材料成型工艺基础考试复习要点

1、 材料成型工艺基础复习资料13上午九到十一点一号公教楼4071铸件的凝固方式及其影响因素凝固方式：（l）逐层凝固方式（2）糊状凝固方式（3）中间凝固方式影响因素：（l)合金的结晶温度范围：结晶温度范围越小，凝固区域越窄，越倾向于逐层凝固。低碳钢近共晶成分铸铁倾向于逐层凝固，高碳钢、远共晶成分铸铁倾向于糊状凝固。（2）逐渐的温度梯度：在合金的结晶温度范围已定时，若铸件的温度梯度由小到大，则凝固区由宽变窄，倾向于逐层凝固。2铸造性能含义及其包括内容，充型能力含义，影响合金流动性因素（合金种类、成分、浇注条件、铸型条件）铸造性能：合金铸造成形获得优质铸件的能力，、合金的铸造性能：主要指合金的流动性、

2、收缩性和吸收性等充型能力：液态合金充满铸型型腔，获得形状完整轮廓清晰的铸件的能力。影响合金流动性因素：（l)合金的种类。灰铸铁、硅黄铜流动性最好，铝合金次之，铸钢最差。（2）合金的成分。同种合金，成分不同，其结晶特点不同，流动性也不同。（3）浇注温度越高，保持液态的时间越长，流动性越好；温度越高，合金粘度越低，阻力越小，充型能力越强。在保证充型能力的前提下温度应尽量低。生产中薄壁件常采用较高温度，厚壁件采用较低浇注温度，（4） l.铸型的蓄热能力越强，充型能力越差2铸型温度越高，充型能力越好3铸型中的气体阻碍充型3合金的收缩三阶段，缩孔、缩松、应力、变形、裂纹产生阶段l.收缩。合金从液态冷却至

3、常温的过程中，体积或尺寸缩小的现象。合金的收缩过程可分为三阶段（l）液态收缩（2）凝固收缩（3）固态收缩缩孔（1）形成条件：金属在恒温或很窄的温度范围内结晶，铸件壁以逐层凝固方式凝固。（2）产生原因：是合金的液态收缩和凝固收缩值大于固态收缩值，且得不到补偿。（3）形成部位：在铸件最后凝固区域，次区域也称热节。缩松（1）形成条件：形成铸件最后凝固的收缩未能得到补足，或者结晶温度范围宽的合金呈糊状凝固，凝固区域较宽，液、固两相共存，树枝晶发达，枝晶骨架将合金液分割开的小区难以得到补缩所致。（2）形成部位：一般出现在铸件壁的轴线区域、热节处、冒口根部和内浇口附近，也常分布在集中缩孔的下方。其热应力形

4、成过程分三阶段第一阶段。两者都塑性变形，无热应力；第二阶段，一塑性一弹性，仍无热应力；第三阶段，两者均弹性变形，冷却慢的受拉，快的受压。铸件的变形：残留铸造应力超过铸件材料的屈服极限时产生的翘曲变形。后部、心部受拉应力，出现内凹变形。薄部、表面受压应力，出现外凸变形。铸件的裂纹：当铸件应以超过金属的强度极限时。铸件便产生裂纹，分为热裂和冷裂。4铸造内应力分类及其各自产生原因热应力:铸件在凝固和冷却过中，不同部位由于不均衡的收缩而引起的应力，称热应力收缩应力:铸件在固态收缩时，因受铸型、型芯、浇冒口等外力的阻碍而产生的应力称收缩应力固态下发生相变的合金，由于部分冷却速度不同，到相变温度的时间不同

5、，而且发生相变程度不同由此产生的应力5什么是定向凝固原则？什么是同时凝固原则？其目的是什么？需要采取什么措施来实现？定向（顺序）凝固：就是在铸件上可能出现缩孔的厚大部位安放冒口，使铸件上远离宜口的部位先凝固然后是靠近冒口的部位凝固，最后才是冒口本身的凝固。 远离冒口冒口附近冒口本身同时凝固:就是采取必要的工艺措施，使铸件各部分冷却速度尽量一致。实现定向凝固的措施是:设置冒口;合理使用冷铁。它广泛应用于收缩大或壁厚差较大的易产生缩孔的铸件，如铸钢、高强度铸铁和可锻铸铁等。实现同时凝固的措施是:将浇口开在铸件的薄壁处，在厚壁处可放置冷铁以加快其冷却速度。它应用于收缩较小的合金(如碳硅质量分数高的灰

