铸造工艺中液态金属凝固成形的关键问题
液态金属通过冷却凝固最终获得合格的、满足各种使用要求的铸件。山东伊莱特重工跟您一起探讨：以下的关键问题是在生产过程中应予以妥善解决的。
（一）结晶及凝固组织的形成与控制液体金属的结构，晶核的形成与长大，晶粒的大小、方向和形态等与铸件的凝固组织密切相关，它们以铸件的物理性能和力学性能有着重大的影响。控制铸件的凝固组织的目的就是为了获得所希望的组织，欲控制凝固组织，就必须对其形成机理、形成过程和影响因素有全面的了解和深入研究。目前山东伊莱特重工有限公司已建立的有效控制组织的方法有变质、孕育、动态结晶、顺序凝固、快速凝固等。
（二）铸件尺寸精度和表面粗糙度控制现代制造的许多领域，对铸件尺寸精度和外观质量的要求愈来愈高，技术改变着铸造只能提供毛坯的传统观念，其目的在于降低物耗、能耗、工耗，并且改善产品的内外质量，争取市场和高效益。然而，铸件尺寸精度和表面粗糙度由于受到诸多因素（如铸型表面的作用、凝固热应力、凝固收缩等）的影响和制约，控制难度很大。铸件是液态成形的，实现净形化具有独特的优越性，在结构方面铸件的内腔和外形用铸造方法一次成形，使其接近零件的最终形状，使加工和组装工序减至最少；在尺寸精度和表面质量方面，使铸件能接近产品的最终要求，做到无余量或小余量；另一方面，被保留的铸造原始表面有益于保持铸件的耐蚀和耐疲劳等优越性能，从而提高产品寿命。努力提高铸件的尺寸精度和降
低表面粗糙度，推进铸件近净形技术的发展是未来的方向。
（三）铸造缺陷的防止与控制铸造缺陷是造成废品的主要原因，是对铸件质量的严重威胁。由于方方面面的原因，存在于铸件的缺陷五花八门，由于凝固成形时条件的差异，缺陷的种类表现为形态和表现部位不尺相同。如液态金属的凝固收缩会形成缩孔、缩松；凝固期间元素在固相和液相中的再分配会赞成偏析；冷却过程中热应力的集中会造成铸件裂纹和变形。应根据产生的原因和出现的程度不同，采取相应措施加以控制，使之消除或降至最低程度。此外，还有许多缺陷，如有夹杂物、气孔、冷隔等，出现在充填过程中，它们不仅与合金种类有关，而且还与具体成形工艺有关。总之，防止、消除和控制各类。更多问题请百度咨询山东伊莱特重工有限公司。
名词解释 1.材料成形技术：利用生产工具对各种原材料进行增值加工或处理，材料制备成具一定结构形式和形状工件的方法 2.液态成型：将液态金属浇注到与零件形状相适应的铸型型腔中，待其冷却凝固，以获得毛坯或零件的生产方法 3.逐层凝固：纯金属和共晶成分的合金在凝固中不存在固液两相并存的凝固区，所以固液分界面清晰可见，一直向铸件中心移动（铸铁） 4.糊状凝固：铸件在结晶过程中，当结晶温度范围很宽且铸件界面上的温度梯度较小，则不存在固相层，固液两相共存的凝固区贯穿整个区域（铸钢） 5.同时凝固原则：铸件相邻各部位或铸件各处凝固开始及结束的时间相同或相近，甚至是同时完成凝固过程，无先后的差异及明显的方向性 6.顺序凝固原则：在铸件上可能出现缩孔的厚大部位通过安放冒口等工艺措施，使铸件远离冒口的部位先凝固，然后是靠近冒口的部位凝固，最后才是冒口本身凝固。 7.均衡凝固原则：利用铸铁件石墨的共晶膨胀消除缩松的工艺方式 8.砂型铸造：以型砂（SiO2）为铸型、在重力下充型的液态成形工艺方法 9.金属型铸造：以金属为铸型、在重力下的液态成形方法。 10.熔模铸：以蜡为模型，以若干层耐火材料为铸型材料，成形铸型后，熔去蜡模形成型腔，最终在重力下成形的液态成形方法 11.压力铸：把液态或半液态的金属在高压作用下，快速充填铸型，并在高压下凝固而获得铸型的方法 12.低压铸造：是液态金属在较小的压力（20—80Kpa）作用下，使金属液由下而上对铸型进项充型，并在此压力下凝固成型的铸造工艺 13.反重力铸造：液态金属在与重力相反方向力的作用下完成充型，凝固和补缩的铸造成型 14.离心铸造：将液态金属浇注到高速旋转的铸型中，使金属在离心力的作用下充填型腔并凝固成型的方法 15.消失模铸造：用泡沫塑料制成带有浇冒系统的模型，覆上涂料，用干砂造型，无需取模，直接浇注的铸件方法 16.浇注系统：液态金属流入型腔的通道的总称，通常由浇口杯，直浇道，直浇道窝，横浇道和内浇道组成 17.阻流界面：在浇注系统各组元中，截面积最小的部分称为阻流截面 18.集渣包：横浇道上被局部加大加高的部分 19.浇口比：直浇道，横浇道，内浇道截面积之比 20.热节：在壁的相互连接处由于壁厚增加，凝固速度最慢，最容易形成收缩类缺陷 分型面：两半铸型相互接触的表面。分为平直和曲面。作用：便于造型、下芯和起模具。 21.砂芯：为了起模方便并形成铸件的内腔、孔和铸件外形不能出砂的部位，所采用的砂块 22.芯头：伸出铸件以外不与金属液接触的砂芯部分芯头种类：垂直芯头、水平芯头、特殊结构的芯头 23.冒口：铸型内用于储存金属液的空腔，在铸件凝固过程中补给金属，起到防止缩孔，缩松，排气和集渣的作用 冒口=冒口区+轴线缩松区+末端区 24.冒口的补缩距离：冒口补缩后形成的致密冒口区和致密末端区之和 25.补贴：为实现顺序凝固和增强补缩效果，在靠近冒口的壁厚上补加倾斜的金属块 26.均衡凝固：利用铸铁件石墨的共晶膨胀消除缩松的工艺方法 27.缩孔与缩松：液态合金在冷凝过程中，若其液态收缩和凝固收缩所缩减的容积得不到补充，则在铸件最后凝固的部位形成一些孔洞。大而集中的称为锁孔，细小而分散的称为缩松 28.收缩时间分数：铸铁件表观收缩时间与铸件凝固时间的比值 29.补缩量：铸件从浇注系统，冒口抽吸的补缩液量收缩模数：均衡凝固时均衡点的模数 30.复合材料：由有机高分子，无机非金属和金属等几类不同材料人工复合而成的新型材料。它既保留原组分的主要特征，又获得了原组分不具备的优越性能 31.机械加工余量：在铸件加工表面上流出的、准备切削去的金属厚度。 32.冒口补缩通道：末端多了一个散热面，散热快—构成一个朝向冒口而递增的温度梯度；存在平行于轴线的散热表面，形成一个朝向冒口的楔形的补缩通道 33.工艺出品率：铸件质量占铸件及浇注系统（含冒口）质量的比例 34.反重力铸造：指液态金属在与重力方向相反方向力的作用下完成充型，补缩和凝固过程的铸造成型方法 35.离心铸造：指将液态金属浇入高速旋转的铸型中，使金属在离心力的作用下充填型腔并凝固成型的方法
