材料成型原理 重点整理

液态金属洁构可以这样描述：液态金届巾许多近程有厚的原子架团组成，这些原子集团原子排列规则,有激烈的原子热运动和大量空穴，存在较大的能量起伏。同时.这些原子集团和空穴时聚时散.时大时小，处于瞬息万变的状态。液态金厢冷却到冷却到平衡结品温度Tm点）时.并没有开始站晶.而是冷却到低于Th时.固相才开始结晶析出（形核并长大），这种现象叫做过冷平衡结品温度Tm与实际结品温度T之间的温度差称为过冷度（AT）.△T=Tm-To金届凝固的驱动力.主要取决于过冷度。过冷度越大,凝固的驱动力越大。液相内部出现晶核时系统自由能对变化X当过冷液体中出现晶核时.系统自由能将产生变化。系统自由能的变化由两部分组成,一部分是体积自由能变化.即同、液相之间的体积自由能差*它使系统的自由能降低.它是相变的驱动力：另一部分是界面能变化，由于晶核形成的I可时.也形成了新的液一固相界面.因而产生了新的界而能△血。这部分能量将导致系统的自由能增大，它是相变的阻力.图为在三种曲率不同的表面上形核的示意图.它们具有相同的润湿角和品核曲率半径，但是显然包含的原子数不I可。显然在凸面上形成的品核包含原子数最多.平面上次之.凹面上最少。可见.叩使是同一种物质作为形核基底，起形核能力也不同，跟界面的曲率方向和大小有关，凹面的形核能力最强。

四面衬底寸底平面村底四面衬底寸底平面村底J般来说形核剂应该淌足以下几个条件：失配度小、完全共格对成.方式的界而能最低,促进IE自发形核的能力最强.形核率也最大。粗糙度大、在基底上存在凹坑时.形核能力较强。故表而粗糙不平的形核剂对促进形核有利，分做性好、若形核剂聚集成团，大大降低了有效基底面枳,对形核有不利影响。高温稳定性好.形核剂在高祝培体中使用，如发生分解、级化.或者与陪体发生一些化学反应.形核剂将发生变质.不能起到促迎形核的作用。金属结晶为什么需要过冷度呢？结晶在什么条件下才能自发进行呢？这是由站晶的热力学条件所决定的，从热力学观点来看，物质状态的稳定性取决于该状态的自由能高低:自由能越高,状态越不稳定:自由能越低.状态越稳定。物质总是自发地从自由能较高的状态向自由能较低的状态转变。所以.只有伴随若自由能降低的过程才能自发进行。对丁•凝固而言.只有当固态金属的自由能低于液态金属时.结品过程才可能退行。液相和由它析出的固相具有不同的成分,这种由于合金在结品过程中，析出固相的溶质含量不同于液相,而使界面前沿溶质富果或者贫化的现象.叫什滞质再分配•在一般凝固条件下.同一液界面前沿将发生溶质富果（时）.这种溶质富果.将导致液相族固温度L发生变化.与界面前沿实际温度Ta存在差别，从而引起过冷。引起这种凝固温度变化是由相图中的液相线决定的。相图中的液相线就是合金的平衡站品温度（始点〉.该温度随合金中溶质的含量而变化.对于k：<1的合金，界而前沿液相中的溶质富果将引起液相线温度的降低•若垮体温度低「•该合金的液相线温度时,则处丁•过冷状态.过冷度等丁•液相线温度与实际温度之差。由溶质再分配导致界面前沿平衡凝固温度发生变化而引起过冷称为成分过冷，成分过冷判据宏观偏析通常指整个钧锭或铸件范围内产生的成分不均匀现象，一般将宏观偏析分为正偏析、逆偏析、比重偏析、V形偏析和逆V形偏析、带状偏析、区域偏析、层状偏析等在不同的台金体系中,由丁共晶两相在析出过程表现的相互关系不同,其结品方式可分为共生生长和高异生长两种。