金属工艺学b复习金属工艺学-武汉理工大学-2014年全解

1、复习,金属工艺学B,考试题型及分数分布情况,一、填空题（每空0.5分、20分） 二、简答题（5小题，共15分） 三、选择题（每小题1分，共10分） 四、综合题（6小题，共35分） 五、修改零件结构题（将不合适结构改为合适结构，并说明理由，每题2分，共20分。）,铸造,充型能力：,液态金属充满铸型型腔，获得形状准确、轮廓清晰的成型件的能力，称为充型能力。充型能力不足时会产生浇不足、冷隔、夹砂、气孔、夹渣等缺陷。 充型能力首先取决于合金的流动性，同时又受铸型性质、浇注条件和铸件结构等因素的影响。,浇注条件对充型能力的影响,浇注温度：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，充型能力强。 充型压力：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。 浇注系统：浇注系统的结构越复杂，则流动阻力越大，充型能力越差。,既然提高浇铸温度可提高液态合金的充型能力，但为什么要防止浇铸温度过高？ 浇注温度越高，则充型能力越好。但在实际生产中，常采用“高温出炉，低温浇注”的原则，因为浇注温度越高，金属收缩量增加，吸气增多，氧化越严重，铸件容易产生

2、缩松、缩孔、粘砂、气孔等缺陷。 铸造合金的结晶间隔越大，则流动性越差，具有共晶成分的合金流动性最好。,亚共晶铸铁随含碳量的增加，结晶温度范围减小，流动性提高。,下列成分的铁碳合金中流动性最好的是 wc=3.5% wc=4.0% wc=4.5% wc=5.0%,铸铁，碳含量2.11%6.69% 亚共晶铸铁-碳含量4.3% 钢，碳含量0.77%,合金的收缩：合金从液态冷却至室温的过程中，其体积或尺寸缩减的现象。合金的收缩给液态成形工艺带来许多困难，会造成许多铸造缺陷。（如：缩孔、缩松、裂纹、变形等）。,合金的收缩可划分为三个阶段： 液态收缩； 凝固收缩； 固态收缩。,合金的液态收缩和凝固收缩表现为合 金体积的减小，通常称之为体收缩。 在此阶段会出现缩孔和缩松缺陷。 液态合金冷却 液态收缩 凝固收缩 缩孔：恒温下结晶 缩松：两相区结晶 合金的固态收缩，体积和尺寸减小并存，通常称之为线收缩。在此收缩阶段会导致铸件产生应力、变形和裂纹等缺陷。,液态金属的凝固与收缩,铸件的凝固方式： 在铸件的凝固过程中，其截面一般存在 三个区域，即液相区、凝固区、固相区。对 铸件质量影响较大的主要是液相和固相并存

3、 的凝固区的宽窄。铸件的凝固方式就是依据 凝固区的宽窄来划分的。 铸件的凝固方式通常有：逐层凝固； 糊状凝固； 中间凝固。,减少和消除铸件应力的途径,机械应力：暂时的，只须适时开箱； 热应力： 1）铸件的结构：铸件各部分能自由收缩；铸件的结构尽可能对称；铸件的壁厚尽可能均匀； 2）工艺方面：采用同时凝固原则； 3）时效处理：人工时效； 自然时效； 防止铸件变形 使铸件结构对称 设置拉筋 改善型（芯）砂的退让性,缩孔和缩松的防止,顺序凝固原则 ： 是铸件让远离冒口的地方先凝固 靠近冒口的地方次凝固 最后才是冒口本身凝固 实现以厚补薄，将缩孔转移到冒口中去 合理布置内浇道及确定浇铸工艺 合理应用冒口、冷铁和补贴等工艺措施 不能防止铸件变形,铸铁的分类,按照石墨的形态,铸铁可分为: 石墨呈片状铸铁,称灰铸铁； 石墨呈团絮状的铸铁称可锻铸铁； 石墨呈球状的铸铁称球墨铸铁； 石墨呈蠕虫状的铸铁称蠕墨铸铁。 其中球墨铸铁综合性能最好。,返回到节,影响铸铁石墨化的因素可分为内因和外因两个方面，内因是化学成分，外因是冷却速度。,影响石墨化的因素,外因-冷却速度,在生产过程中，铸铁的冷却速度越缓慢，或在

