第2篇成形加工

1、第第2 2篇篇 金属材料的成形加工基础金属材料的成形加工基础1.主要内容主要内容 铸造铸造 压力加工压力加工 焊接焊接2.重点重点 各个方法对质量的影响及其应用各个方法对质量的影响及其应用第第3 3章章 铸铸 造造3.1 概述概述一定义一定义 液态金属注入铸型中，凝固后得到一定形状、尺寸产品的工艺。二铸造生产特点二铸造生产特点1）可制造形状复杂的制品。如四羊尊，龙凤，发动机箱体等。2）可制造各种尺寸的铸件。如绣花针，沧州铁狮（五代），山东13 层的铁塔等。3）可制造塑性差的制品。4）成本低。5）工序复杂。6）质量不稳定。3.2 液态液态金属的充型金属的充型能力能力一概念一概念 液态金属充满型腔

2、，获得形状完整、轮廓清晰的健全铸件的能力。二金属液与铸型之间的作用二金属液与铸型之间的作用 热作用：高温、导热 机械作用：力 物理化学作用：吸附、反应等三影响充型能力的因素三影响充型能力的因素1合金流动性合金流动性 成分（温度间距，杂质）、物性（蓄热系数、焓、粘度）、温度2铸型铸型 蓄热系数、铸型温度、铸型表面、铸型气体3浇注条件浇注条件 外力场、浇注系统4铸件结构铸件结构 厚度、复杂程度四提高充型能力的措施四提高充型能力的措施 1选择合理的合金成分 2工艺措施流动性螺旋试样流动性螺旋试样3.3 铸造收缩铸造收缩一合金的收缩特性一合金的收缩特性总收缩=液态收缩+液固收缩+固态收缩1液态收缩：液

3、态收缩：TPTL2液固收缩：液固收缩：TLTS液固相变体积变化TLTS温度降低的体积收缩3固态收缩：固态收缩：TSTO4线收缩开始温度：线收缩开始温度：合金固相骨架形成温度 介于TLTS之间，液相占2040% 合金的线收缩开始温度与成分的关系二收缩对铸件质量的影响二收缩对铸件质量的影响1液态收缩+液固收缩导致缩孔和疏松缩孔：铸件在凝固过程中收缩而产生的集中孔洞缩松：铸件最后凝固的区域没有得到补缩而形成的分散的孔洞控制措施：控制措施：（1）顺序凝固 （2）冒口补缩 （3）加压补缩 （4）压缩变形 （5）电磁搅拌2线收缩导致热裂、应力、变形和冷裂三热裂及其控制三热裂及其控制1热裂：热裂：在固相线温

4、度附近出现的断裂或裂纹2形成温度：形成温度：线收缩开始温度液相结束温度3形成机理：形成机理：铸件收缩引起的应力大于铸件高温下的强度， 或铸件收缩引起的应变大于铸件高温下的变形极限。 1）高温脆性：合金在固相线附近延伸率、强度极低，称脆性温度区间。 强度为1/100-1000，延伸率为1% 2）液膜理论：晶间液膜的存在4热裂倾向热裂倾向：T，热裂倾向；，热裂倾向5防止热裂的主要防止热裂的主要措施：措施： 1）提高合金抗热裂的能力 2）改善铸型退让性 3）合理设计铸件结构（减少热节和应力集中、加加强筋） 4）提高铸件温度的均匀性（同时凝固） 脆性温度区间脆性温度区间线收缩开始至固相线以下某温度3.

5、4 铸件的应力、变形和冷裂铸件的应力、变形和冷裂一铸造应力一铸造应力1）概念：固态铸件在冷却过程中由于体积和尺寸的变化受到阻碍 而 产生的应力2）分类 铸造应力铸造应力按机理热应力相变（组织）应力机械阻碍应力按存在周期临时应力残余应力1热应力热应力 1）概念：由于各部位冷速不同而造成的收缩受阻所产生的应力。 2）影响因素：温差，膨胀系数，E（t0-t1）:当铸件处于高温阶段时，两杆都处于塑性状态，尽管此时两杆的冷速不同、收缩也不同步，但瞬时的应力可通过塑性变形来自行消失，在铸件内无应力产生；（t1-t2）:继续冷却，冷速较快的杆II进入弹性状态，粗杆I仍然处于塑性状态此时由于细杆II的冷速较快

