材料工藝基礎(chǔ)

朽木易折，金石可鏤。千里之行，始于足下。第頁(yè)/共頁(yè)材料工藝基礎(chǔ)作業(yè)縮孔、縮松是鑄件中的常見(jiàn)缺陷，哪些因素影響其形成，如何采取措施舉行防止？鑄件在冷卻和凝結(jié)過(guò)程中，因?yàn)楹辖鸬囊簯B(tài)收縮和凝結(jié)收縮，往往在鑄件最后凝結(jié)的地方浮上孔洞。縮孔產(chǎn)生的根本緣故是合金的液態(tài)收縮和凝結(jié)收縮值遠(yuǎn)大于固態(tài)收縮值。容積大而且比較擴(kuò)散的孔洞—縮孔；細(xì)小而且凝聚的孔洞—縮松。常采取“順序凝結(jié)”和“同時(shí)凝結(jié)”兩種措施，降低澆注溫度和減慢澆注速度熱應(yīng)力產(chǎn)生的緣故，如何采取措施防止或減少應(yīng)力對(duì)鑄件性能的影響。鑄件在凝結(jié)和冷卻過(guò)程中，不同部位因?yàn)椴痪獾氖湛s而引起的應(yīng)力。要減少鑄造應(yīng)力首先應(yīng)設(shè)法減少鑄件冷卻過(guò)程中各部位的溫差，使各部位收縮一致，如將澆口開(kāi)在薄壁處、在厚壁處安放冷鐵等，即采取同時(shí)凝結(jié)原則。此外，改善鑄型和砂芯的退讓性，減少機(jī)械妨礙作用，以及通過(guò)熱處理等主意也可減少或消除鑄造應(yīng)力。消除鑄造應(yīng)力的主意有天然時(shí)效、人工時(shí)效、振動(dòng)時(shí)效。離心鑄造在鑄造圓筒時(shí)有哪些優(yōu)越性？用離心鑄造法鑄造成型的目的是什么？離心鑄造的鑄件是在離心力的作用下結(jié)晶凝結(jié)，所以組織致密，無(wú)縮孔、氣孔、渣眼等缺陷，因此力學(xué)性能較好；鑄造空心旋轉(zhuǎn)體鑄件不需要型芯和澆注系統(tǒng)；鑄件不需冒口補(bǔ)縮。澆注位置設(shè)計(jì)的原則是什么？對(duì)鑄件質(zhì)量有何影響？澆注位置：澆注時(shí)鑄件在鑄型中所處的空間位置（1）重要加工面或質(zhì)量要求較高的面，應(yīng)置下部或側(cè)面氣孔、夾雜物等缺陷多浮上在鑄件上表面，朝下或側(cè)面的金屬組織結(jié)構(gòu)致密、缺陷少，質(zhì)量好。（2）大平面朝下可以避免氣孔、夾渣。（3）大面積薄壁處，應(yīng)置下面或側(cè)面可以保證金屬液能充型，防止產(chǎn)生澆不足、冷隔缺陷。（4）易產(chǎn)生縮孔的厚大部位應(yīng)置頂部或側(cè)面，以便安裝冒口補(bǔ)縮使實(shí)現(xiàn)自上而下的定向凝結(jié)，防止產(chǎn)生縮孔。（5）澆注位置應(yīng)有利于減少型芯，便于安放型芯。比較晶胞為體心立方、面心立方和密排六方的金屬塑性變形的難易程度，請(qǐng)給出對(duì)應(yīng)上述三種晶胞的金屬各兩種。密排六方>體心立方>面心立方體心立方：Li、Na、K面心立方：Ca、Cu、Ag密排六方：Zn、Pb、Cd多晶體金屬塑性變形的方式有哪兩種；高溫下變形時(shí)晶界與晶內(nèi)的作用差別。多晶體的塑性變形包括各個(gè)晶粒內(nèi)部的塑性變形和晶粒邊界的塑性變形兩部分。晶粒內(nèi)的塑性變形主要為滑移和孿生兩種方式。在溫度低時(shí)，晶界的強(qiáng)度普通比晶粒內(nèi)部高，不易變形；高溫時(shí)晶界強(qiáng)度降低，晶界內(nèi)容易產(chǎn)生相對(duì)滑動(dòng)，在拉應(yīng)力作用下，在晶粒間產(chǎn)生較大的變形后，晶界可以浮上微裂紋，變形量很大時(shí)引起開(kāi)裂。在壓應(yīng)力作用下，晶界不易浮上微裂紋，浮上微裂紋后也不易擴(kuò)展，入晶粒極細(xì)，晶界在晶粒內(nèi)所占的體積比例很大，晶界的滑動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)所產(chǎn)生的變形就很可觀，晶界變形可以成為塑性變形的主要形式。