【正文】 溫度范圍的合金鑄件中。熱裂裂紋一般沿晶界產(chǎn)生和發(fā)展，其外形曲折短小，裂紋縫內表面呈氧化色；冷裂裂紋常常是穿晶斷裂，裂紋細小，外形呈連續(xù)直線狀或圓滑曲線狀，裂紋縫內干凈，有時呈輕微氧化色。 b) 進行去應力退火 鑄件機加工之前應先進行去應力退火，以穩(wěn)定鑄件尺寸，降低切削加工變形程度。 （ 2）鑄造應力的防止和消除措施 a）采用同時凝固的原則 同時凝固是指通過設置冷鐵、布置澆口位置等工藝措施，使鑄件溫差盡量變小，基本實現(xiàn)鑄件各部分在同一時間凝固。 2. 鑄造應力、變形和裂紋 在鑄件的凝固以及以后的冷卻過程中，隨溫度的不斷降低，收縮不斷發(fā)生，如果這種收縮受到阻礙，就會在鑄件內產(chǎn)生應力，引起變形或開裂，這種缺陷的產(chǎn)生，將嚴重影響鑄件的質量。 （ 3）縮孔、縮松的防止措施 a）采用定向凝固的原則 所謂定向凝固，是使鑄件按規(guī)定方向從一部分到另一部分逐漸凝固的過程?？s孔形成的主要原因是液態(tài)收縮和凝固收縮。 3. 鑄件結構與鑄型條件 鑄件冷卻收縮時，因其形狀、尺寸的不同，各部分的冷卻速度不同，導致收縮不一致，且互相阻礙，又加之鑄型和型芯對鑄件收縮的阻力，故鑄件的實際收縮率總是小于其自由收縮率。固態(tài)收縮對鑄件的形狀和尺寸精度影響很大，是鑄造應力、變形和裂紋等缺陷產(chǎn)生的基本原因。它主要包括以下三個階段： 金屬在液態(tài)時由于溫度降低而發(fā)生的體積收縮。中碳鋼、高錳鋼、白口鑄鐵等具有中間凝固方式。常見合金如灰鑄鐵、低碳鋼、工業(yè)純銅、工業(yè)純鋁、共晶鋁硅合金及某些黃銅都屬于逐層凝固的合金。澆注溫度越高，合金的粘度越低，合金的充型能力就越好；但澆注溫度過高，液態(tài)合金的收縮增大，吸氣量增加，氧化嚴重，容易導致產(chǎn)生縮孔、縮松、氣孔、粘砂、粗晶等缺陷。鑄型的熱導率和質量熱容越大，對液態(tài)合金的激冷作用越強，合金的充型能力就越差。圖中表明，純鐵和共晶鑄鐵的流動性最好，亞共晶鑄鐵和碳素鋼隨凝固溫度范圍的增加，其流動性變差。 2）化學成分和結晶特征 純金屬和共晶成分的合金，凝固是由鑄件壁表面向中心逐漸推進，凝固后的表面比較光滑，對未凝固液體的流動阻力較小，所以流動性好，見圖 13a。 一、流動性和充型能力 （一）合金的流動性 1. 流動性 流動性是指熔融金屬的流動能力。工業(yè)上常用的金屬材料均可用來進行鑄造，鑄件的重量可由幾克到幾百噸，壁厚可由 1m左右。本課程對了解材料的熱加工工藝過程、材料熱加工過程中的結晶、變形及強化規(guī)律有重要作用，對解決材料加工實際問題有很大幫助。 教學內容與學時安排 第一章 . 鑄造 （ 16學時） 合金的鑄造性能（ 4學時） 常用合金鑄件的生產(chǎn)（ 2學時） 砂型鑄造（ 4學時） 特種鑄造（ 2學時） 零件結構的鑄造工藝性（ 4學時） 教學內容與學時安排 第二章 . 