工程材料及成型基础知识点整理教材
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工程材料及其成型基础大纲一、概述1.工程材料及其成型的定义和概念2.工程材料的分类及应用领域3.工程材料的性能要求和测试方法二、金属材料1.金属材料的分类和特点2.金属的晶体结构和缺陷3.金属的力学性能及其测试方法4.金属材料的热处理和强化机制5.常见金属材料的应用和加工工艺三、非金属材料1.非金属材料的分类和特点2.非金属材料的结构和性能3.非金属材料的应用领域和特殊性能4.非金属材料的加工和成型工艺四、高分子材料1.高分子材料的分类和特点2.高分子材料的结构和性能3.高分子材料的加工和改性方法4.常见高分子材料的应用领域和加工工艺五、复合材料1.复合材料的概念和分类2.复合材料的结构和性能3.复合材料的增强机制和界面特性4.复合材料的制备和成型工艺5.常见复合材料的应用领域和加工方法六、成型工艺1.金属材料的成型方法和工艺流程2.非金属材料的成型方法和工艺流程3.高分子材料的成型方法和工艺流程4.复合材料的成型方法和工艺流程七、表面处理与涂装1.表面处理的目的和方法2.金属材料的表面处理工艺3.非金属材料的表面处理工艺4.涂装技术及其应用八、工程材料的环境损伤与防护1.工程材料在使用过程中的损伤类型和机理2.工程材料的防护措施和方法3.工程材料的可持续发展和环境保护九、新材料与材料设计1.新型工程材料的研究和应用现状2.材料设计的原则和方法3.材料设计与工程实践以上为工程材料及其成型基础大纲的主要内容,通过对材料基本概念、分类、性能和加工工艺的介绍,使学生能够掌握工程材料的选择、设计和加工方法,进而提高工程实践能力。
《资料成型》基础知识点1.简述锻造生产中改良合金充型能力的主要举措。
( 1)适合提升浇注温度。
( 2)保证适合的充型压力。
( 3)使用蓄热能力衰的造型资料。
如砂型。
( 4)预热铸型。
( 5)使铸型拥有优秀的透气性。
2.简述缩孔产生的原由及防备举措。
凝结温度区间小的合金充满型腔后,因为逐层凝结,铸件表层快速凝结成一硬壳层,而内部液体温度较高。
随温度降落,凝结层加厚,内部节余液体因为液态缩短和增补凝结层的凝结缩短,体积减小,液面降落,铸件内部产生缝隙,形成缩孔。
举措:( 1)使铸件实现“定向凝结”,按放冒口。
(2)合理使用冷铁。
3.简述缩松产生的原由及防备举措。
出此刻呈糊状凝结方式的合金中或断面较大的铸件中,被树枝状晶体分分开的液体区难以获取补缩所致。
举措:(1)、尽量采纳凝结地区小的合金或共晶合金。
(2)、增大铸件的冷却速度,使铸件以逐层凝结方式进行凝结。
(3)、加大结晶压力。
(不清楚)4.缩孔与缩松对铸件质量有何影响?为何缩孔比缩松较简单防备?缩孔和缩松使铸件的有效承载面积减少,且在孔洞部位易产生应力集中,使铸件力学性能降落;缩孔和缩松使铸件的气密性、物理性能和化学性能降落。
缩孔能够采纳次序凝结经过安置冒口,将缩孔转移到冒口之中,最后将冒口切除,就能够获取致密的铸件。
而铸件产生缩松时,因为发达的树枝晶充满了整个截面而使冒口的补缩通道受阻,所以即便采纳次序凝结安置冒口也很没法除去。
5.什么是定向凝结原则?什么是同时凝结原则?各需采纳什么举措来实现?上述两种凝结原则各合用于哪一种场合?定向凝结就是在铸件上可能出现缩孔的厚大部位安置冒口,使铸件上远离冒口的部位先凝结而后是凑近冒口的部位凝结,最后才是冒口自己的凝结。
同时凝结,就是采纳必需的工艺举措,使铸件各部分冷却速度尽量一致。
实现定向凝结的举措是:设置冒口;合理使用冷铁。
它宽泛应用于缩短大或壁厚差较大的易产生缩孔的铸件,如铸钢、高强度铸铁和可锻铸铁等。
第一章1、按照零件成形的过程中质量m 的变化,可分为哪三种原理?举例说明。
按照零件由原材料或毛坯制造成为零件的过程中质量m的变化,可分为三种原理△m<0(材料去除原理);△m=0(材料基本不变原理);△m>0(材料累加成型原理)。