熱鍛過(guò)程可以改善鑄錠的哪些缺陷？焊合空洞性缺陷。鋼料內(nèi)入存在疏松、縮孔、微裂、氣泡等空洞性缺陷時(shí)，在受力狀態(tài)下會(huì)因?yàn)閼?yīng)力擴(kuò)散而擴(kuò)展和開(kāi)裂，嚴(yán)重影響金屬的強(qiáng)度和塑性。但在熱鍛條件下，這種空洞性缺陷可以逐步縮小到徹低焊合。高溫鍛壓對(duì)焊合缺陷有兩方面作用。一方面是在高溫下金屬的變形抗力小，在較小的設(shè)備下，可以獲得較大的變形量。另一方面是金屬在高溫下蔓延作用疾馳，缺陷縮小后，能很快焊合。降低偏析度。鋼錠加熱到高溫后，原子間的蔓延作用顯著提高。隨高溫停歇時(shí)光的增強(qiáng)，枝晶偏析和晶間偏析都得到不同程度的降低或消除。細(xì)化晶粒。在熱鍛過(guò)程中，晶體組織要發(fā)生再結(jié)晶。坯料內(nèi)本來(lái)的粗壯晶粒，經(jīng)過(guò)變形再結(jié)晶后，可以變成細(xì)小的等軸晶粒。坯料拔長(zhǎng)過(guò)程中容易產(chǎn)生哪些缺陷？怎樣解決缺陷？表面和角部裂紋、內(nèi)部裂紋以及表面折疊，此外還有對(duì)角線裂紋、端面縮口以及內(nèi)部孔壁裂紋等內(nèi)部橫向裂紋：適當(dāng)增強(qiáng)相對(duì)送進(jìn)量，控制一次壓下量，改變變形區(qū)的變形特征，避免浮上雙鼓形，使坯料變形區(qū)內(nèi)應(yīng)力分布合理內(nèi)部縱向裂紋：挑選合理的進(jìn)給量，使金屬軸向流動(dòng)大于橫向流動(dòng)；也可以采用V型占拔長(zhǎng)，以減小橫向流動(dòng)的金屬在鍛件中央造成的拉應(yīng)力；對(duì)于方形截面的坯料，在倒角時(shí)應(yīng)采用輕擊，減小一次變形量；對(duì)于塑性較差的材料，可采用圓形占舉行倒角。表面裂紋和角裂：在拔長(zhǎng)操作中控制號(hào)參數(shù)，送進(jìn)量和一次壓下量，對(duì)于角部還要及時(shí)倒角，以減小溫降，改變角部的應(yīng)力狀態(tài)，避免裂紋產(chǎn)生表面折疊：每次單面壓縮后，不要使毛坯壓縮得太扁，應(yīng)使坯料寬度和高度之比b/h不小于2~2.5，或者采用其他主意舉行拔長(zhǎng)鍛造為什么要加熱后舉行？如何挑選鍛造溫度范圍？1）減少金屬的變形抗力；2）改變鑄錠的鑄態(tài)結(jié)構(gòu)；3）提高金屬塑性。原則：使金屬在鍛造溫度范圍內(nèi)具有良好的塑性和低的變形抗力；鍛造出的鍛件機(jī)械性能及微觀組織良好；鍛造溫度范圍盡可能寬，這樣加熱的次數(shù)比較少，可以提高生長(zhǎng)效率。設(shè)計(jì)沖孔模和落料模時(shí)，如何決定凸模與凹模的刃口尺寸。設(shè)計(jì)落料模時(shí)，先按落料件決定凹模刃口尺寸，其大小是零件的公稱尺寸減去偏差，而凸模的刃口尺寸是凹模尺寸減去雙邊間隙值；設(shè)計(jì)沖孔模，先按沖孔件決定凸模刃口尺寸，其大小是零件的公稱尺寸加上偏差，而凹模的刃口尺寸是凸模尺寸加上雙邊間隙值。分析拉深過(guò)程毛坯起皺的緣故。防止起皺的措施。1）毛坯的相對(duì)厚度t/D0：相對(duì)厚度越小，拉伸變形區(qū)抗失穩(wěn)能力差，越容易起皺。2）拉伸系數(shù)m=d/D0.d：拉伸后直徑，D0：拉伸前直徑毛坯外邊緣在拉伸時(shí)的切向壓塑變形的大小。拉伸系數(shù)越小，拉伸變形區(qū)寬度變大，抗失穩(wěn)能力變小，越容易起皺。3）其它因素：凹模的幾何形狀，板料的機(jī)械性能，凹模的的潤(rùn)滑。防止毛坯起皺：起皺產(chǎn)生緣故：在切向壓應(yīng)力作用下，因?yàn)槭Х€(wěn)而發(fā)生。