材料成形技术基础课件第三章

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第3章成形

模壁润滑条件及粉末与模壁的摩擦系数等因素。
压制过程中的力分析—侧压力
• 侧压力与压制压力关系
由广义虎克定律
x

1 E
[ x
v(
y
z )]
0
P侧

v 1 v
P

P
--侧压系数
P侧 0 f () P
• 侧压系数与压坯密度的关系？
压制过程中的力分析—侧压力
压制过程中的力分析—外摩擦力
成形前原料准备—造粒
金属粉末的压制过程
• 模压成形3个工步
金属粉末的压制过程
• 4种送粉方式
金属粉末的压制过程
金属粉末的压制过程
金属粉末的压制过程
金属粉末的压制过程
• 粉末颗粒变形与位移
金属粉末的压制过程
• 压模压制是将置于压模内的松散粉末施加一定的压力后，成为具有一定尺寸、形状和一定密度、强度的压坯。
P摩擦 P
• 外摩擦力（摩擦压力损失）与压制压力的关系
8 H
P模底 Pe D
实验证明常数
• 摩擦压力损失与压坯尺寸的关系
压制过程中的力分析—外摩擦力
• 摩擦力对压制过程及压坯质量的影响 1、压制压力损失 2、压制压力不均匀 3、阻碍粉体的运动
压制过程中的力分析—脱模压力
粉末冶金原理
主讲教师：施钢班级：09材料 2011年9月19日厦门理工学院
第3章011.09.19
3.2 金属粉末的压制过程
3.3 压制压力与压坯密度的关系
3.4 压制过程中力的分析
2011.09.21
3.5 压坯密度及其分布
3.6 成形剂
3.7 压制废品分析

材料成型基本原理-第三章PPT课件

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28
本章小结与习题讨论课
4 液态金属凝固时需要过冷，那么固态金属熔化时是否需要过热？为什么？
5 假设凝固时的临界晶核为立方体形状，求临界形核功。分析在同样过冷度下均匀形核时，球形晶核和立方晶核哪一个更容易成？
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第三节晶核的形成
2 非均匀形核（3）临界形核功计算时利用球冠体积、表面积表达式，结合平衡关系 σlw=σsw+σslcosθ 计算能量变化和临界形核功。 △Gk非/△Gk=(2-3cosθ+cos3θ)/4 a θ=0时，△Gk非＝0，杂质本身即为晶核； b 180>θ>0时, △Gk非<△Gk, 杂质促进形核； cθ=180时，△Gk非＝△Gk，杂质不起作用。
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第四节晶核的长大
3 液体中温度梯度与晶体的长大形态（2）负温度梯度（液体中距液固界面越远，温度越低）粗糙界面：树枝状。光滑界面：树枝状－多面体—台阶状。
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第四节晶核的长大
3 液体中温度梯度与晶体的长大形态（2）负温度梯度（液体中距液固界面越远，温度越低）
©2003 Brooks/Cole, a division of Thomson Learning, Inc. Thomson Learning™ is a trademark used herein under license.
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第六节凝固理论的应用
4 急冷凝固技术（1）非晶金属与合金（2）微晶合金。（3）准晶合金。
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本章小结与习题讨论课
1 试述结晶相变的热力学条件、动力学条件、能量及结构条件。 2 在液态金属中，凡是涌现出的小于临界晶核半径的晶胚都不能成核。

