材料成型技术基础考点总结

1、 第2章 铸造定义：熔炼金属、制造铸型并将熔融金属浇入铸型凝固后，获得具有一定形状、尺寸和性能的金属零件或毛坯的成形方法包括砂型铸造和特种铸造两大类优点：工艺适应性强，铸件的结构形状和尺寸和大小几乎不受限制，常用的合金都能铸造；原材料来源广泛，价格低廉，设备投资较少应用：适于制造形状复杂、特别是内腔形状复杂的零件或毛坯，尤其是要求承压、抗振或耐磨的零件。 缺点：工艺因素影响较大，铸件易出现浇不到、缩孔、气孔、裂纹等缺陷，组织疏松，晶粒粗大。质量不稳定，一般情况下，铸件的力学性能远不及塑性成形件 金属液的充型能力：金属液充满铸型型腔，获得轮廓清晰、形状、准确的铸件的能力。充型能力差的液态合金易产

2、生浇不到和冷隔等缺陷。取决于液态金属的流动性、铸型条件、浇注条件1.金属的流动性：金属液本身的流动能力，流动性好则充型能力强，易于获得轮廓清晰、壁薄而形状复杂的铸件，且易于防止各类铸造缺陷。 衡量：螺旋型流动试样长度影响金属流动性本质因素(1)合金成分：共晶成分和纯金属最好(2)合金的质量热容、密度和热导率：质量热容和密度大，含热量大；流动性好 热导率小，散热慢；流动性好影响金属流动性本质因素2铸型条件 铸型的蓄热系数：其值越大，激冷能力越强，金属液保持液态的时间就较短，充型能力越低选用蓄热系数小的造型材料，在型腔壁喷涂料 铸型温度：铸型的温度越高，金属液冷却就越慢，保持液态时间就越长 铸型中

3、的气体：形成影响充型的气体阻力 3浇注条件 浇注温度：浇注温度高，金属液的粘度低，保持液态的时间长。若温度过高，增大了缩孔、气孔、粘砂等缺陷倾向 充型压力：充型压力越大，流动性就越好。充型压力过大，会造成金属飞溅加剧氧化，及因气体来不及排出而产生气孔、浇不到等缺陷。 注：铸件的结构过于复杂、壁厚过小等，也使金属液充型困难铸型从金属液吸收并储存热量的能力金属的收缩特性：收缩指铸造合金从液态凝固和冷却至室温过程中产生的体积和尺寸的缩减。收缩较大的合金易产生缩孔、缩松缺陷，以及因铸造应力的出现而易产生变形、裂纹等铸造缺陷。 1金属收缩分液态收缩、凝固收缩、固态收缩三个阶段： 液态收缩、凝固收缩：体积

4、收缩形状变化、尺寸减小；形成缩孔、缩松固态收缩： 线尺寸的缩小产生铸造应力并引起变形、 裂纹2影响收缩的因素 ：1）金属的化学成分：铁碳合金中，灰铸铁收缩小。原因：碳大部分以石墨形态析出，石墨比容大，抵消部分体积收缩 2）浇注温度：随着浇注温度的提高，金属冷却时的液态收缩会增大，总体积收缩相应增大。3）铸型条件：铸件冷却过程中，由于各部分冷却速度的不同，使收缩相互制约而不能自由收缩，也可能受到型砂、型芯等的阻碍而不能自由收缩。阻碍越大，收缩越小缩孔与缩松 （1）缩孔：铸件在凝固过程中，由于补缩不良而产生的孔洞。特征：形状极不规则（多为倒锥形）、孔壁粗糙并带有枝状晶，常出现在铸件最后凝固的部位纯

5、金属、共晶合金和凝固温度范围窄的合金，凝固时呈逐层凝固方式，易产生缩孔缺陷 （2） 缩松：铸件断面上出现的分散而细小的缩孔。借助高倍放大镜才能发现的缩松称为显微缩松。铸件有缩松缺陷的部位，在气密性试验时易渗漏。特征：多产生在铸件的轴线附近和热节部位（即厚度较大，冷速较慢的金属积聚处）凝固温度范围越宽，糊状凝固越明显，铸件越易产生缩松缺陷 (3) 缩孔和缩松的防止：缩孔和缩松均使铸件的力学性能下降，甚至因产生渗漏而报废，应采取适当的工艺措施予以防止。1）采用顺序凝固原则：顺序凝固是使铸件按规定方向从一部分到另一部分依次凝固的原则。实施方法：(内浇口+冒口+冷铁） 特点：可获得致密的铸件，使铸件各

6、部分的温差加大，易产生内应力、变形和裂纹，增加了铸件成本。 应用：通常用于收缩较大、凝固温度范围较小的合金，如铸钢、碳硅含量低的灰铸铁、铝青铜等合金以及壁厚差别较大的铸件。目的：实现自薄部向着冒口方向顺序凝固、依次补缩，最终将缩孔转移到冒口中2）加压补缩：将铸型置于压力罐中，浇注后使铸件在压力下凝固可显著减少显微缩松。 3）选择合适的合金：不同成分的合金，凝固方式不同，总体积收缩量不同,共晶成分的铁碳合金凝固区间最小，收缩量最小。实际生产中就应使碳、硅含量在4.3附近铸造应力 ：铸件在凝固和冷却过程中由受阻收缩、热作用和相变等因素引起的内应力。（1）收缩应力：铸件在固态收缩时，因铸型、型芯、浇

7、冒口、箱带及铸件本身结构阻碍收缩而引起的铸造应力。收缩应力是暂时存在的应力，会自行消失。但在高温下，若某瞬间铸件上某部位的收缩应力和热应力之和超过其抗拉强度时，就可能产生裂纹。提高型（芯）砂的退让性，合理设置浇注系统和及时开箱落砂等措施，可有效地减小收缩应力 (2) 热应力：铸件在凝固和冷却过程中，不同部位由于温差造成不均匀收缩并互相牵制而引起的铸造应力。铸件凝固冷却后，热应力将残留在铸件内部。 1）热应力的分布：厚壁、心部（后冷处）受拉应力；薄壁、表面（先冷处）受压应力2）减小和消除热应力方法：残留应力使铸件的精度和耐蚀性大大降低，还会因残留应力的重新分布而导致铸件变形甚至产生裂纹，故应尽量

