材料成型工艺基础(第三版) 第9章
材料成型工艺教学大纲
材料成型工艺MaterialFormingTechnology课程编号：07310060学分：6学时：90(其中：讲课学时：78实验学时：12上机学时：0)先修课程：材料成型原理、金属学及热处理、机械设计基础适用专业：材料成型及控制工程教材：《金属材料液态成型工艺》贾志宏编化学工业出版社2008年2月第1版《金属材料焊接工艺》雷玉成主编化学工业出版社，2006年8月第1版《冲压工艺与模具设计》牟林、胡建华主编.北京大学出版社2010年3月第2版开课学院：材料科学与工程学院一、课程的性质与任务：本课程是材料成型与控制工程专业的一门主要专业基础课。
本课程的任务是掌握金属液态成型工艺的方法、金属板料成形技术、焊接电弧及焊接方法等三大部分知识。
通过本课程的学习，了解常见的液态成型、板料成形、焊接工艺方法。
为学习有关专业课程、从事生产技术工作和管理工作打好热加工工艺知识基础；了解热加工的新工艺、新技术、新方法和发展趋势。
二、课程的基本内容及要求第一篇液态成型工艺绪论1基本内容金属液态成型工艺发展历史，液态成型工艺流程。
2教学要求了解铸造产业的发展概况；了解铸造生产的基本流程和工艺种类。
3重难点液态成型工艺的基本类型、流程及发展趋势。
第一章零件结构的铸造工艺性分析1基本内容(1)常用铸造方法的选择；(2)砂型铸造零件结构的工艺性分析；(3)特种铸造零件结构的工艺性分析。
2教学要求(1)了解各种铸造方法的特点；熟悉铸造方法选用的依据(2)掌握砂型铸造零件结构的工艺性分析方法；(3)熟悉特种铸造零件结构的工艺性分析方法。
3重难点铸造工艺性分析的方法和思路。
第二章砂型铸造工艺方案的确定1基本内容(1)工艺设计内容及流程；(2)砂型铸造工艺方案确定的基本原理；2教学要求(1)熟悉铸造工艺设计的依据、内容及流程；(2)掌握砂型铸造工艺方案制定的原理及方法。
3重难点(1)生产纲领、生产条件对工艺方案制定的影响；(2)分型面及浇注位置的确定。
《材料成型基本原理》刘全坤版 第九章 答案
第九章液态金属的净化与精炼1、何谓沉淀脱氧？试述生产中常用的几种沉淀脱氧反应。
答：（1）沉淀脱氧是指溶解于液态金属中的脱氧剂直接和熔池中的[FeO]起作用，使其转化为不溶于液态金属的氧化物，并析出转入熔渣的一种脱氧方式。
（2）生产中几种常用的沉淀脱氧反应：a 锰的脱氧反应，[Mn]+[FeO]=[Fe]+(MnO)b 硅的脱氧反应，[Si]+2[FeO]=2[Fe]+(SiO2)c 硅锰联合脱氧反应。
2、试述铸造与焊接冶金工艺中常用的脱氧方式及特点。
答：（1）先期脱氧熔焊过程中先期脱氧的特点是脱氧过程和脱氧产物与高温的液态金属不发生直接关系，脱氧产物直接参与造渣。
而在一般的熔炼钢铁炉中，也存在硅和锰等元素与炉气中的氧化性气体发生反应，生成的氧化物进入熔渣，但此时并不是有目的地为了脱氧。
（2）沉淀脱氧这种方法的优点是脱氧速度快，脱氧彻底。
但脱氧产物不能清除时将增加金属液中杂质的含量。
（3）扩散脱氧这种方法的优点是脱氧产物留在熔渣中，液态金属不会因脱氧而造成夹杂。
缺点是扩散过程进行的缓慢，脱氧时间长。
（4）真空脱氧在一般真空处理条件下，碳只能起到部分脱氧的作用，尽管如此，用碳脱氧，脱氧产物不留在钢液中，所以对提高钢液质量有明显的效用。
3、从冶金反应动力学角度分析熔渣粘度过大或过小所带来的问题。
答：（1）扩散脱氧是在熔渣中加入脱氧剂，使脱氧元素与熔渣中的氧化亚铁起作用而达到间接脱去钢液中氧化亚铁的目的。
如果熔渣粘度过大，不利于钢液中氧化亚铁向熔渣中扩散，从而影响脱氧效果。
（2）熔渣脱硫的原理与扩散脱氧相似，其反应也包括有扩散过程。
如果熔渣粘度过大，不容易传输，不利于脱硫反应进行。
（3）脱磷反应是在熔渣与钢液界面上进行的。
随着反应的进行，界面处的CaO和FeO 因反应而消耗，浓度减低，必然会引起渣层上方的CaO和FeO向界面传输。
与此同时，反应生成的磷酸钙在界面处浓度增高，必然会向渣层上方传输。
