材料成形技术基础 第2版课件

材料成形技术基础

（第2版）胡亚民主编材料成形技术基础第2版1、绪论

§1.1材料成形技术过程形态学模型简介

1.1.1产品和过程。

产品技术的主题是“设计”——“做什么”

过程技术的主题是“制造”——“怎么做”

1.1.2过程技术。

(把产品的设计和构思制造成物化的具体产品。)

过程形态学模型的研究方法（图1.1）

1.1.3材料过程系统。

1、贯通过程——质量不变过程；

2、发散过程——质量减少过程；（图1.2）

3、收敛过程——质量增加过程。

材料成形技术基础第2版1.1.4能量过程系统。

通过传递媒体向被加工材料提供能量。（图1.3）

1.1.5信息过程系统。

通过传递媒体把形状信息加于被加工材料，

使之改变形状。（图1.4）

（形状信息过程伴随着性能信息过程。）

1.1.6制造过程的完整模型。

制造过程包涵材料过程、能量过程、信息过程。

（图1.5）材料成形技术基础第2版§1.2现代制造过程分类

1.2.1质量不变过程。

被加工材料在制造过程没有或很少改变质量。（图1.6）

1、塑性变形。锻造、扎制、粉末压制。

2、浇注。

1.2.2质量减少过程。

被加工材料的质量在制造过程会减少。

1、切削加工；3、电加工；（图1.7）

2、化学腐蚀加工；4、冲压加工。（图1.8）

1.2.3质量增加过程。

被加工材料的质量在制造过程会增加。

1、电镀；

2、快速成型。材料成形技术基础第2版2、液态材料铸造成形技术过程§2.1概述

铸造成形技术是指制造铸型、熔炼金属、将金属液注入型腔凝固，获得金属工件的成形方法。（图2.1）优点：投资小，生产周期短，技术过程灵活，能制造形状复杂的零件。

缺点：工序多，难以精确控制；易产生铸造缺陷，铸件品质不稳定。类型：1）生产方式分类：砂型铸造，特种铸造。

2）材料分类：铸铁，铸钢，铸铜，铸铝，……

铸造是制造零件毛柸常用的一种生产方式。（表2.1）

材料成形技术基础第2版§2.2铸造成型技术过程理论基础

2.2.1液态金属的充型能力。

——液态金属充满铸型型腔，获得合格铸件的能力。影响充型能力的因素：1）金属的流动性；（图2.2表2.3图2.3）

2）铸型的性质；

3）浇注条件；

4）铸件结构。R=V/S(折算厚度)2.2.2铸件的凝固。

——铸型中的合金从液态转变成固态的过程。

1、金属凝固的条件。液、固两相的能量差为相变驱动力。

2、金属凝固的过程。液相中不断形成晶核并长大，直至结晶终了。

3、铸件的三种凝固方式。（图2.4）

1）逐层凝固；2）体积凝固；3）中间凝固。

材料成形技术基础第2版

2.2.3铸件的收缩。

1、基本概念。

——铸件在“液态→凝固→固态→冷却”过程中体积减小的现象。

以单位体积或长度的变化量表示。（式2.1式2.2）

2、收缩的三个阶段。1）液态收缩阶段；（图2.5）

2）凝固收缩阶段；

3）固态收缩阶段。

3、铸件的实际收缩。

1）摩擦阻力；2）热阻力；3）机械阻力。

4、铸件的缩孔和缩松缩孔形成(图2.6)

缩松形成(图2.8)

