金属连接成形的基本原理

焊接的基本原理
焊接是将两个或多个金属或热可塑性材料通过加热和压力相结合，使它们具有永久连接的加工方法。

焊接操作基本原理如下：
1. 加热：焊接过程中需要提供足够的加热能量来使金属或热可塑性材料达到熔化点。

加热源可以是火焰、电弧、激光等，根据焊接方法的不同选择合适的加热源。

2. 熔化：通过加热，金属或热可塑性材料达到熔化点，形成熔融状态。

熔化时需要控制温度和加热时间，以保证金属或热可塑性材料的完全熔化。

3. 接合：在金属或热可塑性材料熔化的状态下，将需要连接的部件放置在接触面上。

通过施加适当的压力，使熔融材料充满并润湿接触面，确保接头的质量和强度。

4. 冷却：完成接合后，金属或热可塑性材料开始冷却，恢复到固态。

冷却速度对焊缝的质量也有影响，快速冷却容易产生脆性或应力集中现象，因此需要注意控制冷却速度。

基于以上基本原理，焊接可以分为多种方法，常见的包括电弧焊、等离子焊、激光焊、气焊、压力焊等。

每种焊接方法都有适用的材料和应用范围，选择合适的焊接方法是保证焊接质量的关键。

名词解释1、凝固：是物质由液相转变为固相的过程，是液态成形技术的核心问题，也是材料研究和新材料开发领域共同关注的问题。

2、均质形核：形核前液相金属或合金中无外来固相质点而从液相自身发生形核的过程，所以也称“自发形核” 。

非均质形核：依靠外来质点或型壁界面提供的衬底进行生核过程，亦称“异质形核”或“非自发形核”。

3、粗糙界面：界面固相一侧的点阵位置只有约50%被固相原子所占据，形成坑坑洼洼、凹凸不平的界面结构。

大多数金属界面属于这种结构。

光滑界面：界面固相一侧的点阵位置几乎全部为固相原子所占满，只留下少数空位或台阶，从而形成整体上平整光滑的界面结构。

非金属及化合物大多属于这种。

4、外生生长：晶体自型壁生核，然后由外向内单向延伸的生长方式。

内生生长：等轴枝晶在熔体内部自由生长的方式5、沉淀脱氧：是指溶解于液态金属中的脱氧剂直接和熔池中的[FeO]起作用，使其转化为不溶于液态金属的氧化物，并脱溶沉淀转入熔渣中的一种脱氧方式扩散脱氧：在熔池尾部，随着温度的下降，液态金属中过饱和的氧化铁会向熔渣中扩散6、裂纹：在应力与致脆因素的共同作用下，使材料的原子结合遭到破坏，在形成新界面时产生的缝隙裂纹热裂：是铸件处于高温状态时形成的裂纹类缺陷。

凝固裂纹（结晶裂纹）：金属凝固结晶末期，在固相线附近发生的晶间开裂现象冷裂纹：是指金属经焊接或铸造成形后冷却到较低温度时产生的裂纹7、塑性：材料受力破坏前可承受最大塑性变形的能力。

塑性指标：1、拉伸试验（断后伸长率和断面收缩率越大说明塑性越好）2、压缩试验3、扭转试验。

8、主平面：切应力为零的平面；主应力：主平面上的正应力：主方向：主平面的法线方向，亦即主应力的方向；主切应力平面：使切应力达到极大值的平面称为主切应力平面；主切应力：主切应力平面上所作用的切应力称为主切应力9、屈服准则（也称塑性条件或塑性方程）：质点进入塑性状态时，各应力分量之间满足的关系屈雷斯加（T resca)屈服准则（又称最大剪应力准则）：材料（质点）中的最大剪应力达到某一临界值时，材料发生屈服，该临界值取决于材料在变形条件下的性质，而与应力状态无关密塞斯（mises)屈服准则：当受力物体内质点应力偏张量的第2不变量I2 达到某一临界值时，材料发生屈服，该临界值取决于材料在变形条件下的性质，而与应力状态无关。

名词解释塑性成型：金属材料在一定的外力作用下，利用其塑性而使其成形并获得一定力学性能的加工方法加工硬化：略动态回复：在热塑性变形过程中发生的回复动态再结晶：在热塑性变形过程中发生的结晶超塑性变形：一定的化学成分、特定的显微组织及转变能力、特定的变形温度和变形速率等，则金属会表现出异乎寻常的高塑性状态塑性：金属在外力作用下，能稳定地发生永久变形而不破坏其完整性的能力。

