金屬材料成型原理

金屬材料成型原理鑄造部分*液態(tài)金屬的判斷方法：間接法：通過(guò)固——液態(tài)、固——?dú)鈶B(tài)轉(zhuǎn)變后的一些物理性質(zhì)的變化判斷液態(tài)原子的結(jié)合狀況。直接法:通過(guò)液態(tài)金屬的X射線或中子線的結(jié)構(gòu)分析研究液態(tài)的原子排列情況。偶分布函數(shù)：距某一參考粒子r處找到另一粒子的概率液態(tài)金屬結(jié)構(gòu)的主要特征:進(jìn)程有序（存在很多不停游離的居于有序的原子集團(tuán)），遠(yuǎn)程無(wú)序（不具備對(duì)稱性、平移性）三種起伏:能量起伏:能量高低不同結(jié)構(gòu)起伏:結(jié)構(gòu)的此消彼長(zhǎng)濃度起伏:濃度分布不同充型能力:液態(tài)金屬充滿型腔，獲得外形完整、輪廓清晰的鑄件的能力。*影響充型能力的因素:金屬性質(zhì)、鑄型性質(zhì)、澆注條件、鑄件結(jié)構(gòu)螺旋圖P17流動(dòng)性的測(cè)定方法:螺旋線法、真空法p17 1-16 1-17提高充型能力的措施:正確選擇合金的成分、合理的熔煉工藝“高溫出爐，低溫澆注”鑄件凝固方式:逐層凝固方式、體積凝固方式、中間凝固方式（取決于凝固區(qū)域的寬度）影響鑄件凝固方式的因素:合金成分、鑄件斷面溫度梯度金屬凝固過(guò)程中的傳熱圖P26-27液態(tài)成型:將金屬液澆入鑄型后，凝固后獲得一定形狀和性能的鑄件的方法影響鑄件溫度場(chǎng)的因素:金屬性質(zhì)、鑄型性質(zhì)、澆注條件、鑄件結(jié)構(gòu)均質(zhì)形核:在沒有任何外來(lái)界面的均勻熔體種的形核過(guò)程。非均質(zhì)形核:在不均勻熔體中依靠外來(lái)雜質(zhì)或型壁界面提供的襯底進(jìn)行形核的過(guò)程。固液界面的微觀結(jié)構(gòu)分為:粗糙界面:界面固相一側(cè)的點(diǎn)陣位置有一半左右為固相原子所占據(jù)。這些原子散亂地隨機(jī)分布在界面上，形成一個(gè)坑坑洼洼、凹凸不平的界面層。平整界面:固液界面固相一側(cè)表面的點(diǎn)陣位置幾乎全部為固相原子所占據(jù)，只留下少數(shù)空位或臺(tái)階，從而形成了一個(gè)整體上平整光滑的界面結(jié)構(gòu)。相變驅(qū)動(dòng)力：固液兩相自由能之差A(yù)G。凝固過(guò)程中溶質(zhì)分配的平衡條件:凝固界面上溶質(zhì)遷移的平衡、固相液相內(nèi)部擴(kuò)散的平衡熱過(guò)冷：金屬凝固時(shí)所需的過(guò)冷度完全由傳熱所提供，僅由溶體實(shí)際溫度分布決定成分過(guò)冷：由溶質(zhì)再分配導(dǎo)致界面前方溶體成分及其凝固溫度發(fā)生變化而引起的過(guò)冷度成為成分過(guò)冷。產(chǎn)生條件：平衡液相凝固溫度大于同一點(diǎn)的實(shí)際溫度（純金屬或共晶合金的金屬無(wú)成分過(guò)冷）溶質(zhì)再分配：從形核到結(jié)晶完畢，固液兩相內(nèi)部不斷進(jìn)行著溶質(zhì)元素的重新分配的過(guò)程。平衡結(jié)晶：在結(jié)晶過(guò)程中，固液兩相都能通過(guò)充分傳質(zhì)而使成分完全均勻并達(dá)到平衡相圖對(duì)應(yīng)溫度的平衡成分。非平衡結(jié)晶的三種方式：固相無(wú)擴(kuò)散，液相均勻混合；固相無(wú)擴(kuò)散，液相有限擴(kuò)散；固相無(wú)擴(kuò)散，液相部分?jǐn)U散。