缩孔和缩松的防止：1）采用顺序凝固原则；(图2.9)2)加压补缩。材料成形技术基础第2版5、铸造应力。

——铸件在冷却过程中，因固态收缩受到阻碍而引起的内应力。

1）热应力；◎铸造应力的防止：

-合理设计铸件结构；

2）相变应力；-尽量选用收缩率小的合金；

-采用同时凝固工艺；

3）机械阻碍应力。-合理设置浇口和冒口；

-时效处理。

6、铸件的变形和裂纹。

——当铸造残余应力超过金属的屈服强度极限时，铸件变形；

——当铸造残余应力超过金属的抗拉强度极限时，铸件开裂。

1）变形与防止。变形：（图2.15图2.16）防止：铸造应力；采用反变形法。（图2.17）

2）裂纹与防止。热裂：（图2.18）冷裂：（图2.19）

材料成形技术基础第2版2.2.4金属的吸气性。

1、金属液吸收气体的过程。

1）气体分子撞击到金属液表面，并吸附在表面；

2）气体分子扩散进入金属液内部。

2、气体在金属液中的溶解度。

——金属吸收气体的饱和浓度。（cm³/100g）

3、气体的析出。

1）气体以分子形式扩散析出；

2）于金属内形成化合物排出；

3）以气泡形式从金属液中逸出。

4、气孔。侵入气孔，析出气孔，反应气孔。

5、气体对铸件品质的影响。（表2.8）

2.2.5铸件化学成分的偏析。宏观偏析，微观偏析。材料成形技术基础第2版§2.3液态金属成形件工艺过程设计

2.3.1铸造工艺设计内容与步骤。

1、铸造工艺设计的内容。

大批量生产或大型铸件：铸件图，铸造工艺过程图，铸型装配图，操作技术规程等。小批量生产或一般产品：铸件图，铸造工艺过程图。

2、铸造工艺设计步骤。

（依据零件图按步骤设计）

1）结构工艺过程分析；4）浇注系统设计；

2）铸造工艺过程方案的拟定；5)冒口、冷铁的设计；

3）砂芯设计；6）绘制铸造工艺过程图。材料成形技术基础第2版

2.3.2铸造成形方案的拟定。

1、确定铸型位置。1）铸件的重要表面向下；（图2.25图2.26）

2）铸件的宽大平面向下或倾斜浇注；（图2.27）

3）铸件的薄壁部分向下；（图2.28）

4）铸件的厚大部分向上。（图2.29）

2、选择分型面。

1）使全部或大部分铸件处于同一半型内，避免错型；（图2.30）

2）减少分型面的数目；（图2.31）

3）分型面尽量选用平面；（图2.32）

4）使型腔和主要型芯位于下腔。

3、确定主要工艺过程参数。1）加工余量；

2）最小铸出孔；（表2.12）

3）起模斜度；（图2.34）

4）铸造圆角；

5）铸造收缩率。材料成形技术基础第2版2.3.3浇注系统及其设计。

1、浇注系统概述。

——引导金属液进入铸型的系列通道。

1）功能。①将液态金属导入型腔；③调节铸件温度分布；

②挡渣并排除型腔内的空气；④保证金属液充满型腔。

2）结构。浇口杯、直浇道、横浇道、内浇道。（图2.35）

3）形式。顶部注入式、中间注入式、底部注入式、阶梯注入式。（图2.36）

2、浇注系统的设计。

1）要求。①阻止熔渣、气体、非金属夹杂物进入型腔；②防止型腔和型芯被冲蚀；③降低浇注温度；④在设定的部位把金属液引入型腔；⑤减小浇注系统的体积，节约材料。

2）设计。①正确选择浇注系统的类型及浇口开设的位置；

②确定浇注系统各部分的合理尺寸。材料成形技术基础第2版2.3.4冒口、冷铁的设计

1、冒口。

——铸型中储存金属液，补偿铸件收缩的技术“空腔”。

1）类型。（图2.37）

2）作用：补缩铸件，集渣、通气、排气；

3）满足的条件：①凝固时间应大于或等于铸件的凝固时间；②有足够的金属液补充铸件的收缩。

2、冷铁。

——

用来加快铸件局部冷却速度的一种激冷物。作用：调节铸型的局部温度和铸件的凝固顺序。

2.3.5铸造工艺过程图的绘制

——铸造工艺过程图提供了铸件和其制造过程的全部信息。铸造技术符号和表示方法。（表2.14）材料成形技术基础第2版§2.4液态金属成形件的结构设计

2.4.1保证铸件质量的铸件结构设计

1、铸件的最小壁厚。（表2.15）

2、铸件的临界壁厚（最大壁厚）。

3、铸件的内壁厚度。

4、铸件壁的过渡和连接。

1）壁厚的过渡。（表2.17）

2）接头的连接。（图2.39）

5、肋。（图2.45）

6、铸造斜度。（表2.20）

7、凸台。

材料成形技术基础第2版2.4.2适应铸造工艺过程的铸件结构设计

铸件结构设计要保证铸件的质量，并且有利于模型制造、造型、制芯、合型和清理等操作方便。

1、减化或减少分型面；（图2.46图2.47）

