材料成形_第五章_凝固成形技术
第五章 金属基复合材料成型技术
• 5.1概述 • 金属基复合材料制造技术是影响金属基复合 材料迅速发展和广泛应用的关键问题。金属基复 合材料的性能、应用、成本等在很大程度上取决 于其制造方法和工艺。然而，金属基复合材料的 制造相对其他基复合材料还是比较复杂和困难。 这是由于金属熔点较高，需要在高温下操作；同 时不少金属对增强体表面润湿性很差，甚至不润 湿，加上金属在高温下很活泼，易与多种增强体 发生反应。目前虽然已经研制出不少制造方法和 工艺，但仍存在一系列问题。所以开发有效的制 造方法一直是金属基复合材料研究中最重要的课 题之一。
PVD法纤维/基体复合丝原理图
5.3.5共喷沉积技术
• 共喷沉积法是制造各种颗粒增强金属基复合材料 的有效方法，1969年由A．R．E．siager发明， 随后由Ospmy金属有限公司发展成工业生产规模 的制造技术，现可以用来制造铝、铜、镍、铁、 金属间化合物基复合材料。 • 共喷沉积工艺过程，包括基体金属熔化、液态金 属雾化、颗粒加入及与金属雾化流的混合、沉积 和凝固等工序。主要工艺参数有：熔融金属温度， 惰性气体压力、流量、速度，颗粒加入速度，沉 积底板温度等。这些参数都对复合材料的质量有 重要的影响。不同的金属基复合材料有各自的最 佳工艺参数组合，必须十分严格地加以控制。
压铸工艺中，影响金属基复合材料性能的工艺因素主要有四个： ①熔融金属的温度 ②模具预热温度 ③使用的最大压力 ④加压速度 在采用预制增强材料块时，为了获得无孔隙的复合材料，一般压力不低于 50MPa，加压速度以使预制件不变形为宜，一般为1~3cm/s。对于铝基复合材 料，熔融金属温度一般为700~800℃，预制件和模具预热温度一般可控制在 500~800℃，并可相互补偿，如前者高些，后者可以低些，反之亦然。采用压 铸法生产的铝基复合材料的零部件，其组织细化、无气孔，可以获得比一般金 属模铸件性能优良的压铸件。与其他金属基复合材料制备方法相比，压铸工艺 设备简单，成本低，材料的质量高且稳定，易于工业化生产。
第五章 成形工序
当变形区与边缘少于三倍板料厚度时，可能会发生拉深现象， 当变形区与边缘少于三倍板料厚度时，可能会发生拉深现象， 这时对于精度要求较高的材料应该留出切边余量， 这时对于精度要求较高的材料应该留出切边余量，也可以通过增大压 边力的方法防止材料滑动。 边力的方法防止材料滑动。
空心坯料胀形
空心毛坯胀形是将空心件或管状坯料胀出所需曲面的一种加工 方法。用这种方法可以成形高压气瓶、球形容器、波纹管、 方法。用这种方法可以成形高压气瓶、球形容器、波纹管、自行车 三通接头等产品或零件. 三通接头等产品或零件 空心件坯料胀形变形程度受材料极限变形程度限制， 空心件坯料胀形变形程度受材料极限变形程度限制，变形程度 以胀形系数K表示 表示。 以胀形系数 表示。
缩口力 只有外支承的缩口压力，可按下式估算：
d 1 F = k(1.1πDt 0σ b(1− )(1+ µ cot α ) ] D cosα
式中： F—缩口力（N) K—速度系数，用曲柄压力机时 k=1.15
σb —材料的抗拉强度（MPa)
µ —工件与凹模接触的摩擦系
数
其它圆孔翻边方法： 1 拉深后翻边 2 无预制孔翻边
外缘翻边： 外缘翻边： 可以分为内曲翻边和外缘翻边，外曲翻边近似于浅拉深， 可以分为内曲翻边和外缘翻边，外曲翻边近似于浅拉深，变形 区切向受压，属于压缩变形，内区翻边变形区近似于圆孔翻边， 区切向受压，属于压缩变形，内区翻边变形区近似于圆孔翻边，切向 受拉，属于伸长类变形。 受拉，属于伸长类变形。
常见的缩口形式如下：
变形程度 缩口变形程度用缩口系数ms来表示，其表达式：
d ms = D
式中 d—缩口后的直径 D—为缩口前的直径
缩口的工艺计算 缩口次数及缩口系数的确定 缩口次数由下式确定：
材料成形技术基础（问答题答案整理）
材料成形技术基础（问答题答案整理）第二章铸造成形问答题：合金的流动性（充型能力）取决于哪些因素？提高液态金属充型能力一般采用哪些方法？答：因素及提高的方法：（1）金属的流动性：尽量采用共晶成分的合金或结晶温度范围较小的合金，提高金属液的品质；（2）铸型性质：较小铸型与金属液的温差；（3）浇注条件：合理确定浇注温度、浇注速度和充型压头，合理设置浇注系统；（4）铸件结构：改进不合理的浇注结构。
