材料成型期末復習內容_圖文

1、材料成形技術基礎考試題型考試題型分成4部分:一、判定題二、選擇題三、填空題四、綜合題(包括問答題和計算題等舉例如下:一、判斷題1.縮孔和縮松都是鑄件的缺陷,在生產中消除縮孔要比消除縮松容易。2.鑄件鑄造后產生彎曲變形,其原因是鑄件的壁厚不均勻,鑄件在整個收縮過程中,鑄件各部分冷卻速度不一致,收縮不一致,形成較大的熱應力所至。3.影響鑄件凝固方式的主要因素是合金的化學成分和鑄件的冷卻速度。4.鑄造應力包括熱應力和機械應力,鑄造應力使鑄件厚壁或心部受拉應力,薄壁或表層受壓應力。鑄件壁厚差越大,鑄造應力也越大。5.熔化焊、壓力焊、釬焊過程中,一般均需對接頭進行加熱,并且均需對被焊接頭提供有效地保護,

2、以防空氣的有害作用。二、選擇題1.壓力加工的操作工序中,工序名稱比較多,屬于自由鍛工序的是(,屬于板料沖壓工序的是(。A.鐓粗、拔長、沖孔、彎曲;B. 拉深、彎曲、沖孔、翻邊;C.鐓粗、拔長、沖孔、軋制;D.拔長、鐓粗、擠壓、翻邊。2.焊接過程中,熱量傳遞分成三種方式,母材和焊條以(熱傳導為主。A.傳導;B.對流;C.輻射。3.如圖4所示應力框鑄件,在室溫下,各桿 的應力狀態(tài)為(。若用鋼鋸沿A-A線將30桿鋸斷,此時斷口間隙將(。A、30桿受壓、10受拉;B、30桿受拉、10桿受壓。C、增大;D、減小;E、縮短;F、不變;G、消失;H、伸長;三、填空題1.影響合金充型能力的主要因素有(和(、(

3、。2.順序凝固通過安放冒口和冷鐵來實現(xiàn)。冒口的作用是(,冷鐵的作用是(。3.焊接方法按其特點可分為(類。4.手工電弧時,焊條鋼芯起到的作用是(和(。四、綜合題1.計算圖中1、2、3、4、5的新增表面能? 第一章:材料成形技術基礎是材料加工工程、材料學和材料物理與化學相關的一門科學,又有個性特色的綜合學科。它包括鑄造、焊接和塑性變形及表面工程等書的綜合體。一.機器制造的一般過程(齒輪為例一按材料成形類型分四種加工方法:1.成形加工:凝固成形、塑性成形、焊接成形、粉末壓制、塑料成形;2.切除加工:車、銑、刨、鉆、磨、電火花、電解、超聲加工、激光加工等;3.表面成形加工:表面形變、淬火強化、化學強化

4、、表面鍍層、氣相沉積鍍膜;4.熱處理加工:退、正、淬、回火;什么是凝固成形、塑性成形、焊接成形? 知道什么是材料基本加工要素及流程三個基本要素:材料、能量、信息三大流程:1.材料流程每一種類型的材料流程中,用來產生形狀和性能變化的的過程,叫基本過程。材料加工過程一般包含三個階段:第一階段:材料形狀、尺寸或性能的變化,指加熱、熔化和下料等;第二階段:生產所需形狀和尺寸的過程;第三階段:最后過程,如裝配等完成上述過程通常需要,機械過程、熱過程和化學過程。2.能量流程包括機械過程的能量流程(通過介質向材料或工件提供能量和熱過程的能量流程(通常由電能、化學能或機械能轉化而得。包括傳遞介質與加工材料之間

5、的相對運動;作用在加工材料上的壓力差;直接產生加工材料中的質量力。包括電能轉化為熱能;化學能通過燃燒產生熱能;以機械能為基礎的熱源(摩擦焊3.信息流程形狀信息:通過刀具或模具將加工的信息和形狀施加到材料上;性能信息:加工過程后最終的結果,如材料性能變化。1. 凝固成形的基本問題和發(fā)展概況基本問題:充填、凝固兩個基本過程是液態(tài)金屬質量不變過程,在重力作用下的充填鑄形和冷卻凝固兩個基本過程。充填是一種機械過程,而凝固是熱過程。熱量傳遞的方式有傳導、對流和輻射三種方法。結果是從微觀上看,組織結構的變化,宏觀上看,從液態(tài)到固態(tài)的變化。凝固時要考慮的問題:凝固組織的形成和控制;(晶粒大小、方向和形態(tài);控

6、制組織的方法有:孕育、半固態(tài)、定向固態(tài)、快速凝固等。鑄造缺陷的防止和控制;(縮孔、縮松鑄件尺寸精度與表面粗糙度控制等;2. 塑性成形的基本問題基本問題:材料的塑性是塑性成形的前提條件;塑性成形需要能量;加工材料受外力作用發(fā)生塑性流動時、位移和應力變化;形狀信息的準確輸入等;3焊接成形的基本問題基本問題:焊接成形時利用各種形式的能量使被連接的表面產生原子(分子間的結合而成為一體的成形工藝。包含熱過程、物理化學冶金過程、應力變形過程。三大類焊接方法:熔焊(表面熔化、固相焊(被焊表面不熔化、釬焊(被焊表面之間填加低熔點材料。能量的輸入;清除表面污染;組織性能不均勻;殘余應力及殘余變形;焊缺陷及檢測;

7、焊接結構的制造問題等;4.表面成形基本問題:不改變基體組織結構和成分、不降低基體的各種性能,通過表面涂層和表面改性技術或兩種復合設計零件表面。表面涂層:材料表明與基體材料不同,涂層與基體的結合、涂層的材料及結構等;表面改性:材料表明與基體材料有一定聯(lián)系,針對材料的服役條件及損傷機理并結合基體材料,設計合理的表面。組織結構;針對希望的表面組織及結構,研究活動這一表面材料的方法; 第二章材料凝固理論第一節(jié)材料凝固概述凝固是材料成形過程中的組織的一種化學物理現(xiàn)象;它涉及到多學科的知識,并處于當代材料的研究的前沿,各種復合材料、激光熔覆等材料;金屬的熔化、澆注和凝固貫穿于加工、鑄造和焊接過程中。凝固常

