【正文】 在金屬中的內(nèi)應(yīng)力。達(dá)到退火溫度后，鋼應(yīng)當(dāng)保持在此溫度等到全部均勻受熱。為了得到最大柔軟性和延展性冷卻速率應(yīng)該很慢，比如讓零件與爐子一起冷下來。加熱的速率也應(yīng)與截面的尺寸及均勻程度相協(xié)調(diào)，這樣才能使整個(gè)零件盡可能均勻地加熱。退火主要用于低碳鋼、中碳鋼及合金鋼，使晶粒結(jié)構(gòu)更均勻、釋放內(nèi)應(yīng)力或獲得所需的物理特性。 球化是使?jié)B碳體產(chǎn)生成類似球狀分布結(jié)構(gòu)的工藝。所獲得的球狀結(jié)構(gòu)改善了鋼的可切削性。表面硬化滲碳 最早的硬化鋼表面的方法是表面淬火或滲碳。碳被吸收進(jìn)金屬與鐵形成固溶體使外表面轉(zhuǎn)變成高碳鋼。滲碳層的深度取決于熱處理的時(shí)間和溫度。這是一個(gè)較長(zhǎng)的過程， 英寸(~)這么厚的硬化層。%%的高碳鋼。由于在較長(zhǎng)的滲碳過程中鋼內(nèi)部會(huì)有些晶粒生長(zhǎng)，所以工件應(yīng)該加熱到核心部分的臨界溫度再冷卻以細(xì)化核心部分的組織結(jié)構(gòu)。 由于恰好高于低臨界溫度通常使過共析鋼奧氏體化而硬化，所以對(duì)外層采用較低的熱處理溫度。碳氮共滲 碳氮共滲，有時(shí)也稱為干法氰化或滲碳氮化，是一種表面硬化工藝?？梢允褂萌魏胃惶?xì)怏w加氨氣，(~ )的耐磨外層。氰化 氰化，有時(shí)稱為液體碳氮共滲，也是一種結(jié)合了吸收碳和氮來獲得表面硬度的工藝，它主要用于不適合通常熱處理的低碳鋼。然后將零件在水或油中淬火。氰化主要用于處理小零件。這種工藝中金屬加熱到約950℉(510℃)，然后與氨氣接觸一段時(shí)間。 氮與某些元素的硬化能力比其它元素大，因此開發(fā)了專用的滲氮合金鋼。其加熱溫度范圍為925℉到1,050℉ (495℃~565℃)。液體滲氮時(shí)在氰化物溶液中加入比氰化及滲碳都較多的氮和較少的碳。一般而言兩種滲氮方法的用途是類似的。其硬度范圍為900到1,100布氏硬度，這遠(yuǎn)高于普通表面硬化所獲得的硬度。建議對(duì)這種鋼在滲氮前先機(jī)加工和熱處理，因?yàn)闈B氮后沒有剝落并不需要更多的加工。這種表面能有效地抵御水、鹽霧、堿、原油和天然氣的腐蝕反應(yīng)。在冷卻期間或冷卻后，把鑄件從鑄模中取出，然后進(jìn)行交付。材料和工藝的選擇取決于零件的復(fù)雜性和功能、產(chǎn)品的質(zhì)量要求以及成本預(yù)算水平?；厮?,000年歷史，各種各樣的鑄造工藝就如同科技進(jìn)步一樣處于一個(gè)不斷改進(jìn)和發(fā)展的狀態(tài)。將熔化的金屬倒入由型砂(天然的或人造的)做成鑄模腔。 砂型里的型腔是采用型模(真實(shí)零件的近似復(fù)制品)構(gòu)成的，型模一般為木制，有時(shí)也用金屬制造。砂芯是插入鑄模的砂型，用于生成諸如孔或內(nèi)通道之類的內(nèi)部特征。砂芯座是加在型模、砂芯或鑄模上的特定區(qū)域，用來在鑄模內(nèi)部定位和支撐砂芯。其目的是當(dāng)熔化金屬凝固和收縮時(shí)往型腔里補(bǔ)充熔化金屬，從而防止在主鑄件中產(chǎn)生孔隙。