材料加工工艺复习资料

1、精选优质文档-倾情为你奉上材料加工工艺第2章 液态金属成形1、铸件凝固方式：合金的结晶温度范围越小，凝固区域越窄，则越倾向于逐层凝固；过冷度越大，凝固区变宽，倾向于糊状凝固逐层凝固：凝固过程中，外层固体与内层液体间有一条清楚的分界线，不存在液、固相共存区。纯金属和共晶型合金的凝固。糊状凝固：凝固过程中，不存在固体层，整个凝固区均液、固并存。发生在结晶温度范围很宽的合金中。中间凝固：介于逐层凝固和糊状凝固之间的凝固方式。大多数金属以中间凝固方式凝固。2、充型能力：液体金属充满型腔，获得尺寸精确、轮廓清晰的成型件的能力影响因素：合金液体的流动性；铸型条件；浇注条件； 铸件结构流动性的概念与意义：指

2、熔融合金自身的流动能力。流动性好，充型能力强，易于获得尺寸准确、外形完整和轮廓清晰的铸件。流动性不好，充型能力差，铸件易产生浇不到、冷隔、气孔和夹杂等缺陷3、收缩性：铸造合金在液态、凝固态和固态冷却的过程中，由于温度的降低而发生的体积减小的现象1三个阶段：液态收缩-发生在液态，从浇注温度到凝固开始温度的阶段。凝固收缩-发生在凝固阶段，从凝固开始至终止的阶段。固态收缩-发生在固态，从凝固终止温度至室温2缩孔的形成：金属液逐层凝固，在铸件上中部最后凝固部位形成倒锥形缩孔。多发生在逐层凝固方式的合金中。凝固时，首先形成外壳，铸件外形尺寸固定，收缩使合金体积变小，在铸件最后凝固的部位产生大而集中的孔洞

3、。3缩松的形成：金属液糊状凝固，在铸件轴心部和缩孔下方形成细小分散缩孔.。最后凝固区域液态收缩和凝固收缩得不到补充。结晶温度范围宽的固溶体合金缩松倾向大4影响缩孔、缩松大小的因素及防止措施：因素：铸造合金的液态收缩愈大，则缩孔形成的倾向愈大；合金的结晶温度范围愈宽，凝固收缩愈大，则缩松形成的倾向愈大。措施：凡能促使合金减小液态和凝固期间收缩的工艺措施都能利于减小缩孔和缩松的形成。如调整化学成分，降低浇注温度和减慢浇注速度，增加铸型的激冷能力，增加在凝固过程中的补缩能力，对于灰口铸铁可促进凝固期间的石墨化等5铸件的三种凝固方式减小缩孔缩松的原则：顺序（定向）凝固原则：冒口补缩。铸件厚大部设冒口，

4、薄壁部或冷铁远离冒口，实现由远离冒口部向冒口部的定向凝固，最后缩孔移至冒口中。即在铸件上远离冒口或浇道的部分到冒口或浇道之间建立一个递增的温度梯度。同时凝固原则：是采取工艺措施保证铸件结构上各部分之间没有温差或温差很小使各部分同时凝固。如在热节处安放冷铁，以加快此部位的冷却速度均衡凝固原则：利用膨胀和收缩动态叠加的自补缩和浇冒口系统的外部补缩，采取工艺措施，使单位时间的收缩与膨胀、收缩与补缩按比例进行的一种凝固工艺原则4、铸造应力产生原因：铸件在凝固以后的冷却过程中，由于温度下降而产生收缩，有些合金还会发生固态相变而引起膨胀或收缩，这些都使铸件的体积和长度发生变化，若这些变化受到阻碍（热阻碍、

5、外力阻碍等），便会在铸件中产生应力，称为铸造应力。 种类：热应力、相变应力、收缩应力5、零件结构的工艺性：从避免铸件缺陷考虑应使铸件结构与合金铸造性能相适应，尽量避免金属集聚和产生内应力，以防止铸造缺陷的产生。壁厚：最小壁厚、不宜过厚、尽量均匀、利于补缩和定向凝固、转弯处为圆角、逐步过渡、减小锐角。避免过大水平面：利于金属液充填。对称和加强肋结构：避免变形。轮辐避免收缩受阻6、浇注位置选择原则：重要面朝下、宽大面朝下、薄壁部朝下、厚大部朝上、型芯少而稳定7、分型面选择原则：分型面置于最大界面、分型面尽量平直、分型面尽量减少、避免不必要活块型芯、尽量置于同一砂型、尽量位于下型8、冒口的作用：是铸

