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一基本概念:

固体物质按原子排列的特征分为:

晶 体: 原子排列有序,规则,固定熔点,各项异性.

非晶体:原子排列无序,不规则,无固定熔点,各项同性

如: 金属 ,合金,金刚石—晶体 玻璃,松香 沥青—非晶体

晶格: 原子看成一个点,把这些点用线连成空间格子.

结点: 晶格中每个点.

晶胞: 晶格中最小单元,能代表整个晶格特征.

晶面: 各个方位的原子平面

晶格常 数: 晶胞中各棱边的长度(及夹角), 以A(1A=10^-8cm)度量

金属晶体结构的主要区别在于晶格类型,晶 格常数.

二 常见晶格类型

       1 体心立方晶格: Cr ,W, α-Fe, Mo , V等,特点:强度大,塑性较好,原子数:1/8 X8 +1=2   20多种

       2 面心立方晶格: Cu  Ag  Au  Ni  Al Pb  γ- Fe塑性好

原子数:4       20多种

       4         密排六方晶格:  Mg Zn Be  β-Cr α-Ti Cd(镉)

纯铁在室温高压(130x10⁸N/M²) 成ε-Fe

原子数=1/6 x12+1/2 x2+3=6 , 30多种

三 多晶结构

单晶体- 晶体内部的晶格方位完全一致.

多晶体—许多晶粒组成的晶体结构.各项同性.

晶粒—外形不规则而内部晶各方位一致的小 晶体.

晶界—晶粒之间的界面.

第二节 金属的结晶

一 金属的结晶过程(初次结晶)

     1 结晶: 金属从液体转变成晶体状态的过程.

晶核形成: 自发晶核:液体金属中一些原子自发聚集,规则排列.

外 来晶核:液态金属中一些外来高熔点固态微质点.

晶核长大:已晶核为中心,按一定几何形状不断排列.

*晶粒大小控制: 晶核数目: 多—细(晶核长得慢也细)

冷却速度: 快—细(因冷却速度受限,故多加外来质点)

晶粒粗细对机械性能 有很大影响,若晶粒需细化,则从上述两方面入手.

结晶过程用冷却曲线描述!

               2 冷却曲线

温度随时间变化的曲线—热分析法得到

       1)    

过冷: 液态金属冷却到理论结晶温度以下才开始结晶的现象.

    2)     过冷度:理论结晶温度与实际结 晶温度之差.

(实际冷却快,结晶在理论温度下)

二 金属的同素异购转变(二次结晶\重结晶)

同素异构性—一种金属能以几种晶格类型存在的性质.

同素异购转变—金属在固 体时改变其晶格类型的过程.

如:铁 锡 锰 钛 钴

以铁为例: δ-Fe(1394℃)γ-Fe(912℃)α-Fe

体心 面心 体心

因为铁能同素异构转变,才有对钢铁的各种热处理.

(晶格转变时,体积会变化,以原 子排列不同)

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弊 社は専門なエンド・ミルの製造メーカーで、客先に色んな分野のニーズ、

豊富な パリエーションを満足させ、特にハイテク品質要求にサポート致します。

弊社は各領域に供給できる内容は：

（１）精密ＨＳＳエンド・ミルのＲ＆Ｄ

（２）Carbide Cutting tools設計

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（６）ダイヤモンド・エンド・ミ ル

（７）医療用品エン ド・ミル設計

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弊社の製品の供給調達機能は：

（１）生活産業～ハイテク工業までのエンド・ミル設計

（２）ミクロ・エ ンド・ミル～大型エンド・ミル供給

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Bewise Inc. talaşlı imalat sanayinde en fazla kullanılan ve üç eksende (x,y,z) talaş kaldırabilen freze takımlarından olan Parmak Freze imalatçısıdır. Çok geniş ürün yelpazesine sahip olan firmanın başlıca ürünlerini Karbür Parmak Frezeler, Kalıpçı Frezeleri, Kaba Talaş Frezeleri, Konik Alın Frezeler, Köşe Radyüs Frezeler, İki Ağızlı Kısa ve Uzun Küresel Frezeler, İç Bükey Frezeler vb. şeklinde sıralayabiliriz.

BW специализируется в научных исследованиях и разработках, и снабжаем самым высокотехнологичным карбидовым материалом для поставки режущих / фрезеровочных инструментов для почвы, воздушного пространства и электронной индустрии. В нашу основную продукцию входит твердый карбид / быстрорежущая сталь, а также двигатели, микроэлектрические дрели, IC картонорезальные машины, фрезы для гравирования, режущие пилы, фрезеры-расширители, фрезеры-расширители с резцом, дрели, резаки форм для шлицевого вала / звездочки роликовой цепи, и специальные нано инструменты. Пожалуйста, посетите сайт  www.tool-tool.com  для получения большей информации.

BW is specialized in R&D and sourcing the most advanced carbide material with high-tech coating to supply cutting / milling tool for mould & die, aero space and electronic industry. Our main products include solid carbide / HSS end mills, micro electronic drill, IC card cutter, engraving cutter, shell end mills, cutting saw, reamer, thread reamer, leading drill, involute gear cutter for spur wheel, rack and worm milling cutter, thread milling cutter, form cutters for spline shaft/roller chain sprocket, and special tool, with nano grade. Please visit our web  www.tool-tool.com  for more info.

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一 合金概念

合金: 由两种或两种以上的金属元素或金属与非金属组成的具有金属特性的物质.

组元:组成合金的基本物质.如化学元素(黄铜:二元)金属化合物

相:在金属或合金中,具有相同成分且结构相同的均匀组成部分.相与相之间有明显的界面.

如:纯金属—一个相,温度升高 到熔点,液固两相. 合金液态组元互不溶,几个组元,几个相.

固体合金中的基本相结构为固溶体和金属化合物，还可能出现由固溶体和金属 化合物组成的混合物。

二 合金结构

       1 固溶体

溶质原子溶入溶剂晶格而仍保持溶剂晶格类型 的金属晶体。

根据溶质在溶剂晶格中所占的位置不同，分为：

       1） 置换固溶体

溶质原子替代 溶剂原子而占据溶剂晶格中的某些结点位置，所形成的固溶体。

*溶质原子，溶剂原子直径相差不大时，才能置换

如：Cu—— Zn  Zn溶解度有限。 Cu——Ni溶解度无限

晶格畸变——固溶强化：畸变时塑性变形阻力增加，强，硬增加。这是提高合金机械性能的 一个途径。

   2） 间隙固溶体

溶质原子嵌入各结点之间的空隙，形成固溶体。溶质原子小，与溶剂原子比为〈 0.59 。溶解度有限。也固溶强化。

         2 金属化合物

合金各组成元素之间相互作用而生成的一种新的具有金属性 质，可用分子式表示的物质。如Fe₃C  WC

特点：（1）较高熔点、较大脆性、较高硬度。

（2） 在合金中作强化相，提高强度、硬度、耐磨性，而塑性、韧性下降，如WC、TiC。可通过调整合金中的金属化合物的数量、形态、分布来改变合金的性能

            3 机械混合物

固溶体+金属化合物、固+固——综合性能

                 §4 二元合金状态图的构成

合金系：由给定的组元可以配制成一系列成分含量不同的合金，这些合金组成一个合金系统——

为研究 合金系的合金成分、温度、结晶组织之间的变化规律、建立合金状态图来描述。

合金状态图——合金系结晶过程的简明图解。

实 质：温度——成分作标图，是在平衡状态下（加热冷却都极慢的条件下）得到的。

二、二元合金状态图的建立

以 Pb（铅）-Sb（锑）合金为例：

1 配置几种Pb-Sb成分不同的合金。

2 做出每个合金的冷却曲线

3 将每个合金的临界点标在温度—成分坐标上，并将相通意义的点连接起来，即得到Pb-Sb合金的状态图。

      A                         B

       D        C               E

液 相线：ACB  固相线：DCE  单相区：只有一个相。

两相区：两个相。ACD、BCE。 c—共晶点

*作业：

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液态：Fe、C 无限互溶 。 固态：固溶体 金属化合物

     t  ℃

          1538 δ-Fe+C ——铁素体F

¹³⁹⁴ γ-Fe+C——奥氏体A

⁹¹² α-Fe+C——铁素体F

                s

一铁素体

碳溶于α-Fe形成的固溶体——铁素体F

体心立方，显微镜下为均匀明亮的多边形晶粒。

性能：韧性很好（因含C少），强、硬不高。δ=45~50%，HBS=

σ_b=250Mpa 含碳： 727℃，0.02%

二 奥氏体

碳溶于γ-Fe中形成的固溶体—“A”

面心立方,显微镜下 多边形晶粒,晶界较F平直.

