[工学]工程材料与成形材料成型、铸造、焊接、加工、热处理、工艺、工程材料课件

第一部分 工程材料 材料的力学性能,一、静态力学性能 力学性能： -曲线 硬度：HB、HRC、HV 二、动态力学性能 K、 -1,第一部分 工程材料 结构,外来晶核（变质处理） 提高冷却速度 振荡 结晶过程：形核、长大晶粒大小控制细晶强化 结晶 理想晶体晶胞、晶面、晶向三种晶格 （纯）金属晶体 组元 + 实际晶体区别：缺陷塑变基础 其它元素合金固溶体（间隙固溶、置换固溶）晶格畸变 碳 弥散强化（第二相强化） 固溶强化 铁碳合金 钢 铸铁 铁素体（F） 奥氏体（A） 珠光体（P）,不同晶格类型中的滑移面,体心立方晶格 ：六个滑移面 、每滑移面上有两个滑移方向共有十二个滑移系 面心立方晶格：四个滑移面、每个滑移面上有三个滑移方向共十二个滑移系 密排六方晶格：只有一个滑移面，此面上有三个滑移方向 晶体通过位错移动产生滑移,细晶强化,多晶体滑移阻力大，故强度较单晶体高，且晶粒愈细，强度愈高，硬度愈大。另一方面，因晶粒愈细，变形被分散到更多的晶粒内进行，每晶粒变形也较均匀，所以塑性、韧性也愈好。,塑性变形对金属组织性能的影响,1.冷变形强化 冷变形强化属位错强化 2. 产生各向异性:纤维组织 3.产生织构 4.残余应力,回复与再结晶,“回复和再结晶”过程的驱动力: 点阵畸变能 冷塑性变形量 1.回复 : 特征：显微组织无明显变化，晶粒仍保持伸长状；点阵畸变能大大降低，内应力显著减小，强度和硬度变化不大。 应用：去应力退火 。如电缆,2. 再结晶,再结晶通常是指经冷变形的金属在足够高的温度下加热时，通过新晶核的形成及长大，以无畸变的新晶粒逐渐取代变形晶粒的过程。 过程：形核及长大 条件：冷变形+足够高的温度 特征：晶体缺陷基本消失，形成无畸变的新等轴晶粒；冷变形强化现象完全消除 与重结晶区别：无晶体结构转变（不是重结晶）,晶粒长大,冷塑性变形金属材料经再结晶后，一般可得到细而均匀的等轴状晶粒。 如加热温度过高或时间过长，会出现晶粒长大或二次再结晶造成晶粒粗化，力学性能相应变坏。 晶粒长大：靠晶界推移，晶粒相互吞并（大晶粒吞吃小晶粒）。 晶粒越均匀，晶粒长大的倾向越小。 影响再结晶后晶粒大小的因素 退火加热温度;冷变形量;,热加工与冷加工的区别,热加工与冷加工的区别是以金属材料的再结晶温度为分界。再结晶温度以下进行的塑性变形称为冷加工。再结晶温度以上进行的塑性变形加工称为热加工，热加工的下限温度一般应在再结晶温度以上一定范围。 金属材料热加工时，在塑性变形的同时再结晶也随之发生，冷变形强化现象随即消除。 热加工对材料的组织和性能的影响 改善铸锭和坯料的组织和性能;产生流线组织,基本相： F、 A、 Fe3C（室温相？） 基本组织： F、 A、 Fe3C、 P、Ld,钢的热处理,钢在加热时的转变,非平衡冷却,奥氏体 化： A形核- A长大、残余Fe3C溶解-A均匀化,俗称C曲线 横向： A过冷区（反应物区） 过渡区（转变区） 产物区（P？、B？） 纵向： 高温区（扩散转变P ） 中温区（半扩散B） 低温区（非扩散M？）,影响C曲线的因素： 含碳量的影响、 合金元素的影响 （合金元素只有固溶于奥 氏体中时才能起上述作用） 原始组织的影响、 加热温度和保温时间的影响 总之，A越稳定，C曲线越右,第一部分 工程材料 热处理（四把火）,1 钢的普通热处理：退火和正火、淬火与回火 名称、工艺(温度)、组织、性能、应用、举例 目的及必要条件,退火 软化 正火 常化（以正代退、以正火代调质、 先正后退） 淬火 强硬化 回火 韧化（淬火后）,淬火+低温回火： 目的：降低组织应力，保留较高硬度， 组织：回火马氏体 应用：耐磨件 淬火+中温回火 目的：高弹、韧、疲劳性， 组织：回火托氏体 应用：弹性元件、热锻模 淬火+高温回火（调质） 目的：综合力学性能 组织：回火索氏体 应用：重要零件,S与S回? T与T回? B上与B下? M高与M低? 钢的淬硬性：主要取决于钢的含碳量 钢的淬透性：主要取决于合金元素含量,第一部分 工程材料 常用工程材料,钢结构钢普通结构钢 渗碳钢 优质结构钢调质钢 弹簧钢 碳素工具钢 滚动轴承钢 工具钢普通低合金工具钢 刃具钢 高速钢 冷作模具钢 模具钢 热作模具钢,碳钢的特点 低碳钢：塑、韧，适用于各种冷、热加工与焊接； 中碳钢：可得到各种性能的较佳配合，淬火效果也显著优于低碳钢， 在制造齿轮、轴、弹簧等机械结构零件等方面得到广泛的应用； 高碳钢：硬度、耐磨性较高，有一定淬火效果，可用于制作刃、模、量具,2.铸铁,铸铁,灰口铸铁 （C G、 G +Fe3C ）,C存在形式,白口铸铁 （C Fe3C）,G的形貌,灰铸铁（片状G）,蠕墨铸铁（虫状G）,球墨铸铁（球状G）,可锻铸铁（团状G）,孕育铸铁（细片状G）,普通灰铸铁（厚片状G）,影响铸铁组织和性能的因素 化学成分、冷却速度、 提高灰铸铁强度有两个基本途径： 1.改变石墨的数量、形状、大小和分布； 2.