2、尽量不用和少用型芯；（表2.21）

3、铸件结构应方便起模；（表2.22）

4、有利于型芯的固定和排气；（图2.48）

5、避免变形和裂纹；（表2.23）

6、有利于防止夹渣、气孔；（图2.49）

7、有利于铸件清理。（图2.50图2.51）材料成形技术基础第2版§2.5常用铸造合金及其熔炼

2.5.1常用铸造合金的铸造性能及结构技术特征

两大类常用铸造合金：

黑色铸造合金——铸铁、铸钢。

有色铸造合金——铸造铝合金、铜合金、镁合金等。

1、铸铁。

使用最广泛的铸造合金。

①灰铸铁。铸造性能优良。

特点：铁液流动性好、收缩量小、技术过程简单，力学性能不好。

②球墨铸铁。铸造性能一般。特点：铁液流动性不好、收缩量小、技术过程简单，力学性能好。

③可锻铸铁。铸造性能不好。特点：铁液流动性好、收缩量大、技术过程复杂，力学性能好。

材料成形技术基础第2版2、铸钢。铸造性能不好。钢液流动性不好，易产生冷隔、浇不足、夹渣、气孔等缺陷；铸钢凝固时收缩量大，易产生缩孔、裂纹等缺陷。

尽量不采用铸造的方式使用钢材。

3、铸造铝合金。铝硅合金的铸造性能好，流动性好，收缩量小；其他系列合金的铸造性能不好，流动性不好，收缩量大。

4、铸造铜合金。铝青铜和铝黄铜的铸造性能好，流动性好，收缩量大；锡青铜的铸造性能不好，流动性不好，收缩量大。材料成形技术基础第2版2.5.2铸造合金的熔炼熔炼应满足的技术要求：

1）熔炼出的金属液要符合材质性能要求；

2）金属液应有足够的温度；

3）有足够的熔化能力，

4）低能耗，噪音小，不污染环境。熔化的方式：

1）精炼熔化——熔化后对材料的化学成分进行较大的调整；

2）无精炼熔化——材料在熔化过程中仅引起某些元素的变化。

1、铸铁的熔炼。冲天炉熔炼——利用焦炭燃烧产生的高温熔炼铸铁。结构简单，操作维修方便，电能消耗低，生产率高。冲天炉工作原理（图2.52）应用广泛。材料成形技术基础第2版2、铸钢的熔炼。

1）电弧炉炼钢——用电极与炉料间产生的电弧高温熔化金属材料。适应于浇注各种类型铸钢件。三相电弧炉工作原理（图2.53）

2）感应电炉炼钢——利用感应电流产生的热量熔化金属材料。适用于中、小型合金钢铸件。单相无芯感应电炉工作原理（图2.54）

3）平炉炼钢。仅用于重型铸钢件的生产。

3、铸造有色合金的熔炼。有色金属熔点低，易氧化，常用坩锅炉熔炼，金属型浇注。

1）焦碳坩锅炉。结构简单，温度不易控制，生产能力小。（图2.55）

2）电阻坩锅炉。结构复杂，温度容易控制，生产能力大。（图2.56）材料成形技术基础第2版§2.6铸造成形技术过程

2.6.1砂型铸造

以型砂为造型材料制备铸型的铸造技术。砂型铸造在铸造生产中占有很大比重，占铸件总产量的80～90%。优点：适应性广，技术灵活性大，生产准备过程简单。缺点：铸件的尺寸精度差，表面粗糙度高，内部质量不好。砂型铸造的技术流程（图2.57）

1、手工造型和制芯。全部用手工完成紧砂、起模、修整、合箱等操作。常用的手工造型方法。（图2.58）

2、机器造型。全部或部分由机器完成造型工作。①震实造型。（图2.59）②高压造型。（图2.61）③拋砂造型。（图2.62）材料成形技术基础第2版2.6.2特种铸造在砂型铸造的基础上，改变铸造方法形成的另一种铸造技术。优点：铸件的尺寸精度高，表面粗糙度低；生产过程易于实现机械化、自动化。缺点：适应性差，生产准备工作量大，需要复杂的技术装备。

1、熔模铸造（失蜡铸造）（图2.68）

2、金属型铸造（图2.69）

3、压力铸造（图2.72）

4、离心铸造（图2.75图2.76）

5、实型铸造（消失模铸造）（图2.77）

2.6.3铸造方法的选择

（表2.29）

材料成形技术基础第2版3、固态材料塑性成形过程§3-1概述金属的塑性成形过程是指在外力作用下，使金属材料产生预期的塑性变形，以获得零件的加工方法。

3.1.1固态成形的基本条件

①被成形的金属材料应具备一定的塑性；②要有外力作用于固态金属材料上。

所有在外力作用下产生塑性变形而不破坏的材料，都可以进行质量不变的固态塑性成形。可塑性成形的塑性材料：低碳钢、中碳钢、大多数有色金属。不可塑性成形的脆性材料：铸铁、铸铝合金。材料成形技术基础第2版3.1.2金属塑性成形的方法

1、轧制。(图3.1)

将金属通过轧辊之间的间隙，进行压延变形以成为型材的方法。

2、挤压。(图3.2)

将金属置于挤压模内，用压力把金属从模孔中挤出成形的方法。

3、拉拔。(图3.3)