性能:塑性好,压力加工所需要组织.含碳最高;1147℃,2.11% HBS=170~220

三 渗碳体

金属化合物 Fe₃C 复杂晶格,含碳:6.69%. 性能:硬高HB(sw)>800,,脆,作强化相.

在一定条件下会分解成铁和石墨,这对铸造很有意义.

四 珠光体P

F+Fe₃C—机械混合物,含碳0.77%

组织:两种物质相间组成,性能:介于两者 之间.强度较高:    硬度HBS=250

五 莱氏体

>727℃ A+Fe₃C—Ld 高温莱氏体     <727℃ P+Fe₃C—Ld’低温莱氏体

性能: 与Fe₃C 相似   HBS>700   塑性极差.

                                 §2铁碳合金状态图

是表明平衡状态下含C不大于6.69%的铁碳合金的成分,温度与组织之间关系,是研究钢铁的成分,自治和性能之间关系 的基础,也是制定热加工工艺的基础.

含C>6.69在工业上午实际意义,而含C6.69%时,Fe与C形成Fe₃C, 故可看成一个组元,即铁碳合金状态图实际为Fe-Fe₃C的状态图.

一铁碳合金状态图中点线面的意义

                    1 各特性点的含义

1)A: 纯铁熔点 含C: 0%             1538℃

2)C: 共晶点         4.3%           1148

3)D: Fe₃C熔点         6.69          1600

4)E: C在A中最大溶解度  2.11        1148

5)F:  Fe₃C成分点       6.69          1148

6)G: α-Fe与γ-Fe转变点   0%        912

7)K: Fe₃C成分点       6.69          727

8)P: C在α-Fe中最大溶解度  0.02    727

9)S: 共析点                 0.77     727

10) Q: C在α-Fe中溶解度    0.0008    室温

            2 主要线的意义

1)    ACD:液相线,液体冷却到此线开始结晶.

2)    AECF:固相线 此线下合金为固态

3)    ECF:生铁固相线,共晶线,液体—Ld

4)    AE: 钢的固相线,液态到此线—A

5)    GS:”A₃” A到此线开始析出F

6)    ES:”A_cm” A到此线开始析出Fe₃C_Ⅱ

7)    PSK:”A₁”共析线.A同时析出P(F+Fe₃C)

              3 主要区域

1) ACE: 两相区L+A      2) DCF:两相区L+Fe₃C₁

3) AESG: 单相区A        4) GPS: A+F 两相区

二 钢铁分类

   1 工业纯铁: 含C<0.0218%  组织:F

   2 钢:含碳: 0.0218~2.11

共析钢 含C=0.77%               P

亚共析钢 含C<0.77%              P+F

过 共析钢 含C>0.77%              P+Fe₃C₁₁

   3 铁 含C:2.11%~6.69%

共晶生铁       4.3% C         Ld’

亚共晶生铁     < 4.3% C       P+Ld’+ Fe₃C₁₁

过共晶生铁      > 4.3% C     Ld’+ Fe₃C₁

三 典型合金结晶过程分析

     1共析钢

L—L+A—A--P

    2亚共析钢

L—A+L—A—A+F—F+P

3 过共析钢

L—L+A—A—A+ Fe₃C₁₁-- Fe₃C₁+P

4       共晶铁

L—Ld—Ld’

5       亚共晶铁

L—1点— L+A—A+Ld—P+Ld’

6       过共晶铁

L—1点—L+Fe₃C₁— 2点—Ld+ Fe₃C₁—3点--- Fe₃C₁+Ld’

四 铁碳合金状态图的应用

   1 铸造

确定浇铸温度 选材: 共晶点附近铸造性能好

   2 锻造 锻造温度区间   A

   3焊接 焊接缺陷用热处理改善.根据状态图制定热处理工艺

                              §3钢的分类和应用

按化学成分:碳钢: <2.11%C 少量Si  Mn  S P等杂质

合金钢:加入一种或 几种合金元素

一 碳钢

       1 含碳量对碳钢性能的影响

     <0.9%C  C↑强,硬↑ 塑,韧↓ FeC 强化相

     >0.9%C  C↑ 硬↑, 强, 塑,韧↓ FeC分布晶界,脆性↑

       2 钢中常见杂质对性能的影响

Si: 溶于F ,强化F, 强,硬↑ 塑,韧↓. 含量<0.03~0.4% 有益作用不明显

Mn: 1)溶于F,Fe₃C.引起固溶强化. 2)与FeS反应—MnS 比重轻,进入熔渣,如量少,有益作用不明显.

S: FeS—(FeS+Fe)共晶体,熔点985℃,分布晶界,引起脆性”热脆”

P: 溶于F,是强度,硬度↑,但室温塑性,韧性↓↓    “冷脆”

             3 碳钢的分类

   1 )    按含碳量分

低碳钢   <0.25%C   中碳钢: 0.25~0.6%C, 高碳钢>0.6%C

    2) 按质量分(含S,P多少分)

普通钢 S<=0.055%,P<=0.045%

优质钢 S,P<=0.04%

高级优质钢 S<=0.03%   P<=0.035%

    3)按用途分 碳素结构钢, 碳素工具钢  >0.6%C

             4 碳钢的编号和用途

       1)普通碳素结构钢: 

Q235 数字表示屈服强度 单位Mpa

        2)优质碳素结构钢

正常含锰量的优质碳素结构钢: 0.25~0.8%Mn

较 高含锰量  0.15~0.6%C  0.7~1.0%Mn , >0.6%C 0.9~1.2%Mn

  08 10 15 20 25         强↓ 塑↑ 冲压件 焊件

30 35 40 45 50 55 60  强↑硬↑  弹簧,轴,齿轮 耐磨件

65 70 75 80 85           耐磨件

数字表示含C 万分8之几

            3)碳素工具钢

T₇T₈         T₁₃   数字表示 含C千分之几

高级优质钢加 A  含Mn高,加Mn    T₈MnA

二 合金钢

常加合金元素: Mn Si Cr Ni Mo  W  V  Ti  B(硼) 稀土元素(Xt)等

         1 合金结构钢

   “数 +元素符号+数”表示

数—含碳万分之几,   符号—合金元素, 

符号后面数表示含合金%, <1.5%不标,  =1.5% 标2

若为高级优质钢,后加A

如: 60Si2Mn  0.6%C,  2%Si   <1.5%Mn

   18Cr2Ni4WA   0.18%C, 2%Cr,  4%Ni,  <1.5%W 高级优质

应用: 工程结构件,  机械零件

主要包 括:低合金钢,合金渗碳钢,合金调质钢,合金弹簧钢,滚动轴承钢等

           2 合金工具钢:

数+元素符 号+数

与结构钢同

数—一位数, 含C千分之几,含C>=1.0%不标

如: 9SiCr  (板牙, 丝锥)

    0.9%C   <1.5%Si   <1.5%Cr

   CrWMn  (长铰刀,丝锥,拉刀, 精密丝杠)

*高速钢 含C<1.0也不标  W18Cr4V 0.7~0.8%C,18%W,4%Cr,<1.5%V

应用:刃具,模具,量具等

         3 特殊性能钢

不锈钢: 1Cr13   1Cr18Ni9Ti 等

耐热钢: 1Cr13   2Cr13    >400℃ 工作

耐磨钢: 高锰钢水韧处理,冲击下工作,表面产生加工硬化.并有马试体在滑移面形成,表面硬度达HB450~550,表面耐磨,心部为A.

