材料成型技术基础复习重点

1.1 1.常用的力学性能判据各用什么符号表示？它们的物理含义各是什么？ 塑性，弹性，刚度，强度，硬度，韧性 1.2 金属的结晶：即液态金属凝固时原子占据晶格的规定位置形成晶体的过程。 细化晶粒的方法：生产中常采用加入形核剂、增大过冷度 、动力学法等来细化晶粒，以改善金属材料性能。 合金的晶体结构比纯金属复杂，根据组成合金的组元相互之间作用方式不同，可以形成固溶体、金属化合物和机械混合物三种结构。 固溶强化：通过溶入某种溶质元素形成固溶体而使金属的强度、硬度升高的现象。 1.3 铁碳合金的基本组织有铁素体、奥氏体、渗碳体、珠光体和莱氏体 1.4 钢的牌号和分类 影响铸铁石墨化的因素主要有化学成分和冷却速度 1.5 塑料即以高聚物为主要成分，并在加工为成品的某阶段可流动成形的材料。 热塑性塑料：即具有热塑性的材料，在塑料整个特征温度范围内，能反复加热软化和反复加热硬化，且在软化状态通过流动能反复模塑为制品。 热固性塑料： 即具有热固性的塑料，加热或通过其他方法，能变成基本不溶、不熔的产物。 橡胶 橡胶是可改性或已被改性为某种状态的弹性体。 1.6 复合材料：由两种或两种以上性质不同的材料复合而成的多相材料。 通常是其中某一组成物为基体，而另一组成物为增强体，用以提高强度和韧性等。 1.8工程材料的发展趋势 据预测，21世纪初期，金属材料在工程材料中仍将占主导地位，其中钢铁仍是产量最大、覆盖面最广的工程材料，但非金属材料和复合材料的发展会更加迅速。 今后材料发展的总趋势是：以高性能和可持续发展为目标的传统材料的改造及以高度集成化、微细化和复合化为特征的新一代材料的开发。 2.0材料的凝固理论 凝固：由液态转变为固态的过程。 结晶：结晶是指从原子不规则排列的液态转变为原子规则排列的晶体状态的过程。 粗糙界面：微观粗糙、宏观光滑； 将生长成为光滑的树枝； 大部分金属属于此类 光滑界面：微观光滑、宏观粗糙； 将生长成为有棱角的晶体； 非金属、类金属（Bi、Sb、Si）属于此类 偏析：金属凝固过程中发生化学成分不均匀的现象 宏观偏析通常指整个铸锭或铸件在大于晶粒尺度的大范围内产生的成分不均匀的现象 2.1 铸件凝固组织：宏观上指的是铸态晶粒的形态、大小、取向和分布等情况，铸件的凝固组织是由合金的成分和铸造条件决定的。 铸件的宏观组织一般包括三个晶区：表面的细晶粒区、柱状晶粒区和内部等轴晶区。 3.0 金属塑性成形 指利用外力使金属材料产生塑性变形，使其改变形状、尺寸和改善性能，从而获得各种产品的加工方法。 主要应用： （1）生产各种金属型材、板材、线材等； （2）生产承受较大负荷的零件，如曲轴、连杆、各种工具等。 3.1 金属塑性成形特点 （1）产品力学性能优于铸件和切削加工件； （2）材料利用率高，生产率高； （3）产品形状不能太复杂； （4）易实现机械化、自动化，模具投资较大。 塑性与柔软性的区别是什么？ 塑性反映材料产生永久变形的能力。 柔软性反映材料抵抗变形的能力。 影响塑性的内部因素 1．化学成分 （1）杂质 （2）合金元素对塑性的影响 2．组织结构 包括组元的晶格、晶粒的取向、晶界的特征等。 影响金属塑性的外部因素 1.变形温度 金属的塑性可能因为温度的升高明而得到改善。 2.变形速度 变形速度对塑性的影响比较复杂。当变形速度不大时，随变形速度的提高塑性是降低的；而当变形速度较大时，塑性随变形速度的提高反而变好。 