【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(nèi)表面呈氧化色；冷裂裂紋常常是穿晶斷裂，裂紋細(xì)小，外形呈連續(xù)直線狀或圓滑曲線狀，裂紋縫內(nèi)干凈，有時(shí)呈輕微氧化色。 b) 進(jìn)行去應(yīng)力退火 鑄件機(jī)加工之前應(yīng)先進(jìn)行去應(yīng)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(yīng)力的防止和消除措施 a）采用同時(shí)凝固的原則 同時(shí)凝固是指通過設(shè)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(shí)現(xiàn)鑄件各部分在同一時(shí)間凝固。 2. 鑄造應(yīng)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(huì)在鑄件內(nèi)產(chǎn)生應(yīng)力，引起變形或開裂，這種缺陷的產(chǎn)生，將嚴(yán)重影響鑄件的質(zhì)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(jié)構(gòu)與鑄型條件 鑄件冷卻收縮時(shí)，因其形狀、尺寸的不同，各部分的冷卻速度不同，導(dǎo)致收縮不一致，且互相阻礙，又加之鑄型和型芯對(duì)鑄件收縮的阻力，故鑄件的實(shí)際收縮率總是小于其自由收縮率。固態(tài)收縮對(duì)鑄件的形狀和尺寸精度影響很大，是鑄造應(yīng)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(gè)階段： 金屬在液態(tài)時(shí)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(yán)重，容易導(dǎo)致產(chǎn)生縮孔、縮松、氣孔、粘砂、粗晶等缺陷。鑄型的熱導(dǎo)率和質(zhì)量熱容越大，對(duì)液態(tài)合金的激冷作用越強(qiáng)，合金的充型能力就越差。圖中表明，純鐵和共晶鑄鐵的流動(dòng)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(dòng)性變差。 2）化學(xué)成分和結(jié)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(jìn)，凝固后的表面比較光滑，對(duì)未凝固液體的流動(dòng)阻力較小，所以流動(dòng)性好，見圖 13a。 一、流動(dòng)性和充型能力 （一）合金的流動(dòng)性 1. 流動(dòng)性 流動(dòng)性是指熔融金屬的流動(dòng)能力。工業(yè)上常用的金屬材料均可用來進(jìn)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(duì)了解材料的熱加工工藝過程、材料熱加工過程中的結(jié)晶、變形及強(qiáng)化規(guī)律有重要作用，對(duì)解決材料加工實(shí)際問題有很大幫助。 教學(xué)內(nèi)容與學(xué)時(shí)安排 第一章 . 鑄造 （ 16學(xué)時(shí)） 合金的鑄造性能（ 4學(xué)時(shí)） 常用合金鑄件的生產(chǎn)（ 2學(xué)時(shí)） 砂型鑄造（ 4學(xué)時(shí)） 特種鑄造（ 2學(xué)時(shí)） 零件結(jié)構(gòu)的鑄造工藝性（ 4學(xué)時(shí)） 教學(xué)內(nèi)容與學(xué)時(shí)安排 第二章 . 鍛壓 （ 12學(xué)時(shí)） 金屬的鍛造性能（ 4學(xué)時(shí)） 自由鍛（ 2學(xué)時(shí)） 模鍛（ 2學(xué)時(shí)） 沖壓（ 2學(xué)時(shí)） 少無切削鍛壓工藝簡(jiǎn)介（ 2學(xué)時(shí)） 教學(xué)內(nèi)容與學(xué)時(shí)安排 第三章 . 焊接 （ 12學(xué)時(shí)） 焊接的基本原理（ 1學(xué)時(shí)） 焊條電弧焊（ 2學(xué)時(shí)） 其它焊接方法（ 1學(xué)時(shí)） 壓焊與釬焊（ 2學(xué)時(shí)） 堆焊與熱噴涂（ 2學(xué)時(shí)） 常用金屬材料的焊接（ 2學(xué)時(shí)） 焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（ 2學(xué)時(shí)） 教材及參考書： 教材： 王俊昌、王榮聲 《 工程材料及機(jī)械制造基礎(chǔ) 》 機(jī)械工業(yè)出版社 參考書：趙一善 《熱加工工藝基礎(chǔ)》 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(jià)格低廉，并可直接利用廢機(jī)件，故鑄件成本較低。 合金流動(dòng)性的好壞，通常以 螺旋形流動(dòng)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(dòng)性愈好，所澆出的試樣愈長。 在一定凝固溫度范圍內(nèi)結(jié)晶的亞共晶合金，凝固時(shí)鑄件內(nèi)存在一個(gè)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(dòng)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(jìn)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(dòng)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(xué)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(shí)際收縮率就越小。縮孔形成過程見圖 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(yīng)力的產(chǎn)生 鑄造應(yīng)力按其產(chǎn)生的原因可分為三種： a）熱應(yīng)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(yīng)力。如圖 19所示。 c) 設(shè)置工藝?yán)? 