8、發(fā)生的5種變化時什么,有什么特點?什么是凝固潛熱?液態(tài)與固態(tài)結構相似,液態(tài)金屬由許多近程有序的“原子集團”組成,有大的能量起伏,激烈熱運動和空穴,原子集團處于變化狀態(tài);固體則相反:稱“遠程有序”,不確定因素減少。研究晶體結構可能。體積縮小,凝固時產生縮孔、縮松等,凝固應力也引起變形和裂紋。自發(fā)過程的兩個判據(jù):判據(jù)一:Helmholtz(亥姆霍茲自由能最低原理,判據(jù)二:Gibbs (吉布斯自由能判據(jù):熵是表示一個體系的紊亂程度,熵值越大,體系越紊亂。當材料發(fā)生液-固轉變時,熵值將減小,說明固體比液體的結構更“整齊”。焓(H :體系等壓過程中熱量的變化-熵(S:熱量和溫度的比值,反映體系紊亂程度界

9、面的潤濕性 =0:完全潤濕;<90º:潤濕>90º不潤濕;=180º:完全不潤濕第三節(jié)形核凝固過程分成兩大類:,1、非晶態(tài):沒有固定溫度,凝固后形成的固體;2、晶體:有固定的凝固溫度,凝固后形成的固體,其凝固過程經歷形核和長大等過程。介穩(wěn)定指的是系統(tǒng)遠離平衡狀態(tài),但卻能通過與外界進行物質和能量的交換而維持相對穩(wěn)定的系統(tǒng)形核是晶體凝固的起始階段,即固相核心的形成與晶核生長至液相耗盡為止。1.自發(fā)形核(均勻形核:新相晶核是在母相中均勻地生成的,即晶核由液相中的一些原子團直接形成,不受雜質粒子或外表面的影響;2.非自發(fā)形核(非均勻(異質形核:新相優(yōu)先在母相中

10、存在的異質處形核,即依附于液相中的雜質或外來表面形核。形核劑應具備的條件:計算1、2、3、4、5的界面自由能? 222451a a a G i =-=:位置2222242a a a G i =-=:位置033322=-=a a G i :位置2222424a a a G i -=-=:位置222455a a a G i -=-=:位置 與動力學過冷度的關系不同生長方式生長速率三、生長速度旋轉晶界孿晶溝槽螺型位錯晶體中的缺陷二維晶核臺階側向生長-光滑界面連續(xù)生長-粗糙界面:晶體的生長方式旋轉晶界孿晶溝槽螺型位錯晶體中的缺陷二維晶核臺階側向生長-光滑界面連續(xù)生長-粗糙界面旋轉晶界孿晶溝槽螺型位錯晶

11、體中的缺陷二維晶核臺階側向生長-光滑界面連續(xù)生長-粗糙界面旋轉晶界孿晶溝槽螺型位錯晶體中的缺陷二維晶核臺階長-光滑界面長-粗糙界面 掌握金屬凝固時的溶質分配規(guī)律,是控制凝固偏析的基礎, 單相合金:只析出一種固相多相合金:析出多種固相合金的凝固是在兩相共的溫度區(qū)間內完成的,隨溫度下降,固相成分沿固相變化,液相成分沿液相變化,因此凝固過程必須有傳質過程發(fā)生,由于各組元中不同的化學位不同,固液界面兩側都將不斷發(fā)生再分配現(xiàn)象。六、宏觀偏析宏觀偏析通常指整個鑄錠或鑄件在大于晶粒尺度的大范圍內產生的成分不均勻的現(xiàn)象1、正常偏析:對于<1的合金,先凝固區(qū)域的溶質含量低于后凝固區(qū)域,與正常溶質再分配規(guī)律

12、一致。2、逆偏析:對于>1的合金,外層的一定范圍內溶質含量分布由外向內逐漸降低3、密度偏析:由于重力作用產生的化學成分不均勻的現(xiàn)象。k 0k 0k金屬或合金在鑄型中凝固時,可以分為液相區(qū)、固液兩相區(qū)和固相區(qū)。 金屬或合金凝固分區(qū)示意圖2、收縮控制:鑄件在冷卻過程中體積縮小的現(xiàn)象叫收縮。收縮可分成三個階段:液態(tài)收縮、凝固收縮、固態(tài)收縮。液態(tài)收縮:從澆注溫度降低到凝固開始的溫度時,發(fā)生的體積收縮;凝固收縮:合金再凝固階段的體積收縮;固態(tài)收縮:固態(tài)合金因溫度降低發(fā)生的體積收縮。液態(tài)收縮、凝固收縮是引起縮孔、縮松的主要原因,而固態(tài)收縮是產生鑄造應力、變形和裂紋的主要原因。第八節(jié)凝固成形的應用一、

13、鑄造生產過程中的凝固控制1、充型能力控制充型能力:液態(tài)金屬充滿型腔,獲得形完整、輪廓清晰鑄件的能力。影響因素:金屬金屬性質方面、鑄型性質方面、澆鑄條件方面和鑄件結構方面。鑄件凝固后,由于合金的收縮,在最后凝固部位會出現(xiàn)孔洞。體積大而集中的孔洞稱為縮孔;細小而分散的空洞稱為縮松。鑄件的縮松:縮松是鑄件以糊狀凝固方式凝固時,最后凝固的區(qū)域沒能得到液態(tài)合金的補充造成的分散、細小的顯微縮孔根據(jù)分布形態(tài),縮松分為宏觀縮松和微觀縮松兩類宏觀縮松:指用肉眼或放大鏡可以看到的細小孔洞,通常出現(xiàn)在縮孔的下方微縮縮松:是指分布在枝晶間的微小孔洞,在顯微鏡下才能看到?？s孔、縮松的存在都會使鑄件受力的有效截面積減小,

14、使鑄件強度降低。在生產中應盡量防止或減少縮孔、縮松?？梢岳妹翱?、冷鐵和補貼等工藝措施,并結合運用順序凝固或同時凝固的工藝原則來實現(xiàn)。鑄件在冷卻過程中體積縮小的現(xiàn)象叫收縮。收縮可分成三個階段:液態(tài)收縮、凝固收縮、固態(tài)收縮。液態(tài)收縮:從澆注溫度降低到凝固開始的溫度時,發(fā)生的體積收縮;凝固收縮:合金再凝固階段的體積收縮;固態(tài)收縮:固態(tài)合金因溫度降低發(fā)生的體積收縮。液態(tài)收縮、凝固收縮是引起縮孔、縮松的主要原因,而固態(tài)收縮是產生鑄造應力、變形和裂紋的主要原因。按應力形成原因分類:熱應力鑄件在冷卻過程中,由于各部分冷卻速度不一致,造成收縮量不一致,彼此制約的結果,所形成的應力;相變應力鑄件冷卻過程中發(fā)生

