板材充液成形先進(jìn)技術(shù)

第1章概論

1.1引言

1.2板材充液成形技術(shù)介紹

1.2.1板材充液成形技術(shù)發(fā)展歷史概況

1.2.2板材充液成形技術(shù)分類及成形原理

1.2.3板材充液成形技術(shù)特點(diǎn)

1.2.4板材熱介質(zhì)成形技術(shù)優(yōu)勢(shì)及影響因素

1.2.5世界上部分著名的充液成形研究機(jī)構(gòu)

1.3板材充液成形技術(shù)國(guó)內(nèi)外發(fā)展及研究現(xiàn)狀

1.3.1橡皮囊液壓成形階段

1.3.2充液成形技術(shù)階段

1.3.3充液成形技術(shù)的應(yīng)用

1.4板材熱介質(zhì)充液成形技術(shù)國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀

1.4.1板材熱介質(zhì)充液成形技術(shù)國(guó)內(nèi)外發(fā)展概況

1.4.2板材熱介質(zhì)成形技術(shù)設(shè)備國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀

1.4.3板材熱介質(zhì)成形材料性能測(cè)試研究現(xiàn)狀

1.5發(fā)展趨勢(shì)

參考文獻(xiàn)

第2章本構(gòu)方程、屈服準(zhǔn)則及斷裂準(zhǔn)則

2.1本構(gòu)方程

2.1.1本構(gòu)方程定義與分類

2.1.2經(jīng)驗(yàn)本構(gòu)模型及建模方法

2.1.3基于內(nèi)變量的物理本構(gòu)模型

2.2屈服準(zhǔn)則

2.2.1屈服準(zhǔn)則定義

2.2.2穩(wěn)定塑性材料屈服面外凸性和塑性應(yīng)變?cè)隽糠ㄏ蛞?guī)則

2.2.3Barlat系列各向異性屈服準(zhǔn)則簡(jiǎn)介

2.2.4Barlat2000屈服準(zhǔn)則各向異性系數(shù)的計(jì)算

2.3斷裂準(zhǔn)則

2.3.1基于應(yīng)力三軸度的斷裂準(zhǔn)則

2.3.2基于應(yīng)變能或損傷閾值判斷的斷裂準(zhǔn)則

參考文獻(xiàn)

第3章基于單動(dòng)液壓機(jī)通用模架的充液拉深裝備及實(shí)例

3.1總體方案

3.2充液拉深通用模架的研制

3.2.1方案的確定

3.2.2超高壓液室的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及其強(qiáng)度的有限元分析

3.2.3節(jié)能高效壓邊缸的設(shè)計(jì)

3.3液壓控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

3.3.1方案的選擇

3.3.2充液拉深液壓控制系統(tǒng)工作原理

3.3.3超高壓減壓裝置的特點(diǎn)

3.3.4減壓裝置超高壓密封形式的選擇

3.4計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

3.4.1原理分析及方案的選擇

3.4.2計(jì)算機(jī)控制軟件的設(shè)計(jì)

3.4.3計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的響應(yīng)性能分析

3.5板材充液成形設(shè)備實(shí)例

3.5.1HFS-300型充液拉深設(shè)備

3.5.2模架型式的充液成形裝備改造

3.5.3基于通用雙動(dòng)液壓機(jī)的充液成形裝備改造

第4章板材充液拉深溢流壓力模型及反向建模技術(shù)