6、型内用以储存金属液的空腔，在铸件形成时补给金属，防止缩孔、缩松、排气和集渣冷铁的作用：加快金属液的冷却；调节冷却凝固方向；实现顺序凝固或同时凝固。9、特种铸造：金属型铸造、低压铸造、压力铸造、熔模铸造、消失模铸造、离心铸造、陶瓷铸造金属型铸造：是将液体金属在重力作用下浇入金属铸型，以获得铸件的方法。特点：1铸件精度高，表面粗糙度低，加工余量小2铸件晶粒细,力学性能好3一型多铸4金属型成本高，不宜单件小批生产，不宜大型、复杂形状、薄壁及高熔点铸件。压力铸造：简称压铸，是将熔融金属在高压、高速条件下充型，并在压力下凝固成形获得铸件，需要压铸机和金属型。特点：1铸件精度高，表面质量好，无需机加工，互

7、换性好2可压铸薄壁、复杂形状、具小孔和螺纹的铸件3可压铸镶嵌件4组织细，力学性能好5生产率高6设备投资大，压铸型成本高，不宜单件小批生产，且压铸件尺寸受限7不宜用于钢、铸铁等高熔点金属8压铸件易产生皮下气孔，不能进行热处理或高温使用，且易产生缩孔、缩松。离心铸造：熔融金属浇入旋转铸型中，在离心力作用下充型凝固，获得铸件。特点：1铸出中空铸件无需型芯，且可省去浇注系统和冒口，节约金属2铸件组织致密，无缩孔、缩松、气孔、夹渣等缺陷，力学性能好3金属液充型效果好，适于铸造流动性差或壁薄铸件4便于铸造双层金属铸件5铸件内表面粗糙，质量差，且易产生比重偏析缺陷6铸件孔径不易控制。10、 常用合金的铸造

8、铸铁分类：(根据C存在形式）白口铸铁:断口呈银白色。C主要以Fe3C形式存在。性能硬、脆，在实际中应用较少；灰口铸铁:断口呈暗灰色，C大部分或全部以石墨形式存在。工业中应用最多。又分为普通灰铸铁、球墨铸铁、蠕墨铸铁、可锻铸铁等。麻口铸铁:断口有黑白相间的麻点，既有Fe3C又有石墨。性能硬、脆，实际中应用较少。第3章 金属塑性成形1、 塑性成形分类A锻压：1体积成形: 锻造(自由锻造 模锻) 、挤压、拉拔体积成形主要是指那些利用锻压设备和工、模具，对金属坯料（块料）进行体积重新分配的塑性变形，得到所需形状、尺寸及性能的制件。主要包括锻造和挤压两大类。前者在成形过程中，变形区的形状随变形的进行而发

9、生改变，属于非稳定塑性变形；后者在变形的大部分阶段变形区的形状不随变形的进行而改变，属于稳定塑性变形。2板料成形: 冲裁 弯曲 翻边 拉深 胀形板料成形又称为冲压，这种成形方法通常都是在常温下进行，所以也称为冷冲压。按照金属的变形性质又可以分为分离工序和成形工序。分离工序主要是利用冲模在压力机外力的作用下，使板料分离出一定的形状和尺寸工件的冲压工序。它包括落料、冲孔、切断、切边、剖切等工序。成形工序是利用冲模在压力机外力的作用下，使板料产生塑性变形而得到相应工件的冲压工序。主要包括弯曲、拉深、翻边、胀形、扩口、缩口、旋压等。B轧制： 板材轧制 型材轧制 管材轧制 横轧 纵轧 2、多晶体塑性变形

10、方式： 晶粒内部变形 （滑移和孪晶）+ 晶界变形3、 金属塑性变形的影响因素1)化学成分：钢的碳含量，塑性成形性。钢的合金元素含量，塑性成形性碳少量有利，过量有害（Fe3C）；磷有害，“冷脆”；硫有害，“热脆”；氮有害，“时效脆性”；氢“氢脆”“白点”；氧与其它杂质结合，有害2)金属组织（组织状态）：单相固溶体的塑性成形性优于多相组织；常温下，均匀细小等轴晶的塑性成形性优于粗大树枝晶；钢中存在网状二次渗碳体，塑性成形性3)变形温度：变形温度高，原子振动增强，结合力减弱，塑性提高,变形抗力减少；金属高温下发生再结晶，加工硬化消除。高温下，金属的变形抗力仅为常温的1/4-1/5。温度，塑性，变形抗