15、固態(tài)相變的時間不一致,體積和長度變化的時間也不一致,彼此制約,形成的應力;機械應力鑄件冷卻收縮過程中,線收縮受到機械阻礙而產生的應力。 框形鑄件熱應力形成過程第一階段(01:在高于彈塑性轉變階段,兩桿均處于塑性狀態(tài),瞬時的應力均可通過塑性變形釋放;第二階段(12:冷卻較快的桿II已進入彈性狀態(tài),而粗桿I仍處于塑性狀態(tài),所以桿II收縮大于桿I,細桿II受拉伸,粗桿I受壓縮,形成臨時內應力;第三階段(23:粗桿I溫度較高,還會有較大的收縮,細桿II溫度較低,收縮較小,所以粗桿I的收縮會受到桿II的強烈阻礙,桿II受壓縮,桿I受拉伸,直到室溫,形成殘余應力。由于等軸晶性能均勻穩(wěn)定,沒有方向性,故其是

16、生產中優(yōu)先選擇的宏觀組織形態(tài)。工藝上常采取的工藝措施有以下4條:(1適當降低澆注溫度;(2合理運用鑄型的激冷作用;(3孕育處理;(4動態(tài)晶粒細化。工程陶瓷中的玻璃相為什么大多以非晶態(tài)的形式出現(xiàn)?硅酸鹽熔體不容易形成晶體,而多以非晶態(tài)形式出現(xiàn)。由于熔體中存在各種聚合硅氧四面體,進一步連接成更大型的結構,因硅氧結合鍵能大,打開結合鍵需很高的能量,使硅酸鹽熔體的結構重建比金屬熔體困難,即形核需越過的勢壘高(比金屬形成晶體需要一定的條件,即需要創(chuàng)造非均勻形核的條件。另一個原因是:硅酸鹽熔體有巨大的溶解能力,幾乎把所有外來的形核質點都溶解在本體中,故非自發(fā)形核非常困難,因此硅酸鹽熔體易形成非晶態(tài)。焊接熔

17、池特征:體積小,冷卻速度快(30cm3,100g,4-100/s過熱溫度高(熔池1770±100 ,熔滴2300±200 動態(tài)下凝固(形成焊縫對流強烈( 焊接熔池凝固及焊縫的形成焊接過程中改善凝固組織,防止粗晶產生的主要措施:1變質處理2振動結晶3優(yōu)化焊接工藝參數(shù)第三章材料成形熱過程一焊接熱過程的基本特點焊接分類:根據(jù)熱源的性質、形成接頭的狀態(tài)及是否采用加壓來劃分。1、熔化焊熔化焊是將焊件接頭加熱至熔化狀態(tài),不加壓力完成焊接的方法。它包括氣焊、電弧焊、電渣焊、激光焊、電子束焊、等離子弧焊、堆焊和鋁熱焊等。2、壓焊壓焊是通過對焊件施加壓力(加熱或不加熱來完成焊接的方法。它包括

18、爆炸焊、冷壓焊、摩擦焊、擴散焊、超聲波焊、高頻焊和電阻焊等。3、釬焊釬焊是采用比母材熔點低的金屬材料作釬料,在加熱溫度高于釬料低于母材熔點的情況下,利用液態(tài)釬料潤濕母材,填充接頭間隙,并與母材相互擴散實現(xiàn)連接焊件的方法。它包括硬釬焊、軟釬焊等。焊接熱過程對工件的質量的影響:影響焊接的物理化學冶金反應影響焊接接頭的固體相變影響焊接接頭的殘余應力和變形影響焊接接頭的質量、凝固成形過程和基本特點加熱熔化和冷卻凝固兩個過程。即將金屬材料加熱熔化到液態(tài),然后澆注到相應的鑄形空腔中,冷卻、凝固成毛坯或零件。鑄鐵加工方法:沖天爐或三節(jié)爐加熱熔化。鑄鋼或非鐵合金:電弧爐或感應電爐加熱熔化。三、塑性成形熱過程的

19、基本特點1.鋼在加熱時熱擴散性能的變化,熱擴散是指金屬材料在加熱過程中溫度在金屬內部的傳播能力。材料的熱擴散性好,即表明加熱時溫度在金屬內部傳播的速度快,因而在材料斷面上的溫差就小,由此產生的溫度應力就小;同時,由于加熱時,溫度均勻化的速度快,因而可以采用快速加熱的方法提高生產率。三、塑性成形熱過程的基本特點2、塑性成形熱過程的氧化和脫碳1.氧化:鋼材在高溫下,其表層金屬與爐氣中的氧化性氣體發(fā)生氧化性能反應,鋼材表層被氧化二產生氧化皮的過程。氧化危害大(鋼材燒損、鍛件表面質量和模具壽命降低、爐底腐蝕損壞等三、塑性成形熱過程的基本特點2、塑性成形熱過程的氧 化和脫碳1.氧化鐵皮形成過程:影響氧化

20、的因素:1、爐氣性質:燃燒時空氣的供給量,多氧化;少氧化少2、加熱溫度:溫度低于570-600,幾乎不氧化,900-950,急劇氧化;3、加熱時間:時間越長,氧化越嚴重;4、鋼的化學成分:鋼種碳增加,形成CO,消弱氧化擴散過程;Cr、Ni、Al、Mo等合金元素形成致密的氧化薄膜,阻止氧化。防止氧化的措施:1、控制爐氣性質:減少空氣過剩;2、快速加熱:縮短高溫停留時間;3、介質保護加熱:鋼表面與氧化氣隔離。影響脫碳的因素:1、爐氣性質2、加熱溫度3、加熱時間4、鋼的化學成分防止脫碳的措施:1、控制爐氣性質:減少空氣過剩;2、快速加熱:縮短高溫停留時間;3、介質保護加熱:鋼表面與氧化氣隔離。電弧熱