4.1充液拉深溢流臨界壓力

4.1.1筒形件充液拉深液室溢流壓力模型

4.1.2筒形件充液拉深溢流后流體壓力模型

4.1.3方盒形件充液拉深液室溢流壓力模型

4.1.4方盒形件充液拉深溢流后流體壓力模型

4.2液體流動(dòng)計(jì)算模型的離散格式

4.2.1筒形件充液拉深液體流動(dòng)模型離散格式

4.2.2方盒形件充液拉深液體流動(dòng)模型離散格式

4.3充液室液體壓力的功能研究

4.3.1摩擦保持及溢流潤(rùn)滑效果

4.3.2液室壓力對(duì)零件成形性的影響

4.3.3液室最高壓力與板材成形極限的關(guān)系

4.4軟拉延筋的功能分析

4.4.1筒形件充液拉深軟拉延筋

4.4.2方錐盒形件充液成形直邊與拐角處軟拉深筋的功能分析

4.5基于反向建模的精確材料模型優(yōu)化策略

4.5.1材料和模具工裝

4.5.2優(yōu)化方法

4.5.3確定目標(biāo)函數(shù)和變量

4.5.4使用優(yōu)化材料參數(shù)分析過程成形參數(shù)的作用

第5章基于先進(jìn)板材充液成形技術(shù)的衍生工藝措施

5.1方盒零件圓形凹模局部約束成形

5.1.1工具及材料

5.1.2模擬中的網(wǎng)格模型

5.1.3成形的盒形零件以及失效形式

5.1.4壁厚分布

5.1.5成形極限分析

5.1.6考慮軋制方向的坯料不同定位

5.2多層板充液成形:基于中間鋁箔成形的實(shí)驗(yàn)分析及數(shù)值模擬

5.2.1主要參數(shù)和數(shù)值模擬模型

5.2.2筒形件成形

5.2.3厚度分布

5.2.4討論分析

5.2.5起皺和破裂的防止

5.2.6成形極限的提高

5.2.7凹模型腔壓力變化的影響

5.3徑向加壓輔助充液拉深

5.3.1材料及有限元模型

5.3.2壓力邊界

5.3.3壓邊間隙

5.3.4凸模力

5.3.5預(yù)脹形

5.3.6工藝窗口

5.3.7精度分析

5.3.8壁厚分布

5.3.9成形極限預(yù)測(cè)

5.3.10失效模式

5.3.11摩擦因數(shù)的影響

5.3.12起皺預(yù)測(cè)

5.3.13平面各向異性

參考文獻(xiàn)

第6章典型復(fù)雜薄壁構(gòu)件充液成形分析

6.1小錐形件充液成形分析

6.1.1小錐形件充液成形過程有限元模型

6.1.2基本工藝條件及材料設(shè)定

6.1.3初始反脹壓力對(duì)成形的影響

6.1.4初始反脹高度對(duì)成形的影響

6.1.5液室壓力變化對(duì)成形的影響

6.1.6凸模與板材的摩擦因數(shù)對(duì)成形的影響

6.1.7小錐形件二次充液拉深過程數(shù)值模擬

6.1.8小錐形件初次拉深實(shí)驗(yàn)

6.1.9小錐形件二次拉深實(shí)驗(yàn)

6.2復(fù)雜微小w環(huán)成形工藝及其數(shù)值模擬

6.2.1W環(huán)基本特征描述

6.2.2W環(huán)成形工藝及模具結(jié)構(gòu)

6.2.3有限元模型的建立

6.2.4成形模擬實(shí)驗(yàn)方案

6.2.5上(下)模A與坯料的摩擦因數(shù)對(duì)初始成形的影響

6.2.6芯模與坯料的摩擦因數(shù)對(duì)初始成形的影響

6.2.7中模B與坯料的摩擦因數(shù)對(duì)初始成形的影響

6.2.8上模A與下模A的開模間距對(duì)初始成形的影響

6.2.9成形工藝參數(shù)優(yōu)化

6.2.10液室壓力加載曲線對(duì)初始成形的影響

6.3鋁合金方盒異型件充液成形

6.3.1零件特征及材料參數(shù)

6.3.2失穩(wěn)控制有限元分析

6.3.3實(shí)驗(yàn)研究

6.4飛機(jī)大型復(fù)雜雙曲度蒙皮充液成形數(shù)值模擬及實(shí)驗(yàn)研究

6.4.1零件概述

6.4.2零件成形工藝設(shè)計(jì)

6.4.3數(shù)值模擬

6.4.4實(shí)驗(yàn)結(jié)果及零件缺陷分析

第7章板材熱介質(zhì)充液成形設(shè)備

7.1總體方案確定

7.2加熱系統(tǒng)設(shè)計(jì)

7.2.1加熱室主體加熱設(shè)計(jì)

7.2.2底加熱板設(shè)計(jì)

7.2.3模具加熱塊設(shè)計(jì)

7.2.4隔熱保溫設(shè)計(jì)

7.2.5各加熱部分功率設(shè)計(jì)

7.3冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)

7.3.1液壓機(jī)機(jī)架部分冷卻

7.3.2增壓缸部分冷卻

7.4液室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及其強(qiáng)度分析

7.5增壓裝置設(shè)計(jì)

7.6關(guān)鍵部位高溫高壓密封設(shè)計(jì)

7.6.1液室上的靜密封

7.6.2增壓缸筒上的動(dòng)密封

7.7液壓控制系統(tǒng)及計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)