水韧处 理: 钢加热到临界点以上(1000~1100℃)保温,碳化物全容于A,水冷,因冷速快,无法析出碳化物,成单一A组织.

                                         §5 常用非金属材料

一 高分子材料

天然:  羊毛 橡胶

人工合成: 塑料 人工橡胶 粘结剂等

有 机玻璃 尼龙 丙纶 氯纶---商品名

工程塑料: 环氧树脂

聚甲醛: 塑料手表中零件

聚酰亚胺: 绝缘

二 陶瓷

耐磨 耐蚀 脆 刀片 砂轮

三 复合材料

磨削软片:  聚酰亚胺+金刚石

                                       §4 金属零件选材的一般原则

产品的质量和生产成本如何,与材料选择的是否恰当有直接关系,机械零件进行选材时,主要考虑零件的工作条 件,材料的工艺性能和产品的成本.

基本原则如下:

  1 满足零件工作条件:

受力状态—机械性 能,基本  σ δ αk 等

工作温度环境介质—使用环境 ,高温—耐热,抗腐蚀—不锈钢 高硬度—工具钢

   2 材料的工艺性能

零件的生产方法不同,直接影响其质量和生产成本.

如:灰口铁,铸造性能 切削加工性很好,可锻性差.

   3 经济性

价值=功能/成本

如: 耐腐蚀容器: 1)普通碳素钢:5000元 用一年

                  2)奥氏体不锈钢: 40000元 用10年

                  3)铁素体不锈钢: 15000元 用6年

1):2):3) =1:1.25:2

歡迎來到Bewise Inc.的世界，首先恭喜您來到這接受新的資訊讓產業更有競爭力，我們是提供專業刀具製造商，應對客戶高品質的刀具需求，我 們可以協助客戶滿足您對產業的不同要求，我們有能力達到非常卓越的客戶需求品質，這是現有相關技術無法比擬的，我們成功的滿足了各行各業的要求，包括：精密HSS DIN切削刀具、協助客戶設計刀具流程、DIN or JIS 鎢鋼切削刀具設計、NAS986 NAS965 NAS897 NAS937orNAS907 航太切削刀具,NAS航太刀具設計、超高硬度的切削刀具、醫療配件刀具設計、複合式再研磨機、PCD地板專用企口鑽石組合刀 具、粉末造粒成型機、主機版專用頂級電桿、PCD V-Cut刀、捨棄式圓鋸片組、粉末成型機、主機版專用頂級電感、’汽車業刀具設計、電子產業鑽石刀具、木工產業鑽石刀具、銑刀與切斷複合再研磨機、銑刀與鑽頭複合再研磨機、銑刀與螺絲攻複合再研磨機等等。我們的產品涵蓋了從民生 刀具到工業級的刀具設計；從微細刀具到大型刀具；從小型生產到大型量產；全自動整合；我們的技術可提供您連續生產的效能，我們整體的服務及卓越的技術，恭 迎您親自體驗！！

BW Bewise Inc. Willy Chen willy@tool-tool.com bw@tool-tool.com www.tool-tool.com skype:willy_chen_bw mobile:0937-618-190 Head &Administration Office No.13,Shiang Shang 2nd St., West Chiu Taichung,Taiwan 40356 http://www.tool-tool.com / FAX:+886 4 2471 4839 N.Branch 5F,No.460,Fu Shin North Rd.,Taipei,Taiwan S.Branch No.24,Sec.1,Chia Pu East Rd.,Taipao City,Chiayi Hsien,Taiwan

Welcome to BW tool world! We are an experienced tool maker specialized in cutting tools. We focus on what you need and endeavor to research the best cutter to satisfy users’ demand. Our customers involve wide range of industries, like mold & die, aerospace, electronic, machinery, etc. We are professional expert in cutting field. We would like to solve every problem from you. Please feel free to contact us, its our pleasure to serve for you. BW product including: cutting tool、aerospace tool .HSS  DIN Cutting tool、Carbide end mills、Carbide cutting tool、NAS Cutting tool、NAS986 NAS965 NAS897 NAS937orNAS907 Cutting Tools,Carbide end mill、disc milling cutter,Aerospace cutting tool、hss drill’Фрезеры’Carbide drill、High speed steel、Compound Sharpener’Milling cutter、INDUCTORS FOR PCD’CVDD(Chemical Vapor Deposition Diamond )’PCBN (Polycrystalline Cubic Boron Nitride) ’Core drill、Tapered end mills、CVD Diamond Tools Inserts’PCD Edge-Beveling Cutter(Golden Finger’PCD V-Cutter’PCD Wood tools’PCD Cutting tools’PCD Circular Saw Blade’PVDD End Mills’diamond tool. INDUCTORS FOR PCD . POWDER FORMING MACHINE ‘Single Crystal Diamond ‘Metric end mills、Miniature end mills、Специальные режущие инструменты ‘Пустотелое сверло ‘Pilot reamer、Fraises’Fresas con mango’ PCD (Polycrystalline diamond) ‘Frese’POWDER FORMING MACHINE’Electronics cutter、Step drill、Metal cutting saw、Double margin drill、Gun barrel、Angle milling cutter、Carbide burrs、Carbide tipped cutter、Chamfering tool、IC card engraving cutter、Side cutter、Staple Cutter’PCD diamond cutter specialized in grooving floors’V-Cut PCD Circular Diamond Tipped Saw Blade with Indexable Insert’ PCD Diamond Tool’ Saw Blade with Indexable Insert’NAS tool、DIN or JIS tool、Special tool、Metal slitting saws、Shell end mills、Side and face milling cutters、Side chip clearance saws、Long end mills’end mill grinder’drill grinder’sharpener、Stub roughing end mills、Dovetail milling cutters、Carbide slot drills、Carbide torus cutters、Angel carbide end mills、Carbide torus cutters、Carbide ball-nosed slot drills、Mould cutter、Tool manufacturer.