分型線或分型面是分離上下型箱的線或面。然后將上型箱與下型箱裝配在一起，再把型砂倒入上型箱蓋住型模、砂芯和澆注系統(tǒng)。然后從下型箱上撤掉上型箱，小心翼翼地取出型模。通過設(shè)計(jì)拔模斜度—型模垂直相交表面的微小角度偏移量—來使取出型模變得容易。型模表面越粗糙，則拔模斜度應(yīng)越大。將澆注系統(tǒng)的垂直部分與澆注杯連接的是澆注口，澆注系統(tǒng)的水平部分稱為澆道，最后到多點(diǎn)把熔化金屬導(dǎo)入型腔的稱為閘道。 型腔通常大于所需尺寸以允許在金屬冷卻到室溫時(shí)收縮。為解決收縮效應(yīng)，一般而言型模做得比所需尺寸大，必須考慮線性因素并作用于各個(gè)方向。另外，鑄件的不同部分也可能需要不同的收縮余量。對(duì)這類缺陷采用機(jī)加工(最后一道工序)的余量。做成用于在型砂中形成型腔的形狀。這些砂芯用粘結(jié)砂做成，等鑄件完成后將被打碎取出。4. 型砂在型模周圍成形，并根據(jù)需要安放閘道、澆道、冒口、排放口和澆注杯等。安放砂芯來制成鑄件的凹形結(jié)構(gòu)或內(nèi)部特征。對(duì)大質(zhì)量鑄件可能需要加入冷卻物來使其較快冷卻。6. 匹配上下鑄模，做好澆鑄金屬的準(zhǔn)備。確切的溫度要根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)合嚴(yán)格控制?？梢约尤胍欢吭仁沁@種金屬鑄件的廢料再融化—10%是適當(dāng)?shù)摹?. 隨著熔化金屬的冷卻(幾分鐘到幾天)，金屬收縮體積減小。10. 在零件開始凝固其內(nèi)部形成固態(tài)金屬的小型樹枝狀結(jié)晶期間金屬性能被確定，同時(shí)也產(chǎn)生了內(nèi)應(yīng)力。11. 一旦零件在共析點(diǎn)以下完全凝固，可以不考慮金屬的最后性能而將其取出。13. 最后零件要用刀具、噴槍等切掉澆道閘道系統(tǒng)，這樣就接近最終形狀了。14. 通過機(jī)加工將零件切削到最終形狀。熔模鑄造 熔模鑄造也稱為失蠟加工。大約在5,000年前的法老王時(shí)代，埃及人就用它制造黃金飾品(因此而得名投資)。另外較難機(jī)加工或制作的金屬都能用此工藝。 制作鑄型的型模采用石蠟或其它一些能被融化掉的材料做成。重復(fù)這個(gè)浸泡、變干的過程直至獲得足夠的厚度。這樣就做成了能填充熔化金屬的鑄型。石蠟型模本身能用立體制版或類似的模型復(fù)制—這可以采用計(jì)算機(jī)立體模型原版制作。對(duì)較高熔化溫度而言，則采用硅線石或氧化鋁硅酸鹽作耐溫材料、無水硅酸作粘合劑。這樣生成的鑄?？芍苯佑糜诒”阼T件或通過將其放在較大容器內(nèi)用更多耐熱漿加強(qiáng)。在預(yù)熱的型模中澆鑄也能保證型模完全充滿。當(dāng)使用壓力時(shí)必須注意滲透性，以便在澆鑄的同時(shí)讓空氣逸出。雖然通常尺寸的鑄件重量范圍為200g到約8kg(7oz到15lb)，但實(shí)際可從幾克到35kg ( to 80lb)。 可以用于鑄造的材料類型有：鋁合金、青銅、工具鋼、不銹鋼、鎢鉻鈷合金、鎳基合金和貴金屬。離心鑄造 離心鑄造()作為一個(gè)種類包括了離心鑄造、半離心鑄造和離心法鑄造。受離心力作用熔化金屬被拋向型模的內(nèi)壁，在那里冷卻后固化。