材料成型技術(shù)基礎(chǔ)復(fù)習(xí)重點

1、.1.11.常用的力學(xué)性能判據(jù)各用什么符號表示？它們的物理含義各是什么？塑性，彈性，剛度，強度，硬度，韌性1.2金屬的結(jié)晶：即液態(tài)金屬凝固時原子占據(jù)晶格的規(guī)定位置形成晶體的過程。細化晶粒的方法：生產(chǎn)中常采用加入形核劑、增大過冷度 、動力學(xué)法等來細化晶粒，以改善金屬材料性能。合金的晶體結(jié)構(gòu)比純金屬復(fù)雜，根據(jù)組成合金的組元相互之間作用方式不同，可以形成固溶體、金屬化合物和機械混合物三種結(jié)構(gòu)。固溶強化：通過溶入某種溶質(zhì)元素形成固溶體而使金屬的強度、硬度升高的現(xiàn)象。1.3鐵碳合金的基本組織有鐵素體、奧氏體、滲碳體、珠光體和萊氏體1.4鋼的牌號和分類影響鑄鐵石墨化的因素主要有化學(xué)成分和冷卻速度1.5塑料

2、即以高聚物為主要成分，并在加工為成品的某階段可流動成形的材料。熱塑性塑料：即具有熱塑性的材料，在塑料整個特征溫度范圍內(nèi)，能反復(fù)加熱軟化和反復(fù)加熱硬化，且在軟化狀態(tài)通過流動能反復(fù)模塑為制品。熱固性塑料： 即具有熱固性的塑料，加熱或通過其他方法，能變成基本不溶、不熔的產(chǎn)物。橡膠 橡膠是可改性或已被改性為某種狀態(tài)的彈性體。1.6復(fù)合材料：由兩種或兩種以上性質(zhì)不同的材料復(fù)合而成的多相材料。 通常是其中某一組成物為基體，而另一組成物為增強體，用以提高強度和韌性等。1.8工程材料的發(fā)展趨勢 據(jù)預(yù)測，21世紀初期，金屬材料在工程材料中仍將占主導(dǎo)地位，其中鋼鐵仍是產(chǎn)量最大、覆蓋面最廣的工程材料，但非金屬材料和

3、復(fù)合材料的發(fā)展會更加迅速。 今后材料發(fā)展的總趨勢是：以高性能和可持續(xù)發(fā)展為目標的傳統(tǒng)材料的改造及以高度集成化、微細化和復(fù)合化為特征的新一代材料的開發(fā)。2.0材料的凝固理論凝固：由液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)的過程。結(jié)晶：結(jié)晶是指從原子不規(guī)則排列的液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)樵右?guī)則排列的晶體狀態(tài)的過程。粗糙界面：微觀粗糙、宏觀光滑； 將生長成為光滑的樹枝；大部分金屬屬于此類光滑界面：微觀光滑、宏觀粗糙； 將生長成為有棱角的晶體；非金屬、類金屬（Bi、Sb、Si）屬于此類偏析：金屬凝固過程中發(fā)生化學(xué)成分不均勻的現(xiàn)象宏觀偏析通常指整個鑄錠或鑄件在大于晶粒尺度的大范圍內(nèi)產(chǎn)生的成分不均勻的現(xiàn)象2.1鑄件凝固組織：宏觀上指的是鑄態(tài)晶粒

4、的形態(tài)、大小、取向和分布等情況，鑄件的凝固組織是由合金的成分和鑄造條件決定的。鑄件的宏觀組織一般包括三個晶區(qū)：表面的細晶粒區(qū)、柱狀晶粒區(qū)和內(nèi)部等軸晶區(qū)。3.0金屬塑性成形 指利用外力使金屬材料產(chǎn)生塑性變形，使其改變形狀、尺寸和改善性能，從而獲得各種產(chǎn)品的加工方法。主要應(yīng)用：（1）生產(chǎn)各種金屬型材、板材、線材等；（2）生產(chǎn)承受較大負荷的零件，如曲軸、連桿、各種工具等。3.1金屬塑性成形特點（1）產(chǎn)品力學(xué)性能優(yōu)于鑄件和切削加工件；（2）材料利用率高，生產(chǎn)率高；（3）產(chǎn)品形狀不能太復(fù)雜；（4）易實現(xiàn)機械化、自動化，模具投資較大。塑性與柔軟性的區(qū)別是什么？ 塑性反映材料產(chǎn)生永久變形的能力。 柔軟性反映