熔渣粘度过大，不利于这些传输过程的进行，因而脱磷效果降低。
材料成型基础9
另外还有包括内、外表面、重要轴面的同轴 度、圆的径向跳动、重要端面对轴心线的垂直度、 端面间的平行度等的相互位置精度要求等。同时 轴的加工表面都有粗糙度的要求，一般根据加工 的可能性和经济性来确定。支承轴颈常为0.2～
设备 车床
车床 车床 车床 铣床
⑤工位：为完成一定的工序内容，一次装夹工 件后，工件（或装配单元）与夹具或设备的可 动部分一起相对刀具或设备固定部分所占据的 每一个位置，称为工位。
如果一个工序只有一个安装，并且该安装中只 有一个工位，则工序内容就是安装内容，同时 也就是工位内容。
多工位加工
（3）生产类型 根据工厂（或生产车间）生产专业化程度的不同，按照产品 的大小、特点、生产计划及其投入生产的连续性，将生产分为 三种生产类型： ①单件生产：单个地生产某个零件，很少重复地生产。 ②成批生产：成批地制造相同零件的生产，呈周期性重复。 ③大量生产：产品的制造数量很大，大多数工作地点经常是 重复进行一种零件的某一工序的生产。如轴承、螺栓等的生产。
为合理的工艺过程和操作方法，按照规定的形式书写 成工艺文件，用来指导生产。
一般包括以下内容：工件加工的工艺路线、各工 序的具体内容及所用的设备和工艺装备、工件的检验 项目及检验方法、切削用量、时间定额等。
一个良好的工艺规程应满足零件的全部技术要求， 并且要求生产率高、生产成本低、劳动条件好。
2．制定工艺规程的步骤
一次安装完成多个工位的例子：
多工位安装
图中共有4个工位，工位1：装卸工件，工位2： 钻孔工位3扩孔工位4和铰孔，
②工步 在一个工位中，加工表面、切削刀具、切削
速度和进给量都不变的情况下所完成的加工，称 为一个工步。
材料成型工艺基础.docx
绪论材料成形：所有利用物理、化学、冶金原理使材料成形的方法，称之为材料成形加工工艺。
一、材料与材料科学材料是用来制作有用器件的物质，是人类生产和生活所必须的物质基础。
历史学家把人类社会的发展按其使用的材料类型划分为石器时代、青铜时代、铁器时代，而今正处于人工合成材料的新时代。
材料科学的研究内容材料科学是研究各种固体材料的成分、组织、性能和应用之间关系及其变化规律的科学，它包括四个基本要素：材料的合成与制备，成分与组织结构，材料性能和使用性能。
材料的分类按化学成分：金属材料：钢、铸铁、铜、铝等高分子材料：塑料、橡胶、胶粘剂、纤维材料等陶瓷材料复合材料金属材料是怎么得到的呢？冶炼---- 把金属从矿石中提炼出来，这个过程就叫金属的冶炼。
材料新技术芯片光纤超导材料二、材料成形技术1、课程性质材料成形基础是一门研究常用工程材料坯件及机器零件成型工艺原理的综合性技术基础学科。
2、材料成形加工在国民经济中的地位材料成形加工在工业生产的各个部门和行业都有应用，尤其对于制造业来说更是具有举足轻重的作用。
制造业是指所有生产和装配制成品的企业群体的总称，包括机械制造、运输工具制造、电气设备、仪器仪表、食品工业、服装、家具、化工、建材、冶金等，它在整个国民经济中占有很大的比重。
统计资料显示，在我国，近年来制造业占国民生产总值GDP的比例已超过35%。
同时，制造业的产品还广泛地应用于国民经济的诸多其他行业，对这些行业的运行产生着不可忽视的影响。
因此，作为制造业的一项基础的和主要的生产技术，材料成形加工在国民经济中占有十分重要的地位，并且在一定程度上代表着一个国家的工业和科技发展水平。
通过下面列举的数据，可以帮助我们真切、具体地了解到成形加工对制造业和国民经济的影响。
据统计，占全世界总产量将近一半的钢材是通过焊接制成构件或产品后投入使用的；在机床和通用机械中铸件质量占70~80%，农业机械中铸件质量占40~70%；汽车中铸件质量占约20%，锻压件质量约占70%；飞机上的锻压件质量约占85%；发电设备中的主要零件如主轴、叶轮、转子等均为锻件制成；家用电器和通信产品中60~80%的零部件是冲压件和塑料成形件。
材料成型工艺基础