改善基体组织，在石墨的影响减少之后，以期充分 发挥金属基体的作用。,第二部分 铸造-工艺基础,流动性三种凝固：逐层凝固、糊状凝固 、中间凝固 充型能力 浇注条件（浇注温度和充型压力） 铸型条件（简化浇注系统、铸型蓄热能力、铸型温度、铸型中的气体） 铸件结构 工艺基础： 三个阶段：液态收缩（体收缩）、凝固收缩、固态收缩 第一、二阶段是产生缩孔和缩松的主要原因 第三阶段是产生铸造应力和变形开裂的主要原因 收缩 影响因素：过热度、凝固收缩和凝固温度范围 收缩缺陷：缩孔和缩松（热节） 、变形和裂纹 （应力的形成、分布、变形及其防止）,相关缺陷：浇不足、冷隔；补缩不良缩孔、缩松；粘度增加气孔、渣孔。,缩孔、缩松的措施： 定向（顺序）凝固、减小热节 防止铸造 应力和变形的措施： 壁厚均匀、结构对称、同时凝固、反变形、时效处理,铸造工艺设计,浇注位置：三下一上,分型面：便于起模、大部分一箱、一型内不过高、 少用砂芯且便于安放和检验,工艺参数的确定,绘制铸造工艺图,首先从保证铸件质量出发确定浇注位置，再从简化工艺出发确定分型面。,铸件结构工艺性,铸造工艺对铸件结构的要求,合金铸造性能对铸件结构的要求,铸造方法对铸件结构的要求,外形简单,少用活块和芯,壁厚合理、均匀,壁与壁的连接,避免收缩受阻,避免大平面,第三部分压力加工-工艺基础,工艺基础,塑性变形,单晶体的弹性变形,单晶体的塑性变形,滑移， 滑移系、滑移面、滑移方向,塑性变形的本质,滑移的机理：位错,实际金属的塑性变形,关键：晶界的存在及 各晶粒位向不同 细晶强化,对金属组织性能的影响,各向异性,冷变形强化,纤维组织,织构,残余应力（宏观内应力 、 微观内应力和点阵畸变 ）,回复与再结晶,驱动力: 点阵畸变能 冷塑性变形量,过程: 形核及长大,与重结晶区别：无晶体结构转变,影响因素：温度、冷变形量,热加工与冷加工的区别：再结晶温度为分界 冷变形强化消除与否,T再 （K）（0.35 0.4 ）T熔（K）,锻造性,锻造流线 与 纤维组织,锻造性,锻造流线 与 纤维组织,指标： s和 金属的塑性高、变形抗力小，其锻造性就好,影响因素,区别：冷变形强化消除与否,利用：合理布置,锻件与铸件相比的特点：晶粒细化、组织致密力学性能提高,锻造比：,拔长锻造比：拔长前后截面积比,镦粗锻造比：镦粗前后高度积比,锻造比1,化学成分,组织和性能,变形温度,变形速度,应力状态,常用模锻方法,工艺设计,自由锻,工序,盘类（如齿轮坯）:镦粗冲孔扩孔滚圆。,轴类（如传动轴）:坯料（镦粗）拔长滚压 （弯曲）预锻终锻,模锻,锻件图：余块（敷料）、余量、公差,锻件图,分模面的选择,分模面最好是一个平面,应选在模锻件的最大截面处,使上下两模沿分模面的模膛轮廓一致,使模腔浅而宽、使零件上所加的敷料最少,工艺参数:锻公差、模锻斜度、模锻圆角、连皮厚度,工序,盘类（如如齿轮、法兰盘等）:镦粗冲孔预锻 终锻,轴类（如传动轴）:坯料拔成圆棒压肩拔出一端再调头拔出另一端修正,板料冲压,分离工序,冲孔：冲下的是废料,落料：冲下的是零件,落料模：按落料件确定凹模刃口尺寸，根据间隙确定凸模尺寸，即用缩小凸模刃口尺寸来保证间隙值。,冲孔模：按冲孔件确定凸模刃口尺寸，根据间隙确定凹模尺寸，即用扩大凹模刃口尺寸来保证间隙值。,变形工序,受力特点：内层的金属受压、外层受拉 最小内弯半径:板 料厚度的1/4； 回弹 坯料尺寸,受力特点：周向受、径向受拉； 防止起皱：采用压边圈； 防止拉裂：合理选择凸、凹模间隙、工作圆角半 径及拉深系m=d/D （ 0.5-0.8）,弯曲,拉 深,翻边：,翻边系数=翻边前的直径/翻边后的直径，一般要大于0.65-0.72,结构工艺性,自由锻锻件,尽量避免锥体和斜面,尽量避免空间曲线,尽量避免椭圆形、工字形等复杂表面,尽量避免凸台、筋等凸起结构,尽量避免横截面突变,模锻件,模锻件必须具有一个合理的分模面， 余块最少，锻模容易制造,模锻件外形应力求简单、平直和对称，尽量避免模锻件截面间差别过大，或具有薄壁、高筋、高台等结构,锻件上与分模面垂直的非加工表面，应设计出模锻斜度两个非加工表面形成的角都应按模锻圆角设计,模锻件的结构中应避免深孔或多孔结构,冲压件,落料和冲孔件,孔及有关尺寸,外形要求,直线与直线、曲线与直线的交接,弯曲件,弯曲边的高度要大于2倍的板厚 孔的位置如图以免弯曲变形引起孔的变形 弯曲半径应大于材料的最小内弯半径,拉深件,合理的拉深圆角，要大于2倍的板厚,组合结构,第四部分 焊接-工艺基础,焊 接,熔焊：焊接过程中，将焊件接头加热至熔化状态，不加压完成焊接的方法。如电弧焊、气焊等。,压焊：焊接过程中，必须对焊件施加压力（加热或不加热），以完成焊接的方法。如电阻焊、摩擦焊等。,钎焊：采用比母材（被焊接的材料的总称）熔点低的金属材料作钎料，将焊件和钎料加热到高于钎料熔点，低于母材熔点的温度，利用液态钎料润湿母材，填充接头间隙并与母材相互扩散实现连接焊件的方法。软钎焊、硬钎焊都属于这种方法。