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1、金属材料成形基础,主讲 徐晓峰,1. 金属结晶时 理论结晶温度 和 实际结晶温度 之差称为过冷度。过冷度愈大，则结晶后的晶粒愈 细 ；冷却速度愈小，则过冷度愈 小 。,作业,金属材料成形基础作业（1）,2. 合金的结构有 固溶体 、金属化合物 、 机械混合物 三种，其中固溶体具有良好的塑性，金属化合物 具有高的硬度和脆性。,3. 细化金属材料的晶粒，可使金属的强度、硬度 提高，塑性、韧性 提高 ；在生产中常用的细化晶粒的方法有增大过冷度、 变质处理、机械搅拌和振动；压力加工再结晶；热处理。,4.材料的常用力学性能指标有那些？若某种材料的零件在使用过程中突然发生断裂，是由于那些力学性能指标不足所
2、造成的？,(1)常用力学性能指标有:强度、塑性、刚度、硬度、冲击韧性、疲劳强度。,(2)强度、塑性、冲击韧性、疲劳强度。,5. 填表回答：,6. 用20钢制成10、标距30的试样作拉伸试验，测得屈服时的拉力为21630N，断裂前的最大拉力为34940N，拉断后测得标距长度为65，断裂处直径为5。试计算b、s、的值。,7. 典型的金属晶体结构有体心立方晶格、面心立方晶格、密排立方晶格。实际金属的缺陷有点缺陷、线缺陷、面缺陷。,8. 零件的失效形式有哪些？影响失效的基本因素有哪些？,（1）断裂、塑性变形、过量弹性变形、磨损、腐蚀等。,（2）设计因素、材质因素、工艺因素和安装使用不当。,9.什么是同
3、素异晶转变？请绘出纯铁的冷却曲线，并指出同素异晶转变温度和晶格类型 。,（1）固态下随着温度的变化，金属的晶体结构从一种晶格类型转变为另一种晶格类型的过程。,10.图1-1所示为部分的铁碳合金状态图，请在右边的T-t图中画出含碳量为0.45的铁碳合金的结晶过程并标注出各温度段的组织。,L,L+A,A+F,F+P,A,1铸造合金从液态冷却凝固至室温，其收缩要经历哪几个阶段？导致铸件产生缩孔和缩松的原因是什么?导致铸件产生应力、变形、裂纹的原因又是什么？,（1）液态收缩、凝固收缩和固态收缩三个阶段。,（2）液态收缩和凝固收缩。,（3）固态收缩。,金属材料成形基础作业（2）,2液态合金的充型能力是液
4、体金属充满铸型型腔，获得尺寸精确、轮廓清晰的成形件（铸件）的能力。影响液态合金充型能力的因素有哪些？,（2）合金的流动性、浇注条件、铸型充填条件。,（1）合金在铸造生产条件下，获得优质铸件的难易程度。（2）流动性和收缩。合金的流动性越好、收缩越小，铸造性能越好。,3什么是合金的铸造性能？衡量合金铸造性能的主要指标是什么 ？,4影响铸铁组织和性能的因素是什么？现有三根直径分别为10mm、30mm、60mm的灰口铸铁试棒，测得它们的抗拉强度均为200Mpa，问这三根试棒的成分是否相同？牌号是否相同？为什么？,1)化学成分和冷却速度。,2）牌号相同，成分不同。,3）因为铸铁的牌号是用强度表述的，其强
5、度相同即表明其牌号相同。 因为影响铸铁组织和性能的因素是化学成分和冷却速度两个因素。试棒的直径不同表明其冷却速度不同，要获得同一强度，必须调整其化学成分，所以成分不同。,5有一测试铸造应力用的应力框铸件，如图1-1所示，凝固冷却后，用钢锯沿A-A线锯断，此时断口间隙的大小会发生什么变化？为什么？,1）变大。,2）因为凝固冷却后，铸件30的粗杆处于拉应力状态，铸件10的细杆处于压应力状态。当沿A-A锯断后，粗杆给予细杆的压力被释放，所以断口间隙会变大。,6. 灰口铸铁的组织和性能决定于什么因素？为什么在灰口铸铁中，碳硅含量越高，则其强度越低？,1）灰口铸铁的组织和性能决定于化学成分和冷却速度。,
