南昌大学金属材料成型工艺复习要点

1、金属塑性成型1. 金属塑性加工：是指金属铸锭、金属粉末或各种金属坯料通过外力的作用产生塑性变形，获得具有所需形状、尺寸和性能制品的加工方法。也称压力加工。2. 多晶体的塑性变形机理包括晶内变形和晶间变形两种。（1） 在冷态变形条件下，多晶体的塑性变形主要是晶内变形（滑移和孪生），晶间变形只起次要作用，而且需要有其他变形机制相协调。（2） 在热塑性成型中，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。3塑性：固体金属在外力作用下发生永久变形而又不破坏其完整性的能力。 变形：对固体施加外力，会引起固体的形状与尺寸的变化，这种变化通常称为变形。塑性变形：物体在外力作用下产生变形，当去除外

2、力后仍有残余的变形，称这种变形为塑性变形。4（1）轧制：也叫压延，它是靠旋转的轧辊与轧件之间形成的摩擦力将轧件拖进辊缝之间，并使之受到压缩产生塑性变形的过程。 轧制特点：轧制零件为局部、连续成形。 轧制零件优点：局部成形，工作载荷只有整体模锻的几十分之一，因此设备小得多，造价低得多，模具寿命高得多；由于轧制是连续成形的，所以生产效率高，工作噪音小，进出料容易实现机械化，自动化操作，属无公害生产。 缺点：模具复杂，尺寸大；设备通用性差，工艺调整难度大。（2）挤压：是对放在容器内的金属坯料施加外力，使之从特定的模孔中流出，获得所需断面形状和尺寸的一种塑性加工方法。 优点：金属在挤压变形区中处于强烈

3、的三向压应力状态，可以提高金属的变形能力；制品综合质量高；产品范围广：管棒线材，形状非常复杂的实心和空心型材；生产灵活性大，工艺流程简单，设备投资少；缺点：制品组织性能不均匀，这是由于金属流动不均匀引起的。挤压工模具工作条件恶劣，工模具耗损大。挤压生产效率、成品率较低。 （3）拉拔：在外加拉力的作用下，迫使金属通过模孔产生塑性变形，以获得与模孔形状、尺寸相同的制品的加工方法，称之为拉拔。 拉拔加工优点：拉拔制品的尺寸精度高，表面粗糙度低；工具与设备简单，维护方便，在一台设备上可以生产多种品种与规格的制品；最适合于连续高速生产断面尺寸小的长尺寸产品。 缺点：拉拔道次变形量和两次退火之间的总变形量

4、受到限制，为获得和其它塑性加工方法等同的变形量，需要的变形道次多，工艺过程长。室温下进行，两向压缩一向拉伸应力状态。 （4）.冲裁：利用冲模使坯料沿封闭轮廓分离的工序。包括落料和冲孔二个基本工序。 优点：具有生产效率高，零件互换性强，零件质量相对稳定，冲裁工序适合于大批量零件加工等诸多优点，缺点：冲裁工序存在模具成本高，生产周期长，维修难度高等。5Tresca（屈雷斯加）屈服准则：当材料（质点）中的最大剪应力达到某一临界值时，则材料发生屈服；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。屈雷斯加屈服准则表达式为：max=C设123, 则 max 1=（1-3）/2 = C C可通过实

5、验求得。其值与应力状态无关，常采用简单拉伸试验确定。6Misses屈服准则：当材料质点单位体积的弹性形状变化能达到某一临界值；该临界值只取决于材料在变形条件下的性质，而与应力状态无关。密塞斯屈服准则表达式为：若用主应力表示，则为 式中C1取决于材料在变形条件下的性质，而与应力状态无关。已知拉伸试样屈服时，2=3=0、1=s, 得：密塞斯屈服准则的表达式为7、密塞斯和屈雷斯加屈服准则的比较1）物理含义不同：Tresca：最大剪应力达到极限值C Mises：畸变能达到某极限（2）表达式不同;（3）几何表达不同： Tresca准则：在主应力空间中为一垂直平面的正六棱柱； Mises准则：在主应力空间