4、高温下长时间保温，均有利于石墨化。 在其它条件一定的情况下，冷却速度与铸件的壁厚有关，壁厚越大，冷却速度越小，越有利于石墨化，反之亦然； 在生产，铸件的表面和薄壁处常形成白口组织，使切削加工困难，就是由于这个原因造成的。,铸铁的性能：铸铁之所以用得如此广泛，是因为石墨的存在，石墨的存在，使铸铁具有好多钢所不具备的性能。 良好的铸造性能，如流动性好、收缩小等； 良好的切削加工性能； 高的耐磨性； 良好的吸振缓冲性能； 低的缺口敏感性能。,灰铸铁的牌号,灰铸铁的牌号由HT+三位数字组成： 其中HT是灰铁的汉语拼音缩写；数字代表铸铁的抗拉强度。 如HT150表示最低抗拉强度为150M Pa的灰铸铁。 最小的灰铁是HT100，往上以50为间隔递增，最大为HT350。,返回到节,可锻铸铁,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(KTH, 铁素体基体) 珠光体可锻铸铁(KTZ) 白心可锻铸铁(KTB，很少用),特点：,强度高b=300-400Mpa，塑性（12%）和韧性（k 30J/Cm2)好。 石墨化退火周

5、期长，40-70h, 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。 其实它并不能真的用于锻造,2019/7/22,20,型砂主要由原砂、粘土和水等组成，型砂应具备的性能：,强度 透气性 耐热性 退让性 （可塑性等）,性能,垮砂 气孔 粘砂 裂纹等,性能不足 将引起缺陷,金属的液态成型工艺,砂型铸造： 手工造型； 机器造型； 特种铸造： 金属型铸造； 熔模铸造；挤压铸造 ； 低压铸造；压力铸造； 陶瓷型铸造；离心铸造。,砂型铸造适用于各种形状、大小、批量及各种合金铸造的生产，是生产大型铸件的唯一方法。,2019/7/22,22,砂型铸造-手工造型,整模造型 分模造型 活块造型 挖砂造型 假箱造型 刮板造型等,按模样特征,按砂箱特征,两箱造型 三箱造型 脱箱造型 地坑造型等,铸造工艺图的绘制 分型面的选择 铸型分型面是指铸型组元间的接合面 工艺参数的确定 浇注位置的确定,分型面的选择：指铸型组元间的接合面,应保证模样能顺利的从铸型中取出 应尽量减少分型面的数量 应尽量使分型面是一个平直的面 应使铸件的全部或大部分置入同一砂箱 应使铸件的全部或大部分置入下箱 应尽量使型芯和活

6、块的数量减少 例如：铸件的最大截面处,浇注位置的确定,铸件的重要加工面和受力面应朝下 铸件上表面容易产生砂眼、气孔、夹渣等缺陷 铸件的大平面应朝下 铸件的大平面在上，容易产生夹砂缺陷 铸件的大面积的薄壁部分应朝下 防止铸件薄壁部分产生浇不足或冷隔缺陷 铸件中的厚大部位应朝上或侧放 防止产生缩孔缺陷,收缩率,由于合金的线收缩，铸件冷却后的尺寸将比型腔尺寸略有缩小。 为了保证铸件应有的尺寸，模样必须放大一个该合金的收缩量。 为此制造模样时，多使用特别的收缩尺，如0.8%、1.0%、1.5%.各种比例收缩尺。,“结构斜度”为起模；设计图上画清晰。 “拔模斜度”模样留；工艺设计想周细,铸造工艺图（浇注位置、分型面、加工余量、拔模斜度、型芯轮廓）。,铸造结构工艺性便于起模,结构应使工艺简化,简化外形，分形少,凸肋设计避活块,内腔设计少用芯，安芯排气与清理，事先考虑想仔细,直分型防挖砂,压力加工,塑性变形,塑性变形：当外力增大到使金属的内应力超过该金属的屈服点之后，即使外力停止作用，金属的变形并不消失。 单晶体 在切应力作用下，晶体的一部分与另一部分沿着一定晶面产生相对滑移（该面称为滑移面），从而

7、造成晶体的塑性变形晶体内部存在大量的缺陷，其中位错对金属塑性变形的影响最为明显。位错运动的结果，就是实现整个晶体的塑性变形。 多晶体 多晶体由许多单个晶粒组成，其塑性变形可以看成由组成多晶体的晶粒产生变形（称为晶内变形）的综合效果晶粒间存在滑动和转动（称为晶间变形）。 金属在常温下经过塑性变形后，内部组织将发生变化。 晶粒沿着最大变形方向伸长 晶格与晶粒均发生扭曲，产生内应力 晶粒间产生碎晶,冷变形： 变形温度在再结晶温度以下时，这种变形称为冷变形。 热变形： 变形温度在再结晶温度以上时，变形产生的加工硬化被随即发生的再结晶所抵消，变形后金属具有再结晶的等轴晶粒组织，而无任何加工硬化痕迹，这种变形称为热变形。 冷变形与热变形相比，其优点是 尺寸、形状精度高,回复：冷变形后的金属加热至一定温度后，因原子的活动能力增强，使原子回复到平衡位置，晶粒残余应力大大减小，在晶粒大小尚无变化的情况下使其力学性能和物理性能部分得以恢复的过程。 T回=0.250.3T熔（k） 再结晶：当温度升高到该金属熔点的0.4倍时（ T再=0.4T熔）(K)，金属原子获得更多的热能，使塑性变形后金属被拉长了的晶粒重

