当前位置：文档库 › 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

二、液态金属的工艺性能

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）

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

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 1缩孔的防止： ①采用顺序凝固原则经冒口充型、向冒口和内浇道方向凝固、最终将缩孔转移到冒口中、可获得致密的铸件，但使铸件各部分温差大，易产生内应力。冒口增加成本用于收缩大，凝固温度范围窄的合金 ②合理确定浇注系统和浇注工艺浇注系统的位置影响铸型的温度分布，进而影响其凝固顺序 ③合理应用冒口、冷铁、补贴，目的为使铸件顺序凝固

2缩松的防止 ①加压补缩使铸件在压力下凝固，可显著减少缩 ②再热节处安放冷铁活在局部砂型表面涂敷激冷涂料，加大冷却速度。 ③加大结晶压力，破坏树枝状晶体，减少其对金属液流动的阻力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↓）

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。

有热裂和冷裂（弹性状态和塑性状态）

③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：

①白口铸铁：全部Fe3C形式

②灰口铸铁：全部石墨形式

③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σb与壁厚有关，越厚，σb↓，数值表示其最低抗拉强度

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

3.离心铸造

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

一、冷塑性变形 1、冷塑性变形后的组织和性能： 1) 晶粒沿变形方向拉长 2) 晶粒破碎，位错密度增加，产生加工硬化 3)晶粒择优取向 4) 残余内应力 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工艺过程：制造压型，蜡模，制壳，脱蜡，焙烧，浇注 1）制造蜡模：①制造压型 ②蜡模压制③蜡模组装配 2）制壳，在蜡模组上涂挂耐火材料层制成较坚固的耐火型壳。制壳包括：①浸涂料②撒砂③硬化、风干 2. 特点及应用 1）铸件精度高，表面光洁 2）可铸出形状复杂的薄壁件 3）适用于各种合金 4）生产批量不受限制缺点：工序复杂，周期长，原材料价贵，铸件成本高，铸件不能太长太大，否则蜡模变形应用：高熔点难以加工的铸件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。二、热塑性变形具有锻造流线的金属，形成流线后，性能呈各向异性。在纤维方向上（纵向）上，塑性和韧性提高，在垂直于纤维方向上塑性和韧性降低。（在压铸中，用锻造比来衡量变形强度）

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

液态成型作业答案完结版

第二讲 1、哪些现象说明金属的熔化并不是原子间结合力的全部破坏？答：以下现象说明金属的熔化并不是原子间结合力的全部破坏：（1）物质熔化时体积变化、熵变（及焓变）一般均不大。［注意：简答题此部分可略：如金属熔化时典型的体积变化△Vm／V（多为增大）为3～5％左右，表明液体原子间距接近于固体，在熔点附近其系统混乱度只是稍大于固体而远小于气体的混乱度。］（2）金属熔化潜热比其汽化潜热小得多（1／15～1／30），表明熔化时其内部原子结合键只有部分被破坏。 2、实际液态金属的结构是怎样的？实际液态金属和合金由大量时聚时散、此起彼伏游动着的原子集团、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，其结构十分复杂。 3、名词解释：能量起伏、结构起伏、浓度起伏、粘度、运动粘度、雷诺数、层流、紊流、表面张力和表面能。答：能量起伏：液态金属中的原子热运动强烈，原子所具有的能量各不相同，且瞬息万变，这种原子间能量的不均匀性，称为能量起伏结构起伏: 由于液态原子处于能量起伏之中，原子团是时聚时散，时大时小，此起彼伏的，称为结构起伏浓度起伏: 对于多元素液态金属而言，同一种元素在不同原子团中的分布量不同，也随着原子的热运动瞬息万变，这种现象称为成分起伏粘度: 流体在层流流动状态下，流体中的所有液层按平行方向运动。在层界面上的质点相对另一层界面上的质点作相对运动时，会产生摩擦阻力。当相距1cm的两个平行液层间产生1cm/s的相对速度时，在界面1cm2面积上产生的摩擦力，称为粘滞系数或粘度运动粘度:液体在重力作用下流动时内摩擦力的量度，数值等于γ=η/ρ。表面张力:产生新的单位面积表面时系统自由能的增量。与表面能大小、单位一致，从不同角度描述同一现象。表面能:表面自由能（简称表面能）为产生新的单位面积表面时系统自由能的增量。雷诺数: 流体流动时的惯性力Fg和粘性力(内摩擦力)Fm之比称为雷诺数。用符号Re 表示。Re是一个无因次量。层流：流体流动时,如果流体质点的轨迹(一般说随初始空间坐标x、y、z和时间t而变)是有规则的光滑曲线（最简单的情形是直线），这种流动叫层流。紊流：在一定雷诺数下，流体表现在时间和空间上的随机脉动运动，流体中含有大量不同尺度的涡旋(eddy)。 4、分析粘度的影响因素及其对粘度的影响规律。 ①温度一般情况下温度提高，液体金属的粘度减小。 ②化学成分杂质的数量、状态和分布情况都能在不同程度上影响到液态金属的粘度。在液态金属中呈固态杂质常使其粘度增加。但有些熔点低的杂质在液态属中呈熔融状态，反而会使该液态金属的粘度降低。酸性钢较碱性钢的粘度小就是因为酸性钢的杂质多是液态的，而碱性钢的杂质常呈粒状固体；共晶成分的合金粘度小；液体金属和合金的粘度与其过热度有关，过热度越大，粘度越小。 5、分析表面张力的影响因素及其对表面张力的影响规律。（1）表面张力与熔点的关系熔点越高，或摩尔表面积越大，表面张力越大。因为熔点越高说明金属原子之间的作用