6、、收缩较大，所以细杆II会受到拉伸，粗杆I会受到压缩（图b），形成暂时内应力，但此内应力很快因粗杆I发生了微量的受压塑性变形而自行消失（图c）；（t2-t3）:当进一步冷至更低温度时两杆均进入了弹性状态，此时由于两杆的温度不同、冷却速度也不同，所以二者的收缩也不同步，粗杆I的温度较高，还要进行较大的收缩，细杆II的温度较低，收缩已趋于停止，因此粗杆I的收缩必定受到细杆II的阻碍，使其收缩不彻底，在部产生拉应力；而杆II则受到杆I因收缩而施与的压应力（图d）。直到室温，残留热应力一直存在。2相变应力相变应力 1）概念：由于固态相变时的体积变化受阻而产生的应力。 2）影响因素：温差，比容差，E 3

7、）特点：可能收缩，也可能膨胀3机械阻碍应力机械阻碍应力 1）概念：材料变形受到外界的机械阻碍而造成的应力。 2）影响因素：铸型退让性 3）特点： 临时应力4减小铸造应力的途径减小铸造应力的途径 1）铸件壁厚尽量均匀 2）采用合理的工艺使温度均匀 3）控制铸型的退让性及打箱时间5消除铸造应力的途径消除铸造应力的途径 1）自然时效 2）人工时效 3）共振方法 二变形二变形当铸造应力大于屈服强度时，产生变形。1危害危害无法加工而报废加工后变形，影响精度或报废2防范防范减小铸造应力预变形法附加工艺筋三冷裂三冷裂 当铸造应力大于断裂强度时，发生断裂。1)冷裂特征：穿晶断裂2)冷裂倾向： 铸件应力，冷裂

8、塑韧性，冷裂3）防止： 减小铸造应力 控制合金的成分及质量3.5 铸件中的偏析铸件中的偏析1. 偏析：材料化学成分的不均匀性称偏析2. 形成原因：凝固过程中溶质的再分配3. 偏析系数：1-K=（Cl-Cs）/Cl4. 分类： 偏析偏析微观偏析微观偏析晶内偏析晶内偏析晶间偏析晶间偏析宏观偏析宏观偏析正（常）偏析正（常）偏析逆偏析逆偏析V型型/倒倒V型偏析型偏析带状偏析带状偏析重力偏析重力偏析1微观偏析微观偏析：晶粒尺度化学成分的不均匀现象1）晶内偏析：晶粒内部化学成分的不均匀现象 （先结晶部分的溶质含量少于后结晶部分）2）晶间偏析：晶粒与晶间化学成分的差异现象。 （晶间溶质含量高，且富含杂质）3

9、）对比：前者成分连续变化，后者有突变。4）减少微观偏析的措施 细化晶粒快速凝固扩散退火：晶内偏析可消除，晶间偏析不能完全消除2宏观偏析宏观偏析（区域偏析）：铸件不同区域化学成分不均匀现象1）正常偏析：在宏观上符合溶质再分配规律的偏析2）反（逆）偏析：与正常偏析相反的宏观偏析产生原因：铸件收缩造成铸件内部富含溶质的残留液体流向铸件外层，使溶质出现反常分布。影响因素：枝晶粗大，反偏析收缩率，反偏析气体含量，反偏析防止措施：增大温度梯度减少含气量细化晶粒3）比重偏析：由于比重不同而在重力作用下所形成的宏观偏析4）带状偏析：铸件内部与凝固方向相垂直的带状的化学成分不均匀现象5) V型/倒V型偏析3.6

10、 砂型铸造砂型铸造以型砂和芯砂为以型砂和芯砂为造型材料制成铸造型材料制成铸型，液态金属在型，液态金属在重力下充填铸型重力下充填铸型来生产铸件的铸来生产铸件的铸造方法。造方法。砂型铸造的工艺过程砂型铸造的工艺过程 砂型铸造方法分类砂型铸造方法分类u手工造型手工造型 u机器造型机器造型 v震压造型震压造型 v微震压实造型微震压实造型 v高压造型高压造型 v射压造型射压造型v 空气冲击造型空气冲击造型v 抛砂抛砂1. 手工造型手工造型 生产率低；生产率低； 对工人技术水平要求较高；对工人技术水平要求较高； 铸件尺寸精度及表面质量较差；铸件尺寸精度及表面质量较差； 主要用于单件、小批生产，有时也可用于

