【正文】 ,心部為 A. 水韌處理 : 鋼加熱到臨界點(diǎn)以上 (1000~1100℃ )保溫 ,碳化物全容于 A,水冷 ,因冷速快 ,無法析出碳化物 ,成單一 A組織 . 167。 2 鑄件的凝固和收縮 1 2 3 鑄件的凝固過程如果沒有合理的 控制 ,鑄件易產(chǎn)生縮孔 ,縮松 一 鑄件的凝固 1 凝固方式 : 鑄件凝固過程中 ,其斷面上一般分為三個(gè)區(qū) : 1— 固相區(qū) 2— 凝固區(qū) 3— 液相區(qū) 對(duì)凝固區(qū)影響較大的是凝固區(qū)的寬窄 ,依此劃分凝固方式 . 1) 逐層凝固 : 純金屬 ,共晶成分合金在凝固過程中沒有凝固區(qū) ,斷面液 ,固兩相由一條界限清楚分開 ,隨溫度下降 ,固相層不斷增加 ,液相層不斷減少 ,直達(dá)中心 . 2) 糊狀凝固 合金結(jié)晶溫度范圍很寬 ,在凝固某段時(shí)間內(nèi) ,鑄件表面不存在固體層 ,凝固區(qū)貫穿整個(gè)斷面 ,先糊 狀 ,后固化 .故 3) 中間凝固 大多數(shù)合金的凝固介于逐層凝固和糊狀凝固之間 . 2 影響鑄件凝固方式的因素 1) 合金的結(jié)晶溫度范圍 范圍小 : 凝固區(qū)窄 ,愈傾向于逐層凝固 如 : 砂型鑄造 , 低碳鋼 逐層凝固 , 高碳鋼 糊狀凝固 2) 鑄件的溫度梯度 合金結(jié)晶溫度范圍一定時(shí) ,凝固區(qū)寬度取決于鑄件內(nèi)外層的溫度梯度 . 溫度梯度愈小 ,凝固區(qū)愈寬 .(內(nèi)外溫差大 ,冷卻快 ,凝固區(qū)窄 ) 二 合金的收縮 液態(tài)合金從澆注溫度至凝固冷卻到室溫的過程 中 ,體積和尺寸減少的現(xiàn)象 (縮孔 ,縮松 ,裂紋 ,變形 ,殘余應(yīng)力 )產(chǎn)生的基本原因 . 1 收縮的幾個(gè)階段 1) 液態(tài)收縮 : 從金屬液澆入鑄型到開始凝固之前 . 液態(tài)收縮減少的體積與澆注溫度質(zhì)開始凝固的溫度的溫差成正比 . 2) 凝固收縮 : 從凝固開始到凝固完畢 . 同一類合金 ,凝固溫度范圍大者 ,凝固體積收縮率大 .如 : 35鋼 ,體積收縮率 %, 45 鋼 % 3) 固態(tài)收縮 : 凝固以后到常溫 . 固態(tài)收縮影響鑄件尺寸 ,故用線收縮表示 . 2 影響 收縮的因素 1) 化學(xué)成分 : 鑄鐵中促進(jìn)石墨形成的元素增加 ,收縮減少 . 如 : 灰口鐵 C, Si↑ ,收↓ ,S↑ 收↑ .因石墨比容大 ,體積膨脹 ,抵銷部分凝固收縮 . 2) 澆注溫度 : 溫度↑ 液態(tài)收縮↑ 3) 鑄件結(jié)構(gòu)與鑄型條件 鑄件在鑄型中收縮會(huì)受鑄型和型芯的阻礙 .實(shí)際收縮小于自由收縮 .∴ 鑄型要有好的退讓性 . 3 縮孔形成 在鑄件最后凝固的地方出現(xiàn)一些空洞 ,集中 — 縮孔 . 純金屬 ,共晶成分易產(chǎn)生縮孔 *產(chǎn)生縮孔的基本原因 : 鑄件在凝固冷卻期間 ,金屬的液態(tài)及凝固受縮之和遠(yuǎn)遠(yuǎn)大 于固態(tài)收縮 . 