材料成型工艺学-轧制原理与工艺基础

第一节 轧制变形基本原理1、金属的塑性变形与弹性变形1.1 影响金属热塑性变形的主要因素影响金属热塑性变形的因素，有金属本身内部因素和加热等外部条件。

1) 钢中存在碳及其他合金元素，使钢的高温组织，除有奥氏体外，还有其他过剩相。

这些过剩相降低钢的塑性。

钢中的杂质也是影响金属热塑性变形的内在因素，钢中的硫能使钢产生热脆。

2）影响热轧时塑性变形的外部条件有加热介质和加热工艺，对碳钢而言，当变形条件相同时，变形金属的化学成分及组织结构不同，温度对塑性的影响也不同，如图1-2-1。

图中I 、II 、III 、IV 表示塑性降低区域（凹谷）；1、2、3表示塑性增高区域（凸峰）。

I 区中钢的塑性很低；II 区（200-400℃）——“蓝脆”区中，钢的强度高而塑性低；III 区（850-950℃）——相变温度区又称“热脆”区，钢通常一个相塑性好，另一个相塑性较差；IV 区接近于钢的熔化温度，钢在该区加热时易发生过热或过烧，这时钢塑性最低。

所以，碳素钢热加工时的最有利的温度范围是1000-1250℃。

对合金钢而言，加热介质尤为重要。

镍含量达2-3%以上的合金钢，在含硫气氛中加热时，硫会扩散到金属中，并在晶界上形成低熔点的Ni 3S 2化合物，因而降低了金属的塑性。

含铜超过0.6%的钢，有时甚至是含铜0.2-0.3%的钢，如在强氧化气氛中较长时间的高温加热时，由于选择性氧化的结果，在钢的表面氧化铁皮下会富集一薄层熔点低于1100℃的富铜合金，这层合金在1100℃时熔化并侵蚀钢的表面层，使钢在热轧加工时开裂。

3）热轧温度选择不合适，也会给金属带来不良的影响。

当终轧温度过高时，往往会造成金属的晶粒粗大；若终轧温度过低时，又会造成晶粒沿加工方向伸长的组织，并有一定的加工硬化。

在这两种情况下，金属的性能都会变坏。

所以，合理控制金属的热轧温度范围，对获得所需要的金属组织和性能，具有重要意义。

1.2 金属的弹性变形金属晶格在受力时发生歪扭或拉长，当外力未超过原子之间的结合力时，去掉外力之后晶格便会由变形的状态恢复到原始状态，也就是说未超过金属本身弹性极限的变形叫金属的弹性变形。

1.咬入:依靠回转的轧辊和轧件之间的摩擦力,轧辊将轧件拖入轧辊之间的现象. 改善咬入条件的途径:①降低a: (1)增加轧辊直径D,(2)降低压下量实际生产:(1)小头进钢,(2)强迫咬入; ②提高:(1)改变轧件或轧辊的表面状态,以提高摩擦角;(2)清除炉生氧化铁皮;(3)合理的调节轧制速度,低速咬入,高速轧制.2.宽展：高向压缩下来的金属沿着横向移动引起的轧件宽度的变化成为宽展.3.宽展分类: ①自由宽展: 在横向变形过程中，除受接触摩擦影响外，不受任何其它任何阻碍和限制。

②限制宽展: 在横向变形过程中，除受接触摩擦影响外，还受到孔型侧壁的阻碍作用，破坏了自由流动条件，此时宽展称为限制宽展。

③强迫宽展: 在横向变形过程中，质点横向移动时，不仅不受任何阻碍，还受到强烈的推动作用，使轧件宽展产生附加增长，此时的宽展称为强迫宽展。

4.影响宽展的因素：实质因素：高向移动体积和变形区内轧件变形纵横阻力比；基本因素：变形区形状和轧辊形状。

工艺因素：①相对压下量：相对压下量越大，宽展越大。

②轧制道次：道次越多,宽展越小；单道次较大,宽展大，多道次较小,宽展小；③轧辊直径:轧辊直径增加,宽展增加;摩擦系数；④摩擦系数的增加，宽展增加(轧制温度、轧制速度、轧辊材质和表面状态，轧件的化学成分). ⑤轧件宽度的影响：假设变形区长度 l 一定:随轧件宽度增加,宽展先增加后逐渐减小，最后趋于不变。

