金属锻造工艺 影响金属锻造性因素
浅谈锻造对金属组织和性能的影响
浅谈锻造对金属组织和性能的影响作者：张月莲来源：《新课程·教育学术》2010年第02期摘要:结合教学实践活动,本文就锻造生产过程中,拔长、镦粗、热变形加工、冷却和热处理几个方面对锻件机械性能产生的影响进行粗浅的探讨,从而提高锻造生产的合格率。
关键词:锻件机械性能影响在锻造生产中,除了必须保证锻件所要求的形状和尺寸外,还必须满足零件在使用过程中所提出的性能要求,其中主要包括:强度指标、塑性指标、冲击韧性、疲劳强度、断裂韧度和抗应力腐蚀性能等。
本文对不同情况下锻造对锻件机械性能的影响情况,针对教学实践中的情况,做如下探讨。
一、拔长对锻件机械性能的影响多次试验证明:钢锭锻比的大小对金属的强度指标影响不明显,对钢的塑性指标和冲击韧性值影响显著,特别对钢锭的轴心区域影响更大。
如钢锭的质量好(结构致密、组织均匀),锻件具有高的机械性能,所需锻比可减小。
相反钢锭的质量差(即钢锭的密实性小,结构不均匀),锻件的机械性能差,为改善铸造组织,提高机械性能,锻比要增大。
二、镦粗对锻件机械性能的影响镦粗对金属质量的影响与拔长相比没有原则上的区别。
但由于应力—变形状态的不同,尤其是金属流向的不同,促使镦粗对金属宏观组织和机械性能的影响与拔长相比不同,随着镦粗比的增加,顺着纤维流向金属的塑性指标和冲击韧性提高,而垂直于纤维流向的该值下降。
另外在镦粗体中难变形区金属的机械性能要低于强烈变形区金属的机械性能。
三、热变形加工对锻件机械性能的影响锻造用的原材料是铸锭,铸造组织的缺陷主要是:内部晶粒粗大且不均匀,组织疏松并有气泡、缩孔和微裂,化学成分偏析及非金属杂质分布不均匀等。
热变形加工能大大地改善铸造组织,使粗大柱状晶粒经塑性变形和再结晶后变成新的等轴细晶粒组织;疏松、空隙、微裂等缺陷在三向压应力状态下得到了压实或焊合;高熔点化合物被打碎并顺着金属变形方向呈碎粒状或链状分布,晶间低熔点杂质沿变形方向呈带状分布。
其结果使金属的塑性增加,机械性能得到提高。
机械制造基础-第3章锻压
单件小批生产 ----手工两箱分模造型
加工余量:上面>侧面>底面 模样放收缩率1%
大批生产 ----机器两箱分模造型 (共用同一个铸造工艺图)
上 下
作业答案：5.支撑台
表示圆周面不需要 加工，即相对来说不重要， 因此将铸件横卧下来，造 型最简单。
上 下
单件小批生产 ----手工两箱分模造型
凸模
凹 模
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上海大学机自学院
2．弯曲---是利用弯曲模使工件轴线弯成一定 角度和曲率的工序。 自由弯曲 ① 弯曲方法 校正弯曲
② 弯曲件废品类型
自由弯曲 校正弯曲
外层开裂---当外侧拉应力超过板料抗拉强度时， 将在外侧转角处出现裂纹。 故应限制板料的最大弯曲变形程度（即最小弯曲 半径）,一般 r min ≥t（板厚）；同时注意毛坯 下料方向，最好使板料流线方向与弯曲线垂直。
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例1:
例2:
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3.3 板料冲压