材料成型工艺基础1.合金的铸造型:是指合金在铸造过程中获得尺寸精度，结构完整的铸件的能力，主要包括合金的流动7板料冲压:金属板料在冲模之间受压产生分离或变形的成形工艺称为冲压。
性，收缩性，吸气性以及成分偏析倾向性等性能。
8加工硬化:随变形程度的增加，金属的强度及硬度提高，而塑性和韧性下降，这种现象称为加工硬化。
2.合金收缩的三个阶段为:液态收缩，凝固收缩，固态收缩阶段。
9冷变形:变形温度低于再结晶温度时，金属在变形过程中只有加工硬化而无再结晶现象，变形后的金3.影响合金收缩的因素:化学成分;浇注温度;铸件结构和铸型条件。
4.机械应力:是铸件的固态收缩属只具有加工硬化组织，这种变形称为冷变形。
受到铸型或型芯的机械阻碍而形成的内应力。
10热变形:变形温度在再结晶温度以上时，金属变形产生的加工硬化组织会随金属的再结晶而消失，5.按照气体的来源，气孔可以分为侵入气孔，析出气孔和反应气孔。
变形后的金属具有细而均匀的再结晶等轴晶粒组织而无任何加工硬化痕迹，这种变形称为热变形。
11最小阻尼定律:金属受外力作用发生塑性变形时，如果金属质点在几个方向上都可流动，那么，金1.炼铁的三个反应:还原反应，造渣反应和渗碳反应。
属质点就优先沿着阻力最小的方向流动，这就叫做最小阻力定律。
2.铸铁的分类:按碳存在的形态不同可分为:白口铸铁，灰铸铁及麻口铸铁;按石墨形态不同可分为:12金属材料经受压力加工而产生塑性变形的工艺性能，常用金属的锻造性来衡量。
金属的锻造性好，灰铸铁，蠕墨铸铁，可锻铸铁及球墨铸铁;按金属基体不同可分为铁素体铸铁，珠光体铸铁及铁素体说明该金属宜用压力加工方法成形;金属的锻造性差，说明该金属不宜用压力加工方法成形。
锻造性与珠光体混合基体铸铁;另外加入合金元素，使其具有特殊性能的铸铁称为合金铸铁。
的优劣是以金属的塑性和变形抗力来综合评定的。
3.什么是石墨化，影响石墨化的因素是什么? 13什么是塑性，影响金属铸造性的因素是什么, 石墨化:铸铁中的碳以石墨析出和聚集的过程称为石墨化。
材料成形基本原理3版-合工大第9章答案
第九章液态金属与气相的相互作用1.焊接和铸造过程中的气体来源于何处？它们是如何产生的？答：（1）焊接区内的气体：主要来源于焊接材料，如焊条药皮、焊剂及药芯焊丝中的造气剂，高价氧化物和水分等；焊材表面和母材坡口的油污、油漆、铁锈、水分，空气中的气体、水分，保护气体及其杂质气体；焊接区的气体还通过一些物理化学反应，有机物的分解和燃烧，碳酸盐和高价氧化物的分解，材料的蒸发。
（2）铸造过程中的气体：熔炼过程，气体主要来自各种炉料、炉气、炉衬、工具、熔剂及周围气氛中的水分、氮、氧、氢、CO2、CO、SO2和有机物燃烧产生的碳氢化合物等。
来自铸型中的气体主要是型砂中的水分。
浇注过程，浇包未烘干，铸型浇注系统设计不当，铸型透气性差，浇注速度控制不当，型腔内的气体不能及时排除等，都会使气体进入液态金属。
2. 气体是如何溶解到金属中的？电弧焊条件下，氮和氢的溶解过程一样吗？答：（1）气体在高温下可以分子，原子或离子状态存在，原子或离子状态的气体可直接融入液态金属，而分子状态的气体必须分解为原子或离子状态，才能溶解到液态金属中，气体无论以何种方式向金属中溶解，都要先趋近于表面上，然后以吸附，分解和扩散，而分解和吸附的先后顺序取决于气体的性质。
（2）电弧焊条件下，氮和氢的溶解过程不一样，氢在高温时分解度较大，电弧温度下可完全分解为原子氢，其溶解过程为分解—吸附—溶入。
在电弧气氛中，氮以分子形式存在，其溶解过程为吸附—分解—溶入。
3.哪些因素影响气体在金属中的溶解度，其影响因素如何？答：气体在金属中的溶解度与压力，温度，合金成分等因素有关：（1）当温度一定时，双原子的溶解度与其分压的平方根成正比（2）当压力一定时，溶解度与温度的关系决定于溶解反应类型，气体溶解过程为吸热反应时，△H为正值，溶解度随温度的升高而增加；金属吸收气体为放热反应时，△H为负值，溶解度随温度的上升而降低。
