铸造工艺学1-4.doc

第一章 金属材料与热处理 培训要点：本章应重点掌握金属材料的物理、力学、铸造性能的种类及概念；铁碳合金中几种基本组织；铁碳相图上各点、线的意义；铸造合金的分类；铸件热处理的基本知识及常用热处理工艺。 金属材料是现代机械制造业的基本材料，由于它具有良好的使用性能和工艺性能，因此广泛地应用于制造各种生产设备、工具、武器和生活用具。日常所用的金属材料以合金为主，很少使用纯金属。合金是以一种金属为基础，加入其他金属或非金属，经过熔炼而获得的具有金属特性的材料。与纯金属相比，合金具有更好的工艺性能，而且成本较低。 第一节 金属材料的物理、力学和铸造性能 一、金属的物理性能 金属的物理性能是指金属固有的属性，包括密度、熔点、导热性、导电性、热膨胀性和磁性等。 1. 密度 某种金属单位体积的质量称为该金属的密度。密度的计算公式为 式中 ρ——金属的密度（kg/m3）； m——金属的质量（ kg ）； V——金属的体积（ m3 ）。 不同的金属具有不同的密度。一般将密度小于5×103kg/m3的金属称为轻金属，如铝、镁、钛、铍及其合金；密度大于5×103kg /m3的金属材料称为重金属，如铁、铜、锡、铅及其合金。日常生产中，利用密度可以计算金属材料或零件的质量，测量金属的密度可以鉴别金属和确定金属铸件的致密程度。 2. 熔点 金属由固态熔化成液态时的温度称为该金属的熔点。 熔点是金属材料冶炼、铸造、焊接等热加工工艺的重要参数之一。通常按金属熔点的高低，将熔点低于700℃的金属称为易熔金属，如锡、铋、铅、铟及其合金；将熔点高于700℃的金属称为难熔金属，如铁、钨、钼、钒及其合金。 3. 导热性 金属传导热量的能力称导热性。导热性的大小用热导率λ表示，单位是W/(m·K)。 热导率越大，金属的导热性越好。一般纯金属的导热性比合金强，其中以银为最好，铜、铝次之。导热性是金属材料重要性能之一，在制订热加工工艺时，必须考虑材料的导热性。如铸造上热芯盒模具的设计和材料选定时，就要考虑金属的导热性能。 4. 导电性 金属传导电流的能力称导电性。常用电阻率ρ来表示，单位是Ω·m。电阻率越小，金属的导电性越好。纯金属的导电性比合金好，其中以银为最好，铜、铝次之。 5. 热膨胀性 金属材料随温度变化而热胀冷缩的特性称为热膨胀性。热膨胀性的大小用线胀系数αl和体胀系数αv来表示。一般体胀系数近似为线胀系数的三倍。在制订铸造和热处理工艺时必须考虑材料的热膨胀影响，以减少工件的变形和开裂。例如在铸造模具制造时应预留缩尺，以保证铸件尺寸准确。 6. 磁性 金属材料在磁场中受到磁化的性能称为磁性。衡量材料磁性的指标为磁导率μ，单位为H/m，它是磁性材料在磁场中磁感应强度与磁场强度的比值。在同一磁场中，材料磁导率越大，就越容易被磁化。 根据金属材料在磁场中受到磁化程度的不同，即磁导率的不同，可分为铁磁性材料、顺磁性材料和抗磁性材料三类。铁磁性材料在磁场中能强烈地被磁化，如铁、钴、镍等；顺磁性材料在磁场中只能微弱地被磁化，如锰、铬等，抗磁性材料在磁场中不能被磁化，如铜、锌等。 二、金属的力学性能 金属的力学性能是指金属在外力作用下所表现出的性能，包括强度、塑性、硬度、冲击性及疲劳强度等。力学性能是机械零件及工具设计、制造中选用金属材料时的主要依据。 1. 强度 金属在外力作用下抵抗变形或断裂的能力称为强度，强度的大小通常用应力来表示。其符号为σ，单位为MPa。金属材料的强度指标常用屈服强度和抗拉强度来表示。屈服强度和抗拉强度是通过金属材料标准试样拉伸试验测定的。 拉伸试验是在拉力试验机上进行的：将标准试样（图1-1）装夹在试验机上，然后开动试验机施以一缓慢增加的轴向拉力。试样在拉力作用下逐渐伸长，直至断裂为止。 （1）屈服强度 金属材料受外力作用会产生变形。外力缓慢增加，变形缓慢增加。当外力增大到一定值时，即使外力不再增加，材料也会继续发生变形，这种现象称为“屈服”。屈服强度就是指金属材料产生屈服现象时的应力，用符号σs表示。 屈服强度是材料抵抗微量塑性变形的能力。σs越大，其抵抗能力越强，越不容易产生塑性变形。 （2）抗拉强度 抗拉强度是金属材料在拉断前所能承受的最大拉伸力，用符号σb表示，计算公式为 式中 σb——抗拉强度（Pa）； Fb——试样在断裂前的最大拉伸力（N）； A0——试样原始截面积（m2）。 抗拉强度是材料抵抗断裂的能力，σb越大，材料抵抗断裂的能力越强，越不容易引起断裂。 屈服强度σs和抗拉强度σb是设计机械和选择、评定金属材料的主要依据和指标。金属材料不能在超过其σs的条件下工作，否则会引起零件的塑性变形；也不能在超过其σb的条件下工作，否则会导致零件的破坏。 2. 塑性 金