将金属材料拉过拉拔模孔，使金属拔长的加工方法。

4、自由锻造。(图3.4)

将加热后的金属材料置于上、下砧铁间，受到冲击力或压力的作用而变形的加工方法。

5、模型锻造。将加热后的金属材料置于锻模模腔内，受到冲击力或压力的作用而变形的加工方法。

6、板料冲压。金属板料在冲压模之间受压，产生分离或变形的加工方法。材料成形技术基础第2版3.1.3成形过程分类

1、冷变形过程

金属在常温下变形，变形时的温度低于该金属的再结晶温度。

优点：产品的尺寸精度高，表面质量好；金属变形后有加工硬化现象，强度、硬度升高。

缺点：加工硬化现象使金属的塑性和韧性下降；冷变形需要重型和大功率的设备。

2、热变形过程

金属在加热状态下变形，变形时的温度高于该金属的再结晶温度。

优点：金属的热变形塑性良好，可使工件进行大量的塑性变形；热变形使金属内部组织致密细小，力学性能提高；热变形使金属内部形成纤维组织，材料的力学性能具有方向性。

缺点：金属表面氧化严重，工件的精度和表面质量不好；设备投资大，劳动强度大。金属固态塑性成形过程不仅能得到强度高、韧性好的产品，而且生产效率高，材料消耗少。材料成形技术基础第2版§3.2金属塑性成形过程的理论基础

3.2.1金属塑性变形的能力金属的可锻性受金属本身的性质和变形条件的综合影响。

1、金属本身的性质①化学成分的影响。同类金属的化学成分不同，其塑性也不同。纯金属的塑性比合金的好；低碳钢的塑性比中碳钢、高碳钢好；碳素钢的塑性比合金钢好。

②内部组织的影响。金属的组织结构不同，其可锻性差异较大。纯金属、固溶体等单相组织比多相组织的塑性好；均匀细小的晶粒比粗晶粒组织和柱状晶状组织可锻性好。材料成形技术基础第2版

2、变形加工条件①变形温度的影响。提高金属变形时的温度，其塑性增加，变形抗力降低，可锻性好；

金属加热时，随着温度的变化，其性能变化很大，（图3.5）（图3.6）②变形速率的影响。单位时间内的变形程度。（图3.7）③应力状态的影响。变形方法不同，所产生的应力大小和性质也不同。

