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1、材料成形工艺基础自学指导书一、课程名称：材料成形工艺基础二、自学学时：50课时三、教材名称：材料成形工艺基础 柳秉毅 编四、参考资料：材料成形技术基础 陶冶 主编 机械工业出版社五、课程简介：材料成形工艺基础是材料成型及控制工程专业的主干课程之一，其任务是阐明液态成型、塑性成型和焊接形成等成型技术在内的内在基本规律和物质本质，揭示材料成型过程中影响产品性能的因素及缺陷产生的机理。六、考核方式：闭卷考试七、自学内容指导： 绪论 第1章 金属材料的力学性能一、本章内容概述： 绪论：1.材料成形工艺的发展历史2.材料成形加工在国民经济中的地位 3.材料成形工艺基础课程的内容 4.本课程的学习要求与学
2、习方法。第一章：1）铸造成形基本原理 ；2）塑性成形基本原理； 3）焊接成形基本原理二、自学学时安排：8学时三、知识点： 1.合金的铸造性能 2.合金的收缩性；3.铸件的缩孔和缩松 2合金的充型能力是指液态合金充满铸型型腔，获得尺；3影响合金的充型能力的因素1）合金的流动性2）浇；4合金的收缩概念液态合金从浇注温度逐渐冷却、凝固；5铸造内应力分热应力和机械应力；6顺序凝固，是使铸件按递增的温度梯度方向从一个部；7顺序凝固可以有效地防止缩孔和宏观缩松，主要适用；8缩孔和缩松的防止方法：顺序凝固四、难点： 1）强度、刚度、弹性及塑性 2）硬度、冲击韧性、断裂韧度、疲劳。五、课后思考题与习题：P40
3、1.1 区分以下名词的含义: 逐层凝固与顺序凝固 糊状凝固与同时凝固 液态收缩与凝固收缩 缩孔与缩松 答：逐层凝固：纯金属和共晶成分的合金是在恒温下结晶的，铸件凝固时其凝固区宽度接近于零，随着温度的下降，液相区不断减小，固相区不断增大而向中心推进，直至到达铸件中心。 顺序凝固：是指在铸件上建立一个从远离冒口的部分到冒口之间逐渐递增的温度梯度，从而实现由远离冒口处向冒口方向顺序地凝固，即远离冒口的部位先凝固，靠近冒口的部位后凝固，冒口本身最后凝固。糊状凝固：如果合金的结晶温度范围很宽，或者铸件断面上温度梯度较小，则在凝固的某段时间内，其固相和液相并存的凝固区会贯穿铸件的整个断面。同时凝固：是指采
4、取一定的工艺措施，尽量减小铸件各部分之间的温度差，使铸件的各部分几乎同时进行凝固。液态收缩：从浇注温度冷却至凝固开始温度(液相线温度)期间发生的收缩。 凝固收缩：从凝固开始温度到凝固终了温度(固相线温度)期间发生的收缩。铸件在凝固过程中，由于合金的液态收缩和凝固收缩所造成的体积缩减，如果未能获得补充(称为补缩)，则会在铸件最后凝固的部位形成孔洞。大而集中的孔洞称为缩孔，细小而分散的孔洞称为缩松。1.3拟生产一批小型铸铁件，力学性能要求不高，但壁厚较薄，试分析如何提高合金液的充型能力。答：1）尽可量提高浇注温度。由于壁厚较薄，铸铁可取1450左右2）增大充型压力（即增大推动力）。3）选用蓄热能力
5、强的材料作铸型。4）提高铸型温度。5）选用发气量小而排气能力强的铸型。1.4冒口补缩的原理是什么? 冷铁是否可以补缩? 冷铁的作用与冒口有何不同?答：在铸件厚壁处和热节部位（即铸件上热量集中，内接圆直径较大的部位）设置冒口，是防止缩孔、缩松的有效措施。冒口的尺寸应保证冒口比它要补缩的部位凝固得晚，并有足够的金属液供给。采用“顺序凝固原则”，在铸件上建立一个从远离冒口的部分到冒口之间逐渐递增的温度梯度，从而实现由远离冒口处向冒口方向顺序地凝固，即远离冒口的部位先凝固，靠近冒口的部位后凝固，冒口本身最后凝固，不可以。冷铁是用以增加铸件某一局部的冷却速度而安放在铸型内的金属激冷物。1.8什么是冷变形
