材料热加工作业.docx

1、第一章 金属材料成形基本原理1.1 铸造成型基本原理 1.1.1 熔融金属的充型凝固过程1.液态金属的结构与性质#液态金属具有易流动性和无定形性，还有热膨胀性，粘滞性和表面张力等。#铸件的凝固方式 1.逐层凝固方式 2.模糊凝固方式 3.中间凝固方式1.1.2 金属的铸造性能#主要包括合金的流动性，收缩性，偏析性和吸气性等。#影响合金流动性的主要因素有：1.合金的种类 2.合金的化学成分 3.杂质含量#影响和金充型能力的因素：1.合金本身的流动性 2.浇注条件（1）浇注温度（2）充型压力 3.铸型条件（1）铸型的蓄热能力（2）铸型温度（3）铸型中的气体 4.铸件结构#液态合金收缩可分为三个阶段

2、 1.液态收缩 2.凝固收缩 3.固态收缩#影响和金收缩的因素 1.合金的化学成分 2.浇注温度 3.铸型条件1.1.3 铸件的组织与性能#铸件断面组织由三个晶区组成 1.表面细晶区 2.柱状晶区 3.中心等轴晶区#铸件的缩孔和缩松 P12#缩孔和缩松的防止 P13#为实现铸件的顺序凝固和良好补缩可采用以下工艺措施 1.合理确定内浇道位置及浇注工艺 2.合理使用冒口，冷铁等工艺措施#铸造应力的概念 P14#铸造应力是铸件产生变形和裂纹的基本原因#最常见的铸造应力有热应力和收缩应力#减小和消除铸造应力的方法 1.使铸件的凝固过程符合同时凝固原则 2.尽量选用线收缩率小，弹性模量小的合金 3.在设

3、计铸件时应尽量使铸件形状简单和对称，壁厚匀称 4.造型和造芯时注意增加铸型和型芯的退让性 5.对铸件进行时效处理#铸件的裂纹可分为热裂与冷裂#防止热裂和冷裂的主要措施 P171.2 塑性成形基本原理#单晶体的塑性变形有两种基本形式：滑移和孪生#金属塑性变形基本规律 1.体积不变定律 2.最小阻力定律#通常以金属的再结晶温度为界，将塑性成形加工分为冷变形加工和热变形加工#在再结晶温度一下进行的塑性变形加工称为冷变形加工#冷塑性变形后金属组织的特点 1.晶粒变形 2.位错密度增加和晶粒碎化 3.形变织构#冷塑性变形后金属力学性能的变化 1.各向异性 2.冷变形强化 3.产生残余内应力#再结晶的概念

4、 P23#热变形对金属组织和性能的影响 1.改善铸态金属的组织和性能 2.锻造流线的形成及锻造比#通常把变形温度介于回复温度和再结晶温度之间的塑性成形加工称为温变形加工#通常用金属的塑性和变形抗力这两个因素来衡量金属塑性加工的成型性能#影响金属塑性和变形抗力的因素 1.金属本身因素的影响（1）金属的化学成分（2）金属的结构组织 2.变形条件的影响（1）变形温度（2）变形速度（3）变形时的应力状态1.3 焊接成型基本原理#焊接是通过加热或加压，或两者并用，使分离的物体在被连接的表面间产生原子结合而连接成一体的成形方法。#焊接可分为 1.熔焊 2.压焊 3.钎焊#熔焊的冶金过程特点 1.焊接冶金温

5、度高，相界面大，化学反应激烈 2.焊接熔池体积小，且周围是冷金属，散热快，因此熔池冷却迅速#保证焊缝质量的措施 1.在焊接过程中对熔化金属进行有效的保护，使之与空气隔离 2.对焊接熔池进行脱氧，脱硫，脱磷处理，清楚进入熔池中的有害杂质3.对焊缝金属渗合金，以补偿合金元素的烧损#焊接接头的冶金缺陷 1.气孔 2.热裂纹 3.冷裂纹#热裂纹产生的根本原因是存在结晶液膜，必要条件是受到焊接拉应力作用#焊接冷裂纹的形成有三个基本要素 1.焊接接头存在淬硬组织，使接头性能发生脆化 2.焊接接头的含氢量较高，造成氢脆，并且氢通过扩散在某些焊接缺陷处聚集，形成局部高应力区而引发裂纹 3.焊接接头存在较大的焊

6、接应力的作用#焊接过程中焊件受到的不均匀局部加热和冷却是导致焊接应力和变形产生的根本原因#减小焊接应力的措施 1.焊前预热 2.加热减应区 3.选择合理的焊接顺序和方向4.锤击焊缝#控制和减小焊接变形的措施 1.反变形法 2.刚性固定法 3.强迫冷却法 4.采用合理的焊接顺序#消除焊接应力的方法 1.焊后热处理 2.机械拉伸法#矫正焊接变形的方法 1.机械矫正法 2.火焰矫正法#金属的焊接性是指金属材料在限定的施焊条件下，焊接成形并获得符合设计要求及满足使用要求的焊件的能力。它包括两个方面的含义：一是结合性能，二是使用性能#金属焊接性的影响因素 1.金属的化学成分 2.焊接工艺条件 3.焊接结