砂型铸造时.固、液边界线的间距很宽.在很长一段凝固时间内.固液共存的两相凝固区几乎贯穿了整个铸件断而.这种凝固方式称为湖状凝固：金届型铸造时.固、液边界线的间距很早，整个凝固过程中.仅有很薄J层两相共存区,凝固层由表而向中心逐渐加以.这种方式称为逐层凝固，这两种凝固方式没有明V的界限，介于两者之间的称为中间凝固方式。最初各枝品的取向是很乱的，只有那些主干平行丁•热流方向的枝品才能向前延伸.而将取向不的枝品逐渐淘汰，这样柱状品的生长方向越来越一致.晶体的这种相互竟争、相互淘汰的生长过程称为择优生长：欲控制获得细等轴晶鲍织.采取的I:艺措施有如下几条：适当降低浇注温度合理运用钓型对液态合金的强烈激冷作用孕育处理动态品粒细化焊接过程中,改善凝固组织，防止粗晶产生的主要措施有：(1)变质处理。(2)振动结品。(3)优化焊接I：艺参数。焊接热源有许多种.如电弧、％体火焰、原擦热•电渣焊的胳渣电阻热等等。热源的性质不同,焊接时的温度场也不同。在电顿焊条件下,25mm以上的钢板焊接时.花可以认为是点状热源：而100mm以上大以度I：件电渣焊时•只能认为是线状热源。塑性加工利用金属材料的塑性变形特性.用I:模具加金属材料施加机械作用，使其发生塑性变形•达到所要求的形状、尺寸、精度和组织性能，该过程中尺寸形状和组织性能都I可时改变。主要有：成材的塑性加匚如轧制、挤乐、拉拔等成形的塑性加匚主要有锻造、拉深、冲压等先进的塑性或形：主要有超塑性成形、液压胀形•电磁成形等主应力图示图J-12主应力图示<a）舰应力状葡<b）平面成力状;&，<。>体应力状杏变形体某方向上一个线段（如长、宽、高）的起点和终点在垂直于该方向上也可能有位移差（切变量与线段原始长度之比.也是衡量变形程度的物理址。叫工程切应变。《材料成形技术基础〉第页第9、11.14.17ffl变形机制：滑移、孝生、品界滑动、扩散蠕变组织性能演变：冷变形二热变形-中塑性与变形抗力，塑性与塑性变形、影响塑性的因素、超塑性、变形抗力的组成、应力状态对抗力的作用、应力皮变关系曲线每个品粒都处于不同位向的晶粒的包围之中.晶粒在周围（邻居）的约束下变形.晶粒所受的成力状态发生变化：各个品粒的取向不同，受力状态不同.造成各晶粒之间变形的不同时性和不均匀性：相邻晶粒之间的变形在晶界上需要协调配合：造成品界处多系滑移的提前开始和晶界上变形困难，造成品界和品内变形的不均匀。牢生：品体在外力的作用下.其一部分沿着一定的晶面和该品面（牢生面）上的一定品向（挛生方向）.产生均匀切变。孳生后,品体的变形部分与未变形部分形成关于挛生面的镜面对称，镜而两侧品体的相对位向发生了改变.但不改变晶体的晶格点阵类型。挛生变形部分称为“机械挛品”•滑移享生原子相对移动距离：等于小于（变形方向上一个原子间距生产变形的位借：全位错不全位错原子移动方向：双向单向/有极性变形均匀性：集中在在整个孳晶滑移面上带上均匀移动部分品体取向：不变改变/锐而对称开动成力服从：H-P关系H-P关系开动条件服从：Schmid定律Schaid定律冷变形中金属组织变化-、形成纤维组织二、 产生结构缺陷三、 产生晶体学择优取向四、 品粒超细化、甚至非品化.