材料成形工艺基础.docx

材料成形工艺基础复习资料
第一章 金属材料成形基本原理
一 名词解释
逐层凝固：逐层凝固就是随着温度的降低，铸件外层已凝固的固相区不断向内层未凝固的液相区推进，液相区不断减小，直至到达铸件中心的凝固方式。
顺序凝固：指在铸件上建立一个从元力冒口的部分到冒口之间逐渐递增的温度梯度，使合金由远离冒口处向冒口方向顺序地凝固。
糊状凝固：在凝固的过程中，固相和液相并存的凝固区贯穿铸件的整个断面的凝固方式。
同时凝固：指采取一定的工艺措施，尽量减少铸件各部分之间的温度差，使铸件的各部分几乎同时凝固。
液态收缩：从浇注温度冷却到凝固开始温度期间发生的收缩。
凝固收缩：从凝固开始温度到凝固终了温度期间发生的收缩。
缩孔和缩松：逐渐在凝固的过程中，由于合金的液态收缩和凝固收缩所造成的体积收到得不到补充，就会在铸件的最后凝固部位形成孔洞，大而集中的孔洞为缩孔，细而分散的孔洞为缩松。
浇不足：液态合金充型过程中共，由于冷却过快而不能充满型腔。
冷隔：金属液充型后，在金属液的交接处融合不好，而且在铸件中产生穿透的或不穿透的缝隙称为冷隔。
纤维组织：金属内部的晶粒发生塑性变形时，当变形量很大是，晶粒形成细条形的组织。
锻造流线：铸态金属组织中分布在晶界上的夹杂物随着晶粒的变形而在金属流动最大方向上被拉长或呈现链状分布而且不会因晶粒的再结晶而改变形状和分布，锻后依然沿被拉长的方向保留在金属中呈现出链状或断续的流线形状的组织。
再结晶：在变形金属或合金的显微组织中，产生无应变的新晶粒──再结晶核心。新晶粒不断长大，直至原来的变形组织完全消失,金属或合金的性能也发生显著变化,这一过程称为再结晶。
动态再结晶：动态再结晶(dynamic reerystallization)，是指金属在热变形过程中发生的再结晶现象
热影响区：焊接或切割过程中，母材因受热(但未熔化)而发生金相组织和力学性能变化的区域
过热区：焊接时被加热到Ac3以上100～200℃至固相线温度区间，奥氏体晶粒急剧长大，冷却后产生晶粒粗大的过热组织。因而其塑性及韧性很低，容易产生焊接裂纹。
二 简答题

1-3 拟生产一批小型铸铁件，力学性能要求不高，但壁厚较薄，试分析如何提高合金液的充型能力。
合金液的充型能力与合金的流动 性，浇注条件，铸型条件，铸件结构有关。生产中可以适当提高铸件液的浇注温度，充型压力，，提高铸型温度等来提高合金的充型能力。
1-4 冒口补缩的原理是什么？冷铁是否可以补缩？冷铁的作用于冒口有何不同？
答：冒口是铸型内供储存铸件补缩用熔融金属，并有排气、集渣作用的空腔。冒口补缩的原理是按照顺序凝固的原则铸件上先凝固部分的收缩由后凝固部分 的金属液来补缩，后凝固部分的收缩由冒的金属液来补缩，最后在清理铸件是除去冒口。
冷铁并不可以补缩，它和冒口配合使用可以增大冒口补缩的有效距离。冷铁是为增加铸件的局部冷却速度，在型腔内部及工作表面安放的金属块，所以冷铁的作用是控制铸件的冷却速度，使铸件能够更好的顺序凝固，防止缩孔和缩松等缺陷的形成，而冒口的最大作用就是提高足够的的熔融金属液来补充合金液的收缩。
1-11 根据你所学的的知识说明“趁热打铁”的意思和道理。
“趁热打铁”比喻要趁早利用有利的时间和条件。它的原理当金属加热到高温时，金属原子容易被激活，容易扩散，塑性变形的抗力减小，强度降低，塑性，韧性增加，捶打时容易产生塑性变形，而获得所需要的形状和尺寸。
1-12 什么是金属的超塑性？超塑性成形有什么特点？
是指在一些特定条件下如一定的化学成分，特定的显微组织，特定的变形温度和应变速率等，金属表现出异乎寻常的高塑性状态，具有均匀的变形能力，其伸长率可以达到白份之几百，甚至几千。超塑性成形的特点：大的伸长率，无缩颈，低流动应力，对应变速率的敏感性高易成型，成形过程中基本没有加工硬化现象，不会形成各向异性和残余应力。
第二章 铸造成形
2-3 金属型铸造有何优越性？为什么金属型铸造不能广泛取代砂型铸造？
金属型铸造中铸型可以反复使用，因此生产效率高，改善了劳动条件，易于实现机械化和自动化生产。铸件的精密度搞，表面质量好，力学性能良好。
