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文档简介

1、材料加工工艺未来的发展造技术、无公害化加工等向有:精密成形技术、快速原型制造、具有极端性能的新材料加工、计算机辅助工程技术与虚拟制材料工艺基础复习要点材料工艺基础复习提纲目录绪论(2)第一章液态金属成型(2)第二章金属塑性成型(7)第三章焊接技术与焊接方法(12)第四章材料表面技术(17)第五章粉末冶金与陶瓷成型(20)绪论材料加工工艺又称为材料成型技术,是液态金属凝固成形、金属塑性加工、焊接、材料表面改性、粉末冶金与陶瓷技术等各种材料成型技术的总称。材料加工成形的过程中发生熔化、结晶、塑性变形、扩散、相变等物理化学变化。材料零部件的微观组织及性能受控于成型制造方法和过程。材料加工的任务包括成

2、形(获得必要几何尺寸的机器零部件、器件)和改性(通过工艺过程的控制使材料零部件具有设定的化学成分、组织结构和性能)。普配与赴懺诚品;fit第一章液态金属成型一、概述液态金属成形,通常也称为铸造,是将液态金属注入铸型中使之冷却、凝固而形成一定形状和性能的零部件的方法。其特点有如下几点:适用范围广:可生产形状复杂,特别是具有复杂内腔的零件毛坯,如各种箱体、内燃机缸体、机床床身、机架等;可以制造各种合金铸件:常用金属材料均可用来进行铸造,铸件重量由几克到几百吨铸件的尺寸精度高:一般比锻件、焊接件尺寸精确,可以节约大量金属材料加工工时。成本低廉、经济性好:易于实现机械化生产,动力消耗低,可大量利用废旧

3、金属料。缺点是:质量不够稳定、力学性能较差,生产条件差。二、合金的铸造工艺性能合金在铸造生产中所表现出来的工艺性能:流动性、充型能力、收缩性。1、合金的流动性液态合金本身的流动能力,与合金种类、化学成分、温度、杂质含量及其物理性质有关。影响合金流动性的因素合金的化学成分以及结晶特点的影响:纯金属、共晶成分的合金流动性好,结晶温度范围大的合金流动性差;合金结晶潜热和晶粒形状的影响:结晶潜热大,则流动性好;等轴晶流动性比树枝晶好;合金物理性质:热导率、密度、表面张力、粘度越大则流动性越差;比热容越大则流动性越好。流动性测试方法:螺旋试样法2、铸造合金的充型能力铸造合金的充型能力决定于液态金属的流动

4、性,又受到铸型条件、浇筑条件和铸件结构的影响。流动性的影响:流动性越差,充型能力越差。铸型条件的影响蓄热能力:铸型蓄热能力大,液态金属冷却快,充型能力降低。如金属铸模比砂型铸模充型能力差铸型温度:温度高,液态金属冷却慢,充型能力强铸型中的气体:型腔中过多的气体阻碍熔融金属的充型浇筑条件的影响:浇注温度、充型压力、浇注速度3、铸造合金的收缩性铸造合金在液态、凝固态和固态冷却的过程中,由于温度的降低而发生的体积减小的现象。其物理本质是液态转变为固态时,金属原子由近程有序向远程有序转变,以及空穴的减少或消失。液态收缩:金属在液态时由于温度降低而发生的体积收缩,物理本质是金属原子由近程有序转变为远程有

5、序以及空穴的减少。凝固收缩:熔融金属在凝固阶段的体积收缩,液态收缩和凝固收缩是铸件产生缩孔和缩松的基本原因固态收缩:金属在固态时由于温度降低而发生的体积收缩,物理本质是温度下降,原子间距离缩短。固态收缩是铸件内应力、变形和裂纹等缺陷的主要原因。影响铸件收缩的因素化学成分与合金类别:如铸钢的收缩最大,灰铸铁最小浇注温度:合金浇注温度越高,过热度越大,液体收缩越大铸件结构和铸型工艺条件:铸件的收缩并非是自由收缩,而是受阻收缩。铸件中各部分冷却速度不同,收缩先后不一致,相互制约产生阻力;铸型等对铸件收缩产生机械阻力缩松和缩孔铸件在冷却和凝固过程中,若液态收缩和凝固收缩所缩减的体积得不到补充,往往在铸

