材料工程基础（材料制备与成型）小结
杨洋整理
第一篇钢铁冶金
1、炼铁
实质：通过还原反应，还原出铁、猛、硅、磷、硫以及碳渗入铁水的过程。
铁水常规五元素：C、Si、Mn、P、S
高炉炼铁所需要的原料：铁矿石（提供铁元素）焦炭（提供热量、还原剂、料柱骨架），熔剂以石灰石为主（造渣）
对原料的要求：要求铁矿石品位高，粒度均匀合适，酸性脉石少，强度较高，还原性好，成分波动小；要求焦炭杂质少，水分稳定，粒度均匀，强度好；要求熔剂碱性氧化物含量高，杂质少，强度高，粒度均匀。
概念：炉渣碱度：炉渣中碱性氧化物与酸性氧化物的浓度比（常用摩尔分数之比），用R表示，R>1，为碱性渣；R<1，为酸性渣；R=1，为中性渣。
炼铁过程中的反应：铁硅锰磷的还原，渗硫反应以及脱硫反应，渗碳（4%）
高炉冶炼产品：生铁（炼钢生铁1.5%Si，铸造生铁 2.75-3.25%Si）炉渣炉气
2、炼钢
实质：通过氧化反应降低生铁中碳以及其他杂质的过程，氧化剂有[O],O2,Fe2O3
2.1 炼钢过程中的反应
2.1.1脱碳反应（生成CO），附带效应为：升温，搅拌，携带（夹杂物上浮）
2.1.2硅的氧化影响因素炉温升高Si减少碱度增加Si减少氧化剂增加Si减少
硅对于钢材质量的影响：有利于脱氧，并且可以固溶强化，但是夹杂，降低塑韧性。
2.1.3锰的氧化影响因素炉温降低Mn减少碱度降低Mn减少氧化剂增加Mn减少。锰对于钢材质量的影响：固溶强化，综合硫，脱氧，细化晶粒，提高淬透性；但是夹杂，Ms点降低
2.1.4脱磷反应影响因素温度降低碱度升高氧化铁增加（过多则不利）C Si Mn增加以及及时排渣都有利于P含量的降低
脱磷的措施：造碱性渣，加氧化剂，提高渣的流动性
概念回磷现象：炼钢过程中已经脱去的磷又从渣中进入钢液中的现象，形成条件为：炼钢末期，温度上升，脱氧剂的加入，以及在盛钢桶中，SiO2的进入导致了碱度的下降。改善回磷现象的措施有：温度不宜太高，加石灰石提高碱度，采用碱性盛钢桶。
磷对于钢质量的影响：易形成热裂热脆，加剧偏析，冷脆倾向增加，促进回火脆性，焊接性变坏，但可使得钢材抗大气腐蚀能力增强，提高刚的强度，并且有利于改善切削性能。
2.1.5脱硫反应(注：[]表示钢液中，()表示在渣中)
炉渣脱硫：钢液中[FeS]+(CaO)+C=[Fe]+(CaS)+CO-Q
渣中(FeS)+(CaO)+C=[Fe]+(CaS)+CO-Q
影响因素：上述反应为吸热反应，炉温越高，炉渣中氧化钙越多，氧化铁越少，降低硫在渣中的浓度，则脱硫越充分。
气化脱硫：[S] SO2 高温有利
脱硫措施：造碱性渣，造新渣，提高渣的流动性，采用碱性盛钢桶，炉外脱硫
硫对于钢质量的影响：易形成热裂、热脆，焊接中易形成气孔和缩松（SO2），降低钢的使用性能，各向异性增加，耐蚀性降低；可以改善切削性能。
2.1.6 脱氧反应
脱氧的目的：得到正常的钢锭表面和结构提高合金元素的收得率减少氧化物夹杂数量得到细晶粒结构的钢
脱氧剂的特点及应用
脱氧方法：
扩散脱氧：依靠氧向炉渣中扩散而被脱去的方法，亦称间接脱氧
沉淀脱氧：脱氧剂进入钢液内部进行脱氧反应而脱氧的方法，亦称直接脱氧
扩散脱氧与沉淀脱氧相比，速度慢，污染小，并且需要还原性气氛，因此在电弧炉中应用较多，而直接脱氧的方法则应用于各类炼钢方法中。
2.2 一般炼钢法（转炉炼钢和电弧炉炼钢）
2.2.1氧气顶吹转炉炼钢法
反应原理:铁水热+反应热炼钢原料:铁水、(废钢)+熔剂
冶炼过程：装料、吹练、测温、脱氧、出钢
冶炼特点：不需外加热源，反应剧烈，生产率高，烟尘大，产品品种多
产品质量特点：1）含气量小，N，H含量低，即时效敏感性及脆性低，塑韧性和焊接性能好；2）P,S含量与电弧炉相当3）夹杂物以及外来元素少，冷变形抗应变时效和焊接性能好。
2.2.2电弧炉炼钢法
原理：利用电弧和燃料之间产生的电弧进行熔炼
酸性电弧炉，用于铸钢车间碱性电弧炉用于炼钢
冶炼过程：补炉，装料，熔化，氧化，还原（脱氧，脱硫）出钢
电弧炉冶炼特点：炉温高，可以熔化任何金属，热效率高，炉池温度易于控制，炉内气氛易于控制，可用合金、废钢、非高炉生铁进行熔炼，炉内温差大，元素易烧损，生产成本高，生产效率低，电离的N,H易进入钢中
电弧炉钢质量的特点：1）PS含量低2）夹杂物少（扩散脱氧，炉温高，渣易上浮）3）冶炼成分易控制4）NH含量高
2.3钢的浇注和钢锭
钢锭结构：表层激冷层，柱状晶，中心粗大等轴晶（镇静钢）
连续铸钢：采用连续铸机把钢液直接凝固成钢坯工艺过程：浇注，结晶器冷凝，二次冷却，矫直，切割
工艺参数：注温高于模铸20-50℃注速冷速：过低会导致拉漏，过高会导致间隙，裂纹连铸钢质量特点：结构致密均匀，偏析小，夹杂物总量小，易出现表面裂纹，易出现中心
偏析和缩孔（缩松）
技术经济上讲，收得率高，质量优
2.4钢的冶金质量及控制
冶金质量的主要评定依据有以下四点：成分气体夹杂物缺陷
2.4.1成分：钢中常存元素有：C，Si，Mn，P，S，H，N，O
钢中常规五元素：C，Si，Mn，P，S
化学成分的影响详见2.1
2.4.2气体
1）氢
氢脆：由于氢导致的在低应力载荷下的脆性断裂，属于应变时效脆性，在应力作用一段时间后材料突然发生断裂
影响因素：形变速率降低，[H]增加，Sb、Sn、S等元素增加，晶粒度降低，工作温度都会使得氢脆容易形成
白点：纵向断口上出现的圆形或椭圆形的银白色斑点，亦称发裂。产生原因是局部氢与应力的综合作用，可以通过降低[H]含量，去氢退火等措施改善。
2）氮
影响：时效脆性，易形成气泡和缩松，细化晶粒扩大奥氏体区
改善：减少气体进入，除气，合金化
2.4.3非金属夹杂物（氧化物，硫化物，氮化物，硅酸盐）
影响：导致应力集中及裂纹产生，塑韧性下降，疲劳强度降低，易形成热裂热脆，影响表面质量以及模具寿命，切削性能下降，加剧腐蚀，影响热处理性能（淬火开裂，氮化中引起气泡）
减少途径：原材料控制夹杂元素含量高，炼钢中的排除，浇铸时的镇静与保护，采用精炼以及特殊方法
2.4.4钢中缺陷：指钢材中连续性、致密性、纯净性、均匀性受到破坏的地方
种类：缩孔，缩松，气泡，夹杂，偏析，晶粒粗大等
第二篇金属材料的成型加工基础
3 铸造
3.1可铸性：包括充型能力与流动性，收缩特性，铸造应力
3.1.1 充型能力与流动性
充型能力：液态金属的充型能力是指液态金属充满铸型型腔，获得形状完整，轮廓清晰的健全铸件的能力
流动性：指的是液态金属本身的流动能力
影响合金流动性的因素：1）冶金因素，合金的成分是内因，一般来讲纯金属，金属间化合物以及共晶成分的合金流动性最好。2）合金的物理性质，比热，密度，导热系数，结晶潜热和粘度等，比热和密度较大的合金因其本身含有较多的热量，在相同的过热度下，保持液态的时间长，流动性好。
铸型性质：铸型分为砂型和金属型，砂型用于铸铁铸钢件，金属型用于低熔点有色金属
为什么砂型可以用来铸铁铸钢件？1）耐火度高2）不影响铸件的成分（无扩散溶解，不粘连铸件）3）合适的冷速用以调控组织4）有一定的退让性和溃散性5）排气性良好6）有一定的自持强度
铸型的蓄热系数：表示铸型从其中的金属吸取并储存在本身中的热量的能力，蓄热系数越大，充型能力越差。
铸型的温度：预热铸型可以减少液态金属与之的温差，减慢合金散热，提高其充型能力
铸型表面状态和其中的气体：光滑表面或者小导热系数涂层有利于提高充型能力
浇注条件影响：浇注温度越高，充型能力越好充型压头：流动方向上压力越大，流动性越好浇注系统结构越简单充型能力越好
铸件的结构：折算厚度（指铸件的实际体积与铸件的全部表面积之比）越小充型能力越差，构件复杂程度越高，充填铸型越困难。
提高充型能力的措施
1、正确选择合金的成分和采用合理的熔炼工艺
2、提高充型能力调整铸型的性质
3、改善浇注条件
3.1.2 铸造合金的收缩特性及对铸件质量的影响
收缩的三个阶段：液态收缩，凝固收缩和固态收缩，其中液态收缩与凝固收缩会使得铸件产生集中性的缩孔（共晶成分）或者分散性的缩松（非共晶成分），固态收缩会使得合金体积减小，产生铸造应力，也是铸件产生热裂，内应力，变形和冷裂等缺陷的内在原因。
1）收缩性缺陷，由于金属的收缩，在最后凝固部位出现孔洞类缺陷，包括大而集中的缩孔和小而分散的缩松。
缩孔和缩松的存在会减小铸件的有效承载面积，甚至造成应力集中，还会影响铸件的气密性抗蚀性，增大加工后表面粗糙度。
缩孔一般出现在共晶成分中，凝固过程为逐层凝固，在最后凝固处会出现缩孔，缩孔也会出现在热节处。（概念：热节是指在凝固过程中，铸件内比周围金属凝固缓慢的节点或局部区域）为了消除最后凝固处的缩孔，一般采用设置冒口顺序凝固的办法，而对于热节处的缩孔一般采用加冷铁的办法。（冒口是利用冒口处液相补缩，而冷铁则是加快热节处的冷速）
冷铁：为增加铸件的局部冷却速度，在砂型，砂芯表面或者型腔中安放的金属或其他激冷物。冒口的作用：补缩，集渣，排气
冷铁的作用：加速铸件厚壁部位的冷却，使其与邻近部位同时凝固，避免在热结处出现缩孔缩松，与冒口配合使用，可实现铸件的顺序凝固，并扩大冒口的有效补缩距离，另外冷铁还可以细化晶粒。