6、铸铁)和结晶温度范围宽，倾向于糊状凝固的合金(如锡青铜)，同时也适用于气密性要求不高的铸件和壁厚均匀的薄壁控制铸件凝固方式的方法： （1）正确布置浇注系统的引入位置，控制浇注温度、浇注速度和铸件凝固位置； （2）采用冒口和冷铁； （3）改变铸件的结构； （4）采用具有不同蓄热系数的造型材料。6防止或减少铸件应力与变形的措施？（1）合理设计铸件结构在设计铸件时应尽量使铸件形状简单、对称、壁厚均匀。（2）尽量选用先收缩率小、弹性模量小的合金（3）采用同时凝固的工艺（4）设法改善铸型型芯的退让性，合理设置浇冒口（5）对铸件进行时效处理。自然时效热时效（去应力退火）和共振时效1熔模铸造工艺过程，特点及

7、适用范围，（不可用金属型）工艺过程：制造蜡模制壳脱蜡熔烧浇注工艺特点：（l)铸得的精度和质量高。（2）可制造形状复杂的铸件。（3）适用各种合金铸件，尤其是高熔点和难以加工的高合金钢，如耐热合金，不锈钢，磁钢等。（4）生产批量不受限制，单件小批量大批量均可使用。（5）工艺过程较复杂，生产周期长，使用费和消耗的材料费较贵。成本高适用范围：熔摸制造适用于制造形状复杂，难以加工的高熔点合金既有特殊要求的精密铸件主要有汽轮机，燃气轮机叶片，切削刀具，仪表原件，汽车，拖拉机及机床等零件的生产2金属性铸造应采取怎么样的工艺措施来保证产品质量（预热、喷涂料、控开型、提高浇注温度）铸件特点、应用范围（1）金属型

8、的预热（预热温度一般不低于150)。（2）涂料（耐火涂料的厚度为0.30.4mm）利用涂料厚度的厚薄，来调节铸件的冷却速度，保护金属型，防止高温金属液对型壁的冲蚀和热击；利用涂料储气排气。（3）控制开型时间。（4）提高浇注温度和防止铸件产生“白口”。2铸造特点：（1）可承受多次浇注，便于实现机械化生产；（2）铸件精度和表面质量高；（3）铸件的结晶组织致密机械性能高，铸件质量稳定，废品率低。（4）金属型成本高，周期长，铸造主艺严格，3适用范围适用于大批量生产有色金属铸件，如铝合金活塞、汽缸体等。3离心铸造特点及应用概念特点：（1）利用旋转表面生产圆筒形铸件，省去型芯和浇注系统，大大简化生产过程节

9、约了金属，（2）离心力作用：铸件由外向内的顺序凝固，而气体和残渣因比重轻向内腔移动而排除，铸件组织致密，极少有缩孔、气孔、夹渣等缺陷。（3）合金的充型能力强便于流动性差的合金及薄件的生产，便与制造双金属件。但是铸件易产生偏析，铸件内表面较粗糙。内表面尺寸不易控制。应用：离心铸造主要用于大批量生产管、套类零件。如铸铁管、铜套、气缸套等。4压力铸造的特点及应用（薄壁、精密件、镶嵌件、不能热处理）特点：（l)铸件精度高；可以做形状复杂的薄壁件；（2）力学性能好；（3）生产率高50 - 150次/小时；（4）但设备投资大，铸型周期长，只适用于大批量生产，而且不能进行切削余量加工，防止孔洞外漏。应用：用

