材料成形考点 同济大学_同济城规考点

材料成形考点 同济大学由刀豆文库小编整理，希望给你工作、学习、生活带来方便，猜你可能喜欢“同济城规考点”。

1凡囊括机械制造中零件成形的所有工艺技术都应该被称为材料成型技术。

2凝固成形基本问题凝固组织的形成与控制，铸造缺陷的避免与控制和铸件尺寸精度和表面粗糙度的控制 3塑性成形基本问题材料的塑性，塑性成形力的评价，加工材料内部场变量的确定和形状有关信息的准确输入4焊接成形的基本问题能量输入，清除表面污染，组织性能不均匀，残余应力和残余变形，焊接缺陷及检测，焊接结构的制造问题5表面成形问题针对材料的服役条件及损伤机理，并结合基体材料，设计出所希望表面组织及结构；其次是针对所希望的表面组织及结构，研究获得这一表面材料的方法 6材料凝固变化：体积改变，外形改变，产生凝固潜热，熵值改变，结构改变，发生溶质再分配

7过冷度□T=Tm-T 金属凝固的驱动力主要由过冷度决定。过冷度越大，凝固驱动力越大。金属不可能在T=Tm处凝固8非自发形核指在不均匀熔体中，依靠外来杂质界面或各种衬底形核的过程；自发形核是在不借助任何外来界面的均匀熔体中形核过程9形核剂提高金属业的形核能力，以细化金属晶粒，改善材料性能。特点：失配度小，粗糙度值大，分散性好，稳定性好10金属凝固过程中发生化学成分不均匀现象成为偏析。微观偏析指树枝晶或胞状晶心部与晶间成分的差异。宏观偏析指整个铸锭或铸件在大于晶粒尺度大范围内产生成分不均匀现象；原因：液相在枝间或枝晶外流动，及游离或熔断固相的沉浮引起。分为正常偏析逆偏析，密度偏析11铸造过程凝固控制包括工艺控制，设备控制，质量控制。工艺控制中的充型能力控制，收缩控制，应力控制，凝固组织控制。

12充型能力：液态金属充满型腔，获得形状完整，轮廓清晰铸件的能力。影响因素：金属性质，铸型性质，浇注条件，铸件结构13铸件在凝固和冷却到室温过程中，其体积和尺寸都将减小，成为收缩。液态收缩：液态合金从浇注温度降低到凝固开始的温度时，所发生的体积收缩。表现为液面降低 凝固收缩：合金在凝固阶段的体积收缩。取决于状态改变和凝固温度范围大小。凝固温度范围增加，凝固收缩也相应增大。固态收缩：固态合金因温度就降低发生的体积收缩。对铸件的尺寸精度影响大 液态收缩和凝固收缩是铸件产生缩孔，缩松原因。固态收缩是铸件产生铸造应力，变形，裂纹的原因 防止缩孔，缩松可利用冒口，冷铁和补贴等工艺措施，并结合运用顺序凝固和同时凝固的工艺原则实现 14铸造应力分为：热应力，相变应力，机械阻碍应力。热应力：因散热条件和冷却速度不同形成的铸造应力。相变应力：具有固态相变的合金铸件冷却过程中各部分发生相变时间不一致，以及相变时比体积变化，导致各部分体积和长度变化时间也不一致，由此引发的应力成为…。铸件收缩时，首铸件浇注系统，冒口和本身机械阻碍而产生的应力成为机械阻碍应力。铸件的壁厚差别越大，合金的线收缩率越高，弹性模量越大，热应力越大要避免铸件发生变形和裂纹，最根本的方法是减小残余应力

15凝固组织控制获得等轴晶的工艺措施适当降低浇注温度，合理运用铸型对液态合金的强烈激冷作用，孕育处理，动态晶粒细化。16焊接过程改善凝固组织，防止粗晶体产生的措施：变质处理，振动结晶，优化焊接工艺参。17冲天炉：预热区，熔化区，过热区，炉缸区。预热区：对流传热方式为主，传递热量大，温度变化大。熔化区：对流传热方式为主，呈凹形分布，高度波动大。过热区：铁水的受热以与焦炭接触传导热为主，传热强度大，炉气最高温度与区域高度起决定作用

