金属凝固原理-课件-第1章-概述.ppt

1、课程名称材料成形原理先了解材料成形和加工的主要方法一、材料成形与制造业 原材料原材料(锭料、轧材锭料、轧材)液态成形液态成形连接成形连接成形塑性成形塑性成形(含注塑成含注塑成形形)粉末成形粉末成形切削切削成形成形表面加工表面加工热处理热处理切削加工切削加工装配装配 切削加工切削加工机器机器毛坯毛坯零件零件液态成形液态成形连接成形连接成形塑性成形塑性成形(含注含注塑成塑成形形)粉末成形粉末成形切削切削成形成形二、材料加工的主要方法加工加工冷加工冷加工热加工热加工铸铸锻锻焊焊 凝固（液态）成形凝固（液态）成形 连接成形连接成形热处理、表面加工、粉冶加工热处理、表面加工、粉冶加工 塑性（高温、室温）

2、成形、塑性（高温、室温）成形、(含注塑成形含注塑成形)车、铣、刨、钳、磨车、铣、刨、钳、磨三、材料成形主要方法 液态成形（铸造）液态成形（铸造）连接成形（焊接，其中金属的连接成形（焊接，其中金属的 焊接属于焊接属于 液态成形）液态成形）塑性成形（锻压，包括注塑成型）塑性成形（锻压，包括注塑成型）粉末成形（粉末冶金）粉末成形（粉末冶金）切削成形（机加工）切削成形（机加工）热加工冷加工 液态成形液态成形：熔炼金属，并将熔融金属浇注、熔炼金属，并将熔融金属浇注、压射或吸入铸型型腔中，凝固成为一定形状和压射或吸入铸型型腔中，凝固成为一定形状和性能的铸件。这种成形方法通常又称为性能的铸件。这种成形方法通

3、常又称为铸造。铸造。其基本过程是其基本过程是熔炼熔炼、浇注浇注和和凝固凝固。此外，将两部分金属在其需此外，将两部分金属在其需要连接的部位加热熔化，冷却凝固要连接的部位加热熔化，冷却凝固后将两部分金属连接在一起的成型后将两部分金属连接在一起的成型方法，也是液态成形。只不过金属方法，也是液态成形。只不过金属焊接没有固定的型腔。焊接没有固定的型腔。液态金属凝固（金属的一次结晶）固态金属的状态转变，是液态成形最基本的过程，金属凝固是液态成形的理论基础。材料成形原理分为两篇：第一篇：金属凝固理论（金属学，物理 化学及材料传输原理）任课教师：李华基教授 薛寒松副教授第二篇：金属塑性变形理论（弹、塑性 力学

4、，材料传输原理）任课教师：温彤副教授第一篇第一篇 金属凝固理论金属凝固理论第一章 概述1-1 金属凝固理论的应用 一、金属凝固的分类（依外部条件分类）1.重力条件下的凝固平衡凝固冷却速度很慢的凝固。固-液界面完全 平衡，即界面处的固相、液相成分由合 金状态图确定。准（近）平衡凝固冷却速度较快，但固-液界面 局部平衡，界面的溶质分布仍 遵循合金状态图的规律。非平衡凝固冷却速度很大（106/s）,界面不 平衡，界面的溶质分布规律不遵循状 态图。其理论尚未完全建立。2.微重力凝固 即失重状态下的凝固，重力加速度g9.8m/s2（如太空中的凝固）。获得微重力环境的主要方法有：落塔、落管；飞机、火箭的下

5、降；太空轨道飞行。3.超重力凝固 重力加速度g9.8m/s2环境下凝固。此条件下加速了质量、动量及能量的传递。实现超重力的手段有：离心机；飞机、火箭的加速上升等。本篇讲述的仅是重力条件下的平衡及准平衡 凝固 二、金属凝固理论的应用所有金属制品（除粉末冶金和电铸法外）经过凝固过程 影响 金属制品内、外在质量 研究 掌握金属凝固过程基本理论金属凝固过程基本规律 研究金属凝固理论:1.防止金属制品产生宏观缺陷2.有效控制金属的凝固组织3.把金属凝固过程的控制和工艺设计引向现代科学的道路4.把外部工艺条件和凝固的微观过程结合起来，使金属制品的质量和性能推向更高的水平 1-2 金属凝固理论的发展概况 一

6、、早期 上世纪80年代以前，偏重于工艺过程等外部 因素的研究（如冷却速度等）来改善金属凝固组织。二、现代 近三十年来，从传热、传质和固-液界面动力学等三个方面进行了研究，使凝固理论得到较大发展：晶粒的形核与长大 偏析产生的特征 各相析出的形式与分布 枝晶间距的大小及疏松、夹杂、气孔的成因 凝固过程温度场、流场、溶质场等数值模型的建立及计算机数值模拟软件应用 三、已取得的成果 孕育、变质细化晶粒理论发展到复合材料制备。在合金中加入金属或非金属粉末、纤维等 例如：在Al合金中加入Al2O3、SiO2 在Cu合金中加入硅化铁 在铸铁中加入SiC等 枝晶熔断、游离和增殖的形核理论应用到工业中的机械振动

7、、电磁搅拌等措施来细化组织。半固态铸造工艺 超高速（106109/s)凝固，获得成分均匀、超 细的粒状晶甚至非晶、纳米晶 建立了枝晶间距热参数机械性能的数学模型 通过控制热参数来提高材料性能 定向凝固技术发展，可制得无偏析和缺陷的单晶铸件和“无限长”的柱状晶 计算机数值模拟技术得到迅猛发展，可预计铸件的质量（组织、缺陷和性能），工艺设计更加科学化，降低了制造成本。四、需探讨解决的问题 金属遗传问题的机理 固-液界面结晶形貌因第三组元加入后改变的机理 宏观偏析的形成机理（特别是大型钢锭的“V”型和逆“V”型偏析 高速及超高速冷却（快速凝固）的基础理论研究还很欠缺1-3 本篇课程内容及要求 一、课

8、程内容 共分8章 第一章 概述 第二章 液态金属的结构与性质 第三章 形核 第四章 纯金属晶体生长界面动力学过程 第五章 单相合金的凝固 第六章 共晶合金的凝固 第七章 金属凝固的宏观组织与凝固方式 第八章 液态成形件的主要缺陷及质量控制重点为第五章和第七章 二、学习要求1.遵守学习纪律2.认真记笔记3.按时完成作业4.答疑及复习5.教师认真备课，重点突出，贯彻启发式教学 主要参考书主要参考书1、陈平昌，朱六妹、陈平昌，朱六妹.材料成形原理材料成形原理M.北京：机械工业出版社，北京：机械工业出版社，2001.2、李庆春、李庆春.铸件形成理论基础铸件形成理论基础M.北京：机械工业出版社，北京：机械工业出版社，1982.3、吴树森，柳玉起、吴树森，柳玉起.材料成形原理材料成形原理(第第2版版)M.北京：机械工业出版社，北京：机械工业出版社，2008.4、马幼平，许云华、马幼平，许云华.金属凝固原理及技术金属凝固原理及技术M.北京：冶金工业出版社，北京：冶金工业出版社，2001.