液态成型

液态成形原理第一章液态金属的结构和性质 1.液态成形：是液态金属充满型腔并凝固后获得符合要求的毛坯或零件的工艺技术。 2.晶界粘滞流动：把金属加热到熔点附近时，离位原子数大为增加。在外力的作用下，这些原子作定向运动，造成晶粒间的相对流动。(金属的熔化是从晶界开始的) 3.熔化潜热：在熔点温度的金属转变为同温度的液态金属时，金属要吸收大量的热量(金属由固态变为液态，体积膨胀约为3~5%)。 4.在熔点和过热度不大时，液态金属的结构是接近固态金属而远离气态金属的。 5.液态金属：是由各种成分的原子集团、游离原子、空穴、裂纹、杂质及气泡所组成的“混浊”液体。 6.粘度（粘滞性）：在作相对运动的两流体层的接触面上，存在一对等值而反向的作用力来阻碍两相邻流体层作相对运动的性质。 7.粘滞性的本质：原子间结合力的大小。 8.粘度在材料成形过程中的影响。 A．对液态金属净化的影响-粘度↑杂质和气泡上升的速度↓ B．对液态合金流动阻力的影响-粘度↑流动阻力↑ C．对液态过程中液态合金对流的影响-粘度↑对流强度↓ 9.表面张力：液态金属表面有一个平行于表面且各向大小相等的张力。 10.影响表面张力的因素： A．熔点。熔点↑原子间结合力↑表面张力↑ B．温度。温度↑表面张力↓（但对铁碳合金、铜合金，温度↑表面张力↑）C．溶质原子表面活性元素，使表面张力↓非表面活性元素，使表面张力↑11.充型能力mold-filling capacity：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(充型能力是外因（铸型）和内因（流动性）的共同结果) 12.液态金属的流动性：液态金属本身的流动能力。

材料成形原理吴树森答案.docx1

第一章（第二章的内容）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冲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冲型能力，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。而冲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。提高液态金属的冲型能力的措施：（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：则产生机械粘砂的临界压力 ρ＝2?/r 显然 r ＝2 1 ×0.1cm ＝0.05cm 则 ρ＝4 10*5.05.1*2－＝6000Pa 不产生机械粘砂所允许的压头为

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。

材料成型工艺基础习题答案

材料成型工艺基础（第三版）部分课后习题答案第一章 ⑵.合金流动性决定于那些因素？合金流动性不好对铸件品质有何影响？答：①合金的流动性是指合金本身在液态下的流动能力。决定于合金的化学成分、结晶特性、粘度、凝固温度范围、浇注温度、浇注压力、金属型导热能力。 ②合金流动性不好铸件易产生浇不到、冷隔等缺陷，也是引起铸件气孔、夹渣、縮孔缺陷的间接原因。 ⑷.何谓合金的收縮？影响合金收縮的因素有哪些？答：①合金在浇注、凝固直至冷却至室温的过程中体积和尺寸縮减的现象，称为收縮。 ②影响合金收縮的因素：化学成分、浇注温度、铸件结构和铸型条件。 ⑹.何谓同时凝固原则和定向凝固原则？试对下图所示铸件设计浇注系统和冒口及冷铁，使其实现定向凝固。答：①同时凝固原则：将内浇道开在薄壁处，在远离浇道的厚壁处出放置冷铁，薄壁处因被高温金属液加热而凝固缓慢，厚壁出则因被冷铁激冷而凝固加快，从而达到同时凝固。 ②定向凝固原则：在铸件可能出现縮孔的厚大部位安放冒口，使铸件远离冒口的部位最先凝固，靠近冒口的部位后凝固，冒口本身最后凝固。第二章 ⑴ .试从石墨的存在和影响分析灰铸铁的力学性能和其他性能特征。答：石墨在灰铸铁中以片状形式存在，易引起应力集中。石墨数量越多，形态愈粗大、分布愈不均匀，对金属基体的割裂就愈严重。灰铸铁的抗拉强度低、塑性差，但有良好的吸震性、减摩性和低的缺口敏感性，且易于铸造和切削加工。石墨化不充分易产生白

