材料成型原理

1、匯報人：于芝鵬 葛嘉城導論Concents第一節(jié)第一節(jié) -液態(tài)金屬凝固學的研究對象液態(tài)金屬凝固學的研究對象第三節(jié)第三節(jié)-凝固學與材料成形凝固學與材料成形第二節(jié)第二節(jié)-液態(tài)液態(tài)金屬凝固學金屬凝固學的的發(fā)展發(fā)展第一節(jié) 液態(tài)金屬凝固學的研究對象 從宏觀意義而言，物質(zhì)從液態(tài)轉(zhuǎn)變成固態(tài)的過程稱為凝固。 從微觀意義上，激烈運動的液體原子回復到規(guī)則排列的過程稱為凝固 。第一節(jié) 液態(tài)金屬凝固學的研究對象 第一節(jié) 液態(tài)金屬凝固學的研究對象 冶鑄冶鑄焊接成形焊接成形 液態(tài)金屬凝固學就是研究液態(tài)金屬轉(zhuǎn)變成固態(tài)金屬這一凝固過程的理論及技術(shù) 。第一節(jié) 液態(tài)金屬凝固學的研究對象 激光切割激光切割單晶硅圓片單晶硅圓片 凝固

2、學不僅是材料成型技術(shù)的基礎(chǔ)，同時也是近代新型材料，開拓和制備的基礎(chǔ)。在此基礎(chǔ)上闡述液態(tài)金屬的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)、晶體的生核及長大、宏觀組織及其控制的內(nèi)容。 金屬液態(tài)成形工藝流程金屬液態(tài)成形工藝流程第一節(jié) 液態(tài)金屬凝固學的研究對象 第一節(jié) 液態(tài)金屬凝固學的研究對象 冷卻速率是影響凝固過程的主要工藝因素，對凝固組織有著舉足輕重的影響 。 普通工業(yè)條件下的冷卻速度為0.01至100每秒 ，獲得晶體組織：特殊材料下冷卻速度可達105至109每秒，可獲得非晶態(tài)組織。此外液態(tài)合金的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)、冶金處理及外力的作用，對液態(tài)金屬的凝固也具有重要的影響 。金屬凝固理論的發(fā)展金屬凝固理論的發(fā)展凝固技術(shù)的發(fā)展凝固技術(shù)的發(fā)展

3、計算機的應(yīng)用計算機的應(yīng)用第二節(jié) 液態(tài)金屬凝固學的發(fā)展我國鑄造技術(shù)的輝煌歷史我國鑄造技術(shù)的輝煌歷史 我國鑄造技術(shù)有著悠久的歷史，早在我國鑄造技術(shù)有著悠久的歷史，早在50005000多年多年前，鑄造技術(shù)就出現(xiàn)在了中華大地。鑄造技術(shù)被前，鑄造技術(shù)就出現(xiàn)在了中華大地。鑄造技術(shù)被應(yīng)用到應(yīng)用到農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、兵器制造、音樂藝術(shù)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、兵器制造、音樂藝術(shù)及及人民生人民生活活等各方面，極大地推動了我國古代文明的進等各方面，極大地推動了我國古代文明的進步。鑄造技術(shù)的發(fā)展史，是中華民族五千年文明步。鑄造技術(shù)的發(fā)展史，是中華民族五千年文明發(fā)展史的重要組成部分。發(fā)展史的重要組成部分。第二節(jié) 液態(tài)金屬凝固學的發(fā)展 1. 1

4、.我國古代青銅鑄造技術(shù)我國古代青銅鑄造技術(shù) 在我國古代，常用的鑄造工藝主要有在我國古代，常用的鑄造工藝主要有范鑄法范鑄法和和失蠟法失蠟法。u范鑄法是用范鑄法是用范范組合成鑄型進行澆注的方法。組合成鑄型進行澆注的方法。 石范鑄造石范鑄造泥（陶）范鑄造泥（陶）范鑄造金屬范鑄造金屬范鑄造范鑄法：范鑄法：第二節(jié) 液態(tài)金屬凝固學的發(fā)展 曾侯乙編鐘（戰(zhàn)國時期，距今2400余年），鐘架長7.48米，寬3.35米，高2.73米，1978年湖北省隨縣擂鼓墩出土，現(xiàn)藏湖北省博物館。第二節(jié) 液態(tài)金屬凝固學的發(fā)展 明永樂大鐘，鑄于永樂18年前后（公元14181422年），中國現(xiàn)存最大的青銅鐘。 銅鐘通高6.75米，鐘