11、大批量的生产。主要用于单件、小批生产，有时也可用于大批量的生产。2. 机器造型机器造型生产率高，劳动条件好，铸件生产率高，劳动条件好，铸件尺寸精确，表面光洁，加工余尺寸精确，表面光洁，加工余量小，用于大批生产。量小，用于大批生产。浇注系统浇注系统浇注系统是铸型中液态金属流入型腔的通道之总称。浇注系统是铸型中液态金属流入型腔的通道之总称。典型浇注系统的结构：浇口杯、直浇道 、直浇道窝 、横浇道、末端延长段 、内浇道 直浇道直浇道提供必要的充型压力，保证铸件轮廓、棱角清晰。 横浇道横浇道良好的阻渣能力。 内浇道内浇道位置、方向和个数应符合铸件的凝固原则或补缩方法。在规定的浇注时间内充满型腔。金属液

12、进入型腔时避免飞溅、冲刷型壁或砂芯。冒口冒口冒口是在铸型中设置的一个储存金属液的空腔。 冒口普通冒口特种冒口明冒口暗冒口保温冒口发热冒口大气压力冒口易割冒口3.7 3.7 特种铸造特种铸造 熔模铸造 金属型铸造 压力铸造 低压铸造 离心铸造 实心（消失模）铸造一、熔模铸造（失蜡铸造）一、熔模铸造（失蜡铸造） 将易熔材料制成模样，在模样表面包覆若干层耐火材料制成型壳，再将模样熔化排出型壳，从而获得无分型面的铸型，经高温焙烧后即可填砂浇铸的铸造方法。熔模铸造工艺流程熔模制造的特点：熔模制造的特点：J铸型精密无分型面，铸件精度高，表面质量好。J可制造形状很复杂的铸件，最小壁厚可达0.7mm，最小孔径

13、可达1.5mm。J适用于各种铸造合金。尤其适用于高熔点、难加工合金的生产，如高速钢、不锈钢汽轮机叶片等。L工序复杂且周期长，铸件成本高，且铸件不宜太大。适用范围：适用范围： 适用于制造形状复杂、难以加工的高熔点合金及有特殊要求的精密铸件，如：气轮机叶片、汽车、拖拉机、机床、刀具等。 二、金属型铸造（永久型）二、金属型铸造（永久型） 在重力作用下将液态金属浇入金属铸型，并凝固成形以获得铸件的方法。 1、金属型的构造金属型的构造 金属型的结构主要取决于铸件的形状、尺寸，合金的种类及生产批量。 整体式； 垂直分型式； 水平分型式； 复合分型式。2、金属型铸造的工艺要点、金属型铸造的工艺要点金属型预热

14、刷涂料浇注温度及时开箱3、金属型铸造的特点和适用范围、金属型铸造的特点和适用范围铸件冷却速度快，组织致密，力学性能好；铸件精度和表面质量较高；实现“一型多铸”，提高了生产效率，改善了劳动条件；金属型不透气且无退让性，铸件易产生浇不足、裂纹或白口等缺陷。适用范围：适用范围：主要用于批量生产非铁合金铸件，如铝活塞、气缸盖、油泵壳体、铜瓦、衬套。 三、压力铸造三、压力铸造 熔融金属在高压下（3070MPa）高速充型（0.550m/s）并凝固而获得铸件的方法称为压力铸造，简称压铸。 1、压铸机及压铸工艺过程压铸机及压铸工艺过程 合型，注入金属 压铸 开型，取出铸件2、压力铸造的特点和使用范围、压力铸造

15、的特点和使用范围压铸件加工精度和表面质量较其它铸造方法均高，压铸件大都不需机加工即可直接使用；可压铸形状复杂的薄壁精密铸件，或直接铸出小孔、螺纹、齿轮等；压铸件组织致密，力学性能好，强度和硬度都较高；生产率较其它铸造方法均高；由于压铸速度高，铸件凝固速度快，铸件内部易产生气孔和缩松；压铸件不能用热处理方法来提高性能；设备投资大，铸型制造费用高，周期长，只适用于大批量生产；适用范围：适用范围：主要用于铝、镁、锌合金铸件生产，如汽缸体、箱体、喇叭外壳、化油器等。 四、低压铸造四、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，获得铸件的方法。 1、低压铸造

