材料成形技术 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

简体网页||繁体网页

☆☆☆☆☆

出版者:机械工业出版社

作者:毛萍莉

出品人:

页数:420

译者:

出版时间:2007-7

价格:38.00元

装帧:

isbn号码:9787111211686

丛书系列:

图书标签:

• 材料成形
• 成形技术
• 金属成形
• 塑料成形
• 复合材料成形
• 铸造
• 锻造
• 挤压
• 冲压
• 粉末冶金

《铸造工艺学》 一、 绪论：铸造的起源、发展与现代地位 自古以来，人类便利用金属的流动性和可塑性，通过加热熔化、注入模具并冷却凝固的手段，创造出形态各异的金属制品。这便是铸造，一项古老而又充满活力的制造技术。本书《铸造工艺学》将带您深入探究这一历史悠久的领域，从其萌芽于史前文明的原始实践，到如今成为现代工业不可或缺的关键环节，全面梳理铸造技术的发展脉络。 铸造技术的发展与人类文明的进步息息相关。从青铜时代的精美礼器，到铁器时代的生产工具，再到工业革命时期大规模生产的机械零件，铸造始终是支撑社会经济发展的重要基石。在现代工业体系中，铸造所扮演的角色愈发重要。它不仅是汽车、航空航天、能源、轨道交通、国防军工等高端制造业的核心基础，更是实现复杂结构、轻量化设计、高性能材料应用的关键技术。从发动机缸体、涡轮叶片，到精密仪器部件、艺术品，几乎所有涉及金属成形的领域，都离不开铸造的身影。 本书的编写旨在系统性地阐述铸造的科学原理、工艺流程、设备技术以及质量控制方法。我们不局限于理论的堆砌，而是力求将理论知识与实践经验相结合，引导读者理解铸造过程的内在规律，掌握解决实际生产中问题的能力。通过对本书的学习，您将能够： 深刻理解金属凝固过程的微观机理： 了解晶体生长、组织形成、偏析等现象，为优化铸件质量奠定理论基础。 掌握各类铸造方法的原理与适用范围： 从传统的砂型铸造，到先进的熔模铸造、压力铸造、离心铸造等，全面认识不同工艺的优缺点及应用场景。 熟悉铸造生产的全流程： 从模具设计与制造，到熔炼、浇注，再到后续的清砂、热处理、机加工等，形成完整的工艺知识体系。 掌握铸件缺陷的产生原因与防治措施： 识别常见的铸造缺陷，如气孔、夹砂、缩孔、裂纹等，并能分析其根源，提出有效的改进方案。 了解现代铸造技术的发展趋势： 如智能化、绿色化、数字化在铸造领域的应用，以及新型铸造材料和工艺的探索。 本书内容丰富，结构清晰，理论联系实际，力求为广大从事铸造工艺、设计、生产、研究及教学的人员提供一本实用、深入的参考书。 二、 金属凝固理论：铸造的科学基石 任何铸造工艺的最终目的，都是通过金属液体的凝固来获得特定形状的固态金属零件。因此，深刻理解金属凝固的机理，是掌握铸造技术的前提。本书的第二部分将聚焦于这一核心科学问题，从原子层面的相互作用开始，逐步深入到宏观的组织与性能。 2.1 金属的熔化与凝固基础 相变理论： 介绍固液相变的基本概念，如过冷、形核、晶体生长等。我们将探讨纯金属和合金在不同压力下的相图，理解相图如何指导合金的选择和凝固过程的预测。 形核过程： 均质形核： 在没有外来物质干扰的情况下，金属原子自发聚集形成晶核的过程。探讨其能量学原理，理解均质形核的困难性。 非均质形核： 在模具壁、杂质颗粒等表面上发生的形核。分析非均质形核的驱动力，以及其在实际铸造中的重要性。我们将重点研究在铸造过程中常见的形核剂的作用机理，以及如何通过加入特定元素来促进非均质形核，从而细化晶粒。 