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材料成型工艺MaterialFormingTechnology课程编号：07310060学分：6学时：90(其中：讲课学时：78实验学时：12上机学时：0)先修课程：材料成型原理、金属学及热处理、机械设计基础适用专业：材料成型及控制工程教材：《金属材料液态成型工艺》贾志宏编化学工业出版社2008年2月第1版《金属材料焊接工艺》雷玉成主编化学工业出版社，2006年8月第1版《冲压工艺与模具设计》牟林、胡建华主编.北京大学出版社2010年3月第2版开课学院：材料科学与工程学院一、课程的性质与任务：本课程是材料成型与控制工程专业的一门主要专业基础课。
本课程的任务是掌握金属液态成型工艺的方法、金属板料成形技术、焊接电弧及焊接方法等三大部分知识。
通过本课程的学习，了解常见的液态成型、板料成形、焊接工艺方法。
为学习有关专业课程、从事生产技术工作和管理工作打好热加工工艺知识基础；了解热加工的新工艺、新技术、新方法和发展趋势。
二、课程的基本内容及要求第一篇液态成型工艺绪论1基本内容金属液态成型工艺发展历史，液态成型工艺流程。
2教学要求了解铸造产业的发展概况；了解铸造生产的基本流程和工艺种类。
3重难点液态成型工艺的基本类型、流程及发展趋势。
第一章零件结构的铸造工艺性分析1基本内容(1)常用铸造方法的选择；(2)砂型铸造零件结构的工艺性分析；(3)特种铸造零件结构的工艺性分析。
2教学要求(1)了解各种铸造方法的特点；熟悉铸造方法选用的依据(2)掌握砂型铸造零件结构的工艺性分析方法；(3)熟悉特种铸造零件结构的工艺性分析方法。
3重难点铸造工艺性分析的方法和思路。
第二章砂型铸造工艺方案的确定1基本内容(1)工艺设计内容及流程；(2)砂型铸造工艺方案确定的基本原理；2教学要求(1)熟悉铸造工艺设计的依据、内容及流程；(2)掌握砂型铸造工艺方案制定的原理及方法。
3重难点(1)生产纲领、生产条件对工艺方案制定的影响；(2)分型面及浇注位置的确定。
《工程材料及成型工艺》练习题（复习资料）绪论1、材料分为金属、__________以及复合材料三大类。
其中金属包括纯金属和__________，纯金属又包括__________金属和有色金属；而非金属材料包括____________________、无机非金属材料。
2、常用的材料成形方法有__________成形、__________成形、__________成形和非金属成形。
第一章工程材料1.2 固体材料的性能1、应力应变图横坐标表示__________，纵坐标表示__________。
p、e、s、b点应力分别表示什么？2、书P80 第1题3、书P80第2题4、机械零件在正常工作情况下多数处于（）。
A．弹性变形状态B．塑性变形状态C．刚性状态D．弹塑性状态5、在设计拖拉机气缸盖螺栓时主要应选用的强度指标是（）。
A．屈服强度B．抗拉强度C．伸长率D．断面收缩率6、用短试样做拉伸实验，根据公式，伸长率会更大，说明短试样塑性更好。
（）7、工程上希望屈强比sbσσ高一些，目的在于（）。
A．方便设计B．便于施工C．提高使用中的安全系数D．提高材料的有效利用率8、所有的金属材料均有明显的屈服现象。
（）9、下列力学性能指标中，常被作为机械设计和选材主要依据的力学性能指标是（）A．σb B．HBW C．δD．HRC10、在外力作用下，材料抵抗塑性变形和断裂的能力称为__________。
11、材料在外力去除后不能完全自动恢复而被保留下来的变形称__________。
12、金属材料抵抗硬物体压入的能力称为__________。
