材料成型工艺.doc

第一章
1.凝固过程的三个区域（P3）——固相区，凝固区，液相区
2.铸件的凝固方式及其影响因素（P3-P4）
逐层凝固（定向凝固）
热流保持一维传导，使凝固界面保持沿逆热流方向推动，完毕凝固过程。
特点：结晶温度范围窄，断面温度梯度大。（纯金属，共晶合金）随着温度的下降，固相层不断加厚，液相层不断减少，直达铸件的中心。
糊状凝固（体积凝固）
凝固区域是在整个液相中进行；
特点：常见于具有较大凝固温度范围的固溶体型合金的凝固过程；铸件表面不存在固体层，液、固并存的凝固区贯穿整个断面。
中间凝固
逐层凝固和糊状凝固属于两种极端情况，假如凝固区域的宽度介于两者之间，属于中间凝固方式；凝固区域的宽度由合金结晶温度范围和温度梯度两个量决定。
影响铸件凝固方式的因素：
（1）合金的结晶温度范围；范围越小，凝固区域越窄，越倾向于逐层凝固。
（2）铸件断面的温度梯度。温度梯度由小变大，则相应的凝固区由宽变窄
温度梯度重要取决于：a . 合金的性质b. 铸型的蓄热能力c. 浇注温度
3.合金的铸造性能——流动性、收缩性、吸气性（P4）
4.充填能力的概念（P5）液态金属充满铸型型腔，获得尺寸精确，轮廓清楚的成形件的能力
5.影响合金流动性的因素（P5-P6）
（1）合金的种类（2）合金的成分（3）浇注条件（4） 铸型的充填条件
6.合金收缩的三个阶段（P6）
液态收缩 凝固收缩 固态收缩
液态收缩和凝固收缩是铸件产生缩孔和缩松的基本因素。
固态收缩是铸造应力、变形和裂纹等缺陷产生的基本因素
7. 影响合金收缩的因素（P7）
(1)化学成分(2)浇注温度(3)铸件结构和铸型条件
8. 缩孔、缩松的形成机理及防止（P7-P9）
缩孔的形成: 纯金属、共晶成分和凝固温度范围窄的合金，容易形成集中的缩孔。
缩松的形成: 铸件最后凝固的收缩未能得到补足，或者结晶温度范围宽的合金呈糊状凝固，凝固区域较宽，液、固两相共存，树枝晶发达，枝晶骨架将合金液分割开的小液体区难以得到补缩，从而形成缩松。
缩孔和缩松的防止：（1）顺序凝固原则（2）合理应用冒口、冷铁和补贴等工艺措施。
9. 铸造应力的形成机理（P9-P10）
铸件在凝固之后的继续冷却过程中，随温度的不断减少，收缩不断发生，假如这种收缩受到阻碍，就会在铸件内产生应力，称为铸造应力。
10. 气孔（P12-P13）
液态金属在高温下会吸取大量气体，若凝固过程不能逸出，会使铸件内部形成气孔缺陷。
第二章1.按碳的存在形式的铸铁分类；（P16）白口铸铁、麻口铸铁、灰口铸铁
2.铸铁的石墨化过程；（P16-P17）
第一阶段，即在1154°C时通过共晶反映而形成石墨
第二阶段，在1154~738°C内冷却，自奥氏体中不断析出二次石墨
第三阶段，在738°C时通过共析反映而形成石墨
3. 四种常见铸铁的牌号，石墨形式，特点，应用；（P18-P25）
灰铸铁HTxxx，片状、细片状。灰铸铁铸造性能优良、价格便宜，但强度较低、韧性差。制造机床床身、床头箱、阀体、叶轮、飞轮等。
蠕墨铸铁RuTxxx，蠕虫状。强度接近于球墨铸铁，有一定的韧性、较高的耐磨性；又有和灰铸铁同样良好的铸造性能和导热性。用于高层建筑中高压热互换器、内燃机汽缸、缸盖、排气管、进气管、汽缸套、钢锭模、液压阀等铸件。