缩松是非共晶成分中易出现的缺陷，凝固方式为糊状凝固或中间凝固。消除缩松的难度较大，在凝固阶段可以加强冒口的补缩压力，加速铸件冷却，或者采用振动加压等其他方式，凝固之后的补救措施有锻压，热等静压，变形，蠕变，扩散等办法。
冷铁的分类：
外冷铁：冷铁置于砂型之内；内冷铁：作为铸件的一部分使用
暗冷铁：与铸件接触的表面敷有砂层的外冷铁，能有效防止由冷铁引起的气孔。
2）热裂：在固相线温度附近出现的断裂或裂纹
预防措施：提高合金抗热裂能力，改善铸型的退让性，合理设计铸件结构，提高铸件温度的均匀性。
3.1.3铸件的应力、变形和冷裂
1)铸造应力：铸件的不同部位由于温差造成不平衡收缩而引起的应力，可以分为热应力，相变应力和收缩应力（机械阻碍）三种。
热应力：铸件在冷却过程中由于各部分冷速不同，因而同一时刻收缩量不同，彼此相制约的结果而产生的。（冷速快的是压应力，冷速慢的是拉应力）
相变应力是具有固态相变的铸件在冷却过程中由于各部位达到相变温度的时间不同，相变程度也不同，相变前后不同组织具有不同的比容，使各部位发生不均衡变化而产生的应力。（厚壁处为压应力，薄壁处为拉应力）
收缩应力是铸件冷却到弹性状态后，由于逐渐收缩受到铸型，型芯，箱挡等外部机械阻碍，
使其不能自由收缩而产生的应力。
防止或减少铸造应力的主要措施：
a、选择弹性模量和收缩系数小的材料
b、合理设计铸件结构
c、调整铸型的性质
d、改善浇注条件
消除铸件内残余应力的主要措施
a、自然时效
b、人工时效
c、共振法
2）变形：铸造应力大于屈服强度时会产生变形
防范措施：减小铸造应力，预变形，附加工艺肋
3）冷裂：铸件全部凝固后继续冷却到较低温度时，铸件已处于弹性状态，而铸造应力超过材料的断裂强度时所产生的裂纹。
铸件应力越大，塑韧性越低，冷裂倾向性越大。
防止冷裂办法：减小铸造应力，控制合金的成分和质量。
3.1.4偏析
偏析：材料的化学成分不均匀性称为偏析，形成原因凝固过程中溶质的再分配
本质原因：Cs/C l!=1
微观偏析：晶粒尺度化学成分的不均匀性。晶内偏析和晶间偏析（晶粒与晶间化学成分的差异，且晶间溶质含量高并富含杂质）晶内偏析的成分是连续变化的，而晶间偏析成分有突变。减少微观偏析的措施有：细化晶粒，快速凝固，扩散退火（晶内偏析可消除，晶间偏析不可完全消除）。
宏观偏析：又叫区域偏析，铸件不同区域化学成分不均匀的现象。
正常偏析：宏观上符合溶质再分配规律的偏析。
反偏析：与正常偏析相反地宏观偏析，产生原因是铸件收缩造成铸件内部富含溶质的残留液体流向铸件外层，使溶质出现反常分布。
枝晶越粗大，收缩率越高，气体含量越多，反偏析越严重。
可采用增大温度梯度，减少含气量，细化晶粒等措施来防止
比重偏析：由于比重不同而在重力作用下所形成的宏观偏析
带状偏析：铸件内部与凝固方向相垂直的带状的化学成分不均匀现象。
V型偏析
3.2铸造方法：砂型铸造和特种铸造
3.2.1砂型铸造
铸型：用型砂金属或者其他耐火材料制成，包括形成铸件形状的空腔，型芯和浇冒口系统的组合体。
浇注系统：一个完整的浇注系统由浇口杯，直浇道，横浇道和内浇道四部分组成。
一个设计合理的浇注系统首先要保证在一定的浇铸时间内使液态金属充满型腔，以防止浇不足，同时能使液态金属平稳的流入型腔，并能将金属液中的熔渣挡在浇注系统中，以及能将型腔内的气体顺利排出，从而避免金属液的冲击飞溅防止铸件产生氧化，夹渣和气孔缺陷。其次，应能够合理的控制和调节铸件各部分的温度分布，以减小或消除缩孔缩松裂纹和变形等缺陷。最后浇注系统的结构应该尽可能的简单并且体积较小。
浇口杯：控制缓冲金属液流向与流速，使金属液平稳连续的充满整个型腔，以免冲坏型腔，造成砂眼等缺陷；挡渣，溢渣，净化金属液（利用隔片滤网等）形成具有一定压力并不断的液流源。
直浇道：形成充型压头，使液态金属在重力作用下充满型腔。
横浇道：1）分配液流到各个内浇道；2）挡渣，使浇到内的渣上浮到横浇道顶部（加大横浇道断面，可以减缓流速，使渣上浮）可设置滤网，设节流道承接直浇道，把铁水平衡均匀的
转送给内浇道，具有捕集收留铁水中渣滓夹杂的功能，因此又称为捕渣槽。
内浇道：浇注系统中，引导液态金属进入型腔的部分。
3.2.2 特种铸造
包括熔模铸造，金属型铸造，压力铸造，低压铸造，离心铸造等。
4 锻压（金属的压力加工）
压力加工:压力加工是金属坯料在外力的作用下产生塑性变形,从而获得一定的形状、尺寸和力学性能的原材料、毛坯或零件的加工方法。
锻压：依赖外力使材料在固态下产生塑性变形，改变形状和尺寸或者改善性能的工艺，是锻造和冲压的总称。
再结晶温度以上的加工成为热加工，反之成为冷加工。
金属压力加工分类可以分为1）板料冲压工艺：冲裁，弯曲，拉伸，翻边，旋转，胀形
2）体积成形：锻造，轧制，挤压，拉拔
按照目的分可分为1）轧制、挤压和拉拔2）自由锻、模锻和冲压
4.1热成形性
4.1.1金属的可煅性（材料在锻造过程中经受塑性变形而不开裂的能力）：表示材料在热状态下经受压力加工时塑性变形的难易程度，一般常用金属的塑性和变形抗力来衡量可锻性的优劣，塑性越高，变形抗力越低可锻性越好。
4.1.2影响可锻性的因素有：1）冶金因素2）加工条件
冶金因素：a、金属的成分：纯金属可锻性好，低碳钢优于高碳钢，低碳低合金钢优于高碳高合金钢，有害杂质元素也会严重影响材料的可锻性。b、金属的组织：单相组织的可锻性优于多相组织，细晶组织优于粗晶组织。
加工条件：a、变形温度：一般情况下随温度升高，可锻性提高，温度过高会引起过热过烧，导致可锻性急剧降低。b、变形速度：变形速度对于金属可锻性的影响具有双重性，一方面随着变形速度的增加，回复与再结晶过程来不及进行，因而不能及时消除加工硬化现象，故塑性降低，变形抗力增大，可锻性变差；另一方面，随着变形速度的提高，产生热效应，使金属的塑性升高，变形抗力降低，有利于改善可锻性。c、应力状态
4.1.3降低变形抗力的途径：a、降低材料自身变形抗力，可适当提高加工温度b、改变变形时的受力状态c、减少加工时的接触面积
4.1.4热变形对组织和性能的改善：a、改善晶粒组织，通过再结晶细化晶粒b、锻合内部缺陷c、破碎并改善碳化物和非金属夹杂物在钢中的分布d、形成纤维组织。
4.2金属的冷成形性能影响因素
4.2.1力学性能参量：屈服强度，应变硬化指数，塑性应变比和均匀变形量及断裂总应变量4.2.2冶金因素：材料的种类和成分，材料的组织结构，材料的冶金质量
4.3轧制与控轧控冷
轧制的目的：减薄或成型；改善组织与性能。
控制轧制：是指在热轧过程中通过对金属的加热制度，变形制度和温度制度的合理控制，使塑性变形与固态相变相结合，以获得细小的晶粒组织，使钢材具有优异的综合力学性能的一种轧制方法。
控轧的三个阶段：1）奥氏体再结晶区控制轧制，通常是在950℃至1150℃的温度范围内进行的，其目的是通过对加热时粗化的奥氏体晶粒反复进行轧制-再结晶，使之得到细化，相变后得到细小的铁素体晶粒。而相变前奥氏体晶粒越细小，相变后铁素体晶粒也就越细。显然紧靠此阶段的控轧得到的细化铁素体晶粒是有限的。2）奥氏体未再结晶区控制轧制，温度区间为A r3至950℃，由于轧制是在奥氏体的再结晶温度以下进行的，因此奥氏体晶粒不仅沿着轧制方向伸长，使晶界面积增加，而且在奥氏体晶粒内部产生变形带，随后相变
时铁素体可以在奥氏体晶界和变形带上形核，提高了铁素体的形核率，从而进一步促进了铁素体晶粒的细化，而且相变后的铁素体晶粒会随未再结晶区总压下率的增加而变细。3）奥氏体+铁素体两相区控制轧制，温度在A r3以下，未相变的奥氏体晶粒进一步伸长，在井内形成更多的变形带，已相变的铁素体晶粒在受压时也会发生变形，在晶内形成亚结构，在扎后的冷却过程中，未再结晶的奥氏体发生相变，形成细小的等轴铁素体晶粒，在变形的铁素体内因回复形成了亚晶粒，亚晶的出现可以使钢材的强度升高脆性转变温度降低。控制冷却：在控制轧制后，在奥氏体向铁素体相变的温度区域进行某种程度的快速冷却，然后再空冷，使得相变组织比单纯控制轧制更加细微化，同时以此获得高的强度。
TMCP热力控制工艺：在控制奥氏体状态的基础上，再对被控制的奥氏体相变进行控制，即同时组合了控制轧制与控制冷却的轧制方法。
控制冷却的实质：引起相变温度A r3降低，使得奥氏体晶粒进一步细化，并且珠光体转变成为具有带状结构的贝氏体的比例增加。
如果采用水冷至室温的话，会带来种种不适，如贝氏体马氏体等非平衡相的比例增加，但中途停水然后空冷至室温可以消除。
控制冷却的韧性保证：低碳细晶
含碳量较低的情况下如何确保性能：1）加入提高淬透性的合金元素2）通过控轧控冷细化晶粒3）加入微合金化元素，形成析出强化
4.4 挤压与锻造
4.4.1挤压：坯料在封闭模腔内受三向不均匀压力作用下，从模具的孔或者缝隙挤出，使之截面积减小成为所需制品的加工方法。
挤压比：挤压变形程度的一种表示方法，用挤压前毛坯的横截面积用挤压后制品的横截面积之比表示。
正挤压：坯料的流动方向与挤压杆的运动方向是一致的。正挤压的摩擦力很大，大于反挤压。
