第一章 铸造成形工艺理论基础(li)
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第一章铸造成形工艺理论基础
⑵ 浇注温度
主要影响液态收缩。浇注温度提高，液态收缩
增加。
⑶ 铸型条件
铸件的实际收缩率要小于合金的自由线收缩率。
第一章 铸造成形工艺理论基础
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材料成形工艺基础
几种铁碳合金的收缩率
合金 种类 碳素 铸钢 白口 铸铁
灰铸铁 5～8
1.08
球墨 铸铁
体收缩率/%
线收缩率/%
10~14
2.17
12~14
（1）热应力 概念：由于铸件壁厚不均匀以及散热条件的差异， 造成不同部位冷却速度不同，由此产生的铸造应力 称为热应力。
第一章 铸造成形工艺理论基础
35
材料成形工艺基础
形成过程 分布规律：铸件厚壁部分或心部存在拉应力，受拉应力的 部位变形时趋于缩短向内凹；薄壁部分或表面存在压应力， 受压应力的部位变形时趋于伸长向外凸。
第一章 铸造成形工艺理论基础
13
材料成形工艺基础
标 准 螺 旋 线 试 样
1－浇注系统；2－试样；3－出气口 ；4－试样凸台
第一章 铸造成形工艺理论基础
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材料成形工艺基础
合金的化学成分 及结晶特点对流动 性的影响
第一章 铸造成形工艺理论基础
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材料成形工艺基础
逐层凝固
中间凝固
糊状凝固
第一章 铸造成形工艺理论基础
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材料成形工艺基础
液态金属在结晶状态下的 流动示意图
a)纯金属
b）结晶温度范围宽的合金
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第一章 铸造成形工艺理论基础
材料成形工艺基础
2.浇注条件
1）浇注温度
浇注温度越高，流动性越好，充型能力越强。 但浇注温度不能过高，否则合金的吸气、氧化 现象严重，易产生气孔、夹渣等缺陷。
铸造成形工艺理论基础
第一篇金属的铸造成形工艺第一章铸造成形工艺理论基础§1-1 概述金属液态成形工艺——铸造、液态冲压、液态模锻等铸造（最广泛）——将液态合金浇注到与零件的形状、尺寸相适应的铸型空腔中，使其冷却凝固，得到毛坯或零件的成形工艺（生产方法）。
一、特点1．能制成形状复杂、特别是具有复杂内腔的毛坯：如：阀体、泵体、叶轮、螺旋浆等2．铸件的大小几乎不受限制，重量从几克到几百吨3．常用的原材料来源广泛，价格低廉，成本较低，其应用及其广泛（如：机床、内燃机中铸件70~80%，农业机械40~70%）但铸造生产过程较复杂，废品率一般较高，易出现浇不足，缩孔，夹渣、气孔、裂纹等缺陷。
二、分类铸造砂型铸造——90%以上，成本低特种铸造——熔模、金属型、压力、低压、离心质量、生产率高，成本也高§1-2 铸造的工艺性能工艺性能——符合某种生产工艺要求所需要的性能铸造性能——合金的流动性、收缩性、吸气性、偏析等一、合金的流动性1．概念指液态合金本身的流动能力，它是合金主要的铸造性能，流动性愈强，愈便于浇铸出轮廓清晰、薄而复杂的铸件。