8、减小或消除热应力 A：合理设计铸件结构： 壁厚均匀、圆角连接 B：采用同时凝固原则：使型腔内各部分金属液温差很小，同时进行凝固。实施方法：(内浇口+冷铁） 特点：热应力小，不易热裂，省工省料，但组织不致密，轴心处往往会出现缩松 应用：收缩较小的合金、倾向于糊状凝固的合金、气密性要求不高的铸件、壁厚均匀的薄壁铸件 C： 去应力退火：一般为Ac1(100200) ，经保温后随炉冷却至200300后出炉空冷 铸件变形： 铸件在铸造应力和残留应力作用下所发生的变形以及由于模样或铸型变形引起的变形。 (1) 铸件变形的主要原因：由于残余应力的存在，会自发地产生变形,以缓解应力使铸件趋于稳定状态 变形分布

9、：受拉部分（厚部、后冷、心部）凹下，受压部分（薄部、先冷、表面）凸出。 (2) 防止铸件变形的措施 1）减小和消除铸造应力：应力是引起变形的根本原因，无应力则无变形 2）反变形法：造型时使型腔具有预留的等量反变形量 3) 在可能产生变形的部位添加加强筋，限制变形4) 铸件对称以便变形互相抵消6铸件裂纹：铸件表面或内部由于各种原因发生断裂而形成的条纹状裂缝 (1)热裂：凝固后期或凝固后在较高温度下形成的裂纹。断面严重氧化，无金属光泽，外形曲折而不规则。热裂是铸钢件和铝合金铸件的常见缺陷。 (2) 冷裂：铸件凝固后在较低温度下形成的裂纹。裂纹有金属光泽或微呈氧化色，多为直线或圆滑曲线。常出现在受拉

10、伸的部位，特别是应力集中处。 壁厚差别大、形状复杂的铸件易产生冷裂 (3) 防止裂纹的措施：减小和消除铸造应力、严格限制硫、磷含量，以降低其脆性。 常用铸造合金的铸造性能及工艺 金属铸造性能指金属在铸造成形过程中获得外形准确、内部健全的铸件的能力。包括金属液的流动性、吸气性、氧化性、收缩特性、热裂倾向性等 1铸铁 (1) 灰铸铁：铸造性能优良、流动性好、收缩小；产生铸造缺陷的倾向最小。对铸件壁厚的均匀性要求较低，铸造工艺简便，热应力小，是应用最广的铸铁。 (2) 球墨铸铁：球墨铸铁的共晶凝固温度范围较宽，且球化处理时易产生氧化物和硫化物夹杂，故铁液流动性较差；其石墨化膨胀量大于灰铸铁，但缩前膨

11、胀，使收缩量加大而产生缩孔、缩松缺陷。 生产球墨铸铁件多采用顺序凝固原则，需设置冒口和冷铁；应提高砂型的紧实度和透气性以防止铸型胀大；浇注时应注意挡渣和使铁液迅速、平稳地充型，以减少夹渣缺陷；应减少铁液的硫、镁含量和型砂的含水量，防止产生皮下气孔。球铁生产得到的多为P+F基体,浇注后需经热处理调整基体 (3) 可锻铸铁：生产可锻铸铁的原铁液铸造性能差 。凝固温度范围较大，故流动性较差。由于凝固时无石墨析出，故收缩较大，缩孔和裂纹倾向均较大。生产可锻铸铁件应设置体积较大的补缩冒口，采用顺序凝固原则；浇道截面应较大；浇注温度应较高，以保证足够的流动性； 应提高铸型的退让性，以防产生裂纹。2铸钢 铸

12、钢的铸造性能差：流动性差，易产生冷隔、浇不到、夹杂、气孔等缺陷；收缩大，易产生缩孔、裂纹等缺陷 生产铸钢件常设置冒口和冷铁，采用顺序凝固原则，以免产生缩孔；铸型应有较高的强度、透气性和耐火性；型腔表面应涂以耐火涂料 3铸造铝合金 铝硅合金的铸造性能好；其它系列的铸造铝合金均流动性差，且收缩较大，故铸造性能差；且易产生夹杂和气孔缺陷。 砂型铸造时一般设置冒口顺序凝固 4铸造铜合金 锡青铜的铸造性能较差；金属液流动性差，且收缩较大，易产生缩孔、缩松等缺陷。 壁厚较大的重要铸件须设置冒口顺序凝固；形状复杂的薄壁铸件，致密性要求不高时，可采用同时凝固原则。 铝青铜和铝黄铜等含铝较高的铜合金，铸造性能较

13、好，流动性好；但收缩较大，易形成集中缩孔，须设置冒口顺序凝固。铸造方法砂型铸造： 砂型铸造是在砂型中生产铸件的铸造方法 1常用的砂型：常用的砂型有湿砂型、干砂型、表面烘干型、自硬砂型 （特点、应用见表2-2）2常用的造型方法 ：造型方法可分为手工造型和机器造型两大类 手工造型操作技术要求高，劳动强度大，生产效率低，造型质量不稳定，在单件、小批生产特别是大型复杂铸件的生产中仍有应用。 (1) 手工造型方法 ：两箱造型、三箱造型、脱箱造型、刮板造型、地坑造型 。(2) 机器造型：用机器全部完成或至少完成紧砂操作的造型工序 常用的机器造型方法有震压造型、微震压实造型、高压造型、抛砂造型、气冲造型、负