形成非平衡材料冷变形中金属性能变化-、加工硬化（应变强化）：随若变形程度的增加.金属的强度指标上升.塑性指标下降。这就是加」:硬化。二、 各向异性三、 其他性能变化：冷加工还会造成：密度降低、导电性降低•导热性降低、耐蚀性变差以及磁性变化等多种物理•化学性能的变化。拉深：法兰区坯料在切向乐应力、径向拉成力作用下向宜壁流动,形成筒形或带法兰的筒形零件的板成形过程。金属在其再结晶及其以上(ffl常K.STm)温度进行的加工叫热加工.其特点是：变形温度高，加工硬化小,变形抗力低、耗能少I塑性好,加工变形量大；不易产生裂统等加工缺陷。但：加工精度低；组织性能不均匀性大.热塑性变形过时的基本软化过程包括：动态回复、动态再结品.傍态回复、静态再结晶•亚动态再结晶等。动态回复、动态再结船是发生在变形过程中的回发和再结品过程：而静态回夏和静态再结品则在变形的间歌期间或热变形后发生。热变形时金舄组织性能变化：消除缺陷：消除某些铸造缺陷.如使气孔、疏松锻合：消除或减轻铸造偏析：改善品粒组织：均化和细化品粒使性能(强度、塑性等)提高。改善第二相分布：破碎粗大第二相和化合物,改善夹杂物与脆性相的分布形态。形成流线：金属中存在的不溶性物质沿若主应变方向拉长.形成流线。沿若流线方向材料性能提高，形成带状组织：铸锭中原来存在枝晶偏析一一合金元素的贫区与富区。热加1：时.这些沿主成变方向扩展.形成带状。合金元素含量的不I可造成相变温度的差别，如贫铉区比富镒区发生A——F转变.将碳抛向富铉区.造成贫镭的带状区F比例大，而富镭的带状区P比例大，形成带状组织。塑性：材料在外力作用下能连续地生产塑性变形而不断裂的能力溶质原子溶入溶剂点阵中.造成强度的提高•这就是固落强化，当合金中含有细小弥做的颗粒时•就会对位错运动造成障崎，运动的位错必须与其滑移面上的弥做颗粒交互作用.从而引起变形抗力的提高°这种作用叫作弥散强化.手工电弧焊原理:用手工操作焊条进行焊接的一种电弧焊方法•手工电甄焊特点（优点）：手工电弧焊的简便灵活，适应性强，手工电弧焊特点（不足之处）：手工电弧焊对焊工的操作技术要求较高，焊接质童在一定程度上决定于焊工的操作技术.此外，手工电弧焊劳动条件差，生产率低.因此，手工电孤焊适用于焊接单件或小批量产品，短的和不规则的、各种空间位置的以及其它不易实现机械化焊接的焊缝.埋弧自动焊特点（优点）⑴生产率高由于可用较大焊接电流.加上焊剂与始渣的隔热作用胳深也大。不开坡口单面一次焊.靖深可达20mm.（2） 焊缝质量高燃渣隔绝空％的保护效果好。粉池金属与胳化的焊剂之间有较充分的时间进行冶金反应，较大限度地彼少了焊缝中产生1孔、裂纹的可能性。（3） 劳动条件好既无弧光辐射又无烟尘，劳动环境好，埋孤自动焊特点（不足之处）埋弧自动焊的主要缺点•是由丁•采用颗粒状焊剂堆积形成保护条件.因此.-般只适用于平焊位置。其它焊接位2S需采用特殊措施才能保证焊剂覆盖焊接区•二是焊接设备比手工电弧焊设备复杂.灵活机动性也较差，所以较适合丁•长焊缝的焊接.短焊缝显示不出生产率高的特点。钩极叙孤焊特点（优点）1）冠气本身不和金属产生化学反成又不溶丁•金届.且比空气重25%.能有效地隔绝电弧周围空％。因而可成功地焊接易乳化、氮化及化学活泼性强的有色金属、不锈钢和各种合金。2＞直流正极性电弧C1：件接宜流电源正极,钙电极接电源负极）说定.