,分类,焊接电弧,构造：焊接电弧可划分为阴极区、阳极区和弧柱区。,本质：气体介质中产生的强烈而持久的放电现象,极性：正接或反接。正接是工件接正极焊条(或电极)接负极，对工件加热较多；反接是工件接负极焊条(或电极)接正极,酸性焊条：可用交流也可采用直流，厚板一般采用直流正接；焊接薄板时，采用直流反接，以防焊穿； 堆焊：采用反接，其目的是增加焊条的熔化速度，减少母材的熔深，有利于降低母材对堆焊层的稀释。 碱性焊条(低氢焊条)：直流反接，电弧燃烧稳定，飞溅少，而且焊接时声音较平静均匀。 钨极氩弧焊 一般都采用直流正接，电弧比较稳定，钨极寿命长；采用反接时，钨极因过热而损失严重，使用寿命短，但可产生“阴极破碎”。 熔化极气体保护焊 均采用直流反接，电弧稳定，焊丝熔化速度快，熔敷效率高。 埋弧焊：当焊剂中含氟化物时，采用直流反接，以稳定电弧。,熔焊冶金,焊接性,熔焊冶金,焊接性,冶金措施:机械保护，渗合金、脱氧、脱硫、脱磷、稳弧,焊接接头的组织与性能,（再结晶区）,焊缝区,熔合区,热影响区,过热区,正火区,部分相变区,焊接应力和变形,原因,焊接加热是局部进行的。 焊缝被加热焊缝区域应膨胀；焊缝周围金属未被加热和膨胀制约焊缝自由膨胀焊缝被塑性压缩焊缝冷却后，焊缝比周围短，周围区域没缩短阻碍焊缝自由收缩残余应力。,应力分布：焊缝及附近区域受拉， 周围区域受压。,预防和消除焊接应力 的措施,1） 预防焊接应力的工艺措施 先焊短焊缝，后焊直通焊缝 焊前对焊件进行预热、焊后缓冷、多层多道施焊， 2）消除焊接应力的工艺措施 使焊接接头产生适量的塑性变形、焊后去应力退火。,焊接变形的基本形式,收缩变形：由于焊接区沿纵向（焊缝方向）和横向（垂直于焊缝方向）收缩引起的，结果焊件长、宽尺寸减小 弯曲变形：焊接区纵向收缩沿焊件高度方向分布不均匀而产生 扭曲变形：焊接方向和焊接顺序不合理而引起 角变形：焊缝横向收缩沿板厚度方向分布不均匀， 波浪变形：由于焊接区的收缩产生的压应力使板件失去稳定性而形成。易发生在薄板焊件中。,减少焊接变形的工艺措施,反变形法 合理焊接顺序：使焊件自由收缩 刚性固定法 选用合理的焊接规范,矫正焊接变形的工艺措施,“机械矫正法” 和“火焰矫正法”,定义,工艺焊接性：是指在某一焊接工艺条件下，能得到优质焊接接头的能力。,使用焊接性：是指整个焊接接头或整体结构满足焊接技术条件规定的使用性能的程度。,影响因素,材料因素：包括母材的化学成分、组织状态以及焊接材料的成分等,工艺因素：包括所用的焊接方法、焊接规范以及工艺措施等,结构因素：包括焊接接头或结构的刚度大小与应力状态等,使用条件：包括焊接接头的工作温度(如高温或低温)，承受载荷 情况(如冲击或疲劳)，接触的介质腐蚀性等,碳当量Ceq,当Ceq0.6%时，钢的塑性较差，淬硬和冷裂倾向严重，焊接性很差。焊接时需要采取严格的工艺措施。,第四部分 焊接-焊接方法,在手弧焊中，应注意焊条的分类和选择。 分类：酸性，碱性？ 选择：原则！ 等强度；抗气孔；防裂纹；同成分；经济性等 铸铁应选用碱性焊条，焊接前应预热。 焊接不锈钢或耐热钢等有特殊性能要求的钢材，应选用相应的专用焊条，以保证焊缝的主要化学成分与性能和母材相同,常用焊接方法的特点,焊接结构,焊接结构,焊接结构件材料的选择,首选Ceq0.4的碳钢和低合金结构钢 对体积和重量有所要求的焊接结构，应选择强度与重量之比较高的材料， 强度等级较低的钢材，其价格较低，焊接性较好，但在重载情况下会导致产品尺寸和重量增大。强度等级较高的钢材，虽然价格较高，但却可以节省用料，减小产品尺寸和重量。 优先选用型材和管材、采用铸焊、锻焊或冲焊结构。 用两种或两种以上异质钢材或异种金属构成，以满足不同部位的性能要求。,焊接方法的选择,在保证产品质量的前提下，优先选用常用的焊接方法 焊件厚度是重要因素，过薄易焊穿，过厚明显降低生产率，易造成焊不透、晶粒粗大等缺陷。 对于具有良好焊接性的低碳钢： 薄板结构，可采用气焊、二氧化碳气保护焊、缝焊，无密封要求时可采用点焊； 中厚板结构（壁厚1020mm）的短焊缝或单件小批量生产，可采用手弧焊； 长焊缝或大批量生产，可采用埋弧焊、二氧化碳气体保护焊；厚板重型结构，主要采用电渣焊。 致于氩弧焊等，因成本高，一般不用于焊接低碳钢，主要用于焊接不锈钢、耐热钢和有色金属等。,易淬火钢焊接,(1)热影响区冷裂倾向大 (2）焊缝中容易产生焊接缺陷 高碳钢的焊接多为补焊和堆焊，工艺方法常用手弧焊和气焊。其它易淬硬钢的焊接或补焊，常用手弧焊、埋弧自动焊、CO2焊、电阻焊、摩擦焊等，当焊接质量难以保证时，还可以采用氩弧焊、等离子弧焊等方法。 焊接易淬便钢一般都用抗裂性能好的低氢型焊条，必要时也可采用奥氏体不锈钢焊条。,焊接接头形式 焊件坡口型式 焊缝布置 焊缝应避免密集交叉 焊缝应对称分布 结构的工作应力较大处应该避免设计焊缝 焊缝应避开焊后要进行机械加工的部位 焊缝应该考虑到焊接操作空间,1、判断改错题（对“”，错“”，并改正。