6、件最后凝固的地方出现空洞。容积大而比较集中的空洞是缩孔;细小而分散的空洞是缩松。其产生的原因是液态收缩和凝固收缩值大于固态收缩值。缩孔的形成:在铸件上部或最后凝固的部位,外形特征是近似于倒圆锥形。缩松的形成:由于结晶温度范围较宽,树枝晶发达,流动性低,液态和固态凝缩所形成的细小、分散的孔洞得不到液态金属补充而造成的。三、合金的铸造工艺缺陷1、变形与开裂铸件内的总应力超过合金的屈服强度,发生变形;超过抗拉强度时产生裂纹。变形:由于铸造应力,处于应力状态下的铸件能自发地发生变形以减小内应力而趋于稳定状态,快冷部分凸起,慢冷部分凹下,受拉部位趋于缩短,受压部分趋于伸长。裂纹:分为热裂和冷裂。热裂:断

7、面严重氧化,无金属光泽,裂口沿晶界产生和发展,外观形状曲折而不规则。铸钢件裂口表面近似黑色,铝合金呈暗灰色。成因是凝固末期,铸件中结晶的骨架已形成并开始收缩,但晶粒间还有一定液相存在,这时铸件强度和塑性低,收缩受到铸型阻碍而开裂。结晶温度宽的合金产生热裂的可能性大。影响因素包括合金本身的性质、铸型性质、铸件结构、浇筑条件等。冷裂:外形呈连续直线状或圆滑区,而且常常是穿过晶粒延伸到整个断面,裂口处表面干净,具有金属光泽或微氧化色。成因是与铸件形成应力大小密切相关。影响因素有合金的化学成分和杂质状况。2、铸造应力产生的原因热应力:铸件在凝固和冷却过程中,不同部位由于不均衡的收缩而引起的应力,为铸造

8、残留应力。固态相变应力:有固态相变的合金铸件,各部分体积因相变发生不均衡变化而引起的应力。机械应力:铸件在固态收缩时,因受到铸型、型芯、浇冒口等机械阻碍而产生的应力。消除应力的方法:减少铸件各部位温差,尽量同时凝固;改善铸型和型芯的退让性,以减少收缩的机械阻力;在性能满足的前提下,选择弹性模量和收缩系数较小的合金。常用方法有去应力退火、自然失效、振动时效。3、偏析、气孔和夹杂物微观偏析:微小晶粒尺寸范围内化学成分不均匀现象,包括(晶内偏析)枝晶偏析、晶界偏析宏观偏析:铸件较大尺寸范围内化学成分不均匀的现象,包括正偏析、逆偏析、重力偏析。气体:存在形式有溶解状态、化合物状态,气泡等。气体会影响铸

9、造性能,造成晶间疏松,降低流动性,产生缺陷。夹杂物:要考虑其分布、大小和形态。四、砂型铸造是原砂为主要骨料的铸造工艺。砂模的构成有:模型、芯棒、浇注系统组成。砂型铸造的工艺过程包括混砂、造型和造芯、烘干、合箱、熔化与浇筑、铸件的清理和检验等工序。型砂应具备的性能:强度、透气性、耐火性、退让性。型砂的分类:粘土砂、水玻璃砂、油砂及合脂砂、树脂砂。五、特种铸造特种铸造的特点:铸件尺寸精度高,表面粗糙度较低;铸件的力学性能和内部质量好;可以生产一些技术要求高且难以加工制造的合金铸件;降低材料消耗,改善劳动条件。压力铸造:在高压作用下,将液态或者半液态金属快速压入金属压铸型中,并在压力下凝固而获得铸件

10、的方法。压力铸造的特点:其产品质量高,生产效率高,易实现镶嵌结构铸件;但是铸件表层以下出现不致密层,气密可靠性差,对内凹复杂的铸件,压铸较为困难,较高熔点合金压铸型模寿命较低。熔模铸造:液态金属在重力作用下浇入由蜡膜融化后形成的中空型壳中成型,从而获得精密铸件的方法。熔模铸件的特点:铸件精度高、可以铸造出形状复杂的薄壁铸件、铸造合金种类不受限制、生产批量不受限制;但是生产工序复杂,生产周期长,铸件成本高,铸件尺寸不能太大。离心铸造:适合单种金属或多合金复合中空回转体铸件,分为立式和卧式两种。立式主要用来生产圆环类铸件,卧式主要用来生产套筒类和管类铸件。离心铸造特点:几乎一切铸造合金都可以用离心

11、铸造法生产,铸件重量范围广,所得铸件组织致密,没有气孔、缩孔、缩松、夹渣等缺陷,力学性能高,可以生产中空铸件,在离心力作用下,金属液充型能力好,可以浇筑流动性差的金属;但是铸件内壁表面粗糙,易产生比重偏析。六、铸造工艺设计铸件结构的设计铸件应该有合适的壁厚;逐渐结构不应严重阻碍收缩、壁厚过渡或者圆角;内壁厚度小于外壁,使内外壁均匀冷却,降低应力;壁厚力求均匀,防止形成热节;利于补缩和顺序凝固;防止变形;避免浇注位置有水平的大平面结构。浇注位置的选择重要加工面或者质量要求较高的面,应置下部或者侧面;大平面朝下;大面积薄壁处应置下面或侧面;易产生缩孔缩松的厚大部位应置顶部或侧面,以便安装冒口补缩。