11、力，塑性成形性能在加热过程的某些温度区间，过剩相析出和相变的原因，会产生脆性。碳钢：蓝脆: 200-350 渗碳体析出；热脆: 800-950；高温脆区: 1300 过热、过烧。4)变形速度：单位时间内的变形程度越大，金属塑性下降，抗力提高。但超过一定的临界点后，变形热来不及散发，会产生“热效应”，使金属塑性提高，抗力减小。变形速度，硬化速度，塑性成形性；变形速度，热效应，塑性成形性；一般生产条件下采用较低变形速度。5）应力状态：拉应力状态易产生应力集中，促使裂纹产生和扩展，造成破坏。故拉应力越多，材料塑性越差，压应力数目越多，塑性越好。压应力数目，塑性，变形抗力；拉应力数目，塑性，变形抗力6

12、）表面状态的影响润滑条件、坯料表面质量、表面缺陷易成为“裂纹源”。表面质量好，有利于提高塑性。4、如何提高金属塑性变形：提高材料的成分和组织的均匀性；合理选择成形温度和成形速度；选择三向受压较强的变形方式；减少变形的不均匀性5.塑性变形遵循的几个规律最小阻力定律 塑性变形过程中，金属各质点有向多个方向流动的可能时，将向阻力最小的方向流动 卸载弹性恢复规律 金属变形包括塑性和弹性二部分，外力卸除之后，塑性变形部分保留，而弹性变形部分会因为弹性恢复而消除。如弯曲时回弹 加工硬化规律 金属冷变形时，随变形程度的增加，强度和硬度提高，塑性和韧性下降。冷作硬化，冷变形强化。体积不变规律 变形前后，金属体

13、积保持不变。（致密材料）6、变形量的表达式工程应变：改变量/初始尺寸。坯料原来高度H0，压缩后H1，高度差H=H1-H0，工程应变：e= H/ H 0× 100 (%)； 真实应变（对数应变）：在变形过程中，如原始尺寸L0经过无穷多个中间数值逐渐变到L1，则由L0变到L1终了的应变程度可以看作是各阶段相对应变的总和，这个总和称为对数应变或真实应变。ln(变形后尺寸/初始尺寸) Ln(L1/L0) 例如高100mm的坯料被压缩到高为40mm时，对数应变= 0.9163。锻比(挤压比) 变形前后的截面积比值断面收缩率 7、锻造目的：成形和改性（机械性能、内部组织）按成形工具分类：自由锻、

14、模锻、胎模锻造、特种锻造。按成形温度分类：热锻、温锻、冷锻 热锻：在再结晶温度以上进行的塑性变形。减少金属的变形抗力；改变钢锭的铸态结构；提高钢的塑性温锻：在室温以上完全再结晶温度以下进行的塑性变形。减少锻压力；精度较高冷锻：在室温时进行塑性变形。没有温度波动和氧化作用，锻件精度高而表面光洁；提高锻件的强度和硬度；限于比较小的机器零件和低碳钢及有色金属材料8锻前加热中的缺陷氧化 金属在高温炉内加热时，钢材表面的合金化元素将和炉气中的氧化性气体（如O2、CO2、H2O、SO2）发生反应，使钢料表层生成氧化铁皮，这种现象称为氧化，或叫烧损。脱碳 钢在高温加热时，表层中的碳和炉气中的氧化性气体（如O

15、2 、CO2、H2O、SO2）及某些还原性气体（如H2）发生化学反应，生成甲烷或一氧化碳，造成钢料表层的含碳量减少的现象。过热 金属加热的温度超过某一温度界限，并在此温度下长期加热，奥氏体晶粒会急剧长大，晶界会析出硫化物和磷化物夹杂的现象。过烧 在加热温度接近熔点之前，钢料内部的低溶成分和夹杂物会产生氧化和溶解，破坏晶界的结合，失去塑性，不能锻压加工的现象。裂纹 毛坯在加热中，由于其表层与心部温度的差异造成的温度应力，相变发生时间的差异引起的组织应力超出材料在此温度下的强度极限时便产生裂纹。9、锻造温度的确定始锻温度:从加热炉取出放到锻压设备上开始锻压，这时坯料的温度。终锻温度:为要保证热锻后