液态金属行业研究报告 第一节液态金属材料简述 1.1液态金属的定义 液态金属即非晶材料，是一种长程无序（短程有序）、亚稳态（一定温度晶化）、一定程度上的物理特性各向同性的金属材料，具有固态、金属、玻璃的特性，又称金属玻璃，具有高强度、高硬度、塑性、热传导和耐磨性等。 图1-1 液态金属具有长程无序结构
1.2 液态金属的特点 液态金属兼有玻璃、金属、固体和液体的特性，是一类全新性的 高性能金属材料，具备很多不同于传统玻璃材料的独特的性质。 非晶材料具有高强度、高比强度、高硬度和高弹性形变等优点
Liquidmetal在表面光洁度上远远高于镁、铝、钛、钢等金属。1)是迄今为止最强的金属材料（屈服强度和断裂韧性最高）和最软的（屈服强度最低）金属材料之一； 2) 具有接近陶瓷的硬度，却又能在一定温度下能像橡皮泥一样的柔软，像液体那样流动（超塑性），所以它又是最理想的微、纳米加工材料之一； 3) 液态金属的强度（1900Mpa）是不锈钢或钛的两倍，易塑形堪比塑料，兼具了钢铁和塑料的优势，可以塑性加工。
工艺余成本优势 优势 劣势 加工工艺 1.相对于一般的高强度合金制备，它具有净成形（Net-ShapeCasting ）的特点，可以避免繁琐的后期机加工。 复合材料熔点较低，不适合用于高温环境，比如蒸汽 机引擎部件等。 2.目前的制备的液态金属通常很薄，一般的锆-钛非晶合 金只有 2.5cm 厚度，暂时不适用于大型的结构部件 热敏塑性，可以用模具塑型，既简单又经济，而且精度高 非晶合金的复合材料熔点低，避免了高温对复合成分中的金属性质造成损害 无氧环境下成型，具有钝面的表面光洁度 成本 基本上是一次净成型，且表面光洁度高，省却大量的后加工；效率非常高，以宜安 科技自制的压铸设备为例，每台机可以实 现压铸600次/天，相比于CNC 加工数个小 时加工一件的效率相比，成本优势相当显 著，大约能降低一半的成本。 1.3 液态发展历程 第二节 液态金属的制备方法
课程名称：金属凝固指导老师：宋长江，翟启杰教授 金属凝固组织的细化方法和机理 摘要：金属组织细化细化是提高材料性能的一种有效手段。在材料科学领域里，控制金属的凝固过程以细化金属凝固组织是提高铸件性能的重要途径之一，在已有的研究中，控制金属凝固过程以细化凝固组织的方法主要有两类：一是物理细化法，如低温浇注、电磁搅拌、机械振动、超声波细化等，二是化学细化法，如添加形核剂和长大抑制剂等。物理细化方法处理材料纯净度高，不会对金属熔体带来外来夹杂，细化效果好；化学添加剂法细化效果稳定、作用快、操作方便、适应性强，是目前最普遍的细化方法。 关键词：组织细化；细化方法；细化剂；变质剂 Refinement methods and mechanism of solidification structure of metals Abstract: Metal microstructure refinement is an effective means to improve the properties of materials.In the field of meterial science, To contol the metal solidification process to refine the metal solidification structure is an important way of improving the casting performance. There are two main ways in the previous study: the first one is Physical refining method,such as cast cold, electromagnetic stirring, mechanical vibration, ultrasonic Refining and so on. The other one is chemical method, like the addition of nucleating agents and growth inhibitors. Physical refining method can make the material more pure,and there is no inclusion along with. The chemical method is the most common method of refinement because it’s faster and more stable and easy to operate. Key words:structure refinement; refine method; refiners; modifier