但是金属型的制造周期长，成本高，铸造工艺要求严格，不易生产大型，薄壁和形状复杂的铸件，而且铸铁件易产生白口组织所以不能广泛取代砂型铸造。
2-4 低压铸造的工作原理和压铸有何不同、为何铝合金较常采用低压铸造？
低压铸造的压力较低，并且是熔融金属液由下而上压入型腔。因为低压铸造金属液充型平稳，对铸型的冲刷力小，工件的质量高，铝合金密度小，质量较轻，用低压铸造效果更佳。
2-15 为什么要规定铸件的最小壁厚？铸件的壁过薄或过厚会出现哪些问题？
因为合理的铸件结构可以消除铸造缺陷。最小壁厚是保证铸件质量的最小比壁厚值。过薄：可能导致铸件产生浇不到，冷隔等铸造缺陷；过厚：铸件的壁厚过厚一方面造成金属的浪费，另一方面壁厚过厚在厚壁处产生冷却速度较慢的热节，结晶组织粗大容易产生缩孔，缩松，晶粒粗大等缺陷。
2-16 什么事铸件的结构斜度？它与起模斜度有什么不同？

铸件的结构斜度——铸件结构所具有的斜度。铸件上与分型面垂直的非加工面应设计结构斜度，以便于造型时易于取出模样。考虑到保持铸件的壁厚均匀，内、外壁应相应倾斜
起模斜度：为使模样容易从铸型中取出或型芯自芯盒脱出，在模样或芯盒平行于起模方向设置的斜度。大小取决于造型方法，模样材料，垂直壁高度，表面粗糙度通常为15‘~3度。一般立壁越高，斜度越小。
2-18试简述铸造工艺对铸件结构的要求。
(1) 铸件的外形设计应该避免侧凹结构；合理设计凸台和肋条；减少和简化分型面；考虑设计合理的结构斜度
(2) 铸件的内腔设计应该，不用或少用型芯，方便型芯的安放排气和清理。
(3) 注意铸件结构的合理分割与组合。
第三章 塑性成形
3-1 何谓自由锻？它在应用上有何特点？与自由锻相比，模锻有哪些特点？
自由锻造是利用冲击力或压力使金属在上下砧面间各个方向自由变形，不受任何限制而获得所需形状及尺寸和一定机械性能的锻件的一种加工方法，简称自由锻。
应用上的特点：自由锻造是靠人工操作来控制锻件的形状和尺寸的，所以锻件精度低，加工余量大，劳动强度大，生产率也不高，因此它主要应用于单件、小批量生产。
模锻的特点： （1）生产效率高（2）锻件尺寸精确，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工件
3-6 自由锻件的结构工工艺性有那些要求？自由锻件为什么不允许出现凸台，肋条和斜面？
在满足使用性能的前提下，锻件的形状应该尽量简单，规则易于锻造具体要求如下：（1）避免锥体或斜面结构（2）避免有空间曲面相交的结构（3）避免加强肋和凸台等结构（4）合理采用组合锻件
因为锻件具有斜面，凸台，肋条，的锻件成性比较困难，工艺过程比较复杂，不便于操作，降低了生产率，增加了锻造成本。
3-9 对于冲裁件，弯曲件，和拉深件，在形状设计上有何特别要求？
冲裁件的形状应力求简单，对称并尽可能采用圆形，矩形等规则形状，避免长槽和细长壁结构，避免设计成肥源曲线的形状，并使排样的废料最少；弯曲件的形状应尽量对称，弯曲半径应左右一致，保证板样受力是平衡，防止产生偏移，当弯曲不对称制件时也可以考虑弯曲后再切断;拉伸件的形状应力求简单，对称并尽可能采用圆形，矩形等规则形状，有利于拉深。其高度应尽量减小，以便用最少的拉深次数充成形。
第四章 焊接与粘接
4-2 电弧焊的构造及温度分布是怎样的？在什么情况下，应注意电弧焊的极性和接法？
焊接电弧可分为三个区域，即阳极区、弧柱区和阴极区。不同材料电极温度是不同的，其温度分别大概是这个范围（2600K-4200K，2400K-3500K，6000K-8000K）
用钢焊条焊接时，阴极区温度为2400K左右，放出热量为电弧总热量的38％；阳极区温度为2600K左右，热量占42％；弧柱区中心温度可达5000－8000K，热量占20％左右。
当采用直流弧焊电源焊接时，工件接正极，焊条接负极，称为正接，工件接负极，焊条接正极，称为反接，用交流弧焊电源焊接是由于电弧极性不断交替变化，不存在，正接，，反接问题。
4-3 埋弧焊与手弧焊相比有哪些优点？其工艺性有何特点？应用有何限制？为什么？
