工程材料作业(最后五章)

1、第6章 扩散1 简介一个原子从一个金属到另的一个金属的过程，被称为扩散，或杂质扩散。2 扩散原理从原子的角度来看，扩散是原子从晶格到晶格的逐步迁移。对个原子运动产生迁移，必须满足两个条件：（1）必须有一个空的相邻的晶格（2）原子必须有足够的能量来打破与它相连的原子键，然后使原子在晶格间产生位移。2.1 空位扩散一个机制涉及到从一个正常的原子晶格位置交换到相邻的空置晶格或空缺，图6.2.1a为代表的示意图。这个机制是恰当地称之为空位扩散。 图6.2 a 2.2 间质扩散中和或置换间隙杂质原子的形式很少，通常通过不扩散这个机制来实现。这种现象被适当的称为是间隙扩散（图6.2b）。图6.2 b 3

2、稳态扩散扩散是一个随时间变化的过程，在宏观意义上说，就是一个元素被运送到另一个元素的时间的函数。如果扩散通量不随时间变化，就是一个稳太扩散。稳态扩散常见的例子是一种气体原子的扩散。菲克第一定律： D-扩散系数，它以每秒平方米表示；-浓度梯度。4 非稳态态扩散菲克第二定律：。种源的扩散是一种气相，其分压维持在一个恒定值。因此，以下假设成立：1、扩散前，在任何固体中的溶质原子是均匀分布的，它的浓度是C0。2、表面x的值是零，它随固体的距离增大而增加。5 扩散的影响因素5.1扩散种类扩散系数D的大小是原子的扩散速度的指标。几个金属系统的自身和互相扩散的系数，列于下表。5.2 温度温度对扩散速率系数的

3、影响最深远： D0-一个与温度无关的数（平方米/秒）；Qd-扩散激活能（焦耳/摩尔，卡尔/摩尔，或者EV/原子）6 其他扩散方式原子的迁移也可能出现在晶界和外部表面。这些被称为“短路”，因为扩散的速度远远高于体积扩散。7 离子和聚合材料的扩散7.1 离子材料对于离子化合物，情况比金属复杂的多，因为它必须考虑两个具有相反电荷的离子扩散类型。7.2 高分子材料对于高分子材料，小分子链之间的扩散运动链结构比原子内更紧密。总结：固态的扩散是一种固体材料的内部原子逐步运动到其他材料的过程。对于一个给定的主体金属，原子间扩散一般更为迅速。对于稳态扩散，扩散的浓度分布在时间上是独立的，根据菲克第一定律，流量

4、或速度与浓度成正比。非稳态数学描述的菲克第二定律，是一个偏微分方程。在聚合物中，小分子物质是在分子链之间扩散的，它是由无定形区域到一个相邻的区域。第17章 热特性1 概述“热特性”是指一种材料的热应用的响应。作为一种固体的吸收能量的热量形式，它的温度上升，并且其尺寸的增加。2热容固体材料,当加热时温度升高,这象征着有些能量被吸收。热容量是一种性能,反映了一个材料的从外部环境吸收热量的能力。热容： dQ是材料升高dT温度产生的能量。比热（通常由一个小写c表示）代表了每单位质量的热容量，并有各种单位(J/kg-K, cal/g-K, Btu/lbm-_F)。2.1振动热容大多数固体的热能量吸收的主

5、要模式是用在原子振动能量的增加。再次，固体材料的原子都在不断以非常高的频率振动。只允许一定的能量值（能量被认为是量子化），以及单量子振动能量被称为声子（声子是类似电磁辐射的量子、光子）。2.2温度系数的热容量在0 K时Cv为零，但它随温度迅速上升;在其他温度， T-绝对温度；A-与温度无关的常数。2.3其他热容量的贡献其他能量吸收机制也存在,他们也可以增加固体比热容。然而，在多数情况下, 这相对振动的大小的贡献都是些次要的。3热膨胀大多数固体物料加热时膨胀而冷却时收缩。长度随温度的变化对固体材料可以表述为: 或 L0和LF分别代表随温度的变化，从T0到TF的最初和最终的长度；l-线性热膨胀系数

6、。体积随温度的变化可能是按一下公式计算： V和V0分别是体积变化和原始体积；v-热膨胀量系数。3.1金属对于常见的金属的线性热膨胀系数约在 到之间。在某些应用中，尺寸稳定性与温度波动高度是至关重要的。3.2陶瓷原子间结合力比较强的时候是被发现在许多陶瓷材料的热膨胀系数较低的时候;值通常在之间。陶瓷材料具有的热膨胀系数是比较低的，此外，各向同性。3.3聚合物有些高分子材料加热后有非常大的热膨胀系数，通常是约 的范围。4导热系数物质传热的热导率的最好的表达方式： q-热通量，或热流量；k-热导率；dT/ dX-通过导电介质的温度梯度。4.1热传导机制导热系数, kl和ke分别代表晶格振动和电子热导

7、率;4.2 金属由于自由电子的电气和热传导是在纯金属中，理论上建议两电导率应根据威德曼 - 弗兰兹定律： -电导率；T-绝对温度；L-一个常数。陶瓷声子热传导的主导因素：ke比KL小。4.3聚合物通常利用聚合物，因为它们是低导热系数的热绝缘体。5热应力热应力是诱导体由于在温度变化导致的压力。5.1抑制热应力所造成扩张和收缩热应力： E-弹性模量；L-线性热膨胀系数。5.2温度梯度所造成的应力当固体被加热或冷却时，内部温度分布将取决于它的大小和形状、材料的热导率和温度的变化率。脆性材料的热冲击对于金属和聚合物的可塑性，热应力减轻可能的塑性变形。然而，大多数陶瓷不具有可塑性。这增强了他们脆性断裂的