板料冲压→在冲床上用冲模使板料产生分离 或变形而获得制件的加工方法。又叫冷冲压。 冲压的优点是生产率高、成本低；成品的形 状复杂、尺寸精度高、表面质量好且刚度大、 强度高、重量轻，无需切削加工即可使用。因此 在汽车、拖拉机、电机、电器、仪表仪器、轻工 和日用品及国防工业生产中得到广泛应用。 常用的冲压材料有低碳钢、高塑性合金钢、 铝和铝合金、铜和铜合金等金属板料、带料与卷 料，还可加工纸板、塑料板、胶木板、纤维板等 非金属板料。
放收缩率1% 余量：上面>侧面>下面
作业答案：5.支撑台
机械作业
机械作业一、1. 简述铸造成型的概念及优缺点;铸造：将液态金属浇注到与零件形状、尺寸相适应的铸型型腔中，在重力或外力（压力、离心力、电磁力等）的作用下充满型腔，待其冷却凝固，以获得毛坯或零件的生产方法。
铸造是生产金属零件和毛胚的主要形式之一。
铸造是生产零件毛坯的主要方法之一，尤其对于有些脆性金属或合金材料（如各种铸铁件、有色合金铸件等）的零件毛坯，铸造几乎是唯一的加工方法。
与其它加工方法相比，铸造工艺具有以下特点：a)铸件可以不受金属材料、尺寸大小和重量的限制。
b)铸造可以生产各种形状复杂的毛坯，特别适用于生产具有复杂内腔的零件毛坯。
c)铸件的形状和大小可以与零件很接近，既节约金属材料，又省切削加工工时。
d)铸件一般使用的原材料来源广、铸件成本低。
e)铸造工艺灵活，生产率高，既可以手工生产，也可以机械化生产。
缺点：a)铸造组织疏松、晶粒粗大，内部易产生缩孔、缩松，气孔等缺陷，因此，铸件的力学性能，特别是冲击韧性低于同种材料的锻件；b)铸件质量不够稳定。
2. 何为充型能力？影响充型能力的因数有哪些？考虑铸型及工艺因素影响的熔融金属流动性叫合金的充型能力。
即液态合金充满铸型，获得形状完整，轮廓清晰铸件的能力。
影响因数：合金的流动性，铸型的填充条件，浇注温度等。
3. 合金流动性取决于哪些因素?合金流动性不好对铸件品质有何影响?合金流动性取决于: 1.合金的化学成分 2.浇注温度 3.浇注压力4.铸型的导热能力5.铸型的阻力合金流动性不好：产生浇不到、冷隔等缺陷，也是引起铸件气孔、夹渣和缩孔缺陷的间接原因。
4. 何谓合金的收缩,影响合金收缩的因素有哪些?合金的收缩：合金在浇注、凝固直至冷却到室温的过程中体积或缩减的现象影响因素：1.化学成分2 浇注温度 3.铸件的结构与铸型条件5. 何谓同时凝固原则和定向凝固原则，其主要作用和目的？同时凝固原则：铸件相邻各部位或铸件各处凝固开始及结束的时间相同或相近，甚至是同时完成凝固过程，无先后的差异及明显的方向性，称作同时凝固。
金属工艺学课后习题答案
P（2）一般情况下，车削的切削过程为什么刨削、铣削等平稳？对加工有何影响？答：1.除了车削断续表面外，一般情况下车削过程是连续进行的，不像铣削和刨削，在一次走刀过程中刀齿有多次切入和切出，产生冲击；2.当车几何形状、背吃刀量和进给量一定时，切削层公称横街表面积是不变的；因此车削时切削力基本上不发生变化；3.车削的主运动为工件回转，避免了惯性力和冲击的影响；所以车削过程比铣削和刨削平稳。
连续切削效率高，表面粗糙度等级高，加工精度也高；断续切削效率低，表面粗糙度等级低，加工精度也低。
（14）铣削为什么比其他加工容易产生振动？答：铣刀的刀齿切入和切出时产生冲击，并将引起同时工作刀齿数的增减，在切削过程中每个刀齿的切削层厚度hi随刀齿位置的不同而变化，引起切削层截面积变化，因此在铣削过程中铣削力是变化的，切削过程不平稳容易产生振动。