影响合金收缩的因素有哪些？答：金属自身的化学成分，结晶温度，金属相变，外界阻力（铸型表面的摩擦阻力、热阻力、机械阻力）分别说出铸造应力有哪几类？答：（1）热应力（由于壁厚不均、冷却速度不同、收缩量不同）（2）相变应力（固态相变、比容变化）（3）机械阻碍应力铸件成分偏析分为几类？产生的原因是什么？答：铸件成分偏析的分类：（1）微观偏析晶内偏析：产生于具有结晶温度范围能形成固溶体的合金内。
（因为不平衡结晶）晶界偏析：（原因：(两个晶粒相对生长，相互接近、相遇；(晶界位置与晶粒生长方向平行。
）（2）宏观偏析正偏析（因为铸型强烈地定向散热，在进行凝固的合金内形成一个温度梯度）逆偏析产生偏析的原因：结晶速度大于溶质扩散的速度铸件气孔有哪几种？答：侵入气孔、析出气孔、反应气孔如何区分铸件裂纹的性质（热裂纹和冷裂纹）？答：热裂纹：裂缝短，缝隙宽，形状曲折，缝内呈氧化颜色冷裂纹：裂纹细小，呈连续直线状，缝内有金属光泽或轻微氧化色。
七：什么是封闭式浇注系统？什么是开放式浇注系统？他们各组元横截面尺寸的关系如何？答：封闭式浇注系统：从浇口杯底孔到内浇道的截面逐渐减小，阻流截面在直浇道下口的浇注系统。
(ΣF内<ΣF 横<f直下端<f直上端)< bdsfid="120" p=""></f直下端<f直上端)<> 开放式浇注系统：从浇口杯底孔到内浇道的截面逐渐加大，阻流截面在直浇道上口的浇注系统。
材料成型原理与工艺
04
材料成求极高，需要具备轻质、高强度、 耐高温等特性。材料成型原理与工艺的发展为航空航天领域 提供了更多的选择，如钛合金、复合材料等。
这些新型材料的应用有助于减轻飞机和航天器的重量，提高 其性能和安全性。
汽车工业领域的应用
随着环保意识的提高和新能源汽车的 兴起，汽车工业对轻量化材料的需求 越来越大。
件。
锻造工艺
01
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04
自由锻造
利用自由锻锤或压力机对坯料 进行锻打，形成所需形状和尺
寸的锻件。
模锻
利用模具对坯料进行锻打，使 坯料在模具中形成所需形状和
尺寸的锻件。
热锻
将坯料加热至高温后进行锻打 ，使材料易于塑性变形。
冷锻
在常温下对坯料进行锻打，适 用于塑性较差的材料。
焊接工艺
熔化焊
压力焊
材料成型原理与工艺的发展使得汽车 零部件的制造更加高效、精确，如铝 合金、镁合金等轻质材料的广泛应用 ，有助于降低汽车能耗和排放。
能源领域的应用
能源领域如核能、太阳能等需要大量的特殊材料，如耐高 温、耐腐蚀的材料。
材料成型原理与工艺的进步为能源领域提供了可靠的材料 解决方案，如高温合金、耐腐蚀涂层等，有助于提高能源 利用效率和安全性。
材料成型原理与工艺
• 材料成型原理概述 • 材料成型工艺介绍 • 材料成型原理与工艺的发展趋势 • 材料成型原理与工艺的应用前景
01
材料成型原理概述
材料成型的基本概念
材料成型是通过物理或化学手 段改变材料的形状，以达到所 需的结构和性能的过程。
材料成型涉及多种工艺和技术， 如铸造、锻造、焊接、注塑等。
泡沫金属
通过在金属基体中引入孔洞，制备 出具有轻质、高比强度的泡沫金属 材料。
材料合成与制备 第5章 定向凝固技术
4、磁性材料
稀土超磁致伸缩材料RFe(R-Tb、Dy)作为一种电-磁-机械能量或信 息转换的新型功能材料，从20世纪70年代以来得到了迅速发展，它具有 很高的磁致伸缩值(1500~2000×10 )和能量密度(14000~25000J／m )，而 且还具有低频响应速度快、机电耦舍系数大等特点，故在大功率声纳换 能器、磁弹性波器件、液压阀门控制、精密加工徽定位、精度高速线性 马达、伺服系统和特殊兵器等高新技术领域展示出广阔的应用前景。对 于Tb-Dy-Fe材料，人们一直希望得到具有<111>方向择优取向的样品。 通过改变材料的定向凝固条件、控制材料的取向度、以及对材料进行热 处理消除晶界提高材料磁致伸缩性能。
(4)激光超高温梯度快速凝固
利用激光器作为热源来实现定向凝固。 激光具有能量高度集中的特性，在作为定向凝固热源时可能获得 比现有定向凝固方法高得多的温度梯度。利用激光表面熔凝技术实现 超高温度梯度快速定向凝固的关键在于：在激光熔池内获得与激光扫 描方向一致的温度梯度；根据合金凝固特性选择适当的工艺参数以获 得胞晶组织。
定向凝固过程工艺参数分别为： 合金熔融温度1450℃，温度梯度140℃/cm，牵引速度0.5-0.8 mm/min。
2、柱状晶生长
控制热流方向和温度梯度。
3、高温合金制备
定向凝固制备Fe-Cr-C过共晶原位生长复合材料
高铬铸铁是一种优良的耐磨材料，普通条件下凝固的高铬铸铁碳 化物呈网状，在实际磨损中往往会因为碳化物脆裂或折断而失效。 为此，通过定向凝固的方法，使碳化物纤维定向排列，即将Fe-C-Cr 合金制备成碳化物呈定向分布的原位生长复合材料，使高硬度的碳 化物垂直于磨面的方向定向生长，可以显著提高其性能。
