第二章 金属液态成形

第二章金属液态成形

将金属熔炼成符合一定要求的液体并浇入铸型，经冷却凝固、清理处理后得到预定形状、尺寸和性能的铸件的工艺过程。

铸造是现代机械制造工业的基础工业之一，是人类掌握较早的一种金属热加工工艺。

发展的三个历史阶段…

铸造一般按造型方法分类：

?普通砂型铸造

?湿砂型、干砂型、化学硬化砂型

?特种铸造

?以天然矿产砂石为造型原料：熔模铸造、壳型铸造、负压铸造、泥型铸造、实型铸造、陶瓷型铸造等

?以金属作为主要造型原料：金属型铸造、离心铸造、连铸、压力铸造、低压铸造等

第一节砂型铸造方法

砂型铸造采用耐火度高的硅砂、锆英砂等，配以型砂粘结剂和其他辅助材料混制成型砂，作为铸型材料。

可分作手工造型和机械造型两种。

砂型铸造基本概念

一、手工造型常用方法

?整模造型

?分模造型

?挖砂造型

?假箱造型

?活块造型

?刮板造型

?三箱造型

?地坑造型

单件小批生产的重型铸件，手工造型仍是重要的方法。手工造型能适应各种复杂的要求，不

要求很多工艺装备。对于单件生产的重型铸件，采用地坑造型法成本低，投产快。比较灵活、易行，但效率低，劳动强度大，尺寸精度和表面质量低。

二、机械造型

适用于批量生产的中、小铸件，尺寸精度和表面质量高，投资大。

几种典型的机械造型

1.震压造型

?空气震动，噪音大

?适用于中小型铸件

2.微震压实造型

?振动f=150~500Hz,A=25~80mm

微振f=400~3000Hz,A=5~10mm

?压实效果好、生产效率高

?弹簧气动结构较复杂、噪声大

3.高压造型

?整体预震和局部微震结合，效果好

?结构复杂，适用于自动生产线

4.射砂造型

1）热芯盒射砂造型

?含树脂型砂喷射和热固化

?效率高、质量好

2）冷芯盒射砂造型

?型砂喷射，气体硬化

?质量好、生产灵活

5.射压造型

?造型质量好

?自动化程度高

?生产率高

第二节特种铸造方法

一、熔模铸造

1.工艺步骤

?制造压型

?制造熔模

?制造型壳

?脱模、焙烧

?浇注、清理

2.工艺简介：

1).熔模和模组的制造

? 熔模：压型表面涂分型剂，压制熔模 ? 组模：焊接法、机械组装法 熔模制造：

多采用压力把糊状模料压入压型的方法制造熔模。之前，在压型表面薄涂分型剂，以便取出熔模。压制蜡基模料时，分型剂可为机油、松节油等；压制树脂基模料时，常用麻油和酒精的混合液或硅油作分型剂。分型剂层越薄越好，使熔模能更好地复制压型的表面，提高熔模的表面光洁度。压制熔模的方法有三种：柱塞加压法、气压法和活塞加压法。 熔模的组装：

熔模的组装是把形成铸件的熔模和形成浇冒口系统的熔模组合在一起，主要有两种方法： 1、焊接法 用薄片状的烙铁，将熔模的连接部位熔化，使熔模焊在一起。此法较普遍。 2．机械组装法 在大量生产小型熔模铸件时，国外已广泛采有机械组装法组合模组，采用此种模组可使模组组合和效率大大提高，工作条件得到改善。 型壳的制造：

熔模铸造的铸型可分为实体型和多层型壳两种，目前普遍采用的是多型壳。

将模组浸涂耐火涂料后，撒上料状耐火材料，再经干燥、硬化，如此反复多次，使耐火涂挂层达到需要的厚度为止，这样便在模组上形成了多层型壳，通常将近其停放一段时间，使其充分硬化，然后熔失模组，便得到多层型壳。

多层壳有的需要装箱填砂；有的则不需要，经过焙烧后就可直接进行浇注。

在熔失熔模时，型壳会受到体积正在增大的熔融模料的压力；在焙烧和注时，型壳各部分会产生相互牵制而又不均的膨胀的收缩，因此，金属还可能与型壳材料发生高温化学反应。

名称

熔点(o C)