铸造工艺中液态金属凝固成形的关键问题 液态金属通过冷却凝固最终获得合格的、满足各种使用要求的铸件。山东伊莱特重工跟您一起探讨：以下的关键问题是在生产过程中应予以妥善解决的。 （一）结晶及凝固组织的形成与控制液体金属的结构，晶核的形成与长大，晶粒的大小、方向和形态等与铸件的凝固组织密切相关，它们以铸件的物理性能和力学性能有着重大的影响。控制铸件的凝固组织的目的就是为了获得所希望的组织，欲控制凝固组织，就必须对其形成机理、形成过程和影响因素有全面的了解和深入研究。目前山东伊莱特重工有限公司已建立的有效控制组织的方法有变质、孕育、动态结晶、顺序凝固、快速凝固等。 （二）铸件尺寸精度和表面粗糙度控制现代制造的许多领域，对铸件尺寸精度和外观质量的要求愈来愈高，技术改变着铸造只能提供毛坯的传统观念，其目的在于降低物耗、能耗、工耗，并且改善产品的内外质量，争取市场和高效益。然而，铸件尺寸精度和表面粗糙度由于受到诸多因素（如铸型表面的作用、凝固热应力、凝固收缩等）的影响和制约，控制难度很大。铸件是液态成形的，实现净形化具有独特的优越性，在结构方面铸件的内腔和外形用铸造方法一次成形，使其接近零件的最终形状，使加工和组装工序减至最少；在尺寸精度和表面质量方面，使铸件能接近产品的最终要求，做到无余量或小余量；另一方面，被保留的铸造原始表面有益于保持铸件的耐蚀和耐疲劳等优越性能，从而提高产品寿命。努力提高铸件的尺寸精度和降
低表面粗糙度，推进铸件近净形技术的发展是未来的方向。 （三）铸造缺陷的防止与控制铸造缺陷是造成废品的主要原因，是对铸件质量的严重威胁。由于方方面面的原因，存在于铸件的缺陷五花八门，由于凝固成形时条件的差异，缺陷的种类表现为形态和表现部位不尺相同。如液态金属的凝固收缩会形成缩孔、缩松；凝固期间元素在固相和液相中的再分配会赞成偏析；冷却过程中热应力的集中会造成铸件裂纹和变形。应根据产生的原因和出现的程度不同，采取相应措施加以控制，使之消除或降至最低程度。此外，还有许多缺陷，如有夹杂物、气孔、冷隔等，出现在充填过程中，它们不仅与合金种类有关，而且还与具体成形工艺有关。总之，防止、消除和控制各类。更多问题请百度咨询山东伊莱特重工有限公司。
材料科学基础课程论文金属铸造工艺过程及实际应用 学院名称：材料科学与工程学院 专业班级：复合材料1102 学生姓名：赵明 学号：3110706049 指导教师：张振亚 2014 年6 月
一、简介 金属铸造（metal casting）是将金属熔炼成符合一定要求的液体并浇进铸型里，经冷却凝固、清整处理后得到有预定形状、尺寸和性能的铸件的工艺过程。铸造毛胚因近乎成形，而达到免机械加工或少量加工的目的降低了成本并在一定程度上减少了时间．铸造是现代机械制造工业的基础工艺之一。 二、分类 金属铸造种类造型方法习惯上分为： ①普通砂型铸造，包括湿砂型、干砂型和化学硬化砂型3类。 ②特种铸造，按造型材料又可分为以天然矿产砂石为主要造型材料的特种铸造（如熔模铸造、泥型铸造、铸造车间壳型铸造、负压铸造、实型铸造、陶瓷型铸造等）和以金属为主要铸型材料的特种铸造（如金属型铸造、压力铸造、连续铸造、低压铸造、离心铸造等）两类。金属铸造工艺通常包括： ①铸型（使液态金属成为固态铸件的容器）准备，铸型按所用材料可分为砂型、金属型、陶瓷型、泥型、石墨型等，按使用次数可分为一次性型、半永久型和永久型，铸型准备的优劣是影响铸件质量的主要因素； ②铸造金属的熔化与浇注，铸造金属（铸造合金）主要有铸铁、铸钢和铸造有色合金； ③铸件处理和检验，铸件处理包括清除型芯和铸件表面异物、切除浇冒口、铲磨毛刺和披缝等凸出物以及热处理、整形、防锈处理和粗加工等。 三、工艺过程
铸造生产时，首先要根据铸件的结构特征、技术要求、生产批量、生产条件等因素，确定铸造工艺方案。其主要内容包括浇注位置、分型面、铸造工艺参数（机械加工余量、起模斜度、铸造圆角、收缩率、芯头等）的确定，然后用规定的工艺符号或文字绘制成铸造工艺图。铸造工艺图是指导铸造生产的技术文件，也是验收铸件的主要依据。 一、浇注位置的确定 浇注时铸件在铸型中所处的位置称为浇注位置。铸件的浇注位置对铸件的质量、尺寸精度、造型工艺的难易程度都有很大的影响。通常按下列基本原则确定浇注位置。 (1) 铸件的重要工作面或主要加工面朝下或位于侧面。浇注时金属液中的气体、熔渣及铸型中的砂粒会上浮，有可能使铸件的上部出现气孔、夹渣、砂眼等缺陷，而铸件下部出现缺陷的可能性小，组织较致密。如图所示机床床身的浇注位置，应将导轨面朝下，以保证该重要工作面的质量。如图所示的卷扬筒，其圆周面的质量要求较高，采用立浇方案，可使圆周面 处于侧面，保证质量均匀一致。
凝固原理与铸造技术复习题答案 1、画出纯金属浇入铸型后发生的传热模型示意图，并简要说明其凝固过程的传热特点。 凝固过程的传热有如下一些特点： 简单地说：一热、二迁、三传。 首先它是一个有热源的传热过程。金属凝固时释放的潜热，可以看成是一个热源释放的热，但是金属的凝固潜热，不是在金属全域上同时释放，而只是在不断推进中的凝固前沿上释放。即热源位置在不断地移动；另外，释放的潜热量也随着凝固进程而非线性地变化。一热：有热源的非稳态传热过程，是第一重要的。 二迁：固相、液相间界面和金属铸型间界面，而这二个界面随着凝固进程而发生动态迁移，并使传热现象变得更加复杂。 三传：液态金属的凝固过程是一个同时包含动量传输、质量传输和热量传输的三传（导热、对流和辐射传热）耦合的三维传热物理过程。 其次，在金属凝固时存在着两个界面。即固相、液相间界面和金属铸型间界面，而在这些界面上，通常发生极为复杂的传热现象。 2、一个直径为25cm的长圆柱形铸钢件在砂型和金属型中凝固： (l)当忽略铸件-铸型界面热阻时，它们的凝固时间各为多少？ (2)当铸件-铸型的界面换热系数hi=0.0024J(cm2．s．℃)时，它们的凝固时间各为多少？ 计算用参数如表l -2所示，计算中假定钢水无过热度，并在一个固定的温度Tf 下凝固，同时假定铸型无限厚。
