热加工材料知识点

第1章

金属材料成形基本原理

铸造是指通过熔炼金属，制造铸型，并将熔融金属注入铸型中使之冷却，凝固后获得具有一定形状和性能的铸件的成型方法。

铸造按照工艺方法的不同，分为砂型铸造和特种铸造。

铸件的凝固方式：逐层凝固方式，糊状凝固方式，中间凝固方式。

金属的铸造性能：是指合金是否易于通过铸造方法成形并获得铸件的能力。它反映的是合金在铸造过程中表现出来的综合性的工艺性能，主要包括合金的流动性，收缩性，偏析性和吸气性等。

合金的流动性的影响因素：1）合金的种类，2）合金的化学成分，3）杂质含量。

合金的充型能力的影响因素：1）合金本身的流动性，2）浇注条件（包括浇注温度，浇注速度和充型压力等因素。）3 )铸型条件（铸型的蓄热能力，铸型温度，铸型中的气体）4）铸件结构。

合金收缩：铸造合金从液态到凝固直至冷却到室温的过程中发生的体积和尺寸减小的现象。收缩分为三个阶段：液态收缩，凝固收缩，固态收缩。

影响合金收缩的因素：1）合金的化学成分，2）浇注温度，3）铸型条件。

最典型的铸件断面组织由三个晶区组成：1）表面细晶区，2）柱状晶区，3）中心等轴晶区。

缩孔的形成：趋向于逐层凝固方式结晶的合金，易产生集中缩孔。

缩松的形成：结晶温度范围宽的合金，趋向于糊状凝固，易形成缩松。

缩孔和缩松的防止：1）合理确定内浇道位置及浇注工艺，2）合理使用冒口，冷铁等工艺措施。

铸造应力：热应力和收缩应力。

热应力的形成：由于铸件壁厚不均匀以及散热条件的差异，不同部位冷却速度不同，由此引起不均衡收缩所造成的应力。

收缩应力的形成：铸件在固态收缩时，因受到铸型，型芯，浇冒口，砂箱等外力的阻碍而产生的应力。

减少和消除铸造应力的方法：使铸件的凝固过程符合同时凝固原则。

铸件的裂纹

热裂：热裂是在凝固后期高温下形成的。

防止热裂的主要措施：1）合理设计铸件结构，2）设法改善铸型和型芯的退让性，3）严格限制钢和铸铁中硫的含量，4）选用收缩性小的合金。

冷裂：冷裂是铸件冷却到低温处于弹性状态时，铸造应力超过合金的抗拉强度而产生的。

防止冷裂的主要措施：减少铸造应力和降低合金的脆性

气孔大致可分为侵入性气孔，析出性气孔和反应性气孔。

防止侵入性气孔的主要措施：1）降低铸型材料的发气量，2）增强铸型的排气能力。

防止析出性气孔的主要措施：1）减少合金在熔炼和浇注时的吸气量，2）对金属液进行除气处理，3）增大铸件的冷却速度，4）使铸件在压力下凝固以阻止气体析出。

防止反应性气孔的主要措施：1）清除冷铁，芯撑表面的锈蚀和油污，2）保持干燥。

金属塑性成形：是利用金属在外力作用下所产生的塑性成形，来获得具有一定形状，尺寸和力学性能的制品的加工方法。

单晶体的塑性变形有两种基本方式：滑移和孪生。

金属塑性变形基本规律：1）体积不变规律，2）最小阻力定律。

冷变形加工件的组织与性能

冷塑性变形后金属组织的特点：1）晶粒变形，2）位错密度增加和晶粒碎化，3）形变织构。

冷塑性变形后金属力学性能的变化：1）各向异性，2）冷变形强化，3）产生残余内应力。

加热对冷变形金属组织与性能的影响：1）回复，2）再结晶：冷变形金属被加热到较高温度时，由于原子扩散能力增强，可使其显微组织发生变化，被拉长的碎化的变形晶粒通过重新生核和生长，又变为均匀的细小的等轴晶粒，同时冷变形强化消失。

改善铸态金属的组织与性能：1）改善铸态金属的组织与性能，2）锻造流线的形成及锻造比。

金属的塑性成形性能：通常用金属的塑性和变形抗力这两个因素来衡量金属塑性加工的成形性能。

影响金属塑性和变形抗力的因素：1）金属本身因素的影响（金属的化学成分，金属的组织结构。）2）变形条件的影响（变形温度，变形速度，变形时的应力状态。）

金属的超塑性：金属在特定的组织1和温度条件下以特定的变形速度变形时，其塑性可比在常态下变形时高出几十甚至几百倍，而变形抗力降低到常态时的几分之一甚至几十分之一。金属这种在特定条件下表现出的超常的塑性变形能力称为超塑性。

超塑性主要可分为结构超塑性和相变超塑性。

焊接是通过加热或加压，或两者并用，使分离的物体在被连接的表面间产生原子结合而连接成一体的成形方法。焊接分为三大类：熔焊，压焊和钎焊。

保证焊缝质量的措施：1）在焊接过程中对熔化金属进行有效的保护，使之与空气隔离，2）对焊接熔池进行脱氧，脱硫，脱磷处理，清除进入熔池中的有害杂质，3）对焊缝金属渗合金，以补偿合金元素的烧损。

熔焊的焊接接头是由焊缝，熔合区和热影响区组成。

焊接接头的冶金缺陷

气孔：焊接气孔的产生是由于熔池金属中的气体在金属冷却结晶前来不及逸出，从而以气泡的形式残留在焊缝金属内部或出现在焊缝表面。

防止气孔的措施：1）焊条和焊剂要烘干，2）严格清除坡口及两侧母材上的水，锈，油，3）采用短弧焊，4）控制焊接速度，5）使熔池中的气体逸出。

热裂纹：热裂纹是在固相线附近的高温下在焊缝金属或焊接热影响区中产生的一种沿晶裂纹。

防止热裂纹的措施：1）限制焊接材料中的低熔点杂质，2）采取工艺措施减小焊接应力，3）调整焊缝化学成分，细化焊缝细粒，减少偏析，4）采用碱性焊条和焊剂，增强脱硫，脱磷能力。

冷裂纹：冷裂纹是焊接接头在室温附近的温度下产生的裂纹。

防止冷裂纹的措施：1）控制焊后冷却速度，2）选用碱性焊条，减少焊缝金属中的氢含量，3）焊条和焊剂在使用前严格烘干，清除坡口及两侧母材的锈，油，水，减少氢的来源，4）采取工艺措施减小焊接应力，5）焊后进行热处理，消除焊接残余应力，促进焊缝中的氢扩散逸出。

焊接应力和变形的产生的根本原因：焊接过程中焊接受到的不均匀局部加热和冷却。

减小焊接应力的措施：1）焊前预热，2）加热减应区，3）选择合理的焊接顺序和方向，4）锤击焊缝。

控制盒减小焊接变形的措施：1）反变形法，2）刚性固定法，3）强迫冷却法，4）采用合理的焊接顺序。

消除焊接应力的方法：1）焊后热处理，2）机械拉伸法。

矫正焊接变形的方法：1）机械矫正法，2）火焰矫正法。

金属焊接性：金属的焊接性是指金属材料在限定的施焊条件下，焊接成形并获得符合设计要求及满足使用要求的焊件的能力。

金属焊接性的影响因素：1）金属的化学成分，2）焊接工艺条件，3）焊件结构，4）使用条件。

金属焊接性的评定方法：1)直接试验法，2）间接评估法。

评定钢的焊接性：（以对冷裂纹的敏感性来评定钢的焊接性的方法。1~碳当量法，2~冷裂纹敏感系数法。）