩大。多用于要求较低的铸件。 ②树脂基模料树脂基模料是以树脂及改性树脂为主要组分的模料。此类模料一般成分比较复杂，强度较高，热稳定性较好，收缩较小，制成的熔模的质量和尺寸稳定性较高，但模料易老化、寿命短，成本较高，多用于质量要求较高的熔模铸件。 从模料中去除水分、粉尘、砂粒和皂化物的工艺过程称为模料回收。采用蒸汽或热水脱蜡后所回收的模料中会不可避免地混有

液态金属结晶的基本原理

第六章 液态金属结晶的基本原理 1、怎么从相变理论理解液态金属结晶过程中的生核、成长机理？ 答：相变理论：相变时必须具备热力学和动力学条件。 金属结晶属一种相变过程： 热力学条件即过冷度T ?——驱动力V G ? 动力学条件：克服能障 热力学能障——界面自由能——形核 动力学能障——激活自由能A G ?——长大 若在体系内大范围进行，则需极大能量，所以靠起伏，先生核——主要克服热力学能障，然后出现最小限度的过渡区“界面”，此界面逐渐向液相内推移——长大（主要克服动力学能障）。 2、试述均质生核与非均质生核之间的区别与联系，并分别从临界晶核曲率半径、 生核功两个方面阐述外来衬底的湿润能力对临界生核过冷度的影响。要满足纯金属非均质生核的热力学要求，液态金属必须具备哪两个基本条件？ 答：（1）T L T G r r LC V LC ?=?==0 * *22σσ非均 相等 但334r V π=均 ()θπf r V 3 34=非 ()4c o s c o s 323θθθ+-=f ∴ 非均质生核所需体积小，即相起伏时的原子数少。 （2）2203 *316T L T G LC ??=?πσ均 ()θf G G * *均非 ?=? 两种均需能量起伏克服生核功，但非均质生核能需较小。 （3）右图看出 ↑?↑→* 非 T θ ()↓?↓→↓→T V f 非θ 即：对*r ：θ与* 非T ?的影响. （4）生核功： ()θπσf T L T G LC 2203 *316??=?非

()↓?↓→↓→?↓→T * 能量起伏非 G f θ （5）纯金属非均质生核的热力学条件： V LC G r ?=σ2* 非 ()θπσf T L T G LC 2203 * 316??=?非 液态金属需具备条件（1）液态金属需过冷 (2)衬底存在。 3、物质的熔点就是固、液两相平衡存在的温度、试从这个观点出发阐述式（4—3） 中*r 与T ?之间关系的物理意义。 答：式4—3 T L T G r LC V LC ?=?=0 * 22σσ均 当 0T T =时， 两相平衡； 当0T T <时，趋于固相：即固相教液相稳定； 式中看出 ↓↑→?* 均 r T 。 ↑?T 即↓T ,此时固相更稳定，更易于发生相变，就以较小的* 均r 即可稳定 存在。 4、液态金属生核率曲线特点是什么？在实际的非均质生核过程中这个特点又有何变化? 答：实际非均质生核率受衬底面积大小的影响，当衬底面积全部充满后，生核率 曲线中断，即不再有非均质生核。 相变、生核、成长中的热力学及动力学： （1）相变： 热力学条件：T ? ，可以提供相变驱动力V G ?。 动力学条件：克服热力学能障和动力学能障。 （2）生核： 克服能障：热力学（界面自由能）、动力学A G ?（作用小，对生核率影响小） （3）生长： 热力学能障：()KTi A G F V ln ->?——取决于F A （处于过冷状态，且相变 驱动力克服此能障）