每小题2分，共20分）： 1）机械零件正常服役时其材料处于塑性状态（ ） 机械零件正常服役时，其材料处于塑性状态改为弹性 2、单项选择题 1）低碳钢所受到的拉应力(B )时，出现明显的塑性变形； A b；Bs； C 达到b；D达到s 2）机械零件在正常工作条件下多数处于（ A ）。 A 弹性变形状态； B 塑性变形状态； C 弹塑性变形状态； D刚性状态；,判断改错题 1、随钢的C%增加，其抗拉强度增加 （ ） 随钢c增加抗拉强度增加改为下降 2、随钢的C%增加，其塑性增加。 （ ） 随钢的C%增加，其塑性增加，改为下降或塑性硬度 3、随钢的C%增加，其韧性增加。 （ ） 增加改为降低 4、随钢的C%增加，其硬度增加（ ） 5、结晶过程包括形核与长大两个过程。 （ ） 6、冷却速度越慢，金属晶粒越细 （ ） 越慢改为越快 或越细改为越粗 7、晶粒愈小，金属材料常规力学性能愈差。（） 小改为大 8、珠光体是单相固溶体（） 是改为不是 9、纯铁在降温过程中，912时发生同素异构转变，由面心立方晶格的-Fe转变为体心立方晶格的Fe。 （ ）,二、单项选择题 1、实际晶体的线缺陷表现为（ B ）。 A 空位和间隙原子 B 位错 C 晶界 D 亚晶界 2、过冷度是金属结晶的驱动力，它的大小主要取决于（ D ）。 A 化学成分 B 加热温度 C 晶体结构 D 冷却速度 3、铁素体的力学性能特点是（ B ）。 A 具有良好的硬度和强度 B 具有良好的塑性和韧性 C 具有良好的综合力学性能 D 具有良好的耐磨性 三、填空题 金属结晶包括 形核与长大 两个过程。 四、简答题 1.金属晶体的常见晶格有哪几种？ 体心立方、面心立方、密排立方 2.固溶体有几种类型?铁素体属何种固溶体？ 固溶体：有间隙固溶体和置换固溶体两类，铁素体属于间隙固溶体。 3.什么是细晶形强化？给出两种细化晶粒的措施。 通过细化晶粒来提高材料力学性能的方法称为细晶强化。 细化措施：1）孕育处理；2）提高冷却速度3）振荡,一、判断改错题 1、钢铁材料能够进行热处理的依据是纯铁具有同素异构现象。（ ） 2、共析钢退火态组织为P+F（ ） P+F改为P 3、20钢锻件，为了便于切削加工，一般预先进行正火处理。（ ） 4、T12钢的淬火温度为Ac1以上3050（ ） 二、单项选择题 铁素体的力学性能特点是（ B ）。 A 具有良好的硬度和强度 B 具有良好的塑性和韧性 C 具有良好的综合力学性能 D 具有良好的耐磨性,三、填空题 1、钢的常规热处理（四把火）是指 退火、正火、淬火、回火 。 2、在正火态的20钢、45钢、T8钢；、T13钢中， T8 钢的b值最高。 3、为使钢得到理想的耐磨性，应进行淬火加 低温 回火。 4、为使钢获得理想的弹性，应进行淬火加 中温 回火。 5、为保证钢的综合性能，淬火后应进行 高温 回火。 四、简答题 1. 根据铁碳合金退火后室温下的显微组织，说明T8钢比40钢的强度、硬度高，但塑性、韧性差的原因。 T8钢组织为P，Fe3C比40钢，且分布合理，、HB高，但、ak低 2. 何谓调质处理？ 淬火后高温回火的热处理方法为调质处理,一、单项选择题 1、机床床身一般采用的材料是（ D ）。 A可锻铸铁 B球墨铸铁 C铸钢 D灰铸铁 2、减速器箱体一般采用的材料是：（ D ） A可锻铸铁；B球墨铸铁；C铸钢；D灰铸铁。 3、发动机箱体一般采用的材料是（ D ）。 A可锻铸铁 B球墨铸铁 C铸钢 D灰铸铁 4、汽车曲轴一般采用的材料是（ B ） A可锻铸铁；B球墨铸铁；C铸钢；D灰铸铁。 5、管接头一般采用的材料是（ A ）。 A可锻铸铁 B球墨铸铁 C铸钢 D灰铸铁 6、机床主轴一般采用的材料是（ D ）。 A可锻铸铁 B球墨铸铁 C铸钢 D 45钢 二、简答题 1、试述灰铸铁、可锻铸铁及球墨铸铁主要区别。 主要区别在石墨形貌，灰铸铁中石墨为片状、可锻铸铁中石墨为团絮状及球墨铸铁中石墨为球状。,一、判断改错题 1、合金的浇注温度越高越好。 （ ） 合金的浇注温度越高越好，改为并非越高越好 2、铸造合金的流动性与成分有关，共晶成分的合金流动性最佳。（ ） 3、铸造合金的流动性与成分有关，共析成分的合金流动性最佳。（ ） 共析改为共晶 4、防止或减少铸件变形的方法之一是提高流动性。（ ） 防止或减少铸件变形的方法之一是提高流动性，改为使壁厚均匀或变形冷隔浇不足 5、当过热度相同时，亚共晶铸铁的流动性随着含碳量的降低而提高。 （ ） 6、铸造时，在保证金属液具有足够充型能力的前提下，浇注温度应尽量降低。（） 7、采用同时凝固法可以防止铸件内产生缩孔。( ) 同时凝固法改为定向(或顺序）凝固法 8、为防止缩孔，可采用同时凝固工艺。（ ） 同时凝固工艺改为定向(或顺序）凝固工艺 9、为减少铸造应力，常采用顺序凝固。（ ） 顺序凝固改为同时凝固 10、铸件上的重要加工表面，浇铸时应朝上放置。（ ） 朝上改为朝下 11、同时凝固的铸造热应力大于顺序凝固。 ( ) 大于改为小于 12、用于铸造的合金称为铸造合金。 （ ） 13、铸造的实质是金属的液态成形。 ( ) 14、普通灰铸铁与铸钢相比具有良好的力学性能和铸造性能。（ ） 删除“力学性能和”,二 、单项选择题 1、冲天炉熔炼时常用的熔剂是：（ D ） A石腊； B原砂； C焦碳； D石灰石。 2、生产中提高合金流动性常采用的方法是 (A )。 A提高浇铸温度 B降低出铁温度 C加大出气口 D延长浇铸时间冷铁配 3、冷铁配合冒口实现定向凝固能防止铸件产生：（A ） A缩孔 B应力 C变形 D裂纹 4、同时凝固可以不加冒口，这种方法主要用于（ D ） A有色金属铸件 B厚壁铸件 C大型铸件 D次要铸件 5、铸件壁越厚其强度越低，这主要是由于壁越厚：(A ) A组织越疏松 B易浇不足 C冷隔严重 D易产生缩孔 6、铸件壁越厚其强度越低，这主要是由于壁越厚( C )。 A气孔越多 B易浇不足 C晶粒粗大 D易产生缩孔 7、为防止铸件上产生缩孔，常采用的方法是（ A ）。 A顺序凝固 B同时凝固 C提高浇铸温度 D降低浇铸温度 8、灰铸铁的体收缩率比铸钢小，主要是（ C ）。 A含碳量低 B结晶温度范围大 C结晶时析出石墨 D结晶温度范围小 9、铸造性能最好的铸铁是（ B ）铸铁。 A白口铸铁 B普通灰铸铁 C可锻铸铁 D球墨铸铁 10、缩孔最可能出现的部位是：（ C ） A铸件最上部 B铸件中部 C在铸件最上部及热节处 D热节部位 11、铸钢件常采用顺序凝固法浇铸是因为（ D ）。 A固态收缩大 B熔点低 C凝固温度范围大 D体积收缩 12、限制铸件的最小壁厚，主要由于薄壁件中金属流动性低，易产生（ D ）。 A应力变形 B夹砂及砂眼 C 缩孔及缩松 D 冷隔及浇不足,三、填空题 1、一个钢制零件，带有复杂形状的内腔，该零件毛坯常用 铸造 方法生产。 2、金属的流动性主要决定于合金的 成分 3、流动性不好的铸件可能产生 冷隔 和浇不足缺陷。 4、铸造合金充型能力不良易造成冷隔和 浇不足 等缺陷， 5、缩松主要出现在 最后凝固部位。 6、一般灰铸铁的碳当量处在共晶点附近，究其原因是流动性 好 ，收缩 小 。 四、简答题 1、限制铸件最小壁厚的原因是什么？ 主要是由于薄壁件中金属充型性低，易产生冷隔和浇不足。 2、灰铸铁的体收缩率比钢小的主要原因是什么？ 因为灰铸铁凝固时的石墨析出膨胀 3、金属型铸造为何能改善铸件的力学性能？ 金属型对铸件有激冷作用，铸件晶粒细小组织致密,一、判断改错题 1、金属型能一型多铸，使用寿命长，故常称之为永久型铸型。（ ） 二、单项选择题 1、大型铸钢件在批量生产时应采用（ B ）。 A金属型铸造 B砂型铸造 C压力铸造 D熔模铸造 2、 机床床身在批量生产中应采用（ B ）。 A压力铸造 B砂型铸造 C熔模铸造 D金属型铸造 3、最适合用离心浇铸生产的铸件是（ D ）。 A减速箱盖 B金属切削机床尾架 C机床底座 D中空的铸铁管 4、离心铸造适宜于：（ D ） A形状复杂的铸件 B型芯较多的铸件 C平板型铸件 D空心回转体型铸件 5、金属型铸造和砂型铸造来生产同一个零件毛坯，则（ A ）。 A金属型铸造时，铸造应力较大，组织致密，力学性能好 B金属型铸造时，铸造应力较大，力学性能差 C金属型铸造时，铸造应力较小，力学性能差 D金属型铸造时，铸造应力较小，力学性能好 6、铜车马驭手须按普通人尺寸的1/10大小进行仿形铸造，应采用（ C ）。 A金属型铸造 B压力铸造 C熔模铸造 D离心铸造,三、简答题 1、试简述熔模铸造工艺过程。 制蜡模造壳型浇铸 2、金属型铸造为何能改善铸件的力学性能？灰铸铁用金属型铸造时，可能会遇到什么问题？ 因为冷却速度快，晶粒细小、组织致密 白口 3、金属型铸造为何能改善铸件的力学性能？ 金属型对铸件有激冷作用，铸件晶粒细小组织致密。,一、判断改错题 1、生产中分型面与分模面一定是一致的。 ( ) 一定改为不一定 二、单项选择题 1、选择浇铸位置时，应尽量使铸件的重要加工表面（ A ）。 A朝下 B朝上 C垂直 D侧立 2、车床床身浇注时，导轨面应(C ) A朝左侧； B朝右侧； C朝下； D朝上。 3、选择浇铸位置时，应尽量使铸件的薄壁大平面（ A ）。 A朝下 B朝上 C垂直 D侧立 4、选择分型面应尽量做到（ B ）。 A尽量使用活块 B使分型面平直且能使型腔全部或大部位于下箱中 C有两个或两个以上的分型面 D使分型面平直且能使型腔全部或大部位于上箱 三、填空题 1、浇铸位置的选择，主要保证铸件的 质量 ； 2、浇注位置的选择，主要保证铸件的质量 ；而分型面的选择主要考虑 简化操作。 3、铸件上质量要求高的面，在浇铸时应该尽量使其处于铸型的 下 面或侧_面 4、制定铸造工艺时，一般从 保证质量 发，确定浇铸位置；从 简化操作 出发确定分型面。,（1）便于起模，简化造型工艺,托架分型方案,（2）尽量使铸件大部分或全部位于同一砂箱，以保证铸件各部分之间的位置精度,床身铸件的分型方案,（3）为起模方便，也不要使模样在一型内过高。