材料成形工藝基礎(chǔ)

1、.材料成形工藝基礎(chǔ)復(fù)習(xí)資料第一章 金屬材料成形基本原理一 名詞解釋逐層凝固：逐層凝固就是隨著溫度的降低，鑄件外層已凝固的固相區(qū)不斷向內(nèi)層未凝固的液相區(qū)推進(jìn)，液相區(qū)不斷減小，直至到達(dá)鑄件中心的凝固方式。順序凝固：指在鑄件上建立一個從元力冒口的部分到冒口之間逐漸遞增的溫度梯度，使合金由遠(yuǎn)離冒口處向冒口方向順序地凝固。糊狀凝固：在凝固的過程中，固相和液相并存的凝固區(qū)貫穿鑄件的整個斷面的凝固方式。同時凝固：指采取一定的工藝措施，盡量減少鑄件各部分之間的溫度差，使鑄件的各部分幾乎同時凝固。液態(tài)收縮：從澆注溫度冷卻到凝固開始溫度期間發(fā)生的收縮。凝固收縮：從凝固開始溫度到凝固終了溫度期間發(fā)生的收縮?？s孔和縮

2、松：逐漸在凝固的過程中，由于合金的液態(tài)收縮和凝固收縮所造成的體積收到得不到補(bǔ)充，就會在鑄件的最后凝固部位形成孔洞，大而集中的孔洞為縮孔，細(xì)而分散的孔洞為縮松。澆不足：液態(tài)合金充型過程中共，由于冷卻過快而不能充滿型腔。冷隔：金屬液充型后，在金屬液的交接處融合不好，而且在鑄件中產(chǎn)生穿透的或不穿透的縫隙稱為冷隔。纖維組織：金屬內(nèi)部的晶粒發(fā)生塑性變形時，當(dāng)變形量很大是，晶粒形成細(xì)條形的組織。鍛造流線：鑄態(tài)金屬組織中分布在晶界上的夾雜物隨著晶粒的變形而在金屬流動最大方向上被拉長或呈現(xiàn)鏈狀分布而且不會因晶粒的再結(jié)晶而改變形狀和分布，鍛后依然沿被拉長的方向保留在金屬中呈現(xiàn)出鏈狀或斷續(xù)的流線形狀的組織。再結(jié)晶

3、：在變形金屬或合金的顯微組織中，產(chǎn)生無應(yīng)變的新晶粒再結(jié)晶核心。新晶粒不斷長大，直至原來的變形組織完全消失,金屬或合金的性能也發(fā)生顯著變化,這一過程稱為再結(jié)晶。動態(tài)再結(jié)晶：動態(tài)再結(jié)晶(dynamic reerystallization)，是指金屬在熱變形過程中發(fā)生的再結(jié)晶現(xiàn)象熱影響區(qū)：焊接或切割過程中，母材因受熱(但未熔化)而發(fā)生金相組織和力學(xué)性能變化的區(qū)域過熱區(qū)：焊接時被加熱到Ac3以上100200至固相線溫度區(qū)間，奧氏體晶粒急劇長大，冷卻后產(chǎn)生晶粒粗大的過熱組織。因而其塑性及韌性很低，容易產(chǎn)生焊接裂紋。二 簡答題1-3 擬生產(chǎn)一批小型鑄鐵件，力學(xué)性能要求不高，但壁厚較薄，試分析如何提高合金液

4、的充型能力。 合金液的充型能力與合金的流動 性，澆注條件，鑄型條件，鑄件結(jié)構(gòu)有關(guān)。生產(chǎn)中可以適當(dāng)提高鑄件液的澆注溫度，充型壓力，提高鑄型溫度等來提高合金的充型能力。1-4 冒口補(bǔ)縮的原理是什么？冷鐵是否可以補(bǔ)縮？冷鐵的作用于冒口有何不同？ 答：冒口是鑄型內(nèi)供儲存鑄件補(bǔ)縮用熔融金屬，并有排氣、集渣作用的空腔。冒口補(bǔ)縮的原理是按照順序凝固的原則鑄件上先凝固部分的收縮由后凝固部分 的金屬液來補(bǔ)縮，后凝固部分的收縮由冒的金屬液來補(bǔ)縮，最后在清理鑄件是除去冒口。 冷鐵并不可以補(bǔ)縮，它和冒口配合使用可以增大冒口補(bǔ)縮的有效距離。冷鐵是為增加鑄件的局部冷卻速度，在型腔內(nèi)部及工作表面安放的金屬塊，所以冷鐵的作用