6、中为一垂直于平面的圆柱。 (平面:在主应力坐标系中，过原点并垂直于等倾线的平面) 空间几何表达：Mises圆柱外接于Tresca六棱柱； 在平面上两准则有六点重合；（4）为了评价2影响，引入罗代应力参数0，密塞斯屈服准则，当2由1变化至3时，相应的值的变化范围为11.155；屈雷斯加屈服准则，2在1和3之间变化，其=1。 当材料受单向应力时，=1，两准则重合； 在纯剪应力作用下（2=1或2=3 ）时，两个屈服准则的差别最大，达15.5% 一般情况下，两个屈服准则的差别小于15.5%，视中间应力2的相对大小而定。 当应力状态以主应力1、2、3表示，而且其大小顺序已知，这时用 Tresca 准则比

7、较简便。不然的话，就得用Misses准则。8.粉末冶金三步骤：粉末合金的过程分为三步：制备原材料粉末，成形过程及烧结过程。（1）制备原材料粉末一般需要多种粉末混合，为保证压坯质量,还需要合适的粗细粒度搭配。为获得优异的力学性能，粉料平均粒度越小越好。粉料在成形前需退火、筛分、混合、制粒、加润滑剂这样一些预处理。（2）成形过程成形分为模压成形和特殊成形两大类。模压成形占主导地位，模压成形是将预处理好的粉末装入模具，用压力机压制成形。但压制尺寸和形状有一定限制。特殊成形方法：等静压成形、滚压成形、高能高速成形、无压成形、注浆成形等。 （3）烧结过程烧结过程：成形后的粉末毛坯必须在适当的温度和气氛中

8、加热、保温，使其发生一系列的物理和化学变化，使粉末颗粒的聚集体变成晶粒的聚集体，以达到所需的物理、力学性能，成为可用的制品材料。它是整个生产和材料制备过程中最重要的工序。烧结温度一般约为主成分熔点的2/3。烧结时还需要用氢气等还原性气体，或氮气、氩气等惰性气体保护，有时还可能直接在真空中烧结。 9机械制粉原理及应用：（1）原理：利用动能来破坏材料的内结合力，使材料分裂产生新的界面。 （不确定）（2）应用：用机械研磨和气流研磨法可以指出粉碎极限一般有数微米的粉末。10烧结基本原理（1）烧结驱动力：粉状物料的表面能大于多晶烧结体的晶界能。（2）物质迁移机理：扩散传质、流动传质、蒸发凝聚、溶解-沉淀

9、。1.液态成形又称 “凝固成形”、“铸造”。液态成形-将材料熔化成一定成分和一定温度的液体，然后在重力或外力作用下浇入到具有一定形状、尺寸大小的型腔中，经凝固冷却后便形成所需要的零件的技术。2.铸造一般按造型方法来分类，习惯上分为 1）普通砂型铸造（包括湿砂型、干砂型、化学硬化砂型）三类 2）特种铸造： 特种铸造按造型材料的不同，又可分为两大类： （1）以天然矿产砂石作为主要造型材料：如熔模铸造、壳型铸造、负压铸造、泥型铸造、实型铸造、陶瓷型铸造等； （2）以金属作为主要铸型材料：如金属型铸造、离心铸造、压力铸造、低压铸造等。3优点：（1）可生产形状任意复杂的制件，特别是内腔形状复杂的制件。如

10、汽缸体、汽缸盖、蜗轮叶片、床身件等。（2）工艺灵活性大，适应性广，工业常用的金属材料均可铸造。几克 几百吨，壁厚0.3mm1m；（3）铸造成本较低：原材料来源广泛，价格低廉；（4）铸件的形状尺寸与零件非常接近,减少切削量，属少无切削加工。缺点: （1）力学性能较差(组织疏松、晶粒粗大，缩孔、缩松、孔缺陷)；（2） 铸件工序多，质量不稳定； （3） 砂型铸造中，单件、小批，工人劳动强度大。4.片层共晶的间隔金属由液态转变为固态的凝固过程，实质上就是原子由近程有序状态过渡为长程有序状态的过程.纯金属的凝固过程包括两个基本过程：形核、长大5.铸件宏观组织一般可能存在有三个不同的晶区：表面细晶粒区，它