10、于生产有色金属的精密铸件。第四章1铸件结构设计的要求（理解工艺要求铸造性能要求）工艺要求：1外形设计应避免外形凹，简化工艺2外形设计凸台应考虑便于造型3减少型芯数量，利于型芯的固定排气和清理4应合理确定结构的斜度性能要求：1铸件壁厚的设计（1）铸件的壁厚厚度要合理，铸件壁厚介于临界壁厚和最小壁厚之间（2）铸件壁厚应均匀，避免厚大截面，使过热（3）铸件内壁应薄于外壁，内外壁厚差约10-302铸件壁链接(1)铸件的各壁之间应均匀过度，两个非加工表面所形成的内角应设计成圆角（2）避免锐角连接（3）减缓肋、辅收缩的阻碍3避免铸件大的水平平面结构4避免铸件产生翘曲变形5对铸钢件，审查实现定向凝固的可行性

11、2浇注位置选择原则分型面选择原则浇注：1铸件的重要加上面应朝下或位于侧面 2铸件的宽大平面应朝下3铸件局部薄壁部位朝下4利于铸件顺序凝固和补缩厚大部位在上5应尽量减少型芯的数量，便于型芯安放、固定和排气分型：1型面的确定应能方便、顺利的取出模样或铸件，分型面一般选在铸件的最大截面处2分型面应避免曲折，数量应少，最好是一个，且为平面3最适宜采取哪种铸造方法铝合金活塞 原型铸造;发动机铯背铜套 离心铸造;铸铁水管 离心铸造;车床床身 砂型铸造;汽轮机叶片 熔模铸造第五章1冷热变形的含义，变形后组织性能特点冷变形：金属在再结晶温度以下进行的塑性变形特点：1晶粒沿变形方向被拉长2晶粒破碎3晶粒择优取向

12、，形成变形织构 4残余内应力 区别在于塑性变形在再结晶温度热变形 ：金属在再结晶温度以上进行的塑性变形特点：1金属致密度提高2组织细化，力学性能提高3出现锻造流线2回复与再结晶含义，回复：将冷成形后的金属加热至一定温度后，使原子回复到平衡位置，晶内残余应力大大减小的现象 组织与性能：（1）使晶格畸变减轻或消除，但晶粒的大小和形状并无改变（2）消除了晶格扭曲及大部分内应力（3）力学性能变化不大，强度、硬度塑性略有提高，内应力大大降低再结晶:塑性变形后金属被拉长了的晶粒出现重生核、结晶，变为等轴晶粒的现象组织与性能：（1）再结晶通过形核、长大的方式进行。得到细小均匀等轴晶粒（2）消除了残余应力和加

13、主硬化现象，塑性提高，再结晶退火3锻造流线对性能影响事如何利用？锻造流线使金属性能呈现异向性：沿着流线方向（切向）抗拉强度较高，而垂直于流线方向（法向）抗拉强度较低。合理利用纤绯组织：（1）应使零件在工作中所受的最大正应力方向与纤维方向重合（2）最大切力方向与零件的轮廓相符合，尽量不被切断4什么是金属的可锻性，影响可锻性的因素？各自如何起作用？金属的可锻性：金属材料在受锻压后，可改变自己的形状而不产生破裂 。是衡量金属通过塑性加工获得优质零件难易程度的工艺性能影响因素：（1）金属的本质a化学成分 纯金属，合金 碳化物形成元素使塑性加工性下降b金属组织 纯金属和固溶体，碳化物 粗晶粒，均匀细小晶

14、粒（2）加工条件a变形温度锻造温度始锻温度越高，可锻性好b变形速度，速度增加，一方面，回复和再结晶来不及进行，塑性下降，变形抗力增加；另一方面，热效应明显，塑性提高，变形抗力下降。变形速度较小时，以强化为主，较大时以热效应为主c应力状态 压应力数目越多，塑性越好d胚料表面质量 表面粗糙度低，塑性越好第六章1自由锻工序，特点，制定自由锻工艺规程的主要内容？工艺余块含义？工序：（1）基本工序用来改变胚料的形状尺寸的主要工序，主要包括：镦粗、拔长、冲孔、弯曲、扭转、错移、切割（2）辅助工序为了完成基本工序而进行的预先变形工序，主要包括：压钳口、倒棱、压肩（3）修整工序用来提高锻件尺寸及位置精度的工序