同时，有利于非金属夹杂物和气体的上浮与排除，还有利于对合金冷凝过程所产生的收缩进行补缩。
流动性不好——浇不足、冷隔[注]：流动性的测定——“螺旋形试样”（图1-1）流动性愈好，浇出的试样愈长灰铸铁、硅黄铜最好，铝合金次之，铸钢最差2．影响合金流动性的因素①化学成分共晶成分合金的结晶是在恒温下进行的，此时，液态合金从表层逐层向中心凝固，由于已结晶的固体层内表面比较光滑（图1-3a）对金属液的阻力较小。
同时，共晶成分合金的凝固温度最低（铁碳合金状态图）。
相对说来，合金的过热度（浇注温度与合金熔点之温差）大，推迟了合金的凝固，故共晶成分合金的流动性最好。
除纯金属外，其它成分合金是在一定温度范围的逐步凝固，即经过液、固并存的两相区。
此时，结晶是在截面上的一定宽度的凝固区内同时进行的，由于初生的“树枝状”晶体，使已结晶固体层的表面粗糙（图1-3b）所以，合金的流动性变差。
第一章铸造工艺基础
1-3铸造内应力、变形和裂纹
• 铸造内应力：铸件的固态收缩受到阻碍而引起的内应力。 • 残余内应力：一直保持到室温的铸造内应力 • 临时内应力：在冷却过程中暂存的铸造内应力 • 铸造内应力是铸件产生变形和裂纹的基本原因 • 按内应力产生原因不同分为热应力和机械应力 一、铸造内应力的形成 • 介绍热应力和机械应力的产生 1.热应力： • 1）定义：由于铸件的壁厚不均，各部分冷却速度不同，各部分收缩 不一致引起的内应力。 • 2）金属应力状态改变：（金属自高温至室温） • 金属在再结晶温度以上处于塑性状态，在再结晶温度以下处于弹性状 态，再结晶温度是分界点 • 塑性状态降温 弹性状态 • 弹性状态升温 塑性状态
流动性
二、浇注条件 • 1.浇注温度: “决定性”影响 浇温升高充型能力越强 • 实践中可利用此规律对薄壁铸件或流动性较差的合金可适当提高浇温, 提高充型能力 • 浇温也不宜过高,否则易产生缩孔、缩松等缺陷 • 2.充型压力 • 合金受压越大充型能力越强 三、铸型填充条件 • 1.铸型材料: • 铸型导热系数和比热容升高,合金充型能力下降 • 2.铸型温度: • 铸型温度升高减缓冷却速度,充型能力升高 • 3.铸型中气体: • 铸型中气体阻碍液体合金的充型,应减少之.
三、铸件的裂纹与防止 • 铸造内应力超过材料强度极限时产生裂纹 1.热裂 • （1）定义：在高温下形成的裂纹 • （2）形状特征：缝隙宽、形状曲折、缝内呈氧化色 • （3）形成原因：合金完全凝固前固态收缩已开始，晶粒间存在液体， 强度、塑性低 • （4）分布：一般分布在应力集中部位 • （5）主要影响因素：合金性质、铸型阻力 • （6）防止方法①使铸件结构合理②改善铸型和型芯的退让性③减少 浇、冒口对铸件收缩的机械阻碍④内浇口设置符合同时凝固原则⑤减 少合金中有害杂质含量。 2.冷裂 • （1）含义:在低温下形成的裂纹 • （2）形状特征：裂纹细小，呈连续直线状，缝内呈轻微氧化色 • （3）分布：常出现在形状复杂工件的受拉伸部分
铸造第一章铸造工艺基础
正确地估计缩孔、缩松可能发生的部位 正确地估计缩孔、缩松可能发生的部位 缩孔 方法: 方法: 凝固等温线法或内切圆法
等温线法
内切圆法