球墨铸铁QTxxx-xx，球状。综合机械性能接近于钢，铸造性能好，成本较低，生产方便，得到广泛应用。用球墨铸铁来代替钢制造某些重要零件，如曲轴、连杆、凸轮轴等。具有很高的强度，良好的塑性和韧性。
可锻铸铁KTxxx-xx或KTZxxx-xx，团絮状。有较高的强度、塑性和冲击韧性，可以部分代替碳钢。制造形状复杂、承受冲击和振动载荷的零件，如汽车拖拉机的后桥外壳、管接头、低压阀门等。
第三章
重点了解成形方法的工艺过程，特点及应用
1.砂型铸造（P32）
2.特种铸造
（1）重力作用下的液态成型工艺
a.壳型铸造（P41-P43）b.金属型铸造（P34-P35）c.熔模铸造（P35-P37）d.陶瓷型铸造（P40-P41）
（2）外力作用下的液态成型工艺
a.离心铸造（P39-P40）b.压力铸造（P37-P38）c.低压铸造（P38-P39）
第四章
1. 铸件结构设计（P47-P54）（根据图例以及P64习题5理解掌握）
2.浇注位置的选择原则（P54-P55）
（1）铸件的重要加工面应朝下或者位于侧面；
（2）铸件的宽敞面应朝下；
（3）面积较大的薄壁部分应置于铸型下部或垂直、倾斜位置；
（4）易形成缩孔的铸件，应将截面较厚的部分放在分型面附近的上部或侧面；
（5）尽量减少型心的数量，便于型心的安放、固定和排气；
3.分型面的选择原则（P56-P58）
（1）分型面应选在铸件的最大界面处；
（2）尽量减少型心和活块的数量；
（3）分型面尽量平直；
（4）尽量减少分型面；
（5）重要加工面或大部分加工面、加工基准面放在同一个砂箱中；
（6）使型腔和重要型心位于下箱。
4.重要铸造工艺参数（P58-P60）
（ 1.机械加工余量2.最小铸出孔与槽3.拔模斜度4.收缩率5.型芯头）
5.铸造工艺图的绘制（结合P60例题1，习题P63-2(a)-(e)图理解掌握）
第五章
1. 金属塑性成形和金属塑性的概念（P65/P67）
金属塑性成形：运用金属在外力作用下所产生的塑性变形，来获得具有一定形状、尺寸和力学性能的原材料、毛坯或零件的生产方法。
金属的塑性：当外力增大到使金属内部产生的应力超过金属的屈服点，使其内部原子排列的相对位置发生变化而互相联系不被破坏的性能。
2.晶内变形的两种方式——滑移、孪生（P67）
3.冷变形和热变形及其金属组织与性能（P68-P69）
冷变形的金属组织与性能
（1） 晶粒沿变形方向被拉长（2）晶粒破碎（加工硬化）（3）晶粒择优取向，形成变形织构（4）残余内应力
热变形的金属组织与性能
（1）金属致密度提高（2）组织细化，力学性能提高（3）出现锻造流线
4.回火、再结晶、锻造流线（P69-P70）
冷变形后金属加热时组织与性能的变化（熟悉）
（1）回复：消除内应力，（去应力退火）
对于纯金属，回复温度约为0.25-0.3倍的熔点温度
（2） 再结晶：消除加工硬化
对于纯金属，再结晶温度约为0.4倍的熔点温度
（3）热变形锻造流线（P70）
①方向性；②化学稳定性强，通过热解决不能消除
运用原则：
①使锻造流线分布与零件的轮廓相符合而不被切断
②使零件所受的最大拉应力与锻造流线平行，最大切应力与锻造流线垂直。
5. 金属的可锻性及其影响因素（P70-P71）
金属的可锻性——金属在经受压力加工产生塑性变形的工艺性能。