16、锻压件内部为再结晶组织 ，热锻的最低温度。确定锻造温度范围的原则：使金属在锻造温度范围内具有良好的塑性和较低的变形抗力；锻造出的锻件机械性能及微观组织良好；锻造温度范围尽可能宽，这样加热的次数比较少，可以提高生产效率。10、平砧镦粗主要质量问题 侧表面易产生纵向或呈45°方向的裂纹。锭料镦粗后在上下两端保留铸态组织；鼓肚：由于摩擦力和温度分布的影响；双鼓：高度较大时，出现两个鼓肚11、模锻分类根据模具的终锻型槽结构不同：可分为开式模锻和闭式模锻。开式模锻主要特点：要产生飞边根据所用的设备不同：可分为锤上模锻、热模锻压机上模锻和水压机模锻。开式模锻成形过程中金属的流动大致可分为四个阶段

17、：自由变形或镦粗变形阶段；金属充满型槽阶段；挤出飞边阶段；锻模完全闭合（打靠），锻件最终成形阶段。闭式模锻变形过程：基本成形阶段、充满阶段、形成纵向飞刺阶段12、冲压工序分类分离工序板料一部分与另一部分分离。如落料与冲孔（沿封闭轮廓线分离）、切断（按不封闭轮廓线分离）等。变形工序坯料产生塑性变形而不破裂。如弯曲、拉深、翻边等。13、凸凹模间隙的确定间隙合理，上下裂纹重合，断裂带毛刺小；间隙过大，上下裂纹向内错开，断裂带毛刺大；间隙过小，上下裂纹向外错开，形成两节光面间夹裂纹14、精密(无间隙）冲裁:采用齿圈压板，三向压应力，塑性剪切无裂纹分离，断面与板面垂直，光亮，精度高。15、弯曲回弹：当弯

18、曲变形结束、卸载后,由于弹性恢复，使工件弯曲半径和角度与模具形状不同。因弹性恢复，弯曲件角度和弯曲半径较凸模增大，回弹影响弯曲件精度。模具的弯曲角应减小一个回弹量（随板材屈服强度和弯曲角度而增大）。16、挤压工艺特点:三向压应力能充分提高金属塑性，可加工难锻金属。既可生产管、棒等型材，也可生产断面复杂或具深孔、薄壁及变断面零件。制品精度较高、表面粗糙度小，实现少、无屑加工。零件内部纤维组织连续，提高了金属力学性能。材料利用率、生产率高；生产方便灵活，易实现生产自动化。挤压方向及分类：正挤压：金属流动方向与凸模运动方向一致；反挤压：金属流动方向与凸模运动方向相反；径向挤压：金属流动方向与凸模运动

19、方向垂直；复合挤压：兼有正、反挤压的特征；17、金属塑性成形设备：液压机、锻锤、机械压力机第4章 金属连接成形1、金属连接方法：机械连接法（借助于螺栓或铆钉）、粘接法、焊接法2、何为焊接及其本质？焊接：指通过适当的物理化学过程使两个分离的固态物体产生原子（分子）间结合而连接成一体的加工方法。本质：固态金属之所以能够保持固定的形状，是因为其内部原子之间距离（晶格）非常小，原子之间形成了牢固的结合力。除非施加足够的外力破坏这些原子间结合，否则一块金属固体是不会变形或分离成两块的。要把两个分离的金属构件连接在一起，从物理本质上来看，就是要使这两个构件连接表面的原子彼此接近到金属晶格距离（即0.3-0

20、.5nm）3、金属焊接方法的分类：熔化焊、压力焊、钎焊4、电弧焊带电粒子的产生过程？电弧区域的组成过程：焊接电弧的产生与持续-电源产生电压-焊条与焊件轻碰，产生短路电流-温度升高使气体电离-两极分开，自由电子撞击气体-气体进一步电离-带电粒子作定向移动（自由电子、阴离子向阳极运动，阳离子向阴极运动）-强大的电流产生大量的光和热-形成电弧。 电弧的区域组成：阳极区+阴极区+弧柱5、简述焊接电弧最小电压原理在给定电流和周围条件的一定的情况下，电弧稳定燃烧时，其导电区的半径（或温度），应使电弧电场强度具有最小的数值。就是说电弧具有保持最小能量消耗的特性。这已为理论推导及许多实际现象所证明。最小电压原