7.7.1液壓控制系統(tǒng)

7.7.2計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)

7.2.3模具加熱塊設(shè)計(jì)201

7.2.4隔熱保溫設(shè)計(jì)201

7.2.5各加熱部分功率設(shè)計(jì)202

7.3冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)203

7.3.1液壓機(jī)機(jī)架部分冷卻203

7.3.2增壓缸部分冷卻204

7.4液室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及其強(qiáng)度分析205

7.5增壓裝置設(shè)計(jì)206

7.6關(guān)鍵部位高溫高壓密封設(shè)計(jì)207

7.6.1液室上的靜密封207

7.6.2增壓缸筒上的動(dòng)密封208

7.7液壓控制系統(tǒng)及計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)209

7.7.1液壓控制系統(tǒng)209

7.7.2計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)209

第8章板材熱介質(zhì)成形力學(xué)解析211

8.1主應(yīng)力法力學(xué)解析基本方程211

8.1.1任意薄壁件回轉(zhuǎn)體平衡方程211

8.1.2塑性方程214

8.1.3應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系215

8.2筒形件充液拉深成形厚度法向應(yīng)力215

8.3筒形件溫?zé)峤橘|(zhì)拉深典型區(qū)域應(yīng)力解析217

8.3.1基本參數(shù)及有限元建模217

8.3.2法蘭應(yīng)力分析219

8.3.3凹模圓角應(yīng)力分析224

8.3.4筒壁處應(yīng)力分析232

參考文獻(xiàn)235

第9章三向應(yīng)力狀態(tài)板材充液成形應(yīng)力狀態(tài)及成形性分析236

9.1厚度法向應(yīng)力對(duì)屈服軌跡的影響236

9.1.1筒形件充液拉深在屈服軌跡上的應(yīng)力分布236

9.1.2平面應(yīng)力狀態(tài)下屈服軌跡變化238

9.2板材充液熱成形力學(xué)特征239

9.2.1(βav,ε)及(η,ω)坐標(biāo)空間239

9.2.2斷裂韌性與βav及η關(guān)系定性分析240

9.2.3流體壓力對(duì)板材充液成形應(yīng)力狀態(tài)的影響242

9.2.4有限元結(jié)果分析245

9.3(η，ω)空間Mohr-Coulomb斷裂軌跡實(shí)驗(yàn)確定248

9.4考慮厚度法向應(yīng)力的Smith模型251

9.4.1Smith模型應(yīng)力應(yīng)變分量251

9.4.2平面應(yīng)力條件下極限應(yīng)變確定252

9.4.3(βav,ε)及(η,ω)坐標(biāo)空間253

9.4.4理論預(yù)測(cè)結(jié)果分析254

9.5考慮厚度法向應(yīng)力的M-K修正模型257

9.5.1M-K模型及理論基礎(chǔ)257

9.5.2M-K模型求解258

9.5.3計(jì)算過程分析260

9.5.4結(jié)果及成形性改善分析261

第10章鋁合金板材脹形熱塑性變形行為及本構(gòu)模型研究268

10.1脹形實(shí)驗(yàn)獲得應(yīng)力應(yīng)變曲線的考慮269

10.1.1脹形實(shí)驗(yàn)獲得應(yīng)力應(yīng)變曲線原理269

10.1.2脹形中壓力率控制的考慮269

10.2脹形實(shí)驗(yàn)270

10.2.1脹形實(shí)驗(yàn)機(jī)及裝置270

10.2.2實(shí)驗(yàn)結(jié)果272

10.3流動(dòng)應(yīng)力計(jì)算274

10.3.1脹形試樣球形度評(píng)估274