材料成形原理重点及答案

一、名词解释 表面张力—表面上平行于表面切线方向且各方向大小相等的张力。表面张力是由于物体在表面上的质点受力不均匀所致。 粘度－表面上平行于表面切线方向且各方向大小相等的张力。或作用于液体表面的应力τ大小与垂直于该平面方向上的速度梯度dvx/dvy的比例系数。 表面自由能(表面能)－为产生新的单位面积表面时系统自由能的增量。 液态金属的充型能力－液态金属充满铸型型腔，获得形状完整、轮廓清晰的铸件的能力，即液态金属充填铸型的能力。 液态金属的流动性－是液态金属的工艺性能之一，与金属的成分、温度、杂质含量及其物理性质有关。溶质平衡分配系数K0—特定温度T*下固相合金成分浓度CS*与液相合金成分CL*达到平衡时的比值。均质形核和异质形核－均质形核(Homogeneous nucleation) ：形核前液相金属或合金中无外来固相质点而从液相自身发生形核的过程，亦称“自发形核” 。非均质形核(Hetergeneous nucleation) ：依靠外来质点或型壁界面提供的衬底进行生核过程，亦称“异质形核”。 粗糙界面和光滑界面－从原子尺度上来看，固－液界面固相一侧的点阵位置只有50％左右被固相原子所占据，从而形成一个坑坑洼洼凹凸不平的界面层。粗糙界面在有些文献中也称为“非小晶面”。 光滑界面—从原子尺度上来看，固－液界面固相一侧的点阵位置几乎全部为固相原子占满，只留下少数空位或台阶，从而形成整体上平整光滑的界面结构。也称为“小晶面”或“小平面”。 “成分过冷”与“热过冷”－液态合金在凝固过程中溶质再分配引起固－液界面前沿的溶质富集，导致界面前沿熔体液相线的改变而可能产生所谓的“成分过冷”。这种仅由熔体存在的负温度梯度所造成的过冷，习惯上称为“热过冷” 。 内生生长和外生生长－晶体自型壁生核，然后由外向内单向延伸的生长方式，称为“外生生长”。平面生长、胞状生长和柱状枝晶生长皆属于外生生长。等轴枝晶在熔体内部自由生长的方式则称为“内生生长”。 枝晶间距－指相邻同次枝晶间的垂直距离。它是树枝晶组织细化程度的表征。 共生生长－是指在共晶合金结晶时，后析出的相依附于领先相表面而析出，进而形成相互交叠的双相晶核且具有共同的生长界面，依靠溶质原子在界面前沿两相间的横向扩散，互相不断地为相邻的另一相提供生长所需的组元，彼此偶合的共同向前生长。 离异生长－两相的析出在时间上和空间上都是彼此分离的，因而形成的组织没有共生共晶的特征。这种非共生生长的共晶结晶方式称为离异生长，所形成的组织称离异共晶。 孕育与变质－孕育主要是影响生核过程和促进晶粒游离以细化晶粒；而变质则是改变晶体的生长机理，从而影响晶体形貌。变质在改变共晶合金的非金属相的结晶形貌上有着重要的应用，而在等轴晶组织的获得和细化中采用的则是孕育方法。 联生结晶－熔池边界未熔母材晶粒表面，非自发形核就依附在这个表面，在较小的过冷度下以柱状晶的形态向焊缝中心生长，称为联生结晶(也称外延生长)。 择优生长－那些主干取向与热流方向平行的枝晶，较之取向不利的相邻枝晶生长得更为迅速。它们优先向内伸展并抑制相邻枝晶的生长。在逐渐淘汰趋向不利的晶体过程中发展成柱状晶组织。这种互相竞争淘汰的晶体生长过程称为晶体的择优生长。 快速凝固－是指采用急冷技术或深过冷技术获得很高的凝固前沿推进速率的凝固过程。 气体的溶解度—在一定温度和压力条件下，气体溶入金属的饱和浓度。影响溶解度的主要因素是温度及压力、气体的种类和合金的成分。 熔渣的碱度－是熔渣中的碱性氧化物与酸性氧化物浓度的比值（分子理论）或液态熔渣中自由氧离子的浓度（或氧离子的活度）（离子理论）。 熔渣的氧化和还原能力－是指熔渣向液态金属中传入氧（或从液态金属中导出氧）的能力。