5、壁厚度不等，最厚處185毫米，最薄處94毫米，重約46噸。鐘體內(nèi)外遍鑄經(jīng)文，共22.7萬字。銅鐘合金成分為：銅80.54、錫16.40、鋁1.12，為泥范鑄造。 現(xiàn)存北京大鐘寺。第二節(jié) 液態(tài)金屬凝固學的發(fā)展 中國中國五代后周大型鑄件。在今河五代后周大型鑄件。在今河北省滄州市東南北省滄州市東南20千米的滄州故城千米的滄州故城開元寺前。五代后周廣順三年（開元寺前。五代后周廣順三年（953）鑄，獅身左肋鑄有鑄，獅身左肋鑄有“山東李云造山東李云造”五字。五字。 鐵鐵獅身長獅身長5.3米，高米，高5.4米，寬米，寬3米，重約米，重約40噸，采用泥范明注式整噸，采用泥范明注式整體鑄成。體鑄成。 獅獅身鑄有

6、身鑄有“獅子王獅子王”字樣，背馱字樣，背馱蓮座，前胸及臀部飾束帶，發(fā)鬈曲蓮座，前胸及臀部飾束帶，發(fā)鬈曲呈波浪形，形態(tài)威武，作奔走狀。呈波浪形，形態(tài)威武，作奔走狀。第二節(jié) 液態(tài)金屬凝固學的發(fā)展 湖北湖北當陽鐵塔，鑄造于當陽鐵塔，鑄造于北宋嘉佑六年（公元北宋嘉佑六年（公元10611061年），八面十三層年），八面十三層 ，高，高16.94516.945米米, ,據(jù)銘文記載的鐵據(jù)銘文記載的鐵塔重七萬六千六百斤塔重七萬六千六百斤, ,當時當時是就地設(shè)爐分層鑄造是就地設(shè)爐分層鑄造, ,采用采用堆土法而建起來堆土法而建起來, ,各層之間各層之間重疊擺放重疊擺放, ,沒有焊接沒有焊接 , ,整個整個塔身玲瓏

7、雋秀塔身玲瓏雋秀, ,從上到下從上到下, ,自自里而外全生鐵澆鑄里而外全生鐵澆鑄, ,僅塔剎僅塔剎在在 清代以青銅重清代以青銅重鑄鑄。第二節(jié) 液態(tài)金屬凝固學的發(fā)展 盡管如此，在古代對液態(tài)金屬的凝固控制只是停留在經(jīng)驗的基礎(chǔ)上。l金屬凝固理論的發(fā)展金屬凝固理論的發(fā)展 近代凝固理論大約經(jīng)歷了以下幾個階段：近代凝固理論大約經(jīng)歷了以下幾個階段：u2020世紀世紀6060年代前形成了完整的年代前形成了完整的經(jīng)典凝固理論經(jīng)典凝固理論， 主要包括：主要包括： 完整晶體生長理論；晶體缺陷生長理論；成分完整晶體生長理論；晶體缺陷生長理論；成分過冷理論；凝固過程擴散場的理論解；兩相區(qū)流過冷理論；凝固過程擴散場的理論

