第二节 金属的铸造性能

/index.php?ed ition-view-1795-0#3重力铸造是指金属液在地球重力作用下注入铸型的工艺，也称浇铸。

广义的重力铸造包括砂型浇铸、金属型浇铸、熔模铸造、消失模铸造，泥模铸造等；窄义的重力铸造专指金属型浇铸。

学习目标1）了解铸造的分类、特点、应用。

2）理解合金的铸造性能及对铸件质量的影响，常用铸造合金的铸造性能。

3）了解砂型铸造的工艺过程及工艺要点（分型面、浇注位置、工艺参数等的正确选择），会画简单铸件的铸造工艺简图。

4）了解其他常用特种铸造方法的特点及应用、铸造技术发展趋势。

5）初步具备合理选择典型铸件的铸造方法、分析铸件结构工艺性，具有铸件质量与成本分析的初步能力。

铸造是毛坯或零件成形的主要方法之一。

本章主要介绍铸造成形的基础理论知识；砂型铸造与常用特种铸造工艺方法、特点、应用；铸造工艺设计要点、铸件的结构等内容。

铸件第一节铸造基本知识回目录一、概述【铸造】是指将熔化后的金属液浇入铸型中，待凝固、冷却后获得具有一定形状和性能铸件的成形方法。

铸造具有如下特点：（1）对铸件形状和尺寸的适应性强。

它可以生产各种形状、各种尺寸的毛坯，特别适宜制造具有复杂内腔的零件。

铸件的尺寸可小至几毫米，大至几十米；质量（重量）从几克至数百吨。

（2）对材料的适应性强。

可适应大多数金属材料的成形，对不宜锻压和焊接的材料，铸造具有独特的优点。

（3）铸件成本低。

这是由于铸造原材料来源丰富，铸件的形状接近于零件，可减少切削加工量，从而降低铸造成本。

因此铸造是毛坯生产最主要的方法之一，如按重量计，机床中 60%～80%、汽车中50%～60%采用铸件。

但由于铸造工艺环节多，易产生多种铸造缺陷，且一般铸件的晶粒粗，力学性能不如锻件。

因此铸件一般不适宜制作受力复杂和受力大的重要零件，而主要用于受力不大或受简单静载荷（特别适合于受压应力）的零件，如箱体、床身、支架、机座等。

铸造分为砂型铸造和特种铸造两大类。

砂型铸造是以型砂为主要造型材料制备铸型的铸造工艺方法，它具有适应性广、生产准备简单、成本低廉等优点，是应用最广的铸造方法；特种铸造是除砂型铸造以外其它铸造方法的总称，常用的特种铸造方法有金属型铸造、压力铸造、熔模铸造、离心铸造、实型铸造等。