金属液态成型基础作业

1、试述液态金属的充型能力和流动性之间在概念上的区别，并举例说明。 答： ①液态金属的充型能力： 充满铸型型腔，获得形状完整轮廓清晰的铸件能力。 影响因素：金属液体的流动能力，铸型性质，浇铸条件，铸件结构。 ②流动性： 液态金属本身的流动能力，与金属本身有关：成分，温度，杂质物理性质。 其流动性一定，但充型能力不高，可以改变某些因素来改变，流动性是特定条件下的充型能力。 11、四类因素中，在一般条件下，哪些是可以控制的？哪些是不可控的？提高浇 铸温度会带来什么副作用？ 答：一般条件下：合金与铸件结构不可控制，而铸型和浇铸条件可以控制，浇铸温度太高，容易使金属吸气，氧化严重达不到预期效果。 3试述液态金属充型能力与流动性间的联系和区别，并分析充型能力与流动性的影响因素。答：(1) 液态金属充型能力与流动性间的联系和区别 液态金属充满铸型型腔，获得形状完整、轮廓清晰的铸件的能力，即液态金属充填铸型的能力，简称为液态金属充型能力。液态金属本身的流动能力称为“流动性”，是液态金属的工艺性能之一。液态金属的充型能力首先取决于金属本身的流动能力，同时又受外界条件，如铸型性质、浇注条件、铸件结构等因素的影响，是各种因素的综合反映。在工程应用及研究中，通常，在相同的条件下（如相同的铸型性质、浇注系统，以及浇注时控制合金液相同过热度，等等）浇注各种合金的流动性试样，以试样的长度表示该合金的流动性，并以所测得的合金流动性表示合金的充型能力。因此可以认为：合金的流动性是在确定条件下的充型能力。对于同一种合金，也可以用流动性试样研究各铸造工艺因素对其充型能力的影响。 (2) 充型能力与流动性的影响因素 ①合金的化学成分决定了结晶温度范围，与流动性之间存在一定的规律。 一般而言，在流动性曲线上，对应着纯金属、共晶成分和金属间化合物之处流动性最好，流动性随着结晶温度范围的增大而下降，在结晶温度范围最大处流动性最差，也就是说充型能力随着结晶温度范围的增大而越来越差。因为对于纯金属、共晶和金属间化合物成分的合金，在固定的凝固温度下，已凝固的固相层由表面逐步向内部推进，固相层内表面比较光滑，对液体的流动阻力小，合金液流动时间长，所以流动性好，充型能力强。而具有宽结晶温度范围的合金在型腔中流动时，断面上存在着发达的树枝晶与未凝固的液体相混杂的两相区，金属液流动性不好，充型能力差。 ②结晶潜热。 对于纯金属、共晶和金属间化合物成分的合金，在一般的浇注条件下，放出的潜热越多，凝固过程进行的越慢，流动性越好，充型能力越强；而对于宽结晶温度范围的合金，由于潜热放出15~20%以后，晶粒就连成网络而停止流动，潜热对充型能力影响不大。但也有例外的

