热加工工艺基础学习教案

会计学1热加工工艺热加工工艺(gngy)基础基础第一页，共56页。金属的液态金属的液态(yti)成成形形第1页/共56页第二页，共56页。第2页/共56页第三页，共56页。适于做复杂外形适于做复杂外形(wi xn)，特别是复杂内腔的毛坯，特别是复杂内腔的毛坯对材料对材料(cilio)的适应性广，铸件的大小的适应性广，铸件的大小几乎不受限制几乎不受限制成本低，原材料来源广泛，成本低，原材料来源广泛， 价格低廉价格低廉,一般不需要昂贵的设备一般不需要昂贵的设备是某些塑性很差的材料是某些塑性很差的材料(如铸铁等如铸铁等)制造其毛坯或零件的唯一成型工艺制造其毛坯或零件的唯一成型工艺液态成型液态成型优优 点点第3页/共56页第四页，共56页。工艺过程工艺过程(guchng)比较复杂，一些工艺比较复杂，一些工艺过程过程(guchng)还难以控制还难以控制液态成形零件内部组织的均匀液态成形零件内部组织的均匀(jnyn)性、致密性一般较差性、致密性一般较差液态成形零件易出现缩孔、缩松、气孔、砂眼、夹渣、夹砂、裂纹等缺陷，产品液态成形零件易出现缩孔、缩松、气孔、砂眼、夹渣、夹砂、裂纹等缺陷，产品 质量不够稳定质量不够稳定由于铸件内部晶粒粗大，组织不均匀，且常伴由于铸件内部晶粒粗大，组织不均匀，且常伴 有缺陷，其力学性能比同类材料的塑性成形低有缺陷，其力学性能比同类材料的塑性成形低液态成型缺液态成型缺 点点第4页/共56页第五页，共56页。液态合金的工艺性能表征为液态合金的液态合金的工艺性能表征为液态合金的铸造铸造(zhzo)性能性能通常是指合金通常是指合金(hjn)的流动性、收缩的流动性、收缩性性吸气性及偏析等性能吸气性及偏析等性能合金合金铸造性能铸造性能是是选择铸造金属材料选择铸造金属材料，确定铸件的铸造确定铸件的铸造工艺方案工艺方案及进行及进行铸件结构设计铸件结构设计的的依据依据第5页/共56页第六页，共56页。液态金属充满铸型型腔，获得尺寸精确液态金属充满铸型型腔，获得尺寸精确(jngqu)、轮廓清晰的成型件的能力、轮廓清晰的成型件的能力充型能力充型能力(nngl)的概的概念念:充型能力不足充型能力不足浇不足浇不足冷冷 隔隔夹夹 砂砂气气 孔孔夹夹 渣渣充型能力的决定因数充型能力的决定因数合金的流动性合金的流动性铸型性质铸型性质浇注条件浇注条件铸件结构等铸件结构等第6页/共56页第七页，共56页。第7页/共56页第八页，共56页。第8页/共56页第九页，共56页。第9页/共56页第十页，共56页。测试合金充型能力测试合金充型能力(nngl)的方法的方法: 如右图如右图,将合金液将合金液浇入铸型中，冷凝浇入铸型中，冷凝后测出充满型腔的后测出充满型腔的式样长度。浇出的式样长度。浇出的试样越长，合金的试样越长，合金的流动性越好流动性越好,合金充合金充型能力型能力(nngl)越好越好.第10页/共56页第十一页，共56页。*铸铁铸铁(zhti)的流动性的流动性*铸钢铸钢(zh n)的流动性的流动性实验证明铸铁的流动性好，铸钢的流动性差。实验证明铸铁的流动性好，铸钢的流动性差。比较下面几种合金流动性能比较下面几种合金流动性能第11页/共56页第十二页，共56页。第12页/共56页第十三页，共56页。浇注浇注(jio zh)条件条件浇注浇注(jio zh)温度温度充型压力充型压力浇注系统浇注系统浇注温度越高，液态金属的粘度越小，过热度高，金属液内含热浇注温度越高，液态金属的粘度越小，过热度高，金属液内含热 量多，保持液态的时间长，充型量多，保持液态的时间长，充型 能力强。能力强。液态金属在流动方向上所受的压力称为充型压力。充型压力越大液态金属在流动方向上所受的压力称为充型压力。充型压力越大, 充型能力越强。充型能力越强。浇注系统的结构越复杂，则流动浇注系统的结构越复杂，则流动 阻力越大，充型能力越差。阻力越大，充型能力越差。第13页/共56页第十四页，共56页。