（3）合金成分对溶解度的影响：液态金属中加入能提高气体含量的合金元素，可提高气体的溶解度；若加入的合金元素能与气体形成稳定的化合物（即氮、氢、氧化合物），则可降低气体的溶解度。
工程材料及成形工艺 第3版 第9章 铸造
9.1 铸造工艺基础 9.2 砂型铸造 9.3 铸造工艺 9.4 铸件的结构工艺性 9.5 特种铸造
9.1 铸造工艺基础
9.1.1 铸造概念
将液态合金浇注到与零件形状、尺寸相适应的
铸型空腔中，待其冷却凝固，以获得毛坯或零件的
生产方法称为铸造。
铸造的基本过程：
液态 金属
充型
凝固 收缩
铸件
哇，铸造真简单！！
与其它成型方法相比，铸造在机器制造业中应用极其广 泛。在机床、内燃机、重型机器中，铸件重量占70～90%；在 风机、压缩机中铸件重量占60～80%；在农业机械中铸件占 40～70%；在汽车中铸件占20～30%。
铸造具有如下优点：
1.适于复杂零件：适于用来生产复杂外形复杂内腔的 零件。
9.1.2 合金的铸造性能
1 合金的流动性
流动性是液态金属充满铸型型腔， 获得形状完整、轮廓清晰铸件的基本条 件。流动性好的合金，充型能力强，流 动性差的合金，充型能力差。如果金属 的流动性不足，则会在金属液还未充满 铸型前就停止了流动，使铸件产生浇注
不足或冷隔缺陷。
影响流动性的因素主要有： （1）合金的成分（2）浇注条件 （3）铸型条件 （4）铸件结构
机 器 造 型
过 程
水 管 接 头
下 型 的
3、砂芯制造
砂芯的主要作用是形成铸 件的内腔，有时也形成铸件的 局部外形。砂芯用芯盒制造。
刷涂料：提高耐高温性， 防止粘砂。
烘干：提高强度和透气性。
4、合 型
将上型、下型、砂芯 组合在一起的过程称为合 型，又称合箱。
合型工作包括： ①铸型的检查； 压铁 ②下芯； ③合上下型； ④上、下型的定位； ⑤铸型的紧固。
刘祥顺-建筑材料-第三版课后练习思考题答案
刘祥顺-建筑材料-第三版课后练习思考题答案第五章 建筑砂浆1、何谓建筑砂浆？砂浆与混凝土相比有何异同点？答：砂浆是以胶凝材料、细骨料、掺加料和水等为主要原材料进行拌合，硬化后具有强度的工程材料。
同：原料中都包含水、水泥、砂子；都有一定的配比要求；都是建筑用材料异：混凝土的主要骨料是石子，砂浆主要骨料是砂子；混凝土用于建筑结构，砂子用于砌筑、抹面。
2、砂浆拌合物的和易性包括那些内容？砂浆的保水性不良，对其质量有何影响？采取哪些措施可提高砂浆的保水性？答：包括流动性、稳定性。
砂浆容易泌水、分层活水分流失过快，不便于施工，不能保证工程质量。
措施：加大胶结材料的数量；参入适量的掺合料；采用较细砂并加大掺量。
3、根据砌筑砂浆强度公式，是否说明砂浆强度不遵循水灰比规律？为什么？答：是的，砌筑砂浆的强度主要取决于水泥的强度及水泥的用量，而与拌合水量无关，所以跟水灰比也无关。
4、为什么水泥石灰混合砂浆在砌筑工程中能得到广泛应用？答：水泥石灰混合砂浆具有良好的和易性，硬化后的抗压强度高，耐久性好。
5、某砌砖工程采用M5.0等级的水泥石灰混合砂浆，稠度要求80—100mm。
现有强度等级32.5级矿渣水泥；中砂，堆积密度为1460kg/m³，现场砂含水率为2.5%；石灰膏稠度100mm；施工水平：一般，试求该砂浆的配合比。
答：5+0.645X1.25=5.8625MPaA=3.03 B=-15.09F=1000（5.8625+15.09）/（3.03 X 32.5）第六章烧土及熔融制品1、烧结普通砖有哪些品种？如何表示？答：烧结黏土砖N，烧结页岩砖Y，烧结煤矸砖M，烧结粉煤灰砖F2、欠火砖与过火砖有何特征？红砖与青砖有何差别？答：欠火砖色浅、断面包心（黑心或白心）、敲击声哑、孔隙率大、强度低、耐久性差。
过火砖色教深、敲击声脆、教密实、强度高、耐久性好，但容易出现变形砖（酥砖或螺纹砖）红砖中含有高价氧化铁，青砖中含有低价的氧化铁；青砖比红砖结实、耐用，青砖价格比红砖高。
材料成型基础相关教材
工程材料成形工艺(也称为材料成形技术； 传统名称－金属工艺学；简称：金工)：
即从选择材料到毛坯或成品的成形工艺。