11、是紧靠型壁的一个外壳层，由紊乱排列的细小等轴晶所组成；柱状晶区，由自外向内沿着热流方向彼此排列的柱状晶所组成；内部等轴晶区，由紊乱排列的粗大等轴晶所组成。6.铸件结晶组织对铸件质量和性能的影响 表面细晶粒区薄，对铸件的质量和性能影响不大。铸件的质量与性能主要取决于柱状晶区与等轴晶区的比例以及晶粒的大小。7.等轴晶组织的获得和细化 强化非自发形核，促进晶粒游离，抑制柱状晶区的形成和发展。工艺上能采取的工艺措施有下列几条： 适当降低浇注温度： 合理运用铸型对液态合金的强烈激冷作用： 孕育处理: 动态晶粒细化：在合金凝固初期，直接对合金液施以振动、搅拌或旋转，都可以在液相中产生大量的游离晶体，细化等

12、轴晶。 8.在铸件凝固过程中，对铸件质量影响较大的主要是固液两相并存的凝固区的宽窄。铸件的“凝固方式”就是依据凝固区的宽窄来划分的。三种凝固方式：逐层凝固：凝固动态曲线中，固液相线间距很窄，凝固的自始至终，仅有很薄一层的两相共存区，凝固壳由表面至中心逐渐加厚，这种凝固方式就是逐层凝固；纯金属和共晶成分的合金在凝固中因为不存在固液两相并存的凝固区，所以固体与液体分界面清晰可见，一直向铸件中心移动糊状凝固：凝固动态曲线中，固液相线的间距很宽，在很长一段凝固时间内，固液共存的两相凝固区几乎贯穿于整个铸件的断面，这种凝固方式被称为糊状凝固。中间凝固：大多数合金的凝固是介于逐层凝固和糊状凝固之间，称为中

13、间凝固。凝固温度间隔大的合金，倾向于糊状凝固；范围小,凝固区窄,愈倾向于逐层凝固。9.充型 液态合金填充铸型的过程。充型能力液体金属充满铸型型腔，获得尺寸精确、轮廓清晰的成形件的能力。充型能力取决于合金流动性 浇注条件 铸型填充条件充型能力不足时，会产生浇不足、冷隔、夹渣、气孔等缺陷。10.影响充型能力的因素（1）内在因素合金的流动性合金的流动性是指合金本身的流动能力，是影响合金充型能力的内在因素，是金属的铸造性能之一。 影响流动性的因素有主要有合金的种类、成分和结晶特征及其它物理量。（2）影响充型能力的外界因素铸型条件、浇注条件和铸件结构等因素对合金的充型能力有重要影响。铸型条件：铸型导热能

14、力: 导热 金属降温快，充。铸型温度: t ，充。铸型中气体: 排气能力 ，充 。减少气体来源,提高透气性；少量气体在铸型与金属液之间形成一层气膜,减少流动阻力,有利于充型.浇注条件：浇注温度: t,充型能力。但过高，缩孔，粘砂，气孔等。充型压力: 在流动方向上所受的压力，充型能力 铸件结构条件：铸型结构若不合理，充。 铸件的壁愈薄、结构形状愈复杂，液态合金的充型能力愈差。应采取适当提高浇注温度、提高充型压力和预热铸型等措施来改善其充型能力 11.收缩：铸件在凝固和冷却到室温过程中，其体积和尺寸都将减少，这种现象被称收缩。合金收缩的三个阶段：液态收缩、凝固收缩、固态收缩 合金的收缩对铸件的质量

15、影响 液态收缩和凝固收缩都使合金体积减小，液态收缩一般表现为铸型内液面的降低。凝固收缩如果没有外来金属液的补充，则在铸件内形成缩孔和缩松，是铸件中产生缩孔或缩松的基本原因； 而固态收缩则是铸件产生铸造应力，变形，裂纹的主要原因。它对铸件形状和尺寸精度影响很大。 液态合金在冷却凝固过程中，若其液态收缩和凝固收缩所缩减的容积得不到补充，则在铸件最后凝固的部位形成一些孔洞 。体积大而集中的孔洞称为缩孔；细小而分散的孔洞称为缩松。（1）缩孔产生原因：凝固体积收缩，得不到液态金属的补充 逐层凝固 通过液态金属的流动使收缩集中于铸件最后凝固部位集中缩孔。缩孔产生的部位在铸件的最后凝固区域，如壁的上部或中心

