材料成型基础大纲

材料成型基础考试知识点（模具塑工）1、液态金属的结构液态金属是由许多“原子集团”组成，其中原子呈与原固体“显微晶体”类似的规则排列。热运动剧烈，原子集团时散时聚，空位较多。可将液态金属的结构总结为：“近程有序，远程无序”+“能量起伏、结构起伏、成分起伏”。液态金属结构特点1）液态金属是由游动的原子集团构成。2）液态金属中的原子热运动强烈，原子所具有的能量各不相同，且瞬息万变，这种原子间能量的不均匀性，成为能量起伏。3）由于液态原子处于能量起伏之中，原子团是时聚时散，时大时小，此起彼伏的，成为结构起伏。4）对于多元素液态金属而言，同一种元素在不同原子团中的分布量不同，也随着原子的热运动瞬息万变，这种现象称为成分起伏。2、液态金属的充形能力和流动性1）充形能力：液态金属充满型腔，获得形状完整、轮廓清晰的铸件的能力。2）流动性：液态金属本身的流动能力。影响充形能力的因素：液态金属的流动性（金属）、铸型、浇筑条件、铸件结构。3、铸件的凝固方式金属或合金在铸型中凝固时，可以分为三个典型的区域：1）液相区2）固液两相区3）固相区三种凝固方式：逐层凝固、体积凝固、中间凝固1）逐层凝固：铸件凝固过程中，液体和固体之前有明显的界限分开，液体向固体转变。固体逐层加厚，这种方式称为逐层凝固。（纯金属是典型的逐层凝固）2）体积凝固：宽结晶温度范围的合金在凝固过程中，液体和固体之前的凝固区域很宽，甚至贯穿铸件的整个断面，这种方式称为体积凝固。3）中间凝固：介于上两者之前的凝固方式。影响凝固方式的因素：1）结晶温度范围的影响：结晶温度范围增加，凝固由逐层凝固向体积凝固发展；结晶范围范围剑侠，凝固由体积凝固向逐层凝固发展。2）温度梯度的影响：温度梯度增加，凝固向逐层凝固发展；温度梯度减小，凝固向体积凝固发展。4、铸造合金的收缩铸造合金从液态冷却到室温的过程中，其体积和尺寸缩减的现象称为收缩，他主要包括液态收缩、凝固收缩和固态收缩三个阶段。1）液态收缩：金属在液态时由于温度降低而发生的体积收缩。2）凝固收缩：熔融金属在凝固阶段的体积收缩。液态收缩和凝固收缩是产生缩孔和缩松的基本原因。3）固态收缩：金属在固态时由于温度降低而发生的体积收缩。固态收缩对铸件的形状和尺寸精度影响很大，是铸造应力、变形和裂纹等缺陷产生的基本原因。5、缩孔及缩松1）缩孔：由于合金的收缩，在最后凝固部位出现的体积大而集中的孔洞称为缩孔。2）缩松：由于合金的收缩，在最后凝固部位出现的细小而分散的孔洞称为缩松。缩孔、缩松的防止措施1）冒口、补贴和冷铁的应用2）加压补缩6、铸件的热裂和冷裂1）热裂在凝固结束阶段（高温段），在铸件中产生的裂纹称为热裂。①热裂是铸件生产中最常见的铸造缺陷之一。②裂纹沿晶粒边界发生和扩展，外形曲折而不规律，表面有氧化的颜色。③热裂分为外裂和内裂热裂的形状特征：裂纹短，缝隙宽，形状曲折，缝内呈氧化色。2）冷裂冷裂是铸件处于弹性状态，即在低温时，当应力大于抗拉强度时，形成冷裂。①冷裂表面光滑，具有金属光泽或轻微氧化色。②冷裂常出现在铸件受拉伸的部位，尤其是应力集中的地方。③冷裂纹常常穿过晶界，外形规则。冷裂的形状特征：裂纹细小，呈连续直线状，缝内有金属光泽或轻微氧化色。7、偏析在铸造条件下，想要获得成分完全均匀的铸件（锭）几乎是不可能的，这种化学成分的不均匀现象称为偏析。偏析分为微观偏析和宏观偏析。1）微观偏析①胞状偏析②晶界偏析③枝晶偏析2）宏观偏析宏观偏析不是在晶粒尺度上的偏析，而是在整个铸件的宏观尺度上发生的成分不均匀现象。8、气孔及气孔的形成1）气孔的分类：析出性气孔与反应性气孔2）气体在金属液中以三种方式存在：固溶、形成化合物和气泡（气孔）。9、铸件凝固的三种典型组织1）表面细晶区：当液体金属浇入铸型型腔时，铸件表面温度较低，铸件凝固的温度梯度较大，有利于液态金属原子集团的形核与长大，形成表面细晶区。2）柱状晶区：表面细晶区形成以后，型腔表面温度升高，只有垂直于型壁方向的温度梯度较大，便于液态金属原子的形核与长大，垂直于型壁方向生成柱状晶区。