14、压造型等。 机器造型生产效率高，劳动条件较好；铸件精度较高，表面质量较好；但设备投资较大，对产品变换的适应性较差。适用于成批、大量生产各类铸件。 特种铸造 ：与砂型铸造不同的其它铸造方法 绝大多数特种铸造方法铸件精度高、表面粗糙度低，易实现少、无屑加工 ；铸件内部组织致密，力学性能好；金属液消耗少，工艺简单，生产效率高；但在工艺上和应用上各有一定的局限性。优缺点及应用:一型多铸,工艺简便，易于实现机械化和自动化； 易实现少、无屑加工；铸件精度高、表面粗糙度低、力学性能好。不适宜铸造结构复杂、薄壁或大型铸件。 主要用于成批、大量生产铝合金、铜合金等非铁合金中、小型铸件1金属型铸造 工艺特点：铸型

15、必须预热；型腔须喷刷涂料；及时开型取件 2压力铸造：熔融金属在高压下高速充型，并在压力下凝固的铸造方法 压铸的特点及应用：高压（可达数百兆帕）、高速（10120m/s）、充填铸型的时间极短（0.010.2s）是压铸与其它铸造方法的根本区别。生产率很高，操作简便；可获得形状复杂的薄壁件，且铸件精度高、表面粗糙度低；铸件晶粒细小，组织致密，力学性能好。但其设备投资大。用于铸钢、铸铁件时，铸型的寿命很低。 压铸发展较快、应用较广，主要用于铝、锌、镁等各类非铁合金中、小型铸件的大量生产，如内燃机缸体、缸盖、仪表和电器零件等。 3低压铸造 ：铸型安放在密封的坩埚上方，坩埚中通入压缩空气在熔池表面形成低压

16、力（一般为60150kPa），使金属液通过升液管充填铸型和控制凝固的铸造方法 特点：金属液填充平稳，夹杂和气孔少，铸件废品率低；利于提高金属液的充型能力，且充型压力和速度可调；铸件形状可较复杂，精度较高；在压力下结晶和补缩，铸件组织致密、力学性能高；无需冒口，金属利用率很高（一般在90%以上）；劳动条件较好。但升液管寿命短，金属液在保温时易氧化且生产效率低于压铸 低压铸造主要用于铝、镁等非铁合金中、小型铸件的成批、大量生产，适于铸造形状较复杂的薄壁铸件 4离心铸造：将金属液浇入绕水平、倾斜或立轴旋转的铸型中，在离心力作用下凝固成铸件的铸造方法 铸件多是简单的圆筒体，不用型芯即可形成圆筒内孔 特

17、点及应用：易于补缩且渣粒、砂子和气体等易向内表面浮动，铸件组织致密，内部不易产生缩孔、缩松、夹杂物、气孔等铸造缺陷，力学性能高。生产管状、筒状铸件时，可不用型芯，工艺简化，生产率较高。还便于生产双金属铸件，但易形成成分偏析，内表面粗糙且尺寸不易控制，设备的投资也较大。 离心铸造可用于各类铸造合金及各种尺寸的铸件的成批、大量生产，尤其适于空心回转体类铸件5熔模铸造：用易熔材料如蜡料制成模样，在模样上包覆若干层耐火涂料，制成型壳，熔出模样后经高温焙烧即可浇注的铸造方法 特点：适用于高熔点、难加工的高合金钢；铸件精度较高、表面粗糙度较低、形状可较复杂。但其工序繁杂、生产周期长，原料较贵，故铸件成本较

18、高，大尺寸的蜡模还易变形 应用：可用于各种铸造合金，尤其是高熔点、难加工合金（如耐热合金、不锈钢等）的小型铸件的成批、大量生产，如汽轮机叶片、成形刀具和小型零件等 6实型铸造 ：又称消失模铸造，用泡沫塑料模制造铸型后不取出模样，浇注金属时模样气化消失获得铸件的铸造方法 特点：不必起模和修型，工序少，生产效率高；铸 件精度高、形状可较复杂；劳动强度低。但此方法目前尚存在模样气化时污染环境、铸钢件表层易增碳等问题。应用：实型铸造应用范围较广，几乎不受铸件结构、尺寸、重量、批量和合金种类的限制，特别适用于形状较复杂铸件的生产7连续铸造 ：又称连铸，是往水冷金属型（结晶器）中连续浇注金属，凝固成金属型

19、材的铸造方法 特点：工艺简便、生产率高；铸件组织致密、晶粒细小且无夹杂、气孔、缩孔等铸造缺陷；铸件精度高、表面光洁、力学性能好；金属利用率高。但只能铸造等截面的长铸件，且水平连铸只适于大量生产。应用：连续铸造主要用于铸钢、铸铁、铜合金和铝合金等的等截面长铸件的成批、大量生产如铸铁管、型材等 铸造工艺设计 设计内容：铸造工艺设计是根据铸件结构特点、技术要求、生产批量等，确定铸造方案和工艺参数，绘制图样和标注符号、编制工艺等。铸造工艺设计的主要内容是绘制铸造工艺图、铸件图和铸型装配图等。单件、小批生产时只需绘制铸造工艺图。1铸造工艺图 ：是铸造生产用的指导性的技术文件，把铸造生产中的一系列技术问题

20、用规定的符号或文字集中在一张图上表现出来。表示铸型分型面、浇冒口系统、浇注位置、工艺参数、型芯结构尺寸、控制凝固措施（冷铁、保温衬板）等的图样。2铸件图：又称毛坯图，是反映铸件实际形状、尺寸和技术要求的图样，是铸造生产、铸件检验与验收的主要依据 3铸型装配图：表示合型后铸型各组元间装配关系的工艺图，内容包括浇注位置、型芯、浇冒口系统和冷铁布置，以及砂箱结构和尺寸等 铸造方法和造型方法选择 ：单件、小批生产时一般采用砂型铸造（手工造型），批量较大时可采用砂型铸造（机器造型）或合适的特种铸造方法。浇注位置及分型面的选择浇注位置是浇注时铸件在铸型内所处的位置,分型面是铸型组元间的接合面 浇注位置与分