晶体生长： 界面迁移： 详细阐述液态金属原子如何逐层转移到固态晶体的表面，以及界面移动的控制因素，如温度梯度、溶质再分配等。 晶体生长形态： 介绍枝晶生长、平面生长、胞状生长等不同形态的晶体生长模式，并分析其形成条件与对铸件内部组织的影响。例如，枝晶的形成是由于界面两侧的温度或溶质浓度存在差异，会导致局部优先生长，形成树枝状结构。 凝固过程中的传热传质： 热量传递： 分析凝固过程中热量如何从液态金属传递到模具，以及热量传递速率对凝固速度和组织结构的影响。我们将讨论传热系数、导热系数等参数的作用。 溶质再分配： 探讨合金元素在凝固过程中如何发生偏析。当液态金属凝固时，易于结晶的元素会先形成固相，而难于结晶的元素会富集在液相中，导致形成成分不均匀的区域，即溶质偏析。我们将区分均匀凝固和非均匀凝固的溶质分布规律，并介绍扩散和对流在溶质再分配中的作用。 2.2 凝固模式与组织形成 平面凝固： 在特殊条件下，晶体可能以平面界面的形式缓慢生长，形成平行排列的晶体。分析其形成条件，以及在某些特种铸造工艺中的应用。 胞状凝固： 当溶质再分配效应显著时，凝固界面可能发生不稳定性，形成胞状结构。探讨胞状凝固的形成机理，以及其对铸件性能的影响。 枝晶凝固： 这是合金在大范围凝固中最常见的模式。我们将深入分析枝晶的形成原因，如热效应和溶质效应的共同作用，以及枝晶的生长方向、分支以及晶间偏析的形成。 等轴晶与柱状晶： 柱状晶： 在强温度梯度下，晶体倾向于沿热流方向（垂直于模具壁）生长，形成细长的柱状晶。分析其在模具壁附近形成的机制，以及其对铸件力学性能的影响（通常会降低横向强度）。 等轴晶： 在温度梯度较小或受到强烈搅拌的情况下，晶体可以向各个方向生长，形成形状不规则的等轴晶。分析其形成的条件，以及其对铸件各向同性力学性能的提升作用。 晶粒细化技术： 孕育处理： 通过向金属液中加入孕育剂（如Ti、B、Zr等元素），在凝固过程中形成大量细小的异质形核核心，从而显著细化晶粒。我们将详细介绍不同孕育剂的作用机理、添加方式和最佳用量。 搅拌处理： 对金属液进行机械搅拌或电磁搅拌，可以打碎已形成的枝晶，促进新的形核，实现晶粒细化。 快速凝固： 通过减小铸件壁厚、增加冷却速度等方式，缩短枝晶生长距离，得到细小等轴晶。 2.3 凝固缺陷的成因与防治 缩孔与疏松： 详细阐述金属在凝固过程中因体积收缩而产生的缩孔和疏松的形成机理。我们将分析不同合金的收缩率，以及如何通过设置合适的冒口、冷铁、定向凝固等工艺措施来有效补缩，消除这些缺陷。 气孔： 分析气孔的来源，包括熔剂带入的气体、气体在金属中的溶解度变化、以及模具或型腔内的气体等。我们将介绍脱气处理、优化浇注操作、选用透气性良好的砂型等防治方法。 夹杂物： 探讨夹杂物（如氧化物、氮化物、耐火材料碎片、炉渣等）进入金属液的途径，以及其对铸件质量的影响。我们将重点介绍熔炼过程中的净化措施，如除渣、真空处理、过滤等。 晶界液态膜与热裂纹： 分析在凝固后期，低熔点共晶物或杂质在晶界形成液态膜，以及由于凝固收缩应力产生的热裂纹。我们将探讨如何通过成分控制、优化冷却速度、合理设计浇冒口等方法来预防。 通过对金属凝固理论的深入研究，读者将能够从根本上理解铸件内部组织的形成规律，从而为后续的工艺设计和缺陷分析提供坚实的理论依据。 三、 铸造工艺方法：多样化的金属成形手段 铸造工艺门类众多，每种工艺都有其独特的优势和适用的领域。本书将对主要的铸造工艺方法进行详尽的介绍，帮助读者根据具体需求选择最合适的成形技术。 