材料成形工艺基础总结.doc

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第二章
1 合金的铸造性能 合金的充型能力、 收缩、 吸气性。
2 合金的充型能力是指液态合金充满铸型型腔, 获得尺寸正确、 形状完整、 轮廓清晰的铸件的能力。充型能力差易产生浇不到、 冷隔、 形状不完整等缺陷。
3 影响合金的充型能力的因素1) 合金的流动性2) 浇注温度3) 充型压力4) 铸型条件
4 合金的收缩概念 液态合金从浇注温度逐渐冷却、 凝固, 直至冷却到室温的过程中, 其尺寸和体积缩小的现象, 称为收缩。收缩经历 液态收缩、 凝固收缩、 固态收缩三个阶段。
5铸造内应力分热应力和机械应力。
6顺序凝固, 是使铸件按递增的温度梯度方向从一个部分到另一个部分依次凝固。
7顺序凝固能够有效地防止缩孔和宏观缩松, 主要适用于纯金属和结晶温度范围窄、 靠近共晶成分的合金, 也适用于凝固收缩大的合金补缩。
8缩孔和缩松的防止方法: 顺序凝固、 加压补缩、 压力铸造、 离心铸造。
9铸件在凝固后继续冷却的过程中产生的固态收缩受到阻碍及热作用, 会产生铸造内应力。铸造内应力是铸件产生变形和裂纹等缺陷的主要原因。铸造内应力分为热应力和机械应力。热应力使厚壁受拉应力, 薄壁受压应力。
10 为预防热应力, 设计铸件结构尽量使铸件的壁厚均匀, 并在铸造工艺上采用同时凝固原则。
11 同时凝固原则, 是从工艺上采取必要的措施, 使铸件各部分冷却速度尽量一致。具体方法是将浇口开在铸件的薄壁处, 以减小该处的冷却速度, 而在厚壁处可放置冷铁以加快冷却速度。同时凝固原则, 主要适用于缩孔、 缩松倾向较小的灰口铸铁等合金。
12机械应力 铸件收缩时受到铸型、 型芯等的机械阻碍而引起的应力称为机械应力。
13消除应力, 时效处理, 分为人工时效和自然时效。
14铸件的变形, 厚壁部位受拉应力, 有缩短的趋势或向内凹, 薄壁部位受压应力, 有伸长的趋势或向外凸。
15 热裂是凝固末期, 金属处于固相线附近的高温下形成的。热裂纹的形状特征: 裂纹短, 缝隙宽, 形状曲折, 缝内呈氧化色, 即铸钢件呈黑色, 铝合金呈暗灰色。防止措施: 合理调整合金成分, 合理设计铸件结构, 采用同时凝固和改进型砂的退让性。
16 冷裂 较低温度下形成, 此时金属处于弹性状态, 铸造应力超过合金的强度极限时产生冷裂。形状特征: 裂纹细小, 呈连续直线状, 有时缝内有轻微氧化色。凡能减小铸造内应力的因素均能防止冷裂。
17合金的吸气性, 在熔炼和浇注合金时, 合金会吸入大量气体, 这种吸收气体的能力成为吸气性。气孔分侵入气孔、 析出气孔、 和反应气孔。
18侵入气孔预防措施: 减小型砂的发气量、 发气速度, 增加铸型、 型心的透气性; 或是在铸型表面刷上涂料, 使型砂与金属液隔开, 防止气体的侵入。析出气孔预防措施: 减少合金的吸气量。反应气孔: 清除冷铁、 型芯撑的表面油污、 锈蚀并保持干燥。
19 铸铁 含碳量大于2.11% 分白口铸铁( 碳以渗碳体形式存在) 、 灰口铸铁( 石墨) 、 麻口铸铁( 自由渗碳体和石墨形式混合) 。
20 灰口铸铁分 普通灰口铸铁、 可锻铸铁、 球墨铸铁、 蠕墨铸铁。普通灰口铸铁, 石墨片状, HT100, 后面三位数字表示最低抗拉强度。可锻铸铁 石墨团絮状, KT300-06,铁素体可锻铸铁, 最低抗拉强度300MPa, 最低伸长率6%, KTZ珠光体可锻铸铁。球墨铸铁 石墨球状, QT400-17。蠕墨铸铁, 蠕虫状。