影響成分過(guò)冷的因素：凝固過(guò)程的工藝條件晶體生長(zhǎng)速度合金性質(zhì)內(nèi)生生長(zhǎng)：等軸枝晶在熔體內(nèi)部自由生長(zhǎng)的方式。外生生長(zhǎng)：晶體自行形核，然后由外向內(nèi)單向延伸的生長(zhǎng)方式。鑄件宏觀組織包含表面細(xì)晶區(qū)、柱狀晶區(qū)、等軸晶區(qū)。等軸晶區(qū)的獲得：低溫澆注、采用合理的澆鑄注工藝、合理控制冷卻條件、孕育處理、強(qiáng)制對(duì)流晶粒細(xì)化的方法：機(jī)械振動(dòng)、超聲波、攪拌、流變鑄造。偏析：合金在凝固過(guò)程中發(fā)生的化學(xué)成分不均勻的現(xiàn)象，分為微觀偏析和宏觀偏析微觀偏析：微小范圍內(nèi)的化學(xué)不均勻現(xiàn)象，分為胞狀偏析、枝晶偏析、晶界偏析宏觀偏析：正常偏析：符合溶質(zhì)再分配規(guī)律逆偏析：當(dāng)合金溶質(zhì)分配系數(shù)小于1，表面或底部含溶質(zhì)元素較多，而中心或上部分溶質(zhì)較少的現(xiàn)象氣孔：析出性氣孔、侵入性氣孔、反應(yīng)性氣孔。影響氣孔的因素：金屬液原始含氣量、冷卻速度、合金成分、氣體性質(zhì)防止氣孔的措施：1、采取烘干、除濕等措施，防止或減少氣體進(jìn)入金屬液2、嚴(yán)格控制合金中氧化性較強(qiáng)元素的含量3、嚴(yán)格控制水分4、適當(dāng)提高澆注溫度5、盡量保證金屬液平穩(wěn)進(jìn)入鑄型影響縮松與縮孔的因素：金屬的性質(zhì)、鑄型條件、澆注條件、鑄件尺寸、補(bǔ)縮壓力防治措施：1、采用順序凝固和同時(shí)凝固原則2、澆注溫度和速度的調(diào)整3、使用冒口、補(bǔ)貼和冷鐵4、加壓補(bǔ)縮焊接焊接熱循環(huán)：在焊接熱源的作用下，焊件上某點(diǎn)的溫度隨時(shí)間的變化過(guò)程。碳當(dāng)量：碳當(dāng)量反映鋼中化學(xué)成分對(duì)硬化程度的影響，它是把鋼中合金元素按其對(duì)淬硬的影響程度折合成碳的相當(dāng)含量。焊接剛性：對(duì)接接頭根部間隙發(fā)生單位長(zhǎng)度的彈性位移時(shí)，在單位長(zhǎng)度焊縫所承受的力。藥皮的堿度：堿性氧化物質(zhì)量分?jǐn)?shù)與酸性氧化物質(zhì)量分?jǐn)?shù)的比值。焊接結(jié)晶裂紋：裂紋產(chǎn)生于凝固初期的脆性溫度區(qū)間丨內(nèi)，稱結(jié)晶裂紋。防止要點(diǎn)：改善焊縫凝固結(jié)晶、細(xì)化晶粒。通過(guò)第三元素的加入來(lái)改變有害雜質(zhì)的分布形態(tài)。盡可能減少應(yīng)變量及應(yīng)變?cè)鲩L(zhǎng)率。冷裂紋：由于材料在室溫下附近溫度下脆化而形成的裂紋。防止要點(diǎn)：盡可能降低拘束應(yīng)力，消除一切氫的來(lái)源，并改善組織。按照焊接尺寸的特征，可以將熱源模型簡(jiǎn)化為幾種類型？并簡(jiǎn)述其特征答:半無(wú)限大物體在三維方向?qū)釤o(wú)限，此時(shí)熱源為點(diǎn)熱源無(wú)限薄物體在X,Y方向?qū)釤o(wú)限，此時(shí)熱源為線熱源無(wú)限長(zhǎng)細(xì)桿只在X方向?qū)釤o(wú)限，熱源為面熱源焊縫凝固組織有哪兩種？凝固組織的金相組織由哪幾種結(jié)晶形態(tài)組成？答:焊縫凝固組織主要為柱狀晶和等軸晶，凝固組織的金相組織由平滑界面，胞狀晶，胞狀樹枝晶，柱狀樹枝晶，等軸狀樹枝晶組成。今有工程機(jī)械橫梁需要焊接，欲采用焊條電弧焊焊接，母材的強(qiáng)度為500MPa，焊縫承載較大，尤其是要防止冷裂紋的產(chǎn)生，請(qǐng)選擇合適的藥皮類型，解釋焊條牌號(hào)的意義，并解釋其焊接冶金原理。