第三章固态材料塑性成形材料成型技术基础

检验锻件
1）绘制锻件图
锻件图是以零件图为基础结合自由锻过程特征绘制的技术资料。锻件图是组织生产过程、制定操作规范、控制和检查产品品质的依据。
锻件图绘制时要考虑的因素：
(1) 敷料敷料是为了简化锻件形状、便于锻造而增添的金属部分。自由锻适宜于锻制形状简单的锻件，对零件上一些较小的凹挡、台阶、凸肩、小孔、斜面和锥面等应进行适当的简化，以减少锻造的困难，提高生产率。 (2) 加工余量自由锻件的精度低、表面品质较差，需再经切削加工才能成为零件，应留足加工余量。锻件加工余量的大小与零件的形状、尺寸、加工精度和表面粗糙度等因素有关，通常自由锻件的加工余量为4～6mm。 (3) 锻件公差锻件名义尺寸的允许变动量。自由锻件的公差一般为±1～±2mm 。
塑性成形应避免在脆性区（蓝脆区与热脆区）加热
2）变形速度
变形速度↑，使金属晶体的临界剪应力升高，断裂强度过早达到，塑性降低；再结晶来不及克服加工硬化，可锻性↓；变形速度↑，变形产生的热效应提高温度，可锻性↑。
3）应力状态塑性变形时，三各方向的压应力的数目越多，则金属表现的塑性越好；拉应力的数目越多，则塑性越差。且同号应力状态下引起的变形抗力大于异号应力状态下的变形抗力。
举例
双联齿轮，批量为10件/月，材料为45钢。
该双联齿轮属小批量生产，采用自由锻。
φ25mm的孔，放加工余量后小于φ20mm，无法锻出。不采用锻孔，该孔由机械加工成形。
退刀槽用敷料。
半径上工余量放3.5mm，高度上工余量放3mm。
锻件公差取±1mm。
2）坯料尺寸计算
坯料质量可按下式计算： G坯料=G锻件+G烧损+G料头式中 G烧损——加热时坯料表面氧化烧损的质量(通常第一次加热取被加热金属的2%～ 3%，以后各次加热取1.5%～2%) G料头——锻造中被切掉或冲掉的那部分金属质量

材料成形技术基础课件

第一章绪论1.1 材料成形技术过程形态学模型简介1）产品——产品技术――“做什么”――设计过程――过程技术――“怎么做”――工艺2）成形过程可概括地定义为加工工件材料性能的变化，包括几何形状、硬度、状态、信息（形状数据）等的变化。

任何一种机械产品产生性能变化都是材料、能量、信息三个基本要素方面的变化。

本书主要讨论材料的加工过程以及加工过程中材料的性能变化和几何形状的改变，或两者兼有之。

材料过程分为：贯通过程――质量不变过程；发散过程――质量减少过程；收敛过程――质量增加过程；能量过程分为：模具系统（或工具系统）――描述能量是如何加于加工工件材料（或传递能量与传递信息）的传递媒体设备系统――描述设备提供的能量特点和所用能量的种类信息过程分为：形状信息过程――最终形状信息可看成为加工工件材料初始形状信息与制造过程中所施加的形状变化信息之和性能信息过程（如强度、硬度）――是材料初始性能信息过程和通过各种过程材料产生的性能变化之和1.2 现代制造过程分类1）质量不变过程加工材料在过程初始时的质量等于或近似等于加工材料在过程结束时的最后质量，也就是说材料在一定的受控条件下改变了几何形状。

质量不变过程大体可分为三个典型阶段：第一阶段，如加热、熔化等，它是由一些使加工件材料形状或性能发生初步变化而处于适当状态的基本过程组成；第二阶段，由一些产生要求加工工件形状或性能变化的基本过程组成，如铸造、锻压等；第三阶段，由一些使加工件处于指定最终状态的基本过程组成，如凝固等。

其中第二阶段的基本过程是主要基本过程。

质量不变过程主要包含：凝固成形、塑性成形、粉末压制等。

2）质量减少过程质量减少过程的特点是零件最终的几何形状局限在材料的初始几何形状内。

也就是说，形状改变是通过去除一部分材料形成的。

质量减少过程主要包含：切削加工、电火花加工、等离子弧切割、火焰切割，电解加工等。

3）质量增加过程质量增加过程的特征是加工材料在过程开始时的质量比过程结束时的最终质量有所增加。

《材料成形技术基础》PPT课件

利用泡沫塑料模样进行铸造，由于浇注时高温金属液进入后，模样迅速气化、燃烧而消失，模样位置由金属液逐步充填，冷却凝固形成铸件。这种铸型呈实体，不存有空腔，故称又实型铸造。
B、特点
无分型面、工序简单、形状复杂、适应各种材料、成本低。
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铸造方法比较项目
砂型铸造
熔模铸造
金属型铸造
10
三、收缩性
1、收缩三阶段液态－凝固－固态
液面下降收缩 2、影响因素
A、合金种类（灰铸铁－铝合金－铜合金－铸钢） B、温度：温差 C、形状：冷却速度、铸型阻碍
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四、缩孔的形成与防止
1、形成铸件壁断面上，在内切圆直径最大处或等温线未必然穿过性的－区－域将壳最、后凝体固积，该减区少域称、为补“热充节”
材料成形技术基础
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1
一、金属材料成形的分类（热）
1、液态成形
（铸造）－熔融状态（高温）的金属进
入特定材料预先形成的空（型）腔，冷却后取出。
2、固态成形
（锻造）－固态金属在一定温度下，借助外力产生所需（形状）的塑性变形。
冷冲压。
3、连接成形
（焊接）－两部分固态金属局部融化
（局部高温）后融合成一部分。
滑移：在剪应力的作用下，晶格发生位错。
多晶体位错滑移
晶界处位错堆积，碎晶、亚晶产生，
晶格畸变
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2、塑性变形对金属组织的影响 A、冷变形强化
由于畸变严重，硬度、强度加大，塑性明显下降，使得塑变抗力加大，进一步变形困难
B、残余应力变形不一致引起。
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材料成型概论第三章轧制成型2

