热加工基础绪论

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铸件的凝固方式
T
α
β
A
a b c
B
1、逐层凝固 纯金属或共晶成分合金凝固过程中不存在液、固并 存现象，其断面上固相和液相由一条界线清楚地分开，液固界限清 楚分开，称为逐层凝固。常见合金如灰铸铁、低碳钢、工业纯铜、 工业纯铝、共晶铝硅合金及某些黄铜都属于逐层凝固的合金。
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铸件的凝固方式
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1）金属流动性
流动性定义： 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。 流动性不好：不能充满型腔，不能形成符合要求的优 质铸件。
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。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，
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液态合金的凝固及影响
影响铸件凝固方式的主要因素：
（1）合金的结晶温度范围 合金的结晶温度范围愈小， 凝固区域愈窄，愈倾向于逐层凝固 。如两条相线之间 的距离很大，则趋于糊状凝固；如两条相线间距离较小， 则趋于中间凝固方式。
（ 2 ）铸件的温度梯度 在合金结晶温度范围已定的前 提下，凝固区域的宽窄取决与铸件内外层之间的温度差。 增大温度梯度，可以使合金的凝固方式向逐层凝固转化； 反之，铸件的凝固方式向糊状凝固转化。
司（后）母戊鼎： 1939 年安阳出土， 高 133 厘米、口长 110 厘米、口宽 78 厘 米、重832.84千克
四羊方尊：1938年出土于湖南宁乡 县，高：58.6厘米 重：34.6千克
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越王勾践宝剑：1965年湖北江陵楚墓出土，剑通高55.7厘米， 宽4.6厘米，柄长8.4厘米，重875克。
60～80
50～70
农业机械
汽车
40～70
20～30
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2.2 铸造成形技术过程理论基础
主要内容
1
铸件的凝固
2
液态金属的充型能力 铸件.1 铸件的凝固
液态金属的结构
特 点 ： 易 流 动 性 、 无 定 形
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2.2.1铸件的凝固
1300 1300
螺旋线长度/mm
1800 1300
w(C+Si)=5.2%
w(C+Si)=4.2% 铸钢：w(C)=0.4% 铝硅合金 镁合金（Mg-Al-Zn）
1300
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• 2、注重与以前所学课程的配合、交叉和衔接
–把握材料使用特性与成形技术、材料成分/组织、性 能的关系，将本课程与机械工程材料、机械制造技术 基础、金工实习等课程的融合、交叉和衔接，系统的 掌握材料及其成形方法的选择。
使用特性
性能 成形技术
成分/组织
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• 3、在学习过程中应注意密切联系生产实际。
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曾侯乙编钟 1978年，湖北省随州市出土，由铜、锡、铝合金构 成，全套编钟由 19个钮钟、45个甬钟，外加楚惠王送的一件大 傅钟共65 件组成，其音域跨五个半八度，十二个半音齐备。编 钟上装饰有人、兽、龙等花纹，铸制精美，花纹细致清晰，并 刻有错金铭文。
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铁器时代：钢铁的铸造、锻造、焊接
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3.1
零件技术要求 造型
概 述
原材料 熔化 控制调整成分 浇注 凝固 出模
其主要工序如下图所示：
清理、检验等
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铸造成形的优缺点
铸造的主要优点：投资小、生产周期短、技术过程灵 活性大、能制造形状复杂的零件。 铸造的缺点： 铸件内部组织疏松、晶粒粗大，易产 生缩孔、缩松、气孔等缺陷；铸件外部易产生粘砂、 夹砂、砂眼等。由此，与同样材料的锻件相比，铸件 的力学性能低，特别是冲击韧性。又由于铸造工序多 ，难以精确控制，使铸件品质不够稳定。
专业学生必修的一门技术基础课。
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四、本课程的任务和要求
• 本课程的任务是：使学生比较全面系统的 获得金属和非金属零件及其毛坯成形过程、 原理及特点等方面的专业知识，具体包括 机械制造中铸造、锻压、粉末成形、复合 材料、焊接、塑料、橡胶、陶瓷以及有关 模具设计、加工、制造等内容。
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–本课程是一门实践性很强的课程，因此在学习中要 坚决摒弃那种“重理论、轻实践”的错误观念，既不 要因为课程中没有太多深奥的理论和公式而轻视它， 也不要由于自身缺乏足够的工程实践经验而对其产生 畏难心理。 –本课程中所学的知识在以后的专业课程学习、课程 设计和毕业设计中都会一再用到，应充分利用这些机 会来对其反复练习，扎实掌握，巩固提高，真正做到 以用促学，学以致用。
（公元前1400年-至今）
湖南长沙砂子塘战国凹形铁锄
中国古代铁器中带有球状石墨的金相组织
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近、现代：
塑料制品
陶瓷制品（功 能陶瓷）
橡胶制品
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二、材料成形在国民经济中的地位