18焊接分为熔焊，固相焊，钎焊。特点1热源热量比较集中，功率密度比较大，相对加热面积较小。2在高度集中热源作用下，瞬时可将大量热能传给焊件。3一般焊接过程中热源是移动的，焊接的受热区域不断变化19焊接温度场指在焊接集中热源作用下，被焊工件上（包括内部）各点在某一瞬时的温度分布。影响焊接温度场的因素：1热源性质，2焊速与能量，3被焊金属的物理性质（热导率表示金属导热能力，体积热容，热扩散率，比焓，表面传热系数）4焊件的板厚及形状。20焊接热循环：在焊接过程中热源沿焊件的某一方向移动，焊件上任一点的温度都经历由低到高的升温阶段，当温度达到最大值后又经历由高到低的降温阶段。焊接时的加热速度特别快，冷却速度也相当快，这是造成焊接接头组织不均匀性和性能不均匀性的重要原因。参数：加热速度，峰值温度，高温停留时间，冷却速度

影响因素：焊件尺寸形状，接头形式，焊道长度，焊接线能量，预热温度，焊接时冷却条件

21多晶体的塑性变形包括晶内变形（主要）和晶界变形。晶内变形的方式滑移，孪生。滑移指晶体在力的作用下，晶体中的一部分沿一定的晶面和晶向相对晶体的另一部分发生相对移动。孪生指在切应力作用下，晶体的一部分沿着一定的晶面和一定的晶向发生均匀切变。原因：晶界强度高于晶内，各晶粒相互接触形成犬牙交错状态，造成对晶界滑移的机械阻碍作用。如果发生晶界变形，容易引起晶界结构的破坏和产生裂纹，晶界变形量很小。特点：各晶粒变形的不同时性，各晶粒变形的协调性，晶粒与晶粒之间和晶粒内部与晶界附近区域之间变形的不均匀性。22金属在再结晶温度以下进行的塑性变形称为冷变形。组织变化：晶粒形状变化，晶粒内部产生亚结构，晶粒位向改变。由于上述组织的变化，必然导致金属性能的变化，其中变化最显著的是金属的力学性能，随着变形程度的增加，金属的强度，硬度增加，而塑性任性降低，称为加工硬化。原因：随着塑性变形的进行，位错密度不断增加，位错反应和相互交割加剧，结果产生固定割阶，位错缠结等障碍，以致形成胞状亚结构，使位错难以越过这些障碍而被限制在一定范围内运动。23金属在再结晶温度以上进行的塑性变形成为热塑性加工。软化过程分为：动态回复，动态再结晶，静态回复，静态再结晶，亚动态再结晶。金属热塑性变形的机理主要有晶内滑移（最常见），晶内孪生，晶界滑移，扩散蠕变。影响：改善晶粒组织，锻合内部缺陷，破碎并改善碳化物和非金属夹杂物在钢中分布，形成纤维组织。24凝固俗称铸造，是将金属材料熔化成液态后浇注入拟成形的零件形状及尺寸相适应的模型空腔中，待液态金属冷却凝固后将铸型打开，取出所形成的铸件毛胚，然后清理掉由于工艺需要而添加的部分后，即可得到所需的铸件。分为砂型铸造，金属型铸造，压力铸造，低压铸造，熔模铸造，离心铸造 25砂型铸造浇注位置选择原则：1铸件的重要加工面或工作面应朝下或位于侧面，以避免产生气孔，夹渣等铸造缺陷。2铸件的大平面应尽量朝下，这是由于在浇注过程中金属液对型腔上表面有强烈的热辐射，铸型因急剧热膨胀和强度下降和拱起开裂，从而形成夹沙缺陷。3铸件的大部分薄壁部分应位于铸型下部或使其处于垂直或倾斜位置，以防止产生浇不足或冷隔缺陷。4铸件较厚的部位应尽量放在分型福建的上部或侧面，以便在该处安置冒口进行补缩。铸型分型面的选择原则：1应便于起模，是造型工艺简化2应尽量使铸件的全不或大部分置于同于铸型内，以保证铸件温度。应尽量使型腔及主要型芯位于下箱 26砂型铸造特点：1适用面最广的一中凝固成形方法2适合单个，小批量生产，也可用于大批量生产，成本低。砂型铸造的以上特点是金属型铸造等所不及的，其适用于不同大小，结构的零件，成本低，在凝固成形中占有较大比例。27金属型铸造特点：1一型多铸，简化了许多砂型铸造的工序，生产率大大提高，并便于实现机械化自动化生产2铸件尺寸精度高，可达到CT5-9，且表面光洁，表面粗糙度值达到Ra6.3-12.5um。由于铸件的凝固冷却速度快，晶粒细密，使铸件的力学性能较砂型铸造高。3节省生产场地，改善了劳动条件，节省造型材料。缺点：由于金属型的制造成本高，周期长，不适合于单件，小批量生产，内腔不能过于复杂，铸件不宜过薄，否则会产生浇不足等缺陷。当用于铸造高熔点合金时，金属型寿命较低。主要用于铝镁铜等有色和金铸件的大批量生产