21 铸钢 含碳量小于2.11%, 分碳素铸钢和合金铸钢。碳素铸钢ZG200~400, 第一组数字表示厚度为100mm以下铸件室温时屈服点最小值, 第二组表示铸件的抗拉强度最小值。铸钢的铸造特点: 浇注温度高, 易氧化, 流动性差、 收缩大, 铸造困难, 容易产生黏砂、 缩孔、 冷隔、 浇不足、 变形和裂纹。为细化晶粒、 消除应力、 提高铸钢件的力学性能, 铸后进行退火或正火热处理。
22铸造方法 1砂型铸造2熔模铸造3金属型铸造4压力铸造5离心铸造6实型铸造7低压铸造8挤压铸造
23工艺参数的确定: a机械加工余量b收缩率c拔模斜度d铸造圆角e型芯头
24铸造方法: 砂型铸造、 特种铸造( 熔模铸造、 金属型铸造、 压力铸造、 离心铸造)
25常见砂型: 湿砂型、 干砂型、 化学硬化型 根据造型工序方法不同: 手工造型、 机器造型
26普通灰口铸铁 片状石墨, 化学成分靠近共晶体, 熔点低, 具有良好流动性, 不易产生缩孔等缺陷。可是粗片状的石墨存在, 导致力学性能降低, 因此采用孕育处理, 改变片状石墨的大小和数量, 石墨片越细小, 越均匀, 铸铁力学性能越好。孕育后组织是在珠光体基体上均匀分布的细小石墨片———— HT以后三位灰口铸铁的最低抗拉强度值
27可锻铸铁, 又称玛铁或玛钢, 石墨团絮状, 团絮状石墨的存在大大减轻了对基体的割裂作用, 抗拉强度明显提高, 但可锻铸铁不可锻造。可锻铸铁的铸态组织为白口, 没有石墨化膨胀阶段, 收缩大, 容易形成缩孔、 缩松和裂纹缺陷, 因此采用顺序凝固原则, 设置冒口和提高砂型的退让性。其按基体组织不同分为铁素体基体和珠光体基体 KT代表铁素体可锻铸铁, KTZ代表珠光体可锻铸铁, 后面第一组数字代表最低抗拉强度, 第二组代表最低伸长率
28铁素体可锻铸铁 塑性和韧性较高, 强度相对低, 珠光体的强度硬度高, 塑性差 前者用于制造受冲击、 震动的零件, 如汽车前后桥壳、 减速器壳, 后者制造较高强度和耐磨性零件, 如曲轴、 连杆
29球墨铸铁 石墨球状, 化学成分接近共晶点, 力学性能较好, 强度、 塑性、 韧性较高, 良好的耐磨性, 抗疲劳性能和减震性, 流动性较好。为获得球状石墨, 要球化处理, 但球化剂阻碍石墨化, 为防止白口组织现象, 要进行孕育处理。 球墨铸铁一般要冒口和冷铁, 采用顺序凝固原则, 进行退火 包底冲入法 QT 后面第一组数字代表最低抗拉强度, 第二组代表最低延伸率
30、 主要加工表面应处于底面或侧面。上部冷却速度慢、 晶粒较粗, 上表面易形成砂眼、 气孔、 渣孔等缺陷, 下部晶粒细小, 组织致密, 缺陷少, 质量优于上部。无法避免就加大加工余量。
31设置结构圆角原因: 直角处会形成金属的局部积聚而易行成缩孔、 缩松; 内侧应力集中严重而易产生裂纹; 树枝晶直交、 汇合点, 晶粒结合力被削弱, 使该处力学性能降低; 避免杂质聚集。
32如何避免收缩: 对于线性收缩较大的合金, 在凝固过程中应尽量减少铸造应力。由于收缩应力过大易产生裂纹。
第三章