4.4.2锻造：分为自由锻和模锻
锻造比：锻造时表示变形程度，通常用变性前后的截面积比，长度比或者高度比来表示。自由锻：只用简单的通用型工具，或在锻造设备的上下砧之间直接使坯料变形而获得所需的几何形状以及内部质量的锻造方法。
模锻：利用模具使毛坯变形而获得锻件的锻造方法。
始锻温度：对于碳钢而言，始锻温度应该比铁-碳相图的固相线低150-250℃。
终锻温度：对碳钢的终锻温度应该在铁碳相图A1线以上25-75℃左右。
5 焊接
5.1 可焊性
焊接性(可焊性):指材料对于焊接缺陷的敏感性以及在服役条件下安全使用的能力,包括工艺焊接性和使用焊接性。
工艺焊接性是指金属材料在一定的工艺条件下是否能形成无缺陷接头的能力。
热循环：焊件上某点温度随时间的变化过程，护体表现为室温升至峰值温度，再降至室温的过程。包括四个考察指标：升温速度，峰值温度，高温停留时间以及冷速（t8/5）
热输入：又叫线能量，指的是电源供给单位长度焊缝的能量。
焊接性的影响因素：a母材和焊接材料b、焊接工艺c、焊接接头的结构d、服役条件
热影响区：在紧邻焊缝的区域内，加热温度也已经超过了材料的相变温度（无相变材料为再结晶温度），引起组织性能发生变化，与焊前相比组织性能不均匀的区域。
热影响区分为粗晶热影响区，细晶热影响区和部分相变重结晶区。
对于粗晶热影响区来讲加热温度在1100℃以上，组织性能硬化，原因：1）奥氏体晶粒急剧长大，导致其稳定性增加，转变温度降低，导致C不能够完全脱溶，形成贝氏体，马氏体组
织。2）冷速快，也是导致硬化的一个重要原因。
熔池结晶的特点：联生结晶，外延生长，冶金结合：非自发形核，以熔池边界上半熔化的晶粒为非自发形核质点，向焊缝内生长，形成连接母材与焊缝的共同晶粒。
比较焊缝结晶与铸件结晶的异同：焊缝结晶为联生结晶，形成粗大弯曲的柱状晶，形成连接焊缝与母材的共同晶粒。铸造结晶时铸型的成分与铸件不同，键型不同，并且铸型为冷态，并且铸件与铸型要分离，铸件另行单独形核结晶，得到更为粗大的柱状晶。焊缝结晶是以过热区为非自发形核基底，基底本身已经粗化。
焊接性的评价方法：a、斜Y型和直Y型坡口对接裂纹实验斜Y型广泛应用与评价打底焊接和评价焊缝冷裂纹倾向性直Y型评定焊缝金属的裂纹敏感性。b、插销试验，评定材料氢至延迟裂纹敏感性。c、间接计算法，计算碳当量，可以反映材料的淬硬倾向性。
碳当量<0.35，不需要预热；0.35<碳当量<0.45，预热减缓冷速，防止淬硬组织比例过高；0.45<碳当量，不仅需要预热，还要焊后热处理（回火）。
改善焊接性的方法：
1）预热，可以减缓冷速，增长t8/5，降低淬硬组织的比例。
2）合理调控热输入，避免奥氏体晶粒过粗。
3）是否紧急后热（350℃1h，去氢），焊后热处理（回火，消除残余应力）
5.2焊接缺陷
焊接缺陷主要有焊缝表面缺陷，焊缝气孔（析出型：氮气，氢气反应型：一氧化碳），焊缝夹渣以及焊接裂纹
焊接裂纹
焊接热裂纹：结晶过程中，处于固-液温度范围内出现的裂纹（无液相进行补缩），以结晶裂纹最为常见。
结晶裂纹的成因：在焊缝凝固结晶后期，低熔共晶被排挤在柱状晶体交遇的中心部位，形成一层所谓的液态薄膜，由于焊缝金属收缩而受到拉应力，从而形成了结晶裂纹。
可采取的措施：限制焊材中S,P的含量，采用合理的焊接工艺，适当的焊缝成形系数和合理的焊接次序。
焊接冷裂纹：Ms点以下出现的裂纹，分为三类：氢致延迟裂纹，淬硬裂纹和再热裂纹。其产生的原因有三点：淬硬组织，[H]，拉应力
常见的延迟裂纹有：焊道下裂纹，根部裂纹和焊趾裂纹
焊道下裂纹的成因：焊缝含碳量低于母材，含碳量越低越先发生奥氏体向铁素体的转变，焊缝中的氢会向HAZ扩散，在HAZ处形成氢富集区，会聚集在缺陷处形成内压，则在较低的拉应力下出现裂纹。
淬硬倾向是产生焊接冷裂纹的重要条件，易淬硬钢热影响区的过热区是冷裂纹出现较多的地方，焊后冷却过程中，过冷奥氏体转变为粗大马氏体，从而使塑韧性急剧降低而产生脆化，钢的淬硬倾向越大，越容易产生冷裂纹，而碳当量就直接反映了淬硬倾向。对于碳当量较高的钢材焊前可以预热以消除冷裂纹。
氢是引起高强钢焊接冷裂纹并使其具有延时性的重要因素之一。
防止冷裂纹产生：1）冶金方面：冶炼时改进母材的化学成分，焊接时严格控制氢的来源（烘干药皮，采用低氢焊材，加F ）。2）焊接工艺方面：正确选择焊接线能量（过低导致冷速过快，淬硬组织多；过高会导致晶粒粗化）焊前预热，焊后缓冷和热处理（紧急后热和回火）
5.3焊接方法和设备
焊接工艺方法可以分为三大类，即熔焊，钎焊和压焊。
5.3.1熔化焊
熔化焊包括气焊，铝热焊，电弧焊，电渣焊等，电弧焊又可以分为熔化极电弧焊和非熔化极电弧焊。
下面主要讨论电弧焊和电渣焊。
5.3.1.1焊条电弧焊
利用电弧高温熔化母材和焊条，形成熔池，熔池凝固获得牢固接头。
焊条的组成：包括焊芯和药皮两部分，药皮通常由造渣剂（硅酸盐，钛铁矿，金红石等），造气剂（碳酸盐，木粉，淀粉等），脱氧剂（硅铁，锰铁等），合金添加剂和稳弧剂所组成。药皮所起的作用为：保护作用，冶金作用（脱氧）和改善焊接工艺性能（稳弧）。
保护的必要性：如果不采取保护措施的话，会导致焊后出现氧化，气孔，氮化（时效硬化）等缺陷。
保护与脱氧：保护方式为气渣联合保护，气指CO2，由碳酸盐分解得到，渣指复合氧化物渣（低熔点低密度，覆盖在熔池之上），可以加入氟化物（去氢），典型氧化物SiO2+MnO。
脱氧方式主要为沉淀脱氧，在酸性焊条中TiO2，SiO2较多，利用锰铁脱氧
Mn+[FeO] [MnO]+Fe [MnO]+[SiO2] (SiO2●MnO) []代表熔池()代表熔渣
碱性焊条中，MnO和CaO较多，多用硅铁脱氧。
5.3.1.2埋弧焊
埋弧焊是将电弧深埋在焊剂层下燃烧的一种焊接方法，采用自动送丝，适用于厚板平焊，规则的长焊缝
适用于6mm以上的厚板的原因：电弧在熔渣下形成的空腔内燃烧，由金属蒸汽形成，因此电弧热量利用率高，熔深大。
埋弧焊采用的保护方式为渣保护，由于焊剂的组成包括酸性氧化物，碱性氧化物（形成复合氧化物）氟化物（去氢），这样可以形成低熔点低密度的熔渣，浮于熔池之上，起到保护作用。
埋弧焊的特点：优点：焊接生产率高（全自动焊，熔深大），焊缝质量高（保护效果好，合金元素烧损小），劳动条件好（无飞溅）缺点：只能用于厚板，不能用于薄板，只能平焊，不能全方位焊接。
5.3.1.3非熔化极气体保护焊钨极氩弧焊（TIG焊）
钨极氩弧焊：主要用于薄板Al、Mg、Ti和不锈钢的焊接。原因：钨极氩弧焊的保护采用现成的氩气，对于铝镁等一旦氧化无法脱氧的材料来讲，可以有效避免其氧化。又因为钨极的许用电流小（电流过大会出现夹钨缺陷）小电流情况下电弧能够稳定燃烧得益于钨是非熔化极。
阴极雾化：在工件为负极，钨棒为正极的情况下，阴极斑点具有自动寻找氧化膜处（此处电子逸出功小，电子发射容易）的特性，阴极斑点处极大地电流密度可以使氧化膜和膜下金属气化，从而清除表面难熔化氧化膜。
钨极氩弧焊的主要优点：焊接质量高，电弧热量集中，具有阴极雾化作用。主要不足：焊接生产率较低，成本较高。
夹钨：电极钨棒熔化进入熔池所致，会导致焊缝性能变脆，是焊接缺陷。
为了防止夹钨缺陷，焊接铝镁时一定要采用交流电源。原因就是：如果采用直流电源的话，工件为正极，钨棒为负极，会导致大量电子轰击钨极使得钨极过热，引起夹钨缺陷，采用交流电源时，可以使得在负半周时使得钨极冷却，并且可以增大熔深。
5.3.1.4熔化极气体保护焊
可以分为熔化极氩弧焊（MIG焊）熔化极二氧化碳焊，和MAG焊。
1）MIG焊熔化极氩弧焊
特别适用于焊接铝铜等厚板金属。原因：有现成的氩气保护，适用于易形成难溶的，稳定的，
强固的致密的氧化物的材料，如铝镁铜等金属。又因为采用直流反接，能够利用阴极雾化进行阴极清理。又因为熔化极比钨极的许用电流大，熔覆速率高，适用于焊接厚板。
2）CO2气体保护焊，适用于焊接碳钢薄板
适用于碳钢薄板的原因是：1）CO2的密度比空气大，少量的CO2在高温下分解，产生[O]，对于已经生成的FeO采用硅锰联合脱氧，形成低熔点低密度的熔渣。2）为了减小飞溅只能焊接薄板。采用短路过渡的方法，某时间段内无电弧，使得加热效果变差，熔深变浅。
优点：效率高，生产成本低，能耗低，低氢增氧，明弧无渣。
缺陷：元素的氧化损失，气孔，飞溅。
产生飞溅的原因：1）冶金因素[O]+[C] CO，C+FeO Fe+CO膨胀飞溅2）熔滴过渡方面，非轴向颗粒过渡导致飞溅大（因此压低弧长采用短路过渡，强迫熔滴与熔池短路，也就造成了加热效果差）
不适合焊接不锈钢：会导致焊缝中增碳，使得耐蚀性降低。
3）MAG焊适用于低合金钢厚板，重要的结构件
可采用80%氩气+20%二氧化碳，焊丝中添加Si，Mn联合脱氧剂。
可以解决二氧化碳焊接中增氧和飞溅的问题以及MIG焊中电弧不稳定（阴极斑点跳动）成形方面会出现蘑菇状焊缝的问题，蘑菇状焊缝根部易出现热裂纹