3、对于单元系而言，为什么高温时稳定的同素异性结构具有比低温时稳定的同素异性结构有较高的热焓，即H(γ -Fe)>H (α-Fe)? 4、推导曲率引起的平衡温度改变的计算公式。 除压力外，表面曲率亦对平衡温度产生影响。在凝固时，表面曲率对固相来说相当于增加了一项附加压力，这项附加压力是与界面张力相平衡的。当任一曲面体的体积增加ΔV，面积增加ΔA时，附加压力ΔP与界面张力σ的关系为： 由于曲率引起的平衡温度的改变为：
1、液态金属成型技术是将融融的金属或合金在重力场或其他外力场的作用下注入铸型型腔中，待其凝固 后获得与型腔形状相似逐渐的一种方法，这种成型方法叫做铸造。 2、液态成型（铸造）是将融化成型的液态金属浇入住铸型后一次制成所需形状和性能的零件 3、金属塑性成形又称塑性加工，是利用金属的塑形，通过外力获得所需形状，尺寸与内部性能制品的一 种加工方法。 4、表面张力：是表面上存在的一个平行于表面且各个方向大小相等的力。 5、表面自由能；是产生新的单位面积表面时自由能的增量。 6、液态金属充填铸型的能力：液态金属充满铸型型腔，获得完整、轮廓清晰的铸件的能力。 7、流动性;液态金属本身的流动性。与金属的成分、温度、杂质含量、铸件结构有关。 8、强迫对流：在凝固过程中可以外在激励使液相产生的流动 9、液态金属结晶：液态金属转变成晶体的过程称为液态金属结晶或金属一次结晶。 10、相变驱动力：只有当T
金属锻造成形的基本知识 锻造的根本目的：获得所需形状和尺寸的锻件，同时要求性能和组织符合一定的技术要求。锻造的特点是利用金属的塑性流动来成形的，（借助于外力的作用产生塑性变形，获得所需形状、尺寸）在成形过程中不仅坯料的重量基本是不变的，而且体积也是基本不变，只有组织和性能发生变化。优点是锻件内部致密且组织比较均匀，性能高于铸件和焊接件，缺点是需要较大的变形力。 锻造的分类： 按工具和模具安置情况分为自由锻和模锻；按温度分为热锻、温锻、冷锻。 钢的加热规范： 指钢料从装炉开始到出炉前（始锻温度）的整个过程，对炉温和料温随时间变化的关系所作的规定。 火焰加热是利用燃料（煤、油、气）燃烧所产生的热能直接加热金属的方法。优点：炉子修造容易，费用低，加热适应性强；缺点：劳动条件差，加热质量难控制。 电加热是利用电能转换为热能来加热金属的方法。优缺点与上相反，但铝合金由于熔点低必须电加热。 锻造温度范围的确定： 是指始锻温度和终锻温度间的一段温度间隔，在锻造温度范围内金属应具有良好的可锻性（足够的塑性，低的变形抗力）和合适的金相组织，为了减少火次，都力求扩大温度范围。
始锻温度：一般低于Fe-C液相图150~250℃，首先保证无过烧现象。 一般低碳1300℃，中碳1230℃,高碳1150℃。 终端温度：在结束锻造之前，金属还应有足够的塑性，以锻后能获得再结晶组织，没有加工硬化现象为原则。过高的终锻温度会使锻件晶粒在冷却过程中继续长大，从而降低机械性能；过低终锻温度，由于塑性极低造成加工硬化现象，甚至产生裂纹。 锻造比：是表示金属变形程度大小的指标，它关系着铸造粗大晶粒的破碎，内部缺陷的锻合，是保证锻件内部质量和满足性能要求的重要依据。 1、镦粗比的计算：镦粗的目的是为了增大横截面积，打碎金属内 部粗大晶粒结构，获得较好的内部质量。Y镦=（S后/S前截面积）（H ） 前/H后高度 2、拔长锻造比的计算：拔长目的在于减小截面尺寸，增大长度尺 寸。Y拔=（S前/S后）（L后/L前长度） 3、有镦粗和拔长，两者叠加。 锻造比的选择：由于标志金属变形程度的大小。 钢锭作为锻造坯料时：碳素钢Y≥3;合金钢Y≈3~4。 轧材或锻坯作坯料时：Y≥1.5。 镦粗前坯料的高度与直径之比，应控制2~2.5，最大不超过3。 工艺： 1、热锻：是目前应用最广的一种锻造工艺。经过热锻，内部组织发
1997年6月 沈阳工业学院学报 Vol .16No .2 第16卷第2期 JOURNAL OF SHENYANG INST ITU TE OF T ECH NOLOGY Jun.1997铸造合金凝固过程补缩机理的探讨 李玉海 郭广思 王连琪 王广泰 (沈阳工业学院材料工程系,沈阳110015) 摘 要 建立了描述铸造合金凝固过程补缩机理的数学模型,并应用 数学模型对一些铸造方法的补缩效果进行了比较,表明金属型差压铸造是 补缩能力最强的一种铸件成型方法. 关键词 补缩,数学模型,铸造合金. 分类号 TG245 0 引言 液态金属在凝固过程中的体积收缩是造成铸件内出现缩孔、缩松的根本原因. 对缩孔进行补缩的动力有:液态金属的表面张力,液态金属的压力包括液态金属的静压力和外界的附加压力.阻碍液态金属补缩的力有:补缩液体流向缩孔时的粘性摩擦力,晶间通道的局部阻力,低压和差压铸造中的金属液自重力.在固定的生产条件下,液态金属的体收缩率及结晶潜热无法改变,而其余各因素是制约还是促进补缩,将是本文要探讨的内容. 1 铸件补缩机理的理论分析 以低压和差压铸造为例,探讨由上至下顺序凝固的补缩问题.这涉及到固相骨架基本形成时的状态,如图1所示.在固相骨架形成初期,晶间通道可相互连成一片,且认为凝固过程无偏析存在,即液态金属的表面张力 、密度 及结晶温度间隔 T 均不变.此时,可将补缩过程简化为缝隙层流运动,如图2所示.推动液态金属进行补缩的力F 1为 F 1=B P +2B (1)其中B 、 分别为补缩通道的宽度和厚度.阻碍补缩的力F 2为 F 2= 12 L uB +B L g (2) 式中 u ——液态金属补缩速度[1]; g ——重力加速度; ——液态金属的动力粘度.
