材料加工复习资料

材料加工复习资料 1.材料加工中的傅里叶定律、Fick定律、牛顿粘性定律（应该是“动量/热量/质量传输原理”课程或者“材料热力学”课程中的内容）；2.与金属凝固有关的内容，如常见凝固缺陷及其防止措施；3.常见材料成型方法及其特点，如快速成型、定向凝固、快速凝固、半固态铸造等；4.与材料塑性加工有关的内容，如碳钢拉伸过程的应力-应变曲线，及拉伸过程中的一些现象、原理。 1.傅立叶定律在导热现象中，单位时间内通过单位截面的热量，正比例于垂直于该界面方向上的温度变化率，而热量传递的方向则与温度升高的方向相反。 Fick定律第一定律，在稳态扩散过程中，单位时间内通过垂直于扩散方向的单位截面积的扩散物质流量与该截面处的浓度梯度成正比，数学表达式为；第二定律，在非稳态扩散过程中，在距离x处，浓度随时间的变化率等于该处的扩散通量随距离变化率的负值，数学表达式为。 牛顿粘性定律流体在流动过程中流体层间所产生的剪应力与法向速度梯度成正比，与压力无关。 2.常见凝固缺陷及其防止措施a.偏析的防止措施1增加铸件的冷却速度，使初生相来不及上浮或下沉；2加入第三种合金元素，形成熔点较高的、密度与液相接近的树枝状化合物，使其首先结晶并形成树枝状骨架，防止偏析相的沉浮；3尽量降低合金的浇注温度和浇注速度。 b.析出性气孔的防止措施1减少金属液的吸气量，采取烘干、除湿等措施，防止炉料、空气、铸型、浇包等方面的气体进入金属液；2对金属液进行除气处理，常用方法有浮游去气，向金属液中吹入不溶于金属的气体；氧化去气，对能溶解氧的金属液，可先吹氧去氢，再脱氧；3阻止金属液中气体析出，提高铸件冷却速度，如金属型铸造等方法，提高铸件凝固的外压，如密封加压等方法；4型（芯）砂处理，减少砂型（芯）在浇注时的发气量，使浇注时产生的气体容易从砂型（芯）中排除，例如多扎排气孔，使用薄壁或空心和中间填焦炭快的砂芯等方法。 c.皮下气孔的防止措施1采取烘干、除湿等措施，防止和减少气体进去金属液；2严格控制合金中氧化性较强元素的含量；3砂型（芯）要严格控制水分；4适当提高浇注温度，能够降低凝固速度，有利于气体排除；5工艺方案设计中尽量保证金属平稳进入铸型内，减少金属液的氧化。 d.缩松和缩孔的防止措施1顺序凝固和同时凝固原则；2合理的确定浇注位置和浇注工艺；3冒口、冷铁、补贴的综合应用，扩大有效补缩距离；4加压补缩，提高补缩效果；5悬浮浇注，细化结晶组织。 e.热裂的防止措施1合金成分、熔炼工艺方面，在不影响铸件使用性能的前提下选择热裂倾向小的合金，减少合金中的有害杂质，改善合金的脱氧工艺；2铸型方面，改善砂型和砂芯的溃散性，采用涂料使型腔表面光滑以减小铸件和铸型之间的摩擦阻力；3浇注条件方面，减少浇冒口系统对铸件收缩的机械阻碍，减少铸件各部分温差，用冷铁消除热节的有害作用；4铸件结构方面，两壁相交处应做成圆角，避免两壁十字交叉，设防裂筋。 f.变形、冷裂的防止措施1设防裂筋、防变形筋；2采用反变形措施；3提高铸型刚度，加大压铁重量；4合理控制打箱时间。 g.初生夹杂物的防止措施1加熔剂，在液体表面覆盖一层能吸收上浮夹杂物的熔剂；2过滤法。 h.二次氧化夹杂物的防止措施1正确选择合金成分；2严格控制氧含量，严格控制水分；3加入煤粉等碳质材料或采用涂料，形成还原性气氛；4合理浇注工艺及浇冒口系统；5金属液冲型要平稳。 3.常见材料成型方法及特点a.快速成型是将一个实体的复杂的三维加工离散成一系列层片的加工，大大降低了加工难度，特点有1制造原型所用的材料不限，各种金属和非金属材料均可使用；2原型的复制性、互换性高；3制造工艺与制造原型的几何形状无关，在加工复杂曲面时更显优越；4加工周期短，成本低，成本与产品复杂程度无关，一般制造费用降低50%，加工周期节约70%以上；5高度技术集成，可实现了设计制造一体化；b.定向凝固是在熔模铸造型壳中建立特定方向的温度梯度，使熔融合金沿着与热流相反的方向按照要求的结晶取向凝固的一种铸造工艺，特点有1采用定向凝固技术可获得生长方向与主应力方向一致的单向生长的柱状晶体；2定向凝固由于消除了横向晶界，从而提高了材料抗高温蠕变和疲劳的能力；3定向凝固铸件的组织分为柱状、单晶、定向共晶三种。 c.快速凝固是合金在极高的冷却速度（大于104K/s）或过冷度（高达几十至几百K）条件下，以极快的凝固速率（常大于10cm/s，甚至高达100m/s）从液态转变为固态的过程。 特点有1快速凝固获得的晶态合金的组织及结构主要发生的变化为扩大了固溶极限，无偏析或少偏析的微晶组织，形成新的亚稳相以及高的点缺陷密度等；2特有的组织结构特征赋予快速凝固合金的优异性能，如高强度及高韧性、高耐蚀性、高抗蠕变能力，快速凝固还可使不锈钢具有良好的抗辐射性能及在高浓度氦气氛中不易膨胀的特性；3快速凝固还可获得性能优良的非晶态合金。 d.半固态铸造是金属液态向固态凝固的时候进行搅拌，打碎已经生成的枝状晶粒而保留分散的颗粒状组织形态，获得的产品尺寸精度高、内在性能好，特点有1铸件的凝固收缩减小，铸件尺寸精度高、外观质量好，减少了机械加工量，甚至可以得到无机械加工余量铸件；2消除了常规铸件中的柱状晶和粗大树枝晶，铸件组织细小、致密，分布均匀，不存在宏观偏析；3金属充型平稳、无湍流、无飞溅，而且充型温度低，延长模具寿命；4简化铸造工序，降低能耗，改善劳动条件，由于凝固速度快，生产率高；5提高铸件力学性能。 4.碳钢拉伸应力应变曲线图为低碳钢拉伸的应力应变曲线，其拉伸过程大致可分为四个阶段 （1）弹性阶段OA这一阶段试样的变形完全是弹性的，全部卸除荷载后，试样将恢复其原长。 （2）屈服阶段AC试样的伸长量急剧地增加，而应力值却在很小范围内波动。 若试样经过抛光，则在试样表面将看到大约与轴线成45方向的条纹，称为滑移线。 （3）强化阶段CD试样经过屈服阶段后，若