材料成型期末復(fù)習(xí)內(nèi)容_圖文

1、材料成形技術(shù)基礎(chǔ)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(wèn)答題和計(jì)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(chǎn)中消除縮孔要比消除縮松容易。2.鑄件鑄造后產(chǎn)生彎曲變形,其原因是鑄件的壁厚不均勻,鑄件在整個(gè)收縮過(guò)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(yīng)力所至。3.影響鑄件凝固方式的主要因素是合金的化學(xué)成分和鑄件的冷卻速度。4.鑄造應(yīng)力包括熱應(yīng)力和機(jī)械應(yīng)力,鑄造應(yīng)力使鑄件厚壁或心部受拉應(yīng)力,薄壁或表層受壓應(yīng)力。鑄件壁厚差越大,鑄造應(yīng)力也越大。5.熔化焊、壓力焊、釬焊過(guò)程中,一般均需對(duì)接頭進(jìn)行加熱,并且均需對(duì)被焊接頭提供有效地保護(hù),

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(zhǎng)、沖孔、彎曲;B. 拉深、彎曲、沖孔、翻邊;C.鐓粗、拔長(zhǎng)、沖孔、軋制;D.拔長(zhǎng)、鐓粗、擠壓、翻邊。2.焊接過(guò)程中,熱量傳遞分成三種方式,母材和焊條以(熱傳導(dǎo)為主。A.傳導(dǎo);B.對(duì)流;C.輻射。3.如圖4所示應(yīng)力框鑄件,在室溫下,各桿 的應(yīng)力狀態(tài)為(。若用鋼鋸沿A-A線將30桿鋸斷,此時(shí)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(zhǎng);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(guò)安放冒口和冷鐵來(lái)實(shí)現(xiàn)。冒口的作用是(,冷鐵的作用是(。3.焊接方法按其特點(diǎn)可分為(類。4.手工電弧時(shí),焊條鋼芯起到的作用是(和(。四、綜合題1.計(jì)算圖中1、2、3、4、5的新增表面能? 第一章:材料成形技術(shù)基礎(chǔ)是材料加工工程、材料學(xué)和材料物理與化學(xué)相關(guān)的一門(mén)科學(xué),又有個(gè)性特色的綜合學(xué)科。它包括鑄造、焊接和塑性變形及表面工程等書(shū)的綜合體。一.機(jī)器制造的一般過(guò)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(qiáng)化、化學(xué)強(qiáng)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(gè)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(lái)產(chǎn)生形狀和性能變化的的過(guò)程,叫基本過(guò)程。材料加工過(guò)程一般包含三個(gè)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(chǎn)所需形狀和尺寸的過(guò)程;第三階段:最后過(guò)程,如裝配等完成上述過(guò)程通常需要,機(jī)械過(guò)程、熱過(guò)程和化學(xué)過(guò)程。2.能量流程包括機(jī)械過(guò)程的能量流程(通過(guò)介質(zhì)向材料或工件提供能量和熱過(guò)程的能量流程(通常由電能、化學(xué)能或機(jī)械能轉(zhuǎn)化而得。包括傳遞介質(zhì)與加工材料之間

5、的相對(duì)運(yùn)動(dòng);作用在加工材料上的壓力差;直接產(chǎn)生加工材料中的質(zhì)量力。包括電能轉(zhuǎn)化為熱能;化學(xué)能通過(guò)燃燒產(chǎn)生熱能;以機(jī)械能為基礎(chǔ)的熱源(摩擦焊3.信息流程形狀信息:通過(guò)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(guò)程后最終的結(jié)果,如材料性能變化。1. 凝固成形的基本問(wèn)題和發(fā)展概況基本問(wèn)題:充填、凝固兩個(gè)基本過(guò)程是液態(tài)金屬質(zhì)量不變過(guò)程,在重力作用下的充填鑄形和冷卻凝固兩個(gè)基本過(guò)程。充填是一種機(jī)械過(guò)程,而凝固是熱過(guò)程。熱量傳遞的方式有傳導(dǎo)、對(duì)流和輻射三種方法。結(jié)果是從微觀上看,組織結(jié)構(gòu)的變化,宏觀上看,從液態(tài)到固態(tài)的變化。凝固時(shí)要考慮的問(wèn)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(wèn)題基本問(wèn)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(dòng)時(shí)、位移和應(yīng)力變化;形狀信息的準(zhǔn)確輸入等;3焊接成形的基本問(wèn)題基本問(wèn)題:焊接成形時(shí)利用各種形式的能量使被連接的表面產(chǎn)生原子(分子間的結(jié)合而成為一體的成形工藝。包含熱過(guò)程、物理化學(xué)冶金過(guò)程、應(yīng)力變形過(guò)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(diǎn)材料。能量的輸入;清除表面污染;組織性能不均勻;殘余應(yīng)力及殘余變形;焊缺陷及檢測(cè);