2、顺铣和逆铣的定义及特点。
顺铣:铣刀对工件的作用力在进给方向上的分力与工件进给方向相同的铣削方式.逆铣;铣刀对工件的作用力在进给方向上的分力与工件进给方向相反的铣削方式。
顺铣时,每个刀的切削厚度都是有小到大逐渐变化的逆铣时,由于铣刀作用在工件上的水平切削力方向与工件进给运动方向相反,所以工作台丝杆与螺母能始终保持螺纹的一个侧面紧密贴合。
而顺铣时则不然,由于水平铣削力的方向与工件进给运动方向一致,当刀齿对工件的作用力较大时,由于工作台丝杆与螺母间间隙的存在,工作台会产生窜动,这样不仅破坏了切削过程的平稳性,影响工件的加工质量,而且严重时会损坏刀具。
逆铣时,由于刀齿与工件间的摩擦较大,因此已加工表面的冷硬现象较严重.顺铣时的平均切削厚度大,切削变形较小,与逆铣相比较功率消耗要少些。
3、镗削和车削有哪些不同?车削使用范围广,易于保证零件表面的位置精度,可用于有色金属的加工、切削平稳、成本低。
镗削是加工外形复杂的大型零件、加工范围广、可获得较高的精度和较低的表面粗糙度、效率低,能够保证孔及孔系的位置精度.4、特种加工在成形工艺方面与切削加工有什么不同?(1)加工时不受工件的强度和硬度等物理、机械性能的制约,故可加工超硬脆材料和精密微细零件。
(2)加工时主要用电能、化学能、声能、光能、热能等去除多余材料,而不是靠机械能切除多余材料。
(3)加工机理不同于切削加工,不产生宏观切屑,不产生强烈的弹塑性变形,故可获得很低的表面粗糙度,其残余应力、冷作硬化、热影响度等也远比一般金属切削加工小。
(4) 加工能量易于控制和转换,故加工范围广、适应性强。
(5)各种加工方法易复合形成新工艺方法,便于推广。
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。
工程材料与成形技术基础主要内容1、工程材料的分类工程材料一般可分为金属材料、高分子材料、陶瓷材料和复合材料等几大类。
2、金属材料的主要性能(1)力学性能是金属材料重要的使用性能,主要有:弹性、塑性、刚度、强度、硬度、冲击韧性、疲劳强度、断裂韧性等,要求掌握各种性能的定义。
(2) 常用的力学性能指标有:弹性极限(σe )、屈服强度(σs ,σ0.2 )、抗拉强度(σb )、延伸率(δ)、断面收缩率(φ)、冲击韧性(αk )、硬度(HB ,HRC ,HV )和疲劳强度(σ-1)等。
3、掌握金属材料的物理性能、化学性能和工艺性能的概念。
4、名词解释:(1)、合金(2)组元(3)固溶体(4)相图(5)金属化合物(6)结晶(7)晶体(8)晶格(9)晶面(10)晶胞(11)固溶强化(12)金属热处理(13)退火(14)正火(15)淬火(16)回火(17)调质处理5、铁碳合金的基本组织:铁素体、奥氏体、渗碳体、珠光体和莱氏体。
6、掌握铁碳合金相图中的特性点和特性线的含义,要求默画铁碳合金相图。
7、了解铁碳合金中典型合金的结晶过程分析。
8、掌握铁碳合金的成分、组织和性能的变化规律。
9、掌握金属热处理的定义及作用。
10、重点掌握常用的金属热处理工艺方法的定义、目的、特点及应用。
常用热处理工艺包括退火、正火、淬火、回火及表面热处理和表面化学热处理。
11、了解钢在加热和冷却时的转变过程。
12、掌握常用金属材料的分类。
重点掌握碳钢的分类(按质量、用途、含碳量)、铸铁的分类(两种分类法)和合金钢的分类。
13、掌握碳钢、铸铁、合金钢的编号方法、成分、性能和应用。
能正确选用螺栓、齿轮、轴、床身、箱体、弹簧、模具、刀具等典型零件的相关材料(名称和编号)。
14、了解机械零件选材的一般原则。
第二部分材料成形工艺基础一、铸造1、了解合金的铸造性能及相关影响因素。
2、了解常见铸件缺陷及产生的主要原因。
3、掌握砂型铸造的工艺过程及应用范围。
有时候,一件事情看来太容易了,那往往不是真的。
(0)绪论材料的分类及在机械工程技术中的应用、材料科学的发展、本课程的目的、任务和学习方法。