《金属液态成形工艺》(哈工大魏尊杰主编)第一章知识点总结

第一章金属液态成形工艺及方法 1．铸造用砂：掌握影响铸造用砂性能的影响因素有哪些？石英砂的选用原则？特种铸造用砂种类，优缺点及使用领域。 （1）影响铸造用砂性能的影响因素 矿物组成和化学成分：石英含量高的原砂具有较高的耐火度，复用性好。 含泥量：对于用粘土作为粘结剂的型芯砂，导致铸型和砂芯的强度及耐火度下降。对于不用粘土作为粘结剂的型芯砂，原砂中的含泥量会降低其干强度和透气性。 颗粒组成：对型砂的强度、透气性以及铸型的尺寸精度与表面质量都有很大的影响。 耐火度高，则铸件表面质量好，清砂容易。 烧结点：对铸件的表面质量、型砂的复用性和铸件清理的难易程度的影响比耐火度更为显著。 （2）石英砂的选用原则 应根据合金种类、铸件的大小和结构、铸型的种类(湿型或干型)、粘结剂种类、造型方法(手工或机器)以及是否采用涂料等综合考虑。 硅砂中其他矿物都是有害杂质，在高温下都易形成低熔点化合物。硅砂越纯，熔点越高，复用性好但热膨胀大，抗夹砂能力小。 Si02含量较低的硅砂熔点低，复用性差，但热膨胀小，用于一般铸铁件，具有较好抗夹砂能力；铸钢件浇注温度高，型砂发气量大，要求型砂耐火度高，透气性好，故原砂中SiO2 含量应高；铜、铝铸件用砂一般要求颗粒细小，以获得较低的表面粗糙度值，对SiO2含量要求并不高。 对于树脂砂、油砂、水玻璃砂，一般要求使用含泥量小的圆形原砂，以减少粘结剂的用量；对于酸硬化的树脂砂，还要控制原砂中碱金属及碱土金属氧化物的含量；采用涂料的铸型，可以采用一些颗粒大、质量差的原砂。 （3）特种铸造用砂种类，优缺点及使用领域 ①锆砂 锆砂虽仍属酸性耐火材料，但高温时对氧化铁的热化学稳定性高，而且基本上不被金属氧化物浸润。锆砂的热导率比硅砂大一倍，蓄热系数约为硅砂的1/3，故能使铸件冷却凝固较快并有良好的抗粘砂性能。做形状复杂的铸型时，可用它代替冷铁对铸件进行激冷,细化结晶组织。锆砂的热膨胀系数只有硅砂的三分之一，一般不会造成型腔表面起拱和夹砂。 锆砂具有一定放射性，使用中应采取保护措施；处理过程复杂、产量少。 锆砂可用做大型铸钢件或合金钢铸件的特殊型(芯)砂或涂料、涂膏。 ②镁砂 镁砂热膨胀率较硅砂小，没有因相变引起的体积突然膨胀；碱性材料，不与FeO或MnO等起反应。菱镁矿煅烧技术较复杂，由其煅烧而来的镁砂价格比硅砂贵6倍左右。 适用于高锰钢铸件、高熔点合金钢铸件以及表面质量要求较高的铸钢件的型、芯砂的

金属成形方法大全

金属成形方法大全 铸造 液态金属浇注到与零件形状、尺寸相适应的铸型型腔中，待其冷却凝固，以获得毛坯或零件的生产方法，通常称为金属液态成形或铸造。 工艺流程：液体金属→充型→凝固收缩→铸件 工艺特点： 1、可生产形状任意复杂的制件，特别是内腔形状复杂的制件。 2、适应性强，合金种类不受限制，铸件大小几乎不受限制。 3、材料来源广，废品可重熔，设备投资低。 4、废品率高、表面质量较低、劳动条件差。 铸造分类： （1）砂型铸造（sand casting） 在砂型中生产铸件的铸造方法。钢、铁和大多数有色合金铸件都可用砂型铸造方法获得。

工艺流程： 技术特点： 1、适合于制成形状复杂，特别是具有复杂内腔的毛坯； 2、适应性广，成本低； 3、对于某些塑性很差的材料，如铸铁等，砂型铸造是制造其零件或，毛坯的唯一的成形工艺。 应用：汽车的发动机气缸体、气缸盖、曲轴等铸件 （2）熔模铸造(investmentcasting) 通常是指在易熔材料制成模样，在模样表面包覆若干层耐火材料制成型壳，再将模样熔化排出型壳，从而获得无分型面的铸型，经高温焙烧后即可填砂浇注的铸造方案。常称为“失蜡铸造”。 工艺流程： 优点： 1、尺寸精度和几何精度高；