10.3.2脹形流動(dòng)應(yīng)力典型計(jì)算模型比較及流動(dòng)應(yīng)力計(jì)算276

10.3.3壓力率與應(yīng)變率的關(guān)系283

10.4板材熱介質(zhì)成形本構(gòu)模型285

10.4.1流動(dòng)應(yīng)力方程286

10.4.2硬化準(zhǔn)則287

10.4.3位錯(cuò)密度演化288

10.4.4基于微觀機(jī)制的熱脹形本構(gòu)方程289

10.5本構(gòu)方程參數(shù)確定290

10.5.1本構(gòu)方程離散數(shù)值格式290

10.5.2本構(gòu)模型中材料常數(shù)的確定291

10.6本構(gòu)方程的隱式積分法293

10.6.1徑向返回算法293

10.6.2切線剛度矩陣更新297

10.6.3有限元實(shí)現(xiàn)步驟301

參考文獻(xiàn)303

第11章筒形件熱油介質(zhì)拉深成形過程分析及回彈控制305

11.1充液熱成形與熱成形及常溫充液成形的對(duì)比307

11.2充液熱成形可控溫度場(chǎng)研究313

11.2.1等溫溫度場(chǎng)對(duì)材料性能的影響313

11.2.2差溫溫度場(chǎng)對(duì)材料性能的影響316

《板材充液成形先進(jìn)技術(shù)》由國(guó)防工業(yè)出版社出版。

將液態(tài)金屬澆注到與零件形狀、尺寸相適應(yīng)的鑄型型腔中，

待其冷卻凝固，以獲得毛坯或零件的生產(chǎn)方法，通常稱為

金屬液態(tài)成形或鑄造。

工藝特點(diǎn)

1.可生產(chǎn)形狀任意復(fù)雜的制件，特別是內(nèi)腔形狀復(fù)雜的制件。

2.適應(yīng)性強(qiáng)，合金種類不受限制，鑄件大小幾乎不受限制。

3.材料來源廣，廢品可重熔，設(shè)備投資低。

4.廢品率高、表面質(zhì)量較低、勞動(dòng)條件差。

充型-- 液態(tài)合金填充鑄型的過程。充型能力是液體金屬充滿鑄型型腔，獲得尺寸精確、輪廓清晰的成形件的能力。充型能力不足時(shí)，會(huì)產(chǎn)生澆不足、冷隔、夾渣、氣孔等缺陷。

充型能力首先取決于金屬本身的流動(dòng)性(流動(dòng)能力)，同時(shí)又受鑄型性質(zhì)、澆注條件和鑄件結(jié)構(gòu)等因素的影響。

一、液態(tài)合金的流動(dòng)性

合金的流動(dòng)性是: 液態(tài)合金本身的流動(dòng)能力。

合金流動(dòng)性主要取決于合金化學(xué)成分所決定的結(jié)晶特點(diǎn)

二、澆注條件

1.澆注溫度 一般T澆越高，液態(tài)金屬的充型能力越強(qiáng)。

2.充型壓力 液態(tài)金屬在流動(dòng)方向上所受的壓力越大，充型能力越強(qiáng)。

3.澆注系統(tǒng)結(jié)構(gòu)越復(fù)雜，流動(dòng)阻力越大，充型能力越差。

三、鑄型充填條件

1.鑄型的蓄熱系數(shù) 鑄型的蓄熱系數(shù)表示鑄型從其中的金屬吸取熱量并儲(chǔ)

存在本身的能力。

2.鑄型溫度 鑄型溫度越高，液態(tài)金屬與鑄型的溫差越小，充型能力越強(qiáng)。

3.鑄型中的氣體

四、鑄件結(jié)構(gòu)

1.折算厚度 折算厚度也叫當(dāng)量厚度或模數(shù)，為鑄件體積與表面積之比。折算厚度大，熱量散失慢，充型能力就好。鑄件壁厚相同時(shí)，垂直壁比水平壁更容易充填。

2.鑄件復(fù)雜程度 鑄件結(jié)構(gòu)復(fù)雜，流動(dòng)阻力大，鑄型的充填就困難。

一、鑄件的凝固方式

1. 逐層凝固 2. 糊狀凝固 3. 中間凝固

影響鑄件凝固方式的主要因素:

1.合金的結(jié)晶溫度范圍，合金的結(jié)晶溫度范圍愈小，凝固區(qū)域愈窄，愈傾向于逐層凝固 。

2.鑄件的溫度梯度，在合金結(jié)晶溫度范圍已定的前提下，凝固區(qū)域的寬窄取決與鑄件內(nèi)外層之間的溫度差。若鑄件內(nèi)外層之間的溫度差由小變大，則其對(duì)應(yīng)的凝固區(qū)由寬變窄。

二、合金的收縮

合金的收縮經(jīng)歷如下三個(gè)階段:

1.液態(tài)收縮 從澆注溫度到凝固開始溫度之間的收縮。

2.凝固收縮 從凝固開始到凝固終止溫度間的收縮。

3.固態(tài)收縮 從凝固終止溫度到室溫間的收縮。

體收縮率是鑄件產(chǎn)生縮孔或縮松的根本原因。線收縮率是鑄件產(chǎn)生應(yīng)力、變形、裂紋的根本原因。

縮孔與縮松: 液態(tài)合金在冷凝過程中，若其液態(tài)收縮和凝固收縮所縮減的容積得不到補(bǔ)充，則在鑄件最后凝

固的部位形成一些孔洞 。大而集中的稱為縮孔，細(xì)小而分散的稱為縮松。

縮孔和縮松的防止: 防止縮孔和縮松常用的工藝措施就是控制鑄件的凝固次序，使鑄件實(shí)現(xiàn)"順序凝固"。

冒口:儲(chǔ)存補(bǔ)縮用金屬液的空腔。

順序凝固:鑄件按照一定的次序逐漸凝固。

同時(shí)凝固:整個(gè)鑄件幾乎同時(shí)凝固

一、液態(tài)成形內(nèi)應(yīng)力

鑄件在凝固以后的繼續(xù)冷卻過程中，其固態(tài)收縮受到阻礙，鑄件內(nèi)部即將產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力。 機(jī)械應(yīng)力(收縮應(yīng)力)是合金的線收縮受到鑄型、型芯、澆冒系統(tǒng)的機(jī)械阻礙而形成的內(nèi)應(yīng)力。機(jī)械應(yīng)力是暫時(shí)應(yīng)力。熱應(yīng)力是由于鑄件壁厚不均勻，各部分冷卻速度不同，以致在同一時(shí)期內(nèi)鑄件各部分收縮不一致而引起的應(yīng)力。 熱應(yīng)力使鑄件的厚壁或心部受拉伸，薄壁或表層受壓縮，是永久應(yīng)力。

二、鑄件的變形與防止

防止變形的方法:1.使鑄件壁厚盡可能均勻;2.采用同時(shí)凝固的原則;3.采用反變形法。

三、鑄件的裂紋與防止

熱裂的形狀特征是:裂紋短、縫隙寬、形狀曲折、縫內(nèi)呈氧化色。

熱裂的防止:1. 應(yīng)盡量選擇凝固溫度范圍小，熱裂傾向小的合金。

2. 應(yīng)提高鑄型和型芯的退讓性，以減小機(jī)械應(yīng)力。

3. 對(duì)于鑄鋼件和鑄鐵件，必須嚴(yán)格控制硫的含量，防止熱脆性。

冷裂的特征是:裂紋細(xì)小，呈連續(xù)直線狀，縫內(nèi)有金屬光澤或輕微氧化色。

冷裂的防止:1.使鑄件壁厚盡可能均勻;

2.采用同時(shí)凝固的原則;

3.對(duì)于鑄鋼件和鑄鐵件，必須嚴(yán)格控制磷的含量，防止冷脆性。

液態(tài)成形件的質(zhì)量與控制

常見鑄件缺陷及特征:

鑄件缺陷的產(chǎn)生與鑄造工藝、造型材料、模具、合金的熔煉與澆注、鑄造合金的選擇、鑄件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、技術(shù)

要求的設(shè)計(jì)是否合理等各個(gè)環(huán)節(jié)密切相關(guān)。因此，應(yīng)從以下幾個(gè)方面控制鑄件質(zhì)量:

1.合理選定鑄造合金和鑄件結(jié)構(gòu)

2.合理制定鑄件的技術(shù)要求 具有缺陷的鑄件并不都是廢品，在合格鑄件中，允許存在那些缺陷及其存在的

程度，應(yīng)在零件圖或有關(guān)的技術(shù)文件中做出具體規(guī)定，作為鑄件質(zhì)量要求的依據(jù)。

3.鑄件質(zhì)量檢驗(yàn) 鑄件質(zhì)量檢驗(yàn)是控制鑄件質(zhì)量的重要措施。

鑄件檢驗(yàn)的項(xiàng)目有:鑄件外觀質(zhì)量，包括鑄件表面缺陷、表面粗糙度、重量公差和尺寸公差等;鑄件內(nèi)在質(zhì)量，

包括鑄件內(nèi)部缺陷、化學(xué)成分、金相組織和材質(zhì)性能等;鑄件使用性能，包括鑄件在強(qiáng)力、高速、耐蝕、耐熱、

耐低溫等不同條件下的工作能力。

鑄件質(zhì)量檢驗(yàn)最常用的是宏觀法。它是通過肉眼觀察(或借助尖咀錘)找出鑄件的表面缺陷和皮下缺陷，如氣孔、砂眼、夾渣、粘砂、縮孔、澆不到、冷隔、尺寸誤差等。對(duì)于內(nèi)部缺陷則要用儀器檢驗(yàn)，如著色滲透檢驗(yàn)、超聲波探傷、射線探傷、磁粉探傷、熒光探傷、耐壓試驗(yàn)等。此外，若有必要還應(yīng)對(duì)鑄件進(jìn)行解剖檢驗(yàn)、金相檢驗(yàn)、力學(xué)性能檢驗(yàn)和化學(xué)成分分析等。