7、构 4.使用条件#金属焊接性的评定方法 1.直接实验法 2，简介评估法（1）碳当量法（2）冷裂纹敏感系数法第二章 铸造成形手工造型所用的造型工具和设备比较简单，生产准备时间比较短，操作灵活，可用于各种形状及尺寸的铸件。手工铸件的缺点是生产率低，人工劳动强度较大，铸件质量不够稳定等，主要用于单件，小批量生产。#熔模铸造的工艺过程 1.蜡模制造 2.制造型壳 3.熔去蜡模 4.焙烧 5.浇注熔模铸造的特点和应用 1.铸件的精度和表面质量高 2.可生产各类金属材料的铸件 3.可制造形状较复杂的铸件 4.生产批量不受限制 5.工艺过程较复杂，生产周期长，铸件成本较高。目前应用最多的是生产碳钢和合金钢铸

8、件#金属型铸造的特点和应用 P47#压力铸造的特点和应用 1.高压和高速充型 2.铸件的尺寸精度高表面质量好 3.压铸件中科嵌铸其他材料的零件 4.生产率高，劳动条件好。主要是用于大批量生产非铁合金的中小型铸件#离心铸造的优点和不足之处 P49#灰铸铁的熔铸特点 1.灰铸铁的碳当量接近共晶成分，进京温度范围小，并呈逐层凝固方式结晶，流动性好，可浇注形状复杂或薄壁铸件 2.熔点较低，熔炼方便，一般不需要炉前处理 3.灰铸铁凝固时石墨析出发生体积膨胀而抵消了部分收缩，使总收缩较小#灰铸铁的孕育处理，孕育铸铁的强度和韧性都优于普通灰铸铁，故孕育铸铁常用来铸造力学性能要求较高而且截面尺寸变化较大的大型

9、铸件#球墨铸铁的性能特点和应用：球墨铸铁具有比灰铸铁高得多的力学性能，抗拉强度可以和钢媲美，苏醒和任性大大提高，同时保持了灰铸铁在其他方面具有的许多优良特性，如良好的耐磨性，减震性，较好的铸造性能和切削加工性能等#获得优质球墨铸铁的关键是严格控制原铁水的化学成分，尤其是含硫量，应采用高碳，低硅，低硫及低磷的高温铁水，选用合适的球化剂和孕育剂，并掌握好球化处理工艺和热处理工艺#铝合金的熔炼：铝液在高温下极易吸气和氧化，因此熔炼时关键是除气去杂，以提高铝液的纯净度，在铝液出炉前要进行精炼#铜合金的突出问题也是容易氧化和吸气#铜合金的铸造工艺特点 P60#砂型铸造的步骤 P62#确定浇注位置 1.铸

10、件的重要表面应朝下或侧立 2.铸件上的宽大平面应朝下铸件上的薄壁部位应朝下 4.容易产生缩孔的铸件厚大部位应朝下#选择分型面 1.保证精度原则，应尽量使铸件全部或大部置于同一砂箱 2.方便操作原则（1）分型面一般取在铸件的最大截面处，以方便起模（2）型腔及主要型芯位于下箱，以便于下芯和检验，避免合型时破坏型芯 3.简化工艺原则（1）减少分型面的数量（2）分型面应尽量平直，避免曲面分型面（3）分型面应尽量与浇注位置一致，以避免合型后再翻动铸件#铸件工艺参数的确定 1.要求的机械加工余量 2.收缩余量 3.起模斜度#铸件的外形设计 1.避免侧凹结构 2.合理设计凹台和肋条 3.减少和简化分型面4.

11、考虑结构斜度#铸件的内腔设计 1.不用或少用型芯 2.方便型芯的安放，排气和情理铸造性能对铸件结构的要求一，铸件的厚度（不能过大也不能过小）二，铸件壁的连接形式铸件壁间应注意 1.壁的转角处应有结构圆角 2.壁的连接处应避免过于厚大而形成热节 3.不等厚度的壁相接时应逐渐过渡三，铸件结构应有利于减小应力和防止变形1.尽量使铸件能自由收缩 2.采用对称结构四，铸件结构应有利于防止缩孔缩松1. 铸件结构应符合合金的凝固原则 2.合理增设补缩通道结构五，铸件结构应尽量避免有过大的水平面塑性成形#金属塑性成形加工的基本方法有锻造，冲压，轧制，挤压，拉拔等#自由锻的特点及应用：自由锻工艺灵活，所有设备和