（19)磨削为什么能达到较高的精度和较小的表面粗糙度值？答：1.磨粒上较锋利的切削刃，能够切下一层很薄的金属，切削厚度可以小刀微米；2.磨削所用的磨床，比一般切削加工精度高，刚度及稳定性较好，并且具有微量进给机构，可以进行微量切削；3.磨削时切削速度很高，当磨粒以很高的切削速度从工件表面切过时，同时有很多切削刃进行切削，每个磨刃仅从工件上切下极少量的金属，残留面积高度很小，有利于形成光洁表面。
(2）试决定下列零件外圆卖面的加工方案：1.紫铜小轴，φ20h7，Ra值为0.8um；粗车→半精车→精车2.45钢轴，φ50h6,Ra值为0.2um，表面淬火49-50HRC。
粗车→半精车→淬火→低温回火→粗磨→精磨（3）下列零件上的孔，用何种方法加工比较合理？1.单件小批生产中，铸铁齿轮上的孔，φ20H7，Ra值为1.6um；钻→粗镗→半精镗2.大批大量生产中，铸铁齿轮上的孔，φ50H7，Ra值为0.8um；钻→扩→拉3.高速三面刃铣刀的孔，φ27H6，Ra值为0.2um；钻→粗镗→粗磨→半精磨4.变速箱体上传动轴的轴承孔，φ62J7，Ra值为0.8um。
项目4 锻压习题答案
3.用以综合衡量金属锻造性能的因素是金属的：（①）
①塑性，变形抗力②弹性③强度④冲击韧性
4.金属的冷变形强化有利于：（②）
①冷变形继续进行；②零件的安全使用；③锻压能耗的减少；④工件的塑性成形
5.选择模锻件分模面的位置时，必须保证的是：（③）
①分模面是一个平面；②各个模膛均浅而宽；
2.简述变形温度、变形速度对塑性和变形抗力的影响。
变形温度对塑性及变形抗力影响很大。—般来说，提高金属的变形温度，会使原子的动能增加，从而削弱原子之间的吸引力，减少滑移所需要的力，使塑性增大，变形抗力减少，改善金属的锻造性能。因此，适当提高变形温度对改善金属的锻造性能有利。但温度过高会使金属产生氧化、脱碳、过热等缺陷，甚至使锻件产生过热而报废，所以应严格控制锻造温度。
模锻生产率高，表面质量好，加工余量小，余块少甚至没有，尺寸准确，可节省大量金属材料和机械加工工时。操作简单，劳动强度比自由锻和胎模锻都低。但受到一般模锻设备能力的限制，重量大多在50～70kg以下；锻模需要贵重的模具钢，加上模膛的加工比较困难，所以锻模的制造周期长、成本高；模锻设备的投资费用比自由锻大，用于大批量锻件。
①某些零件上的精细结构，键槽、齿槽、退刀槽以及小孔、不通孔、台阶等，难以用自由锻锻出、必须暂时添加一部分金属以简化锻件形状。这部分添加的金属称为余块，它将在切削加工时去除。
②由于自由锻造的精度较低，表面质量较差，一般需要进一步切削加工，所以零件表面要留加工余量。余量大小与零件形状、尺寸等因素有关。其数值应结合生产的具体情况而定。
（2）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塑性变形而不破坏的工序，如拉深、弯曲、翻边和成型等。
6.板料冲压具有哪些特点？
影响锻造的工艺
影响锻造的工艺
影响锻造工艺的因素很多，主要包括以下几个方面：
1. 材料特性：不同材料的特性会直接影响锻造的工艺选择。
例如，锻造金属时需要考虑金属的塑性和延展性，而锻造陶瓷时则需要考虑陶瓷的脆性。
2. 设备能力：锻造过程中需要使用一定的锻压设备，设备的能力限制了锻造的工艺。
例如，锻造大型件需要使用大型锻压设备，而锻造小型件则可以使用小型锻压设备。
3. 锻造工艺的复杂性：不同的产品和零件需要使用不同的锻造工艺。
一些复杂形状的零件可能需要多次锻造和加工才能完成，而一些简单形状的零件则可以通过单次锻造完成。
4. 成本和效率要求：锻造工艺的选择还需要考虑成本和效率的因素。
一些特殊形状的零件可能需要使用特殊的锻造模具或工艺来完成，这会增加成本和工艺复杂性。