27压力铸造：生产率高，便于实现自动化半自动化生产；铸件尺寸精度高，表面光洁。并可铸出形状复杂的极薄件或带有小孔、螺纹的铸件，压力铸造是生产近净零件的效方法；铸件晶粒细小，合金的强度和硬度较高，便于采用镶嵌法铸造，不仅可使一些复杂的零件经多次压铸而是压铸模及制造过程简化，还适合于将不同材料镶嵌到一起，实现一件多材质，改善铸件某些部位的性能。缺点：压铸设备投资大，压铸的制造费用高周期长，只要在大量生产的条件下，经济上才合算；压铸合金的种类有局限性，高熔点合金的压铸室材料寿命很低，难以适应；由于凝固速度过快，壁厚处难以补缩，容易出现缩松缺陷；由于压铸的速度极高，型腔内的空气很难排除，致使铸件内部有大量弥散分布的微气泡，使压铸件无法进行热处理 28低压铸造：浇注时压力和速度便于调节，故可适应各种不同的铸型，同时充型平稳，对铸型的冲刷力小，气体较易排除；便于实现顺序凝固，以防止缩孔缩松，尤其能有效克服铝合金的针孔缺陷；铸件表面质量高于金属型，可生产出壁厚为1.5-2mm的薄壁铸件；由于不用冒口，金属的利用率可提高到90-98%，设备费用远较压铸低。主要用于铝合金铸件的大批量生产，气体缸、缸盖、曲轴箱、壳体、粗砂绽翼等，也可用于球墨铸铁，铜合金等较大铸件

29熔模铸造特点：1由于铸型精密，没有分型面，型腔表面极为光洁，故铸件的精度及表面质量均优，同时铸型在预热后浇注，因此可生产出形状复杂的薄铸件2由于型壳用高级耐火材料制成，故能适应各种合金的铸造3生产批量不受限制，除适于成批大量生产外，也可用于单件生产。缺点：材料较贵，工艺过程繁杂，生产周期长，铸件成本高，难以实现全盘机械化和自动化生产，且铸件不能太大。主要适用于高熔点合金精密铸件的成批，大量生产，适用于形状复杂、难以切削加工的小零件。30离心铸造：将液态金属浇入高度旋转的铸型中，使金属液在离心力作用下重填铸型并凝固的铸造方法。优点：1利用自由表面产生圆筒件时，可省去型芯和浇注系统，因而省工省料，降低了铸造成本2可生产出组织致密，基本上没有缩孔和夹渣的圆筒件3可用于薄壁圆筒件生产和双金属层铸件

31铸造工艺对铸件结构的要求：铸件外形应便于取出外部型芯，铸件内腔结构应使型芯数量少，并有利于型芯的固定和排气，铸件应有结构斜度

合金的铸造性能对铸件结构的要求：合理设计铸件壁厚，铸件壁厚应尽可能均匀，铸件的转角应采用圆角连接，设防裂筋，注意缓解收缩应力

31塑形成性分为板料成形和体积成形。板料成形指使用成型设备通过模具对金属板在室温下加压以获得所需形状尺寸的成型方法；分为分离工序和成形工序；分离工序俗称冲裁，包括落料，冲孔，修边；成形工序包括弯曲，拉伸，胀形，翻边。体积成形指金属块料，棒料或厚板在高温或室温下进行成形加工的方法，包括锻造，轧制，挤压，拉拔。

