材料成形工艺基础很全
产品设计工程学基础-材料及成型工艺基础-概述
2、材料的分类
材料及成型工艺基础
材料 概述
二、材料认知
学会用材料去思考、去设计.
2、材料的分类
按化学结构分
金属材料: 化学结构为金属键 的钢铁、铜、金等. 无机材料: 化学结构为离子键 的石、玻璃、陶瓷等. 有机材料: 化学结构为共价键, 主要有塑料、橡胶、有机纤维 (皮、木材)等高分子材料 复合材料: 有多相材料复合而 成,如玻璃纤维增强塑料(玻璃 钢).
材料及成型工艺基础
材料 概述
一、设计与材料
形态需求 功能需求
1、材料:设计的物质基础
材料（Material）是产品功能和形态的物质载 体, 一件完美的 产品必定是功能、形态(结构)和材 料(工艺)的和谐统一.
感知特性
形态美感
物质性能
产品功能
设计
材料
材料及成型工艺基础
产品
材料 概述
一、设计与材料
2、材料发展与设计变革
材料 概述
一、设计与材料
• 材料使用与时代划分
人们在研究中国历史时 依据对材料的使用将人
类历史划分旧石器时 代、新石器时代、 陶器时代 、青铜器 时代、铁器时代…而
如今随着新材料的不断 涌现和多种材料的综合 使用, 已很难依据材料来 进行历史的划分.
材料的开发、使用和发展贯穿着人类历史发展的 始终, 拓展着人类的生产能力, 推动着人类文明 的进步和发展, 改变着人类的生活,也深深地影响 着设计的创新与发展.
3 新材料的开发
是指基于全新概念和 方法所开发的材料.如 纳米材料与纳米加工 技术的的开发等……
材料及成型工艺基础
材料 概述
练习:材料感觉特性的测定
依据每组感觉特性，将玻璃、陶瓷、木材、金属、 塑料、橡胶、皮革等7种材料进行有序排列。
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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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。
材料成型工艺基础
材料成型工艺基础材料成型工艺是制造业中非常重要的一环，它涉及到各种材料的成型加工，包括金属、塑料、陶瓷等材料。
在现代工业生产中，材料成型工艺的发展对产品质量、生产效率和成本控制都有着重要的影响。
因此，了解材料成型工艺的基础知识对于从事相关行业的人员来说是至关重要的。
首先，材料成型工艺的基础包括材料的物理性能和化学性能。
材料的物理性能包括硬度、强度、韧性、塑性等，而化学性能则包括材料的化学成分、腐蚀性等。
了解材料的这些基本性能对于选择合适的成型工艺以及调整工艺参数都有着重要的指导作用。
其次，材料成型工艺的基础还包括成型工艺的分类和特点。
根据成型工艺的不同特点，可以将它们分为传统成型工艺和先进成型工艺。
传统成型工艺包括锻造、铸造、焊接等，而先进成型工艺则包括注塑成型、激光切割、3D打印等。
每种成型工艺都有其独特的特点和适用范围，了解这些特点对于选择合适的成型工艺和优化工艺流程都至关重要。
另外，材料成型工艺的基础还包括成型模具的设计和制造。
成型模具是进行材料成型加工的重要工具，它的设计和制造质量直接影响到成型工艺的效率和产品质量。
因此，了解成型模具的设计原理和制造工艺对于提高成型工艺的水平和质量都至关重要。
最后，材料成型工艺的基础还包括成型工艺的控制和优化。
成型工艺的控制包括工艺参数的设定、设备的调试以及生产过程的监控等，而成型工艺的优化则包括提高生产效率、降低生产成本、改善产品质量等。
了解成型工艺的控制和优化方法对于提高生产效率和产品质量都有着重要的意义。
总之，材料成型工艺的基础知识对于从事相关行业的人员来说是非常重要的。
只有深入了解材料成型工艺的基础知识，才能更好地选择合适的成型工艺，优化工艺流程，提高生产效率和产品质量。
希望本文所述内容能对相关行业的从业人员有所帮助。
材料成型工艺基础(第三版) 第9章
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。
材料成型技术基础知识点总结
材料成型技术基础知识点总结第一章铸造铸造是一种制造零件的方法，它将液态金属填充到型腔中，待其凝固冷却后，获得所需形状和尺寸的毛坯或零件。
填充铸型的过程称为充型，而液态合金充满型腔，形成轮廓清晰、形状和尺寸符合要求的优质铸件的能力被称为充型能力。
影响充型能力的因素包括金属液本身的流动能力（合金流动性）、浇注条件（浇注温度、充型压力）以及铸型条件（铸型蓄热能力、铸型温度、铸型中的气体、铸件结构）。
流动性是熔融金属的流动能力，是液态金属固有的属性。
影响合金流动性的因素包括合金种类（与合金的熔点、导热率、合金液的粘度等物理性能有关）、化学成份（纯金属和共晶成分的合金流动性最好）以及杂质和含气量（杂质增加粘度，流动性下降；含气量少，流动性好）。
金属的凝固方式包括逐层凝固方式、体积凝固方式或称“糊状凝固方式”以及中间凝固方式。
收缩是液态合金在凝固和冷却过程中，体积和尺寸减小的现象。
收缩能使铸件产生缩孔、缩松、裂纹、变形和内应力等缺陷。
合金的收缩可分为三个阶段：液态收缩、凝固收缩和固态收缩。
液态收缩和凝固收缩通常以体积收缩率表示，是铸件产生缩孔、缩松缺陷的基本原因。
合金的固态收缩通常用线收缩率来表示，是铸件产生内应力、裂纹和变形等缺陷的主要原因。
影响收缩的因素包括化学成分（碳素钢随含碳量增加，凝固收缩增加，而固态收缩略减）、浇注温度（浇注温度愈高，过热度愈大，合金的液态收缩增加）、铸件结构（铸型中的铸件冷却时，因形状和尺寸不同，各部分的冷却速度不同，结果对铸件收缩产生阻碍）以及铸型和型芯对铸件的收缩也产生机械阻力。
缩孔和缩松是铸件凝固结束后常常在某些部位出现孔洞，按照孔洞的大小和分布可分为缩孔和缩松。
缩孔的形成主要出现在金属在恒温或很窄温度范围内结晶，铸件壁呈逐层凝固方式的条件下。
缩松的形成主要出现在呈糊状凝固方式的合金中或断面较大的铸件壁中，是被树枝状晶体分隔开的液体区难以得到补缩所致。
合金的液态收缩和凝固收缩越大，浇注温度越高，铸件的壁越厚，缩孔的容积就越大。
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
材料成型工艺基础
材料成型工艺基础
