北京理工大学远程教育
热加工工艺基础
材料学院 张朝晖 副教授
TEL:01068913304
E-MAIL:zzhbitsina.com.cn热加工工艺基础》教学大纲
英文名称:High Temperature Process
学分:2
学时:40
适用专业: 机电工程、车辆工程课程的性质、地位和任务 热加工工艺基础是材料科学与工程、机电工程、车辆工程等专业的必修课程。本课程对了解材料的热加工工艺过程、材料热加工过程中的结晶、变形及强化规律有重要作用,对解决材料加工实际问题有很大帮助。 教学内容与学时安排 第章.?? 铸造 16学时
1.1?????? 合金的铸造性能4学时
1.2?????? 常用合金铸件的生产2学时
1.3?????? 砂型铸造4学时
1.4?????? 特种铸造2学时
1.5?????? 零件结构的铸造工艺性4学时教学内容与学时安排 第二章.?? 锻压 12学时
2.1?????? 金属的锻造性能4学时
2.2?????? 自由锻2学时
2.3?????? 模锻2学时
2.4?????? 冲压2学时
2.5?????? 少无切削锻压工艺简介2学时
教学内容与学时安排 第三章.?? 焊接 12学时
3.1?????? 焊接的基本原理1学时
3.2?????? 焊条电弧焊2学时
3.3?????? 其它焊接方法1学时
3.4?????? 压焊与钎焊2学时
3.5?????? 堆焊与热喷涂2学时
3.6?????? 常用金属材料的焊接2学时
3.7?????? 焊接结构设计2学时
教材及参考书:教材:王俊昌、王荣声
工程材料及机械制造基础 》
机械工业出版社
参考书:赵善 热加工工艺基础》
高等教育出版社 第章 铸 造1、何为铸造
熔炼金属,制造铸型,并将熔融金属浇入铸型,凝固后获得定形状和性能铸件的成形方法,称为铸造。
2、铸造优缺点
优点:
1可以生产出形状复杂,特别是具有复杂内腔的零件毛坯,如各种箱体、床身、机架等。
2铸造生产的适应性广,工艺灵活性大。工业上常用的金属材料均可用来进行铸造,铸件的重量可由几克到几百吨,壁厚可由0.5mm到1m左右。
3铸造用原材料大都来源广泛,价格低廉,并可直接利用废机件,故铸件成本较低。
缺点:
1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,特别是冲击韧度低于同种材料的锻件。
2铸件质量不够稳定。、流动性和充型能力
合金的流动性
1. 流动性 流动性是指熔融金属的流动能力。
合金流动性的好坏,通常以螺旋形流动性试样的长度来衡量,将金属液体浇入螺旋形试样铸型中,在相同的浇注条件下,合金的流动性愈好,所浇出的试样愈长。第节 合金的铸造性能2. 流动性的影响因素
1合金的种类 不同种类的合金,具有不同的螺旋线长度,即具有不同的流动性。其中灰铸铁的流动性最好,硅黄铜、铝硅合金次之,而铸钢的流动性最差。
2化学成分和结晶特征 纯金属和共晶成分的合金,凝固是由铸件壁表面向中心逐渐推进,凝固后的表面比较光滑,对未凝固液体的流动阻力较小,所以流动性好,见图1-3a。在定凝固温度范围内结晶的亚共晶合金,凝固时铸件内存在个较宽的既有液体又有树枝状晶体的两相区。凝固温度范围越宽,则枝状晶越发达,对金属流动的阻力越大,金属的流动性就越差,见图1-3b。 铁碳合金的流动性与相图的关系见图1-4。图中表明,纯铁和共晶铸铁的流动性最好,亚共晶铸铁和碳素钢随凝固温度范围的增加,其流动性变差。 二合金的充型能力
1. 充型能力
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。合金的流动性是金属本身的属性,不随外界条件的改变而变化,而合金的充型能力不仅和金属的流动性相关,而且也受外界因素的影响。
2. 充型能力的影响因素
1铸型填充条件
a铸型的蓄热能力 铸型从金属液中吸收和储存热量的能力。铸型的热导率和质量热容越大,对液态合金的激冷作用越强,合金的充型能力就越差。b铸型温度 提高铸型温度,可以降低铸型和金属液之间的温差,进而减缓了冷却速度,可提高合金液的充型能力。
c铸型中的气体 铸型中气体越多,合金的充型能力就越差。