3.1 砂型铸造 砂型铸造是应用最广泛的铸造方法之一，以其成本低廉、适用范围广、适应性强等特点，在机械制造中占据着举足轻重的地位。 原理与特点： 砂型铸造是利用散状的砂子（或其他耐火材料）在砂箱中紧实成型，形成铸件的模腔。其特点是设备简单，操作灵活，能够铸造大型、复杂形状的铸件，对金属材料的适应性强。 砂型种类与制造： 湿砂型： 采用粘土作为粘结剂，含水量较高。 干砂型： 将湿砂型进行烘干，提高强度和透气性。 自硬砂型： 采用化学自硬性粘结剂，常温下即可硬化，无需烘干。 冷芯盒工艺： 利用低温固化树脂作为粘结剂，通过惰性气体（如CO2）进行固化，常用于制造砂芯。 其他新型砂型材料： 如水玻璃砂、酚醛树脂砂等，及其各自的优点和应用。 砂芯的制造与应用： 砂芯用于制造铸件内部的空腔或复杂的通道。我们将介绍各种砂芯制造方法（如手造、机器制造、冷芯盒、热芯盒等），以及砂芯的排气、退让等设计要点。 工艺流程： 详细阐述从砂型设计、混砂、制模、造芯、合箱、浇注、出砂到清砂、检验等完整的砂型铸造工艺流程。 设备： 介绍混砂机、制模设备（如震实机、压力机）、砂箱、起重设备等砂型铸造常用设备。 应用范围： 覆盖了大型铸件、机床床身、汽车发动机缸体、泵体、阀门、船体构件等。 优缺点分析： 总结砂型铸造的优势（成本低、尺寸大、适应性强）与劣势（表面粗糙、尺寸精度不高、劳动强度大）。 3.2 金属型铸造（永久型铸造） 金属型铸造利用金属材料制成的模具（永久型），重复使用以铸造铸件。 原理与特点： 模具由铸铁、铸钢或铜合金制成，具有良好的导热性和较高的强度。其特点是铸件表面质量好，尺寸精度高，生产效率高，但模具成本高，不适用于铸造大型或形状过于复杂的铸件。 重力铸造： 低压铸造： 通过低压气体将金属液压入金属模具的型腔。 倾斜铸造： 模具倾斜浇注，适用于铸造长条形铸件。 挤压铸造： 施加较高的压力使金属液充满型腔。 压力铸造（压铸）： 原理： 利用高压将熔融金属快速压入密封的金属模具（压铸模）型腔内。 压铸机的类型： 热室压铸机（适用于低熔点合金，如锌合金、镁合金）和冷室压铸机（适用于高熔点合金，如铝合金、铜合金）。 压铸模具设计： 详细介绍压铸模具的结构，包括型腔、浇口、溢流槽、排气槽、推出机构等。 压铸工艺参数： 讨论填充速度、压力、温度、冷却时间等参数对铸件质量的影响。 应用： 汽车发动机零件、家电外壳、电子产品组件等。 优缺点： 优点是生产效率高、尺寸精度高、表面光洁度好；缺点是模具成本高、不适合铸造大型复杂件、可能存在缩松和气孔。 3.3 熔模铸造（失蜡铸造） 熔模铸造能够获得高精度、复杂形状的金属零件，在航空航天、医疗器械等高端领域有广泛应用。 原理： 使用易熔材料（如石蜡、塑料）制作模型，然后用耐火材料包覆模型，形成整体型壳。模型熔化后，将金属液浇入型壳中，冷却凝固后破碎型壳获得铸件。 工艺流程： 模型制造、模组组拼、浸涂耐火材料、干燥、脱蜡、焙烧、浇注、清砂。 模型材料与制造： 介绍常用的石蜡、塑料等材料，以及注塑、压制等模型制造方法。 型壳材料与制造： 重点介绍耐火材料（如硅酸铝、锆英砂）的选择、涂料的配制与涂刷、以及型壳的焙烧过程。 应用： 涡轮叶片、医疗植入物、精密仪器零件、艺术品等。 优缺点： 优点是尺寸精度高、表面光洁度好、可铸造复杂形状；缺点是工艺复杂、成本较高、生产效率相对较低。 3.4 其他重要铸造工艺 离心铸造： 利用离心力使金属液充型并凝固，常用于制造管材、套筒等。 