材料成型工艺是指将原材料通过一系列工艺加工操作，变成形状和尺寸符合要求、性能稳定的零件或产品的过程。
常见的材料成型工艺有：
1. 热压成型：将材料加热至一定温度，然后放入模具中进行压制成型。
常见的热压成型工艺有热挤压、热拉伸、热压铸等。
2. 冷压成型：将材料放入模具中进行压制成型，常见的冷压成型工艺有冷挤压、冷拉伸等。
3. 注塑成型：将熔化的塑料注入模具中，通过加压和冷却固化成型。
常见的注塑成型工艺有射出成型、吹塑成型、挤出成型等。
4. 粉末冶金成型：将粉末材料放入模具中，在高压下压制成型，通过烧结或烤模固化成型。
常见的粉末冶金成型工艺有烧结成型、热等静压成型、烤模成型等。
5. 造型成型：将液态、半固态或塑性的材料通过造型工具或手工造型进行成型。
常见的造型成型工艺有砂型铸造、蜡型铸造、压铸等。
以上是常见的材料成型工艺，每种工艺都有各自的特点和适用范围，应根据材料的性质、需求和经济性等因素选择适合的工艺。
合工大材料成型技术基础复习知识点(全面)(可打印修改) (2)
材料成型技术基础第2章铸造1、铸造的定义、优点、缺点：铸造指熔融金属、制造铸型并将熔融金属浇入铸型凝固后，获得具有一定形状、尺寸和性能的金属零件或毛坯的成型方法。
优点：铸造的工艺适应性强，铸件的结构形状和尺寸几乎不受限制；工业上常用的合金几乎都能铸造；铸造原材料来源广泛，价格低廉，设备投资少；铸造适于制造形状复杂、特别是内腔形状复杂的零件或毛坯，尤其是要求承压、抗振或耐磨的零件。
缺点：铸件的质量取决于成形工艺、铸型材料、合金的熔炼与浇注等诸多因素，易出现浇不到、缩孔、气孔、裂纹等缺陷，且往往组织疏松，晶粒粗大。
2、充型能力的定义、影响它的三个因素：金属液的充型能力指金属液充满铸型型腔，获得轮廓清晰、形状准确的铸件的能力。
影响因素：①金属的流动性；②铸型条件；③浇注条件。
3、影响流动性的因素；纯金属和共晶成分合金呈逐层凝固流动性最好；影响充型能力的铸型的三个条件；浇注温度和压力对充型能力是如何影响的：影响流动性的因素：①合金成分：纯金属和共晶成分的合金，结晶过程呈逐层凝固方式，流动性好；非共晶成分的合金，呈中间凝固方式，流动性较差；凝固温度范围过大，铸件断面呈糊状凝固方式，流动性最差。
结晶温度范围越窄，合金流动性越好。
②合金的质量热容、密度和热导率：合金质量热容和密度越大、热导率越小，流动性越好。
影响充型能力的铸型的三个条件：①铸型的蓄热系数：铸型从其中金属液吸收并储存热量的能力。
蓄热系数越大，金属液保持液态时间短，充型能力越低。
（在型腔喷涂涂料，减小蓄热系数）②铸型温度：铸型温度越高，有利于提高充型能力。
③铸型中的气体：铸型的发气量过大且排气能力不足，就会使型腔中气压增大，阻碍充型。
浇注温度和压力对充型能力的影响：①浇注温度：提高浇注温度，延长保持液态的时间，从而提高流动性。
温度不能过高，否则金属液吸气增多，氧化严重，增大了缩孔、气孔、粘砂等缺陷倾向。
②充型压力（流动方向上的压力）：充型压力越大，流动性越好。
材料成型工艺基础-材料成形方法选择课件
例5
例6
例7
例8
例9
例10
一、轴杆类零件
特点——一般为重要零件 选材——一般为钢
成型方法——主要为锻造成型（有时也
用复合成型方法）
二、盘套类零件
齿轮
带轮等 法兰等
钻套等
成型方法分析
三、机架、箱座类零件
一般采用铸造成型方法
第三节 毛坯成型方法选择 举例
例1
例2
例3
例4
第六章 材料成形方法选择
成形方法的选择是零件设计的 重要内容，也是零件制造工艺人员 所关心的重要问题。
不同结构与材料的零件需采用不同的成
形加工方法 不同成形加工方法对材料的性能与零件 的质量会产生不同的影响 各种成形加工方法对不同零件的结构与 材料有着不同的适应性 成形加工方法与零件的生产周期、成本、 生产条件与批量等有着密切关系
第一节
材料成形方法选 择的原则与依据
一、材料成形方法的选择原则料成型方法选择的主要依据
零件类别、功能、使用要求及其结构、
形状、尺寸、技术要求等 零件的生产批量 现有生产条件
三、常用成型方法的比较
第二节 常用机械零件的毛 坯成型方法选择
材料成型工艺基础——铸造
机器造型铸件精度高，余量小；手工造型误差大，余量 也大。灰铸铁加工余量小，铸钢加工余量大。
(3) 拔模斜度
(4) 铸造圆角 圆角半径一般约为相交两壁平均厚度的1/4
(5) 型芯头
型芯头的作用：定位、支撑和固定砂芯
(6) 最小铸出孔及槽
最小铸出孔直径 灰口铸铁件 12～15 15～30 30～50 铸钢件 30～50 50
(2) 对于一些需要补缩的铸件，为防止铸件产生缩孔、缩松的 缺陷，应使铸件较厚的部位放在铸型的上部或侧面。 (3) 应将面积较大的薄壁部位置于铸型下部，或使其倾斜位置
(4) 铸件的大平面应朝下
2. 分型面的选择 (1)分型面应选在铸件的最大截面处。
(2)应尽量减少分型面的数量，并尽可能选择平面分型。
(2) 冷裂 冷裂的特征是：裂纹细小，呈连续直线状，缝内有金属 光泽或轻微氧化色。 冷裂的防止： 1）使铸件壁厚尽可能均匀； 2）采用同时凝固的原则； 3）对于铸钢件和铸铁件，必须严格控制磷的 含量，防止冷脆性。
作 业
1.铸件的凝固应遵循什么基本原则？优缺点是 什么？各适用于什么范围？ 2.在生产中，为什么要选择共晶成分、近共晶 成分或凝固温度范围小的合金作为铸造合金？
2）给定成分的铸件，缩孔和缩松的总容积是一定值，适 当增大铸件的冷却速度可促进缩松向缩孔转化； 3）合金收缩越大，铸件的缩孔体积越大； 4）浇注温度越高，液态收缩越大，缩孔的体积越大； 5）缩孔和缩松总是存在于铸件的最后凝固部位。如果铸 件设计壁厚不均匀，则在厚壁处易于出现缩孔或缩松。
2)缩孔和缩松的防止 防止缩孔和缩松常用的工艺措施就是控制铸件的凝固
提高25~30%，但伸长率有所下降。
(3) 可压铸出形状复杂的薄壁件。 (4) 生产率高。国产压铸机每小时可铸
工程材料及成形技术基础复习重点完整版
