材料工程基础：第2章 材料的液态成形.ppt

第二章 材料的液态成形技术 ;材料的液态成形工艺通常是使液体的材料填充成形模具，材料在凝固之前形成模腔内的形状。 金属：砂型铸造、特种铸造 陶瓷：注浆、热压铸、凝胶注、流延成形 聚合物：注射成形、吹塑成形等;2-1 金属的液态成形2-1-1 概述;一、基本过程;二、特点 1、适应性强，工艺灵活性大。 2、铸件大小不受限制。 3、铸件精度较高。 4、成本低廉。 5、零件质量不稳定，生产过程劳动强度大、条件差、生产率低。;三、应用;汽车上应用的部分铸件;四、铸造技术的发展历史;湖北省随县曾候已墓出土的编钟;河南安阳晚商遗址出土的司毋戊鼎;湖南宁乡出土的四羊方尊;熔铜坩锅 商（公元前16~前11世纪）;公元前六世纪，发明了生铁和铸铁的技术； 战国中期，发明了金属型铸造法； 隋唐以后，已掌握大型铸件的铸造技术。;近二十多年来，我国的铸造技术发展迅速，已成为世界铸件生产大国，部分技术已接近国际水平，已建成较大规模的机械化造型生产线400多条，能液态成型制造重210吨的大型厚板轧机铸钢机架，成型260吨的大型铸铁钢锭模等产品。据2005年统计，铸件产量约为2442万吨，居世界第一。 随着边缘学科和相关学科的突破和渗透，铸造已向着掌握和控制凝固理论、铸件性能，铸件轻量、薄壁和优质化方向发展，使用精化、高产、无害或少害的工艺和设备，应用CAD/CAE/CAM及人工智能(AI)、各种专家系统(ES)、CAP等已成为现实。 ;发展方向： (1) 提高尺寸精度和表面质量； (2) 先进的造型技术及自动化生产线； (3) 高效、节能，减少污染； (4) 降低成本，改善劳动条件。;2-1-2 金属的铸造性能;一、液态金属的充型能力;2、影响液态金属充型能力的因素 金属的流动性：液态金属本身的流动能力 流动性好的合金： 易于浇注出轮廓清晰、薄而复杂的铸件； 有利于非金属夹杂物和气体的上浮和排除； 易于补缩及热裂纹的弥合。 ;衡量方法：在螺旋试样上，以相同的条件来浇注，流动长度为流动性好坏的标准。 金属流动性测试实验 如右图所示： ;1) 影响因素 合金成分 合金的物理性质 包括比热、密度、导热系数、结晶潜热和粘度等。;铸铁的流动性（试样截面8×8mm）;2) 铸型的性质 铸型的蓄热系数 铸型的温度 铸型的表面状态和铸型中的气体) ;3) 浇注条件 浇注温度 充型压头 浇注系统的结构 4) 铸件结构 铸件的折算厚度 铸件壁厚最小允许壁厚 铸件的复杂程度;3、提高充型能力的措施;二、铸件的凝固与收缩; 逐层凝固 糊状凝固 中间凝固;影响凝固方式的主要因素;凝固组织 ;纯金属;纯金属：内部柱状晶+外壳部等轴晶 固溶体：外壳等轴晶+中间柱状晶+中心等轴晶 生产中获得等轴晶常采取的工艺措施：（1）适当降低浇注温度；（2）合理运用铸型的激冷作用；（3）孕育处理；（4）动态再结晶细化晶粒。; 凝固时间;2、铸件的收缩 (1) 基本概念：铸造合金从液态冷至室温的过程中，其体积和尺寸发生减小的现象。 (2) 过程三阶段 ;收缩率： 体积收缩率是指单位体积的收缩量。 线收缩率是指单位长度上的收缩量。 体积收缩率： 线收缩率： 其中 V0，L0表示铸件在高温T0时的体积和一维方向的长度； V1，L1表示铸件在低温T1时的体积和一维方向的长度。;几种铁碳合金的体积收缩率;(3) 合金的收缩特性对铸件质量的影响 液态收缩和凝固收缩是铸件产生缩孔和缩松的基本原因。 液态金属在凝固过程中，由于液态收缩和凝固收缩，往往在铸件最后凝固的部位出现大而集中的孔洞，称为缩孔；细小而分散的孔洞则称为缩松。;缩孔： 形成的基本条件是金属在恒温或很窄的温度范围内结晶，铸件由表及里逐层凝固。 产生的基本原因是金属的液态收缩和凝固收缩值大于固态收缩值，且得不到补偿。缩孔产生的部位在铸件最后凝固区域。;(a)液态收缩(b)浇口冻结表层凝壳(c)凝固收缩液面下降 (d)形成缩孔铸件凝固(e)固态收缩;缩松： 形成的基本原因是金属的液态收缩和凝固收缩大于固态收缩。 形成的基本条件是金属的结晶温度范围较宽，呈糊状凝固。 缩松的形成过程 ;铸件上可能产生缩孔或缩松的部位 凝固等温线法 内切圆法 ;危害：显著降低铸件力学性能，造成铸件渗漏等。 防止措施：顺序凝固+冒口 使铸件各个部分的凝固收缩均能得到液态金属的补充，而将缩孔转移到冒口之中 加压补缩；热等静压法 ;3. 铸件的凝固原则;同时凝固原则 是采取工艺措施保证