8、可能性。对许多材料的近似的热震性能参数TSR：。热冲击可能会被外部条件的改变所阻碍，即制冷或制热率下降，整个物体的温度梯度达到最小程度。通常需要去除热应力来改善陶瓷材料的机械强度和光学特性。Introduction to Manufacturing Processes第7章 金属铸造凝固的原则在铸造过程最广泛使用。铸造就是把熔化的金属倒入冷的模具来吸取热量。浇注涉及流体流动，它与凝固的相互作用决定了铸造合金的适用性。1 铸件的结构与性能1.1熔体凝固当熔体被浇入较冷的模具时，金属与模具接触凝固时在大约等轴（在各个方向的尺寸大致相当）的位置会出现细颗粒的形式，这是由于冷却速率高（红棕区）和模壁诱

9、导异相成核。纯金属凝固的获得是通过在热提取的方向增加有益的定向核。这导致了整个铸造的大部分经常观察到的柱状结构（图7-1a）。图7-1a所示的几何腔被称为风笛，这里总是在纯金属凝固形式中出现。 图7-1共晶体 共晶体，像纯金属一样，在恒定的（不变的）温度下凝固。凝固前或多或少是平面的（图7- 1a）。每个颗粒中都有几组共晶细胞。固溶 固溶体在超过冻结范围就会凝固，并且这对结构有显着影响。晶体会朝热提取的方向生长，形成树突形式（图7-1 b）项。其他系统 二元合金体系的性能及它中的孔隙度，可从相图的准确性来预测。1.2宏观偏析我们已经观察到，完全扩散的缺乏导致偏析。基本上有三种类型的宏观偏析：1

10、、 所谓的正常分离会在平面上凝固有或多或少的阵线以驱动更低的部分向中心熔化时发生（图7-1a）。2、 反偏析是固溶合金凝固成树突状图案（图7-1b）。3、 重力偏析在分离不溶物或杂物或金属在有不同的密度的互溶液体中不混合时发生。2铸造性能凝固的特点结合流体性质，确定各种合金的铸造能力。2.1粘度液体在流动时，在其分子间产生内摩擦的性质，称为液体的黏性，粘性的大小用黏度表示，是用来表征液体性质相关的阻力。粘度又分为动力黏度.运动黏度和条件粘度。剪应力 h-流动液体的厚度；v-流动的速度；-剪应变率；-动力粘度（单位N.s/m2）。2.2表面效果当熔体流过小的渠道，表面张力变得显著。高表面张力使其

11、无法填补尖角。暴露于大气中，许多表面迅速熔化成为氧化膜涂层，这对铸件的性能影响很大。2.3流动性一个金属模具的填充能力，被称为流动性。当模具填充，热凝固开始，流量此时便会发生。因此，模具填充取决于许多因素，其中的确切因素可能并不知道。流动性受以下因素影响：1、因为加热，这使粘度降低，凝固延迟。2、模具温度增加凝固减慢而流动性增加。3、凝固性。4、表面张力和氧化膜的存在。5、模具材料和模具修整通过影响热的提取及模具表面润湿影响流动性。3铸造合金铸造合金适于熔融状态下充填铸型获得一定形状和尺寸毛坯的合金。31有色金属新材料在有色金属合金中，铜合金、铝合金、镁合金、锌合金等都可用于铸造。有色金属铸件

12、广泛使用于机器制造、航空、汽车、建筑等工业中。铸钢 用以浇注铸件的钢。铸造合金的一种。铸钢分为铸造碳钢、铸造低合金钢和铸造特种钢3类。由于流动性差，墙体厚度必须相当大，往往铸件的尺寸较大（几乎所有铸件一半在200-500千克的范围内）。不锈钢是在食品，化工等行业不可缺少的，但其熔点高和长期冻结的范围是目前主要的技术挑战。白口铁 生铁中的一种。含碳量约2.5，硅在1以下。白口铁中大部分的碳与铁化合以碳化铁Fe3C存在。其碳和硅的含量较常见的灰口铁少。白口铁的质地很硬且脆，不容易切削，不易进行机械加工。可锻铸铁 可锻铸铁是由一定化学成分的铁液浇注成白口坯件，再经退火而成的铸铁，有较高的强度、塑性和

13、冲击韧度，可以部分代替碳钢。灰铸铁 可看成是碳钢的基体加片状石墨。按基体组织的不同灰铸铁分为三类：铁素体基体灰铸铁；铁素体珠光体基体灰铸铁；珠光体基体灰铸铁。灰铸铁中的片状石墨对基体的割裂严重，在石墨尖角处易造成应力集中，使灰铸铁的抗拉强度、塑性和韧性远低于钢，但抗压强度与钢相当，也是常用铸铁件中力学性能最差的铸铁。球墨铸铁 球墨铸铁是通过球化和孕育处理得到球状石墨，有效地提高了铸铁的机械性能，特别是提高了塑性和韧性，从而得到比碳钢还高的强度。它是一种高强度铸铁材料，其综合性能接近于钢，正是基于其优异的性能，已成功地用于铸造一些受力复杂，强度、韧性、耐磨性要求较高的零件。32有色金属材料锡基合

14、金 锡基合金是锡锑铜合金。它的摩擦系数小，硬度适中，韧性较好，并有很好的磨合性，抗蚀性和导热性，主要用于高速重载荷条件下工作的轴瓦。锡基合金的主要成分是锡、铅、锑、铜。 其中锑和铜用以提高合金强度和硬度。铅基合金 铅也有一个较低的熔点（327）和良好的耐腐蚀性，但它是有毒的，其使用仅限于避免人体接触的地方应用。大沙或永久模铸件被用作X射线和Y射线屏蔽。锌基合金 锌是唯一的低熔点（419'C）的作为一种广泛使用的金属结构浇注料。其主要弱点是低蠕变强度。锌基合金不仅具有优越的机械性能，更具有极高的性价比。镁基合金 镁合金是以镁为基加入其他元素组成的合金。其特点是：密度小（1.74 g/cm

