機(jī)械工程材料知識(shí)總結(jié)

1、鑄造知識(shí)總結(jié)鑄造知識(shí)總結(jié)鑄造生產(chǎn)的特點(diǎn)及應(yīng)用鑄造生產(chǎn)的特點(diǎn)及應(yīng)用可獲得任意尺寸、任意形狀的零件和毛坯某些材料必修鑄造，例如鑄鐵件鑄造可降低金屬消耗，減少機(jī)加工工時(shí)鑄造生產(chǎn)成本低，適應(yīng)性廣，可用于加工機(jī)械零件毛坯或成品合金合金的鑄造性的鑄造性合金的鑄造性：在鑄造生產(chǎn)過程中，合金鑄造成形的難易程度。容易獲得正確的外形，內(nèi)部又健全的鑄件，其鑄造性就好，反之則差。鑄鋼的鑄造性比鑄鐵差 原因：鑄鋼的熔點(diǎn)較高，鋼液易氧化、鋼水的流動(dòng) 性差、收縮大，其體收縮率為1014%，線收縮為 1.82.5%。合金的流動(dòng)性合金的流動(dòng)性合金的流動(dòng)性：通常以螺旋形流動(dòng)性試樣的長(zhǎng)度來衡量。將金屬液澆入螺旋形試樣的鑄型中，在相

2、同的鑄型及澆注條件下，得到的螺旋形試樣越長(zhǎng)，表示該合金的流動(dòng)性越好。合金的流動(dòng)性對(duì)鑄造生產(chǎn)的影響：合金流動(dòng)性好，易充滿鑄型，能獲得外形完整、輪廓清晰、尺寸精確、薄而復(fù)雜的鑄件；有利于合金凝固收縮時(shí)得到補(bǔ)縮；有利于非金屬雜質(zhì)及氣體上浮和排除；能避免鑄件產(chǎn)生氣孔、渣眼、冷隔和澆不足等缺陷。鑄件為什么會(huì)產(chǎn)生縮孔縮松？鑄件為什么會(huì)產(chǎn)生縮孔縮松？1、鑄件結(jié)構(gòu)方面的原因（1）由于鑄件斷面過厚，造成補(bǔ)縮不良形成縮孔。鑄件壁厚不均勻，在壁厚部分熱節(jié)處產(chǎn)生縮孔或縮松。 （2）由于鑄孔直徑太小形成鑄孔的砂芯被高溫金屬液加熱后，長(zhǎng)期處于高溫狀態(tài)，降低了鑄孔表面金屬的凝固速度，同時(shí)，砂芯為氣體或大氣壓提供了信道，導(dǎo)致

3、了孔壁產(chǎn)生縮孔和繡松。2、熔煉方面的原因 ：液體金屬的含氣量太高，導(dǎo)致在鑄件冷卻過程中以氣泡形式析出，阻止鄰近的液體金屬向該處流動(dòng)進(jìn)行補(bǔ)縮，產(chǎn)生縮孔或縮松。 當(dāng)灰鑄鐵碳當(dāng)量太低時(shí)，將使鐵水凝固時(shí)共晶石墨析出量減少，降低了石墨化膨脹的作用，使凝固收縮增加，同時(shí)也降低鐵水的流動(dòng)性。認(rèn)而降低鐵水的自補(bǔ)縮能力，使鑄件容易產(chǎn)生縮孔或縮松。當(dāng)鐵水含磷量或含硫量偏高時(shí)，磷是擴(kuò)大凝固溫度范圍的元素，同時(shí)形成大量的低熔點(diǎn)磷共晶，凝固時(shí)減少了補(bǔ)縮能力。硫是阻礙石墨化的元素，硫還能降低鐵水的流動(dòng)性。同時(shí)，鐵水氧化嚴(yán)重，也降低液體金屬的流動(dòng)性，使鑄件產(chǎn)生縮孔或縮松。 孕育鑄鐵或球墨鑄鐵在澆注前用硅鐵等孕育劑進(jìn)行孕育處