21、型面合理与否不仅影响到铸件质量，还影响到能否简化铸造工艺，且两者密切联系。通常先选定浇注位置再选定分型面，在保证铸件质量的前提下简化工艺 1浇注位置选择： 基本原则：找出铸件容易产生缺陷的部位，放于能保证质量处。作法：1、大、薄面、主要工作面、重要加工面朝下;2、厚大部位朝上（收缩率大的铸件）2分型面选择: 一般应取在铸件的最大截面上，否则难以取出模样 基本原则：在保证质量的前提下，尽可能简化工艺作法：1、铸件全部或大部置于下箱难以做到时，铸件上的机械加工面及加工和测量基准面应尽量放在同一砂箱中；2.分型面尽量少而平 3、应尽量减少型芯、活块的数量；4、主要型芯应尽可能水平放置且尽量放在下半铸

22、型中，以利于下芯、合型和检查型腔尺寸。铸造工艺参数的选定 铸造工艺参数主要有：铸件尺寸公差、要求的机械加工余量、线收缩率、起模斜度1铸件尺寸公差 即铸件允许尺寸的变动量 分为16个等级，由精到粗以CT1CT16表示数字从小到大铸件尺寸公差值依次增大。 铸件的尺寸公差等级比较：单件、小批生产应低于成批大量生产；砂型铸造低于特种铸造；铸钢、铸铁件应低于非铁金属件；同一尺寸公差等级，铸件的基本尺寸越大，公差值也越大。2要求的机械加工余量（RMA）共分10级：A、B、C、D、E、F、G、H、J和K级， 加工余量值依次增大。 同一铸件所有需机械加工的表面只规定一个要求的机械加工余量值，根据零件最大轮廓尺

23、寸选定。机械加工余量比较： 砂型铸造 大于 特种铸造 手工造型 大于 机器造型 铸钢 大于 铸铁、铜合金及非铁金属一般情况： 砂型铸造：铸钢件GK、铸铁件FH 机器造型：铸钢件FH、铸铁件EG 同一机械加工余量等级下，零件的轮廓尺寸越大，余量值也越大。3铸件线收缩率：=（L0L1）/L0100% 式中 铸件线收缩率； L0、L1同一尺寸在模样和铸件上的长度 铸件线收缩率取决于合金种类、铸型种类、铸件结构和尺寸、生产批量等因素。 灰铸铁件： 0.7%1.0% 球墨铸铁件： 0.5%1.0% 铸钢件： 1.3%2.0% 收缩受阻时取较小值 4起模斜度:为使模样容易从铸型中取出或型芯自芯盒中脱出，平

24、行于起模方向在模样或芯盒壁上的斜度 .有三种形式：1）增加壁厚：用于与其它零件配合的机加工面 2）减少壁厚：用于与其它零件配合的非加工面 3）加减壁厚：用于非配合的机加工面 一般情况下，壁的高度越大，斜度（角度值）应越小；内壁的斜度值应大于外壁；机器造型的斜度值应小于手工造型。粘土砂造型时铸件的起模斜度值一般为0303。5最小铸出孔、槽尺寸 孔、槽尺寸过小时，直接铸出易产生粘砂、偏心等缺陷或增大造型难度，不如通过机械加工制出方便、经济 。 通常，批量越大，铸出孔、槽尺寸可越小；铸钢件的最小铸出孔、槽尺寸应大于灰铸铁件。 灰铸铁件最小铸出孔尺寸单件小批生产时为3050mm，大量生产时为1215m

25、m。零件上不要求加工的孔、槽，一般均应尽可能铸出。6芯头和芯座 ： 芯头是型芯的外伸部分，用以定位和支承型芯。 芯座是铸型中专为放置型芯头的空腔 。 实际生产中，芯头的尺寸、斜度和间隙可根据经验结合查表确定。 根据型芯在铸型中安放的位置，芯头可分为垂直芯头和水平芯头两大类。砂型铸造常用铸造工艺符号及表示方法 (1)分模线：用细实线表示，在任一端画“”号。零件图上标注用红色线 。(2)分型线： 用细实线表示， 并写出“上、中、下”字样。零件图上标注用红色线。 (3)分型分模线：用细实线表示，零件图上标注用红色线 。(4)不铸出的孔和槽：铸件图上不画出。零件图上用红色线打叉。 (5) 要求的机械加

26、工余量： a）用公差代号、要求的机械加工余量代号及余量值统一标注，且允许在图样上直接标注计算得出的尺寸值。 b）需要个别要求的机械加工余量值,应标注在图样的特定表面上。(6)型芯与芯头： 型芯编号为1#、2#等。芯头边界为细实线，零件图上用蓝色线。 边界符号在芯头处及相邻型芯交界处用与砂芯编号相同的小号数字表示。芯头斜度和芯头间隙值注出。 (7)模样活块： 用细实线表示，并在此线上画两条平行短线。零件图上标注用红色线。 (8)冷铁：用细实线在成形冷铁处打叉，零件图上标注用蓝色线。圆钢冷铁涂淡黑色，零件图上标注涂淡蓝色 。 (9)浇注系统：用细实线或细双实线表示，并注明各部分尺寸，零件图上标注用

27、红色线。 零件结构的铸造工艺性 1、零件结构的工艺性：在一定生产批量和制造条件下，零件结构能否用最经济的方法制造出来并符合设计要求的能力。 良好的结构工艺性使零件的制造省工省料，成本低，生产效率高，有着显著的技术经济效益。 2、零件结构的铸造工艺性:基本原则： (1) 铸件的结构形状应便于造型、制芯和清理。 (2) 铸件的结构形状应利于减少铸造缺陷。 (3) 对铸造性能差的合金其铸件结构应从严要求。 1合金的铸造性能对零件结构的要求(1) 铸件壁厚应均匀、合理 外壁内壁肋（筋） (2) 铸件壁的连接：圆角过渡 、避免交叉和锐角、避免壁厚突变 (3) 防止铸件变形（结构尽量对称）(4) 避免较大