一、二元相图的建立合金的结晶过程比纯金属复杂;常用相图进行分析;相图是用来表示合金系中各金在缓冷条件下结晶过程的简明图解;又称状态图或平衡图..合金系是指由两个或两个以上元素按不同比例配制的一系列不同成分的合金.. 组元是指组成合金的最简单、最基本、能够独立存在的物质..多数情况下组元是指组成合金的元素..但对于既不发生分解、又C..不发生任何反应的合物也可看作组元; 如Fe-C合金中的Fe3相图由两条线构成;上面是液相线;下面是固相线..相图被两条线分为三个相区;液相线以上为液相区L ;固相线以下为固溶体区;两条线之间为两相共存的两相区L+ ..3 枝晶偏析合金的结晶只有在缓慢冷却条件下才能得到成分均匀的固溶体..但实际冷速较快;结晶时固相中的原子来不及扩散;使先结晶出的枝晶轴含有较多的高熔点元素如Cu-Ni合金中的Ni; 后结晶的枝晶间含有较多的低熔点元素;如Cu-Ni合金中的Cu..在一个枝晶范围内或一个晶粒范围内成分不均匀的现象称作枝晶偏析..与冷速有关而且与液固相线的间距有关..冷速越大;液固相线间距越大;枝晶偏析越严重枝晶偏析会影响合金的力学、耐蚀、加工等性能..生产上常将铸件加热到固相线以下100-200℃长时间保温;以使原子充分扩散、成分均匀;消除枝晶偏析;这种热处理工艺称作扩散退火..2、二元共晶相图当两组元在液态下完全互溶;在固态下有限互溶;并发生共晶反应时所构成的相图称作共晶相图..以 Pb-Sn 相图为例进行分析..1 相图分析①相：相图中有L、、三种相; 是溶质Sn在 Pb中的固溶体; 是溶质Pb在Sn中的固溶体..②相区：相图中有三个单相区： L、、；三个两相区： L+ 、L+ 、+ ..③液固相线：液相线AEB;固相线ACEDB..A、B分别为Pb、Sn的熔点..④固溶线: 溶解度点的连线称固溶线..相图中的CF、DG线分别为Sn在 Pb中和 Pb在 Sn中的固溶线..固溶体的溶解度随温度降低而下降..⑤共晶线：水平线CED叫做共晶线..在共晶线对应的温度下183 ℃;E点成分的合金同时结晶出C点成分的固溶体和D点成分的固溶体;形成这两个相的机械混合物LE C+D在一定温度下;由一定成分的液相同时结晶出两个成分和结构都不相同的新固相的转变称作共晶转变或共晶反应..一、铁碳合金的组元和相C1. 组元：Fe、 Fe32. 相⑴铁素体——碳在-Fe中的固溶体称铁素体;用F或表示碳在–Fe中的固溶体用表示;体心立方间隙固溶体..铁素体的溶碳能力很低;在727℃时最大为0.0218%;室温下仅为0.0008%..铁素体的组织为多边形晶粒;性能与纯铁相似..2 奥氏体碳在 -Fe中的固溶体称奥氏体..用A或表示..是面心立方晶格的间隙固溶体..溶碳能力比铁素体大;1148℃时最大为2.11%..组织为不规则多面体晶粒;晶界较直..强度低、塑性好;钢材热加工都在区进行;碳钢室温组织中无奥氏体..3 渗碳体Fe3C含碳6.69%;用Fe3C或Cm表示..Fe3C硬度高、强度低 b35MPa;脆性大;塑性几乎为零..由于碳在 -Fe中的溶解度很小;因而常温下碳在铁碳合金中主要以Fe3C或石墨的形式存在..重要知识点五个重要的成份点: P、S、E、C、F四条重要的线: ECF、PSK、ES、GS三个重要转变: 共晶转变反应式、共析转变反应式、包晶转变本节略二个重要温度: 1148 ℃、727 ℃第一节退火和正火一般零件的工艺路线为：毛坯铸造或锻造→退火或正火→机械粗加工→淬火+回火或表面热处理→机械精加工..退火与正火常作为预备热处理;其目的是为消除毛坯的组织缺陷;或为以后的加工作准备；淬火和回火工艺配合可强化钢材;提高零件使用性能;作为最终热处理..一、退火将工件加热到适当温度;保温一定时间;缓慢冷却热处理工艺目的根据不同情况;退火的作为可归纳为降低硬度;改善钢的成形和切削加工性能；均匀钢的化学成分和组织；消除内应力等..①调整硬度以便进行切削加工；②消除残余内应力;以防止钢件在淬火时产生变形或开裂;③细化晶粒;改善组织;提高力学性能;为最终热处理作准备..1、退火类型1 完全退火完全退火是将工件完全奥氏体化后缓慢冷却;获得接近平衡组织的退火工艺..工艺加热温度为Ac3以上20℃~30℃;保温时间依工件的大小和厚度而定;使工件热透;保证全部得到均匀化的奥氏体;冷却方式可采用随炉缓慢冷却;实际生产时为提高生产率;退火冷却至600℃左右即可出炉空冷..2球化退火工艺球化退火的加热温度为Ac1以上20℃~30℃;采用随炉缓冷;至500℃~600℃后出炉空冷；3去应力退火去除工件塑性变形加工、切削加工或焊接造成的内应力及铸件内存在的残余内应力而进行的退火工艺..工艺去应力退火加热温度较宽;但不超过AC1点;一般在500℃~650℃之间;铸铁件去应力退火温度一般为500℃ ~ 550℃；焊接工件的去应力退火温度一般为500℃ ~600℃..去应力退火的保温时间也要根据工件的截面尺寸和装炉量决定..去应力退火后的冷却应尽量缓慢;以免产生新的应力..4扩散退火为减少铸件或锻坯的化学成分和组织不均匀性;将其加热到略低于固相线固相线以下 100℃～200℃的温度;长时间保温10h～15h;并进行缓慢冷却的热处理工艺;称为扩散退火或均匀化退火..二、正火1、正火的概念工艺正火处理的加热温度通常在Ac3或Accm以上30℃~50℃..对于含有V、Ti、Nb等碳化物形成元素的合金钢;采用更高的加热温度AC3 + 100℃~150℃..正火冷却方式常用的是将钢件从加热炉中取出在空气中自然冷却..对于大件也可采用吹风、喷雾和调节钢件堆放距离等方法控制钢的冷却速度;达到要求的组织和性能..第二节钢的淬火将亚共析钢加热到Ac3以上;共析钢与过共析钢加热到Ac1以上;低于Accm的温度;保温后以大于Vk的速度快速冷却;使奥氏体转变为马氏体或贝氏体的热处理工艺叫淬火..马氏体强化是钢的主要强化手段;因此淬火的目的就是为了获得马氏体;提高钢的机械性能..淬火是钢的最重要的热处理工艺也是热处理中应用最广的工艺之一..1、淬火温度的确定淬火温度即钢的奥氏体化温度;是淬火的主要工艺参数之一..选择淬火温度的原则是获得均匀细小的奥氏体组织..亚共析钢的淬火温度一般为Ac3以上30~50℃;淬火后获得均匀细小的马氏体组织..温度过高;奥氏体晶粒粗大而得到粗大的马氏体组织;而使钢的机械性能恶化;特别是塑性和韧性降低；淬火温度低于Ac3;淬火组织中会保留未溶铁素体;使钢的强度硬度下降..4、钢的淬透性1淬透性与淬硬性的概念钢的淬透性是指奥氏体化后的钢在淬火时获得马氏体的能力也称为淬透层深度;其大小用钢在一定条件下淬火获得的淬硬层深度来表示..淬硬层深度指由工件表面到半马氏体区50%M + 50%P的深度..