21、理也决定着电弧其它区域（阴极区、阳极区）的E、温度及导电端面的自行调节作用，以达到在一定条件下向外界散失热量最小。利用最小电压原理可以解释电弧过程中的许多现象。例如当电弧被周围介质强迫冷却时，因周围环境从电弧取走更多热量，要求电弧产生更多热量来补偿。按最小电压原理，电弧要自动缩小断面，减少散热，使之与外界散热相平衡。但断面又不能收缩得过小，否则电流密度大而使E增加太多，电弧自动调整可使E增加到最小数值6、电弧电压与弧长之间的对应关系不锈钢TIG焊时弧压与弧长的关系（I=100A）：弧长越大，电压越高。原因：周围气体介质压力增加，意味着气体粒子密度的增加，气体粒子通过扩散运动，从电弧带走的总热量

22、增加，冷却作用加强，电弧电压就升高。7、电弧焊时，若高温焊接区暴露在空气中，会有何结果？应采取什么措施？结果：焊接熔池小，冷却快，使各种冶金反应难以达到平衡状态，焊缝中化学成分不均匀，且熔池中气体、氧化物等来不及浮出，容易形成气孔、夹渣等缺陷，显著降低焊缝的力学性能，容易出现冷裂纹和气孔。保护措施：1在焊接过程中，对熔化金属进行机械保护，使之与空气隔开。保护方式：气体保护、熔渣保护和气-渣联合保护。2对焊接熔池进行冶金处理，主要通过在焊接材料（焊条药皮、焊丝、焊剂）中加入一定量的脱氧剂（主要是锰铁和硅铁）和一定量的合金元素，在焊接过程中排除熔池中的FeO，同时补偿合金元素的烧损。 8、低碳钢焊

23、接热影响区内各主要区域的组织和性能如何？过热区：温度在固相线至1100之间，宽度约13mm。焊接时，该区域内奥氏体晶粒严重长大，冷却后得到晶粒粗大的过热组织，塑性和韧度明显下降。正火区：温度在1100Ac3之间，宽度约1.24.0mm。焊后空冷使该区内的金属相当于进行了正火处理，故其组织为均匀而细小的铁素体和珠光体，力学性能优于母材。不完全重结晶区：部分正火区。加热温度在Ac3Ac1之间。焊接时，只有部分组织转变为奥氏体；冷却后获得细小的铁素体和珠光体，其余部分仍为原始组织，因此晶粒大小不均匀，力学性能也较差。再结晶区：温度在Ac1450之间。只有焊接前经过冷塑性变形（如冷轧、冷冲压等）的母材

24、金属，才会在焊接过程中出现再结晶现象。该区域金属的力学性能变化不大，只是塑性有所增加。如果焊前未经冷塑性变形，则热影响区中就没有再结晶区。9、焊接应力与变形产生原因，如何预防和减小？产生原因：因焊接过程中焊件的不均匀受热和冷却产生。预防和减小焊接应力和变形的工艺措施：思路：减小温差，自由收缩减小应力 抵消、抑制变形减小变形措施：1焊前预热(<400)2合理焊接顺序3加热减应区4反变形法5刚性固定法10、焊条的组成及作用？11、埋弧焊的原理：电弧在焊剂层下燃烧而实现焊接12、气体保护焊1) 氩弧焊：钨极氩弧焊（TIG焊）；熔化极氩弧焊（MIG焊） 2) CO2气体保护焊13、压力焊的原理？

25、压力焊：焊接时，对焊接区施加一定的压力。施加的压力：使接头处局部产生塑性变形，原子通过扩散而结合。压力起主要作用。加热：提高塑性，降低变形抗力，增加原子的活动能力和扩散速度。还可能使工件局部熔化。14、钎焊的原理？采用比母材熔点低的钎料，将焊件和钎料一起加热到高于钎料熔点、低于母材熔点的温度，焊件不熔化，仅熔点低的钎料熔化，靠毛细作用填充间隙，液态钎料润湿母材、填充接头、与母材相互扩散，实现连接。钎料作为填充金属决定了接头质量，加钎剂以清洁、保护焊接处表面，增加钎料润湿性和流动性.15、材料焊接性评定方法？试验法-直接方法； 碳当量法-间接方法。碳当量法：根据合金元素对材料淬硬性的影响程度，预测焊接时可能产生裂纹和硬化的可能性。碳及其它合金元素含量越多，淬硬、冷裂的可能性越大。第6章 粉末冶金1、粉末的成形性与压缩性？如何