中国材料工程大典 第18卷 材料铸造成形工程 上PDF电子书下载

第1篇 概论 1

1 铸造行业及铸造技术的作用与地位 3

2 辉煌的历史 3

3 巨大的成就 5

4 铸造技术发展趋势 7

4.1 铸件的轻量化 8

4.2 铸件的精确化——新一代的精确铸造技术 9

4.3 数字化铸造——铸造过程的模拟仿真 11

4.4 网络化铸造 11

4.5 洁净化铸造——绿色铸造 13

5 结束语 13

参考文献 14

第2篇 铸造合金及其熔炼 15

1 铸铁的基础知识 17

1.1 铁－碳相图 17

第1章 铸铁及其熔炼 17

1.2 铸铁的种类及组织与性能特点 20

1.3 铸铁的凝固结晶过程 20

1.4 连续冷却过程铸铁的固态相变 30

1.5 影响铸铁铸态组织的主要因素 31

2 灰铸铁 37

2.1 灰铸铁的牌号及金相组织 37

2.2 灰铸铁的性能 43

2.3 灰铸铁的生产 51

3 球墨铸铁 57

3.1 球墨铸铁的牌号及金相组织 57

3.2 球墨铸铁的性能 67

3.3 球墨铸铁的生产 72

3.4 球墨铸铁的热处理 79

4 蠕墨铸铁 82

4.1 蠕墨铸铁的牌号及金相组织 82

4.2 蠕墨铸铁的性能特点 84

4.3 蠕墨铸铁的生产及其控制 87

4.4 蠕墨铸铁的应用 89

5 可锻铸铁 92

5.1 可锻铸铁的牌号及金相组织 92

5.2 可锻铸铁的性能特点 94

5.3 可锻铸铁的生产 96

6 特殊性能铸铁 104

6.1 抗磨铸铁 104

6.2 耐热铸铁 115

6.3 耐腐蚀铸铁 121

7 铸铁的熔炼 125

7.1 冲天炉的基本结构及一般操作过程 126

7.2 冲天炉熔炼的基本原理 127

7.3 冲天炉熔炼过程的控制 134

7.4 常用冲天炉及其主要结构参数的选择 148

7.5 感应电炉熔炼 156

7.6 双联熔炼 163

7.7 炉料及修炉材料 165

1 铸造碳钢 179

1.1 铸造碳钢的牌号及性能 179

第2章 铸钢及其熔炼 179

1.2 铸造碳钢的凝固过程和铸态组织 180

1.3 铸造碳钢的铸造性能及常见缺陷 181

1.4 铸造碳钢的常用热处理 184

2 铸造低合金钢及中合金钢 187

2.1 常用合金元素对组织性能的影响 187

2.2 铸造低合金钢的牌号及性能 189

2.3 低合金钢的铸造性能特点 194

2.4 低合金钢铸件的热处理 194

3.1 钢的耐腐蚀原理 195

3.2 不锈钢的牌号及性能（化学成分） 195

3 铸造不锈钢 195

3.3 不锈钢的铸造性能 196

3.4 常用不锈钢 196

4 铸造耐热钢 200

4.1 钢在高温下的失效机制 200

4.2 耐热钢牌号及性能 202

4.3 常用耐热钢 204

4.4 常用热强钢 205

5 高锰钢 209

5.1 高锰钢的牌号及性能特点 209

5.2 高锰钢的生产 213

5.3 高锰钢的热处理 214

5.4 高锰钢的发展 215

6 低温用铸钢 216

6.1 材料在低温下的失效 216

6.2 常用低温钢及其力学性能 226

7 铸钢的熔炼 238

7.1 电弧炉炼钢 238

7.2 感应电炉炼钢 249

7.3 铸造用钢的炉外精炼 252

1 铸造铝合金及其熔炼 258

1.1 铸造铝合金的分类及牌号 258

第3章 铸造非铁合金及其熔炼 258

1.2 铸造铝硅合金 261

1.3 铸造铝铜合金 270

1.4 铸造铝镁合金 274

1.5 铸造铝锌合金 276

1.6 铸铝件的热处理 277

1.7 铸造铝合金的熔炼 281

2.1 铸造铜合金的分类及牌号 287

2 铸造铜合金及其熔炼 287

2.2 铸造锡青铜 288

2.3 铸造铝青铜 292

2.4 铸造其他青铜 294

2.5 铸造黄铜 296

2.6 铸造白铜 300

2.7 铸造铜合金的熔炼 302

3.1 铸造镁合金的牌号及性能 307

3 铸造镁合金及其熔炼 307

3.2 镁铝锌合金 309

3.3 镁锌锆合金 313

3.4 其他镁合金 315

3.5 镁合金的熔炼特点 317