轧机（钢球轧机、环形件轧机） ❖ 初轧机、型钢轧机以轧辊的名义直径表示型号（命名）。 ❖ 板带钢轧机以轧辊辊身长度表示型号（命名）。 ❖ 钢管轧机以其所轧制的钢管最大外径表示型号(命名)。 ❖ 特种轧机轧制车轮、轮箍、钢球、齿轮、轴承环等
轧机按轧辊装配形式分类
按轧辊的数目、放置、大小来区分轧机的基本型式为：表3－2
3.4.1 轧钢生产系统
轧钢生产工艺过程：由钢锭或钢坯轧成具有一定规格和性能的钢材的一系列加工工序的组合。
❖ 在提高质量和产量的同时，力求降低成本是制定轧钢生产工艺过程的总任务和总依据。
❖ 碳素钢和合金钢的基本典型生产工艺过程如下图所示。
3.4.1 轧钢生产系统
轧钢生产工艺过程总包括六大工序：热轧工艺系统—— 坯料准备→加热→轧制→冷却→精整→验收入库冷轧工艺系统—— 坯料准备→酸洗→轧制→退火→精整→验收入库
材料也比较稀贵，产量不大而产品种类繁多。 ❖ 常属中型或小型的型钢生产系统或混合生产系统。
❖ 各种轧钢生产系统组成见下表。
3.4.1 轧钢生产系统
轧材生产系统的发展： ❖ 向大型化、连续化、自动化方向发展。 ❖ 工艺流程经历了“长流程”到“短流程”的发展过
程。 ❖ 目前“长流程”和“短流程”共存。 ❖ 长流程主要吃铁水，短流程主要吃废钢。
❖ 采用连铸板坯作为轧制板带钢的原料是今后发展的必然趋势。
3.4.1 轧钢生产系统
型钢生产系统热轧线材、热轧棒材、热轧H型钢、热轧型钢
❖ 型钢生产系统的规模往往不很大，就规模而言可分为大型、中型和小型三种生产系统。
❖ 年产100万t以上的称大型生产系统；年产30～ 100万t称中型生产系统；年产30万t以下的称小型生产系统。

材料成型技术基础课件

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d. 提高铸型和型芯的退让性；浇注后尽早开型 e. 提高铸型温度 f. 去应力退火
(2)变形 ①变形方向
受拉部位趋于缩短；受压部位趋于伸长例如：T形梁平板件
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②防止措施 a. 反变形法。例如：床身铸件 b. 设置工艺筋
c. 去应力退火或自然时效
反变形量
(3)铸件的裂纹 ①热裂 a. 特征：裂纹短、形状曲折、缝隙宽、缝内呈氧化色 b. 影响因素：合金性质和铸型阻力
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c. 防止措施选择结晶温度范围窄、收缩率小的合金合理设计铸件结构改善砂型和砂芯的退让性严格限制钢和铸铁中硫的含量 ②冷裂 a. 特征：裂缝细小，表面光滑，呈连续圆滑曲线或直线状，有金属光泽或呈轻微氧化色 b. 防止措施
减小铸造应力或降低合金的脆性
严格控制钢和铸铁中磷的质量分数
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由于铸件壁厚不均匀，各部分冷却速度不同，以致在同一时期内铸件各部分收缩不一致而引起的应力 a. 形成机理 b. 应力分布规律厚壁或心部—拉应力; 薄壁或表层—压应力
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c. 应力大小 ②机械应力
铸件壁厚差愈大合金的线收缩率愈高弹性模量愈大
热应力愈大
上型
铸件因收缩受到铸型、型芯及浇注系统的机械阻碍而产生的应力特点：拉应力或剪切应力；临时应力 ③减小和消除应力的措施 a. 铸件壁厚尽量均匀 b. 尽量选用线收缩率小、弹性模量小的合金
返回
糊状（体积）凝固方式；液态收缩+凝固收缩＞固态收缩
(4)缩孔防止措施 ①“定向（顺序）凝固”。安放冒口定向凝固特点：有效地消除缩孔、缩松；
铸件易产生内应力、变形和裂纹；
工艺出品率低；切削费工应用：用于收缩较大、凝固温度范围较小的合金。如铸钢、高牌号的灰铸铁、铝青铜等铸件