凝固成形
五、熔模铸造
熔模铸造师用易熔材料制成模型，然后在模型上 涂挂耐火材料，经硬化后，将模型熔化、排出型外， 从而获得无分型面的铸型。
六、离心铸造 离心铸造是将液态金属浇入高速旋转 （250~1500r/min）的铸型中，使金属注在离 心力作用下充填铸型并凝固的铸造方法。
几种常见凝固成形方法的比较
凝固成形
凝固成形（铸造）的定义 液态 金属 充 型 凝 固 铸 件
凝固成形俗称铸造，是将金属材料熔化成液态后浇注入与拟 成形的零件形状及尺寸相适应的模型空腔中，待液态金属冷却凝 固后将铸型打开（或破坏）取出所形成的铸件毛坯，然后清理掉 由于工艺需要而添加的部分（如浇口，冒口等）后，即可得到所 需的铸件。
二、金属型铸造
金属型铸造就是将液态金属浇入金属铸型，以获 得铸件的一种凝固成形方法。 由于金属型可以反复使用，故有永久型铸造之称。
三、压力铸造
压力铸造是在高压下（30~70MPa）快速地将液 态或半液态金属压入金属铸型中，并使液态金属在压 力下凝固，以获得铸件的凝固成形方法。
四、低压铸造
低压铸造是介于金属型铸造和压力铸造之间的一 种铸造方法，在30~70kPa压力的作用下，将金属液 注入型腔，并在压力下凝固，以获得铸件的凝固成形 方法。
液态金属
获得合格的高质量的液态金属是凝固成形技术的 非常重要的方面。 所谓合格的，高质量的液态金属，通常包括三个 方面的要求：
1、具有所需要的温度 2、杂质含量低 3、具有所要求的化学成分
凝固成形方法
一、砂型铸造
砂型铸造——在砂型中生产铸件的铸造方法。钢、 铁和大多数有色合金铸件都可用砂型铸造方法获得。 由于砂型铸造所用的造型材料价廉易得，铸型制造简 便，对铸件的单件生产、成批生产和大量生产均能适 应，长期以来，一直是铸造生产中的基本工艺。
材料成形技术基础
电子制造
材料成形技术在电子设备的封装和连接中起着重要 作用。
航空航天
艺术雕塑
材料成形技术用于制造航空航天部件和航天器结构。 材料成形技术被艺术家用于创作各种雕塑作品。
材料成形技术的挑战与发展趋势
1 高性能材料
随着科技的进步，材料成形技术需要适应高性能材料的特性和要求。
材料成形技术基础
材料成形技术是制造业中最常用的加工技术之一，它涉及到各种成形工艺、 成形材料以及成形工艺流程。
成形技术定义
成形技术是通过施加力或应用热量将原始材料转化为所需形状和尺寸的加工方法。
主要成形技术分类
1 压力成形技术
将材料置于模具中，并施加压力使其变形， 如冲压、铸造等。
2 热成形技术
2 节能环保
开发符合节能环保要求的成形工艺和材料，减少资源消耗和环境污染。
3 数字化制造
利用数字化技术实现材料成形过程的自动化和智能化。
3
成形操作
按照成形工艺要求进行操作，施加力或应用热量使材料变形。
常见的成形材料
金属
如铝、钢等，用于制造汽车零部件、电子设备等。
塑料
如聚乙烯、聚丙烯等，广泛用于塑料制品的生产。
陶瓷
如瓷器、陶器等，用于制作装饰品、器皿等。
复合材料
如碳纤维增强复合材料，用于制造航空航天部件。
材料成形技术的应用领域
汽车制造
通过加热材料使其变软或熔化，然后形成所 需形状，如热压、热挤压等。
3 凝固成形技术
通过材料凝固过程中的相变来实现成形，如 注射成型、凝胶成型等。
4 仿生如3D打印、 模具复制等。
成形工艺流程
1
材料的成形加工与凝固技术
历程 中至 少要 经历 …次凝 固过 程 锻 件 和型材在 生 产过 程 中首先 要铸造成 坯 ，进 而进行 塑性 变形及热
处 理 。铸 件 生 产 过 程 更 是 完 全 由 凝 固 过 程 控 制 的 。 除 此 之 外 ，凝 固 过 程 控 制 成 为 新 材 料 研 制 的 重 要 手
近 年 来 受 到 广 泛 重 视 的凝 固过 程 研 究 的新 课 题 及 其 由此 可能 带 来 的技 术 进 步 。
［ 键词 ］ 关
材料 ； 戚形加 ＿； 丁 凝固技术 ［ 献标 识码 ］ Ａ 文 ［ 章 编 号 ］ １０ —１ ２ （０２ ６ ００ — ４ 文 ９ ７ ２ ０）０ — ０１ ０ ０ ４ 其 次 ， 金 属 材 料 的 制 备 、成 形 与 加 工 ，历 来 是 能 源 、原 材 料 消 耗 巨 大 ， 环 境 污 染 严 重 的 工 业 领 域 。
［ 稿 日期 ］ ２ ０ Ｉ 收 ０１ ２—０ ６ 【 基金 项 目］ 国 家重 点 基 础 研 究 资 助项 目 ‘ ０ ０ ６ ２ ２ Ｇ２０ ０ ７ ０ ）