16、的工艺过程低压铸造的工艺过程2、低压铸造的特点和应用范围、低压铸造的特点和应用范围 充型平稳，无冲击、飞溅现象，不易产生夹渣、砂眼、气孔等缺陷； 铸件组织致密、轮廓清晰，对于薄壁、耐压、防渗漏气密性铸件的生产尤为有利； 浇注系统简单，浇口兼冒口，金属利用率高，通常达到90%以上； 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，容易实现自动化、机械化生产。适用范围：适用范围：主要用于生产质量要求高的铝、镁、锌合金铸件， 如汽缸体、缸盖、活塞、曲轴箱等。 五、离心铸造五、离心铸造 将液态合金浇入高速旋转的铸型，使使其在离心力作用下充填铸型并结晶。 1、离心铸造的类型离心

17、铸造的类型2、离心铸造的特点和适用范围离心铸造的特点和适用范围 组织致密，铸件无缩孔、缩松、气孔、夹渣等缺陷，力学性能好； 生产圆筒形或环形铸件时，可省去型芯和浇注系统，因而省工省料，降低了铸件成本。 便于制造双金属铸件。 依靠自由表面所形成的内孔尺寸偏差大，因而表面粗糙，加工余量大； 铸件易发生成分偏析，不适于密度偏析大的合金及轻合金铸件。适用范围：适用范围：离心铸造是生产管、套类铸件的主要生产方法，如铸铁管、气缸套、铜套、双金属轴承等，铸件最大重量可达十多吨。五、消失模造型五、消失模造型1. 铸造原理和工艺过程铸造原理和工艺过程 消失模铸造（EPC）为美国1958年专利，1962年开始应用

18、，又称实型铸造和气化模铸造，其原理是用泡沫聚苯乙烯塑料模样（包括浇冒口）代替普通模样，造好型后不取出模样就浇入金属液，在灼热液态金属的热作用下，泡沫塑料气化、燃烧而消失，金属液取代了原来泡沫塑料模所占的空间位置，冷却凝固后即可获得所需要的铸件。 消失模铸造主要用于形状结构复杂，难以起模或活块和外型芯较多的铸件。 与普通铸造相比，具有以下优点： 工序简单、生产周期短、效率高，铸件尺寸精度高(造型后不起模、不分型，没有铸造斜度和活块)，精度达CT8级，可采用无粘结剂型砂，增大了铸件设计的自由度，简化了铸造生产工序，降低了劳动强度。2. 消失模铸造特点和应用范围消失模铸造特点和应用范围本章重点本章重

19、点 1、铸造收缩及影响、铸造收缩及影响 2、铸造应力及影响、铸造应力及影响 3、铸造偏析、铸造偏析 4、概念、概念第第4 4章章 金属塑性压力加工金属塑性压力加工4.1 概述概述1. 定义定义：金属坯料在外力作用下产生塑性变形，从而获得一定形状尺寸和力学性能制品的工艺过程。2.特点特点 可减少金属的消耗 改变（改善）金属的组织 空隙压合 细化晶粒 减小偏析（组织细化、偏析相破碎） 形成纤维组织 改变性能 难以加工复杂制品 无法加工脆性材料 成本高 3. 3.分类分类压力压力加工加工按工艺按工艺原材料加工原材料加工轧制轧制挤压挤压拉拔拉拔零件加工零件加工锻造锻造冲压冲压特种加工方法特种加工方法按

20、加工温度按加工温度热变形热变形（TTT再再）冷变形冷变形（TTT再再）热变形有再结晶现象，无加工硬化现象热变形有再结晶现象，无加工硬化现象冷变形无再结晶现象，只有加工硬化现象冷变形无再结晶现象，只有加工硬化现象锻造锻造冲压冲压轧制轧制拉拔拉拔挤压挤压世界上最大吨位的油压机世界上最大吨位的油压机4.2 4.2 金属的塑性压力加工成形性金属的塑性压力加工成形性金属金属的塑性压力加工成形的塑性压力加工成形性性: 金属在外力作用下发生塑性变形而不易产生裂金属在外力作用下发生塑性变形而不易产生裂纹的能力。纹的能力。金属的塑性压力加工热成形性可锻性金属的塑性压力加工冷成形性一、可锻性一、可锻性1. 定义定