第一章材料的性能第一节材料的机械性能一、强度、塑性及其测定1、强度是指在静载荷作用下，材料抵抗变形和断裂的能力。

材料的强度越大，材料所能承受的外力就越大。

常见的强度指标有屈服强度和抗拉强度，它们是重要的力学性能指标，是设计，选材和评定材料的重要性能指标之一。

2、塑性是指材料在外力作用下产生塑性变形而不断裂的能力。

塑性指标用伸长率δ和断面收缩率ф表示。

二、硬度及其测定硬度是衡量材料软硬程度的指标。

目前，生产中测量硬度常用的方法是压入法，并根据压入的程度来测定硬度值。

此时硬度可定义为材料抵抗表面局部塑性变形的能力。

因此硬度是一个综合的物理量，它与强度指标和塑性指标均有一定的关系。

硬度试验简单易行，有可直接在零件上试验而不破坏零件。

此外，材料的硬度值又与其他的力学性能及工艺能有密切联系。

三、疲劳机械零件在交变载荷作用下发生的断裂的现象称为疲劳。

疲劳强度是指被测材料抵抗交变载荷的能力。

四、冲击韧性及其测定材料在冲击载荷作用下抵抗破坏的能力被称为冲击韧性。

为评定材料的性能，需在规定条件下进行一次冲击试验。

其中应用最普遍的是一次冲击弯曲试验，或称一次摆锤冲击试验。

五、断裂韧性材料抵抗裂纹失稳扩展断裂的能力称为断裂韧性。

它是材料本身的特性。

六、磨损由于相对摩擦，摩擦表面逐渐有微小颗粒分离出来形成磨屑，使接触表面不断发生尺寸变化与重量损失，称为磨损。

引起磨损的原因既有力学作用，也有物理、化学作用，因此磨损使一个复杂的过程。

按磨损的机理和条件的不同，通常将磨损分为粘着磨损、磨料磨损、接触疲劳磨损和腐蚀磨损四大基本类型。

第二节材料的物理化学性能1、物理性能：材料的物理性能主要是密度、熔点、热膨胀性、导电性和导热性。

不同用途的机械零件对物理性能的要求也各不相同。

2、化学性能：材料的化学性能主要是指它们在室温或高温时抵抗各种介质的化学侵蚀能力。

第三节材料的工艺性能一、铸造性能：铸造性能主要是指液态金属的流动性和凝固过程中的收缩和偏析的倾向。

第二节金属材料的力学性能（硬度、韧性、疲劳）及工艺性能一、复习要求1、知道硬度的概念；2、熟悉硬度测试的方法及原理；3、知道各种硬度测试的表示方法；4、知道各种硬度测试方法的特点并能根据特点进行合理选用；5、知道冲击韧性的概念并了解其测试原理、方法及适用；6、知道疲劳的概念并了解其特征和产生疲劳的原因；7、知道疲劳曲线和疲劳极限的概念并了解影响疲劳极限的因素；8、了解工艺性能的种类及影响因素。

二、课前自主复习（一）、复法指导1、复习内容1）、硬度、韧性、疲劳概念；2）、硬度、韧性、疲劳的测试方法及应用场合；3）、影响硬度、韧性、疲劳的因素。

2、怎么复1）、抓住载荷特性及衡量指标结合强度、塑性的概念对硬度、韧性、疲劳的概念进行比较记忆；2）、课堂以探究解析硬度、韧性、疲劳等知识应用选择来帮助同学理解知识为主；3）、提出问题、分析问题、解决问题并及时巩固问题并学会对知识的迁移应用。