15、3），比强度高，弹性模量大，消震性好，承受冲击载荷能力比铝合金大，耐有机物和碱的腐蚀性能好。镁合金的比重虽然比塑料重，但是，单位重量的强度和弹性率比塑料高，所以，在同样的强度零部件的情况下，镁合金的零部件能做得比塑料的薄而且轻。铝基合金 铝及其合金具有比重小、比强度及比刚度高、易加工和成本低等优点，采用快速凝固和机械合金化等技术制得的铝基非晶态合金更具有高强度、低密度、高热稳定性、良好的力学性能、优异的抗腐蚀性等特点，在高强度低密度材料方面具有广泛应用前景。铜基合金 密度只是稍微比镁（1.85 g/mm3），但熔点高得多（1277°C）。铜基合金具有耐腐蚀性能。铜基合金具有高的疲劳强

16、度和承载能力，优良的耐磨性，良好的导热性，摩擦系数低，能在250以下正常工作。镍和钴基合金 镍（1435°C）和钴（1495°C）的熔点比较高。它们的耐蚀性使它们显然对许多关键的应用场合。他们经过高温强度大大提高，可以用固体溶液和沉淀硬化合金元素。高温材料 包括钛和耐火金属。它们在 550°C以上温度条件下能承受一定应力并具有抗氧化和抗热腐蚀能力的材料。高温材料包括高温合金、弥散强化合金、难熔合金、金属纤维增强高温复合材料和陶瓷材料等。4熔炼浇注41熔第一步是准备一个融化的正确组成。下图示意了系统的主要方面。1、电荷是经熔化指定组成的合金而产生的。2、电荷被加载到

17、一个包含融化炉，并提供了热源。3、一个必然的因素是存在的气体。4、电荷用以包覆。42浇注浇注是把熔融金属、混凝土等注入模具 。浇注的方法常有两种：模注法和连续浇注法。43质量保证提高铸件质量很大程度上与熔炼浇注阶段有关。组成 合金的成分可通过补偿来控制。在提供的调整范围内，重要内容要分析记录，然后浇注。夹杂物 在炼钢过程中，少量炉渣、耐火材料及冶炼中反应产物可能进入钢液，形成非金属夹杂物。它们都会降低钢的机械性能，特别是降低塑性、韧性及疲劳极限。严重时，还会使钢在热加工与热处理时产生裂纹或使用时突然脆断。非金属夹杂物也促使钢形成热加工纤维组织与带状组织，使材料具有各向异性。严重时，横向塑性仅为

18、纵向的一半，并使冲击韧性大为降低。气体 气泡是零强度的，它由包裹体形式决定。除了清洗和真空应用，存在着捆绑在一个坚实的反应产物气体的选择。5铸造工艺51分类从技术角度来看，铸造工艺可分为两大类：消耗性模铸造和永久性模铸造。从铸造目的来看，铸造可分为：1、钢锭，板坯，钢坯铸造。2、重熔锭。3、形状铸造。52铸锭圆形，八角形，或圆形，方形截面的三角体被称为锭铸造，其直径或边长度约200毫米或以上，被称为钢坯。他们是由不同的技术倒入永久模具：1、锭模，通常是铁制或钢制，可他对所有合金静态铸造都适用。2、双壁构造的水冷却模具主要采用铜基合金铸造。3、连续铸造工艺绝大多数用于铸造板坯和方坯。53铸造形状

19、当铸造工艺在生产复杂形状部件时，用有腔室的模具确定组件的形状。流体流动 模具供液系统的设计是按照流体流动的原则。理想的情况下是应层流（平滑），但在实践中，湍流不能完全避免。流体供应系统有各种形状的铸造工艺一些共同的特点：1、浇注盆是一个大到足以容纳容器的金属流，并经常形成以确保熔体畅通。2、输送流体是由下到浇道模具。在这样做时，势能转化为动能从而使速度增加。3、熔体在截面分布较大的位置慢下来。4、流动的流体被连接到模腔门。在交界处的空腔，这些门的厚度是大大减少的，这不仅是为了凝固铸造，并且使它很容易分离。也为了使金属流动，并确保其平稳的进入型腔。热萃取和凝固一旦熔体进入模具，模具的热量通过墙壁

20、，提取凝固开始。凝固时间： V-热含量；A- 表面面积。V/A-铸件的模。铸件可能产生空隙或缩孔现象。补救办法可能采取不同的形式：1.升管提供了熔融金属的地方。2.在薄片孔隙度，可改变逐步凝固为定向凝固。控制结构热提取和凝固模式不仅影响铸件的健全性，而且影响结构和凝固的金属晶粒的大小。事实上，通过控制晶粒的大小可以改善铸件的性能，还可以进一步改善定向凝固的共晶结构，使其更硬。模具设计1、体积和重量的铸件要确定。2、在交易量及几何构型的基础上，立管的大小和数量要确定。3、在理论和实证关系的基础上，要找出最佳浇注时间。54消耗，模具，永磁型铸造模具 模具本身都是耐火材料。他们的粘结强度必须大于允许

21、处理值，但仍必须凝固后拆除。他们是由木材或金属制成的。由于内部被包围部分几乎完全的融化，它们必须排放到室外。粘合过程往往是根据粘接剂（粘合剂）描述的：1、绿砂模是最便宜的，因为它们是用泥土粘结。2、粘土砂周围可能是腔，为提高铸件表面质量和降低针孔缺陷。3、硅酸盐束缚。4、水溶性磷酸盐，可用于生产环境友好型的粘合剂。5、水泥模型依赖于凝胶对水泥的水化。6、含油砂7、树脂砂结合剂8、真空成型凝结 砂通过各种技术被压缩，根据生产速度和所生产的零部件总数选择。用削剂要加热至200-260，涂层会放在一个盒子中包含砂的顶部。注浆成型 这是基于多孔石膏模具能够吸收水分的物理特性，将陶瓷粉料配成具有流动性的