屈服准则（塑性条件）：在一定的变形条件下，只有当各应力分量之间符合一定关系时，指点才开始进入塑性状态，这种关系成为屈服准则。

塑性指标：为衡量金属材料塑性的好坏，需要有一种数量上的指标。

晶粒度：表示金属材料晶粒大小的程度，由单位面积所包含晶粒个数来衡量，或晶粒平均直径大小。

填空1、塑性成形的特点（或大题？）1组织性能好（成形过程中，内部组织发生显著变化）2材料利用率高（金属成形是靠金属在塑性状态下的体积转移来实现的，不切削，废料少，流线合理）3尺寸精度高（可达到无切削或少切屑的要求）4生产效率高适于大批量生产失稳——压缩失稳和拉伸失稳按照成形特点分为1块料成形（一次加工、轧制、挤压、拉拔、二次加工、自由锻、模锻2板料成形多晶体塑性变形——晶内变形（滑移，孪生）和晶界变形超塑性的种类——细晶超塑性、相变超塑性冷塑性变形组织变化——1晶粒形状的变化2晶粒内产生亚结构3晶粒位向改变固溶强化、柯氏气团、吕德斯带（当金属变形量恰好处在屈服延伸范围时，金属表面会出现粗超不平、变形不均匀的痕迹，称为吕德斯带）金属的化学成分对钢的影响（C略、P冷脆、S热脆、N兰脆、H白点氢脆、O塑性下降热脆）；组织的影响——单相比多相塑性好、细晶比粗晶好、铸造组织由于有粗大的柱状晶粒和偏析、夹杂、气泡、疏松等缺陷、塑性降低。

摩擦分类——干摩擦、边界摩擦、流体摩擦摩擦机理——表面凹凸学说、分子吸附学说、粘着理论库伦摩擦条件T=up 常摩擦力条件t=mK塑性成形润滑——1、特种流体润滑法2、表面磷化-皂化处理3、表面镀软金属常见缺陷——毛细裂纹、结疤、折叠、非金属夹杂、碳化物偏析、异金属杂物、白点、缩口残余影响晶粒大小的主要因素——加热温度、变形程度、机械阻碍物常用润滑剂——液体润滑剂、固体润滑剂（干性固体润滑剂、软化型固体润滑剂）问答题1、提高金属塑性的基本途径1、提高材料成分和组织的均匀性2、合理选择变形温度和应变速率3、选择三向压缩性较强的变形方式4、减小变形的不均匀性2、塑性成形中的摩擦特点1、伴随有变形金属的塑性流动2、接触面上压强高3、实际接触面积大4、不断有新的摩擦面产生5、常在高温下产生摩擦3、塑性成形中对润滑剂的要求1、应有良好的耐压性能2、应有良好的耐热性能3、应有冷却模具的作用4、应无腐蚀作用5、应无毒6、应使用方便、清理方便4、防止产生裂纹的原则措施1、增加静水压力2、选择和控制适合的变形温度和变形速度3、采用中间退火，以便消除变形过程中产生的硬化、变形不均匀、残余应力等。

