南理工材料成形技术基础

《南理工材料成形技术基础》由会员分享，可在线阅读，更多相关《南理工材料成形技术基础（30页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、南理工材料成形技术基础要点整理第一章 绪论1. 材料加工 /成形，有三个目的：（ 1）取得所需要的形状、尺寸、精度，材料的几何特点；（ 2）取得所需要的性能和内部组织，材料 的内在特点；（ 3）取得所需要的表面性能和表层组织，材料的表面特点。2. 材料加工的类型1）加工成形2 ）切除 / 去除加工3）表面处置/ 加工 4 ）热处置3. 材料加工三要素：材料、能量和信息4. 材料加工/ 成形的大体问题1）形状尺寸的操纵2 ）组织与性能的操纵3 ）缺点操纵与避免5. 材料加工/ 成形的进展特点1） CAD/CAM2）自动操纵、智能操纵与机械人应用，实现自动化、高速化、持续化；3）新的成形加工技术的

2、开发应用；4）加工方式成为新材料制备手腕，先是凝固技术，后来的焊接技术与塑性加工技术；5）各类加工成形技术的交叉融合：铸轧，轧制复合、沉积、喷涂、激光快速成形等；6）打破传统的来料加工形式，材料制备与加工成形同时进行；7）柔性化加工制备技术。6. 塑性加工利用金属材料的塑性变形特性，用工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。该进程中尺寸形状和组织性能都同时改变。7焊接进程中，改善凝固组织，避免粗晶产生的方法有：（1） 变质处置 焊接时可通过焊接材料向熔池加入一些能细化晶粒的元素， 如钼、钒、 钛、 稀土等， 达到使焊缝晶粒细化， 提高强度和韧性的

3、目的。（2） 振动结晶 焊接时可同时对焊件施以振动， 通过振动， 可使柱状树枝晶破碎，增大晶粒游离偏向， 达到细化晶粒的目的。 振动方式要紧有机械振 动、超声振动和电磁振动。（3） 优化焊接工艺参数第二章 材料凝固理论8. 何为凝固宏观意义：物质从液态转变成固态的进程；微观意义：猛烈运动的液体原子答复到规那么排列的进程。9. 凝固需注意的问题（ 1）体积改变（ 2）外形改变（ 3）熵值改变（ 4）结构改变10. 进程自发进行的判据1）自由能最低原理即等温等容条件下， 体系的自由能永不增大， 自发进程的方向力图减小体系的自由能，平稳条件下体系的自由能最小。（ 2）自由焓判据（吉布斯自由能判据）即

4、等温等压条件下， 只做体积功的体系自由焓永不增大， 自发进程的方向使体系自由焓降低，平稳条件下体系的自由焓最小。11界面张力因为气相中原子的作使劲远小于液相，使界面原子受的合力指向液相内部，从而使接触面有自动缩小的趋势， 那个使界面缩小的力称为界面张力。 薄膜拉伸实验说明：界面张力也能够概念为单位面积所具有的能量，一样用6表示，单位是 J/m2。12. 润湿13. 过冷液态金属冷却到冷却到平稳结晶温度Tm （熔点）时，并无开始结晶，而是冷却到低于Tm 时，固相才开始结晶析出（形核并长大），这种现象叫做过冷14. 均质形核异质形核均质形核是指在均一的液相中， 靠自身的结构起伏和能量起伏形成新相核

5、心的 进程，也被称为自发形核；异质形核是指依附在液相中某种固体表面(外来夹杂物表面或容器壁上等)形核的进程，也被称为非自发形核。15. 晶胚 晶核依照液态金属结构模型，液态金属中有大量大小不一近程有序排列的原子小集团，即晶胚。当温度高于结晶温度Tm 时，它们是不稳固的，当液态金属具有必然过冷度以后， 某些较大的原子集团借助结构起伏使其尺寸大于某一临界尺寸才能称为一个结晶核心，即晶核。16. 形核能力在凸面上形成的晶核包括原子数最多，平面上次之，凹面上最少。可见，即便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。17. 形核率单位时刻、单位体积内

