北京科技大学铸造合金及制备工艺2.1-铸铁相图及组织

习题五班级姓名成绩一、试对轴承盖铸件，选择两个可能的分型面，用符号表示在图上，并比较其优缺点，按你认为最好的分型面用符号表示出加工余量、拔模斜度和型芯轮廓，并指出造型方法。

材质：HT150数量：单件生产技术要求：保证φ126与φ90、φ74同心二、如图所示的具有大平面的铸件，有下列几种分型面和浇注位置方案，合理的是（ A ）。

三、下图所示铸件为连接盘，试分析在单件小批生产时的分型面和浇注位置。

四、简述铸件选择分型面的一般原则，并在下图水管堵头的图中画出其合理的分型面位置。

五、试选择下图飞轮铸件的分型面和浇注位置，并说明理由。

分型面应往下移六、标出下图所示铸件的最佳分型面和浇注位置，并简述理由。

七、下图铸件所示为轴承座，试分析在单件小批或成批生产时的分型面位置及造型方法。

八、何为零件图、铸件工艺图、木模图及铸型合箱图?答：零件图：完整表达零件形状、尺寸和各种精度的工程图。

铸件工艺图：在零件图上表达出铸件形状、尺寸和各种铸造工艺过程的图。

木模图：从铸件工艺图上扒下的、用于表达做铸型的木模的形状和尺寸的图。

铸型合箱图：从铸件工艺图上扒下的、用于表达包括浇注系统在内的铸型合箱后的图。

九、通常，砂型铸造的浇注系统有哪几部分组成，其功能是什么？答：浇注系统的组成：①外浇口②直浇口③内浇口④横浇口浇注系统功能：①平稳地将金属液充满型腔，避免冲坏型壁和型芯；②挡住熔渣进入型腔③调节铸件的凝固顺序十、何为特种铸造？常用的特种铸造有哪四种？各适合生产什么铸件？答：特种铸造：砂型铸造以外的铸造方法的统称。

常用特种铸造有：金属型铸造、熔模铸造、压力铸造和离心铸造四种；它们分别适合大批低熔点金属铸件、结构复杂不切削小型铸件、大批小型低熔点有色铸件和大批瓦类或套类铸件。

习题六班级姓名成绩一、何谓液态合金的流动性？流动性不好易产生什么缺陷？其影响因素如何？答：液态合金的流动性－指液态合金充满铸型型腔，形成轮廓清晰、形状和尺寸符合要求的铸件的能力。

金属及合金凝固组织的观察和分析张文北京科技大学材料学院铸锭组织分为三个区，最外层是细晶区，金属液体浇入铸模后，与温度较低模壁接触的液体会产生强烈的过冷，产生大量的晶核，并向液相内生长。

如果浇铸温度较低，铸锭尺寸不很大，整个液体会很快全部冷却到熔点一下，因此各处都能形核，造成全部等轴细晶粒的组织。

但在一般情况下，只有那些仍然靠近模壁的晶粒长成而形成细晶区。

柱状晶区，金属浇铸后，模壁被金属加热温度不断升高，由于结晶时潜热的释放吗，使模壁处的温度梯度降低。

细晶区前沿不易形核，随着液相温度逐渐降低，已生成的晶体向液体内生长。

等轴晶区，在凝固过程中，开始凝固的等轴激冷晶游离以及枝晶熔断而产生大量游离自由细晶体，它们随溶液对流漂移移到铸锭中心部分。

如果中心部分溶液有过冷，则这些游离细晶体作为籽晶最终长成中心的等轴晶区。

匀晶凝固过程是晶体材料从高温液相冷却下来的凝固转变产物包括多相混合物晶体和单相固溶体两种，其中由液相结晶出单相固溶体的过程称为匀晶转变。

共晶凝固过程是从液相同时结晶处两个固相。

一般把成分在共晶成分左边并有共晶反应的合金称亚共晶合金，而在右边的称过共晶合金，合金成分偏离共晶成分但冷却时仍发生共晶反应的合金，在冷却过程中先结晶出固溶体晶体，然后在生成共晶。

