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金属液态成型加工工艺

第一篇：金属液态成型加工工艺

第一篇:金属液态成型加工工艺第一章液态成型理论基础

一、铸件的凝固方式

金属的凝固过程是一个结晶过程，包括形核和晶体长大两个基本过程。凝固组

织对铸件的力学性能影响很大，一般情况下晶粒越细小均匀，铸件的强度、硬度

越高，塑性和韧性越好。铸件的凝固方式: 1)逐层凝固(流动性最好) 2)糊状凝

固3)中间凝固，

影响凝固方式的因素:1)合金的结晶温度范围2)铸件断面的温度梯度(温度梯度? 凝

固区宽度?)

二、液态金属的工艺性能

液态金属的工艺性能称铸造性能，具体包括流动性、收缩性、吸气性、偏析

等。充型能力:金属液充满铸型型腔，获得轮廓清晰、形状准确的铸件的能力。流动性越好，充

型能力越强。

影响流动性的因素:1)合金成分2)合金种类3)浇注条件4)铸型的填充条件

铸型的填充条件包括:(1)铸型的蓄热能力(蓄热系数)(2)铸型形状(3)铸型温度(4) 铸型中气体浇注条件:浇注温度和充型能力合金成分越远离共晶成分，结晶

温度范围越宽，流动性越差。三、合金的收缩

1)液态收缩:液面下降

2)凝固收缩:液态收缩和凝固收缩是铸件产生缩孔、缩松的根本原因 3)固态收缩:铸件的外形尺寸减小;用线收缩率:产生铸造应力，变形、裂纹等的原因叙述缩孔的形成,缩松的形成,(书上有)

4)缩孔和缩松的防止其产生使铸件的机械性能下降，甚至渗漏 2缩松的防止1缩孔的防止: ?加压补缩 ?采用顺序凝固原则使铸件在压力下凝固，可显著减少经冒口充型、向冒口和内浇道方向凝固、最终将缩孔转移到冒缩口中、可获得致密的铸件，但使铸件各部分 ?再热节处安放冷铁活在局部砂温差大，易产生内应力。冒口增加成本型表面涂敷激冷涂料，加大冷却速用于收缩大，凝固温度范围窄的合金度。 ?合理确定浇注系统和浇注工艺 ?加大结晶压力，破坏树枝状晶浇注系统的位置影响铸型的温度分布，体，减少其对金属液流动的阻力进而影响其凝固顺序 ?合理应用冒口、冷铁、补贴，目的为使铸件顺序凝固

3铸造应力

铸造应力有热应力、收缩应力和相变应力。热应力产生原因:凝固和冷却过程中，不同部位由于温差造成不均匀收缩而引起的铸造应力

哪个部分的热应力拉应力,哪个部分的热应力是拉应力,(分析书10页图1-10) 减少和消除热应力的方法:

1)合理设计铸件的结构2)采取同时凝固的工艺3)合理选用金属4)减少收缩应力5)对铸件进行时效热处理

铸件裂纹

有热裂和冷裂(弹性状态和塑性状态) ?防止裂纹的措施

? 减少和消除应力

?控制 S、P 含量

四. 合金的吸气性

有三种类型的气孔:1. 侵入气孔2. 析出气孔3.反应气孔五、铸件的质量与检验

铸件质量:铸件本身能满足用户要求的程度。包括外观质量、内在质量、使用质量

第二章常用合金铸铁的生产 1.按碳的存在形式不同将铸铁铸铁分类:

?白口铸铁:全部Fe3C形式

?灰口铸铁:全部石墨形式

?麻可铸铁:有Fe3C和石墨

灰口铸铁又分为:1)灰铸铁(石墨以片状存在)2)可锻铸铁(石墨以团絮状存在)3)球墨铸

铁(石墨呈球状)4)蠕墨铸铁(石墨呈蠕虫状) 2. 牌号

形式:HT×××

HT:表示灰铸铁

数字表示抗拉强度

其σ与壁厚有关，越厚，σ?，数值表示其最低抗拉强度 bb如，HT100——

最低抗拉强度为100Mpa 球墨铸铁1. 牌号

形式:QT×××—××

QT:表示球墨铸铁

前一数字表示最低抗拉强度

后一数字表示最低延伸率如，QT450—10

可锻铸铁1.牌号:KT×××—××

最低抗拉强度

最低延伸率

蠕墨铸铁牌号:RuT×××，最低抗拉强度

**铸钢的铸造性能劣于铸铁具体表现在哪几个方面, 答:熔点高，流动性差，

收缩大，钢液易氧化，易产生粘砂、冷隔、浇不到，缩孔、气孔，易产生变形、裂纹。因此，其铸造性能差。

第三章液态金属的成型方法

按工艺方法不同分为:砂型铸造和特种铸造 1 金属型铸造的优缺点

?可一型多铸，节省造型材料 ?工艺简便，易于实现自动化 ?铸件精度高，表面光洁，力学性能好 ?费用高;无透气性

?冷速快，不宜铸造结构复杂、大型、薄壁件

?铸型寿命低;灰铁件易产生白口组织金属型铸造主要应用于大量生产形状简单的有色金属铸件和灰铸铁件。

2、熔模铸造

2. 特点及应用工艺过程:制造压型，蜡模，制壳，脱蜡，焙烧，浇 1)铸件精度高，表面光洁注 2)可铸出形状复杂的薄壁件 1) 制造蜡模:?制造压型 ?蜡模压制?蜡模组装 3)适用于各种合金配 4)生产批量不受限制 2)制壳，在蜡模组上涂挂耐火材料层制成较坚固的缺点:工序复杂，周期长，原材料价贵，耐火型壳。铸件成本高，铸件不能太长太大，否则蜡制壳包括:?浸涂料?撒砂?硬化、风干模变形应用:高熔点难以加工的铸件

3.离心铸造

离心铸造分为立式离心铸造和卧式离心铸造。立式:垂直轴旋转。因液体自重，壁厚不均，多用于高度小于直径的环类，不适用于长件卧式:壁厚均匀。多用于管类、套筒类。

4.陶瓷型铸造

1 工艺过程

砂套造型?灌浆与胶结?起模与焙烧?烧

结与合箱?浇注

2. 特点及应用

1)陶瓷型的高温变形小，铸件的尺寸精度高，且陶瓷耐高温，可浇注高熔点金属 2)适合于单件，小批量生产

3)铸件大小不受限制，目前主要用于生产厚大精密铸件

5壳型铸造:用的是覆膜砂

第二篇:金属的塑性成形加工工艺绪论:塑性成形可以分为体积成形和板料成形。第五章金属塑性成形理论基础

1、金属变形的实质

单晶体塑性变形基本方式是“滑移”与“孪生”，滑移是金属中最主要的塑性变形方式。

滑移是晶体的一部分相对于另一部分的相对滑移，即通过位错运动来变形。

2金属塑性变形后的组织和性能

二、热塑性变形一、冷塑性变形具有锻造流线的金属，形成流1、冷塑性变形后的组织和性能: 线后，性能呈各向异性。在纤1) 晶粒沿变形方向拉长维方向上(纵向)上，塑性和2) 晶粒破碎，位错密度增加，产生加工硬化韧性提高，在垂直于纤维方向3)晶粒择优取向上塑性和韧性降低。(在压铸4) 残余内应力中，用锻造比来衡量变形强度) 2冷变形后金属在加热时组织和性能的变化 1) 回复2)再结晶3)晶粒长大

3金属的可锻性及其影响因素

可锻性的优劣是以金属的塑性和变形抗力来综合评定的。 1、材料性质的影响:1.)化学成分2)金属组织与结构的影响 2、加工条件的影响:1)变形温度的影响2)变形速度的影响3)应力状态的影响4)坯料表面

质量

第六章常用金属的塑性成形

金属的塑性成形主要有自由锻、胎模锻、模锻、轧制、挤压、拉拔等几种方法。

1自由锻与胎模锻

一、自由锻造定义:坯料在铁砧间受力变形时，可朝各个方向自由流动，不受限制 1. 特点和应用适用范围:用于制坯和形状简单的锻件通用性强，灵活性大，工具简单适合于单件、小批量和大型锻件 2. 自由锻工序锻造过程由一系列变形过程组成根据变形性质和变形程度不同，工序分为:基本工序、辅助工序、修整工序。