2. 缩孔与缩松的防止 a . 对于壁厚不匀的铸件，采用顺序凝固控制凝固次序， 对于壁厚不匀的铸件，采用顺序凝固控制凝固次序， 让薄部先凝固，厚部后凝固；在铸件最后凝固的部位， 让薄部先凝固，厚部后凝固；在铸件最后凝固的部位，设 置冒口，把缩孔引入冒口中，最后割去冒口。 置冒口，把缩孔引入冒口中，最后割去冒口。 b .在热节处放置冷铁。 .在热节处放置冷铁 在热节处放置冷铁。
三. 铸件中的缩孔与缩松 1.缩孔与缩松的形成 体积收缩导致。 1.缩孔与缩松的形成: 体积收缩导致。 缩孔与缩松的形成: (1). 缩孔：集中性。位于上部，呈倒锥形，内表面粗糙。 缩孔：集中性。位于上部，呈倒锥形，内表面粗糙。
缩孔形成过程示意图
(2). 缩松： 缩松： 分散性。为细小缩孔， 分散性。为细小缩孔， 位于铸件壁的轴线区域。 位于铸件壁的轴线区域。 缩孔和缩松的危害: 缩孔和缩松的危害: 将减小铸件有效承载面积，降低力学性能。缩松导致铸件渗漏。 将减小铸件有效承载面积，降低力学性能。缩松导致铸件渗漏。
二. 铸件的裂纹与防止 1. 裂纹的产生：内应力超过强度极限。 裂纹的产生：内应力超过强度极限。 热裂——在铸件凝固后的高温状态下形成 热裂——在铸件凝固后的高温状态下形成。 在铸件凝固后的高温状态下形成。 冷裂——较低温度下形成 冷裂——较低温度下形成。 较低温度下形成。 热 冷
裂
裂
轮形铸件的冷裂纹
表2-1（部分） 砂型铸件的最小允许壁厚 部分） 砂型铸件的最小允许壁厚
mm 3~4 4~5
铸件轮廓尺寸 <200 ≥200~400 ≥200~400
第一章 铸造成型工艺理论基础
① 热应力。热应力是由于铸件各部分冷却速度不同， 以致在同一时间内铸件各部分收缩不一致，导致相互约束 引起的内应力。
为了分析热应力的形成过程，首先应了解固态金属自 高温冷却到室温时力学状态的变化。固态金属在再结晶温
度（钢和铸铁为620~650℃）以上时，处于塑性状态，此
时在极小的应力作用下，便可发生塑性变形（即永久变
（2）缩孔与缩松的防止 ② 缩松的防止。缩松是细小分散的缩孔，它对铸件承 载能力的影响比集中缩孔要小，但它影响铸件的气密性，
使铸件渗漏。因此对气密性要求高的油缸、阀体等承压铸
件，必须采取措施来防止缩松。目前生产中多采用在热节
处安放冷铁，加大铸件的冷却速度；或加大结晶压力，以
破碎枝晶，减少金属液的流动阻力，从而达到部分防止缩
一、合金的充型
液态合金填充铸型的过程简称为充型。合金的充型能 力，是指液态合金充满铸型，获得轮廓清晰、形状准确的 铸件的能力。若液态合金的充型能力不足，铸件将产生浇 不到、冷隔等缺陷。影响充型能力的因素很多，其中主要 的是合金的流动性、浇注条件和铸型的充型条件。
1、合金的流动性
合金的流动性是指合金本身在液态下的流动能力，流 动性好，易获得轮廓清晰的薄壁复杂铸件。反之产生浇不 到、冷隔等缺陷。影响合金流动性其中的一个主要因素是 合
教学内容：该课程包括了除机械切削加工工艺以外的所有工 程材料的成形工艺，内容十分丰富，但由于学时有限，结合 我们的就业方向，讲授以铸、锻、焊和塑料成形为主，适当 兼顾别的内容。 教学目的：通过学习使学生能根据零件的使用性能和批 量大小正确的选择工程材料和正确的选择成形工艺、 通过借助设计资料能够进行成形工艺设计。 教学时数：40学时（理论36学时、实验4学时） 考核方式：闭卷 所用教材：材料成型工艺基础（华中科技大学出版社） 参考书目：材料成型基础、材料成型工艺、材料成型工 艺基础、冲压工艺学、塑料成形模具等等。
第一章铸造成形工艺理论基础
