第2章 金属材料成型基础

[材料成型工艺技术基础]韩建民版第二章答案

1.何谓塑性变形?单晶体、多晶体塑性变形的机理各是什么？

金属在外力的作用下，内部产生应力，该应力使原子偏离其原来的平衡位置，当应力超过金属材料的屈服极限，外力去除后，原子达到新的平衡状态，金属恢复不到原来的形状和尺寸，产生的永久变形。

单晶体: 晶体在切应力作用下，晶体的一部分与另一部分沿着一定的晶面彼此以刚性的整体相对滑移，滑移的距离为原子间距的整数倍。

多晶体：内部每个晶粒相互协调和配合，当外力达到一定值后晶界发生变形和破碎，其中既有晶内的滑移变形，也有晶间的滑动和转动。

2.何谓冷变形，何谓热变形，冷变形后金属的组织和性能会产生怎么样的变化，热变形后金属的组织和性能会产生怎么样的变化？

金属锻造在升温变形过程中，金属原子获得能量，将低温变形中出现的应力吸收，微结构中碎晶形核等生长，将变形晶粒全部消失，这个温度就是再结晶温度，此温度以下的就是冷变形，以上的就是热变形。冷变形后，晶粒在外力作用下倍扭曲拉长，随着变化逐渐成纤维状，有些晶粒破碎成碎晶，这种结构的晶格对进一步变形有阻碍作用，使金属的的强度和硬度升高，而塑性和韧性下降；热变形后，冷变形过程中出现的碎晶或杂志为核心形核并长大，直到全部冷变形晶粒消失为止，消除加工硬化，这个过程是再结晶不是相变，其晶粒均匀生长细化，塑性增加。

3.为什么规定锻造温度范围？碳钢合理的始锻温度和终锻温度应在铁碳合金状态图的什么位置？

锻造温度范围是指始锻温度和终锻温度之间的一段温度间隔。确定锻造温度的基本原则是，就能保证金属在锻造温度范围内具有较高的塑性和较小的变形抗力，并得到所要求的组织和性能。锻造温度范围应尽可能宽一些，加热温度太低，表面会开裂，或者内部裂纹，加热温度过高，导致钢坯过烧，无法成型产品。碳钢的锻造温度范围如图（铁-碳状态图）中的阴影线所示：钢的始锻温度主要受过热的限制，合金结构钢和合金工具钢的始锻温度主要受过热和过烧温度的限制。钢的过烧温度约比熔点低100～150℃，过热温度又比过烧温度低约50℃，所以钢的始锻温度一般应低于熔点（或低于状态图固相线AE温度）150～200℃。由于钢锭的过热倾向小，始锻温度比同钢种的锻坯和轧材高20~50℃。当采用高速精锻时由于热效应大，始锻温度可降低越100℃。

材料成型设备课程设计

一、课程目标

知识目标：

1. 让学生掌握材料成型设备的基本原理和分类，理解不同设备的工作特点和适用范围。

2. 使学生了解材料成型设备在工业生产中的应用，掌握其主要技术参数和性能指标。

3. 引导学生了解材料成型设备的发展趋势，掌握新技术、新工艺在现代设备中的应用。

技能目标：

1. 培养学生能够正确操作、调试和维护材料成型设备，提高实际动手能力。

2. 使学生具备分析材料成型设备故障原因的能力，并能提出合理的解决方案。

3. 培养学生运用所学知识进行设备选型、工艺参数优化和生产线设计的能力。

情感态度价值观目标：

1. 培养学生对材料成型设备学科的兴趣，激发学习热情，树立正确的专业观念。

2. 培养学生的团队协作精神，提高沟通与交流能力，为将来从事相关工作打下基础。

3. 引导学生关注材料成型设备在生产实践中的应用，培养创新意识，提高解决实际问题的能力。

本课程针对高年级学生，课程性质为专业核心课程。在教学过程中，需注重理论联系实际，充分调动学生的主观能动性。课程目标旨在使学生掌握材料成型设备的基本知识，培养实际操作和解决问题的能力，同时注重培养学生的专业素养和团队合作精神，为将来的职业生涯奠定坚实基础。