（1） 材料性质的影响：①化学成分②金属组织与结构
（2） 加工条件的影响：①变形温度②变形速度③应力状态④坯料表面质量
6. 过热，过烧，始锻温度和终锻温度（P71）
过热：加热温度过高，晶粒急剧长大，材料力学性能减少。
过烧：加热温度接近熔点，晶界氧化破坏了晶粒间的结合，使金属失去塑性，坯料报废。
始锻温度：金属锻造加热时允许的最高温度。
终锻温度：当温度减少到不能再锻，必须停止锻造的温度。
7. 临界速度的概念（P71）
临界速度：使可锻性发生变化的变形速度。
第六章
1. 铸件、切削件和锻造件的差异（补充）
铸造件有不可避免的缺陷，如晶粒粗大、结构疏松、具有多孔，其组织和性能均较差。
切削件的内部晶粒大小和结构不改变，且其金属纤维组织被切断了，使得零件强度下降。
锻造件在经受了塑性变形和再结晶，粗大的树枝状结晶组织被破碎，疏松和孔隙被压实、焊合，内部组织和性能都得到了提高。
2. 锻件坯料质量的计算公式（P74）
坯料质量 = 锻件质量 + 切掉的质量 + 烧损的质量
3. 了解自由锻、胎模锻的特点（P73，P77）
特点：1.设备简朴、通用性强；2.生产率低；3.锻件精度差，消耗金属多。
胎模锻特点:
（1）与自由锻比：锻件质量好，节省金属，生产率高，成本低。
（2）与模锻比：不要昂贵设备，锻模简朴，劳动强度大
（3）模具不是固定在锻锤上，设备简朴，适于中小批量 生产。

4. 模锻工艺规程涉及的重要内容（P80-P83）
①锤上模锻工艺规程：（1）制订锻件图（2）计算坯料尺寸（3）拟定模锻工步（4）设计锻模（5）选择设备（6）安排修整工序
5. 锤上模锻分模面的拟定依据（P80-P81）
①选最大截面保证取出。
②上下模膛尽量一致，便于发现错误。
③模膛尽量做到，既要浅，又要宽。
④尽量减少敷料。
⑤分模面尽量为平面。
⑥保证金属易于充满模膛。
6. 常见的三种压力机模锻设备（P83-P85）
（1）曲柄压力机（2）平锻机（3）摩擦压力机
7.理解掌握自由锻件、模锻件结构设计的工艺规定
（P86-P89,课后思考题9,12,13，结合ppt例子）
8.锻件图的绘制（P94-11）
9. 轧制、挤压与拉拔（体积成形方法）（P89-P93）
第七章
1.冲压成形基本工序——分离工序和变形工序
2.冲裁的变形过程（P96）
① 弹性变形阶段② 塑性变形阶段③ 断裂分离阶段
3. 冲裁件切断面区域特性（P96）
a. 塌角（圆角带）在冲裁过程中刃口附近的材料被牵连拉入变形的结果。
b. 光面（光亮带）在塑性变形过程中凸模挤压切入材料，使其受到剪切应力和挤压应力作用而形成的结果。
c. 毛面（断裂带）由于刃口处的微裂纹在拉应力作用下不断扩展的结果。
d. 毛刺,在刃口附近的侧面上材料出现微裂纹时形成的。
4. 冲裁的凸凹模间隙（P96-P97）
间隙较小，加剧凸凹模磨损，减少模具寿命，工件质量高。
间隙较大，磨损减弱，模具寿命高，工件质量差。
5. 凸凹模刃口尺寸的拟定（P98）
设计原则
设计落料模时，应先按落料件拟定凹模刃口尺寸，取凹模作设计基准件，然后根据间隙Z拟定凸模尺寸（缩小凸模保证间隙）
设计冲孔模时，先按冲孔件拟定凸模尺寸，取凸模作设计基准，然后根据间隙Z拟定凹模尺寸。（扩大凹模保证间隙）。