旋压机的工作原理
旋压机的工作原理是利用机械力和压力的作用将金属材料进行成形。

其基本工作原理如下：
1. 初始状态：在旋压机的工作台上放置待加工的金属材料。

工件应选择具有一定的可塑性和可变形性的金属材料，例如铝合金、钢等。

2. 夹紧工件：工件通过夹具或夹具系统夹紧，以固定在工作台上。

3. 旋转工具：旋压机配备有旋转的工具，如旋转模具或旋转滚轮。

这些工具在操作过程中会施加外力。

4. 施加力量：旋压机启动后，旋转工具开始施加力量到工件上。

压力可以通过液压系统、气压系统或机械传动等方式产生。

5. 成形过程：旋转工具在施加的力的作用下，以旋转或滚动的方式移动在工件表面上。

工具的接触点在金属材料上产生轨迹，使材料受到压力和摩擦力的作用，从而产生塑性变形。

6. 成品产生：随着旋转工具的移动和施加的力逐渐改变金属材料的形状。

通过控制工具的运动轨迹和施加的力的大小，可以实现不同形状的成品。

成品可以是圆柱形、锥形、球形、槽形等。

7. 处理后的工件：一旦成形完成，旋压机停止运动，工件可以
通过夹具松开并取出。

根据要求，工件可能需要进行后续加工或处理，如切割、研磨、清洗等。

以上是旋压机的基本工作原理。

根据实际需要和技术要求，旋压机的结构和工作过程可能有所不同，但基本的原理是相似的。

金属塑性成形原理金属塑性成形是一种重要的金属加工方法，它通过施加外力使金属发生变形，从而获得所需形状和尺寸的工件。

金属塑性成形原理是指金属在一定条件下，经过外力作用下，发生塑性变形的规律和原则。

金属塑性成形原理的研究对于提高金属成形工艺的质量和效率具有重要意义。

首先，金属塑性成形原理与金属的塑性变形特性密切相关。

金属的塑性变形是指金属在外力作用下，能够发生形状和尺寸的变化，而不断地保持新形状。

金属的塑性变形特性包括延展性和韧性，这些特性直接影响着金属在成形过程中的变形行为。

不同金属的塑性变形特性有所差异，因此在实际生产中需要根据金属的特性选择合适的成形工艺和工艺参数。

其次，金属塑性成形原理与成形工艺的选择和设计密切相关。

在金属塑性成形过程中，需要根据工件的形状和尺寸要求，选择合适的成形工艺。

不同的成形工艺包括锻造、压力成形、拉伸成形、挤压成形等，它们在金属塑性成形过程中起着不同的作用。

同时，成形工艺的设计也需要考虑金属的塑性变形特性和成形设备的性能，以确保成形过程顺利进行并获得高质量的工件。

另外，金属塑性成形原理与成形设备的选择和优化密切相关。

成形设备是实现金属塑性成形的关键工具，它包括各种类型的成形机床、模具和辅助设备。

在金属塑性成形过程中，需要根据工件的形状和尺寸要求，选择合适的成形设备。

同时，成形设备的性能和精度也会影响金属的成形质量和效率，因此需要对成形设备进行优化和改进。

最后，金属塑性成形原理还与成形工艺的控制和改进密切相关。

在金属塑性成形过程中，需要对成形工艺进行精确的控制，以确保工件的形状和尺寸满足要求。

同时，还需要通过改进成形工艺，提高成形质量和效率，降低成本和能耗。

因此，金属塑性成形原理的研究也包括成形工艺的控制和改进方法。

综上所述，金属塑性成形原理是金属塑性成形过程中的基本规律和原则，它涉及金属的塑性变形特性、成形工艺的选择和设计、成形设备的选择和优化、成形工艺的控制和改进等方面。

一、金属塑性成型特点：1.能改善金属的组织，提高金属力学性能2.提高材料的利用率3.塑性成型加工具有较高的生产率4.可获得精度较高的毛坯或零件。

二、金属塑性成型方法分类：1.锻造2.轧制3.挤压4.拉拔5.冲裁。

三、金属的塑性：金属材料在一定的外力作用下发生塑性变形而不破坏其完整性的能力。

四、塑性指标：断面收缩率、延伸率、冲击韧性、最大压缩率、扭转角、弯曲次数五、冷塑性变形机理：晶内变形：晶内变形主要为滑移和孪生。

其中滑移变形为主要；孪生为此要。

滑移：指晶体在力作用下，晶体一部分沿一定的晶面和晶向相对于晶体的另一部分发生相对滑移或切变。

这些晶面和晶向分别称为滑移面和滑移方向。

滑移系多的金属比滑移系少的金属变形协调好，塑性高。

例如面心立方金属比密排六方金属的属性好。

至于体心立方金属与面心立方金属，滑移方向的作用大于滑移面的作用，体心立方金属每个晶粒沿滑移面上的滑移方向只有两个，面心立方金属却为三个，因此面心立方金属的塑性变形能力更好。

孪生：（晶体在切应力作用下，晶体的一部分养着一定晶面（孪生面）和一定的晶向（孪生方向发生均匀切变成为孪生）体心立方：金在常温下大多数的属滑移的临界切应力小于孪生的临界切应力，所以滑移是优先于孪生。