5. 产品质量要求：产品质量要求也是影响锻造工艺选择的重要因素。
不同的锻造工艺对产品的精度、密实度和机械性能等方面有不同的要求。
综上所述，锻造工艺受到材料特性、设备能力、工艺的复杂性、成本和效率要求
以及产品质量要求等多种因素的影响。
在实际应用中，需要综合考虑这些因素，选择适合的锻造工艺来满足产品的需求。
锻造工艺学3
⒈ 过烧的危害 钢断面呈浅灰兰色，无金属光泽；表面粗 糙；晶粒粗大类似豆腐渣状；一锻即裂。
严重过烧的钢，只能报废回炉重新冶炼。
局部过烧的钢，当制造不太重要的零件时，可以将过烧部 分切去，其余部分还可使用。 ⒉ 防止措施 严格控制加热温度，特别要控制高温停留时 间及出炉温度。
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⒉ 防止措施
①严格控制金属加热温度，缩短高温保温时间；
②锻造时应保证足够大的变形量。
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四、过烧(burning) 当坯料加热到接近其熔化温度，并在此温 度下保留时间过长时，将出现过烧现象。 金属过烧后，①晶粒粗大，②晶界熔化， ③形成氧化物，④出现裂纹。
部分钢的过烧温度见表3-2。
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氧化过程实质是扩散过程。即炉气中氧以原子状态吸附到
钢料表层后向内扩散，而钢料表层中的铁则以离子状态由
内部向表面扩散，扩散的结果使钢的表层变成为氧化铁。
由于氧化皮的熔融和氧化皮与铁的膨胀系数不同，因此在
氧化物层内产生很大的内应力。会发生氧化皮的机械分离 ，从而加速金属的氧化。
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①电阻炉加热：利用电流通过炉内的电热体产生的热量进行
加热。该法受电热体的使用温度的限制，热效率较低。在电阻 炉内辐射传热是加热金属的主要方式。
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②接触电加热：是以低压大电流直接通过金属坯料，由金属
坯料自身的电阻在通电时产生的热量而加热。常采用低电压
大电流的方法。
其优点是：加热速度快、金属烧损少、加热范围不受限制、
⒉ 氧化的影响因素
主要有：炉气性质、加热温度、加热时间、化学成分。
①炉气性质 火焰加热的炉气通常由氧化性气体（O2
大学金属工艺的金属塑性加工的相关问题的讲解
金属纤维组织
图3－6铸锭热变形前后的组织
纤维组织的特点
变形程度越大，纤维组织越明显。 常用锻造比γ表示变形程度。坯料拔长时的锻造比为： γ=F0/F 式中F0为坯料拔长前的横截面积；F为坯料拔长后的横截面积。 纤维组织使金属在性能上具有方向性。 纵向（平行于纤维方向）上的塑性、韧性提高， 横向（垂直于纤维方向）上的塑性、韧性则降低。 纤维组织的稳定性很高，不能用热处理或其它方法加以消除 不能用热处理或其它方法加以消除， 不能用热处理或其它方法加以消除 只有经过锻压使金属变形，才能改变其方向和形状。
知识点：
第二章
锻造
1、自由锻和模锻。 2、胎模锻。 3、余块、机械加工余量。 4、模锻－－焊接成形。
锻造：在加压设备及工（模）具作用下，铸锭产生局部或全部的塑
性变形，以获得一定几何尺寸、形状和质量的锻件的加工方法。
第一节 锻造方法
一、自由锻