2浇注条件
a浇注温度 浇注温度对合金的充型能力有着决定性的影响。浇注温度越高,合金的粘度越低,合金的充型能力就越好;但浇注温度过高,液态合金的收缩增大,吸气量增加,氧化严重,容易导致产生缩孔、缩松、气孔、粘砂、粗晶等缺陷。b充型压力 液态合金在流动方向上所受的压力越大,其充型能力越好。
c铸件结构 铸件壁厚过小,壁厚急剧变化,结构复杂,有大的水平面时,都将会影响合金的充型能力。
二 合金的凝固与收缩铸件的凝固方式及影响因素
1. 铸件的凝固方式
1逐层凝固方式
合金在凝固过程中其断面上固相和液相由条界线清楚地分开,这种凝固方式称为逐层凝固。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。
2糊状凝固方式
合金在凝固过程中先呈糊状而后凝固,这种凝固方式称为糊状凝固。球墨铸铁、高碳钢、锡青铜和某些黄铜等都是糊状凝固的合金。3中间凝固方式
大多数合金的凝固介于逐层凝固和糊状凝固之间,称为中间凝固方式。中碳钢、高锰钢、白口铸铁等具有中间凝固方式。
2. 凝固方式的影响因素
1合金凝固温度范围的影响
合金的液相线和固相交叉在起,或间距很小,则金属趋于逐层凝固;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铸件温度梯度的影响
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。二 铸造合金的收缩
铸造合金从液态冷却到室温的过程中,其体积和尺寸缩减的现象称为收缩。它主要包括以下三个阶段:
1.液态收缩 金属在液态时由于温度降低而发生的体积收缩。
2.凝固收缩 熔融金属在凝固阶段的体积收缩。液态收缩和凝固收缩是铸件产生缩孔和缩松的基本原因。
3.固态收缩 金属在固态时由于温度降低而发生的体积收缩。固态收缩对铸件的形状和尺寸精度影响很大,是铸造应力、变形和裂纹等缺陷产生的基本原因。
三 影响合金收缩的因素
1. 化学成分 不同成分的合金其
收缩率般也不相同。在常用铸造合金中铸刚的收缩最大,灰铸铁最小。
2. 浇注温度 合金浇注温度越高,过热度越大,液体收缩越大。
3. 铸件结构与铸型条件 铸件冷却收缩时,因其形状、尺寸的不同,各部分的冷却速度不同,导致收缩不致,且互相阻碍,又加之铸型和型芯对铸件收缩的阻力,故铸件的实际收缩率总是小于其自由收缩率。这种阻力越大,铸件的实际收缩率就越小。四收缩对铸件质量的影响
1. 缩孔和缩松
1缩孔的形成
缩孔总是出现在铸件上部或最后凝固的部位,其外形特征是:内表面粗糙,形状不规则,多近于倒圆锥形。通常缩孔隐藏于铸件的内部,有时经切削加工才能暴露出来。缩孔形成的主要原因是液态收缩和凝固收缩。缩孔形成过程见图1-6。
2缩松的形成
宏观缩松多分布在铸件最后凝固的部位,显微缩松则是存在于在晶粒之间的微小孔洞,形成缩松的主要原因也是液态收缩和凝固收缩所致。缩松形成过程见图1-7。3缩孔、缩松的防止措施
a采用定向凝固的原则 所谓定向凝固,是使铸件按规定方向从部分到另部分逐渐凝固的过程。冒口和冷铁的合理使用,可造成铸件的定向凝固,有效地消除缩孔、缩松。定向凝固原则见图1-8。
b合理确定铸件的浇注位置、内浇道位置及浇注工艺 浇注位置的选择应服从定向凝固原则;内浇道应开设在铸件的厚壁处或靠近冒口;要合理选择浇注温度和浇注速度,在不增加其它缺陷的前提下,应尽量降低浇注温度和浇注速度。2. 铸造应力、变形和裂纹
在铸件的凝固以及以后的冷却过程中,随温度的不断降低,收缩不断发生,如果这种收缩受到阻碍,就会在铸件内产生应力,引起变形或开裂,这种缺陷的产生,将严重影响铸件的质量。
1 铸造应力的产生
铸造应力按其产生的原因可分为三种:
a热应力 铸件在凝固和冷却过程中,不同部位由于不均衡的收缩而引起的应力。
b固态相变应力 铸件由于固态相变,各部分体积发生不均衡变化而引起的应力。
c收缩应力 铸件在固态收缩时,因受到铸型、型芯、浇冒口等外力的阻碍而产生的应力。2铸造应力的防止和消除措施
a采用同时凝固的原则
同时凝固是指通过设置冷铁、布置浇口位置等工艺措施,使铸件温差尽量变小,基本实现铸件