东南大学材料成型基础第一章
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材料成型基础材料成形技术主要研究各种成形工艺方法本身的规律性及其在机械制造中的应用;各种成形方法的工艺过程和成形件的结构工艺性。
简单说,这门课程是研究获得零件毛坯的方法。
机械产品的产生过程大致如下:设计与制造(1)设计——图纸(2)制造的过程一般是先用铸造、压力加工、焊接、粉末冶金等材料成形方法获得毛坯;然后再经过机械加工来获得合格零件;而且为了改善零件的机械性能,常要经过热处理;最后,将合格零件组合(装配)到一起便得到所需要的机械产品。
本课程讲授的主要内容有铸造、压力加工、焊接、粉末冶金、非金属材料的成形及毛坯的选择六个部分。
前五部分是研究成形工艺的,每一种成形工艺都包括五方面内容:成形原理、成形方法、工艺设计、成形件结构工艺性及新技术新发展。
毛坯的选择则主要介绍各类毛坯的特点及应用场合、毛坯的选择原则。
学习本课程应达到的基本要求:掌握各种毛坯成型工艺的基本原理及工艺特点;能够初步设计一般零件的毛坯结构;具有选择毛坯及工艺分析的初步能力。
参考教材:《热加工工艺基础》主编:任福东机械工业出版社《金属工艺学》主编:丁德全机械工业出版社 1.金属的液态成型金属的液态成型又称铸造,它是利用液态金属的流动来获得具有一定尺寸和形状的铸件的成型方法。
其生产过程为:准备铸型(造型)→将熔融金属浇入铸型(浇ⅲ 坛尚巍 渖扒謇怼 ? 2.铸件铸造成形所得的毛坯或零件。
3.生产特点(1)成形方便——液体的形状= 容器的形状(2)适应性强(3)成本较低(4)力学性能特别是冲击性能较低。
天坛大佛 4.应用场合(1)形状复杂,特别是具有复杂内腔的毛坯或零件,如发动机机体和缸盖等。
(2)尺寸大、重量大的零件,如重型机械零件、机床床身等。
(3)力学性能要求不高,或主要承受压应力作用的零件,如各种底座、支架。
(4)特殊性能要求的零件,如内燃机主轴瓦为用嵌铸生产的双金属件。
5.铸造方法(液态成型方法):砂型铸造:应用最广泛的铸造方法;特种铸造:金属型铸造;压力铸造;离心铸造;熔模铸造;低压铸造;新型铸造方法:陶瓷型铸造、消失模铸造、磁型铸造、真空吸铸、连续铸造。
《材料成形工艺基础》要点第一章金属的液态成形第一节液态成形理论基础1.三种凝固方式(逐层、糊状、中间)及其影响因素(结晶温度范围、温度梯度)2.合金的流动性及其影响因素(合金成分)a)为什么共晶合金的流动性好?3.合金的充型能力对铸件质量的影响(浇不足、冷隔)4.影响充型能力的主要因素(合金的流动性、浇注条件、铸型条件)5.合金收缩的三个阶段(液态、凝固、固态)6.缩孔、缩松产生的原因、规律(逐层:缩孔;糊状:缩松;位置:最后凝固部位)7.缩孔与缩松防止(定向凝固原则;措施:加冒口、冷铁)8.铸造应力产生的原因和种类(热应力、机械应力或收缩应力)9.热应力的分布规律(厚:拉;薄:压)及防止(同时凝固原则)10.铸造残余应力产生的原因(热应力)及消除措施(时效处理)11.铸件变形与裂纹产生的原因(故态收缩,残余应力)12.变形防止办法(同时凝固;反变形;去应力退火)13.热裂纹与冷裂纹的特征第二节液态成形方法1.常用手工造型方法(五种最基本的方法:整模、分模、活块、挖砂、三箱)的特点和应用(重在应用)2.机器造型:实现造型机械化的两个主要方面(紧砂、起模)3.熔模铸造的原理(理解)、特点(理解)和应用。
a)为什么熔模铸件精度高,表面光洁?b)为什么熔模铸造适合于形状复杂的铸件?c)为什么熔模铸造适合于难于加工的合金铸件?4.金属型铸造的原理(理解)、特点(理解)和应用。
a)为什么金属型铸件精度高,表面光洁?b)为什么金属型铸造更适合于非铁合金铸件的生产?5.压力铸造的原理(理解)、特点(理解)和应用。
6.低压铸造的原理(理解)、特点(理解)和应用。