通过本课的学习，可以了解掌握常用工程材 料及其成形工艺的基础知识。
材料社会进步的物质基础与先导，是人类进 步的里程碑。而任何材料在被制造成有用物品( 无论是生活用品或是生产工具等)的过程中，都
在成形技术的发展中，中华民族对此做出过
材料成形基础－绪
2
极其重大的贡献。
我国在原始社会后期开始有陶器，在仰韶文 化和龙山文化时期制陶技术已相当成熟。
我国是世界上应用铜、铁最早的国家，远在 4000年前就已经开始使用铜合金，至商周时代(公 元前16世纪一公元前8世纪)达到了青铜文化的鼎 盛时期。
公元前六七世纪的春秋时期，我国已开始使 用铁器，这比欧洲国家早了1800多年。战国时期, 我国就发明了炼钢技术，创造了多种在当时比较
24
材料成形基础－绪
永乐大钟通高5.5米，口径3.3 米，重约46吨，以“五绝”荣获 “钟王”之誉：
1.形大量重、历史悠久、历 史内涵最为丰富；
2.钟身内外整齐地铸有23万 多字的汉文、梵文佛经铭文，是 铭文字数最多的大钟；
3.有世界第一流的声学特性, 轻击，圆润、深沉，重击，纯厚 、洪亮,钟声悠雅感人,益寿延年, 钟声可传40～50公里；
据统计，2000年全球汽车用材总质量的65％
由钢材(约45％)、铝合金(约13％)及铸铁(约7％)通
过锻压、焊接和铸造成形，并通过热处理及表面
改性获得最终所需的实用性能。
材料成形基础－绪
13
二.本课程的学习要求
本课程是机械类专业的（技术基础课）主干 课程之一。
同学们在学完本课程之后，应达到以下基本 要求：
材料成型工艺基础习题解答
第一章金属材料与热处理1、常用的力学性能有哪些？各性能的常用指标是什么？答：刚度：弹性模量E强度：屈服强度和抗拉强度塑性：断后伸长率和断面收缩率硬度：冲击韧性：疲劳强度：2、4、金属结晶过程中采用哪些措施可以使其晶粒细化？为什么？答：过冷细化：采用提高金属的冷却速度，增大过冷度细化晶粒。
变质处理：在生产中有意向液态金属中加入多种难溶质点（变质剂），促使其非自发形核，以提高形核率，抑制晶核长大速度，从而细化晶粒。
7、9、什么是热处理？钢热处理的目的是什么？答：热处理：将金属材料或合金在固态范围内采用适当的方法进行加热、保温和冷却，以改变其组织，从而获得所需要性能的一种工艺。
热处理的目的：强化金属材料，充分发挥钢材的潜力，提高或改善工件的使用性能和加工工艺性，并且可以提高加工质量、延长工件和刀具使用寿命，节约材料，降低成本。
第二章铸造成型技术2、合金的铸造性能是指哪些性能，铸造性能不良，可能会引起哪些铸造缺陷？答：合金的铸造性能指：合金的充型能力、合金的收缩、合金的吸气性；充型能力差的合金产生浇不到、冷隔、形状不完整等缺陷，使力学性能降低，甚至报废。
合金的收缩合金的吸气性是合金在熔炼和浇注时吸入气体的能力，气体在冷凝的过程中不能逸出，冷凝则在铸件内形成气孔缺陷，气孔的存在破坏了金属的连续性，减少了承载的有效面积，并在气孔附近引起应力集中，降低了铸件的力学性能。
6、什么是铸件的冷裂纹和热裂纹？防止裂纹的主要措施有哪些？答：热裂是在凝固末期，金属处于固相线附近的高温下形成的。
在金属凝固末期，固体的骨架已经形成，但树枝状晶体间仍残留少量液体，如果金属此时收缩，就可能将液膜拉裂，形成裂纹。
冷裂是在较低温度下形成的，此时金属处于弹性状态，当铸造应力超过合金的强度极限时产生冷裂纹。
防止措施：热裂——合理调整合金成分，合理设计铸件结构，采用同时凝固原则并改善型砂的退让性。
冷裂——对钢材材料合理控制含磷量，并在浇注后不要过早落砂。
《材料成型理论基础》课程大纲
《材料成型理论基础》课程教学大纲一、课程名称（中英文）中文名称：材料成型理论基础英文名称：Fundamentals for Materials Processing二、课程编码及性质课程编码：0809554课程性质：专业核心课，必修课三、学时与学分总学时：56学分：3.5四、先修课程工程材料学、传热学、流体力学、材料成形工艺基础五、授课对象本课程面向材料成型及控制工程专业学生开设，也可以供材料科学与工程专业和电子封装技术专业学生选修。
