第2章 材料的液態(tài)成形

1、材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院2-1 金屬的液態(tài)成形2-1-1 概述材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院汽車(chē)上應(yīng)用的部分鑄件汽車(chē)上應(yīng)用的部分鑄件材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院通高通高133厘米，厘米，重重875公斤，公斤，1939年河南省年河南省安陽(yáng)殷墟出土，安陽(yáng)殷墟出土，現(xiàn)藏中國(guó)歷史現(xiàn)藏中國(guó)歷史博

2、物館博物館司母戊鼎因其腹內(nèi)壁上有銘文“司母戊”三字而得名，是商王祭祀其母（名戊）的紀(jì)念器物。材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院通高通高58.3厘米，厘米，1938年湖南省寧鄉(xiāng)縣出年湖南省寧鄉(xiāng)縣出土，現(xiàn)藏中國(guó)歷史土，現(xiàn)藏中國(guó)歷史博物館博物館在中國(guó)古代青銅器中，有不少器物以其獨(dú)特的造型而引人注目，四羊方尊便是其中一例。它的造型動(dòng)靜結(jié)合，寓雄奇于秀美之間，可謂巧奪天工。材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院 商（公元前商（公元前16前前11世紀(jì)）世紀(jì)）材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院 材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院材料

3、科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院 材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院Fe-C合金的流動(dòng)性與狀態(tài)圖的關(guān)系合金的流動(dòng)性與狀態(tài)圖的關(guān)系純金屬、共晶合金流動(dòng)性好(恒溫下結(jié)晶，凝固層內(nèi)表面光滑)亞穩(wěn)、過(guò)晶合金流動(dòng)性差。(在一定溫度范圍內(nèi)結(jié)晶，凝固層內(nèi)表面粗糙不平) 材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院 鑄型中水分和煤粉鑄型中水分和煤粉含量對(duì)低硅鑄鐵充含量對(duì)低硅鑄鐵充型能力的影響型能力的影響材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院 材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)

4、院材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院影響凝固方式的主要因素影響凝固方式的主要因素合金的凝固溫度范圍合金的凝固溫度范圍鑄件凝固期間固液相界面前沿的溫度梯度鑄件凝固期間固液相界面前沿的溫度梯度逐層凝固有利于充型，可防止縮孔和縮松。逐層凝固有利于充型，可防止縮孔和縮松。材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院：（1 1）適當(dāng)降低澆注溫度；）適當(dāng)降低澆注溫度；（2 2）合理運(yùn)用鑄型的激冷作用；）合理運(yùn)用鑄型的激冷作用；（3 3）孕育處理；）孕育處理；（4 4）動(dòng)態(tài)再結(jié)晶細(xì)化晶粒。）動(dòng)態(tài)再結(jié)晶細(xì)化晶

5、粒。材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院 液態(tài)收縮液態(tài)收縮凝固收縮凝固收縮固態(tài)收縮固態(tài)收縮 材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院%100010VVVV%100010LLLL材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院幾種鐵碳合金的體積收縮率幾種鐵碳合金的體積收縮率合金種類(lèi)含碳量（%）澆注溫度（）液態(tài)收縮（%）凝固收縮（%）固態(tài)收縮（%）總體收縮（%）線收縮率（%）碳素鑄鋼白口鑄鐵灰鑄鐵0.353.03.51610140014001.62.43.53.04.00.17.865.46.33.34.212.461212.96.97.81.382.01.352.00.81.

6、0材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院(a)(a)液態(tài)收縮液態(tài)收縮(b)(b)澆口凍結(jié)表層凝殼澆口凍結(jié)表層凝殼(c)(c)凝固收縮液面下降凝固收縮液面下降(d)(d)形成縮孔鑄件凝固形成縮孔鑄件凝固(e)(e)固態(tài)收縮固態(tài)收縮材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院(a)(a)(b)(b)凝殼內(nèi)液固共存凝殼內(nèi)液固共存(c)(c)內(nèi)部糊狀內(nèi)部糊狀(d)(d)內(nèi)部凝固內(nèi)部凝固(e)(e)形成縮松形成縮松(f)(f)固態(tài)收縮固態(tài)收縮材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院 材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與

7、工程學(xué)院3. 鑄件的凝固原則鑄件的凝固原則順序凝固原則順序凝固原則 在鑄件上從遠(yuǎn)離冒口或澆口在鑄件上從遠(yuǎn)離冒口或澆口到冒口或澆口之間建立一個(gè)到冒口或澆口之間建立一個(gè)遞增的溫度梯度，從而實(shí)現(xiàn)遞增的溫度梯度，從而實(shí)現(xiàn)由遠(yuǎn)離冒口的部分向冒口的由遠(yuǎn)離冒口的部分向冒口的方向順序地凝固。方向順序地凝固。 材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院同時(shí)凝固原則同時(shí)凝固原則 是采取工藝措施保證是采取工藝措施保證鑄件結(jié)構(gòu)上各部分之鑄件結(jié)構(gòu)上各部分之間沒(méi)有溫差或溫差盡間沒(méi)有溫差或溫差盡量小，使各部分同時(shí)量小，使各部分同時(shí)凝固。如圖所示。凝固。如圖所示。 材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院 減少和消除應(yīng)力的措施減少和消