在很低的温度下，孪生的临界切应力低于滑移的临界切应力，所以发生孪生。

面心立方晶：孪生的临界切应力比滑移大，只有在极低的温度或高速冲击载荷下才能发生。

再者当金属滑移变形剧烈进行并受到阻碍时，在高度应力集中处会产生孪生变形。

密排六方金属:由于滑移系少，滑移变形难以进行，所以靠孪生方式变形六、热塑性变形软化过程按性质分：动态回复动态再结晶静态回复、静态再结晶、亚动态再结晶七、动态回复如何实现：动态回复是通过位错的攀移、交滑移等来实现的。

八、热塑性变形机理：金属热塑性变形机理主要有：晶内滑移、晶内孪生、晶界滑移和扩散蠕变等。

一般地说，晶内滑移是最主要和最常见的；孪生多在高温高速时发生，但对于密排六方晶系金属，这种机理也起重要作用；晶界滑移和扩散蠕变只在高温变形时才发挥作用。

材料成型力学原理部分第十四章金属塑性变形的物理基础1、塑形成形：利用金属的塑性，使金属在外力作用下成形的一种加工方法，亦称金属塑性加工或金属压力加工。

2、金属塑性成形的优点：生产效率高、材料利用率高、组织性能亦改变、尺寸精度高。

3、塑性成形工艺：锻造、轧制、拉拔、挤压、冲裁、成型4、金属冷塑形变形的形式：1、晶内变形：滑移和孪生2、晶间变形：晶粒间发生相互滑动和转动5、加工硬化：在常温状态下，金属的流动应力随变形程度的增加而上升，为了使变形继续下去，就需要增加变形外力或变形功。

（指应变对时间的变化率）6、热塑性变形时金属组织和性能的变化1、改善晶粒组织2、锻合内部缺陷3、破碎并改善碳化物和非金属夹杂物在钢中的分布4、形成纤维组织5、改善偏析7、织构的理解：多晶体取向分布状态明显偏离随机分布的取向分布结构。

8、细化晶粒：1、晶粒越细小，利于变形方向的晶粒越多2、滑移从晶粒内发生止于晶界处，晶界越多变形抗力越大9、热塑性变形机理：晶内滑移、晶界滑移和扩散蠕变10、塑性：不可逆变形，表征金属的形变能力11、塑性指标：金属在破坏前产生的最大变形程度12、影响塑性的因素：1、化学成分和合金成分对金属塑性的影响2、组织状态对金属塑性的影响3、变形温度4、应变速率5、应力状态13、单位流动压力P：接触面上平均单位面积上的变形力14、碳和杂质元素的影响碳：其含量越高，塑性越差；磷：冷脆；硫：热脆性；氧：热脆性；氮：时效脆性、蓝脆、气孔；氢：氢脆、白点、气孔和冷裂纹等15、合金元素的影响：塑性降低硬度升高16、金属组织的影响（1）晶格类型（2）晶粒度（3）相组成(4)铸造组织17、变形温度对金属塑性的影响：对大多少金属而言，总的趋势是随着温度升高，塑性增加。

但是这种增加并不是线性的，在加热的某些温度区间，由于相态或晶界状态的变化而出现脆性区，使金属的塑性降低。

（蓝脆区和热脆区）18、变形抗力：指金属在发生塑性变形时，产生抵抗变形的能力一般用接触面上平均单位面积变形力来表示，又称单位面积上的流动压力19、质点的应力状态：变形体内某点任意截面上应力的大小和方向20、对变形抗力的影响因素：①化学成分：纯金属和合金②组织结构：组织状态、晶粒大小和相变③变形温度④变形程度：加工硬化⑤变形速度⑥应力状态21、金属的超塑性：细晶超塑性、相变超塑性第十五章应力分析1、研究塑性力学时的四个假设：①连续性假设：变形体不存在气孔等缺陷②匀质性假设:质点的组织、化学成分等相同③各向同性假设④体积不变假设2、质点：有质量但不存在体积或形状的点3、内力：在外力作用下，物体内各质点之间就会产生相互作用的力。

绪论一、焊接过程的物理本质1。

焊接：被焊工件的材质(同种或异种)，通过加热或加压或二者并用，并且用或不用填充材料，使工件的材质达到原子问的结合而形成永久性连接的工艺过程称为焊接。

物理本质：1)宏观：焊接接头破坏需要外加能量和焊接的的不可拆卸性（永久性)2)微观：焊接是在焊件之间实现原子间结合。

2。

怎样才能实现焊接,应有什么外界条件？从理论来讲，就是当两个被焊好的固体金属表面接近到相距原子平衡距离时，就可以在接触表面上进行扩散、再结晶等物理化学过程,从而形成金属键,达到焊接的目的。

