材料成形技术基础-非金属材料

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。

《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。

第五节与液态成形相关的新工艺、新技术简介一、模具快速成形技术快速成形（Rapid Prototyping，简称RP）：利用材料堆积法制造实物产品的一项高新技术。

它能根据产品的三维模样数据，不借助其它工具设备，迅速而精确地制造出该产品，集中体现在计算机辅助设计、数控、激光加工、新材料开发等多学科、多技术的综合应用。

传统的零件制造过程往往需要车、钳、铣、刨、磨等多种机加工设备和各种工装、模具，成本高又费时间。

一个比较复杂的零件，其加工周期甚至以月计，很难适应低成本、高效率生产的要求。

快速成形技术是现代制造技术的一次重大变革。

（一）快速成形工艺快速成形技术就是利用三维CAD的数据，通过快速成形机，将一层层的材料堆积成实体原型。

迄今为止，国内、外已开发成功了10多种成熟的快速成形工艺，其中比较常用的有以下几种：1．纸层叠法—薄形材料选择性切割（LOM法）计算机控制的CO２激光束按三维实体模样每个截面轮廓对薄形材料（如底面涂胶的卷状纸、或正在研制的金属薄形材料等）进行切割，逐步得到各个轮廓，并将其粘结快速形成原型。

用此法可以制作铸造母模或用于“失纸精密铸造”。

2．激光立体制模法—液态光敏树脂选择性固化（SLA法）液槽盛满液态光敏树脂，它在计算机控制的激光束照射下会很快固化形成一层轮廓，新固化的一层牢固地粘结在前一层上，如此重复直至成形完毕，即快速形成原型。

激光立体制模法可以用来制作消失模，在熔模精密铸造中替代蜡模。

3．烧结法—粉末材料选择性激光烧结（SLS法）粉末材料可以是塑料、蜡、陶瓷、金属或它们复合物的粉体、覆膜砂等。

粉末材料薄薄地铺一层在工作台上，按截面轮廓的信息，CO2激光束扫过之处，粉末烧结成一定厚度的实体片层，逐层扫描烧结最终形成快速原型。

用此法可以直接制作精铸蜡模、实型铸造用消失模、用陶瓷制作铸造型壳和型芯、用覆膜砂制作铸型、以及铸造用母模等。

4．熔化沉积法—丝状材料选择性熔覆（FDM法）加热喷头在计算机的控制下，根据截面轮廓信息作X-Y平面运动和高度Ｚ方向的运动，塑料、石腊质等丝材由供丝机构送至喷头，在喷头中加热、熔化，然后选择性地涂覆在工作台上，快速冷却后形成一层截面轮廓，层层叠加最终成为快速原型。

材料成型专业概论笔记第一章材料成型及控制工程专业是一个具有机械学科典型特征和浓厚材料学科色彩的宽口径专业，主要研究各种材料成形的工艺方法、质量控制以及材料成形的机械化和自动化，是集材料制备与成形及其过程自动化为一体的综合性学科。

1、材料成形的主要技术内容包括哪些方面？（1）金属材料的塑性成形；（2）金属材料的液态成形；（3）金属材料的连接成形；（4）金属粉末成形；（5）非金属材料成形； 2、举例说明材料成形在工业生产中的作用作为制造业的一项基础和主要的生产技术，材料成形技术在国民经济中占有十分重要的地位，并且在一定程度上代表着一个国家的工业技术发展水平。

采用铸造方法可以生产铸钢件、铸铁件及其各种铝、铜、镁、钛及锌等有色合金铸件；采用塑性成形方法，可生产各种金属（黑色金属和有色金属）及其合金的锻件和板料冲压件；采用连接方法生产独立的制件或产品虽然不如铸造和塑性成形方法的多，但据国外权威机构统计，在各类工业制品中半数以上都需要采用一种或多种连接技术才能制成。

3、简述材料成形工艺的主要特点（1）材料利用率高；（2）产品性能好；（3）产品尺寸规格一致；（4）生产率高；（5）一般制件产品尺寸精度比切削加工低、表面粗糙度值比切削加工高。