21、消耗分三部分:1、被金屬吸收,加熱熔化母材;2、焊接材料吸收,加熱熔化焊接材料;3、被母材以熱傳導形式形成熱影響區(qū)。溫度場:加熱或冷卻過程中某一瞬時的溫度分布。可通過實測或數(shù)值模擬得到。 一、焊接溫度場定義:所謂焊接溫度場是指在焊接集中熱源的作用下,被焊工件上(包括內部各點在某一瞬時的溫度分布。四、影響焊接熱循環(huán)的的因素1、焊件尺寸形狀的影響2、接頭形式的影響3、焊接長度的影響4、焊接熱輸入的影響5、預熱溫度的影響6、焊接時冷卻條件的影響對于熱塑性加工(熱鍛、熱軋、熱擠壓等成形之前加熱是必須的過程。加熱過程的變化過程:1、組織結構的變化:2、力學性能變化:3、物理性能變化:4、化學性能變化:固

22、體金屬材料的加熱過程,主要是熱源通過對流和輻射的形式對金屬加熱,在金屬內部主要通過熱傳導的形式傳遞熱量,使金屬材料的溫度逐步均勻化。五、焊接化學冶金過程(一焊接化學冶金的特點1、焊接時金屬的保護2、焊接化學冶金反應區(qū)(二氣體與金屬的作用1、氮對金屬的作用2、氫對金屬的作用3、氧對金屬的作用(三熔渣與金屬的相互作用1、焊接熔渣的作用2、焊接金屬的氧化脫氧3、焊縫金屬的脫硫、脫磷(一焊接化學冶金的特點1、焊接時金屬的保護埋弧焊、氣體保護焊、真空電子束焊焊條藥皮和焊絲藥芯一般含造渣劑和造氣劑等,這些物質熔化后,形成熔渣,覆蓋在熔滴和熔池表面隔開空氣。熔渣凝固后,焊縫上形成渣殼,防止處于高溫的焊縫與空

23、氣接觸。造氣劑受熱分解,析出氣體,并且受熱膨脹,形成氣流吹向熔池,將焊區(qū)與空氣隔開。(二氣體與金屬的作用很多氣體,其中氮、氫、氧影響大1、氮對金屬的作用氮在高溫時2200,在液體鐵中溶解度最大,2750 為零,凝固時,降25%氮對焊接質量的影響:在碳鋼焊縫中氮是有害的雜質,是促使焊縫產生氣孔的主要原因之一。氮是提高低碳鋼和低合金鋼焊縫金屬強度、降低塑性和韌性的元素。氮是促進焊縫金屬時效脆化的元素。使強度上升,塑性和韌性下降。控制焊縫含氮量的主要措施:a、控制氮的主要措施是加強保護,防止空氣與金屬作用;b、選用合適的參數(shù):采用短弧焊(即減小電弧電壓、增大焊接電流、采用直流反接均可降低焊縫含氮量;

24、c、增加有效元素:在藥皮中加入造氣劑(如碳酸鹽、有機物等,形成氣渣聯(lián)合保護,可使焊縫含氮量下降到0.02%以下;增加焊絲或藥皮中的含碳量,可降低焊縫中的含氮量。(二氣體與金屬的作用2、氫對金屬的作用氫主要來源于焊條藥皮、焊劑中的水分、藥皮中的有機物,焊件和焊絲表面上的污物(鐵銹、油污和空氣中的水分等。1、氫在金屬中的溶解2、氫對焊接質量的影響氫使焊縫金屬的塑性性嚴重下降,促使在焊接接頭中產生氣孔和延時裂紋,并且還會在拉伸試樣的斷面上形成白點,歸納如下:a 氫脆;b 白點;c 形成氣孔;d 產生冷裂紋。3 、控制氫的措施:a限制焊接材料的含氫量;b清除焊絲和焊件表面的雜質;c 冶金處理;d控制焊

25、接參數(shù);e焊后脫氫處理。(二氣體與金屬的作用3、氧對金屬的作用氧對焊接質量的影響:氧在焊縫中無論以何種形式存在,對焊縫的性能都有很大影響。隨著含氧量的增加,焊縫強度、塑性、韌性都有明顯下降,尤其是低溫沖擊韌度急劇下降。此外,它還一起熱脆、冷脆和時效硬化。另外,氧燒損鋼中的有益元素使焊縫性能變化。熔滴中含氧和碳多時,它們相互作用生成CO受熱膨脹,使熔滴爆炸,造成飛濺,影響焊接過程的穩(wěn)定性。減少焊縫含氧量的措施:1純化焊接材料,在焊接某些要求比較高的合金鋼、合金和活性金屬時,應盡量用不含氧或氧少的焊接材料。2控制焊接工藝參數(shù),為了減少焊縫含氧量,應采用短弧焊。3脫氧:用控制焊接工藝參數(shù)的方法減少焊

26、縫含氧量是受限制的,所以必須用冶金的方法進行脫氧,比如硅錳聯(lián)合脫氧。(三熔渣與金屬的相互作用2、焊接金屬的氧化脫氧(焊接時脫氧方式有哪些答:氧對焊接質量的影響:氧在焊縫中無論以何種形式存在,對焊縫的性能都有很大影響。隨著含氧量的增加,焊縫強度、塑性、韌性都有明顯下降,尤其是低溫沖擊韌度急劇下降。此外,它還一起熱脆、冷脆和時效硬化。另外,氧燒損鋼中的有益元素使焊縫性能變化。熔滴中含氧和碳多時,它們相互作用生成CO受熱膨脹,使熔滴爆炸,造成飛濺,影響焊接過程的穩(wěn)定性。減少焊縫含氧量的措施:1純化焊接材料,在焊接某些要求比較高的合金鋼、合金和活性金屬時,應盡量用不含氧或氧少的焊接材料。2控制焊接工藝

27、參數(shù),為了減少焊縫含氧量,應采用短弧焊。3脫氧:用控制焊接工藝參數(shù)的方法減少焊縫含氧量是受限制的,所以必須用冶金的方法進行脫氧,比如硅錳聯(lián)合脫氧。(三熔渣與金屬的相互作用3、焊縫金屬的脫硫、脫磷(問題10,為什么要對焊縫金屬進行脫硫、脫磷處理?具體方法硫和磷是焊縫中的有害物質,會引起鋼的熱脆(硫和冷脆(磷,降低沖擊韌性。焊縫中的硫(母材、焊絲和藥皮脫硫:常用Mn、堿性氧化物MnO、CaO:FeS+Mn=MnS+FeFeS+MnO=MnS+FeOFeS+CaO=CaS+FeO 酸性渣比堿性渣脫硫能力差;磷在液態(tài)金屬中以Fe2P和P2O5形式存在,脫磷:將磷先氧化成P2O5,第二步與堿性氧化物Ca