28、而薄的水平面 (5) 减少轮形铸件的内应力 （避免受阻收缩）2铸造工艺对零件结构的要求 (1)铸件外形：分型面应尽量少而平；避免局部凸起或凹下；侧凹和凸台不应妨碍起模；垂直于分型面的非加工面应具有结构斜度（结构斜度是零件结构所具有的斜度，铸件上与分型面垂直的非加工面应有结构斜度，以便于造型时取出模样。考虑到保持铸件的壁厚均匀，内、外壁应相应倾斜，且内壁倾斜还有利于造型时以砂垛取代型芯 ）(2) 铸件的内腔: 1）尽量采用开放 式、半开放式结构 2）应利于型芯的固定、排气和清理3.大件和形状复杂件可采用组合结构 第三章 金属的塑性成形金属塑性变形的机理:1单晶体的塑性变形 :以理想单晶体为例（无

29、缺陷、晶格规则）滑移：金属原子沿某些特定面移动 (即金属原子在外力的作用下产生了一定的位移）,滑移通常是通过位错的移动来实现的。 结论：切应力引起塑性变形，正应力引起弹性变形；金属塑性变形的实质是原子的移动；塑性变形前后晶格类型保持不变。2多晶体的塑性变形 =（晶内变形+晶间变形) 晶内变形：主要以滑移方式进行 。晶间变形：晶粒间的相对滑动和转动。各晶粒的变形是分批、逐步进行.低温时多为晶内变形，变形量较小）1金属的加工硬化:在低于再结晶温度加工时，由于塑性应变而产生的强度和硬度增加的现象。组织变化：晶粒沿变形方向被拉长；滑移面附近晶格产生畸变；出现许多微小碎晶性能变化：强度和硬度增加；塑性、

30、韧性下降优点：强化金属，发挥金属材料性能潜力，尤其适合于不能用热处理强化的合金。缺点：继续塑性成形或切削加工难度加大，增大内应力。回复和再结晶(1) 回复：回复使晶格畸变减轻或消除，使制件保持较高的强度且降低脆性。回复温度约为（0.250.30）T熔K (2) 再结晶：塑性变形后金属被拉长了的晶粒重新生核、结晶，变为等轴细晶。完全消除加工硬化现象。再结晶温度一般为0.4T熔K以上 。 (再结晶是原子重新排列的过程）金属的冷成形、热成形及温成形 冷成形:在回复温度以下进行的塑性成形，变形过程中会出现加工硬化。有利于提高金属的强度和表面质量,用于制造半成品或成品。(变形材料应有较好的塑性且变形量不

31、宜过大） 热成形:在再结晶温度以上进行的塑性成形，变形过程中既有加工硬化又有再结晶，且硬化被再结晶完全消除。综合力学性能好,变形力小，变形程度大,用于毛坯或半成品的制造。为使再结晶迅速、彻底，实际热成形温度应高于再结晶温度，但不能过高或保温时间过长。温成形:在高于回复温度和低于再结晶温度范围内进行的塑性成形,有加工硬化及回复现象，但无再结晶。用于强度较高、塑性较差的金属，或尺寸较大、材料强度较高的零件或半成品制造。 锻造比与锻造流线1锻造比： 锻造时变形程度的一种表示方法拔长时：镦粗时： 随着锻造比的增加，金属的力学性能显著变化，结构钢钢锭的锻造比一般为24，各类钢坯和轧材的锻造比一般为1.1

32、1.3 2锻造流线：锻造时，金属的脆性杂质被打碎，顺着金属主要伸长方向呈碎粒状或链状分布；塑性杂质随着金属变形沿主要伸长方向呈带状分布，这样热锻后的金属组织就具有一定的方向性 。应使工件上的锻造流线与工件的应力方向相合理 工作时的最大正应力方向与流线方向一致（平行），切应力方向与流线方向垂直，且流线沿零件轮廓分布而不被切断。 材料的塑性成形性：用塑性和变形抗力综合衡量 1材料本质的影响：化学成分： 越纯越好 金属组织： 均匀、细晶最好 2变形条件的影响：变形温度：原子热运动能力 应变速率：变形分布、热效应、变形惯性 应力状态：压应力的影响 金属塑性成形的基本规律1、体积不变条件：由于塑性变形时

33、金属密度的变化很小，可认为变形前后的体积相等，此假设称为体积不变条件。2、最小阻力定律：物体变形过程中某质点有向各种方向移动的可能性时，则其将向着阻力最小的方向移动。宏观上变形阻力最小的方向上变形量最大 根据体积不变条件和最小阻力定理可以分析塑性成形过程中金属坯料的变形趋势，可能出现的现象，产生缺陷的原因并采取相应的工艺措施，以保证生产过程和产品质量的控制。金属塑性成形方法：锻造：自由锻：手工锻造、机器锻造 压 模锻 胎膜锻力 冲压：冲裁：落料、冲孔 拉深 加 弯曲缩口 轧制 工 挤压 拔拉：起伏锻造：锻造是在加压设备及工（模）具的作用下，使坯料、铸锭产生局部或全部的塑性变形，以获得具有一定几

34、何尺寸、形状和质量的锻件的加工方法 。（一）自由锻：只用简单的通用性工具使坯料变形而获得所需的几何形状及内部质量锻件的加工方法。 自由锻时，金属只有部分表面受到工具限制， 其余则为自由表面。设备：空气锤、蒸气空气自由锻锤、液压机等 基本工序：镦粗、拔长、冲孔等 变形特点：局部成形、效果叠加生产特点：设备通用性好、工具简单；锻件组织细密、力学性能好；操作技术要求高，生产效率低；锻件形状较简单、加工余量大、精度低。 应用:小型锻件以成形为主；大型锻件（尤其是重要件）和特殊钢则以改善内部质量为主。主要用于单件、小批生产，且是特大型锻件唯一的生产方法。 4计算毛坯尺寸（二）模锻：利用模具使毛坯变形获得