4、成形工艺一般可分为哪些类型？图5、材料成形技术的发展趋势是什么？三个综合，即过程综合、技术综合、学科综合。

第二章金属液态成形又称为铸造，是将固态金属加热到液态，熔炼合格后注入预先制备好铸模中，经冷却、凝固成形，获得具有一定形状和性能的毛坯、半成品乃至成品零件的一种材料热加工方法。

所铸造出的产品叫铸件。

1、何谓合金的铸造性能？铸造性能有哪些？合金在铸造生产过程中表现出来的工艺性能；铸造性能如流动性、收缩性、吸气性、偏析性等2、合金的流动性决定于合金的哪些固有性质？提高金属液态流动性的主要工艺措施有哪些？液态金属的流动性是金属的固有性质，主要取决于金属的结晶特性和物理性质。

制定工艺时要考虑流动性对铸模复杂程度的影响。

工程材料及成形技术基础一、工程材料的分类工程材料是指用于建筑、道路、桥梁、机械等工程领域的材料。

根据其性质和用途，可以分为以下几类：1. 金属材料：包括钢铁、铜、铝等，具有高强度和良好的可塑性。

2. 非金属材料：包括水泥、玻璃、陶瓷等，具有耐腐蚀性和耐高温性。

3. 复合材料：由两种或两种以上不同的材料组成，如玻璃钢等。

4. 塑料材料：包括聚乙烯、聚氯乙烯等，具有轻质和绝缘性能。

5. 纤维素材料：如木材、纸张等，具有良好的韧性和抗压能力。

二、工程材料的选用原则在选择工程材料时，需要考虑以下几个方面：1. 强度和刚度：根据使用环境和承受力量大小选择合适的强度和刚度。

2. 耐久性：考虑使用寿命长短以及环境因素对耐久性的影响。

3. 耐腐蚀性：根据使用环境选择具有良好耐腐蚀性的材料。

4. 经济性：在满足使用要求的前提下，尽可能选择成本低廉的材料。

5. 可加工性：考虑材料的可塑性和可加工性，以便进行成形和加工。

三、常用的成形技术1. 锻造：通过对金属材料进行高温加热和压制，使其产生塑性变形，从而得到所需形状和尺寸的零部件。

2. 拉伸：将金属材料拉伸至所需长度，并在拉伸过程中使其产生塑性变形，从而得到所需形状和尺寸的零部件。

3. 压力加工：将金属材料置于模具中，在施加压力的同时进行变形，从而得到所需形状和尺寸的零部件。

4. 焊接：通过将两个或多个金属材料相互连接，在连接处产生化学键或物理结合，从而得到所需结构和尺寸的零部件。

5. 铸造：通过将液态金属倒入模具中，在冷却凝固后得到所需形状和尺寸的零部件。

四、工程材料的应用1. 钢铁材料：广泛应用于建筑、桥梁、机械等领域，如钢结构、钢管等。

2. 水泥材料：主要用于建筑和道路建设，如混凝土、水泥砖等。

3. 陶瓷材料：主要用于制作陶器、瓷器等装饰品和工业领域中的耐腐蚀零部件。

4. 塑料材料：广泛应用于包装、电子设备外壳等领域。

5. 玻璃材料：主要用于建筑和装饰领域，如玻璃幕墙、玻璃门窗等。

名词解释一、二章(绪论+铸造成型)：1缩孔、缩松：液态金属在凝固的过程中，由于液态收缩和凝固收缩，因而在铸件最后凝固部位出现大而集中的孔洞，这种孔洞称为缩孔，细小而分散的孔洞称为缩松。