3）内部等轴晶区：表面细晶区和柱状晶区形成以后，铸件内部温度梯度变小，液态金属原子沿各方向自由生长，形成晶粒粗大的等轴晶区。10、砂型铸造：用型砂紧实成型的铸造方法称为砂型铸造。砂型铸造是应用最广泛的一种铸造方法。11、型砂：按一定比例配合的造型材料，经过混制成符合造型，造芯要求的混合料。组成型砂的基本物质：原砂、粘结剂、水和附加物混制而成。12、铸造工艺对铸件结构的要求1）铸件外形应便于取出模型①避免外侧侧凹②应尽量使分型面平直③改进妨碍起模的凸台，凸缘和肋条的结构。2）应使铸件尽可能不用或少用型芯，并有利于型芯的固定和排气3）铸件要有结构斜度13、合金的铸造性对铸件结构的要求1）铸件应有合理的壁厚2）铸件壁厚应力求均匀3）铸件的转角应采用圆角联接4）尽量增设防裂筋5）铸件结构应注意缓解收缩压力14、浇注位置对于铸件结构中有两个或三个甚至更多个壁相连的情况，可采用交错街头或环形接头的形式。1）分型面：为了将已成型的铸件从模具型腔内取出来，把铸型组元间的接合面成为分型面。2）分型负数：为了保证铸件尺寸精确，在拟定工艺时，为抵消铸件在分型面部位的增厚（垂直于分型面的方向），在模样上相应减去的尺寸，成为分型负数。3）起模斜度：为使模样容易从铸型中取出或型芯自型芯盒中脱出，平行于起模方向在模样或型芯盒上的斜度称为起模斜度。15、浇注系统1）浇口杯：承受金属液，防飞溅外溢，分离熔渣，避免对型腔的直接冲击。2）直浇道：提供充形压力，控制充形能力和流速。3）横浇道：水平通道，梯形截面，起挡渣，分配流量的作用。4）内浇道：在横浇道的下部，直接和型腔相连的部分，截面扁梯形，分配金属、控制充形速度。浇筑系统的四种类型根据浇注系统各单元截面的比例关系，浇筑系统可分为：封闭式、半封闭式、开放式、封闭开放式等四种类型。根据金属液相对于铸件引入位置的不同，浇筑系统可分为：顶注式、底注式、中注式、阶梯式和垂直缝隙式。16、冒口及其作用冒口：在铸型内储存供补缩铸件用熔融金属的空腔，称为冒口，也指该空腔中充填的金属。冒口的作用：1）补给铸件凝固收缩所需的金属，避免产生缩孔。2）有时也起排气和集渣作用。17、冷铁及其作用冷铁可分为内冷铁和外冷铁两种。1）内冷铁：采用与铸件材质相同或相近的材料直接插入需要激冷处的型腔内，随后与浇筑金属熔接在一起，成为铸件壁的一部分。（内冷铁大多用于厚大而又不十分重要的铸件，例如垫座、落锤等。对于承受高温、高压的铸件不宜采用。）2）外冷铁：只与铸件上被激冷部位表面相接触而不熔接，故用后可回收重复使用。冷铁的作用：加速铸件壁厚部位的冷却，使其与邻近部位同时凝固，避免在热节处出现缩孔、缩松，当它与冒口配合使用时，可实现铸件的顺序凝固和扩大冒口的有效补缩距离，从而消除铸件的缩孔、缩松缺陷。18、粘结剂的分类（型（芯）砂的分类）1）粘土砂2）水玻璃砂3）油砂和合脂砂4）树脂砂19、特种铸造特种铸造的优点1）铸件尺寸精确，表面光洁度好，更接近零件最后尺寸，从而易于实现少切削或无切削加工。2）铸件内部质量好，力学性能高，铸件壁厚可以减薄。3）降低金属消耗和铸件废品率。4）简化生产工序，便于生产。5）改善劳动条件，提高劳动生产率。差压铸造定义：液体金属在压力差的作用下，填充到预先有一定压力的铸型中，进行凝固而获得铸件的一种工艺方法。优点：1）可获得更佳的充型速度。2）铸件尺寸精确和表面粗糙度低。3）铸件组织致密，力学性能高。4）可以实现可控气氛浇筑。缺点：设备较庞大，操作麻烦。适用范围：差压铸造可用于砂型，金属型，石膏型，石墨型及壳型铸造的单件，小批量及批量生产中，并适用于铝合金，锌合金，铜合金，铸铁及铸铜，特别是铝镁合金。金属型铸造定义：将定量的液态金属浇入金属型中，在重力作用下凝固而获得铸件的方法。优点：1）生产效率高，劳动条件好。2）金属型导热性和蓄热性高，铸件冷却速度快，组织致密。3）工序简单，铸件质量和尺寸易于控制，其稳定性高。