內(nèi)徑處則有較多的雜質(zhì)和內(nèi)含物，但可用機(jī)加工去除。尺寸限制為直徑大到3m(10feet)、長(zhǎng)度大到15m(50feet)。(.)以內(nèi)，(.)以內(nèi)。 可用此工藝鑄造的典型材料有：鐵、鋼、不銹鋼以及鋁、銅和鎳的合金。采用這種工藝制造的典型零件有：管子、鍋爐、壓力容器、飛輪、汽缸襯墊和其它軸對(duì)稱零件。它的旋轉(zhuǎn)速度比離心鑄造低。這種工藝被用于制造車輪、管嘴及類似的隨后可用機(jī)加工去除中心軸部分的零件。它為每個(gè)型腔提供了一種增加填充壓力方法并允許再現(xiàn)復(fù)雜細(xì)節(jié)。 實(shí)型鑄造是與熔模鑄造類似的技術(shù)，但它用做型模的消耗材料是聚苯乙烯泡沫而不是石蠟。型模裝入整體砂模中。它能制造沒有拔模斜度和縫脊的復(fù)雜形狀鑄件。% 之內(nèi)。 重量限制從400g(1lb)到數(shù)噸。這種工藝所用的典型材料有：鋁、鐵、鋼、鎳合金、銅合金。UNIT 4 引言 鍛造是一種重要的熱成型工藝。 在鍛造過程中先將金屬加熱，然后施加合適的壓力使其塑性變形。在鍛造中用于支撐工件的基礎(chǔ)是鐵砧。就其一般特性而言，都象手工鍛錘一樣，它們均利用落重能量來產(chǎn)生金屬成型所需的壓力。大型的自動(dòng)化鍛機(jī)用于工程零件的批量生產(chǎn)。在錘鍛中零件通過錘擊輔之以相對(duì)簡(jiǎn)單的工具成型。錘鍛的基本操作之一就是通過錘擊使金屬伸長(zhǎng)，促成其變細(xì)變長(zhǎng)。以充分鍛打工件并防止橫向膨脹。例如，棒料的直徑可以通過加熱和軸向錘擊而增大。閉式模鍛中金屬在一對(duì)鍛模之間擠壓成型。兩者合在一起形成閉式鍛模。閉式鍛模采用特殊的耐熱、耐磨工具鋼制成。閉式模鍛用于相當(dāng)小的零件大批量快速生產(chǎn)，也可用于很大的零件。 鍛造有價(jià)值的特性之一是它通過使金屬組織均勻而改善強(qiáng)度，因此對(duì)諸如船舶螺旋槳軸之類的重型鍛件，要用能達(dá)10,000噸壓力的龐大而有力的液壓機(jī)來擠壓金屬。由于較高的壓力和擠壓作用，它比落錘鍛造噪聲及振動(dòng)都小得多。 鑄造細(xì)化金屬的晶粒組織、改善其物理性能。，晶粒流動(dòng)的方向就是在塑性變形期間結(jié)晶排列的方向。 鍛件各部分是連貫一致的，沒有孔隙、空洞、雜質(zhì)及其它缺陷。另外由于鍛件良好的表面，像電鍍或油漆之類的涂裝工序就很簡(jiǎn)單，幾乎不需要做準(zhǔn)備工作。 鍛造金屬可以導(dǎo)致下列結(jié)果：●增加長(zhǎng)度、減小橫截面，稱為延伸金屬?！裢ㄟ^用封閉鍛模擠壓，改變長(zhǎng)度和橫截面。? 常用的鍛造工藝 金屬既可熱鍛(高于再結(jié)晶溫度)也可冷鍛。完成的產(chǎn)品是鍛模的粗糙近似物。 壓模鍛/精密鍛：壓模鍛和精密鍛是雛形模鍛的進(jìn)一步改進(jìn)。 壓鍛：壓鍛通過壓力機(jī)緩慢的擠壓動(dòng)作將巨大的壓力傳遞給工件。這使材料性能一致，對(duì)大重量鍛件而言是十分必要的。 頂鍛：頂鍛通過壓縮長(zhǎng)度增加橫截面，用于在螺栓等緊固件、柱塞及類似零件上制造頭部。這是軋鍛的基本形式。