口，铸铁硬、脆，难以切削加工；石墨化过分，则形成粗大的石墨，铸铁的力学性能降低。 ⑵.影响铸铁中石墨化过程的主要因素是什么？相同化学成分的铸铁件的力学性能是否相同？答：①主要因素：化学成分和冷却速度。 ②铸铁件的化学成分相同时铸铁的壁厚不同，其组织和性能也不同。在厚壁处冷却速度较慢，铸件易获得铁素体基体和粗大的石墨片，力学性能较差；而在薄壁处，冷却速度较快，铸件易获得硬而脆的白口组织或麻口组织。 ⑸.什么是孕育铸铁？它与普通灰铸铁有何区别？如何获得孕育铸铁？答：①经孕育处理后的灰铸铁称为孕育铸铁。 ②孕育铸铁的强度、硬度显著提高，冷却速度对其组织和性能的影响小，因此铸件上厚大截面的性能较均匀；但铸铁塑性、韧性仍然很低。 ③原理：先熔炼出相当于白口或麻口组织的低碳、硅含量的高温铁液，然后向铁液中冲入少量细状或粉末状的孕育剂，孕育剂在铁液中形成大量弥散的石墨结晶核心，使石墨化骤然增强，从而得到细化晶粒珠光体和分布均匀的细片状石墨组织。 ⑻.为什么普通灰铸铁热处理效果不如球墨铸铁好？普通灰铸铁常用的热处理方法有哪些？其目的是什么？答：①普通灰铸铁组织中粗大的石墨片对基体的破坏作用不能依靠热处理来消除或改进；而球墨铸铁的热处理可以改善其金属基体，以获得所需的组织和性能，故球墨铸铁性能好。 ②普通灰铸铁常用的热处理方法：时效处理，目的是消除内应力，防止加工后变形；软化退火，目的是消除白口、降低硬度、改善切削加工性能。

液态成形原理名词解释及简答题

一、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候）、体积凝固方式（动态凝固曲线之间的距离很大的时候）、中间凝固方式（介于中间情况的时候）、影响铸件凝固方式的因素有二：一是合金的化学成分，二是铸件断面上的温度梯度。热力学能障动力学能障：热力学能障是右被迫处于高自由能过度状态下的界面原子产生的他能直接影响系统自由能的大小，动力学能障是由于金属原子穿越界面过程引起的，他与驱动力的大小无关，而仅仅

成型技术基础·成型技术基础平时作业

《成型技术基础》作业班级__2017秋____ 姓名__尹佩仪_____ 一、判断题 1.缩松是铸件的气孔。（×） 2.自由锻是一种不用任何辅助工具的可以锻造任何形状的零件的锻造方法。（×） 3.铸造是指将液态合金浇注到具有与零件形状、尺寸相适应的铸型型腔中，待冷却凝固后获得毛坯或零件的生产方法。（√）4.铸件在冷却凝固过程中由于体积收缩得不到补充而在最后凝固部位形成的倒圆锥形孔洞称为缩孔。（√） 5.低碳钢的强度、硬度低，但具有良好的塑性、韧性及焊接性能。（√） 6.塑性是金属材料产生塑性变形而不被破坏的能力。（√） 7.可锻铸铁比灰铸铁的塑性好，因此可以进行锻压加工。（√） 8.随塑性变形程度的增大，金属强度和硬度上升而塑性和韧性下降的现象称为加工硬化。（√） 9.板料冲压是利用冲模使液态金属成型的加工方法。（×） 10.“同时凝固”这种工艺措施可以有效的防止应力、变形和缩孔缺陷。（×） 11.普通钢和优质钢是按其强度等级来区分的。（×） 12.金属的塑性变形主要通过位错的滑移进行。（√） 13.金属的晶粒越细小，其强度越高，但韧性变差。（×） 14.弹簧钢的最终热处理应是淬火+低温回火。（×） 15.奥氏体的塑性比铁素体的高。（√）

