鑄造金屬凝固原理 第1章

鑄造金屬凝固原理

fundamentalsofcastingmetalsolidification課程編碼012092授課時間2014/2015-2授課對象材控12（液態(tài)成形）主講教師陳宗民聯(lián)系方式135064373008027課程結(jié)構(gòu)凝固理論（熱力學(xué)、動力學(xué)、傳熱、傳質(zhì)等）凝固組織控制和凝固工藝鑄件凝固過程中的現(xiàn)象第1章導(dǎo)論鑄件質(zhì)量↑組織和性能↑凝固成形化學(xué)成分凝固工藝其它1.1鑄造技術(shù)簡介鑄造的概念和特點熔煉金屬，制造鑄型，并將熔融金屬澆入鑄型（在重力、壓力、離心力等作用下），凝固后獲得一定形狀和性能鑄件毛坯或零件的成型方法。鑄造學(xué)是一門應(yīng)用科學(xué)。

鑄造的特點多工部、多工序適應(yīng)范圍很大可生產(chǎn)復(fù)合鑄件成本低廉缺陷多。鑄造技術(shù)的發(fā)展概況古代鑄造技術(shù)中國古代傳入歐洲的重大科技成果共22項，其中屬于鑄造方面的就占有5項。（ScienceandCivilizationinChina）

中國的青銅冶鑄技術(shù)中國的合金配比（“六齊”）中國的鐵器中國的鑄造工藝：泥范、金屬型、失蠟法

蓮鶴方壺圖（春秋時期）青銅蟠紐鎛鐘（尺寸22×10×8厘米）曾侯乙編鐘是我國現(xiàn)存最大、保存最完整的一套大型編鐘。1976年出土于湖北隨縣的一座戰(zhàn)國早期墓葬——曾侯乙墓中。出土?xí)r，整套編鐘聳立如故。