12、分型面的设计分型面一般是在确定浇注位置后再选择以保证起模顺利和铸造工艺的简化。分型面一般是铸件的最大截面;尽量减少分型面数量;铸件全部或者大部分置于一箱中;分型面尽量平直;为了便于下芯,主要型芯应位于下箱形状平稳过渡,避免尖角避免大的平面,防止出现低质量表面(液面上升速度变小,金属液长时间烘烤砂型,易出现夹砂、渣孔等缺陷)避免冷却时易产生缩孔的厚达截面工艺参数的确定机械加工余量:铸件工艺设计时预先增加的在机械加工时切去的金属层厚度;铸孔:从铸件质量和经济方面考虑,较大的孔以及无法机加工的孔应当铸出来;起模斜度:为了使模样容易抽出,平行于起模方向在模样或芯盒壁上的斜度称为起模斜度。其大小根据模样

13、材料、造型方法等确定。铸件收缩率:分为收缩余量和工艺补正量。收缩余量是为了补偿铸件收缩,模样比铸件尺寸增大的数值;工艺补正量是工艺上的原因,在铸件相应部位非加工面上增加的金属厚度。型芯头:模样上的凸出部分,用来定位和支撑型芯。铸造圆角:防止尖角处产生裂纹等缺陷,半径一般为两壁平均厚度的一半。七、铸铁含碳量大于2.11%或者组织中含有共晶组织的铁碳合金,分局碳存在的形态不同,可以分为白口铸铁、灰口铸铁、蠕墨铸铁、球墨铸铁和可锻铸铁。灰铸铁的性能:优良的铸造性能、良好的减震性能、良好的抗压性能、成本低廉;抗拉强度低、塑性韧性差、不能焊接和锻压球墨铸铁:铁水经过球化处理后,石墨大部分呈球状的铸铁,力

14、学性能显著高于灰铸铁,关键工序是球化处理和孕育处理可锻铸铁:俗称马口铁,显微组织是珠光体+团絮状石墨。力学性能高于灰铸铁、塑性韧性好。八、铸钢铸钢力学性能高,塑形好,焊接性能优良;铸造性能差铸钢铸造工艺特点:熔点高、钢液易氧化、流动性差、收缩大;相应的措施:要保持一定厚度,提高浇注温度以提高流动性和铸造性能,但要防止氧化;由于收缩大,应采用冒口冷铁和补缩,实现顺序凝固;薄壁铸件应釆用同时凝固;用耐火度高的人造石英砂作铸型,九、铸造铝合金铸造铝合金比强度高,其成分接近共晶点,流动性好,有利于铸造胞壁和结构复杂的铸件;熔点较低,能广泛釆用金属型及压力铸造等先进铸造方法;需要防止飞溅和氧化。十、铸造

15、铜合金铸型釆用细砂以防止念砂和降低粗糙度,浇筑系统应当有挡渣能力;熔炼时用木炭等覆盖表面以防止氧化等。一、铸造技术的发展丄计sms艇中的应用一;铸造过幽I模拟傲舸囲应力场“(2)施工飯AD:一;模具制逍的题遞技术2凝固理论的研宛促进铸造新技术的发展盖压鯉】(2)定囱凝固和罩晶及细聶铸避快速凝醉术及其它3伽佥属基复合聘第二章金属塑性成型申造鯉耒婀发展(代压冲压造型、静压錘丫法造動5铸杵临般牝一、概述金属塑性成型,也称为压力加工,是利用一些工具或模具使金属材料在外力作用下获得一定形状以及一定力学性能的工艺,通常分为轧制和锻压两大类。金属塑性成形的特点是材料利用率高、力学性能好、尺寸精度高、生产效率

16、高、加工面广。塑性成型性能通常用金属的塑性和变形抗力衡量,取决于金属本质和变形条件:纯金属好于合金,固溶体好于金属间化合物、FCC好于BCC好于HCP;定条件下温度升高,塑性变形能力改善,但是温度过高晶粒长大,反而使塑性下降;压应力的数目越多,塑性越好、拉应力越多,塑形越差。工程应变:e=AHH,真实应变(对数应变):E=ln11l0。对数应变具有如下特点:工程应变与对数应变的关系=ln(1+e);分次成型时,对数应变能直接相加;大变形情况下,对数应变更能反映材料的变形状况。二、轧制金属坯料在两个回转轧辊之间受挤压变形而形成各种产品的成型工艺。轧制过程中,坯料借助与轧辊之间的摩擦力连续从轧辊之