6、和热变形? 冷变形和热变形对金属的组织与性能有哪些影响?冷变形加工和热变形加工各有何优缺点? 答：1）在再结晶温度以下(通常是在室温下)进行的塑性成形加工，称为冷变形加工；通常把在再结晶温度以上进行的塑性成形加工称之为热变形加工。2）冷变形对金属组织性能的影响 冷变形后金属纤维组织的形成和形变织构的出现，均使金属的性能产生各向异性，这对于塑性成形加工是不利的；热变形对金属组织和性能的影响 热变形加工能消除铸态金属的某些缺陷，如使气孔、缩松焊合，使粗大的柱状晶粒或树枝晶破碎并再结晶成为均匀的等轴晶，改善第二相的形态与分布，减小成分偏析等，从而使金属材料组织致密，晶粒细化，成分均匀，力学性能提高。
7、3）由于冷变形加工是在再结晶温度以下(通常还低于回复温度)进行的，金属在变形过程中只有冷变形强化而无回复或再结晶软化，因此所需变形力很大，且变形程度也不宜过大，以免降低模具寿命或使工件开裂。冷变形加工的生产率较高，其产品具有表面质量好、尺寸精度高等优点，一般不需要再切削加工；（冷变形 优缺点）由于金属的热变形一般都在远高于再结晶温度以上进行，软化过程大于强化过程，所以金属具有较好的塑性和较低的变形抗力，这样金属在热变形时可获得较大的变形量，而耗能较小。用热变形方法可加工尺寸较大或形状复杂的工件，并能改善金属的组织与性能。但由于变形温度高，金属表面易形成氧化皮，工件表面质量和尺寸精度较低。（热变
8、形 优缺点） 1.11根据你所学的知识说明“趁热打铁”的意思和道理。答:随着温度升高，金属原子活动能力增强，原子间结合力减弱，使塑性提高和变形抗力减小。当温度高于金属的再结晶温度后，变形过程中的强化作用可被动态再结晶软化所消除。所以，对大多数金属来说，随着温度的增加，总的变化趋势是塑性提高，变形抗力下降，如果通过加热可使原为多相组织的合金发生相变而转变为单相固溶体组织，则对提高其塑性成形性更加有利。六、章节同步练习题（一）填空题1.铸件在冷却过程中，若其固态收缩受到阻碍，铸件内部即将产生内应力。按内应力的产生原因，可分为 应力和 应力两种。2.金属塑性成形是利用金属在外力作用下产生的 而获得毛
9、坯或零件的方法。3.常用的焊接方法有 、 和 三大类。4.影响合金充型能力的重要因素有 、 和 等。5.热应力的分布规律是：厚壁受 应力，薄壁受 应力。（二）选择题1.合金流动性与下列哪个因素无关( ) 。A. 合金的成份 B. 合金的结晶特征 C. 过热温度 D.砂型的透气性或预热温度2.下列合金中，铸造性能最差的是( )。 A. 铸钢 B. 铸铁 C. 铸铜 D. 铸铝3.控制铸件同时凝固的主要目的是( )。 A.减少应力 B. 消除缩松 C. 消除气孔 D.防止夹砂4.下列钢中锻造性较好的是( ) A. 中碳钢 B. 高碳钢 C.低碳钢 D. 合金钢5.焊接热影响区中，晶粒得到细化、机械
10、性能也得到改善的区域是( ) A.正火区 B. 不完全重结晶区 C. 过热区 D. 再结晶区6. 预防热应力的基本途径是尽量( )铸件各部位的温度差。 A .尽量减少； B . 尽力保持； C.略微提高； D. 大幅增加7.预防热应力的基本方法是采取( )原则。A. 同时凝固； B. 顺序凝固； C. 逐层凝固； D. 糊状凝固 8.为防止缩孔的产生，可选择的工艺措施为（ ）。 A.顺序凝固 B. 同时凝固 C. 糊状凝固 D. 以上答案都不是9.提高铸型温度，合金的充型能力( )。A可能提高 B必然提高 C不会变化D有所降低 （三）判断题1、铸型中含水分越多，越有利于改善合金的流动性。 （