论一直伴 随着 工业 技 术 的 进 步 在不 断 发 展 ， 自 ２ ０
世纪 ６ ０年 代 以 来 其 发 展 速 度 加 快 。 正 如 美 国 麻 省 理 工 学 院 材 料 系 主任 Ｅ ｇ ｒ 授 在 第 三 届 环 太 平 洋 ａｅ 教 先 进 材 料 与 加 工 国 际 会 议 主 题 报 告 中 所 指 出 的 ，材
金属及 其制 品在 其质量 大 幅度提高 的 同时 ，销售价 格却 在不 断 下降 ，ｌ６一 ｌ９ ９０ ９５年 的 ３ ５年 中 ，下降 幅度 达 到 ５％ ；ｂ １ ３ ．材料 制 备 、成 形 与加 工过 程体
材料成形原理 华科 第五章_铸件凝固组织的形成及控制PPT课件
Ti:0.15; Zr:0.2； 复合:Ti0.01 B或C0.05; ≥0.02
加入方法
铁合金
铁合金
Al-Ti, Al-Zr,Al-Ti-B, Al-Ti-C中间合金 Al-P，Cu-P，Fe-P 中间合金
0.02~0.04
纯金属或中间合金 碳化物粉末
表5-1 合金常用孕育剂的主要元素情况
激冷等轴晶型壁脱落与游离理论
在浇注的过程中及 凝固的初期激冷,等 轴晶自型壁脱落与 游离促使等轴晶形 成, 浇注温度低可 以使柱状晶区变窄 而扩大等轴晶区 。
图5-5 型壁处形成的激冷晶向铸件内部的游离 a) 晶体密度比熔体小的情况; b) 晶体密度比熔体大的情况
溶质的偏析容易使晶体在与型壁的交会处产生“脖颈”，具有 “脖颈”的晶体不易于沿型壁方向与其相邻晶体连接形成凝固 壳, 另一方面，在浇注过程和凝固初期存在的对流容易冲断 “脖颈”，使晶体脱落并游离出去。
对一般钢铁材料和塑性较差的有色金属铸锭，希望获得较多 的甚至是全部细小的等轴晶组织；
对于高温下工作的零件，通过单向结晶消除横向晶界，防止 晶界降低蠕变抗力。
2、铸件宏观组织的控制途径和措施
•等轴晶组织的获得和细化
强化非均匀形核 促进晶粒游离 抑制柱状晶区
（1）加入强生核剂——孕育处理
孕育——向液态金属中添加少量物质以达到增加晶核数、细 化晶粒、改善组织之目的的一种方法。Inoculation
一、合理地控制浇注工艺和冷却条件 二、孕育处理 三、动力学细化
合理的浇注工艺 冷却条件的控制
浇注温度 浇注方式
合理的浇注工艺
合理降低浇注温度是减少柱状晶、获得 及细化等轴晶的有效措施。但过低的浇 注温度将降低液态金属的流动性，导致 浇不足和冷隔等缺陷的产生。
第五章-熔融沉积快速成型工艺
第二节 熔融沉积快速成型材料及设备
表5-2 FDM工艺成型材料的基本信息
材
料
适用的设备系统 可供选择的颜色
ABS
丙稀腈丁二烯 苯乙烯
FDM1650，FDM2000， FDM8000， FDMQuantum
白黑红绿蓝
ABSi 医学专用ABS FDM1650，FDM2000
黑白
E20
FDM1650，FDM2000
Stratasys公司的FDM技术在国际市场上所占比例最大。
图5-4 Stratasys公司的FDM-Quantum机型
尺寸：600mm×500mm×600mm
图5-5 Stratasys公司的FDM- Genisys Xs机型 图5-3 Stratasys公司于1993年开发出第一台
FDM1650机型
第二节 熔融沉积快速成型材料及设备
❖ 熔融沉积快速成型工艺对原型材料的要求：
材料的粘度 材料的粘度低、流动性好，阻力就小，有助于材料顺利挤出。材料的流动性差，需要很
大的送丝压力才能挤出，会增加喷头的启停响应时间，从而影响成型精度。 材料熔融温度
熔融温度低可以使材料在较低温度下挤出，有利于提高喷头和整个机械系统的寿命。可 以减少材料在挤出前后的温差，减少热应力，从而提高原型的精度。 材料的粘结性
ICW06 熔模铸造用 蜡
FDM1650，FDM2000
可机加工蜡 FDM1650，FDM2000
造型材料
Genisys Modeler
所有颜色
N/A N/A N/A
备
注
耐用的无毒塑料
被食品及药物管理 局认可的、耐用的 且无毒的塑料
人造橡胶材料，与 封铅、轴衬、水龙 带和软管等使用的 材料相似
工程材料与材料成型技术教案
教案（理论课）2010～2011学年第2学期课程名称工程材料与成形技术基础教学系机械工程系授课班级焊接091主讲教师晏丽琴职称讲师培黎工程技术学院二○一一年二月课程基本情况系主任：年月日目录第一章绪论第一节材料加工概述一、材料加工概述二、材料加工的基本要素和流程第二节材料成形的一些基本问题和发展概况一、凝固成形的基本问题和发展概况二、塑性成形的基本问题和发展概况三、焊接成形的基本问题和发展概况四、表面成形的基本问题和发展概况第三节本课程的性质和任务绪论学习思考问题·材料加工的基本要素和流程是什么？·材料成形存在的基本问题是什么?·本课程的性质和基本任务是什么?一、材料加工概述任何机器或设备，都是由许许多多的零件装配而成的。