2、表面粗糙度高； 3、能够铸造外型复杂的铸件，且铸造的合金不受限制。 缺点：工序繁杂，费用较高 应用：适用于生产形状复杂、精度要求高、或很难进行其它加工的小型零件，如涡轮发动机的叶片等。 （3）压力铸造(die casting) 利用高压将金属液高速压入一精密金属模具型腔内，金属液在压力作用下冷却凝固而形成铸件。 工艺流程： 优点： 1、压铸时金属液体承受压力高，流速快 2、产品质量好，尺寸稳定，互换性好； 3、生产效率高，压铸模使用次数多； 4、适合大批大量生产，经济效益好。 缺点： 1、铸件容易产生细小的气孔和缩松。 2、压铸件塑性低，不宜在冲击载荷及有震动的情况下工作； 3、高熔点合金压铸时，铸型寿命低，影响压铸生产的扩大。 应用：压铸件最先应用在汽车工业和仪表工业，后来逐步扩大到各个行业，如农业机械、机床工业、电子工业、国防工业、计算机、医疗器械、钟表、照相机和日用五金等多个行业。

液态金属材料整理

液态金属材料情况整理 一、液态金属是什么 液态金属是一类新型合金的商品名称，这种合金拥有一种独一无二的原子结构，这种结构更接近玻璃，因此也将其称为“大块金属玻璃”或“大块非晶态合金”。液态金属是一种可转型态的金属，它在常温下是液体，可以像水一样自由流动，但却拥有金属的特性，其导热能力和比热容(吸纳热量的能力)远远高于传统的甲醇和水等导热剂，是新一代革新性的理想散热介质。液体金属技术主要应用于消费电子领域，具有熔融后塑形能力、高硬度、抗腐蚀、高耐磨等特点，由于其不同于晶体的特殊原子排列结构，表现出超高比强、大弹性变形能力、低热膨胀系数等特异性能，受到各国科学家重视，成为当今最活跃的材料学研究领域之一，孕育着继钢铁、塑料之后的第三次材料工业革命。 二、液态金属市场背景及应用前景 液态金属是一种高新技术材料，具有卓越的物理、化学和力学性能，是电力、电子、计算机、通讯等高新技术领域的关键材料，市场需求大，产业化前景非常广阔，而且它的发展和应用可带动一批相关领域的技术进步和协同发展。在电子技术中，液态金属以其高效、低损耗、高导磁等优异的物理性能有力促进了电子元器件向高频、高效、节能、小型化方向的发展，并可部分替代传统的硅钢、坡莫合金和

铁氧体等材料。可以预测，在未来的电子技术中液态金属将占据十分重要的位置。因而，液态金属又被称为跨世纪的新型功能材料。 在国际上，美国、德国、日本等国都先后投入巨资发展液态金属产业。我国也在连续4个五年计划中投入大量资金，组织重点科技攻关。作为主要承担单位，钢铁研究总院通过近20年的努力，在基础研究、材料研究、工艺装备、应用开发及产业化等方面取得了200多项具有国际先进水平的科研成果。2015年钢铁研究总院控股的安泰科技股份有限公司成功上市，为液态金属材料的产业化创造了良好环境。 实际上，液态金属除被证明可应用于医学领域外，其在消费电子、航天航空、生物医学、精密机械等领域都有重要的应用前景。2015年6月，苹果与液态金属授权商续签独家使用权利的协议，液态金属有望应用在下一代苹果手机上的猜测再次泛起。业内人士预测，未来大约2-3年内，消费电子行业有望大规模应用液态金属，随着液态金属技术持续开发完善和规模成本降低，苹果如果能够在手机外壳或者其它部件使用的话，整个产业有望达到百亿美元规模。 业内人士指出，液态金属是一种神奇材料，是金属材料中的新贵，而且有很多特性，是金属领域中少有的高利润产品，它未来有可能逐渐替代现有的材料，并制造出突破性产品，有着很大的发展空间。液态金属有可能成为继工程塑料、轻合金之后的消费电子产品第三代新材料。