承載較大，并防止冷裂紋，表明焊條能夠承受較高載荷，應(yīng)該選堿性藥皮，根據(jù)母材強(qiáng)度，選擇J507焊條。J—結(jié)構(gòu)鋼焊條50—表示焊縫金屬的抗拉強(qiáng)度值為500MPa7—堿性焊條原理今有中碳調(diào)質(zhì)鋼需要焊接，鋼板的厚度為30毫米。請(qǐng)分析接頭容易出現(xiàn)什么焊接缺陷，并分析接頭熱影響區(qū)組織分為哪幾個(gè)部分，各部分的組織組成和形成機(jī)理。中碳調(diào)質(zhì)鋼焊接淬火傾向較大，而且鋼板厚度較大更容易產(chǎn)生淬火冷裂紋。中碳調(diào)質(zhì)鋼屬于易淬火鋼，熱影響區(qū)分為完全淬火區(qū)，不完全淬火區(qū)完全淬火區(qū)組織組成為馬氏體不完全淬火區(qū)組織組成為馬氏體和鐵素體。鍛壓塑性：是指固體金屬在外力作用下，能穩(wěn)定地發(fā)生永久變形而不破壞其完整性的能力。柔軟性是反映金屬的軟硬程度，它是用變形抗力的大小來(lái)衡量的機(jī)械性能拉伸試驗(yàn)測(cè)延伸率和斷面收縮率扭轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)測(cè)扭轉(zhuǎn)數(shù)和扭轉(zhuǎn)角沖擊彎曲試驗(yàn)測(cè)沖擊韌性鐓粗試驗(yàn)測(cè)極限壓縮率磷硫氫都是有害元素，磷會(huì)引起冷脆，硫會(huì)引起紅脆，氫會(huì)引起氫脆。組織狀態(tài)對(duì)塑性和變形抗力的影響：（1）晶粒度晶粒度越細(xì)小，愈有利于提高其塑性（2）金相組織若所含的合金元素在加工溫度范圍內(nèi)與基本元素形成單相固溶體，則有較好的塑性；而所含元素和基本元素或其他元素形成化合物，則使塑性降低。應(yīng)力狀態(tài)的影響：三向壓縮塑性最好，兩壓一拉次之，兩壓一拉更次，三項(xiàng)拉應(yīng)力塑性最壞。應(yīng)變狀態(tài)的影響：兩向壓縮一向拉伸的塑性最好，一向壓縮一向拉伸的塑性次之，一向壓縮兩向拉伸的塑性最差。當(dāng)加工低塑性材料時(shí)，應(yīng)采用三向壓應(yīng)力的壓力加工方法（如擠壓，加反壓力擠壓，閉式模鍛）超塑性：大變形，無(wú)縮頸，小應(yīng)力，易成形。（有色金屬的延伸率達(dá)到200%以上，黑色金屬的延伸率達(dá)到100%以上）固溶強(qiáng)化彌散強(qiáng)化：阻礙位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生強(qiáng)化效果。（球墨鑄鐵）

由于變形不均勻而產(chǎn)生附加應(yīng)力和殘余應(yīng)力。（附加應(yīng)力是由于變形不均勻小變形給大變形施加的力）由于變形、加熱和冷卻不均勻，都會(huì)在工件內(nèi)出現(xiàn)宏觀級(jí)、顯微級(jí)和原子級(jí)的附加應(yīng)力，即所謂第一、第二、第三類附加應(yīng)力，當(dāng)外力取消后，在變形體內(nèi)所留下來(lái)的附加應(yīng)力稱為殘余應(yīng)力。臨界應(yīng)變，在變形初期，應(yīng)力-應(yīng)變曲線迅速升到一個(gè)峰值所對(duì)應(yīng)的應(yīng)變。加工硬化：金屬發(fā)生塑性變形隨變形度的增大，其強(qiáng)度和硬度顯著提高，塑性和韌性明顯下降。金屬塑性變形的力學(xué)基礎(chǔ)的假設(shè)：連續(xù)性假設(shè)勻質(zhì)性假設(shè)各向同性假設(shè)初應(yīng)力為零體積力為零體積不變假設(shè)應(yīng)力