这些零件所用材料有金属材料，也有非金属材料。
零件或材料的加工方法多种多样，归纳起来有以下4类：(1)成形加工：用来改变材料的形状尺寸，或兼有改变材料的性能。
主要有凝固成形、塑性成形、焊接成形、粉末压制和塑料成形等。
(2)切除加工：用于改变材料的形状尺寸，主要有车、铣、刨、钻、磨等传统的切削加工，以及直接利用电能、化学能、声能、光能进行的特殊加工，如电火花加：[、电解加工、超声加工和激光加工等。
(3)表面成形加工：用来改变零件的表面状态和(或)性能，如表面形变及淬火强化、化学热处理、表面涂(镀)层和气相沉积镀膜等。
(4)热处理加工：用来改变材料或零件的性能，如退火、正火、淬火和回火等。
根据零件的形状尺寸特征、工作条件及使用要求、生产批量和制造成本等多种因素，选择零件的加工方法，以达到技术上可行、质量可靠和经济上合理。
零件制成后再经过检验、装配、调试，最终得到整机产品。
二、材料加工的基本要素和流程材料加工方法的种类虽然繁多，但通过对每种材料加工方法的过程分析表明，它们都可以用建立在少数几个基本参数基础上的统一模式来描述。
该模式便于对各种加工方法进行综合分析和横向比较。
(陶瓷科学与工艺学)第五章1成型-压制成型
2.3.3加压制度对坯体质量的影响
5、添加剂的选用 （1）减少粉料颗粒间及粉料与模壁之间的摩擦，这种添加物又称润滑剂； （2）增加粉料颗粒之间的粘结作用，这类添加物又称粘合剂； （3）促进粉料颗粒吸附、湿润或变形，通常采用表面活性物质。
第二节 成型与成型前后工艺的关系
5.2.1 成型对粉体的要求 d)颗粒的大小、形状---粉料的拱桥效应(或称桥接) 球形颗粒有利于提高流动性和松装密度。 颗粒粒度分布窄的高于粒度分布宽的松装密度。
等径球体堆积形式及孔隙率 粉料自由堆积的空隙率往往比理论计算值大得多，就是因为实际粉料不是球形，加上表面 粗糙图表，以及附着和凝聚的作用，结果颗粒互相交错咬合，形成拱桥型空间，增大了空 隙率。这种现象称为拱桥效应
第四节 冷等静压成型
5.4.3 等静压成型的缺陷和控制
1)填充不均匀而形成的颈部，这和粉料流动性差有关；
2)粉料填充不均匀或装料的橡胶袋无支撑而导致的不规则表面 3) 湿式等静压中因模具橡胶袋太硬或因粉料压缩性太大而形成的“象脚”形； 4)湿式等静压中因橡胶模具无支撑而形成的“香蕉”行； 5)成型中轴向弹性回弹形成的压缩裂纹，硬粉料更是如此； 6)由于压缩裂纹而形成分层，这来源于不合适的或过厚的橡胶材料或较弱的坯块； 7)不规则表面形状：与密封橡胶袋材料不合适或太厚，坯体强度低或小的角半径有关； 由于不充分的弹性而形成的轴向裂纹。
(陶瓷科学与工艺学)第五章1成型-压 制成型
5 陶瓷坯体的成形
课后习题
1.列举陶瓷坯体的基本成型方法。 2.试分析注浆成型过程中影响泥浆流动性和稳定性因素有哪些？ 3.干压成型中，怎样的粉体有利于获得高密度的成型坯体？ 4.简述干压制成型过程中坯体易于出现层裂的原因。 5.弹性后效定义 6.简述成型对烧结有哪些影响？ 7.简述干燥过程的不同阶段及影响因素。
第5章 选择性激光烧结成形技术
Selective Laser Sintering 方法介绍
天津科精技选大可编学辑Tppiat njin University of Science & Techn5ology
Selective Laser Sintering (SLS®, registered trademark by DTM™ of Austin, Texas, USA) is a process that was patented in 1989 by Carl Deckard, a University of Texas graduate student. Its chief advantages over Stereolithography (SLA) revolve around material properties. Many varying materials are possible and these materials can approximate the properties of thermoplastics such as polycarbonate [化]聚碳酸酯, nylon, or glass-filled nylon.