淬硬性是指钢淬火后所能达到的最高硬度;即硬化能力..淬透性与淬硬层深度的关系同一材料的淬硬层深度与工件尺寸、冷却介质有关..工件尺寸小、介质冷却能力强;淬硬层深.. 淬透性与工件尺寸、冷却介质无关..它只用于不同材料之间的比较;通过尺寸、冷却介质相同时的淬硬层深度来确定的..2淬透性的测定及其表示方法同一材料的淬硬层深度与工件的尺寸;冷却介质有关;工件尺寸小、冷却能力强;淬硬层深;工件尺寸小、介质冷却能力强;淬硬层深;而淬透性与工件尺寸、冷却介质无关;它只用于不同材料之间的比较;是在尺寸、冷却介质相同时;用不同材料的淬硬层深度进行比较的..淬透性常用末端淬火法测定如下图所示;将标准化试样奥氏体化后;对末端进行喷水冷却..然后从水冷段开始;每隔一定距离测量一个硬度值;即可得到试样沿轴向的硬度分布曲线;称为钢的淬透性曲线..即用 表示J 表示末端淬透性；d 表示半马氏体区到水冷端的距离；HRC 为半马氏体区的硬度..3 影响淬透性的因素钢的淬透性取决于临界冷却速度V K ; V K 越小;淬透性越高..V K 取决于C 曲线的位置;C 曲线越靠右;V K 越小..凡是影响C 曲线的因素都是影响淬透性的因素;即除Co 外;凡溶入奥氏体的合金元素都使钢的淬透性提高；奥氏体化温度高、保温时间长也使钢的淬透性提高..影响淬硬层深度的因素淬透性 冷却介质 工件尺寸对于截面承载均匀的重要件;要全部淬透..如连杆、模具等..对HRC J d于承受弯曲、扭转的零件可不必淬透淬硬层深度一般为半径的1/2-1/3;如轴类、齿轮等..淬硬层深度与工件尺寸有关;设计时应注意尺寸效应..第三节钢的回火回火——将淬火钢加热到Ac1以下的某温度保温后冷却的热处理工艺..1、回火的目的消除或减少淬火内应力;防止工件变形或开裂；获得工艺所要求的力学性能；稳定工件尺寸..淬火马氏体和残余奥氏体都是非平衡组织;有自发向平衡组织铁素体加渗碳体转变的倾向..回火可使马氏体和残余奥氏体转变为平衡或接近平衡的组织;防止使用时变形..对于未经淬火的钢;回火是没有意义的;而淬火钢不经回火一般也不能直接使用;为避免淬火件在放置过程中发生变形或开裂;钢件经淬火后应及时回火..3、回火工艺1低温回火<250℃低温回火后得到回火马氏体组织..其目的是降低钢的淬火应力和脆性;回火马氏体具有高的硬度一般为58~64HRC、强度和良好耐磨性..低温回火特别适用于刀具、量具、滚动轴承、渗碳件及高频表面淬火等工求高硬度和耐磨性的工件..2中温回火350-500℃中温回火时发生如下变化;得到T回组织;即为在保持马氏体形态的铁素体基体上分布着细粒状渗碳体的组织..使钢具有高的弹性极限;较高的强度和硬度一般为35 ~ 50HRC;良好的塑性和韧性..中温回火主要用于各种弹性元件及热作模具..3高温回火>500℃高温回火后得到回火索氏体组织;即为在多边性铁素体基体上分布着颗粒状Fe3C的组织 ..工件淬火并高温回火的复合热处理工艺称为调质..高温回火主要适用于中碳结构钢或低合金结构钢制作的曲轴、连杆、螺栓、汽车半轴、等重要的机器零件..4、回火时的性能变化回火时力学性能变化总的趋势是随回火温度提高;钢的强度、硬度下降;塑性、韧性提高..5、回火脆性淬火钢的韧性并不总是随温度升高而提高..在某些温度范围内回火时;会出现冲击韧性下降的现象..1低温回火脆性淬火钢在250℃～350℃范围内回火时出现的脆性叫做低温回火脆性..几乎所有的钢都存在这类脆性..这是一种不可逆回火脆性;目前尚无有效办法完全消除这类回火脆性..所以一般都不在250℃～350℃这个温度范围内回火..2高温回火脆性淬火钢在500℃～650℃范围内回火时出现的脆性称为高温回火脆性;称为第二类回火脆性..这种脆性主要发生在含Cr、Ni、Si、Mn等合金元素的结构钢中..这种脆性与加热、冷却条件有关..加热至600℃以上后;以缓慢的冷却速度通过脆化温度区时;出现脆性；快速通过脆化区时;则不出现脆性..此类回火脆性是可逆的;在出现第二类回火脆性后;重新加热至600℃以上快冷;可消除脆性..第四节钢的表面淬火钢的表面热处理有两大类：一类是表面加热淬火热处理;通过对零件表面快速加热及快速冷却使零件表层获得马氏体组织;从而增强零件的表层硬度;提高其抗磨损性能..另一类是化学热处理;通过改变零件表层的化学成分;从而改变表层的组织;使其表层的机械性能发生变化..1、表面淬火表面具有高的强度、硬度和耐磨性;不易产生疲劳破坏;而心部则要求有足够的塑性和韧性..采用表面淬火可使钢的表面得到强化;满足工件这种“表硬心韧”的性能要求..1 表面淬火目的使表面具有高的硬度、耐磨性和疲劳极限;心部在保持一定的强度、硬度的条件下;具有足够的塑性和韧性..适用于承受弯曲、扭转、摩擦和冲击零件2 表面淬火用材料0.4-0.5%C的中碳钢..含碳量过低;则表面硬度、耐磨性下降含碳量过高;心部韧性下降；铸铁提高其表面耐磨性..3 预备热处理工艺对于结构钢为调质或正火..前者性能高;用于要求高的重要件;后者用于要求不高的普通件..目的①为表面淬火作组织准备②获得最终心部组织..表面淬火后的回火采用低温回火;温度不高于200℃..目的为降低内应力保留淬火高硬度耐磨性..表面淬火+低温回火后的组织：表层组织为M回；心部组织为S回调质或F+S正火..第五节化学热处理化学热处理是将钢件置于一定温度的活性介质中保温;使一种或几种元素渗入它的表面;改变其化学成分和组织;达到改进表面性能;满足技术要求热处理过程..目的1、提高渗层硬度和耐磨性;如渗碳、氮等；2、提高零件接触疲劳强度和提高抗擦伤能力;渗氮等；3、提高零件抗氧化、耐高温性能;如渗入铝、铬等；4、提高零件抗蚀性;如渗入硅、铬等..化学热处理基本过程1介质的分解—即加热时介质中的化合物分子发生分解并释放出活性原子；2工件表面的吸收—即活性原子向固溶体中溶解或与钢中某些元素形成化合物；3原子向内部扩散—即溶入的元素原子在浓度梯度的作用下由表层向钢内部的扩散..1、渗碳原理渗碳是指向钢表面渗入碳原子的过程..渗碳是为了使低碳钢工件含碳量为0.1%～0.25%表面获得高的碳浓度0.85%～1.05%;从而提高工件表面的硬度、耐磨性及疲劳强度;同时保持心部良好的韧性和塑性..若采用中碳以上的钢渗碳;则将降低工件心部的韧性..