6、2）因为碳、硅含量越高，铸铁中的石墨片就越粗大，石墨数量也越多，对基体的破坏就越严重。同时基体中铁素体的量增加，珠光体的量减少。所以铸铁的强度越低。,7用成分相当于牌号HT200的铁水浇注成如图1-2所示的铸件，该铸件最厚截面为60mm，最薄截面为15mm，试问最厚和最薄截面上的组织是否相同？为什么？,1）不同。,2）因为铸件壁厚不同，即其冷却速度不同。厚壁处铸件的冷却速度慢，铸铁中的石墨片就粗大，石墨数量也越多，对基体的破坏就越严重。同时基体中铁素体的量增加，珠光体的量减少。薄壁处铸件的冷却速度快，铸铁中石墨片细小，石墨数量较少。同时基体中铁素体的量减少，珠光体的量增多。,8.某厂铸造一个1
7、500mm的铸铁顶盖，有如图2-3所示两种设计方案，试分析哪种方案易于生产？简述其理由。,（a)方案合理。由于铸件的尺寸很大，壁厚较薄，属于大平面结构。铸件上的大平面 极易产生浇不足、夹砂、夹渣、气孔等缺陷，图（a）的方案，一方面避免了上述不利因素，还因为具有了一定的结构斜度，有利于造型。,9.分析图2-4所示零件分型方案的优缺点，并选择其中与零件生产类型相适应的分型方案。,大批量生产,单件生产,1,2,方案1,方案1,方案2,方案2,图(b)是单件生产，应选择方案2。方案2（1）是整体模造型，铸件的尺寸精度易于保证；（2）铸件螺纹表明的质量均匀；（3）可以直接铸出铸件的内腔，省去了型芯。,答
8、：图(a)是大批量生产，应选择方案1。方案2虽是整体模造型，铸件的尺寸精度易于保证，但内腔1无法铸出。方案1虽是分开模造型，铸件易于产生错箱的缺陷，但能保证生产出完整的铸件，而且可以降低砂箱的高度；再者机器造型具有较高的精度，铸件的尺寸精度可以得到保证。,10. 图1-4所示为铸铁底座，在保证50的孔和H不变的前提下，请回答：（1）修改结构不合理之处；（2）在图上标出最佳分型面和浇注位置。,11确定如图1-5 所示铸件的铸造工艺方案。要求如下：（1）在单件、小批生产条件下，分析最佳工艺方案；（2）按所选最佳工艺方案绘制铸造工艺图（包括浇注位置、分型面、机械加工余量、起模斜度、铸造圆角、型芯及芯
9、头等）,其余,上,下,材料：HT150,收缩率：1%,12确定如图1-6 所示铸件的铸造工艺方案。要求如下：（1）画出几种可能的分型方案 ；（2）在单件、小批生产条件下，分析并确定最佳工艺方案；（3）按所选最佳方案绘制铸造工艺图（包括浇注位置、分型面、机械加工余量、起模斜度、铸造圆角、型芯及芯头等）,上,下,收缩率:1%,方案最佳。,下,上,铸造收缩率：1%,12. 生产如图2-3所示铸件，材料为HT150，试回答下列问题（1）标出图示零件几种不同的分型方案；（2）在你认为最佳的分型方案上做铸造工艺图。,13铸件结构工艺性：判断下列铸件的结构工艺性，若不合理，请在原图上进行改。,1. 纯铅（T
10、熔：327）的再结晶温度为-33，它在常温下的变形为 热 变形。而钨（ T熔：3380）在1000的变形为 冷 变形，这是因为 T再 = 11881000 。,T再 = 0.4T熔 = 0.4（327+273）= 240（K）,T再 = 240 273 = -33（）,T再 = 0.4T熔 = 0.4（3380+273）= 1461（K）,T再 = 1461 273 = 1188（）,金属材料成形基础作业（3）,2. 压力加工的基本生产方式有轧制、挤压、拉拔、自由锻、模锻、板料冲压，对于大型重要件，例如大型发电机中转子的毛坯应采用自由锻方法来生产。,3. 图3-1所示垫圈拟采用简单冲裁模生产，
11、其冲压工序为（1）落料、（2）冲孔，若模具的单面间隙为0.05mm，则（1）的凸模尺寸为49.9mm、凹模尺寸为50mm，（2）的凸模尺寸为15mm、凹模尺寸为15.1mm。,5. 图3-3所示为一钢制拖钩，可以用下列方法制造：铸造、锻造、板料切割，其中以锻造方法制得的拖钩拖重能力最大。这是因为（1）细化晶粒、改善组织，提高力学性能；（2）压合部分铸造缺陷；（3）使纤维组织不被切断，并沿制件外形合理分布。,4. 单晶体塑性变形的实质是晶粒内部的滑移和孪晶，而多晶体塑性变形的实质是晶粒内部进行滑移和孪晶；晶粒之间进行滑动和转动。,拔长；切肩、拔长；切肩、拔长。,6对图2-3和图2-4定性绘出锻件