在人类使用材料之初，通过将天然材料石头、陶土 打制成石器和烧制成陶器，就诞生了最原始的材料 成形工艺。
随着人们对金属材料(青铜、钢铁等)的使用，相应 地产生了铸造、锻造、焊接等金属成形加工技术。
20世纪以后，随着塑料和先进陶瓷材料的出现，这 些非金属材料的成形工艺得到了迅速发展；
在跨人21世纪后的今天，已进入了各种人工设计、 人工合成的新型材料层出不穷的新时代，各种与之 相应的先进的成形工艺也在不断涌现并大显身手。
第一章铸造成形工艺理 论基础
2020/12/1
第一章铸造成形工艺理论基础
在现代机械产品的制造过程中，一般是应用材料成 形的方法将材料制成毛坯，再经过机械加工方法制 成所需的零件。
材料成形工艺是指用于把材料从原材料的形态通 过加工而转变为具有所要求的形状及尺寸的毛坯
或成品的所有加工方法或手段的总称。
先进的技术装备等等。
我国成功地进行了耗用钢水达490t的轧钢机机架和 长江三峡电站巨型水轮机的巨型铸件的铸造，锻造 了196t汽轮机转子；
采用铸一焊组合方法制造了12000t水压机的立柱 （高18m）、底座和横梁等大型零、部件；
我国已成功地生产出了用于锻造大型锻件的12000t 水压机；
解决了30万吨级远洋油轮船体的焊接技术；
第一章铸造成形工艺理论基础
20世纪中期以后，随着计算机、微电子、信息和 自动化技术的迅速融入，在涌现出一大批新型的 成形技术的同时，材料成形加工生产已开始向着 优质化、精密化、绿色化和柔性化的方向发展。
第一章铸造成形工艺理论基础
我国材料成形技术的发展历史
我国的材料成形技术具有悠久的历史 明朝大科学家宋应星编著的《天工开物》一书中，
➢工艺过程----将原料或半成品加工成产品的 过程。
随着人们对金属材料(青铜、钢铁等)的使用，相应 地产生了铸造、锻造、焊接等金属成形加工技术。
20世纪以后，随着塑料和先进陶瓷材料的出现，这 些非金属材料的成形工艺得到了迅速发展；
在跨人21世纪后的今天，已进入了各种人工设计、 人工合成的新型材料层出不穷的新时代，各种与之 相应的先进的成形工艺也在不断涌现并大显身手。
第一章铸造成形工艺理 论基础
2020/12/1
第一章铸造成形工艺理论基础
在现代机械产品的制造过程中，一般是应用材料成 形的方法将材料制成毛坯，再经过机械加工方法制 成所需的零件。
材料成形工艺是指用于把材料从原材料的形态通 过加工而转变为具有所要求的形状及尺寸的毛坯
或成品的所有加工方法或手段的总称。
先进的技术装备等等。
我国成功地进行了耗用钢水达490t的轧钢机机架和 长江三峡电站巨型水轮机的巨型铸件的铸造，锻造 了196t汽轮机转子；
采用铸一焊组合方法制造了12000t水压机的立柱 （高18m）、底座和横梁等大型零、部件；
我国已成功地生产出了用于锻造大型锻件的12000t 水压机；
解决了30万吨级远洋油轮船体的焊接技术；
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20世纪中期以后，随着计算机、微电子、信息和 自动化技术的迅速融入，在涌现出一大批新型的 成形技术的同时，材料成形加工生产已开始向着 优质化、精密化、绿色化和柔性化的方向发展。
第一章铸造成形工艺理论基础
我国材料成形技术的发展历史
我国的材料成形技术具有悠久的历史 明朝大科学家宋应星编著的《天工开物》一书中，