在金属塑性成形过程中，应创造条件，提高金属的塑性，降低变形抗力，便于塑性加工。材料成形技术基础第2版3.2.2金属塑性变形的基本规律

1、体积不变定律金属在固态成形加工中，材料变形后的体积等于变形前的体积。

2、最小阻力定律金属在塑性变形过程中，其质点都将沿着阻力最小的方向移动。

材料成形技术基础第2版§3.3锻造方法锻造方法充分利用热变形的优点，在机械制造中用来生产高强度、高韧性的毛坯或半成品。3.3.1自由锻造

1、自由锻造成形的过程特征

成形过程中，坯料整体或局部塑性成形，材料在水平方向可以自由流动，不受限制。

﹡

要求被成形的材料在成形温度下具有良好的塑性；

﹡

锻件的形状取决于操作者的技术水平；

﹡

锻件精度低，表面质量差，适应于形状简单的小批量生产。材料成形技术基础第2版

2、自由锻造成形过程①绘制锻件图。依零件图为基础绘制；②坯料质量及尺寸计算。依体积不变定律计算；③选择锻造工序。确定锻造温度和冷却规范；④自由锻造典型过程举例。

1）盘类锻件的锻造过程。（表3.4）

2）轴类锻件的锻造过程。（表3.5）

3、自由锻件结构技术特征①自由锻件上应避免椎体、曲面、椭圆形、工字形等结构；

（图3.15）

②自由锻件上应避免加强筋、凸台等结构；（图3.16）③锻件结构复杂时，可以将几个简单的锻件连接成整体件。材料成形技术基础第2版3.3.2模型锻造

1、模型锻造成形的过程特征

模型锻造时坯料是整体塑性成形，坯料三向受压。

﹡

模锻热成形，要求被成形的材料在高温下具有较好的塑性；

﹡

模锻冷成形，要求被成形的材料具有足够的室温塑性；

﹡

模锻锻件的形状取决于成形过程、模具条件和锻造力；

﹡

模锻锻件的精度好，表面质量好，适用于大批量生产。

2、模型锻造成形过程

①绘制模锻锻件图；②坯料质量及尺寸计算；③模锻工序的确定；

轮盘类模锻件（图3.22）长轴类模锻件（图3.23）④修整工序。切边、冲孔、校正、热处理、清理。

材料成形技术基础第2版3.3.3胎模锻造胎模锻造是在自由锻造设备上，使用不固定在设备上的称为胎模的单腔模具，直接将已加热的坯料用胎膜锻造成形的方法。

优点：与自由锻造相比，锻件质量好，生产效率高，节约金属。与模型锻造相比，操作灵活，胎膜简单，生产准备周期短。

缺点：与模型锻造相比，锻件质量不好，胎膜寿命低，劳动强度大。胎膜锻造广泛应用于中、小批量的中、小型锻件的生产。胎膜的种类：（图3.36）

材料成形技术基础第2版§3.4板料成形方法利用压力和模具使板料分离或塑性变形，以获得零件。

优点：

板料成形的零件质量小，力学性能好；

生产过程为少切削或无切削加工，节约材料，生产率高。缺点：成形模具复杂，设计和制作费用高，生产周期长。

﹡板料成形所用的原材料要有足够好的塑性。

﹡

板料成形广泛用于机械制造和金属制品行业。

﹡

板料成形适用于大批量生产。板料成形按特征分为;分离过程和成形过程两大类。

材料成形技术基础第2版3.4.1板料分离过程分离过程用于生产有孔的、形状简单的薄板件，制品质量好。

1、落料与冲孔。使板料按封闭轮廓分离。①金属板料冲裁成形过程。（图3.37）②凸凹模间隙。凸凹模的间隙影响冲裁件的断面质量、

模具寿命、冲裁力和尺寸精度。应合理选择。③凸凹模刃口尺寸确定。考虑冲裁件的公差和模具的寿命。

冲孔——凸模取最大尺寸落料——凹模取最小尺寸④冲裁力计算。冲裁力是选用设备和设计模具的重要依据。

（依据相关资料计算）

2、切断。用剪刃将板料沿不封闭轮廓进行分离，主要用于下料。

3、修整。对冲裁件断面进行修整，以提高其尺寸精度和表面质量。

材料成形技术基础第2版3.4.2板料成形过程成形过程是使板料发生塑性变形而制作工件。

1、拉伸。（图3.39）（图3.40）①过程特点。一维成形，拉伸应力状态，尺寸精度好；②材料要求。有足够的塑性，多次拉伸要对工件退火；③机械设备。液压机和机械压力机；④应用。广泛用于生产各种壳类和桶状零件

2、弯曲与卷边。

弯曲（图3.43）卷边（图3.45）

3、翻边。（图3.46）

4、成形、收口。

成形（图3.47）收口（图3.48）

5、滚弯。（图3.49）

6、冲压过程实例。①（图3.50）②（图3.51）材料成形技术基础第2版3.4.3冲模的分类及构造。冲模是板料成形中必备的模具，冲模结构是否合理对产品的质量、生产效率和模具寿命都有很大影响。

1、简单模。在一次行程中只能完成一个冲压过程。

（图3.52）

2、连续模。在一次行程中能完成两个以上冲压过程。

（图3.53）

3、复合模。在一次行程中，在模具的同一部位能同时完成数道冲压工序。

（图3.54）材料成形技术基础第2版3.4.4板料冲压件结构技术特征板料冲压件通常都大批量生产，设计冲压件时，不仅要保证它的使用性能要求,还应具有良好的冲压结构技术特征。

冲压件设计时应注意：

1、冲压件的精度和表面质量；

2、冲压件的形状和尺寸；（图3.55）（图3.56）

3、结构设计应尽量简化成形过程和节省材料。（图3.58）材料成形技术基础第2版§3.5其他塑性成形简介

3.5.1挤压成形

1、零件的挤压方式。

（图3.62）①正挤压。挤压时金属的流动方向与凸模的运动方向一致。②反挤压。挤压时金属的流动方向与凸模的运动方向相反。③径向挤压。挤压时金属的流动方向与凸模的运动方向垂直。④复合挤压。挤压时金属的流动方向一部分与凸模的运动方向一致,另一部分则相反。

挤压设备为机械压力机或液压机。材料成形技术基础第2版2、挤压的特点及应用。

①冷挤压。金属材料在室温下的挤压。（图3.63）挤压件的精度高、表面质量好，材料力学性能好，材料利用率高，生产效率高；冷挤压的变形抗力大，材料需要预处理。

②温挤压。把坯料加热后进行挤压。（图3.64）材料不需要预处理，便于自动化生产。挤压件的精度、表面质量不如冷挤压好。

③热挤压。金属材料在锻造温度下的挤压。变形抗力低，可挤压高强度的金属材料。加热温度高，挤压件的精度、表面质量不好材料成形技术基础第2版3.5.2辊轧成形辊轧成形生产毛坯或零件，具有原材料省、生产率高、产品质量好、成本低等优点。

