液态成形概述

1第一篇液态成形原理第一章概述第二章液态金属的结构与性质第三章液态成形过程的传热第四章液态金属的结晶第五章铸件凝固组织的形成及控制第六章铸件中缺陷及其控制2第一章概述液态材料铸型模腔凝固固态毛坯浇注金属的铸造工艺陶瓷的注浆成形塑料的注射成形材料的液态成形，与材料的固态塑性变形、连接成形、粉末冶金成形及切削成形是制造业获得毛坯件的主要手段。3金属液态成型定义：所谓金属液态成型，即铸造，casting，是将金属加热到液态，使其具有流动性，然后浇入到具有一定形状的型腔的铸型中，液态金属在重力场或外力场的作用下充满型腔，冷却并凝固成具有型腔形状的铸件。注意2个过程：（1）充填型腔；（2）凝固冷却4实质：液态金属（或合金）充填铸型型腔并在其中凝固和冷却。砂型铸造概略图5铸造历史——中国古代三大铸造技术在我国古代金属加工工艺中，铸造占着突出的地位，具有广泛的社会影响，像“模范”、“陶冶”、“熔铸”、“就范”等习语，就是沿用了铸造业的术语。劳动人民通过世代相传的长期生产实践，创造了具有我国民族特色的传统铸造工艺。其中特别是泥范、铁范和熔模铸造最重要，称古代三大铸造技术。泥范铸造我国自新石器晚期，就进入铜石并用时代。河北唐山等地出土的早期铜器，有锻打成形的，也有熔铸成形的，说明范铸技术在我国源远流长，很早就发展起来。熔模铸造传统的熔模铸造一般称失蜡、出蜡或捏蜡、拨蜡。它和用来制造汽轮机叶片、铣刀等精密铸件的现代熔模铸造，无论在所用蜡料、制模、造型材料、工艺方法等方面，都有很大不同。但是，它们的工艺原理是一致的，并且现代的熔模铸造是从传统的熔模铸造发展而来的。6金属型铸造铸型材料从石和泥、砂改用金属，从一次型经多次型又改进成为耐用性更高的所谓“永久”型（金属型），在铸造技术的历史发展上具有重要的意义。1953年河北兴隆铁范的发现，证明我国早在战国时期已经用白口铁的金属型浇注生铁铸件。这批铁范包括锄、镰、斧、凿、车具等类共87件，大部完整配套。其中，镰和凿是一范两件，锄和斧还采用了金属芯。它们的结构十分紧凑，颇具特色。范的形状和铸件相吻合，使壁厚均匀，利于散热：范壁带有把手，以便握持，又能增加范的刚度。近年来，在河南南阳、郑州、镇平和河北满城、山东莱芜等地又陆续出土汉代铁范许多件，品种比战国时期显著增多，型式却基本相同。河南泥池汉魏铁器窖藏中还有铸造成形铁板和矢镞的铁范以及长达半米的大型铁犁范。74,500BC——1,000BC青铜时代（BronzeAge）从矿石中提炼铜——冶金业的黎明这张埃及古墓壁画是人类冶金业的最早纪录之一8青铜，古称金或吉金，是红铜与其它化学元素（锡、镍、铅、磷等）的合金。史学上所称的“青铜时代”是指大量使用青铜工具及青铜礼器的时期。保守的估计，这一时期主要从夏商周直至秦汉，时间跨度约为两千年左右，这也是青铜器从发展、成熟乃至鼎盛的辉煌期。到春秋战国时期，齐国工匠总结科技经验写成《考工記》一书，提出了「金有六齐」，这是世界科技史上最早的冶铜经验总结。青铜：第一种合金夏钺yue戈9青铜文化商代青铜bronze文化仰韶文化的后期，即大约在公元前3500年以后的一个时期，我们的祖先已经知道了铜，并且已会制造简单的小件铜器。现已知道的最早的青铜器物，是1975年在甘肃东乡县林家的甘肃仰韶文化马家窑类型遗址中出土的一件公元前3000年左右青铜刀。到了商代，青铜器冶铸工艺高度发展，商代晚期即殷墟时期，已经出现特别巨大或精细的器物，技术水平和艺术水平都很高。西周晚期，事实上是青铜器走向衰落的时期。10青铜文化器具四羊方尊虎食人卣you古代盛酒器具11青铜文化二里冈出土饕餮taotie乳钉纹方鼎大禾人面方鼎12青铜文化饕餮纹鼎司母辛方鼎13司母戊鼎青铜文化司母戊鼎，1939年安阳武官村出土，高133厘米，重833千克，是中国目前发现最重的青铜器。据估计，铸造这样大型青铜器，需300多人同时工作。