16、处。 （2）缩松：缩松分为宏观缩松和显微缩松两种。宏观缩松是用肉眼或放大镜可以看出的小空洞，多分布于铸件中心轴线处或缩孔下方。显微缩松是分布于晶粒之间的微小孔洞，需用显微镜才能观察到。有时这种显微缩孔分布于整个截面。 糊状凝固糊状区、液固共存液体流动困难晶间树枝间得不到补充 分散的小缩孔12.防止缩孔及缩松的主要工艺措施实现顺序凝固，合理应用冒口、冷铁等工艺措施补缩。 顺序凝固原则 在铸件上从远离冒口或浇口到冒口或浇口之间建立一个递增的温度梯度，从而实现由远离冒口的部分向冒口的方向顺序地凝固。 顺序凝固原则适用于收缩大或壁厚差别较大，易产生缩孔的合金铸件。 冒口：是铸型内用以储存金属液的空腔。

17、 冷铁：用铸铁、钢和铜等金属材料制成的激冷物称冷铁使铸件实现同时凝固同时凝固原则 即采用相应工艺措施使铸件各部分温度均匀，在同一时间内凝固。同时凝固适用于各种合金的薄壁铸件。 合理确定内浇口位置及浇注工艺。13.凝固成形的方法 砂型铸造 熔模铸造 金属型铸造 压力铸造 低压铸造 离心铸造 消失模铸造14.砂型铸造 是用型(芯)砂制作铸型的一种最常用的方法。 砂型铸造是传统的、也是目前使用最普遍的凝固成形方法。目前铸造生产中有80%90%的铸件都是砂型铸造的。 砂型铸造是其它一切铸造方法的基础。15.砂型铸造的特点 1）适用面最广的一种凝固成形方法，几乎适用于所有不同大小、结构的零部件生产。 2

18、）从铸型的制造方法来分，砂型(芯)制造可分为手工造型(芯)和机器造型(芯)两大类。（1）手工造型 指用手工或手动工具完成造型各工序的方法。 特点：操作灵活，工艺装备(模样和砂箱等)简单，生产准备时间短，适应性强，可用于各种大小、形状的铸件。但是，手工造型对工人的技术水平要求较高，生产率低，劳动强度大，铸件质量不稳定。 主要用于单件、小批生产。16.熔模铸造用易熔材料制造模样，表面包覆若干层耐火涂料，经硬化后，制成型壳，熔出模样，从而获得无分型面的空心型壳，型壳经高温焙烧，浇注合金液而获得铸件的铸造方法。由于熔模广泛采用蜡质材料来制造，故又常把它称为“失蜡铸造”。熔模铸造的工艺过程熔模铸造的工艺

19、过程包括：熔模制造、结壳、脱蜡、焙烧、浇注等。特点：(1)铸件的精度和表面质量高 CT4CT6，Ra3.212.5m。 (2)适用于各种合金铸件，尤其适用于高熔点及难加工的高合金钢。(3)使用易熔模，型壳无分型面，型壳对模样复印性好；金属液充型性好。故可制造形状较复杂的铸件，最小直径为0.5mm，最小壁厚可达O.3mm。(4)单件,小批,大批量生产均可(5)少、无切削加工，稍磨(6)主要问题是工艺过程较复杂，生产周期长，铸件成本高。此外，难以实现机械化和自动化生产；力学性能较低；不能做大型件，最适于从几克到十几千克的小铸件，一般不超过25kg。应用: 使用高熔点合金精密铸件的成批，大量生产，形

20、状复杂，难以切削加工的小零件。如：汽轮机叶片，工艺品等。 熔模铸造还适于将数个零件装配而成的组件改为整铸件一次制出。17.定义：金属型铸造是指利用金属材料制成铸型，在重力作用下将熔融金属浇注到铸型中制造铸件的一种铸造方法，铸型是金属制成，可反复使用几百到几千次，也称永久型铸造。特点: 和砂型铸造相比，金属型铸造有许多优点： (1)组织致密，力学性能较高。 (2)铸件的尺寸精度高、表面粗糙度低，铝合金铸件的尺寸公差等级可达CT7CT9，表面粗糙度可达Ra3.212.5m。 (3)浇冒口尺寸较小，金属耗量减少，一般可节约金属1530。 (4)多次浇注、工序简化、生产率高，易于实现机械化、自动化。