六、课程教学目的（对学生知识、能力、素质培养的贡献和作用）本课程是本专业的核心课程之一，其教学目的主要包括：1．让学生对液态成形、连接成形、固态塑性成形及高分子材料成形的基本过程有较全面、深入的理解，掌握其基本原理和规律。
2．了解液态金属的结构和性质；掌握液态金属凝固的基本原理，冶金处理及其对产品性能的影响。
3．掌握材料成形中化学冶金基本规律和缺陷的形成机理、影响因素及防止措施。
4．掌握塑性成形过程中的应力与应变的基础理论，金属流动的基本规律及其应用。
5．了解高分子材料的组织转变及流动、成形的基本规律。
表1 课程目标对毕业要求的支撑关系七、教学重点与难点：教学重点：1）本课程以材料成形工艺的理论基础为主线，根据成形加工过程中材料所处或经历的状态，分为液态凝固成形、固态塑性成形、连接成形、塑料注射成形等几类，学习材料在成形过程中的组织结构、性能、形状随外在条件的不同而变化的规律性知识。
2）本课程着重利用前期所学的物理、化学等基础理论，以及传热学、流体力学等专业基础理论知识，学习液态成形、塑性成形、连接成形等基本材料成形技术的内在规律和物理本质，包括共性原理，同时也要注重个性规律性认识。
3）课程将重点或详细介绍三种主要材料成形方法中的主要基础理论和专门知识，阐述这些现象的本质，揭示变化的规律。
而对次要成形方法的基本原理或发展状况等只作简要介绍或自学。
4）重点学习的章节内容包括：第4章“单相合金与多相合金的凝固”（6学时）、第5章“铸件凝固组织的形成与控制”（6学时）、第7章“焊缝及其热影响区的组织和性能”（6学时）、第8章“成形过程的冶金反应原理”（6学时）、第11章“应力与应变理论”（4学时）、第12章“屈服准则”（6学时）。
材料成型工艺基础(第三版) (刘建华)章 (1)
图1-7 纯金属结晶过程示意图 26
1)金属晶核形成的方式 (1)自发形核：对于很纯净的液体金属，加快其冷却速度， 使其在具有足够大的过冷度下，不断产生许多类似晶体中原子 排列的小集团，形成结晶核心，即为自发晶核。 (2)非自发形核：实际金属中往往存在异类固相质点，并 且在冷却时金属总会与铸型内壁接触，因此这些已有的固体颗 粒或表面被优先依附，从而形成晶核，这种方式称为非自发形 核。
4
1.1.1 金属的晶体结构 1.晶体和非晶体 自然界中一切物质都是由原子组成的，根据固态物质内部
原子的聚集状态，固体分为晶体和非晶体两大类。 原子无规律地堆积在一起的物质称为非晶体，如沥青、玻
璃、松香等。原子按一定几何形状作有规律地重复排列的物质 称为晶体，如冰、结晶盐、金刚石、石墨及固态金属与合金。 晶体和非晶体的原子排列不同，进而显示出不同的特性。晶体 具有固定的熔点，性能具有各向异性；而非晶体没有固定的熔 点，性能具有各向同性。
27
2)金属晶核的长大方式 晶核形成后，液相原子不断迁移到晶核表面而促使晶核长 大形成晶核。但晶核长大程度取决于液态金属的过冷度，当过 冷度很小时，晶核在长大过程中保持规则外形，直至长成晶粒 并相互接触时，规则外形才被破坏；反之，则以树枝晶形态生 长。这是因为随着过冷度的增大，具有规则外形的晶核长大时 需要将较多的结晶潜热散发掉，而其棱角部位因具有最优先的 散热条件，因而便得到优先生长，如树枝一样先长出枝干，再 长出分枝，最后把晶间填满。
金属在固态下由一种晶格类型转变为另一种晶格类型的变 化称为金属的同素异晶(构)转变。由金属的同素异晶转变所得 到的不同类型的晶体称为同素异晶体。金属的同素异晶转变也 是原子重新排列的过程，称为重结晶或二次结晶。固态下的重 结晶和液态下的结晶相似，也遵循晶体结晶的一般规律：转变 在恒温下进行，也是形核与长大的过程，也必须在一定的过冷 度下转变才能完成。
2020年《材料成型工艺基础(第三版)》部分课后习题答案
《材料成型工艺基础（第三版）》部分课后习题答案第一章⑵.合金流动性决定于那些因素？合金流动性不好对铸件品质有何影响？答：①合金的流动性是指合金本身在液态下的流动能力。