3.6 镁合金的热处理及表面化学处理 323

4 铸造锌合金及其熔炼 327

4.1 铸造锌合金的牌号及性能 328

4.2 工业用锌合金 331

4.3 锌合金的熔炼 333

4.4 锌合金的热处理及表面处理 335

5.1 轴承合金的牌号及分类 336

5 铸造轴承合金 336

5.2 锡基和铅基轴承合金 337

5.3 铝基轴承合金 343

5.4 铜基轴承合金 346

6.1 铸造钛合金牌号及其性能 350

6 铸造钛合金及其熔炼 350

6.2 铸造钛合金的熔炼 360

6.3 铸造钛合金的热处理 363

6.4 铸造钛合金的工艺性能 371

6.5 铸造钛合金的工程应用 374

7.1 铸造高温合金的分类与牌号 379

7 铸造高温合金及其熔炼 379

7.2 合金元素在铸造高温合金中的作用 381

7.3 铸造高温合金的显微组织 383

7.4 铸造高温合金的性能 385

7.5 铸造高温合金的热处理 396

7.6 铸造高温合金真空感应熔炼 398

7.7 铸造高温合金的发展前景 403

参考文献 404

第3篇 铸造成形工艺技术基础 407

2.1 金属熔化时体积的变化 409

2 气、液、固三态物性比较 409

第1章 液态金属和合金的结构 409

1 金属的熔化和气化过程 409

3 液态金属的结构 410

2.3 熔化前后金属原子间距和配位数 410

2.2 熔化热、熔化熵和蒸发热、蒸发熵 410

5 金属和合金液态结构的测定 411

4 液态合金结构 411

1.2 影响密度的几个因素 413

1.1 基本概念 413

第2章 液态金属和合金的基本物理性质 413

1 液态金属和合金的密度 413

1.3 液态金属和合金密度的测量 414

2.2 影响黏度的因素 415

2.1 黏度的定义 415

2 液态金属和合金的黏度 415

3.2 影响扩散系数的因素 417

3.1 液态金属和合金的扩散系数 417

3 液态金属和合金的扩散 417

4.1 表面张力的定义 418

4 液态金属和合金的表面张力 418

3.3 扩散系数的测量方法 418

4.2 影响表面张力的因素 419

4.3 表面张力的测量方法 420

1.2 液态金属的充型能力 428

1.1 液态金属的水力学特性 428

第3章 铸造成形过程中的液态金属流动 428

1 液态金属充型过程的流动 428

2.1 热作用 433

2 液态金属与铸型的相互作用 433

3.2 凝固过程液相区流体流动 434

3.1 凝固过程中的流体流动分类 434

2.2 物理、化学作用 434

2.3 机械作用 434

3 凝固过程中的液态金属流动 434

3.3 枝晶凝固过程两相区中的液体流动 435

1.1 相图与凝固 437

1 凝固过程的基本原理 437

第4章 液态金属的凝固 437

1.2 晶体的形核 439

1.3 晶体的长大方式与生长速率 440

2.1 凝固过程的传热 441

2 凝固过程的传热与传质 441

2.2 凝固过程中的传质 444

3.1 固－液界面前方的局部温度分布 445

3 单相合金的凝固 445

3.3 界面前方过冷状态对单相合金凝固过程的影响 446

3.2 单相合金凝固过程中的成分过冷 446

4.1 概述 450

4 共晶合金的凝固 450

3.4 界面稳定性理论 450

4.2 规则共晶凝固 451

4.3 非规则共晶凝固 453

5.1 包晶合金的凝固特点 454

5 包晶合金的凝固 454

5.4 亚、过包晶成分合金凝固 455

5.3 包晶相的生长 455

5.2 包晶相形核 455

6.2 偏晶合金的形核特点 456

6.1 偏晶合金特点 456

6 偏晶合金的凝固 456

6.4 Ostwald熟化 457

6.3 生长 457

6.6 碰撞、聚集和凝结 458

6.5 第二相沉积 458

1.1 凝固区域及凝固方式 460

1 铸件凝固组织的形成 460

第5章 铸件凝固组织的形成及控制 460

1.2 铸件宏观凝固组织及形成过程 461

2 铸件典型宏观凝固组织形态的控制 463

2.1 等轴晶的晶粒细化 464