21、(5)但金属型制造成本高，周期长，工艺要求严。不适合单件、小批生产零件，不适宜铸造形状复杂的薄壁铸件，否则易产生浇不足等缺陷。铸造高熔点合金，金属型寿命较低。 18.压力铸造在高压下（3070MPa）快速地将液态或半液态金属压入金属铸型中，并使液态金属在压力下结晶，以获得铸件的凝固成形方法。与其他铸造方法相比，压力铸造有以下优点： (1)铸件的尺寸精度高，表面粗糙度低； (2)铸件的强度和表面硬度较高； (3)可铸出形状复杂的薄壁铸件；铸件最小壁厚为：锌合金为0.3 mm，铝合金为O.5mm；最小铸出孔直径为O.7mm；可铸螺纹最小螺距为O.75mm。 (4)生产效率很高，生产过程易于机械化和

22、自动化； (5)便于采用镶嵌法铸造，实现一件多材质。 主要缺点： (1)压速高,易形成气孔。不能进行较多余量的切削加工，也不能进行热处理； (2) 种类受限,不宜压铸高熔点合金； (3) 容易出现缩松缺陷； (4)设备投资大，生产准备周期长。 应用: 主要用于有色合金(如铝合金、锌合金)的中、小铸件的大量生产。也逐渐用来压铸铸铁、铸钢件。 19低压铸造：用较低的压力(0.020.06MPa)使金属液自下而上充填型腔，并在压力下结晶以获得铸件的方法称为低压铸造。特点： (1)充型平稳，无冲击、飞溅现象，不易产生夹渣、砂眼、气孔等缺陷； (2)借助压力充型和凝固，铸件轮廓清晰，组织致密，对于薄壁、

23、耐压、防渗漏、气密性好的铸件尤为有利； (3)浇注系统简单，浇口兼冒口，金属利用率高，通常可达90以上。设备费用远较压铸低； (4)铸件的表面质量高于金属型（CT69，Ra12.53.2m），可生产出壁厚为1.52mm的薄壁铸件； (5)充型压力和速度便于调节，可适用于金属型、砂型、石膏型、陶瓷型及熔模型壳等，容易实现机械化、自动化生产。应用：主要用于生产质量要求高的铝、镁合金铸件，如气缸体、缸盖、活塞、曲轴箱等，也可用于球墨铸铁、铜合金等较大铸件。 20.离心铸造是将液态金属浇入高速旋转（2501500r/min）的铸型中，使金属注在离心力作用下充填铸型并凝固的铸造方法。(1)铸件致密，缩孔

24、、缩松、气孔、夹渣等缺陷少，力学性能好。 (2)铸造中空的套筒和管件可不用型芯和浇注系统，大大简化了生产过程，节约了金属。(3)在离心力作用下，金属液的充型能力得到提高，可以浇注流动性较差的合金和薄壁铸件，如涡轮、叶轮等。(4)便于铸造双金属铸件，如钢套镶铜轴承，其结合面牢固、耐磨，可节约铜合金。(5)铸件易产生成分偏析，密度大的元素移向铸件表层，不适于铸造密度偏析大的合金及轻合金，如铅青铜、铝合金、镁合金等；(6)内孔不准确；内表面较粗糙，尺寸不易控制；(7) 需要较多的设备投资，故不适宜单件、小批生产。 离心铸造广泛用于生产管、套类铸件，是铸铁管、气缸套、铜套、双金属轴承的主要生产方法，离

25、心铸造铸件的最大重量可达几十吨。21.消失模铸造(实型铸造、气化模铸造)-用泡沫塑料模制造铸型后不取出模样，浇注时模样气化消失而获得铸件的方法。1) 首先制造泡沫塑料模 2)上涂料 3)填砂、紧实、浇注 4)落砂、清理 优点：(1)尺寸精度高(CT5-CT7)、表面粗糙度低(Ra6.3-12.5)。 (2)工序简单，缩短了生产周期，生产率高。 (3)节省投资，经济效果好。1t铸件可省1.75m3木材 (4)适应性广。对合金种类、铸件尺寸及生产数量几乎没有限制，铸件结构设计的自由度大。主要问题：(1)泡沫塑料模是一次性的，报废一个铸件浪费较大；(2)铸件易出现与泡沫塑料高温热解产物有关的缺陷，铸