在冲裁中因凸凹模有磨损，为了提高模具使用寿命，落料凹模取工件公差范围内的较小尺寸。冲孔凸模取工件公差范围内的较大尺寸。
6. 修整、切断和精密冲裁（P99）
修整:运用修整模沿冲裁件外缘或内孔刮削一薄层金属，以切掉普通冲裁时在冲裁件断面上存留的剪裂带和毛刺。
切断:指用剪刃或冲模将板料沿不封闭轮廓进行分离的工序。
精密冲裁:精密冲裁可以直接从板料中获得公差等级高，表面粗糙度小的精密零件。
7. 拉伸的变形特点，拉伸件质量影响因素，拉伸系数（P99-P101）
①拉裂②起皱③拉伸系数
8. 弯曲的变形特点，弯曲的质量问题与防止，最小弯曲半径（P101-P102）
特点：①变形仅仅发生在与凸模接触的圆角范围内②坯料内侧受压缩，外侧受拉伸。
弯曲的质量问题及防止：①弯裂，板料外侧因拉应力过大而产生裂纹◆限制弯曲件的弯曲半径，使 r > rmin；◆弯曲线应尽也许与纤维方向垂直② 回弹◆模具角度略小于工件角度
9.胀形、翻边、旋压、缩口等（P102-P103）
10.简朴冲压零件冲压工序的拟定（P103-P104例题，习题P110-8）
落料 一次拉伸 二次拉伸 三次拉伸 冲孔 修整 翻边 切槽
11. 简朴模，连续模和复合模（P104-P106）
简朴模：在冲床的一次冲程中只完毕一个工序的冲模
连续冲模：在冲床的一次冲程中，在模具的不同部位上同时完毕数道冲压工序的模具
复合冲模：在冲床的一次冲程中，模具同一部位上同时完毕数道冲压工序的模具
12. 一般冲压件的精度与表面质量（P107-P108）
冲压件精度不应超过各冲压工序的经济精度；冲压件表面质量不应高于原材料表面质量。
注意：（1）区分塑性成型中的体积成型与板料成型（冲压成型）。
（2）区分板料成型（冲压成型）中的分离工序与成型工序。
第九章
1. 焊接电弧（P120）
由阴极区、阳极区和弧柱三部分组成
2.焊接三要素——热源、熔池的保护与净化、填充金属（P120-P121）
3.焊接接头金属的组织与性能（P122-P123）
（1）焊缝：金属的结晶从熔池底壁开始向中心长大，冷却速度快，形成由铁素体和少量珠光体组成的粗大柱状铸态组织。
（2）热影响区：A. 过热区，具有过热组织或晶粒显著粗大的区域。B. 正火区，相称于受到正火热解决的区域。C. 部分相变区，发生了部分相变的区域。
（3）熔合区：焊接接头中焊缝与母材交接的过渡区。介于液、固两相线之间，加热时金属处在半熔化状态。熔合区尽管很窄，但仍很大限度上决定着焊接接头的性能。
4.影响焊接接头组织性能的因素（P123）
（1）材料（2）焊接方法（3）焊接工艺参数（4）焊后热解决
5.焊接应力和变形产生的因素（P123-P124）
焊接应力：焊接是局部加热和冷却不均匀而引起的。
焊接变形是由于焊接时接头局部区域的加热和冷却是很不均匀的，从而导致焊件上温度分布极不均匀，最终导致结构产生的形状变化。
6. 五种基本的焊接变形形式（P124）
（1.收缩变形2.角变形3.弯曲变形4.波浪变形5.扭曲变形）
7.减小和防止焊接应力的措施（P125）
①选择合理的装配焊接顺序②焊前预热或加热减应区③采用小电流，快速焊④锤击或辗压焊缝⑤焊后热解决⑥焊后拉伸或振动工件
8. 防止和矫正焊接变形的措施（P126）
防止：（1）留余量法：（2）预变形法：重要用于控制角变形和弯曲变形（3）刚性固定法：