金属液态成型原理 内容简介 《金属液态成型原理》共10章，书中系统阐述了材料热加工过程中金属液态成形的基本原理。第1章是液态金属的结构和性质，第2章是金属凝固过程的传热，第3章是液态金属凝固热力学及动力学，第4章是单相及多相合金的结晶，第5章是金属凝固组织的控制，第6章是凝固新技术，第7章是合金中的成分偏析，第8章是气孔与夹杂，第9章是缩孔与缩松，第10章是铸造应力、变形及裂纹。《金属液态成型原理》是普通高等学校“材料成形与控制工程专业”液态成形（铸造）方向本科生用的教材，同时也可作为材料加工液态成形方向研究生的参考书，还可作为金属材料工程、热加工以及机械等工程专业师生和工程技术人员的参考用书。 〃查看全部>> 目录 0 绪论1 0.1 金属的液态成形与凝固的关系1 0.2 凝固过程研究的对象1 0.3 凝固理论的研究进展2 第1章液态金属的结构和性质4 1.1 固体金属的加热、熔化4 1.1.1 晶体的定义与结构4 1.1.2 金属的加热膨胀4 1.1.3 金属的熔化6 1.2 液态金属的结构6 1.2.1 液态金属的热物理性质7 1.2.1.1 体积和熵值的变化7
1.2.1.2 熔化潜热与汽化潜热7 1.2.2 X射线结构分析7 1.2.3 液态金属的结构8 1.2.3.1 纯金属液态结构8 1.2.3.2 实际金属液态结构9 1.2.4 液态金属理论结构模型 钢球模型与P Y理论10 1.3 液态金属的性质12 1.3.1 液态金属的黏滞性12 1.3.1.1 液态金属黏滞性的基本概念13 1.3.1.2 黏滞性（黏度）在材料成形过程中的意义14 1.3.2 液态金属的表面张力15 1.3. 2.1 表面张力的基本概念和实质15 1.3. 2.2 影响表面张力的因素17 1.3. 2.3 毛细现象及表面张力引起的附加压力19 1.3. 2.4 表面张力在材料成形中的意义20 1.4 液态金属的充型能力21 1.4.1 液态金属充型能力的基本概念21 1.4.1.1 充型能力的定义及其他相关名词21 1.4.1.2 液态金属流动性测试方法22 1.4.2 液态金属停止流动的机理与充型能力22 1.4. 2.1 液态金属停止流动的机理22 1.4. 2.2 液态金属的充型能力24 1.4.3 影响充型能力的因素27 1.4.3.1 金属性质方面的因素27 1.4.3.2 铸型性质方面的因素29 1.4.3.3 浇注条件方面的因素30 1.4.3.4 铸件结构方面的因素31 1.5 液体金属中的流动31 1.5.1 自然对流和强迫对流31
《金属凝固理论》期末复习题 一、是非判断题 1 金属由固态变为液态时熵值的增加远远大于金属由室温加热至熔点时熵值的增加。(错） 2 格拉晓夫准则数大表明液态合金的对流强度较小。(错） 3 其它条件相同时，凹形基底的夹杂物不如凸形基底的夹杂物对促进形核有效。(错） 4 大的成分过冷及强形核能力的形核剂有利于等轴晶的形成。（对） 5 大多数非小平面-小平面共晶合金的共晶共生区呈现非对称型。（对） 6 根据相变动力学理论，液态原子变成固态原子必须克服界面能。（对） 7 具有糊状凝固方式的合金容易产生分散缩孔。（对） 8.金属熔体的黏度与金属的熔点相类似，本质都是反映质点间（原子间）结合力大小。（对） 9. 以熔体中某一参考原子作为坐标原点，径向分布函数表示距参考原子r处找到其他原子的 几率。(错） 10. 液态金属中在3-4个原子直径的范围内呈一有序排列状态，但在更大范围内，原子间呈无序状态。（对） 11. 金属熔体的黏度越大，杂质留在铸件中的可能性就越大。（对） 12. 半固态金属在成型过程中遵循的流变特性，主要满足宾汉体的流变特性（对） 13. 在砂型中，低碳钢的凝固方式是体积凝固。(错） 14. 铸型具有一定的发气能力，会导致型腔气体反压增大，充型能力下降。（对） 15. 晶体生长的驱动力是固液两相的体积自由能差值。（对） 16. 绝大多数金属或合金的生长是二维晶核生长机理。(错） 17. Fe-Fe3C共晶合金结晶的领先相是奥氏体。(错） 18. 铸件中的每一个晶粒都代表着一个独立的形核过程，而铸件结晶组织的形成则是这些晶 核就地生长的结果。(错） 19. 型壁附近熔体内部的大量形核只是表面细晶粒区形成的必要条件，而抑制铸件形成稳定 的凝固壳层则为其充分条件. （对） 20.对于薄壁铸件，选择蓄热系数小的铸型有利于获得细等轴晶。(错） 21.处理温度越高，孕育衰退越快。因此在保证孕育剂均匀溶解的前提下，应尽量降低处理 温度。（对） 22. 铸铁中产生的石墨漂浮属于逆偏析。(错） 23.湿型铸造的阀体铸件件皮下形成的内表面光滑的气孔，其形成原因主要是砂型的发气量 大、透气性不足。（对） 二、名词解释 1.