5、材料抵抗變形的能力。影響塑性的內(nèi)部因素 1化學(xué)成分 （1）雜質(zhì) （2）合金元素對塑性的影響 2組織結(jié)構(gòu) 包括組元的晶格、晶粒的取向、晶界的特征等。影響金屬塑性的外部因素 1.變形溫度金屬的塑性可能因為溫度的升高明而得到改善。2.變形速度 變形速度對塑性的影響比較復(fù)雜。當變形速度不大時，隨變形速度的提高塑性是降低的；而當變形速度較大時，塑性隨變形速度的提高反而變好。3.變形程度 變形程度對塑性的影響，是同加工硬化及加工過程中伴隨著塑性變形的發(fā)展而產(chǎn)生的裂紋傾向聯(lián)系在一起的。4. 應(yīng)力狀態(tài) 5.變形狀態(tài) 6.尺寸因素7.周圍介質(zhì) 提高金屬塑性的主要途徑(1)控制化學(xué)成分、改善組織結(jié)構(gòu)，提高材料的成

6、分和組織的均勻性；(2)采用合適的變形溫度速度制度；(3)選用三向壓應(yīng)力較強的變形過程，減小變形的不均勻性，盡量造成均勻的變形狀態(tài)；(4)避免加熱和加工時周圍介質(zhì)的不良影響。金屬的加工硬化：即金屬在低于再結(jié)晶溫度加工時，由于塑性應(yīng)變而產(chǎn)生的強度、硬度增加，塑性、韌性下降的現(xiàn)象。回復(fù)： 即將冷成形后的金屬加熱至一定溫度后，使原子恢復(fù)到平衡位置，晶內(nèi)殘余應(yīng)力大大減小的現(xiàn)象。T回 （0.250.3）T熔 K 生產(chǎn)中常利用回復(fù)消除加工硬化后工件的殘余內(nèi)應(yīng)力。再結(jié)晶：即塑性變形后金屬被拉長的晶粒重新生核、結(jié)晶，變?yōu)榈容S晶粒的現(xiàn)象。T再 0.4 T熔K冷成形：即坯料在回復(fù)溫度以下進行的塑性成形過程，變形過

7、程中會出現(xiàn)加工硬化。熱成形： 即金屬在再結(jié)晶溫度以上進行的塑性成形過程。溫成形：即金屬在高于回復(fù)溫度以上和低于再結(jié)晶溫度范圍內(nèi)進行的塑性成形過程。例1：已知鉛的熔點為327，鎢的熔點為3380。問：鉛在20、鎢在1000時變形各屬哪種變形？為什么？解：T鉛再 0.4T 熔 0.4（327+273） 240K -33 1000 T 鎢回 （0.250.3）T熔 （9131096）K （640823） 1000 故鎢在1000屬于溫變形。鍛造比“y”：鍛造時變形程度的一種表示方法，通常用變形前后的截面比、長度比或高度比來表示。拔長時：y = A0 （前）/ A （后）= L / L0 鐓粗時：y

8、= A / A0 = H0 / H一般：隨y增大，金屬力學(xué)性能提高； 結(jié)構(gòu)鋼鋼錠的y通常為24最小阻力定律 變形過程中，物體各質(zhì)點將向著阻力最小的方向移動。即做最少的功，走最短的路。最小周邊法則 存在接觸面摩擦?xí)r，物體各質(zhì)點向周邊流動的阻力與質(zhì)點離周邊的距離成正比，因而必然向周邊最短法線流動，周邊形狀表現(xiàn)為最小的圓形。均勻變形與不均勻變形 若變形區(qū)內(nèi)金屬各質(zhì)點的應(yīng)變狀態(tài)相同，即它們相應(yīng)的各個軸向上變形的發(fā)生情況，發(fā)展方向及應(yīng)變量的大小都相同，這個體積的變形可視為均勻的。 不均勻變形實質(zhì)上是由金屬質(zhì)點的不均勻流動引起的。因此，凡是影響金屬塑性流動的因素，都會對不均勻變形產(chǎn)生影響。均勻變形：變形區(qū)

9、某體積內(nèi)金屬各質(zhì)點的變形狀態(tài)相同，就稱為均勻變形，否則就叫不均勻變形。均勻變形的特點：1.平面與直線2.圓與球體3.相似單元體殘余應(yīng)力的來源： 不均勻變形 相變 熱處理 鑄造 電鍍 機加工等殘余應(yīng)力所引起的后果引起物體尺寸和形狀的變化使零件的使用壽命縮短降低了金屬的塑性加工性能降低金屬的耐蝕性及沖擊韌性和疲勞強度減小或消除殘余應(yīng)力的措施熱處理方法機械處理法 零件彼此碰撞 噴丸法 表面壓平 表面拉制 在模子中表面校形或精壓3.2鍛造 鍛造是在加壓設(shè)備及工（模）具的作用下，使坯料、鑄錠產(chǎn)生局部或全部的塑性變形，以獲得具有一定幾何尺寸、形狀和質(zhì)量的鍛件的加工方法。自由鍛 把加熱好的坯料放在自由鍛造設(shè)