4）具有较高的尺寸精度，减少了加工余量，材料消耗减少。5）工序简化，易于实现生产的机械化和自动化。缺点：1）模具结构复杂，成本高。2）金属型激冷作用大，无退让性，无透气性，易出现冷隔、浇不足等缺陷。3）不易生产过大和过薄的铸件。4）铸造铸钢等高熔点合金是，金属型的寿命低。适用范围：主要用于铝、铜、镁等有色合金铸件的大批量生产，也少量用于一些铸铁件的生产。熔模铸造定义：又称“失蜡铸造”，它是用可熔性材料(不限于石墨）制成尺寸精确，没有分模面的实体模样，在模样上涂挂数层耐火材料，经硬化，干燥制成型壳，然后加热使模样熔失制得空心型壳，再经高温焙烧，然后进行浇筑而得到铸件的一种成型方法。基本特点：制壳时采用的可熔化的一次性模。优点：1）铸件尺寸精确，表面光滑。2）可铸造形状复杂的铸件。3）不受合金材料的限制。4）可以提高金属材料的利用率。5）生产灵活性高，适应性强。缺点：1）铸件尺寸不能太大。2）工艺过程复杂，工序繁多，生产周期长。3）铸件冷却速度慢，降低机械性能。适用范围：主要适用于生产汽轮机，涡轮发动机等的各种叶片以及其他小型零件。目前其应用范围已扩大到航空、汽车、船舶、仪器、仪表等制造工业中。消失模铸造定义及原理：消失模铸造的原理是用泡沫塑料模样（包括浇冒口）代替普通模样紧实造型，造好型后不取出模样就浇入金属液，在灼热液态金属的热作用下，泡沫塑料气化、燃烧而消失，金属液取代了原来泡沫塑料模所占的空间位置，冷却凝固后即可获得所需要的铸件。消失模铸造的三个典型区域1）泡沫塑料模样的成形加工及组装部分，通常称为白区。2）造型、浇注、清理及型砂处理部分，又称为黑区。3）涂料的制备及模样上涂料、烘干部分，也称为黄区。（消失模铸造的关键技术：包括制造泡沫模样的材料及模具技术、涂料技术、多维振动紧实技术等。）优点：1）生产效率高2）铸件尺寸精度高3）铸件质量好4）工艺技术容易掌握，生产管理方便5）投资少，生产线灵活，机械化程度高6）减轻了劳动强度，改善了作业环境消失模铸造缺陷（增碳）缺点就是在热解过程中形成大量的游离碳，这些游离碳往往给铸件造成缺陷，其主要表现为铸铁件积碳，铸钢件增碳。解决方法：1）提高涂料的润湿性和透气性，减少型腔内的气压。（气孔）2）采用耐火度高的中性或弱碱性耐火骨料，并且尽可能少的添加低熔点材料。（夹渣）3）提高涂料的室温性能，严格控制烘干温度，提高涂料的抗高温爆裂性。（夹涂料）半固态铸造定义：半固态金属成形技术，就是在金属凝固过程中，进行剧烈搅拌，或控制固-液态温度区间，得到一种液态金属母液均匀地悬浮着一定固相组分的固液混合浆料，（这种半固态金属浆料具有很好的流动性，易于通过普通加工方法制成产品），采用这种既非完全液态，又非完全固态的金属浆料加工成形的方法，称为半固态金属成形技术。优点：1）应用范围广泛。2）半固态金属充形平稳，成形温度低，凝固收缩小，因而铸件尺寸精度高。3）半固态合金已释放了部分结晶潜热，因而减轻了对成形装置，尤其是模具的热冲击，使其寿命大幅度提高。4）半固态金属成形件表面平整光滑，铸件内部组织致密，内部气孔、偏析等缺陷少，晶粒细小，力学性能高，可接近或达到变形材料的力学性能。5）应用半固态成形工艺可改善制备复合材料中非金属材料的漂浮，偏析以及与金属基体不润湿的技术难题，这为复合材料的制备和成形提供了有利条件。6）与固态金属模锻相比，半固态金属的流动应力显著降低，因此其模锻成形速度更高，而且可以成形十分复杂的零件。7）节约能源。半固态金属浆料和坯料制备1）机械搅拌方法2）电磁搅拌方法3）应变激活方法4）紊流效应方法5）超声振动方法6）单辊旋转方法7）粉末冶金方法半固态金属成形方法：1）半固态金属的流变成形：利用剧烈搅拌等方法制备出预定固相分数的半固态金属浆料，并将其直接送往成形设备进行铸造或锻造成形，这种成形过程称为半固态金属的流变成形。2）半固态金属的触变成形：利用剧烈搅拌等方法制备出球状晶的半固态金属浆料，并凝固成锭坯或坯料分切成一定大小。将这种切分的固态坯料