渗碳主要用于那些对耐磨性要求较高、同时承受较大冲击载荷的零件..2渗碳件用钢一般采用碳质量分数为0.1%~0.25%的低碳钢或低碳合金钢;20、20Cr、20CrMnTi等..可使渗碳件表面高硬度、耐磨;心部高强韧性、承受较大冲击..3渗碳后的热处理及性能渗碳缓冷后组织：表层为P+网状Fe3CⅡ; 心部为F+P；中间为过渡区..渗碳后必须经淬火+低温回火后才能满足使用性能的要求..热处理后使渗碳件表面具有马氏体和碳化物的组织;表面硬度58~64HRC..而心部根据采用钢材淬透性的大小和零件尺寸大小;获得低碳马氏体或其他非马氏体组织;具有心部良好强韧性..常用方法是渗碳缓冷后;重新加热到Ac1+30-50℃淬火+低温回火..表层：M回+颗粒状碳化物+A’少量; 心部：淬透时;M回+F..2、渗氮渗氮是在一定温度下于一定介质中使氮原子渗入工件表层的化学热处理工艺..方法主要有气体渗氮和离子渗氮等..1气体渗氮渗氮温度一般为500~560℃;时间一般为20~50小时;采用氨气NH3 作渗氮介质..氨气在450℃以上温度时即发生分解;产生活性氮原子： 2NH3——3H2+2N2渗氮的特点渗氮件的表面硬度高达;相当于65HRC～72HRC..并可保持到560～600℃而不降低..氮化后钢件不需其他热处理;渗氮件的变形小..渗氮后具有良好的耐腐蚀性能..这是由于渗氮后表面形成致密的氮化物薄膜;气体渗氮所需时间很长;渗氮层也较薄一般为0.3-0.6mm;38CrMoAl钢制压缩机活塞杆为获得0.4-0.6mm的渗氮层深度气体渗氮保温时间需60h左右..氮化缺点工艺复杂;成本高;氮化层薄..用于耐磨性、精度要求高的零件及耐热、耐磨及耐蚀件..第六节铸铁一、铸铁的成分、组织和性能特点1、铸铁的成分特点a. 含碳量理论上含C：2.11%~ 6.69% 的铁碳合金都属于铸铁; 但工业上常用铸铁的含碳量一般在：2.50%~4.00%之间..三、铸铁的分类1、灰口铸铁普通铸铁石墨呈片状;典型灰口铸铁;这类铸铁机械性能不高;但生产工艺简单;价格低廉;工业上所用铸铁几乎全部属于这类铸铁..灰口铸铁又根据第三阶段石墨化程度的不同分为：铁素体灰铁、 F+P灰铁、珠光体灰铁2、白口铸铁炼钢生铁第一、二、三阶段石墨化过程完全被抑制;Fe-C合金完全按照Fe-Fe3CC形式存在组织中存在莱氏体组织;断口呈白亮结晶而得到的铸铁;以Fe3色;故得名白口铸铁..白口铸铁硬脆;主要作为炼钢原料..3、可锻铸铁韧性铸铁;玛钢C分解而得到团石墨呈团絮状;用白口铸铁经长时间高温退火后;Fe3絮状石墨组织的铸铁..由于石墨呈团絮状;对基体的割裂作用比片状石墨小一些;故机械性能尤其冲击韧性高于灰口铸铁..可锻铸铁由于生产工艺复杂;成本较高;应用很少..4、球墨铸铁石墨组织呈球状;这种铸铁强度高;生产工艺比可锻铸铁简单;且可通过热处理进一步提高强度..球墨铸铁既保持了铸铁的特点;又具钢的高强度、高韧性;故应用越来越多..1球化处理与孕育处理Ⅰ球化处理铁水浇铸前;加入一定量的球化剂镁;硅铁-镁;铜-镁系;以促使石墨结晶时生长成为球状的工艺;称为球化处理..Ⅱ孕育处理变质处理球化处理只能在铁水中有石墨核心产生时;才能促使石墨生长成球状;而球化剂都是阻碍石墨化的元素;所以必须进行孕育处理变质处理;往铁水中加入变质剂75% Si-Fe..第七节铝及铝合金1性能特点纯铝银白色金属光泽;密度小2.72;熔点低660.4℃;导电导热性能优良..耐大气腐蚀;易于加工成形 ..具有面心立方晶格..铝合金一般具有有限固溶型共晶相图..可将铝合金分为变形铝合金和铸造铝合金两大类..3形变铝合金的牌号、性能变形铝及铝合金牌号表示方法;国标规定;变形铝及铝合金可直接引用国际四位数字体系牌号或采用国标规定的四位字符牌号..GB 3190-82中的旧牌号表示方法为防锈铝合金：LF +序号硬铝合金： LY +序号超硬铝合金：LC +序号锻铝合金： LD +序号4铸造铝合金牌号、分类Al- Si系：代号为ZL1+两位数字顺序号Al-Cu系：代号为ZL2+两位数字顺序号Al-Mg系：代号为ZL3+两位数字顺序号Al-Zn系：代号为ZL4+两位数字顺序号二、铜及铜合金1性能特点纯铜呈紫红色;又称紫铜;具有面心立方晶格;无同素异构转变;无磁性..纯铜具有优良的导电性和导热性;在大气、淡水和冷凝水中有良好的耐蚀性..塑性好..2黄铜以Zn为主要合金元素的铜合金称为黄铜..黄铜按化学成分可分为普通黄铜和特殊黄铜..按工艺可分为加工黄铜和铸造黄铜..单相黄铜塑性好;常用牌号有H80、H70、H 68..适于制造冷变形零件;如弹壳、冷凝器管等..三七黄铜两相黄铜热塑性好; 强度高..常用牌号有H59、H62..适于制造受力件;如垫圈、弹簧、导管、散热器等..四六黄铜3青铜青铜主要是指Cu-Sn合金..加工青铜的牌号为：Q +主加元素符号及其平均百分含量 + 其他元素平均百分含量.. QSn4-3含4%Sn 3%Zn 常用青铜有锡青铜、铝青铜、铍青铜、硅青铜、铅青铜等..常用牌号有：QSn4-3、QSn6.5-0.4、ZCuSn10Pb1轴承合金制造滑动轴承的轴瓦及其内衬的耐磨合金称为轴承合金..滑动轴承是许多机器设备中对旋转轴起支撑..由轴承体和轴瓦两部分组成..与滚动轴承相比滑动轴承具有承载面积大;工作平稳;无噪音及拆装方便等优点..一、组织性能要求速旋转时;轴瓦与轴颈发生强烈摩擦;承受轴颈施加的交变载荷和冲击力..⑴足够的强韧性;承受交变冲击载荷；⑵较小的热膨胀系数;良好的导热性和耐蚀性;以防止轴与轴瓦之间咬合；⑶较小的摩擦系数;良好的耐磨性和磨合性;以减少轴颈磨损;保证轴与轴瓦良好的跑合..为满足上述性能要求;轴承合金的组织应是软的基体上分布着硬的质点..当轴旋转时;软的基体或质点被磨损而凹陷;减少了轴颈与轴瓦的接触面积;有利于储存润滑油..软基体或质点还能起嵌藏外来硬杂质颗粒的作用;以避免擦伤轴颈..这类组织承受高负荷能力差；属于这类组织的有锡基和铅基轴承合金;又称为巴氏合金babbitt alloy1、锡基轴承合金以锡为主并加入少量锑、铜等元素组成的合金熔点较低;是软基体硬质点组织类型的轴承合金..锡基轴承合金具有较高的耐磨性、导热性、耐蚀性和嵌藏性;摩擦系数和热膨胀系数小;但疲劳强度较低;工作温度不超过150 ℃;价格高..广泛用于重型动力机械;如气轮机、涡轮机和内燃机等大型机器的高速轴瓦..2、铅基轴承合金以铅为主加入少量锑、锡、铜等元素的合金;软基体硬质点型轴承合金;ZChPbSb16Sn16Cu2..铅基轴承合金的强度、硬度、耐蚀性和导热性都不如锡基轴承合金;但其成本低;高温强度好;有自润滑性..常用于低速、低载条件下工作的设备;如汽车、拖拉机曲轴的轴承等..。