基本工序:能够大幅度地改变坯料形状和尺寸的工序。

辅助工序:为了完成基本工序使坯料预先变形的工序

修整工序:用来精整锻件尺寸和形状而使其完全达到锻件图要求的工序

其中基本工序包括:拔长、镦粗、冲孔、扩孔自由锻工艺规程:绘制锻件图、加工余量、锻造工差、工艺余块二、胎模锻

胎模锻的模具主要有:扣模、筒模及和模三种。

2模锻

模锻:分为锤上模锻和压力机模锻

锤上模锻:施加力为冲击力

压力机模锻:施加力为静压力

一、锤上模锻

1锻模结构:由上模和下模组成。

1.1模膛:模膛根据其作用分为模锻模膛和制坯模膛(1)模锻模膛又分为终锻模膛和预锻模膛

(2)制坯模膛又分为拔长模膛、滚压模膛、弯曲模膛和切断模膛。

a)开式模锻 b)闭式模锻: 是变形金属的流动不完全受模腔限制的一种锻造优点:?省去毛边槽的材料消耗方式。 ?毛坯坯料处于三向压力状态，提开式模锻时，多余的金属沿垂直于作用力方向流动高了材料的塑性。形成毛边。随着作用力的增大，毛边减薄，温度降?锻造的流线沿着锻件的轮廓连续低，金属由毛边向

外流动受阻，最终迫使金属充满分布，没有断开。型腔局限:?要求坯料体积精确在开式模锻过程中，毛边槽的作用是: ?要求坯料形状和尺寸比例合适， ?增加金属从模膛流出的阻力，使金属易于充满并在型槽内准确定位 ?容纳多余的金属 ? 锻件出模困难，需要顶件装 ?缓冲锤击，提高模具寿命置，使锻模结构复杂 ?应用范围窄

锻件图设计时，应考虑以下问题:

?确定分模位置

分模面是上下模在锻件上的分界线，按以下原则确定

a)保证锻件能从模膛中取出

b)选定在锻件侧面的中部

c)选在使模膛深度最浅的位置

d)使零件上的敷料最少

e)使分模面为一个平面

?确定加工余量、公差和敷料

?模锻斜度

?模锻圆角半径(作用:减少应力，获得轮廓分明的零件，金属易充满型腔，提高模具寿命)

二、压力机模锻—主要是施加静压力

压力机模锻包括:?曲柄压力机上模锻?平锻机上模锻?摩擦压力机上模锻三、轧制、挤压与拉拔

121、轧制分类:纵轧(?辊锻轧制 ?辗环轧制)，横轧，斜轧，楔横轧

12、挤压分类:?正挤压?反挤压?复合挤压?径向挤压

第七章板料冲压

基本工序有分离工序和变形工序

一、分离工序

一部分与另一部分相互分离。

习惯上称冲裁。如，落料、冲孔、切断

1. 落料及冲孔

落料:封闭轮廓内的部分是工件冲孔:封闭轮廓外的部分是工件冲裁的变形过程其过程分为三个阶段:

?弹性变形阶段 ?塑性变形阶段 ?断裂分离阶段

冲裁件的质量高—毛刺高度小，断裂带窄，光亮带宽，圆角小

冲裁间隙的影响

冲裁刃口尺寸的确定

以光亮带的尺寸为基准，测量冲裁件的尺寸

落料件的光亮带:因凹模刃口挤切材料产生

冲孔件的光亮带:因凸模刃口挤切材料产生

落料模:先按落料件确定凹模刃口尺寸:取凹模作设计基准，根据间隙Z确定凸模尺寸

凸模尺寸=凹模尺寸—Z

冲孔模:先按冲孔件确定凸模刃口尺寸: 取凸模作设计基准，根据间隙Z确定凹模尺寸

凹模尺寸=凸模尺寸+Z

落料模:随磨损凹模刃口的尺寸增大，落料凹模的基本尺寸应取尺寸公差范围内的最小值

冲孔模:凸模磨损，零件尺寸减小，冲孔凸模尺寸取公差范围内的最大尺寸

二、变形工序

变形工序是使坯料的一部分相对于另一部分产生位移而不破裂的工序 1. 拉伸2.弯曲 3.翻边 4.涨形 5.旋压

拉伸件质量影响因素

拉伸件常见问题:拉裂和起皱

影响质量的因素有:拉伸系数;拉伸模参数;润滑;压边力等

冲压模具及其结构

冲模基本上可分为简单模，连续模，复合模三种。

第三篇金属的连接成型

根据连接成型原理不同，分为

?机械连接 ?冶金连接 ?物化连接

焊接的三要素:热源，熔池的保护与净化，填充金属

焊接接头由焊缝，焊合区和热影响区组成，其中熔合区最薄弱

热影响区可分为过热区，正火区和部分相变区，再结晶区

焊接过程中，由于焊接热源对焊接局部不均加热，常使焊件产生应力和变形。

10.3 焊接应力和焊接变形

焊接过程中由于热源对焊接件局部不均匀加热，使焊接件产生应力和变形

1. 纵向焊接应力

自由伸缩的假想小板条，焊接中自由伸缩，但实际情况是，假想条相结合，相互牵制加热:只加热中间一条，是模拟的焊缝，因超过塑性温度，伸长两被压缩冷却:中间条压缩，被两边牵制，产生拉应力;两边条被中间条压缩，产生压应力

2. 横向焊接应力及变形

往往比较复杂，分几种情况讨论

1)由纵向变形引起的横向应力及变形

钢板单边施焊时，焊后焊接边缩短，向焊接边发生侧弯将焊缝看成为，将两个板连接在一起

焊缝中部出现横向拉应力，两侧出现压应力

2)由焊缝冷却先后不同形成的横向应力

减小和防止焊接应力的措施:

1(选择合理的焊接顺序

2(焊前预热或加热减应区

3(采用小电流，快速焊

4(锤击或輾压焊缝

5(焊后热处理

6(焊后拉伸或振动工件

矫正焊接变形的方法:1.机械矫正法 2.火焰加热矫正法

第十章焊接成型工艺基础

1.焊接原理及特点

分类:按焊接过程的特点分为:? 熔化焊 ?压力焊 ?钎焊(母体不熔化) 2. 焊条选用有以下原则

?根据被焊的金属材料类别选择相应的焊条种类

?结构钢焊条的力学性能应满足焊缝与焊接件等强度要求对特殊钢，保证接头的特殊性能，应具有相同或相近的成分

?焊接结构件在较差的条件下工作时，应选用碱性焊条

?对几何形状复杂、厚度大、焊接时易产生较大应力和裂纹的焊接件，应选用抗裂性好的碱性焊条

?焊条工艺性能要满足施焊操作要求

熔化焊:将待焊接处的母材金属熔化，结晶形成焊缝的焊接方法。包括焊条电

弧焊、埋弧焊、气体保护焊、电渣焊(其中二氧化碳气体保护焊主要用于低碳钢和部分合金结构钢，不适用于

有色金属，不锈钢)

氩弧焊分为? 熔化极氩弧焊 ?不熔化极氩弧焊(适用于焊接薄板)

电渣焊广泛用于重型机械制造中

压力焊按加热手段不同，分为?电阻焊 ?摩擦焊

1?电阻焊按接头的形式特点可分为点焊，缝焊(一般采用搭接形式)和对焊(又

称对接电阻焊，装配成对接接头，有两类:?电阻对焊 ?闪光对焊)三种2?摩擦焊:使焊件在一定压力下相互接触，并相对旋转运动，利用摩擦所产生

的热量使端面达到塑性状态，然后迅速施加顶锻力，在压力下完成焊接。接头形式:等断面或不等断面，不会产生气孔，夹渣。

?10.4 焊接新方法

一、等离子弧焊接

二、电子束焊

三、激光焊接(能透过玻璃焊接)

四、爆炸焊

五、扩散焊

六、超声波焊

金属材料焊接性是指材料在一定的焊接方法、焊接材料、焊接工艺参数和结构形式条件下获得具体的所需要性能的优质焊接接头的难易程度，包括两个方面一是工艺焊接性，二是使用性能。