1. 加工硬化的利弊——( 1) 加工硬化是强化金属的重要方法之一, 特别是对纯金属及某些不能用热处理方法强化的合金, 例如冷拔钢丝, 冷卷弹簧等采用冷轧, 冷拔, 冷挤压等工艺, 就是利用加工硬化来提高低碳钢, 纯铜, 防锈铝等工件强度和硬度。( 2) 加工硬化也给进一步加工带来困难, 且使工件在变形中容易产生裂纹, 不利于压力加工进行, 一般采用热处理退火工序消除加工硬化。( 3) 在实际生产中可利用回复处理, 使加工硬化的金属既保持较高的强度, 适当提高韧性, 又降低了内应力。
2. 纤维组织——金属在外力作用下发生塑性变形, 晶粒沿变形方向伸长, 分布在晶界上的夹杂物也沿着金属的方向被拉长或压扁, 成为条状。在再结晶时, 金属晶粒回复等轴晶粒, 而夹杂物依然成条状保留下来, 这样就形成了纤维组织, 也称锻造流线。
3. 纤维组织的作用——纤维组织形成后, 金属力学性能将出现方向性, 即在平行纤维组织方向上, 材料抗拉强化度提高, 在垂直方向上抗剪强度提高。
4. 消除纤维组织的方法——纤维组织很稳定, 用热处理或其它方法均难以消除, 只能在经过锻造方法使金属在不同方向上变形, 才能改变纤维组织的方向和分布。
5. 什么是金属的锻造性能以及如何评定——金属的锻造性能是用来衡量金属材料利用锻压加工方法成型的难易程度, 是金属的工艺性能之一。常见金属的塑性和变形抗力来综合衡量。
6. 影响金属锻造性能的因素——( 1) 金属的本质, 即金属的化学成分和组织成分。( 2) 变形条件, 即变形温度, 变形速度和变性时的应力状态。
7. 终锻模膛沿四周设有飞边槽, 其作用是——( 1) 容纳多余金属, ( 2) 飞边槽桥部的高度小, 对流向仓部的金属形成很大的阻力, 可迫使金属充满模膛, ( 3) 飞边槽中形成的飞边能缓和上,下模间的冲击, 延长模具寿命。
8. 模型锻造与自由锻造相比具有一下特点——*( 1) 由于有模具引导金属的流动, 锻件的形状能够比较复杂, ( 2) 锻件内部的纤维组织比较完整, 从而提高了零件的力学性能和使用寿命, ( 3) 锻件尺寸精度高, 表面光洁, 能节约材料和节约切削加工工时, ( 4) 生产率高, 操作简单, 易于实现机械化, ( 5) 所用锻模价格昂贵, 而且模具加工困难, 制造周期长, 因此模锻适合大批量生。( 6) 需要能力较大的专用设备。
9. 自由锻工序——( 1) 镦粗, ( 2) 拔长, ( 3) 冲孔, ( 4) 扩孔, ( 5) 弯曲, ( 6) 扭转。( 7) 错移。
10. 自由锻工艺规程的制定——( 1) 锻件图的绘制, 。( 2) 坯料的计算, ( 3) 正确设计变形工序, ( 4) 选择设备。
11. 冲压的基本工序——1, 分离工序, 即冲裁修整。2, 变形工序, 即拉伸, 弯曲和翻边。
12. 间隙对断面质量的影响——间隙过小, 凸模刃口附近的裂纹比正常间隙向外错开一段距离, 导致上, 下裂纹中间的材料随着冲裁过程的进行将被第二次剪切, 并在断面上形成第二光亮带, 中部留下撕裂面, 毛刺增大。间隙过大, 剪裂纹比正常间隙时远离凸模刃口, 材料受到拉伸力大, 光亮带变小, 毛刺, 塌角以及斜度也都增大。因此, 间隙过大或过小都使冲裁件断面质量降低。
23金属三个变形阶段: 弹性变形阶段、 弹塑性变形阶段、 塑性变形阶段和断裂阶段。
24塑性变形的实质: 金属的塑性是当外力增大到使金属内部产生的应力超过该金属的屈服点时, 使其内部原子排列的相对位置发生变化而相互联系不被破坏的性能。