即使在很小的焊接电流（〈10A）下仍可役定燃烧,特别适用丁•薄故.超薄故的焊接。3） 明弧无渣.陪池可见度好,便于控制,易于实现机械化、自动化和全位冥焊接。4） 电弧热源与填充焊统分别控制，易于实现单面焊双而成形.并由于填充焊丝不通过电弧，故不会产生飞激，焊缝成形美观。铛极筑弧焊特点（不足之处）1） 鸨电极承受电流能力有限，所以培深浅.靖敷率小.生产率低。2） 焊接所用惰性气体（氧气、窥气）较贵，与其它电弧焊方法（手」:电弧焊.埋弧焊.CO：气体保护焊）相比.生产成本较高。3） 由丁•此焊接方法是依弁筑1机械排开空气进行保护.所以焊前对焊件表面的清理1：作要求严格；鸭极氮孤焊用途鸨极叙弧焊几乎可以焊所有的金属和合金，但由于生产成本较高.一般仅用丁•不锈钢、耐热钢以及铜、钛、铝、镁等有色金属的焊接。对丁•低场点（低沸点）和易蒸发的铅、锡、锌等金属则难以焊接。由丁•钙电极承受电流能力有限,从生产率考虑所焊板材范围以3皿以下为宜。对于某些彤壁重要构件（压力容器和管道）要求焊透的坡口打底焊、全位进焊和军间隙焊也可采用钙极叙弧焊。婚化榭J弧焊的特点（优点）D与钙极筑弧焊一样.它几乎可以焊接所有金厢,尤其适合于焊接铝及铝合金，铜合金以及不锈钢等材料。2） 由于用焊丝作电极.电流密度大,因而焊接靖深大.填充金属垮敷速度快,用「焊接帜板铝、铜等金属时生产率比钙极筮弧焊高.焊件变形也小。3） 常采用宜流反接,焊接铝及铝合金时有良好的阴极雾化作用。婚化极歌冲氨甄焊（MIGP）1） 具有较宽的电流调节范围2） 可用较小的平均电流进行焊接.有利丁•实现全位置焊3） 可有效挂制输入热址.改善接头性能g气体保护焊的特点（优点）1）生产率高.2）成本低. 3）能耗低 4）适用范围广. 5）抗锈能力强.6）明甄无渣，馆池便于监视和控制，有利于实现焊接过程的机械化和自动化・目前，CO：电弧焊由于•有氧化性，合金元素易烧损主要用「•低碳钢及低合金钢等黑色金属的焊接。对于不锈钢,由于对焊缝金属有增碳现象，影响抗品间腐蚀性能。因此.用丁•对焊缝性能要求不高的不锈钢焊件。热轧钢及正火钢的焊接要点是：抗热裂性比较好。有一定的冷裂倾向。沉淀强化的钢种（15MnTi、15MnVN、1IMnMoWISMnMoNb等）有产生再热裂纹的倾向。热轧钢在制造呼大件时，有层状撕裂的危险这类钢不存在热影响区软化问题，但有过热区脆化问题。低碳调质钢的焊接要点是，一般含碳量低.而含锤地高.因此热裂倾向小。高棵低铉类低合金高强钢对液化裂纹比较域感：冷裂纹倾向比较大，但只要£艺合适，冷裂纹是呵以避免的。有一定的再热裂级敏感性（如1IMnMoXbBiW中碳化物形成元素Mo.Nb、B共I可作用结果使其易产生再热裂纹）。对层状撕裂不敏感，有过热区脆化和热影响区软化问题：以虹《的合金为例说明成分过冷的形成原因在一般凝固条件下，固一液界面前沿将发生溶质富果（虹＜1时），这种溶质富集,将导致液相凝固温度L发生变化,与界面前沿实际温度L存在差别.从而引起过冷对丁・监。的合金.界面前沿液相中的溶质富集将引起液相纹况度的降低,着胳体温度低「•该合金的液相线祝度时，则处丁•过冷状态.过冷度等J.•液相线温度与实际温度之差。由溶质再分俱导致界面前沿平衡度固温度发生变化而引起过冷称为成分过冷。石墨形态对灰口铸铁性能的影响除微量