4 影響縮孔容積的因素 (補(bǔ)充 ) 1) 液態(tài)收縮 ,凝固收縮 ↑ 縮孔容積↑ 2) 凝固期間 ,固態(tài)收縮↑ ,縮孔容積↓ 3) 澆注速度↓ 縮孔容積↓ 4) 澆注速度↑ 液態(tài)收縮↑ 易產(chǎn)生縮孔 5 縮松的形成 由于鑄件最后凝固區(qū)域的收縮未能得到補(bǔ)足 ,或者 ,因合金呈糊狀凝固 ,被樹枝狀晶體分隔開的小液體區(qū)難以得到補(bǔ)縮所至 . 1) 宏觀縮松 肉眼可見 ,往往出現(xiàn)在縮孔附近 ,或鑄件截面的中心 .非共晶成分 ,結(jié)晶范圍愈寬 ,愈易形成縮松 . 2) 微觀縮松 凝固過程中 ,晶粒之間形成微小孔洞 凝固區(qū) ,先形成的枝晶把金屬液分割成許多微小孤立部分 ,冷凝時(shí)收縮 ,形成晶間微小孔洞 . 凝固區(qū)愈寬 ,愈易形成微觀縮松 ,對(duì)鑄件危害不大 ,故不列為缺陷 ,但對(duì)氣密性 ,機(jī)械性能等要求較高的鑄件 ,則必須設(shè)法減少 .(先凝固的收縮比后凝固的小 ,因后凝固的有液 ,凝 ,固三個(gè)收縮 ,先凝固的有凝 ,固二個(gè)收縮區(qū) 這也是形成微觀縮松的基本原因 .與縮孔形成基本原因類似 ) 6 縮孔 ,縮松的防止辦法 基本原則 : 制定合理工藝 — 補(bǔ)縮 , 縮松轉(zhuǎn)化成縮孔 . 順 序凝固 : 冒口 — 補(bǔ)縮 同時(shí)凝固 : 冷鐵 — 厚處 . 減小熱應(yīng)力 ,但心部縮松 ,故用于收縮小的合金 . l 安置冒口 ,實(shí)行順序凝固 ,可有效的防止縮孔 ,但冒口浪費(fèi)金屬 ,浪費(fèi)工時(shí) ,是鑄件成本增加 .而且 ,鑄件內(nèi)應(yīng)力加大 ,易于產(chǎn)生變形和裂紋 .∴主要用于凝固收縮大 ,結(jié)晶間隔小的合金 . l 非共晶成分合金 ,先結(jié)晶樹枝晶 ,阻礙金屬流動(dòng) ,冒口作用甚小 . l 對(duì)于結(jié)晶溫度范圍甚寬的合金 ,由于傾向于糊狀凝固 ,結(jié)晶開始之后 ,發(fā)達(dá)的樹枝狀骨狀布滿整個(gè)截面 ,使冒口補(bǔ)縮道 路受阻 ,因而難避免顯微縮松的產(chǎn)生 .顯然 ,選用近共晶成分和結(jié)晶范圍較窄的合金生產(chǎn)鑄件是適宜的 . 167。 4 鑄件中的氣體 常見缺陷 , 廢品 1/3. 氣體在鑄件中形成孔洞 . 一 氣孔對(duì)鑄件質(zhì)量的影響 1 破壞金屬連續(xù)性 2 較少承載有效面積 3 氣孔附近易引起應(yīng)力集中 ,機(jī)械性能↓ α k σ 1 ↓ 4 彌散孔 ,氣密性↓ 二 分類 (按氣體來源 ) 1 侵入氣孔 : 砂型材料表面聚集的氣體侵入金屬液體中而形成 . 氣體來源 : 造型材料中水分 , 粘結(jié)劑 ,各種附加物 . 特征 : 多位于表面附近 ,尺寸較大 ,呈橢圓形或梨形孔的內(nèi)表面被氧化 . 形成過程 : 澆注 水汽 (一部分由分型面 ,通氣孔排出 ,另一部分在表面聚集呈高壓中心點(diǎn) )— 氣壓升高 .溶入金屬 一部分從金屬液中逸出 — 澆口 , 其余在鑄件內(nèi)部 ,形成氣孔 . 預(yù)防 : 降低型砂 (型芯砂 )的發(fā)起量 ,增加鑄型排氣能力 . 2 析出氣孔 : 溶于金屬液中的氣體在冷凝過程中 ,因氣體溶解度下降而析出 , 使鑄件形成氣孔 . 