5.前滑：轧件出口速度vh 大于轧辊在该处的线速度v，即vh＞v的现象称为前滑现象。

后滑：轧件进入轧辊的速度小于轧辊该处线速度的水平分量v的现象。

前滑值：轧件出口速度vh与对应点的轧辊圆周速度的线速度之差与轧辊圆周速度的线速度之比值称为前滑值。

后滑值：后滑值是指轧件入口断面轧件的速度与轧辊在该点处圆周速度的水平分量之差同轧辊圆周速度水平分量的比值。

6.影响前滑的因素: ①压下率:前滑随压下率的增加而增加;②轧件厚度:轧后轧件厚度h减小，前滑增加;③轧件宽度:轧件宽度小于40mm时，随宽度增加前滑亦增加；但轧件宽度大于40mm时，宽度再增加时，其前滑值则为一定值;④轧辊直径:前滑值随辊径增加而增加;⑤摩擦系数:摩擦系数f越大，其前滑值越大;⑥张力:前张力增加前滑，后张力减小前滑 .7.轧制生产工艺：由锭或坯轧制成符合技术要求的轧件的一系列加工工序组合。

材料成型加工与工艺学材料成型加工与工艺学是一门关注材料制造过程的学科。

它研究材料在成型过程中的变形、变化与性能，从而建立了一套完整的工艺技术和理论体系。

它不仅仅是对材料工程技术的应用和推广，更是材料工程学、机械工程学和控制工程学多个学科的交叉融合。

一、材料成型加工材料成型加工是指将材料通过加工工艺，按照一定的形状、尺寸、特性要求，制成具有一定形状、尺寸和性能的产品。

材料成型加工既包括传统的热加工、冷加工等机械加工过程，也包括现代的激光加工、等离子加工、电子束加工等非传统加工过程。

材料成型加工的目的是为了满足不同的工业、农业、军事需求，因此它广泛应用于各种机械制造、电子电器、汽车、航空航天、船舶、建筑装潢和纺织等行业。

在加工过程中，材料会发生形变和变形，因此材料科学与工艺学必须紧密结合，分析材料的力学性能及其在加工过程中的行为规律。

二、材料成型工艺学材料成型工艺学是材料工程中一个重要的分支科学。

它研究材料在成型加工过程中产生的形变、失稳、断裂等问题，明确从设计到加工的全过程，使得材料的性能可以得到最好的保持和发挥。

材料成型工艺学的主要任务是确定合理的成型工艺工序、过程参数和设备特性，合理地选择适当的材料，并设计合理的工艺方案。

在材料成型加工的各个环节中，都需要通过实验和数学模型来对加工过程进行分析，对材料状态、材料性能的变化和工艺参数之间的相互作用进行研究。

三、现代随着技术的不断发展，现代化的材料成型加工与工艺学得到了快速发展。

在传统材料制造领域，广泛采用CAD/CAM、MES、ERP等智能化控制技术来优化生产质量和生产效率。

此外，还出现了许多新型材料，比如纳米材料、光子晶体、量子点等材料，在这些材料的成型加工与工艺学的研究中展现出巨大潜力。

传统材料加工中，主要靠经验和传统工艺，而现代材料成型加工则以理论、新技术和新材料为基础，使加工经验和工艺得到完善和提升。

同时，也为研发新型高性能、高效能材料提供了理论与设备基础。

《轧制理论与⼯艺》习题集《轧制理论与⼯艺》习题集绪论⼀.概念题1)轧制2)轧制分类3)平辊轧制4)型辊轧制5)纵轧6)横轧7)斜轧⼆.填空题三.问答题1)轧制有哪些分类⽅法，如何分类?2)轧制在国民经济中的作⽤如何?3)现代轧制⼯艺技术的特点和发展趋势如何?四.计算题第⼀篇轧制理论第1章轧制过程基本概念⼀.概念题1)轧制过程2)简单轧制过程3)轧制变形区(07成型正考)4)⼏何变形区5)咬⼊⾓6)接触弧长度(09成型正考)7)变形区长度8)轧辊弹性压扁(08成型正考)9)轧件弹性压扁10)绝对变形量11)相对变形量12)变形系数13)均匀变形理论14)刚端理论15)不均匀变形理论16)变形区形状系数⼆.填空题三.问答题1)简述不均匀变性理论的主要内容。

2)简述沿轧件断⾯⾼度⽅向上速度的分布特点。

3)简述沿轧件断⾯⾼度⽅向上变形的分布特点。

4)简述变形区形状系数对轧件断⾯⾼度⽅向上速度与变形的影响。

5)简述沿轧件宽度⽅向上的⾦属的流动规律。

四.计算题1)咬⼊⾓计算2)接触弧长度计算3)在?650mm轧机上轧制钢坯尺⼨为100mm×100mm×200mm，第1道次轧制道次的压下量为35mm，轧件通过变形区的平均速度为3.0m/s时，试求：(12分) (07成型正考) (08成型正考)(1) 第1道次轧后的轧件尺⼨(忽略宽展)；(2) 第1道次的总轧制时间；(3) 轧件在变形区的停留时间；(4) 变形区的各基本参数。