3.变形程度 变形程度对塑性的影响，是同加工硬化及加工过程中伴随着塑性变形的发展而产生的裂纹倾向联系在一起的。 4.应力状态 5.变形状态 6.尺寸因素7.周围介质 提高金属塑性的主要途径 (1)控制化学成分、改善组织结构，提高材料的成分和组织的均匀性； (2)采用合适的变形温度—速度制度； (3)选用三向压应力较强的变形过程，减小变形的不均匀性，尽量造成均匀的变形状态； (4)避免加热和加工时周围介质的不良影响。 金属的加工硬化：即金属在低于再结晶温度加工时，由于塑性应变而产生的强度、硬度增加，塑性、韧性下降的现象。 回复： 即将冷成形后的金属加热至一定温度后，使原子恢复到平衡位置，晶内残余应力大大减小的现象。 T回 ＝（0.25～0.3）T熔 K 生产中常利用回复消除加工硬化后工件的残余内应力。 再结晶：即塑性变形后金属被拉长的晶粒重新生核、结晶，变为等轴晶粒的现象。 T再 ＝0.4 T熔K 冷成形：即坯料在回复温度以下进行的塑性成形过程，变形过程中会出现加工硬化。 热成形： 即金属在再结晶温度以上进行的塑性成形过程。 温成形：即金属在高于回复温度以上和低于再结晶温度范围内进行的塑性成形过程。

例1：已知铅的熔点为327℃，钨的熔点为3380℃。问：铅在20℃、钨在1000℃时变形各属哪种变形？为什么？ 解：T铅再 ＝ 0.4T 熔 ＝ 0.4（327+273） ＝ 240°K ＝ -33℃ < 20℃ 故铅在20℃属于热变形. T 钨再 ＝ 0.4 T熔 ＝ 0.4（3380+273） ＝1461°K ＝ 1188℃>1000℃ T 钨回 ＝（0.25－0.3）T熔 ＝ （913－1096）K ＝（640－823） ℃ < 1000℃ 故钨在1000℃属于温变形。 锻造比“y”：锻造时变形程度的一种表示方法，通常用变形前后的截面比、长度比或高度比来表示。 拔长时：y = A0 （前）/ A （后）= L / L0 镦粗时：y = A / A0 = H0 / H 一般：随y增大，金属力学性能提高； 结构钢钢锭的y通常为2－4 最小阻力定律 变形过程中，物体各质点将向着阻力最小的方向移动。即做最少的功，走最短的路。 最小周边法则 存在接触面摩擦时，物体各质点向周边流动的阻力与质点离周边的距离成正比，因而必然向周边最短法线流动，周边形状表现为最小的圆形。 均匀变形与不均匀变形 若变形区内金属各质点的应变状态相同，即它们相应的各个轴向上变形的发生情况，发展方向及应变量的大小都相同，这个体积的变形可视为均匀的。 不均匀变形实质上是由金属质点的不均匀流动引起的。因此，凡是影响金属塑性流动的因素，都会对不均匀变形产生影响。 均匀变形：变形区某体积内金属各质点的变形状态相同，就称为均匀变形，否则就叫不均匀变形。 均匀变形的特点：1.平面与直线2.圆与球体3.相似单元体 残余应力的来源： 不均匀变形 相变 热处理 铸造 电镀 机加工等 残余应力所引起的后果 引起物体尺寸和形状的变化 使零件的使用寿命缩短 降低了金属的塑性加工性能 降低金属的耐蚀性及冲击韧性和疲劳强度 减小或消除残余应力的措施 热处理方法 机械处理法 零件彼此碰撞 喷丸法 表面压平 表面拉制 在模子中表面校形或精压 3.2 锻造 锻造是在加压设备及工（模）具的作用下，使坯料、铸锭产生局部或全部的塑性变形，以获得具有一定几何尺寸、形状和质量的锻件的加工方法。 