10、備的平砧之間或簡單的工具中進行鍛造的方法稱為自由鍛。（1）分類 1）手工鍛造，生產(chǎn)小型鍛件。 2）機器鍛造，生產(chǎn)大、中、小型鍛件。（2） 特點）金屬坯料在水平方向可自由流動； 2）可使用多種鍛壓設(shè)備； 3）鍛件力學(xué)性能好； 4）節(jié)約金屬，減少切削加工工時； 5）鍛件形狀簡單，精度低； 6）生產(chǎn)率較低，勞動強度較大。主要用于形狀簡單的單件小批生產(chǎn)， 特別適于重型、大型鍛件生產(chǎn)。（4） 自由鍛的基本工序1）輔助工序：為方便基本工序的操作而預(yù)先進行局部小變形的工序。 如倒棱、壓肩等。2）精整工序：修整鍛件最終形狀和尺寸、消除表面不平和歪斜的工序。如修整鼓形、校平、校直等。3）基本工序：鍛造過程中直接

11、改變坯料形狀和尺寸的工序。如鐓粗、拔長、沖孔、擴孔、彎曲、鍛接等。模鍛 把加熱好的坯料放在固定于模鍛設(shè)備上的模具內(nèi)進行鍛造的方法稱為模鍛。（1）模鍛分類：1）錘上模鍛：在鍛錘上進行；2）胎模鍛：在自由鍛設(shè)備上使用可移動模具；3）壓力機上模鍛：在壓力機上對熱態(tài)金屬進行模鍛。（2）模鍛特點1）坯料整體塑性變形，三向受壓；2）鍛件尺寸精確，加工余量小；3）鍛件形狀可較復(fù)雜；4）生產(chǎn)率較高；5）鍛模造價高，制造周期長；適于小型鍛件的成批大量生產(chǎn)。如飛機、機車、軍工、軸承等制造業(yè)中的齒輪、軸、連桿等零件。（3） 模鍛方法1） 錘上模鍛： 即在鍛錘上進行的模鍛。 按所用設(shè)備和模具不同，可分為錘模鍛和胎模鍛

12、。2） 鍛造壓力機模鍛其鍛造工藝流程是：備料加熱模鍛切邊、沖孔熱處理酸洗、清理校正。組成模鍛工藝的幾種工序：1）備料工序；2）加熱工序；3）鍛造工序：制坯和模鍛（預(yù)鍛和終鍛）沖壓 是使板料經(jīng)分離或成形而得到制件的工藝統(tǒng)稱。沖壓特點1）沖壓件輕、薄、剛度好；2）生產(chǎn)率和材料利用率高；3）成品形狀可較復(fù)雜、尺寸精度高、表面質(zhì)量好、質(zhì)量穩(wěn)定 ，一般無需切削加工；4）大批量生產(chǎn)時，產(chǎn)品成本低。沖壓基本工序沖裁：即利用沖模將板料以封閉或不封閉的輪廓線與坯料分離的沖壓方法。即用帶刃口的沖模使板料分離。彎曲：即將板料、型材或管材在彎矩的作用下彎成具有一定曲率和角度的制件的成形方法。拉深：也稱為拉延，是使板料

13、成形為空心件而厚度基本不變的加工方法。鑄造方法砂型鑄造 將熔化的金屬注入砂型，凝固后獲得鑄件的方法，也稱一次型鑄造。特種鑄造 除砂型鑄造以外的鑄造方法。如：熔模鑄造、壓力鑄造、離心鑄造等。砂型鑄造的特點:（1）生產(chǎn)周期短，產(chǎn)品成本低；（2）產(chǎn)品批量、大小不受限制；（3）勞動強度大，勞動條件較差；（4）鑄件質(zhì)量不穩(wěn)定，易產(chǎn)生缺陷按使用的工具不同，分為手工造型和機器造型。（1）手工造型：指全部用手工或手動工具完 成的造型工序。1）特點：操作靈活，適應(yīng)性強，成本低，生產(chǎn)準備時間短，鑄件質(zhì)量差，勞動強度大，生產(chǎn)率低。2）應(yīng)用：單件、小批量生產(chǎn)， 各種大、小型鑄件。（2）機器造型 指用機器完成全部或至少