,托架分型方案,（4）尽量使铸件少用砂芯，且要有利于砂芯的安放、内尺寸的检验等。,框形零件的分型,三.综合分析举例,图示是普通支承件支座。质量要求一般，材料为HT150，铸造性能较好，故可不考虑浇注位置的选择，也不需要考虑补缩问题，所以其工艺设计主要集中在简化工艺。,根据分型面选择原则：便于起模选最大截面、尽量使铸件置于同一砂箱和减少型芯，如图所示可选的分型面有三种。,可以看出方案II、III 的优点多于方案I。但在不同生产批量下，具体方案可选择如下： (1)单件、小批生产 由于轴孔直径较小、不需铸出，而手工造型便于进行挖砂和活块造型，此时依靠方案II分型较为经济合理。 (2)大批量生产 由于机器造型难以使用活块，故应采用型芯制出轴孔内凸台。同时，应采用方案III从110 mm凹槽底面分型，以降低模板制造费用。 分型面选定之后，根据零件的尺寸、精度等因素选择相应的工艺参数，最后绘制出铸件图就完成了铸件的工艺设计。,图为大批量生产时的铸造工艺图,减速器箱座,该箱座是装配减速器的基准件，箱体上加工面有：剖分面、底面、轴承孔及端面、放油孔螺纹及其端面、油标孔及其端面、各螺柱孔、定位销孔等。其中以剖分面,的质量要求最高，加工后不允许有缩松、气孔等缺陷。箱座壁厚基本上均匀，大部分为8mm，所用材料是铸造性能良好的HT150。,(1)工艺方案选择,方案I：沿箱座高度方向分型，因箱座的截面两端大、中间小，故应有两个分型面，采用三箱造型。 优点：型腔全部位于中型内，易保证箱座的精度(尤其是剖分面与底面的相对位置)要求，质量要求高的剖分面朝下，容易保证铸件质量；砂芯支撑牢固，下芯操作方便。 缺点：油标孔凸台和放油孔凸台阻碍起模，需做成活块，底板下面的铸槽部分需采用挖砂造型。故此方案是三箱、分模、活块、挖砂等四种造型方法的联合应用，无法进行机器造型，仅适用于单件小批生产。,方案II：沿箱座宽度方向在中心线分型。,优点：此方案是两箱分模造型，若将底板下面四块加工面联成左右两决，则可消除其对起模的阻碍，铸件外部无需砂芯和活块，操作简单，容易采用机器造型，利于大批量生产。 缺点：砂芯呈悬臂状，支撑不够牢固；上型有吊砂，易产生塌型、冲砂等缺陷；错型会影响铸件外形尺寸。 综合分析可知，单件小批量生产，宜选用方案I；大批量生产可选方案II，此时箱座结构应作相应的改进，并借助大芯头来增加砂芯的支撑稳定性。,(2)铸造工艺简图绘制,分型方案确定之后，便可根据有关资料选定铸件的加工余量、收缩率、起模斜度、芯头尺寸等，并设计出浇注系统。图为按照方案I绘出的铸造工艺简图。,车床进给箱体，材料为灰口铸铁(HT150)，重约35公斤，仅要求尽量保证基准面D的质量，以便进行定位。因此，浇注位置的选择，可不作专题来讨论。,分型面的选择,进给箱体的分型面有图示三个方案： 方案I 分型面在轴孔中心线上。此队凸台A因距分型面铰近，又处于上箱，若采用活块型砂易脱落，故只能用型芯来形成，但槽C可用型芯或活块制出。本方案的主要优点是适于铸出轴孔，铸后轴孔的飞边少，便于清理。同时，下芯头尺寸较大，型芯稳定件性好，不容易产生偏芯缺陷。其主要缺点是基推面D朝上使该面较易产生缺陷，且型芯的数量较多,方案II 从基准面D分型，铸件绝大部分位于下箱。此时，凸台A不妨碍起模，但凸台E和槽C。妨碍起模，也需采用活块或型芯来克服。它的缺点除基准面朝上外，其轴孔难以直接铸出。轴孔若拟铸出，因无法制出型芯头必须加大型芯与型壁的间隙，致使飞边清理困难。 方案III 从B面分型铸件，全部置于下箱。其优点是铸件不会错箱的缺陷；基准面朝下、其质量容易保证；同时，铸件最薄处在铸型下部，金属液易于填充。缺点是凸台E、A和槽C都需采用活块或型芯，而内腔型芯上大下小，稳定性差；轴孔若拟铸出，其缺点与方案II同。,上述各方案虽各有其优缺点，但结合具体生产条件、深入分所，仍可找出最佳方案。 （1）大批量生产 在此条件下，为减少切削加工工作量，九个轴孔需要铸出。此时，为了使下芯、合箱及铸件的清理简便，只能按照方案I从轴孔中心线处分型。为了便于采用机器造型，尽量避兔活块，故凸台和凹槽均应用型芯来形成。为了克服基准面朝上的缺点、必须加大D面的加工余量。 (2)单件、小批生产 因采用手工造型，故活块较型芯更为经济；同时，因铸件的尺小偏差较大，九个轴孔不必铸出，留待直接切削加工而成。此外，应尽量降低上箱高度，以便利利用现有砂箱。显然，在单件生产条件下，宜采用方案II或方案III；小批生产时，三个方案均可考虑、视具体条件而定。,2铸造工艺图,分型两确定之后，便可依据有关资料绘制出铸造工艺图。图为采用分型方案I时的铸造工艺图，由于本书省略了其它视图，故组装而成的型腔大型芯的细节图中未能示出。,工艺分析题,1、试拟定图示三点支架（单件）的铸造工艺方案（包括造型方法、分型面、浇铸位置，4分）,造型方法：活块造型或手工造型1.5 分型面：见图1.5 浇铸位置：见图1,2、试拟定图示铸件（单件）的铸造工艺方案（包括造型方法、分型面、浇铸位置等）。