7.离心铸造的原理(理解)、特点(理解)和应用。
第三节液态成形件的工艺设计1.浇注位置的概念及其选择原则(重在理解和应用)2.分型面的选择原则(重在理解和应用)3.铸造成形工艺参数(加工余量、拔模或起模斜度、收缩率)4.铸造工艺图(能用规定的符号和表达方式正确画出)第四节液态成形件的结构设计1.铸件壁厚设计(大于最小壁厚;小于临界壁厚;壁厚均匀;由薄到厚均匀过渡)a)为什么要大于最小壁厚?b)为什么要小于临界壁厚?c)壁厚不均匀会产生什么问题?2.铸件壁间连接(圆角;避免锐角)3.铸件筋条设计(避免十字交叉)4.铸件外形设计和铸件内腔设计(理解;重在应用)5.结构斜度的设计(结构斜度与起模斜度的区别;重在应用)第二章金属的塑性成形第一节塑性成形工艺基础1.常用的六类塑性成形方法(轧制、拉拔、挤压、自由锻、模锻、板料冲压)2.与铸造比较,塑性成形法的最显著的特点(性能好,但形状不能太复杂)3.塑性变形对金属组织和性能的影响(冷变形条件下和热变形条件下;纤维组织及其性能特点)4.金属可锻性的衡量指标(塑性、变形抗力)及影响因素(成分;组织;温度)5.金属加热缺陷(过热、过烧、脱碳、过渡氧化)与碳钢始锻温度(低于固相线200℃)第二节热锻成形工艺1.自由锻基本工序(镦粗、拔长、冲孔、弯曲、切割、扭转)2.自由锻件结构工艺性3.模锻的基本原理(理解)及特点4.胎模锻的概念及特点(理解)第三节板料冲压1.两大类基本工序(分离工序和变形工序)2.冲裁的概念;冲裁变形过程(弹性变形阶段、塑性变形阶段、断裂分离阶段)及冲裁件断面特征(塌角或圆角带;光亮带;断裂带)3.切断的概念4.弯曲变形的特点(内:压;外:拉);弯曲的质量问题(弯裂;回弹);弯裂的防止办法(限制最小弯曲半径;弯曲线与纤维方向垂直);回弹的防止办法(模具角度比弯曲件角度小一个回弹角值)5.拉深的概念;拉深和冲裁工序所使用的凸、凹模之间的区别(间隙大小;圆角)拉深件质量问题(拉裂与起皱)6.拉深系数的概念及计算7.三类冲模的概念四种挤压方式第三章材料的连接成形第一节焊接成形工艺基础1.三大类焊接方法(熔化焊;压焊;钎焊);2.熔焊的冶金特点(理解)及保证焊接质量的基本措施(保护焊接区;渗加合金元素;脱氧脱硫);3.焊接接头的概念(焊缝加热影响区);4.焊接热影响区的概念(焊接过程中,焊缝两侧受焊接热作用而发生组织与性能变化的区域);5.低碳钢焊接热影响区的组成及其特点(熔合区;粗晶,性能差;过热区:粗晶,性能差;正火区:细晶,性能好;部分相变区:性能稍差);6.焊接应力与变形产生的原因(局部加热);7.防止和减少焊接应力的措施(焊前预热;焊接次序;焊后缓冷;焊后去应力退火);8.焊接变形的形式(收缩变形;角变形;弯曲变形;扭曲变形;波浪变形);9.防止和减小焊接变形的措施(刚性固定;反变形;焊接次序;焊前预热;焊后缓冷;矫正);10.焊接缺陷的种类及其检验方法(理解);第二节焊接方法1.焊条的组成及作用(焊芯和药皮;焊芯:作电极和焊缝的填充金属;药皮:稳定电弧燃烧;保护焊接区;渗加合金元素;脱氧脱硫);a)为什么焊条药皮中要加脱氧剂?2.两种重要的焊条(J422、J507);焊条选用原则(重在应用)3.埋弧焊的原理(理解)、特点和应用范围(水平位置焊接长直焊缝;大直径环形焊缝)b)埋弧焊的生产率为什么高于焊条电弧焊?c)埋弧焊与焊条电弧焊相比,为什么可以节省材料?d)埋弧焊为什么不能实现全位置焊接?4.氩弧焊的原理、特点及其应用;5.二氧化碳气体保护焊的原理、特点及其应用(注意与氩弧焊比较理解)e)二氧化碳保护焊时焊丝的成分有何要求,为什么?6.电渣焊的原理(电阻热)及其应用。
材料成型技术基础知识点总结第一章铸造铸造是一种制造零件的方法,它将液态金属填充到型腔中,待其凝固冷却后,获得所需形状和尺寸的毛坯或零件。
填充铸型的过程称为充型,而液态合金充满型腔,形成轮廓清晰、形状和尺寸符合要求的优质铸件的能力被称为充型能力。