35、锻件的方法。 设备: 蒸汽-空气模锻锤、锻造压力机、螺旋压力机和平锻机等变形特点：整体成形、逐步逼近生产特点: 产品形状复杂、锻造流线分布合理、加工余量小；表面质量较好；生产率高应用: 主要用于中、小型件的成批、大量生产 (1) 锤上模锻 1）锤模锻：在各种模锻锤上进行的模锻 工艺适应性强，可用于多种变形工步；锤击力及行程可变动，可锻造多种类型的锻件，设备费用较低工作时振动和噪音大，生产效率较低。锤模锻是我国应用最多的一种模锻方法 锤模锻时，金属的变形是在模具的各个模膛中依次完成的，在每个模膛中的锻打变形称为一个工步。 锤模锻工艺设计 略 2）胎模锻： 在自由锻设备上使用可移动模具生产模锻件的

36、锻造方法。 模具简单，工艺灵活；可锻出各类锻件且可进行无飞边模锻；可锻出有侧向凹档或无模锻斜度的锻件。劳动强度大，模具寿命低、生产效率低，常需多次加热且锻件表面质量较差。多在无模锻设备时采用，用于锻件的中、小批量生产 (2) 锻造压力机模锻： 1）液压机模锻：模锻液压机是用高压液体（通常为水或油）来驱动安装在活动横梁上的锻模进行模锻的 可模锻形状较复杂的大型锻件，利于锻造塑性差的金属，适用于航空工业中铝、镁合金模锻件的生产。2）锻压机模锻：锻压机即热模锻机械压力机，是通过曲柄连杆机构使滑块往复运动进行模锻的 锻件精度高；变形较均匀且生产效率高；锻件的模锻斜度小；利于提高金属塑性，可采用组合式模

37、,锻模成本较低且易于修复。行程和速度固定，需另行制坯 3）平锻机模锻：平锻机是具有镦锻滑块和夹紧滑块的卧式机械压力机 锻件质量好、生产效率高、振动和噪音小有两个分模面，可锻出在两个方向上均有凹坑或凹档的锻件。用于带头杆件和空心件的大批、大量生产，如汽车半轴、齿轮等 4) 螺旋压力机模锻：螺旋压力机是靠主螺杆的旋转带动滑块上、下运动，向上实现回程，向下进行锻打的压力机 有锻锤和压力机的双重特性，工艺适应性强；可采用组合式模 ,锻件的精度高，需在其它设备上制坯 冲压 ：使板料经分离或成形而得到制件的工艺统称。 通常在冷态下进行，称冷冲压。冲压件轻、薄、刚度好，形状可较复杂；质量稳定，表面光洁；操作

38、简便，生产率和材料利用率高；需专用设备和模具，生产批量小时不够经济。制造各种尺寸和精度的制件。大部分板材、管材及型材需通过冲压加工 1冲裁：利用冲模使板料沿封闭或不封闭的轮廓线与坯料分离 (1) 冲裁变形过程： 弹性变形-塑性变形-剪裂分离 冲裁可直接生产具有一定平面形状的零件或为其它冲压工序准备毛坯 (2) 冲裁间隙：凹模与凸模工作部分水平投影尺寸之差，用符号Z表示小间隙： 中等间隙： 大间隙： (3) 排样：冲裁件在板料或带料上的布置方法。 合理的排样有利于简化模具结构、提高材料利用率和冲裁件质量，且操作方便、生产率高 直排、斜排、对排、混合排 (4) 提高冲裁质量的冲压工艺：当冲裁件剪断

39、面用作工作表面或配合表面时，常采用整修、挤光、精密冲裁等工艺以提高冲裁件质量。 2弯曲：将板料、型材或管材在弯矩作用下弯成具有一定曲率和角度的制件的成形方法。 (1) 弯曲变形过程：变形区外侧受拉，内侧受压，越接近表面，应力越大。当应力达到屈服强度时，出现塑性变形，并由内、外两侧向中心扩展，最终达到塑性弯曲 (2) 最小弯曲半径：坯料弯曲时最外层纤维濒于拉裂时内表面的弯曲半径 生产中常用其相对值（rmin/ ）表示弯曲时的成形极限。其相对值越小，板料允许的弯曲程度越大。材料的塑性越好，rmin/ 值越小；弯曲线与材料纤维方向垂直时的rmin/ 值较平行时的rmin/ 值小。低碳钢板的rmin值

40、一般为（0.21.2），碳含量较低或弯曲线与流纹方向垂直时取较小值。 (3) 回弹：外载荷去除后，形状和尺寸发生与加载时变形方向相反的变化，从而消去一部分弯曲变形效果的现象称为回弹。卸载后的回弹-回弹造成的形状、尺寸变化是弯曲的主要缺陷。 (4) 弯曲的分类和应用 1）压弯：回弹量较大，工艺适应性强 2）拉弯：回弹量较小，常用于弯曲半径较大的制件 3）辊弯：工艺较简便，通过仿形或自控，可卷制任意柱面 3拉深：使板料（或浅的空心坯）成形为空心件（或深的空心件）而厚度基本不变的加工方法。 (1) 拉深变形过程：将直径D0的平板坯料拉深成高度h、直径d的制件时，坯料凸缘部分的扇形单元经切向压缩和径向