26、铁件的黑渣、铝合金铸件的针孔、夹渣及铸钢件的增碳、气孔等； (3)模样气化形成的烟雾、气体对环境有污染。（1）合金种类：铸铁（球铁和灰铁）、铝、镁、铜合金及除低碳钢以外的铸钢。（2）一般情况下，铸件最小壁厚为4.06mm，最小铸出孔直径可达1.52 mm，质量从1 kg至50t。（3）生产批量可单件小批或成批大量。（4）高精度、少余量、结构复杂件，只要砂子在消失模样中能得到足够紧实，对铸件结构形状几乎无特殊限制。 该制造方法适用于各种铸件，如压缩机缸体、水轮机转轮体、机床床身、汽车覆盖件模具、阀门、轿车铝合金汽缸盖及缸体、曲轴、差速器、进气管及刹车毂等等。22.半固态成形:利用半固态合金独特的

27、性质实现浇注或压注成形的方法，称为半固态成形。与传统压力铸造成形相比，具有成形温度低，节约能源（如铝合金可降低120以上） ；模具的寿命长（较低温度的半固态浆料成形时的剪切应力，比传统的枝晶浆料小三个数量级，故充型平稳、热负荷小，热疲劳强度下降。） ；铸件性能好（因晶粒细化、组织分布均匀、体收缩减少、热裂倾向下降，基体上消除了缩松倾向，力学性能大幅度提高。 ）尺寸精度高（凝固收缩小），加工余量小，近净成形。 与传统的锻压技术相比，充型性能好，可制复杂零件等优点（变形阻力小，采用较小的力就可实现均质加工，对难加工材料的成形容易。）；成本低、对模具的要求低、 2l世纪最具发展前途的近净(即精密)成

28、形技术之一。 半固态合金的制备常用机械搅拌法、电磁搅拌法和应变激活工艺等。23.快速凝固为由液相到固相的相变过程非常快，从而获得普通铸件或铸锭无法获得的成分、相结构和显微结构的过程。 表55 几种铸造方法的比较铸造方法比较项目砂型铸造熔模铸造金属型铸造压力铸造低压铸造适用金属任意不限制，以铸钢为主不限制，以有色合金为主铝、锌、镁等低熔点合金有色合金为主，也可黑色金属铸件大小任意小于25kg，以小铸件为主以中、小铸件为主一般10kg以下，也可中型中、小铸批量不限制一般成批、大量，也可小批大批、大量大批、大量大批、大量铸件尺寸公差/mm1001.0粗糙中、高最高中铸件最小壁厚/mm3.0通常0.7

29、铝合金23铸铁.400.51.0一般2.01.常见的焊接方法（1）熔化焊。熔化焊的基本原理是指将填充材料（如焊丝）和工件的连接区基体材料共同加热至熔化状态，在连接处形成熔池，熔池中的液态金属冷却凝固后形成牢固的焊接接头，使分离工件连接成为一个整体。特点：在高温热源的作用下，填充金属（如焊条）和基体金属发生局部熔化。焊接接头出现五个区：焊缝区、熔合区、过热区、正火区和部分相变区。焊接时，焊件各部分冷热不均，受热部位产生拉应力，未受热部位则产生压应力。当应力达到一定程度，焊件出现变形。（2）压力焊压力焊的原理是在压力（或同时加热）作用下，在被焊的分离金属结合面产生塑性变形而使金属连接成为一个整体。

30、特点：加热平稳，焊接质量对焊接参数波动的敏感性低，焊点强度稳定，温度场分布平缓，塑性区宽，在压力作用下易变性，可减少熔核内喷溅、缩孔和裂纹倾向。对有淬硬性倾向的材料，软规范可减少冷裂纹倾向。所用设备装机容量小，控制质量差，电极磨损快，生产效率低，能量损耗较大。（3）钎焊钎焊的原理是利用熔点比被焊接金属熔点低的金属作钎料，将钎料与工件一起加热到钎料熔化状态，借助毛细管作用将其吸入到固态间隙内，从而使钎料与固态工件表面发生原子的相互扩散、溶解和化合而连成一个整体。特点：工件加热温度较低，组织和性能变化很小，变形也小。接头光滑平整，工件尺寸精确。可焊接性能差异很大的异种金属, 对工件厚度无限制。对工

31、件整体加热时，可同时钎焊由多条焊缝组成的复杂形状构件，生产率高。钎焊设备简单，生产投资费用。2.电焊条（1）焊条组成：电焊条由焊芯和药皮组成。（2）焊芯的作用：导电与充填焊缝。（3）药皮的作用：提高电弧燃烧的稳定性，防止空气对熔化金属的有害作用，保证焊缝金属的脱氧和加入合金元素。3.焊接化学冶金的反应区1）药皮反应区 准备阶段（1）发生的反应除水反应T100，吸附水蒸发。在200 -400时， 结晶水排出。某些物质分解：有机物（纤维素，木粉和淀粉）分解CO2、CO和H2 无机物（碳酸盐，高价氧化物）分解 CO2和O2； 铁合金氧化 600 以上，铁合金氧化，使气相的氧化性降低。（2）特点温度较