4、理時(shí)，如果孕育不良，將導(dǎo)致鐵水凝固時(shí)析出大量的滲碳體，從而使凝固收縮增加，產(chǎn)生縮孔或縮松。3、工藝設(shè)計(jì)的原因（1）澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)不合理澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)與鑄件的凝固原則相矛盾時(shí)，可能會(huì)導(dǎo)致鑄件產(chǎn)生縮孔或縮松。主要表現(xiàn)為澆注位置不合適，不利于順序凝固，內(nèi)澆口的位置及尺寸不正確。對(duì)于灰鑄鐵和球墨鑄鐵，如果將內(nèi)澆口開在鑄件厚壁處，同時(shí)內(nèi)澆口尺寸較厚，澆注后，內(nèi)澆口則長(zhǎng)時(shí)間處于液體狀態(tài)。在鐵水凝固發(fā)生石墨化膨脹的作用下，鐵水會(huì)經(jīng)內(nèi)澆口倒流回直澆道，從而使鑄件產(chǎn)生縮孔和縮松。（2）冒口設(shè)計(jì)不合理冒口位置、數(shù)量、尺寸及冒口頸尺寸未能促進(jìn)鑄件順序凝固，都可能導(dǎo)致鑄件產(chǎn)生縮孔和縮松。如果在暗冒口頂部未放置出氣冒口，或

5、冷鐵使用不當(dāng)，也會(huì)導(dǎo)致鑄件產(chǎn)生縮孔和縮松。（3）型砂、芯砂方面的原因型砂（芯砂）的耐火度及高溫強(qiáng)度太低，熱變形量太大。當(dāng)在金屬液的靜壓力或石墨化膨脹力的作用下，型壁或芯壁會(huì)產(chǎn)生移動(dòng)。使鑄件實(shí)際需要的補(bǔ)縮量增加或在膨脹部位出現(xiàn)新的熱節(jié)，導(dǎo)致鑄件產(chǎn)生縮孔和縮松。這種現(xiàn)象對(duì)大中型鑄件是很敏感的。另外，如果型砂中水分含量太高，將使型壁表面的干燥層厚度減少和水分凝聚區(qū)的水分增加，范圍擴(kuò)大，從而使型壁的移動(dòng)能力增加，導(dǎo)致縮孔及縮松的產(chǎn)生。（4）澆注方面的原因澆注溫度太高，使液態(tài)金屬的液態(tài)收縮量增加；太低時(shí)，又會(huì)降低冒口的補(bǔ)縮能力，特別是采用底注式澆注系統(tǒng)時(shí)更明顯，鑄件往往在下部產(chǎn)生縮孔和縮松。當(dāng)冒口沒有澆

6、滿或?qū)Υ笾行丸T件沒有用金屬液對(duì)明冒口進(jìn)行補(bǔ)澆時(shí)，這將降低冒口的補(bǔ)縮能力，引起鑄件產(chǎn)生縮孔或縮松。一、材料力學(xué)性能一、材料力學(xué)性能材料力學(xué)性能（materials,mechanical properties of）是指材料在常溫、靜載作用下的宏觀力學(xué)性能。是確定各種工程設(shè)計(jì)參數(shù)的主要依據(jù)。防止和減少縮松縮孔危害的措施防止和減少縮松縮孔危害的措施（1）合理選用鑄造合金 （2）按照定向凝固原則進(jìn)行凝固（采用各種措施保證鑄件結(jié)構(gòu)上各部分按照遠(yuǎn)離冒口的部分先凝固，然后是靠近冒口部分，最后是冒口本身的凝固）（3）合理選擇澆注系統(tǒng)和澆注位置 （4）合理地應(yīng)用冒口、冷鐵和補(bǔ)貼等工藝措施。鑄造應(yīng)力鑄造應(yīng)力鑄造應(yīng)

7、力：鑄件固態(tài)收縮受阻所引起的應(yīng)力。鑄造應(yīng)力對(duì)鑄件質(zhì)量的影響：（1）使得鑄件的精度和使用壽命大大降低。（2）在存放、加工甚至使用過程中，鑄件內(nèi)的殘留應(yīng)力將重新分布，使鑄件發(fā)生變形或裂紋，還會(huì)降低鑄件的耐腐蝕性。如何減少和防止這種應(yīng)力：（1）在鑄造工藝上可采取同時(shí)凝固原則。在采取工藝措施保證鑄件結(jié)構(gòu)上各部分之間沒有溫差或溫差盡量小，使各部分同時(shí)凝固。（2）采取去應(yīng)力退火或者自然時(shí)效等方法，將殘余應(yīng)力消除。熔模熔模鑄造的特點(diǎn)和應(yīng)用范圍鑄造的特點(diǎn)和應(yīng)用范圍（1）熔模鑄造屬于一次成形，又無分型面，所以鑄件精度高，表面質(zhì)量好。（2）可制造形狀復(fù)雜的鑄件，最小壁厚可達(dá)0.7mm，最小孔徑可達(dá)1.5mm。（3