41、拉长而逐渐变形为筒壁上的长方形单元。(2) 拉深系数：拉深变形后制件直径与其毛坯直径之比，用符号m表示，m =d/D0。保证制件不被拉裂的拉深系数最小值称为极限拉深系数。无凸缘筒形件的极限拉深系数一般为0.50.8，坯料厚度/D0较大时可取较小值。多次拉深时，后续各次拉深的极限拉深系数应取较大值。 对于弹壳、深筒等深拉深件，通常须采用多次拉深工艺，且工序间常需穿插再结晶退火，以消除加工硬化，提高材料的塑性成形性能。 (3) 拉深缺陷 1）拉裂：拉深时,筒壁与底部的转角处破裂的现象 。防裂措施：控制拉深系数（多次拉),加大凸、凹模圆角，加大拉深间隙,加强润滑。 2）起皱：相对厚度较小时，毛坯失稳

42、形成折皱的现象。防皱措施：采用压边装置，拉深间隙不应过大，拉深系数不应过小。4其它冲压成形工艺 缩口：将管件或空心制件的端部径向尺寸缩小起伏：在产品表面上获得各种形状的凸起与凹陷翻边：在板料上冲制出竖直边缘的成形方法 胀形：使板料或空心坯料局部尺寸增大 冲压工艺设计略零件结构的冲压工艺性 (1)合理选材：选用价格较低的材料，利用边脚余料，选用塑性成形性好的材料，薄板代替厚板 (2) 合适的精度和表面质量：精度要求不超过IT8IT10，表面质量要求不超过原材料的质量 (3) 冲压件的形状和尺寸： 1）形状尽可能简单、对称2）圆弧过渡、避免锐角3）注意孔形、孔径、孔位(4) 采用组合工艺或切口工艺

43、：形状复杂件和大件可采用冲-焊、冲-铆、冲-螺纹连接等组合工艺 挤压：坯料在封闭模腔内受三向不均匀压应力作用，从模具的孔口或缝隙挤出成为所需制品的加工方法 正挤压 反挤压 复合挤压 径向挤压 特点：生产率高，材料消耗少，制件形状复杂、精度高力学性能好；金属处于三向压应力状态利于提高塑性，但变形力较大，模具寿命低。 第4章 连接成形连接成形是将若干个构件连接为一体的成形方法 。分为焊接、胶接和机械连接等三大类。焊接：通过加热或加压，或两者并用，并且用或不用填充材料，使工件达到结合的一种方法 。胶接：是用胶粘剂将被粘物表面连接在一起的方法。胶接工艺简便、生产效率高、成本低，在工业生产中应用愈来愈广

44、泛。机械连接 通过构件间产生的机械作用力实现连接的方法。机械连接质量可靠、易于检修，在工业中应用广泛 。根据焊接过程特点，将焊接方法分为三类：熔焊： （液/液）+液压焊： (固/固）+压力钎焊：（固/固）+液焊接基本特点：优点：省工省料、效率高、连接牢固，适于焊接的材料广泛； 缺点：可能产生气孔、裂纹、焊件上存在焊接应力和焊接变形。熔焊冶金过程及其特点 ：在熔焊过程中，焊接接头金属将发生一系列的物理、化学反应，称为熔焊冶金过程。包括液相冶金、熔池结晶、焊缝和热影响区的组织变化等。 (1) 熔焊液相冶金的特点：反应温度高、熔化金属与外界接触表面积大、反应时间短、温度高、氧化反应迅速、激烈、（原子

45、活泼） 元素烧损大、气体侵入熔池，形成夹杂、反应时间短、反应不完全，成分不均匀、气体杂质来不及浮起、淬硬倾向大由熔焊冶金特点知：对焊缝影响较大的是气体的侵入和成份的变化，所以焊缝对外表现出的力学性能特点为：硬度高、脆性大 (2) 保证焊缝质量的措施 1）防止有害气体侵入熔池：用气体及熔渣隔离空气或两者联用，焊前清理焊件及焊丝、烘干焊条或焊剂 2) 冶金处理：添加有益元素 Si，Mn进行脱氧、脱硫、脱磷渗入其它合金元素 2熔池结晶 ：熔池金属凝固时，以熔合线上局部熔化的母材晶粒为核心，形成与母材金属长合在一起的“联生结晶”，并沿着散热的反方向长大形成柱状晶的。 焊缝金属晶粒较粗，组织不致密，且易

46、引起化学成分偏析，有些焊缝金属在凝固末期还可能产生热裂纹。解决办法：1）焊缝中增添少量Ti、V、Mo等元素，可形成弥散的结晶核心，使焊缝晶粒细化，力学性能提高。 2）采用机械振动、超声振动、电磁搅拌等工艺措施均可细化焊缝晶粒。 3焊接接头的组织转变：由于焊接过程中的热扩散，已焊合的接头按组织和性能的变化不同，可分为焊缝金属区、熔合区和热影响区等区域 (1) 焊缝金属区：由焊缝表面和熔合线所包围的区域 ，针对其冶金特点采取的各种各种措施，可使其力学性能比母材金属只高不低。(2) 熔合区：是焊缝与母材交接的过渡区，加热温度在固、液相线之间，由铸态组织和过热组织构成，化学成分和组织都极不均匀，力学性

47、能很差，是焊接接头中最薄弱的部位之一，常是焊接裂纹的发源地。 (3) 热影响区：材料因受热的影响（但未熔化）而发生金相组织和力学性能变化的区域。 焊接热影响区： 过热区：具有过热组织或晶粒显著粗大的区域。加热温度在固相线与1100之间，奥氏体晶粒显著长大，力学性能明显下降是力学性能最差的部位，也常是焊接裂纹的发源地。相变重结晶区：具有正火组织的区域。加热温度稍高于Ac3线，经重结晶获得细小、均匀的晶粒，相当于正火处理，故又称正火区。该区力学性能明显改善，是焊接接头中性能最好的区域不完全重结晶区：部分组织发生相变重结晶的区域。加热温度在Ac1线与Ac3线之间，部分组织成为均匀、细小的晶粒，其余为