22、泥浆，然后注入多孔模具内（主要为石膏模），水分在被模具（石膏）吸入后便形成了具有一定厚度的均匀泥层，脱水干燥过程中同时形成具有一定强度的坯体，此种方式被称为注浆成型。55消耗，模具，消耗-模铸造一个消耗模式必须做出的是熔化或烧毁之前浇注铸造。通过这种方式，材料收缩的形式，必须加以考虑。熔模精密铸造熔模精密铸造生产具有许多优点，但其同时具有工序多，工艺过程复杂，生产周期长，影响铸件质量的因素较多的缺点，在一定程度上制约了精密铸造的应用和发展。随着计算机技术的快速发展，计算机技术在精铸中的应用，从精铸件的结构设计、工艺制定到压型设计与制造、蜡模成型、型壳制造、型芯的制造等，给精铸件的生产带来了巨大

23、变革。泡沫支柱砂型铸造的一个变种，利用一个聚苯乙烯泡沫制成的消耗模式，需要严格控制密度和表面质量。5.6永久型铸造多次重复使用模具是永久模铸造工艺。模具材料模具材料必须具有足够高的熔点，以抵御液态金属在高温浇注反复使用的侵蚀，还需要有较高的热疲劳性，以抵制过早开裂。模具设计所有（模具）永久模具具有一些共同特点：1、一个主要的要求是很容易凝固铸件从模具型腔中拿出。2、内部空腔形成了以固定或可移动金属芯。3、冲模要在准确位置插入。4、顶针要拿出凝固铸造。5、模具材料不渗透，因此必须提供通风口，以避免温室气体。5.7离心铸造熔融金属浇入绕水平、倾斜或垂直轴旋转的铸型，在离心力作用下，凝固成形的铸件轴

24、线与旋转铸型轴线重合的铸造方法。铸件多是简单的圆筒形，不用芯子形成圆筒内孔。离心铸造用的机器称为离心铸造机。按照铸型的旋转轴方向不同，离心铸造机分为卧式立式和倾斜式3种。卧式离心铸造机主要用于浇注各种管状铸件,如灰铸铁球墨铸铁的水管和煤气管,管径最小75毫米,最大可达3000毫米此外可浇注造纸机用大口径铜辊筒,各种碳钢、合金钢管以及要求内外层有不同成分的双层材质钢轧辊。立式离心铸造机则主要用以生产各种环形铸件和较小的非圆形铸件。6整理工艺凝固的铸造必须进行辅助操作，才可以使用。61清洁与处理1、当铸造要使用的零件时，第一步是模具铸造。2、树脂结合剂的核心被机械方式删除（淘汰），如脉动负荷，高频

25、率振动，或高压水。3、去除残留喷砂（无空气爆破）。4、入口，流体，立管，浇道被去除（抛光之前或之后）。5、整个表面清洗的过程，包括一些耐火材料或钢丸的抛光，或干/湿化学酸洗。6、每个部分都有足够的价值，任何缺陷检测有时会通过焊接修复又不影响已完成的部分功能。否则，有缺陷的部件将被重熔。62铸造后性能的改变锻造过程材料晶格产生变形，硬度，强度都变高。改变夹杂形态：金属内部的夹杂被视为裂纹源，影响了金属的机械性能和使用寿命。通过锻造，能使颗粒状的夹杂变成条状或线状，减小内应力，减小其对金属机械性能的影响。在低温锻造时，锻件的尺寸变化很小。在700以下锻造，氧化皮形成少，而且表面无脱碳现象。因此，冷

26、锻容易得到很好的尺寸精度和表面光洁度。只要控制好温度和润滑冷却，700以下的温锻也可以获得很好的精度。热锻时，由于变形能和变形阻力都很小，可以锻造形状复杂的大锻件。要得到高尺寸精度的锻件，可在900-1000温度区域内用热锻加工。7质量保证71检查机械性能通常用来衡量投试棒性能的。72铸造缺陷铸造铸铁件常见的缺陷有：气孔、粘砂、夹砂、砂眼、胀砂、冷隔、浇不足等。1、气体在金属液结壳之前未及时逸出，会在铸件内生成孔洞类缺陷。2、铸件表面上粘附有一层难以清除的砂粒称为粘砂。粘砂既影响铸件外观，又增加铸件清理和切削加工的工作量，甚至会影响机器的寿命。3、夹砂 在铸件表面形成的沟槽和疤痕缺陷，在用湿型

27、铸造厚大平板类铸件时极易产生。铸件中产生夹砂的部位大多是与砂型上表面相接触的地方，型腔上表面受金属液辐射热的作用，容易拱起和翘曲。4、砂眼 在铸件内部或表面充塞着型砂的孔洞类缺陷。 5、胀砂 浇注时在金属液的压力作用下，铸型型壁移动，铸件局部胀大形成的缺陷。 为了防止胀砂，应提高砂型强度、砂箱刚度、加大合箱时的压箱力或紧固力，并适当降低浇注温度，使金属液的表面提早结壳。6、液态金属充型能力不足，或充型条件较差，在型腔被填满之前，金属液便停止流动，将使铸件产生浇灌不足或冷隔缺陷。浇灌不足时，会使铸件不能获得完整的形状；冷隔时，铸件虽可获得完整的外形，但因存有未完全融合的接缝，铸件的力学性能严重受