11、） 2、铸造合金在冷凝过程中产生体积和尺寸减小的现象称收缩。 （ ） 答案：（一）填空题1. 热、收缩 2.塑性变形 3. 熔焊、压焊、钎焊 4. 金属的流动性、浇注条件、铸型的性质 5.拉、压（二）选择题1.D 2.A 3.B 4.C 5.A 6.A 7.A 8.B 9.B（三）判断题1. 2. 第2章 铸造成形一、本章内容概述：1.铸造方法及其应用 ；2.常用合金铸件的熔铸；3.铸件工艺设计 4.铸件的结构工艺性二、自学学时安排：12学时三、知识点： 1.铸造方法及其应用 2.铸铁件的熔铸 3.铸钢件的熔铸 4.热塑性变形时的软化过程 5.热塑性变形机理 6.热塑性变形对金属组织和性能的影
12、响 7.双相合金热塑性变形的特点四、难点：1.铸造方法及其应用 2.铸铁件的熔铸 3.铸钢件的熔铸 4.热塑性变形时的软化过程 5.热塑性变形机理 6.热塑性变形对金属组织和性能的影响 7.双相合金热塑性变形的特点五、课后思考题与习题：P402.2什么是熔模铸造?试简述其工艺过程。P44熔模铸造是用易熔材料制成模样，造型后将模样熔化并排出型外，从而获得无分型面的型腔，经浇注后获得铸件的铸造方法。熔模铸造的工艺过程 其主要工序包括蜡模制造、制造型壳、失蜡、焙烧和浇注等。1)蜡模制造 把熔化成糊状的蜡料压入压型，待冷凝后取出，就得到蜡模。2)制造型壳 将蜡模或蜡模组浸入由水玻璃和石英粉配成的涂料浆
13、中，使涂料均匀地覆盖在蜡模表层，然后在上面均匀地撒一层细石英砂，再放人硬化剂(氯化铵溶液)中硬化结壳。3)熔去蜡模 将包有蜡摸的型壳浸入8595的热水中，使蜡料熔化并从型壳中脱除，从而在型壳中留下型腔。4)焙烧 型壳在浇注前必须在800950下进行焙烧，其目的是去除型壳中的水分、残余蜡料和其他杂质，洁净型腔。5)浇注 为了提高合金的充型能力，防止浇不足、冷隔等缺陷，通常在焙烧后随即就趁热(600700)进行浇注。2.3金属型铸造有何优越性?为什么金属型铸造未能广泛取代砂型铸造?P47金属型铸造的特点1) 金属型造好后，其铸造的工艺过程实际上就是浇注、冷却、取出和清理铸件，从而大大地提高了生产效
14、率，改善了劳动条件，并且易于实现机械化和自动化生产。2)金属型内腔表面光洁，刚度大，因此铸件精度高，表面质量好。3)金属型导热快，铸件冷却速度快，凝固后晶粒细小，从而提高了其力学性能。但是，金属型的制造周期长、成本高，铸造工艺要求较严格，不宜生产大型、薄壁和形状复杂的铸件，铸铁件还容易产生白口组织。2.4 低压铸造的工作原理和压铸有何不同、为何铝合金较常采用低压铸造？低压铸造的压力较低，并且是熔融金属液由下而上压入型腔。因为低压铸造金属液充型平稳，对铸型的冲刷力小，工件的质量高，铝合金密度小，质量较轻，用低压铸造效果更佳。2.5什么是离心铸造? 它在圆筒形铸件的铸造中有哪些优越性?P49离心铸造是将熔融金属浇人高速旋转的铸型中，使其在离心力作用下填充铸型并结晶，从而获得铸件的方法。离心铸造的优点是：1)离心铸造可不用型芯而铸出中空铸件，工艺简单，生产率高，成本低。2)在离心力作用下，提高了金属液的充型能力，金属液自外表面向内表面顺序凝固，因此铸件组织致密，无缩孔、气孔、夹渣等缺陷，力学性能提高。3)便于铸造“双金属”铸件，如制造钢套铜衬滑动轴承。4)不用浇注系统和冒口，金属利用率较高。2.8下列铸件在大批量生产时宜采用什么铸造方法？汽轮机叶片 气缸套 铝活塞 汽车喇叭 缝纫机机架