Bewise Inc. www.tool-tool.com

よ うこそＢｅｗｉｓｅ　Ｉｎｃ.の 世界へお越し下さいませ、先ず御目出度たいのは新たな

情報を受け取って頂き、もっと各産業に競争力プラス展開。

弊 社は専門なエンド・ミルの製造メーカーで、客先に色んな分野のニーズ、

豊富な パリエーションを満足させ、特にハイテク品質要求にサポート致します。

弊社は各領域に供給できる内容は：

（１）精密ＨＳＳエンド・ミルのＲ＆Ｄ

（２）Carbide Cutting tools設計

（３）鎢鋼エンド・ミル設計

（４）航空エンド・ミル設計

（５）超高硬度エンド・ミル

（６）ダイヤモンド・エンド・ミ ル

（７）医療用品エン ド・ミル設計

（８）自動車部品＆材料加工向けエンド・ミル設計

弊社の製品の供給調達機能は：

（１）生活産業～ハイテク工業までのエンド・ミル設計

（２）ミクロ・エ ンド・ミル～大型エンド・ミル供給

（３）小Ｌｏｔ生産～大量発注対応供給

（４）オートメーション整備調達

（５）スポット対応～流れ生産対応

弊社の 全般供給体制及び技術自慢の総合専門製造メーカーに貴方のご体験を御待ちしております。

Bewise Inc. talaşlı imalat sanayinde en fazla kullanılan ve üç eksende (x,y,z) talaş kaldırabilen freze takımlarından olan Parmak Freze imalatçısıdır. Çok geniş ürün yelpazesine sahip olan firmanın başlıca ürünlerini Karbür Parmak Frezeler, Kalıpçı Frezeleri, Kaba Talaş Frezeleri, Konik Alın Frezeler, Köşe Radyüs Frezeler, İki Ağızlı Kısa ve Uzun Küresel Frezeler, İç Bükey Frezeler vb. şeklinde sıralayabiliriz.

BW специализируется в научных исследованиях и разработках, и снабжаем самым высокотехнологичным карбидовым материалом для поставки режущих / фрезеровочных инструментов для почвы, воздушного пространства и электронной индустрии. В нашу основную продукцию входит твердый карбид / быстрорежущая сталь, а также двигатели, микроэлектрические дрели, IC картонорезальные машины, фрезы для гравирования, режущие пилы, фрезеры-расширители, фрезеры-расширители с резцом, дрели, резаки форм для шлицевого вала / звездочки роликовой цепи, и специальные нано инструменты. Пожалуйста, посетите сайт  www.tool-tool.com  для получения большей информации.

BW is specialized in R&D and sourcing the most advanced carbide material with high-tech coating to supply cutting / milling tool for mould & die, aero space and electronic industry. Our main products include solid carbide / HSS end mills, micro electronic drill, IC card cutter, engraving cutter, shell end mills, cutting saw, reamer, thread reamer, leading drill, involute gear cutter for spur wheel, rack and worm milling cutter, thread milling cutter, form cutters for spline shaft/roller chain sprocket, and special tool, with nano grade. Please visit our web  www.tool-tool.com  for more info.

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一 钢的热处理: 把钢在固态下加热到一定的温度进行必要的保温,并以适当的速度冷却到室温,以改变钢的内部组织,从而得到所需性能的工艺方法

* 只改变组织和性能,而不改变其形状和大小.热处理是改善材料性能的重要手段之一,能提高产品质量,延长机件寿命,节约金属材料,所以,重要机件都要经过热 处理.

(提问:前面学过的改善金属材料性能的手段—固溶强化)

热处理工艺曲线: 各种热处理都可以用温度—时间的坐标图形表示.

应用广泛:机 械制造业中70%零件需热处理.汽车 拖拉机 制造业70~80%

量具 刃具 模具 滚动轴承等100%

二 目的

  1 冶金 锻 铸 焊毛坯或成品,消除缺陷,改善工艺性能.为后续加工(如机加)做好组织,性能,准备.      退火 正火

  2 是钢件的机械性能提高,达到钢件的最终使用性能指标,以满足机械零件或工具使用性能要求.    淬火+回火 表面淬火 化学处理

l             依据:状态图

                         §2 热处理过程中的组织转变

一 钢在加热时的组织转变

    1 临界温度:

状态图上      A₁  :  共析线(P-A)

临界温度:    A₃ :  A析出F(F-A)         极缓慢冷却

A_cm :  A 析出Fe₃C_Ⅱ(      )

实际加热临界温度  A_c1

A_c3                        A   “过热”

A_ccm

实际冷却临界温度  A_r1                                     P

A_r3                      A     析出F     “过冷”

A_rcm                                   析出Fe₃C_Ⅱ

     2组织转变

   1)    共析钢: P(F+Fe₃C)---A

(1) A晶核形成:F和Fe₃C界面上先形成A 晶核

(因界面原子排列不规则,缺陷多,能量低)

(2) A晶核长大:F晶格转变,Fe₃C不断 溶入A, A晶核不断生成,长大.F转变快, 先消失.

(3) 残余渗碳体的溶解:随保温时间加长, 残余Fe₃C 逐渐溶入A

(4)A成分均匀化: A转变完成后,各处含C浓度不均匀,继续保温,C充分扩散,得到单一的均匀A

这个 过程是A重结晶的过程.

2)    亚共析钢:  F+P—Ac₁—F+A—Ac₃---A

3)    过共析钢:  P+ Fe₃C_Ⅱ--Ac₁—A+ Fe₃C_Ⅱ--Accm---A(晶粒粗化)

二 钢在冷却时的组织转变

(钢 在室温时的机械性能不仅与加热,保温有关,与冷却过程也有关)

1 冷却方式

1)    连续冷却: 时加热到A的钢,在温度连续下降的过程中发生组织转变.

水冷 油冷 空冷(正火)   炉冷(退火)

2)   

等温冷却: 使加热到A的钢,先以较快的速度冷却到Ar₁线下某一温度,成为过冷A,保温,使A在等温下发生组织转变,转 变完,再冷却到室温.

等温退火 等温淬火

           2 共析钢冷却时的等温转变

以共析钢 为例,进行一系列不同过冷度的等温冷却实验,可以测出过冷奥氏体在恒温下开始转变和转变终了的时间,画到”温度—时间”坐标系中,然后,把开始转变的时间 和转变终了的时间分别连接起来,即得到共析钢的奥氏体等温转变曲线.又叫C曲线.

   1)    高温产物: 

Ar₁ ～650℃   P  层片较厚  500X  显微镜  HRC10-20

650～600℃  细珠光体 索氏体S   HRC25~35 层片较薄 800~1000X

600～550℃  极细珠光体 屈氏体T HRC30~40 层片极薄

l             a）以上三种均为F+ Fe₃C 层片相间的珠光体，只是层片厚度不同。

l             b）由于过冷度从小到大，原子活动能力由强到弱，致使析出的渗 碳体和铁素体层片越来越来薄。

l             c）珠光体层片越薄，塑变抗力越大，强，硬越大。

   2）中温产物

   550~350℃  上贝氏体  B_上 电镜下观察，渗碳体不连续，短杆状，分布于许多平行而密集的铁素体条之间。

350 ~ 230℃  下贝氏体  B_下 比B_上 有较高强、硬、韧、塑。片状过饱和F和其内部沉淀的碳化物组织（因为过饱和F有析出Fe₃C倾 向，但过冷度太大，导致碳原子没能扩散超出F片，只是在片内沿一定晶面聚集，沉淀出碳化物粒子）

   3）低温转变产物：

230 ~ -50℃    马氏体（M）+残余A   马氏体：过饱和的α固溶体“M”

（由于温度低，原子活动能力低，晶格转变完成，但 是，C原子不能从面心中扩散出来，仍留在体心中，形成过饱和α固溶体）

                ∵ 晶格严重畸形，∴ M硬↑ HRC65  塑 韧 →0

          3 共析钢连续冷却转变

连续冷却可能发生几种转变，很复杂。

共 析钢连续冷却，只有珠光体转变区和马氏体转变区。

珠光体转变区：三条线构成：开始，终了，终止线

冷却速度过“开始”“终 了”线，组织为珠光体

冷却速度过“开始”“终止”线，组织为珠光体和马氏体

冷却速度不过珠光体区，则为M

§3 钢的热处理工艺

热处理: 整体热处理: 退火 正火 淬火 回火

表面热处理: 表面淬火 化学热处理—渗碳 渗氮

一 退火

将钢件加热到高于或低于钢的临界点,保温一定时间,随后在炉内或埋入导热性较差的介质中缓慢冷却,以获得接 近平衡的组织,这种工艺叫—

目的: 1) 降低硬度—切削加工

         2)    细化晶粒,改善组织—提高机械性能

         3)    消除内应力—淬火准备

         4)    提高塑性,韧性—冷冲压, 冷拉拔

      1 完全退火:将钢加热到Ac₃以上 30~50℃,保温一定时间后,缓慢冷却以获得接近平衡状态组织(P+F)的热处理工艺.