（4） 合理地选择焊接方法和焊接参数：（5）热平衡法：（6）散热法
矫正：1.手工矫正法:重要用于矫正一些小型简朴焊件的弯曲变形和薄板的波浪变形；
2.机械矫正法：合用于塑性较好的材料及形状简朴的焊件；
3.火焰加热矫正法：运用火焰对焊件进行局部加热，使焊件产生新的变形来抵消焊接变形。

9.合理的焊接顺序（P125，结合ppt图例）
1）大而复杂的焊接结构，先将结构简朴的部件单独进行焊接，再总装成整体。
2）焊缝应尽量靠近结构截面的中性轴；先焊离中性轴远的焊缝，再焊离中性轴近的焊缝。
3）对于焊缝非对称布置的结构，装配焊接时应先焊焊缝少的一侧；
4）焊缝对称布置的结构，应由偶数焊工对称施焊；
5）长焊缝焊接时，采用合适的方向和顺序进行焊接，以减小其焊后的收缩变形。
10.焊接接头缺陷分析（P128）
可分为两大类：内在缺陷——裂纹、气孔、夹渣等
外观缺陷——未融合、未焊透、咬边、焊瘤、烧穿、下榻、错边、角变形、尺寸不合规定等
第十章
1. 焊接电源的正接法与反接法（P134）
在焊接厚板时，可将工件接在阳极（称正接），使工件有足够的熔深；焊接薄板时，应将工件接在阴极（称反接），可防止因熔深过大而烧穿。
2. 药皮的作用（P134）
（1）提高电弧燃烧的稳定性（2）防止空气对熔化金属的有害作用（3）保证焊缝金属的脱氧（4）加入合金元素
3.酸性焊条与碱性焊条及其选用（P134-P135）
酸性焊条：酸性焊条常应用于一般的焊接结构。
碱性焊条：正由于碱性焊条的抗裂性强，焊缝力学性能好，故需应用于重要结构件（压力器等）的焊接。
4.了解埋弧自动焊、CO2气体保护电弧焊、氩弧焊、电渣焊、点焊、缝焊、对焊、摩擦焊、钎焊的焊接过程、特点及应用。（P135-P145）
（可通过焊接视频熟悉各种方法的特点及重要应用场合）
5. 区分硬钎焊和软钎焊（P145）
硬钎焊：钎料熔点高于450°C的钎焊
软钎焊：钎料熔点低于450°C的钎焊
第十一章
1. 材料的焊接性（P154）
焊接性是指金属材料对焊接加工的适应性，即在一定的焊接工艺条件下获得优质焊接接头的难易限度。它涉及两方面的含义：一是接合性能，二是使用性能。
2. 碳当量与焊接性之间的关系（P155）
钢的碳当量越高，焊接性越差。
3. 钢的焊接（P156-P157）
1） 低碳钢的焊接：其焊接性良好，在一般焊接工艺条件下就能获得良好的焊接接头，并且适应于各种焊接方法的焊接。
2） 中、高碳钢的焊接：中碳钢属于易淬火钢，焊接过程中，热影响区易产生淬硬组织，并且因母材碳含量较高，渗入熔池后增大焊缝的碳含量，减少其塑性，增长开裂倾向。焊接此类钢时，应采用相应的焊接工艺措施，如焊前预热 ，焊后热解决，常采用小规范手弧焊。
3） 高碳钢焊接性差，一般不作为焊接结构材料。高碳钢的焊接，只限于修补工作。
4） 低合金结构钢进行焊接的比较多。可采用手弧焊和埋弧焊，不需要采用特殊的焊接工艺措施即可焊接
5） 合金渗碳钢与合金调质钢则很少用来制造焊接结构件。
6） 高合金钢中，除奥氏体不锈钢外，很少用于焊接生产。奥氏体不锈钢其焊接性良好，可采用手弧焊、埋弧焊和氩弧焊等方法焊接。焊接时，选用与母材成分相同的焊条进行焊接。
4.铸铁的焊接特点（P158）铸铁的焊接性很差，不能用来制造焊接结构件。