(一)金属材料的力学性能1、了解相关力学性能;2、理解强度、刚度、弹性、塑性、硬度、冲击韧性、疲劳强度的概念;3、理解σb、σs、σ0.2、HBS(W)、HRC、HRA、HV、δ、δ5、ψ、σ-1等的含义。
(二)金属及合金的晶体结构与结晶1、晶体与非晶体,及其特点;掌握晶格、晶胞、晶格常数、晶面和晶向。
2、掌握晶体的3种类型:体心、面心、密排六方;及其相关知识,如原子个数、致密度、属于此类型的金属。
3、理解单晶体与多晶体;掌握晶体缺陷的3种类型:点缺陷、线缺陷、面缺陷;并能举例;位错(密度)。
4、金属结晶、过冷(度)现象、晶粒大小、金属结晶过程(形核与长大)、晶粒大小、细化晶粒的方法、铸锭组织(3个晶区)、同素异晶转变。
5、合金、组元、组织、相的基本概念、合金的相结构、固溶体(概念、种类(置换与间隙固溶体、有限与无限固溶体)、固溶强化)、金属化合物(概念、特点)、机械混合物。
6、冷、热变形加工的划分标志;实例。
(三)铁碳合金相图1、纯铁的同素异构转变、二元合金相图基本知识、匀晶相图、共晶相图分析;合金的组成与组织。
2、铁碳合金的基本组织:铁素体、奥氏体、渗碳体、珠光体、莱氏体;铁碳合金的基本相:铁素体、奥氏体、渗碳体。
3、铁碳合金相图(默画)分析:共晶反应、共析反应、相图中点、线的含义,特别是重要的点、线;铁碳合金的分类及室温组织。
4、典型合金结晶过程:共析钢、亚共析钢、过共析钢的结晶过程;共晶白口铁、亚共晶白口铁、过共晶白口铁的结晶过程。
5、铁碳合金成分、组织和性能之间的关系,相图的应用。
6、钢的表面淬火:基本原理、应用。
7、钢的化学热处理:概念、渗碳、氮化。
(五)钢1、钢的分类(按用途、品质(S、P)、含碳量、合金元素分)2、常用元素和杂质对钢性能的影响:Si、Mn、S、P非金属类杂物的影响。
PPT填空题和简答题1一、填空题1、金属结晶包括形核与长大两个过程。
3、晶粒和晶粒之间的界面称为晶界。
4、在结晶过程中,细化晶粒的措施有提高冷却速度、变质处理、振动。
5、由于溶质原子的溶入,固溶体发生晶格畸变,变形抗力增大,使金属的强度、硬度升高的现象称为固溶强化。
6、常见的金属晶格类型体心立方、面心立方和密排立方。
7、在晶体缺陷中,点缺陷主要有空位、间隙原子、置换原子,线缺陷主要有刃型位错、螺型位错,面缺陷主要有晶界、亚晶界8、金属结晶时,实际结晶温度必须低于理论结晶温度,结晶过冷度主要受冷却速度影响。
9、当金属化合物呈细小颗粒均匀分布在固溶体基体上时,将使合金的强度、硬度及耐磨性明显提高,这一现象称为固溶强化。
10.再结晶退火的前提是冷变形+足够高的温度,它与重结晶的区别在于无晶体结构转变。
1.奥氏体的晶格类型是面心立方。
2.铁素体的晶格类型是体心立方。
11.亚共析钢的室温组织是F+P 。
1.钢的淬透性是指钢淬火时所能达到的最高硬度值。
23.渗碳钢渗碳后的热处理包括淬火和低温回火,以保证足够的硬度。
24.在光学显微镜下观察,上贝氏体显微组织特征是羽毛状,下贝氏体显微组织特征呈针状。
5.零件失效的基本类型为_表面损伤、过量变形、断裂。
2.线型无定型高聚物的三种力学状态为玻璃态、高弹态、粘流态。
1、一个钢制零件,带有复杂形状的内腔,该零件毛坯常用铸造方法生产。
2、金属的流动性主要决定于合金的成分3、流动性不好的铸件可能产生冷隔和浇不足缺陷。
4、铸造合金充型能力不良易造成冷隔和浇不足等缺陷,12.过共析钢的室温组织是P+Fe3C 。
13.共晶反应的产物是Ld1. 20钢齿轮、45钢小轴、T12钢锉的正火的目的分别是:提高硬度,满足切削加工的要求、作为最终热处理,满足小轴的使用要求、消除网状渗碳体。
2、在正火态的20钢、45钢、T8钢;、T13钢中,T8 钢的σb值最高。
3、在正火态的20钢、45钢、T8钢;、T13钢中,T13钢的HBS值最高。