(1)、 (1)、自由锻是利用冲击力或压力使金属在上、下砧之间产生塑性变
位错移动：高位能的位错处原子， 位错移动 在比理论值小的切应力下滑移。从 一个位置滑移到另一个位置。
未变形
弹性变形
弹塑性变形
塑性变形
图3－2
位错运动引起塑性变形示意图
位 错 移 动 的 结 果： 塑 性 变 形。
晶内变形：金属由大量微小晶粒组成的 晶内变形 多晶体，由组成多晶体的许多单个晶粒 产生变形。其综合效果是塑性变形。 其综合效果是塑性变形。 其综合效果是塑性变形
A 锻造比： 锻造比：Y镦= A0 ＞1
拔长、镦粗、冲孔、弯曲、扭转、错移、 拔长、镦粗、冲孔、弯曲、扭转、错移、切割
使坯料高度减小，截面积增大的工序。 使坯料高度减小，截面积增大的工序。
金属工艺学(高职 机械工业版)授课教案：锻压成形01
教案十八一、教学组织1．提问10分钟2．讲解70分钟3．小结5分钟4．布置作业5分钟二、教学内容第六单元锻压成形模块一锻压概述锻压是对坯料施加外力，使金属产生塑性变形、改变尺寸、形状及改善性能，用以制造机械零件、工件或毛坯的成形加工方法。
金属锻压成形加工包括：锻造（自由锻、模锻、胎模锻等）、冲压、挤压、轧制、拉拔等。
锻造是指在加压设备及工（模）具的作用下，使坯料、铸锭产生局部或全部的塑性变形，以获得一定几何尺寸、形状和质量的锻件的加工方法。
冲压是指使坯料经分离或成形而得到制件的工艺统称。
挤压是指坯料在封闭模腔内受三向不均匀压应力作用下，从模具的孔口或缝隙挤出，使之横截面积减少，成为所需制品的加工方法。
轧制是指金属材料(或非金属材料)在旋转轧辊的压力作用下，产生连续塑性变形，获得所要求的截面形状并改变其性能的方法，按轧辊轴线与轧制线间和轧辊转向的关系不同可分为纵轧、斜轧和横轧三种。
拉拔是指坯料在牵引力作用下通过模孔拉出使之产生塑性变形而得到截面小、长度增加的工艺。
金属锻压成形加工具有的优点：（1）改善了金属内部组织，提高金属的力学性能。
（2）节省金属材料。
（3）具有较高的生产率。
（4）生产范围广。
金属锻压成形加工存在的缺点：（1）不能获得形状很复杂的制件；（2）一般制件的尺寸精度、形状精度和表面质量还不够高（3）加工设备比较昂贵，制件的加工成本比铸件高。
模块二金属锻压加工基础知识金属的可锻性是指金属材料在锻压加工过程中经受塑性变形而不开裂的能力。
它与金属的塑性和变形抗力有关，塑性愈好，变形抗力愈小，则可锻性愈好，反之，则可锻性愈差。
一、金属的塑性变形金属在外力作用下将产生塑性变形，其变形过程包括弹性变形和塑性变形两个阶段。
1．金属塑性变形的实质实验证明：晶体受到切应力时会产生塑性变形，单晶体的塑性变形主要是由于切应力引起晶体内部位错运动产生的，即滑移变形。
单晶体的变形方式有：滑移和孪晶两种。
多晶体的塑性变形过程可以看成是许多单个晶粒塑性变形的总和。
材料成型期末复习题目
机械制造基础题目一．填空题1．手工造型的主要特点是：适应性强、设备简单、生产准备时间短和成本低。
2．常用的特种铸造方法有：熔模铸造、金属型铸造、压力铸造、低压铸造、离心铸造。
3．铸件的凝固方式是按（凝固区域宽度大小）来划分的，有（逐层凝固）、（中间凝固）和（糊状凝固）三种凝固方式。
纯金属和共晶成分的合金是按（逐层凝固）的方式凝固。
4．铸造合金在凝固过程的收缩分为三个阶段，其中（液态）和（凝固）收缩是铸件产生缩孔和缩松的根本原因，而（固态）收缩是铸件产生变形和裂纹的根本原因。
5．按照气体的来源，铸件中的气孔分为（侵入性气孔）、（析出性气孔）和（反应性气孔）三类。