MAG焊优点：富氩，韧性优于CO2焊，飞溅小，增加了CO2成分，也有利于避免阴极斑点向焊缝周边跳动，同时利用阴极雾化清除生成的氧化物。可以改善焊缝成形，消除蘑菇状，焊道表面光滑。
5.3.1.5 等离子弧焊（PAW）
应用于中厚铝镁类活泼金属
等离子弧温度和能量密度高，由于其电弧为压缩电弧，这是由巧妙地焊炬设计决定的，电弧受到机械压缩，热压缩和电磁压缩三种压缩方式。
由于压缩电弧的原因，导致了熔池的体积小，因此未出现烧穿现象，随着热源的移动，穿透工件的小孔在表面张力的作用下自动闭合形成焊缝。
5.3.1.6电渣焊：适用于厚板焊接
特点：焊丝的熔化靠的是电流通过熔渣时所产生的电阻热。
熔渣的作用：a保护作用b充当热源c利用熔渣能够流动的特点，导致整个板厚方向都有熔渣存在，整个板厚能同时加热，整个板厚能够同时填充焊接。
电渣焊的特点：优点：可以焊接厚板，效率高。缺点：冷速慢，HAZ严重过热。
压焊钎焊以及特种焊接略
第三篇：材料改性技术
6 热处理原理及工艺
热处理：将材料加热到一定的温度，保温，再以规定的速度冷却到室温的工艺。其作用有：改变组织，进而改变性能。
常见的加热缺陷：氧化，脱碳（表层含碳量低于内部的现象），过热（加热温度过高，保温时间过长，引起的奥氏体晶粒显著粗化），过烧（加热温度太高，引起晶界氧化甚至熔化的现象）
影响奥氏体晶粒大小的因素：加热温度和保温时间，加热速度（越快，起始晶粒越小），化学成分（稳定碳化物元素阻碍晶粒长大），原始组织（越细，加热后奥氏体也越细）
临界冷速：临界冷速是获得全部马氏体的最小冷速。
6.1钢的退火与正火
退火：加热到一定温度，保温后随炉缓慢冷却，获得平衡组织的工艺。
退火工艺：1）完全退火：消除不均匀的内部组织和过热组织2）均匀化退火：消除成分的
不均匀性3）球化退火：得到球状珠光体组织（稳定碳化物）提高塑性降低硬度4）去应力退火：消除残余应力5）再结晶退火：消除加工硬化6）去氢退火：去氢
正火：加热到一定温度，保温后空冷，获得近平衡态组织，组织特点：珠光体含量增加，晶粒尺寸减小，珠光体片间距减小。
目的及应用：低中碳钢改善切削性能
常见缺陷与控制：1）退火硬度偏高，需要重新退火
2）球化不完全，重新球化
3）退火时形成石墨（黑脆）正火处理
4）正火组织出现网状渗碳体，加快冷速处理
5）反常组织，重新退火
6.2钢的淬火
定义：经过奥氏体化的钢以大于临界冷速的速度冷却，获得不平衡组织的工艺。
目的：提高强度硬度以及耐磨性。与回火结合提高综合力学性能。改变物理或化学性能。理想淬火介质：鼻温处快冷，其余地方缓冷（原因在于既要得到非平衡组织，又要减小应力）淬火方法：a单介质淬火b双介质淬火：接近Ms点时换缓冷介质，减小淬火开裂c分级淬火：接近Ms点时换熔盐熔碱介质保温面温度均匀后再空冷d等温淬火：在大于或小于Ms 点的熔盐熔碱介质中长时间保温，形成贝氏体或部分马氏体再空冷。（淬火应力最小）e冰冷处理：零度以下的冷却称为冰冷处理，可减少残余奥氏体。
淬透性：钢淬火时获得马氏体的能力（倾向），取决于临界冷速。
淬硬性：钢在正常淬火条件下能够得到的最高硬度值，主要取决于含碳量。
淬硬层深度：工件表面至半马氏体区的厚度。
6.3回火
定义：淬火工件加热到共析温度以下某一温度保温，以适当的方式冷却的工艺。
回火的目的：a强韧调制：牺牲部分强度提高塑韧性b消除淬火应力
回火工艺：a低温回火150-250℃，得到回火马氏体，高硬度高强度，耐磨和耐疲劳
b、中温回火350-500℃，高弹性极限疲劳强度以及良好的韧性，得到回火索氏体（应用于弹簧）
c、高温回火（淬火+高温回火成为调质处理）一定的强度，高韧性。
回火脆性：淬火件在一定温度回火时出现韧性降低的现象。分为第一类回火脆（250-400℃）和第二类回火脆（450-600℃），针对第一类回火脆：可以细化晶粒、延迟（加铝镍硅等）第二类：快冷，加钼钨等。
6.4表面淬火：信步良好地综合力学性能，表面高硬度，高耐磨
组织特点：晶粒尺寸小，成分不均匀性大，心表组织不一致（表面为马氏体）
性能特点：表面硬度比普通淬火高，表面有残余压应力，淬硬层深度增加，韧性下降，耐磨性好。
6.5化学热处理：将工件在特定的介质中加热，依靠原子扩散，从而改变工件表层的成分和组织结构的热处理。
作用：改善表层力学性能，改善化学性能（抗蚀性，抗氧化性等）。
碳势：气氛改变工件表面碳浓度的能力。（与气相平衡时工件表面的碳含量）
渗碳层组织：渗后组织由外到内：过共析组织—共析组织—亚共析组织
淬后组织由外到内：Cm+片状马氏体+残余奥氏体---片状马氏体+板条马氏体+
残余奥氏体---板条马氏体
性能：硬度58-64HRC 耐磨性：疲劳强度高冲击韧性下降
分析工件渗碳淬火后的表面残余应力状态：
1）热应力状态，最终结果是表面受到压应力（心部收缩时表面已经冷却不会塑性变形）2）组织应力：表面为高碳马氏体，心部为低碳马氏体，随着含碳量增加，马氏体的膨胀量变大，因此，表面受压应力；另外由于渗碳的原因，导致表面与心部的Ms点不同，表层Ms点低于心部，心部首先发生马氏体转变，体积膨胀，此时表面还为奥氏体，塑性好，发生变形，不会有应力，但是当表层进行马氏体转化时，心部已经转变成马氏体，难以产生塑性变形，所以表面会残余压应力。
第四篇粉末冶金技术
7粉末冶金：通过粉末的制备、成型及烧结制备材料或零件的技术。
还原法制粉的条件以及常用还原剂：基本反映：MeO+X=Me+XO 条件即为氧化产物的自由能要低于氧化物的自由能，及?Z（XO）
常用还原剂有：气体还原剂--氢，可以还原Cu Fe Co Ni W等
固体还原剂--碳，可以还原包括Al在内的许多金属
熔体还原剂—Ca Mg Al，可还原Ti Th Zr等
球磨的基本规律：磨球的运动状态：泻落（转速过低），抛落（理想状态，不仅有球与球之间的摩擦，还有球掉落下来的冲击作用将其粉碎），无相对运动（临界转速，粉碎作用停止）。雾化粉末主要影响因素：ａ雾化介质（动能越大，粉末越细；冷速越大，粉末形状不规则）ｂ、金属液流：表面张力越大，球形粉末越多，粉末力度越大，粘度越大，粒度越大，粉末越不规则。过热温度越大，流动性好，粘度下降，O、N增加，金属液流直径越大，粒度越大，生产率越高。金属液流长度越大，粉末越细；聚粉桶直径越大，球形粉越多，粗粉越多，冷却介质的冷却能力越大，不规则性越大，粉末越细。
粉末成形前退火的作用：提高粉末纯度，消除加工硬化，稳定晶体结构，表面钝化。
压坯密度分布影响因素：1）压坯形状高宽比越大，均匀性越好。2）模壁越光滑，均匀性越好3）压制方式：由单向改为双向，均匀性变好。
烧结基本过程及机构：a粘结阶段，形成烧结颈，密度变化很小强度和导电性增加；b烧结颈长大阶段：颗粒距离减小，晶粒长大，空隙大幅减小，烧结体收缩，密度强度增加；c闭
孔隙球化和缩小阶段：通孔闭孔球化收缩
烧结机构：烧结过程中物质的迁移以及速率。
物质迁移方式：扩散，再结晶，塑性流动，蒸发与凝聚等
互不溶系烧结制品组织特点：a制备各种复合材料和假合金b常需后处理进一步致密化c常采用复合粉末或化学混料d性能受异相颗粒界面状况影响。
液相烧结条件及机理：条件：a润湿性，保证固液相润湿b固相在液相中要有一定的溶解度c液相数量以填满固相为宜，一般为20%-50%
烧结过程与机构：液相生成以及颗粒重排，致密性增强；固相溶解和析出：颗粒球化合并，烧结体收缩；固相骨架形成：固相接触及烧结。
概念：
等静压成型：同时在各个方向上受到相等的静压力的作用而成形的方法。
单元系烧结：纯金属，有固定化学成分的化合物以及均匀固溶体的粉末在固态下烧结。
液相烧结：有部分液相出现的烧结过程。
8溶胶-凝胶法
基本概念：
溶胶：纳米尺寸的胶质颗粒与其他液相组织成的混合体
凝胶：由充满容器的固相骨架以及充斥其间的液相所组成的混合体
陈化：凝胶在干燥前的放置
熟化：凝胶的溶解再沉淀过程
《材料成形技术基础》考试样题答题页 （本卷共10页） 、判断题（每题分，共分，正确的画“O ”，错误的打“X ”） 、选择题（每空1分，共38分） 三、填空（每空0.5分，共26分） 1.( 化学成分) ( 浇注条件) ( 铸型性质) 2.( 浇注温度) 3.( 复杂) ( 广) 4.( 大) 5.( 补缩) ( 控制凝固顺序)6.( 球铁) ( 2 17% ) 7.( 缺口敏感性) ( 工艺)8.( 冷却速度) ( 化学成分) 9.( 低) 10.( 稀土镁合金)11.( 非加工)12.( 起模斜度) ( 没有) 13.( 非铁) ( 简单)14.( 再结晶)15.( 变形抗力) 16.( 再结晶) ( 纤维组织)17.( 敷料) ( 锻件公差) 18.( 飞边槽)19.( 工艺万能性)20.( 三) ( 二） 21.( -二二) ( 三)22.( 再结晶退火)23.( 三） 24.( -二二)25.( 拉) ( 压)26.( 化学成分) ( 脱P、S、O )27.( 作为电极) ( 填充金属)28.( 碱性) 29.( 成本) ( 清理)30.( 润湿能力)31.( 形成熔池) （达到咼塑性状态) ( 使钎料熔化)32.( 低氢型药皮) ( 直流专用)