鑄鐵的分類

鑄鐵是含碳量大于2.11%(通常為2.5%-4.0%)的鐵碳合金，根據(jù)碳在鑄鐵中存在形式的不同，鑄鐵的可分為:

1.白口鑄鐵:碳全部以Fe3C的形式存在，斷口呈銀色。

2.灰口鑄鐵:碳大部或全部以石墨形式存在，斷口呈暗灰色。

3.麻口鑄鐵: 組織中既存在石墨、又有萊氏體，是白口和灰口之間的過渡組織，因斷口處有黑白相間的麻點(diǎn)，故而得名。

根據(jù)鑄鐵中石墨形態(tài)的不同，灰口鑄鐵又可分為:

1.普通灰口鑄鐵

2.可鍛鑄鐵

3.球墨鑄鐵

4.蠕墨鑄鐵

影響鑄鐵組織和性能的因素

鑄鐵中的碳可以以化合態(tài)滲碳體和游離態(tài)石墨兩種形式存在。碳以石墨形式析出的現(xiàn)象稱為石墨化。

1、化學(xué)成分

碳和硅碳是形成石墨的元素，也是促進(jìn)石墨化的素。含碳愈高，析出的石墨愈多、石墨片愈粗大。

硅是強(qiáng)烈促進(jìn)石墨化的元素，隨著含硅量的增加，石墨顯著增多。

當(dāng)鑄鐵中碳、硅含量均高時(shí)，析出的石墨就愈多、愈粗大，而金屬基體中鐵素體增多，珠光體減少。

硫 硫是強(qiáng)烈阻礙石墨化元素。使鑄鐵鑄造性能惡化(如降低流動(dòng)性，增大收率)。

硫含量限制在0.1-0.15%以下，高強(qiáng)度鑄鐵則應(yīng)更低。

錳 錳是弱阻礙石墨化元素，具有穩(wěn)定珠光體，提高鑄鐵強(qiáng)度和硬度的作用。一般控制在0.6~1.2%之間。

磷 磷對(duì)鑄鐵的石墨化影響不顯著。含磷過高將增加鑄鐵的冷脆性。

限制在0.5%以下，高強(qiáng)度鑄鐵則限制在0.2~0.3%以下。

2.冷卻速度

1)鑄型材料

2)鑄件壁厚

鑄件壁愈厚，冷卻速度愈慢，則石墨化傾向愈大，愈易得到粗大的石墨片和鐵素體基體。由此可知:隨著壁厚的增加，石墨片的數(shù)量和尺寸都增大，鑄鐵強(qiáng)度、硬度反而下降。這一現(xiàn)象稱為壁厚(對(duì)力學(xué)性能的)敏感性。在實(shí)際生產(chǎn)中，一般是根據(jù)鑄件的壁厚(主要部位的壁厚)，選擇適當(dāng)?shù)幕瘜W(xué)成分(主要指碳、硅)，以獲得所需要的組織。

灰口鑄鐵

1.灰口鑄鐵的化學(xué)成分一般為:2.6~3.6%C，1.2~3.0%Si， 0.4~1.2Mn，S≤0.15%，P≤0.3%。

1) 鐵素體灰口鑄鐵(F+G片):這種鑄鐵抗拉強(qiáng)度和硬度低，易加工，鑄造性能好。常用來制造性能要求不高的鑄件和一些薄壁件。

2) 鐵素體-珠光體灰口鑄鐵(F+P+G片):此種鑄鐵強(qiáng)度亦較低，但可滿足一般機(jī)件要求，且其鑄造性能、切削加工性能和減振性較好，因此應(yīng)用較廣。