32冲裁主要工艺参数凹、凸模间隙c；弯曲参数：相对边境r/t反映了弯曲的变形程度 拉伸系数m=d/D（d为凸模直径，D为毛胚直径）翻边系数Kt=d0/d（d0为毛胚底孔直径）

33锻造：在加压设备及工（模）具作用下，通过金属体积的转移和分配来获得机器零件或毛胚的塑形成形方法；分为自由锻和模锻。自由锻工序：镦粗，拔长，其他（芯轴拔长，马架扩孔，错移，冲孔）34挤压：坯料在封闭模腔内受三向不均匀压应力作用，从模具的孔口或缝隙挤出，使之横截面积减小，形成所需制品的加工方法

35手工电弧焊是用手工操作焊条进行焊接的一种电弧焊方法。优点：简便灵活，适应性强；设备简单，易于移动；成本低。缺点：手工电弧焊对焊工的操作技术要求高，焊接质量在较大程度上决定于焊工的操作技术，劳动条件差，生产率低。

焊条（焊芯和药皮）药皮作用：保护作用（在电弧热作用下，药皮熔化形成熔渣并产生某些气体。熔渣和这些气体联合熔滴、熔池和焊接区与空气隔绝，起到防止氮气等有害气体侵入的保护作用），冶金作用（焊接过程中，焊渣与熔池金属相互作用进行冶金反应，其结果是去除有害杂质，并向焊缝中添加有益的合金元素，使焊缝具有较为理想的化学成分，较高的力学性能和良好的抗气孔及抗裂性能），使焊条具有良好的工艺性能

36埋弧自动焊优点：生产率高，焊缝质量高，劳动条件好；缺点：1由于采用颗粒状焊剂堆积形成保护条件，故一般只适用于平焊和平角焊位置2设备复杂，灵活性差，短焊缝显示不出生产效率高特点 37钨极氩弧焊：在惰性气体—氩气保护下，利用钨电极与焊件之间产生电弧热熔化母材和填充焊丝的一种气体保护的方法，焊接时氩气从焊枪的喷嘴连续喷出，在电弧周围形成惰性气体保护层隔绝空气，防止对钨极，熔池以及临近热影响区的有害影响，获得优质接头

优点：1氩气本身不和金属产生化学反应，又不溶于金属，且比空气重25%，能有效地隔绝电弧和周围空气，因为可成功地焊接易氧化、氮化及化学活泼性强的有色金属、不锈钢和各种合金。稳定燃烧，特别适用于薄板，超薄板的焊接2明弧无渣，熔池可见度好，便于控制，易于实现机械化自动化和全位置焊接3直流正接电弧稳定，即使在很小的焊接电流下仍可稳定燃烧，特别适用于薄板，超薄板的焊接4电弧热源与填充焊丝分别控制，易于实现单面焊双面成形，并由于填充焊丝不通过电流，故不会产生飞溅，焊缝成形美观。

缺点：1由于钨电极承受电流能力有限，故熔池浅，熔敷率小，生存率低2焊接所用惰性气体较贵，与其他电弧焊方法相比，生产成本高3由于焊接方法依靠氩气机械排开空气进行保护，故焊前对焊件表面的清理工作要求严格

38减少焊接残余应力措施：1设计措施（1改进接头设计2避免焊缝集中，不要有交叉焊缝3尽量减少焊缝数量及尺寸，尤其是角焊缝的焊脚尺寸4在焊接拉应力区应避免存在几何不连续5焊缝尽量不要布置在工作应力最集中区）2工艺措施（采用合理的焊接顺序和方向；采用反变形和加热减应区法；采用小线能量焊接；焊后锤击焊缝）