5、是控制鑄件的冷卻速度，使鑄件能夠更好的順序凝固，防止縮孔和縮松等缺陷的形成，而冒口的最大作用就是提高足夠的的熔融金屬液來補(bǔ)充合金液的收縮。1-11 根據(jù)你所學(xué)的的知識說明“趁熱打鐵”的意思和道理。 “趁熱打鐵”比喻要趁早利用有利的時間和條件。它的原理當(dāng)金屬加熱到高溫時，金屬原子容易被激活，容易擴(kuò)散，塑性變形的抗力減小，強(qiáng)度降低，塑性，韌性增加，捶打時容易產(chǎn)生塑性變形，而獲得所需要的形狀和尺寸。1-12 什么是金屬的超塑性？超塑性成形有什么特點(diǎn)？ 是指在一些特定條件下，如一定的化學(xué)成分，特定的顯微組織，特定的變形溫度和應(yīng)變速率等，金屬表現(xiàn)出異乎尋常的高塑性狀態(tài)，具有均勻的變形能力，其伸長率可以達(dá)

6、到白份之幾百，甚至幾千。超塑性成形的特點(diǎn)：大的伸長率，無縮頸，低流動應(yīng)力，對應(yīng)變速率的敏感性高易成型，成形過程中基本沒有加工硬化現(xiàn)象，不會形成各向異性和殘余應(yīng)力。 第二章 鑄造成形2-3 金屬型鑄造有何優(yōu)越性？為什么金屬型鑄造不能廣泛取代砂型鑄造？ 金屬型鑄造中鑄型可以反復(fù)使用，因此生產(chǎn)效率高，改善了勞動條件，易于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化和自動化生產(chǎn)。鑄件的精密度搞，表面質(zhì)量好，力學(xué)性能良好。 但是金屬型的制造周期長，成本高，鑄造工藝要求嚴(yán)格，不易生產(chǎn)大型，薄壁和形狀復(fù)雜的鑄件，而且鑄鐵件易產(chǎn)生白口組織所以不能廣泛取代砂型鑄造。2-4 低壓鑄造的工作原理和壓鑄有何不同、為何鋁合金較常采用低壓鑄造？ 低壓鑄造

7、的壓力較低，并且是熔融金屬液由下而上壓入型腔。因?yàn)榈蛪鸿T造金屬液充型平穩(wěn)，對鑄型的沖刷力小，工件的質(zhì)量高，鋁合金密度小，質(zhì)量較輕，用低壓鑄造效果更佳。2-15 為什么要規(guī)定鑄件的最小壁厚？鑄件的壁過薄或過厚會出現(xiàn)哪些問題？ 因?yàn)楹侠淼蔫T件結(jié)構(gòu)可以消除鑄造缺陷。最小壁厚是保證鑄件質(zhì)量的最小比壁厚值。過?。嚎赡軐?dǎo)致鑄件產(chǎn)生澆不到，冷隔等鑄造缺陷；過厚：鑄件的壁厚過厚一方面造成金屬的浪費(fèi)，另一方面壁厚過厚在厚壁處產(chǎn)生冷卻速度較慢的熱節(jié)，結(jié)晶組織粗大容易產(chǎn)生縮孔，縮松，晶粒粗大等缺陷。2-16 什么事鑄件的結(jié)構(gòu)斜度？它與起模斜度有什么不同？ 鑄件的結(jié)構(gòu)斜度鑄件結(jié)構(gòu)所具有的斜度。鑄件上與分型面垂直的非加

8、工面應(yīng)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)斜度，以便于造型時易于取出模樣。考慮到保持鑄件的壁厚均勻，內(nèi)、外壁應(yīng)相應(yīng)傾斜 起模斜度：為使模樣容易從鑄型中取出或型芯自芯盒脫出，在模樣或芯盒平行于起模方向設(shè)置的斜度。大小取決于造型方法，模樣材料，垂直壁高度，表面粗糙度通常為153度。一般立壁越高，斜度越小。2-18試簡述鑄造工藝對鑄件結(jié)構(gòu)的要求。(1) 鑄件的外形設(shè)計(jì)應(yīng)該避免側(cè)凹結(jié)構(gòu)；合理設(shè)計(jì)凸臺和肋條；減少和簡化分型面；考慮設(shè)計(jì)合理的結(jié)構(gòu)斜度(2) 鑄件的內(nèi)腔設(shè)計(jì)應(yīng)該，不用或少用型芯，方便型芯的安放排氣和清理。(3) 注意鑄件結(jié)構(gòu)的合理分割與組合。第三章 塑性成形3-1 何謂自由鍛？它在應(yīng)用上有何特點(diǎn)？與自由鍛相比，模鍛有哪