,答：造型方法：手工造型或二箱造型或活块造型 分型面：见图 浇铸位置：见图 型芯：见图,3、在下图中标出铸件的最佳分型面和浇铸位置，并简述理由（4分）。,理由：铸件在一箱，且在下箱，便于保证其质量,4、在下图中标出铸件的最佳分型面和浇铸位置，并简述理由（4分）。,理由：加工基准面与主要加工面在一箱，以减少错箱，保证加工面和基准面直接的相互位置精度，满足铸件质量要求。（给出分型面给2，理由只要答加工基准面与主要加工面在一箱即给2）,5、在下图中标出铸件的最佳分型面和浇铸位置，并简述理由（3分）。,理由：1）内孔可铸出； 2）便于起模，无线外部型芯。 （分型面正确给2，理由1）,6、在下图中标出铸件的最佳分型面和浇铸位置，并简述理由（4分）。,分型面如图。 理由：1）孔可铸出，余量少； 2）大部分在下箱 3）无需外部型芯,7、在下图中标出大批量生产轴承盖的最佳分型面和浇铸位置，并简述理由。,理由：沿轴承盖最大截面的下 面分型，顶端朝下，有利于保证顶端质量,下 上,8、在下图中标出铸件的最佳分型面和浇铸位置，并简述理由。（3分）,分型面如图。 理由：1）孔可铸出，余量少； 2）大部分在下箱 3）无需外部型芯,结构改错,一、判断改错题 1、多晶体塑性变形的抗力随晶粒之变粗而增加。（ ） 多晶体塑性变形的抗力随晶粒之变粗而增加,改为变细 2、锻造流线是可以用热处理消除。（ ） 锻造流线是可以用热处理消除,改为不可用 3、金属在常温下进行塑性变形总会产生冷变形强化。（ ） 金属在常温下进行塑性变形总会产生冷变形强化，改为不一定产生或常温下改为T再下 4、冷热变形的区别是视金属变形后是否产生塑变强化。（ ） 5、通常，纯金属的锻造性比合金差，而且合金元素的种类、含量越多, 锻造性越好. （ ） 纯金属的锻造性比合金好，而且合金元素的种类、含量越多, 锻造性越不好 6、锻件的力学性能一般比铸件好，这是因为锻造使材料组织致密且晶粒粗化（ ） 粗化改为细化 7、金属加热时产生的过烧缺陷，可通过多次锻造及热处理方法消除.（ ） 既不能通过热处理方法消除，也不能通过多次锻造使其合理分布 8、多晶体塑性变形的抗力随晶粒变粗而增加。（ ） 增加改为降低 或 变粗改为变细,二、单项选择题 1、金属塑性变形时的塑性最好的应力状态是（ B ） A三向拉应力 B三向压应力 C两拉一压 D两压一拉 2、在多工序冷拔钢丝过程中，插有中间退火工序，这是为了消除（ C ） A纤维组织 B回弹现象 C冷变形强化 D化学成分偏析 3、锻造中的流线使其力学性能呈现各向异性，它是（ C ）。 A 不能消除也不能改变 B 可用热处理消除 C 只能用多次锻造使其合理分布 D 可经锻造消除它 4、拔长时的锻造比等于坯料拔长前与拔长后的（ A ） A截面积之比 B长度之比 C表面积之比 D体积之比 5、镦粗时的锻造比是坯料镦粗前后的（ B ）。 A 截面积之比 B 高度之比 C 表面积之比 D 体积之比 6、以下材料进行锻造时，锻造性最好的材料是（ A ）。 A 20钢 B 45钢 C 合金钢 D 铸铁 7、与碳钢相比，由于合金钢中化合物弥散强化作用，使锻造性能( )。 A改善 B下降 C不变 D塑性强度均增加 8、用（ B ）方法制得的吊钩拖重能力大？ A铸造 B锻造 C用棒料切削加工 D一样 9、金属锻造加热时的过热 (B)。 A可经锻造消除 B可用热处理消除 C无法消除 D过烧用热处理消除，切除过热部分 10、金属锻造加热时的过烧 (C)。 A可经锻造消除 B可用热处理消除 C无法消除 D过热用热处理和锻造结合消除,三、填空题 1、钢锭经适当锻造后，力学性能大为改善，这是由于锻造后使晶粒 细化 ，且使组织 致密 。 2、实际晶体的点缺陷表现为 空位和间隙原子 。 3、金属塑性变形后 强度 增加，塑性 下降的现象称为冷变形强化。 4、锻造前金属加热的目的是 提高塑性 、降低变形抗力。 5、锻造流线的存在，使得材料的力学性能具有方向性，因此设计和制造零件时，应使零件工作时最大的 正 应力方向与流线方向一致，最大 剪 应力方向与流线方向垂直。 6、合金材料的锻造性常采用材料的 变形抗力(s ) 和 塑性 两个指标来衡量。,四、简答题 1、什么是冷变形强化？说明其对金属组织及性能的影响。 随着冷变形的增加，其强度、硬度增加，塑性下降的现象称为冷变形强化。 导致材料的强度、硬度增加，但进一步变形困难。 2、简述冷变形和热变形的区别？ 冷热变形的主要区别是视金属变形后是否产生塑变强化。 3、吊车大钩，可用铸造、锻造、板料切割制造，问用何种方法制得的大钩拖重能力大？为什么？ 锻造，因为流线分布合理且组织致密、晶粒细小。 4、与相同材料的铸件相比，锻件的显著特点是什么？试举出两个采用锻压件作毛坯的例子。 锻件显著优点：强韧好、可靠性好 5、试举出几种齿轮毛坯的制造方法？汽车变速齿轮应选哪一种毛坯？ 锻造、铸造，受重载的重要齿轮采用锻造毛坯。,一、判断改错题 1、自由锻造适合大型零件的大批量生产。