14、完成緊砂操作的造型工序。 1）特點： 提高了生產(chǎn)率，鑄件尺寸精度較高； 節(jié)約金屬，降低成本； 改善了勞動條件； 設(shè)備投資較大。2） 應(yīng)用：成批、大量生產(chǎn)各類鑄件。特種鑄造： 是指與砂型鑄造有顯著區(qū)別的一些鑄造方法。例如：熔模鑄造、金屬型鑄造、壓力鑄造、 離心鑄造、低壓鑄造、陶瓷型鑄造、 殼型鑄造和連續(xù)鑄造等。熔模鑄造：即用易熔材料制成模樣，用造型材料將其包覆，制成型殼，熔出模樣，經(jīng)高溫焙燒，澆注獲得鑄件的方法。（2） 熔模鑄造的特點 1）鑄件精度和表面質(zhì)量較高。2）可以鑄造形狀復(fù)雜的薄壁鑄件。3）生產(chǎn)批量不受限制。4）原材料價格貴，鑄件成本高。5）工藝過程繁雜，生產(chǎn)周期長。6）鑄件尺寸不能太大

15、，質(zhì)量一般小于25Kg。3.3零件結(jié)構(gòu)的工藝性定義:指在一定生產(chǎn)批量和制造條件下，零件結(jié)構(gòu)能否用最經(jīng)濟的方法制造出來并符合設(shè)計要求的能力。鑄件結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)遵循的基本原則： 1）鑄件的結(jié)構(gòu)形狀應(yīng)便于造型、制芯和 清理； 2）鑄件的結(jié)構(gòu)形狀應(yīng)利于減少鑄造缺陷。 3）對鑄造性能差的合金如球墨鑄鐵、可鍛鑄鐵、鑄鋼等，其鑄件結(jié)構(gòu)應(yīng)從嚴要求，以 免產(chǎn)生鑄造缺陷。鑄造工藝設(shè)計包括：1.選擇鑄造方法或造型方法2.鑄件的澆注位置和分型面位置，型芯和芯頭結(jié)構(gòu)；3.加工余量、收縮率和拔模斜度等工藝參數(shù)；4.澆注系統(tǒng)、冒口和冷鐵的布置等；5.將所確定的工藝方案用文字和鑄造工藝符號在零件圖上表示出來，繪制鑄造工藝圖。澆注

16、位置的選擇原則(1) 鑄件的重要加工面或主要工作面應(yīng)朝下或位于側(cè)面，避免砂眼、氣孔和夾渣 (2) 鑄件的大平面應(yīng)朝下，減少輻射防開裂夾渣。(3) 面積較大的薄壁部分置于鑄型下部或使其處于垂直或傾斜位置，防止產(chǎn)生澆不足冷隔。 (4) 對于容易產(chǎn)生縮孔的鑄件，應(yīng)使厚的部分放在鑄型的上部或側(cè)面，以便在鑄件厚壁處直接安置冒口，使之實現(xiàn)自下而上的定向凝固(5) 芯子數(shù)量力求少，砂垛代芯省又好。4.3自由鍛基本工序5.1沖壓工序的分類 根據(jù)材料的變形特點分：分離工序、成形工序落料：用模具沿封閉輪廓沖裁板料或條料，沖下部分為工件。沖孔：用模具沿封閉輪廓沖裁板料或條料，沖下部分為廢料。彎曲：用模具把平面毛坯彎

17、成具有一定角度或一定形狀。沖模：沖壓生產(chǎn)對模具結(jié)構(gòu)的基本要求是：在保證沖出合格沖件的前提下，不但應(yīng)與生產(chǎn)批量相適應(yīng)，而且還具有結(jié)構(gòu)簡單、操作方便、安全、使用壽命長、易于制造、維修、成本低廉等特點。沖模通常由上、下模兩部分構(gòu)成。組成模具的零件主要有兩類：工藝零件：直接參與工藝過程的完成并和坯料有直接接觸，包括：成形零件、定位零件、卸料與壓料零件等；結(jié)構(gòu)零件：不直接參與完成工藝過程，也不和坯料有直接接觸，只對模具完成工藝過程起保證作用，或?qū)δ＞吖δ芷鹜晟谱饔?，包括：?dǎo)向零件、緊固零件、支撐固定零件等. 5.2沖裁所產(chǎn)生的廢料：一類是結(jié)構(gòu)廢料；另一類是工藝廢料。6.0連接成形是將若干個構(gòu)件連接為一體