28、损。8工艺和设计基于前面的讨论，我们现在可以集中精力处理零件的选择和设计。8 1制程能力1、某些进程立即排除在外，如果该合金的熔点过高。2、在所有的金属加工方法中，都允许最大的铸造形状复杂性。3、表面的细节及合金熔点取决于这一过程，但也有一些程序（例如，投资铸造）较少受它的影响。4、合金表面光洁度和公差。5、尺寸（质量）的限制是相当灵活，而且往往是由实际情况决定。6、最小截面厚度取决于流动性和凝固。7、孔隙度与凝固是密切相关的。8、最低限度的核心直径是依据核力量的消耗而定的。9、成本和生产特点是重要因素。82零件设计尺寸除非进程产生一个净形状的部分，不然加工余量必须适用于所有密切许可表面。余量

29、一般为增加1.6毫米，最大尺寸按每200毫米增加0.8毫米。模型铸造永久模模具依据以下方法。1、分开的壁面，在需要的时候，如果在所有的模具中应该是直的。2、需要在砂模铸造中铸造永久移动核心，如果在所有的都可能的，额外的核心应该是可以避免的（图7-29）。3、草案的角度上内比外表面（图7-29b），并确保从模具或模具的核心部分释放较大，且比更大的高度低。4、钻孔的位置加强，可使钻头进入垂直铸造表面。如有充分理由，他应该插入。5、永久模铸造，喷射器必须位于适当的位置。定向固化1、定向凝固保证如果墙面是锥形减少（图7 -30a）。2、当壁厚变化是不可避免时，必须有过渡半径（图7-30a）。3、局部重

30、型截面，需要两个相互交叉肋板支撑（图7-30b、c）。4、薄壁模具配件中断或过热，形成热点。过渡半径减轻这个问题（图7-30d）。热裂热裂是铸件生产中最常见的铸造缺陷之一。热裂是在高温下形成的裂纹。其形状特征是：缝隙宽、形状曲折、缝内呈氧化色。形成热裂的影响因素：合金性质，铸型阻力。热裂分为外裂和内裂。在铸件表面可以看到的裂纹称为外裂，其表面宽，内部窄，有时贯穿铸件整个断面。外裂产生在铸件的拐角处、截面厚度有突变或局部冷凝慢且在凝固时承受拉应力的地方。内裂产生在铸件内部最后凝固的部位，也常出现在缩孔附近或缩孔尾部。 9概要只有当铸造一个健全的铸件时，所施加铸件的设计和凝固过程中的限制才适用：1

31、、发生凝固时，模具的温度必须比金属的Tm更冷。2、门控和提升技术必须确保顺利、有序的完成填补模具型腔，凝固后用液态金属或其他形式提供足够的填充。3、传热必须为本地控制，以防止铸造后期的固化，减少孔隙率。4、粒度控制是提高机械性能的最有力手段之一。5、熔炼、浇注、铸造技术可大大提高材料的机械性能，特别是韧性和疲劳和冲击强度。6、在温度范围内静压铸件迫切其凝固，可以提高铸件的压力性能。7、铸造凝固可以去除残余热应力（卸压退火），使其结构均质（同质化），增加强度（固溶处理和时效沉淀硬化合金和钢的淬火与回火）（白口铁退火可转化成可锻铸铁和球墨铸铁）。8、熔融金属的光、高温热辐射融化处理，要注意铸造机械

32、操作的危险，还要注意个人防护，要有严格的安全措施。第9章 容积形变过程1 分类11变形的温度材料特性是温度的函数，它是一个粗略的划分冷热之间的线路的标志。在实践中，区别是由相对到室温。热加工 金属铸造、热扎、锻造、焊接和金属热处理等工艺的总称叫热加工。有时也将热切割、热喷涂等工艺包括在内。热加工能使金属零件在成形的同时改善它的组织，或者使已成形的零件改变结晶状态以改善零件的机械性能。铸造、焊接是将金属熔化再凝固成型。热扎、锻造是将金属加热到塑性变形阶段，再进行成型加工，如合金钢需加热到形成均匀奥氏体后，进行热扎、锻造，温度低塑性不好，易产生裂纹，温度过高金属件易过分氧化，影响加工件质量。冷加工

33、用切削工具(包括刀具、磨具和磨料)把坯料或工件上多余的材料层切去成为切屑，使工件获得规定的几何形状、尺寸和表面质量的加工方法。任何切削加工都必须具备3个基本条件:切削工具、工件和切削运动。切削工具应有刃口，其材质必须比工件坚硬。不同的刀具结构和切削运动形式构成不同的切削方法。12变形的目的另一种有用的区别是根据变形的目的提出的。它包括主要过程和次要过程。13分析稳态过程在稳态过程中，工件的所有元素都先后受到了同样的变形模式。因此，一旦分析局势的变形区，过程分析持续有效。不稳态过程在诸如压缩过程，零件的几何形状的变化不断和分析必须依据时间来重复，从开始状态到行程结束。这个过程就是不稳态过程。2开

34、模锻造开放式模锻允许有一些工件表面无变形。21轴向圆柱镦在一个圆柱体镦粗轴，一个圆柱形工件放置两平（压板）并行压制，或在压板施加锤子的力量，使其高度降低。摩擦镦假设由一些非常好的润滑剂的应用，我们成功地减少了摩擦几乎为零。如果我们划分成许多小元素缸，现在每个元素变形一样，换句话说，变形是均匀的。气缸变短，它假定一个直径较大，但仍是一个真正的缸（图9-4a）。计算非稳态过程步骤如下：1：求量的一部分。在这种情况下： 2：实际上，只有最后一个方面的定义。从恒定的体积，最后端面面积为A 1，可以发现直径d1：3：工程的压缩只需要对话的目的。它通常是计算出来的高度的变化，但因为体积不变，端面领域同样也