目的:通过完全重结晶,使锻, 铸,焊件降低硬度,便于切削加工,同时可消除内应力,使A充分转变成正常的F和P.

应用: 亚共析钢

* 不能用于共析钢,∵在Accm以上缓冷,会析出网状渗碳体(Fe₃C_Ⅱ),脆性↑

      2 不完全退火:将共析钢或过共析钢加热到Ac1以上20~30℃,适当保温,缓慢冷却的热处理工艺--    又叫球化退火.

目的:使珠光体组织中的片状渗碳体转变为粒状或球状,这种组织能将低硬度,改善切削加工性.并为以后淬火做准备.减小变 形和开裂的倾向.

应用:共析钢,过共析钢(球化退火)

      3 等温退火：将钢件加热到Ac3A（亚共析钢）或Ac1(共析钢或过共析钢)以上,保温后较快地冷却到稍低于Ar1的温度,再等温处理,A转变成P后,出炉 空冷.

目的: 节省退火时间,得到更均匀的组织,性能.

应用: 合金工具钢,高合金钢

      4 去应力退火:将钢加热到Ac1以下某一温度(约500~650℃)保温后缓冷.

            (又叫低温退火)

目 的:消除内应力

应用:铸,锻,焊

*不发生相变,重结晶 例子:杯裂

      5 再结晶退火:将钢件加热到再结晶温度以上150~250℃,即650~750℃,保温,空冷.

目的: 发生再结晶,消除加工硬化.

应 用: 冷扎,冷拉,冷压等

     * 可能相变

     6 扩散退火: 均匀化退火,高温进行

目 的:消除偏析,应用:铸件

二 正火

钢件加热到Ac3(亚)或Accm(过共)以上30~50℃,保温,空冷

* 正火作用与退火相似,区别是正火冷速快,得到非平衡的珠光体组织,细化晶粒,效果好,能得到片层间距较小的珠光体组织.

与退火对比

实践表明:工件硬度HB170-230时,对切削有利

正火目 的:1 提高机械性能

         2 改善切削加工性

         3 为淬火作组织准备—大晶粒易开裂

对 于过共析钢,正火能减少二次渗碳体的析出,使其不形成连续的网状结构,有利于缩短过共析钢的球化退火过程,经正火和球化退火的过共析钢有较高的韧性,淬火 就不易开裂,用于生产过共析钢的工具的工艺路线:

锻造—正火—球化退火—切削加工—淬火, 回火—磨

低碳钢,正火代替 退火,中C钢: 正火代调质(但晶粒不均)

三 淬火

将钢件加热到Ac3(亚)或Ac1(过)以上30-50℃,经过保 温,然后在冷却介质中迅速冷却,以获得高硬度组织的一种热处理工艺.

目的:提高硬度,耐磨性

应用:工具,模具,量具, 滚动轴承.

组织:马氏体.下贝氏体

淬火冷却:决定质量,理想冷却速度两头慢中间快.减少内应力.

     1 常用淬火法:

   1)    单液淬火(普通淬火):在一种淬火介质中连续冷却至室温.如碳钢水冷

缺点: 水冷,易变形,开裂. 油冷:易硬度不足,或不均

优点: 易作,易自动化.

    2)    双液淬火:先在冷却能力较强的介质中冷却到300℃左右,再放入冷却到冷却能力较弱的介质中冷却,获得马氏体.

对于形状的碳钢件,先水 冷,后空冷.

优点: 防低温时M相变开裂.

    3) 分级淬火:工件加热后迅速投入温度稍高于Ms点的冷却介质中,(如言浴火碱浴槽中)停2-5分(待表面与心部的温差减少后再取出)取出空冷.

应 用:小尺寸件(如刀具淬火) 防变形,开裂

优点: 工艺理想,操作容易

缺点: ∵在盐浴中冷却,速度不够大 ∴只适合小件

    4) 等温淬火:将加热后的钢件放入稍高于Ms温度的盐浴中保温足够时间, 使其发生下贝氏体转变,随后空冷.

应 用: 形状复杂的小零件,硬度较高,韧性好,防变形,开裂.

例子:螺丝刀(T7钢制造)

用淬火+低温回火  HRC55, 韧性不够,扭10°时易断

如用等温淬火, HRC55~58  韧性好, 扭90°不断

等温淬火后如有残 余A,需回火, A-F. 如没有残余A,不需回火

缺点:时间长

           2 钢的淬透性与淬硬性

淬 透性:钢在淬火时具有获得淬硬层深度的能力.

淬硬性:在淬火后获得的马氏体达到的硬度,它的大小取决于淬火时溶解在奥氏体中的碳含量.

四 回火

将淬火后的钢加热到Ac1以下某一温度,保温一定时间,后冷却到室温的热处理工艺.

目的: 消除淬火后因冷却快而产生的内应力,降低脆性,使其具有韧性,防止变形,开裂,调整机械性能.

    1 低温回火:加热温度 150~250℃

组织: 回火马氏体—过饱和度小的α-固溶体,片状上分布细小ε-碳化物

目的: 消除内应力,硬度不降.HRC58~64

应用: 量具,刃具

低碳钢: 高塑性,韧性,较高强度配合

     2 中温回火:加热温度 350~500℃

组织: 极细的球(粒)状Fe₃C和F机械混合物. (回火屈氏体)

目的:减少内应力,提高弹性,硬度略降.

应用:(0.45~0.9%)弹簧,模具 高强度结构钢

       3 高温回火:500~650℃

组织: 回火索氏体—较细的球(粒)状Fe₃C和F机械混合物.

目 的: 消除内应力,较高韧性,硬度更低.

应用: 齿轮,曲轴,连杆等(受交变载荷)

淬火+高温回火---调质

五 表面淬火

表面层淬透到一定深度而中心部仍保持原状态.

应用:既受摩擦,又受交变,冲击载荷的件.

目 的:提高表面的硬度,有利的残余应力.

提高表面耐磨性,疲劳强度

加热方法:1 火焰: 单间小批局部,质量不稳

              2 感应加热: 质量不稳

六 化学热处理

工件放在某种化学介质中加热,保温,使化学元素渗入工件表面,改善工件表面性 能.

应用: 受交变载荷,强烈磨损,或在腐蚀,高温等条件下工作的工件.

渗C: 表面成高碳钢,细针状高碳马氏体(0.85~1.05%),心部又有高韧性的受力较大的齿轮,轴类件

固体渗碳, 液体渗碳,气体渗碳(常用:渗碳剂如甲醇+丙酮 900~930℃)

如: 低碳钢,表层:P+Fe₃C_Ⅱ     内部:P+F

热处理:淬火+低温回火 得到回火M(细小片状)+ Fe₃C_Ⅱ

表面含C:  0.85~1.05%   若表面含C低,得到低含C的回火M,硬度低

含C高,网 状或大量块状渗C体,脆性↑

渗N: 表面硬度,耐磨性,耐蚀性,疲劳强度↑

温度: 500~570℃ 最后工序.    为保证内部性能,氮化前调质

优点: 氮化后不淬火,硬度高(>HV850),氮化层残余压应力,疲劳强度↑

氮 化物抗腐蚀.  温度低,变形小.