Ct 230 图5 四、综合题（20分） 1、绘制图5的铸造工艺图（6分） ? 2J0 环O' 4 “ei吋 纯 2、绘制图6的自由锻件图，并按顺序选择自由锻基本工序（6 分）。 O O 2 令 i 1 q―1 孔U 400 圈6 3、请修改图7?图10的焊接结构，并写出修改原因。 自由锻基本工序： 拔长、局部镦粗、拔长 图7手弧焊钢板焊接结构（2 分）图8手弧焊不同厚度钢板结构（2 分） 修改原因：避免焊缝交叉修改原因：避免应力集中（平滑过 度）
材料成型工艺基础（第三版）部分课后习题答案 第一章 ⑵.合金流动性决定于那些因素？合金流动性不好对铸件品质有何影响？ 答：①合金的流动性是指合金本身在液态下的流动能力。决定于合金的化学成分、结晶特性、粘度、凝固温度围、浇注温度、浇注压力、金属型导热能力。 ②合金流动性不好铸件易产生浇不到、冷隔等缺陷，也是引起铸件气孔、夹渣、縮孔缺陷的间接原因。 ⑷.何谓合金的收縮？影响合金收縮的因素有哪些？ 答：①合金在浇注、凝固直至冷却至室温的过程中体积和尺寸縮减的现象，称为收縮。 ②影响合金收縮的因素：化学成分、浇注温度、铸件结构和铸型条件。 ⑹.何谓同时凝则和定向凝则？ 答：①同时凝则：将浇道开在薄壁处，在远离浇道的厚壁处出放置冷铁，薄壁处因被高温金属液加热而凝固缓慢，厚壁出则因被冷铁激冷而凝固加快，从而达到同时凝固。 ②定向凝则：在铸件可能出现縮孔的厚大部位安放冒口，使铸件远离冒口的部位最先凝固，靠近冒口的部位后凝固，冒口本身最后凝固。 第二章 ⑴.试从石墨的存在和影响分析灰铸铁的力学性能和其他性能特征。 答：石墨在灰铸铁中以片状形式存在，易引起应力集中。石墨数量越多，形态愈粗大、分布愈不均匀，对金属基体的割裂就愈严重。灰铸铁的抗拉强度低、塑性差，但有良好的吸震性、减摩性和低的缺口敏感性，且易于铸造和切削加工。石墨化不充分易产生白口，铸铁硬、脆，难以切削加工；石墨化过分，则形成粗大的石墨，铸铁的力学性能降低。 ⑵.影响铸铁中石墨化过程的主要因素是什么？相同化学成分的铸铁件的力学性能是否相同？ 答：①主要因素：化学成分和冷却速度。 ②铸铁件的化学成分相同时铸铁的壁厚不同，其组织和性能也不同。在厚壁处冷却速度较慢，铸件易获得铁素体基体和粗大的石墨片，力学性能较差；而在薄壁处，冷却速度较快，铸件易获得硬而脆的白口组织或麻口组织。 ⑸.什么是孕育铸铁？它与普通灰铸铁有何区别？如何获得孕育铸铁？ 答：①经孕育处理后的灰铸铁称为孕育铸铁。 ②孕育铸铁的强度、硬度显著提高，冷却速度对其组织和性能的影响小，因此铸件上厚大截面的性能较均匀；但铸铁塑性、韧性仍然很低。 ③原理：先熔炼出相当于白口或麻口组织的低碳、硅含量的高温铁液，然后向铁液中冲入少量细状或粉末状的孕育剂，孕育剂在铁液中形成大量弥散的石墨结晶核心，使石墨化骤然增强，从而得到细化晶粒珠光体和分布均匀的细片状石墨组织。 ⑻.为什么普通灰铸铁热处理效果没球墨铸铁好？普通灰铸铁常用热处理方法有哪些？目的是什 么？ 答：①普通灰铸铁组织中粗大的石墨片对基体的破坏作用不能依靠热处理来消除或改进；而球墨铸铁的热处理可以改善其金属基体，以获得所需的组织和性能，故球墨铸铁性能好。 ②普通灰铸铁常用的热处理方法：时效处理，目的是消除应力，防止加工后变形；软化退火，目的是消除白口、降低硬度、改善切削加工性能。 第三章 ⑴．为什么制造蜡模多采用糊状蜡料加压成形，而较少采用蜡液浇铸成形？为什么脱蜡时水温不应达到沸点？ 答：蜡模材料可用石蜡、硬脂酸等配成，在常用的蜡料中，石蜡和硬脂酸各占50%，其熔点为50℃~60℃，高熔点蜡料可加入塑料，制模时，将蜡料熔为糊状，目的除了使温度均匀外，对含填充料的蜡料还有防止沉淀的作用。
材料成形技术基础第一章 1-1 一、铸造的实质、特点与应用 铸造：将熔融的液体浇注到与零件的形状相适应的铸型型腔中，冷却后获得逐渐的工艺方法。 1、铸造的实质 利用了液体的流动形成。 2、铸造的特点 A适应性大（铸件重量、合金种类、零件形状都不受限制）； B成本低 C工序多，质量不稳定，废品率高 D力学性能较同样材料的锻件差。力学性能差的原因是：铸造毛胚的晶粒粗大，组织疏松，成分不均匀 3、铸造的应用 铸造毛胚主要用于受力较小，形状复杂（尤其是腔内复杂）或简单、重量较大的零件毛胚。 二、铸造工艺基础 1、铸件的凝固 （1）铸造合金的结晶结晶过程是由液态到固态晶体的转变过程。它由晶核的形成和长大两部分组成。通常情况下，铸件的结晶有如下特点： A以非均质形核为主 B以枝状晶方式生长为主。 结晶过程中，晶核数目的多少是影响晶粒度大小的重要因素，因此可通过增加晶核数目来细化晶粒。晶体生长方式决定了最终的晶体形貌，不同晶体生长方式可得到枝状晶、柱状晶、等轴晶或混合组织等。 （2）铸件的凝固方式 逐渐的凝固方式有三种类型：A逐层凝固B糊状凝固C中间凝固 2、合金的铸造性能 （1）流动性合金的流动性即为液态合金的充型能力，是合金本身的性能。它反映了液态金属的充型能力，但液态金属的充型能力除与流动性有关，还与外界条件如铸型性质、浇注条件和铸件结构等因素有关，是各种因素的综合反映。 生产上改善合金的充型能力可以从一下各方面着手： A选择靠近共晶成分的趋于逐层凝固的合金，它们的流动性好； B 提高浇注温度，延长金属流动时间； C 提高充填能力 D 设置出气冒口，减少型内气体，降低金属液流动时阻力。 （2）收缩性 A 缩孔、缩松形成与铸件的液态收缩和凝固收缩的过程中。对于逐层凝固的合金由于固液两相共存区很小甚至没有，液固界面泾渭分明，已凝固区域的收缩就能顺利得到相邻液相的补充，如果最后凝固出的金属得不到液态金属的补充，就会在该处形成一个集中的缩孔。适当控制凝固顺序，让铸件按远离冒口部分最先凝固，然后朝冒口方向凝固，最后才是冒口本身的凝固（即顺序凝固方式），就把缩孔转移到最后凝固的部位——冒口中去，而去除冒口后的铸件则是所要的致密铸件。 具有宽结晶温度范围，趋于糊状凝固的合金，由于液固两相共存区很宽甚至布满整个断
1.常用的力学性能判据各用什么符号表示它们的物理含义各是什么 塑性，弹性，刚度，强度，硬度，韧性 金属的结晶：即液态金属凝固时原子占据晶格的规定位置形成晶体的过程。 细化晶粒的方法：生产中常采用加入形核剂、增大过冷度、动力学法等来细化晶粒，以改善金属材料性能。 合金的晶体结构比纯金属复杂，根据组成合金的组元相互之间作用方式不同，可以形成固溶体、金属化合物和机械混合物三种结构。 固溶强化：通过溶入某种溶质元素形成固溶体而使金属的强度、硬度升高的现象。 铁碳合金的基本组织有铁素体、奥氏体、渗碳体、珠光体和莱氏体 钢的牌号和分类 影响铸铁石墨化的因素主要有化学成分和冷却速度 塑料即以高聚物为主要成分，并在加工为成品的某阶段可流动成形的材料。 热塑性塑料：即具有热塑性的材料，在塑料整个特征温度范围内，能反复加热软化和反复加热硬化，且在软化状态通过流动能反复模塑为制品。 热固性塑料：即具有热固性的塑料，加热或通过其他方法，能变成基本不溶、不熔的产物。 橡胶橡胶是可改性或已被改性为某种状态的弹性体。 复合材料：由两种或两种以上性质不同的材料复合而成的多相材料。 通常是其中某一组成物为基体，而另一组成物为增强体，用以提高强度和韧性等。 工程材料的发展趋势
据预测，21世纪初期，金属材料在工程材料中仍将占主导地位，其中钢铁仍是产量最大、覆盖面最广的工程材料，但非金属材料和复合材料的发展会更加迅速。 今后材料发展的总趋势是：以高性能和可持续发展为目标的传统材料的改造及以高度集成化、微细化和复合化为特征的新一代材料的开发。 材料的凝固理论 凝固：由液态转变为固态的过程。 结晶：结晶是指从原子不规则排列的液态转变为原子规则排列的晶体状态的过程。 粗糙界面：微观粗糙、宏观光滑； 将生长成为光滑的树枝； 大部分金属属于此类 光滑界面：微观光滑、宏观粗糙； 将生长成为有棱角的晶体； 非金属、类金属（Bi、Sb、Si）属于此类 偏析：金属凝固过程中发生化学成分不均匀的现象 宏观偏析通常指整个铸锭或铸件在大于晶粒尺度的大范围内产生的成分不均匀的现象 铸件凝固组织：宏观上指的是铸态晶粒的形态、大小、取向和分布等情况，铸件的凝固组织是由合金的成分和铸造条件决定的。 铸件的宏观组织一般包括三个晶区：表面的细晶粒区、柱状晶粒区和内部等轴晶区。 金属塑性成形指利用外力使金属材料产生塑性变形，使其改变形状、尺寸和改善性能，从而获得各种产品的加工方法。 主要应用： （1）生产各种金属型材、板材、线材等； （2）生产承受较大负荷的零件，如曲轴、连杆、各种工具等。 金属塑性成形特点