35、可以使用：4：为计算在过冷的工作流压力的目的，真应变为：5：对于热工作时，应变率，也需要：6：我们现在准备来计算相关流量压力。在寒冷的工作在炎热的工作中7：为了计算模压力，我们需要检查（一）应力状态，（二）摩擦的影响，以及变形不均匀性。8：9：对于一些锻造设备，有必要了解在总能量消耗中的工件变形。10：绝热温度： V-体积；-密度。镦与滑动摩擦剪应力反对端面自由膨胀，有两个后果：1. 气缸变成桶形。2. 对圆柱体的中心移动，为了克服摩擦压力，必须施加压力，。22锻造矩形工件悬垂刷筒的镦造总体来看，情况又不同，如果该板的一个方面要大得多，该材料将流向流阻力最小的方向。在计算过程中，步骤1-6是在

36、镦粗圆柱体相同。但是，也有在第7步的区别：a.首先，材料开始流量达到平面应变流变应力只有1.15。b. 摩擦山现在更像是一个山脊。锻造悬垂工件滑块垂直运动，利用补偿装置可以增加其它方向的运动。上述方式不同，所需的锻造力、工序、材料的利用率、产量、尺寸公差和润滑冷却方式都不一样，这些因素也是影响自动化水平的因素。23开放式模锻开放式模锻是两模间间隙的方向与模具运动的方向相垂直，在模锻过程中间隙不断减小的模锻方法。齿槽长方形工件的表面面积，可以非常大。正确测序齿槽过程中工件的整个长度的高度。要测量齿轮上两相邻轮齿之间的空间和带轮两相邻齿间的空间。压槽锤击和磨边压槽锤击：压槽，是在工件的前後封和脊部

37、联接的部位压出一条槽的工艺。环镦环之间的摩擦与零平板压缩，就好像它是一个圆柱体。摩擦抵抗扩张下摆孔扩大和较高的摩擦少。熔化穿孔1、对于在容器中穿出，工件在支持它的基础和围绕它的两侧（图9-14a）。2、当容器被孔与径向扩张刺穿时压力也大大减少（图9-14b）。3、 d0-工件直径；Dp-开动24制程能力和设计方面尺寸和公差公差是实际参数值的允许变动量。公差是一个使用范围很广的概念。对于机械制造来说，制定公差的目的就是为了确定产品的几何参数，使其变动量在一定的范围之内，以便达到互换或配合的要求。形状缺陷由于错误的材料缺陷自由流动引起的。必须遵守一下几点。1、一个非常细长圆柱体可能折，而不是破坏一

38、体性。2、在做成圆锥形和圆柱形镦时工件的变形有限。断裂工件受过度挤压时会发生断裂。3印象模和闭模锻造模具有不同的形状就有不同的锻造方法。3.1印象模锻在专用模锻设备上利用模具使毛坯成型而获得锻件的锻造方法。物质流首先关注的是，该材料必须完全填充模具的任意部分，如可能发生时，工件材料部分夹住，折下来，或通过剪切。锻造序列复杂模具的锻造顺序如下：1、第一个目标就是要正确地分发材料，以便在截面积变化不大时，材料都填充好。2、瓶坯可能带来更接近最终的配置通过在阻断，这确保了材料的合理分布，但并没有完成最终的形状锻造。3、最终的形状是在整理模中。多余的材料又是允许的，但必须要薄。模具压力模具的压力会对模

39、具本身的复杂形状产生影响。锻造实践短接触时间，并在同一腔反复击打允许薄肋骨和网和复杂的细节部分锻造。精密锻造该术语适用于生产过程，指净形或近净形零件。3.2闭式模锻闭式模锻即无飞边模锻，一般在锻造过程中上模与下模的间隙不变，坯料在四周封闭的模膛中成型，不产生横向飞边，少量的多余材料将形成纵向飞刺，飞刺在后续工序中除去。 3.3锻造轧制和旋转型锻锻造轧制执行一个印象 - 模锻操作，但这次死的一半轮廓分为两卷表面加工。往复横摇运动是为小品而单向转动滚动适合在高的生产线使用。3.4制程能力和设计方面拔模斜度取决于材料和锻造方法。很一般的指导意见如下（单位为度角）：瑕疵变形必须尽可能均匀，以防止内部缺

40、陷的产生。4挤压坯料在三向不均匀压应力作用下，从模具的孔口或缝隙挤出使之横截面积减小长度增加，成为所需制品的加工方法。41挤压过程挤压方式1直接挤压2间接挤压润滑1、材料是流动模式，在最低能量消耗处停止。2、另外，一个非常有效的润滑剂应用，可以确保完成对模面沿容器壁滑动。3、在变异的过程中，通过加压的钢坯是一个封闭的容器内液体介质中挤出。42热挤压金属加热到再结晶温度以上进行的挤压方法。热挤压广泛用于生产铝、铜等有色金属的管材和型材等，属于冶金工业范围。43冷挤压在常温下的挤压为冷挤压。材料利用率高，材料的组织和机械性能得到改善，操作简单，生产率高，可制作长杆、深孔、薄壁、异型断面零件，是重要

41、的少无切削加工工艺。44挤压力常规的计算类似于锻造，但也有一些细节显着差异。1、变形趋向于不均匀，特别是在挤压比率低于4时。2、在热挤压，挤压时产生的热量可能会导致工件温度上升超过材料的固相线温度。3 、当挤压行程是采取太远，不均匀的物质流导致了同心管生成。4、注意润滑剂的使用。5锻造和挤压设备锻造和挤压是密切相关的过程。51工具和模具工具和模具材料的选择和制造是非常重要的。必须防止工件的变形。1、长冲2、短冲3、平压板4、型腔52锤锤的能量： M-连杆质量；v-冲击速度 Hd-冲程。53压力机压力机是一种能使滑块作往复运动，并按所需方向给模具施加一定压力的机器。具有用途广泛，生产效率高等特点