包晶凝固过程是有些合金当凝固到一定温度时，已结晶出来的一定成分的固相与剩余液相发生反应生成另一种固相的恒温转变过程。

1 实验材料及方法1.1实验材料光学显微镜表格 1 铝锭成分表Table 1 Aluminum composition铝锭浇铸条件样品号模壁材料模壁厚度/mm模子温度/℃浇铸温度/℃1砂10室温6802钢105006803钢10室温7804钢10室温680Table 2 Alloy composition样品成分样品成分1-a25%Ni+75%Cu铸造3-a80%Sn + 20%Sb1-b25%Ni+75%Cu 退火3-b35%Sn + 65%Sb2-a70%Pb + 30%Sn4-a51%Bi + 32%Pb +17%Sn 2-b38.1%Pb + 61.9%Sn4-b58%Bi + 16%Pb +26%Sn 2-c20%Pb + 80%Sn4-c65%Bi + 10%Pb +25%Sn1.2实验方法1.用肉眼观察5种浇铸方法所获得的铝锭的横截面和纵截面；2.调节金相显微镜的放大倍数为100倍；3.在显微镜下分别观察1-a至4-c样品，并用手机拍照记录。

陈国良院士传略（1934-2011）陈国良，中国共产党党员，著名材料科学家、教育家，中国工程院院士。

美国金属学会会士，北京科技大学教授。

他在高温合金、金属间化合物新型结构材料、块体金属玻璃材料、高温部件寿命估算等先进金属材料领域做出重大贡献、成果丰硕。

他从教50余载。

培养了大批材料学科高级人才。

陈国良1934年3月2日出生于江苏省宜兴市。

1951年考入北洋大学（现天津大学），1952年随院系调整进入清华大学学习，1953年到北京钢铁工业学院（现北京科技大学）学习。

1955年毕业留校工作，1979-1981年在美国哥伦比亚大学做访问学者，1989-1990年在田纳西大学和德国马普研究所做高级访问学者。

历任北京科技大学高温合金教研室副主任和主任，材料科学与工程系主任，新金属材料国家重点实验室主任，新金属材料国家重点实验室学术委员会主任，北京科技大学学术委员会副主任。

1999年当选中国工程院院士。

2005年当选美国金属学会会士（ASM1 Fellow）。

曾多次组织国内和国际学术会议，担任会议主席及作特邀报告。

任教育部科技委委员，中国材料研究学会顾问、理事，中国金属学会高温合金学分会荣誉理事。

担任著名期刊Intermetallics 中国地区主编，美国International MaterialsReview编委等。

1979冶金部第一批高级访问学者们在美合影1979年在美留学时与著名华裔物理学家吴健熊在一起与老高温的部分同事合影1960年，陈国良负责创建了我国第一个高温合金专业，从事教学工作并设立了实验室，解决了国家急需高温合金高级技术人才的问题。

1983 ~1993年，在担任北京科技大学材料科学与工程系主任期间，陈国良以发展、创新的思维从事科研及人才培养工作，他将材料系的科研方向由比较单一的以钢铁为主转变成包括先进金属材料及制备技术等多个方向。

此种转型的成功，使材料系仅一个系就拿到1987年国家第一批“863”计划中的12个项目。

北京科技大学材料科学基础（金属学）作业第一章概论作业1.金属学及其主要研究内容是什么？2. 材料的组织和结构分别指什么？第二章金属和合金的固态结构（第一节、第二节）作业1. 分别计算体心立方（bcc）和密集六方（hcp）结构时原子所占体积和空位所占体积的百分数？（第三节）作业1. 单胞的特征参数指的是什么？其中点阵常数是哪些？2. 对于四方晶系，只有简单四方和体心四方两种空间点阵。

请说明四方晶系的底心化和面心化都不构成新的空间点阵。

3. 说明空间点阵与晶体点阵的区别与联系?4. 在单胞中画出(010)、(110)、(121)和(312)晶面，画出[111]、 [123]、[ 1 10]和[211]晶向。