7、焊接結(jié)構(gòu)的制造問(wèn)題等;4.表面成形基本問(wèn)題:不改變基體組織結(jié)構(gòu)和成分、不降低基體的各種性能,通過(guò)表面涂層和表面改性技術(shù)或兩種復(fù)合設(shè)計(jì)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(jié)合、涂層的材料及結(jié)構(gòu)等;表面改性:材料表明與基體材料有一定聯(lián)系,針對(duì)材料的服役條件及損傷機(jī)理并結(jié)合基體材料,設(shè)計(jì)合理的表面。組織結(jié)構(gòu);針對(duì)希望的表面組織及結(jié)構(gòu),研究活動(dòng)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(guò)程中的組織的一種化學(xué)物理現(xiàn)象;它涉及到多學(xué)科的知識(shí),并處于當(dāng)代材料的研究的前沿,各種復(fù)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(guò)程中。凝固常

8、發(fā)生的5種變化時(shí)什么,有什么特點(diǎn)?什么是凝固潛熱?液態(tài)與固態(tài)結(jié)構(gòu)相似,液態(tài)金屬由許多近程有序的“原子集團(tuán)”組成,有大的能量起伏,激烈熱運(yùn)動(dòng)和空穴,原子集團(tuán)處于變化狀態(tài);固體則相反:稱“遠(yuǎn)程有序”,不確定因素減少。研究晶體結(jié)構(gòu)可能。體積縮小,凝固時(shí)產(chǎn)生縮孔、縮松等,凝固應(yīng)力也引起變形和裂紋。自發(fā)過(guò)程的兩個(gè)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(gè)體系的紊亂程度,熵值越大,體系越紊亂。當(dāng)材料發(fā)生液-固轉(zhuǎn)變時(shí),熵值將減小,說(shuō)明固體比液體的結(jié)構(gòu)更“整齊”。焓(H :體系等壓過(guò)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(rùn)濕性 =0:完全潤(rùn)濕;<90º:潤(rùn)濕>90º不潤(rùn)濕;=180º:完全不潤(rùn)濕第三節(jié)形核凝固過(guò)程分成兩大類:,1、非晶態(tài):沒(méi)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(guò)程經(jīng)歷形核和長(zhǎng)大等過(guò)程。介穩(wěn)定指的是系統(tǒng)遠(yuǎn)離平衡狀態(tài),但卻能通過(guò)與外界進(jìn)行物質(zhì)和能量的交換而維持相對(duì)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(zhǎng)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(tuán)直接形成,不受雜質(zhì)粒子或外表面的影響;2.非自發(fā)形核(非均勻(異質(zhì)形核:新相優(yōu)先在母相中

10、存在的異質(zhì)處形核,即依附于液相中的雜質(zhì)或外來(lái)表面形核。形核劑應(yīng)具備的條件:計(jì)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(dòng)力學(xué)過(guò)冷度的關(guān)系不同生長(zhǎng)方式生長(zhǎng)速率三、生長(zhǎng)速度旋轉(zhuǎn)晶界孿晶溝槽螺型位錯(cuò)晶體中的缺陷二維晶核臺(tái)階側(cè)向生長(zhǎng)-光滑界面連續(xù)生長(zhǎng)-粗糙界面:晶體的生長(zhǎng)方式旋轉(zhuǎn)晶界孿晶溝槽螺型位錯(cuò)晶體中的缺陷二維晶核臺(tái)階側(cè)向生長(zhǎng)-光滑界面連續(xù)生長(zhǎng)-粗糙界面旋轉(zhuǎn)晶界孿晶溝槽螺型位錯(cuò)晶

11、體中的缺陷二維晶核臺(tái)階側(cè)向生長(zhǎng)-光滑界面連續(xù)生長(zhǎng)-粗糙界面旋轉(zhuǎn)晶界孿晶溝槽螺型位錯(cuò)晶體中的缺陷二維晶核臺(tái)階長(zhǎng)-光滑界面長(zhǎng)-粗糙界面 掌握金屬凝固時(shí)的溶質(zhì)分配規(guī)律,是控制凝固偏析的基礎(chǔ), 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(nèi)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(guò)程必須有傳質(zhì)過(guò)程發(fā)生,由于各組元中不同的化學(xué)位不同,固液界面兩側(cè)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(gè)鑄錠或鑄件在大于晶粒尺度的大范圍內(nèi)產(chǎn)生的成分不均勻的現(xiàn)象1、正常偏析:對(duì)于<1的合金,先凝固區(qū)域的溶質(zhì)含量低于后凝固區(qū)域,與正常溶質(zhì)再分配規(guī)律