天津科精技选大可编学辑Tppiat njin University of Science & Techn11ology
Copper Pellets
Part
Ramp
Ceramic plPlate
模具制造过程原理
天津科技大精学选可T编i辑anppjitn University of Science & Technolo1g2y
天津科精技选大可编学辑Tppiat njin University of Science & Techn10ology
材料成形工艺基础最新精品课件第五章金属塑性成形理论基础
2. 多晶体的塑性变形
多晶体的塑性变形是由于晶界的存在和 各晶粒晶格位向的不同，其塑性变形过程比 单晶体的塑性变形复杂得多。在外力作用下， 多晶体的塑性变形首先在晶格方向有利于滑 移的晶粒A内开始，然后，才在晶格方向较 为不利的晶粒B、C内滑移。由于多晶体中 各晶粒的晶格位向不同，滑移方向不一致， 各晶粒间势必相互牵制阻扰。为了协调相邻 晶粒之间的变形，使滑移得以继续进行，便 图5-4 多晶体塑性变形过程示意图 会出现晶粒彼此间相对的移动和转动。因此， 多晶体的塑性变形，除晶粒内部的滑移和转 动外，晶粒与晶粒之间也存在滑移和转动。
图5-6 回复和再结晶示意图
（3）晶粒长大 在结晶退火后的金属组织一般为细小均匀的等 轴晶。如果温度继续升高，或延长保温时间，则在结晶后的晶粒 又会长大而形成粗大晶粒，从而使金属的强度、硬度和塑性降低。 所以要正确选择再结晶温度和加热时间的长短。
5.2.2 冷变形和热变形后金属的组织与性能
金属在再结晶温度以下进行的塑性变形称为冷变形，在再结晶以 上进行的塑性变形称为热变形。
图5-7 冲压件的制耳
（4）残余内应力 残余内应力是指去除外力后，残留在金属内 部的应力，它主要是由于金属在外力作用下变形不均匀而造成的。 残余内应力的存在，使金属原子处于一种高能状态，具有自发恢 复到平衡状态的倾向。在低温下，原子活动能力较低，这种恢复 现象难以觉察，但是，当温度升高到某一程度后，金属原子获得 热能而加剧运动。金属组织和性能将会发生一系列变化。
1. 锻造比 锻造比是锻造生产中代表金属变形程度大小的一个参数，一 般是用锻造过程中的典型工序的变形程度来表示（Y）。如拔长时， 锻造比Y拔=F0/F；镦粗时，锻造比Y镦=H0/H。（式中，H0、F0分别为坯 料变形前的高度和横截面积，H、F分别为坯料变形后的高度和横截面 积）。
工程材料与成形技术基础(1-5章)
16
2.面心立方晶格
图
－
面心立方晶格的晶胞也是
面
一个立方体，其六个面中心和
心
八个角上各有一个原子，如图
立 方
1－5所示。属于这类晶格的金
球
属有 γ-Fe 、Cu、Al、Ni等。
体 模
型
及
它们都具有较好的塑性。
其
晶
胞
３.密排六方晶格
图
17
－
密排六方晶格的晶胞是一个
(3)《工程材料及应用》 周凤云主编，华中科技大学出版社。
(4)《材料成型技术基础》 胡亚民主编，重庆大学出版社。
(5)《热加工工艺基础》 任福东主编，机械工业出版社。
概述
工程材料：
用于机械、电子、建筑、 化工和航空航天 等领域的材 料统称为工程材料。
金属材料
机械工程材料：
用来制造各种机电产品的材
1.3.1 金属的力学性能
塑性 高温蠕变
刚度
金属的力学性能：材料在
外力作用下表现出来的特性， 疲劳强度 如弹性、塑性、强度、硬度和 韧性等。
金属 力学性能
表征和判定金属力学性能 所用的指标和依据称为金属力
低应力 脆断
学性能的判据。
弹性 强度
硬度 韧性
1 弹性：
即物体在外力作用下改 变其形状和尺寸，当外 力卸除后物体又回复到 原始形状和尺寸的特性。
六方柱体，其上下底面的中心和
密 排
十二个角上各有一个原子，且在
六
六方柱体的中间还有三个原子， 如图1－7所示。属于这类晶格的
方 球 体
金属有Ｍg 、Ｚn 、Ｃd 、Ｂe等。
模 型
工程材料与材料成型技术教案
教案（理论课）2010～2011学年第2学期课程名称工程材料与成形技术基础教学系机械工程系授课班级焊接091主讲教师晏丽琴职称讲师培黎工程技术学院二○一一年二月课程基本情况(4)热处理加工：用来改变材料或零件的性能，如退火、正火、淬火和回火等。
根据零件的形状尺寸特征、工作条件及使用要求、生产批量和制造成本等多种因素，选择零件的加工方法，以达到技术上可行、质量可靠和经济上合理。
零件制成后再经过检验、装配、调试，最终得到整机产品。
二、材料加工的基本要素和流程材料加工方法的种类虽然繁多，但通过对每种材料加工方法的过程分析表明，它们都可以用建立在少数几个基本参数基础上的统一模式来描述。