48、较粗大的晶粒。晶粒和组织都不均匀，力学性能较差。 针对熔合区、焊接热影响区尤其是其中的过热区可能出现的质量问题，可采取措施： 1）采取热量集中的焊接方法，减小热影响区的宽度，减小影响，提高性能。先进的焊接方法均如此。（见表4-2）2）工艺上：小电流、快速焊，以减小单位长度上的热量输入3）焊后正火焊接应力与变形 1焊接应力与变形产生的原因 不均匀的加热必然导致随后的不均匀冷却，进而引起不均匀的膨胀、收缩，使焊件上出现了较大的内应力。焊接时，多采用集中热源进行局部加热 由于焊接件的结构一般表现出塑性好、细、薄、易变形的特点，所以焊接变形是必然的。焊后残留在焊件内的应力和变形称为焊接残余应力和焊接残

49、余变形。 2焊接残余应力的调节与消除 (1) 焊接残余应力的分布：先冷处受压 后冷处受拉 (2) 调节焊接残余应力的措施：设计措施：减少焊缝的数量和尺寸并避免焊缝密集和交叉，采用刚性较小的接头 工艺措施 ：合理的焊接顺序；先内后外、先短后长、交叉处不起头收尾；降低焊接接头的刚性；加热减应区；锤击焊缝；预热和后热 从调节应力的措施看：减小温度的不均匀是很重要的；另外，让可能变形的部位尽可能变形也是一个有效途径。3焊接残余应力的消除方法 ：去应力退火：整体或局部 加热温度500650 机械拉伸法；温差拉伸法；振动法 4焊接残余变形的控制和矫正 (1) 焊接残余变形的类型：收缩变形，角变形，弯曲变形

50、，扭曲变形，失稳变形 常见多为综合型的变形(2) 控制焊接残余变形的措施： 设计措施；尽量减少焊缝的数量和尺寸，合理选用焊缝的截面形状；合理安排焊缝位置 工艺措施：反变形法；刚性固定法；合理选用焊接方法和焊接规范： （选用能量较集中的焊接方法，焊接时采用较小的热输入）；选用合理的装配焊接顺序（尽量对称焊、厚板多层焊、长缝分段焊） (3) 焊接残余变形的矫正： 1）机械矫正法：利用外力使构件产生与焊接变形方向相反的塑性变形，使二者相互抵消生产效率高、矫正质量好、适用于塑性材料 2）火焰矫正法：即利用火焰局部加热焊件的适当部位使其产生压缩塑性变形，以抵消焊接残余变形 操作灵便，但需较丰富的实际经验

51、 焊接方法熔焊 1电弧焊 （焊条电弧焊、埋弧焊和气体保护焊） (1) 埋弧焊：即电弧在焊剂层下燃烧进行焊接的方法。 (2) 气体保护电弧焊：即用外加气体作电弧介质并保护电弧和焊接区的电弧焊方法 1）熔化极气体保护焊：熔深大、焊接速度快、生产效率高；明弧可见，易于操作 2）钨极惰性气体保护焊：电弧燃烧稳定，焊缝金属含氢量极低，明弧可见，易于操作 （常用的保护气体有CO2、Ar、Ar+O2、Ar+CO2等） 2电渣焊 即利用电流通过液体熔渣产生的电阻热进行焊接的方法。 熔敷速度高；加热和冷却速度慢，不易产生气孔、夹渣等缺陷，且脱硫、脱磷较充分，焊缝质量较高 3堆焊：为增大或恢复焊件尺寸，或使焊件表

52、面获得具有特殊性能的熔敷金属而进行的焊接 堆焊几乎可采用任何一种熔焊方法 堆焊可提高零件的使用寿命，可获得耐磨、耐蚀、耐热等特殊性能堆焊是一种重要的表面工程技术，广泛用于各种机械零件和工具、模具的制造和修复 压焊（常用的压焊方法有电阻焊和摩擦焊等） 1电阻焊：利用电流通过接头的接触面及邻近域产生的电阻热进行焊接的方法 2摩擦焊 即利用焊件表面相互摩擦所产生的热，使端面达到热塑性状态，然后迅速顶锻，完成焊接的一种压焊方法。 接头质量好，焊件精度高；劳动条件好，生产效率高并可焊接异种材料 钎焊：利用液态钎料润湿母材，填充接头间隙并与母材相互扩散实现连接 1焊接材料： (1) 钎料：即钎焊时用作填充

53、金属的材料(软,硬) (2) 钎焊焊剂：即钎焊时使用的熔剂 2接头型式：多采用搭接 (图4-24)3加热方式：烙铁加热、火焰加热、电阻加热、感应加热、浸渍加热和炉中加热等 钎焊适用于精密、微型、形状复杂或多钎缝的焊件及异种材料间的焊接，广泛用于焊接换热器、夹层结构、电真空器件和硬质合金刀具。其它焊接方法：1等离子弧焊 ：能量密度和温度高，穿透能力强，焊接速度快，生产率高2电子束焊：焊接速度快，热输入小，焊缝深宽比大，热影响区窄，焊件变形小 3激光焊 ：焊接速度高，热输入小，焊缝窄，热影响区及焊接变形小，焊缝平整光滑。4扩散焊：不需填充材料和焊剂；无铸态组织，不影响性能；且可同时焊接多个接头。可焊各类材料及很厚和很薄的材料 特别适合于精密结构件及热敏感件的焊接 常用金属材料的焊接 材料的焊接性：材料的焊接性是材料在限定的施工条件下焊接成按规定设计要求的构件，并满足预定服役要求的能力。材料的焊接性取决于材料的化学成分、焊接方法及焊接材料、焊件结构类型及服役要求 1材料焊接性的影响因素 ：材料的化学成分： 硬、脆可能小,焊接性好焊接方法：能量集中、保护好,焊接性好焊接材料：包括焊条、