自由锻 把加热好的坯料放在自由锻造设备的平砧之间或简单的工具中进行锻造的方法称为自由锻。 （1）分类 1）手工锻造，生产小型锻件。 2）机器锻造，生产大、中、小型锻件。 （2）特点 ）金属坯料在水平方向可自由流动； 2）可使用多种锻压设备； 3）锻件力学性能好； 4）节约金属，减少切削加工工时； 5）锻件形状简单，精度低； 6）生产率较低，劳动强度较大。 主要用于形状简单的单件小批生产， 特别适于重型、大型锻件生产。 （4）自由锻的基本工序 1）辅助工序： 为方便基本工序的操作而预先进行局部小变形的工序。 如倒棱、压肩等。 2）精整工序： 修整锻件最终形状和尺寸、消除表面不平和歪斜的工序。如修整鼓形、校平、校直等。 3）基本工序： 锻造过程中直接改变坯料形状和尺寸的工序。如镦粗、拔长、冲孔、扩孔、弯曲、锻接等。 模锻 把加热好的坯料放在固定于模锻设备上的模具内进行锻造的方法称为模锻。 （1）模锻分类： 1）锤上模锻：在锻锤上进行； 2）胎模锻：在自由锻设备上使用可移动模具； 3）压力机上模锻：在压力机上对热态金属进行模锻。 （2）模锻特点 1）坯料整体塑性变形，三向受压； 2）锻件尺寸精确，加工余量小； 3）锻件形状可较复杂； 4）生产率较高； 5）锻模造价高，制造周期长； 适于小型锻件的成批大量生产。 如飞机、机车、军工、轴承等制造业中的 齿轮、轴、连杆等零件。 （3）模锻方法 1）锤上模锻： 即在锻锤上进行的模锻。 按所用设备和模具不同，可分为锤模锻和胎模锻。 2）锻造压力机模锻 其锻造工艺流程是： 备料－－加热－－模锻－－切边、冲孔－－热处理－－酸洗、清理－－校正。 组成模锻工艺的几种工序： 1）备料工序； 2）加热工序； 3）锻造工序：制坯和模锻（预锻和终锻）

冲压 是使板料经分离或成形而得到制件的工艺统称。 冲压特点1）冲压件轻、薄、刚度好； 2）生产率和材料利用率高； 3）成品形状可较复杂、尺寸精度高、表面质量好、质量稳定 ，一般无需切削加工； 4）大批量生产时，产品成本低。 冲压基本工序 ⑴冲裁：即利用冲模将板料以封闭或不封闭的轮廓线与坯料分离的冲压方法。 即用带刃口的冲模使板料分离。 ⑵弯曲：即将板料、型材或管材在弯矩的作用下弯成具有一定曲率和角度的制件的成形方法。 ⑶拉深：也称为拉延，是使板料成形为空心件而厚度基本不变的加工方法。 铸造方法 砂型铸造 将熔化的金属注入砂型，凝固后获得铸件的方法，也称一次型铸造。 特种铸造 除砂型铸造以外的铸造方法。如：熔模铸造、压力铸造、离心铸造等。 砂型铸造的特点: （1）生产周期短，产品成本低； （2）产品批量、大小不受限制； （3）劳动强度大，劳动条件较差； （4）铸件质量不稳定，易产生缺陷 按使用的工具不同，分为手工造型和机器造型。 （1）手工造型：指全部用手工或手动工具完 成的造型工序。 1）特点：操作灵活，适应性强，成本低，生产准备时间短，铸件质量差，劳动强度大，生产率低。 2）应用：单件、小批量生产， 各种大、小型铸件。 （2）机器造型 指用机器完成全部或至少完成紧砂操作的造型工序。 1）特点： ①提高了生产率，铸件尺寸精度较高； ②节约金属，降低成本； ③改善了劳动条件； ④设备投资较大。 2）应用：成批、大量生产各类铸件。 特种铸造： 是指与砂型铸造有显著区别的一些铸造方法。 例如：熔模铸造、金属型铸造、压力铸造、 离心铸造、低压铸造、陶瓷型铸造、