黏度：是熔体在不同层面上存在相对运动时才表现出来的一种物理性能，其本质反映的是 质点间的结合力大小。 2.金属遗传性：指在结构上，由原始炉料通过熔体阶段向铸造合金的信息传递，具体表现在 原始炉料通过熔体阶段对合金零件凝固组织，力学性能及凝固缺陷的影响。 3.半固态铸造：指在金属的凝固过程中，对金属施加剧烈的搅拌或扰动、或改变金属的热状 态、或加入晶粒细化剂、或进行快速凝固，即改变初生固相的形核和长大 过程，得到的一种液态金属熔体中均匀地悬浮着一定球状初生固相的固液 混合浆料，然后利用其进行成型的工艺。 4. 充型能力：液态金属充满铸型型腔，获得形状完整、轮廓清晰的铸件的能力 5.非均质形核：指在不均匀的熔体中依靠外来杂质或型壁界面提供的衬底进行形核的过程 6. 临界形核半径：由金属学可知，只有大于临界半径的晶胚才可以作为晶核稳定存在，此
金属液态成型论文 作者：刘永星 摘要：金属液态成型又称为铸造，是将液态金属在重力或外力作用下充填到型腔中，待其冷却凝固后，获得所需形状和尺寸的毛坯或零件，即铸件的方法，它是成形毛坯或机器零件的重要方法之一。工程材料除切削加工以外有各种成型方法，包括金属液态成型、金属塑性成形、材料连接成型、粉末冶金成型以及塑料、橡胶、陶瓷等非金属材料成型及复合材料成型等。材料成型技术主要讲述金属材料成型和非金属材料成型，现对金属液态成型进行详细论述。 关键词：金属液态成型、成型方法、生产流程、成型原理、选择成型依据 一、金属液态成形 金属材料在液态下成形，具有很多优点：（1）最适合铸造形状复杂、特别是复杂内腔的铸件。（2）适应性广，工艺灵活性大。（3）成本较低。但液态成形也有很多不足，如铸态组织疏松、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、特别是冲击性能低于塑形成行件；铸件涉及的工序很多，不易精确控制，铸件质量不稳定；由于目前仍以砂型铸造为主，自动化程度还不够高，工作环境较差；大多数铸件只是毛坯件，需经过切削加工才能成为零件。砂型铸造是将熔融金属浇入砂质铸型中，待凝固冷却后，将铸型破坏，取出铸件的铸造方法，是应用最为广泛的传统铸造方法，它适用于各种形状、大小及各种常用合金铸件的生产。砂型铸造的工艺过
程称为造型。造型是砂型铸造最基本的工序，通常分为手工造型和机器造型两大类。手工造型时，填砂、紧实和起模都用手工和手动完成。其优点是操作灵活、适应性强、工艺装备简单、生产准备时间短。但生产效率低、劳动强度大、铸件质量不易保证。故手工造型只适用于单件、小批量生产。机器造型生产率很高，是手工造型的数十倍，制造出的铸件尺寸精度高、表面粗糙度小、加工余量小，同时工人劳动条件大为改善。但机器造型需要造型机、模板以及特质砂箱等专用机器设备，一次性投资大，生产准备时间长，故适用于成批大量生产，且以中、小型铸件为主。特种铸造包括熔模铸造、金属型铸造、压力铸造、低压铸造、离心铸造、实型铸造、挤压铸造等。各种特种铸造方法均有其突出的特点和一定的局限性，对铸件结构也各有各自的特殊要求。 二、金属液态成形方法 铸造工艺可分为重力铸造、压力铸造、砂型铸造、压铸、熔模铸造和消失模铸造。铸造方法常用的是砂型铸造，其次是特种铸造方法，如：金属型铸造、熔模铸造、石膏型铸造等。各种特种铸造方法均有其突出的特点和一定的局限性，对铸件结构也各有各自的特殊要求。 其中砂型铸造是一种以砂作为主要造型材料，制作铸型的传统铸造工艺。砂型一般采用重力铸造，有特殊要求时也可采用低压铸造、离心铸造等工艺。砂型铸造的适应性很广，小件、大件，简单件、复杂件，单件、大批量都可采用。砂型铸造用的模具，以前多用木材制
铸造缩孔及缩松的形成 在金属的铸造过程中，易产生缩孔和缩松，缩孔和缩松如何识别？缩孔和缩松如何区别？哪些铸造合金容易产生缩松？铸件的凝固过程如果没有合理的控制,铸件易产生缩孔,缩松 一铸件的凝固 1凝固方式: 铸件凝固过程中,其断面上一般分为三个区:1—固相区2—凝固区3—液相区 对凝固区影响较大的是凝固区的宽窄,依此划分凝固方式 逐层凝固:纯金属,共晶成分合金在凝固过程中没有凝固区,断面液,固两相由一条界限清楚分开,随温度下降,固相层不断增加,液相层不断减少,直达中心糊状凝固合金结晶温度范围很宽,在凝固某段时间内,铸件表面不存在固体层,凝固区贯穿整个断面,先糊状,后固化. 中间凝固大多数合金的凝固介于逐层凝固和糊状凝固之间 2影响铸件凝固方式的因素 合金的结晶温度范围 范围小:凝固区窄,愈倾向于逐层凝固,如:砂型铸造,低碳钢逐层凝固,高碳钢糊状凝固2)铸件的温度梯度 合金结晶温度范围一定时,凝固区宽度取决于铸件内外层的温度梯度.温度梯度愈小,凝固区愈宽.(内外温差大,冷却快,凝固区窄)二合金的收缩 液态合金从浇注温度至凝固冷却到室温的过程中,体积和尺寸减少的现象---.