决定于合金的化学成分、结晶特性、粘度、凝固温度范围、浇注温度、浇注压力、金属型导热能力。
②合金流动性不好铸件易产生浇不到、冷隔等缺陷，也是引起铸件气孔、夹渣、縮孔缺陷的间接原因。
⑷.何谓合金的收縮？影响合金收縮的因素有哪些？答：①合金在浇注、凝固直至冷却至室温的过程中体积和尺寸縮减的现象，称为收縮。
②影响合金收縮的因素：化学成分、浇注温度、铸件结构和铸型条件。
⑹.何谓同时凝固原则和定向凝固原则？试对下图所示铸件设计浇注系统和冒口及冷铁，使其实现定向凝固。
答：①同时凝固原则：将内浇道开在薄壁处，在远离浇道的厚壁处出放置冷铁，薄壁处因被高温金属液加热而凝固缓慢，厚壁出则因被冷铁激冷而凝固加快，从而达到同时凝固。
②定向凝固原则：在铸件可能出现縮孔的厚大部位安放冒口，使铸件远离冒口的部位最先凝固，靠近冒口的部位后凝固，冒口本身最后凝固。
第二章⑴.试从石墨的存在和影响分析灰铸铁的力学性能和其他性能特征。
答：石墨在灰铸铁中以片状形式存在，易引起应力集中。
石墨数量越多，形态愈粗大、分布愈不均匀，对金属基体的割裂就愈严重。
灰铸铁的抗拉强度低、塑性差，但有良好的吸震性、减摩性和低的缺口敏感性，且易于铸造和切削加工。
石墨化不充分易产生白口，铸铁硬、脆，难以切削加工；石墨化过分，则形成粗大的石墨，铸铁的力学性能降低。
⑵.影响铸铁中石墨化过程的主要因素是什么？相同化学成分的铸铁件的力学性能是否相同？答：①主要因素：化学成分和冷却速度。
②铸铁件的化学成分相同时铸铁的壁厚不同，其组织和性能也不同。
在厚壁处冷却速度较慢，铸件易获得铁素体基体和粗大的石墨片，力学性能较差；而在薄壁处，冷却速度较快，铸件易获得硬而脆的白口组织或麻口组织。
⑸.什么是孕育铸铁？它与普通灰铸铁有何区别？如何获得孕育铸铁？答：①经孕育处理后的灰铸铁称为孕育铸铁。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
图9-2 光固化成型过程
它使用的成型材料是对某特种光束敏感的树脂。其基本原 理为：在液槽内盛有液态的光敏树脂，激光束或紫外光光点在 液面上按计算机切片软件所得到的轮廓轨迹，对液态光敏树脂 进行扫描固化，形成连续的固化点，从而构成模样的一个薄截 面轮廓。一个层面扫描完成后，进行下一层扫描，新固化的层 黏结在前一层上，直至完成整个三维零件，如图9-2所示。
具体工作原理如图9-1所示，激光扫描器在计算机控制下按加 工零件各分解层面的形状对成型材料有选择性地扫描，从而形 成一层片，再进行下一层的扫描，新层黏结在前一层上，直至 整个零件制造完成。
图9-1 快速成型技术的工作原理 (a)三维模型；(b)二维截面；(c)激光扫描；(d)叠加三维制件
零件是点、线、面集合的空间实体，快速成型过程就是将 体-面-线离散与点-线-面叠加的过程。由于它把复杂的三维制 造转化为一系列二维制造的叠加，因而可以在不用模具和工具 的条件下生成几乎任意复杂的零部件，极大地提高了生产效率 和制造柔性。
当激光在模样几何形状所确定的区域内移动时，就能将粉末烧 结，从而生成模样的截面形状，并与下面已成型的部分黏结在 一起。每层烧结都是在先制成的那层顶部进行，一层截面烧结 完成以后，铺上新的一层材料粉末，选择性地烧结下层截面。 未烧结的粉末在制完模样后，可用刷子或压缩空气去除。
9.1.2 快速成型技术的分类及特点
快速成型工艺的种类很多，可按照材料的不同进行分类， 快速成型材料包括液态材料、离散颗粒和实体薄片。液态材料 的快速成型方法有液态树脂固化成型和熔融材料凝结成型，而 液态树脂固化又包括逐点固化和逐面固化；熔融材料凝结成型 又包括逐点凝结和逐面凝结。离散颗粒材料快速成型方法包括 激光熔融颗粒成型和黏结剂黏结颗粒成型两种方法。实体薄片 材料快速成型方法有薄片黏结堆积成型和采用光堆积成型两种。