28、O或CaF反應生成復合物進入熔渣。目前多采用限制母材、焊絲和藥皮中的硫和磷含量。電弧熱消耗分三部分:1、被金屬吸收,加熱熔化母材;2、焊接材料吸收,加熱熔化焊接材料;3、被母材以熱傳導形式形成熱影響區(qū)鍛造前的加熱:加熱方法:1、火焰加熱2、電加熱:包括1、感應電加熱;2、接觸電加熱;3、電阻爐加熱;4、鹽浴爐加熱;什么事溫度場:加熱或冷卻過程中某一瞬時的溫度分布?？赏ㄟ^實測或數(shù)值模擬得到。第四章塑性成形:(也稱塑性加工或壓力加工是利用金屬的塑性,在外力作用下,使金屬發(fā)生塑性變形,從而獲得所需形狀和性能的工件的一種加工方法。塑性成形按受力和變形分類(2類:體積成形:鍛造、軋制、擠壓和拉拔等;板料

29、成形:沖裁、彎曲、拉伸和成形;塑性成形按加工溫度分類(2類:熱成形:冷成形:冷塑性變形機理:包括晶粒內部變形(晶內變形和晶界變形(晶間變形兩種機理。(一晶內變形:晶內變形的主要方式是滑移(為主和孿生(次要;滑移所需臨界切應力小于孿生所需臨界切應力,故多晶體塑性變形的主要方式是滑移變形。對于密排六方金屬,孿生變形起著重要作用。滑移:在力的作用下,晶體的一部分沿一定的晶面(滑移面和晶向(滑移方向相對于晶體的另一部分發(fā)生相對移動。產生宏觀塑性變形。孿生:在切應力作用下,晶體的一部分沿一定的晶面(孿生面和晶向(孿生方向發(fā)生均勻切變。產生宏觀塑性變形。 圖晶體滑移時的應力分析一金屬冷態(tài)下的塑性變形晶體滑

30、移時的應力分析如圖所示,橫截面積為A 的單晶試棒,在拉力F作用下產生變形?，F(xiàn)于單晶體中任取一個法線為N 的滑移面,如圖所示的滑移方向,滑移方向與法線的夾角為,滑移面法線與拉伸軸的夾為,力在滑移方向上的分力為F =F·cos ,繼而可求出滑移方向上的分切應力式中cos ·cos 稱取向因子,記作:=cos ·cos 。=90º,即當=45º時,max =l/2,滑移處于最有利的取向,也稱軟取向。而當=00、900時,=0 ,稱為硬取向。孿生: 孿生是指在切應力作用下,晶體的一部分沿著一定的晶面(孿生面和一定的晶向(孿生方向 發(fā)生的均勻切變。孿生是

31、塑性變形的另一種重要形式,它常作為滑移不易進行時的補充。這樣的切變并未使晶體的點陣類型發(fā)生變化,但它卻使均勻切變區(qū)中的晶體取向發(fā)生變更,變?yōu)榕c未切變區(qū)晶體呈鏡面對稱的取向。變形與未變形兩部分晶體合稱為孿晶;均勻切變區(qū)與未切變區(qū)的分界面(即兩者的鏡面對稱面稱為孿晶界;發(fā)生均勻切變的那組晶面稱為孿晶面(即(111面;孿生面的移動方向(即 方向稱為孿生方向。孿生的特點:(1孿生變形也是在切應力作用下發(fā)生的,并通常出現(xiàn)于滑移受阻而引起的應力集中區(qū),因此,孿生所需的臨界切應力要比滑移時大得多。(2孿生是一種均勻切變,即切變區(qū)內與孿晶面平行的每一層原子面均相對于其毗鄰晶面沿孿生方向位移了一定的距離,且每一

32、層原子相對于孿生面的切變量跟它與孿生面的距離成正比。(3孿晶的兩部分晶體形成鏡面對稱的位向關系。二晶間變形:晶間變形主要是晶粒之間相互滑動和轉動。(晶界間的切應力大到可以克服晶粒之間的滑動阻力時,發(fā)生滑動;晶粒所處位向不同,相鄰晶粒間有相互作用,產生力偶,使晶粒轉動。塑性變形主要是晶內變形,晶間變形時次要的。2、熱塑性變形機理(1晶內滑移:高溫時原子間距加大,熱振動和擴散速度增加,位錯滑移、攀移、交滑移及節(jié)點脫錨比低溫容易;滑移系增多,滑移靈便性提高,各晶粒之間變形更加協(xié)調;晶界對位錯運動阻礙作用減弱。因此,其主要機理仍然是晶內滑移。晶內滑移:晶內孿生:晶界滑移:擴散蠕變:變形機理主要有:點的

33、應力狀態(tài)不同于物理量的標量和矢量,它需要用過該點的三個互相垂直截面上的三個應力矢量才能完整地確定。這樣的物理量又稱為二階張量。因此點的應力狀態(tài)是二階張量。 應力分量符號帶有兩個下角標,第一個下角標表示該應力分量作用面的法線方向,第二個下角標表示它的作用方向。兩個下角標相同的是正應力分量,例如xx 即表示x 面上平行于x 軸的正應力分量,簡寫為x ;兩個下角標不同的是剪應力分量,例如xy 即表示x 面上平行于y 軸的剪應力分量。問題:最大剪應力面上是否存在正應力?若存在其值為何?這個正應力會為零嗎? 主平面上只有法向應力即主應力,而無剪應力;而主剪應力平面上既有剪應力又有正應力。主剪應力平面上的