17、间荣国,同时受压变形,坯料减小,长度和宽度增加;组织性能获得一定程度的改善。轧制是金属材料成型的重要方法。其优点是生产效率高、实现标准化生产;产品质量好,品种齐全;材料耗损少。生产成本低。适合大批量生产。1、平板轧制利用回转轧辊与工件间的摩擦力,工件被拖入轧辊间,实现咬入;咬入后工件铸件填充辊缝直到完全,进入稳定轧制。平板轧制是使轧件界面变薄而长度增加,同时宽度基本不变的轧制工艺。提高摩擦系数的方法有两种:合理调整轧制速度、改变轧辊或工件表面状态。在热轧的过程中会发生动态回复再结晶,从而改善材料显微组织。板材轧制的缺陷有:起鳞、氧化皮、划痕、擦伤、坑、裂纹。2、型材轧制型轧是在轧辊上开出槽孔来

18、生产线材、棒材、管材、工字钢等型材的轧制工艺。可以轧制焊管。3、无缝管的轧制三、锻压锻造的主要目的是:成形和改性。其具有节约金属、生产效率高、灵活性大等优点。按照成型温度,锻压可以分为热锻、温锻、冷锻三种;按照成形工艺可以分为自由锻造、模型锻造、胎膜锻造和特种锻造。在再结晶温度以上的塑性变形称为热锻。其目的是减少金属的变形抗力、改变铸锭的铸态结构、提高钢的塑性。热锻改善铸锭内部缺陷的作用有:焊合孔洞型缺陷、降低偏析(钢锭中网状或者片状碳化物破碎,形成细小均匀的碳化物分布)、细化晶粒(再结晶)。在室温以上完全再结晶温度以下的锻造称为温锻。中碳钢和合金钢可以用温锻工艺。温锻氧化慢,可以得到精度较高

19、的锻压件。室温进行的锻造称为冷锻。冷锻可以得到精度高、表面光洁的锻件,降低切削加工的要求。但冷锻变形抗力大,仪器要求高。自由锻:在液压机上用简单地工具将金属块料锻成所需形状尺寸,不需使用专门模具。自由锻优点是工具简单,灵活性强,适合单件、小批量生产、大锻件生产或冶金用开坯。缺点是锻件尺寸精度低,生产效率不高,加工余量大,劳动强度大。自由锻成型特点是坯料在平砧或工具之间经过逐步的局部成形而完成,由于工具和坯料局部接触,设备所需功率比生产同尺寸模锻小得多。墩粗:使坯料高度减小而横截面积增大的成型工序称为墩粗。以墩粗前后高度比表示。墩粗主要用在下列情况中:得到饼类锻件;冲孔前增大截面积和平整坯料端面

20、;提高锻件的横向机械性能和减小机械性能的各向异性;反复墩粗和拔长能破碎钢中的碳化物,使其均匀分布。提高后续拔长工艺的锻比。墩粗方法一般分为三类:平砧墩粗、垫环墩粗、局部镦粗。拔长:使横截面积减小而长度增加的锻造工序。以拔长前后的截面积表示,称为锻造比。拔长主要用在下列情况:由横截面积大的毛坯得到横截面积较小而轴向较长的轴类锻件;改善锻件内部质量;反复墩粗和拔长能破碎工具钢中的碳化物,并使其分布均匀。自由锻常见缺陷:墩粗在侧面易产生45方向的裂纹;高坯料易失稳弯曲;坯料上下端仍然保持铸态组织。拔长时矩形坯料平砧拔长时表面易出现侧向裂纹和边角裂纹,内部产生纵向角裂纹和横向裂纹,圆形坯料容易产生纵向

21、裂纹。模锻:在锻造设备的作用下,毛坯在模锻模膛中被迫塑性流动成型,错而获得所需形状、尺寸并具有一定机械性能的模锻件。模锻的优点:与自由锻相比,生产效率高;锻件尺寸精确,加工余量小;可以生产形状比较复杂的锻件;操作简单,易实现机械化、自动化。模锻中的主要缺陷:折叠和充不满。四、挤出和拉拔挤出:自由锻基本工序将坯料放入一个筒形模具中并通过在一端施加压力而使材料从另一段的模孔中流出的工艺。可以通过挤压前后截面积的比来描述,称为挤压比。挤压工艺分类:根据挤压温度可以分为热挤压、冷挤压和温挤压。根据挤压工具的形式,可以分为正挤压、反挤压和静液挤压。挤压工艺特点:挤压时,材料处于三向压应力状态,能够将塑性