16.钢的含碳量越高，其焊接性能越好。（×） 17.锻造加热时过烧的锻件可用热处理来改正。（×） 18.给铸件设置冒口的目的是为了排出多余的铁水。（×） 19.薄板件的波浪形变形主要是焊缝局部应力较大而引起的。（√） 20.一般把金属的焊接分为熔化焊、压力焊和钎焊三大类。（√）二、问答题和分析题 1.在金属结晶过程中采用哪些措施可以使其晶粒细化？答：增加过冷度、变质处理、附加震动。 2.最常见的晶体结构有哪几种？下列金属各具有哪些晶体结构。 α-Feδ-Feγ-Fe 答：常见的晶体结构有，体心立方晶格、面心立方晶格、密排六防晶格。其中，α-Fe为体心立方晶格，δ-Fe为体心立方晶格，γ-Fe为面心立方晶格。 3.什么叫金属的同素异晶转变？室温下和1200°C的铁分别是什么晶格？答：金属在固态下由一种晶格类型转变为另一种晶格类型的变化称为金属的同素异晶转变；室温下和1200°C的铁分别是面心立方晶格的γ-Fe和体心立方晶格的α-Fe。 4.什么是液态合金的充型能力？影响充型能力的因素有哪些答：液态合金的充型能力是指液态合金充满铸型型腔，获得尺寸正确、形状完整、轮廓清晰的铸件的能力。影响充型能力的因素主要有合金的流动性、浇注温度、充型压力、铸型条件。 5.铸件缩孔形成的原因是什么？什么是顺序凝固原则？什么是同时凝固原则？各采取什么措施来实现？上述两种凝固原则各适用于哪种场合？答：（1）铸件缩孔形成的原因是液态金属填满铸型后，合金液逐渐冷却，铸件表面先冷却形成硬壳，里面的液态金属冷却收缩而形成凹陷，最后凝固成倒锥形缩孔。（2）顺序凝固原则就是使铸件按递增的温度梯度方向从一个部分到另一部分依次凝固。在铸件可能出现缩孔的热节处，通过增设冒口或冷铁等一系列工艺措

材料成型原理课后题答案

第三章： 8：实际金属液态合金结构与理想纯金属液态结构有何不同答：纯金属的液态结构是由原子集团、游离原子、空穴或裂纹组成的，是近程有序的。液态中存在着很大的能量起伏。而实际金属中存在大量的杂质原子，形成夹杂物，除了存在结构起伏和能量起伏外还存在浓度起伏。 12：简述液态金属的表面张力的实质及其影响因数。答：实质：表面张力是表面能的物理表现，是是由原子间的作用力及其在表面和内部间排列状态的差别引起的。影响因数：熔点、温度和溶质元素。 13：简述界面现象对液态成形过程的影响。答：表面张力会产生一个附加压力，当固液相互润湿时，附加压力有助于液体的充填。液态成形所用的铸型或涂料材料与液态合金应是不润湿的，使铸件的表面得以光洁。凝固后期，表面张力对铸件凝固过程的补索状况，及是否出现热裂缺陷有重大影响。 15：简述过冷度与液态金属凝固的关系。答：过冷度就是凝固的驱动力，过冷度越大，凝固的驱动力也越大；过冷度为零时，驱动力不存在。液态金属不会在没有过冷度的情况下凝固。 16：用动力学理论阐述液态金属完成凝固的过程。答：高能态的液态原子变成低能态的固态原子，必须越过高能态的界面，界面具有界面能。生核或晶粒的长大是液态原子不断地向固体晶粒堆积的过程，是固液界面不断向前推进的过程。只有液态金属中那些具有高能态的原子才能越过更高能态的界面成为固体中的原子，从而完成凝固过程。 17：简述异质形核与均质形核的区别。答：均质形核是依靠液态金属内部自身的结构自发形核，异质形核是依靠外来夹杂物所提供的异质界面非自发的形核。异质形核与固体杂质接触，减少了表面自由能的增加。异质形核形核功小，形核所需的结构起伏和能量起伏就小，形核容易，所需过冷度小。 18:什么条件下晶体以平面的方式生长什么条件下晶体以树枝晶方式生长答：①平面方式长大：固液界面前方的液体正温度梯度分布，固液界面前方的过冷区域及过冷度极小，晶体生长时凝固潜热析出的方向与晶体的生长方向相反。 ②树枝晶方式生长：固液界面前方的液体负温度梯度分布，固液界面前方的过冷区域较大，且距离固液界面越远过冷度越大，晶体生长时凝固潜热析出的方向与晶体生长的方向相同。 19：简述晶体的微观长大方式及长大速率。答：①连续生长机理--粗糙界面的生长：动力学过冷度小，生长速率快。②二维生长机理--光滑界面生长：过冷度影响大，生长速度慢。③从缺陷处生长机理--非完整界面生长：所需过冷度较大，生长速度位于以上二者之间。 20：为生么要研究液态金属凝固过程中的溶质再分配它受那些因素的影响答：液态金属在凝固过程中的各组元会按一定的规律分配，它决定着凝固组织的成分分布和组织结构，液态合金凝固过程中溶质的传输，使溶质在固液界面两侧的固相和液相中进行再分配。掌握凝固过程中的溶质再分配的规律，是控制晶体生长行为的重要因素，也是在生产实践中控制各种凝固偏析的基础。凝固过程中溶质的再分配是合金热力和动力学共同作用的结果，不同的凝固