12、一致。2、逆偏析:對(duì)于>1的合金,外層的一定范圍內(nèi)溶質(zhì)含量分布由外向內(nèi)逐漸降低3、密度偏析:由于重力作用產(chǎn)生的化學(xué)成分不均勻的現(xiàn)象。k 0k 0k金屬或合金在鑄型中凝固時(shí),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(guò)程中體積縮小的現(xiàn)象叫收縮。收縮可分成三個(gè)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(kāi)始的溫度時(shí),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(chǎn)生鑄造應(yīng)力、變形和裂紋的主要原因。第八節(jié)凝固成形的應(yīng)用一、

13、鑄造生產(chǎn)過(guò)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(zhì)方面、鑄型性質(zhì)方面、澆鑄條件方面和鑄件結(jié)構(gòu)方面。鑄件凝固后,由于合金的收縮,在最后凝固部位會(huì)出現(xiàn)孔洞。體積大而集中的孔洞稱為縮孔;細(xì)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(shí),最后凝固的區(qū)域沒(méi)能得到液態(tài)合金的補(bǔ)充造成的分散、細(xì)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(xì)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(huì)使鑄件受力的有效截面積減小,

14、使鑄件強(qiáng)度降低。在生產(chǎn)中應(yīng)盡量防止或減少縮孔、縮松?？梢岳妹翱?、冷鐵和補(bǔ)貼等工藝措施,并結(jié)合運(yùn)用順序凝固或同時(shí)凝固的工藝原則來(lái)實(shí)現(xiàn)。鑄件在冷卻過(guò)程中體積縮小的現(xiàn)象叫收縮。收縮可分成三個(gè)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(kāi)始的溫度時(shí),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(chǎn)生鑄造應(yīng)力、變形和裂紋的主要原因。按應(yīng)力形成原因分類:熱應(yīng)力鑄件在冷卻過(guò)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(jié)果,所形成的應(yīng)力;相變應(yīng)力鑄件冷卻過(guò)程中發(fā)生

15、固態(tài)相變的時(shí)間不一致,體積和長(zhǎng)度變化的時(shí)間也不一致,彼此制約,形成的應(yīng)力;機(jī)械應(yīng)力鑄件冷卻收縮過(guò)程中,線收縮受到機(jī)械阻礙而產(chǎn)生的應(yīng)力。 框形鑄件熱應(yīng)力形成過(guò)程第一階段(01:在高于彈塑性轉(zhuǎn)變階段,兩桿均處于塑性狀態(tài),瞬時(shí)的應(yīng)力均可通過(guò)塑性變形釋放;第二階段(12:冷卻較快的桿II已進(jìn)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(xì)桿II受拉伸,粗桿I受壓縮,形成臨時(shí)內(nèi)應(yīng)力;第三階段(23:粗桿I溫度較高,還會(huì)有較大的收縮,細(xì)桿II溫度較低,收縮較小,所以粗桿I的收縮會(huì)受到桿II的強(qiáng)烈阻礙,桿II受壓縮,桿I受拉伸,直到室溫,形成殘余應(yīng)力。由于等軸晶性能均勻穩(wěn)定,沒(méi)有方向性,故其是

16、生產(chǎn)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(dāng)降低澆注溫度;(2合理運(yùn)用鑄型的激冷作用;(3孕育處理;(4動(dòng)態(tài)晶粒細(xì)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(jìn)一步連接成更大型的結(jié)構(gòu),因硅氧結(jié)合鍵能大,打開(kāi)結(jié)合鍵需很高的能量,使硅酸鹽熔體的結(jié)構(gòu)重建比金屬熔體困難,即形核需越過(guò)的勢(shì)壘高(比金屬形成晶體需要一定的條件,即需要?jiǎng)?chuàng)造非均勻形核的條件。另一個(gè)原因是:硅酸鹽熔體有巨大的溶解能力,幾乎把所有外來(lái)的形核質(zhì)點(diǎn)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(guò)熱溫度高(熔池1770±100 ,熔滴2300±200 動(dòng)態(tài)下凝固(形成焊縫對(duì)流強(qiáng)烈( 焊接熔池凝固及焊縫的形成焊接過(guò)程中改善凝固組織,防止粗晶產(chǎn)生的主要措施:1變質(zhì)處理2振動(dòng)結(jié)晶3優(yōu)化焊接工藝參數(shù)第三章材料成形熱過(guò)程一焊接熱過(guò)程的基本特點(diǎn)焊接分類:根據(jù)熱源的性質(zhì)、形成接頭的狀態(tài)及是否采用加壓來(lái)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(guò)對(duì)焊件施加壓力(加熱或不加熱來(lái)完成焊接的方法。它包括