➢工艺过程----将原料或半成品加工成产品的 过程。
金属工艺学作业
金属工艺学作业本姓名: 姚喜林班级： 09级机械设计制造及其自动化6班 学号： 20091399第一章 铸造成形工艺理论基础1．述铸造成形的实质及优缺点。
铸造是一种将液态金属浇入铸型型腔，冷凝后获得毛坯或零件的成形工艺。
铸造成形工艺的优点是：（1）适合制造形状复杂，特别是内腔形状复杂的铸件。
（2）铸件的大小几乎不受限制。
（3）可使用的材料范围广，凡能熔化成液态的金属材料几乎均可用于铸造。
铸造成型工艺的缺点是：（1）组织性能差，铸件晶粒粗大，不均匀，力学性能差，制造工序繁多，易于产生铸造缺陷。
（2）工作条件差，劳动强度高。
3．何谓同时凝固原则和定向凝固原则？试对图1所示阶梯型试块铸件设计浇注系统和冒口及冷铁，使其实现定向凝固。
同时凝固原则是指使型腔内各部分金属液温差很小，同时进行凝固的原则；定向凝固原则是在熔模铸造型壳中建立特定方向的温度梯度，使熔融合金沿着与热流方向相反的方向按照要求的结晶取向凝固的一种铸造工艺。
第二章 常用铸造合金及其熔炼1、某铸件壁厚有5mm,20mm,52mm三种，要求铸件各处的抗拉强度都能达到150MPa,若选150牌号的灰铸铁为材质，能否满足要求？不能；查表《灰铸铁的抗拉强度，特性及应用举例》可知：壁厚为5mm对应的材质为牌号HT150的铸件壁厚范围为2.5~10mm，相对应的抗拉强度为不小于175MPa，与应用抗拉强度范围0~150MPa无交集，故能满足性能要求。
壁厚为20mm对应的材质为牌号HT150的铸件壁厚范围为20~30mm，相对应的抗拉强度为不小于130MPa，与应用抗拉强度范围0~150MPa有交集，故不能满足性能要求。
壁厚为52mm对应的材质为牌号HT150的铸件壁厚范围为30~50mm，相对应的抗拉强度为不小于120MPa，与应用抗拉强度范围0~150MPa有交集，故不能满足性能要求。
综上所诉要求铸件各处的抗拉强度都能达到150MPa，选取HT150牌号的灰铸铁不能满足性能要求。
铸造成形工艺理论基础共38页
铸造成形工艺理论基础
51、山气日夕佳，飞鸟相与还。 52、木欣欣以向荣，泉涓涓而始流。
53、富贵非吾愿，帝乡不可期。 54、雄发指危冠，猛气冲长缨。 55、土地平旷，屋舍俨然，有良田美 池桑竹 之属， 阡陌交 通，鸡 犬相闻 。
61、奢侈是舒适的，否则就不是奢侈 。——CocoCha nel 62、少而好学，如日出之阳；壮而好学 ，如日 中之光 ；志而 好学， 如炳烛 之光。 ——刘 向 63、三军可夺帅也，匹夫不可夺志也。 ——孔 丘 64、人生就是学校。在那里，与其说好 的教师 是幸福 ，不如 说好的 教师是 不幸。 ——海 贝尔 65、接受挑战，就可以享受胜利的喜悦 。——杰纳勒 尔·乔治·S·巴顿
谢谢！
51、山气日夕佳，飞鸟相与还。 52、木欣欣以向荣，泉涓涓而始流。
53、富贵非吾愿，帝乡不可期。 54、雄发指危冠，猛气冲长缨。 55、土地平旷，屋舍俨然，有良田美 池桑竹 之属， 阡陌交 通，鸡 犬相闻 。
61、奢侈是舒适的，否则就不是奢侈 。——CocoCha nel 62、少而好学，如日出之阳；壮而好学 ，如日 中之光 ；志而 好学， 如炳烛 之光。 ——刘 向 63、三军可夺帅也，匹夫不可夺志也。 ——孔 丘 64、人生就是学校。在那里，与其说好 的教师 是幸福 ，不如 说好的 教师是 不幸。 ——海 贝尔 65、接受挑战，就可以享受胜利的喜悦 。——杰纳勒 尔·乔治·S·巴顿