22、较差的材料挤出大型型材和薄板;操作简便,材料利用率高,生产效率高;可以通过实心坯料生产空心型材和壁板。金属超塑性:金属在一定温度和变形速率下显示出的具有极高塑性的现象。主要条件是:具有极小的等轴晶粒,在一定的变形温度以上。有较低的应变速率。拉拔:拉拔是对金属坯料施加拉力而使其通过模孔减小截面积的塑性成形工艺,是线材、棒材和管材的主要工艺方法之一。可以实现高速成型,是生产细丝和毛细管的唯一方法。分类:根据断面形状,拉拔分为空心拉拔和实心拉拔。特点:由于拉拔主要变形区材料的主应力是拉应力,容易在材料上产生颈缩和裂纹而被拉裂,每道次的极限应变应较低,须通过多次拉拔才能达到工艺要求,有时还需要在道次之

23、间加以退火处理。五、冲压成形利用冲床使板料产生分离或成形的加工方法,主要用于加工金属薄板零件,也称为板料成形。特点:生产效率高、成本低、材料利用率高、产品尺寸稳定、易实现机械化自动化、零件表面质量高、零件强度刚度好。适合大量生产,对板料的成型,冲压加工是唯一方法。凸模与凹模的间隙:模具间隙对冲裁件的质量、冲裁力、模具寿命冲裁:利用模具使板料产生分离的冲压工序,包括落料、冲孔、切口、剖切、修边等。工件受力时从弹性变形开始,以断裂告终。冲裁断面上会产生塌角、光亮带、断裂区和毛刺等区域,光亮带是最希望得到的区域。根据应力状态的不同,可将拉深毛坯分为5个区域都有很大的影响,是一个极其重要的工艺参数。当

24、间隙过小时,由凹模入口处产生的裂纹进入凸模下面的应力区后停止发展,当凸模继续下压时,在上下裂纹中间的部分将产生二次剪切,坯料断面两端为光亮带而中间位撕裂面。当模具间隙过大时,材料的弯曲与伸长增大,拉应力增大,材料易被撕裂,且裂纹在离开刃口稍远的侧面产生,致使制件的光亮带减小,毛刺增厚,难以去除。当间隙适中时,断面质量会提高,塑性区增加,断裂区较少。间隙的确定与坯料厚度和材料性能有关。c=mt其中t是坯料厚度,m与材料性能和厚度有关。拉深:利用模具使平板坯料变成开口空心零件的成型工序。拉深可以用拉深后零件的直倒和拉深前毛坯直径D的比值,即拉深系数来衡量。法兰区:拉伸变形的主要区域,也称为成型区。

25、材料的流动主要是沿切向收缩和径向延展。1)筒壁部分:这部分材料已经变形完毕,已成形区。不再发生大的变形,发生少量的伸长和变形。2)筒底部分:基本不变形,材料承受双向拉应力,厚度略有变薄。3)凹模圆角部分:过渡区,变性比较复杂,外壁切向产生压应力,内壁切向产生拉应力。4)凸模圆角部分:过渡区,变形比较复杂,厚度方向产生压应力。拉伸成形质量问题:主要的成形质量问题是拉裂和起皱。拉裂往往发生在凸模圆角处,产生的原因是拉深系数选的太小,拉深变形程度太大,解决措施是减小拉伸变形程度,釆用多次拉伸的方法;起皱往往发生在法兰区,拉深系数、相对厚度越小,润滑条件越差、越容易起皱。最常用的防起皱方法是设置压边圈

26、。弯曲:弯曲是将板料、棒料或型材等弯曲呈一定形状和角度零件的成型方法。基本形式是/型和U型弯曲。弯曲总是伴随着弹性变形,所以卸载后总变形中的弹性变形部分立即消失,引起工件回跳。回跳会造成工件曲率和角度的变化,并产生参与应力。可以通过选用合适的材料以及补偿弹性变形的方法来减少回跳。胀形:利用模具强迫板料厚度剪薄和表面积增大,以获取零件几何形状的冲压加工方法叫做胀形。翻边:利用模具把板料上的孔缘或外缘翻成竖边的冲压成形方法叫做翻边。板料冲压性能参数:1)6u与&。&u均匀延伸率,是在拉伸试验中开始产生局部集中变形(颈缩时)的延伸率。6叫做总延伸率,或简称延伸率,它是在拉伸试验中试样破坏时的延伸率。