18、爆炸焊、冷壓焊、摩擦焊、擴(kuò)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(diǎn)低的金屬材料作釬料,在加熱溫度高于釬料低于母材熔點(diǎn)的情況下,利用液態(tài)釬料潤(rùn)濕母材,填充接頭間隙,并與母材相互擴(kuò)散實(shí)現(xiàn)連接焊件的方法。它包括硬釬焊、軟釬焊等。焊接熱過(guò)程對(duì)工件的質(zhì)量的影響:影響焊接的物理化學(xué)冶金反應(yīng)影響焊接接頭的固體相變影響焊接接頭的殘余應(yīng)力和變形影響焊接接頭的質(zhì)量、凝固成形過(guò)程和基本特點(diǎn)加熱熔化和冷卻凝固兩個(gè)過(guò)程。即將金屬材料加熱熔化到液態(tài),然后澆注到相應(yīng)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(yīng)電爐加熱熔化。三、塑性成形熱過(guò)程的

19、基本特點(diǎn)1.鋼在加熱時(shí)熱擴(kuò)散性能的變化,熱擴(kuò)散是指金屬材料在加熱過(guò)程中溫度在金屬內(nèi)部的傳播能力。材料的熱擴(kuò)散性好,即表明加熱時(shí)溫度在金屬內(nèi)部傳播的速度快,因而在材料斷面上的溫差就小,由此產(chǎn)生的溫度應(yīng)力就小;同時(shí),由于加熱時(shí),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(chǎn)率。三、塑性成形熱過(guò)程的基本特點(diǎn)2、塑性成形熱過(guò)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(yīng),鋼材表層被氧化二產(chǎn)生氧化皮的過(guò)程。氧化危害大(鋼材燒損、鍛件表面質(zhì)量和模具壽命降低、爐底腐蝕損壞等三、塑性成形熱過(guò)程的基本特點(diǎn)2、塑性成形熱過(guò)程的氧 化和脫碳1.氧化鐵皮形成過(guò)程:影響氧化

20、的因素:1、爐氣性質(zhì):燃燒時(shí)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(shí)間:時(shí)間越長(zhǎng),氧化越嚴(yán)重;4、鋼的化學(xué)成分:鋼種碳增加,形成CO,消弱氧化擴(kuò)散過(guò)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(zhì):減少空氣過(guò)剩;2、快速加熱:縮短高溫停留時(shí)間;3、介質(zhì)保護(hù)加熱:鋼表面與氧化氣隔離。影響脫碳的因素:1、爐氣性質(zhì)2、加熱溫度3、加熱時(shí)間4、鋼的化學(xué)成分防止脫碳的措施:1、控制爐氣性質(zhì):減少空氣過(guò)剩;2、快速加熱:縮短高溫停留時(shí)間;3、介質(zhì)保護(hù)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(dǎo)形式形成熱影響區(qū)。溫度場(chǎng):加熱或冷卻過(guò)程中某一瞬時(shí)的溫度分布。可通過(guò)實(shí)測(cè)或數(shù)值模擬得到。 一、焊接溫度場(chǎng)定義:所謂焊接溫度場(chǎng)是指在焊接集中熱源的作用下,被焊工件上(包括內(nèi)部各點(diǎn)在某一瞬時(shí)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(zhǎng)度的影響4、焊接熱輸入的影響5、預(yù)熱溫度的影響6、焊接時(shí)冷卻條件的影響對(duì)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(guò)程。加熱過(guò)程的變化過(guò)程:1、組織結(jié)構(gòu)的變化:2、力學(xué)性能變化:3、物理性能變化:4、化學(xué)性能變化:固