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(铸件分量、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, 成份不均匀3、铸造的应用铸造毛胚主要用于受力较小,形状复杂(特别是腔内复杂)或者简单、分量较大的零件毛胚。
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份组成。
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、等轴晶或者混合组织等.(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 选择挨近共晶成份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份最先凝固,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。
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。
一、二元相图的建立合金的结晶过程比纯金属复杂,常用相图进行分析,相图是用来表示合金系中各金在缓冷条件下结晶过程的简明图解,又称状态图或平衡图。
合金系是指由两个或两个以上元素按不同比例配制的一系列不同成分的合金。
组元是指组成合金的最简单、最基本、能够独立存在的物质。
多数情况下组元是指组成合金的元素。
但对于既不发生分解、又不发生任何反应的合物也可看作组元,如Fe-C合金中的Fe3C。
相图由两条线构成,上面是液相线,下面是固相线。
相图被两条线分为三个相区,液相线以上为液相区L ,固相线以下为α固溶体区,两条线之间为两相共存的两相区(L+ α)。
(3) 枝晶偏析合金的结晶只有在缓慢冷却条件下才能得到成分均匀的固溶体.但实际冷速较快,结晶时固相中的原子来不及扩散,使先结晶出的枝晶轴含有较多的高熔点元素(如Cu-Ni合金中的Ni), 后结晶的枝晶间含有较多的低熔点元素,如Cu-Ni合金中的Cu)。
在一个枝晶范围内或一个晶粒范围内成分不均匀的现象称作枝晶偏析。
与冷速有关而且与液固相线的间距有关.冷速越大,液固相线间距越大,枝晶偏析越严重枝晶偏析会影响合金的力学、耐蚀、加工等性能。
生产上常将铸件加热到固相线以下100-200℃长时间保温,以使原子充分扩散、成分均匀,消除枝晶偏析,这种热处理工艺称作扩散退火.2、二元共晶相图当两组元在液态下完全互溶,在固态下有限互溶,并发生共晶反应时所构成的相图称作共晶相图。
以Pb-Sn 相图为例进行分析.(1) 相图分析①相:相图中有L、α、β三种相,α是溶质Sn在Pb中的固溶体,β是溶质Pb在Sn中的固溶体。
②相区:相图中有三个单相区:L、α、β;三个两相区:L+α、L+β、α+ β。
③液固相线:液相线AEB,固相线ACEDB。
A、B分别为Pb、Sn的熔点。
④固溶线: 溶解度点的连线称固溶线.相图中的CF、DG线分别为Sn在Pb中和Pb在Sn中的固溶线。
固溶体的溶解度随温度降低而下降。
工程材料与成形技术基础一、工程材料的定义和分类1.1 工程材料的定义工程材料是指在各种工程项目中使用的各种物质,包括金属、非金属、有机材料等。
1.2 工程材料的分类工程材料可以根据其组成、用途、特性等不同方面进行分类。
常见的工程材料分类包括: 1. 金属材料 2. 粘土材料 3. 混凝土材料 4. 高分子材料 5. 玻璃材料 6. 陶瓷材料 7. 复合材料二、工程材料的性能与选用2.1 力学性能工程材料的力学性能包括强度、刚度、韧性、硬度等指标,这些指标对于工程结构的安全性和可靠性至关重要。
2.2 耐久性工程材料的耐久性是指其在不同环境下长期使用的能力,包括耐热性、耐寒性、耐腐蚀性等。
2.3 加工性能工程材料的加工性能包括可塑性、可焊性、可锻性等指标,这些指标影响着工程材料的成形过程和成形性能。