3) 珠光體灰口鑄鐵( P+G片):這種鑄鐵強(qiáng)度和硬度較高，主要用來制造較為重要的機(jī)件。

2.灰口鑄鐵的性能

1)力學(xué)性能:σb=120-250Mpa，僅為鋼件的20-30%，δ≈ 0

2)良好的減振性

3)良好的耐磨性

4)低的缺口敏感性

灰口鑄鐵的孕育處理:灰口鑄鐵的組織和性能，很大程度上取決于石墨的數(shù)量、大小和形態(tài)。

孕育處理- 熔煉出相當(dāng)于白口或麻口組織的低碳、低硅的高溫鐵水，向鐵水中沖入細(xì)顆粒的孕育劑，孕育

劑在鐵水中形成大量彌散的石墨結(jié)晶核心，使石墨化作用驟然提高，從而得到在細(xì)晶粒珠光體上均勻的分布著細(xì)

片狀石墨的組織。

孕育鑄鐵適用于靜載荷下，要求較高強(qiáng)度、硬度、耐磨性或氣密性的鑄件，特別是厚大截面鑄件。如重型機(jī)

床床身，汽缸體、缸套及液壓件等。

必須指出:

① 孕育鑄鐵原鐵水的碳、硅含量不能太高;

② 原鐵水出爐溫度不應(yīng)低于1400℃;

③ 經(jīng)孕育處理后的鐵水必須盡快澆注，以防止孕育作用衰退。

灰口鑄鐵的工藝性能

1 .良好的鑄造性能。良好的流動(dòng)性、小的收縮率。

2 .良好的切削加工性能。

3 .鍛造性和焊接性差。

灰口鑄鐵生產(chǎn)特點(diǎn)及牌號(hào)選用

生產(chǎn)特點(diǎn):

1)灰口鑄鐵一般在沖天爐中熔煉，成本低廉;

2)具有良好的鑄造性能。

3)灰口鑄鐵一般不通過熱處理來提高其性能。

灰口鑄鐵的牌號(hào)選用

灰口鑄鐵的牌號(hào)用漢語(yǔ)拼音"HT"和一組數(shù)字表示，數(shù)字表示其最低抗拉強(qiáng)度σb (Mpa)。

可鍛鑄鐵

可鍛鑄鐵的組織、性能:

1)鐵素體(黑心)可鍛鑄鐵(F+G團(tuán)):具有良好的塑性和韌性，耐蝕性較高，適于制造承受振動(dòng)和沖擊、形狀復(fù)雜的薄壁小件，如汽車拖拉機(jī)的底盤類零件、各種水管接頭、農(nóng)機(jī)件等。

2)珠光體(P+ G團(tuán)):其強(qiáng)度、硬度、耐磨性優(yōu)良，并可通過淬火、調(diào)質(zhì)等熱處理強(qiáng)化?？扇〈戜撝圃煨⌒瓦B桿、曲軸等重要件。

可鍛鑄鐵的牌號(hào):可鍛鑄鐵的牌號(hào)用漢語(yǔ)拼音和兩組數(shù)字表示，第一組數(shù)字表示其最低抗拉強(qiáng)度σb (Mpa)，第二組數(shù)字表示其最低伸長(zhǎng)率δ

可鍛鑄鐵的生產(chǎn)特點(diǎn):

1.鑄出白口坯料:碳、硅含量要低。通常為2.4~2.8%C，0.4~1.4%Si;冷卻速度要快。

2.石墨化退火

球墨鑄鐵

球墨鑄鐵的組織、性能:

1)珠光體球墨鑄鐵(P + F少+G球):其性能特點(diǎn)是σb=600~800 MPa; δ=2% ，強(qiáng)度高，疲勞強(qiáng)度較高，硬度和耐磨性遠(yuǎn)比高強(qiáng)度灰鑄鐵高。因此，珠光體球墨鑄鐵可代替碳鋼制造某些受較大交變負(fù)荷的重要件，如曲軸、連桿、凸輪、蝸桿等。

2)鐵素體球墨鑄鐵 (F + P少+G球);其性能特點(diǎn)是σb=450~500 MPa; δ=17%，我國(guó)主要用于代替可鍛鑄鐵制造汽車、拖拉機(jī)底盤類零件，如后橋殼等。國(guó)外則大量用于鑄管，如上、下水管道及輸氣管道等。

球墨鑄鐵的牌號(hào):球墨鑄鐵的牌號(hào)用漢語(yǔ)拼音"QT"和兩組數(shù)字表示，兩組數(shù)字分別表示最低抗拉強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率。

球墨鑄鐵的生產(chǎn)