21、义：金属在热加工时塑性变形的难易程度2. 衡量指标衡量指标：塑性、变形抗力3. 影响因素影响因素：l 金属的成分l 金属的组织l 晶体结构：面心体心密排六方l 组织状态：铸态组织，晶粒粗大，碳化物，纯金属及固溶体 l变形条件变形条件变形温度：一般温度高，可锻性好，见图4-1变形速度：有极值应力状态：拉省力，压提高变形能力，但抗力大4. 降低变形抗力的途径降低变形抗力的途径降低材料自身的变形抗力 改善受力状态减小加工时的接触面积金属的塑性压力加工冷成形性（自学）金属的塑性压力加工冷成形性（自学）4.3 4.3 原材料成形加工技术原材料成形加工技术一、轧制一、轧制1.概述概述1）概念: 坯料进入轧

22、辊之间，通过碾压而产生塑性变形的压力加工方法。2）种类 按温度： 热轧普通热轧、控制轧制 冷轧 按方式： 纵轧坯料轧辊 横轧坯料轧辊 斜轧1) 热轧热轧优点：生产规模大，效率高、成本低工艺过程：清理-加热-轧制-冷却 2)控制轧制（控轧）控制轧制（控轧）概念：通过控制轧制工艺，将变形与固态相变相结合，以获得细小晶粒组织的轧制方法。控轧工艺分类及机理 奥氏体再结晶区控轧：变形-再结晶-细化 奥氏体未再结晶区控轧：变形-变形带，晶界-形核数目-细化 奥氏体、铁素体双相区控轧：奥氏体同上； 铁素体变形-恢复-形成亚晶粒 优点：组织细小（可达12级），强度、低温塑性高简化生产工艺 （可省去正火或调质处

23、理）2.轧制工艺轧制工艺3）冷轧）冷轧优点可生产厚度极薄、精度很高的轧材；光洁度高；可得到高综合力性及特殊结构工艺流程：酸洗-冷轧-退火-精整二挤压挤压1概述概述1）原理：加压使坯料通过模孔成型的压力加工方法2）工艺流程：坯料准备-加热-除鳞-涂润滑剂-挤压-矫正-酸洗-成品3）特点： 可提高材料变形能力 尺寸精度及表面质量高 生产灵活性大 组织不均匀 固定废料损失大 工模具损耗大4)应用：有色金属、脆性材料、复杂断面线、管、棒、型材2 2质量控制质量控制1）挤压温度2）挤压速度3）变形程度：挤压比一般大于10-12三拉拔拉拔1）原理：在拉力作用下使坯料通过模孔成型的压力加工方法2）工艺流程：

24、打头-酸洗清理-涂润滑剂-拉拔-脱脂-退火（循环）-成品3）特点： 设备简单、适应性强、生产率高 尺寸精度及表面质量高 金属利用率高 断面形状多4）应用：有色金属线、管、棒、型材；小直径薄壁钢管及精密高强度钢管5）质量控制模孔形状和尺寸变形程度：道次变形率20-60%一、锻造一、锻造自由锻模锻 利用外力利用外力(冲击力或压力冲击力或压力)使金属使金属在在间或间或中变形，获得一定中变形，获得一定形状和尺寸锻件的工艺方法。形状和尺寸锻件的工艺方法。4.4 4.4 零件加工及质量控制零件加工及质量控制自由锻件及基本工序盘类件盘类件:镦粗（拔长、镦粗）、冲孔镦粗（拔长、镦粗）、冲孔轴类件轴类件:拔长（

25、镦粗、拔长）、切肩、锻台阶拔长（镦粗、拔长）、切肩、锻台阶筒类件筒类件:镦粗（拔长、镦粗）、冲孔、心轴上拔长镦粗（拔长、镦粗）、冲孔、心轴上拔长环类件环类件:镦粗（拔长、镦粗）、冲孔、心轴上扩孔镦粗（拔长、镦粗）、冲孔、心轴上扩孔弯曲类件弯曲类件:拔长（镦粗、拔长）、弯曲拔长（镦粗、拔长）、弯曲曲轴类件曲轴类件:拔长（镦粗、拔长）、错移、锻台阶、扭转拔长（镦粗、拔长）、错移、锻台阶、扭转1 1、自由锻、自由锻自由锻自由锻特点 坯料坯料表面变形自由；表面变形自由； 设备及工具简单，锻件重量不受限制；设备及工具简单，锻件重量不受限制； 锻件锻件的精度低；的精度低； 生产率生产率低，适用于单件小批生