夏代青銅爵商晚期的青銅圓鼎

分鑄技術(shù)鑄成的提梁卣（you）

（晚商時期）

中國的合金配比（“六齊”）戰(zhàn)國《周禮·考工記》：“金有六齊：六分其金而錫居一，謂之鐘鼎之齊；五分其金而錫居一，謂之斧斤之齊；四分其金而錫居一，謂之戈戟之齊；三分其金而錫居一，謂之大刃之齊；五分其金而錫居二，謂之削殺矢之齊；金錫半，謂之鑒燧之齊?！敝袊囊辫F和鐵器制作技術(shù)20世紀(jì)中國考古發(fā)現(xiàn)證明，中國在春秋晚期，鐵器制作就極其繁榮興盛，到了戰(zhàn)國末年，已經(jīng)進入煉鐵和鐵器制造的黃金時代。不斷出土的考古新發(fā)現(xiàn)，有力地證明了歷史上中國冶鐵技術(shù)成熟而趨于完備，遠遠領(lǐng)先于世界各國。20世紀(jì)中國考古發(fā)現(xiàn)證明，中國在春秋晚期，鐵器制作就極其繁榮興盛，到了戰(zhàn)國末年，已經(jīng)進入煉鐵和鐵器制造的黃金時代。不斷出土的考古新發(fā)現(xiàn)，有力地證明了歷史上中國冶鐵技術(shù)成熟而趨于完備，遠遠領(lǐng)先于世界各國。冶煉生鐵的技術(shù)最早發(fā)現(xiàn)于中亞,發(fā)展于中國?！豆茏印酚涊d“上有赭者，下有鐵?！迸砰遥╰uo）鼓風(fēng)技術(shù)把爐溫迅速提高到煉鐵所需要的1200多度。炒鐵技術(shù)：把含碳量過高的可鍛鑄鐵加熱到半流體狀態(tài)，再和鐵礦石粉混和起來不斷“翻炒”，讓鑄鐵中所含碳元素不斷滲出、氧化，從而得到中碳鋼或低碳鋼。如果繼續(xù)炒下去，就得到含碳更低的熟鐵。這種方法始于西漢，東漢的《太平經(jīng)》中就明確記載了炒鐵技術(shù)，在河南鞏縣的古冶鐵遺址中也發(fā)現(xiàn)了以炒鐵制作的鐵幣和炒鐵爐。中國古代冶鐵技術(shù)發(fā)展史，楊寬著戰(zhàn)國鐵鋤滄州鐵獅：鑄造于后周時代（公元953年）的滄州鐵獅子是河北著名的三件寶之一，距今已有1053年的歷史。鐵獅子身高5.5米，身長6.3米，體寬3米，凈重40噸河北興隆出土的戰(zhàn)國鐵钁jué范河北興隆出土的戰(zhàn)國時代鐵范(鐮范)河北藁城商墓出土的鐵刃銅器鑄鐵柔化術(shù)是中國古代鋼鐵業(yè)的另一重大發(fā)明。西方人寫的冶金史著作都認(rèn)為，白心可鍛鑄鐵是法國人在1722年發(fā)明的，所以又稱“歐洲式可鍛鑄鐵”，黑心可鍛鑄鐵則是美國人在1826年發(fā)明的，又稱“美國式可鍛鑄鐵”。然而，根據(jù)史書記載和考古發(fā)現(xiàn)提供的證明，中國比西方早近兩千年就發(fā)明了制造黑心和白心可鍛鑄鐵的技術(shù)。這種技術(shù)的關(guān)鍵是將普通鑄鐵長時間高溫加熱，使其中的化合碳發(fā)生變化，其性質(zhì)也隨之變化，具有較強的延展性并保持了一定的硬度。這種技術(shù)叫鑄鐵柔化術(shù)。河南洛陽出土的鐵鏟，湖北大冶銅綠山古礦井出土的六角鋤，都是白心可鍛鑄鐵制造的。中國的鑄造工藝：泥范、金屬型、失蠟法現(xiàn)代鑄造技術(shù)凝固理論和技術(shù)計算機技術(shù)的應(yīng)用先進鑄造材料先進造型方法和設(shè)備計算機在鑄造生產(chǎn)中的應(yīng)用計算機數(shù)值模擬輔助設(shè)計工藝和設(shè)備控制管理系統(tǒng)鑄造設(shè)備及工藝計算機控制：KW靜壓造型線丹麥Disa公司垂直分型無箱射壓造型線迪砂集團,全球最大的造型線和鑄造技術(shù)供應(yīng)商。丹麥迪砂(DISA)公司以生產(chǎn)鑄造用的垂直分型無箱射壓造型線而聞名于世，其特點：采用較高的比壓，鑄件的尺寸精度和表面光潔度都較高全線自動化程度高，操作人員僅需控制按鈕基檢查生產(chǎn)線情況，勞動強度低，生產(chǎn)過程中沒有震擊，噪聲低；生產(chǎn)效率高，一般可達450型/時以上。設(shè)備配套簡單，故障少。經(jīng)濟性好，沒有砂箱。輔機也很少。日常維護低。

澆注過程計算機控制先進鑄造材料球鐵、奧貝球鐵、蠕墨鑄鐵鋁鎂鋰系合金鎂合金鈦合金高溫合金鑄造復(fù)合材料新工藝和設(shè)備射壓造型：氣流射砂，壓頭壓實；靜壓造型：加砂后，氣流緊實，然后多觸頭壓實；擠壓：氣流射砂，兩型板相對運動，壓實

全自動精密壓鑄機：在日本已占壓鑄機總數(shù)的80％。

凝固理論的發(fā)展概況古代經(jīng)驗控制20世紀(jì)50年代經(jīng)典的凝固理論B.Chalmers形核長大、成分過冷；60年代，Jakcson界面結(jié)構(gòu)理論Flemings局部溶質(zhì)再分配方程和流動理論Chvorinov平方根定律70年代大野篤美：晶粒游離和增殖理論W.Kurz數(shù)學(xué)模型傳輸過程的耦合1.2關(guān)于凝固技術(shù)現(xiàn)代凝固控制技術(shù)的發(fā)展對各種傳輸過程和物理場的控制實現(xiàn)

定向凝固技術(shù)快速凝固技術(shù)微重力和超重力凝固復(fù)合材料凝固技術(shù)半固態(tài)金屬鑄造技術(shù)計算機技術(shù)中國科學(xué)院沈陽金屬研究所快速凝固及非平衡合金國家重點實驗室西北工業(yè)大學(xué)凝固技術(shù)重點實驗室定向凝固、半固態(tài)凝固、微重力條件下的凝固、聲懸浮技術(shù)等凝固理論的研究對象廣泛存在于自然界和工程技術(shù)領(lǐng)城。

金屬材料制備金屬材料的成形加工無機非金屬材料的合成與晶體生長非平衡新材料的研制凝固過程的多尺度、多學(xué)