1、辊锻。与轧制过程相似的一种锻造过程。（图3.65）

2、辊环轧制。用来扩大环形坯料的内径或外径的一种轧制过程。（图3.66）

3、横轧过程。轧辊轴线与坯料轴线互相平行的轧制方法.(图3.67）(图3.68）（图3.69）（图3.70）材料成形技术基础第2版3.5.3超塑性加工

1、金属的超塑性概念。

金属材料塑性的高低用延伸系数“δ”来判断。有些金属材料在特定的条件下，

δ＞100～1000→超塑性材料。

黑色金属都可以进行超塑性加工。

2、超塑性成形的特点。①超塑性状态下的金属在拉伸变形过程中，变形应力极低；②可获得形状复杂、薄壁的工件，工件尺寸精确；③超塑性成形的工件，具有均匀而细小的晶粒组织，力学性能均匀一致；④在超塑性状态下，金属材料的变形抗力小，可使用中、小型设备加工。材料成形技术基础第2版

3、超塑性成形的应用。①板材深冲；（图3.71）②超塑性挤压；③超塑性模锻。3.5.4摆碾（图3.72）

材料成形技术基础第2版4、粉末压制和常用复合材料成形过程§4.1粉末压制成形过程*用金属粉末作原料，经压制成形后烧结而制成各种类型的零件和产品。*颗粒状材料兼有液体和固体的双重特性，整体的流动性和每个颗粒本身的塑性。

材料成形技术基础第2版

特点：①可制取极硬和特殊性能材料（硬质合金、磁性材料)；②材料利用率很高，接近100%；③生产成本低；④材料价格高，设备和模具投资大，适宜于大批量生产。生产技术流程：

添加剂制品↓↑原材料→配混→压制成形→烧结→其他处理→制品材料成形技术基础第2版4.1.1金属粉末的制取及其特性

1、金属粉末的制取。

①矿物还原法。金属矿石被还原后得到海绵状金属料，将金属料粉碎后获得粉末。

②电解法。用金属盐的水溶液或熔盐电解析出金属颗粒或海绵状金属，再利用机械法粉碎。

③雾化法。将熔化的金属液雾化后冷却得到金属粉末。

(图4-1)

④机械粉碎法。球磨法，利用钢球对金属块或金属粒球磨，用来制备脆性金属粉末。材料成形技术基础第2版

2、金属粉末的特性。金属粉末的特性对粉末的压制、烧结过程及产品的性能都有重大影响。

①成分。主要金属含量大于98%～99%。

②颗粒的形状和大小。形状以球状或粒状为好；大小用筛选法来表示，粉粒愈细愈好。

③粒度分布。大小不同的粉粒级别的相对含量。粉末粒度组成的范围广，制品的性能也好。④技术特征。

1）松装密度。单位容积自由松装粉末的质量。

2）流动性。50g粉末在流动仪中自由下降至流完所需的时间。

3）压制性。压缩性—以压制前后粉末体积的压缩比表示。成形性—用压坯的强度作为成形性试验的指标。材料成形技术基础第2版4.1.2粉末混配*根据产品配料计算并按粒度分布把各种金属粉末及添加物进行混合。*添加剂可以改善混合粉的成形技术特征。加入润滑剂可改善混合粉的流动性，增加可压制性。*混合粉的特性用混匀度表示，混合越均匀，越有利于制品的性能。材料成形技术基础第2版4.1.3压制成形

压制成形过程：称粉→装粉→压制→保压→脱模

1、钢模压制。用机械压力将钢模内的粉末成形为压坯。（图4.2）应用最广泛。

2、流体等静压制。

用高压流体从各个方向对粉末施加压力。（图4.3）

3、三向压制。

单向钢模压制和等静压制的综合方法。（图4.4）只能成形形状规则的零件。压坯的密度和强度大小对烧结体的质量有直接的影响，密度大、强度高的压坯烧结后产品的质量也好。材料成形技术基础第2版4.1.4压坯烧结在烧结过程中。通过高温加热使粉粒之间的原子扩散，将压坯中粉粒的接触面结合起来，成为坚实的整块。

1、烧结过程：

固相烧结—烧结时，粉粒在高温下仍然保持固态。液相烧结—烧结温度超过了某种组成粉料的熔点，高温下出现固、液相共存状态。*烧结温度对制品性能有重要影响。较高的温度可促使粉粒间原子扩散，使烧结体的硬度和强度升高。*烧结保温时间也影响制品质量。小件保温时间短，大件时间长。*粉粒比表面积大，容易氧化。烧结必须在真空和保护气氛中进行。