《材料成形工艺基础》自学指导书 一、课程名称：材料成形工艺基础 二、自学学时：50课时 三、教材名称：《材料成形工艺基础》柳秉毅编 四、参考资料：材料成形技术基础陶冶主编机械工业出版社 五、课程简介：《材料成形工艺基础》是材料成型及控制工程专业的主干课程之一，其任务是阐明液态成型、塑性成型和焊接形成等成型技术在内的内在基本规律和物质本质，揭示材料成型过程中影响产品性能的因素及缺陷产生的机理。 六、考核方式：闭卷考试 七、自学内容指导： 绪论第1章金属材料的力学性能 一、本章内容概述： 绪论：1.材料成形工艺的发展历史2.材料成形加工在国民经济中的地位 3.材料成形工艺基础课程的内容 4.本课程的学习要求与学习方法。 第一章：1）铸造成形基本原理；2）塑性成形基本原理； 3）焊接成形基本原理 二、自学学时安排：8学时 三、知识点： 1.合金的铸造性能 2.合金的收缩性； 3.铸件的缩孔和缩松 2合金的充型能力是指液态合金充满铸型型腔，获得尺；3影响合金的充型能力的因素1）合金的流动性2）浇；4合金的收缩概念液态合金从浇注温度逐渐冷却、凝固；5铸造内应力分热应力和机械应力；6顺序凝固，是使铸件按递增的温度梯度方向从一个部；7顺序凝固可以有效地防止缩孔和宏观缩松，主要适用；8缩孔和缩松的防止方法：顺序凝固 四、难点：
1）强度、刚度、弹性及塑性 2）硬度、冲击韧性、断裂韧度、疲劳。 五、课后思考题与习题：P40 1.1 区分以下名词的含义: 逐层凝固与顺序凝固糊状凝固与同时凝固 液态收缩与凝固收缩缩孔与缩松 答：逐层凝固：纯金属和共晶成分的合金是在恒温下结晶的，铸件凝固时其凝固区宽度接近于零，随着温度的下降，液相区不断减小，固相区不断增大而向中心推进，直至到达铸件中心。顺序凝固：是指在铸件上建立一个从远离冒口的部分到冒口之间逐渐递增的温度梯度，从而实现由远离冒口处向冒口方向顺序地凝固，即远离冒口的部位先凝固，靠近冒口的部位后凝固，冒口本身最后凝固。 糊状凝固：如果合金的结晶温度范围很宽，或者铸件断面上温度梯度较小，则在凝固的某段时间内，其固相和液相并存的凝固区会贯穿铸件的整个断面。 同时凝固：是指采取一定的工艺措施，尽量减小铸件各部分之间的温度差，使铸件的各部分几乎同时进行凝固。 液态收缩：从浇注温度冷却至凝固开始温度(液相线温度)期间发生的收缩。凝固收缩：从凝固开始温度到凝固终了温度(固相线温度)期间发生的收缩。 铸件在凝固过程中，由于合金的液态收缩和凝固收缩所造成的体积缩减，如果未能获得补充(称为补缩)，则会在铸件最后凝固的部位形成孔洞。大而集中的孔洞称为缩孔，细小而分散的孔洞称为缩松。 1.3拟生产一批小型铸铁件，力学性能要求不高，但壁厚较薄，试分析如何提高合金液的充型能力。 答：1）尽可量提高浇注温度。由于壁厚较薄，铸铁可取1450左右2）增大充型压力（即增大推动力）。3）选用蓄热能力强的材料作铸型。4）提高铸型温度。5）选用发气量小而排气能力强的铸型。 1.4冒口补缩的原理是什么? 冷铁是否可以补缩? 冷铁的作用与冒口有何不同? 答：在铸件厚壁处和热节部位（即铸件上热量集中，内接圆直径较大的部位）设置冒
填空题 1．常用毛坯的成形方法有铸造、、粉末冶金、、、非金属材料成形和快速成形. 2.根据成形学的观点,从物质的组织方式上,可把成形方式分为、、 . 1．非金属材料包括、、、三大类. 2．常用毛坯的成形方法有、、粉末冶金、、焊接、非金属材料成形和快速成形作业2 铸造工艺基础 2-1 判断题（正确的画O，错误的画×） 1．浇注温度是影响铸造合金充型能力和铸件质量的重要因素。提高浇注温度有利于获得形状完整、轮廓清晰、薄而复杂的铸件。因此，浇注温度越高越好。（×） 2．合金收缩经历三个阶段。其中，液态收缩和凝固收缩是铸件产生缩孔、缩松的基本原因，而固态收缩是铸件产生内应力、变形和裂纹的主要原因。（O） 3．结晶温度范围的大小对合金结晶过程有重要影响。铸造生产都希望采用结晶温度范围小的合金或共晶成分合金，原因是这些合金的流动性好，且易形成集中缩孔，从而可以通过设置冒口，将缩孔转移到冒口中，得到合格的铸件。（O） 4．为了防止铸件产生裂纹，在零件设计时，力求壁厚均匀；在合金成分上应严格限制钢和铸铁中的硫、磷含量；在工艺上应提高型砂及型芯砂的退让性。（O） 5．铸造合金的充型能力主要取决于合金的流动性、浇注条件和铸型性质。所以当合金的成分和铸件结构一定时；控制合金充型能力的唯一因素是浇注温度。（×） 6．铸造合金在冷却过程中产生的收缩分为液态收缩、凝固收缩和固态收缩。共晶成分合金由于在恒温下凝固，即开始凝固温度等于凝固终止温度，结晶温度范围为零。因此，共晶成分合金不产生凝固收缩，只产生液态收缩和固态收缩，具有很好的铸造性能。（×）7．气孔是气体在铸件内形成的孔洞。气孔不仅降低了铸件的力学性能，而且还降低了铸件的气密性。（O） 8．采用顺序凝固原则，可以防止铸件产生缩孔缺陷，但它也增加了造型的复杂程度，并耗费许多合金液体，同时增大了铸件产生变形、裂纹的倾向。（O） 2-2 选择题 1．为了防止铸件产生浇不足、冷隔等缺陷，可以采用的措施有（D）。 A．减弱铸型的冷却能力； B．增加铸型的直浇口高度； C．提高合金的浇注温度； D．A、B和C； E．A和C。 2．顺序凝固和同时凝固均有各自的优缺点。为保证铸件质量，通常顺序凝固适合于（D），而同时凝固适合于（B）。 A．吸气倾向大的铸造合金； B．产生变形和裂纹倾向大的铸造合金； C．流动性差的铸造合金； D．产生缩孔倾向大的铸造合金。 3．铸造应力过大将导致铸件产生变形或裂纹。消除铸件中残余应力的方法是（D）；消除铸件中机械应力的方法是（C）。 A．采用同时凝固原则； B．提高型、芯砂的退让性； C．及时落砂； D．去应力退火。 4．合金的铸造性能主要是指合金的（B）、（C）和（G）。 A．充型能力；B．流动性；C．收缩；D．缩孔倾向；E．铸造应力；F．裂纹；G.偏析；H.气孔。
工程材料与成型技术基础 1.材料强度是指材料在达到允许的变形程度或断裂前所能承受的最大 应力。 2.工程上常用的强度指标有屈服强度和抗拉强度。 3.弹性模量即引起单位弹性变形所需的应力。 4.载荷超过弹性极限后，若卸载，试样的变形不能全部消失，将保留 一部分残余成形，这种不恢复的参与变形，成为塑性变形。 5.产生塑性变形而不断裂的性能称为塑性。 6.抗拉强度是试样保持最大均匀塑性变形的极限应力，即材料被拉断 前的最大承载能力。 7.发生塑性变形而力不增加时的应力称为屈服强度。 8.硬度是指金属材料表面抵抗其他硬物体压入的能力，是衡量金属材 料软硬程度的指标。 9.硬度是检验材料性能是否合格的基本依据之一。 10. 11.布氏硬度最硬，洛氏硬度小于布氏硬度，维氏硬度小于前面两 种硬度。 12.冲击韧性：在冲击试验中，试样上单位面积所吸收的能量。 13.当交变载荷的值远远低于其屈服强度是发生断裂，这种现象称 为疲劳断裂。 14.疲劳度是指材料在无限多次的交变载荷作用而不会产生破坏的 最大应力。
熔点。 16.晶格：表示金属内部原子排列规律的抽象的空间格子。 晶面：晶格中各种方位的原子面。 晶胞：构成晶格的最基本几何单元。 17.体心立方晶格:α-Fe 、鉻（Cr）、钼（Mo）、钨（W）。 面心立方晶格：铝（Al）、铜（Cu）、银（Ag）、镍(Ni)、金（Au）。 密排六方晶格：镁（Mg）、锌（Zn）、铍（Be）、镉（Cd）。18.点缺陷是指长、宽、高三个方向上尺寸都很小的缺陷，如：间 隙原子、置换原子、空位。 19.线缺陷是指在一个方向上尺寸较大，而在另外两个方向上尺寸 很小的缺陷，呈线状分布，其具体形式是各种类型的位错。 20.面缺陷是指在两个方向上尺寸较大，而在另一个方向上尺寸很 小的缺陷，如晶界和亚晶界。 21.原子从一种聚集状态转变成另一种规则排列的过程，称为结晶。 结晶过程由形成晶核和晶核长大两个阶段组成。 22.纯结晶是在恒温下进行的。 23.实际结晶温度Tn低于理论结晶温度Tm的现象，称为过冷，其 差值称为过冷度ΔT,即ΔT=Tm﹣Tn。 24.同一液态金属，冷却速度愈大，过冷度也愈大。 25.浇注时，向液态金属中加入一些高熔点、溶解度的金属或合金， 当其结构与液态金属的晶体结构相似时使形核率大大提高，获得均匀细小的晶粒。这种方法称为变质处理。 26.液态金属结晶后获得具有一定晶格结构的晶体，高温状态下的 晶体，在冷却过程中晶格结构法发生改变的现象，称为同素异构转变，又称重结晶。 27.一种金属具有两种或两种以上的晶体结构，称为同素异构性。 28.当溶质原子溶入溶剂晶格，使溶剂晶格发生畸变，导致固溶体 强度、硬度提高，塑性和韧性略有下降的下降，称为固溶强化。
. 工程材料与成型技术基础 1.材料强度是指材料在达到允许的变形程度或断裂前所能承受的最大应力。 2.工程上常用的强度指标有屈服强度和抗拉强度。 3.弹性模量即引起单位弹性变形所需的应力。 4.载荷超过弹性极限后，若卸载，试样的变形不能全部消失，将保留一部分残余成形，这种不恢复的参与变形，成为塑性变形。 5.产生塑性变形而不断裂的性能称为塑性。 6.抗拉强度是试样保持最大均匀塑性变形的极限应力，即材料被拉断前的最大承载能力。 7.。发生塑性变形而力不增加时的应力称为屈服强度 8.硬度是指金属材料表面抵抗其他硬物体压入的能力，是衡量金属材料软硬程度的指标。 9.硬度是检验材料性能是否合格的基本依据之一。 10.