27、6u表示板材产生均匀的(或称稳定的)塑性变形的能力,它直接决定板材在伸长类变形中的冲压性能。2)屈强比os/ob,是材料的屈服极限与强度极限的比值。较小的屈强比几乎对所有的冲压成形都是有利的。小的屈强比,对于压缩类成形工艺是有利的。在拉深时,如果板材的屈服点低,则变形区的切向压应力较小,材料起皱的趋势也小。3)硬化指数n,它表示在塑性变形中材料硬化的强度。n值大的材料,在同样的变形程度下,真实应力增加的要多。n值大时,在伸长类变形过程中可以使变形均匀化,具有扩展变形区,减少毛坯的局部变薄和增大极限变形参数等作用。4)板厚方向性系数r,是板料试样拉伸试验中宽度应变与厚度应变之比r=Ew/Et=I

28、n(B/BO)/ln(/t/tO式中BO与B,t0与t,分别是变形前后试样的宽度与厚度。r值的大小,表明板材在受单向拉应力作用时,板平面方向和厚度方向上的变形难易程度的比较。当rI时,板材厚度方向上的变形比宽度方向上困难。r值大的材料在复杂形状的曲面零件拉深成形时,毛坯中间部分在拉应力作用下,厚度方向变形比较困难,即变薄量小;而在板料平面内与拉应力相垂直的方向上的压缩变形比较容易,毛坯中间部分起皱的趋向性降低。六、3D打印技术一种与传统的材料去除加工方法相反的,基于三维数字模型的,通常用逐层制造的方式将材料结合起来的工艺。分为光聚合技术、材料喷射、粘结剂喷射、材料超充、粉末床融合、片层叠加和定

29、向能沉积等7类。七、塑性加工技术新进展发展省力成形工艺,增强成形柔度,提高成形精度,推广计算机控制技术,实现产一一工艺材料一体化。第三章焊接技术与焊接方法一、材料连接方法机械连接、胶粘连接、焊接。二、材料焊接方法焊接是指用适当手段使两个分离的固态物质产生原子间结合而连接成一体的加工方法。被连接的物体可以是各种金属或非金属,也可以是一种金属与一种非金属。金属的焊接使被连接材料表面原子达到晶格间距,形成金属键的连接方式,具有稳定的形状。1、熔化焊接:被连接的两个金属工件连接表面局部加热熔化为液体,然后冷却结晶相互成一体的方法。包括电弧焊、熔渣电阻焊、电子束焊、激光焊、气焊、埋弧焊、氩弧焊等。1)气

30、焊:可以用于焊接大部分黑色金属和有色金属工件,具有设备简单,操作灵活,成本低等优点,应用广泛。2)手工电弧焊:手工电弧焊是焊条和工件分别作为两个电极,由焊工手工操作焊条进行焊接的方法,也称为焊条电弧焊。具有设备简单,操作灵活,成本低等优点。主要用于单件小批量生产中焊接碳素钢、低合金钢等,焊接厚度320mm。不适合焊接活泼金属、难熔金属以及低熔点金属。焊条药皮融化时形成熔渣覆盖在熔池表面,并产生大量保护气体,实现气体一一熔渣联合保护,并能稳定电弧的作用,同时在高温下,熔渣与熔池液态金属之间有冶金反应。3)埋弧焊:电弧埋在焊剂层下燃烧进行焊接的方法。焊剂带着焊丝相对工件移动,焊剂从漏斗中不断流出覆

31、盖在被焊部位,防止熔池接触空气。埋弧焊生产效率高,焊缝质量高,节约材料,改善劳动条件,设备较贵,只适合长直焊缝或环形焊缝。4)气体保护焊:用外加气体作为电弧介质并保护电弧和焊接区的电弧焊接。保护气体常用CO2和氩气即CO2气体保护焊和氩弧焊两大类。药芯焊丝气体保护焊:釆用CO2或CO2和Ar混合气作为保护气,同时采用芯部装有焊剂的焊丝,实现气体一一熔渣联合保护。特点是飞溅少,电弧稳定,焊缝成形美观;生产率高,可以焊接多种材料,抗气孔能力较强,但药芯焊丝制造困难,且容易受潮,应提前烘烤。5)电渣焊:利用电流通过熔渣所产生的电阻热作为热源进行焊接的一种熔焊方法。6)等离子弧焊:实际上是一种具有压缩

32、效应的钨极氩弧焊,因此其有氩弧焊的优点,还可以焊接较厚的钢材而不开坡口;电流很小时可以焊接很薄的箔材,但是其设备复杂,气体消耗量大,只适合室内焊接。7)电子束焊:利用加速和聚焦的电子束轰击真空中的焊件所产生的热能进行焊接的一种方法。特点是电子束能量密度大;焊接适应性强;真空环境下焊接,金属不与气相作用,不会被氧化、氮化,接头强度高。8)激光焊:利用聚焦的激光束作为能源轰击焊件的热量将焊件熔化,进行焊接的方法。特点是可以通过光导纤维传输,适用于微型零件或其他焊接方法难以达到的部位的焊接;能量密度高,可以实现高速焊接,热影响区和焊接变形都小,焊件尺寸精度高;不受电磁场影响,不产生X射线,无需真空保