　　埋弧焊的主要优点 埋弧焊是当今生产效率较高的机械化焊接方法之一， 1.生产效率高 这是因为，一方面焊丝导电长度缩短，电流和电流密度提高，因 此电弧的溶深和焊丝溶敷效率都大大提高。（一般不开坡口单面一次溶深可达20mm）另一方面由于焊剂和溶渣的隔热作用，电弧上基本没有热的辐射散失,飞溅 也少，虽然用于熔化焊剂的热量损耗有所增大，但总的热效率仍然大大增加。 2.焊缝质量高 熔渣隔绝空气的保护效果好，焊接参数可以通过自动调节保持稳定，对焊工技术水平要求不高,焊缝成分稳定，机械性能比较好。 3.劳动条件好 除了减轻手工焊操作的劳动强度外，它没有弧光辐射，无烟尘等这是埋弧焊的独特优点。
埋弧焊工艺：焊前准备：埋弧焊在焊接前必须做好准备工作，包括焊件的坡口加工、待焊部位的表面清理、焊件的装配以及焊丝表面的清理、焊剂的烘干等 埋弧焊的工艺参数埋弧焊的焊接参数主要有：焊接电流、电弧电压、焊接速度、焊丝直径和伸出长度等。应用限制：适应性差，通常只适合于水平位置焊接直缝和环缝；对焊前准备严格，工件坡口加工要求高；焊接设备复杂，投资较大。
4-5 气体保护焊的主要特点是什么？常用的保护气体有哪些？
(1)电弧和熔池的可见性好，焊接过程中可根据熔池情况调节焊接参数。
(2)焊接过程操作方便，没有熔渣或很少有熔渣，焊后基本上蒙不需清渣。
　　(3)电弧在保护气流的压缩下热量集中，焊接速度较快，熔池较小，热影响区窄，焊件焊后变形小。
　　(4)有利于焊接过程的机械化和自动化，特别是空间位置的机械化焊接。
　　(5)可以焊接化学活泼性强和易形成高熔点氧化膜的镁、铝、钦及其合金。
　　(6)可以焊接薄板。
　　(7)在室外作业时，需设挡风装置，否则气体保护效果不好，甚至很差。
　　(8)电弧的光辐射很强。
(9)焊接设备比较复杂，比焊条电弧焊设备价格高。
常用的保护气体有：二氧化碳，氩气。
4-8 等离子电弧焊，激光焊，和电子束焊与传统的熔焊方法相比有哪些独特的优点？
等离子电弧焊：1）微束等离子弧焊可以焊接箔材和薄板。
　　（2）具有小孔效应，能较好实现单面焊双面自由成形。
　　（3）等离子弧能量密度大，弧柱温度高，穿透能力强，10～12mm厚度钢材可不开坡口，能一次焊透双面成形，焊接速度快，生产率高，应力变形小。
　　（4）设备比较复杂，气体耗量大，只宜于室内焊接。
激光焊：（1）能量密度大，穿透深度打，焊缝可以极为窄小，；热量集中，作用时间短，热影响区小，焊接残余应力和变形小，特别适用于热敏材料的焊接。（2）可以焊接一般焊接方法难以焊接的材料，如高熔点金属，非金属材料，异种材料的焊接。（3）激光可以反射，透射，能在空间传播相当远的距离而衰减很小，因而可以进行远距离焊接或一些难以接近部位的焊接；（4）焊接过程实际极短，不仅生产率高，而且焊件不易氧化，因此不论在真空，保护气体或空气中焊接，其效果几乎相等。
电子束焊接 （1 )电子束焊接的能量密度高 可焊接一般电弧焊难以实现的焊缝;
　　2)电子束焊接是在真空中进行 ,焊缝的化学成分稳定且纯净 ,接头强度高 ,焊缝质量高;
　　3)电子束焊接速度快 ,热影响区小 ,焊接热变形小;
　　4)电子束焊接适用于焊接几乎所有的金属材料;
　　5)电子束焊接可获得深宽比大的焊缝 (20∶ 1～50∶ 1) ,焊接厚件时可以不开坡口一次成形;
　　6)电子束焊接结合计算机技术 ,实现了工艺参数的精确控制 ,使焊接过程完全自动化。
　　电子束焊接技术是目前发展最快 ,应用最为广泛的电子束技术
第五章 粉末冶金与陶瓷材料成形
5-2 简述粉末冶金制品生产的各主要工序。
粉末制备：粉末制备方法分为机械法和物理化学法。
粉末成型：将松散的粉末紧实成具有所要求的而形状和尺寸以及适当强度的坯体过程。
烧结：将粉末坯体按一定的规范加热到规定温度并保温一段时间，使其内部结构发生一系列物理化学变化并获得所需要性能的工序。
5-4 影响粉末烧结质量的因素有哪些？并简述这些因素是如何粉末制品质量的。 （196页）
5-9 简述陶瓷烧成与冷却过程中四个阶段的变化。（p207）
第六章 高分子材料与复合材料成形
天然高分子材料：橡胶，纤维，塑料