8、解；兩相區(qū)流動效應(yīng)；平方根定律等。動效應(yīng)；平方根定律等。第二節(jié) 液態(tài)金屬凝固學的發(fā)展u2020世紀世紀6060年代后的較長一段時間內(nèi)，研究的重年代后的較長一段時間內(nèi)，研究的重點放在點放在經(jīng)典理論的應(yīng)用經(jīng)典理論的應(yīng)用上。上。 ChalmersChalmers等人提出等人提出“激冷等軸晶游離激冷等軸晶游離”理論，理論， JacksonJackson等人提出等人提出“枝晶熔斷枝晶熔斷”及及“結(jié)晶雨結(jié)晶雨”理論，用動態(tài)的觀點來研究和分析凝固過程，以理論，用動態(tài)的觀點來研究和分析凝固過程，以此為指導有效地控制了此為指導有效地控制了結(jié)晶過程結(jié)晶過程和和凝固過程凝固過程。第二節(jié) 液態(tài)金屬凝固學的發(fā)展 最新的

9、凝固理論有：最新的凝固理論有：u快速凝固理論快速凝固理論u凝固過程組織形態(tài)選擇的時間和歷史相關(guān)性凝固過程組織形態(tài)選擇的時間和歷史相關(guān)性u復合材料凝固特性復合材料凝固特性u枝晶間距選擇的容許范圍等枝晶間距選擇的容許范圍等第二節(jié) 液態(tài)金屬凝固學的發(fā)展l凝固技術(shù)的發(fā)展凝固技術(shù)的發(fā)展 在新的凝固理論指引下，凝固技術(shù)又有了長足在新的凝固理論指引下，凝固技術(shù)又有了長足的進步。典型代表就是的進步。典型代表就是定向凝固技術(shù)定向凝固技術(shù)、快速凝固快速凝固技術(shù)技術(shù)和和復合材料復合材料的獲得。此外，還有的獲得。此外，還有金屬半固態(tài)金屬半固態(tài)成形技術(shù)成形技術(shù)等。等。第二節(jié) 液態(tài)金屬凝固學的發(fā)展 鑄造高溫合金渦輪發(fā)動機

10、葉片鑄造高溫合金渦輪發(fā)動機葉片單晶單晶定向凝固柱狀晶定向凝固柱狀晶等軸多晶體等軸多晶體第二節(jié) 液態(tài)金屬凝固學的發(fā)展l計算機的應(yīng)用計算機的應(yīng)用 鑄件充型凝固過程計算機模擬鑄件充型凝固過程計算機模擬仿真仿真技術(shù)；技術(shù)； 快速成形技術(shù)；快速成形技術(shù)； 過程和設(shè)備運行的計算機控制。過程和設(shè)備運行的計算機控制。第二節(jié) 液態(tài)金屬凝固學的發(fā)展 充型充型- -凝固過程數(shù)值模擬凝固過程數(shù)值模擬第二節(jié) 液態(tài)金屬凝固學的發(fā)展 溫度場模擬溫度場模擬第二節(jié) 液態(tài)金屬凝固學的發(fā)展 應(yīng)力場模擬應(yīng)力場模擬a) b)a) b)應(yīng)力分布的模擬結(jié)果應(yīng)力分布的模擬結(jié)果a)a)原設(shè)計方案原設(shè)計方案 b) b) 重新設(shè)計的方案重新設(shè)計的方案 第二節(jié) 液態(tài)金屬凝固學的發(fā)展 鑄件微觀組織模擬鑄件微觀組織模擬石墨大小分布情況石墨大小分布情況 布氏硬度分布情況布氏硬度分布情況 第二節(jié) 液態(tài)金屬凝固學的發(fā)展液態(tài)成形液態(tài)成形連接成形連接成形鑄造鑄造 軋制軋制焊接焊接 擠壓擠壓 第三節(jié) 凝固學與材料成形液態(tài)成形（鑄造）連接成形（焊接）塑性成形（鍛造）粉末成形（粉末冶金）切削成形現(xiàn)代材料成形的主要方法： 第三節(jié) 凝固學與材料成形將液態(tài)金屬澆入鑄型后，經(jīng)凝固和冷卻獲得具有一定形狀和性能的鑄件和鑄錠的加工方法，如前所述，凝固過程對主見的質(zhì)量起著至關(guān)重要的作用。液態(tài)成形（鑄造）： 第三