34、正應力為:孿生的特點:(1孿生變形也是在切應力作用下發(fā)生的,并通常出現(xiàn)于滑移受阻而引起的應力集中區(qū),因此,孿生所需的臨界切應力要比滑移時大得多。(2孿生是一種均勻切變,即切變區(qū)內與孿晶面平行的每一層原子面均相對于其毗鄰晶面沿孿生方向位移了一定的距離,且每一層原子相對于孿生面的切變量跟它與孿生面的距離成正比。(3孿晶的兩部分晶體形成鏡面對稱的位向關系。二晶間變形:晶間變形主要是晶粒之間相互滑動和轉動。(晶界間的切應力大到可以克服晶粒之間的滑動阻力時,發(fā)生滑動;晶粒所處位向不同,相鄰晶粒間有相互作用,產生力偶,使晶粒轉動。塑性變形主要是晶內變形,晶間變形時次要的。冷塑性變形的特點:1、各晶粒變形的

35、不同時性;2、各晶粒變形的相互協(xié)調性;3、晶粒與晶粒之間和晶核內部與晶界附近區(qū)域之間變形的不均勻性。熱塑性變形對金屬組織和性能的影響1對組織的影響(1改善晶粒組織,細化晶粒對于鑄態(tài)金屬,粗大的樹枝狀晶經塑性變形及再結晶而變成等軸(細晶粒組織;對于經軋制、鍛造或擠壓的鋼坯或型材,在以后的熱加工中通過塑性變形與再結晶,其晶粒組織一般也可得到改善。(2鍛合內部缺陷鑄態(tài)金屬中疏松、空隙和微裂紋等缺陷被壓實,提高金屬致密度。鍛合經歷兩個階段:缺陷區(qū)發(fā)生塑性變形,使空隙兩壁閉合;在壓應力作用下,加上高溫,使金屬焊合成一體。沒有足夠大的變形,不能實現(xiàn)空隙閉合,很難達到宏觀缺陷焊合。足夠大三向壓應力,能實現(xiàn)微

36、觀缺陷鍛合。3形成纖維組織在熱變形過程中,隨變形程度增加,鋼錠內粗大樹枝晶沿主變形方向伸長,與此同時,晶間富集的雜質和非金屬夾雜物的走向也逐漸與主變形方向一致,形成流線。由于再結晶的結果,被拉長的晶粒變成細小的等軸晶,而流線卻很穩(wěn)定地保留下來直至室溫。4破碎改善碳化物和非金屬夾雜在鋼中分布高速鋼、高鉻鋼、高碳工具鋼等,其內部含有大量的碳化物。通過鍛造或軋制,可使這些碳化物被打碎、并均勻分布,從而改善了它們對金屬基體的削弱作用。熱塑性變形對性能的影響細化晶粒、鍛合內部缺陷、破碎并改善碳化物和非金屬夾雜在鋼中分布可提高材料的強度、硬度、塑性和韌性。纖維組織形成,使金屬力學性能呈各向異性,沿流線方向

37、比垂直流線方向具有較高的力學性能,其中尤以塑性、韌性指標最為顯著。 (1拉應力會促使晶間變形,加速晶界破壞,壓應力阻止或減少晶間變形;三向等壓作用的增強,晶間變形愈加困難。(2三向等壓作用有利于塑性變形過程中形成的各種損傷的愈合;而拉應力則相反,會促使損傷的發(fā)展。(3三向等壓作用能抑制材料中原先存在的各種缺陷的發(fā)展,部分或全部地消除其危害。(4三向等壓作用可抵消不均勻變形所引起的附加拉應力,從而有利于防止裂紋的產生。應力狀態(tài)對材料塑性的影響原因:(1拉應力會促使晶間變形,加速晶界破壞,壓應力阻止或減少晶間變形;三向等壓作用的增強,晶間變形愈加困難。(2三向等壓作用有利于塑性變形過程中形成的各種

38、損傷的愈合;而拉應力則相反,會促使損傷的發(fā)展。(3三向等壓作用能抑制材料中原先存在的各種缺陷的發(fā)展,部分或全部地消除其危害。(4三向等壓作用可抵消不均勻變形所引起的附加拉應力,從而有利于防止裂紋的產生。第五章凝固成形通常稱之為鑄造,即將金屬材料熔化成液態(tài)后澆注入與擬成形的零件形狀及尺寸相適應的模型空腔中,帶液態(tài)金屬冷卻凝固后,獲得具有一定形狀、尺寸和性能的金屬零件或毛坯的成形方法。鑄造的主要特點:優(yōu)點:投資小、生產周期短、技術過程靈活性大、能制造形狀復雜的零件。缺點:鑄件內部組織疏松、晶粒粗大,易產生縮孔、縮松、氣孔等缺陷;鑄件外部易產生粘砂、夾砂、砂眼等。由此,與同樣材料的鍛件相比,鑄件的力

39、學性能低,特別是沖擊韌性。又由于鑄造工序多,難以精確控制,使鑄件品質不夠穩(wěn)定。凝固成形方法:根據(jù)鑄形材料分:一次型:指鑄型使用一次即毀壞的鑄型(如砂型、陶瓷型永久型:指反復使用多次的鑄型(如金屬型根據(jù)金屬液填充鑄形分:重力鑄造、低壓鑄造、壓力鑄造;根據(jù)特殊鑄形分:連續(xù)鑄造、離心鑄造、實型鑄造等;根據(jù)砂型鑄形分:粘土砂、樹脂砂、水玻璃砂等根據(jù)制造方法分:手工造型和機械化造型凝固成形的工藝性能是指凝固成形的制備過程,包括流動性、收縮性和鑄造應力等。流動性定義:液態(tài)合金充滿型腔,形成輪廓清晰,形狀和尺寸符合要求的優(yōu)質鑄件的能力。流動性好壞特點:決定是否能充滿型腔,是否有利于氣體和非金屬夾雜物上浮和對

40、鑄件進行補縮,是否能形成符合要求的優(yōu)質鑄件。不同的合金具有不同的流動性。要求在進行鑄件設計和鑄造工藝制定時,必須考慮合金流動性。那么,我們怎樣衡量合金的流動性呢?影響液態(tài)金屬流動性的主要因素1、液態(tài)金屬的化學成分及結晶特點2、合金結晶潛熱和晶粒形狀合金結晶過程中放出的潛熱越多,凝固中保持的時間越長,流動性能好;但結晶溫度寬的合金,流動性越差,結晶潛熱影響小。3、合金的物理性質合金密度、比熱容大,熱導率小流動性好(熱量多,且熱損失小;張力大,流動性差;粘度大流動性差;粘度與化學成分、溫度和雜志有關。4、其它因素:鑄形的儲熱系數(shù)、鑄形溫度、液態(tài)金屬的澆注溫度、澆注系統(tǒng)、型腔結構。 影響液態(tài)金屬流動