（二）、知识准备1）、硬度是指金属材料在静载荷的作用下抵抗局部变形特别是塑性变形、压痕或划痕的能力。

2）、硬度的测试方法有很多，最常用的有布氏硬度测试法、洛氏硬度测试法和维氏硬度测试法。

分别用HB、HR、HV表示。

3）、布氏硬度值根据所采用的压头材料不一样，分别用符号HBS（钢球）和HBW（硬质合金球）表示。

4）、洛氏硬度有HRA、HRB、HRC三种标尺，压头型式分为1200的金刚石圆锥体和直径为Φ1.588mm的钢球两种。

5）、维氏硬度用的是1360的正四棱锥体金钢石压头。

6）、冲击韧性在指金属材料在冲击载荷的作用下而不破坏的能力。

常用的测试方法有大能量一次冲击试验和小能量多次冲击试验，测试结果分别用冲击韧度αk和规定冲击载荷下冲击的次数N表示的。

7）、疲劳是金属材料在交变载荷作用下虽然承受小于或远远小于屈服点的应力但在较长的时间后产生裂纹或突然发生完全断裂的现象。

8）、疲劳曲线指的是作用的交变应力与循环次数的关系曲线。

工程材料第二章金属材料组织和性能的控制一、名词解释。

一次结晶过冷度二次结晶自发晶核非自发晶核同素异构转变变质处置相图支晶偏析扩散退火变质处置共晶反映组织（组成物）变形织构加工硬化再结晶临界变形度热处置过冷奥氏体退火马氏体淬透性淬硬性调质处置滑移再结晶冷加工热加工过冷度实际晶粒度本质晶粒度淬火回火正火一次结晶：通常把金属从液态转变成固体晶态的进程称为一次结晶过冷度：理论结晶温度与开始结晶温度之差叫做过冷度，它表明金属在液体和固态之间存在一个自能差二次结晶：金属从一种固体晶态转变成另一种固体晶态的进程称为二次结晶或重结晶（或金属的同素异构转变）自发晶核：从液体结构内部由金属原子本身自发长出的结晶核心叫做自发晶核非自发结晶：杂质的存在常常能够增进晶核形成，依附于杂质而生成的晶核叫做非自发结晶同素异构转变：金属在固态下随温度的改变，由一种晶格转变成另一种晶格的现象，称为同素异构转变变质处置：指在液体金属中加入孕育剂或变质剂，增加非自发晶核的数量或阻止晶核的长大，以细化晶粒和改善组织相图：是表明合金系中各类合金相的平衡条件和相与相之间关系的一种简明示用意，也称为平衡图或状态图支晶偏析：固溶体在结晶进程中冷却过快，原子扩散不能充分形成成份不均匀的固溶体的现象扩散退火：为减少钢锭、铸件或锻坯的化学成份和组织不均匀性，将其加热到略低于固相线的温度，长时刻保温并进行缓慢冷却的热处置工艺，称为扩散退火或均匀化退火共晶反映：有一种液相在恒温下同时结晶出两种固相的反映组织（组成物）：指合金组织中具有肯定本质、必然形成机制的特殊形态的组成部份。

组织组成物能够是单相，或是两相混合物变形织构：金属塑性变形专门大（变形量达到70%以上）时，由于晶粒发生转动，使各晶粒的位向趋于一致，这种结构叫做形变织构加工硬化：金属发生塑性变形，随变形度的增大，金属的强度和硬度显著提高，塑性和韧性明显下降，这种现象称为加工硬化再结晶：变形后的金属在较高温度加热时，由于原子扩散能力增大，被拉成（或压扁）破碎的晶粒通过从头形核和长大变成新的均匀、细小的等轴晶，那个进程称为再结晶临界变形度：再结晶时使晶粒发生异样长大的预先变形度称做临界变形度热处置：是将固态金属或合金在必然介质中加热、保温和冷却，以改变材料整体或表面组织，从而取得所需性能的工艺过冷奥氏体：从铁碳相图可知，当温度在A1（PSK线/共析反映线）以上时奥氏体是稳固的，能长期存在，当温度降到A1以下后，奥氏体即处于过冷状态，这种奥氏体称为过冷奥氏体（过冷A）退火：将组织偏离平衡状态的钢加热到适当温度，保温一按时刻，然后缓慢冷却（一般为随炉冷却）热处置工艺叫做退火-马氏体：碳在α－Fe中的过饱和固溶体淬透性：钢同意淬火时形成马氏体的能力叫做钢的淬透性淬硬性：钢淬火后硬度会大幅度提高，能够达到的最高硬度叫钢的淬硬性调质处置：通常把淬火加高温回火称为调质处置滑移：在切应力的作用下，晶体的一部份沿必然的晶面（滑移面）上的必然方向（滑移方向）相对于另一部份发生滑动的进程叫做滑移冷加工：在金属的再结晶温度以下的塑性变形加工称为冷加工热加工：在金属的再结晶温度以上的塑性变形加工称为热加工实际晶粒度：某一具体的热处置或热加工条件下的奥氏体的晶粒度叫做实际晶粒度本质晶粒度：钢加热到（930±10℃），保温8h，冷却后测得的晶粒度叫做本质晶粒度淬火：将钢加热到相变温度以上，保温一按时刻，然后快速冷却以取得马氏体组织的热处置工艺称为淬火回火：钢件淬火后，为了消除内应力并取得所要求的组织和性能，将其加热到Ac1(PSK线/共析反映线)以下某一温度，保温一按时刻，然后冷却到室温的热处置工艺叫做回火正火：钢材或钢件加热到Ac3（对于亚共析钢）、Ac1（对于共析钢）和Accm（对于过共析钢）以上30~50℃，保温适那时刻后，在自由流动的空气中均匀冷却的热处置称为正火一次渗碳体是从液相包晶进程中直接析出二次渗碳体是从奥氏体中析出三次渗碳体是从铁素体中析出珠光体：铁素体+渗碳体高温莱氏体Le（A+Fe3C）：奥氏体+渗碳体低温莱氏体Le’(P+Fe3CⅡ+Fe3C)：珠光体+二次渗碳体+渗碳体二、填空。