8、新生核、结晶，变为变形前晶格结构相同的新等轴晶粒。,冷变形与热变形,纤维组织的利用原则：,具有纤维组织的金属，各个方向上的力学性能不相同。顺纤维方向的机械性能比横纤维方向的好。金属的变形程度越大，纤维组织就越明显，力学性能的方向性也就越显著。 使纤维分布与零件的轮廓相符合而不被切断。 使零件所受的最大拉应力与纤维方向一致，最大切应力与纤维方向垂直。 纤维组织的稳定性高，不能用热处理方法加以消除，只能通过塑性加工使金属变形，才能改变其方向和形状。,轧制 挤压（有哪4种？） 拉拔 锻造 自由锻 模锻 板料冲压,金属塑性成型的基本生产方法,锻造主要分为： 无模自由成型（也称为自由锻） 模膛塑性成型（也称为模锻） 自由锻造使用的工具简单、通用，生产准备周期短，灵活性大，所以使用范围广，特别适用于单件、小批量生产。而且，自由锻是大型件唯一的锻造方法（1Kg300t）。 但自由锻造的生产效率低，对操作工人的技艺要求高，工人的劳动强度大，锻件精度差，后续机械加工量大等致命弱点，导致自由锻造在锻件生产中日趋衰落。国外工业发达国家的中小型自由锻件在其锻件总产量的比重只有2040。,模膛的分类,模膛,模锻

9、模膛,制坯模膛,预锻模膛,终锻模膛,拔长模膛,滚压模膛,弯曲模膛,切断模膛,预锻模膛,a、预锻模膛的功用 使坯料变形到接近于锻件的形状和尺寸, 减少终锻变形量, 以保证终锻时获得成形饱满、无折叠、裂纹或其它缺陷的优质锻件。,终锻模膛 作用：是使坯料最后变形到锻件所要求的形状和尺寸，因此它的形状应和锻件的形状相同。 终锻模膛的尺寸应比锻件尺寸放大一个收缩量。钢件收缩量取1.5%。 沿模膛四周有飞边槽，用以增加金属从模膛中流出的阻力，促使金属充满模膛，同时容纳多余的金属。 终锻后在孔内留下一薄层金属，称为冲孔连皮。不可以获得具有通孔的锻件。,带有冲孔连皮及飞边的模锻件 1-飞边；2-分模面；3-冲孔连皮4-锻件,模锻斜度及圆角半径,内壁斜度 2应比外壁斜度1大一级,内圆角半径R是外圆角半径r的倍,模锻斜度,圆角半径,模锻斜度：为了使锻件易于从模膛中取出，锻件与模膛侧壁接触部分需带一定斜度,余块、机械加工余量和锻造工差,余块（敷料）：为了简化零件的形状和结构，便于锻造增加的一部分金属 机械加工余量：为了保证机械加工最终所需的尺寸而允许保留的多余金属 锻造工差：锻件名义上的允许变动量,金属压力加工生产中锻前加热易产生的缺陷 金属与空气中氧气发生“氧化”反应。 合金中的石墨和空气氧气反应产生“脱碳”现象。 若加热温度过高，晶粒急剧长大，金属力学性能降低，这种现象称为“过热”。 若加热温度更高接近熔点，晶界氧化破坏了晶粒间的结合，使金属失去塑性，坯料报废，这一现象称为“过烧”。,应力状态对金属材料塑性的影响,拉应力：使金属原子间距离增大，尤其当金属的内部存在气孔、微裂纹等缺陷时，在拉应力作用下，缺陷处易产生应力集中，使裂纹扩展，甚至达到破坏报废的程度。 压应力：使金属内部原子间的距离减小，不易使缺陷扩展使金属内部摩擦阻力增大，变形抗力也随之增大应力力求创造最有利的变形条件，充分发挥金属的塑性，降低变形抗力，使功耗最少，变形进行得充分。 三个方向的应力中，压应力的数目越多，则金属的塑性越好；拉应力的数目越多，则金属的塑性越差。 加工一种型材用拉拔要比挤压省力，但它的塑性反而不好。,液态模锻的工艺过程,液态模锻工艺的主要特点 在成型过程

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