5.铜铝钛及其合金的常用焊接方法（氩弧焊）（P159-P161）
焊接铜及铜合金常用的方法：氩弧焊是焊接紫铜和青铜的有效方法，焊接黄铜常用气焊。
焊接铝及其合金常用的方法：氩弧焊是焊接铝和铝合金最为抱负的方法。电阻焊焊接铝及铝合金时，焊前必须清除焊件表面的氧化膜，焊接时应采用大电流。对焊接质量规定不高的铝及铝合金焊件，可采用气焊。
钛及钛合金的焊接：常用氩弧焊焊接。
第十二章
1. 几种常见的焊接接头形式和坡口设计（P166）
（1） 焊接接头形式：对接接头，T形接头，角接接头，搭接接头
（2） 坡口设计：V形坡口，X形坡口，U形坡口
2. 焊缝的布置（P168-P169，结合图例掌握）
（1） 焊缝位置应便于施焊，有助于保证焊缝质量
（2） 焊缝尽也许分散布置，避免密集交叉
（3） 尽也许对称分布焊缝
（4） 焊缝应尽量避开最大应力和应力集中部位
（5） 焊缝应尽量避开机械加工面
（6） 焊缝转角处应平缓过渡
3.典型焊件工艺设计（习题P174-4）
第十四章
1. 塑料的分类（按加热特点分，按用途分）（P185-P186）
加热特点：热塑性塑料，热固性塑料
用途：通用塑料，工程塑料，特殊塑料
2. 五种常用塑料成形方法（P187-P190）
（1） 注射成形（2）吹塑成形（3）挤塑成形（4）压塑成形（5）真空成形
3. 橡胶的高弹性能（P192）
橡胶为高分子材料，其重要特点是在室温下处在高弹态，变形量可达100%~1000%
4. 橡胶的组成（P193）
橡胶的来源分天然橡胶和合成橡胶，并加入多种添加剂（硫化剂，促进剂，填料，防老剂，软化剂）。
第十五章
1. 陶瓷材料——无机非金属材料（P196）
陶瓷材料是由金属元素和非金属元素形成的无机化合物构成的多相固体材料。
2. 陶瓷的分类——普通陶瓷和工程陶瓷，工程陶瓷的分类（P196）
工程陶瓷的分类：氧化物陶瓷，氮化物陶瓷，碳化物陶瓷
3.复合材料的特点（P200-P201）
复合材料不仅具有各组成材料的优点，并且还具有单一材料所没有的优良的综合性能。复合材料的比强度大、耐疲劳强度高、减震性能好，并且耐热、耐磨。
4.复合材料的种类（P201）
塑料基复合材料，陶瓷基复合材料，金属基复合材料
第十六章
1. 热喷涂技术的概念（P207）
热喷涂是将涂层材料加热溶化，以高速气流将其雾化成极细的颗粒，并以极高的速度喷射到零件表面上，形成所需性能的涂层的方法。
2. 热喷涂方法（P207）
热源：火焰喷涂，电弧喷涂，等离子喷涂，爆炸喷涂
材料形状：粉末喷涂，金属丝喷涂，金属带喷涂，熔罐喷涂
3. 气相沉积技术——CVD和PVD（P211）
CVD：化学气相沉淀
PVD：物理气相沉淀
4. CVD和PVD技术原理（P212）
CVD：运用运载气体将常温下不发生化学反映的单质气体或气体化合物输送到高温的基体表面附近，在表面上发生化学反映生成固态物质并沉淀成膜。
PVD：将被沉淀的物质蒸发汽化，然后使蒸汽在温度较低的基体表面冷凝沉淀形成薄膜。
第十七章
1. 失效的概念（P217）
零件的失效是指零件的使用性能不能满足设计的规定
2. 失效的三种类型（P217-P218）
（1）过量变形（2）断裂（3）表面损伤
3.材料选择的三原则（P218-P219）
（1）使用性能原则（2）工艺性原则（3）经济性原则