常用金属材料及其成形.docVIP

第七章 常用金属材料及其成形 金属材料在许多领域中的应用都十分广泛，特别是在机械行业中更是主要的使用对象。要合理的选择材料和成形加工方法，就要掌握和了解金属材料的种类、性能特点、成形加工方法和应用范围等知识。学习本章后应掌握和应了解的具体内容如下： 1. 铸造成形的方法，工艺技术2. 几种常用铸造方法的工艺过程、特点，适用铸造合金，应用范围3. 锻造成形的方法，设备，工艺技术4. 锻造毛坯的组织和性能特点，应用范围5. 冲压成形的加工对象，基本工序6. 钢的分类、牌号，性能特点，应用7. 铸铁的分类，组织和性能特点，应用8. 非铁金属的分类，性能特点，应用 ?金属材料包括钢铁（黑色金属）和非铁（有色）金属两大类。钢铁材料在各个领域中的应用都十分广泛，尤其在机械行业中更是起到基础材料的作用。 ????金属材料的主要成形技术——铸造和锻造由来已久，是人类最早应用的工业技术。直到现在高科技迅速发展的信息时代，这些传统的工艺技术仍在不断发展，仍在起着不可替代的重要作用。 ????通过本章的学习，你将了解到：金属材料的种类，各种金属材料的性能特点、应用范围，金属成形加工的方法、工艺过程、特点和应用。这些知识都是工程师和设计师所必需的基础知识。 ? 7.1.1 概述 7.1-1）。金属成形方法主要指获得毛坯的生产加工方法。工业上应用的金属成形方法（即毛坯生产方法）主要有：铸造，压力加工，焊接，粉末冶金等（见图7.1-2）。 图7.1-1 机器生产过程示意图 ?  图7.1-2 金属毛坯的生产方法及其分类 ????图7.1-2列举了一些主要的金属成形方法。每一种成形方法都有自己的特点和适用范围，所应用的原理也各不相同。 铸造是将所需的金属熔化成液体，浇注到铸型中，待其冷却凝固后获得铸件（毛坯）的。因此，铸造也可以称为液态成形。 压力加工则是利用固态金属的塑性变形来实现成形加工的。 焊接成形是将金属局部熔化，通过焊缝的凝固把单个的构件连接组合在一起，形成一个完整的毛坯或零件。 粉末冶金是利用烧结过程中原子的扩散，使粉末颗粒紧密结合在一起。 下面将选择几种常用的金属成形方法作简要介绍。  7.2.1 铸造历史 ????中国古代的铸造技术水平非常之高，令当今世人惊叹不已。这里介绍几例（引自：温林、李建平，彩图版十万个为什么(艺术卷)，京华出版社，2001），以飨读者。 图7.2-1 商代司母戊鼎在河南安阳出土，用青铜铸造，重875kg，高133cm，长110cm，宽78cm。 ? 图7.2-2 西周时代的簋青铜器。簋(音gui)：盛食物用的器皿 图7.2-3 西汉透光铜镜(上)和它的透光效果  图7.2-4 商厚  7.2.2 铸造的特点 7.2-5。 铸件大小几乎不受限制，质量从几克到几百吨，壁厚从1mm到1m以上都可以铸造，见图7.2-6。 可用于铸造的金属与合金的种类很多。从原理上讲，所有金属与合金都可以熔化成液体，能够用于铸造。但是金属材料的铸造性能有差别，实际生产中主要使用那些容易铸造的合金，如铸铁。 铸造所用原材料价格较低，所以铸件生产成本较低。 ????由于铸造具有如此突出的优点，所以才会经久不衰，且不断发展，直到现在仍然在制造业中得到广泛应用。 图7.2-5 具有复杂形状和内腔的铝合金铸件（汽车发动机箱体——压铸件）(引自：E.Paul,De Garmo,? Materials and Processes in Manufacturing) ? ??????图7.2-6 60多吨重的大型铸件(引自：Gregory? S. Graham,? Metalworking? An Introduction) ????铸造生产过程较为复杂，铸件质量不易控制，铸件的力学性能较同种材料的锻压件差。但是，由于铸造工艺的不断改进，现代科技在铸造中的应用，以及一些新型铸造方法的出现和应用，这些缺点正在逐步被克服，铸件的力学性能、形状和尺寸精度、表面质量大大提高。这使得铸造的应用范围更加广泛。例如，原来用钢锻造的内燃机曲轴，已用球墨铸铁铸造生产，见图7.2-7。 图7.2-7 球墨铸铁曲轴（铸件） 7.2.3 砂型铸造 (Sand casting)是最基本、应用最普遍的铸造方法。其基本工艺过程如图7.2-8所示。 图7.2-8 砂型铸造基本工艺过程示意图 ? ????型砂一般是由石英（SiO2）砂、粘结剂、水等混合而成。工业生产常用的粘结剂有粘土，水玻璃、树脂、植物油等。粘土砂、树脂砂主要用于铸铁件生产；水玻璃砂用于铸钢件生产；油砂则主要用于制造特殊的型芯，以形成铸件复杂的内腔。 ????砂型铸造就是用配制好的型砂和模型来制作铸型（此过程称为造型）。在砂箱中将型砂舂紧，然后取出模型，合箱后就成为铸型。将熔炼好的金属