二、教学内容

1. 材料成型设备概述：介绍材料成型设备的基本概念、分类及其在工业生产中的应用。

- 教材章节：第一章

- 内容：设备分类、应用领域、发展趋势。

2. 塑料成型设备：讲解塑料成型设备的原理、结构及其操作与维护。

- 教材章节：第二章

- 内容：注射成型机、挤出成型机、吹塑成型机等。

3. 金属成型设备：分析金属成型设备的特点、应用及其工艺参数的优化。

- 教材章节：第三章

- 内容：冲压成型设备、锻造成型设备、焊接成型设备等。

4. 复合材料成型设备：探讨复合材料成型设备的原理、性能及其在生产中的应用。

- 教材章节：第四章

- 内容：热压成型设备、缠绕成型设备、真空吸塑成型设备等。

第二章 铸 造

一、思考题

1. 什么叫铸造?为什么铸造在机械生产中得到广泛应用?( 1)可生产形状复杂的零件2)适应性好3)成本低4)节省金属及切削加工工作量

2. 铸件机械性能为何较锻件低? 组织粗大，内部常存在缩孔、缩松、气孔、偏析等缺陷

3. 铸造工艺图包括哪些内容? 浇注位置、分型面、加工余量、拔模斜度、、不铸的孔、槽、型芯的结构个数、芯头结构、尺寸、浇冒口等

4. 典型的浇注系统由哪几部分组成?( •外浇口、直浇口、横浇口、内浇口、出气孔)

冒口的作用是什么?(补缩)

5. 何谓合金的流动性，（熔融金属本身的流动能力。）影响的因素有哪些?（.合金种类、化学成分、浇注温度）合金流动性不足时，铸件容易产生哪些缺陷? （冷隔、浇不足）

6. 何谓合金的收缩?（熔融金属在铸型中凝固和冷却过程中，其体积和尺寸减少的现象）影响收缩的因素有哪些?（1）化学成分2）浇注温度3）铸件结构4）铸型条件

7. 何谓铸造内应力，其分布规律如何?（厚臂处承受拉应力，薄臂处承受压应力）

8. 根据组织特征划分，常用的铸铁有几种?（白口铁，灰铁，球铁，可铁）各自性能特点如何?

9. 为什么说铸铁是脆性材料?（延伸率

10. 铸钢的铸造性能如何?（1.钢水流动性差2.收缩大、应力裂纹缩松缩孔倾向大3.熔点高 ）什么场合宜使用铸钢?（受力大且形状复杂的零件）

11. 生产铸铁件，（冲天炉）铸钢件（电弧炉感应电炉）和有色金属铸件（坩埚炉）所用的熔炉有哪些?

12. 名词解释

浇注位置 ：浇注时，铸件在铸型中所处的位置

分型面： 分开的铸型的接触面

二、判断题(正确的打√，错误的打×)

1. 当过热度相同时，亚共晶铸铁的流动性随含碳量的增多而提高。(√ )

2 选择浇注位置时，应使零件的重要工作面朝上。( × )

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第一章 金属液态成形

金属液态成形（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。

液态成形的优点：

（1）适应性广，工艺灵活性大（材料、大小、形状几乎不受限制）

（2）最适合形状复杂的箱体、机架、阀体、泵体、缸体等

（3）成本较低（铸件与最终零件的形状相似、尺寸相近）

主要问题：组织疏松、晶粒粗大，铸件内部常有缩孔、缩松、气孔等缺陷产生，导致铸件力学性能，特别是冲击性能较低。

分类：铸造从造型方法来分，可分为砂型铸造和特种铸造两大类。

其中砂型铸造工艺如图1-1所示。

图1-1 砂型铸造工艺流程图

第一节 金属液态成形工艺基础 一、熔融合金的流动性及充型

液态合金充满型腔是获得形状完整、轮廓清晰合格铸件的保证，铸件的很多缺陷都是在此阶段形成的。

（一）熔融合金的流动性

1. 流动性 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，称为液态合金的流动性。

流动性差：铸件易产生浇不到、冷隔、气孔和夹杂等缺陷。

流动性好：易于充满型腔，有利于气体和非金属夹杂物上浮和对铸件进行补缩。

螺旋形流动性试样衡量合金流动性，如图1-2所示。在常用铸造合金中，灰铸铁、硅黄铜的流动性最好，铸钢的流动性最差。常用合金的流动性数值见表1-1。

图1-2 螺旋型试样 表1-1 常用合金的流动性（砂型，试样截面8㎜×8㎜）

合金种类 铸型种类 浇注温度/℃ 螺旋线长度/㎜

铸铁 wC+Si=6.2%

wC+Si=5.9%

wC+Si=5.2%

wC+Si=4.2% 砂型

砂型

砂型

砂型 1300

1300

1300

1300 1800

1300

1000

600

铸钢 wC=0.4%

铝硅合金（硅铝明）