金属材料成型基础4

第五章 金属基复合材料成型技术
• 5.1概述 • 金属基复合材料制造技术是影响金属基复合 材料迅速发展和广泛应用的关键问题。金属基复 合材料的性能、应用、成本等在很大程度上取决 于其制造方法和工艺。然而，金属基复合材料的 制造相对其他基复合材料还是比较复杂和困难。 这是由于金属熔点较高，需要在高温下操作；同 时不少金属对增强体表面润湿性很差，甚至不润 湿，加上金属在高温下很活泼，易与多种增强体 发生反应。目前虽然已经研制出不少制造方法和 工艺，但仍存在一系列问题。所以开发有效的制 造方法一直是金属基复合材料研究中最重要的课 题之一。
PVD法纤维/基体复合丝原理图
5.3.5共喷沉积技术
• 共喷沉积法是制造各种颗粒增强金属基复合材料 的有效方法，1969年由A．R．E．siager发明， 随后由Ospmy金属有限公司发展成工业生产规模 的制造技术，现可以用来制造铝、铜、镍、铁、 金属间化合物基复合材料。 • 共喷沉积工艺过程，包括基体金属熔化、液态金 属雾化、颗粒加入及与金属雾化流的混合、沉积 和凝固等工序。主要工艺参数有：熔融金属温度， 惰性气体压力、流量、速度，颗粒加入速度，沉 积底板温度等。这些参数都对复合材料的质量有 重要的影响。不同的金属基复合材料有各自的最 佳工艺参数组合，必须十分严格地加以控制。
压铸工艺中，影响金属基复合材料性能的工艺因素主要有四个： ①熔融金属的温度 ②模具预热温度 ③使用的最大压力 ④加压速度 在采用预制增强材料块时，为了获得无孔隙的复合材料，一般压力不低于 50MPa，加压速度以使预制件不变形为宜，一般为1~3cm/s。对于铝基复合材 料，熔融金属温度一般为700~800℃，预制件和模具预热温度一般可控制在 500~800℃，并可相互补偿，如前者高些，后者可以低些，反之亦然。采用压 铸法生产的铝基复合材料的零部件，其组织细化、无气孔，可以获得比一般金 属模铸件性能优良的压铸件。与其他金属基复合材料制备方法相比，压铸工艺 设备简单，成本低，材料的质量高且稳定，易于工业化生产。

材料成型及控制技术基础知识单选题100道及答案解析1. 材料成型过程中，以下哪种方法主要用于金属材料的成型？（）A. 铸造B. 注塑C. 吹塑D. 挤出答案：A解析：铸造是金属材料成型的主要方法之一。

2. 下列哪种铸造方法生产效率高、铸件精度高？（）A. 砂型铸造B. 金属型铸造C. 熔模铸造D. 压力铸造答案：D解析：压力铸造生产效率高、铸件精度高。

3. 锻造过程中，金属的变形程度主要取决于（）A. 锻造温度B. 锻造力C. 锻造速度D. 模具形状答案：B解析：锻造力决定了金属的变形程度。

4. 自由锻造适合生产（）A. 大型锻件B. 小型精密锻件C. 形状复杂的锻件D. 薄壁锻件答案：A解析：自由锻造适合生产大型锻件。

5. 以下哪种焊接方法适用于薄板焊接？（）A. 电弧焊B. 气保焊C. 点焊D. 氩弧焊答案：C解析：点焊适用于薄板焊接。

6. 焊接接头中，性能最好的区域是（）A. 焊缝区B. 热影响区C. 熔合区D. 母材区答案：D解析：母材区性能最好。

7. 塑料成型中，哪种方法常用于生产管材？（）A. 注塑B. 挤出C. 吹塑D. 压塑答案：B解析：挤出常用于生产管材。

8. 以下哪种材料成型方法不需要模具？（）A. 铸造B. 锻造C. 3D 打印D. 冲压答案：C解析：3D 打印不需要模具。

9. 冲压工艺中，冲裁件的尺寸精度主要取决于（）A. 模具精度B. 冲压设备C. 材料性能D. 操作人员技术答案：A解析：模具精度对冲裁件的尺寸精度起主要作用。

10. 粉末冶金的基本工序不包括（）A. 制粉B. 成型C. 烧结D. 熔炼答案：D解析：熔炼不是粉末冶金的基本工序。

11. 以下哪种成型方法常用于制造复杂形状的陶瓷制品？（）A. 注浆成型B. 干压成型C. 等静压成型D. 热压铸成型答案：A解析：注浆成型常用于制造复杂形状的陶瓷制品。