叠层制造成型又称为分层实体制造，它采用薄片材料，如 纸、塑料薄膜等。其成型工艺如图9-3所示。片材表面事先涂 一层热熔胶，并卷套在纸辊上，并跨过支承辊缠绕到收纸辊上。 将需进行快速成型产品的三维图形输入计算机的成型系统，用 切片软件进行切片处理，得到沿产品高度方向上的一系列横截 面轮廓线。步进电机带动收纸棍转动，使纸卷沿图中箭头方向 移动一定距离。工作台上升与纸卷接触，热压辊滚压纸面，加 热纸背面的热熔胶，并使这一层纸与前一层纸黏合。
这种方法精度高，成型速度较快，扫描质量好，但设备价 格昂贵，需要支撑装置，树脂收缩会引起精度下降，并且光固 化树脂有一定毒性。
光固化快速成型技术适合于制作中小型工件，能直接得到 树脂或类似工程塑料的产品，主要用于概念模型的原型制作， 或用来完成简单装配检验和工艺规划。
9.2.2 叠层制造成型工艺(LOM)
第9章 快速成型技术简介
➢ 9.1 快速成型技术 ➢ 9.2 快速成型工艺 ➢9.3 快速成型技术的应用
9.1 快速成型技术
快速成型技术(RapidPrototyping，RP)又称快速原型制造技 术，是20世纪80年代末发展起来的一种先进制造技术，它突破 了传统的制造方法，直接根据CAD模型，不使用机械加工设备 就可快速制造形状复杂的零件的方法。该方法综合了CAD技术、 数控技术、激光技术和材料技术等，是先进制造技术的重要组 成部分。
按成型方法快速成型可分为基于激光或其他光源的成型技 术和基于喷射的成型技术两大类。前者包括光固化快速成型、 叠层制造成型、选择性激光烧结成型等方法；后者包括熔融堆 积成型工艺、三维印刷成型等。
快速成型方法与其他传统方法相比较，具有以下特点： (1)快速成型技术具有高度柔性，它属于非接触式加工，不 使用刀具、夹具等专用工具，在计算机控制下制造出任意复杂 形状的零件，从而摆脱了传统加工方法的局限性。 (2)快速成型技术方便地实现了设计制造一体化，通过离散 分层模型工艺，将CAD、CAM技术和制造技术有效地结合在 一起。
CO2激光器发射的激光束跟踪零件的二维截面轮廓数据，进行 切割，并将轮廓外的废纸余料切割出方形小格，以便成型过程 完成后易于剥离余料。每切割完一个截面，工作台连同被切出 的轮廓层自动下降至一定高度，然后步进电机再次驱动收纸辊 将纸移到第二个需要切割的截面，重复循环工作，直至形成由 一层层横截面黏叠的立体纸样。然后剥离废纸小方块，即可得 到性能类似硬木或塑料的模样产品。
பைடு நூலகம்
(3)快速成型技术与传统制造方法相比，不需要传统的刀具 或工装等生产准备工作，任何复杂零件的加工均可在一台设备 上完成，因此，很大程度上缩短了产品的开发周期，降低了开 发成本。
(4)成型过程中无震动、噪声和废料。
9.2 快速成型工艺
9.2.1 光固化成型工艺(SLA)
光固化成型又称为光敏液相固化法、立体光刻、光造型等， 是世界上第一种快速成型技术。
图9-3 叠层制造成型工艺
这种方法只需切割片材上的截面轮廓，不用扫描整个截面， 成型速度快，适于制造大型零件，成型时不需支撑装置。但零 件精度不如光固化工艺高，设备复杂，成本较高，并且成型材 料性能较差，因此，此法在快速成型中的地位日益降低。
9.2.3 选择性激光烧结成型工艺(SLS)
选择性激光烧结成型工艺是在一个充满氮气的惰性气体加 工室中利用粉末状材料成型的，所采用的材料较广泛，包括尼 龙、蜡、ABS塑料、树脂、聚碳酸酯、金属及陶瓷粉末等。其 工艺如图9-4所示。先将一层很薄的可熔粉末沉淀到圆柱形容 器底板上，根据CAD数据控制CO2激光束的运动轨迹，对可熔 粉末材料进行扫描熔化，并调整激光束的强度将粉末烧结。
9.1.1 快速成型技术的原理
快速成型技术的成型工艺均基于离散-叠加原理来实现快 速加工原型或零件。首先，由三维CAD软件设计零件的三维实 体模型，然后，根据工艺要求，按照一定的规则将模型离散为 一系列有序单元，通常对其进行切片分层，得到离散的多层平 面，将三维模型变成一系列二维层片，并把各平面的数据信息 传给成型系统的工作部件，用激光束或其他方法控制成型材料 按照一定规律，精确、迅速地层层堆积黏结起来，形成三维的 原型，最后经后处理成为零件。