三、工程材料的成形技术3.1 塑性成形技术塑性成形技术是指通过对工程材料的塑性变形来实现其形状的改变,常见的塑性成形技术包括挤压、拉伸、冲压、滚压等。
3.2 焊接技术焊接技术是将两个或多个工程材料通过加热或加压的方式连接在一起,常见的焊接技术包括电弧焊、气体焊、激光焊等。
3.3 铸造技术铸造技术是将熔化的工程材料倒入铸型中,通过凝固形成所需的形状,常见的铸造技术包括砂型铸造、压力铸造、熔模铸造等。
3.4 热处理技术热处理技术是通过对工程材料的加热或冷却处理来改变其组织和性能,常见的热处理技术包括淬火、回火、退火等。
四、工程材料与成形技术的应用4.1 汽车制造工程材料与成形技术在汽车制造中起着重要作用,如汽车车身的制造和焊接、发动机零件的铸造等。
4.2 建筑工程工程材料与成形技术在建筑工程中广泛应用,如混凝土构件的浇筑、钢结构的焊接、玻璃幕墙的制作等。
4.3 电子产品制造工程材料与成形技术在电子产品制造中也有重要应用,如电路板的制造和焊接、塑料外壳的注塑成形等。
4.4 航空航天工程材料与成形技术在航空航天领域扮演着重要角色,如航空发动机的制造、航天器的结构成形等。
工程材料及成型工艺基础
工程材料
1. 金属材料
金属材料是各种工程材料中使用最广泛的一类,其具有较高的强度和
韧性,良好的导电导热性能,以及良好的可加工性。
常见的金属材料
包括钢材、铝材、铜材和锌材等。
2. 非金属材料
非金属材料的应用范围也非常广泛,包括了塑料、陶瓷、橡胶、玻璃、复合材料等。
这类材料的主要特点是密度小,比强度高,电绝缘性能好,耐腐蚀能力强。
3. 复合材料
复合材料是由两种或两种以上的不同材料组合而成的材料,常见的包
括碳纤维复合材料、玻璃纤维复合材料等。
它具有较高的强度、韧性、耐腐蚀能力以及耐磨性,但价格较高。
成型工艺
1. 焊接
焊接是两个工件通过熔化,使两个工件之间形成稳定的结合方式。
常
见的焊接方法包括电弧焊、气体保护焊和激光焊等。
2. 铸造
铸造是将液态金属或合金注入到预制的模具中,冷却凝固形成所需形状的成型方法。
常见的铸造形式有砂型铸造、永久模铸造和压铸等。
3. 塑料加工
塑料加工是指将塑料在加热的状态下挤压、吹塑、注塑等方式在模具中成型。
常用的加工方法有挤出成型、挤压成型以及注塑成型等。
4. 机械加工
机械加工是指通过旋转或移动切削工具对工件进行切削、加工和成型的过程。
常见的机械加工方法包括车削、铣削和钻孔等。
5. 热处理
热处理是通过加热和冷却的方式改变金属材料的组织结构和性能,可以使金属材料具有更好的耐腐蚀性、韧性和强度。
常见的热处理方法包括淬火、退火和正火等。
《工程材料及成型技术基础》复习要点第一章(铁碳合金的)刚度、强度、塑性、硬度的基本测量方法、表示方法及影响因素。
选材的依据。
第二章常见金属的晶格类型;实际金属的晶体缺陷;什么叫结晶?合金的结晶过程(形核、长大);铁碳合金的两个典型反应:共晶、共析反应的表达式及意义;铁的同素异构体;铁碳合金固态常见的相及性能;常见铁碳合金的组织性能及代号;室温下钢的平衡组织组成及显微组织示意图;铁碳合金状态图的作用。
第三章结晶时细化晶粒的途径;C曲线图的作用;热处理的工艺组成(热处理过程)、热处理的目的、钢的“四把火”的定义及处理后的组织、性能(尤其是淬火及回火);共析钢三种等温转变产物及特性;淬透性概念及影响因素;淬硬性概念及影响因素;马氏体的特性及奥氏体向马氏体转变的特点;(注意三个图:P61图3-28、P67图3-42、P72图3-48)第四章钢的主要分类方法;钢中常存杂质有哪几种?对钢性能有什么影响?合金元素对钢的性能的影响。
掌握以下几类钢的编号、成分特点、性能特点、热处理特点、应用场合:碳素结构钢、优质碳素结构钢、碳素工具钢(含合金工具钢,主要是高速钢,尤其注意P119图4-9多次回火的目的)、合金调质钢、合金渗碳钢、合金弹簧钢、滚动轴承钢。