该模式便于对各种加工方法进行综合分析和横向比较。
任何一种材料的加工过程，都是为了达到材料的形状尺寸或性能的变化。
而为了产生这种变化，必须具备三个基本要素：材料、能量和信息（图1.2）。
因而材料的加工过程，可以用相关材料流程、能量流程和信息流程来描述。
三大流程：1.材料流程表征加工过程特点的类型；要改变形状尺寸和性能的材料状态；能够用来实现这种形状尺寸和性能变化的基本过程；2.能量流程包括机械过程的能量流程，热过程能量：电能、化学能、机械能3.信息流程形状信息、性能信息三、自发过程四、界面张力第三节形核一、凝固的热力学条件二、自发形核三、非自发形核四、形核剂第四节生长一、固液界面的结构二、生长方式三、生长速度第五节溶质再分配一、溶质再分配与平衡分配系数二、非平衡凝固时的溶质再分配三、成分过冷判据四、成分过冷与晶体生长形态五、微观偏析六、宏观偏析第六节共晶合金的凝固第七节金属及合金的凝固方式一、凝固区特性与凝固质量的关系二、凝固动态曲线与凝固方式三、凝固方式的影响因素第八节凝固成形的应用一、铸造生产过程中的凝固控制二、焊接生产中的凝固过程控制三、陶瓷与粉末合金制备过程中的凝固现象思考与练习第三章材料成形热过程第一节焊接成形过程一、焊接热过程特点二、焊接过程热效率第二节焊接温度场一、焊接传热形式及传导基本方程二、焊接湿度场的数学表述法数学解析的假定条件三、瞬时热源的热传导过程四、影响焊接温度场的因素第三节焊接热循环一、焊接热循环的主要参数二、多层焊热循环三、影响焊接热循环的因素第四节凝固成形热过程一、凝固成形热过程特点及热效率二、凝固成形热温度场第五节塑性成形热过程特点及温度场一、塑性成形热过程的基本特点二、塑性成形加热过程的热效率三、塑性成形的温度场思考与练习第四章塑性成形理论基础第一节金属冷态下的塑性变形一、冷塑性变形机理二、冷塑性变形特点三、冷塑性变形对金属组织和性能的影响铸造成形2．1概述铸造是液态金属成形的方法铸造过程是熔炼金属，制造铸型，并将熔融金属在重力、压力、离心力、电磁力等处力场的作用下充满铸型，凝固后获得一定形状与性能铸件的生产过程，是生产金属零件和毛坯的主要方式之一。
《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）。
陶瓷材料成形技术
陶瓷材料成形技术
陶瓷材料成形技术是指将陶瓷原料按照一定的工艺，通过成形、干燥、烧结等步骤制成陶瓷制品的方法。
成形技术是陶瓷制品生产过程中的重要环节，其成形方法包括手工成形、压制成形、注射成形、挤压成形、注塑成形、拉伸成形等，不同的成形方法适用于不同的陶瓷制品。
其中，注射成形技术是近年来发展最快的一种成形技术，它可以制造出形状复杂、精度高的陶瓷制品。
除了成形技术，陶瓷材料的烧结也是制造陶瓷制品的重要工艺环节。
烧结过程中，陶瓷原料会发生化学反应，形成致密的结晶体，从而得到具有高强度、高硬度、高耐磨性等性能的陶瓷制品。
总之，陶瓷材料成形技术是制造高质量、高性能陶瓷制品的关键因素之一。
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第一节 凝固成形用金属材料
灰铸铁的牌号 国家标准（GB9439-1988）中规定，我国灰铸铁牌号以HT加三 位数字表示，“HT”代表灰口铸铁，后面的三位数字代表最低 抗拉强度值。 如HT250，表示以φ30mm试棒按有关标准加工成的试样测出的 抗拉强度为σb≥250MPa的灰铸铁。 灰口铸铁共分为HT100、HT150、HT200、HT250、HT300和 HT350六个牌号。牌号越高，抗拉强度越高。
1.1.3、蠕墨铸铁 蠕墨铸铁是继球墨铸铁后发展起来的一种新型铸铁，石墨呈短 片状，片端钝而圆，类似蠕虫，是介于片状和球状之间的一种 过渡形态。蠕墨铸铁与球墨铸铁生产类似，通过向铁液中加入 蠕化剂及孕育剂，改变石墨生长时的方式，从而获得蠕虫状石 墨，蠕虫状石墨的片端钝而圆，承载时应力集中比灰口铁要小 得多，但比球墨铸铁大。力学性能介于灰铁和球铁之间。
前言
凝固成形俗称铸造，这种成形方法能够制成形状复杂 （特别是具有复杂内腔）的零件，而且其大小不受限 制，重量从几克到上百吨。（优点） 由于模型制造、收缩以及工艺需要等方面的原因，得 到的铸件与实际零件的尺寸、形状有差别，往往是半 成品毛坯件，需要进一步进行机械加工。（缺点）
前言