• 统计资料显示，在我国，近年来制造业占国民 生产总值GDP的比例已超过35%。制造业已成为 我国国民经济的支柱产业。
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习题
1、铸造的定义及其优缺点？
2、铸件的凝固方式的分哪几类？其 主要影响因素有哪些？
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2.2.2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，称为液态金属充填铸 型的能力，简称液态金属的充型能力。
液态金属的充型能力主要取决于金属自身 的流动能力，还受外部条件，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。
• 作为制造业的一项基础的和主要的生产技术， 材料成形在国民经济中占有十分重要的地位， 并且在一定程度上代表着一个国家的工业和科 技发展水平。
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• 据统计：
–占全世界总产量将近一半的钢材是通过焊接制成构 件或产品后投入使用的； –在机床和通用机械中铸件质量占70-80%； –农业机械中铸件质量占40-70%； –汽车中铸件质量占约20%，锻压件质量约占70%； –飞机上的锻压件质量约占85%。 –发电设备中的主要零件如主轴、叶轮、转子等均为 锻件制成； –家用电器和通信产品中60-80%的零部件是冲压件和 塑料成形件。
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五、本课程的学习方法
• 本课程的特点是融多种工艺方法为一 体，以叙述性内容为主，涉及面广、 信息量大，实践性强，因而在学习方 法上应当进行适当的调整，以求获得 良好的学习效果。
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• 1、本课程是一门体系较为庞杂、知识点多而分 散的课程，因此在学习中要注意抓好课程的主 线。 –对于每一类材料成形工艺而言，其内容基本 上都是围绕着“工艺原理一成形方法及应 用—成形工艺设计—工件的结构工艺性”这 样一条主线而展开的。按照主线对知识点进 行归纳整理，将有利于在学习中保持清晰的 思路，有利于对本课程内容的总体把握。
一、材料加工的基本要素和流程
• 形态学体系最早是由丹麦工业大学著名教授
Leo Alting提出的，它通过对于纷纭复杂的 各种成形过程所共有的三个基本要素(材料、 能量、信息)的变化与作用综合论述各种加 工方法，并对其进行横向分析。
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材料成形的三大流程： 1.物质流程 加工过程中原材料变 为制品的物质形态变动过程 2.能量流程 加工过程汇中各种能量的 输入、消耗、和转化过程 3.信息流程 加工过程中各类信息发生 作用的过程，可分为形状信息 流、性能信息流
必须考虑合金流动性。那么，我们怎样衡量合金的流 动性呢？
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液态流动性的表征
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！
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常用合金的流动性
合金
铸铁：w(C+Si)=6.2% w(C+Si)=5.9% 砂型
铸型
浇注温度/℃
• 学生在学完本课程之后，应达到以下基本要求：
–（1）掌握各种热加工方法的基本原理、工艺特点和
应用场合，了解各种常用的成形设备的结构和用途，
具有进行材料热加工工艺分析和合理选择毛坯（或零
件）成形方法的初步能力。
–（2）具有综合运用工艺知识，分析零件结构工艺性
的初步能力。 –（3）了解与材料成形技术有关的新材料、新工艺及 其发展趋势。
材料的液态成形（铸造）、固态成形 （锻压、焊接、粉末冶金等）、塑料、 橡胶、陶瓷成形的一些基础知识。
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一、材料成形的发展历史
旧石器时代: 打制石器 （公元前250万-前1万年）
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新石器时代：陶器的烧制（公元前1万年-前4000年）
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青铜器时代：青铜器的冶铸（公元前4000年-前500年）
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铸造方法的分类
目前铸造成形技术的方法种类繁多 。按生产方法分类，可分为砂型铸造和 特种铸造。按合金分类可分为铸铁、铸 钢、铝合金铸造、铜合金铸造、镁合金 铸造、钛合金铸造等。
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各类机械工业中铸件质量所占的比率
机械类别
机床、内燃机、重型机器
比率/％
70～90
风机、压缩机
拖拉机
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• 因此，可以毫不夸张地说，没有先进 的材料成形工艺，就没有现代制造业。
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三、本课程的性质
• 热加工基础课程是按教育部面向 21 世纪工 科本科机械类专业人才培养模式改革要求
而设臵的机械基础系列课程之一。
• 该课程是机械工程类专业和近机械工程类
热加工基础
绪 论
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课程简介
• 材料成形
• 传统定义（狭义）： 指铸造、锻造、焊接等金属 材料成形的技术。 • 现代定义（广义）： 所有利用物理、化学、冶金 原理使材料从原材料的形态转变为具有所要求的 形状及尺寸的毛胚或成品的所有加工方法或手段 的总称。