32、低熔滴反应和熔池反应的准备阶段。 生成物熔滴阶段和熔池阶段的反应物。2）熔滴反应区 熔滴形成、长大、过渡到熔池 （1）发生的反应气体的分解a.简单气体的分解 ；指N2、H2、O2、F2等双原子气体b.复杂气体的分解 指CO2和H2O等分解产物在高温下还可进一步分解和电离。 氮在金属中的溶解 氢在金属中的溶解a.形成稳定氢化物放热反应Nb、Ti、V、Zr等b.不形成稳定氢化物吸热反应Cu、Co、Al、Fe、Ni等。 脱氧及增氧反应熔滴金属增氧途径 （1）气氛中CO2、H2O及O2的直接氧化 （2） 熔渣中（FeO）向熔滴金属中分配氧化 （3）熔渣中（MnO）、（SiO2）的置换氧化熔滴阶段脱氧过

33、程主要有： （1）熔滴中的FeO向熔渣中扩散分配 （2）熔滴中的Mn、Si置换脱氧（2）特点 反应温度高在钢材电弧焊中，熔滴平均温度18002400，金属过热度大（300900）。 相的接触面积大 熔滴小，与气体和熔渣的接触面积大。 反应时间短 熔滴在焊条端停0.01-0.1S熔滴阶段反应主要集中在此进行。 相的混合强烈 熔滴受力改变形状熔渣与熔滴发生强烈混合。3）熔池反应区 熔滴和熔渣与熔化的母材相混合所形成的反应区。（1）发生的反应 - 脱氧反应熔池金属中存在的氧有以下几种形式：A、可溶的O、FeO； B、不溶的氧化物，如MnO、SiO2等。（2）气体的逸出温度，氢和氮在钢中的溶解度迅速降

34、低，在凝固温度时溶解度突变，陡降到很低的值。（3）特点.反应速度低 与熔滴反应区比，熔池平均温度稍低（16001900）反应时间稍长（几十秒），反应速度低。.反应不同步 熔池的温度不均匀，前部比后部高，反应不同步。.具有一定的搅动作用 熔池液态金属有规律的对流和搅动（反应速度气体和非金属夹杂逸出）4.焊接热循环焊接热循环：在焊接热源的加热及随后的冷却过程中，焊件上某点的温度随时间变化的过程称为焊接热循环。热循环使焊缝附近金属相当于受到一次不同规范的热处理。（1）焊接加热过程的组织转变特点组织转变向高温推移 ; 焊接过程的快速加热，使各种金属的相变温度比起等温转变时大有提高A 均质化程度降低，部

35、分晶粒严重长大； 高温停留时间短，不利于扩散均质化 。熔合区附近的热影响区温度高，晶粒严重长大。 （2）焊接冷却过程的组织转变特点组织转变向低温推移，可形成非平衡组织；M转变临界冷速发生变化 晶粒粗大A稳定性淬硬倾向； 碳化物A稳定性淬硬倾向；5.不易淬火钢HAZ的构成冷轧态母材HAZ过热区 + 完全重结晶区 +不完全重结晶区 + 再结晶区热轧态母材HAZ过热区 + 完全重结晶区 + 不完全重结晶区6、易淬火钢HAZ的组织分布调质态母材HAZ完全淬火区 + 不完全淬火区 + 回火区退火或正火态母材HAZ完全淬火区 + 不完全淬火区1） 完全淬火区温度： Ac3以上（与不易淬火钢的过热区、正火区

36、对应）。组织：M 相当于过热区的部位粗大的马氏体；相当于正火区的部位细小的马氏体。性能：硬度大，塑性、韧性较低。2） 不完全淬火区温度： Ac1Ac3 之间；（与不易淬火钢的不完全重结晶区对应）。组织：M + F（粗大） 加热时，F很少溶入A冷却成粗大F； 加热P、B变为A冷却成M。性能：脆性较大，韧性较低。3）回火区（调质态母材）温度： 调质回火温度Ac1之间；组织和性能： 变化的程度决定于焊前调质的回火温度t ： t ，回火区，组织和性能变化。回火区经历的峰值温度，软化程度，强度 请简述焊接加热和冷却过程中各自组织转变的特点，并分析不易淬火钢的各个热影响区的组织及性能特点。1）焊接加热过程