41、性的主要因素?4點2、鑄件的收縮性收縮:是在凝固和冷卻過程中,體積和尺寸減小的現(xiàn)象。收縮的三個基本階段:金屬由澆注溫度冷卻到室溫經歷了液態(tài)收縮、凝固收縮和固態(tài)收縮三個相互關聯(lián)的收縮階段,如下圖所示。液態(tài)收縮和凝固收縮是鑄件產生縮孔和縮松的基本原因。固態(tài)收縮對鑄件的形狀和尺寸精度影響很大,是鑄造應力、變形和裂紋等缺陷產生的基本原因。液態(tài)收縮:液態(tài)金屬從澆注溫度冷卻到開始凝固溫度時合金還處于液態(tài)。凝固收縮:有結晶范圍的合金,溫度由液態(tài)轉化為固態(tài)時的收縮處于凝固階段。固態(tài)收縮:合金凝固完成后,從固相線溫度冷卻到室溫時的收縮。鑄件在鑄型中收縮時受到如下幾種阻力:(1鑄型表面的摩擦阻力(2熱阻力(3機械

42、阻力鑄件凝固后,由于合金的收縮,在最后凝固部位會出現(xiàn)孔洞。體積大而集中的孔洞稱為縮孔;細小而分散的空洞稱為縮松?？s孔和縮松對鑄件將產生危害。1、利用冒口:將縮孔移至冒孔;而分散的縮松則狠難消除。3、合金的凝固溫度,合金的凝固方式影響縮孔和縮松;4、冷卻能力弱,固液界面梯度小,合金趨向于糊狀凝固,易形成分散的縮松;5、鑄形導熱強,界面溫度梯度大,傾向逐層凝固,易形成集中縮孔。影響收縮的因素1.化學成分不同成分的合金其收縮率一般也不相同。在常用鑄造合金中鑄剛的收縮最大,灰鑄鐵最小。2. 澆注溫度合金澆注溫度越高,過熱度越大,液體收縮越大。3. 鑄件結構與鑄型條件鑄件冷卻收縮時,因其形狀、尺寸的不同

43、,各部分的冷卻速度不同,導致收縮不一致,且互相阻礙,又加之鑄型和型芯對鑄件收縮的阻力,故鑄件的實際收縮率總是小于其自由收縮率。這種阻力越大,鑄件的實際收縮率就越小。防止和減小鑄造應力的措施合理設計鑄件結構鑄件的形狀愈復雜,各部分壁厚相差愈大,冷卻時溫度愈不均勻,鑄造應力愈大。因此,在設計鑄件時應盡量使鑄件形狀簡單、對稱、壁厚均勻。盡量選用線收縮率小、彈性模量小的合金。采用同時凝固的工藝所謂同時凝固是指采取一些工藝措施,使鑄件各部分溫差很小,幾乎同時進行凝固。因各部分溫差小,不易產生熱應力和熱裂,鑄件變形小。鑄件因壁厚不均勻,或鑄件中存在著較大的溫差,在同一時間內鑄件各部分收縮不同,先冷卻的部位

44、阻礙了后冷卻部位的收縮,在其內部產生了內應力。 +表示拉應力-表示壓應力鑄造應力: 致常用鑄造方法:砂型鑄造金屬鑄造壓力鑄造低壓鑄造離心鑄造熔模鑄造二、砂型鑄造一種最基本的鑄造方法,其工藝過程有制造模型和芯合、混砂、造型和造芯、烘干合箱、熔化幾個步驟。1、工藝設計:確定鑄造工藝方案:首要考慮:澆注位置的選擇、鑄型分型面的的選擇還應注意:機械加工余量、拔模斜度、鑄件收縮率、冒口位置及尺寸等等繪制鑄造工藝圖:(例如圖2.澆注位置的選擇原則1鑄件的重要加工面應朝下因為鑄件的上表面易產生砂眼、氣孔、夾渣等缺陷,組織不如下表面致密。若難以朝下,則應盡力使其位于側面。若重要加工面有數(shù)個,則將較大的平面朝下

45、。如車床,由于車床床身導軌面是關鍵表面,將導軌面朝下。2鑄件的大平面應朝下型腔的上表面除了易產生氣孔、夾渣等缺陷外,大平面還常產生夾砂缺陷,故對平板、圓盤類鑄件,大平面應朝下。3為防止鑄件薄壁部分產生澆不足或冷隔缺陷,應將面積較大的薄壁部分置于鑄型下部,或使其處于垂直或傾斜位置。4對于容易產生縮孔的鑄件,應使厚的部分放在分型面的上部或側面厚處直接安放冒口,實現(xiàn)自下而上的順序凝固。3.鑄造分型面的選擇原則在保證鑄件質量的前提下,盡量簡化工藝,節(jié)省人力物力。(1應便于起模,使造型工藝簡化。如盡量使分型面平直、數(shù)量少,避免不必要的活塊和型芯等。(2應盡量使鑄件全部或大部置于同一砂箱,以保證鑄件精度,

46、雖分型面為曲面(挖砂或成型底板,但大部分輪廓位于一箱之中,尺寸精度較好。(3為便于造型、下芯、合箱和檢驗鑄件壁厚,應盡量使型腔及主要型芯位于下箱。但下箱型腔也不宜過深,盡量避免使用吊芯和大的吊砂。4. 造型和制芯準備型砂和芯砂由原砂、粘結劑、水及其它附加物混制分為:粘土砂、水玻璃砂、樹脂砂5. 濕型粘土沙主要性能透氣性、濕態(tài)強度、流動性、可塑性與韌性、發(fā)氣量和有效煤粉含量。三金屬型鑄造將金屬液澆注到金屬鑄型中,待其冷卻后獲得鑄件的方法叫金屬型鑄造。由于金屬型能反復使用很多次,又叫永久型鑄造。怎樣控制金屬型鑄件的生產工藝:1. 噴刷涂料:減緩冷凝速度,防止液體金屬的沖刷,有排氣和儲氣來防止金屬表