8、）適應(yīng)各種鑄造合金，尤其適應(yīng)于生產(chǎn)高熔點(diǎn)和難以加工的合金鑄件。（4）鑄造工序復(fù)雜，生產(chǎn)周期長(zhǎng)，鑄件成本較高，鑄件尺寸和質(zhì)量受到限制，一般鑄件重量不超過25kg。（5）適用于制造形狀復(fù)雜、難以加工的高熔點(diǎn)合金及有特殊要求的精密鑄件。用于汽輪機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)葉片、切削刀具、儀表元件、汽車、拖拉機(jī)及機(jī)床等零件的生產(chǎn)。金屬型金屬型鑄造的特點(diǎn)和應(yīng)用范圍鑄造的特點(diǎn)和應(yīng)用范圍（1）鑄件冷卻速度快，組織致密，力學(xué)性能好。（2）鑄件精度和表面質(zhì)量較高。（3）實(shí)現(xiàn)了“一型多鑄”，工序簡(jiǎn)單，生產(chǎn)率高，勞動(dòng)條件好。（4）金屬型成本高，制造周期長(zhǎng)，鑄造工藝規(guī)程要求嚴(yán)格。（5）金屬型鑄造主要適用于大批量生產(chǎn)形狀簡(jiǎn)單的有色金屬

9、鑄件，如鋁活塞、汽缸、缸蓋、泵體、軸瓦、軸套等等。壓力壓力鑄造鑄造的特點(diǎn)和應(yīng)用范圍的特點(diǎn)和應(yīng)用范圍（1）壓力鑄件尺寸精度高，表面質(zhì)量好，一般不需要機(jī)加工課直接使用。（2）壓力鑄造在快速、高壓下成形，可壓鑄出形狀復(fù)雜、輪廓清晰的薄壁精密鑄件，鋁合金鑄件最小壁厚可達(dá)0.5mm,最小孔徑0.7mm。（3）生產(chǎn)率高，勞動(dòng)條件好。（4）設(shè)備投資大，鑄形制造費(fèi)用高，周期長(zhǎng)。（5）用于大批量生產(chǎn)低熔點(diǎn)合金的中小型鑄件，如鋁、鋅、銅等合金鑄件，在汽車、拖拉機(jī)、航空、儀表、電器等行業(yè)應(yīng)用。離心離心鑄造鑄造的特點(diǎn)和應(yīng)用范圍的特點(diǎn)和應(yīng)用范圍（1）鑄件在離心力作用下結(jié)晶、組織致密，無縮孔、縮松、氣孔、夾渣等缺陷，力學(xué)

10、性能好。（2）鑄造圓形中空鑄件時(shí)，可省去型芯和澆注系統(tǒng)，簡(jiǎn)化了工藝，節(jié)約了金屬。（3）便于制作雙金屬鑄件，如鋼套鑲銅襯。（4）離心鑄造內(nèi)表面粗糙，尺寸不易控制，需要加大加工余量來保證鑄件質(zhì)量，且不適宜易偏析的合金。（5）離心鑄造是生產(chǎn)管、套類鑄件的主要方法，如鑄鐵管、銅套、汽缸套等。砂型鑄造砂型鑄造時(shí)鑄造中為何要有分型面：分型面是指兩兩在閉合狀態(tài)時(shí)能接觸的部分.制造鑄型時(shí)，為方便取出模樣，將鑄型做成幾部分。選擇分型面應(yīng)遵循的規(guī)律：（1）盡量使鑄件位于同一鑄形內(nèi)（2）盡量減少分型面（3）盡量使分型面平直（4）盡量使型腔和主要型芯位于下沙箱典型澆注系統(tǒng)典型澆注系統(tǒng)：澆口杯、直澆道、橫澆道、內(nèi)澆道（