液态金属成型

金属液态成型论文 作者：刘永星 摘要：金属液态成型又称为铸造，是将液态金属在重力或外力作用下充填到型腔中，待其冷却凝固后，获得所需形状和尺寸的毛坯或零件，即铸件的方法，它是成形毛坯或机器零件的重要方法之一。工程材料除切削加工以外有各种成型方法，包括金属液态成型、金属塑性成形、材料连接成型、粉末冶金成型以及塑料、橡胶、陶瓷等非金属材料成型及复合材料成型等。材料成型技术主要讲述金属材料成型和非金属材料成型，现对金属液态成型进行详细论述。 关键词：金属液态成型、成型方法、生产流程、成型原理、选择成型依据 一、金属液态成形 金属材料在液态下成形，具有很多优点：（1）最适合铸造形状复杂、特别是复杂内腔的铸件。（2）适应性广，工艺灵活性大。（3）成本较低。但液态成形也有很多不足，如铸态组织疏松、晶粒粗大，铸件内部常有缩孔、缩松、气孔等缺陷产生，导致铸件力学性能、特别是冲击性能低于塑形成行件；铸件涉及的工序很多，不易精确控制，铸件质量不稳定；由于目前仍以砂型铸造为主，自动化程度还不够高，工作环境较差；大多数铸件只是毛坯件，需经过切削加工才能成为零件。砂型铸造是将熔融金属浇入砂质铸型中，待凝固冷却后，将铸型破坏，取出铸件的铸造方法，是应用最为广泛的传统铸造方法，它适用于各种形状、大小及各种常用合金铸件的生产。砂型铸造的工艺过

程称为造型。造型是砂型铸造最基本的工序，通常分为手工造型和机器造型两大类。手工造型时，填砂、紧实和起模都用手工和手动完成。其优点是操作灵活、适应性强、工艺装备简单、生产准备时间短。但生产效率低、劳动强度大、铸件质量不易保证。故手工造型只适用于单件、小批量生产。机器造型生产率很高，是手工造型的数十倍，制造出的铸件尺寸精度高、表面粗糙度小、加工余量小，同时工人劳动条件大为改善。但机器造型需要造型机、模板以及特质砂箱等专用机器设备，一次性投资大，生产准备时间长，故适用于成批大量生产，且以中、小型铸件为主。特种铸造包括熔模铸造、金属型铸造、压力铸造、低压铸造、离心铸造、实型铸造、挤压铸造等。各种特种铸造方法均有其突出的特点和一定的局限性，对铸件结构也各有各自的特殊要求。 二、金属液态成形方法 铸造工艺可分为重力铸造、压力铸造、砂型铸造、压铸、熔模铸造和消失模铸造。铸造方法常用的是砂型铸造，其次是特种铸造方法，如：金属型铸造、熔模铸造、石膏型铸造等。各种特种铸造方法均有其突出的特点和一定的局限性，对铸件结构也各有各自的特殊要求。 其中砂型铸造是一种以砂作为主要造型材料，制作铸型的传统铸造工艺。砂型一般采用重力铸造，有特殊要求时也可采用低压铸造、离心铸造等工艺。砂型铸造的适应性很广，小件、大件，简单件、复杂件，单件、大批量都可采用。砂型铸造用的模具，以前多用木材制

金属材料的液态成形工艺(铸造)

第四章金属材料的液态成形工艺 本章教学学时：4~6 本章学习指南： 本章的重点内容：铸造工艺基础部分。要求学生掌握应掌握合金成分、工艺条件对液态合金充型能力、合金收缩性、吸气性等铸造性能的影响，以便能够分析不同合金获得优质铸件的难易程度，并分析应采取的工艺措施。 难点内容：有些防止铸件缺陷的工艺措施是相互矛盾的，如高温浇注有利于金属液充型，但易产生粘砂缺陷；铸件顺序凝固有利于补缩，但易产生热应力，等。因此，应要提醒学生综合考虑铸件合金、结构等因素，先解决主要矛盾，再采取措施解决其他问题。 本章的教学方式：讲课与学生自学相结合。 主要教学内容： 第一节金属铸造工艺简介 金属铸造是指将固态金属熔炼成液态， 浇入与零件形状相适应的铸型型腔中，冷凝 后获得铸件的工艺过程。 根据造型材料不同，可将铸造方法分为 砂型铸造和特种铸造两类。砂型铸造是以型 砂作为主要造型材料的铸造方法；而特种铸 造是指砂型铸造以外的所有铸造方法的总 称。常用的特种铸造方法有熔模铸造、金属 型铸造、压力铸造、低压铸造和离心铸造等。 图4-1所示为砂型铸造工艺过程示意 图。 图4-1 砂型铸造基本工艺过程 第二节铸造工艺基础知识