13、某仓库内1000根20钢和60钢热轧棒料被混在一起。
请问怎样用最简便的方法把这堆钢分开？14、常见的硬度表示方法有：__________硬度、__________硬度和维氏硬度。
15、当温度降到某一温度范围时，冲击韧性急剧下降，材料由韧性状态转变为脆性状态。
这种现象称为“__________”。
一、名词解释（每小题3分，共15分）1、固溶体2、退火3、同素异构转变4、铸造工艺图5、焊接性二、填空题（每空0.5分，共20分）1、钢的高温回火温度范围在_________________，回火后的组织为______________。
2、填出下列力学性能指标的符号：屈服强度________，洛氏硬度Ｃ标尺________，冲击韧性________。
3、常见金属的晶格类型有_______________ 、_______________、____________等。
α-Fe属于__________晶格，γ-Fe属于__________晶格。
4、钢的热处理是通过钢在固态下的_______、_______和_______的操作来改变其__________，从而改善钢的_________的一种工艺方法。
5、自由锻的基本工序有__________、__________、__________、__________、__________等。
6、在亚共析碳钢中，钢的力学性能随含碳量的增加其强度提高而______下降，这是由于平衡组织中_______增多而_______减少的缘故。
7、焊条焊芯的作用是________________和__________________。
8、金属的冷塑性变形会导致其__________提高，_________下降，这种现象称为加工硬化。
9、金属的可锻性就金属的本身来说主要取决于金属的___________和____________。
10、零件常用的毛坯类型包括_____________ 、_____________ 、_____________、_____________、_____________等。
11、铸件的收缩过程可以划分为____________、___________和___________三个阶段。
12、锻压是指锻造和_________的总称，锻造按成型方式分为___________和___________两类。
《工程材料及成型工艺》实验指导书二零一零年九月实验须知1. 实验前应仔细阅读实验指导书和有关教材，认真做好预习。
教师发现无充分准备者，可停止其进行实验。
2. 学生应准时进入实验室，在教师讲解实验内容之前不得擅自操作实验仪器等。
各项实验内容应有始有终独立完成。
3. 实验过程保持严肃、安静、整洁、遵守操作规程、注意安全、例行节约。
若发现故障，应立即报告教师酌情处理，不要擅自拆修。
4. 实验用的一切物品（如试样、图片、试剂和工具等）不准带出实验室。
5. 实验完毕将仪器物品收拾整齐，恢复原状并作好室内外卫生工作。
6. 每次实验后须完成书面实验报告，于下次实验前交给老师，实验报告成绩作为课程考核总评成绩的一部分。
7. 实验报告统一用报告纸撰写，字迹清楚。
8. 进入实验室应遵守实验室的一切规章制度。
实验一 硬度计的结构原理及使用方法一、实验目的1、了解布氏硬度计、洛氏硬度计及维氏硬度计的基本原理及其结构；2、熟悉并掌握洛氏硬度计的使用方法； 二、实验原理概述金属材料的硬度可以认为是金属材料表面在接触应力作用下抵抗塑性变形的一种能力。
硬度测量能够给出金属材料软硬程度的数量概念。
由于在金属表面以下不同深处材料所承受的应力和所发生的变形程度不同；因而硬度值可以综合地反映压痕附近局部体积内金属的弹性，微量塑变抗力，形变强化能力以及大量形变抗力。