焊接接头形式有对接接头、搭接接头、角接接头、丁字接(T接)接头

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

金属制品加工工艺流程

金属制品加工工艺流程-标准化文件发布号：（9456-EUATWK-MWUB-WUNN-INNUL-DDQTY-KII

鑫达参观学习总结时间：2018/7/11 13:00 ~2018//7/12 18:00 人员：张之龙、鲍林吉、吴业成、何文斌目的：参观工厂，学习产品生产流程及工艺通过本次参观工厂，使我对定制类金属产品的生产有了一个更加客观的认知，具体如下： 1，选料即选择原材料，包括金属丝、金属板、方管和圆管等。铁线类产品首先需要将成捆铁丝通过专用机器拉直。涉及机器：拉线机 2，下料即截取所生产产品适用的规格，同时考虑过程损耗，合理分配。涉及机器：剪板机、切线机等 3，轧制成型使用专用的模具（产生模具费的主要原因），通过冲孔、折弯、切割等使产品的各部件初步成型。鑫达具有自主制造模具的能力（优势）。涉及工具与机器：专用模具、冲孔机、折弯机（目前工厂吨位最大的机器为一台折弯机）、线切割机（主要针对铁线、管材类）、激光切割机（主要针对板材类）等 4，拼装使用专用的夹具（产生夹具费的主要原因）将各部件固定，便于准确焊接，使产品保持良好的一致性。涉及工具：专用夹具 5，焊接将通过夹具固定的各部件焊接成一体，焊接方式有点焊（焊疤较粗糙）、氩弧焊（气保焊，焊疤较美观）等。涉及机器：点焊机、氩弧焊机（工厂具备自动机械手臂，通过写入程序搭配夹具实现

精准焊接） 6，前处理将焊接好的产品打磨焊渣、去毛刺（45°斜切），使其表面整齐光滑；然后进行酸洗（防锈）、磷化（形成磷化膜，防腐并且利于粉末附着）处理等。涉及工具与机器：酸洗池、磷化池、抛光机等 7，喷粉（表面处理）将产品移至喷涂车间，依次挂在自动传送装置上，首先经过一轮强风烘干处理（去除表面杂质、油渍等），经过喷涂室喷粉之后进烤箱烘烤固化（时间10~30分钟，温度140℃~220℃），最后晾干得到成品。涉及车间：喷涂车间 8，成品包装包装之前先对产品进行最后检查，主要修补一些喷涂的瑕疵，对不合格产品及时返工。对于拆装产品，在包装之前先人工组装一套以检查产品装配效果。所有确认无误后出货。涉及车间：包装车间通过此次对工厂实地参观学习，结合此前的理论知识，对产品的原材料、生产流程、加工方式等有了更全面具体的认识，获益良多！吴业成 2018/7/17

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

液态金属成型原理

2. 金属结晶（凝固）的形核热力学条件及形核机理。答：金属结晶的热力学条件：金属结晶必须要过冷，过冷是金属结晶的必要条件。金属结晶一般是在等压条件下进行的。固、液两相都有各自的自由能，它们的自由能在等压条件下随温度的升高同样是降低的，如图2.1所示。因为液相原子排列混乱程度高于固相，因而有：上式表示液相熵的负值比固相熵大，因此液相自由能随温度下降的速率大于固相。而在绝对零度时，因液相原子排列混乱程度大于固相而具有更高的自由能。这一关系可用图2.1来表示。图中G L和G S分别代表液相和固相的自由能随温度变化的曲线，两曲线交于温度T m。在T m温度，固、液两相自由能相等。T m就是理论结晶温度。所以理论结晶温度定义为固液两相自由能相等所对应的温度，也称平衡熔点。图2.1 自由能随温度的变化示意图根据自由能最小原理，要发生液相向固相的自发转变，实现结晶，固相自由能必须小于液相，从图中可见：这只有在温度小于理论结晶温度时才能实现，这就是液体金属必须具有一定的过冷度，结晶才能自动进行的原因。四、金属结晶的驱动力金属结晶的驱动力从宏观上看是过冷度，从热力学上看是固、液两相自由能之差。实际上，可以证明单位体积固、液两相自由能之差ΔG v和过冷度ΔT之间存在如下关系：式中L m—结晶潜热。从上可以看出：要实现结晶，根据自由能最小原理，G L-G S＞0，而要保证必须保证G L-G S＞0，即实际结晶温度必须低于理论结晶温度。并且，过冷度越大，固、液两相自由能之差越大，金属结晶的驱动力也越大。晶核的形成机理：形核有两种方式：均匀形核和非均匀形核。均匀形核是指晶核不依附任何外来物形成，形核在液相各处的形核几率是相同的；非均匀形核是指晶核依附于外来物（如容器壁和固态杂质）上形成。