影响充型能力的因素包括金属液本身的流动能力(合金流动性)、浇注条件(浇注温度、充型压力)以及铸型条件(铸型蓄热能力、铸型温度、铸型中的气体、铸件结构)。
流动性是熔融金属的流动能力,是液态金属固有的属性。
影响合金流动性的因素包括合金种类(与合金的熔点、导热率、合金液的粘度等物理性能有关)、化学成份(纯金属和共晶成分的合金流动性最好)以及杂质和含气量(杂质增加粘度,流动性下降;含气量少,流动性好)。
金属的凝固方式包括逐层凝固方式、体积凝固方式或称“糊状凝固方式”以及中间凝固方式。
收缩是液态合金在凝固和冷却过程中,体积和尺寸减小的现象。
收缩能使铸件产生缩孔、缩松、裂纹、变形和内应力等缺陷。
合金的收缩可分为三个阶段:液态收缩、凝固收缩和固态收缩。
液态收缩和凝固收缩通常以体积收缩率表示,是铸件产生缩孔、缩松缺陷的基本原因。
合金的固态收缩通常用线收缩率来表示,是铸件产生内应力、裂纹和变形等缺陷的主要原因。
影响收缩的因素包括化学成分(碳素钢随含碳量增加,凝固收缩增加,而固态收缩略减)、浇注温度(浇注温度愈高,过热度愈大,合金的液态收缩增加)、铸件结构(铸型中的铸件冷却时,因形状和尺寸不同,各部分的冷却速度不同,结果对铸件收缩产生阻碍)以及铸型和型芯对铸件的收缩也产生机械阻力。
缩孔和缩松是铸件凝固结束后常常在某些部位出现孔洞,按照孔洞的大小和分布可分为缩孔和缩松。
缩孔的形成主要出现在金属在恒温或很窄温度范围内结晶,铸件壁呈逐层凝固方式的条件下。
缩松的形成主要出现在呈糊状凝固方式的合金中或断面较大的铸件壁中,是被树枝状晶体分隔开的液体区难以得到补缩所致。
合金的液态收缩和凝固收缩越大,浇注温度越高,铸件的壁越厚,缩孔的容积就越大。
高教版配东南大学工程材料习题参考答案工程材料习题参考答案第一章.习题参考答案 1-1、名词解释1、σb抗拉强度---金属材料在拉断前的最大应力,它表示材料对最大均匀塑性变形的抗力。
2、σs屈服强度----表示材料在外力作用下开始产生塑性变形的最低应力,表示材料抵抗微量塑性变形的能力。
3、σ屈服强度----试样产生%残余应变时的应力值为该材料的条件屈服。
4、δ伸长率----塑性的大小用伸长率δ表示。
5、HBS布氏硬度---以300Kg的压力F将直径D的淬火钢球压入金属材料的表层,经过规定的保持载荷时间后,卸除载荷,即得到一直径为d的压痕。
6、HRC洛氏硬度---是以120o 的金刚石圆锥体压头加上一定的压力压入被测材料,根据压痕的深度来度量材料的软硬,压痕愈深,硬度愈低。
7、σ﹣1---表示当应力循环对称时,光滑试样对称弯曲疲劳强度。
8、K1C ---应力强度因子的临界值。
1-2、试分别讨论布氏硬度、洛氏硬度、维氏硬度适用及不适用于什么场合? 1、布氏硬度适用于退火和正火态的黑色金属和有色金属工件。
不适用于太薄、太硬的材料。
2、洛氏硬度适用于检测较薄工件或表面较薄的硬化层的硬度。
适用于淬火态的碳素钢和合金钢工件不适用于表面处理和化学热处理的工件。
3、维氏硬度适用于零件表面薄硬化层、镀层及薄片材料的硬度。
不适用于退火和正火及整体淬火工件。
第二章.习题参考答案 2-1、名词解释1、晶体---指原子按一定的几何形状作有规律的重复排列的物体。
2、 2、非晶体---组成物质的原子是无规律、无次序地堆聚在一起的物体。
3、单晶体---结晶方位完全一致的晶体。
4、多晶体---多晶粒组成的晶体结构。
5、晶粒---每个小晶体具有不规则的颗粒状外形。
2-2、何谓空间点阵、晶格、晶体结构和晶胞?常用金属的晶体结构是什么?划出其晶胞,并分别计算起原子半径、配位数和致密度?1、空间点阵---为了便于分析各种晶体中的原子排列及几何形状,通常把晶体中的原子假想为几何结点,并用直线从其中心连接起来,使之构成一个空间格子。