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螺 旋 形 流 动 性 试 样
图1-1 螺旋型试样
在相同的浇注 工艺条件下， 将金属液浇入 铸型中，测出 其实际螺旋线 长度。浇出的 试样愈长，合 金的流动性愈 好！
砂型sand mould铸造工艺流程图
型砂molding sand配制造型砂型干燥 工装准备炉料准备合金冶炼 芯砂core sand配制造芯core making型芯干燥
合型浇注凝固冷却
落砂shakeout 清理cleaning 铸件检验入库
工艺三大块：冶炼，造型（芯）和浇注
历
史
永乐大钟
• 铜钟通高6.75米，钟 壁厚度不等，最厚处 185毫米，最薄处94毫 米，重w约46吨。钟体 内外遍铸经文，共 22.7万字。铜钟合金 成分为：铜80.54％、 锡16.40％、铝1.12％， 为泥范铸造。
历
史
铁 器 时 代 （ I ro n A g e ）
中国古代铁器中带有球状石墨的金相组织 湖南长沙砂子塘战国凹形铁锄
计算 数学
陶瓷 学
化 学
材料科学与材料工程的差异
材料科学和材料工程是一个整体，不可分割；它们
之间的差异主要表现在学科的侧重点不同。
材料科学侧重于发现和揭示四个要素之间的关系，
提出新概念、新理论。
材料工程侧重于寻求新手段实现新材料的设计思想
并使之投入应用，二者相辅相成。
尼龙纤维的研制：
第二节 合金的铸造性能
• 合金的铸造性能是指在铸造过程中获得尺寸精 确、结构完整的铸件的能力。 • 主要包括合金的流动性、收缩性、吸气性及其 成分偏析倾向性等性能。 一、合金的充型 液态合金填充铸型的过程简称充型； 液态金属充满铸型，获得尺寸精确、轮廓清晰 的铸件的能力，简称充型能力。
在液态合金充型过程中，一般伴随结晶现象， 若充型能力不足时，在型腔被填满之前，形成的晶 粒将充型的通道堵塞，金属液被迫停止流动，于是 铸件将产生浇不足或冷隔等缺陷。浇不足使铸件未 能获得完整的形状；冷隔时，铸件虽可获得完整的 外形，但因存有未完全熔合的垂直接缝，铸件的力 学性能严重受损。 充型能力首先取决于金属液本身的流动能力， 同时又受铸型性质、浇注条件及铸件结构等因素的 影响。 影响充型能力的因素有：合金的流动性、合金 的收缩性、合金的吸气性等。
夏钺
戈
青铜文化
商代青铜bronze 文化
仰韶文化的后期，即大约在公元前3500年以后的一个时 期，我们的祖先已经知道了铜，并且已会制造简单的小 件铜器。现已知道的最早的青铜器物，是1975年在甘肃 东乡县林家的甘肃仰韶文化马家窑类型遗址中出土的一 件公元前3000年左右青铜刀。 到了商代，青铜器冶铸工艺高度发展，商代晚期即殷墟 时期，已经出现特别巨大或精细的器物，技术水平和艺 术水平都很高。西周晚期，事实上是青铜器走向衰落的 时期。
•
•