4)在?750mm轧机上轧制钢坯尺⼨为120mm×120mm×250mm，第1道次轧制道次的压下量为35mm，轧件通过变形区的平均速度为3.5m/s时，试求：(12分) (09成型正考)(1) 第1道次轧后的轧件尺⼨(忽略宽展)；(2) 第1道次的总轧制时间；(3) 轧件在变形区的停留时间；(4) 变形区的各基本参数。

第2章实现轧制过程的条件⼀.概念题1)咬⼊2)⾃然咬⼊3)⾃然咬⼊条件(07成型正考)4)极限咬⼊条件(09成型正考)5)稳定轧制6)合⼒作⽤点系数7)稳定轧制条件(08成型正考)8)极限稳定轧制条件⼆.填空题三.问答题1)简述改善咬⼊条件的途径。

《材料成形技术基础》考试样题答题页（本卷共10页）三、填空（每空0.5分，共26分）1.( ) ( ) ( )2.( )3.( ) ( )4.( )5.( )( )6.( ) ( )7.( ) ( )8.( ) ( )9.( ) 10.( )11.( )12.( ) ( ) 13.( ) ( )14.( )15.( ) 16.( ) ( )17.( ) ( ) 18.( )19.( )20.( ) ( ) 21.( ) ( )22.( )23.( ) 24.( )25.( ) ( )26.( )( )27.( ) ( )28.( ) 29.( ) ( )30.( )31.( )( ) ( )32.( ) ( )四、综合题（20分）1、绘制图5的铸造工艺图（6分）修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）自由锻基本工序：3、请修改图7--图10的焊接结构，并写出修改原因。

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：焊缝集中修改原因：不便于操作图9钢管与圆钢的电阻对焊（2分）图10管子的钎焊（2分）修改原因：修改原因：《材料成形技术基础》考试样题（本卷共10页）注：答案一律写在答题页中规定位置上，写在其它处无效。

一、判断题（16分，每空0.5分。

正确的画“O”，错误的画“×”）1．过热度相同时，结晶温度范围大的合金比结晶温度范围小的合金流动性好。

这是因为在结晶时，结晶温度范围大的合金中，尚未结晶的液态合金还有一定的流动能力。

F2．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。

T3．HT100、HT150、HT200均为普通灰口铸铁，随着牌号的提高，C、Si含量增多，以减少片状石墨的数量，增加珠光体的数量。

4．缩孔和缩松都是铸件的缺陷，在生产中消除缩孔要比消除缩松容易。

轧制原理及工艺（二）复习板材部分第一章板、带钢生产工艺绪论板、带材生产工艺特点：1.板带材是用平辊轧出，改变产品规格简单容易，调整操作方便，易于实现全面计算机控制和自动化生产；2.带钢形状简单，可成卷生产，国民经济中用量大，必须能够实现高速连轧生产；3.由于宽厚比与表面积很大，故轧制压力较大，因此轧机设备复杂庞大，且对产品厚，宽尺寸精度和板形以及表面质量控制变得困难，复杂。

板、带材生产技术要求：1.尺寸精度要高。

尺寸精度主要是厚度精度。

2.板形要好。

板形要平坦，无波浪瓢曲。

3.表面质量要好。

表面不得有气泡，结疤，拉裂刮伤等缺陷。

4.性能要好。

主要包括力学性能，工艺性能，特殊物理化学性能。

板带材分类按材料种类：钢板钢带，铜板铜带，铝板铝带等按产品尺寸规格：厚板，薄板，极薄带材三类。

厚度4MM以上中厚板，（4-20MM为中板，20-60MM为厚板，60MM以上特厚板），4-0.2MM为薄板，0.2MM以下为极薄带材或箔材。

按用途分类：造船板锅炉板桥梁板压力容器板汽车板镀层板电工钢板屋面板深冲板复合板及特殊用途钢板等板带轧制技术的发展1围绕着降低金属变形阻力(内阻）的演变发展2围绕改变应力状态、降低外阻的演变发展3在减少和控制轧机变形方向的发展推动板、带材轧制方法与轧机型式演变的主要矛盾是什么?板带材轧制的特点是轧制压力极大，轧件变形难，而轧机变形及其影响有大，使这个问题成为推动板、带材轧制方法与轧机型式演变的主要矛盾。

第二章中厚板生产中厚板粗轧阶段有哪几种常用轧制方式?各有何特点?1.全纵轧法。

即钢板轧制的延伸方向与原料纵轴方向重合的轧制。

特点：产量高，钢锭头部的缺陷不至扩散到钢板的长度上，但钢板横向性能太低，钢板组织和性能严重各向异性，横向性能往往不合格。

2.综合轧法。

先横轧，将板坯展宽到所需宽度以后，转90度纵轧，直至完成。

（生产中厚板常用方法）。

特点：板坯宽度和钢板宽度配合灵活，可提高横向性能，减少钢板各向异性，适合以连铸坯为原料的钢板生产，但它使产量降低，易使钢板成桶形，增加切边损失，降低成材率。