鍛壓 （ 12學時） 金屬的鍛造性能（ 4學時） 自由鍛（ 2學時） 模鍛（ 2學時） 沖壓（ 2學時） 少無切削鍛壓工藝簡介（ 2學時） 教學內容與學時安排 第三章 . 焊接 （ 12學時） 焊接的基本原理（ 1學時） 焊條電弧焊（ 2學時） 其它焊接方法（ 1學時） 壓焊與釬焊（ 2學時） 堆焊與熱噴涂（ 2學時） 常用金屬材料的焊接（ 2學時） 焊接結構設計（ 2學時） 教材及參考書： 教材： 王俊昌、王榮聲 《 工程材料及機械制造基礎 》 機械工業(yè)出版社 參考書：趙一善 《熱加工工藝基礎》 高等教育出版社 第一章 鑄 造 何為鑄造？ 熔煉金屬，制造鑄型，并將熔融金屬澆入鑄型，凝固后獲得一定形狀和性能鑄件的成形方法，稱為鑄造。 3）鑄造用原材料大都來源廣泛，價格低廉，并可直接利用廢機件，故鑄件成本較低。 合金流動性的好壞，通常以 螺旋形流動性試樣 的長度來衡量，將金屬液體澆入螺旋形試樣鑄型中，在相同的澆注條件下，合金的流動性愈好，所澆出的試樣愈長。 在一定凝固溫度范圍內結晶的亞共晶合金，凝固時鑄件內存在一個較寬的既有液體又有樹枝狀晶體的兩相區(qū)。 （二）合金的充型能力 1. 充型能力 考慮鑄型及工藝因素影響的熔融金屬流動性叫合金的充型能力。 b）鑄型溫度 提高鑄型溫度，可以降低鑄型和金屬液之間的溫差，進而減緩了冷卻速度，可提高合金液的充型能力。 b）充型壓力 液態(tài)合金在流動方向上所受的壓力越大，其充型能力越好。 （ 2）糊狀凝固方式 合金在凝固過程中先呈糊狀而后凝固，這種凝固方式稱為糊狀凝固。 2. 凝固方式的影響因素 （ 1）合金凝固溫度范圍的影響 合金的液相線和固相交叉在一起，或間距很小，則金屬趨于逐層凝固；如兩條相線之間的距離很大，則趨于糊狀凝固；如兩條相線間距離較小，則趨于中間凝固方式。 熔融金屬在凝固階段的體積收縮。 （三） 影響合金收縮的因素 1. 化學成分 不同成分的合金其收縮率一般也不相同。這種阻力越大，鑄件的實際收縮率就越小?？s孔形成過程見圖 16。冒口和冷鐵的合理使用，可造成鑄件的定向凝固，有效地消除縮孔、縮松。 （ 1） 鑄造應力的產(chǎn)生 鑄造應力按其產(chǎn)生的原因可分為三種： a）熱應力 鑄件在凝固和冷卻過程中，不同部位由于不均衡的收縮而引起的應力。如圖 19所示。 c) 設置工藝肋 為了防止鑄件的鑄態(tài)變形，可在容易變形的部位設置工藝肋。 b）鑄件裂紋的防止 為有效地防止鑄件裂紋的發(fā)生，應盡可能采取措施減小鑄造應力；同時金屬在熔煉過程中，應嚴格控制有可能擴大金屬凝固溫度范圍元素的加入量及鋼鐵中的硫、磷含量。為防止和減少晶內偏析的產(chǎn)生，在生產(chǎn)中常采取緩慢冷卻或孕育處理的方法。多位于鑄件的上表面附近，尺寸較大，呈橢圓形或梨形，孔壁光滑，表面有光澤或有輕微氧化色。這種氣孔經(jīng)常出現(xiàn)在鑄件表面層下 1mm2mm處，孔內表面光滑，孔徑 1mm3mm。 （ 2）灰鑄鐵 指碳主要以片狀石墨形式出現(xiàn)的鑄鐵，斷口呈灰色。 3. 根據(jù)鑄鐵的化學成分分類 （ 1）普通鑄鐵 （ 2） 合金鑄鐵 （二） 灰鑄鐵 1. 灰鑄鐵的顯微組織及其性能 （ 1）灰鑄鐵的顯微組織 灰鑄鐵的顯微組織由金屬基體（鐵素體和珠光體）與片狀石墨組成。 c) 減振性 灰鑄鐵具有良好的減振性，其減震能力約為鋼的 5～ 10倍。常用的孕育劑是 FeSi75，熔點為 1300℃ ，經(jīng)孕育處理后的鑄鐵稱孕育鑄鐵。 （三） 可鍛鑄鐵 可鍛鑄鐵是白口鑄鐵通過石墨化或氧化脫碳可鍛化處理，改變其金相組織或成分而獲得的有較高韌性的鑄鐵。 2. 可鍛鑄鐵的鑄造性能 可鍛鑄鐵的碳、硅質量分數(shù)低，熔點比灰鑄鐵高，凝固溫度范圍大，故鐵液的流動性差，必須適當提高鐵液的出爐溫度，以防產(chǎn)生冷隔、澆不到等缺陷。 1. 球墨鑄鐵的組織與性能 球墨鑄鐵的顯微組織由金屬基體（鐵素體和珠光體）與球狀石墨組成。 2. 球墨鑄鐵的鑄造工藝特點 球墨鑄鐵的鑄造性能介于灰鑄鐵與鑄鋼之間。 （五） 蠕墨鑄鐵 指大部分石墨為蠕蟲狀石墨的鑄鐵。鑄鋼的強度與球墨鑄鐵相近，但鑄鋼的沖擊韌度和疲勞強度都高得多，另外，鑄鋼的焊接性能遠比鑄鐵優(yōu)良。此外，鑄鋼件晶粒粗大，熱裂、氣孔和粘砂等傾向大，故應根據(jù)具體情況確定合適的澆注溫度。正火的力學性能較退火高，且生產(chǎn)率高、成本低、應盡量采用正火代替退火。 2. 鋁合金的鑄造工藝特點 （ 1）鑄造鋁合金熔點低、流動性好、對型砂耐火度要求不高，可用細砂造型。 2. 銅合金的鑄造工藝特點 （ 1）鑄造黃銅熔點低、結晶溫度窄，流動性好、對型砂耐火度要求不高，可用細砂造型，但其收縮率大、容易產(chǎn)生集中縮孔，鑄造時應配置較大的冒口。 （ 3）鋁青銅的凝固溫度范圍小，有利于提高流動性和鑄件組織致密度，是青銅的代用材料，廣泛應用于制造重要的齒輪、軸套、蝸桿和閥體等鑄件。 （ 4）鉛青銅澆注時，因鉛體積質量大會下沉，故需控制澆注溫度，且澆注前應充分攪拌，并加快鑄件冷卻以減小偏析。造型是砂型鑄造的最基本工序，通常分為手工造型和機器造型兩大類。各種手工造型方法的示意圖如圖 115所示。中型高度需與鑄件兩個分型面的間距相適應。 一個砂箱可制出許多鑄型。大鑄件需在砂床下面鋪以焦炭，埋上出氣管，以便澆注時引氣。它可提高鑄件的精度，但成本高。 挖砂造型 的模樣是整體的，但鑄件分型面為曲面。比挖砂造型操作簡單，且分型面整齊。 活塊造型 是在制模時將鑄件上的妨礙起模的小凸臺，肋條等這些部分作成活動的（即活塊）。 刮板造型 是用刮板代替實體模樣造型，它可降低模樣成本，節(jié)約木材，縮短生產(chǎn)周期。機器造型鑄件尺寸精確、表面質量好、加工余量小，但需要專用設備，投資較大，適合大批量生產(chǎn)。 高壓緊實 主要是用較高壓實比壓壓實砂型。該方法機器結構簡單，制造成本低，但噪聲大、生產(chǎn)率低、要求廠房基礎好。