鍛模錘擊橫斷面使金屬向內(nèi)流動(dòng)導(dǎo)致圓管或圓棒的外徑變?yōu)殄懩５男螤?。齒輪毛坯材料損耗為70% ，而飛機(jī)結(jié)構(gòu)零件的材料損耗甚至達(dá)90% 。)的零件能使材料損耗最小化。從模具的角度而言這些工藝是相當(dāng)昂貴的，需要資金投入。? 鍛模設(shè)計(jì)的考慮因素? 如果可能分模面應(yīng)沿著單一平面，否則就順著零件輪廓方向。如果分模面不能在單一平面，利用設(shè)計(jì)的對(duì)稱性來減小側(cè)向推力不失為一種好方法。? 如同大多數(shù)成型工藝，如果不是非用不可，盡量避免采用凹槽，因?yàn)榘疾蹠?huì)使零件難以取出。銳角會(huì)增加鍛件中的應(yīng)力，同時(shí)在使用時(shí)削弱鍛模。? 公差? 尺寸公差通常為正，%，(.)。? 鍛模的閉合公差處于開閉的方向上，范圍從對(duì)較小鍛件[其投影面積＜150cm2()]取為1mm(.)，到較大鍛件[其投影面積＞6,500cm2()](.)。 制造良好的鍛件必須有合適的滑潤(rùn)劑。UNIT 5 粉末冶金()采用燒結(jié)工藝將金屬粉末制成各種各樣的零件。被壓實(shí)的材料置于爐內(nèi)燒結(jié)，在高溫下爐內(nèi)環(huán)境可控，金屬粉末熔合形成固體。 粉末冶金是一種高度發(fā)達(dá)的制造可靠鐵或非鐵零件的方法。? Material 材料 大多數(shù)用固定模壓制的結(jié)構(gòu)件都是鐵基的。諸如鐵、銅之類的單一元素粉末較容易被壓得相對(duì)密度較高、生產(chǎn)具備足夠強(qiáng)度的壓制物供燒結(jié)處理，但是無法制造出很高強(qiáng)度的燒結(jié)零件。然而它們能生成高強(qiáng)度燒結(jié)材料。最好的例子是不銹鋼，因含有鉻和鎳成分，所以粉末冶金必須用預(yù)先合金才經(jīng)濟(jì)。單一元素粉末，例如鐵與2%的銅(重量百分比) 混合均勻，經(jīng)部分燒結(jié)后銅微粒粘附到鐵微粒上而沒有產(chǎn)生充分?jǐn)U散的粉末卻保留了粉末的形態(tài)。 另一種類似的技術(shù)是把小百分比的合金元素“粘合”到鐵微粒上。? Powder Consolidation粉末合成 通過將大量的粉末放入模具成型為零件或物品，然后合成為內(nèi)有微粒的冶金結(jié)合物。雖然在燒結(jié)過程中可能會(huì)有少量液態(tài)出現(xiàn)，但材料決不是全熔化。作為普遍規(guī)律，隨著密度的增加機(jī)械和物理性能均改善。許多零件只需理論全密度的85~90%而其它的則需全密度才能滿足要求。 還好有多種合成技術(shù)可供選擇。 冷擠壓能保證被壓制或“未加工”的零件尺寸十分精確，因?yàn)樗痪_地按模具的尺寸和形狀成型。即大約是理論密度的90%。Cold Isostatic Pressing冷均衡擠壓 金屬粉末裝入均衡受壓的橡膠膜或金屬罐內(nèi)，其所受外壓力在各個(gè)方向都是均勻的。必須采用不規(guī)則形狀粉末微粒為壓制零件提供足夠的未加工強(qiáng)度。通常這種技術(shù)只用于制作諸如棒料、坯段、薄板及粗糙成型零件之類的半成品，所有這些都需要大量進(jìn)一步加工才能生產(chǎn)出最終尺寸精確的零件。