灰分(重量％) 重度25o

C 时(牛/米2) 抗拉强度(牛/

米2) 延伸率(%)

线收缩率(%)

软化点

(o

C)

石蜡

58-66 <0.11 (8.5-8.7)X10

3

(2.21-2.94)X1

05 2-2.5

0.5-0.7

约30 硬脂酸

70-71

<0.02

(8.4-8.7)X10

3

(1.72-1.96)X1

5 2.0-3.0

0.6-0.69 约35 松香 89-93

<0.03

(8.8-10.7)X1

03

0.07-0.09 52-66

川蜡 80-85 0.036-0.051

(9.0-9.3)X10

3

(11.3-12.7)X105

1.6-

2.2

0.8-1.2

地蜡

67-80

0.03

9.8X10

4

71.74X10

5

2.0

约40

褐煤蜡 82-87 0.1-0.5

(8.6-10.1)X1

03

聚乙烯

115-130

0.04-0.08

(8.8-9.1)X10

3

(118-137)X10

5

1-1.5

约80

所以对型壳便有一定的性能要求，如小的膨胀率和收缩率；高的机械强度、抗热震性、而火度和高温下的化学稳定性；型壳还应有一定的透气性，以便浇注时型壳内的气体能顺利外逸。这些都与制造型壳时所采用的耐火材料、粘结剂以及工艺有关。

2）.制壳工艺

制壳过程中的主要工序和工艺为：

?模组的除油和脱脂

?在模组上涂挂涂料和撒砂

?型壳干燥和硬化

?自型壳中熔失熔模

?焙烧型壳

3）熔模铸件的浇注方法

?热型重力浇注

?真空吸气浇注

?压力下结晶

?定向结晶（定向凝固）

4）熔模铸件的清理

?从铸件上清除型壳。

?自浇冒系统上取下铸件。

?去除铸件上所粘附的型壳耐火材料。

?铸件热处理后的清理，如除氧化皮、飞边和切割浇口残余等。

3.特点和适用范围

?精度高、表面质量好

?适用于复杂的薄壁小铸件（尤其适用于艺术品）

?适用于各种合金的铸造

?工序复杂，成本高

消失模铸造简介

将涂有耐火材料涂层的聚苯乙烯发泡模型放入砂箱，模型四周用干砂充填紧实，浇注液态金属，取代泡沫模型的工艺。这种工艺也称为气化模铸造或实型铸造。

基本工艺过程

1）预发泡

2）模型成型

3）模型簇组合

4）模型簇浸涂

5）填砂振实

6）浇注

7）落砂

消失模铸造的特点及适用范围

消失模铸造是一项创新的铸造工艺方法。在技术、经济、环境保护三个主要方面具有优势。

适用于生产有色及黑色金属动力系统的零件，包括：汽缸体、汽缸盖、曲轴、变速箱、进气管、排气管及刹车毂等铸件。

二、金属型铸造

金属型铸造又称硬模铸造、永久型铸造、冷激模铸造。它是将液体金属浇入金属铸型，以获得铸件的一种铸造方法。铸型是用金属制成，可以反复使用多次（几百次到几千次）。

1.金属型铸件形成过程的特点

金属型和砂型的区别：

1).砂型有透气性，金属型没有；

2).砂型的导热性差，金属型的导热性很好；

3).砂型有退让性，而金属型没有。

2.金属型构造

?整体式

?水平分型式

?垂直分型式

?复合分型式

3.工艺要点

?金属型预热

金属型导热性好，液体金属冷却决，流动性剧烈降低，容易使铸件出现冷隔、浇不足、夹杂、气孔等缺陷。未预热的金属型在浇注时，铸型将受强烈热冲击，应力倍增，使其极易破坏。适宜的预热温度（即工作温度），随合金的种类、铸件结构和大小，通过试验确定。一般情况下，金属型的预热温度不低于100C。