25单晶体的塑性变形 正应力只能使晶体产生弹性变形或断裂, 而不能使晶体产生塑性变形。在切应力作用下产生滑移, 滑移是塑性变形的主要形式。滑移变形是经过晶体中位错的移动来完成的。
26金属的塑性变形对金属组织和性能的影响( 金属塑性变形后组织性能会发生什么样变化? ) : 金属的塑性变形由金属内多晶体的塑性变形来实现。在塑性变形过程中金属的结晶组织将发生变化, 晶粒沿变形最大的方向伸长, 晶格与晶粒发生扭曲, 同时晶粒破碎。金属强度硬度升高, 塑性韧性下降。
27金属的塑性变形, 分冷变形和热变形。再结晶温度
28加工硬化 随着塑性变形程度的增加, 金属的强度、 硬度升高, 塑性和韧性下降的现象。
29产生加工硬化的原因; 一由于经过塑性变形晶体中的位错密度升高, 位错移动所需的切应力增大。二在滑移面上产生许多晶格方向混乱的微小碎晶, 它们的晶界是严重的晶格畸变区, 这些因素增加了滑移阻力, 加大了内应力。
30加工硬化的优缺点:优点, 是强化金属的重要方法之一, 特别是对纯金属及某些不能用热处理方法强化的合金。缺点,给进一步加工带来困难, 且使工件在变形过程中容易产生裂纹, 不利于压力加工的进行。热处理退火消除加工硬化。
31纤维组织是怎样形成的? 怎样合理利用? 用什么样方法能够改变纤维组织?
金属在外力作用下发生塑性变形, 晶粒沿变形方向伸长, 分布在晶界上的夹杂物也沿着金属的变形方向被拉长或压扁, 成为条状。在再结晶时, 晶粒恢复为等轴晶粒, 而夹杂物依然是条状保留下来, 形成纤维组织。金属力学性能出现方向性, 平行纤维组织的方向上, 抗拉强度提高, 垂直纤维组织方向上, 抗剪强度提高。使用时使工件正应力方向与纤维组织方向一致, 切应力方向与纤维组织方向垂直, 而且使纤维组的分布与零件外形轮廓相符合, 而不被切断。织纤维组织稳定, 热处理方法和其它方法均难以消除, 只能再经过锻造方法使金属在不同的方向上变形, 才能改变纤维组织的方向和分布。
32锻造性能是用来衡量金属材料利用锻压加工方法成型的难易程度, 是金属加工性能之一。用 金属的塑性和变形抗力来综合衡量。金属的锻造性能主要取决于金属的本质( 1.金属化学成分2金属组织状态) 和金属的变形条件( 1变形温度2变形速度3变形时应力状态) 。
33始锻温度过高或终锻温度过低在锻造是会产生什么样的后果? 写出45号钢锻造温度范围
加热温度过高, 产生氧化、 脱碳、 过热和过烧。始锻温度固相线一下100~200度, 45钢1200度。终锻温度高于再结晶温度50~100度, 低于再结晶温度时, 使合金塑性下降, 变形抗力增大, 还引起不均匀变形并获得不均匀的晶粒组织, 并导致加工硬化, 变形抗力大, 易产生锻造裂纹, 损坏设备与工具。终锻温度过高, 则在随后的冷却过程中晶粒继续长大, 得到粗大晶粒组织。45钢始锻温度1200°c, 终锻温度800°c。
34自由锻造工序 1镦粗2拔长3冲孔4扩孔5弯曲6扭转7错移
35终锻模膛设有飞边槽; 容纳多余金属; 飞边槽桥部的高度小, 对流向仓部的金属形成很大阻力, 迫使金属充满模镗; 飞边槽中形成的飞边能缓和上下模间的冲击, 延长模具寿命。
第四章
1 铸铁焊补时易产生的缺陷:
( 1) 易产生白口组织。( 2) 易产生裂纹。(3)易产生气孔。
2 铸铁焊补方法: 焊条电弧焊, 气焊, 钎焊, 细丝CO2焊等。常见焊条电弧焊。