11.布氏硬度最硬，洛氏硬度小于布氏硬度，维氏硬度小于前面两种硬度。 12.冲击韧性：在冲击试验中，试样上单位面积所吸收的能量。 13.当交变载荷的值远远低于其屈服强度是发生断裂，这种现象称为疲劳断裂。 14.疲劳度是指材料在无限多次的交变载荷作用而不会产生破坏的最大应力。 文档资料Word . 15.原子在空间呈规则排列的固体物质称为晶体，晶体具有固定的熔点。 16.晶格：表示金属内部原子排列规律的抽象的空间格子。 晶面：晶格中各种方位的原子面。 晶胞：构成晶格的最基本几何单元。 17.体心立方晶格:α-Fe 、鉻（Cr）、钼（Mo）、钨（W）。 面心立方晶格：铝（Al）、铜（Cu）、银（Ag）、镍(Ni)、金（Au）。 密排六方晶格：镁（Mg）、锌（Zn）、铍（Be）、镉（Cd）。18.点缺陷是指长、宽、高三个方向上尺寸都很小的缺陷，如：间隙原子、置换原子、空位。 19.线缺陷是指在一个方向上尺寸较大，而在另外两个方向上尺寸很小的缺陷，呈线状分布，其具体形式是各种类型的位错。 20.面缺陷是指在两个方向上尺寸较大，而在另一个方向上尺寸很小的缺陷，如晶界和亚晶界。 21.原子从一种聚集状态转变成另一种规则排列的过程，称为结晶。结晶过程由形成晶核和晶核长大两个阶段组成。 22.纯结晶是在恒温下进行的。 23.实际结晶温度Tn低于理论结晶温度Tm的现象，称为过冷，其差值称为过冷度ΔT,即ΔT=Tm﹣Tn。
材料成型及控制技术 材料成型及控制技术是通过改变金属材料的结构与形状来提高材料的性能,这是X为大家整理的材料成型控制技术论文，仅供参考! 材料成型控制技术论文篇一 材料成型与控制工程模具制造技术分析初探 摘要：材料成型与工程控制在制造业中扮演着十分重要的角色，是机械制造业发展的重头戏，在发展中机器制造业企业必须加以重视。作为汽车、电力、石化、造船及机械等方面的基础制造技术，材料成型加工技术在发展中得到不断成熟与发展壮大。文章主要论及材料成型与控制工程方面的汽车零部件方面的模块制造技术方面额介绍与分析探讨。 关键词：材料成型控制工程技术 现代制造工业在行业发展中呈蒸蒸日上的发展新趋势，并受到业界的广泛关注，为工业发展作出巨大的贡献。制造业的材料成型与控制工程方面的技术发展，同时也是业内十分关注的内容之一，我们从其技术发展特点入手屁，实现进一步分析和探究。 一、材料成与控制工程模具制造技术分析探讨 材料成型与制造中讲究技术发展，从效益、节能、生产速率等方面考虑进一步探讨研究，下面以奇瑞A21汽车中支
板产品图的制造技术方面进行分析探究。 (一)金属材料成型与控制工程加工技术 1技术材料一次成型加工技术 挤压：在置于模具内金属坯料的端部加压，使之通过一定形状、尺寸摸孔，产生塑性变形，获得与模孔相应的形状尺寸的工件。 特点：塑性好、不易变形 拉拔：在置于模具内金属坯料的前端施加拉力，使之通过一定形状、尺寸的摸孔，产生塑性变形，获得与模孔相应的形状尺寸的工件 特点：变形阻力比挤压小，但对材料塑性要求高 轧制：金属通过旋转的轧辊受到压缩产生塑性变形，获得一定形状、尺寸断面的工件。 2金属材料的二次成型加工 锻造：阻力大，通常需要加热实现。 自由锻造：在锤或压力机上，通过砧子、锤头或其它简单工具对金属坯料施加压力，使之产生塑性变形，获得所需形状、尺寸的工件。 特点：不用模具，易变形，简单的工件形状。 模型锻造：坯料在锤或压力机上，通过模具施加压力，产生塑性变形，获得所需形状、尺寸的工件。 特点：需要模具(锻模)，变形阻力大，工件形状可以比
1.铸件在冷却过程中，若其固态收缩受到阻碍，铸件内部即将产生内应力。按内应力的产生原因，可分为应力和应力两种。 2.常用的特种铸造方法 有：、、、、和 等。 3.压力加工是使金属在外力作用下产生而获得毛 坯或零件的方法。 4.常用的焊接方法有、和 三大类。 5.影响充型能力的重要因素有、和 等。 6.压力加工的基本生产方式 有、、、、和等。 7.热应力的分布规律是：厚壁受应力，薄壁受 应力。 8.提高金属变形的温度，是改善金属可锻性的有效措施。但温度过高，必将产生、、和严重氧化等缺陷。所以应该严格 控制锻造温度。 9.板料分离工序中，使坯料按封闭的轮廓分离的工序称为； 使板料沿不封闭的轮廓分离的工序称为。 10.拉深件常见的缺陷是和。 11.板料冲压的基本工序分为和。前者指冲裁工序，后者包括、、和。 12.为防止弯裂，弯曲时应尽可能使弯曲造成的拉应力与坯料的纤维 方向。 13.拉深系数越，表明拉深时材料的变形程度越大。 14.将平板毛坯变成开口空心零件的工序称为。 15.熔焊时，焊接接头是由、、和 组成。其中和是焊接接头中最薄弱区域。 16.常用的塑性成形方法 有：、、、、 等。 16.电阻焊是利用电流通过焊件及接触处所产生的电阻热，将焊件局 部加热到塑性或融化状态，然后在压力作用下形成焊接接头的焊接方法。电阻焊分为焊、焊和焊三种型式。
其中适合于无气密性要求的焊件；适合于焊接有气密性要求的焊件；只适合于搭接接头；只适合于对接接头。 1.灰口铸铁的流动性好于铸钢。（） 2.为了实现顺序凝固，可在铸件上某些厚大部位增设冷铁，对铸件进行补缩。（） 3. 热应力使铸件的厚壁受拉伸，薄壁受压缩。（） 4.缩孔是液态合金在冷凝过程中，其收缩所缩减的容积得不到补足，在铸件内部形成的孔洞。（） 5.熔模铸造时，由于铸型没有分型面，故可生产出形状复杂的铸件。（） 6.为便于造型时起出模型，铸件上应设计有结构斜度即拔模斜度。（） 7.合金的液态收缩是铸件产生裂纹、变形的主要原因。（） 8.在板料多次拉深时，拉深系数的取值应一次比一次小，即 m1>m2>m3…>mn。（） 9.金属冷变形后，其强度、硬度、塑性、韧性均比变形前大为提高。（） 10.提高金属变形时的温度，是改善金属可锻性的有效措施。因此，在保证金属不熔化的前提下，金属的始锻温度越高越好。（）11.锻造只能改变金属坯料的形状而不能改变金属的力学性能。 （） 12.由于低合金结构钢的合金含量不高，均具有较好的可焊性，故焊前无需预热。（） 13.钢中的碳是对可焊性影响最大的因素，随着含碳量的增加，可焊性变好。（） 14.用交流弧焊机焊接时，焊件接正极，焊条接负极的正接法常用于
第一篇 金属铸造成形工艺 一.掌握铸造定义与实质及其合金的铸造性能。 A铸造：将熔融金属浇入铸型型腔， 经冷却凝固后获得所需铸件的方法。 B铸造实质：液态成形。 C合金：两种或两种以上的金属元素、或金属与非金属元素（碳）熔和在一起，所构成具有金属特性的物质。 D合金的铸造性能：是指合金在铸造过程中获得尺寸精确、结构完整的铸件的能力，流动性和收缩性是合金的主要铸造工艺特性。 二.掌握合金的充型能力及影响合金充型能力的因素。 A合金的充型能力：液态合金充满铸型，获得轮廓清晰、形状准确的铸件的能力。 B影响合金充型能力的因素： （1）铸型填充条件 a. 铸型材料； b. 铸型温度； c. 铸型中的气体 （2）浇注条件 a. 浇注温度（T） T 越高（有界限），充型能力越好。 b. 充型压力 流动方向上所受压力越大， 充型能力越好。 （3）铸件结构
结构越复杂，充型越困难。 三.掌握合金收缩经历的三个阶段及其铸造缺陷的产生。 A合金的收缩：合金从浇注、凝固、冷却到室温，体积 和尺寸缩小的现象。 B合金收缩的三个阶段： （1）液态收缩 合金从 T浇注→ T凝固开始 间的收缩。 （2）凝固收缩 合金从 T凝固开始→T凝固终止 间的收缩。 液态收缩和凝固收缩是形成铸件缩孔和缩松缺陷的基本原因。 （3）固态收缩（易产生铸造应力、变形、裂纹等。） 合金从 T凝固终止→T室 间的收缩。 四.了解形成铸造缺陷（缩孔，缩松）的主要原因及其防止措施。 A产生缩孔和缩松的主要原因：液态收缩 和 凝固收缩 导致。 B缩孔形成原因：收缩得不到及时补充； 缩松形成原因：糊状凝固，被树枝晶体分隔区域难以实现补缩。 C缩孔与缩松的预防： （1）定向凝固，控制铸件的凝固顺序； （2）合理确定铸件的浇注工艺 五.掌握铸件产生变形和裂纹的根本原因。 铸件产生变形和裂纹的根本原因：铸造内应力（残余内应力） 六.掌握预防热应力的基本途径。 预防热应力的基本途径：缩小铸件各部分的温差，使其均匀冷却。借助于冷铁使铸件实现同时凝固。
第一章铸造 1.铸造：将液态金属在重力或外力作用下充填到型腔中，待其凝固冷却后，获得所需形状和尺寸的毛坯或零件的方法。 2.充型：溶化合金填充铸型的过程。 3.充型能力：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。 4.充型能力的影响因素： 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 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。 5.影响合金流动性的因素： （1）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。 （2）化学成份：纯金属和共晶成分的合金流动性最好； （3）杂质与含气量：杂质增加粘度，流动性下降；含气量少，流动性好。 6.金属的凝固方式： ①逐层凝固方式 ②体积凝固方式或称“糊状凝固方式”。 ③中间凝固方式 7.收缩：液态合金在凝固和冷却过程中，体积和尺寸减小的现象称为合金的收缩。 收缩能使铸件产生缩孔、缩松、裂纹、变形和内应力等缺陷。 8.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。液态收缩和凝固收缩是铸件产生缩孔、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。固态收缩是铸件产生内应力、裂纹和变形等缺陷的主要原因。 9.影响收缩的因素 （１）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。 （２）浇注温度：浇注温度愈高，过热度愈大，合金的液态收缩增加。 （３）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。 （4）铸型和型芯对铸件的收缩也产生机械阻力 10.缩孔及缩松：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。大而集中的孔洞称为缩孔，细小而分散的孔洞称为缩松。 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。 缩松大多分布在铸件中心轴线处、热节处、冒口根部、内浇口附近或缩孔下方。
华中科技大学博士研究生入学考试 《先进材料成形技术与理论》考试大纲 一、《先进材料成形技术及理论》课程概述 编号：MB11001 学时数：40 学分：2.5 教学方式：讲课30、研讨6、实验参观4 二、教学目的与要求： 材料的种类繁多，其加工方法各异，近年来随同科学技术的发展，新材料、材料加工新技术不断出现。本课程将概述材料的分类及其加工方法的选择；重点介绍液态金属精密成形、金属材料塑性精确成形及金属连接成形等研究与应用领域的新技术、新理论；阐述材料加工中的共性与一体化技术。本课程作为材料加工工程专业的学位课，将使研究生对材料加工的新技术与新理论有个全面的了解，引导研究生在大材料学科领域进行思考与分析，为从事材料加工工程技术的研究与发展奠定基础。 三、课程内容： 第一章材料的分类及其加工方法概述 1.1材料的分类及加工方法概述 1.2材料加工方法的选择（不同材料）及不同加工方法的精度比较（同一种材料） 1.3材料加工中的共性（与一体化）技术 1.4材料加工技术的发展趋势 第二章液态金属精密成形理论及应用 2.1 材料液态成形的范畴及概述 2.2 消失模精密铸造原理及应用(原理、关键技术、应用实例、缺陷与防治) 2.3 Corsworth Process新技术(精密砂型铸造：锆英（砂）树脂砂型、电磁浇注、热法旧砂再生) 2.4 半固态铸造成形原理与技术（流变铸造、触变成形、注射成形） 2.5 铝、镁合金的精确成形技术（金属型铸造、压铸、反重力精密铸造、精密熔模铸造等） 2.6 特殊凝固技术（快速凝固、定向凝固、振动凝固） 2.7 金属零件的数字化铸造（铸件三维造型、工艺模拟及优化、样品铸件快速铸造、工业化生产及 其设计） 2.8 高密度粘土砂紧实机理及其成形技术（高压造型、气冲造型、静压造型） 第三章金属材料塑性精密成形工艺及理论 3.1 金属塑性成形种类与概述 3.2金属材料的超塑性及超塑成形（概念、条件、成形工艺） 3.3 复杂零件精密模锻及复杂管件的精密成形（精密模锻、复杂管件成形） 3.4 板料精密成形（精密冲裁、液压胀形、其它板料精密成型） 3.5 板料数字化成形（点（锤）渐进成形、线渐进（快速）成形、无模（面、液压缸作顶模）成形）