金属型的预热方法有：

（1）喷灯或煤气火焰预热

（2）采用电阻加热器

（3）采用烘箱加热

（4）先烘烤，然后浇注液体金属将金属型烫热

?刷涂料

作用：调节铸件的冷却速度；保护金属型，防止高温金

属液对型壁的冲蚀和热击；利用涂料层蓄气排气。

要求：

–有一定粘度，便于喷涂，在金属型表面上能形成

均匀的薄层

–涂料干后不发生龟裂或脱落，且易于清除

–具有高的耐火度

–高温时不会产生大量气体

–不与合金发生化学反应（特殊要求者除外）。

–浇注温度

比砂型铸造时高。可根据合金种类、化学成分、铸件大小和壁厚，通过试验确定。（下表数据可供参考）

由于金属型的激冷和不透气，浇注速度应按“慢-快-慢”工艺制度。在浇注过程中尽可能保证液流平稳

合金种类浇注温度℃合金种类浇注温度℃

铝锡合金350～450 黄铜900～950

锌合金450～480 锡青铜1100～1150

铝合金680～740 铝青铜1150～1300

镁合金715～740 铸铁1300～1370

?及时开型脱模

金属型刚性大，无退让性，易引起开裂、卡型等。

金属型芯在铸件中停留的时间愈长，铸件收缩产生的抱紧型芯的力就愈大，因此需要的抽芯力也愈大。当铸件冷却到塑性变形温度范围，并有足够的强度时，这时是抽芯最好的时机。铸件在金属型中停留的时间过长，型壁温度升高，需要更多的冷却时间，也会降低金属型的生产率。

最合适的拔芯与铸件出型时间，一般用试验方法确定。

铸铁件：780~950C, 10~60min

4.特点及适用范围

?机械性能比砂型铸件高。抗拉强度平均可提高约25％，屈服强度平均提高约20％，抗蚀性能和硬度提高显著。

?铸件的精度和表面光洁度比砂型铸件高，而且质量和尺寸稳定。

?铸件的工艺收得率高，液体金属耗量减少，一般可节约15～30％。

?不用砂或者少用砂，一般可节约造型材料80～100％

?工序简单，易实现机械化和自动化。

?金属型制造成本高。

?金属型不透气，而且无退让性，易造成铸件浇不足、开裂或铸铁件白点等缺陷。

?金属型铸造时，铸型的工作温度、合金的浇注温度和浇注速度，铸件在铸型中停留的时间，以及所用的涂料等，对铸件的质量的影响甚为敏感，需要严格控制。

?适用于非铁合金铸件和形状简单的中小铸铁件。

三、压力铸造

在高压作用下，使液态或半液态金属以较高的速度充填压铸型型腔，并在压力下成型和凝固而获得铸件的方法。

1.压铸机及压铸工艺过程

涂油合型→控制温度、速度、压力→压铸→保压凝固→脱模清理

2.压力铸造的特点和应用范围

高压和高速充填压铸型是压铸的两大特点。

优点：

?产品质量好

?生产效率高

?经济效果优良

缺点：

?流态不稳定, 铸件易产生气孔，不宜进行热处理；

?对内凹复杂的铸件，压铸较为困难；

?高熔点合金（如铜，黑色金属），压铸型寿命较低

?压铸机生产效率高，小批量生产不经济。

四、低压铸造

低压铸造是使液体金属在较低压力作用下充填型腔，以形成铸件的一种方法。

1.工艺过程

在密封的坩埚（或密封罐）中，通入干燥的压缩空气，金属液在气体压力的作用下，沿升液管上升，通过浇口平稳地进入型腔，并保持坩埚内液面上的气体压力，一直到铸件完全凝固为止。然后解除液面上的气体压力，使升液管中未凝固的金属液流回坩埚，再由气缸开型并推出铸件。