3 焊补铸铁常见的焊条有: 铸铁芯铸铁焊条, 钢芯石墨化铸铁焊条, 镍基铸铁焊条和铜基铸铁焊条。
4 焊接应力的形成原因:
焊接过程中对焊件进行局部的不均匀加热, 是产生焊接应力的根本原因。另外, 焊缝金属的收缩和金属组织的变化以及焊件的刚性约束都会引起焊接应力的产生。
5 消除和防止焊接应力的措施: (1)在设计焊接结构时, 应选用塑性好的材料, 避免焊缝密集交叉, 焊缝截面过大以及焊缝过长。( 2) 在施焊中要选择正确的焊接次序, 以防止焊接应力及裂纹。( 3) 焊前对焊件进行预热是防止焊接应力的最好工艺措施, 这样可减弱焊件各部分温差, 从而显著减小焊接应力。( 4) 焊接中采用小能量焊接方法或对红热状态的焊缝进行锤击, 亦可减小焊接应力。( 5) 消除焊接应力最有效的方法是焊接后进行应力退火, 即加热到500——600左右保温冷却至室温。
6 几种常见的变形形式及原因:
( 1) 收缩变形: 焊接后由焊缝的纵向和横向收缩引起,
( 2)角变形: V型坡口对接焊后, 焊缝横截面形状上下不对称, 由焊缝横向收缩不均引起。
(3)弯曲变形: T型梁焊接时, 焊缝布置不对称, 由焊缝纵向收缩引起。
(4)扭曲变形: 工字梁焊接时, 由于焊接顺序和焊接方向不合理引起结构上出现扭曲。
(5波浪边形:薄板焊接时, 由于焊接应力局部较大使薄板局部失稳而引起。
7 防止焊接变形措施:
(1)焊接变形的主要原因是焊接应力, 预防焊接应力的措施对防止焊接变形是十分有效的。(2)合理设计焊件结构可有效防止焊接变形, (3)在焊接工艺上, 对于不同的变形形式也可采取不同的措施防止焊接变形。另外, 合理的焊接次序, 也能有效防止焊接变形, 对于常缝的焊接, 为防止焊接变形, 可采用分段焊接或逆向分段焊。
8 焊接变形的矫正:
矫正过程的实质是使结构产生新的变形来抵消已产生的变形, 常见矫正方法有: 机械矫正法和火焰加热矫正法。
9 常见焊接缺陷及其产生原因:
( 1) 气孔: 焊接材料部清洁; 弧长太长, 保护效果差; 焊接规范不恰当, 冷速太快; 焊接前清理不当。
( 2) 裂纹: 热裂纹: 母材硫磷含量高; 焊缝冷速太快, 焊接应力大; 焊接材料选择不当。
冷裂纹: 母材淬硬倾向大; 焊缝含氢量高; 焊接残余应力较大。
( 3) 夹渣: 焊道间的熔渣未清理干净; 焊接电流太小, 焊接速度太快; 操作不当。
( 4) 咬边: 焊条角度和摆动不正确; 焊接电流太大电弧太长。
( 5) 焊瘤: 焊接电流太大, 电弧太长, 焊接速度太慢; 焊接位置和云条不当。
( 6) 未焊透: 焊接电流太小, 焊接速度太快; 坡口角度太小, 缝隙过窄, 钝边太厚。
10 选择焊接方法需考虑的因素:
( 1) 各种焊接方法的工艺特点和适用范围; ( 2) 焊接结构所用材料的焊接性能和工件厚度; ( 3) 生产批量, 包括单件, 小批量, 大批量, 大量生产等; ( 4) 现场设备条件和工作环境。
18． 碳钢的焊接: 低碳钢的含碳量小于0.4%, 一般没有淬硬、 冷裂倾向, 焊接性最好;中碳钢含碳量在0.25%---0.6%只讲用一定的淬硬倾向, 焊接接头容易产生低塑性的淬硬组织和冷裂纹, 焊接性能较差;高碳钢碳含量大于0.6%淬硬、 冷裂倾向更大, 焊接性极差。
19. 铸铁焊补有哪些问题? 可采用什么方法克服?