42、，压力机可广泛应用于切断、冲孔、落料、弯曲、铆合和成形等工艺。通过对金属坯件施加强大的压力使金属发生塑性变形和断裂来加工成零件。压力机由四部分组成：上压式四立柱油压机；组合控制机柜；电加热系统和保温装置；模具输送台架。6绘图均匀截面长组件不仅可以产生挤压，而且通过绘制画出来。无缝钢管是由热加工多种技术生产的，但低于最小规模必须进一步降低冷。61绘图过程 62力计算步骤与上述相似，不同部分如下：在步骤7，模具摩擦和变形不均匀性的影响必须加以考虑：，其中在步骤8，拉力：，63制程能力和设计方面1、绘画是相当有限的生产各种形状，但它使这个在了模具，生产效率高，成本低。2、以达到减少限制是由所绘制产品

43、破损。3、第二个限制来自非均匀变形的可能。4、中拉应力产生变形时也只限于一节的一部分。7轧制金属(或非金属)材料在旋转轧辊的压力作用下，产生连续塑性变形，获得要求的截面形状并改变其性能的方法。71平板轧制轧制过程将金属坯料通过一对旋转轧辊的间隙（各种形状），因受轧辊的压缩使材料截面减小，长度增加的压力加工方法，这是生产钢材最常用的生产方式，主要用来生产型材、板材、管材。平板轧制过程1、热轧板超过6毫米厚，1800-5000毫米宽，是滚大逆转或铸锭或厚的砖质量达150毫克。2、热轧板或带的厚度通常为0.8-6毫米和高达2300毫米宽，是串联滚轧机。3、冷轧是在常温状态下由热轧板加工而成，虽然在加

44、工过程因为轧制也会使钢板升温，尽管如此还是叫冷轧。72形状轧制压制可以破坏钢锭的铸造组织，细化钢材的晶粒，并消除显微组织的缺陷，从而使钢材组织密实，力学性能得到改善。这种改善主要体现在沿轧制方向上，从而使钢材在一定程度上不再是各向同性体；浇注时形成的气泡、裂纹和疏松，也可在高温和压力作用下被焊合。73辗环74横向滚动75力和电源要求滚动轴承一个稳定状态的过程。76制程能力和设计方面1、当薄片是由硬质材料轧，轧辊弹性变形的可能达到的最小厚度限制。2、根据施加力量，滚弯时，与任何集中加载梁，两端的支持。3、根据规定轧制力，整个轧机延伸。4、非均匀变形，无论从大的H / L比率或直接压缩的情况下，始

45、终是有害的。8概要1、它几乎总是可以找到一个大容量的变形过程，能与其他制造方法，除了最大的形状复杂的零件。2、冷工作提供了增加强度，良好的公差和表面光洁度，以及薄壁产品，但通常在较小的延展性和更高的流动应力费用，模具压力。3、热加工提供了较低的（但应变率相关）流动应力，模具的压力。4、模具的压力取决于材料的流动应力的应力状态。5、工件材料的影响是可操作性功能，包括发达的静水压力的影响是一个过程。叠加在基本的材料延展性。6、由工艺开发的压力，必须适应的工具和模具在适当的材料制 的设计，提供最大的抗塑性屈服的配置。7、数学模型和专家系统的过程中允许零件形状优化。8、高温、高应力工具快速运行，还有噪

46、音和振动等特殊危险，个人防护装具很重要。第18章 连接过程1 分类有些关节是纯粹的机械连接，在这一类的设备建立半永久性的关节（如螺钉和螺栓）已作为一种连接手段。我们将集中讨论永久接头建立方法（图18- 1）。2 机械连接除了半永久性的螺纹连接，也有以机械方式建立一个联合。1、最常见的机械紧固件铆钉。2、薄片可以加入初步钻探不经缝合或装订。3、接缝是由一紧（一个半片厚度）序列弯曲半径。4、连接也会产生扭曲，要通过创建突起弯曲变形的塑料机械援助。5、收缩管子到一个核心，主要是为了适用圆部分。6、卡扣接头7、铆钉连接3 固态焊接采取措施如下以消除薄膜表面的影响：1、相对运动2、扩展界面的表面3、一定

47、常压4、压力31低温焊接（CW）冷焊（CW）这个词是用来描述松散室温处理。1、搭接焊(图18-4a)2、对接焊(图18-4b)3、轧焊接或辊焊接（ROW）(图18-4c、d)4、爆炸焊接(EXW) (图18-5a、b)5、超声波焊接（USW） (图18-5c)32扩散焊在一定的温度、压力、保压时间、保护介质等条件下，使工件连接表面只产生微观塑性变形，界面处的金属原子相互扩散而形成接头的连接方法。 影响扩散焊过程和接头质量的主要因素是温度压力扩散时间和表面粗糙度。焊接温度越高,原子扩散越快焊接温度一般为材料熔点的0.50.8倍。根据材料类型和对接头质量的要求，扩散焊可在真空、保护气体或溶剂下进行

48、，其中以真空扩散焊应用最广。为了加速焊接过程、降低对焊接表面粗糙度的要求或防止接头中出现有害的组织，常在焊接表面间添加特定成分的中间夹层材料,其厚度在0.01毫米左右.33热焊接在一般意义上说，长期热焊接可以用来描述变形的热加工温度范围内焊接。1、锻焊（FOW）(图18-7a)2、感应加热(图18-7b)3、电动对焊(图18-7c)4、热轧粘合（滚焊）（ROW）34摩擦焊接（FRW）工件间相对运动产生的摩擦热能使接合面加热到锻造温度并在预锻力作用下，通过材料的塑性变形和扩散过程，形成固态连接的焊接方法。4熔焊熔焊，是指焊接过程中，将焊接接头在高温等的作用下至熔化状态。由于被焊工件是紧密贴在一起