2顺序凝固：指采用各种措施保证铸件结构各部分，从远离冒口部分到冒口之间建立一个逐渐递增的温度梯度，实现由远离冒口的部分最先凝固再向冒口方向顺序凝固的凝固方式。

3同时凝固：由顺序凝固的定义可得。

4偏析：铸件凝固后截面上不同部位晶粒内部化学成分不均匀的现象称为偏析。

5:宏观偏析：其成分不均匀现象表现在较大尺寸范围，也称为区域偏析。

6微观偏析：指微小范围内的化学成分不均匀现象。

7流动性：液态金属自身的流动能力称为“流动性”。

8充型能力：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叫充型能力。

9正偏析：当溶质的分配系数K>1的合金进行凝固时，越是后来结晶的固相，溶质的浓度越低，这种成分偏析称之为正偏析。

10逆偏析：当溶质的分配系数K<1的合金进行凝固时，越是后来结晶的固相，溶质的浓度越高，这种成分偏析称之为逆偏析。

11：自由收缩：铸件在铸型中收缩仅受到金属表面与铸型表面的摩擦阻力时，为自由收缩。

12：受阻收缩：如果铸件在铸型中的收缩除了受到金属表面与铸型表面的摩擦阻力，还受到其他阻碍，则为受阻收缩。

13：析出性气孔：溶解于熔融金属中的气体在冷却和凝固的过程中，由于溶解度的下降而从合金中析出，当铸件表面已凝固，气泡来不及排除而保留在铸件中形成的气孔。

14：反应性气孔：浇入铸型的熔融金属与铸型材料、芯撑、冷铁或熔渣之间发生化学反应所产生的气体在、铸件中形成的孔洞，称为反应气孔。

15：侵入性气孔：浇注过程中熔融金属和铸型之间的热作用，使型砂和型芯中的挥发物挥发生成，以及型腔中原有的空气，在界面上超过临界值时，气体就会侵入金属液而不上浮逸出而形成的气孔。

三章（固态材料塑性成型）1金属塑性变形：是指在外力作用下，使金属材料产生预期的变形，以获得所需形状、尺寸和力学性能的毛坯或零件的加工方法。

材料成形技术基础知识点总结1.材料成形的基本原理：材料成形是通过施加外力使材料发生形状和/或尺寸改变的过程。

常见的成形方法包括压力成形、热成形、热力复合成形等。

不同的成形方法有不同的原理和适用范围，可以选择最适合的方法进行成形。

2.压力成形技术：压力成形是指通过施加压力使材料发生形状和/或尺寸改变的成形方法。

常见的压力成形技术包括锻造、压力铸造、挤压、拉伸、冲压等。

这些技术可以用于加工金属材料和非金属材料，具有高效率和高精度的特点。

3.热成形技术：热成形是指通过加热材料使其变软，然后进行形状和/或尺寸改变的成形方法。

常见的热成形技术包括热压缩、热拉伸、热挤压、热转锻等。

热成形可以用于加工高温材料和难塑料材料，可以提高材料的可塑性和改善成形效果。

4.热力复合成形技术：热力复合成形是指通过加热和施加压力使两个或多个材料发生结合的成形方法。

常见的热力复合成形技术包括焊接、热压焊、热胶合等。

这些技术可以用于加工复合材料，可以获得更强的接合强度和更好的接合效果。

5.材料成形工艺的设计：材料成形工艺的设计是指根据产品的要求和材料的性能选择合适的成形方法，并确定合理的工艺参数。

工艺参数包括温度、压力、速度等，对成形效果和产品质量具有重要影响。

工艺设计需要考虑材料的可塑性、成形难度、成形精度等因素，可以通过实验和数值模拟来优化设计。

6.材料成形工具的设计与制造：材料成形工具是实现成形过程的重要设备，需要根据产品的形状和尺寸设计相应的工具。

工具设计包括毛坯设计、凸模设计、模具结构设计等。

材料成形工具的制造需要精密的加工工艺和高质量的材料，可以采用数控加工、电火花等先进技术来提高工具的精度和寿命。

7.材料成形过程的监测与控制：材料成形过程需要对温度、压力、力量、速度等进行监测和控制，以确保成形效果和产品质量的稳定。

常用的监测和控制技术包括传感器、自动控制系统等。

这些技术可以实时监测成形过程的参数，并根据需求调整工艺参数，以达到最佳的成形效果。