37、的组织转变特点：组织转变向高温推移； A（奥氏体）均质化程度降低，部分晶粒严重长大。（2）焊接冷却过程的组织转变特点：组织转变向低温推移，可形成非平衡组织；M（马氏体）转变临界冷速发生变化。（3）不易淬火钢冷轧态热影响区的组成：a.过热区组织：粗大的F和P。特点：宽度为13mm，塑性和韧性下降。b.完全重结晶区组织：均匀细小的F和P（近似于正火组织）特点：宽度约1.24.0mm，力学性能优于母材。c.不完全重结晶区组织：F+P (F粗、细不均)特点：部分组织发生相变，晶粒不均匀，力学性能差。d.再结晶区：冷作硬化的母材。组织：等轴F晶粒；特点：塑性和韧性提高，强度和硬度低于母材。6.熔池凝固的

38、特点焊接熔池与铸钢锭的凝固过程基本相同，均为形核和晶核长大的过程，但其特殊性表现在：（1）熔池凝固在连续冷却条件下非平衡结晶，熔池体积小，冷却速度大。（2）熔池金属处于过热状态。熔池中心部分温度高，过热度大。（3）熔池金属在母材上联生结晶。冷态的母材包围熔池，如“模壁”。（4）熔池在运动状态下凝固，熔化焊时熔池随热源移动，熔池中金属的熔化（前半部分）和凝固（后半部分）过程同时进行。（5）熔池中的温度分布不均匀，前部高后部低。液态金属从低温区向高温区流动，在熔池中造成对流。7.焊接热影响区 组织、性能特点、变化（1）焊接热影响区（HAZ）：和焊缝相邻的、在焊接过程中显微组织发生变化的区域，称为焊

39、接热影响区。焊接热影响区和焊缝组成焊接接头。（2）焊接热影响区的温度，组织，成分见图3-31.8.焊接热影响区的性能 硬度 脆化 力学性能的分布1）硬度（1）影响硬度的因素 a) 母材的淬硬倾向（内因）-取决于化学成分 材料淬硬倾向的评价指标 碳当量。它是把钢中合金元素（包括碳）按其对淬硬（包括冷裂、脆化等）的影响程度折合成碳的相当含量。b）HAZ的冷却速度（外因）-取决于焊接规范（2）最高硬度 熔合线附近（3）最低硬度 不易淬火钢： 与母材相接处；易淬火钢（调质态）：在Ac1附近的区域；2） 脆化脆化: 脆性或韧性;接头的一个薄弱环节（1） 粗晶脆化-HAZ因晶粒粗大发生韧性降低的现象。 影

40、响因素：a.晶粒，晶界结构越疏松，抗冲击，韧性 b.化学成分-碳、氮化物形成元素-阻碍晶界迁移-防止晶粒长大。c.热源和热输入-能量密度-热输入-晶粒措施：应用热量集中的热源+较低的热输入。（2） 组织脆化-焊接HAZ中由于出现脆硬组织而产生的脆化称之组织脆化。片状M脆化和M-A组元片状M脆化 a. 材质低碳调质钢、中碳钢、中碳调质钢b. 影响因素冷却速度，片状M，脆性倾向c. 预防措施提高焊接热输入，冷却速度，但这两者的提高，晶粒长大粗晶脆化。采用缓冷、预热。M - A 组元a. 形成条件：l 焊接低碳低合金钢；l 先析出F残余A的碳浓度增高；l 高碳A 高碳M+残余A，即M-A组元。 b. 危害: M-A中的M-高碳M（片状）， 增加脆性。M-A：数量，脆性转变温度，HAZ脆化。c.影响因素: l 钢材的合金成分、合金化程度：成分简单、合金化程度较小： A稳定性小，不形成M-A组元。含碳量和合金成分高： 片状M，不形成M-A组元。l 冷却速度:冷速较大片状M；冷速较小F和碳化物；中等冷速易形成。即：低碳低合金钢+中等冷速-M-A组元。d. 预防措施:l 焊后低温（25