连续铸造： 将液态金属连续浇注成一定截面的长条形铸件，广泛用于冶金工业。 消失模铸造： 使用泡沫塑料模型，在负压下浇注，模型气化消失，金属液直接充型。 低压铸造（前面已提及，此处可作为独立章节深化）： 专用于铝合金、镁合金等轻合金的铸造。 本书将深入剖析每种工艺的细节，包括其技术特点、适用的材料范围、工艺参数控制、设备要求以及典型的应用实例，帮助读者建立全面的工艺知识体系。 四、 铸件设计与模具工程：保障铸件质量的关键 良好的铸件设计是实现成功铸造的基础，而精密的模具设计与制造则是将设计转化为现实的关键。 4.1 铸件设计原则 形状与结构设计： 避免尖角、深凹槽、壁厚骤变等，尽量采用圆角过渡，使壁厚均匀。 尺寸精度与表面粗糙度要求： 根据使用要求确定合适的公差与表面质量，并与所选铸造工艺的精度水平相匹配。 浇冒口设计： 浇口设计： 确保金属液平稳、无飞溅地进入型腔，避免冲砂和夹杂。 冒口设计： 确保定向凝固，及时为收缩的金属液提供补缩，防止缩孔、疏松。 排气与排砂设计： 确保气体能够顺利排出，避免气孔；确保砂型具有足够的透气性。 砂芯设计： 考虑砂芯的强度、透气性、退让性及取出便利性。 铸件可铸性分析： 运用经验和仿真软件，评估铸件的结构是否适合铸造，以及可能出现的缺陷。 4.2 模具设计与制造 模具材料的选择： 根据铸造工艺、生产批量、金属材料的熔点等因素选择合适的模具材料（如钢、铜合金、石墨等）。 模具结构设计： 砂型模具： 包括模样、砂箱、砂芯盒等。 金属型模具： 包括模架、型腔、分型面、浇注系统、排气系统、推出机构等。 熔模模具： 模型模具（注塑模）的结构设计。 加工制造工艺： 介绍模具的加工方法，如机械加工（铣削、车削、磨削）、电加工（EDM）、热处理等。 模具的维护与保养： 保证模具的精度和使用寿命。 4.3 计算机辅助设计与制造（CAD/CAM/CAE） 三维建模： 利用CAD软件进行精确的铸件和模具三维建模。 铸造工艺仿真（CAE）： 充型仿真： 预测金属液在型腔内的流动行为，避免卷气、浇不足等缺陷。 凝固仿真： 模拟金属液的凝固过程，预测缩孔、疏松等缺陷的位置和大小，优化冒口设计。 应力与变形仿真： 分析凝固过程中产生的应力，预测热裂纹等缺陷。 模具数控加工（CAM）： 利用CAM软件生成模具加工刀具路径，提高加工效率和精度。 五、 熔炼、浇注与后处理：铸件成形的执行过程 从熔化金属到获得最终合格铸件，需要一系列精密的工艺操作。 5.1 金属熔炼 熔炼设备： 感应炉： 高效、清洁，适用于多种金属。 电弧炉： 功率大，适用于大规模生产。 电阻炉： 结构简单，适用于小批量生产。 冲天炉： 传统的铸铁熔炼设备。 熔炼过程控制： 成分控制： 严格控制合金元素的含量，加入合金剂调整成分。 温度控制： 保证金属液达到合适的浇注温度。 净化处理： 脱氧、脱硫、脱氮等，去除杂质，提高金属液纯度。 扒渣： 清除熔炼过程中产生的浮渣。 5.2 浇注技术 浇注方式： 重力浇注： 利用重力使金属液充型。 低压浇注： 施加低压使金属液充型。 高压铸造： 施加高压使金属液充型。 离心浇注： 利用离心力使金属液充型。 浇注操作： 浇注顺序： 遵循“先大后小，先厚后薄”的原则。 浇注速度： 控制合适的浇注速度，避免卷气和冲砂。 浇注温度： 影响金属液的流动性、收缩率和晶体组织。 浇注系统设计： 浇口杯、直浇口、横浇口、内浇口（流槽）等的设计，确保金属液平稳流入型腔。 5.3 后处理工艺 清砂（落砂）： 将铸件与砂型分离，去除铸件表面的粘砂。 