22、體金屬材料的加熱過(guò)程,主要是熱源通過(guò)對(duì)流和輻射的形式對(duì)金屬加熱,在金屬內(nèi)部主要通過(guò)熱傳導(dǎo)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(xué)冶金過(guò)程(一焊接化學(xué)冶金的特點(diǎn)1、焊接時(shí)金屬的保護(hù)2、焊接化學(xué)冶金反應(yīng)區(qū)(二氣體與金屬的作用1、氮對(duì)金屬的作用2、氫對(duì)金屬的作用3、氧對(duì)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(xué)冶金的特點(diǎn)1、焊接時(shí)金屬的保護(hù)埋弧焊、氣體保護(hù)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(zhì)熔化后,形成熔渣,覆蓋在熔滴和熔池表面隔開(kāi)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(kāi)。(二氣體與金屬的作用很多氣體,其中氮、氫、氧影響大1、氮對(duì)金屬的作用氮在高溫時(shí)2200,在液體鐵中溶解度最大,2750 為零,凝固時(shí),降25%氮對(duì)焊接質(zhì)量的影響:在碳鋼焊縫中氮是有害的雜質(zhì),是促使焊縫產(chǎn)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?gòu)?qiáng)度、降低塑性和韌性的元素。氮是促進(jìn)焊縫金屬時(shí)效脆化的元素。使強(qiáng)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(qiáng)保護(hù),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(jī)物等,形成氣渣聯(lián)合保護(hù),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(duì)金屬的作用氫主要來(lái)源于焊條藥皮、焊劑中的水分、藥皮中的有機(jī)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(duì)焊接質(zhì)量的影響氫使焊縫金屬的塑性性嚴(yán)重下降,促使在焊接接頭中產(chǎn)生氣孔和延時(shí)裂紋,并且還會(huì)在拉伸試樣的斷面上形成白點(diǎn),歸納如下:a 氫脆;b 白點(diǎn);c 形成氣孔;d 產(chǎn)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(zhì);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(duì)金屬的作用氧對(duì)焊接質(zhì)量的影響:氧在焊縫中無(wú)論以何種形式存在,對(duì)焊縫的性能都有很大影響。隨著含氧量的增加,焊縫強(qiáng)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(shí)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(shí),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(guò)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(shí),應(yīng)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(yīng)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(jìn)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(shí)脫氧方式有哪些答:氧對(duì)焊接質(zhì)量的影響:氧在焊縫中無(wú)論以何種形式存在,對(duì)焊縫的性能都有很大影響。隨著含氧量的增加,焊縫強(qiáng)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(shí)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(shí),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(guò)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(shí),應(yīng)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(yīng)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(jìn)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(wèn)題10,為什么要對(duì)焊縫金屬進(jìn)行脫硫、脫磷處理?具體方法硫和磷是焊縫中的有害物質(zhì),會(huì)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(yīng)生成復(fù)合物進(jìn)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(dǎo)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(yīng)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(chǎng):加熱或冷卻過(guò)程中某一瞬時(shí)的溫度分布?？赏ㄟ^(guò)實(shí)測(cè)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(jī)理:包括晶粒內(nèi)部變形(晶內(nèi)變形和晶界變形(晶間變形兩種機(jī)理。(一晶內(nèi)變形:晶內(nèi)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(yīng)力小于孿生所需臨界切應(yīng)力,故多晶體塑性變形的主要方式是滑移變形。對(duì)于密排六方金屬,孿生變形起著重要作用?；?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(duì)于晶體的另一部分發(fā)生相對(duì)移動(dòng)。產(chǎn)生宏觀塑性變形。孿生:在切應(yīng)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(chǎn)生宏觀塑性變形。 圖晶體滑移時(shí)的應(yīng)力分析一金屬冷態(tài)下的塑性變形晶體滑

30、移時(shí)的應(yīng)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(chǎn)生變形?，F(xiàn)于單晶體中任取一個(gè)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(yīng)力式中cos ·cos 稱取向因子,記作:=cos ·cos 。=90º,即當(dāng)=45º時(shí),max =l/2,滑移處于最有利的取向,也稱軟取向。而當(dāng)=00、900時(shí),=0 ,稱為硬取向。孿生: 孿生是指在切應(yīng)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(jìn)行時(shí)的補(bǔ)充。這樣的切變并未使晶體的點(diǎn)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(duì)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(duì)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(dòng)方向(即 方向稱為孿生方向。孿生的特點(diǎn):(1孿生變形也是在切應(yīng)力作用下發(fā)生的,并通常出現(xiàn)于滑移受阻而引起的應(yīng)力集中區(qū),因此,孿生所需的臨界切應(yīng)力要比滑移時(shí)大得多。(2孿生是一種均勻切變,即切變區(qū)內(nèi)與孿晶面平行的每一層原子面均相對(duì)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(duì)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(duì)稱的位向關(guān)系。二晶間變形:晶間變形主要是晶粒之間相互滑動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)。(晶界間的切應(yīng)力大到可以克服晶粒之間的滑動(dòng)阻力時(shí),發(fā)生滑動(dòng);晶粒所處位向不同,相鄰晶粒間有相互作用,產(chǎn)生力偶,使晶粒轉(zhuǎn)動(dòng)。塑性變形主要是晶內(nèi)變形,晶間變形時(shí)次要的。2、熱塑性變形機(jī)理(1晶內(nèi)滑移:高溫時(shí)原子間距加大,熱振動(dòng)和擴(kuò)散速度增加,位錯(cuò)滑移、攀移、交滑移及節(jié)點(diǎn)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(diào);晶界對(duì)位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)阻礙作用減弱。因此,其主要機(jī)理仍然是晶內(nèi)滑移。晶內(nèi)滑移:晶內(nèi)孿生:晶界滑移:擴(kuò)散蠕變:變形機(jī)理主要有:點(diǎn)的

33、應(yīng)力狀態(tài)不同于物理量的標(biāo)量和矢量,它需要用過(guò)該點(diǎn)的三個(gè)互相垂直截面上的三個(gè)應(yīng)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(diǎn)的應(yīng)力狀態(tài)是二階張量。 應(yīng)力分量符號(hào)帶有兩個(gè)下角標(biāo),第一個(gè)下角標(biāo)表示該應(yīng)力分量作用面的法線方向,第二個(gè)下角標(biāo)表示它的作用方向。兩個(gè)下角標(biāo)相同的是正應(yīng)力分量,例如xx 即表示x 面上平行于x 軸的正應(yīng)力分量,簡(jiǎn)寫(xiě)為x ;兩個(gè)下角標(biāo)不同的是剪應(yīng)力分量,例如xy 即表示x 面上平行于y 軸的剪應(yīng)力分量。問(wèn)題:最大剪應(yīng)力面上是否存在正應(yīng)力?若存在其值為何?這個(gè)正應(yīng)力會(huì)為零嗎? 主平面上只有法向應(yīng)力即主應(yīng)力,而無(wú)剪應(yīng)力;而主剪應(yīng)力平面上既有剪應(yīng)力又有正應(yīng)力。主剪應(yīng)力平面上的