33、护,可以焊接大型结构;能焊接物理性能差别较大的异种材料。但是其设备复杂,能量转化率低,输出功率小,焊接厚度受到一定限制,且不适宜焊接低沸点材料和对激光束吸收率低的材料。熔化焊的熔滴过渡过程焊丝的熔化主要是阴极区和阳极区所产生的热量,弧柱区产生的热量次要。增大电流,熔化量增大;电弧电压较小时,增大焊丝熔化速度。气体介质也影响焊丝的熔化速度。熔滴上的作用力:表面张力、熔滴重力、电磁力和斑点压力、等离子流力、爆破力。熔滴过渡形式:自由过渡、接触过渡、渣壁过渡。熔滴过渡的飞溅:焊接过程中焊丝没有完全过渡到焊缝中,其中一部分以飞溅、蒸发和氧化等损失。飞溅降低生产效率,影响焊接质量,使劳动条件变差。2、压

34、力焊接:利用摩擦、扩散和加压等手段,使两个连接表面原子相互接近到晶格距离,工件整体在固态的条件下实现连接的方法。包括变形焊、摩擦焊、爆炸焊、扩散焊、高频焊、电阻对焊、闪光对焊等。压力焊接特点:焊接电压低,焊接电流大,生产效率高,焊接变形小;不需要填充金属和焊剂,操作简单,易实现机械化和自动化;焊接过程中无弧光、烟尘,劳动环境好;设备复杂,价格昂贵。1)点焊:主要适用于较薄的冲压件、轧制薄板的大批量生产。可以焊接低碳钢、合金钢等。密封性、强度一般。2)缝焊:用于制造有密封要求的低压容器,如油箱等。可以焊接低碳钢、不锈钢等。3)对焊:利用焊件端面的电阻热,使端面达到热塑性状态,施加顶压力实现焊接,

35、可以分为电阻对焊和闪光对焊。4)摩擦焊:利用焊件接触端面相互摩擦产生的热量,使端面达到热塑性状态,然后迅速施加顶锻力,实现焊接的一种方法。5)扩散焊:在真空或者保护气氛中,在一定温度和压力下保持较长时间,使焊件接触面之间的原子相互扩散而形成接头的焊接方法。特点是焊接温度低、可焊接各种金属以及合金、可以焊接厚度差别很大的焊件。缺点是生产效率低、焊前对焊件表面的加工清理和装配精度要求严格。3、钎焊:利用某些熔点低于被连接构件材料的钎料金属加热熔化,在未熔的焊件连接界面上浸润、铺展、连接,与母体相互扩散然后冷却结晶形成结合的方法。包括火焰钎焊、浸渍钎焊、电阻钎焊、感应钎焊、炉中钎焊、电弧钎焊等。钎焊

36、特点:钎焊的街头强度一般比较低,耐热能力差;钎焊适用范围广;适用于焊接受载不大或常温下工作的接头。1)硬钎焊:钎料液相线温度高于450弋而低于母材金属的熔点2)软钎焊:钎料液相线温度低于450弋也低于母材金属熔点三、金属焊接成形理论基础1、焊接冶金过程特点焊接冶金温度高,相界大,反应速度快,氧化强烈,杂质多,接头塑形和韧性降低,甚至产生裂纹;焊接熔池小,冷却速度大,冶金反应难以达到平衡状态,焊接中化学成分不均匀,易产生气孔、夹杂等缺陷甚至裂纹。2、熔池保护措施对熔化金属进行保护,使之与空气隔开,主要有气体保护、熔渣保护、气渣联合保护三种。对焊接熔池的冶金处理,主要通过焊接材料中加入一定的脱氧剂

37、和合金元素,排除氧化物。铸态组织;1熔合区,焊缝金属到母材金属的过渡区域,宽度很小,受热温度处于液相线与固相线之间,组织为部分铸态组织和部分过热组织;2:过热区,晶粒粗大,受热温度处于奥氏体晶粒快速长大范围,力学性能差;3:正火区,晶粒细化,受热温度处于奥氏体形成温度区,相当于进行了正火处理;4:部分相变区,受热温度处于两相区温度,部分发生正火,部分为原始组织;5:再结晶区,受热温度没有达到奥氏体转变温度,发生再结晶,晶粒略有细化。4、焊接应力和变形及预防措施焊接后焊件内产生的应力和焊件产生的变形,是在焊接过程中焊件的不均匀加热和冷却引起的。减小和预防焊接应力的措施:釆用合理的焊接顺序、釆用小