18、的成形方法，按其機理不同，可分為焊接、膠接和機械連接等三大類。 焊接是利用局部加熱或加壓，或兩者并用，并且用或不用填充材料，使分離的兩部分通過原子的擴散與結(jié)合而形成永久性連接的一種工藝方法。（1）熔焊 指焊接過程中將焊件加熱至熔化狀態(tài)，不加壓力而完成焊接的方法。熔焊適用于各種金屬和合金的焊接加工，常見的熔焊方法有氣焊、電弧焊、電渣焊等。（2）壓焊 指焊接過程中對焊件施加壓力（加熱或不加熱）而完成焊接的方法。壓焊適用于塑性較好的金屬材料的焊接，常見的壓焊方法有電阻焊、摩擦焊等。（3）釬焊 指將比母材（被焊接的材料的總稱）熔點低的填充金屬（稱作釬料）熔化之后填充工件接頭間隙，并與固態(tài)母材相互擴散以

19、實現(xiàn)連接的焊接方法。釬焊不僅適合于同種材料的焊接加工，也適合于異種金屬或異類材料的焊接。焊接接頭是由相互聯(lián)系，而在組織和性能上又有區(qū)別的三部分所組成，包括焊縫區(qū)、熔合區(qū)和熱影響區(qū)。P126焊接應(yīng)力的減少和消除減少和消除焊接應(yīng)力的常用措施盡量減少焊縫數(shù)量和尺寸，并避免焊縫密集和交叉；采用合理的焊接順序，使焊縫自由收縮；加熱減應(yīng)區(qū)；錘擊焊縫；預(yù)熱和后熱。去應(yīng)力退火：加熱溫度為500650，可進行整 體或局部去應(yīng)力退火。機械拉伸法：對焊件施加載荷，使焊縫區(qū)產(chǎn)生塑性拉伸如：壓力容器的水壓試驗。溫差拉伸法：利用溫差使焊縫兩側(cè)金屬受熱膨脹以對焊縫區(qū)進行拉伸，使其產(chǎn)生拉伸塑性變形，減少或消除應(yīng)力。振動法：通

20、過激振器使焊接結(jié)構(gòu)發(fā)生共振產(chǎn)生循環(huán)應(yīng)力來降低或消除內(nèi)應(yīng)力。（2） 防止焊接變形的措施：1） 在結(jié)構(gòu)設(shè)計上：a盡量減少焊縫的數(shù)量和尺寸；b合理選用焊縫的截面形狀；c合理地安排焊縫位置；2） 在工藝上：反變形法 ；加余量法 ；剛性固定法 ；合理選用焊接方法和焊接規(guī)范 ；選用合理的裝配焊接順序；熱裂紋（在固相線附近高溫下產(chǎn)生的裂紋）防止措施限制母材和焊接材料的低熔點雜質(zhì)；提高焊縫成形系數(shù)（即焊道的寬度與計算厚度之比）；細化焊縫晶粒，減少偏析 ；減少焊接應(yīng)力（預(yù)熱）；操作上填滿弧坑。2. 冷裂紋（在馬氏體開始轉(zhuǎn)變溫度以下產(chǎn)生的裂紋）產(chǎn)生的原因 焊接接頭存在淬硬組織；焊接接頭氫含量較高；較大的焊接拉應(yīng)力

21、防止措施減少氫來源：用堿性焊條，要烘干，接頭要清潔；避免產(chǎn)生淬硬組織：如采用焊前預(yù)熱、焊后緩冷的方法； 焊后立即進行消氫處理：（即加熱到250，保溫一定時間，使焊縫金屬中的擴散氫逸出金屬表面），減少氫的危害；降低焊接應(yīng)力：采用合理的焊接工藝規(guī)范和焊后熱處理等。正接與反接正接 指工件接陽極，焊條接陰極，適用于焊接較厚的工件。反接 指工件接陰極，焊條接陽極，適用于焊接非鐵金屬及合金薄鋼板，以免燒穿焊件。焊接件工藝設(shè)計選擇焊接結(jié)構(gòu)材料（母材）；確定焊接方法及焊接材料；確定焊接接頭及坡口形式；合理布置焊縫位置；制訂合理的焊接規(guī)范；繪制焊接結(jié)構(gòu)工藝圖。焊接基本原則在滿足使用性能要求的前提下，應(yīng)盡量選用焊接性較好的材料。盡量選用同一種材料焊接。若必須采用異種金屬焊接，須盡量選擇化學(xué)成分、物理性能相近的材料。盡量采用廉價材料，僅在有特殊要求的部位采用特種材料，以降低成本。盡量選用軋制型材，以簡化工藝，降低成本，且可減少缺陷。形狀復(fù)雜部位