金屬凝固理論教材整理

1、_第一章第一章緒論一、金屬材料成型方法金屬材料成型就是把原來(lái)無(wú)定型的材料加工成形狀滿足要求的器件。塑性成形：金屬坯料在外力作用下產(chǎn)生塑性變形，從而獲得具有一定幾何形狀，尺寸和精度，以及服役性能的材料、毛坯或零件的加工方法。軋制：金屬通過(guò)旋轉(zhuǎn)的軋輥受到壓縮，橫斷面積減小，長(zhǎng)度增加的過(guò)程。擠壓：金屬在擠壓筒中受推力作用從?？字辛鞒龆迫「鞣N斷面金屬材料的加工方法。舉例：棒、管、型；其它：異型截面。鍛造：鍛錘錘擊工件產(chǎn)生壓縮變形A.自由鍛：金

2、屬在上下鐵錘及鐵砧間受到?jīng)_擊力或壓力而產(chǎn)生塑性變形的加工。B.模鍛：金屬在具有一定形狀的鍛模膛內(nèi)受沖擊力或壓力而產(chǎn)生塑性變形的加工。舉例：飛機(jī)大梁，火箭捆挷環(huán)等沖壓：金屬坯料在沖模之間受壓產(chǎn)生分離或變形的加工方法。二、材料成型方法與組織的關(guān)系材料成型方法與工件組織有緊密的關(guān)系。如鑄造與軋制比，組織在晶粒形狀、尺寸和取向方面均有明顯差別。柱狀晶縮孔和氣孔（收縮及氣體逸出引起）非金屬夾雜物（卷入）熱變形：塑性變形溫度高于該金屬的再結(jié)晶溫度。

3、特征：經(jīng)過(guò)回復(fù)和再結(jié)晶組織均勻化，塑性好，消除內(nèi)部缺陷，形成軋制流線流紋。冷變形：塑性變形溫度低于該金屬的再結(jié)晶溫度。特征：晶粒沿變形最大的方向伸長(zhǎng)，形成纖維組織和形變織構(gòu)；晶粒間產(chǎn)生碎晶。金屬產(chǎn)生加工硬化現(xiàn)象。三、金屬液態(tài)成型（鑄造）的發(fā)展1、鑄造是一門古老而年輕的科學(xué)。根據(jù)文獻(xiàn)記載和實(shí)物考察，證明我國(guó)鑄造生產(chǎn)技術(shù)至少有四千年以上的悠久歷史?？煞謨纱蟀l(fā)展階段：前兩千年：以青銅鑄造為主，形成燦爛的商周青銅文化。出土的編鐘，鑄造精巧、音律

4、準(zhǔn)確、音色優(yōu)美。后兩千年：以鑄鐵為主。公元前六世紀(jì)，發(fā)明了生鐵和鑄鐵技術(shù)，制造的生產(chǎn)工具取代了青銅。_為了承受澆鑄的壓力并確保足夠的強(qiáng)度，外范四周用泥土填滿并層層夯實(shí)。鐘鈕旁邊四處不易覺(jué)察的疤痕，是四個(gè)澆口的位置。采用最典型的雨淋式澆鑄法：幾十座熔爐沿四條槽道排開(kāi)，爐內(nèi)大火流金、銅汁鼎沸；地坑里內(nèi)外模范同時(shí)高溫預(yù)熱。當(dāng)爐膛中的銅液相繼奔瀉而出后，這口萬(wàn)鈞大鐘便一氣呵成。回望此情此景，五百年前的手工作坊式生產(chǎn)，分明已經(jīng)透出了近代大工業(yè)的規(guī)

5、模和氣概。冷卻冷卻也是一道致命的工序?？觾?nèi)是一團(tuán)沒(méi)有熄滅的地火和流焰，必須控制冷卻速度防止鐘體炸裂。世界著名的俄羅斯大鐘就因冷卻過(guò)程中的閃失出現(xiàn)裂紋，結(jié)果淪為一口啞鐘。而孕育永樂(lè)大鐘的地坑此時(shí)是一個(gè)天然的自動(dòng)冷卻系統(tǒng)?？梢韵胂螽?dāng)年勞苦的工匠們付出了多少心血，精心呵護(hù)，才能確保永樂(lè)大鐘在平安降溫中平安降生?；瘜W(xué)成分從大鐘頂部一個(gè)微小的砂眼中取出一個(gè)微小的金屬顆粒；從大鐘底部不顯眼的邊緣刮掉一點(diǎn)金屬粉末。化學(xué)定量分析結(jié)果表明，大鐘上下部位的

6、成份是均勻一致的：銅80.54%；錫16.41%；鉛1.12%；鋅0.22%……也許為了提高身價(jià)、增添吉祥并加強(qiáng)抗銹蝕能力，大鐘內(nèi)還檢出了0.03%的金和0.04%的銀。青銅的機(jī)械性能曲線顯示，當(dāng)含錫量在15%至17%時(shí)，抗拉強(qiáng)度達(dá)最高值，聲學(xué)性能也達(dá)到最佳狀態(tài)。是誰(shuí)為大鐘的合金設(shè)計(jì)了這樣高明的化學(xué)成分？幾十只不同的熔爐如何讓共同熔出的青銅液保持成份一致？我們不由陷入深深的遐想。曾侯乙編鐘（戰(zhàn)國(guó)）司母戊大方鼎（商代晚期）20世紀(jì)60年代

7、后，研究的重點(diǎn)在經(jīng)典理論的應(yīng)用，出現(xiàn)了快速凝固、定向凝固、等離子熔化技術(shù)、激光表面重熔技術(shù)、半固態(tài)鑄造、調(diào)壓鑄造等凝固技術(shù)和材料成型方法。其后，對(duì)凝固過(guò)程的認(rèn)識(shí)逐漸從經(jīng)驗(yàn)主義中擺脫出來(lái)。大野篤美提出了晶粒游離和晶粒增殖的理論。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，通過(guò)計(jì)算機(jī)定量地描述液態(tài)金屬的凝固過(guò)程，對(duì)凝固組織和凝固缺陷進(jìn)行預(yù)測(cè)，在此基礎(chǔ)上，出現(xiàn)了許多新的凝固理論和模型。它們將溫度場(chǎng)、應(yīng)力場(chǎng)、流動(dòng)場(chǎng)耦合起來(lái)進(jìn)行研究，其結(jié)果更接近于實(shí)際。國(guó)際國(guó)內(nèi)已出現(xiàn)