38、电流快速焊、焊前预热焊后热处理、焊后拉伸或震动工件、锤击或碾压焊缝。预防和校正焊接变形的措施:尽可能减小不必要焊缝、合理安排焊缝位置、釆用能量集中的热源、合理选择焊缝尺寸和形式、预先反变形、刚性固定、散热法。5、常见焊接缺陷四、金属焊接成形工艺设计和结构设计1、材料焊接性能乘1:K痔s声生廉因(rsstiffly空也蜒崇莓扌歩孟过小烬掾施悍常莊聒若迢戌匡旺速1S不与勺崔匝拽迈止贞过小|股口带国.+皆或BJ何If不的坟7在躊缝掲母恫的充界蛙产生苒境划田畐焊辦输it和is助玮疋捲;却檢晅探盍大.电豪竝低罢区瓷外的号材1.聊瑶磺鮒审疲电況龙光.电St辻民,阳搂逋氏ri輝BE盛壬齡駁配盍完全sa卑拶电

39、脈忑血痒提童奥太快:壊口焰遂:t川冋附盘堵?边丈厚弭获时,懦也中曲过施样茁肚迢牛雅盛空宜坪搀執鞋用當地;电IG丈辰*擁护敦黑差*烬捋圳菽不恰兰,痔速丈快it?fiws*3憩舉帔】箱晶幷製7具有氧址色释事在諌隹上F那肓立幵锐塾裂红:母甜航,确宝离|甲繼陽M丈快烬推磴力大m焊接想却选押FS時聂境醫晶开型具有金厲壷择爭杞悭影响医有磁时桎-盯虚生程烬瘩任悟时烹冷覩JJL毎材谆理恆耳大匚烬StU至BS*悍娄蜿余庖为较尢rvn理龟我岂窪舞继中叫非盘isvi闻estsat井清理T净*焊按电is*;亦、澤按谨更工快;样悖帀生焊接性能以碳当量来表征。WCE=WC+WMn6+WCr+WMo+WV5+WNi+WCu

40、15当WCE0.4%时,焊接性能良好;当0.40.6%时,焊前必须预热,焊后要适当热处理。2、低碳钢焊接工艺参数选择3、焊件结构设计匚焊条电数的选择.考揖焊接辻程的穏定曙咸毛隹好、防止焊接缺跟厚度较大,环崖温度低,开裂價向太时,须时焊件預熟Siiooi5ar;埋H焊US擁强度翱不同,选择相应的焊条和焊剂i多层.电弧焊时第一道焊醸因母材瀋入载氨含碳量若处于上限,容易开裂,输入的热量要小威用电at焊打厲匚电滾焊根懈强度等無不同,选择相庖曲縣和歸;焊接岸度一蟹校丸其熔池大,冷却協荷过腳氧降低焊躍强度和欝也挥后正火加冈比处蹩匚co:护焊可讽使焊讎具有是够的力学性能和抗晶间裂纽.和气孔的换采用郃m和由的

41、悍筑电德大担电压要低,否则降硒讎性爺1)焊缝布置:焊缝布置应当尽量分散,不宜过长,间距不宜过小;焊缝的位置应尽量对称布置;焊缝的布置不得交叉;焊缝应避开最大应力和应力集中的部位;焊缝设计应远离加工表面,焊缝位置应便于电弧焊的使用。2)接头形式和坡口形式:常见焊接接头形式有对接、搭接、角的数量。第四章材料表面技术一、概述材料表面工程技术是指通过物理、化学工艺方法使表面材料具有与基体材料不同的组织结构、化学成分和物理状态,从而使经过处理后的表面具有与基体材料不同的性能。分类:根据沉积物的尺寸可以分为原子沉积物、粒状沉积物、整体涂层、表面改性。根据组织结构、成分和性能可以分为表面组织强化、表面合金化、薄膜改性。根据工艺特点可以分为表面热处理、表面机械强化处理、气相沉积镀膜、热喷涂、高能束表面处理、电镀化学镀等二、气相沉积技术真空下用各种方法获得的气相原子或分子在基体材料表面沉积以获得薄膜的技术。分为PVD和CVD两种。1物理气相沉积PVD。釆用高真空以及低杂质含量气体,必能控制工作气体的流量或分压,能很好的控制涂层材料。不同的过程对一些参数可以有特殊的要求,基材表面5-1真空蒸擞的原理團需要经过细致处理。鹫镀材料1)真空蒸镀:镀膜由气相沉积而成,

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