灰口铸铁种类及石墨形状、性能特点(另外注意灰铸铁及球墨铸铁的牌号表示法、热处理特点、应用场合)、铸铁与铸钢的性能的比较。
第六章铸造生产的特点及应用;铸造工艺性的概念,影响因素及如何影响。
铸造工艺性不好会出现哪些铸造缺陷?两种凝固原则的应用;,浇注系统的组成及作用;为什么要规定铸件的合理壁厚?铸件的结构工艺性要求;铸件与锻件的性能比较。
第七章锻造生产的特点及应用;锻造工艺性的概念,影响因素及如何影响。
自由锻的基本工序有哪些?锻造坯料加热时易出现哪些加热缺陷?自由锻锻件的结构工艺性要求。
你所学过的金属材料中,哪些适合锻造?哪些不适合锻造?会定性评价常见碳钢的锻造性。
第八章焊接生产的特点及应用;焊接电弧的形成过程;什么叫正接:什么叫反接?焊接冶金过程特点;焊接接头的组成;低碳钢焊接热影响区的组织及性能;焊接应力与变形的产生原因及预防、矫正方法;焊接变形的形式;焊条电弧焊的焊条组成及其作用、焊条酸碱性的概念及其特性;焊条电弧焊的特点;焊接(工艺)性的概念,影响因素及如何影响;会定性评价常见碳钢的焊接性。
PPT填空题和简答题1一、填空题1、金属结晶包括形核与长大两个过程。
3、晶粒和晶粒之间的界面称为晶界。
4、在结晶过程中,细化晶粒的措施有提高冷却速度、变质处理、振动。
5、由于溶质原子的溶入,固溶体发生晶格畸变,变形抗力增大,使金属的强度、硬度升高的现象称为固溶强化。
6、常见的金属晶格类型体心立方、面心立方和密排立方。
7、在晶体缺陷中,点缺陷主要有空位、间隙原子、置换原子,线缺陷主要有刃型位错、螺型位错,面缺陷主要有晶界、亚晶界8、金属结晶时,实际结晶温度必须低于理论结晶温度,结晶过冷度主要受冷却速度影响。
9、当金属化合物呈细小颗粒均匀分布在固溶体基体上时,将使合金的强度、硬度及耐磨性明显提高,这一现象称为固溶强化。
10.再结晶退火的前提是冷变形+足够高的温度,它与重结晶的区别在于无晶体结构转变。
1.奥氏体的晶格类型是面心立方。
2.铁素体的晶格类型是体心立方。
11.亚共析钢的室温组织是F+P 。
1.钢的淬透性是指钢淬火时所能达到的最高硬度值。
23.渗碳钢渗碳后的热处理包括淬火和低温回火,以保证足够的硬度。
24.在光学显微镜下观察,上贝氏体显微组织特征是羽毛状,下贝氏体显微组织特征呈针状。
5.零件失效的基本类型为_表面损伤、过量变形、断裂。
2.线型无定型高聚物的三种力学状态为玻璃态、高弹态、粘流态。
1、一个钢制零件,带有复杂形状的内腔,该零件毛坯常用铸造方法生产。
2、金属的流动性主要决定于合金的成分3、流动性不好的铸件可能产生冷隔和浇不足缺陷。
4、铸造合金充型能力不良易造成冷隔和浇不足等缺陷,12.过共析钢的室温组织是P+Fe3C 。
13.共晶反应的产物是Ld1. 20钢齿轮、45钢小轴、T12钢锉的正火的目的分别是:提高硬度,满足切削加工的要求、作为最终热处理,满足小轴的使用要求、消除网状渗碳体。
2、在正火态的20钢、45钢、T8钢;、T13钢中,T8 钢的σb值最高。
3、在正火态的20钢、45钢、T8钢;、T13钢中,T13钢的HBS值最高。
4、为使钢得到理想的耐磨性,应进行淬火加低温回火。
5、为使钢获得理想的弹性,应进行淬火加中温回火。
6、为保证钢的综合性能,淬火后应进行高温回火。
7.为改善低碳钢的切削性能,常采用的热处理为正火或退火。
8.为改善高碳钢的切削性能,常采用的热处理为退火。
9.轴类等重要零件的最终热处理常为调质。
10.冷冲模等常用的最终热处理为淬火加低温回火。
11.汽车变速齿轮等常用的最终热处理为渗碳、淬火加低温回火。
12.机床变速齿轮等常用的最终热处理为调质加表面淬火。
13.钢的常规热处理(四把火)是指退火、正火、淬火、回火。
14.影响奥氏体晶粒长大的因素有加热温度和碳含量。
15.马氏体是碳在α-Fe中的过饱和固溶体,其力学性能的主要特点是具有高的硬度强度。