26、产；低，适用于单件小批生产； 是是大型锻件的唯一锻造方法。大型锻件的唯一锻造方法。模锻2 2、模锻、模锻模锻特点典典 型型 模模 锻锻 件件l 生产率高；l 材料利用率高；l 可锻造形状较复杂的零件；l 锻件重量小。l 锻件的尺寸精度和表面质量高；l 模具成本高、设备昂贵；锤上模锻锻模结构锤上模锻锻模结构模膛模模 膛膛模锻模膛模锻模膛制坯模膛制坯模膛拔长模膛拔长模膛终锻模膛终锻模膛预锻模膛预锻模膛滚压模膛滚压模膛弯曲模膛弯曲模膛切断模膛切断模膛锤上模锻锻模结构模膛压力机上模锻摩擦压力机上模锻曲柄压力机上模锻二、板料冲压二、板料冲压利用冲模对金属板料施加压力，使其产生分离或变形获得所需零件的工艺

27、方法。冲压设备冲压设备1. 1. 剪床：剪床：2. 2. 冲床：冲床：下料设备下料设备冲压设备冲压设备使坯料在凸模作用下压入凹模，获得开口空心体零件的冲压工序。变形工序拉深拉深拉深动画变形工序弯曲弯曲将平直板料弯成一定的角度或圆弧的冲压工序。变形工序翻边翻边在带孔的平坯料上用扩孔的方法获得凸缘的工序。变形工序成形成形神洲五号返回仓神洲五号返回仓4.4 4.4 热加工常见缺陷热加工常见缺陷一、常见缺陷一、常见缺陷1. 氧氧化化:表面形成氧化皮表面形成氧化皮危害：影响尺寸精度和表面质量危害：影响尺寸精度和表面质量2. 脱碳脱碳：表层含碳量低于内部的现象：表层含碳量低于内部的现象危害：表层的硬度及强

28、度危害：表层的硬度及强度 3. 过热过热：加热温度过高，保温时间过长，引起奥氏体晶粒显著粗化的现象。：加热温度过高，保温时间过长，引起奥氏体晶粒显著粗化的现象。危害：易形成魏氏体或晶间网状渗碳体；塑、韧性下降危害：易形成魏氏体或晶间网状渗碳体；塑、韧性下降 4. 过烧过烧：加热温度太高，引起晶界氧化甚至熔化的现象。：加热温度太高，引起晶界氧化甚至熔化的现象。危害：易形成魏氏体、晶粒粗大或晶间网状渗碳体；易发生开裂。危害：易形成魏氏体、晶粒粗大或晶间网状渗碳体；易发生开裂。 5.其他：裂纹、白点、网状渗碳体其他：裂纹、白点、网状渗碳体二、加热二、加热与冷却工艺工艺与冷却工艺工艺控制控制1. 始锻

29、温度始锻温度：不发生过热、过烧。2. 终锻温度终锻温度：略高于再结晶温度。3. 锻后冷却锻后冷却：裂纹倾向小,快冷； 反之，慢冷4 4. .5 5 其他加工方法其他加工方法1. 精密模锻精密模锻：少、无切削加工2. 冷冷墩：墩：室温下以墩粗变形为主的冷成形工艺3.高能率成形：高能率成形：在极短时间内释放高能量而使金属变形的方法。 爆炸成形爆炸成形 原理：利用爆炸形成的冲击波进行压力加工的方法 应用：小批量或试制；冲压件 优点：模具简单，设备简单 电液成形电液成形 原理：利用电脉冲形成的冲击波进行压力加工的方法 电磁成形电磁成形 原理：利用脉冲磁场进行压力加工的方法4.超塑性成形超塑性成形1）超

30、塑性：）超塑性：材料在低应变速率、一定的变形温度和等轴细晶粒的情况下，其拉伸延伸率比常规变形高一个数量级以上的现象。2）工艺：）工艺：超塑性模锻、超塑性气压成形3）特点）特点变形抗力低充填模型能力强产品晶粒细小均匀加工工序少用于轻质材料复杂件利用压缩空气加压，使超塑性材料成形。本章重点本章重点 金属的可锻性及影响因素 控制轧制机理 塑性变形方法有那些 常见缺陷第第5 5章章 焊接焊接5.1 概述概述 焊接技术发展史:始于商朝焊接技术是随着金属的应用而出现的，古代的焊接方法主要是铸焊、钎焊和锻焊。中国商朝制造的铁刃铜钺，就是铁与铜的铸焊件，其表面铜与铁的熔合线婉蜒曲折，接合良好。春秋战国时期曾侯