是铸件许多缺陷(缩孔,缩松,裂纹,变形,残余应力)产生的基本原因. 1收缩的几个阶段 液态收缩:从金属液浇入铸型到开始凝固之前.液态收缩减少的体积与浇注温度质开始凝固的温度的温差成正比.2)凝固收缩:从凝固开始到凝固完毕.同一类 合金,凝固温度范围大者,凝固体积收缩率大.如:35钢,体积收缩率3.0%,45钢4.3%3)固态收缩:凝固以后到常温.固态收缩影响铸件尺寸,故用线收缩表示. 2影响收缩的因素1)化学成分:铸铁中促进石墨形成的元素增加,收缩减少.如:灰口铁C,Si↑,收↓,S↑收↑.因石墨比容大,体积膨胀,抵销部分凝固收缩.2)浇注温度:温度↑液态收缩↑3)铸件结构与铸型条件铸件在铸型中收缩会受铸型和型芯的阻碍.实际收缩小于自由收缩.∴铸型要有好的退让性. 3缩孔形成 在铸件最后凝固的地方出现一些空洞,集中—缩孔.纯金属,共晶成分易产生缩孔.*产生缩孔的基本原因:铸件在凝固冷却期间,金属的液态及凝固受缩之和远
第二篇金属的塑性成形工艺 金属塑性成形——在外力作用下，金属产生了塑性变形，以此获得具有一定形状、尺寸和机械性能的原材料、毛坯或零件。 此生产方法称金属塑性成形（也称压力加工） 外力冲击力——锤类设备 压力——轧机、压力机 有一定塑性的金属——压力加工（热态、冷态） 基本生产方法： 1．轧制——钢板、型材、无缝管材（图6-1）（图6-2） 2．挤压——低碳钢、非铁金属及其合金（图6-3）（图6-4） 3．拉拔——各种细线材，薄壁管、特殊几何形状的型材（图6-5）（图6-6）4．自由锻——坯料在上、下砥铁间受冲击力或压力而变形（图6-7a） 5．模锻——坯料在锻模模腔内受冲击力或压力而变形（图6-7b） 6．板料冲压——金属板料在冲模之间受压产生分离或变形的加工方法（图6-7c） 金属的原材料，大部通过轧制、挤压、拉拔等制成。 第六章金属塑性成形的工艺理论基础 压力加工——对金属施加外力→塑性变形 金属在外力作用下，使其内部产生应力——发生弹性变形外力>屈服应力塑性变形 塑性变形过程中一定有弹性变形存在，外力去除后，弹性变形将恢复→“弹复”现象，它对有些压力加工件的变形和工件质量有很大影响，须采取工艺措施的保证产品质量。 §6-1 塑性变形理论及假设 一、最小阻力定律 金属塑性成形问题实质，金属塑性流动，影响金属流动的因素十分复杂（定量很困难）。应用最小阻力定律——定性分析（质点流动方向） 最小阻力定律——受外力作用，金属发生塑性变形时，如果金属颗粒在几个方向上都可移动，那么金属颗粒就沿着阻力最小的方向移动。 利用此定律，调整某个方向流动阻力，改变金属在某些方向的流动量→成形
金属成形方法大全 铸造 液态金属浇注到与零件形状、尺寸相适应的铸型型腔中，待其冷却凝固，以获得毛坯或零件的生产方法，通常称为金属液态成形或铸造。 工艺流程：液体金属→充型→凝固收缩→铸件 工艺特点： 1、可生产形状任意复杂的制件，特别是内腔形状复杂的制件。 2、适应性强，合金种类不受限制，铸件大小几乎不受限制。 3、材料来源广，废品可重熔，设备投资低。 4、废品率高、表面质量较低、劳动条件差。 铸造分类： （1）砂型铸造（sand casting） 在砂型中生产铸件的铸造方法。钢、铁和大多数有色合金铸件都可用砂型铸造方法获得。
工艺流程： 技术特点： 1、适合于制成形状复杂，特别是具有复杂内腔的毛坯； 2、适应性广，成本低； 3、对于某些塑性很差的材料，如铸铁等，砂型铸造是制造其零件或，毛坯的唯一的成形工艺。 应用：汽车的发动机气缸体、气缸盖、曲轴等铸件 （2）熔模铸造(investmentcasting) 通常是指在易熔材料制成模样，在模样表面包覆若干层耐火材料制成型壳，再将模样熔化排出型壳，从而获得无分型面的铸型，经高温焙烧后即可填砂浇注的铸造方案。常称为“失蜡铸造”。 工艺流程： 优点： 1、尺寸精度和几何精度高；
2、表面粗糙度高； 3、能够铸造外型复杂的铸件，且铸造的合金不受限制。 缺点：工序繁杂，费用较高 应用：适用于生产形状复杂、精度要求高、或很难进行其它加工的小型零件，如涡轮发动机的叶片等。 （3）压力铸造(die casting) 利用高压将金属液高速压入一精密金属模具型腔内，金属液在压力作用下冷却凝固而形成铸件。 工艺流程： 优点： 1、压铸时金属液体承受压力高，流速快 2、产品质量好，尺寸稳定，互换性好； 3、生产效率高，压铸模使用次数多； 4、适合大批大量生产，经济效益好。 缺点： 1、铸件容易产生细小的气孔和缩松。 2、压铸件塑性低，不宜在冲击载荷及有震动的情况下工作； 3、高熔点合金压铸时，铸型寿命低，影响压铸生产的扩大。 应用：压铸件最先应用在汽车工业和仪表工业，后来逐步扩大到各个行业，如农业机械、机床工业、电子工业、国防工业、计算机、医疗器械、钟表、照相机和日用五金等多个行业。