34、正應(yīng)力為:孿生的特點(diǎn):(1孿生變形也是在切應(yīng)力作用下發(fā)生的,并通常出現(xiàn)于滑移受阻而引起的應(yīng)力集中區(qū),因此,孿生所需的臨界切應(yīng)力要比滑移時(shí)大得多。(2孿生是一種均勻切變,即切變區(qū)內(nèi)與孿晶面平行的每一層原子面均相對(duì)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(duì)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(duì)稱的位向關(guān)系。二晶間變形:晶間變形主要是晶粒之間相互滑動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)。(晶界間的切應(yīng)力大到可以克服晶粒之間的滑動(dòng)阻力時(shí),發(fā)生滑動(dòng);晶粒所處位向不同,相鄰晶粒間有相互作用,產(chǎn)生力偶,使晶粒轉(zhuǎn)動(dòng)。塑性變形主要是晶內(nèi)變形,晶間變形時(shí)次要的。冷塑性變形的特點(diǎn):1、各晶粒變形的

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

36、觀缺陷鍛合。3形成纖維組織在熱變形過(guò)程中,隨變形程度增加,鋼錠內(nèi)粗大樹(shù)枝晶沿主變形方向伸長(zhǎng),與此同時(shí),晶間富集的雜質(zhì)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(jié)晶的結(jié)果,被拉長(zhǎng)的晶粒變成細(xì)小的等軸晶,而流線卻很穩(wěn)定地保留下來(lái)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(nèi)部含有大量的碳化物。通過(guò)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(duì)金屬基體的削弱作用。熱塑性變形對(duì)性能的影響細(xì)化晶粒、鍛合內(nèi)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(qiáng)度、硬度、塑性和韌性。纖維組織形成,使金屬力學(xué)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(xué)性能,其中尤以塑性、韌性指標(biāo)最為顯著。 (1拉應(yīng)力會(huì)促使晶間變形,加速晶界破壞,壓應(yīng)力阻止或減少晶間變形;三向等壓作用的增強(qiáng),晶間變形愈加困難。(2三向等壓作用有利于塑性變形過(guò)程中形成的各種損傷的愈合;而拉應(yīng)力則相反,會(huì)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(yīng)力,從而有利于防止裂紋的產(chǎn)生。應(yīng)力狀態(tài)對(duì)材料塑性的影響原因:(1拉應(yīng)力會(huì)促使晶間變形,加速晶界破壞,壓應(yīng)力阻止或減少晶間變形;三向等壓作用的增強(qiáng),晶間變形愈加困難。(2三向等壓作用有利于塑性變形過(guò)程中形成的各種

38、損傷的愈合;而拉應(yīng)力則相反,會(huì)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(yīng)力,從而有利于防止裂紋的產(chǎn)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(yīng)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(diǎn):優(yōu)點(diǎn):投資小、生產(chǎn)周期短、技術(shù)過(guò)程靈活性大、能制造形狀復(fù)雜的零件。缺點(diǎn):鑄件內(nèi)部組織疏松、晶粒粗大,易產(chǎn)生縮孔、縮松、氣孔等缺陷;鑄件外部易產(chǎn)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(xué)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(zhì)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(fù)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(shí)型鑄造等;根據(jù)砂型鑄形分:粘土砂、樹(shù)脂砂、水玻璃砂等根據(jù)制造方法分:手工造型和機(jī)械化造型凝固成形的工藝性能是指凝固成形的制備過(guò)程,包括流動(dòng)性、收縮性和鑄造應(yīng)力等。流動(dòng)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(zhì)鑄件的能力。流動(dòng)性好壞特點(diǎn):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(duì)

40、鑄件進(jìn)行補(bǔ)縮,是否能形成符合要求的優(yōu)質(zhì)鑄件。不同的合金具有不同的流動(dòng)性。要求在進(jìn)行鑄件設(shè)計(jì)和鑄造工藝制定時(shí),必須考慮合金流動(dòng)性。那么,我們?cè)鯓雍饬亢辖鸬牧鲃?dòng)性呢?影響液態(tài)金屬流動(dòng)性的主要因素1、液態(tài)金屬的化學(xué)成分及結(jié)晶特點(diǎn)2、合金結(jié)晶潛熱和晶粒形狀合金結(jié)晶過(guò)程中放出的潛熱越多,凝固中保持的時(shí)間越長(zhǎng),流動(dòng)性能好;但結(jié)晶溫度寬的合金,流動(dòng)性越差,結(jié)晶潛熱影響小。3、合金的物理性質(zhì)合金密度、比熱容大,熱導(dǎo)率小流動(dòng)性好(熱量多,且熱損失小;張力大,流動(dòng)性差;粘度大流動(dòng)性差;粘度與化學(xué)成分、溫度和雜志有關(guān)。4、其它因素:鑄形的儲(chǔ)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(jié)構(gòu)。 影響液態(tài)金屬流動(dòng)