12. 金属的可锻性取决于（）A. 化学成分B. 金属组织C. 变形温度D. 以上都是答案：D解析：金属的可锻性取决于化学成分、金属组织和变形温度等。

金属材料成型原理复习题金属材料成型原理复习题一、选择题1. 金属材料成型是指将金属材料通过加工手段改变其形状和尺寸的工艺过程。

下列哪种加工方法不属于金属材料成型？A. 铸造B. 钣金加工C. 焊接D. 热处理2. 金属材料成型的基本原理是什么？A. 塑性变形B. 弹性变形C. 破裂变形D. 熔化变形3. 金属材料成型的塑性变形包括以下哪些形式？A. 挤压B. 拉伸C. 剪切D. 打击4. 下列哪种成型方法适用于大批量生产金属零件？A. 铸造B. 锻造C. 拉伸D. 剪切5. 金属材料成型中，冷加工与热加工的区别在于：A. 加工温度不同B. 加工速度不同C. 加工压力不同D. 加工方式不同二、判断题1. 金属材料成型的塑性变形是指在材料受到外力作用下，形状和尺寸发生永久性改变的过程。

( )2. 铸造是将熔化的金属注入模具中，经冷却凝固后得到所需形状的金属零件的工艺过程。

( )3. 锻造是指将金属材料加热至一定温度后，施加压力使其发生塑性变形，从而得到所需形状的金属零件的工艺过程。

( )4. 拉伸是指将金属材料受力方向上的截面积减小，长度增加的塑性变形过程。

( )5. 冷加工是指在室温下进行的金属材料成型过程，适用于加工硬度较高的材料。

( )三、简答题1. 请简要介绍金属材料成型的基本原理。

2. 什么是铸造？请简要描述铸造的基本工艺流程。

3. 什么是锻造？请简要描述锻造的基本工艺流程。

4. 什么是冷加工和热加工？它们之间有何区别？5. 请列举出金属材料成型中常用的几种加工方法，并简要描述其特点。

四、综合题某企业需要生产一批大型金属零件，要求零件的尺寸精度高、表面光洁度好。

请根据企业的要求，选择合适的金属材料成型方法，并简要说明选择的理由。

答案：一、选择题1. C2. A3. A、B、C4. A5. A二、判断题1. √2. √3. √4. ×5. √三、简答题1. 金属材料成型的基本原理是通过施加外力使金属材料发生塑性变形，改变其形状和尺寸。

二、微观长大方式
晶体长大微观上是液相原子向固相表面转移的过程。所以， 微观长大方式取决于液-固界面的结构，而液-固界面结构又由界 面热力学所决定。
1、液-固界面自由能
设液-固界面的固相表面上有N个原子位置，被n个固相原子 占据，占据分数为：x = n/N，未被占据的空位数为：N(1-x)。 空位的存在（形成）必然引起内能和结构熵的变化，表面吉布 斯自由能相应变化：
与液相接触的固相的小平面，是晶体 的密排面。这样才能使界面能最低。
3、晶体微观长大方式和长大速率
晶体长大也需要一定的过冷度。长大所需的界面过冷度称为 动态过冷度，用∆Tk表示。具有光滑界面的物质，其∆Tk约为 1~2℃。具有粗糙界面的物质，∆Tk仅为0.01~0.05℃。这说明， 不同结构类型的界面，具有不同的长大方式。
式中， Lm Z' SmZ'
Rm T Z R Z
熔化熵
Sm

Lm Tm
Z’/Z大致为0.5。
将上式与x的关系作图，对应
于不同的值，可作出一系列
曲线。固-液界面的形态总是力 图使其界面自由能最低，这样 的状态才最稳定。
由图可以得出如下的结论：
1) 当 2时，△Fs在x = 0.5处有一个最小值。这说明，界面
负温度梯度示意图
由于这样生长的结果很像树枝，所以被称为树枝状长大。晶 体以树枝状生长时，晶体树枝逐渐变粗，树枝间的液体最后全 部转变为固体，使每个枝晶成为一个晶粒。
长大方式：树枝状长大
树枝状长大的实物照片
【说明】树枝状长大不一定在负 温度梯度才能出现，有成分过冷 的条件下晶体同样可以树枝状长 大，而且后者更为普遍。
G1 =K1·∆T
光滑界面晶体——二维晶核长大，螺旋长大