材料成型工艺基础部分0 绪论 金属材料：metal material (MR) 高分子材料：high-molecular material 陶瓷材料：ceramic material 复合材料：composition material 成形工艺：formation technology 1 铸造 铸造工艺：casting technique 铸件：foundry goods （casting） 机器零件：machine part 毛坯：blank 力学性能：mechanical property 砂型铸造：sand casting process 型砂：foundry sand 1.1 铸件成形理论基础 合金：alloy 铸造性能：casting property 工艺性能：processing property 收缩性：constringency 偏析性：aliquation 氧化性：oxidizability
吸气性：inspiratory 铸件结构：casting structure 使用性能：service performance 浇不足：misrun 冷隔：cold shut 夹渣：cinder inclusion 粘砂：sand fusion 缺陷：flaw, defect, falling 流动性：flowing power 铸型：cast (foundry mold) 蓄热系数：thermal storage capacity 浇注：pouring 凝固：freezing 收缩性：constringency 逐层凝固：layer-by-layer freezing 糊状凝固：mushy freezing 结晶：crystal 缩孔：shrinkage void 缩松：shrinkage porosity 顺序凝固：progressive solidification 冷铁：iron chill 补缩：feeding
第一章铸造 1. 铸造：将液态金属在重力或外力作用下充填到型腔中，待其凝固冷却后，获得所需形状 和尺寸的毛坯或零件的方法。 2. 充型：溶化合金填充铸型的过程。 3. 充型能力：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。 4. 充型能力的影响因素： 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 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。 5. 影响合金流动性的因素： (1 )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。 (2 )化学成份：纯金属和共晶成分的合金流动性最好； (3)杂质与含气量：杂质增加粘度，流动性下降；含气量少，流动性好。 6. 金属的凝固方式： 1 2 3 7收缩 收缩 能使铸件产生 缩孔、缩松、裂纹、变形和内应力等缺陷。 8. 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。液态收缩和凝固收缩是铸件产生缩孔、 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。固态收缩是铸件产生内应力、裂纹和变形 等缺陷的主要原因。 9. 影响收缩的因素 (1) 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。 (2) 浇注温度：浇注温度愈高，过热度愈大，合金的液态收缩增加。 (3) 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。 (4) 铸型和型芯对铸件的收缩也产生机械阻力 10. 缩孔及缩松：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。大而集中的孔洞称为缩孔，细小而分散的孔洞称为缩松。 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。 缩松大多分布在铸件中心轴线处、热节处、冒口根部、内浇口附近或缩孔下方。 11?缩孔、缩松的防止方法： 课件版本： 冒口、冷铁和补贴的综合运用是消除缩孔、缩松的有效措施。 （1） 使缩松转化为缩孔的方法 ： ① 尽量选择凝固区域较窄的合金，使合金倾向于逐层凝固； ② 对凝固区域较宽的合金，可采用增大凝固的温度梯度办法。 逐层凝固方式 体积凝固方式或称“糊状凝固方式”。 中间凝固方式 :液态合金在凝固和冷却过程中，体积和尺寸减小的现象称为合金的收缩。
材料成型工艺基础（第三版）部分课后习题答案第一章 ⑵.合金流动性决定于那些因素？合金流动性不好对铸件品质有何影响？ 答：①合金的流动性是指合金本身在液态下的流动能力。决定于合金的化学成分、结晶特性、粘度、凝固温度范围、浇注温度、浇注压力、金属型导热能力。 ②合金流动性不好铸件易产生浇不到、冷隔等缺陷，也是引起铸件气孔、夹渣、縮孔缺陷的间接原因。 ⑷.何谓合金的收縮？影响合金收縮的因素有哪些？ 答：①合金在浇注、凝固直至冷却至室温的过程中体积和尺寸縮减的现象，称为收縮。 ②影响合金收縮的因素：化学成分、浇注温度、铸件结构和铸型条件。 ⑹.何谓同时凝固原则和定向凝固原则？试对下图所示铸件设计浇注系统和冒口及冷铁，使其实现定向凝固。 答：①同时凝固原则：将内浇道开在薄壁处，在远离浇道的厚壁处出放置冷铁，薄壁处因被高温金属液加热而凝固缓慢，厚壁出则因被冷铁激冷而凝固加快，从而达到同时凝固。 ②定向凝固原则：在铸件可能出现縮孔的厚大部位安放冒口，使铸件远离冒口的部位最先凝固，靠近冒口的部位后凝固，冒口本身最后凝固。 第二章 ⑴ .试从石墨的存在和影响分析灰铸铁的力学性能和其他性能特征。 答：石墨在灰铸铁中以片状形式存在，易引起应力集中。石墨数量越多，形态愈粗大、分布愈不均匀，对金属基体的割裂就愈严重。灰铸铁的抗拉强度低、塑性差，但有良好的吸震性、减摩性和低的缺口敏感性，且易于铸造和切削加工。石墨化不充分易产生白
口，铸铁硬、脆，难以切削加工；石墨化过分，则形成粗大的石墨，铸铁的力学性能降低。 ⑵.影响铸铁中石墨化过程的主要因素是什么？相同化学成分的铸铁件的力学性能是否 相同？ 答：①主要因素：化学成分和冷却速度。 ②铸铁件的化学成分相同时铸铁的壁厚不同，其组织和性能也不同。在厚壁处冷却速度较慢，铸件易获得铁素体基体和粗大的石墨片，力学性能较差；而在薄壁处，冷却速度较快，铸件易获得硬而脆的白口组织或麻口组织。 ⑸.什么是孕育铸铁？它与普通灰铸铁有何区别？如何获得孕育铸铁？ 答：①经孕育处理后的灰铸铁称为孕育铸铁。 ②孕育铸铁的强度、硬度显著提高，冷却速度对其组织和性能的影响小，因此铸件上厚大截面的性能较均匀；但铸铁塑性、韧性仍然很低。 ③原理：先熔炼出相当于白口或麻口组织的低碳、硅含量的高温铁液，然后向铁液中冲入少量细状或粉末状的孕育剂，孕育剂在铁液中形成大量弥散的石墨结晶核心，使石墨化骤然增强，从而得到细化晶粒珠光体和分布均匀的细片状石墨组织。 ⑻.为什么普通灰铸铁热处理效果不如球墨铸铁好？普通灰铸铁常用的热处理方法有哪 些？其目的是什么？ 答：①普通灰铸铁组织中粗大的石墨片对基体的破坏作用不能依靠热处理来消除或改进；而球墨铸铁的热处理可以改善其金属基体，以获得所需的组织和性能，故球墨铸铁性能好。 ②普通灰铸铁常用的热处理方法：时效处理，目的是消除内应力，防止加工后变形；软化退火，目的是消除白口、降低硬度、改善切削加工性能。
1.1 1.常用的力学性能判据各用什么符号表示？它们的物理含义各是什么？ 塑性，弹性，刚度，强度，硬度，韧性 1.2 金属的结晶：即液态金属凝固时原子占据晶格的规定位置形成晶体的过程。 细化晶粒的方法：生产中常采用加入形核剂、增大过冷度、动力学法等来细化晶粒，以改善金属材料性能。 合金的晶体结构比纯金属复杂，根据组成合金的组元相互之间作用方式不同，可以形成固溶体、金属化合物和机械混合物三种结构。 固溶强化：通过溶入某种溶质元素形成固溶体而使金属的强度、硬度升高的现象。1.3 铁碳合金的基本组织有铁素体、奥氏体、渗碳体、珠光体和莱氏体 1.4 钢的牌号和分类 影响铸铁石墨化的因素主要有化学成分和冷却速度 1.5 塑料即以高聚物为主要成分，并在加工为成品的某阶段可流动成形的材料。 热塑性塑料：即具有热塑性的材料，在塑料整个特征温度范围内，能反复加热软化和反复加热硬化，且在软化状态通过流动能反复模塑为制品。 热固性塑料：即具有热固性的塑料，加热或通过其他方法，能变成基本不溶、不熔的产物。 橡胶橡胶是可改性或已被改性为某种状态的弹性体。 1.6 复合材料：由两种或两种以上性质不同的材料复合而成的多相材料。 通常是其中某一组成物为基体，而另一组成物为增强体，用以提高强度和韧性等。 1.8工程材料的发展趋势 据预测，21世纪初期，金属材料在工程材料中仍将占主导地位，其中钢铁仍是产量最大、覆盖面最广的工程材料，但非金属材料和复合材料的发展会更加迅速。 今后材料发展的总趋势是：以高性能和可持续发展为目标的传统材料的改造及以高度集成化、微细化和复合化为特征的新一代材料的开发。 2.0材料的凝固理论 凝固：由液态转变为固态的过程。 结晶：结晶是指从原子不规则排列的液态转变为原子规则排列的晶体状态的过程。 粗糙界面：微观粗糙、宏观光滑； 将生长成为光滑的树枝； 大部分金属属于此类 光滑界面：微观光滑、宏观粗糙； 将生长成为有棱角的晶体； 非金属、类金属（Bi、Sb、Si）属于此类 偏析：金属凝固过程中发生化学成分不均匀的现象 宏观偏析通常指整个铸锭或铸件在大于晶粒尺度的大范围内产生的成分不均匀的现象2.1 铸件凝固组织：宏观上指的是铸态晶粒的形态、大小、取向和分布等情况，铸件的凝固
材料成型技术基础模拟试题 参考答案 一、填空题： 1、合金的液态收缩和凝固收缩是形成铸件缩孔和缩松的基本原因。 2、铸造车间中，常用的炼钢设备有电弧炉和感应炉。 3、按铸造应力产生的原因不同可分为热应力和机械应力。 4、铸件顺序凝固的目的是防止缩孔。 5、控制铸件凝固的原则有二个，即同时凝固和顺序凝固原则。 6、冲孔工艺中，周边为产品，冲下部分为废料。 7、板料冲裁包括冲孔和落料两种 分离工序。 8、纤维组织的出现会使材料的机械性能发 生各向异性，因此在设计制造零件 时， 应使零件所受剪应力与纤维方向垂 直，所受拉应力与纤维方向平行。 9、金属的锻造性常用塑性和变形抗力来综合衡量。 10、绘制自由锻件图的目的之一是计算坯料的质量和尺寸。 二、判断题： 1、铸型中含水分越多，越有利于改善合金的流动性。F 2、铸件在冷凝过程中产生体积和尺寸减小的现象称收缩。T 3、同一铸件中，上下部分化学成份不均的现象称为比重偏折。T 4、铸造生产中，模样形状就是零件的形状。F 5、模锻时，为了便于从模膛内取出锻件，锻件在垂直于分模面的表面应留有一定的斜度，这称为锻模斜度。T 6、板料拉深时，拉深系数m总是大于1。F 7、拔长工序中，锻造比y总是大于1。T 8、金属在室温或室温以下的塑性变形称为冷塑性变形。F 9、二氧化碳保护焊由于有CO2的作用，故适合焊有色金属和高合金钢。F 10、中碳钢的可焊性比低强度低合金钢的好。F 三、多选题： 1、合金充型能力的好坏常与下列因素有关 A, B, D, E A. 合金的成份 B. 合金的结晶特征 C. 型砂的退让性 D. 砂型的透气性 E. 铸型温度 ２、制坯模膛有A, B, D, E A. 拔长模膛 B. 滚压模膛 C. 预锻模膛 D. 成形模膛 E. 弯曲 模膛 F. 终锻模膛 ３、尺寸为φ500×2×1000的铸铁管，其生产方法是A, C A. 离心铸造 B. 卷后焊接 C. 砂型铸造 D. 锻造 四、单选题： 1、将模型沿最大截面处分开，造出的铸型 型腔一部分位于上箱，一部分位于下箱 的造型方法称 A. 挖砂造型 B. 整模造型 C. 分模造型 D. 刮板造型 2、灰口铸铁体积收缩率小的最主要原因是 由于 A. 析出石墨弥补体收缩 B. 其凝固 温度低 C. 砂型阻碍铸件收缩 D. 凝固温度区间小 ３、合金流动性与下列哪个因素无关 A. 合金的成份 B. 合金的结晶特征 C. 过热温度 D. 砂型的透气性或预