6、所形成的晶核数量。它用来衡量形核能力的强弱。18. 形核剂的选择条件失配度小、粗糙度大、分散性好、高温稳固性好19. 小平面界面，非小平面界面滑腻界面， 在液固相界面处液相和固相截然分开， 固相表面为大体完整的原子密排面。微观上，界面是平整滑腻的，但宏观上看，它往往由假设干弯折的小平面组成，呈小平面台阶状特点，故也称 小平面界面( faceted ) 。粗糙界面， 在液固界面处存在着几个原子层的过渡层， 从微观上看是高低不平的，无明显边界，但从宏观上看，界面却呈无曲折的平面状，因此也称非小平面界面( nonfaceted ) 。20. 生长方式界面结构持续长大 的界面用原子的尺度来衡量是坎坷不

7、平的，关于接纳从液相沉积来的原子来讲遍地都是等效的， 从液相中扩散来的原子很容易与晶体结合起来， 正是由于这种缘故，其晶体长大远比滑腻界面容易。侧面长大 的界面结构为小平面的滑腻界面，这种界面用原子尺度来衡量是滑腻的， 与单个原子不容易结合， 只有依托在界面上显现台阶， 然后从液相中扩散来的原子沉积在台阶的边缘，依托台阶向侧面扩展而长大。21. 溶质再分派由于合金在结晶进程中，析出固相的溶质含量不同于液相，而使界眼前沿溶 质富集或贫化的现象，叫做溶质再分派。22. 成份过冷由溶质再分派致使界眼前沿平稳凝固温度发生转变而引发过冷称为成份过冷。23. 成份过冷对晶体生长的阻碍成份过冷对晶体生长形态

8、的阻碍为：随着成份过冷的增加，晶体的生长形 态从平面状向胞状、胞状枝晶、柱状枝晶和等轴枝晶进展。24. 胞状晶与树枝晶明显的区别胞状晶与树枝晶明显的区别：树枝晶具有明显的晶体学特点，其骨干和各次分 枝的生长方向与特定的晶向平行（密排、自由能问题）25. 偏析金属凝固进程中发生化学成份不均匀的现象称为偏析。依照偏析区域的不同， 可将偏析分为微观偏析和宏观偏析两种。微观偏析指树枝晶或胞状晶内部与晶间成份的不同。 偏析程度用偏析比来表示：组元在枝晶间的最大含 量S R组元在枝晶干的最小含 量微观偏析对铸件性能危害较大，它可造成材料本身冲击韧性、塑性及耐侵蚀性 能的降低（有害相析出、弱化晶界、有利组元

9、贫化等），因此一样考虑操纵微观 偏析，使成份尽可能均匀化。宏观偏析通常指整个铸锭或铸件范围内产生的成份不均匀现象。 造成宏观偏析 的缘故往往是液相在枝晶间和枝晶外的流动，和游离或熔断固相的沉浮引发的。一样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26. 规那么共品，非规那么共品金那么共品：由金属一金属形成共晶体，属于非小平面共晶；非规那么共品：由金属一非金属形成共晶体，非于非小平面一小平面共品。如Fe-C、Al-Si 系。27. 共晶凝固方式在不同的合金体系中， 由于共晶两相在析出进程表现的彼此关系不同， 其结晶 方式可分为共生生长和离异生长两种

10、。（ 1）共生生长这种两相彼此合作生长的方式，称为共生生长。共生生长需要两个大体条件：I两相生长能力要相近，且后析出相能容易在先析出相上形核和长大。先析出相称为领先相，它能够是初生相也能够不是。n两组元在界眼前沿的横向传输能保证等速生长的要求（ 2）离异生长有的共晶合金两相生长时， 没有一起的生长界面， 而是两相分离， 并以不同的生长速度进行结晶， 这确实是离异生长方式， 形成的共晶组织称离异共晶体。 离 异共晶又分为晶间偏析型和领先相呈团球型两类。28. 伪共晶把不是准确共晶成份的合金 （共晶点周围的亚共晶和过共晶） 形成的完全共晶 组织称为伪共晶。29. 凝固方式（ 1）糊状凝固： 砂型铸

11、造时，固、液边界限的间距很宽，在很长一段凝固时刻内， 固液共存的两相凝固区几乎贯穿了整个铸件断面， 这种凝固方式称为糊状 凝固；（ 2） 逐层凝固： 金属型铸造时， 固、 液边界限的间距很窄， 整个凝固进程中，仅有很薄一层两相共存区， 凝固层由表面向中心慢慢加厚， 这种方式称为逐层凝 固。30. 凝固方式的阻碍因素： 铸件的凝固方式由 合金液固相线温度距离、 铸件断面温度梯度两个因素一起决定。一样凝固温度距离大的合金， 往往偏向于糊状凝固。 另一方面温度梯度对凝固 方式的阻碍也相当显著。 当温度梯度专门大时， 即便是结晶温度距离宽的合金也能够趋向中间凝固和逐层凝固。如工业纯铝，砂型铸造时以糊状