材料成形技术基础第2版2、烧结中容易产生的问题①翘曲。烧结时没有支承好压坯，或压坯中的密度不均匀造成。②过烧。烧结温度过高或保温时间过长，会引起翘曲、压坯胀大。③分解反应及多晶转变。

出现不正常组成或不均匀现象。④黏结剂烧掉。有机黏结剂烧掉后，留下碳在制品中，影响其性能。材料成形技术基础第2版4.1.5烧结后的其他处理或加工

对于一些要求较高的粉末冶金制品，烧结后还需要进行其他处理与加工，以满足要求。

1、渗透。把低熔点合金渗入到多孔烧结制品的孔隙中去的方法。渗透法制品的组织均匀细致，塑性与抗冲击能力好。

2、复压。将烧结后的粉末压制件再放到压形模中压一次。复压可起校形作用。

3、粉末金属锻造。将金属粉末制成一定形状的预成型坯，然后将预成型坯锻造成所需的零件。

4、精压。对于烧结后的制品，进行锻造或冲压整形。提高密度，保证尺寸精度。

5、其他后续处理。机械加工，喷砂处理，热处理等。材料成形技术基础第2版§4.2粉末压制产品及应用在现代工业中，许多具有特殊性能的材料或在特殊工作条件下的零部件由粉末压制来制造。

4.2.1粉末压制机械结构零件

应用广泛。例：（表4.3）

4.2.2粉末压制轴承材料

1、多孔含油轴承材料。利用粉末压制方法制做的多孔性浸渗润滑油的减摩材料。用作轴承、衬套等。

2、金属塑料减摩材料。由粉末压制多孔制品和聚四氟乙烯、二硫化钼等固体润滑剂复合制成。这是一种性能良好的无油润滑减摩材料。

材料成形技术基础第2版4.2.3多孔性材料及摩擦材料

1、多孔性材料。多孔性材料采用金属球形雾状粉或金属纤维制造。用于过滤器、热交换器等典型产品。

2、摩擦材料。这种材料的性能要求摩擦系数大，耐磨性、耐热性好。用于刹车片、离合器片等用于制动或传递扭矩零件。材料成形技术基础第2版4.2.4硬质合金。

用高硬度的金属碳化物和金属粘接剂粉末制成。具有很高的硬度，用来制作金属切削刀具。

常用的硬质合金：①钨钴类（YG）。主要成分为碳化钨（WC）、钴（Co）。钨钴类硬质合金有较好的强度和韧性，适宜切削脆性的铸铁。②钨钴钛类（YT）。主要成分为碳化钨、钴、碳化钛（TiC）。钨钴钛类硬质合金硬度高、耐热性好，适宜切削高韧性的钢材。材料成形技术基础第2版4.2.5粉末压制钢结硬质合金及高速钢

1、钢结硬质合金。

钢结硬质合金是一种工模具材料。

其特点有：①基本组成是碳化物加合金钢，是碳化物分布在钢基体上的金属基复合材料；②由于有钢的组织，所以具有机械加工性能，可以热处理；③具有合金钢和硬质合金的基本性能。

2、粉末压制高速钢。

用雾化法生产的高速钢粉粒制成；组织结构细、均匀，成分不存在偏析；比普通高速钢切削寿命高。材料成形技术基础第2版4.2.6耐热材料及其他材料

1、难熔金属耐热材料。难熔金属是指熔点超过2000℃以上的金属。这些金属与其他金属制成粉末冶金耐热材料，广泛用于高温场合。

2、耐热合金材料。粉末冶金耐热合金材料的组织细致、均匀，抗高温蠕变强度与抗拉强度好。

3、其他材料。金属陶瓷材料，原子能工程材料。材料成形技术基础第2版§4.3粉末压制零件或制品的结构特征结构技术特征是指制品的结构是否适应所采用的成形过程或制造方法。使制品在整个生产过程中达到优质、高产、低耗。粉末压制成形零件结构设计：①压制件应能顺利地从压模中取出；（图4.6）②应避免压制件出现窄尖部分；（图4.7）③零件的壁厚应均匀，台肩尽可能少，长径比小。（图4.8）