1)控制原鐵水化學(xué)成分

2)較高的鐵水溫度

3)球化處理和孕育處理

球化處理:球化劑的作用促使石墨在結(jié)晶時(shí)呈球狀析出。球化處理工藝有沖入法和型內(nèi)球化法。

孕育處理:孕育劑的作用:促進(jìn)鑄鐵石墨化，防止球化元素所造成的白口傾向。

4)球墨鑄鐵的熱處理 退火、正火及其它熱處理(淬火、回火等)。

蠕墨鑄鐵

蠕墨鑄鐵的性能特點(diǎn):

(1)力學(xué)性能(強(qiáng)度和韌性)比灰鑄鐵高，與鐵素體球墨鑄鐵相近。

(2)壁厚敏感性比灰鑄鐵小得多。

(3)導(dǎo)熱性和耐疲勞性比球墨鑄鐵高得多，與灰口鑄鐵相近。

(4)耐磨性比灰口鑄鐵好，為HT300的2.2倍以上。

(5)減振性比球墨鑄鐵高，但比灰口鑄鐵低。

(6)工藝性能良好，鑄造性能近于灰口鑄鐵，切削加工性能近于球墨鑄鐵。

蠕墨鑄鐵主要用來代替高強(qiáng)度灰鑄鐵、合金鑄鐵、鐵素體球墨鑄鐵和鐵素體可鍛鑄鐵生產(chǎn)復(fù)雜的大型鑄件。

如大型柴油機(jī)機(jī)體、大型機(jī)床立柱等，更適合制造在熱循環(huán)作用下工作的零件，如大型柴油機(jī)汽缸蓋、排汽管、

制動(dòng)盤、鋼錠模及金屬型等

鑄鋼件生產(chǎn)

一、鑄鋼的分類、性能、牌號(hào)及應(yīng)用

碳素鋼:

1)低碳鋼 C<0.25% 鑄造性能差、應(yīng)用較少。

2)中碳鋼 C=0.25~0.45% 鑄造性能較好、應(yīng)用廣泛。

3)高碳鋼 C=0.50~0.60 鑄造性能差、應(yīng)用較少。

合金鋼

1)低合金鋼 Me<5%

2)高合金鋼 Me>5%

鑄鋼的熔鑄工藝特點(diǎn)

1. 鑄鋼的鑄造性能差，流動(dòng)性差、收縮大。鑄件要安放冒口和冷鐵，必須嚴(yán)格控制澆注溫度;鑄件壁不能太

薄。

2. 鑄鋼的熱處理，退火:C &sup3;0.35%;正火:C &pound;0.35%。

3. 鑄鋼的熔煉

鑄造有色合金

鑄造銅合金

鑄造黃銅 (Cu-Zn):鑄造黃銅有相當(dāng)高的力學(xué)性能，如σb=250~450Mpa，δ=7~30%，HBS=60~120。因其含銅

量低，價(jià)格低于鑄造青銅，而且它的凝固溫度范圍小，有優(yōu)良的鑄造性能。所以鑄造黃銅常用于生產(chǎn)重載低速下或一般用途下的軸承、襯套、齒輪等耐磨件和閥門及大型螺旋槳等耐蝕件等。

鑄造青銅:青銅是指除了銅鋅合金以外的其它銅合金 。鑄造錫青銅的力學(xué)性能雖低于黃銅，但其耐磨、耐蝕性優(yōu)于黃銅，錫青銅特別適合制造高速滑動(dòng)軸承和襯套。除錫青銅外，還有鋁青銅、鉛青銅、鈹青銅等，其中鋁青銅有優(yōu)良的力學(xué)性能和耐磨、耐蝕性，但鑄造性能較差，僅用于重要用途的耐磨、耐蝕件。

鑄造鋁合金

鋁硅合金(Al-Si):鋁硅合金流動(dòng)性好、線收縮率低、熱裂傾向小、氣密性好，又有足夠的強(qiáng)度，所以應(yīng)用

最廣。常用于制造形狀復(fù)雜的薄壁件或氣密性要求較高的鑄件，如內(nèi)燃機(jī)缸體、化油器、儀表外殼等。

鋁銅合金(Al-Cu):鋁銅合金的鑄造性能差，熱裂傾向大、氣密性和耐蝕性較差，但耐熱性較好，主要用于制造活塞、汽缸頭等。

鋁鎂合金(Al-Mg):鋁鎂合金是所有鋁合金中比強(qiáng)度最高的，主要用于航天、航空或長(zhǎng)期在大氣、海水中工作的零件等 。

鋁鋅合金(Al-Zn)