14青铜文化豕尊司母辛觥15湖北江陵楚墓出土越王勾践宝剑春秋晚期越国青铜兵器出土于湖北江陵楚墓长55.7厘米剑锷锋芒犀利锋能割断头发16三星堆立人像铸于商代晚期，人像高172厘米，底座高90厘米，通高262厘米，是世界上最大的青铜立人像，被尊称为“世界铜像之王”。突目面具铸于商代晚期，原件高64.5厘米，宽138厘米，眼球柱状外突长达13.5厘米，其造型在世界上亦属首见。17铜钟通高6.75米，钟壁厚度不等，最厚处185毫米，最薄处94毫米，重约46吨。钟体内外遍铸经文，共22.7万字。铜钟合金成分为：铜80.54％、锡16.40％、铝1.12％，为泥范铸造。永乐大钟18中国古代铁器中带有球状石墨的金相组织湖南长沙砂子塘战国凹形铁锄ronAge（I）铁时器代19现代铸造我国已成功地生产出了世界上最大的轧钢机机架铸钢件（重410t）和长江三峡电站巨型水轮机的特大型铸件20感受铸造2122232425型砂moldingsand配制造型砂型干燥工装准备炉料准备合金冶炼芯砂coresand配制造芯coremaking型芯干燥工艺三大块：冶炼，造型（芯）和浇注落砂shakeout清理cleaning铸件检验入库砂型sandmould铸造工艺流程图合型浇注凝固冷却2627铸造工艺特点（1）适应性广。适应铸铁，碳钢，有色金属等材料；铸件大小，形状和重量几乎不受限制；壁厚1mm到1m，质量零点几克到数百吨（三峡的水轮机叶轮重达430T）。（2）可复杂成形。适合形状复杂，尤其是有复杂内腔的毛坯或零件。（3）成本较低。可直接利用成本低廉的废机件和切屑，设备费用较低；在金属切削机床中，铸件占机床总重量75%以上，而生产成本仅占15-30%。（4）但也存在一些不足，如组织缺陷，力学性能偏低，质量不稳定，工作环境较差。因此，铸件多数做为毛坯用。组织疏松、晶粒粗大，铸件内部常有缩孔、缩松、气孔等缺陷产生，导致铸件力学性能，特别是冲击性能较低。（发展了铸锻联合工艺）污染环境。铸造生产会产生粉尘、有害气体和噪声对环境的污染，比起其他机械制造工艺来更为严重，需要采取措施进行控制。（特种铸造工艺）28第一章概述凝固学的研究内容：研究液态到固态转变过程的基本理论，定性的和定量的揭示液-固转变规律和液-固之间的内在联系，以及液-固相变过程中影响金属性能和质量因素的学科。为什么要研究凝固学？29第一章概述凝固学研究的必要性：液态成形过程就是凝固过程。金属制品的生产都必须经过一次金属熔炼和金属凝固过程。由铸件加工成的棒材、板材、线材等都受到铸件最初凝固组织的影响。此外，铸件中的气孔、夹杂、裂纹等是十分有害的，这些铸造缺陷经过锻造后仍残留在制品中，对产品的使用存在潜在危险故铸件的性能就决定了金属制品的性能。产品要求↔凝固技术↔凝固理论30影响铸件质量的四类因素：金属性质方面的因素（成分、结晶特点、密度、导热系数、结晶潜热、粘度、表面张力等）铸型性质方面的因素（铸型的蓄热系数、密度、比热、导热系数、温度、强度、透气性）浇注条件方面的因素（浇铸温度、速度、静压头、外力场）铸件结构方面的因素（铸件的折算厚度、复杂程度等）31第一章概述凝固的宏观过程：液态向固态转变的相变过程。凝固的微观过程：激烈运动的液体原子回复到规则排列的过程。大家思考一下日常生活中的凝固现象？液态凝固所研究的主要对象及基本问题：1.凝固组织的形成与控制（相结构、晶粒大小和形态等）2.零件成形缺陷的防止与控制（内在缺陷和外观缺陷，缩松，缩孔、偏析、变形、气孔、夹杂等）3.液态精密成形32液态成形技术近期发展的几个方面：1.凝固理论发展（借助金属学、物理化学和计算数学的发展，研究传热，传质和固液界面）2.计算机技术的应用和发展（凝固过程的数值模拟、CAD/CAM技术的应用、成形过程及设备的计算机控制）3.凝固技术发展（控制凝固过程，如定向凝固、快速凝固、自生复合材料制备）33343536373839404142434445