31、乙墓中的建鼓铜座上有许多盘龙，是分段钎焊连接而成的。经分析，所用的与现代软钎料成分相近。 战国时期制造的刀剑，刀刃为钢，刀背为熟铁，一般是经过加热锻焊而成的。据明朝宋应星所著天工开物一书记载：中国古代将铜和铁一起入炉加热，经锻打制造刀、斧；用黄泥或筛细的陈久壁土撒在接口上，分段煅焊大型船锚。中世纪，在叙利亚大马士革也曾用锻焊制造兵器。 19世纪初，英国的戴维斯发现电弧和氧乙炔焰两种能局部熔化金属的高温热源；18851887年,俄国的别纳尔多斯发明碳极电弧焊钳；1900年又出现了铝热焊. 20世纪初，碳极电弧焊和气焊得到应用，同时还出现了薄药皮焊条电弧焊，电弧比较稳定，焊接熔池受到熔渣保护，焊接

32、质量得到提高，使手工电弧焊进入实用阶段，电弧焊从20年代起成为一种重要的焊接方法。在此期间，美国的诺布尔利用电弧电压控制焊条送给速度，制成自动电弧焊机，从而成为焊接机械化、自动化的开端。1930年美国的罗宾诺夫发明使用焊丝和焊剂的埋弧焊，焊接机械化得到进一步发展。40年代，为适应铝、镁合金和合金钢焊接的需要，钨极和熔化极惰性气体保护焊相继问世。 1951年苏联的巴顿电焊研究所创造电渣焊，成为大厚度工件的高效焊接法。1953年，苏联的柳巴夫斯基等人发明二氧化碳气体保护焊，促进了气体保护电弧焊的应用和发展，如出现了混合气体保护焊、药芯焊丝气渣联合保护焊和自保护电弧焊等。 1957年美国的盖奇发明等

33、离子弧焊；40年代德国和法国发明的电子束焊，也在50年代得到实用和进一步发展；60年代又出现激光焊等离子、电子束和激光焊接方法的出现，标志着高能量密度熔焊的新发展，大大改善了材料的焊接性，使许多难以用其他方法焊接的材料和结构得以焊接。 其他的焊接技术还有1887年，美国的汤普森发明电阻焊，并用于薄板的点焊和缝焊；缝焊是压焊中最早的半机械化焊接方法，随着缝焊过程的进行，工件被两滚轮推送前进；二十世纪世纪20年代开始使用闪光对焊方法焊接棒材和链条。至此电阻焊进入实用阶段。1956年，美国的琼斯发明超声波焊；苏联的丘季科夫发明摩擦焊；1959年，美国斯坦福研究所研究成功爆炸焊；50年代末苏联又制成真

34、空扩散焊设备。一概念: 通过加热/加压，依靠互相熔合或扩散使工件表面达到原子间的结合，从而实现分离材料永久连接的目的。工件及焊丝都熔化熔化焊电弧焊熔化极手工电弧焊埋弧自动焊气-电焊非熔化极钨极氩弧焊等离子弧焊其他气焊、电渣焊、电子束焊、激光焊固态焊接压力焊电阻焊点焊缝焊对焊其他冷压焊、超声波焊、摩擦焊、扩散焊、高频焊只有钎料熔化钎焊火焰钎焊、感应钎焊、炉钎焊、电子束钎焊二焊接方法分类二焊接方法分类1熔化焊熔化焊：将两个被焊金属表面局部及添充金属加热熔化，冷凝后，使两个被焊金属形成一体的一种焊接方法。(1)气焊：以氧、乙炔或其它可燃性气体燃烧火焰为热源。(2)铝热焊：以铝热剂放热反应热为热源。(

35、3)电弧焊：以气体导电时产生的热为热源。(4)电渣焊：以熔渣导电时产生的电阻热为热源。(5)电子束焊：以高速运动的电子束流为热源。(6)激光焊：以单色光子束流为热源。2压力焊：压力焊：压力焊是利用摩擦、扩散和加压等物理作用，使两个连接表面上的原子相互接近到原子间的结合距离，从而在固态下实现连接的一种焊接方法。3. 钎钎焊：焊：利用熔化金属(称钎料)冷凝，将焊件连接起来的焊接方法。 三焊接的特点及应用三焊接的特点及应用1节省材料与工时2简化生产工艺3可制造异种材料结构4可用于零件修复5接头性能好四金属材料的焊接性四金属材料的焊接性1焊接性概念焊接性概念1）金属材料的焊接性：金属能否适应焊接加工而