原因 : 金屬熔化和澆注中與氣體接觸 (H2 O2 NO CO 等 ) 特征 : 分布廣 ,氣孔尺寸甚小 , 影響氣密性 3 反應(yīng)氣孔 : 金屬液與鑄型材料 ,型芯撐 ,冷鐵或溶渣之間 ,因化學(xué)反應(yīng)生成的氣體而形成的氣孔 . 如 : 冷鐵有銹 Fe3O4 + C – Fe + CO↑ ∴冷鐵附近生成氣孔 防止 : 冷鐵 型芯撐表面不得有銹蝕 ,油污 ,要干燥 . 167。 l c）珠光體層片越薄，塑變抗力越大，強(qiáng)，硬越大。 A B D C E 液相線： ACB 固相線： DCE 單相區(qū)：只有一個(gè)相。 *溶質(zhì)原子，溶劑原子直徑相差不大時(shí)，才能置換 如： Cu—— Zn Zn 溶解度有限。 以低碳鋼為例 σ b σ k σ s σ e ε（Δ l） 將金屬材料制成標(biāo)準(zhǔn)式樣。 包括：機(jī)械性能、物理、化學(xué)性能 2 工藝性能：鑄造性能、鍛造性能、焊接性能、熱處理性能、切削性能等。通常規(guī)定產(chǎn)生 塑性變形的應(yīng)力作為屈服極限 ,稱為條件屈服極限 . 二 剛度 金屬材料在受力時(shí)抵抗彈性變形的能力 — 1 材料本質(zhì) 彈性模量 — 在彈性范圍內(nèi) ,應(yīng)力與應(yīng)變的比值 .其大小主要決定材料本身 . 相當(dāng)于單位元元變形所需要的應(yīng)力 . σ =Εε , Ε =σ /ε =tgα 2幾何尺寸 \形狀 \受力 相同材料的 E相同 ,但尺寸不同 ,則其剛度也不同 .所以考慮材料剛度時(shí)要把 E\形狀 \尺寸同時(shí)考慮 .還要考慮受力情況 . 三 強(qiáng)度 強(qiáng)度指金屬材料在外力作用下抵抗塑性變形和斷裂的能力 . 按作用力性質(zhì)的不同 ,可分為 : 抗拉強(qiáng)度 σ + 抗壓強(qiáng)度σ 抗彎強(qiáng)度σ w 抗剪強(qiáng)度τ b 抗扭強(qiáng)度σ n 常用來表示金屬材料強(qiáng)度的指標(biāo) : 屈服強(qiáng)度 : (Pa N/m2) Ps產(chǎn)生屈服時(shí)最大外力 , F0原截面 抗拉強(qiáng)度 (Pa N/m2) Pb斷裂前最大應(yīng)力 . σ s \σ b在設(shè)計(jì)機(jī)械和選擇評(píng)定材料時(shí)有重要意義 .因金屬材料不能在超過σ s的條件下工作 ,否則會(huì)塑變 .超過σ b工作 ,機(jī)件會(huì)斷裂 . σ sσ b之間塑性變形 ,壓力加工 四 硬度 金屬抵抗更硬的物體壓入其內(nèi)的能力 — 是材料性能的綜合物理量 ,表示金屬材料在一個(gè)小的體積范圍內(nèi)的抵抗彈性變形 \塑性變形或斷裂的能力 . 1布式硬度 HB 用直徑 D的淬火鋼球或硬質(zhì)合金球 ,在一定壓力 P下 ,將鋼球垂直地壓入金屬表面 ,并保持壓力到規(guī)定的時(shí)間后卸荷 ,測(cè)壓痕直徑 d(用刻度放大鏡測(cè) )則 HB=P/F (N/mm2) 單位一般不寫 . F壓痕面積 . HBS— 壓頭用淬火鋼球 , HBW— 壓頭用硬質(zhì)合金球 l 因鋼球存在變形問題 ,不能測(cè)太硬的材料 ,適于 HBS450, 如鑄鐵 ,有色金屬 ,軟鋼等 . 