9、些特點(diǎn)？自由鍛造是利用沖擊力或壓力使金屬在上下砧面間各個方向自由變形，不受任何限制而獲得所需形狀及尺寸和一定機(jī)械性能的鍛件的一種加工方法，簡稱自由鍛。 應(yīng)用上的特點(diǎn)：自由鍛造是靠人工操作來控制鍛件的形狀和尺寸的，所以鍛件精度低，加工余量大，勞動強(qiáng)度大，生產(chǎn)率也不高，因此它主要應(yīng)用于單件、小批量生產(chǎn)。模鍛的特點(diǎn)： （1）生產(chǎn)效率高（2）鍛件尺寸精確，加工余量小，表面光潔， 節(jié)約材料和切削加工工時（3_）可以鍛造形狀比較復(fù)雜的工件3-6 自由鍛件的結(jié)構(gòu)工工藝性有那些要求？自由鍛件為什么不允許出現(xiàn)凸臺，肋條和斜面？ 在滿足使用性能的前提下，鍛件的形狀應(yīng)該盡量簡單，規(guī)則易于鍛造具體要求如下：（1）避免

10、錐體或斜面結(jié)構(gòu)（2）避免有空間曲面相交的結(jié)構(gòu)（3）避免加強(qiáng)肋和凸臺等結(jié)構(gòu)（4）合理采用組合鍛件因?yàn)殄懠哂行泵?，凸臺，肋條，的鍛件成性比較困難，工藝過程比較復(fù)雜，不便于操作，降低了生產(chǎn)率，增加了鍛造成本。3-9 對于沖裁件，彎曲件，和拉深件，在形狀設(shè)計(jì)上有何特別要求？ 沖裁件的形狀應(yīng)力求簡單，對稱并盡可能采用圓形，矩形等規(guī)則形狀，避免長槽和細(xì)長壁結(jié)構(gòu)，避免設(shè)計(jì)成肥源曲線的形狀，并使排樣的廢料最少；彎曲件的形狀應(yīng)盡量對稱，彎曲半徑應(yīng)左右一致，保證板樣受力是平衡，防止產(chǎn)生偏移，當(dāng)彎曲不對稱制件時也可以考慮彎曲后再切斷;拉伸件的形狀應(yīng)力求簡單，對稱并盡可能采用圓形，矩形等規(guī)則形狀，有利于拉深。其高度

11、應(yīng)盡量減小，以便用最少的拉深次數(shù)充成形。第四章 焊接與粘接4-2 電弧焊的構(gòu)造及溫度分布是怎樣的？在什么情況下，應(yīng)注意電弧焊的極性和接法？ 焊接電弧可分為三個區(qū)域，即陽極區(qū)、弧柱區(qū)和陰極區(qū)。不同材料電極溫度是不同的，其溫度分別大概是這個范圍（2600K-4200K，2400K-3500K，6000K-8000K）用鋼焊條焊接時，陰極區(qū)溫度為2400K左右，放出熱量為電弧總熱量的38；陽極區(qū)溫度為2600K左右，熱量占42；弧柱區(qū)中心溫度可達(dá)50008000K，熱量占20左右。 當(dāng)采用直流弧焊電源焊接時，工件接正極，焊條接負(fù)極，稱為正接，工件接負(fù)極，焊條接正極，稱為反接，用交流弧焊電源焊接是由于

12、電弧極性不斷交替變化，不存在，正接，反接問題。4-3 埋弧焊與手弧焊相比有哪些優(yōu)點(diǎn)？其工藝性有何特點(diǎn)？應(yīng)用有何限制？為什么？ 埋弧焊的主要優(yōu)點(diǎn) 埋弧焊是當(dāng)今生產(chǎn)效率較高的機(jī)械化焊接方法之一， 1.生產(chǎn)效率高 這是因?yàn)?，一方面焊絲導(dǎo)電長度縮短，電流和電流密度提高，因 此電弧的溶深和焊絲溶敷效率都大大提高。（一般不開坡口單面一次溶深可達(dá)20mm）另一方面由于焊劑和溶渣的隔熱作用，電弧上基本沒有熱的輻射散失,飛濺 也少，雖然用于熔化焊劑的熱量損耗有所增大，但總的熱效率仍然大大增加。 2.焊縫質(zhì)量高 熔渣隔絕空氣的保護(hù)效果好，焊接參數(shù)可以通過自動調(diào)節(jié)保持穩(wěn)定，對焊工技術(shù)水平要求不高,焊縫成分穩(wěn)定，機(jī)械