36、形成具有一定使用性能的焊接接头的特性。 2）工艺焊接性：金属材料在一定的工艺条件下形成具有一定使用性能的焊接接头的能力。 工艺条件难易程度 性能满足的方便性 1定义：定义：母材中因焊接而导致温度高于相变温度的区域。2影响：影响： 1）可能形成淬硬相 2）焊接应力大五焊接热影响区（五焊接热影响区（HAZHAZ）六常见焊接缺陷六常见焊接缺陷 焊缝表面缺陷 焊缝气孔 夹杂 变形 焊接裂纹1焊缝表面缺陷焊缝表面缺陷形状尺寸缺陷：运行不匀咬边：太慢或能量过大未焊透：坡口过小，接头间隙太窄。2焊缝气孔焊缝气孔保护不良焊条未烘干坡口未清理干净3焊缝夹杂焊缝夹杂电流过小焊接速度过快运条不当坡口太窄未清理干净4

37、. 4. 焊接变形焊接变形1）焊接变形的不利影响l 外形美观l 结构尺寸精确性l 结构的承载能力2）预防残余变形措施 l 焊缝数量；焊缝尺寸；增大结构刚度; 焊缝布置等；l 先进工艺，合理规范； l 刚性固定法l 合理的焊接顺序l 反变形法5. 5. 焊接焊接裂纹裂纹热裂纹再热裂纹冷裂纹*层状撕裂裂纹应力腐蚀裂纹1）热裂纹）热裂纹结晶裂纹高温液化裂纹多边化裂纹焊接热裂纹种类结晶裂纹液化裂纹多边化裂纹2）冷裂纹）冷裂纹 类型类型焊道下裂纹焊趾裂纹根部裂纹 特点特点延迟裂纹为主沿晶或穿晶产生于Ms点附近在热影响区 影响因素影响因素钢淬硬倾向，冷裂氢，冷裂焊接应力，冷裂 高强度钢HAZ延迟裂纹形成过

38、程（箭头表示原子氢扩散方向）TAF焊缝A体相变等温面，TAM热影响区A体相变等温面，a、b熔合线焊道下裂纹及焊趾裂纹焊道下裂纹及焊趾裂纹根部根部裂纹裂纹 防止措施防止措施冶金质量母材：塑韧性好焊条：烘干，塑韧性好焊接工艺焊接线能量焊前预热温度合理焊后冷却缓慢热处理减小焊接应力5.2 5.2 常见焊接方法常见焊接方法一、手工电弧焊一、手工电弧焊 1焊条的作用与组成焊条的作用与组成1）作用焊条焊芯充当电极填充药皮保护冶金改善焊接性能2）组成）组成 焊芯：金属焊芯：金属 药皮：药皮：造渣剂造渣剂保护熔池、熔滴；脱保护熔池、熔滴；脱P、S造气剂造气剂隔离空气隔离空气脱氧剂脱氧剂脱氧脱氧合金添加剂合金添

39、加剂合金化合金化稳弧剂稳弧剂改善引弧性能、电弧燃烧稳改善引弧性能、电弧燃烧稳定性定性黏结剂黏结剂黏结药皮黏结药皮2特点特点 设备简单 使用灵活方便 不受空间及焊缝形状限制 生产率低 劳动强度大 对焊工技术要求高3应用：应用：常用金属；板厚338mm二氩气保护焊二氩气保护焊 非熔化极氩弧焊（TIG）1原理：原理：电流通过被电离的氩气在钨极与工件之间产生电弧，熔化母材和填充金属。 2特点特点1）焊接质量高）焊接质量高 易控制线能量 惰性气体不溶于金属，不反应 无渣 2）电弧热量集中：（电弧热量损失少）电弧热量集中：（电弧热量损失少） 热影响区窄，焊接变形小 3）具有阴极雾化作用：可用于活泼金属的焊接）具有阴极雾化作用：可用于活泼金属的焊接阴极雾化作用：交流TIG焊的负半周，质量较大的正离子在阳