21.钢的淬硬性是指钢在淬火时获得淬硬层深度的能力,5、缩松主要出现在最后凝固部位。
6、一般灰铸铁的碳当量处在共晶点附近,究其原因是流动性好,收缩小。
7、影响合金充型性的因素是成分和浇注条件。
8、定向凝固原则主要适用于液态收缩大的合金,其目的是防止缩孔。
9、同时凝固原则主要适用于固态收缩大的合金,其目的是减少残余应力。
10、铸铁中缩孔和缩松是在液态收缩和凝固收缩两个阶段形成。
11、防止铸件变形的方法有:设计时应使壁厚均匀,工艺上采用同时凝固原则。
12、粗大厚实的铸件冷却到室温时,铸件的表层呈压应力,心部呈拉应力。
2、浇注位置的选择,主要保证铸件的质量;而分型面的选择主要考虑简化操作。
3、铸件上质量要求高的面,在浇铸时应该尽量使其处于铸型的下面或侧面4、制定铸造工艺时,一般从保证质量发,确定浇铸位置;从简化操作出发确定分型面。
1、钢锭经适当锻造后,力学性能大为改善,这是由于锻造后使晶粒细化,且使组织致密。
2、实际晶体的点缺陷表现为空位和间隙原子。
3、金属塑性变形后强度增加,塑性下降的现象称为冷变形强化。
4、锻造前金属加热的目的是提高塑性、降低变形抗力。
5、锻造流线的存在,使得材料的力学性能具有方向性,因此设计和制造零件时,应使零件工作时最大的正应力方向与流线方向一致,最大剪应力方向与流线方向垂直。
6、合金材料的锻造性常采用材料的变形抗力(σs ) 和塑性两个指标来衡量。
7.锻造流线的明显程度与变形量有关,锻造流线使锻件的力学性能出现各向异性。
1、锻造高度小、截面积大的工件一般采用镦粗工序,而锻造长而截面积小的工件如轴时常采用拔长工序。
2.模膛根据其功能不同可分为制坯模膛和模锻模膛。
3.在绘制工件锻件图时,除了考虑锻件的余量以外,还要考虑锻件的公差及余块。
1、拉深时,为防止起皱及拉穿应控制压边力及拉深系数2、拉深时通常用拉伸系数控制变形程度,此值越小,变形程度越大。
3.冲孔工序中,凸模刃口尺寸取决于孔的尺寸,落料模凹模刃口尺寸取决于落料件的尺寸。
4.弯曲变形程度受最小内弯半径的限制,一般塑性好的材料最小内弯半径可以小些;变形方向与流线方向平行时,最小内弯半径可以小些。
5.拉深时通常用拉深系数来控制变形程度,此值越小,变形程度越大。
1、焊接接头中熔合区和过热区对焊接接头质量影响最大。
2、焊接电弧中阳极区产生的热量最多,而弧柱区温度最高。
3、消除焊接应力的有效方法是焊后进行去应力退火处理。
消除焊接热影响区粗晶的有效方法是焊后进行退火或正火。
4、在生产中减少焊接应力和变形的有效方法是焊前预热焊后缓冷(或去应力退火)5、评价钢焊接性常用碳当量公式估算,45钢、20钢及T8钢中以20钢焊接性最好。
6、估计碳钢焊接性的主要依据是碳当量。
另外,工件厚度也有一定的影响,厚度越大,焊接性越差。
7.按焊接过程特点,焊接方法可分为熔焊、压焊和钎焊三大类。
1、埋弧焊适于批量焊接、平直焊缝及大环形焊缝。
2.按焊条药皮性质可分为酸性焊条和碱性焊条。
3.CO2气体保护焊适用于碳钢和普通低合金钢焊接。
4.焊接碳钢和低合金结构钢时应选用结构钢焊条,焊接耐热钢和不锈钢等特殊性能钢时,为保证接头的特殊性能,应使焊缝和焊件具有相同或相近的成分。
二、简答题1.金属晶体的常见晶格有哪几种?体心立方、面心立方、密排立方2.固溶体有几种类型?铁素体属何种固溶体?固溶体:有间隙固溶体和置换固溶体两类,铁素体属于间隙固溶体。
3.什么是细晶强化?给出三种细化晶粒的措施。
通过细化晶粒来提高材料力学性能的方法称为细晶强化。
细化措施:1)变质处理;2)提高冷却速度3)振荡6.为什么过冷度越大,结晶后得到的金属晶粒越细小?过冷度越大,形核越迅速,晶粒越多,自然就越细小1.试用多晶体塑性变形的过程说明细晶强化的机理。
多晶体滑移阻力大,故强度比单晶体高,且晶粒越细,强度越高,硬度越大。
另一方面,因晶粒越细,变形被分散到更多的晶粒内进行,每个晶粒的变形也较均匀,所以塑性、韧性也较好。