由于硬度试验简单易行，又无损于零件，而且可以近似的推算出材料的其它机械性能，因此在生产和科研中应用广泛。
硬度试验方法很多，机械工业普遍采用压入法来测定硬度，压入法又分为布氏硬度、洛氏硬度、维氏硬度等。
(一)、布氏硬度1、基本原理及结构根据 GB231-84规定，布氏硬度试验法是用直径为D 的淬火钢球（或硬质合金球），以相应的试验力F 压入被测材料的表面，保持规定的时间后，卸掉试验力，用读数显微镜测出材料表面的压痕直径d 。
计算压痕单位面积上所受的力，即为被测金属的布氏硬度值HBS （或HBW ）。
材料成型设备一、填空题40分，共20小题，集中在二三四五章1、曲柄压力机的组成:工作机构、传动系统、操作机构、能源部分、支撑部分、辅助系统。
P102、曲柄压力机的辅助分类方式：P11按滑块数量分类：单动压力机、双动压力机-按压力机连杆数量分类：单点压力机、双点压力机和四点压力机（“点”数是指压力机工作机构中连杆的数目）3、曲柄压力机型号表示P124、曲柄滑块机构按曲柄形式，曲柄滑块机构主要有几种：曲轴式、偏心齿轮式P175、装模高度调节方式：调节连杆长度、调节滑块高度、调节工作台6、过载保护装置：压塌块式过载保护装置和液压式过载保护装置-两种P197、离合器可分为刚性离合器和摩擦式离合器-，制动器多为摩擦式、有盘式和带式-8、刚性离合器按结合零件可分为转键式，滑销式，滚柱式和牙嵌式9、飞轮的储存和释放能量的方式是转速的加快和减缓-10、曲柄压力机的主要技术参数：通常曲柄压力机设备越小，滑块行程次数越大。
装模高度是指滑块在下死点时滑块下表面到工作台点半上表面的距离。
最大装模高度是指当装模高度调节装置将滑块调节至最上位置时的装模高度值。
与装模高度并行的标准还有封闭高度。
封闭高度是指滑块处于下死点时，滑块下表面与压力机工作台上表面的距离，封闭高度与装模高度不同的是少一块工作台垫板厚度P4211、一般拉深压力机有两个滑块（称双动拉深压力机），外滑块用于压边，内滑块用于拉伸成型P5312、液压机的工作介质有两种，采用乳化液的一般叫水压机，采用油的一般叫油压机，油压机中使用做多的是机械油（标准称全损耗系统用油）P8513、液压机本体结构一般由机架部件，液压缸部件，运动部件及其导向装置所组成。
P8714、液压机立柱的预紧方式主要有加热预紧、液压预紧和超压预紧P9115、液压缸结构可以分为柱塞式，活塞式和差动柱塞式三种形式。
P9416、液压元件是组成液压系统的基本要素，由动力元件，执行元件，控制元件及辅助元件四部分组成。
机械工程材料习题解答(总13页)--本页仅作为文档封面，使用时请直接删除即可----内页可以根据需求调整合适字体及大小--例1：某工厂生产精密丝杠，尺寸为φ40×800mm，要求热处理后变形小，尺寸稳定，表面硬度为60～64HRC，用CrWMn钢制造;其工序如下：热轧钢棒下料→球化退火→粗加工→淬火、低温回火→精加工→时效→精磨。
试分析：1. 用CrWMn钢的原因。
2. 分析工艺安排能否达到要求，如何改进丝杠是机床重要的零件之一，应用于进给机构和调节移动机构，它的精度高低直接影响机床的加工精度、定位精度和测量精度，因此要求它具有高精度和高的稳定性、高的耐磨性。
在加工处理过程中，每一工序都不能产生大的应力和大的应变；为保证使用过程中的尺寸稳定，需尽可能消除工件的应力，尽可能减少残余奥氏体量。
丝杠受力不大，但转速很高，表面要求有高的硬度和耐磨性，洛氏硬度为60～64 HRC。
根据精密丝杠的上述要求，选用CrWMn钢较为合适。
其原因如下：（1）CrWMn钢是高碳合金工具钢，淬火处理后能获得高的硬度和耐磨性，可满足硬度和耐磨性的要求。