第一章:液态金属的结构与性质1雷诺数Re:当Re>2300时为紊流,Re<2300时为层流。
Re=Du/v=Duρ/η,D为直径,u 为流动速度,v为运动粘度=动力粘度η/密度ρ。
层流比紊流消耗能量大。
2表面张力:表面张力是表面上平行于切线方向且各方向大小相同等的张力。
润湿角:接触角为锐角时为润湿,钝角时为不润湿。
3压力差:当表面具有一定的曲度时,表面张力将使表面的两侧产生压力差,该压力差值的大小与曲率半径成反比,曲率半径越小,表面张力的作用越显著。
4充型能力:充型过程中,液态金属充满铸型型腔,获得形状完整轮廓清晰的铸件的能力,即液态金属充型能力。
5长程无序、近程有序:液体的原子分布相对于周期有序的晶态固体是不规则的,液体结构宏观上不具备平移、对称性,表现出长程无序特征;而相对于完全无序的气体,液体中存在着许多不停游荡着的局域有序的原子集团,液体结构表现出局域范围内的近程有序。
拓扑短程序:Sn Ge Ga Si等固态具有共价键的单组元液体,原子间的共价键并未完全消失,存在着与固体结构中对应的四面体局域拓扑有序结构。
化学短程序:Li-Pb Cs-Au Mg-Bi Mg-Zn Mg-Sn Cu-Ti Cu-Sn Al-Mg Al-Fe等固态具有金属间化合物的二元熔体中均有化学短程序的存在。
6实际液态金属结构:实际金属和合金的液体由大量时聚时散、此起彼伏游动着的原子团簇空穴所组成,同时也含有各种固态液态和气态杂质或化合物,而且还表现出能量结构及浓度三种起伏特征,其结构相对复杂。
能量起伏:液态金属中处于热运动的原子的能量有高有低,同一原子的能量也在随时间不停的变化,时高时低,这种现象成为能量起伏。
结构起伏:由于能量起伏,液体中大量不停游动的局域有序原子团簇时聚时散,此起彼伏而存在结构起伏。
浓度起伏:游动原子团簇之间存在着成分差异,而且这种局域成分的不均匀性随原子热运动在不时发生着变化,这一现象成为浓度起伏。
南理工材料成形技术基础要点整理第一章绪论1.材料加工/成形,有三个目的:(1)获得所需要的形状、尺寸、精度,材料的几何特征;(2)获得所需要的性能和内部组织,材料的内在特征;(3)获得所需要的表面性能和表层组织,材料的表面特征。
2.材料加工的类型1)加工成形 2)切除/去除加工3)表面处理/加工 4)热处理3.材料加工三要素:材料、能量和信息4.材料加工/成形的基本问题1)形状尺寸的控制 2)组织与性能的控制 3)缺陷控制与防止5.材料加工/成形的发展特点1)CAD/CAM2)自动控制、智能控制与机器人应用,实现自动化、高速化、连续化;3)新的成形加工技术的开发应用;4)加工方法成为新材料制备手段,先是凝固技术,后来的焊接技术与塑性加工技术;5)各种加工成形技术的交叉融合:铸轧,轧制复合、沉积、喷涂、激光快速成形等;6)打破传统的来料加工形式,材料制备与加工成形同时进行;7)柔性化加工制备技术。
6.塑性加工利用金属材料的塑性变形特性,用工模具加金属材料施加机械作用,使其发生塑性变形,达到所要求的形状、尺寸、精度和组织性能。
该过程中尺寸形状和组织性能都同时改变。
7.焊接过程中,改善凝固组织,防止粗晶产生的措施有:(1)变质处理焊接时可通过焊接材料向熔池加入一些能细化晶粒的元素,如钼、钒、钛、稀土等,达到使焊缝晶粒细化,提高强度和韧性的目的。
(2)振动结晶焊接时可同时对焊件施以振动,通过振动,可使柱状树枝晶破碎,增大晶粒游离倾向,达到细化晶粒的目的。
振动方式主要有机械振动、超声振动和电磁振动。
(3)优化焊接工艺参数第二章材料凝固理论8.何为凝固宏观意义:物质从液态转变成固态的过程;微观意义:激烈运动的液体原子回复到规则排列的过程。
9.凝固需注意的问题(1)体积改变(2)外形改变(3)熵值改变(4)结构改变10.过程自发进行的判据1)自由能最低原理即等温等容条件下,体系的自由能永不增大,自发过程的方向力图减小体系的自由能,平衡条件下体系的自由能最小。