2.低压铸造的特点和应用范围

?液体金属充型比较平稳；

?铸件成形性好，有利于形成轮廓清晰、表面光洁的铸件，对于大型薄壁铸件的成形

更为有利；

?铸件组织致密，机械性能高；

?提高了金属液的工艺收得率，一般情况下不需要冒口，使金属液的收得率大大提高，收得率一般可达90％。

?劳动条件好；设备简单，易实现机械化和自动化。

五、离心铸造

将液体金属浇入旋转的铸型中，使液体金属在离心力的作用下充填铸型和凝固形成的一种铸造方法。

1.离心铸造的类型

?立式离心铸造机

?卧式离心铸造机

2.特点和应用范围

?不用型芯,铸出中空的铸件，简化了管类铸件的生产过程；

?离心力作用，可提高充型能力，适用于流动性较差的合金和薄壁铸件；

?离心力作用，改善了补缩条件，气体和非金属夹杂也易于自液体金属中排出，因此离心铸件的组织较致密，缩孔（缩松）、气孔、夹杂等缺陷较少；

?消除或节省浇注系统和冒口的金属消耗；

?铸件易产生偏析，铸件内表面较粗糙。内表面尺寸不易控制。

3.离心铸造工艺

?离心铸型转速的选择：足够的离心力形成筒状液体、保证质量避免缺陷

?离心铸造用铸型：金属型、非金属型

?涂料：水性涂料、干性涂料，注意温度

?浇注：金属定量、避免飞溅

?冷却、起模

六、连续铸造

熔融金属连续注入结晶器冷却凝固而获得一定截面铸坯的工艺方式

1.工艺要点

?金属在结晶器中完成外层凝固，并具有一定强度；在二冷段完成中心凝固。

?可以液芯压下

?采用结晶器振动与电磁搅拌技术

?拉速与结晶速度须严格配合

2.特点和适用范围

?机组产能大、效率高，适用于大规模生产板管型型坯。

?目前仅限于低碳、低合金钢和铝、铜等合金连铸坯。

?机组投资巨大，技术要求高。

六、常用铸造方法比较

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，

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

《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”。

《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

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

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

材料成形技术基础 第一章 金属液态成形 金属液态成形（铸造）：将液态金属在重力或外力作用下充填到型腔中，待其凝固冷却后，获得所需形状和尺寸的毛坯或零件的方法。 液态成形的优点： （1）适应性广，工艺灵活性大（材料、大小、形状几乎不受限制） （2）最适合形状复杂的箱体、机架、阀体、泵体、缸体等 （3）成本较低（铸件与最终零件的形状相似、尺寸相近） 主要问题：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，特别是冲击性能较低。 分类：铸造从造型方法来分，可分为砂型铸造和特种铸造两大类。 其中砂型铸造工艺如图1-1所示。 图1-1 砂型铸造工艺流程图 第一节金属液态成形工艺基础 一、熔融合金的流动性及充型 液态合金充满型腔是获得形状完整、轮廓清晰合格铸件的保证，铸件的很多缺陷都是在此阶段形成的。 （一）熔融合金的流动性 1.流动性 液态合金充满型腔，形成轮廓清晰、形状和尺寸符合要求的优质铸件的能力，称为液态合金的流动性。 流动性差：铸件易产生浇不到、冷隔、气孔和夹杂等缺陷。 流动性好：易于充满型腔，有利于气体和非金属夹杂物上浮和对铸件进行补缩。 螺旋形流动性试样衡量合金流动性，如图1-2所示。在常用铸造合金中，灰铸铁、硅黄铜的流动性最好，铸钢的流动性最差。常用合金的流动性数值见表1-1。

表1-1 常用合金的流动性（砂型，试样截面8㎜×8㎜） 2. 影响合金流动性的因素 （1） 化学成份 纯金属和共晶成分的合金，由于是在恒温下进行结晶，液态合金从表层逐渐向中心凝固，固液界面比较光滑，对液态合金的流动阻力较小，同时，共晶成分合金的凝固温度最低，可获得较大的过热度，推迟了合金的凝固，故流动性最好；其它成分的合金是在一定温度范围内结晶的，由于初生树枝状晶体与液体金属两相共存，粗糙的固液界面使合金的流动阻力加大，合金的流动性大大下降，合金的结晶温度区间越宽，流动性越差。 Fe-C合金的流动性与含碳量之间的关系如图1-3所示。由图可见，亚共晶铸铁随含碳量增加，结晶温度区间减小，流动性逐渐提高，愈接近共晶成分，合金的流动性愈好。 （2） 铸型及浇注条件 铸型的结构越复杂、导热性越好，合金的流动性就越差。提高合金的浇注温度和浇注速度，以及增大静压头的高度会使合金的流动性增加。浇注温度：铸钢1520~1620℃；铸铁1230~1450℃；铝合金680~780℃。 （二）影响熔融合金充型的条件 铸型的温度低、热容量大，充型能力下降；铸型的发气量大、排气能力较低时，会使合金的充型能力下降；浇注系统和铸件的结构越复杂，合金在充型时的阻力越大，充型能力下降；提高浇注速度、浇注温度和增加直浇道的高度会使合金的充型能力提高。 图1-2 螺旋型试样 合金种类 铸型种类 浇注温度/℃ 螺旋线长度/㎜ 铸铁 w C+Si =6.2% w C+Si =5.9% w C+Si =5.2% w C+Si =4.2% 砂型 砂型 砂型 砂型 1300 1300 1300 1300 1800 1300 1000 600 铸钢 w C =0.4% 铝硅合金（硅铝明） 镁合金（含Al和Zn） 锡青铜（w Sn ≈10%，w Zn ≈2%） 硅黄铜（w Si =1.5%~4.5%） 砂型 砂型 金属型（300℃） 砂型 砂型 砂型 1600 1640 680~720 700 1040 1100 100 200 700~800 400~600 420 1000 图1-3 Fe-C合金的流动性与含碳量的关系