41、性的主要因素?4點(diǎn)2、鑄件的收縮性收縮:是在凝固和冷卻過(guò)程中,體積和尺寸減小的現(xiàn)象。收縮的三個(gè)基本階段:金屬由澆注溫度冷卻到室溫經(jīng)歷了液態(tài)收縮、凝固收縮和固態(tài)收縮三個(gè)相互關(guān)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(chǎn)生縮孔和縮松的基本原因。固態(tài)收縮對(duì)鑄件的形狀和尺寸精度影響很大,是鑄造應(yīng)力、變形和裂紋等缺陷產(chǎn)生的基本原因。液態(tài)收縮:液態(tài)金屬?gòu)臐沧囟壤鋮s到開(kāi)始凝固溫度時(shí)合金還處于液態(tài)。凝固收縮:有結(jié)晶范圍的合金,溫度由液態(tài)轉(zhuǎn)化為固態(tài)時(shí)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(shí)的收縮。鑄件在鑄型中收縮時(shí)受到如下幾種阻力:(1鑄型表面的摩擦阻力(2熱阻力(3機(jī)械

42、阻力鑄件凝固后,由于合金的收縮,在最后凝固部位會(huì)出現(xiàn)孔洞。體積大而集中的孔洞稱為縮孔;細(xì)小而分散的空洞稱為縮松?？s孔和縮松對(duì)鑄件將產(chǎn)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(dǎo)熱強(qiáng),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(xué)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(guò)熱度越大,液體收縮越大。3. 鑄件結(jié)構(gòu)與鑄型條件鑄件冷卻收縮時(shí),因其形狀、尺寸的不同

43、,各部分的冷卻速度不同,導(dǎo)致收縮不一致,且互相阻礙,又加之鑄型和型芯對(duì)鑄件收縮的阻力,故鑄件的實(shí)際收縮率總是小于其自由收縮率。這種阻力越大,鑄件的實(shí)際收縮率就越小。防止和減小鑄造應(yīng)力的措施合理設(shè)計(jì)鑄件結(jié)構(gòu)鑄件的形狀愈復(fù)雜,各部分壁厚相差愈大,冷卻時(shí)溫度愈不均勻,鑄造應(yīng)力愈大。因此,在設(shè)計(jì)鑄件時(shí)應(yīng)盡量使鑄件形狀簡(jiǎn)單、對(duì)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(shí)凝固的工藝所謂同時(shí)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(shí)進(jìn)行凝固。因各部分溫差小,不易產(chǎn)生熱應(yīng)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(shí)間內(nèi)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(nèi)部產(chǎn)生了內(nèi)應(yīng)力。 +表示拉應(yīng)力-表示壓應(yīng)力鑄造應(yīng)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(guò)程有制造模型和芯合、混砂、造型和造芯、烘干合箱、熔化幾個(gè)步驟。1、工藝設(shè)計(jì):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(yīng)注意:機(jī)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(yīng)朝下因?yàn)殍T件的上表面易產(chǎn)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(yīng)盡力使其位于側(cè)面。若重要加工面有數(shù)個(gè),則將較大的平面朝下

45、。如車床,由于車床床身導(dǎo)軌面是關(guān)鍵表面,將導(dǎo)軌面朝下。2鑄件的大平面應(yīng)朝下型腔的上表面除了易產(chǎn)生氣孔、夾渣等缺陷外,大平面還常產(chǎn)生夾砂缺陷,故對(duì)平板、圓盤(pán)類鑄件,大平面應(yīng)朝下。3為防止鑄件薄壁部分產(chǎn)生澆不足或冷隔缺陷,應(yīng)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(duì)于容易產(chǎn)生縮孔的鑄件,應(yīng)使厚的部分放在分型面的上部或側(cè)面厚處直接安放冒口,實(shí)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(zhì)量的前提下,盡量簡(jiǎn)化工藝,節(jié)省人力物力。(1應(yīng)便于起模,使造型工藝簡(jiǎn)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(yīng)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(yàn)鑄件壁厚,應(yīng)盡量使型腔及主要型芯位于下箱。但下箱型腔也不宜過(guò)深,盡量避免使用吊芯和大的吊砂。4. 造型和制芯準(zhǔn)備型砂和芯砂由原砂、粘結(jié)劑、水及其它附加物混制分為:粘土砂、水玻璃砂、樹(shù)脂砂5. 濕型粘土沙主要性能透氣性、濕態(tài)強(qiáng)度、流動(dòng)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(fù)使用很多次,又叫永久型鑄造。怎樣控制金屬型鑄件的生產(chǎn)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(chǔ)氣來(lái)防止金屬表