而 HＢＷ＜６５０． l 特點(diǎn)：壓痕大，代表性全面 l 應(yīng)用：不適宜薄件和成品件 ２ 洛式硬度ＨＲ 用金剛石圓錐在壓頭或鋼球，在規(guī)定的預(yù) 載荷和總載荷下，壓入材料，卸載后，測(cè)其深度ｈ，由公式求出，可在硬度計(jì)上直接讀出，無單位． 不同壓頭應(yīng)用范圍不同如下表： HRB ｄ＝ 淬火鋼球 退火鋼 灰鐵 有色金屬 HRC 1200金剛石圓錐 1471 淬火 回火件 HRA 硬質(zhì)合金 碳化物 優(yōu)點(diǎn) :易操作 ,壓痕小 ,適于薄件 ,成品件 缺點(diǎn) :壓痕小 ,代表性不全面需多測(cè)幾點(diǎn) . *硬度與強(qiáng)度有一定換算關(guān)系 ,故應(yīng)用廣泛 .根據(jù)硬度可近似確定強(qiáng)度 ,如灰鐵 : σ b=1HBS 3顯微硬度 (Hm) 用于測(cè)定金屬組織 中個(gè)別組成體 ,夾雜物等硬度 . 顯微放大測(cè)量 顯微硬度 (查表 )與 HR有對(duì)應(yīng)關(guān)系 .如 :磨削燒傷表面 ,看燒傷層硬度變化 . 五 沖擊韌性 ak 材料抵抗沖擊載荷的能力 常用一次擺錘沖擊試驗(yàn)來測(cè)定金屬材料的沖擊韌性 ,標(biāo)準(zhǔn)試樣一次擊斷 ,用試樣缺口處單位截面積上的沖擊功來表示 ak ak=Ak/F(J/m2) Ak=G(Hh) G重量 F缺口截面 脆性材料一般不開口 ,因其沖擊值低 ,難以比較差別 . 1 ak↑ ,沖擊韌性愈好 . 2 Ak不直接用于設(shè)計(jì)計(jì)算 :在生產(chǎn)中 ,工件很少因受一次大能量沖擊載荷而破壞 ,多是小沖擊載荷 ,多次沖擊引起破壞 ,而此時(shí) ,主要取決于強(qiáng)度 ,故設(shè)計(jì)時(shí) , ak只做校核 . 3 ak對(duì)組織缺陷很敏感 ,能夠靈敏地反映出材料品質(zhì) ,宏觀缺陷 ,纖維組織方面變化 . 所以 ,沖擊試驗(yàn)是生產(chǎn)上用來檢驗(yàn)冶煉、熱加工、熱處理工藝質(zhì)量的有效方法。 2 金屬化合物 合金各組成元素之間相互作用而生成的一種新的具有金屬性質(zhì)，可用分子式表示的物質(zhì)。δ =45~50%， HBS= σ b=250Mpa 含碳： 727℃， % 二 奧氏體 碳溶于γ Fe中形成的固溶體 — “ A” 面心立方 ,顯微鏡下多邊形晶粒 ,晶界較 F平直 . 性能 :塑性好 ,壓力加工所需要組織 .含碳最高 。時(shí)易斷 如用等溫淬火 , HRC55~58 韌性好 , 扭 90176。 可焊性差 (易裂紋 ,焊區(qū)白口 ,難加工 ) 鑄造性能好 (缺陷少 )。片狀過飽和 F和其內(nèi)部沉淀的碳化物組織（因?yàn)檫^飽和 F有析出 Fe3C傾向，但過冷度太大，導(dǎo)致碳原子沒能擴(kuò)散超出 F片，只是在片內(nèi)沿一定晶面聚集，沉淀出碳化物粒子） 3）低溫轉(zhuǎn)變產(chǎn)物： 230 ~ 50℃ 馬氏體（ M） +殘余 A 馬氏體：過飽和的α固溶體“ M” （由于溫度低，原子活動(dòng)能力低，晶格轉(zhuǎn)變完成，但是， C原子不能從面心中擴(kuò)散出來，仍留在體心中，形成過飽和α固溶體）