金属型铸造 铸型材料从石和泥、砂改用金属，从 一次型经多次型又改进成为耐用性更高的所谓“永久” 型（金属型），在铸造技术的历史发展上具有重要的意 义。1953年河北兴隆铁范的发现，证明我国早在战国时 期已经用白口铁的金属型浇注生铁铸件。这批铁范包括 锄、镰、斧、凿、车具等类共87件，大部完整配套。其 中，镰和凿是一范两件，锄和斧还采用了金属芯。它们 的结构十分紧凑，颇具特色。范的形状和铸件相吻合， 使壁厚均匀，利于散热：范壁带有把手，以便握持，又 能增加范的刚度。可以说是创造了一种中国风格的金属 型，并且在那个时候已经大体定型了。近年来，在河南 南阳、郑州、镇平和河北满城、山东莱芜等地又陆续出 土汉代铁范许多件，品种比战国时期显著增多，型式却 基本相同。河南泥池汉魏铁器窖藏中还有铸造成形铁板 和矢镞的铁范以及长达半米的大型铁犁范。
4,500 BC——1,000 BC 青铜时代（Bronze Age）
• 从矿石中提炼铜——冶金 业的黎明
这张埃及古墓壁画是 人类冶金业的最早纪录之一
历
史
青铜：第一种合金
• 青铜，古称金或吉金，是红 铜与其它化学元素（锡、镍、 铅、磷等）的合金。 • 史学上所称的“青铜时代” 是指大量使用青铜工具及青 铜礼器的时期。保守的估计， 这一时期主要从夏商周直至 秦汉，时间跨度约为两千年 左右，这也是青铜器从发展、 成熟乃至鼎盛的辉煌期。 • 到春秋战国时期，齐国工匠 总结科技经验写成的《考工 记》一书中，提出了「金有 六齊」，這是世界科技史上 最早的冶铜经验总结。
材料 工程
物理化学家发现聚 酯能够冷拉丝成形
材料 工程
材料 工程
利用X射线发现拉 伸纤维强度源于高 分子链的高度取向
材料 科学
材料 科学
材料工程所涉Байду номын сангаас的三大制备技术
根据所需材料的性能、结构要求，进行材料的提纯净
化、原料(成分)配制和合成或合金化的过程．是材料制备 工程的首要环节。
熔融凝固制备技术
（1）充满型腔； （2）形成符合要求的优质铸 件。
这个定义突出地表明了流动性对金 属液态成型工艺的重要性。如果流 动性不好，就不能充满型腔，就不 能形成符合要求的优质铸件。也说 明不同的合金具有不同的流动性特 点。在进行铸件设计和铸造工艺制 定时，必须考虑合金流动性。那么， 我们怎样衡量合金的流动性呢？
现代铸造
• 我国已成功地生产出了世界上最大的 轧钢机机架铸钢件（重410t）和长江 三峡电站巨型水轮机的特大型铸件 • 大飞机、航空母舰。
第一篇 金属的铸 造成形工艺
第一章 铸造成形工艺理 论基础
第一节 铸造成形工艺的特点和分类
定义：所谓金属液态成型，即铸造，casting， 是将液态金属借助外力充填到型腔中，使其 凝固冷却而获得所需形状和尺寸的毛坯或零 件的工艺。
•
•
• 二、铸件成形工艺分类 按照形成铸件的铸型分可分为： • 砂型铸造、金属型铸造、熔模铸造、壳型铸造、 陶瓷型铸造、消失模铸造、磁型铸造等。 铸件的生产工艺方法按充型条件的不同，可 分为： • 重力铸造、压力铸造、离心铸造等。 • 传统上，将有别于砂型铸造工艺的其他铸造方 法统称为“特种铸造”。 • 砂型铸造应用最为广泛，世界各国用砂型铸造 生产的铸件占铸件总产量的90％以上。砂型铸 造可分为手工造型和机器造型两种，其工艺流 程如图1所示。
• 铸件的质量(品质)直接影响到机械产品的质量 (品质)。提高铸造生产工艺水平是机械产品更 新换代、新产品的开发的重要保证，是机械工 业调整产品结构、提高生产质量(品质)和经济 效益、改变行业面貌的关键之一。 在材料成形工艺发展过程中，铸造是历史上最 悠久的一种工艺，在我国已有6000多年历史了， 目前我国铸件年产量已超过1000万t。由于历史 原因，长期以来，我国的铸造生产处于较落后 状态。与当前世界工业化国家先进水平相比， 我国的铸造生产的差距不是表现在规模和产量 上，而是集中在质量和效率上。国内外铸造生 产技术水平的比较见表1。