2.2 单向凝固——柱状晶组织及单晶生长 465

2.3 共晶合金结晶组织的控制 468

1.1 胞晶凝固的溶质再分配 470

1 树枝晶凝固时的溶质再分配 470

第6章 铸件凝固组织中化学成分的不均匀性 470

2.1 微观偏析 471

2 枝晶凝固组织中的微观偏析及控制 471

1.2 有枝晶间液体流动时的溶质再分配 471

2.2 微观偏析的控制 472

3.1 枝晶间液体的流动对宏观偏析的影响 473

3 宏观偏析 473

3.5 减少宏观偏析的措施 475

3.4 V形和逆V形偏析 475

3.2 正常偏析 475

3.3 逆偏析 475

1.1 概述 477

1 铸件中的气体 477

第7章 铸件中的气体与非金属夹杂物 477

1.2 气体在金属中的溶解和析出 478

1.3 析出性气孔 482

1.4 反应性气孔 485

2.1 概述 486

2 铸件中的非金属夹杂物 486

2.2 非金属夹杂物的生成 487

2.3 夹杂物的长大、分布和形状 490

2.4 排除和减少非金属夹杂物的途径 491

1.1 收缩的基本概念 493

1 铸造合金的收缩 493

第8章 铸件的收缩及其引起的铸造缺陷 493

1.2 铸钢和铸铁的收缩 494

1.3 铸件的收缩 495

2.1 集中缩孔 496

2 铸件的缩孔和缩松 496

2.2 缩松 497

2.3 灰铸铁和球墨铸铁铸件的缩孔和缩松 500

2.4 防止铸件产生缩孔和缩松的途径 502

3.1 概述 503

3 铸件的热裂 503

3.2 热裂形成的温度范围和形成机理 504

3.3 影响热裂形成的因素和防止铸件产生热裂的途径 507

4.2 铸件在冷却过程中产生的应力 510

4.1 概述 510

4 铸造应力、变形及冷裂纹 510

4.3 影响铸造残余应力的因素及减少和消除铸造应力的途径 512

4.4 铸件的变形和冷裂 513

1.2 铸造成形过程中的一些流变学问题 516

1.1 流变学的一些基本概念 516

第9章 铸造成形过程中的流变行为 516

1 绪论 516

2.1 胡克弹性体流变性能 517

2 材料的简单流变性能 517

2.2 牛顿黏性体流变性能 518

2.3 圣维南塑性体流变性能 519

3.1 开尔芬体流变性能 520

3 材料的复杂流变性能 520

3.2 麦克斯韦体流变性能 521

3.3 宾汉体流变性能 522

3.4 普朗特体流变性能 523

3.5 流动中黏度不保持常数的黏性体流变性能 524

4.1 转筒式黏度计的流变性能测量 525

4 流变性能的测量 525

4.2 毛细管黏度计的流变性能测量 527

4.3 其他类型的流变性能测量 529

5.1 涂料涂覆操作对涂料流变性能的要求 530

5 铸造涂料流变性能 530

5.2 涂料分散体系特点及组成对其流变性能的影响 531

5.3 熔模铸造涂料的流变性能 534

5.4 砂型铸造涂料流变性能 536

5.5 一种新的涂料悬浮性测试法——沉降率测试法 537

6.2 不同情况下的型（芯）砂流变性能研究 539

6.1 型（芯）砂的黏结性特点及其在紧实过程中的流动现象 539

6 型（芯）砂的流变性能 539

6.3 型芯砂流变性能的机械模型 546

7.1 易熔伍德合金（Wood's Metal）的流变性能 547

7 铸造合金的流变性能 547

7.2 含有卵状晶半固态合金的流变性能 548

7.3 含树枝晶半固态合金的流变性能 552

8.1 流变学研究成果在铸件热裂研究中的应用 555

8 铸件缺陷的流变学研究 555

8.2 缩松形成的流变学特点 557

8.3 沉浮流动型铸造缺陷的流变学特点 559

9.1 熔模模料的流变性能 562

9 其他铸造中的流变学问题 562

9.2 熔融酚醛树脂的流变性能 563

9.3 泡沫聚苯乙烯的流变性能 564

9.4 不致密铸件的流变性能 565

参考文献 567

第4篇 砂型铸造 569

1 概述 571

第1章 黏土型砂 571

2.1 原砂 572

2 黏土砂用原材料 572

2.2 黏土 582

2.3 煤粉及其复合添加剂 588

2.4 淀粉类附加物 589