1.易产生白口组织。由于焊补时为局部加热, 焊补区冷却速度极快, 不利于石墨析出, 因此极易产生白口组织, 其硬度很高, 焊后很难进行机械加工。2.易产生裂纹。铸铁强度低塑性差, 当焊接应力较大时, 焊缝及热影响区内易产生裂纹。3.易产生气孔。铸铁含碳量高, 焊补时易产生co和CO2气体, 结晶速度快, 熔池中的气体来不及溢出而形成气孔。用热焊法能有效防止白口组织和裂纹产生焊补质量好, 焊后可进行机械加工。冷焊法焊补时主要依靠焊条调整焊缝化学成分, 以减少白口组织和裂纹倾向。
20.为什么厚板焊接时要开坡口? 常见坡口形式有那几种?
当板厚增大时, 为了焊透, 要开各种各样的坡口, 有Y型, X 型, U型, 双U型坡口。
21.分析高强度低合金结构钢的焊接特点。为防止其焊接缺陷, 应采取哪些措施?
碳及合金元素含量较高, 碳当量大于0.4%, 焊接性较差, 主要表现在: 一方面热影响区淬硬倾向明显, 热影响区易产生马氏体组织, 硬度增高, 塑性韧性下降; 另一方面, 焊接接头产生冷裂纹倾向加剧。影响冷裂纹因素主要有三: 一是焊缝及热影响区的含氢量, 而是热影响区的淬硬程度, 三是焊接接头的残余应力大小。因此, 对于高强度低合金钢焊接时, 焊前一般需要预热, 预热温度大于150°c, 焊后还应进行热处理, 以消除内应力。优先选用抗裂性好的低氢型焊条; 焊接时, 要选择合适的焊接规范以控制热影响区的冷却速度。
第五章
1金属粉末的性能a物理性能b工艺性能
2金属粉末的化学成分一般是指主要金属或组分、 杂质以及气体含量
3粉末的物理性能主要: a颗粒形状b颗粒大小c粒度
还有d颗粒的比表面积e颗粒的密度f显微硬度
4金属粉末的颗粒形状即外观几何形状: 球状、 树枝状、 针状、 海绵状、 粒状、 片状、 角状、 不规则状
5工艺性能: 松装密度、 流动性、 压缩性、 成型性
6金属粉末的制备方法: 机械方法( 机械粉碎、 雾化法) 、 物理方法( 蒸汽冷凝法) 、 化学方法( 还原法、 电解法)
7金属粉末的预处理: 粉末退火、 筛分、 制粒、 加入润滑剂
8金属粉末压制成型: 1封闭钢模压制( 称粉、 装粉、 压制、 保压、 脱模) 2流体等静压制3粉末锻造4三轴向压制成型5高能成型6震动压制7挤压8连续成型
9常见的压制方法: 单向压制、 双向压制、 浮动模压制、 引下法
10压制过程的主要目的: 得到一定的压坯密度
压制过程的主要特征: 压坯密度分布不均匀
11压坯密度与影响因素的关系:
a压坯密度随压制压力增高而增大b压坯密度随粉末的粒度或松装密度增大而增大
c粉末颗粒的硬度和强度减低时, 有利于颗粒变形, 从而促进压坯密度增大
d减低压制速度时, 有利于粉末颗粒移动, 从而促进压坯密度增大
12脱模力是指使压坯从压模中脱出所需要的压力
13烧结: 一种高温热处理, 将压坯或松装粉末体置于适当的气氛中, 在低于其主要成分熔点的温度下保温一定时间, 以获得具有所需密度、 强度和各种物理及力学性能的材料或制品的工序
14烧结工艺参数包括两个方面 一.烧结温度、 保温时间、 加热和冷却速度
二合适的烧结气氛及控制气氛中的各成分的比例
15烧结的三个阶段: 预烧、 烧结、 冷却
16烧结最主要的因素: 烧结温度、 烧结时间、 大气环境
17后处理的方法按目的分: a为提高制品的物理性能及力学性能, 后处理方法有复压、 烧结、 浸油、 热锻与热复压、 热处理及化学热处理b为改进制品表面的耐腐蚀性, 后处理方法有水蒸气处理、 磷化处理、 电镀等c为提高制品的形状与尺寸精度, 后处理方法有精整、 机械加工等