材料成形技术基础知识点总结
铸造：将熔融的液体浇注到与零件的形状相适应的铸型型腔中,冷却后获得逐渐的工艺方法。
1、铸造的实质利用了液体的流动形成。
2、铸造的特点A 适应性大(铸件分量、合金种类、零件形状都不受限制)；B 成本低C 工序多，质量不稳定，废品率高D 力学性能较同样材料的锻件差。
力学性能差的原因是：铸造毛胚的晶粒粗大,组织疏松, 成份不均匀3、铸造的应用铸造毛胚主要用于受力较小，形状复杂(特别是腔内复杂)或者简单、分量较大的零件毛胚。
1、铸件的凝固(1)铸造合金的结晶结晶过程是由液态到固态晶体的转变过程.它由晶核的形成和长大两部份组成。
通常情况下,铸件的结晶有如下特点：A 以非均质形核为主B 以枝状晶方式生长为主.结晶过程中，晶核数目的多少是影响晶粒度大小的重要因素，因此可通过增加晶核数目来细化晶粒. 晶体生长方式决定了最终的晶体形貌，不同晶体生长方式可得到枝状晶、柱状晶、等轴晶或者混合组织等.(2)铸件的凝固方式逐渐的凝固方式有三种类型:A 逐层凝固B 糊状凝固C 中间凝固2、合金的铸造性能(1)流动性合金的流动性即为液态合金的充型能力，是合金本身的性能。
它反映了液态金属的充型能力，但液态金属的充型能力除与流动性有关，还与外界条件如铸型性质、浇注条件和铸件结构等因素有关，是各种因素的综合反映。
生产上改善合金的充型能力可以从一下各方面着手：A 选择挨近共晶成份的趋于逐层凝固的合金,它们的流动性好；B 提高浇注温度，延长金属流动时间；C 提高充填能力D 设置出气冒口，减少型内气体，降低金属液流动时阻力。
(2)收缩性A 缩孔、缩松形成与铸件的液态收缩和凝固收缩的过程中.对于逐层凝固的合金由于固液两相共存区很小甚至没有，液固界面泾渭分明，已凝固区域的收缩就能顺利得到相邻液相的补充，如果最后凝固出的金属得不到液态金属的补充，就会在该处形成一个集中的缩孔。
适当控制凝固顺序，让铸件按远离冒口部份最先凝固，然后朝冒口方向凝固, 最后才是冒口本身的凝固(即顺序凝固方式) ,就把缩孔转移到最后凝固的部位—- 冒口中去，而去除冒口后的铸件则是所要的致密铸件。
工程材料与成型工艺基础
三、断裂韧度的应用
当 KⅠ≥KⅠc时，裂纹就会扩展而导致低应力脆断。根据这个 条件：
（1)确定对材料所要求的断裂韧度K1c，作为选材的依据。 （2)估算断裂时的临界裂纹长度a ,作为裂纹探伤的依据。
c
（3)确定构件断裂时的临界应力σc 。 （4）判断构件的安全性。
ac
（ K1C
Y
）2
c
K1C Ya
第一节 材料在载荷作用下的力学行为
一、弹性变形、塑性变形和断裂 材料在载荷作用下的行为，称之为力学行 为。当外力作用在固体物质上时，随外力 增加，物体会逐渐改变其原始形状和尺寸 而发生变形，外力增加到一定数值后，物 体将发生断裂，所以变形和断裂是固体物 质受载时，随外力的增加而产生的普遍现 象。
二、应力和应变
屈服强度σs，抗拉强度σb ，弹性模量E， 断后伸长率δ和断面收缩率Ψ。
Fs σs =
S0
试样屈服时的载荷( N )
( M pa ) 试样原始横截面积( mm2)
F0.2 σ0.2 =
S0
试样产生0.2%残余塑性变 ( M pa ) 形时的载荷(N) 试样原始横截面( mm2)
Fb σb =
S0
试样断裂前的最大载荷(N)
应力：单位面积上所受的力。 应变：单位长度的伸长量。
第二节 材料的静态力学性能
一、拉伸试验及材料的强度与塑性
左图为拉伸试验机
下图为拉伸试验过 程中试样的变形及 断裂。
由上图可知：在拉伸载荷作用下，试样的变形 分为三个阶段：弹性变形阶段；塑性变形阶段； 断裂阶段。在拉伸试验过程中，可测定的主要 力学性能指标有：
( M pa )
试样原始横截面积( mm2)
S0 - S k
材料成型工艺基础考试复习要点
材料成型工艺根底复习资料13上午九到十一点一号公教楼4071铸件的凝固方式及其影响因素凝固方式：〔l〕逐层凝固方式〔2〕糊状凝固方式〔3〕中间凝固方式影响因素：〔l)合金的结晶温度围：结晶温度围越小，凝固区域越窄，越倾向于逐层凝固。
低碳钢近共晶成分铸铁倾向于逐层凝固，高碳钢、远共晶成分铸铁倾向于糊状凝固。
〔2〕逐渐的温度梯度：在合金的结晶温度围已定时，假设铸件的温度梯度↑由小到大，则凝固区由宽变窄，倾向于逐层凝固。
2铸造性能含义及其包括容，充型能力含义，影响合金流动性因素〔合金种类、成分、浇注条件、铸型条件〕铸造性能：合金铸造成形获得优质铸件的能力，、合金的铸造性能：主要指合金的流动性、收缩性和吸收性等充型能力：液态合金充满铸型型腔，获得形状完整轮廓清晰的铸件的能力。
影响合金流动性因素：〔l)合金的种类。
灰铸铁、硅黄铜流动性最好，铝合金次之，铸钢最差。
〔2〕合金的成分。
同种合金，成分不同，其结晶特点不同，流动性也不同。
〔3〕浇注温度越高，保持液态的时间越长，流动性越好；温度越高，合金粘度越低，阻力越小，充型能力越强。
在保证充型能力的前提下温度应尽量低。
生产中薄壁件常采用较高温度，厚壁件采用较低浇注温度，〔4〕 l.铸型的蓄热能力越强，充型能力越差2．铸型温度越高，充型能力越好3．铸型中的气体阻碍充型3合金的收缩三阶段，缩孔、缩松、应力、变形、裂纹产生阶段l.收缩。
合金从液态冷却至常温的过程中，体积或尺寸缩小的现象。
合金的收缩过程可分为三阶段〔l〕液态收缩〔2〕凝固收缩〔3〕固态收缩缩孔〔1〕形成条件：金属在恒温或很窄的温度围结晶，铸件壁以逐层凝固方式凝固。
〔2〕产生原因：是合金的液态收缩和凝固收缩值大于固态收缩值，且得不到补偿。
〔3〕形成部位：在铸件最后凝固区域，次区域也称热节。
缩松〔1〕形成条件：形成铸件最后凝固的收缩未能得到补足，或者结晶温度围宽的合金呈糊状凝固，凝固区域较宽，液、固两相共存，树枝晶兴旺，枝晶骨架将合金液分割开的小区难以得到补缩所致。
材料成形技术基础
材料成形技术基础材料成形技术是将原材料通过加工和加热等方式进行形状改变的一种工艺技术。