碳氮共渗: 硬度高,渗层较深,硬度变化平缓,具有良好的耐磨性,较小的表面脆性.

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BW специализируется в научных исследованиях и разработках, и снабжаем самым высокотехнологичным карбидовым материалом для поставки режущих / фрезеровочных инструментов для почвы, воздушного пространства и электронной индустрии. В нашу основную продукцию входит твердый карбид / быстрорежущая сталь, а также двигатели, микроэлектрические дрели, IC картонорезальные машины, фрезы для гравирования, режущие пилы, фрезеры-расширители, фрезеры-расширители с резцом, дрели, резаки форм для шлицевого вала / звездочки роликовой цепи, и специальные нано инструменты. Пожалуйста, посетите сайт  www.tool-tool.com  для получения большей информации.

BW is specialized in R&D and sourcing the most advanced carbide material with high-tech coating to supply cutting / milling tool for mould & die, aero space and electronic industry. Our main products include solid carbide / HSS end mills, micro electronic drill, IC card cutter, engraving cutter, shell end mills, cutting saw, reamer, thread reamer, leading drill, involute gear cutter for spur wheel, rack and worm milling cutter, thread milling cutter, form cutters for spline shaft/roller chain sprocket, and special tool, with nano grade. Please visit our web  www.tool-tool.com  for more info.

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将液体金属浇铸到与零件形状相适应的铸造空腔中,待其冷却凝固后,以获得 零件或毛坯的方法.

二 特点

    1 优点:

1)    可以生产形状复杂的零件,尤其复杂内腔的毛坯(如暖气)

2)    适应性广,工业常用的金属材料均可铸造. 几克~几百吨.

3)    原材料来源广泛.价格低廉. 废钢,废件,切屑

4)    铸件的形状尺寸与零件非常接近,减少切削量,属少无切削加工.

∴ 应用广泛: 农业机械40~70%  机床:70~80%重量铸件

    2 缺点:

1)    机械性能不如锻件(组织粗大,缺陷多等)

2)    砂性铸造中,单件,小批,工人劳动强度大.

3)    铸件质量不稳定,工序多,影响因素复杂,易产生许多缺陷.

铸造的缺陷对铸件质量有着重要的影响,因此,我们从铸件的质量入手,结合铸件 主要缺陷的形成与防止,为选择铸造合金和铸造方法打好基础.

铸造工艺基础

§1 液态合金的充型

充型: 液态合金填充铸型的过程.

充型能力: 液态合金充满铸型型腔,获得形状完整,轮廓清晰的铸件的能力

充型能力不足:易 产生: 浇不足: 不能得到完整的零件.

冷隔:没完整融合缝隙或凹坑, 机械性能下降.

一 合金的流动性

液 态金属本身的流动性----合金流动性

     1 流动性对铸件质量影响

1)    流动性好,易于浇出轮廓清晰,薄而复杂的铸件.

2)    流动性好,有利于液态金属中的非金属夹杂物和气体上浮,排除.

3)    流动性好,易于对液态金属在凝固中产生的收缩进行补缩.

     2 测定流动性的方法:

以螺旋形试件的长度来测 定: 如 灰口铁:浇铸温度1300℃ 试件长1800mm.

铸钢:           1600℃        100mm

     3 影响流动性的因素

主要是化学成分:

1)    纯金属流动性好:一定温度下结晶,凝固层表面平滑,对液流阻力小

2)    共晶成分流动性好:恒温凝固,固体层表面光滑,且熔点低,过热度大.

3)     非共晶成分流动性差: 结晶在一定温度范围内进行,初生数枝状晶阻碍液流

二 浇注条件

    1 浇注温度: t↑ 合金粘度下降,过热度高. 合金在铸件中保持流动的时间长,

∴  t↑ 提高充型能力. 但过高,易产生缩孔,粘砂,气孔等,故不宜过高

    2 充型压力: 液态合金在流动方向上所受的压力↑ 充型能力↑

如 砂形铸造---直浇道,静压力. 压力铸造,离心铸造等充型压力高.

三 铸型条件

  1 铸型结构: 若不合理,如壁厚小, 直浇口低, 浇口小等 充↓

  2 铸型导热能力: 导热↑ 金属降温快,充↓  如金属型

  3 铸型温度: t↑ 充↑   如金属型预热

  4 铸型中气体: 排气能力↑ 充↑ 减少气体来源,提高透气性, 少量气体在铸型与金属液之间形成一层气膜,减少流动阻力,有利于充型.

§2 铸件的凝固和收缩

铸件的凝固过程如果没有合理的控制,铸件易产生缩孔,缩松

一 铸件的凝固

       1 凝固方式:

铸件凝固过程中,其断面上一般分为三个区: 1—固相区 2—凝固区 3—液相区

对凝固区影响较大的是凝固区的宽窄,依此划分凝固方式.

1)     逐层凝固:

纯 金属,共晶成分合金在凝固过程中没有凝固区,断面液,固两相由一条界限清楚分开,随温度下降,固相层不断增加,液相层不断减少,直达中心.

2)     糊状凝固

合金结晶温度范围很宽,在凝固某段时间内,铸件表面不存在固体层,凝固区贯穿整个断面,先糊状,后固化.故---

3)     中间凝固

大多数合金的凝固介于逐层凝固和糊状凝固之间.

        2 影响铸件凝固方式的因素

1)    合金的结晶温度范围

范围小: 凝固区窄,愈倾向于逐层凝固

如: 砂型铸造, 低碳钢 逐层凝固, 高碳钢 糊状凝固

2)    铸件的温度梯度

合金结晶温度范围一定时,凝固区宽度取决于铸件内外层的温度梯度.

温度梯度愈小,凝固区愈宽.(内外 温差大,冷却快,凝固区窄)

二 合金的收缩

液态合金从浇注温度至凝固冷却到室温的过程中,体积和尺寸减少的现象 ---.是铸件许多缺陷(缩孔,缩松,裂纹,变形,残余应力)产生的基本原因.

       1 收缩的几个阶段

1)    液态收缩: 从金属液浇入铸型到开始凝固之前. 液态收缩减少的体积与浇注温度质开始凝固的温度的温差成正比.

2)    凝固收缩: 从凝固开始到凝固完毕. 同一类合金,凝固温度范围大者,凝固体积收缩率大.如: 35钢,体积收缩率3.0%, 45钢 4.3%

3)     固态收缩: 凝固以后到常温.  固态收缩影响铸件尺寸,故用线收缩表示.

        2 影响收缩的因素

1)     化学成分: 铸铁中促进石墨形成的元素增加,收缩减少. 如: 灰口铁 C, Si↑,收↓,S↑ 收↑.因石墨比容大,体积膨胀,抵销部分凝固收缩.

2)    浇注温度: 温度↑ 液态收缩↑

3)    铸件结构与铸型条件

铸件在铸型中收缩会受 铸型和型芯的阻碍.实际收缩小于自由收缩.∴ 铸型要有好的退让性.

        3 缩孔形成

在铸件最后凝固的地 方出现一些空洞,集中—缩孔. 纯金属,共晶成分易产生缩孔

*产生缩孔的基本原因: 铸件在凝固冷却期间,金属的液态及凝固受缩之和远远大于固态收缩.