消除焊接残余应力：1热处理（主要是高温回火）2温差拉伸法3拉力载荷法4爆炸冲击法5振动法 预防焊接残余变形：减少焊接线能量，必要的约束，自由收缩 消除：火焰加热矫正法，机械加压变形法

39表面成型技术：以表面工程技术为挤出，在不改变基体组织结构和成分、不降低基体所具备的各种性能的条件下，通过表面涂层技术、表面改性技术及二者的符合技术来设计零件表面，从而赋予表面具有基体材料本身所不具备的特殊性能和功能。

表面涂层技术：在材料表面制备与其性能不同的，且能满足使用要求的材料覆盖层技术 表面改性技术：通过改变材料表面的成分及结构来改变材料表面性能的技术

40涂层包括物理气相沉淀法，化学气象沉淀法，电镀，电刷镀，化学镀，热喷涂，化学粘涂，激光熔敷，堆焊

热喷涂原理：将涂层材料加热融化，以高速气流将其雾化成极细的颗粒，并以极高的速度喷射到事先准备好的零件表面上，形成所需性能的涂层 分为火焰喷涂，等离子喷涂和电弧喷涂

41电镀是一种在电镀槽中的电沉积过程，指电解液中的金属离子在直流电的作用下，在阴极表面上还原成金属或合金的过程

42表面改性技术：固态表面强化，液态表面强化

固态：表面形变强化（在工件表面通过机械的作用使其产生塑性变形实现表面强化，方法：抛丸处理，滚压加工，内孔挤压），表面相变强化，化学热处理强化

液态：激光表面熔化—凝固处理，激光表面合金化，熔覆处理，铸渗

43粉末合金特点是材料利用率高，节约能源，其优越性表现为：能制造出传统成形方法无法获得的材料和制品；制得的材料具有高强度和禅意的特种性能；高的经济效益

分为制备原材料粉末，成形过程（分为模压成形，特殊成形），烧结过程（成形后的粉末毛胚必须在适当的温度和气氛中加热、保温，使其发生一系列的物理和化学变化，使粉末颗粒的聚集体变成晶粒的聚集体，以达到所需的物理，力学性能，成为可用的制品材料）

44高质量原材料粉末具备：粒度分布范围合理，平均粒度小；颗粒外形圆整；颗粒聚集倾向小，凝聚强度低；化学纯度和化学组成均匀性易于控制

粉末制备方法：物理方法（雾化法）；机械方法；化学方法（电解法；化学反应及还原法：气相沉淀法，液相沉淀法，机械方法，化学反应固相还原法）

45粉末成形是将松散的粉末制成具有一定形状尺寸、密度和强度的坯块的一个工艺过程

分压力成形（模压成形，等静压成形，高能率成形，锻造成形，挤压成形，振动模压成形，注射浆料成形，连续挤压成形）；无压成形（粉浆浇注成形，无压充型，浆料涂覆）模压成形是最广泛的粉末成型技术 46烧结是使成形的粉末坯件达到强化和致密化的高温处理工艺

分4个阶段：颗粒间的初步粘结，烧结颈长大，空隙通道闭合，空隙球化

47塑料是以人工合成树脂为主要成分，添加一定数量的稳定剂，填充剂，增塑剂，润滑剂，着色剂，固化剂等助剂的高分子混合物

制造（聚合树脂塑料，缩聚树脂塑料）成形性能（热塑性塑料，热固性塑料）用途（通用塑料，工程塑料，特殊用途塑料）

热塑性塑料：聚乙烯，聚丙烯，聚苯乙烯，聚甲醛。热固性塑料：酚醛，月尿醛，三聚氰胺甲醛，环氧 48塑料成形方法：注射成形（主要），挤出成形，压缩成型，压铸成型，吹塑成形

49注射工艺包括成型前的准备、注射过程和制品的后处理。成型前的准备包括对塑料原料进行外观检测；注射机的料筒进行清洗或拆换。

注射模具分类：单分型面注射模具，双分型面注射模具，带活动镶件的注射模具，带侧向分型抽芯的注射模具，自动卸螺纹的注射模具，推出机构设在定模的注射模具，无流道凝料注射模具