它是现代工业生产中最为基础的一种技术，广泛应用于汽车制造、航空航天、电子设备、建筑等众多领域。
材料成形技术的基础包括材料性质、成形工艺、模具设计和材料成型设备等方面。
首先，了解材料的性质对于材料成形技术至关重要。
不同的材料在成形过程中的行为和特性会有所不同，因此在进行材料成形之前，首先需要对材料进行分析和测试，了解其力学性能、热学性能以及变形性能等方面的特点。
这些性能对于选择适当的成形工艺和加工参数具有重要影响。
其次，成形工艺是材料成形技术的关键。
成形工艺是指通过施加力和温度等条件改变材料形状的过程。
常见的成形工艺包括铸造、锻造、轧制、挤压、拉伸、剪切等。
不同的成形工艺适用于不同类型的材料和形状要求，因此需要根据具体的情况选择适当的成形工艺。
第三，模具设计是材料成形技术中的重要环节。
模具是将材料成形成所需形状的关键工具。
模具设计需要根据材料性质、成形工艺和产品要求等因素合理设计模具的结构和形状。
同时，模具的加工精度和表面光洁度对于成形工艺的控制也具有重要影响，因此在模具设计中需要考虑这些因素。
最后，材料成型设备是实施材料成形技术的基础。
不同的材料成形工艺需要相应的设备，如高温炉、锻压机、挤压机、轧机等。
这些设备需要具备相应的功率、控制精度和稳定性，以保证材料能够按照预定的工艺要求进行成形。
总结起来，材料成形技术基础包括材料性质、成形工艺、模具设计和材料成型设备等方面。
了解材料性质、选择适当的成形工艺、合理设计模具和使用符合要求的成型设备是确保材料成形质量的关键。
随着科学技术的发展，材料成形技术的研究不断推进，使得各种新材料和新工艺得以应用，推动了工业生产的进一步发展。
精品文档-材料成型工艺基础(第二版)(刘建华)-第2章
因此，必须采取适当的工艺措施予以防止。防止缩孔常用的工艺 措施就是控制铸件的凝固次序，使铸件实现顺序凝固。所谓顺序 凝固，就是使铸件按递增的温度梯度方向从一个部分到另一个部 分依次凝固。在铸件可能出现缩孔的热节处，通过增设冒口或冷 铁等一系列工艺措施，使铸件远离冒口的部位先凝固，然后是靠 近冒口部位凝固，最后是冒口本身凝固，如图2-8所示。按此原 则进行凝固，能使缩孔集中到冒口中，最后将冒口切除，就可以 获得致密的铸件。
19
4. 铸型条件包括铸型的蓄热系数、铸型温度以及铸型中的气体 含量等。铸型的蓄热系数是指铸型从金属液吸收并储存热量的能 力。铸型材料的导热率、密度越大，蓄热能力越强，蓄热系数越 大，对液态合金的激冷作用越强，金属液保持流动的时间就越短， 充型能力越差。铸型温度越高，金属液冷却越慢，越有利于提高 充型能力。另外，在浇注时，铸型如产生气体过多，且排气能力 不好，则会阻碍充型，并易产生气孔缺陷。
30
铸件进一步冷却时，除了里面的液态合金产生液态收缩及凝固收 缩外，已凝固的外壳还将产生固态收缩。但硬壳内合金的液态收 缩和凝固收缩远大于硬壳的固态收缩，故液面下降，与硬壳顶面 脱离，如图2-5(c)所示。此时在大气压力作用下，硬壳可能向内 凹陷，如图2-5(d)所示。随着凝固的继续进行，凝固层不断加厚， 液面继续下降，在最后凝固的部位形成一个倒锥形的缩孔，如图 2-5(e)所示。
17
高温出炉能使一些难熔的固体质点熔化；低温浇注能使一些尚未 熔化的质点及气体在浇包镇静阶段有机会上浮而使铁水净化，从 而提高合金的流动性。对于形状复杂的薄壁铸件，为了避免产生 冷隔和浇不足等缺陷，浇注温度以略高为宜。
18
3.充型压力 金属液态合金在流动方向上所受到的压力称为充型压力。充 型压力越大，合金的流速越快，流动性越好。但充型压力不宜过 大，以免产生金属飞溅或因为气体排出不及时而产生气孔等缺陷。 砂型铸造的充型压力由直浇道所产生的静压力形成，提高直浇道 的高度可以增大充型能力。通过压力铸造和离心铸造来增加充型 压力，即可提高金属液的流动性，增强充型能金体积的缩减，常用体积收 缩率表示，是铸件产生缩孔、缩松的基本原因；合金的固态收缩 主要表现为铸件各个方向上的线尺寸的缩减，通常用线收缩率表 示，是铸件产生内应力、变形和裂纹的基本原因。不同的合金其 收缩率不同，表2-2列出了几种铁碳合金的收缩率。
材料成型工艺基础第四版
材料成型工艺基础第四版
本章介绍了《材料成型工艺基础第四版》的
内容概要，包括主要议题和研究方法。
还解释了
为什么了解材料成型工艺的基础知识对于从事相
关领域的专业人士至关重要。
本章讨论了材料的物理特性、化学特性以及
机械特性对材料成型过程的影响。
重点介绍了材
料的强度、硬度、塑性等性能的定义和测试方法。
本章介绍了材料成型的基本原理和工艺，包
括热成型、冷成型、压力成型等各种成型工艺的
原理和应用。
还讨论了材料成型过程中的能量转
化和热力学原理。
本章详细介绍了常见的材料成型工艺，如锻造、压铸、注塑、挤压等，并讨论了它们的工艺特点、应用范围以及材料选择的考虑因素。
本章探讨了材料成型工艺中可能遇到的问题和挑战，包括材料变形、表面缺陷、工艺参数优化等方面的内容。
还提供了解决这些问题的一些建议和方法。
本章展望了材料成型工艺的发展趋势，包括新材料的应用、先进技术的发展以及自动化和智能化生产的推动等方面的内容。
还讨论了未来材料成型工艺可能面临的挑战和机遇。
本章展望了材料成型工艺的发展趋势，包括新材料的应用、先进技术的发展以及自动化和智能化生产的推动等方面的内容。
还讨论了未来材料成型工艺可能面临的挑战和机遇。
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。
工程材料及成型工艺基础
工程材料及成型工艺基础
工程材料
1. 金属材料
金属材料是各种工程材料中使用最广泛的一类，其具有较高的强度和
韧性，良好的导电导热性能，以及良好的可加工性。
常见的金属材料
包括钢材、铝材、铜材和锌材等。
2. 非金属材料
非金属材料的应用范围也非常广泛，包括了塑料、陶瓷、橡胶、玻璃、复合材料等。
这类材料的主要特点是密度小，比强度高，电绝缘性能好，耐腐蚀能力强。
3. 复合材料
复合材料是由两种或两种以上的不同材料组合而成的材料，常见的包
括碳纤维复合材料、玻璃纤维复合材料等。
它具有较高的强度、韧性、耐腐蚀能力以及耐磨性，但价格较高。
成型工艺
1. 焊接
焊接是两个工件通过熔化，使两个工件之间形成稳定的结合方式。
常
见的焊接方法包括电弧焊、气体保护焊和激光焊等。