15、，主要包括：校正、滚圆、平整特点：自由锻根其所用设备分为手工自由锻和机器自由锻，手工自由锻只能生产小型锻件，生产效率低，机器自由锻则是自由锻的主要生产方法，重型锻唯一可行的生产方法收是自由锻工艺规程：绘制锻件图计算胚料的重量和尺寸确定变形工步选定设备和工貝确定锻造温度范围加热、冷却及热处理的方法及规范等 绘图计算工步设备锻温热处理工艺余块：为了简化锻件形状而加上去的那部分金属多余的2与自由锻相比，模锻有什么特点？模膛分类？飞边、冲孔连皮含义？拔长、滚压模膛作用？胎模锻特点（1）由于有模膛引导金属的流动性，锻件的形状可以比较复杂（2）锻件内部的锻造流线比较完整，从而提高了零件的力学性能和使用寿命

16、（3）锻件表面光洁，尺寸精度高，节约材料的切削加工工时因此生产率较高操作简单易于实现机械化生产批量越大成本越低（4）模锻是整体成形，摩擦阻力大，故只适用于中小型锻件的成批或大批生产模膛分类：1模锻模膛2制胚模膛飞槽边锤上模锻锻模上的组成部分，用以增加金属从模膛中流出的阻力，促使金属充满模，同时容纳多余的金属冲孔连皮：模锻件上的通孔，不能直接锻出，只能锻成盲孔，中间留有一定厚度的金属层拔长模锻的作用：用它来减少坯料某部分的横截面积，以增加该部分的长度液压模锻的作用：用它来减少坯料某部分的横截面积，以增加另一部分的横截面积3模锻件为什么要有斜度和圆角？与模膛深度有什么关系？内外斜度和圆角取值有何不

17、同？（1）为取出模锻件，在平行于锤击方向的表面设计斜度。当模膛深度与宽度的比值越大时，斜度越大。内壁斜度比外壁斜度大2-5（2）为增加锻件强度，使锻造时金属易于充填模膛，避免裂纹，减轻锻模磨损，设计圆角。模膛深度越深，圆角半径取值越大。内圆角半径是外圆角半径的2-3倍4自由锻件、模锻件结构设计原则自由锻件：（1）零件结构应力要求简单（2）锻件上不应有锥面体或者斜面结构（3）几何体的交接处不应形成空间曲线（4）避免加筋、凸台（5）采用锻、焊、锻、螺纹连接工艺模锻件：（1）必须貝有合理的分模面，以保证模锻件易于从锻模中取出、余块最少、模锻容易制造（2）零件上与锤击方向平行的非加工表面，应设计出模锻

18、斜度、圆角（3）为了使金属容易充满模膛和减少工序，零件外形力求简单、平直和对称，尽量避免零件截面间差别过大或具有薄壁高筋凸起结构（4）在零件结构允许的条件下，设计时尽量避免有深孔或多孔结构（5）在可能条件下，采取锻焊组合工艺，以减少余块，简化工艺第十章1常用焊接方法分类，钎焊含义，分类：1熔化焊2压力焊3钎焊钎焊：采用比母材料熔点低的材料作钎料，将焊件和钎料加热到高于钎料熔点，低于母材熔点的温度，利用液态钎料湿润母材，填充接头间隙并与母材相互扩散实现连接的焊接方法，T钎料T加工T母料2焊接组成，各部分作用们焊条型号与牌号含意，选用原则（等强度、等成分),酸性焊条、碱性焊条各自特点及应用场合？焊