47、面氣孔產(chǎn)生。2.使金屬型保持一定的工作溫度:減緩鑄形對(duì)金屬的激冷作用,防止產(chǎn)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(shí)間:盡快取出,收縮產(chǎn)生應(yīng)力;4.防止鑄鐵件產(chǎn)生白口:導(dǎo)熱率高、冷卻速度快,易產(chǎn)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(shè)備壓鑄機(jī)上進(jìn)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(jī)上完成的,由壓射機(jī)構(gòu)和合型機(jī)構(gòu)組成 鑄造工藝流程:蠟?zāi)ｈT造

48、工藝流程:焙燒脫模蠟?zāi)Ｖ圃旖Y(jié)殼澆注 熔模鑄造過(guò)程:制造蠟?zāi)?壓型、壓制蠟?zāi)?、蠟?zāi)＝M裝結(jié)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(zhuǎn)(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(lái)生產(chǎn)成形鑄件。定向凝固技術(shù)種類:1、發(fā)熱劑法:原始方法,重復(fù)性差。見(jiàn)書(shū)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(jìn)

49、凝固成形方法本書(shū)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(jié)晶取向凝固的一種鑄造工藝。采用定向凝固技術(shù)可獲得生長(zhǎng)方向與主應(yīng)力方向一致的單向生長(zhǎng)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?wèn)題: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(guò)程中進(jìn)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(dòng)性,通過(guò)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(shù)第三節(jié)凝固成形件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)一.鑄件工藝對(duì)鑄件結(jié)構(gòu)的要求1.鑄件外形應(yīng)便于取出;(1避免外部側(cè)凹(見(jiàn)書(shū)175,5-41;(2分型面盡量平直(見(jiàn)書(shū)176,5-42;(3改進(jìn)凸臺(tái)、筋條結(jié)構(gòu)(見(jiàn)書(shū)176,5-43.2.鑄件內(nèi)腔結(jié)構(gòu)應(yīng)使型芯數(shù)量少,并有利于型芯的固定、排氣(見(jiàn)書(shū)176,5-44-5-46;3.鑄件應(yīng)有結(jié)構(gòu)斜度(見(jiàn)書(shū)178,5-47二.凝固成形中的計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬1.金屬充型過(guò)程的數(shù)值模擬2.凝固過(guò)程數(shù)值模擬3.應(yīng)力場(chǎng)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(gè)階段。沖裁加工時(shí),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(guān)。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(zhǎng)變形的結(jié)果,是變形區(qū)對(duì)這部分坯料作用而產(chǎn)生的。光亮帶是在側(cè)壓力作用下板料相對(duì)滑移的結(jié)果。由于裂紋的產(chǎn)生一般在刃口側(cè)面,故在普通沖裁加工中總有毛刺產(chǎn)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(diǎn)(

52、1彎曲變形過(guò)程圖顯示了V 形件彎曲變形過(guò)程。包括彈性彎曲,彈-塑性彎曲、塑性彎曲和校正彎曲四個(gè)階段。(3變形區(qū)應(yīng)力應(yīng)力、應(yīng)變狀態(tài)與板料相對(duì)寬度有關(guān)。b/t 3時(shí),稱為窄板,彎曲時(shí),寬度方向上材料可自由變形,沿寬度方向的應(yīng)力近似為零,變形區(qū)處于平面應(yīng)力和立體應(yīng)變狀態(tài);b/t >3時(shí),板料稱為寬板,彎曲時(shí),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(yīng)變近似為零,變形區(qū)處于平面應(yīng)變和立體應(yīng)力狀態(tài)。3t /b 3t /b >沖壓主要設(shè)計(jì)內(nèi)容和步驟如下:(1根據(jù)沖壓工藝設(shè)計(jì)選定模具種類,確定模具結(jié)構(gòu)形式。 (2計(jì)算確定模具壓力中心。 (3計(jì)算確定模具閉合高度。(4關(guān)鍵零件強(qiáng)度計(jì)算及彈簧、橡皮等彈性零件的計(jì)算和選用。(5選擇沖壓設(shè)備。(6繪制模具總圖,列出零件明細(xì)表,繪制模具零件圖,提出各項(xiàng)技術(shù)要求。一鍛造在加壓設(shè)備及工(模具作用下,通過(guò)金屬體積轉(zhuǎn)移和分配獲得機(jī)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(jìn)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(shè)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(nèi)部質(zhì)量鍛件的鍛造方法稱為自由鍛。其基本工序有鐓粗、拔長(zhǎng)、沖孔和