12、凝固方式凝固，而在金属型铸造时以逐层凝固的方式进行。31. 充型能力操纵液态金属充满铸型型腔， 取得形状完整、 轮廓清楚的铸件的能力， 称为液态金属的充型能力。充型能力与金属本身的流动能力、铸型性质、铸件结构及浇注条件有关。32. 阻碍液态金属充型能力的因素（ 1）金属性质凝固潜热、液相密度、比热容、凝固温度、热导率都与充型能力有关。（ 2）铸型性质铸型密度、比热容、热导率，初始温度、涂料层厚度、涂料层热导率。（ 3）浇注条件浇注温度、浇注速度、浇注系统中的压头阻力损失（浇道复杂弯曲等，阻碍流道的平均流速） 。（ 4）铸件结构铸件的模数为：与充型能力有关。铸件结构越复杂（表面积大，模数小） ，

13、有薄壁等充型能力差。33. 收缩操纵（ 1）液态收缩液态合金从浇注温度降低到熔点所发生的体积收缩。（ 2）凝固收缩合金在凝固时期的体积收缩，它取决于状态改变和凝固温度范围。（ 3）固态收缩固态合金因温度降低发生的体积收缩，对铸件的尺寸精度有阻碍。液态收缩和凝固收缩是产生缩孔、缩松的要紧缘故；固态收缩是铸件产生铸造应力、变形、裂纹的要紧缘故。34. 缩孔和缩松形成缩孔的阻碍因素和凝固方式的阻碍因素类似 （凝固方式本身阻碍缩孔的形成） ，也可归纳为：金属性质、铸型性质、铸件结构、浇注条件。35. 应力凝固进程中的收缩，除产生缩孔、缩松外，还会致使凝固应力、变形、乃至裂纹。依照产生铸造应力的缘故，可

14、将其分为：( 1)热应力铸件冷却时因各部份冷却速度不同， 造成在同一时刻各部份的收缩量不同， 彼此不能和谐，彼此制约的结果形成热应力 。( 2)相变应力具有固态相变的合金铸件， 冷却进程中各部份发生相变的时刻不一致， 和相变时比体积转变，致使各部份的体积和长度转变的时刻不一致，产生相变应力。( 3)机械阻碍应力铸件收缩时，受浇注系统、冒口和本身结构的机械阻碍而产生的应力。36. 凝固组织操纵表面细等轴晶区， 紧靠型壁形成外壳层，紊乱排列的细小等轴晶。柱状晶区， 自外向内沿热流方向，彼此平行排列的柱状晶。内部等轴晶区， 紊乱排列的粗大等轴晶。37. 晶区生成的简单进程金属或合金液浇人铸型后， 型

15、壁激冷形核， 同时晶核又不断地从型壁脱落、 游移，从而在型壁周围沉积细小晶粒，组成表面细晶粒区；一 旦表层由细晶粒连成牢固的凝固层后， 液体对流强度大大减弱， 固液界面前沿晶体在与型壁垂直的单向热流作用下，向液体中心延伸，形成柱状晶区。 值得指出的是，最初各枝晶的取向是很乱的， 只有那些骨干平行于热流方向的枝晶才能向前延伸， 而将取向不的枝晶慢慢淘汰， 如此柱状晶的生长方向愈来愈一致。晶体的这种彼此竞争、彼此淘汰的生长进程称为 择优生长 ；在柱状晶生长进程中， 液体内部也将可能显现过冷， 形成新的等轴晶， 或从别处漂游到那个区域的游离晶生长成新的等轴晶，最终形成内部等轴晶区。38. 取得细等轴晶组织可采取的方法(1) 适当降低浇注温度(2) 合理运用铸型对液态合金的强烈激冷作用(3) 孕育处置(4) 动态晶粒细化有时候想取得平行排列的 柱状晶组织，提高零件的抗高温蠕变能力，或取得良 好的磁性，能够采纳定向凝固技术。