         4 影响缩孔容积的因素(补充)

1)    液态收缩,凝固收缩 ↑ 缩孔容积↑

2)    凝固期间,固态收缩↑,缩孔容积↓

3)    浇注速度↓  缩孔容积↓

4)    浇注速度↑  液态收缩↑ 易产生缩孔

         5 缩松的形成

由于 铸件最后凝固区域的收缩未能得到补足,或者,因合金呈糊状凝固,被树枝状晶体分隔开的小液体区难以得到补缩所至.

1)    宏观缩松

肉眼可见,往往出现在缩孔附近,或铸件截面的中心.非共晶成分,结晶范围愈宽,愈易形成缩松.

2)    微观缩松

凝 固过程中,晶粒之间形成微小孔洞---

凝固区,先形成的枝晶把金属液分割成许多微小孤立部分,冷凝时收缩,形成晶间微小孔洞.  凝固区愈宽,愈易形成微观缩松,对铸件危害不大,故不列为缺陷,但对气密性,机械性能等要求较高的铸件,则必须设法减少.(先凝固的收缩比后凝固的小,因 后凝固的有液,凝,固三个收缩,先凝固的有凝,固二个收缩区----这也是形成微观缩松的基本原因.与缩孔形成基本原因类似)

         6 缩孔,缩松的防止办法

基本原则: 制定合理工艺—补缩, 缩松转化成缩孔.

顺序凝固: 冒口—补缩

同 时凝固: 冷铁—厚处. 减小热应力,但心部缩松,故用于收缩小的合金.

l             安置冒口,实行顺序凝固,可有效的防止缩孔,但冒口浪费金属,浪费工时,是铸件成本增加.而且,铸件内应力加大,易于产生变形和裂纹.∴主要用于凝固收缩 大,结晶间隔小的合金.

l             非共晶成分合金,先结晶树枝晶,阻碍金属流动,冒口作用甚小.

l             对于结晶温度范围甚宽的合金,由于倾向于糊状凝固,结晶开始之后,发达的树枝状骨状布满整个截面,使冒口补缩道路受阻,因而难避免显微缩松的产生.显然, 选用近共晶成分和结晶范围较窄的合金生产铸件是适宜的.

§3 铸造内应力,变形和裂纹

凝固之后的继续冷却过程中,其固 态收缩若受到阻碍,铸件内部就发生内应力,内应力是铸件产生变形和裂纹的基本原因.(有时相变膨胀受阻,负收缩)

一 内应力形成

        1 热应力: 铸件厚度不均,冷速不同,收缩不一致产生.

塑性状态: 金属在高于再结晶温度以上的固态冷却阶段,受力变形,产生加工硬化,同时发生的再结晶降硬化抵消,内应力自行消失.(简单说,处于屈服状态,受力—变形无 应力)

弹性状态: 低于再结晶温度,外力作用下,金属发生弹性变形,变形后应力继续存在.

举例: a) 凝固开始,粗 细处都为塑性状态,无内应力

∵两杆冷速不同,细杆快,收缩大,∵受粗杆限制,

不能自由收缩,相对被拉 长,粗杆相对被压缩,结果

两杆等量收缩.

b) 细杆冷速大,先进如弹性阶段,而粗杆仍为塑性阶段,随细杆收缩发生塑性收缩,无应力.

c) 细杆收缩先停止,粗杆继续收缩,压迫细杆,而细杆又阻止粗杆的收缩,至室温, 粗杆受拉应力(+),(-)

由此可见,各部分的温差越 大,热应力也越大,冷却较慢的部分形成拉应力,冷却较快的部分形成压应力.

预防方法: 1 壁厚均匀 2 同时凝固—薄处设浇口,厚处放冷铁

优点: 省冒口,省工,省料

缺点: 心部易出现缩孔或缩松,应用于灰铁锡青铜,因灰铁缩孔、缩松倾向小，锡青铜糊状凝固，用顺序凝固也难以有效地消除其显微缩松。

         2 机械应力

合金的线收缩受到铸型或型芯机械阻碍而形成的内应力。

机械应力是暂时的,落砂后,就自行消失.*机械应力 与热应力共同作用,可能使某些部位增加了裂纹倾向.

预防方法: 提高铸型和型芯的退让性.

         3 相变应力

冷却过程中,固态相变时,体积会发生变化.如A—P, A—P体积会增大,Fe₃C—石墨,体积↑.  若体积变化受阻.则产生内应力---

铁碳合金三种应力在铸件不同部位情况如下表:

前面讲过预防应力方法,若产生应力,还可通过自然时效和人工时效的方法消除应力.

二 变形与防止

铸件通过自由 变形来松弛内应力,自发过程.铸件厂发生不同程度的变形.

举例: 平板铸件

∵ 平板中心散热慢,受拉力.平板下部冷却慢.

∴ 发生如图所示变形

防止方法: 1壁厚均匀,形状对称,同时凝固. 2 反变形法(长件,易变形件)

残余应力:  自然时效,  人工时效---低温退火  550—650℃

三 铸件的裂纹与防止

铸件内应力超过强度极限时,铸件便发生裂纹.

   1 热裂纹: 高温下形成裂纹

特 征: 裂纹短,缝宽,形状曲折.缝内呈氧化色,无金属光泽,裂缝沿晶粒边界通过,多发生在应力集中或凝固处.  灰铁,球铁热裂少,铸钢,铸铝,白口铁大.

原因: 1  凝固末期,合金呈完整骨架+液体,强,塑↓

         2   含S—热脆   3  退让性不好

预防:  设计结构合理,  改善退让性,   控制含S量

    2 冷裂纹:  低温下裂纹

特征: 裂纹细,连续直线状或圆滑曲线,裂口表面干静,具有金属光泽,有时里轻微氧化色

原因: 复杂大工件受拉应力部位和应力集中处易发生; 材料塑性差;  P—冷脆

预防: 合理设计,减少内应力,控制P含量, 提高退让性

§4  铸件中的气体

常见缺陷, 废品1/3. 气体在铸件中形成孔洞.

一 气孔对铸件质量的影响

1 破坏金属连续性

2 较少承载有效面积

3 气孔附近易引起应力集中,机械性能↓ α_k  σ_-1  ↓

4 弥散孔,气密性↓

二 分类(按气体来源)

  1 侵入气孔: 砂型材料表面聚集的气体侵入金属液体中而形成.

气体来源: 造型材料中水分, 粘结剂,各种附加物.

特征: 多位于表面附近,尺寸较大,呈椭圆形或梨形孔的内表面被氧化.

形成过程: 浇注---水汽(一部分由分型面,通气孔排出,另一部分在表面聚集呈高压中心点)—气压升高.溶入金属---一部分从金属液中逸出—浇口, 其余在铸件内部,形成气孔.

预防: 降低型砂(型芯砂)的发起量,增加铸型排气能力.

2 析出气孔: 溶于金属液中的气体在冷凝过程中,因气体溶解度下降而析出, 使铸件形成气孔.

原因: 金属熔化和浇注中与气体接触(H₂  O₂  NO CO等)

特征: 分布广,气孔尺寸甚小, 影响气密性

3 反应气孔: 金属液与铸型材料,型芯撑,冷铁或溶渣之间,因化学反应生成的气体而形成的气孔.

如: 冷铁有锈   Fe₃O₄ + C –Fe + CO↑  ∴冷铁附近生成气孔

防止: 冷铁 型芯撑表面不得有锈蚀,油污,要干燥.

                     §5 铸件质量控制

   1 合理选定铸造合金和铸件结构.