5. 用四轴坐标系画出六方晶系的(1120)、(1012)、(1011)晶面及[1120]、[2113]、[3125]晶向。

第四节金属和合金中原子间的结合第五节金属和合金的晶体结构类型1. 假定发生晶体结构变化时，体积保持不变，计算同一种金属呈简单立方结构和面心立方结构时，原子半径之比：r简单/r 面心。

2. 画出一个六方晶系的单胞，并标出点阵参数及相互关系？3. 六方晶系中，只有简单六方一种平移点阵，怎样认识密排六方？4. 合金中的相的结构类型有哪些？第六节固溶体第七节结构缺陷1. 影响固溶体固溶度的主要因素是什么？2. 合金形成超结构或超点阵指什么?3. 晶体中缺陷的类型及主要特征？4. 分别说明刃型位错和螺型位错的柏氏矢量与位错线的关系？5. 位错与点缺陷的相互作用怎样？第三章金属及合金的相图1什么是相图、相律、自由度？2.简述二元共晶型和包晶型三相反应。

3.相区的邻接关系是什么？4.写出三元系平衡相的定量法则―杠杆定律与重心法则。

第四章金属及合金的凝固与组织作业第一节凝固概论作业1.试说明过冷度与亚稳极限。

2.试推导均匀形核情况下的临界晶核尺寸。

3.简述决定晶体成长的内外因素及规律。

4.晶体的成长有哪几种机理？5.怎样的情况下凝固组织中易出现树枝晶？第二、三、四节作业1.理解组成过冷的概念。

三、何谓硅铝明？它属于哪一类铝合金？为什么硅铝明具有良好的铸造性能？变质处理前后其组织及性能有何变化？这类铝合金主要用在何处？答：铝硅铸造合金又称为硅铝明，由于含硅量为17%附近的硅铝明为共晶成分合金，具有优良的铸造性能。

在铸造缓冷后,其组织主要是共晶体(α十Si),其中硅晶体是硬化相,并呈粗大针状,会严重降低合金的力学性能,为了改善铝硅合金性能,可在浇注前往液体合金中加入含钠的变质剂,纳能促进硅形核,并阻碍其晶体长犬,使硅晶体成为极细粒状均匀分布在铝基体上。

钠还能使相图中共晶点向右下方移动,使变质后形成亚共晶组织。

变质后铝合金的力学性能显著提高。

一般用来制造质轻、耐蚀、形状复杂及有一定力学性能的铸件,如发动机缸体、手提电动或风动工具(手电钻)以及仪表外壳。

同时加入镁、铜的铝硅系合金(如ZL108),在变质处理后还可进行固溶处理+时效,使其具有较好耐热性和耐磨性,是制造内燃机活塞的材料。

四、何谓黄铜和青铜？并说明铜合金H90、H62和ZQSn6—6—3的意义。

答：黄铜：以Zn为唯一或主要合金元素的铜合金。

青铜：除了以Zn为主加元素的铜合金外，其余铜合金统称青铜。

H90：铜合金中黄铜，H为黄汉字的第一个拼音字母，90表示铜的含量为90％。

H62：铜合金中黄铜，H为黄汉字的第一个拼音字母，62表示铜的含量为62％。

ZQSn6—6—3： Sn--6％； Zn--6％；Pb--3％。

五、吊钩零件（如图）可分别用铸造、锻造和板料切割三种方法来制造，试比较其这三种方法制造的吊钩的承载能力，并简述原因。

答：1、铸造的内部组织有缺陷：气孔、夹渣和缩孔，其塑性最差；2、锻造的内部组织致密，纤维分布合理、完整，塑性和韧性最好；3、板料切割的吊钩虽然组织致密，但其纤维不连续，所以性能较锻造的差。

六、何谓加工硬化现象？为何又称冷作强化？答：随着金属冷变形（再结晶温度以下的变形）程度的增加，材料的力学性能也会随之发生变化，金属的强度、硬度增高，塑性和韧性下降，这种现象称为加工硬化。