机械清砂： 振动清砂、抛丸清砂。 水力清砂： 高压水射流清洗。 热处理： 退火： 消除内应力，软化组织，改善切削加工性能。 正火： 细化晶粒，提高强度和韧性。 淬火与回火： 提高铸件的硬度、强度和耐磨性。 时效处理： 改善铸件的尺寸稳定性和力学性能。 机械加工： 对铸件进行精加工，达到最终的尺寸精度和表面质量要求。 表面处理： 如喷砂、喷漆、电镀、防锈处理等，提高铸件的外观和防护性能。 六、 质量控制与检测：确保铸件品质的保障 严格的质量控制贯穿于铸造生产的全过程，是保证铸件性能和可靠性的关键。 6.1 铸件质量标准与缺陷分析 国家及行业标准： 介绍与铸造相关的质量标准，如GB/T、ISO等。 常见铸造缺陷的识别与分类： 外观缺陷： 气孔、夹砂、渣孔、裂纹、浇不足、错箱等。 内部缺陷： 缩孔、疏松、夹渣、未焊合、内部裂纹等。 尺寸与形状偏差。 缺陷的产生原因分析： 结合前述的金属凝固理论和工艺方法，深入分析各种缺陷产生的根源。 缺陷的防治措施： 针对不同缺陷，提出具体的工艺改进和管理建议。 6.2 无损检测方法 外观检查： 目视检查、量具检查。 着色渗透探伤（PT）： 检测铸件表面的裂纹和气孔。 磁粉探伤（MT）： 检测铁磁性材料铸件表面的裂纹和亚表面缺陷。 超声波检测（UT）： 检测铸件内部的裂纹、气孔、夹渣等体积型缺陷。 射线检测（RT）： 利用X射线或γ射线穿透铸件，成像显示内部缺陷。 涡流探伤（ET）： 用于检测导电材料铸件的表面和近表面缺陷。 6.3 有损检测方法 拉伸试验： 检测铸件的抗拉强度、屈服强度、伸长率等力学性能。 冲击试验： 检测铸件的韧性，尤其是在低温条件下。 硬度试验： 检测铸件的硬度，间接反映其强度和耐磨性。 金相检验： 观察铸件的显微组织，评估晶粒度、相组成、夹杂物情况等。 化学分析： 检测铸件的化学成分，确保其符合设计要求。 6.4 质量管理体系 ISO 9001质量管理体系在铸造行业的应用。 过程控制与统计过程控制（SPC）。 持续改进的质量文化。 七、 现代铸造技术发展趋势 铸造技术一直在不断进步，以适应日益严苛的工业需求。 7.1 智能化与自动化 机器人应用： 自动化浇注、清砂、搬运等。 智能熔炼与在线监测： 实时控制熔炼过程，提高成分和温度的稳定性。 自动化模具制造与检测。 7.2 绿色铸造与可持续发展 环保型砂料与粘结剂的应用。 节能降耗的熔炼与成形技术。 废旧砂料的回收与再利用。 减少有害物质排放。 7.3 数字化铸造与工业互联网 3D打印（增材制造）在铸造领域的应用： 快速制作砂型、熔模模型、甚至金属零件。 大数据与云计算在工艺优化与故障诊断中的应用。 数字孪生技术在铸造生产中的应用。 7.4 新型铸造材料与工艺 高性能合金铸件： 如耐高温合金、高强铝合金、钛合金等。 复合材料铸造。 微铸造与纳米铸造。 本书将对这些前沿技术进行介绍，展望铸造行业的未来发展方向，激发读者的创新思维。 结语 《铸造工艺学》是一本旨在全面、深入地介绍铸造技术及其相关知识的书籍。通过系统学习本书，读者将能够掌握铸造的基本原理，理解各种工艺方法的特点，掌握铸件设计与模具工程的关键要素，熟悉熔炼、浇注及后处理的操作流程，并了解质量控制与检测的重要手段。同时，本书还将引导读者关注铸造技术的发展趋势，为行业内的进步与创新提供启示。我们希望本书能成为您在铸造领域的良师益友，助您在金属成形的道路上取得更大的成就。

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