材料成形技术基础第2版§4.4陶瓷制品成形过程简介

（表4.5）材料成形技术基础第2版§4.5常用复合材料成形过程简介纤维复合材料成形过程

4.5.1纤维制取方法

①熔体抽丝法。将所制材料熔化成液体，从液体中以极快的速度抽出细丝。（玻璃纤维）②拔丝法。将金属坯料在有气氛保护的高温状态下反复拉拔成细丝。(金属细丝）

材料成形技术基础第2版4.5.2纤维复合材料成型方法

基体材料与增强物组合起来形成复合材料。成形方法按基体材料在成形时的状态，分为两大类。

1、固态法。

基体材料与增强物在成形过程中均处于固体状态。材料成形技术基础第2版2、液态法。基体材料在成形时处于液体状态，增强物处于固体状态，复合后，用基体材料的固化而获得零件或制品。应用广泛。液态成形方法：①喷射成形法。（图4.9）②压制成形法。（图4.10）③缠绕成形法。（图4.11）④连续成形法。（图4.12）⑤层压成形法。（图4.13）材料成形技术基础第2版5.固态材料的连接过程固态材料的连接分为永久性和非永久性两种：

1、永久性连接主要通过焊接和粘接过程实现。

2、非永久性连接过程使用特制的连接件或紧固件（铆钉、螺栓、销……）将零件连接起来。材料成形技术基础第2版§5.1焊接成形过程将分离的金属用局部加热或加压，借助于金属内部原子的结合与扩散作用牢固地连接起来形成永久性接头的过程。

优点：节省材料，接头密封性好，可承受高压；简化加工与装配工序，容易实现机械化和自动化生产。

缺点：焊接结构有残余应力和变形，焊接接头性能不均匀，焊接质量检验困难。焊接用于机械制造中的毛坯生产和制造各种金属结构件。材料成形技术基础第2版5.1.1焊接成形过程特性和理论基础

1、焊接方法的分类及特点液态焊接：母材被加热到熔化温度以上，它们在液态下溶合,冷却时便凝固在一起。（熔化焊接）固态焊接：

1）将母材加热到高塑性状态或表面薄层熔化后，用压力将母材接头焊接。（压力焊接）

2）在母材接头间加入低熔点合金，局部加热使合金熔化、凝固，将母材接头焊接。（钎焊）

材料成形技术基础第2版

焊接方法。（图5.1）①熔化焊接的主要类型。

1）气焊

2）电弧焊

3）电渣焊

4）真空电子束焊接

5）激光焊②压力焊接的主要类型。

1）电阻焊

2）摩擦焊

3）冷压焊③钎焊是不同金属间的合金化过程材料成形技术基础第2版

2、电弧焊的冶金过程及特点

①电弧焊的冶金过程。

电弧焊的冶金过程同电弧炉的冶炼金属相似，在熔池中产生一系列的物理变化和化学反应。（图5.2）

②电弧焊的冶金过程特点。

焊接的冶金过程与一般冶炼过程比较，有如下特点：

1）熔池金属的温度高于一般的冶炼温度，金属蒸发、氧化和吸气现象严重。

2）熔池体积小，处于液态的时间很短，冷却速度快，易产生气孔和夹渣等缺陷。

材料成形技术基础第2版③电弧焊冶金过程采取的技术措施

1）采取保护措施，限制有害气体进入焊接区；

2）渗入有用的合金元素，保护焊缝金属材料的化学成分；

3）进行脱氧、脱硫和脱磷。材料成形技术基础第2版3、焊接接头的金属组织和性能。熔化焊接是在局部进行的，短时间的高温冶炼及凝固过程；同时周围未熔化的基体金属会受到短时间的热处理。因此，焊接过程会引起焊接接头组织和性能的变化。①焊接工件上温度的变化与分布。（图5.3）

材料成形技术基础第2版②焊接接头的组织和性能。

熔化焊的焊接接头由焊缝、熔合区和热影响区组成。

1）焊缝

—由熔池金属结晶形成的焊件结合部分。柱状晶粒组织。焊缝金属的力学性能不低于基体金属。

2）熔合区

—焊接接头中焊缝与母材交接的过渡区。过热粗晶组织。塑性、韧性极差，是裂纹和脆性破坏的源点。

3）热影响区

—在热的作用下，焊缝两侧的母材发生组织变化的区域。过热粗晶组织。焊接结构钢或中碳钢，易在此区域产生裂纹。

③改善焊接接头组织和性能的方法采用正确的焊接方法和焊接过程，用焊接后的热处理来改善接头的组织结构以提高接头的力学性能。材料成形技术基础第2版

4、焊接应力与变形。①焊接应力和变形产生的原因。

*焊接中对焊件的不均匀加热是产生应力和变形的根本原因。（图5.5）*焊接应力超过材料的屈服强度极限，将产生塑性变形；*焊接应力超过材料的抗拉强度极限，会产生裂纹。

②焊接变形的基本方式（图5.6）

③防止和减少焊接变形的措施

1）合理设计焊件结构。在保证结构承载能力下，减少焊缝数量、长度和截面积；在结构中所有的焊缝处于对称位置。

2）采取必要的技术措施。（图5.7，图5.9，图5.10，图5.11，图5.12）