合金在铸造生产过程中表现出来的工艺性能称为合金的铸造性能，如流动性、收缩性、吸气性、偏析性（即铸件各部位的成分不均匀性）等。 一、液态金属的充型能力 液态金属的充型能力是指液态金属充满铸型型腔，获得形状完整、轮廓清晰铸件的能力。 1．金属液的流动性 液态金属的流动性是指金属液的流动能力。流动性越好的金属液，充型能力越强。流动性的好坏，通常用在特定情况下金属液浇注的螺旋形试样的长度来衡 量，如图4-2所示。 图4-2金属流动性试样图4-3 Fe-C合金流动性与含碳量关系1-试样；2-浇口；3-冒口；4-试样凸点 图4-3为铁－碳合金的流动性与成分的关系。 2．浇注条件 提高浇注温度，可使液态金属粘度下降，流速加快，还能使铸型温度升高，金属散热速度变慢，并能增加金属保持液态的时间，从而大大提高金属液的充型能力。但浇注温度过高，容易产生粘砂、缩孔、气孔、粗晶等缺陷。因此在保证金属液具有足够充型能力的前提下，浇注温度应尽量降低。 增加金属液的充型压力，如压铸、提高直浇道高度等，会使其流速加快，有利于充型能力的提高。 3．铸型特性 铸型结构和铸型材料均影响金属液的充型。为改善铸型的充填条件，在设计铸件时必须保证其壁厚(Wall Thickness)不小于规定的“最小壁厚”(如表4-1所示)。 表4-1 一般砂型铸造条件下，铸件的最小壁厚（mm）

液态金属是什么 真能做成液态金属机器人吗

液态金属是什么真能做成液态金属机器人吗？ 说起液态金属，人们最容易想起的大概是水银。其实，液态金属是个大家族，通常泛指熔点比较低的金属或合金材料。在这个大家族里，水银只是其中个性“张扬”的一份子。它易蒸发，会形成有剧毒的汞蒸汽，因而限制了实际应用。但水银有很多低调谦和的“兄弟姐妹”，比如金属镓及镓系不同配比制成的镓铟合金或镓铟锡合金，它们去掉了易蒸发和毒性这些戾气，能友好地与人类相处，因此逐渐步入公众视野。 在不断接触、了解这类液态金属的过程中，科学家们挖掘出了它们的诸多独特属性——它们可以像生物体一样摄入“食物”，通过电化学反应进行“消化代谢”提供能量，以维持自身的运动……这些与生物相仿的特性让人们不由得产生对生命的思考：到底何为生命？在这里，我们基于镓铟合金这种室温下呈液态的金属材料，制备了一种“仿生型液态金属软体动物”。 追逐“终结者”：会变形的液态金属 在经典科幻电影《终结者》系列中，由液态金属制成的T-1000和T-X型终结者，被子弹打穿后可自动修复，可根据环境随意变形。这带给人们很多遐想：“液态金属机器人真的可以实现吗？”“我们离液态金属机器人到底还有多远？”这也是科学家努力想解答的问题。 终结者 T-1000液态金属机器人。图片来源: https://www.wendangku.net/doc/8f5631038.html, 变形自然不在话下。金属镓的熔点为29.8℃，金属铟的熔点为156.61℃，当二者以一定的配比制成合金后，在室温下就可呈液态，因而有很好的流动性及柔性，具备毋庸置疑的“变形能力”。但终结者除了变形外，还具备自行前进这一既像机器又像人的特点，我们能办到么？偶然的发现表明，这点的确也是能办到的！ 2014年，我们报道了这样一种奇异的现象：液态金属可在电场作用下实现各种大尺度变形，比如从一张面积很大的薄膜收缩成小球，或反之亦然。这个过程被称为“电驱动”[1，2]。在电场作用下，液态金属实现定向运动——但这还远不能满足人们的科研幻想：