19、条：有药皮和焊芯两部分组成。焊芯：起导电和填充焊缝的作用焊条药皮：提高电弧稳定性，防止空气对熔化金属的有害作用对熔池脱氧，加入合金元素，以保证焊缝金属的化学成分力学性能，焊条型号：有国际标准分别规定各类焊条的代号：焊条牌号：是焊条行业统一的条代号5离子弧是怎么产生的？（1）机械压缩效应、（2）热收缩效应（3）磁收缩效应第十一章1金属材料的可焊性，怎样利用碳当量法估算钢材可焊性？金属材料的可焊性：是指被焊金属在采用一定的焊接方法、焊接材料、工艺参数及结构式条件下，获得优质焊接接头的难易程度，即金属材料在一定的焊接工艺条件下表现出“好焊”和“不好焊”的差别。碳当量法 碳钢及低合金结构钢的碳当量经验

20、公式为：c当量=C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15*100%（2）根据经验c当量小于0.4时，钢材塑性良好，淬硬倾向不明显，可焊性良好。c当量等于0.40.6钢材塑性下降，淬硬倾向不明显，可焊性较差c当量大于0.6时，钢材塑性较低，淬硬倾向很强，可焊性不好2焊接结构设计，焊缝布置的原则（图9-10、9-11、12-10、12-11）焊缝布置原则：（1）尽量分散，避免局部过热（2）尽可能对称布置以减小变形（3）尽量避开最大应力断面和应力集中位置（4）应便于焊接操作（5）避免加工表面。3生产一批如图15所示壁厚不等的T形粱铸钢件，铸后发生了翘曲变形；后改为如图16所示壁厚均

21、匀的焊接件，焊后仍产生了变形：试分析两种成形方法获得的制件产生变形的主要原因并判断变形方向（用虚线表示）。为减小铸造变形，试重新设计铸件结构。答：翘曲变形是由于铸件壁厚不均匀，各部分冷却速度不同，在同一时期内铸件各部分收缩不一致而引起的应力造成的。焊接变形是由于焊接过程中局部加热和冷却不均匀，导致焊件收缩不一致而引起的应力造成的，造成内凹变形。将铸件设计成工字梁 附录资料：不需要的可以自行删除 流体机械原理课后解答p41习题一：一、为了满足一个规划中的企业用电高峰的需要，拟在有利地形处建一座具有一台泵及一台水轮机的抽水蓄能电站，该企业每天对电能的需要为：14h为P1=8MW；10h为P2=40

22、MW。假定该企业可以从电网中获得的电功率Pv是常数，已知：水轮机的总效率，泵的总效率，压力管道的损失，电站的静水头。为简单计，假定和为常数，其它损失忽略不计。假定该装置中水的总量为常数（上游无来水，下游不放水，并忽略蒸发泄漏），试求：必需的值。泵与水轮机的工作参数，。上游及下游水池的最小容积V。解：从电网中获得的电能不足时，用水轮机发电补充；从电网中获得的电能有多余时，用于泵去抽水蓄能。MWm3/s， m3/s对水轮机：m3/s；， MW，MW，对于泵：m3/s；，MW，MWVm3二、水轮机效率实验时在某一导叶开度下测得下列数据：蜗壳进口处压力表读数Pa，压力表中心高程m，压力表所在钢管直径m

23、，电站下游水位m，流量m/s，发电机功率kW，发电机效率，试求水轮机效率及机组效率。解：，；而，=0，=0m水轮机的效率机组效率三、某泵装置中，进口管直径mm，其上真空表读数Pa（500mmHg），出口管路直径mm，其上压力表读数MPa，压力表位置比真空表高1m，输送介质为矿物油，其密度kg/m3，泵的流量为m3/s，试求泵的扬程。解：泵的扬程某泵装置中，进出口管直径相同cm，进口真空表读数mmHg，出口管路上压力表读数kgf/cm2，压力表位置比真空表高1m，输送介质为矿物油，其密度kg/m3，泵的流量为 L/s，试求泵的扬程。答案：四、一台送风机的全压为1.96kPa，风量为40m3/min，效率为50，试求其轴功率。Wp103习题二四、轴流转浆式水轮机某一圆柱流面=2m，n=150r/min，在某一流量下=4m/s。试求：a)当叶片转到使=10时，作出口速度三角形。此时转轮出口水流的