為了防止鑄件的鑄態(tài)變形，可在容易變形的部位設(shè)置工藝?yán)摺? b）鑄件裂紋的防止 為有效地防止鑄件裂紋的發(fā)生，應(yīng)盡可能采取措施減小鑄造應(yīng)力；同時(shí)金屬在熔煉過程中，應(yīng)嚴(yán)格控制有可能擴(kuò)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(nèi)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(nèi)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(xué)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(diǎn)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(zhì)量分?jǐn)?shù)低，熔點(diǎn)比灰鑄鐵高，凝固溫度范圍大，故鐵液的流動(dòng)性差，必須適當(dāng)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(diǎn) 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(qiáng)度與球墨鑄鐵相近，但鑄鋼的沖擊韌度和疲勞強(qiáng)度都高得多，另外，鑄鋼的焊接性能遠(yuǎn)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(yīng)根據(jù)具體情況確定合適的澆注溫度。正火的力學(xué)性能較退火高，且生產(chǎn)率高、成本低、應(yīng)盡量采用正火代替退火。 2. 鋁合金的鑄造工藝特點(diǎn) （ 1）鑄造鋁合金熔點(diǎn)低、流動(dòng)性好、對(duì)型砂耐火度要求不高，可用細(xì)砂造型。 2. 銅合金的鑄造工藝特點(diǎn) （ 1）鑄造黃銅熔點(diǎn)低、結(jié)晶溫度窄，流動(dòng)性好、對(duì)型砂耐火度要求不高，可用細(xì)砂造型，但其收縮率大、容易產(chǎn)生集中縮孔，鑄造時(shí)應(yīng)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(dòng)性和鑄件組織致密度，是青銅的代用材料，廣泛應(yīng)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(shí)，因鉛體積質(zhì)量大會(huì)下沉，故需控制澆注溫度，且澆注前應(yīng)充分?jǐn)嚢?，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(jī)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(gè)分型面的間距相適應(yīng)。 一個(gè)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(shí)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(jiǎn)單，且分型面整齊。 活塊造型 是在制模時(shí)將鑄件上的妨礙起模的小凸臺(tái)，肋條等這些部分作成活動(dòng)的（即活塊）。 刮板造型 是用刮板代替實(shí)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(jī)器造型鑄件尺寸精確、表面質(zhì)量好、加工余量小，但需要專用設(shè)備，投資較大，適合大批量生產(chǎn)。 高壓緊實(shí) 主要是用較高壓實(shí)比壓壓實(shí)砂型。該方法機(jī)器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造成本低，但噪聲大、生產(chǎn)率低、要求廠房基礎(chǔ)好。該方法生產(chǎn)率高，能量消耗少，機(jī)械磨損少，砂型堅(jiān)實(shí)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(shí) 是使壓縮空氣驟然膨脹，將型砂射人砂箱進(jìn)行填砂和堅(jiān)實(shí)，再進(jìn)行壓實(shí)。因其將填砂、緊實(shí)兩個(gè)工序同時(shí)完成，故生產(chǎn)率高，但用于造型，其堅(jiān)實(shí)度不高、需進(jìn)行輔助壓實(shí)。 1. 鑄造方案的確定 （ 1）澆注位置的選擇 澆注位置的選擇應(yīng)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(yīng)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(cè)部，以便設(shè)置冒口進(jìn)行補(bǔ)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(yīng)考慮以下原則： ? a）分型面應(yīng)盡量采用平面分型，避免曲面分型，并應(yīng)盡量選在最大截面上，以簡(jiǎn)化模具制造和造型工藝。 ? c）應(yīng)使鑄件的加工面和加工基準(zhǔn)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(shè)計(jì)時(shí)預(yù)先增加而在機(jī)械加工時(shí)切去的金屬層厚度。加工余量的具體數(shù)值應(yīng)根據(jù)加工余量國家標(biāo)準(zhǔn)和鑄件尺寸公差標(biāo)準(zhǔn)配套使用選取。 ? （ 3） 最小鑄出孔及槽 零件上的孔、槽、臺(tái)階等應(yīng)從鑄件質(zhì)量及經(jīng)濟(jì)方面考慮。工藝補(bǔ)正量可粗略地按下述經(jīng)驗(yàn)公式來確定， e≤， 式中 e為工藝補(bǔ)正量； L為加工面到加工基準(zhǔn)面間的距離。 ? （ 7） 芯頭 指模樣上的突出部分，在型內(nèi)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?zāi)Ｖ圃臁⒔Y(jié)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(fù)雜，生產(chǎn)同期長，制造費(fèi)用和消耗的材料費(fèi)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(diǎn) 1. 金屬型預(yù)熱 金屬型預(yù)熱溫度主要通過試驗(yàn)來確定，一般不低于 150℃ 。 4. 開型時(shí)間 對(duì)于金屬型鑄造，要根據(jù)不同的鑄件選用合適的開型時(shí)間，具體數(shù)值需通過試驗(yàn)來確定。 金屬型鑄造的主要缺點(diǎn)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(jī)分熱壓室式和冷壓室式兩類。 2）鑄件強(qiáng)度和表面硬度都較高。 3）設(shè)備投資大，生產(chǎn)準(zhǔn)備周期長 。 （二）鑄件壁厚應(yīng)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(yīng)盡可能設(shè)計(jì)成結(jié)構(gòu)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(shè)計(jì)，可使鑄件能較好地自由收縮。 2. 應(yīng)盡量使分型面平直 平直的分型面可避免操作費(fèi)時(shí)的挖砂造型或假箱造型；同時(shí)，鑄件的毛邊少，便于清理。如圖 1－ 3 1－ 40所示。鑄件結(jié)構(gòu)斜度的大小和許多因素有關(guān)，如鑄件的高度、造型的方法等，高度越低，斜度應(yīng)越大。 2. 鑄件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)避免封閉空腔 圖 1－ 45a所示