11、1）澆口杯：承接澆包倒進(jìn)來的金屬液,也稱外澆口。（2）直澆口：聯(lián)接外澆口和橫澆口,將金屬液由鑄型外面引入鑄型內(nèi)部。（3）橫澆口：聯(lián)接直澆口，分配由直澆口來的金屬液流。（4）內(nèi)澆口：聯(lián)接橫澆口，向鑄型型腔灌輸金屬液。零件、鑄件、模樣之間有何聯(lián)系？又有何差異？三者形狀類似，但尺寸不同。鑄件的形狀和尺寸是在零件圖的基礎(chǔ)上考慮鑄造工藝參數(shù)后確定的，模樣和鑄件形狀相同，要按確定的線收縮率將模樣尺寸放大一些以保證冷卻后鑄件尺寸符合要求。二、材料的組織結(jié)構(gòu)二、材料的組織結(jié)構(gòu)1、晶體是原子在三維空間中有規(guī)則的周期性重復(fù)排列的物質(zhì)，否則為非晶體。2、晶格：表示原子在晶體中排列規(guī)律的空間格架叫做晶格，又稱晶架。3

12、、晶胞：構(gòu)成晶格的最基本的幾何單元稱為晶胞。4、晶格常數(shù)：晶格常數(shù)指的就是晶胞的邊長(zhǎng)，也就是每一個(gè)平行六面體單元的邊長(zhǎng)，它是晶體結(jié)構(gòu)的一個(gè)重要基本參數(shù)。金屬晶體結(jié)構(gòu)金屬晶體結(jié)構(gòu)（三）密排六方晶格1、晶胞原子數(shù)：1/6*12+1/2*2+3=62、原子半徑：r=1/2a3、致密度為0.744、較脆，具有這種晶格的金屬有鎂、鋅、鎘等。金屬的實(shí)際晶體結(jié)構(gòu)金屬的實(shí)際晶體結(jié)構(gòu)1、點(diǎn)缺陷：以某個(gè)點(diǎn)為中心，在它周圍造成原子排列不規(guī)則，產(chǎn)生晶格畸變的晶體缺陷。 點(diǎn)缺陷使金屬抵抗塑性變形的能力提高，從而使金 屬強(qiáng)度提高。2、線缺陷：晶體中某一列或若干列原子發(fā)生了有規(guī)律的錯(cuò)排現(xiàn)象。受力后沿某些晶面移動(dòng)，導(dǎo)致金屬變

13、形，互相作用，使位錯(cuò)的阻力增大，金屬強(qiáng)度提高。3、面缺陷：位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的障礙，晶粒、亞晶粒越細(xì)小，界面越多，晶格畸變?cè)酱螅诲e(cuò)阻力越大，金屬強(qiáng)度越高。純金屬的凝固過程一、過冷：金屬的實(shí)際結(jié)晶溫度低于理論結(jié)晶溫度的現(xiàn)象。二者之差稱為過冷度，用 T表示，過冷度越大，實(shí)際結(jié)晶溫度越低。二、液態(tài)金屬要結(jié)晶必須過冷。金屬在液態(tài)與固態(tài)之間存在的自由能差（ G）是促使液體金屬結(jié)晶的驅(qū)動(dòng)力。過冷度越大，液、固兩相的自由能差越大，即結(jié)晶驅(qū)動(dòng)力越大，結(jié)晶速度越快。結(jié)晶過程形核和晶核長(zhǎng)大的過程1、形核過程：自發(fā)形核、非自發(fā)形核。2、晶核長(zhǎng)大過程：平面生長(zhǎng)、樹枝狀生長(zhǎng)。一、鐵碳合金的相結(jié)構(gòu)一、鐵碳合金的相結(jié)構(gòu)（1）鐵素體（F）：碳在-Fe中的間隙固溶體稱為鐵素體，最大溶碳量為727 時(shí)的c=0.0218%，碳原子多存在于體心立方結(jié)構(gòu)的八面體間隙。由于鐵素體中的碳含量最小，室溫下的性能幾乎和純鐵相同。（2）奧氏體（A）：碳在-Fe中形成的間隙固溶體。具有面心立方結(jié)構(gòu)。最大溶碳量為1148 時(shí)的 c=2.11%，隨著溫度降低，其溶解能力減小，到727 時(shí)降為0.77%，碳原子多存在于面心立放結(jié)構(gòu)的八面體間隙。具有順磁性。（3）滲碳體（Fe3C）：具有復(fù)雜晶格的間隙化合物。其含碳量為 c=6.69%，塑性和韌性幾乎為零。單相區(qū)：L，A，F(xiàn)，F(xiàn)e3C兩相區(qū)：L+，L+A，L+Fe3C，+A，A+F，