Sintering燒結(jié) 燒結(jié)就是通過把粉末壓制物加熱使鄰近的微粒熔合在一起的工藝，它能生成比粉末壓制物機(jī)械強(qiáng)度更好的固體物。還有一些工藝如熱均衡擠壓，將壓實(shí)和燒結(jié)工藝合并為單一步驟。一般有兩個(gè)加熱區(qū)，第一個(gè)去除潤(rùn)滑劑，第二個(gè)溫度更高的區(qū)域讓粉末微粒之間擴(kuò)散并結(jié)合。例如精確的環(huán)境控制可使鐵/碳材料生成特殊碳化物和機(jī)械性能。因?yàn)槌叽绲淖兓梢酝ㄟ^了解并調(diào)節(jié)擠壓及燒結(jié)參數(shù)進(jìn)行控制，所以零件尺寸幾乎無需校正就能滿足尺寸公差。Hot Isostatic Pressing熱均衡擠壓 粉末通常封裝在金屬容器內(nèi)有時(shí)也裝在玻璃容器內(nèi)。再加熱并施加均衡壓力足以使容器和粉末都塑性變形。中等溫度下粉末的屈服強(qiáng)度仍然較高，因此需要較高壓力使其在經(jīng)濟(jì)時(shí)間內(nèi)致密化。由于很高溫度下材料的屈服強(qiáng)度較低，因此只需較低壓力就能擠壓。 因?yàn)閴毫θ萜鞅仨毥?jīng)受住內(nèi)氣壓并允許粉末加熱到較高溫度，所以這種技術(shù)需要相當(dāng)可觀的資金投入。Hot Forging (Powder Forging)熱鍛(粉末鍛造) 冷擠壓和燒結(jié)零件主要優(yōu)點(diǎn)是接近最終形狀(近似純形)，但不是充分致密的。 在粉末鍛造中，壓制零件一般加熱到遠(yuǎn)低于該材料通常燒結(jié)溫度的鍛造溫度，然后在閉模中鍛造。 粉末鍛造零件通常不像冷擠壓和燒結(jié)零件那樣接近最終尺寸或形狀。此外還需少量機(jī)加工，但全面考慮這種方法通常還是很劃算的。注塑壓力較低使得制作復(fù)雜零件成為可能，通過采用側(cè)面型芯和分離工具甚至可以帶有內(nèi)螺紋。注塑成型后，去除塑料粘合材料剩下金屬骨架，然后在高溫下燒結(jié)。 由于所用粉末細(xì)小微粒的尺寸和聚合物粘合劑的真實(shí)比例，收縮可以比較大。一般而言這會(huì)使零件更精確同時(shí)具有更好的表面光潔度。一種方法是采用油浴。? 零件表面能被低熔點(diǎn)金屬滲透以增大密度、強(qiáng)度、硬度、延展性和抗沖擊能力。? Advantages 優(yōu)點(diǎn)? 良好的公差和表面光潔度? 高度復(fù)雜的形狀能快速制作? 能制作多孔零件和難以加工材料(如粘結(jié)氧化物)? 金屬中的氣孔可用其它材料/金屬填充? 表面能具有較高的耐磨性? 孔隙率可以控制? 較低損耗? 容易自動(dòng)化? 物理性能可以控制? 零件之間的變化較小? 難以機(jī)加工的金屬能被容易使用? 無需熔化金屬? 不需要很多/任何修整作業(yè)? 允許加工復(fù)雜形狀的大體積產(chǎn)品? 允許非傳統(tǒng)合金結(jié)合? 對(duì)最終密度能很好地控制? Disadvantages 缺點(diǎn)? 如果存放不當(dāng)金屬粉末質(zhì)量很快降低? 安裝和調(diào)整的成本較高? 零件尺寸受壓力機(jī)和所用粉末壓縮的限制? 銳角和變厚度較難加工? 不適合模壓的東西不可能生產(chǎn)UNIT 6 注塑成型(