（2）CrWMn钢由于加入合金元素的作用，具有良好的热处理工艺性能，淬透性好，热处理变形小，有利于保证丝杠的精度。
目前，9Mn2V和CrWMn用得较多，但前者淬透性差些，适用于直径较小的精密丝杠。
对原工艺安排分析：原工艺路线中，由于在球化退火前没有安排正火；机加工后没有安排去应力退火；淬火、低温回火后没有安排冰冷处理等项原因，使得精密丝杠在加工过程中会产生很大的应力和变形，很难满足精密丝杠的技术要求。
所以原工艺路线应改为：下料→正火→球化退火→粗加工→去应力退火→淬火、低温回火→冷处理→低温回火→精加工→时效→半精磨→时效→精磨。
例2：有一载重汽车的变速箱齿轮，使用中受到一定的冲击，负载较重，齿表面要求耐磨，硬度为58～62HRC齿心部硬度为30～45HRC，其余力学性能要求为σb＞1000MPa，σOF≥600MPa，AK ＞48J。
1.奥氏体晶粒大小与哪些因素有关？为什么说奥氏体晶粒大小直接影响冷却后钢的组织和性能？奥氏体晶粒大小是影响使用性能的重要指标，主要有下列因素影响奥氏体晶粒大小。
（1）加热温度和保温时间。
加热温度越高，保温时间越长，奥氏体晶粒越粗大。
（2）加热速度。
加热速度越快，过热度越大，奥氏体的实际形成温度越高，形核率和长大速度的比值增大，则奥氏体的起始晶粒越细小，但快速加热时，保温时间不能过长，否则晶粒反而更加粗大。
（3）钢的化学成分。
在一定含碳量范围内，随着奥氏体中含碳量的增加，碳在奥氏体中的扩散速度及铁的自扩散速度增大，晶粒长大倾向增加，但当含碳量超过一定限度后，碳能以未溶碳化物的形式存在，阻碍奥氏体晶粒长大，使奥氏体晶粒长大倾向减小。
（4）钢的原始组织。
钢的原始组织越细，碳化物弥散速度越大，奥氏体的起始晶粒越细小，相同的加热条件下奥氏体晶粒越细小。
传统多晶金属材料的强度与晶粒尺寸的关系符合Hall-Petch关系，即σs=σ0+kd-1/2，其中σ0和k是细晶强化常数，σs是屈服强度，d是平均晶粒直径。
显然，晶粒尺寸与强度成反比关系，晶粒越细小，强度越高。
然而常温下金属材料的晶粒是和奥氏体晶粒度相关的，通俗地说常温下的晶粒度遗传了奥氏体晶粒度。
所以奥氏体晶粒度大小对钢冷却后的组织和性能有很大影响。
奥氏体晶粒度越细小，冷却后的组织转变产物的也越细小，其强度也越高，此外塑性，韧性也较好。
2．过冷奥氏体在不同的温度等温转变时，可得到哪些转变产物？试列表比较它们的组织和性能。
3.共析钢过冷奥氏体在不同温度的等温过程中，为什么550℃的孕育期最短，转变速度最快？因为过冷奥氏体的稳定性同时由两个因素控制：一个是旧与新相之间的自由能差ΔG；另一个是原子的扩散系数D。
等温温度越低，过冷度越大，自由能差ΔG也越大，则加快过冷奥氏体的转变速度；但原子扩散系数却随等温温度降低而减小，从而减慢过冷奥氏体的转变速度。
高温时，自由能差ΔG起主导作用；低温时，原子扩散系数起主导作用。
《机械工程材料及成型技术》授课计划一、课程目标本课程旨在使学生掌握机械工程材料的基本性质、分类和应用，以及各种成型技术的原理、工艺及特点，为后续机械设计、制造及维修等课程打下基础。
二、授课内容1. 机械工程材料概述（1）金属材料的分类及性能特点；（2）非金属材料的分类及性能特点；（3）工程材料的选用原则。
2. 金属材料及热处理（1）钢铁材料：碳钢、合金钢的种类、性能及用途；（2）有色金属：铝合金、铜合金的种类、性能及用途；（3）金属材料的热处理原理及工艺。
3. 非金属材料成型技术（1）塑料成型技术：注射成型、压缩成型、热成型等；（2）橡胶成型技术：模压成型、硫化成型等；（3）陶瓷成型技术：注浆成型、干压成型等。