8、除應(yīng)力的措施 結(jié)構(gòu)上壁厚均勻，圓角連接，結(jié)構(gòu)對(duì)稱(chēng)。 工藝上同時(shí)凝固，去應(yīng)力退火。同時(shí)凝固和定向凝固比較同時(shí)凝固和定向凝固比較 定向凝固用于收縮大或壁厚差距較大，易產(chǎn)生縮孔的合金鑄件，如鑄鋼、鋁硅合金等。定向凝固補(bǔ)縮作用好，鑄件致密，但鑄件成本高，內(nèi)應(yīng)力大。 同時(shí)凝固用于凝固收縮小的灰鑄鐵。 鑄件內(nèi)應(yīng)力小，工藝簡(jiǎn)單，節(jié)省金屬，組織不致密。材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院 鑄件在凝固后的冷卻過(guò)程中繼續(xù)發(fā)生固態(tài)鑄件在凝固后的冷卻過(guò)程中繼續(xù)發(fā)生固態(tài)收縮，有些合金在固態(tài)下還要發(fā)生相變而收縮，有些合金在固態(tài)下還要發(fā)生相變而伴有收縮或膨脹，從而引起鑄件的體積和伴有收縮或膨脹，從而引起鑄件的體積和尺寸的變

9、化。此時(shí)，如果這種變化受到阻尺寸的變化。此時(shí)，如果這種變化受到阻礙，鑄件內(nèi)將產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，稱(chēng)為礙，鑄件內(nèi)將產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，稱(chēng)為鑄造應(yīng)力鑄造應(yīng)力。鑄造應(yīng)力鑄造應(yīng)力材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院熱裂紋是鑄件在凝固末期或凝固后不久尚處于強(qiáng)度和塑性很低狀態(tài)下，因鑄件固態(tài)收縮受阻而引起的裂紋。熱裂紋是鑄鋼件、可鍛鑄鐵件和某些輕合金鑄件生產(chǎn)中常見(jiàn)的鑄造缺陷之一。熱裂紋在晶界萌生并沿晶界擴(kuò)展，其形狀粗細(xì)不均，曲折而不規(guī)則。 材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院 冷裂紋是鑄件凝固后冷卻到彈性狀態(tài)時(shí)，因局部鑄造應(yīng)力大于合金極限強(qiáng)度而引起的開(kāi)

10、裂。冷裂紋總是發(fā)生在冷卻過(guò)程中承受拉應(yīng)力的部位，特別是拉應(yīng)力集中的部位。冷裂紋與熱裂紋不同，冷裂紋往往穿晶擴(kuò)展到整個(gè)截面，外形呈寬度均勻細(xì)長(zhǎng)的直線或折線狀，冷裂紋的斷口表面干凈有金屬光澤或呈輕度氧化色，裂紋走向平滑，而非沿晶界發(fā)生。這與熱裂紋有顯著的不同。冷裂紋檢驗(yàn)用肉眼可見(jiàn)，可根據(jù)其宏觀形貌及穿晶擴(kuò)展的微觀特征，與熱裂紋區(qū)別。 材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院同時(shí)凝固同時(shí)凝固：應(yīng)力、熱裂、變形小。：應(yīng)力、熱裂、變形小。材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院（a a）晶粒相碰）晶粒相碰 （b b）晶粒平行生長(zhǎng)）晶粒平行生

11、長(zhǎng)晶界偏析的形成晶界偏析的形成材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與工

12、程學(xué)院明冒口（明冒口（1）和暗冒口（）和暗冒口（2）材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院a)a)

13、合型，合型，b)b)壓鑄，壓鑄，c)c)開(kāi)型開(kāi)型 1-1-壓射沖頭，壓射沖頭，2-2-壓室，壓室，3-3-液態(tài)金屬，液態(tài)金屬，4-4-定定型，型，5-5-動(dòng)型，動(dòng)型，6-6-型腔，型腔，7-7-澆道，澆道，8-8-預(yù)料預(yù)料材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院1-1-壓射沖頭，壓射沖頭，2-2-壓室，壓室，3-3-液態(tài)金屬，液態(tài)金屬，4-4-定型，定型，5-5-動(dòng)型，動(dòng)型，6-6-噴嘴，噴嘴，7-7-型腔，型腔，8-8-反料沖頭，反料沖頭，9-9-預(yù)料預(yù)料材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院1-1-液態(tài)金屬，液態(tài)金屬，2-2-坩堝，坩堝，3-3-壓射沖頭，壓射

14、沖頭，4-4-壓室壓室5-5-進(jìn)口，進(jìn)口，6-6-通道，通道，7-7-噴嘴，噴嘴，8-8-壓鑄型壓鑄型材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院 材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與

15、工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院新興鑄管集團(tuán)有限公司生產(chǎn)的離心鑄造球墨鑄鐵管新興鑄管集團(tuán)有限公司生產(chǎn)的離心鑄造球墨鑄鐵管材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院新興鑄管集團(tuán)有限公司生產(chǎn)的離心鑄造球墨鑄鐵管新興鑄管集團(tuán)有限公司生產(chǎn)的離心鑄造球墨鑄鐵管 正在安裝施工主供水管線正在安裝施工主供水管線材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院 材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院 材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)