12、图，并选择自由锻基本工序（零件全部机械加工）。,（1）阶梯轴（图2-3）。坯料尺寸：150220 ；材料：45钢 ；生产批量：10件。,（2）套筒（图2-4）。坯料尺寸：150170 ；材料：45钢 ；生产批量：20件。,镦粗；冲孔；切肩；芯轴拔长。,拔长；局部镦粗；冲孔。,拔长；局部镦粗；冲孔。,镦粗；冲孔；切肩；芯轴拔长。,（3）压盖,7图2-5所示零件大批量生产时，应选择哪种锻造方法较为合理？请定性绘出锻件图，并选择锻造基本工序。,工序:1)镦粗、2）预锻、3）终锻、4）切边、5）冲孔、6）修整。,8. 将材料及尺寸均相同的金属坯料加热到相同的温度，分别在空气锤、水压机和高速锤上成形时，
13、金属坯料的变形抗力是否相同？为什么？当金属材料的塑性较差时，应采用何种锻压设备进行成形？,1.不同。2.因为在不同的设备上变形速度不同，则其变形抗力不同。其在空气锤上的变形抗力最大，水压机上次之。3.当金属材料的塑性较差时，应采用水压机进行成形。,9.现拟将一厚度为2mm，直径为120mm的平板坯料，拉深成直径为40mm，高度为40mm的杯形零件，如图3-6所示。为防止其产生拉裂、拉穿、起皱等缺陷，在模具设计及工艺上应采取什么措施？现拟采用多次拉深成形，需拉深几次方可成形（写出计算过程） 。,在模具设计及工艺上应采取： 凸凹模的工作部分必须具有一定的圆角； 凸凹模间隙要合理； 控制拉深系数（m
14、）； 设置压边圈； 涂润滑油拉深次数：2次 m=d/D=0.50.8 ；设取 m1=0.5=60/120 得d1=60 m2=40/60=0.670.5由上面的计算可知，两次拉深即可成形。,10下列自由锻件、模锻件及冲压件的结构工艺性是否合理，若不合理，请修正。,12,1. 按照实现焊接过程手段的不同，焊接方法可分为熔化焊、压力焊和钎焊三大类。埋弧自动焊属于熔化焊。,2. 手工电弧焊的焊条由（1）焊条芯和（2）药皮两部分组成；（1）的作用是导电、填充；（2）的作用是机械保护作用、 冶金处理作用、稳定电弧的作用。,金属材料成形基础作业（4）,3焊接接头由（1） 焊缝 和（2） 焊接热影响区 组成
15、，（2）又可分为 熔合区 ， 过热区 ， 正火区 和 部分相变区 等四个区域，其中对焊接接头性能影响最大的区域是熔合区和过热区 。,5. 生产中常见的焊接变形形式有：收缩变形、角变形、弯曲变形、扭曲变形、波浪形变形等五种。减小和预防焊接变形的工艺方法有：加裕量法、反变形法、刚性固定法、选择合理的焊接次序等。矫正焊接变形的方法有：机械矫正法和火焰矫正法。,4. 焊接时，产生焊接应力和变形的主要原因是：在焊接过程中，对工件进行局部加热和快速冷却。,6. 根据钎料熔点的不同，钎焊可分为：软钎焊和硬钎焊 两类，在焊接硬质合金车刀时，常用硬钎焊 ；而在焊接电器元件时，常用软钎焊。,7. 减少焊接应力的工
16、艺措施有哪些？如何消除焊接应力？,1）减少焊接应力工的工艺措施：（1）设计时，焊缝不要密集交叉，截面和长度也应尽可能小；（2）合理选择焊接顺序；（3）锤击或碾压焊缝；（4）采用小能量、多层焊；（5）焊前预热（150 350 ）,2）焊后热处理（去应力退火）,8. 试分析焊接工人在焊接厚焊件时，为什么有时用园头小锤对处于红热状态的焊缝进行敲击？,答：因为厚大焊件强度大，在焊接过程中不易变形，焊接应力较大，致使工件产生裂纹的倾向较大。所以在焊接过程中，常用园头小锤对处于红热状态的焊缝进行敲击，使其产生塑性变形，以减小应力，减小其产生裂纹的倾向。,9. 焊接热影响区的宽窄对焊接接头的性能有什么影响？如何减少和消除焊接热影响区？,