《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

第二章 金属液态成形

第二章金属液态成形 将金属熔炼成符合一定要求的液体并浇入铸型，经冷却凝固、清理处理后得到预定形状、尺寸和性能的铸件的工艺过程。 铸造是现代机械制造工业的基础工业之一，是人类掌握较早的一种金属热加工工艺。 发展的三个历史阶段… 铸造一般按造型方法分类： ?普通砂型铸造 ?湿砂型、干砂型、化学硬化砂型 ?特种铸造 ?以天然矿产砂石为造型原料：熔模铸造、壳型铸造、负压铸造、泥型铸造、实型铸造、陶瓷型铸造等 ?以金属作为主要造型原料：金属型铸造、离心铸造、连铸、压力铸造、低压铸造等 第一节砂型铸造方法 砂型铸造采用耐火度高的硅砂、锆英砂等，配以型砂粘结剂和其他辅助材料混制成型砂，作为铸型材料。 可分作手工造型和机械造型两种。 砂型铸造基本概念 一、手工造型常用方法 ?整模造型 ?分模造型 ?挖砂造型 ?假箱造型 ?活块造型 ?刮板造型 ?三箱造型 ?地坑造型 单件小批生产的重型铸件，手工造型仍是重要的方法。手工造型能适应各种复杂的要求，不

要求很多工艺装备。对于单件生产的重型铸件，采用地坑造型法成本低，投产快。比较灵活、易行，但效率低，劳动强度大，尺寸精度和表面质量低。 二、机械造型 适用于批量生产的中、小铸件，尺寸精度和表面质量高，投资大。 几种典型的机械造型 1.震压造型 ?空气震动，噪音大 ?适用于中小型铸件 2.微震压实造型 ?振动f=150~500Hz,A=25~80mm 微振f=400~3000Hz,A=5~10mm ?压实效果好、生产效率高 ?弹簧气动结构较复杂、噪声大 3.高压造型 ?整体预震和局部微震结合，效果好 ?结构复杂，适用于自动生产线 4.射砂造型 1）热芯盒射砂造型 ?含树脂型砂喷射和热固化 ?效率高、质量好 2）冷芯盒射砂造型 ?型砂喷射，气体硬化 ?质量好、生产灵活 5.射压造型 ?造型质量好 ?自动化程度高 ?生产率高 第二节特种铸造方法 一、熔模铸造 1.工艺步骤 ?制造压型 ?制造熔模 ?制造型壳 ?脱模、焙烧 ?浇注、清理

液态成形原理名词解释及简答题

液态成形原理名词解释及简答题名词解释 过冷度：金属的理论结晶温度和实际结晶温度的差值 均质形核：在没有任何外来的均匀熔体中的形核过程 异质形核：在不均匀的熔体中依靠外来杂质或者型壁面提供的衬底进行形核的过程 异质形核速率的大小和两方面有关，一方面是过冷度的大小，过冷度越大形核速率越快。二是和界面有关界面和夹杂物的特性形态和数量来决定，如果夹杂物的基底和晶核润湿，那么形核速率大。 形核速率：在单位时间单位体积内生成固相核心的数目 液态成型：将液态金属浇入铸型之，凝固后获得具有一定形状和性能的铸件或者铸锭的方法 复合材料：有两种或者两种以上物理和化学性质不同的物质复合组成一种多相固体 定向凝固：使金属或者合金在熔体中定向生长晶体的方法 溶质再分配系数：凝固过程当中，固相侧溶质质量分数和液相侧溶质质