12、工具有很大的通用性，且工具简单，生产的锻件范围大，但生产率低，工人劳动强度大，对工人技术水平要求较高，锻件精度低，且只能锻造形状简单的工件#自由锻的工序可分为基本工序，辅助工序，精整工序三大类，基本工序有镦粗，拔长，冲孔，弯曲，切割，扭转，错移及锻接等#模锻的特点：1.生产率低 2.模锻件尺寸精准，加工余量小，表面光洁，节约材料和切削加工工时 3.可以锻造形状比较复杂的锻件但是，质量不能太大，因为投资成本大，所以只是和大批量生产#根据模膛的作用可将其分为制坯模膛和模锻模膛#主要的制坯模膛有 1.拔长模膛 2.滚压模膛 3.弯曲模膛 4.切断模膛#模锻模膛有 1.预锻模膛 2.终锻模膛#冲压生产

13、工序可概括地分为分离工序和变形工序，分离工序主要有落料，冲孔。变形工序主要有弯曲，拉深。#冲裁的变形过程可分为三个阶段:弹性变形阶段，塑性变形阶段，断裂分离阶段#冲裁件的断面可明显分为四个部分：毛刺，断裂带，光亮带和圆角带#其他塑性成形方法：挤压，拉拔，轧制#自由锻工艺设计主要包括绘制锻件图，计算毛坯质量，选择锻造工序，确定锻造设备以及加热与冷却规范等#绘制锻件图要考虑的因素有 1.加工余量 2.锻件公差 3.余块#模锻工艺设计包括制定模锻锻件图，计算坯料尺寸，确定模锻工步，选择设备及安排修整工序等#模锻锻件图的制定应考虑 1.分模面（1）确保锻件容易从模膛中取出（2）按选定的分模面制成锻模后

14、，应使上下模在分模面处的模膛轮廓一致，以便在锻模的安装，调试和生产中发生错移现象时能及时发现并调整上下模的位置（3）尽量把分模面选在能使模膛深度最浅的位置（4)选定的分模面应使零件上所加的余块为最少（5）最好使分模面为一平面，这样便于模具的加工制造 2.加工余量和锻造公差 3.模锻斜度 4.圆角半径 5.冲孔连皮#自由锻件的结构工艺性 1.避免椎体或斜面结构 2.避免以空间曲面相交的结构3.避免加强肋和凸台结构 4.合理采用组合锻件#模锻件的结构工艺性，设计模锻件时应符合下列原则 P138第四章连接成形#焊接电弧由阴极区，弧柱区和阳极区组成#药皮的作用 1.改善焊接工艺性 2.对焊接区起保护作

15、用 3.起有益的冶金化学作用#焊条的分类：按药皮溶化后形成熔渣的化学性质不同，焊条可分为酸性焊条和碱性焊条#焊条的型号和牌号 P149 #焊条的选用通常遵循的是等强度原则问题和同成分原则，还应根据焊件所受载荷情况，焊条的工艺性和生产成本等，考虑采用酸性还是碱性焊条#埋弧焊的焊接过程与工艺 P151#埋弧焊的特点与应用 1.生产率高 2.焊缝质量高 3.成本低 4.劳动条件好 5.适应性差 6.对焊前准备要求严 7.焊接设备较复杂，设备费一次投资较大#用外加气体作为电弧介质并保护电弧和焊接区的电弧焊方法称为气体保护焊。常用的有氩弧焊和二氧化碳气体保护焊氩弧焊根据焊接过程中电机是否融化可分为融化极

16、氩弧焊和不熔化极氩弧焊#气体保护焊的特点及应用 P154氩弧焊和二氧化碳焊的不同点 1.成本不同 2.保护效果不同 3.适用材料不同#电阻焊分为点焊，缝焊和对焊三种#电阻焊的特点 P160#钎焊的概念 P162#钎焊焊接材料的选取 P162钎焊按焊料熔点不同可分为软钎焊和硬钎焊#钎焊的特点和应用 P162#低碳钢的 Wc 小于 0.25%，碳当量数值小于 0.40%，一般没有淬硬，冷裂倾向，因此焊接性良好，焊接时通常不需要采取特殊的工艺措施，即能获得优质焊接接头。低碳钢几乎可采用所有的焊接方法进行焊接，并能保证焊接接头的良好质量#中高碳钢的焊接 P166#间接腐蚀 P167#铸铁的补焊 P168#铝及铝合金的焊接的特点 1.易氧化 2.易产生气孔 3.易焊穿 4.易产生热裂纹#铜及铜合金的焊接存在的问题 1.难融合 2.焊件变形大 3.易氧化 4.易产生气孔5.易产生热裂纹#焊接结构生产工艺过程：备料装配焊接焊接变形矫正质量检验表面处理#焊缝布置应考虑以下原则 1.便于焊接操作 2.尽量减少焊缝数量 3.应避免密集和交叉的焊缝 4.尽量使焊缝对称 5.焊缝应尽量避开最大应力和应力集中的位置6.焊缝应避开切削加工表面