49、的，在温度场、重力等的作用下，不加压力，两个工件熔化的融液会发生混合现象。待温度降低后，熔化部分凝结，两个工件就被牢固的焊在一起，完成焊接的方法。由于在焊接过程中固有的高温相变过程，在焊接区域就产生了热影响区。固态焊接和熔焊正相反，固态焊接没有金属的熔化。41 融合联合的融合是非常均匀的。单相材料纯金属，如铝或铜，部分通过联合具有相同的组成棒焊接表明，应用热融化而不仅仅是焊条，而且一些材料的基形成焊缝（或简称，焊缝）。焊接或切割过程中，母材因受热(但未熔化)而发生金相组织和力学性能变化的区域被称为热影响区。两相材料技术上最重要的合金是两相或多相的结构，以及它们对焊接适合的条件。1、目前共晶有没

50、有问题，因为其良好的材料凝固模式。2、沉淀硬化合金焊接在退火状态可以很容易的。3、固态相变导致复杂的变化。异种材料情况变得更加复杂时，两个不同的材料也可以在工件或填充物中使用。42可焊性和焊接质量焊接缺陷焊接过程中在焊接接头中产生的未焊透、未熔合、夹渣、气孔、咬边、焊瘤、烧穿、偏析、未填满、焊接裂纹等金属不连续、不致密或连接不良的现象。1、熔焊是融化的过程，因此必须加以控制。2、表面的污染物，包括氧化物，油脂，污垢，油漆，五金电镀，涂料与工件材料不符，缺乏对粘接或导致气孔。 3、干燥焊接接头以避免潮湿引起材料收缩。4、焊接接头预热，以减缓焊后焊缝的冷却速度。5、凝固裂纹6、固体收缩凝固收缩加上

51、规定的结构内部拉应力，并可能导致严重失真和开裂。7、冶金变换，如前所述，是非常重要，尤其是当他们导致诸如马氏体脆性相的形成。8、零件的绝对和相对厚度要加入并联合设计有取暖，降温，从而对焊接性能强大的影响力。43焊接材料焊接材料是指焊接时所消耗材料的通称，例如焊条、焊丝、金属粉末、焊剂、气体等。氩焊氩焊主要用的焊接材料有：氩焊机（必备） 氩焊枪 （含布套、小气管*2 主线 枪头 钨针夹 瓷咀 铜头）主要用氩焊丝（型号比较普通的有308L 316）、不锈钢焊条、钨针（一般规格为1.6*150 2.4*175 3.2*175) 氩焊帽。 CO2焊接CO2焊接主要用的焊接材料有：CO2焊机(必备，分为

52、很多种类，根据不同的行业用不同的焊机)，CO2焊枪 CO2前枪体 弯管 绝缘体 连接体 导电咀 CO2焊丝 CO2手提焊帽 氧切割主要的焊接材料是：切割咀、氧焊枪、氧割咀、助焊济。 主要应用的行业为金属板金行业、医疗器材行业、模具制作、家具厂、自行车助力车行业、船泊业可以说在各行业中都有用到。5电阻焊接电阻焊(resistance welding)是将被焊工件压紧于两电极之间，并施以电流，利用电流流经工件接触面及邻近区域产生的电阻热效应将其加热到熔化或塑性状态，使之形成金属结合的一种方法。 电阻焊方法主要有四种，即点焊、缝焊、凸焊、对焊点焊（Spot Welding）焊是将焊件装配成搭接接头，

53、并压紧在两柱状电极之间，利用电阻热熔化母材金属，形成焊点的电阻焊方法。点焊主要用于薄板焊接。 点焊的工艺过程： 1、预压，保证工件接触良好。 2、通电，使焊接处形成熔核及塑性环。 3、断电锻压，使熔核在压力继续作用下冷却结晶，形成组织致密、无缩孔、裂纹的焊点。 缝焊(Seam Welding)缝焊的过程与点焊相似，只是以旋转的圆盘状滚轮电极代替柱状电极，将焊件装配成搭接或对接接头，并置于两滚轮电极之间，滚轮加压焊件并转动，连续或断续送电，形成一条连续焊缝的电阻焊方法。 缝焊主要用于焊接焊缝较为规则、要求密封的结构，板厚一般在3mm以下。 对焊(Butt Welding) 对焊是使焊件沿整个接触

54、面焊合的电阻焊方法。 凸焊凸焊是点焊的一种变型形式;在一个工件上有预制的凸点，凸焊i时，一次可在接头处形成一个或多个熔核。 电阻对焊 电阻对焊是将焊件装配成对接接头，使其端面紧密接触，利用电阻热加热至塑性状态，然后断电并迅速施加顶锻力完成焊接的方法， 电阻对焊主要用于截面简单、直径或边长小于20mm和强度要求不太高的焊件。 闪光对焊 闪光对焊是将焊件装配成对接接头，接通电源，使其端面逐渐移近达到局部接触，利用电阻热加热这些接触点，在大电流作用下，产生闪光，使端面金属熔化，直至端部在一定深度范围内达到预定温度时，断电并迅速施加顶锻力完成焊接的方法。 闪光焊的接头质量比电阻焊好，焊缝力学性能与母材

55、相当，而且焊前不需要清理接头的预焊表面。闪光对焊常用于重要焊件的焊接。可焊同种金属，也可焊异种金属；可焊0.01mm的金属丝，也可焊20000mm的金属棒和型材。 电阻焊接的品质是由以下4个要素决定的： 1.电流2.通电时间3.加压力4.电阻顶端直径6电弧焊焊条电弧焊是工业生产中应用最广泛的焊接方法，它的原理是利用电弧放电（俗称电弧燃烧）所产生的热量将焊条与工件互相熔化并在冷凝后形成焊缝，从而获得牢固接头的焊接过程。61非消耗性电极焊接气体保护电弧焊利用气体作为保护介质的电弧焊。它包括钨极惰性气体保护焊(TIG)和熔化极气体保护焊(GMAW)。两者的差别在于所用的电极不同，前者用的是非熔化电极钨棒，后者用的是熔化电极