量分数的比值 流动性是确定条件下的充型能力，液态金属本身的流动能力叫做流动性液态金属的充型能力是指液态金属充满铸型型腔获得完整轮廓清晰 的铸件能力 影响充型能力的因素：（1）金属本身的因素包括金属的密度、金属的比热容、金属的结晶潜热、金属的粘度、金属的表面张力、金属的热导率金属的结晶特点。（2）铸型方面的因素包括铸型的蓄热系数、铸型的温度、铸型的密度、铸型的比热容、铸型的涂料层、铸型的透气性和发气性、铸件的折算厚度（3）浇注方面的因素包括液态金属的浇注温度、液态金属的静压头、浇注系统中的压头总损失和 影响液态金属凝固过程的因素：主要因素是化学成分冷却速度是影响凝固过程的主要工艺因素液态合金的结构和性质以及冶金处理 （孕育处理、变质处理、微合金化）等对液态金属的凝固也有重要影 响 液态金属凝固过程当中的液体流动主要包括自然对流和强迫对流，自然对流是由于密度差和凝固收缩引起的流动，由密度差引起的对流成为浮力流。凝固过程中由传热。传质和溶质再分配引起液态合金密度的不均匀，密度小的液相上浮，密度大的下沉，称为双扩散对流，凝固以及收缩引起的对流主要主要产生在枝晶之间，强迫对流是由液体受到各种方式的驱动力产生的对流，例如压力头。机械搅动、铸型震动、外加磁场。 铸件的凝固方式：层状凝固方式（动态凝固曲线之间的距离很小的时

材料成型原理 重点整理

液态金属结构可以这样描述：液态金属由许多近程有序的原子集团组成，这些原子集团原子排列规则，有激烈的原子热运动和大量空穴，存在较大的能量起伏。同时，这些原子集团和空穴时聚时散，时大时小，处于瞬息万变的状态。 液态金属冷却到冷却到平衡结晶温度Tm（熔点）时，并没有开始结晶，而是冷却到低于Tm时，固相才开始结晶析出（形核并长大），这种现象叫做过冷 平衡结晶温度Tm与实际结晶温度T之间的温度差称为过冷度（△T），△T= Tm –T。金属凝固的驱动力，主要取决于过冷度△T 。过冷度越大，凝固的驱动力越大。 液相内部出现晶核时系统自由能对变化： 当过冷液体中出现晶核时，系统自由能将产生变化。系统自由能的变化由两部分组成，一部分是体积自由能变化，即固、液相之间的体积自由能差△G V。它使系统的自由能降低，它是相变的驱动力；另一部分是界面能变化，由于晶核形成的同时，也形成了新的液一固相界面，因而产生了新的界面能△G i。这部分能量将导致系统的自由能增大，它是相变的阻力。 图为在三种曲率不同的表面上形核的示意图，它们具有相同的润湿角和晶核曲率半径，但是显然包含的原子数不同。显然在凸面上形成的晶核包含原子数最多，平面上次之，凹面上最少。可见，即使是同一种物质作为形核基底，起形核能力也不同，跟界面的曲率方向和大小有关，凹面的形核能力最强。 一般来说形核剂应该满足以下几个条件： 1.失配度小、完全共格对应，方式的界面能最低，促进非自发形核的能 力最强，形核率也最大。 2.粗糙度大、在基底上存在凹坑时，形核能力较强。故表面粗糙不平的 形核剂对促进形核有利。 3.分散性好、若形核剂聚集成团，大大降低了有效基底面积，对形核有 不利影响。 4.高温稳定性好，形核剂在高温熔体中使用，如发生分解、氧化，或者 与熔体发生一些化学反应，形核剂将发生变质，不能起到促进形核的作用。 金属结晶为什么需要过冷度呢？结晶在什么条件下才能自发进行呢？ 这是由结晶的热力学条件所决定的。从热力学观点来看，物质状态的稳定性取决于该状态的自由能高低：自由能越高，状态越不稳定；自由能越低，状态越稳定。物质总是自发地从自由能较高的状态向自由能较低的状态转变。所以，只有伴随着自由能降低的过程才能自发进行。对于凝固而言，只有当固态金属的自由能低于液态金属时，结晶过程才可能进行。