工程材料与成形技术基础概念定义原理规律小结一、材料部分材料在外力作用下抵抗变形和断裂的能力称为材料的强度。

材料在外力作用下显现出的塑性变形能力称为材料的塑性。

拉伸过程中，载荷不增加而应变仍在增大的现象称为屈服。

拉伸曲线上与此相对应的点应力σ，S称为材料的屈服点。

称为材料的抗拉强度，它表明了试样被拉断前所能承载的最大应力。

拉伸曲线上D点的应力σb硬度是指材料抵抗其他硬物压入其表面的能力，它是衡量材料软硬程度的力学性能指标。

一般情况下，材料的硬度越高，其耐磨性就越好。

韧性是指材料在塑性变形和断裂的全过程中吸收能量的能力，它是材料塑性和强度的综合表现。

材料在交变应力作用下发生的断裂现象称为疲劳断裂。

疲劳断裂可以在低于材料的屈服强度的应力下发生，断裂前也无明显的塑性变形，而且经常是在没有任何先兆的情况下突然断裂，因此疲劳断裂的后果是十分严重的。

工艺性能是指金属材料接受某种加工过程的难易程度。

主要是铸造性能；锻造性；焊接性；热处理性能；切削加工性。

晶体的结构：在晶体中，原子(或分子)按一定的几何规律作周期性地排列；晶体表现出各向异性；具有的凝固点或熔点。

而在非晶体中，原子(或分子)是无规则地堆积在一起。

常见的有体心立方晶格、面心立方晶格和密排六方晶格。

体心立方晶格的致密度比面心立方晶格结构的小。

晶体的缺陷（低要求）：1)点缺陷2)线缺陷3)面缺陷1）点缺陷—空位和间隙原子在实际晶体结构中，晶格的某些结点，往往未被原子所占据，这种空着的位置称为空位。

同时又可能在个别空隙处出现多余的原子，这种不占有正常的晶格位置，而处在晶格空隙之间的原子称为间隙原子。

2）线缺陷—位错晶体中，某处有一列或若干列原子发生有规律的错排现象，称为位错。

其特征是在一个方向上的尺寸很长，而另两个方向的尺寸很短。

晶体中位错的数量通常用位错密度表示，位错密度是指单位体积内，位错线的总长度。

3）面缺陷——晶界和亚晶界实际金属材料是多晶体材料，则在晶体内部存在着大量的晶界和亚晶界。

北京科技大学科技成果——特种合金特种铸件精确
制备技术
项目简介
特种合金特种铸件精确制备技术是把传统的熔模铸造与现代的离心铸造相结合的一种新型的零部件制备技术，它是应用浇注系统的合理设计，以充分利用离心铸造的特点，使得合金液在大流速下充型，在离心力的压力作用下凝固；再辅以合金真空下熔炼、真空下充型，最大限度减少合金中气体含量和氧化夹杂。

该课题在国家863高技术计划的资助下，在该技术的研究与应用开发方面进行了深入系统的研究工作，创造了一系列的从熔模铸件结构设计、浇注系统设计、合金真空熔炼、真空离心铸造等方面独有的技术，目前申请国家发明专利3项。

该技术特点是可以直接制造出具有最终形状的零部件，最大限度地减少机加工量和节省原材料，制得的铸件合金晶粒细小，强化相呈弥散均匀分布，铸件力学性能、致密度高。

如利用该技术，我们制出了强度达400MPa、导电率80%IACS高强高导且无缺陷高致密度的精密铜合金薄壁铸件。

应用该技术研制的一些产品已成功地应用于我国国防军工和民用领域，获到了业界专家的好评。

该项目可用于制造各种精密合金、高温合金、高速钢、铜基合金、钛合金等复杂形状零部件。

典型产品及应用领域包括：叶轮、泵体、铸铁管、汽缸环、齿轮、铸钢管、滚筒、铜合金的管、轴承、艺术品、高速钢轧辊以及轧辊用辊套、汽车发动机用气缸套、轴套等。

经济效益及市场分析
该技术的应用范围广，可应用于一些高性能高质量要求铸件的生产，预计每年可产生100万以上的经济效益。

合作方式
技术转让、技术入股或者其它合作方式。