然而，这只是理论上的条件,事实上即使是经过精细加工的表面,在微观上也会存在凹凸不平之处，更何况在一般金属的表面上还常常带有氮化膜、油污和水分等吸附层。

这样,就会阻碍金属表面的紧密接触。

为了克服阻碍金属表面紧密接触的各种因素，在焊接工艺上采取以下两种措施：1)对被焊接的材质施加压力目的是破坏接触表面的氧化膜,使结合处增加有效的接触面积，从而达到紧密接触.2）对被焊材料加热（局部或整体）对金属来讲，使结合处达到塑性或熔化状态，此时接触面的氧化膜迅速破坏,降低金属变形的阻力,加热也会增加原于的振动能，促进扩散、再结晶、化学反应和结晶过程的进行。

二、焊接热源的种类及其特征1）电弧热：利用气体介质放电过程所产生的热能作为焊接热源。

2) 化学热：利用可燃和助燃气体或铝、镁热剂进行化学反应时所产生的热能作为热源。

3) 电阻热:利用电流通过导体时产生的电阻热作为热源。

4) 高频感应热：对于有磁性的金属材料可利用高频感应所产生的二次电流作为热源，在局部集中加热，实现高速焊接.如高频焊管等。

5) 摩擦热：由机械摩擦而产生的热能作为热源。

6）等离子焰：电弧放电或高频放电产生高度电离的离子流，它本身携带大量的热能和动能，利用这种能量进行焊接.7）电子束：利用高压高速运动的电子在真空中猛烈轰击金属局部表面,使这种动能转化为热能作为热源。

8) 激光束：通过受激辐射而使放射增强的光即激光，经过聚焦产生能量高度集中的激光束作为热源。

弹性:材料的可恢复变形的能力。

塑性：在外力作用下使金属材料发生塑性变形而不破坏其完整性的能力。

塑性变形：材料在一定外力作用下，利用其塑性而使其成型并获得一定力学性能的加工方法。

塑性成形：金属材料在一定的外力作用下，利用其塑性而使其成形并获得一定力学性能的加工方法。

塑性成形的特点：组织性能好、材料利用率高、生产效率高、尺寸精度高、设备相对复杂。

冷态塑性变形的机理：晶内变形（滑移和孪生）和晶间变形（滑动和转动）滑移：晶体在力的作用下，晶体的一部分沿一定的晶面（滑移面）和晶向（滑移向）相对于晶体的另一部分发生相对移动或切变。

孪生：晶体在力的作用下，晶体的一部分沿一定的晶面（孪生面）和晶向（孪生向）发生均匀切边滑移面：滑移中，晶体沿着相对滑动的晶面。

滑移方向：滑移中，晶体沿着相对滑动的晶向。

塑性变形的特点：不同时性、不均匀性、相互协调性。

合金：合金是由两种或者两种以上的金属元素或者金属元素与非金属元素组成具有金属特性的物质。

合金分为固溶体（间隙固溶体、置换固溶体）和化合物（正常价、电子价、间隙化合物）固溶强化：以间隙或者置换的方式融入基体的金属所产生的强化。

弥散强化：若第二项是通过粉末冶金的方法加入而引起的强化。

时效强化：若第二项为力是通过对过饱和固溶体的时效处理而沉淀析出并产生强化。

冷态下的塑性变形对组织性能的影响：组织：晶粒形状发生变化，产生纤维组织晶粒内部产生亚晶结构晶粒位向改变：产生丝织构和板织构性能：产生加工硬化（随着塑性变形的程度的增加，金属的塑性韧性降低，强度硬度提高的现象）加工硬化的优点：变形均匀，减小局部变薄，增大成形极限缺点：塑性降低、变形抗力提高、变形困难。

热塑性变形的软化过程：动态回复、动态再结晶、静态回复、静态再结晶、亚动态再结晶金泰回复：从热力学角度，变形引起金属内能增加，而处于稳定的高自用能状态具有向变形前低自由能状态自发恢复的趋势静态再结晶：冷变形金属加热到更高温度后，在原来版型体中金属会重新形成无畸变的等轴晶直至完全取代金属的冷组织的过程。