13、性能比較好。 3.勞動條件好 除了減輕手工焊操作的勞動強(qiáng)度外，它沒有弧光輻射，無煙塵等這是埋弧焊的獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)。埋弧焊工藝：焊前準(zhǔn)備：埋弧焊在焊接前必須做好準(zhǔn)備工作，包括焊件的坡口加工、待焊部位的表面清理、焊件的裝配以及焊絲表面的清理、焊劑的烘干等 埋弧焊的工藝參數(shù)：埋弧焊的焊接參數(shù)主要有：焊接電流、電弧電壓、焊接速度、焊絲直徑和伸出長度等。應(yīng)用限制：適應(yīng)性差，通常只適合于水平位置焊接直縫和環(huán)縫；對焊前準(zhǔn)備嚴(yán)格，工件坡口加工要求高；焊接設(shè)備復(fù)雜，投資較大。4-5 氣體保護(hù)焊的主要特點(diǎn)是什么？常用的保護(hù)氣體有哪些？ (1)電弧和熔池的可見性好，焊接過程中可根據(jù)熔池情況調(diào)節(jié)焊接參數(shù)。 (2)焊接過程操

14、作方便，沒有熔渣或很少有熔渣，焊后基本上蒙不需清渣。 (3)電弧在保護(hù)氣流的壓縮下熱量集中，焊接速度較快，熔池較小，熱影響區(qū)窄，焊件焊后變形小。 (4)有利于焊接過程的機(jī)械化和自動化，特別是空間位置的機(jī)械化焊接。 (5)可以焊接化學(xué)活潑性強(qiáng)和易形成高熔點(diǎn)氧化膜的鎂、鋁、欽及其合金。 (6)可以焊接薄板。 (7)在室外作業(yè)時，需設(shè)擋風(fēng)裝置，否則氣體保護(hù)效果不好，甚至很差。 (8)電弧的光輻射很強(qiáng)。 (9)焊接設(shè)備比較復(fù)雜，比焊條電弧焊設(shè)備價格高。常用的保護(hù)氣體有：二氧化碳，氬氣。4-8 等離子電弧焊，激光焊，和電子束焊與傳統(tǒng)的熔焊方法相比有哪些獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)？ 等離子電弧焊：1）微束等離子弧焊可以焊

15、接箔材和薄板。 （2）具有小孔效應(yīng)，能較好實(shí)現(xiàn)單面焊雙面自由成形。 （3）等離子弧能量密度大，弧柱溫度高，穿透能力強(qiáng)，1012mm厚度鋼材可不開坡口，能一次焊透雙面成形，焊接速度快，生產(chǎn)率高，應(yīng)力變形小。 （4）設(shè)備比較復(fù)雜，氣體耗量大，只宜于室內(nèi)焊接。激光焊：（1）能量密度大，穿透深度打，焊縫可以極為窄小，；熱量集中，作用時間短，熱影響區(qū)小，焊接殘余應(yīng)力和變形小，特別適用于熱敏材料的焊接。（2）可以焊接一般焊接方法難以焊接的材料，如高熔點(diǎn)金屬，非金屬材料，異種材料的焊接。（3）激光可以反射，透射，能在空間傳播相當(dāng)遠(yuǎn)的距離而衰減很小，因而可以進(jìn)行遠(yuǎn)距離焊接或一些難以接近部位的焊接；（4）焊接過

16、程實(shí)際極短，不僅生產(chǎn)率高，而且焊件不易氧化，因此不論在真空，保護(hù)氣體或空氣中焊接，其效果幾乎相等。電子束焊接 （1 )電子束焊接的能量密度高 ,可焊接一般電弧焊難以實(shí)現(xiàn)的焊縫; 2)電子束焊接是在真空中進(jìn)行 ,焊縫的化學(xué)成分穩(wěn)定且純凈 ,接頭強(qiáng)度高 ,焊縫質(zhì)量高; 3)電子束焊接速度快 ,熱影響區(qū)小 ,焊接熱變形小; 4)電子束焊接適用于焊接幾乎所有的金屬材料; 5)電子束焊接可獲得深寬比大的焊縫 (20 150 1) ,焊接厚件時可以不開坡口一次成形; 6)電子束焊接結(jié)合計(jì)算機(jī)技術(shù) ,實(shí)現(xiàn)了工藝參數(shù)的精確控制 ,使焊接過程完全自動化。 電子束焊接技術(shù)是目前發(fā)展最快 ,應(yīng)用最為廣泛的電子束技術(shù)第五章 粉末冶金與陶瓷材