因铝合金液体除气效果不好等原因，铝合金铸件中常见的针孔属于（析出性气孔）。
6．影响合金流动性的内因是（液态合金的化学成分），外因包括（液态合金的导热系数）和（粘度和液态合金的温度）。
7．铸钢铸造性能差的原因主要是（熔点高）、（流动性差）、和（收缩大）。
8.合金的铸造性能主要是指（合金的充型能力）、（收缩）、（吸气性）等。
9.整个收缩过程经历（液态收缩）、（凝固收缩）、（固态收缩）三个阶段。
10.铸造内应力按产生的不同原因主要分为（热应力）、（机械应力）两种。
11.灰口铸铁根据石墨的不同形态可分为（普通灰口铸铁）、（可锻铸铁）、（球墨铸铁）和（蠕墨铸铁）。
1．衡量金属锻造性能的指标是（塑性）、（变形抗力）。
2．锻造中对坯料加热时，加热温度过高，会产生（过热）、（过烧）等加热缺陷。
3．冲孔时，工件尺寸为（凸模）尺寸；落料时，工件尺寸为（凹模）尺寸。
4．画自由锻件图，应考虑（敷料）、（加工余量）及（锻造公差）三因素。
5．板料弯曲时，弯曲部分的拉伸和压缩应力应与纤维组织方向（平行）。
6．拉伸时，容易产生（拉裂）、（起皱）等缺陷。
7．弯曲变形时，弯曲模角度等于工件角度（-）回弹角、弯曲圆角半径过小时，工件易产生（弯裂）。
8．拉伸系数越大工件变形量越（小），“中间退火”适用于拉伸系数较（小）时。
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金属锻造性，作为衡量金属材料利用锻压加工方法成形的难易程度，是确定锻造加工工艺的主要参考内容，也是判断金属工艺性能的重要指标之一。
金属锻造性的好坏，主要通过金属的塑性和变形抗力两个指标来进行衡量。
变形抗力低说明金属塑性好。
在金属锻造工艺中，影响金属材料塑性以及变形抗力主要由于以下因素。
1、金属的本质
（1）金属的化学成分：金属塑性不同由于其化学成分的不同造成，这也会造成其锻造性的不同。
一般纯金属的的锻造性比较好。
金属组成合金后，提高了强度、但是会导致塑性下降，锻造性能变差。
（2）金属的组织状态：金属的组织结构有所不同，也会让其锻造性出现较大的区别。
单一的固溶体组成的合金，具有良好的塑性，其锻造性也会比较好。
如果含有多种合金组成不同性能的组织结构，其塑性也会降低，造成锻造性差的情况发生。
另外，面心立方结构和体心立方结构的金属比密排六方结构的金属塑性好。
金属组织内部有缺陷，例如铸锭内部的疏松、气孔等缺陷，会引起金属塑性的下降，在锻造的时候会出现锻裂现象。
铸态组织和晶粒粗大的机构不如轧制状态和晶粒细小的组织结构锻造性能好，
但是晶粒越细小，金属的变形抗力越大。
2、金属的变形条件
（1）变形温度：随着温度的升高，金属的原子动能会有所提升，容易产生滑移变形，从而让金属的锻造性得到提高。
所以，在锻压生产中，加热是重要的变形条件。
但是由于在高温的情况下金属会出现过热、过烧情况，塑性反而出现明显的下降。
所以，对于加热温度，需要根据金属的材质的不同，在一定范围内进行控制，也就是找到合适的变形温度范围。
（2）变形速度：变形速度指的是金属在锻压加工过程中单位时间内的相对变形量。
变形速度大，会然金属的塑性下降，变形抗力增大。
（3）变形时的应力状态：压应力会让塑性提高，拉应力会让塑性降低。
工具与金属间的摩擦力会让金属的变形不均匀。
根据以上介绍，金属的塑性和变形抗力会受到金属的本质与变形条件等相关因素影响的。
在选用锻压加工方法时，降低变形抗力，用最少的能耗，获得最佳的锻压件。