通常在拉伸模上設(shè)置壓邊圈防止毛坯起皺解釋板料n值，r值的物理意義，它們對(duì)板料成形有哪些影響。硬化指數(shù)n，表示在塑性變形中材料硬化的硬度。n值大的材料，在同樣的變形程度下，真切應(yīng)力增強(qiáng)的要多。n值大時(shí)，在伸長(zhǎng)類變形過(guò)程中可以使變形勻稱化，具有擴(kuò)展變形區(qū)，減少毛坯的局部變薄和增大極限變形參數(shù)等作用。板厚方向性系數(shù)r，板料試樣拉伸實(shí)驗(yàn)中寬度應(yīng)變于厚度應(yīng)變之比r值于沖壓成形性能有密切關(guān)系，尤其于拉深成形性能直接相關(guān)。板料的r值大，拉深成形時(shí)，有利于凸緣的切向收縮變形和提高拉深件底部的承載能力。分析焊條外涂層（藥皮）的作用。焊條藥皮：熔化形成熔渣籠罩于熔池表面并產(chǎn)生大量保護(hù)氣體，實(shí)現(xiàn)氣體－熔渣聯(lián)合保護(hù)，同時(shí)在高溫下熔渣與熔池液態(tài)金屬之間發(fā)生冶金反應(yīng)。隨焊條的移動(dòng)，熔池冷卻、結(jié)晶，形成延續(xù)的焊縫，熔渣凝結(jié)成渣殼。簡(jiǎn)述埋弧焊，CO2氣體保護(hù)焊，等離子弧焊的工藝特點(diǎn)。用埋弧焊（熔劑層下焊接）的焊接主意焊接時(shí)，送絲機(jī)構(gòu)將焊絲自動(dòng)送入電弧區(qū)，并保證選定的弧長(zhǎng)，電弧在顆粒狀熔劑（焊劑）層下燃燒。焊機(jī)帶著焊絲相對(duì)工件勻稱移動(dòng)，焊劑從漏斗中不斷流出籠罩在被焊部位，防止熔池接觸空氣。生產(chǎn)率高、焊縫質(zhì)量高形狀美觀、節(jié)約金屬材料、改善勞動(dòng)條件、設(shè)備費(fèi)用較貴、只相宜長(zhǎng)直焊縫和環(huán)焊縫采用CO2或CO2＋Ar混合氣體作為保護(hù)氣，同時(shí)采用內(nèi)部裝有焊劑的藥芯焊絲，藥芯的成分和焊條藥皮類似，可實(shí)現(xiàn)氣體－溶渣聯(lián)合保護(hù)。特點(diǎn)：飛濺少，電弧穩(wěn)定，焊縫成形美觀；焊絲熔敷速度快，生產(chǎn)率比手工電弧焊高3～5倍；調(diào)節(jié)焊劑成分，可焊接多種材料；抗氣孔能力較強(qiáng)。但藥芯焊絲發(fā)明較艱難，且容易變潮，使用前應(yīng)在250～300℃下烘烤。等離子弧焊實(shí)際上是一種具有壓縮效應(yīng)的鎢極氬弧焊，因此，等離子弧焊除了具有氬弧焊的優(yōu)點(diǎn)以外，還有以下特點(diǎn)：等離子弧能量密度大，弧柱溫度高，穿透力強(qiáng),可焊接厚度10~12mm的鋼材而不開(kāi)坡口（鎢極氬弧焊只能是＜3mm），一次焊透，雙面成形。焊縫的高度和寬度勻稱一致，焊縫表面光潔，質(zhì)量高。當(dāng)電流很小時(shí)（如0.1A），電弧也能穩(wěn)定燃燒，并保持良好的挺直度和方向性。故可焊接很薄的箔材。但其設(shè)備較復(fù)雜，氣體消耗量大，只相宜室內(nèi)焊接。說(shuō)明電弧焊、氣焊、電阻焊、電渣焊和摩擦焊所用熱源，并分析它們的加熱特點(diǎn)。電弧焊：焊條和工件之間通過(guò)瞬時(shí)短路引燃電弧，電弧熱使焊件和焊條端部同時(shí)熔化，熔滴與熔化的母材形成熔池。氣焊：氣焊是利用可燃?xì)怏w燃燒的高溫火焰來(lái)熔化木材和填充金屬的一種焊接主意。氣焊不需要電源，溫度較電弧焊低。電渣焊：電渣焊是利用電流通過(guò)熔渣所產(chǎn)生的電阻熱作為熱源舉行焊接的一種熔焊主意。摩擦焊：利用焊件接觸端面互相摩擦產(chǎn)生的熱量，使端面達(dá)到熱塑性狀態(tài)，然后疾馳施加頂鍛力，實(shí)現(xiàn)焊接的一種固相壓焊主意。分析低碳鋼熱影響區(qū)的組織變化和對(duì)性能的影響。