铸型铸型(zh xn)温度温度(不能过高不能过高)铸型蓄热系数铸型蓄热系数(xsh):即从金属中吸取热量即从金属中吸取热量并储存的能力并储存的能力铸型的发气和铸型的发气和透气能力：透气能力：浇铸时产生气体浇铸时产生气体能在金属液与铸型间形成气膜，能在金属液与铸型间形成气膜，减小摩擦阻力，有利于充型。减小摩擦阻力，有利于充型。但发气能力过强但发气能力过强,透气能力又差时透气能力又差时,若浇铸速度太快若浇铸速度太快,则型腔中的气体压力增大，则型腔中的气体压力增大，充型能力减弱。充型能力减弱。第14页/共56页第十五页，共56页。面铸件不易成形面铸件不易成形)第15页/共56页第十六页，共56页。第16页/共56页第十七页，共56页。第17页/共56页第十八页，共56页。合金合金(hjn)收缩的三个阶段收缩的三个阶段第18页/共56页第十九页，共56页。合金合金(hjn)收收缩缩固态固态(gti)合合金冷却金冷却液态合金冷却液态合金冷却液态收缩液态收缩凝固收缩凝固收缩缩孔缩孔:恒温下结晶恒温下结晶缩松缩松:两相区结晶两相区结晶线形收缩线形收缩裂纹裂纹变形变形应力应力第19页/共56页第二十页，共56页。铸型铸型(zh xn)条件条件铸件铸件(zhjin)结构结构浇注温度浇注温度化学成分化学成分(c含量含量)合金收缩合金收缩第20页/共56页第二十一页，共56页。第21页/共56页第二十二页，共56页。第22页/共56页第二十三页，共56页。第23页/共56页第二十四页，共56页。第24页/共56页第二十五页，共56页。第25页/共56页第二十六页，共56页。定向凝固定向凝固(nngg)原则原则是铸件让远离冒口的地方先凝固是铸件让远离冒口的地方先凝固(nngg)，靠近冒口的地方次凝固，靠近冒口的地方次凝固(nngg)，最后才是冒口本身凝固，最后才是冒口本身凝固(nngg)。实现以厚补薄，将缩孔转移到冒口中去。实现以厚补薄，将缩孔转移到冒口中去。原理原理合理布置内浇道及确定浇铸工艺。合理布置内浇道及确定浇铸工艺。方法方法合理应用冒口、冷铁和补贴等工艺措施。合理应用冒口、冷铁和补贴等工艺措施。第26页/共56页第二十七页，共56页。第27页/共56页第二十八页，共56页。第28页/共56页第二十九页，共56页。内应力内应力热应力热应力机械机械(jxi)应力应力变形变形(bin xng)裂纹裂纹铸件在凝固和冷却的过程中，由于铸件的壁厚不均匀，导致不同部位不均衡的收缩而引起的应力。铸件在凝固和冷却的过程中，由于铸件的壁厚不均匀，导致不同部位不均衡的收缩而引起的应力。铸件在固态收缩时，因受到铸型、型芯、浇冒口、砂箱等外力阻碍而产生的应力。铸件在固态收缩时，因受到铸型、型芯、浇冒口、砂箱等外力阻碍而产生的应力。残余热应力的存在，使铸件处在一种非稳定状态，将自发地通过铸件的变形来缓解其应力，以回到稳定的平衡状态。残余热应力的存在，使铸件处在一种非稳定状态，将自发地通过铸件的变形来缓解其应力，以回到稳定的平衡状态。当热应力大到一定程度会导致出现裂纹。当热应力大到一定程度会导致出现裂纹。第29页/共56页第三十页，共56页。第30页/共56页第三十一页，共56页。 机械应力：机械应力会导致机械应力：机械应力会导致(dozh)形成裂纹形成裂纹, 应适时开箱加以解决。应适时开箱加以解决。第31页/共56页第三十二页，共56页。铸件的结构：铸件各部分能自由铸件的结构：铸件各部分能自由(zyu)收缩收缩 工艺方面：采用同时凝固原则工艺方面：采用同时凝固原则时效处理：人工时效；自然时效时效处理：人工时效；自然时效铸件的结构铸件的结构(jigu)尽可能尽可能对称对称铸件的壁厚尽可能均匀铸件的壁厚尽可能均匀第32页/共56页第三十三页，共56页。结论：结论：厚部、心部受拉应力厚部、心部受拉应力(yngl)，出现内凹变，出现内凹变形。形。薄部、表面受压应力薄部、表面受压应力(yngl)，出现外凸变，出现外凸变形。形。第33页/共56页第三十四页，共56页。