4. 金属材料成型技术（1）铸造：砂型铸造、熔模铸造、金属型铸造等；（2）锻造：自由锻造、模锻等；（3）焊接：电弧焊、激光焊、钎焊等。
5. 成型技术应用案例分析（1）汽车车身制造中的材料及成型技术应用；（2）机械零件制造中的材料及成型技术应用。
三、教学方法与手段1. 理论讲授：通过PPT、视频等形式，详细讲解各种材料及成型技术的原理、工艺及特点；2. 实践操作：组织学生参观机械加工企业，了解实际生产中的材料及成型技术应用；3. 案例分析：通过实际案例，让学生了解各种材料及成型技术在工程中的应用及效果。
四、考核方式1. 平时成绩：出勤率、课堂表现等；2. 作业成绩：完成作业情况；3. 考试成绩：对所学内容进行测试，考察学生对所学知识的掌握程度。
五、课程安排本课程共40学时，分为理论讲授和实践操作两个部分。
具体安排如下：1. 第1-4学时：介绍课程目标及内容安排；2. 第5-35学时：讲授金属材料及热处理、非金属材料成型技术、金属材料成型技术等内容；3. 第3 ** 0学时：组织学生参观机械加工企业，并进行案例分析；4. 课后作业和实践操作安排另行通知。
第一章重点总结第一节了解即可，没有出过题。
第二节1.纯金属的液态结构（11页第三段）2.实际金属的液态结构（11页第四段第五行，从“因此，实际液态金属-----”到段末）3.名词解释温度起伏，结构起伏，能量起伏（11页三、四段中）4.13页第一段“X射线衍射-----”第三节5.影响液态金属粘度的因素（14页）（1）化学成分，难熔化合物的液体粘度较高，熔点低的共晶成分合金粘度低（2）温度，液体金属的粘度随温度的升高而降低。
（3）非金属夹杂物，非金属夹杂物使液态金属粘度增加6.粘度在材料成形过程中的意义1）对液态金属净化的影响（2）对液态合金流动阻力的影响（3）对凝固过程中对流的影响7.名词解释，表面张力（15页最下面一句“总之，一小部分---”）8.表面张力产生的原因，（16页第一段）9.影响表面张力的因素（见2005年A卷二大题1小题）第四节10.流变铸造及特点（21页第一段“即使固相体积分数达到---”至最后，及21页最后一段，22页第一段）11.半固态金属表观粘度的影响因素（21页2 3 4段）第二章重点总结1铸造概念（22页第一段第一句）第一节2.液态金属充型能力和流动性有何本质区别（见2006年A卷第2题）3.两种金属停止流动机理（1）纯金属和窄结晶温度范围合金的停止流动机理（22页最后一段）（2）款结晶温度范围合金停止流动机理（23页第二三段）4.影响充型能力的因素及促进措施（1）金属性质方面的因素1.合金成分2.结晶潜热3.金属比热容4液态金属粘度5表面张力（2）铸型性质方面的因素1铸型蓄热系数，蓄热系数越大，铸型的激冷能力就越强2.铸造温度（3）浇注条件方面因素1.浇注温度2充型压头3浇注系统结构（4）铸件结构方面因素1折算厚度2铸件复杂程度（每点后最好总结一句话）第二节5.金属凝固过程中的流动（第二节1、2段）第三节6.了解存在三种传热；对流传热，传导传热，辐射传热即可第四节7.了解存在三种计算凝固时间的方法1理论计算法2平方根定律3折算厚度法即可第三章重点第一节1为什么过冷是液态合金结晶的驱动力（见2006年A卷第1题）2. 何为热力学能障和动力学能障？凝固过程中是如何克服这两个能障的？（见2005年D卷第3题）第二节 3.形核条件(40页第一段)4.名词解释，匀质形核，非匀质形核（41页最上部）5，2007年B卷第1题6.记住公式3-17 7.2006年A卷第3题第三节8.晶体宏观长大方式晶体宏观长大方式取决于界面前方液体中的温度分布，即温度梯度（1）平面方式长大固-液界面前方液体中的温宿梯度大于0，液相温度高于界面温度，称为正温度梯度分布。