随着凝固技术的不断发展，目前已经出现“近净成形” 技术，可提供比较精密的铸件，从而缩短了生产周期， 降低了生产成本。 铸件在机械产品中所占的比例极大，例如内燃机关键 零件都是铸件，占内燃机总重的80%～90%，汽车中铸 件占19%（轿车）～23%（卡车）；总之，铸件在很多 领域中起着不可替代的作用。
第一节 凝固成形用金属材料
凝固成形用金属材料通常称为铸造合金，可分为三大类：铸铁、铸钢、有色 合金。每一类合金有不同的成分及性能特点。
• 1.1 铸铁合金
铸铁是主要的铸造合金，许多重要的机器零件，如机床床身、发动机汽缸体、 汽缸套、减速箱等都是铸铁制造的。
铸铁是含碳量wC>2.11%（实用的含碳量范围wC=2.8%～3.5%）的铁碳合金。根 据碳在铸铁组织中存在形式不同，可分为：
第一节 凝固成形用金属材料
1.1.2、球墨铸铁 球墨铸铁简称球铁，是40年代末发展起来的一种新型铸造合金。 它是通过向铁液中加入一定量球化剂及孕育剂，使得铁液凝固 时按球状石墨的形式生长，最终得到具有球状石墨的铸铁。
第一节 凝固成形用金属材料
1、球墨铸铁力学性能 由于石墨球对金属基体的割裂作用和应力集中作用大为减轻， 因此，其力学性能与灰铸铁相比，得到很大提高。珠光体基体 的球墨铸铁屈服强度超过了0.45％C的钢。 显然，对承受冲击载荷不大的零件，用球墨铸铁代替钢是安全 可靠的。球墨铸铁不仅具有与钢相近的力学性能，而且也具有 灰口铸铁的一系列优点，如良好的铸造性、减摩性及低的缺口 敏感性等。 球墨铸铁随化学成分、冷却速度或热处理方法的不同。可得到 不同的基体组织，如铁素体球铁、珠光体球铁、破碎状铁素体 球铁、奥氏体－贝氏体球铁和马氏体球铁。
第一节 凝固成形用金属材料
2、球墨铸铁的牌号
国家标准（GB1348-1988）中规定，球墨铸铁牌号中的"QT"表示 球墨铸铁，后面用两组数字分别表示最低抗拉强度（MPa）及最 低伸长率（％）。如QT400－18，表示该球铁的最低抗拉强度为 400MPa，最小伸长率为18％。
第一节 凝固成形用金属材料
灰铸铁的典型石墨形态
a) 片状 b) 蠕虫状 c) 团絮状 d) 球状
第一节 凝固成形用金属材料
1.1.1、普通灰口铸铁
通常指具有片状石墨的铸铁，其产量占各类铸件总产量的80％以 上，在机械制造中具有重要的地位。普通灰铸铁的显微组织是由 金属基体（铁素体及珠光体）与片状石墨组成。 1、力学性能 抗拉强度、弹性模量比钢低，塑韧性接近于零，脆性材料。原因： 石墨一方面减少有效承载截面（石墨本身的强度非常低），另一 方面，石墨尖端造成大的应力集中，促使铸铁呈脆性断裂。 2、工艺性能 作为脆性材料，普通灰铸铁不可锻、冲和焊接成形。但灰铸铁 具有优良的铸造性能和切削加工性能。
第五章 凝固成形技术
第一节 凝固成形用金属材料 第二节 液态金属的获得 第三节 凝固成形方法 第四节 凝固成形件的结构设计 第五节 计算机在凝固成形中的应用
本章重、难点
重点： 铸铁、铸钢和有色合金的组织及性能 各种凝固成形方法的特点及适用范围 凝固件结构设计原则
难点： ห้องสมุดไป่ตู้种凝固合金的特点及区别 各种凝固成形方法的比较
白口铸铁 难切削加工，不常制造机器零件。
碳基本上以Fe3C形式存在，断口呈银白色，组织中存有大量共晶莱氏体， 因此非常脆硬，难以加工，通常用于一些可不经加工而直接与砂、石接触的 耐磨零件。
第一节 凝固成形用金属材料
灰口铸铁 除微量溶于铁素体以外，绝大部分以石墨形式存在，断 口呈灰色，是应用最广的铸铁。根据石墨形态不同又可分为普通灰口 铸铁（片状）、蠕墨铸铁（蠕虫状）、可锻铸铁（团絮状）、球墨铸 铁（球状），图5-1为上面4种典型的石墨形态。
麻口铸铁 碳一部分以石墨形式存在，另一部分以Fe3C形式存在，是 介于白口与灰口之间的过渡组织，断口有黑白相间的麻点，难切削加 工 。其硬度介于白口铸铁与灰口铸铁之间，一般工业中较少使用。 根据铸铁的化学成分，铸铁还可分成普通铸铁与合金铸铁。合金铸铁 是指含硅量大于4％wt，含锰量大于2％wt，或含有一定量的其它合金 元素，如Cr、Ni、Mo等，常具有耐磨、耐蚀等特殊性能。
第一节 凝固成形用金属材料
3、减震性能 灰铸铁的减震性能是钢的10倍左右。原因是石墨对机械振动波 的衰减作用很好，因此常用来制造机床床身、底座。 4、减摩性能 灰铸铁摩擦面上的石墨构成了大量微小的凹坑，可用来储存润 滑油，此外，石墨本身也是很好的润滑剂，当其铺展在摩擦面 上时，成为非常好的绿色固体润滑剂，起到减摩的作用。因而 常用以制造机床导轨、衬套、滑动轴承等摩擦件。 5、缺口敏感性 灰口铸铁中存在的石墨，使得灰铸铁的缺口敏感性远低于钢， 当存在表面缺陷或缺口时，对疲劳强度的影响甚微，这增加了 零件工作的可靠性。