《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

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

金属液态成型原理

金属液态成型原理内容简介《金属液态成型原理》共10章，书中系统阐述了材料热加工过程中金属液态成形的基本原理。第1章是液态金属的结构和性质，第2章是金属凝固过程的传热，第3章是液态金属凝固热力学及动力学，第4章是单相及多相合金的结晶，第5章是金属凝固组织的控制，第6章是凝固新技术，第7章是合金中的成分偏析，第8章是气孔与夹杂，第9章是缩孔与缩松，第10章是铸造应力、变形及裂纹。《金属液态成型原理》是普通高等学校“材料成形与控制工程专业”液态成形（铸造）方向本科生用的教材，同时也可作为材料加工液态成形方向研究生的参考书，还可作为金属材料工程、热加工以及机械等工程专业师生和工程技术人员的参考用书。〃查看全部>> 目录 0 绪论1 0.1 金属的液态成形与凝固的关系1 0.2 凝固过程研究的对象1 0.3 凝固理论的研究进展2 第1章液态金属的结构和性质4 1.1 固体金属的加热、熔化4 1.1.1 晶体的定义与结构4 1.1.2 金属的加热膨胀4 1.1.3 金属的熔化6 1.2 液态金属的结构6 1.2.1 液态金属的热物理性质7 1.2.1.1 体积和熵值的变化7

1.2.1.2 熔化潜热与汽化潜热7 1.2.2 X射线结构分析7 1.2.3 液态金属的结构8 1.2.3.1 纯金属液态结构8 1.2.3.2 实际金属液态结构9 1.2.4 液态金属理论结构模型钢球模型与P Y理论10 1.3 液态金属的性质12 1.3.1 液态金属的黏滞性12 1.3.1.1 液态金属黏滞性的基本概念13 1.3.1.2 黏滞性（黏度）在材料成形过程中的意义14 1.3.2 液态金属的表面张力15 1.3. 2.1 表面张力的基本概念和实质15 1.3. 2.2 影响表面张力的因素17 1.3. 2.3 毛细现象及表面张力引起的附加压力19 1.3. 2.4 表面张力在材料成形中的意义20 1.4 液态金属的充型能力21 1.4.1 液态金属充型能力的基本概念21 1.4.1.1 充型能力的定义及其他相关名词21 1.4.1.2 液态金属流动性测试方法22 1.4.2 液态金属停止流动的机理与充型能力22 1.4. 2.1 液态金属停止流动的机理22 1.4. 2.2 液态金属的充型能力24 1.4.3 影响充型能力的因素27 1.4.3.1 金属性质方面的因素27 1.4.3.2 铸型性质方面的因素29 1.4.3.3 浇注条件方面的因素30 1.4.3.4 铸件结构方面的因素31 1.5 液体金属中的流动31 1.5.1 自然对流和强迫对流31

材料成形原理_吴树森_答案(铸造).

第一部分：液态金属凝固学 1.1 答：（1）纯金属的液态结构是由原子集团、游离原子、空穴或裂纹组成。原子集团的空穴或裂纹内分布着排列无规则的游离的原子，这样的结构处于瞬息万变的状态，液体内部存在着能量起伏。（2）实际的液态合金是由各种成分的原子集团、游离原子、空穴、裂纹、杂质气泡组成的鱼目混珠的“混浊”液体，也就是说，实际的液态合金除了存在能量起伏外，还存在结构起伏。 1.2答：液态金属的表面张力是界面张力的一个特例。表面张力对应于液－气的交界面，而界面张力对应于固－液、液－气、固－固、固－气、液－液、气－气的交界面。表面张力?和界面张力ρ的关系如（1）ρ＝2?/r,因表面张力而长生的曲面为球面时，r为球面的半径；（2） ρ＝?（1/r1+1/r2）,式中r1、r2分别为曲面的曲率半径。附加压力是因为液面弯曲后由表面张力引起的。1.3答：液态金属的流动性和充型能力都是影响成形产品质量的因素；不同点：流动性是确定条件下的充型能力，它是液态金属本身的流动能力，由液态合金的成分、温度、杂质含量决定，与外界因素无关。

而充型能力首先取决于流动性，同时又与铸件结构、浇注条件及铸型等条件有关。提高液态金属的充型能力的措施：（1）金属性质方面：①改善合金成分；②结晶潜热L 要大；③比热、密度、导热系大;④粘度、表面张力大。（2）铸型性质方面：①蓄热系数大；②适当提高铸型温度；③提高透气性。（3）浇注条件方面：①提高浇注温度；②提高浇注压力。（4）铸件结构方面：①在保证质量的前提下尽可能减小铸件厚度； ②降低结构复杂程度。 1.4 解：浇注模型如下：

《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。