47、面氣孔產生。2.使金屬型保持一定的工作溫度:減緩鑄形對金屬的激冷作用,防止產生白口鐵。另外合適的溫度也能提供金屬型壽命。3.控制合適的出型時間:盡快取出,收縮產生應力;4.防止鑄鐵件產生白口:導熱率高、冷卻速度快,易產生白口。(白口鑄鐵中的碳全部以滲透碳體(Fe3C形式存在,因斷口呈亮白色。故稱白口鑄鐵,由于有大量硬而脆的Fe3C,白口鑄鐵硬度高、脆性大四、壓力鑄造壓力鑄造是在專用設備壓鑄機上進行的一種鑄造。即在高速(0.01-0.2s、高壓(30-70MPa下將熔融的金屬液壓入金屬鑄型,使它在壓力下凝固,獲得鑄件的方法。壓鑄是在壓鑄機上完成的,由壓射機構和合型機構組成 鑄造工藝流程:蠟模鑄造

48、工藝流程:焙燒脫模蠟模制造結殼澆注 熔模鑄造過程:制造蠟模(壓型、壓制蠟模、蠟模組裝結殼(浸掛涂料、灑砂和硬化脫蠟和造型焙燒和澆注七、離心鑄造離心鑄造是將金屬液澆入高速旋轉(2501500r/min的鑄型中,并在離心力作用下充型和凝固的鑄造方法。其鑄型可以是金屬型,也可以是砂型。既適合制造中空鑄件,如管、缸體等。也能用來生產成形鑄件。定向凝固技術種類:1、發(fā)熱劑法:原始方法,重復性差。見書2、功率降低法:3、高速凝固法:(形成柱狀晶、形成致密的柱狀晶、凝固效率高4、液態(tài)金屬冷卻法:(用液態(tài)金屬代替水5、區(qū)域熔化液態(tài)金屬冷卻法:(在冷卻條件下,采用局部加熱凝固成形易形成諸多缺陷,因此要求采用先進

49、凝固成形方法本書介紹兩種:定向凝固成形和半固態(tài)凝固成形一、定向凝固成形在熔模鑄造型殼中建立特定方向的溫度梯度,使熔融合金沿著與熱流相反的方向按照要求的結晶取向凝固的一種鑄造工藝。采用定向凝固技術可獲得生長方向與主應力方向一致的單向生長的柱狀晶體。定向凝固由于消除了橫向晶界,從而提高了材料抗高溫蠕變和疲勞的能力。定向凝固鑄件的組織分為柱狀、單晶和定向共晶3種?；締栴}:凝固組織的形成和控制(熱流控制是定向凝固的重要環(huán)節(jié);鑄造缺陷的防止和控制;鑄件尺寸精度與表面粗糙度控制等;二、半固態(tài)凝固成形1、概念:就是在金屬凝固過程中進行劇烈攪拌,或控制固-液態(tài)溫度區(qū)間,得到一種液態(tài)金屬母液中均勻地懸浮著一定

50、固液混合漿料,這種半固態(tài)金屬漿料具有好的流動性,通過普通加工方法可制成成品,采用這種非液態(tài)和非固體漿料加工成形的方法,稱半固態(tài)凝固成形技術第三節(jié)凝固成形件的結構設計一.鑄件工藝對鑄件結構的要求1.鑄件外形應便于取出;(1避免外部側凹(見書175,5-41;(2分型面盡量平直(見書176,5-42;(3改進凸臺、筋條結構(見書176,5-43.2.鑄件內腔結構應使型芯數(shù)量少,并有利于型芯的固定、排氣(見書176,5-44-5-46;3.鑄件應有結構斜度(見書178,5-47二.凝固成形中的計算機數(shù)值模擬1.金屬充型過程的數(shù)值模擬2.凝固過程數(shù)值模擬3.應力場數(shù)值模擬4.微觀組織模擬第六章幾種塑性

51、成形零部件沖裁包括彈性變形、塑性變形、斷裂分離三個階段。沖裁加工時,板料的主要變形區(qū)是以凸模與凹模刃口連線為中心的紡錘形區(qū)域。變形區(qū)的大小與材料特性、模具間隙和約束條件等因素有關。在紡錘形中央部分,變形以剪切為主;紡錘形外圍及刃口附近,以鐓粗、擠壓和拉伸為主。(5沖裁件斷面特征沖裁件斷面由即圓角帶a 、光亮帶b 、斷裂帶c 與毛刺區(qū)d 四部分組成。圓角帶是刃口附近板料彎曲和伸長變形的結果,是變形區(qū)對這部分坯料作用而產生的。光亮帶是在側壓力作用下板料相對滑移的結果。由于裂紋的產生一般在刃口側面,故在普通沖裁加工中總有毛刺產生b 落料件a 沖孔件a 沖孔件b 落料件。二彎曲二彎曲 1彎曲變形特點(

52、1彎曲變形過程圖顯示了V 形件彎曲變形過程。包括彈性彎曲,彈-塑性彎曲、塑性彎曲和校正彎曲四個階段。(3變形區(qū)應力應力、應變狀態(tài)與板料相對寬度有關。b/t 3時,稱為窄板,彎曲時,寬度方向上材料可自由變形,沿寬度方向的應力近似為零,變形區(qū)處于平面應力和立體應變狀態(tài);b/t >3時,板料稱為寬板,彎曲時,寬度方向變形阻力較大,彎曲后板寬基本不變。故沿寬度方向應變近似為零,變形區(qū)處于平面應變和立體應力狀態(tài)。3t /b 3t /b >沖壓主要設計內容和步驟如下:(1根據(jù)沖壓工藝設計選定模具種類,確定模具結構形式。 (2計算確定模具壓力中心。 (3計算確定模具閉合高度。(4關鍵零件強度計算及彈簧、橡皮等彈性零件的計算和選用。(5選擇沖壓設備。(6繪制模具總圖,列出零件明細表,繪制模具零件圖,提出各項技術要求。一鍛造在加壓設備及工(模具作用下,通過金屬體積轉移和分配獲得機器零件或毛坯的塑性成形方法稱為鍛造。鍛造多在熱態(tài)下進行,故也稱為熱鍛。1、鍛造成形方法分類及工藝流程(1鍛造成形方法分類按所用工具,分為自由鍛和模鍛。自由鍛:使用自由鍛設備及通用工具,如砧子、型砧、胎模等,使坯料變形獲得所需幾何形狀及內部質量鍛件的鍛造方法稱為自由鍛。其基本工序有鐓粗、拔長、沖孔和