材料成形工艺基础
Fundamental of Materials Forming 主编 华中科技大学 沈其文 主讲 制造教研室 李春燕 学时 32
材料科学与工程的四大要素
组织 结 构
合 成 加 工
材料科学 与工程
性 能
使用 效 能
材料科学与工程的多学科化
冶金 学 物理 学
生物 学
材料科学 与工程
青铜文化
虎食人卣
四羊方尊
青铜文化
二里冈出土饕(tie)餮乳钉纹方鼎
大禾人面方鼎
青铜文化
饕餮纹鼎
司母辛方鼎
青铜文化
商代青铜文化
司母戊鼎，1939年安阳 武官村出土，高133厘米， 重833千克，是中国目前 发现最重的青铜器。 据估计，铸造这样大型 青铜器，需300多人同时 工作。
司 母 戊 鼎
注意2个过程： （1）充填型腔； （2）凝固冷却
实质：液态金属（或合金）充填铸型型腔并在其中
凝固和冷却。
砂型铸造概略图
一、铸造工艺特点
• • （1）适应性广。适应铸铁，碳钢，有色金属等材料；铸件大小，形 状和重量几乎不受限制；壁厚1mm到1m ，质量零点几克到数百吨（三 峡的水轮机叶轮重达430T）。 （2）可复杂成形。适合形状复杂，尤其是有复杂内腔的毛坯或零件。 （3）成本较低。可直接利用成本低廉的废机件和切屑，设备费用较 低；在金属切削机床中，铸件占机床总重量75%以上，而生产成本仅 占15-30% （4）但也存在一些不足，如组织缺陷，力学性能偏低，质量不稳定， 工作环境较差。因此，铸件多数做为毛坯用。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.（发展了铸锻联合工艺） 污染环境。铸造生产会产生粉尘、有害气体和噪声对环境的污染，比 起其他机械制造工艺来更为严重，需要采取措施进行控制。（特种铸 造工艺）
青铜文化
司母辛觥(gong)
豕(shi)尊
历
史
湖北江陵楚墓出土越王勾践宝剑
历
史
三星堆
• 立人像铸于商代晚期，人像 高172厘米，底座高90厘米， 通高262厘米，是世界上最 大的青铜立人像，被尊称为 “世界铜像之王”。 • 突目面具铸于商代晚期，原 件高64.5厘米，宽138厘米， 眼球柱状外突长达13.5厘米， 其造型在世界上亦属首见。
历
史
材料与人类文明
• 人类的文明进程是 依据什么而划分的？
材料应用的发展是人类发 展的里程碑： ——石器时代、 铜器时代、铁 器时代……。 ——发展得越 来越快。
中国古代三大铸造技术
• 在我国古代金属加工工艺中，铸造占着突出的地位， 具有广泛的社会影响，像“模范”、“陶冶”、“熔 铸”、“就范”等习语，就是沿用了铸造业的术语。劳 动人民通过世代相传的长期生产实践，创造了具有我国 民族特色的传统铸造工艺。其中特别是泥范、铁范和熔 模铸造最重要，称古代三大铸造技术。 泥范铸造 我国自新石器晚期，就进入铜石并用时 代。河北唐山等地出土的早期铜器，有锻打成形的，也 有熔铸成形的，说明范铸技术在我国源远流长，很早就 发展起来。 熔模铸造 传统的熔模铸造一般称失蜡、出蜡或捏 蜡、拨蜡。它和用来制造汽轮机叶片、铣刀等精密铸件 的现代熔模铸造，无论在所用蜡料、制模、造型材料、 工艺方法等方面，都有很大不同。但是，它们的工艺原 理是一致的，并且现代的熔模铸造是从传统的熔模铸造 发展而来的。