工程材料及成型技术基础第3章金属的塑性变形

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吊钩内部的纤维组织（左：合理；右：不合理，应使纤维流线方向与零件工作时所受的最大拉应力的方向一致）
43
3）热加工常会使复相合金中的各个相沿着加工变形方向交替地呈带状分布，称为带状组织。带状组织会使金属材料的力学性能产生方向性，特别是横向塑性和韧性明显降低。一般带状组织可以通过正火来消除。
滑移面 +
滑移方向
=
滑移系
原子排列密度最大的晶面
滑移面和该面上的一个滑移方向
三种典型金属晶格的滑移系
晶格滑移面 {110}
体心立方晶格 {111} {110}
面心立方晶格
密排六方晶格
{111}
滑移方向
滑移系
6个滑移面
×
2个滑移方向
=
12个滑移系
BCC
4个滑移面
×
3个滑移方向
=
12个滑移系
35
这是因为此时的变形量较小，形成的再结晶核心较少。当变形度大于临界变形度后,则随着变形度的增大晶粒逐渐细化。当变形度和退火保温时间一定时，再结晶退火温度越高，再结晶后的晶粒越粗大。
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再结晶晶粒大小随加热温度增加而增加。
临界变形度处的再结晶晶粒特别粗大
变形度大于临界变形度后,随着变形度的增大晶粒逐渐细化
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(2) 出现纤维组织在热加工过程中铸态金属的偏析、夹杂物、第二相、晶界等逐渐沿变形方向延展，在宏观工件上勾画出一个个线条，这种组织也称为纤维组织。纤维组织的出现使金属呈现各向异性，顺着纤维方向强度高，而在垂直于纤维的方向上强度较低。在制订热加工工艺时，要尽可能使纤维流线方向与零件工作时所受的最大拉应力的方向一致。

材料成形技术基础第3章

位错是晶体中的线缺陷，实际晶体结构的滑移就是通过位错运动来实现的。滑移的结果使大量原子逐步地从一个稳定位置移到另一个稳定位置，产生宏观的塑性变形。
材料成形技术基础
一般地，滑移总是沿着原子密度最大的晶面和晶向发生。
(2) 孪生
在剪应力作用下，晶体的一部分沿着一定的晶面(称为孪生面)和一定的晶向(称‍为孪生方向) 发生均匀切变。孪生变形后，晶体的变形部分与未变形部分构成了镜面对称关系。
又从每个晶粒的应变分布来看，细晶粒晶界的影响区域相对较大，使得晶粒心部的应变和晶界处的应变差异减少，由于细晶粒金属的变形不均匀性较小，由此引起的应力集中必然也较小，内应力分布较均匀，因而金属断裂前可承受的塑性变形量较大。
材料成形技术基础
三、冷塑性变形对金属组织和性能的影响‍ 除了在晶粒内部出现滑移带和孪生带等组织特征外，
材料成形技术基础
在冷态变形条件下，多晶体的塑性变形主要是晶内变形，晶间变形只起次要作用，而且需要有其它变形机制相协调。
这是由于晶界强度高于晶内，各晶粒相互接触形成犬牙交错状态，造成对晶界滑移的机械阻碍作用。如果发生晶界变形，容易引起晶界结构的破坏和产生裂纹，因此晶间变形量只能是很小的。
材料成形技术基础
材料成形技术基础
材料成形技术基础
2．晶间变形
晶间变形的主要方式是晶粒之间相互滑动和转动。 ‍ 多晶体受力变形时，沿晶界处可能产生剪切应力，当此剪切应力足以克服晶粒彼此间相对滑动的阻力时，便发生相对滑动；另外，由于各晶粒所处位向不同，其变形情况及难易程度亦不同，这样，在相邻晶粒间必然引起力的相互作用而可能产生一对力偶，造成晶粒间的相互转动。
材料成形技术基础
塑性变形的特点