金属铸造工艺 铸造是人类最早知道的金属成型方法之一。它一般是将熔融金属倒入耐火模具型腔中，并将其凝固。凝固后，所需的成品是从难冶塑的的模具中要么用打破模具要么用分开模具的方法取出的。这个凝固的成品称为铸造产品。这个过程也称为铸造过程。 1.1 铸造的历史 最早的铸造国家是美索不达米亚，最早铸件大约在公元前3500年左右。在世界许多地区的这个时期，铜器和其他平面物体是用石头或烘烤的粘土为模具来铸造的。这些模具基本上都是单件。但在后期，要求铸造圆形铸件时，为了方便铸件的取出，模具必须分成两部分甚至多个部分。 青铜器时代（公元前2000年）的铸造工艺更加精细。也许是最早的时期，空心铸件诞生了。这些铸件内部用的是烤粘土。蜡模铸造法这种工艺被广泛应于加工精细的首饰上。 铸造技术曾在公元前1500年左右在中国得到极大的提高。在此之前，中国还未发现铸造工艺的痕迹。它既不像失蜡法铸模工艺也不广泛使用，而是特殊的使用在多件模具铸造上来制造出高难度的工作。他们花了很多时间在完善产品上甚至到每个细节，因此每一件产品都花费了大量的时间。他们可能用30个甚至更多的精细的模具来制造产品。事实上，在中国各地考古中都曾发现过这些模具。
印度河流域也文明于他们的铜铸件，在装饰，武器，工具和铜铸件上。但是并没有技术上的改进。从各种不同的出土的铜铸件和陶俑来看，印度和中国似乎有着相同的铸造技术，如片模，开模和蜡模具。 尽管印度可能会在坩埚钢的发明上闻名，但是在印度还没有发现铁制品的证据。证据表明，铁的发现是在公元前1000左右在叙利亚和波斯。印度的铁铸造技术是在公元前300左右由亚历山大王朝时代传入的。 在奎塔布的新德里附近的著名的铁柱是印度古冶铁技术的时代标志。这个长约7.2米的铁柱是由纯可锻铸铁铸成的。这铁柱被认为是在古谱塔王朝查德古谱踏二世（公元前375-413年）时期建造的。这根铁柱露在外面的的部分锈蚀率基本为零，甚至埋在地下的部分的也是在以很缓慢的速度在锈蚀。这一定是先铸造然后再捶打到现在的模样。 1.2优点和局限性 铸造在制造过程中被广泛应用是因为它有很多优点。由于熔融金属可以流入模具的任何一个小的地方，因此无论是内部形状复杂的还是外部形状复杂的都可以用铸造来造成。无论是有色金属还是无色金属都可以用铸造来完成。另外，铸造所需的模具的工具非常的简单和便宜。因此试生产和小批量生产，铸造是一种理想的生产方法。只有在铸造工艺过程中才能计算出所需的材料的准
研究生《材料成形原理》入学考试大纲 第一部分考试说明 1. 本课程学习的基本目标及要求 1.1对液态成形、连接成形、固态塑性成形的基本过程有全面的较深入的理解，掌握其 基本原理和规律。 1.2了解液态金属的结构和性质；掌握液态金属凝固的基本原理，冶金处理及其对产品 性能的影响。 1.3掌握材料成形中化学冶金基本规律和缺陷的形成机理、影响因素及防止措施。 1.4掌握塑性成形过程中的应力与应变的基础理论，金属流动的基本规律及其应用。 2. 考试形式与试卷结构 2.1考试时间180分钟，采用闭卷笔试。 2.2题形为名词解释、简答题、计算题和分析论述题。 3. 参考书目 吴树森、柳玉起主编，材料成形原理，机械工业出版社，2008 第二部分考查要点 1. 液态成形理论基础 1.1液态金属的结构和性质 ●材料的固液转变 ●液态金属的结构与分析 ●液态金属的性质 ●半固态金属的流变性及表观粘度 1.2 液态成形中的流动与传热 ●液态金属的流动性与充型能力 ●凝固过程中的液体流动 ●凝固过程中的热量传输 ●铸件的凝固时间 1.3 液态金属的凝固形核及生长方式 ●凝固热力学 ●均质形核与异质形核 ●纯金属晶体的长大方式 1.4 单相合金与多相合金的凝固 ●单相合金的凝固 ●共晶合金的凝固
●偏晶合金与包晶合金的凝固 ●对流对凝固组织的影响及半固态金属的凝固 ●金属基复合材料的凝固 1.5 铸件凝固组织的形成与控制 ●铸件宏观凝固组织的特征及形成机理 ●铸件宏观组织的控制 ●气孔与夹杂的形成机理及控制 ●缩孔与缩松的形成原理 ●化学成分的偏析 ●变形与裂纹 1.6 特殊条件下的凝固 ●快速凝固 ●定向凝固 ●非重力凝固 2. 连接成形理论基础 2.1 焊缝及其热影响区的组织和性能 ●焊接及其冶金特点 ●焊缝金属的组织与性能 ●焊接热影响区的组织与性能 2.2 成形过程的冶金反应原理 ●成形工艺中的冶金反应特点 ●液态金属与气体界面的反应 ●液态金属与熔渣的反应 ●合金化 ●工艺条件对冶金反应的影响 2.3成形缺陷的产生机理及防止措施 ●内应力 ●焊接变形 ●裂纹 ●焊缝中的气体与夹杂物 ●焊缝中的化学成分不均匀性 2.4 特种连接成形原理与方法 ●超塑成形/扩散连接 ●扩散连接技术 ●摩擦焊技术 ●微连接技术 3. 金属塑性加工力学基础 3.1 应力与应变理论 ●应力空间