《材料成形原理》考试要点重点及答案

简答题 1 实际液态金属的结构 实际金属和合金的液体由大量时聚时散、此起彼伏游动着的原子团簇、空穴所组成，同时也含有各种固态、液态或气态杂质或化合物，而且还表现出能量、结构及浓度三种起伏特征，其结构相当复杂。 2 液态金属表面张力的影响因素 1）表面张力与原子间作用力的关系：原子间结合力u0↑→表面内能↑→表面自由能↑→表面张力↑ 2）表面张力与原子体积（δ3）成反比，与价电子数Z 成正比 3）表面张力与温度：随温度升高而下降 4）合金元素或微量杂质元素对表面张力的影响。向系统中加入削弱原子间结合力的组元，会使u0减小，使表面内能和表面张力降低。 3 简述大平板铸件凝固时间计算的平方根定律 τ=ξ2/K2，即金属凝固时间与凝固层厚度的平方成正比。K为凝固系数，可由试验测定。当凝固结束时，ξ为大平板厚度的一半。 4 铸件凝固方式的分类（3分） 根据固、液相区的宽度，可将凝固过程分为逐层凝固方式与体积凝固方式（或糊状凝固方式）。当固液相区很窄时称为逐层凝固方式，反之为体积凝固方式。固液相区宽度介于两者之间的称为“中间凝固方式”。 5 简述Jackson因子与界面结构的关系 Jackson因子α可视为固—液界面结构的判据：凡α≤2的物质，晶体表面有一半空缺位置时自由能降低，此时的固—液界面形态被称为粗糙界面，大部分金属属于此类；凡属α>5的物质凝固时界面为光滑面，有机物及无机物属于此类；α=2~5的物质，常为多种方式的混合，Bi、Si、Sb等属于此类。 6 试写出“固相无扩散，液相只有有限扩散”条件下“成分过冷”的判据，并分析哪些条件有助于形成“成分过冷”。 “固相无扩散，液相只有有限扩散”条件下“成分过 冷”的判据： 00 (1) L L G m C K R D K - < 下列条件有助于形成“成分过冷”： (1)液相中温度梯度G L小，即温度场不陡。(2)晶体生长速度快（R大）。(3)液相线斜率m L大。 (4)原始成分浓度C0高。(5)液相中溶质扩散系数D L 低。(6)K0<1时，K0小；K0>1时，K0大。 7 写出成分过冷判别式（在“固相无扩散，液相为有限扩散”条件下），讨论溶质原始含量C0、晶体生长速度R、界面前沿液相中的温度梯度GL对成分过冷程度的影响，并以图示或文字描述它们对合金单相固溶体结晶形貌的影响。 答：成分过冷判别式为： 00 (1) L l G m C K R K - < ； （1）随着C0增加，成分过冷程度增加； （2）随着R增加，成分过冷程度增加； （3）随着GL减小，成分过冷程度增加； 如图所示，当C0一定时，GL减小，或R增加，晶体形貌由平面晶依次发展为胞状树枝晶、柱状树枝晶、等轴树枝晶；而当GL、R一定时，随C0的增加晶体形貌也同样由平面晶依次发展为胞状树枝晶、柱状树枝晶、等轴树枝晶。 8 层片状共晶的形核和长大方式 形成具有两相沿着径向并排生长的球形共生界面双相核心的“双相形核”，领先相表面一旦出现第二相，则可通过这种彼此依附、交替生长的“搭桥”方式产生新的层片来构成所需的共生界面，而不需要每个层片重新生核。 9. 铸件的凝固组织可分为几类，它们分别描述铸件凝固组织的那些特点？ 铸件的凝固组织可分为宏观和微观两方面。宏观组织主要是指铸态晶粒的形状、尺寸、取向和分布情况；微观组织主要描述晶粒内部的结构形态，如树枝晶、胞状晶等亚结构组织等。 影响液态充型能力的因素 (1)金属性质方面的因素—如合金的化学成分、比热容、热导率、粘度、杂质及气体含量等。 (2)铸型性质方便的因素—铸型的阻力、蓄热系数等。 (3)浇注条件及铸件结构因素—浇注温度、浇注系统、静压头压力。逐渐结构越复杂、厚薄过渡面越多，则型腔结构越复杂，流动阻力越大，液态金属充型能力就越差。 11 防止气孔产生的措施 a. 减少氢的来源。化学方法或机械办法清理焊丝或工