工程材料及其成形技术基础(1-5章)ppt课件

工程材料及其成形技术基础
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绪论
1 本课程的性质
本课程是研究材料及其成形方法的技术基础课。它是机械类及近机类各专业必修的一门课程。
2 学习目的
(1)获得常用工程材料及各类成形方法和加工工艺知识，能合理地选材、正确地制定材料的加工程序。
(2)初步了解与本科程有关的新技术、新材料和新工艺，为学习其它相关课程及以后从事机械设计和加工制造方面的工作奠定必要的理论基础。
化学
金属材料
合金钢
成分
轻有色金属
分类
有色金属重有色金属
机
塑料
稀有金属
械
有机高分子材料合成橡胶
工
合成纤维
程
有机胶粘剂及涂料
材
陶瓷材料
硅酸盐材料
料
新型陶瓷
复合材料
非金属基复合材料金属基复合材料 .
机械工程材料
功能分类
结构材料：用于制造实现运动和传递动力的零件功能材料：用于制造实现其他功能的零件的材料
S0——试样原始横截面积（mm2 ）。
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4 塑性
即断裂前材料发生不可逆永久变形的能力。常用的塑性判据是伸长率和断面收缩率。
.
（1）伸长率即试样拉断后标距的伸长与原始标距的百分比。
δ=(L1 - L0)/ L0 ×100%
式中ห้องสมุดไป่ตู้
δ——伸长率（%）； L1——试样拉断后标距（mm)； L0 ——试样原始标距（mm)。
σs=Fs/S0
式中
σs——屈服点（ MPa ）； Fs——试样开始产生屈服现象时的（N）； S0——试样原始横.截面积（ mm2）。
(2) 抗拉强度：即试样拉断前承受的最大标称拉应力。

锻造生产-材料成形技术基础

第3章锻压3.1 锻压基础3.2 锻造方法3.3 工艺设计3.4 锻造的结构工艺性3.5 塑性成形新发展返回塑性成形：指固态金属在外力作用下产生塑性变形，获得所需形状、尺寸及力学性能的毛坯或零件的加工方法。

具有较好塑性的材料如钢和有色金属及其合金均可在冷态或热态下进行塑性成形加工。

塑性成形加工的特点：优点：1）改善金属的组织，提高金属的力学性能；2）节约金属材料和切削加工工时，提高金属材料的利用率和经济效益；3）具有较高的劳动生产率。

4）适应性广。

缺点：1）锻件的结构工艺性要求较高，内腔复杂零件难以锻造；2）锻造毛坯的尺寸精度不高，一般需切削加工；3）需重型机器设备和较复杂模具，设备费用与周期长；4）生产现场劳动条件较差。

常用塑性成形加工方法有：1）自由锻造；2）模型锻造；3）挤压；4）拉拔；5）轧锻；6）板料冲压。

如图3-1所示。

塑性成形主要用于主轴、曲轴、连杆、齿轮、叶轮、炮筒、枪管、吊钩、飞机和汽车零件等力学性能要求高的重要零部件。

返回文档图3-1各种塑性成形方法第1节理论基础3.1.1 塑性成形的实质3.1.2 冷变形强化与再结晶3.1.3 锻造比与锻造流线3.1.4 塑性成形基本规律3.1.5 金属的锻造性能3.1.1塑性成形的实质具有一定塑性的金属坯料在外力作用下，当内应力达到一定的条件，就会发生塑性变形；由于金属材料都是晶体，故要说明塑性变形的实质，必须从其晶体结构来说明。

1.单晶体的塑性变形单晶体的塑性变形有两种方式：滑移变形和孪晶变形。

1）滑移变形：晶体内的一部分相对另一部分，沿原子排列紧密的晶面作相对滑动。

其变形过程如图3-2所示。

晶体在晶面上的滑移，是通过位错的不断运动来实现的。

如图3-3所示。

当很多晶面同时滑移积累起来就形成滑移带，如图3-4所示，形成可见的变形。

2）孪晶。

晶体在外力作用下，晶体内一部分原子晶格相对于另一部分原子晶格发生转动。

如图3-5所示。

2.多晶体的塑性变形多晶体是由大量的大小、形状、晶格排列位向各不相同的晶粒所组成，故它的塑性变形很复杂，可分为晶内变形和晶间变形。