金属凝固理论课件整理

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1、第一章绪论一、金属材料成型方法金属材料成型就是把原来无定型的材料加工成形状满足要求的器件。塑性成形：金属坯料在外力作用下产生塑性变形，从而获得具有一定几何形状，尺寸和精度，以及服役性能的材料、毛坯或零件的加工方法。轧制：金属通过旋转的轧辊受到压缩，横断面积减小，长度增加的过程。挤压：金属在挤压筒中受推力作用从模孔中流出而制取各种断面金属材料的加工方法。举例：棒、管、型；其它：异型截面。锻造：锻锤锤击工件产生压缩变形A.自由锻：金属在上下铁锤及铁砧间受到冲击力或压力而产生塑性变形的加工。B.模锻：金属在具有一定形状的锻模

2、膛内受冲击力或压力而产生塑性变形的加工。举例：飞机大梁，火箭捆挷环等冲压：金属坯料在冲模之间受压产生分离或变形的加工方法。二、材料成型方法与组织的关系材料成型方法与工件组织有紧密的关系。如铸造与轧制比，组织在晶粒形状、尺寸和取向方面均有明显差别。柱状晶缩孔和气孔（收缩及气体逸出引起）非金属夹杂物（卷入）热变形：塑性变形温度高于该金属的再结晶温度。特征：经过回复和再结晶组织均匀化，塑性好，消除内部缺陷，形成轧制流线/流纹。冷变形：塑性变形温度低于该金属的再结晶温度。特征：晶粒沿变形最大的方向伸长，形成纤维组织和形变织构；

3、晶粒间产生碎晶。金属产生加工硬化现象。三、金属液态成型（铸造）的发展1、铸造是一门古老而年轻的科学。根据文献记载和实物考察，证明我国铸造生产技术至少有四千年以上的悠久历史。可分两大发展阶段：前两千年：以青铜铸造为主，形成灿烂的商周青铜文化。出土的编钟，铸造精巧、音律准确、音色优美。后两千年：以铸铁为主。公元前六世纪，发明了生铁和铸铁技术，制造的生产工具取代了青铜。铸铁生产工具的使用促进了铸铁强韧化的早期发明。（1）战国时期，我们的先人已经能够通过石墨化热处理和脱碳热处理获得黑心韧性铸铁和白心可锻铸铁。（2）西汉时期，铸

4、铁中还出现了球状石墨。而现代球墨铸铁是英国人1947年研制成功的。在我国古代铸造工艺中，失蜡法是非常常用的一种方法。古代许多精致的青铜艺术珍品多采用该法制造。如铜像、铜狮等。现代的熔模铸造或精密铸造就是由此发展而来。永乐大钟（明代）铸造工艺永乐大钟采用泥范法铸造。先在地上挖一个大坑，用草木和三合土做好内壁，上面涂上细泥，把写好经的宣纸反贴在细泥上，刻好阴字，加热烧成陶范，然后再一圈圈做好外范。铸时，几十座熔炉同时开炉，火焰冲天，金花飞溅，铜汁涌流，金属液沿泥作的槽注入陶范，一次铸成。大钟含铜80.5%，含锡16%，还有

5、铅、锌、铁、硅、镁等元素。这种成分配比，与《考工记》中的“六齐”项下的“钟鼎之齐”的记载极其近似。大钟铸好后，待到冬天，先每隔一里挖一口井，再沿路挖沟引水，泼水结冰，然后开始搬运。大钟在冰路上滑行几十里才到宫中。再滑到冰土堆上，然后建钟楼，钟挂于楼顶。春天解冻后，取土而钟悬。五绝永乐大钟有“五绝”。第一绝是形大量重、历史悠久。第二绝，是世界上铭文字数最多的一口大钟。大钟奇妙优美的音响是第三绝，“幽雅感人、益寿廷年”。科学的力学结构是永乐大钟的第四绝。永乐大钟的悬挂纽是靠一根与钟体相比显得很小的铜穿钉连接的。穿钉很小，却

6、恰在它所能承受四十多吨的剪应力范围之内。永乐大钟第五绝是高超的铸造工艺。铸造方法和过程工匠们营造了一个壮观而宏大的场面：在地上挖出十米见方的深坑巨穴，先按设计好的大钟模型，分七节制出供铸造使用的外范，低温阴干，焙烧成陶。再根据钟体不同断面的半径和厚度设计刮板模，做出大钟的内范。当七个陶制外圈依次对接如七级浮屠之状时，浑然一体的大钟外范便拼装成功了。为了承受浇铸的压力并确保足够的强度，外范四周用泥土填满并层层夯实。钟钮旁边四处不易觉察的疤痕，是四个浇口的位置。采用最典型的雨淋式浇铸法：几十座熔炉沿四条槽道排开，炉内大火流

7、金、铜汁鼎沸；地坑里内外模范同时高温预热。当炉膛中的铜液相继奔泻而出后，这口万钧大钟便一气呵成。回望此情此景，五百年前的手工作坊式生产，分明已经透出了近代大工业的规模和气概。冷却冷却也是一道致命的工序。坑内是一团没有熄灭的地火和流焰，必须控制冷却速度防止钟体炸裂。世界著名的俄罗斯大钟就因冷却过程中的闪失出现裂纹，结果沦为一口哑钟。而孕育永乐大钟的地坑此时是一个天然的自动冷却系统。可以想象当年劳苦的工匠们付出了多少心血，精心呵护，才能确保永乐大钟在平安降温中平安降生。化学成分从大钟顶部一个微小的砂眼中取出一个微小的金属颗

8、粒；从大钟底部不显眼的边缘刮掉一点金属粉末。化学定量分析结果表明，大钟上下部位的成份是均匀一致的：铜80.54%；锡16.41%；铅1.12%；锌0.22%……也许为了提高身价、增添吉祥并加强抗锈蚀能力，大钟内还检出了0.03%的金和0.04%的银。青铜的机械性能曲线显示，当含锡量在15%至17%时，抗拉强度达最高值，声学性能也达