   2合理制定铸件技术要求(允许缺陷,具有规定)

   3 模型质量检验(模型合格—铸件合格)

   4 铸件质量检验(宏观, 仪器)

   5 铸件热处理: 消除应力,  降低硬度,提高切削性,保证机械性能,退火,正火等

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一 型砂(芯)性能

1强度:型砂在外力作用下,不易破坏 的性能,强度不足,会造成塌箱,砂眼等

2透气性:型砂之间本身有空隙,具有透气的能力.透气性不好,易出现气孔.

3耐 火性:型砂在高温金属液的作用下而不软化,熔化.若耐火性不足,砂粒粘在铸件表面上形成一层硬皮,造成切削加工困难,粘砂严重,铸件报废.

4 退让性:型(芯)砂具有随铸件的冷却收缩而被压缩其体积的性能.   若退让性不足,铸件收缩受阻,内应力加大,甚至产生裂纹、变形等.加锯末、木屑,提高退让性.

二 型砂的分类、成分和应用

      1 粘土砂:砂子,粘土,水,附加物(煤粉,木屑等).应用广泛:

1) 不受铸件大小,重量,尺寸,批量影响.

2) 铸钢,铸铁,铜,铝合金等均可铸.

3)    手工,机器造型均可.

4)    粘土来源广,价低.

粘 土砂分两类: 湿型砂:中,小件.

干型砂:质量要求高的件,大件.

       2 水玻璃砂:水玻璃(硅酸钠的水溶液)为粘结剂

优点:不需烘干,硬化速度快,生产周期短,强度高,易机械化.

缺点:易粘 砂,出砂性差,回用性差.

       3油砂:植物油为粘结剂(桐油,亚麻油),油在烘烤时生成强度很高的氧化膜.

优 点:干强度高,不易吸湿返潮,退让性,出砂性↑,不易粘砂,内腔光滑.

缺点:价格高

       5          树脂砂:合成树脂作粘结剂.

优点:生产率高,不需烘干,强度高,型芯尺寸精确,表面光滑,退让性,出砂性好.

                       §2  造型方法选择

造型是砂型铸造最基本的工序,造型方法选择的是否 合理,对铸件质量和成本有着重要的影响.

一 各种手工造型方法的特点和应用

优点:操作灵活,适应性强,模型成本低,生 产准备时间短.

缺点:铸件质量差,生产率低,劳动强度高.

应用:单件,小批.

     1 按砂箱分:两箱:基本方法,各种批量,大小件

三箱:手工,单件,小批,两个分型面

地坑:小批,大,中件

脱 箱:小件

劈箱:大件,如机床床身

     2 按模型分: 整模:最大截面在一端,且为平面

分模:最大 截面在中部

活块:有突出部位,难起模,单件,小批

控砂:分型面为非平面,要求整模,单件,小批

刮板:回 转件,轮

假箱:成批,需控砂的件

假箱:造型前先做一个特制的假箱,来代替造型用的底板,然后做下型,由下型做上型.

假 箱:(1)先假箱 (2)放模型 (3)砂托 (4)高至突点 (5)下型 (6)由下型做上型.

二 机器造型及其工艺特点

优 点:生产率高,铸件尺寸精确,光洁度高,加工余量少,劳动强度小,大批量生产.

缺点:厂房,设备等要求高,投资大,批量生产才经济,只 适于两箱(中箱无法紧实),不宜用活块.

                        §3 浇注位置与分型面的选择

浇 注位置---指金属浇注时铸件所处的空间位置

分型面---指砂箱间的接触表面

一 浇注位置选择原则:

铸 件浇注位置对铸件质量,造型方法等有很大影响,应注意以下原则:

        1铸件重要的加工面应朝下:

1)    若做不到,可放侧面或倾斜

2)    若有几个加工面,则应把较大的放下面.

如导轨面是关键面，不允许有缺陷,则要 放下面,伞齿轮

        2 铸件的大平面应朝下

原因:上表面出现缺陷,尤其易夹砂.

         3 面积大的薄壁部分放下面或侧面

有利于金属充填,防止浇不足

         4 易形成缩孔的铸件,厚的部分放在铸型上部或侧面,便于安置冒口,以补缩.

二 铸型分型面的选择原则

分型面选择的合理可 以简化造型操作,提高劳动生产率.

     1 便于起模,故分型面应选择在铸件最大截面处

(手工造型时,局部阻碍起 模的凸起可做活块)

     2 应尽量减少分型面和活块数量(中小件)

     3应尽量使铸件的重要加工面或大部分加工面和加工基准面位于同一砂型中

     4 尽量采用平直分型面,以简化操作及模型制造

      5 尽量减少型芯和便于下芯,合型及检验位置

                             §4  工艺参数的选择

一 机加余量和铸孔

    1 金属种类: 灰口铸铁:表面平整,加工余量少.

铸 钢:浇注强度高,表面不平,加工余量大.

有色金属:表面光洁.

      2 生产条件:大批量生产:机器造型,加工余量少.

小批量生产:手工造型,加工余量大.

     3.尺寸位置: 尺寸大:变形大,加工余量大.

铸件顶面与底面,侧面比,表面质量差,余量大.

孔: 铸铁 d＜30mm,铸钢 d＜60mm,一般不铸,因铸出造型工艺复杂,质量不易保证,反而给机加带来困难.

二 拔模斜度:

为起模方便,把垂 直壁做成斜的.

与立壁高度,造型方法,模型材料等有关,一般15′--3°

机器造型比手工斜度小

木 模比金属模斜度大

立壁高斜度小

三 收缩率:

收缩量＝铸件尺寸×铸造收缩率

灰铁: 0.7—1.0%      铸钢: 1.3—2.0%    锡青铜: 1.2—1.4%

因收缩是非自由的,所以受铸件形状,尺寸的 影响.

四 型芯固定(一般靠型芯头)

型芯头的形状和尺寸对于型芯的装配工艺性和稳定性有很大影响.

(1) 垂直芯头---上芯头斜度大,高度小些,便于和箱,若垂直型芯粗,短,上芯头可省略.

下芯头斜度小,高度大些,稳定.

对 于只能做上芯头的型芯,做成吊芯或盖板型芯.

(2)水平芯头---芯头较长,芯头也有斜度,便于下芯合箱,悬壁型芯头必须长而大,以支 持型芯,防下垂,或被金属液抬起.

                        §5 冒口与冷铁的应用

一 冒口应用：主要作用---补缩,同时能排气,集渣.

    1 冒口设置原则:

(1) 保证顺序凝固,放在最后凝固部分   ---基本作用

(2) 尽量放在铸件最高处,有利补缩,熔渣易浮出.

(3) 冒口最好放在内浇口附近,使金属液通过冒口再进入铸型,提高补缩效果.

(4) 尽量避开易拉裂部位;不影响自由收缩.

(5) 尽量放在需加工部位,便于清理.

    2 冒口大小,依合金收缩性质及具体铸件凝固条件查手册.

二 冷铁应用:

  1 分类:

非冷铁:只和铸件外表面接触而起激冷作用,与型砂一起清出,不重复使用.

内冷铁: 浇注后冷铁被金属液包围与铸件熔合在一起.有气密性要求的部分

不能用.

  2 作用:

(1)    减少冒口数量: 改善凝固顺序,有利外缩.

(2)    可减少冒口尺寸: 加内冷铁,加快铸件冷却.

(3)    消除局部热节处的缩孔和缩松: 加外冷铁.

(4)    防止铸件产生裂纹: 同时凝固,如两壁交接处放冷铁,以消除热节.

(5)    提高铸件硬度和耐磨性: 利用外冷铁加快冷却,细化组织,提高硬度.

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