问题问题(wnt)铸造时所受的应力与变形情况。铸造时所受的应力与变形情况。 分析有长、短不一的两根弹簧，将其分析有长、短不一的两根弹簧，将其固定，使其达到同等长度，即其中一弹簧固定，使其达到同等长度，即其中一弹簧被拉长，另一弹簧被压缩，此时所受的应被拉长，另一弹簧被压缩，此时所受的应力状态？然后将其固定约束去掉，试分析力状态？然后将其固定约束去掉，试分析其变形趋势？其变形趋势？第34页/共56页第三十五页，共56页。合金合金(hjn)工艺性能工艺性能充充 型型 能能 力力凝凝 固固 方方 式式应力应力(yngl)与变形与变形流动性流动性浇注条件浇注条件铸型条件铸型条件逐层凝固逐层凝固糊状凝固糊状凝固中间凝固中间凝固收收 缩缩 性性 能能液态收缩液态收缩凝固收缩凝固收缩固态收缩固态收缩第35页/共56页第三十六页，共56页。 实际生产中，由于铸铁材料实际生产中，由于铸铁材料(包括包括(boku)灰口铸铁、可锻铸铁、球墨铸铁灰口铸铁、可锻铸铁、球墨铸铁)具有优良的铸造性能，且资源丰富，冶炼方便，价格低廉，铸铁件占液态成形件中相当大的份额。具有优良的铸造性能，且资源丰富，冶炼方便，价格低廉，铸铁件占液态成形件中相当大的份额。 铸铁通常是铸铁通常是C%=2.5%4.0%的铁碳合金。的铁碳合金。 碳在铁碳合金中的存在形式有：渗碳体和石墨碳在铁碳合金中的存在形式有：渗碳体和石墨 根据碳在铁碳合金中的存在形式铸铁可以分为根据碳在铁碳合金中的存在形式铸铁可以分为(fn wi)： 白口铸铁：白口铸铁： 灰口铸铁：灰口铸铁： 麻口铸铁麻口铸铁 普通灰口铸铁普通灰口铸铁 可锻铸铁可锻铸铁 球墨铸铁球墨铸铁 蠕墨铸铁蠕墨铸铁第36页/共56页第三十七页，共56页。根据铸铁根据铸铁(zhti)中石墨形态的不同，灰口铸铁中石墨形态的不同，灰口铸铁(zhti)可以分为：可以分为：普通灰口铸铁：普通灰口铸铁：石墨呈片状石墨呈片状可锻铸铁：可锻铸铁：石墨呈团絮状石墨呈团絮状蠕墨铸铁：蠕墨铸铁：石墨呈蠕虫状石墨呈蠕虫状球墨铸铁：球墨铸铁：石墨呈球状石墨呈球状第37页/共56页第三十八页，共56页。铸铁铸铁(zhti)的的优点优点 良好的铸造性能，如流动性好、收缩小良好的铸造性能，如流动性好、收缩小 良好的切削加工性能；良好的切削加工性能； 高的耐磨性；高的耐磨性； 良好的吸振缓冲性能；良好的吸振缓冲性能； 低的缺口敏感性能。低的缺口敏感性能。第38页/共56页第三十九页，共56页。第39页/共56页第四十页，共56页。铸铁铸铁(zhti)的基体通常有：的基体通常有：*铁素体灰口铸铁铁素体灰口铸铁*铁素体铁素体珠光体灰口铸铁珠光体灰口铸铁*珠光体灰口铸铁珠光体灰口铸铁第40页/共56页第四十一页，共56页。第41页/共56页第四十二页，共56页。第42页/共56页第四十三页，共56页。第43页/共56页第四十四页，共56页。基体：基体：F、P、F+P生产：铁水熔炼生产：铁水熔炼(rn lin)好后直接浇铸好后直接浇铸牌号：牌号：HTXXXHT: 表示灰口铸铁中文拼音的代号表示灰口铸铁中文拼音的代号XXX: 三位数字三位数字(shz)表示最抵抗拉强度表示最抵抗拉强度(MPa)石墨形态石墨形态：片状片状问题问题1）灰口铸铁牌号为什么不用含碳量多少表示，而用力学性能表示？灰口铸铁牌号为什么不用含碳量多少表示，而用力学性能表示？2）有一铸件当其强度不够时，可否通过增大截面有一铸件当其强度不够时，可否通过增大截面 解决？解决？第44页/共56页第四十五页，共56页。提高和改善提高和改善(gishn)灰口铸铁灰口铸铁的性能的途径的性能的途径改善改善(gishn)基体组织基体组织改变石墨形态、数量、改变石墨形态、数量、 大小和分布大小和分布灰口铸铁的孕育处理是灰口铸铁的孕育处理是提高和改善灰口铸铁的性能提高和改善灰口铸铁的性能的途径行之有效的方法。常用的孕育剂是含的途径行之有效的方法。常用的孕育剂是含Si量为量为75%的硅铁。的硅铁。