3.1 气孔 591

3 与型砂质量有关的铸件缺陷及其预防 591

3.2 粘砂 593

3.3 砂眼 596

3.4 夹砂 597

3.5 胀砂 599

4.1 黏土砂各种材料的选用 600

4 湿型黏土砂的性能及其控制 600

4.2 湿型砂的配比和性能控制 601

4.4 旧砂循环使用过程中应注意的问题 606

4.3 黏土湿型砂的混制 606

4.5 干型（芯）砂和表面烘干型砂 607

1.1 砂芯的分类 611

1 概述 611

第2章 芯砂 611

1.3 黏结剂的分类及其选择 612

1.2 制芯方法分类及其选择 612

2.1 植物油砂 613

2 加热硬化芯砂 613

2.2 合脂砂 616

2.3 改性渣油砂 617

2.4 其他油砂 618

2.5 热芯盒砂 619

2.7 覆膜砂 623

2.6 温芯盒砂 623

2.8 其他加热硬化芯砂 626

3.1 气硬冷芯盒法 627

3 冷法硬化芯砂 627

3.2 CO2－聚丙烯酸钠砂 630

3.4 其他冷法硬化芯砂 631

3.3 甲酸甲酯－碱性酚醛树脂砂 631

1.2 震实造型机 633

1.1 概述 633

第3章 造型、制芯及砂处理设备 633

1 造型设备 633

1.3 震压造型机 636

1.4 中低压压实造型机 639

1.5 高压造型机 641

1.6 射压造型机 643

1.7 气力冲击造型机 650

1.8 静压造型机 653

2.1 概述 658

2 制芯设备 658

2.2 热芯盒射芯机 659

2.3 壳芯机 665

2.4 冷芯盒射芯机 668

2.5 制芯中心 671

2.6 芯砂混砂机 674

3.2 黏土砂混砂机 676

3.1 概述 676

3 黏土砂处理设备 676

3.4 旧砂冷却装置 681

3.3 混砂机加料定量装置 681

4 砂处理系统的计算机控制 686

4.2 型砂性能的在线检测 687

4.1 水分自动控制系统 687

4.4 型砂质量分析与控制的计算机人工智能系统 689

4.3 物料加入量的计算机控制 689

5.3 铸造车间常用除尘设备 690

5.2 铸造车间除尘设备种类和特点、选用原则 690

5 铸造车间除尘设备 690

5.1 概述 690

2.1 工艺原理 693

2 CO2吹气硬化水玻璃砂 693

第4章 水玻璃砂型 693

1 概述 693

1.1 水玻璃砂的发展历程 693

1.2 水玻璃砂特点 693

1.3 水玻璃砂硬化方式及其分类 693

2.2 对原材料的要求 694

2.3 混合料配比及其混制工艺 695

2.4 型砂性能特点 697

2.5 CO2吹气硬化工艺及其装置 699

2.6 常见缺陷及其防止措施 700

2.7 CO2水玻璃砂的新发展（VRH法、复合硬化法） 702

3.2 对原材料的要求 703

3.1 工艺原理 703

3 有机酯水玻璃自硬砂 703

3.4 型砂性能特点及其影响因素 704

3.3 混合料配比及其混制工艺 704

3.5 酯硬化工艺主要装置 705

3.6 型砂常见缺陷及其防止措施 707

5.1 水玻璃旧砂的性能特征 708

5 水玻璃旧砂的再生回用 708

4 微波硬化水玻璃砂 708

4.1 微波硬化的工艺原理及型砂性能 708

4.2 微波硬化水玻璃砂典型设备 708

4.3 微波硬化水玻璃砂展望 708

5.3 干法再生工艺及其装备 709

5.2 水玻璃旧砂再生方法分类 709

5.4 湿法再生工艺及其装备 711

6.2 混砂及硬化工艺 713

6.1 石灰石原砂 713

6 石灰石CO2吹气硬化水玻璃砂 713

6.3 石灰石水玻璃砂存在的问题及其解决办法 714

2.1 原材料选用 716

2 酸固化树脂自硬砂 716

第5章 树脂自硬砂砂型 716

1 概述 716

1.1 自硬树脂砂的特点 716

1.2 分类 716

2.2 混合料配比及混制 720

2.3 树脂自硬砂的硬化特性 721

2.5 造型（芯）和浇注工艺 723

2.4 工艺性能 723

2.7 旧砂再生及再生砂质量控制 724