該方法生產(chǎn)率高，能量消耗少，機械磨損少，砂型堅實度較均勻，但噪聲大。廣泛用于成批生產(chǎn)中、小型鑄件。 射壓緊實 是使壓縮空氣驟然膨脹，將型砂射人砂箱進行填砂和堅實，再進行壓實。因其將填砂、緊實兩個工序同時完成，故生產(chǎn)率高，但用于造型，其堅實度不高、需進行輔助壓實。 1. 鑄造方案的確定 （ 1）澆注位置的選擇 澆注位置的選擇應考慮以下原則： ? a）體積收縮大的合金及壁厚差較大的鑄件，應按定向凝固的原則，將壁厚較大的部位和鑄件的熱節(jié)部置于上部或側部，以便設置冒口進行補縮。見圖 1－ 18。 （ 2）分型面的選擇 ? 分型面為鑄型組元間的接合面，選擇分型面應考慮以下原則： ? a）分型面應盡量采用平面分型，避免曲面分型，并應盡量選在最大截面上，以簡化模具制造和造型工藝。 ? c）應使鑄件的加工面和加工基準面處于同一砂箱中。見圖 1－ 23。 2. 鑄造工藝參數(shù)的選擇 （ 1） 加工余量 指為保證鑄件加工面尺寸和零件精度，在鑄件工藝設計時預先增加而在機械加工時切去的金屬層厚度。加工余量的具體數(shù)值應根據(jù)加工余量國家標準和鑄件尺寸公差標準配套使用選取。 ? （ 3） 最小鑄出孔及槽 零件上的孔、槽、臺階等應從鑄件質量及經(jīng)濟方面考慮。工藝補正量可粗略地按下述經(jīng)驗公式來確定， e≤， 式中 e為工藝補正量； L為加工面到加工基準面間的距離。 ? （ 7） 芯頭 指模樣上的突出部分，在型內形成芯座并放置芯頭。 （一）熔模鑄造的工藝過程 熔模鑄造的工藝過程包括：蠟模制造、結殼、脫蠟、焙燒和澆注等，其流程圖及鑄造過程參見圖 12 126。 4）工藝過程較復雜，生產(chǎn)同期長，制造費用和消耗的材料費用較高，多用于小型零件（從幾十克到幾千克），一般不超過 25kg。 （二）金屬型鑄造的工藝特點 1. 金屬型預熱 金屬型預熱溫度主要通過試驗來確定，一般不低于 150℃ 。 4. 開型時間 對于金屬型鑄造，要根據(jù)不同的鑄件選用合適的開型時間，具體數(shù)值需通過試驗來確定。 金屬型鑄造的主要缺點是金屬型無透氣和退讓性，鑄件冷卻速度大，容易產(chǎn)生澆不到、冷隔、裂紋等缺陷。壓鑄機分熱壓室式和冷壓室式兩類。 2）鑄件強度和表面硬度都較高。 3）設備投資大，生產(chǎn)準備周期長 。 （二）鑄件壁厚應力求均勻 所謂壁厚均勻，是指鑄件的各部分具有冷卻速度相近的壁厚，見圖 1－ 31。 3. 鑄件壁的聯(lián)接應盡可能設計成結構圓角，以避免形成熱節(jié)。如圖 1－ 35所示的彎曲輪輻和奇數(shù)輪輻的設計，可使鑄件能較好地自由收縮。 2. 應盡量使分型面平直 平直的分型面可避免操作費時的挖砂造型或假箱造型；同時，鑄件的毛邊少，便于清理。如圖 1－ 3 1－ 40所示。鑄件結構斜度的大小和許多因素有關，如鑄件的高度、造型的方法等，高度越低，斜度應越大。 2. 鑄件結構設計中應避免封閉空腔 圖 1－ 45a所示