焊接熱影響區(qū)別為：過(guò)熱區(qū)、正火區(qū)、部分相變區(qū)、再結(jié)晶區(qū)過(guò)熱區(qū)奧氏體晶粒嚴(yán)重長(zhǎng)大，冷卻后獲得粗壯的過(guò)熱組織，塑性大大降低，易產(chǎn)生裂紋。正火區(qū)相當(dāng)于熱處理中的正火組織，是綜合力學(xué)性能最好的區(qū)段。部分相變區(qū)冷卻后晶粒大小和分布不勻稱，材料力學(xué)性能不勻稱再結(jié)晶區(qū)組織對(duì)性能影響不大。簡(jiǎn)述陰極濺射沉積的原理和特點(diǎn)*****原理:用荷能粒子轟擊某一靶材（陰極）使靶材表層原子以一定的能量逸出，然后在基材表面沉積成膜的過(guò)程。特點(diǎn)：結(jié)合力高；容易得到高熔點(diǎn)物質(zhì)的薄膜；可以在較大面積上得到均一的薄膜；可以控制膜的組成，制備合金膜；可以長(zhǎng)時(shí)光地延續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)；良好的再現(xiàn)性。陰極濺射法幾乎可以發(fā)明一切物質(zhì)的薄膜。簡(jiǎn)述激光表面處理的特點(diǎn)。原理：將激光束照到工件的表面，以去除或熔化材料以及改變材料表面性能的加工主意。特點(diǎn)：高功率密度激光能量擴(kuò)散，與工件表面作用時(shí)光短，適于局部表面處理，對(duì)工件整體熱影響小，因此熱變形很小，這對(duì)細(xì)長(zhǎng)桿件、薄片等十分有利。工藝操作靈便簡(jiǎn)便，柔性大。改性層有充足厚度，適于工程要求。結(jié)合狀態(tài)良好，改性層內(nèi)部、改性層和基體之間呈致密的冶金結(jié)合，不易剝落。簡(jiǎn)述粉末燒結(jié)的致密化過(guò)程，分析燒結(jié)過(guò)程的推進(jìn)力。*****可分為三個(gè)過(guò)程：1）粘結(jié)階段：顆粒間的原始接觸點(diǎn)或面改變?yōu)榫w結(jié)合，即經(jīng)過(guò)生核，長(zhǎng)大過(guò)程形成燒結(jié)頸。該階段粉末顆粒內(nèi)部的晶粒不發(fā)生變化，形狀也不變化，囫圇燒結(jié)體不發(fā)生收縮，密度微變化。2）燒結(jié)頸長(zhǎng)大階段：原子向顆粒結(jié)合面大量遷移，使燒結(jié)頸擴(kuò)大，顆粒間距離縮小，同時(shí)晶粒長(zhǎng)大，晶界越過(guò)孔隙移動(dòng)，使孔隙大量出現(xiàn)。該階段燒結(jié)體收縮，密度和強(qiáng)度增強(qiáng)。3）閉孔隙球化和縮小階段：閉孔數(shù)量增強(qiáng)，孔隙形狀逐漸球化。該階段燒結(jié)體緩慢收縮，但主要是小孔出現(xiàn)和孔隙數(shù)量減少。該階段延續(xù)很長(zhǎng)時(shí)光，可能殘留少量孔隙。發(fā)生上述過(guò)程的根本緣故是粉末燒結(jié)過(guò)程系統(tǒng)自由能的降低。包括以下幾個(gè)方面:1）顆粒結(jié)合面的增大和顆粒的平直化，粉末體的總面積和總的表面自由能減少。2）在粉末坯塊高溫?zé)Y(jié)過(guò)程中，燒結(jié)體內(nèi)會(huì)發(fā)生孔隙總體積和總面積的減少。3）粉末顆粒內(nèi)晶格畸變的消除。20.分析WC-Co硬質(zhì)合金可以舉行液相燒結(jié)的緣故，簡(jiǎn)述其燒結(jié)過(guò)程?；跐M意以下三個(gè)條件：（1）液態(tài)Co對(duì)WC徹低浸潤(rùn)。在1500°C和氫氣氛下，液態(tài)Co與WC的潤(rùn)濕角為0°，即徹低濕潤(rùn)(2)WC在Co中部分溶解（3）燒結(jié)溫度（1350°-1480°）下有液相Co存在，而液相Co在WC中不溶解，使得在保溫階段液相一直存在。燒結(jié)