2.6 对模样和芯盒材料的要求 724

2.10 生产应用实例 729

2.9 环境卫生 729

2.8 酸自硬树脂砂的常见缺陷及预防措施 729

3.1 酚醛脲烷自硬树脂砂 731

3 酚醛脲烷树脂自硬砂 731

3.2 醇酸油脲烷树脂（alkyd-oil-arethane）砂 733

4.3 配比、混砂工艺及硬化特性 734

4.2 原材料选择 734

3.3 多元醇脲烷树脂（Polyol-arethane systems）砂 734

4 酯固化碱性酚醛树脂自硬砂 734

4.1 特点及应用范围 734

5 各种自硬树脂的性能及应用范围对比 735

4.5 旧砂再生 735

4.4 工艺性能 735

2.1 涂料的物理化学性能 737

2 涂料的性能及检测方法 737

第6章 砂型（砂芯）涂料 737

1 涂料的作用 737

2.2 涂料的工艺性能 738

2.3 涂料的工作性能 740

3.1 耐火填料 741

3 涂料的基本组成及主要原材料 741

3.2 载体 743

3.3 悬浮剂 744

3.4 黏结剂 745

4.2 常用涂料的配比 746

4.1 涂料的分类 746

3.5 助剂 746

4 涂料的分类及配比 746

5.2 浆状涂料的制备 750

5.1 膏状涂料的制备 750

5 涂料的制备方法及设备 750

6.2 浸涂法 751

6.1 刷涂法 751

5.3 原材料的预处理 751

6 涂料涂敷方法及设备 751

6.4 喷涂法 752

6.3 流涂法 752

8 涂料常见问题及对策 753

7.2 涂料使用中的质量控制 753

6.5 涂层转移法 753

7 涂料的质量控制 753

7.1 涂料生产质量控制 753

1.2 设计依据 755

1.1 概念 755

1.3 设计内容和程序 755

1 概述 755

1.4 审查零件结构的铸造工艺性 756

第7章 砂型铸造工艺、工装设计 757

2 铸造工艺方案的确定 762

2.1 造型、制芯方法的选择 763

2.2 浇注位置的确定 767

2.3 分型面的选择 768

2.4 砂箱（型）中铸件数量及排列的确定 770

3 工艺设计参数 772

3.1 铸件尺寸公差 772

3.2 铸件重量公差 773

3.3 机械加工余量 773

3.4 铸造收缩率（模样放大率、缩尺） 775

3.5 起模斜度 777

3.6 最小铸出孔及槽 778

3.7 工艺补正量 779

3.8 工艺肋 780

3.9 反变形量 781

3.12 砂芯负数（砂芯减量） 783

4 砂芯设计 783

4.1 砂芯的分类 783

3.11 分型负数 783

3.10 非加工壁厚的负余量 783

4.2 砂芯设置的基本原则 784

4.3 芯头设计 785

4.4 芯撑和芯骨 791

4.5 砂芯的排气、拼合及预装配 794

5 浇注系统设计 795

5.1 基本类型 795

5.2 基本组元 799

5.3 浇注系统结构尺寸的计算 808

5.4 铸铁件的浇注系统 813

5.5 铸钢件的浇注系统 820

5.6 非铁合金铸件的浇注系统 822

5.7 特殊形式浇注系统 824

6.1 概述 836

6.2 通用冒口补缩原理 836

6 冒口、冷铁设计 836

6.3 铸钢件冒口的设计与计算 840

6.4 铸铁件冒口的设计 849

6.5 非铁合金铸件的冒口 866

6.6 特种冒口及出气孔 871

6.7 冷铁 875

7 模样、模板设计 882

7.1 模样设计 882

7.2 模板设计 886

8.1 类型和材质 890

8.2 芯盒结构设计 890

8 芯盒 890

8.3 热芯盒和壳芯盒 896

9.1 设计和选用砂箱的基本原则 905

9.2 类型 905

9 砂箱及其他 905

9.3 砂箱结构 908

9.4 其他工艺装备 914

10.1 铸造工艺符号及表示方法 915

10.2 铸造工艺图 915

10 设计实例及工艺符号、工艺卡片 915

10.3 铸件图（毛坯图） 920

10.4 工艺卡 921

10.5 铸造工艺设计实例 924

参考文献 937