灰口铸铁的孕育处理方法灰口铸铁的孕育处理方法即将熔炼出的铁水在即将熔炼出的铁水在 浇铸前加入质量分数为浇铸前加入质量分数为 0.25%0.60%的孕育剂，孕育剂在铁水中形成大量弥散的的孕育剂，孕育剂在铁水中形成大量弥散的石墨结晶核心石墨结晶核心，使石墨化作用显著提高，从而得到在细珠光体上，使石墨化作用显著提高，从而得到在细珠光体上均匀分布着细片状石墨的组织。均匀分布着细片状石墨的组织。第45页/共56页第四十六页，共56页。选用碳、硅量低的铁水：原铁水含碳量越低，石墨选用碳、硅量低的铁水：原铁水含碳量越低，石墨(shm)越细小，铸铁越细小，铸铁 的强度、硬度就越高。的强度、硬度就越高。冷却冷却(lngqu)速度速度:对其组织和性能影响较小。如下面的图：对其组织和性能影响较小。如下面的图：第46页/共56页第四十七页，共56页。第47页/共56页第四十八页，共56页。第48页/共56页第四十九页，共56页。球化剂：球化剂：金属镁或稀土镁金属镁或稀土镁 孕育孕育(yny)剂：含剂：含Si量为量为75%或或95%的硅铁的硅铁第49页/共56页第五十页，共56页。球墨铸铁球墨铸铁(qim-zhti)件主要特点：件主要特点：石墨成球状，对基体的割裂作用石墨成球状，对基体的割裂作用(zuyng)已降到最低，已降到最低，力学性能比灰铸铁有显著提高。力学性能比灰铸铁有显著提高。可通过热处理改善金属基体，进一步提高性能可通过热处理改善金属基体，进一步提高性能。这一点。这一点(y din)与灰铸铁不同。与灰铸铁不同。球墨铸铁较灰铸铁易产生球墨铸铁较灰铸铁易产生缩孔、缩松、缩孔、缩松、皮下气孔、夹渣等缺陷皮下气孔、夹渣等缺陷。石墨析出时，发生膨胀，石墨析出时，发生膨胀，应适当应适当提高铸型刚度提高铸型刚度。球墨铸铁件球墨铸铁件生产中应注意的问题生产中应注意的问题控制原铁液的化学成分，与一般灰铸铁基本相同；控制原铁液的化学成分，与一般灰铸铁基本相同；具有具有高高C高高Si,中中Mn,低低S、P特点。特点。较高的铁液温度，以较高的铁液温度，以防止球化处理、孕育处理后铁液温度过低，产生浇不足等缺陷防止球化处理、孕育处理后铁液温度过低，产生浇不足等缺陷球化处理、孕育处理球化处理、孕育处理。第50页/共56页第五十一页，共56页。第51页/共56页第五十二页，共56页。可锻铸铁可锻铸铁(kdun-zhti)生产：将白口铸铁件经长时间的高温石墨化退火，使白口铸铁中的渗碳体分解，获得在铁素体或珠光体的基体分布着团絮状石墨的铸铁。生产：将白口铸铁件经长时间的高温石墨化退火，使白口铸铁中的渗碳体分解，获得在铁素体或珠光体的基体分布着团絮状石墨的铸铁。黑心可锻铸铁黑心可锻铸铁(kdun-zhti)(KTH, 铁素体基体铁素体基体)珠光体可锻铸铁珠光体可锻铸铁(KTZ) 白心可锻铸铁白心可锻铸铁(KTB，很少用，很少用)种类种类特点：特点：强度高强度高b=300-400Mpa，塑性（，塑性（12%）和韧性（）和韧性（k 30J/Cm2)好好。石墨化退火周期长，石墨化退火周期长，40-70h, 铸件成本高。铸件成本高。适用于制造承受震动和冲击、形状复杂的薄壁小件。适用于制造承受震动和冲击、形状复杂的薄壁小件。第52页/共56页第五十三页，共56页。第53页/共56页第五十四页，共56页。按化学成分：按化学成分：铸造铸造(zhzo)碳钢：以铸造碳钢：以铸造(zhzo)中碳钢用的最多；中碳钢用的最多；而铸造而铸造(zhzo)低碳钢和铸造低碳钢和铸造(zhzo)高碳钢用的少。高碳钢用的少。铸造合金铸造合金(hjn)钢：在碳钢的基础上加入少量的合金钢：在碳钢的基础上加入少量的合金(hjn)元素，元素，如锰、铬、钼、钒等。如锰、铬、钼、钒等。ZGMn13为铸造耐磨钢；为铸造耐磨钢；ZG1Cr18Ni9为铸造不锈钢。为铸造不锈钢。按用途分类：按用途分类：不锈钢不锈钢耐磨钢耐磨钢第54页/共56页第五十五页，共56页。第55页/共56页第五十六页，共56页。