2.在一定范围内,为什么冷变形度越大,再结晶后得到的金属晶粒越细小?过冷度对铸件晶粒大小影响是通过冷却速度实现的。
因为过冷度的大小与冷却速度密切相关,冷却速度越快,实际结晶温度就越低,过冷度就越大;反之冷却速度越慢,过冷度就越小,实际结晶温度就更接近理论结晶温度。
当冷却速度大时,铸件的晶粒较细;当冷却速度较慢时,铸件晶粒容易长大,表现为粗大的柱状晶。
由此可知,过冷度大,晶粒就细小;过冷度小,晶粒就粗大。
但是,过冷度过于大的话,有可能激冷来不及凝固成晶体,形成非晶体。
3.导线常用冷拔铜丝为材料,试分析冷拔的目的和冷拔后的处理。
冷拔的目的:冷变形强化;冷拔后的处理:去应力退火。
4.简述金属材料强化的基本机理?固溶强化:即形成固溶体而强化,也就是合金化。
细晶强化:晶粒细小,晶界增多,阻止位错滑移。
加工硬化:增加位错和亚结构细化。
弥散强化:第二相强化,成弥散分布。
沉淀硬化:析出第二相强化。
5.何谓冷变形强化?有何利弊?金属进行塑性变形时金属的强度和硬度升高而其塑性和韧性下降的现象称为冷变形强化。
利弊:材料的强度、硬度增加,但进一步变形困难。
1、纤维组织对材料的性能有何影响,举例说明在零件成形中如何利用这一特性。
纤维组织存在各向异性。
如齿轮毛坯的镦粗、轧制齿轮,重要轴类零件毛坯的拔长等。
2.室温下Fe-C合金中基本相有哪些?基本组织有哪些?基本相有:铁素体、渗碳体。
基本组织有:铁素体、渗碳体、珠光体、莱氏体。
3.根据铁碳合金相图分析说明制造汽车外壳多用低碳钢(C<0.2%),制造机器零件(如机床主轴)多用中碳钢,制造工具(如锉刀)多用高碳钢,而C>1.3%的铁碳合金工业上很少应用的原因低碳钢组织以F为主,塑性好。
中碳钢组织以P为主,终合性能好。
高碳钢组织为P+渗碳体,硬度高。
C>1.3%时,渗碳体成网严重,性能变变脆。
4. 为什么T12钢比T8钢硬度高,但强度低?T12组织中渗碳体含量比T8高,故硬度高;但渗碳体成网,强度低。
1. 现有形状相同的三块平衡态铁碳合金,分别为20,T12,HT200请设法将它们区分开。
首先敲击,声音低沉的是HT200,然后剩下两个对划,有划痕的是20。
1. 根据铁碳合金退火后室温下的显微组织,说明T8钢比40钢的强度、硬度高,但塑性、韧性差的原因。
T8钢组织为P,Fe3C比40钢多,且分布合理,σ、HB高,但δ、ak低2. 何谓调质处理?淬火后高温回火的热处理方法为调质处理3.简要说明钢为什么能通过热处理改变其性能?钢铁材料能够进行热处理的依据是纯铁具有同素异构现象4.试从工艺、组织形貌和性能等方面简述索氏体与回火索氏体有何不同?工艺:索氏体正火,回火索氏体调质。
组织形貌:索氏体中碳化物为片状,回火索氏体中碳化物为粒状。
性能:回火索氏体的塑性和韧性优于索氏体。
5.试从工艺、组织形貌和性能等方面简述托氏体与回火托氏体的区别。
工艺:托氏体风冷,回火托氏体调质淬火+中温回火。
组织形貌:托氏体中碳化物为片状,回火托氏体中碳化物为粒状。
性能:回火托氏体的塑性和韧性优于托氏体。
6.为什麽渗氮处理和表面淬火前应进行调质处理,而渗碳前不进行调质处理?渗氮处理和表面淬火后心部组织不变,而渗碳后心部组织发生了改变。
8.淬火的目的是什么?淬火方法有几种?淬火的目的是获得M或B下组织,从而获得较高的强度和硬度。
淬火方法有:单液淬火、双液淬火、分级淬火、等温淬火。
9.试述C%对钢C曲线的影响。
亚共析钢随C%增加,C曲线左移;过共析钢随C%增加,C曲线右移。
10.回火工艺的分类、目的、组织与应用。
回火工艺分为:低温回火、中温回火、高温回火。
目的:淬火+低温回火为获得高硬度和耐磨性,组织为M回+Cm+A残。
淬火+中温回火为获得高硬度弹性和韧性,组织为T回。
淬火+高温回火为获得良好的综合性能,组织为S回。
1、试述灰铸铁、可锻铸铁及球墨铸铁主要区别。
主要区别在石墨形貌,灰铸铁中石墨为片状、可锻铸铁中石墨为团絮状及球墨铸铁中石墨为球状。