（ ） 2、锻件图时，添加余块是为了便于切削加工。（ ） 为了便于切削加工改为简化锻件形状 3、为了简化锻件轮廓，便于锻造而多留的一部分金属称为加工余量。 ( ) 加工余量改为余块 4、锤上模锻时，锻件的最终形状、精度取决于终锻模。（ ） 二、填空题 1、锻造高度小、截面积大的工件一般采用 镦粗 工序，而锻造长而截面积小的工件如轴时常采用 拔长 工序。 三、简答题 1、自由锻锻件图应考虑哪些问题？ 余块加工余量公差,四、单项选择题 1、曲柄压力机不适宜进行滚压、拔长等制坯工序，是因为（ B ） A工作时无振动 B滑块行程不变 C滑块导向精确 D滑块和工作台装有顶杆 2、大批量生产形状复杂的小型锻件，通常采用（ C ）。 A 手工自由锻 B 机器自由锻 C 锤上模锻 D 胎模锻 3、小批量生产齿轮锻件时应采用（ C ）。 A 锤上模锻 B 手工自由锻 C 胎模锻 D 机器自由锻 4、大批量生产齿轮锻件时应采用（ A ）。 A 锤上模锻 B 手工自由锻 C 胎模锻 D 机器自由锻 5、锤上模锻件生产的主要特点是（ C ）。 A 适合小批量生产 B 没有飞边 C 生产率高，锻件精度高 D 适合大型锻件生产 6. 大批量生产大型锻件，通常采用（ B ）。 A 手工自由锻 B 机器自由锻 C 锤上模锻 D 胎模锻 7、模锻件上必须有模锻斜度，这是为了（ D ）。 A 节约金属材料 B 节约能量 C 减少工序 D 便于取出锻件 8、终锻模膛的形状与锻件相近，但尺寸比锻件放大一个（ B） A加工余量 B收缩率 C氧化皮量 D飞边量 9、锤上模锻决定锻件最后形状的是（ D ）。 A 制坯模膛 B 切断模膛 C 预锻模膛 D 终锻模膛 10、带通孔的锻件，模锻时孔内留一层金属叫（ D ）。 A 毛刺 B 飞边 C 余块 D 连皮 11、为简化锻件形状，将小孔、凹档、小台阶不予锻出而添加的那部分金属，称为（ A ） A余块 B余量 C坯料 D料头,工艺设计,传动轴锻造方案,工序为： 坯料拔成圆棒压肩拔出一端再调头拔出另一端修正,齿轮坯的模锻锻件图,图为齿轮坯的模锻锻件图。分模面选在锻件高度方向的中部。零件的轮辐部分不加工，故不留加工余量。图中内孔中部的两条水平直线为冲孔连皮切除后的痕迹线。,3.模锻工步的选择,模锻工步主要是根据锻件的形状和尺寸来确定的。模锻件按形状可分为两大类：一类是长轴类零件，如台阶轴、曲轴、连杆、弯曲摇臂等。另一类为盘类模段件，如齿轮、法兰盘等。,盘类模段件,长轴类模段件,（1）盘类锻件的工步选择,盘类锻件的特点是坯料沿轴线方向镦粗成形，锻件的水平投影多呈均匀对称分布。圆饼类锻件一般采用镦粗制坯，形状复杂的宜采用成形镦粗制坯，其目的是避免终时产生折叠，以及去除氧化皮，从而提高锻件表面质量和模具的使用寿命。,普通盘类锻件（轮、法兰、十字轴等）,长轴类模段件的模锻工步,较短的锻件,直长轴锻件,工艺分析题,拟定图示自由锻件的基本锻造工序。（3分）,拔长压肩锻方摔圆,先拔长后局部镦粗,2.确定上图所示模锻件的分模面，简述理由（3分）。,理由： 1.在最大截面处； 2.分模面处上下截面形状相同 3.孔等可锻出，余块少。,3.如图示零件，采用模锻，分模面应选在何处？,拟订图所示齿轮的自由锻工艺过程。,一、判断改错题 1、拉深系数越大，金属的变形程度越大。（ ） 将其中的一个越大改为越小 2、设计弯曲模时一般要比弯曲件大一个回弹角。（ ）大改为小 二、填空题 1、拉深时，为防止起皱及拉穿应控制 压边力 及 拉伸系数 2、拉深时通常用 拉伸系数 控制变形程度，此值越小，变形程度越 大 。 三、简答题 落料模磨损后，能否作为同样直径工件的拉深模？为什么？ 可以，因为落料模的凹凸模间隙小于拉伸模的凸凹模间隙。,四、单项选择题 1、弯制V型件时，模具角度比工件角度应该（B ） A 增加回弹角 B减少回弹角 C不考虑回弹角 D无回弹现象 2. 弯曲工序中应考虑回弹问题，因此设计弯曲模时应使模具的弯曲角比工件要求的弯曲角 （ B ）。 A 相等 B 小一个回弹角 C 大一个回弹角 D 不需考虑 3、板料弯曲时，其弯曲半径越小，则变形量（ B ）。 A越小 B越大 C 依零件形状而变 D变形量与此无关 4、冲孔时，凸模刃口的公称尺寸（ B ） A等于落料的公称尺寸 B等于孔的公称尺寸 C大于孔的公称尺寸 D小于孔的公称尺寸 5、设计冲孔模时，（ C ）。 A凹模刃口公称尺寸等于成品尺寸 B凹模刃口公称尺寸小于成品尺寸 C凸模刃口公称尺寸等于成品尺寸 D凸模刃口公称尺寸小于成品尺寸 6、设计落料模时，（ A ）。 A凹模刃口公称尺寸等于成品尺寸 B凹模刃口公称尺寸小于成品尺寸 C凸模刃口公称尺寸等于成品尺寸 D凸模刃口公称尺寸小于成品尺寸 7. 板料冲压时落下部分是废料的工序为（ A ）。 A 冲孔 B 落料 C 成形 D 弯曲 8、板料冲压时落下部分是零件的工序为（ B ）。 A 冲孔 B 落料 C 成形 D 弯曲,结构改错,改出外部斜度，6mm壁厚改为10mm,一、判断