2. 铸造
铸造是将液态金属或合金注入到预制的模具中，冷却凝固形成所需形状的成型方法。
常见的铸造形式有砂型铸造、永久模铸造和压铸等。
3. 塑料加工
塑料加工是指将塑料在加热的状态下挤压、吹塑、注塑等方式在模具中成型。
常用的加工方法有挤出成型、挤压成型以及注塑成型等。
4. 机械加工
机械加工是指通过旋转或移动切削工具对工件进行切削、加工和成型的过程。
常见的机械加工方法包括车削、铣削和钻孔等。
5. 热处理
热处理是通过加热和冷却的方式改变金属材料的组织结构和性能，可以使金属材料具有更好的耐腐蚀性、韧性和强度。
常见的热处理方法包括淬火、退火和正火等。
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顺序凝固原则（定向凝固）
• 所谓顺序凝固，就是在铸件上可能出现 缩孔的厚大部位通过安放冒口等工艺措 施，使铸件上远离冒口的部位先凝固， 尔后是靠近冒口部位凝固，最后才是冒 口本身的凝固。
• 实现顺序凝固的措施。合理设计冒口和 安放冷铁。
铸件上可能产生缩孔或缩松的部位
织缺陷多，力学性能低。
液态合金的充型
• 液态合金填充铸型的过程，简称充型。 • 充型能力 液态合金充满铸型型腔，获得
形状完整，轮廓清晰铸件的能力，称为 液态合金的充型能力。 • 影响充型能力的因素
1、合金的流动性 2、浇注条件 3、铸型填充能力
充型能力不强，则易产生浇不足、冷隔等。
合金的充型能力之一
•时效处理：有内应力的铸件在加工前置于 露天半年以上，或550~650ºC去应力退火。
铸件的裂纹与防止
• 热裂 热裂是铸件在高温下产生的裂纹。 其形状特征是：裂纹短，缝隙宽，形状 曲折，缝内呈氧化色。
– 合金性质 铸造合金的结晶特点和化学成分 对热裂的产生均有明显的影响
– 铸型阻力 铸型(包括型芯)的退让性对热力 的形成有重要影响。
同时凝固原则
• 尽量减少铸件各处的温度差，使铸件不 同壁厚各处在同一时间内凝固。
• 浇口开在薄壁处，在厚壁处安放冷铁， 力求使铸件各处同时冷却。
•同时凝固原则与顺序凝固原则对比
铸件的变形
• 铸件冷却到室温后，热应力保留在铸件中 •
•残余应力
•薄壁处受压力，厚壁处受拉力
•变形
防止变形的措施
• 设计铸件时尽可能壁厚均匀，形状对称。 • 采取同时凝固。 • 设计“反变形”量。
12~ 4.2 5.4~6.3
12.9
灰–口凝固收缩 铸–铁固态3收.50缩 1400 3.5
6.9~ 0.1 3.3~4.2
7.8
铸件中的缩孔与缩松
• 缩孔和缩松的形成 液态合金在冷凝过 程中，若其液态收缩和凝固收缩所缩减 的容积的得不到补足，则在铸件最后凝 固的部位形成一些孔洞
– 缩孔 它是集中在Βιβλιοθήκη 件上部或最后凝固的 部位容积较大的孔洞
合金的流动性
• 合金的流动性是指熔融合金的流动能力。
– 流动性好，充型能力强，便于浇注出轮廓清 晰、薄而复杂的铸件。
• 合金的流动性与合金的化学成份有关。
Fe-C合金的流动性与状态图的关系
• 在流动性曲线上，对应着纯金属、共晶成分和金属间化 合物的地方出现最大值，而最大结晶温度范围附近出现 最小值。
Lesson 1 铸造工艺基础
• 液态合金的充型 • 铸件的凝固收缩 • 铸造内应力，变形和裂纹 • 铸件中的气孔 • 铸件的质量控制
铸造的特点
• 可以生产出形状复杂的零件，特别是具 有复杂内腔的零件。
• 适应性广。 • 成本低。 • 铸件的尺寸和形状与零件非常接近。可
以减少切削加工量。 • 缺点：工序多，质量不易控制，内部组
铸造合金的收缩
合金 含碳量 浇注 液态 凝固 固态 总收缩
• 种铸类造（合%金）从浇温度注，收凝缩固直收到缩至冷收却缩到（室%）
铸温造的过程中，其体积或尺寸缩减的现象， 碳称钢为收0.缩35 。收161缩0 是铸1.6件产生3 缩孔7、.8 缩松12.、46
白裂口纹、变形的根源。
铸–铁液态3收.00缩 1400 2.4
温度
固
液
表层
中心
铸件的凝固方式之三
• 中间凝固
温度
– 大多数合金属 于这种方式。
固
凝固方式与铸件质量的关系：
逐层凝固有利于充型，可防 止缩孔和缩松。
表层
液 中心
影响铸件凝固方式的因素
• 合金的结晶温度
– 结晶温度范围越小，糊状凝固区越小。
• 铸件的温度梯度
温度梯度越大，糊状凝固区越小。 – 合金的性质 – 铸型的蓄热能力 – 浇注温度
铸件中的偏析
• 铸件内部化学成份不均匀的现象，称为 偏析。
偏析类型 1、晶内偏析 结晶温度宽的合金易产生晶内偏析 2、区域偏析 合金中各成份因熔点的不同，引起 不同时凝固。
常见的铸造缺陷（JB302-62简化）
类别
孔 眼
裂 纹
名称 气孔 缩孔 缩松 渣眼 砂眼 铁豆 热裂
冷裂
类别
形 状、 尺 寸 和 重 量 不 合 格
名称 类别
名称
多肉
浇不足
表面 缺陷
落砂
粘砂 夹砂 冷隔
抬箱 成份 化学成份不合格
错箱 偏芯 变形
组织 金相不合格
和性
偏析
能不 过硬（白口） 合格
物理、机械性能
不合格
铸造合金的分类
• 铸钢 • 铸铁
– 灰口铸铁 – 白口铸铁 – 可锻铸铁 – 球墨铸铁
• 铸造铝合金 • 铸造铜合金 •…
灰口铸铁的特性
• 冷裂 冷裂是在低温下行成的裂纹。其形 状特征是:裂纹细小，呈连续直线状，有 时缝内呈轻微氧化色。
铸件中的气孔
气孔的来源
1、侵入气孔
侵入气孔是由于砂型表面层聚集的气体侵入金 属液中而形成的。
2、析出气孔
溶解于金属液中的气体在冷凝过程中，因气体 溶解度下降而析出，在铸件中形成的气孔。
3、反应气孔
浇入铸型中的金属液与铸型材料、型芯撑、冷 铁或熔渣之间，因化学反应产生气体而形成 的气孔。
• 力学性能较低。 • 良好的铸造性能。 • 良好的切削加工性。 • 减振性。 • 耐磨性 • 缺口敏感低。
流动动性的测定
• 流动性实验
合金的充型能力之二
浇注条件
• 浇注温度
– 浇注温度越高，充型能力越好。但温度过高。 会出现其他铸造缺陷。
• 充型压力
– 压力越大，充型能力越好。
合金的充型能力之三
铸型填充条件
• 铸型的蓄热能力
– 散热越快的铸型，充型能力越差。
• 铸型温度
– 金属型铸造和熔模铸造时，铸型温度越高， 充型能力越好。
凝固等温线法
内切圆法
•等 温 线 未 画 到的部位
•内切圆大的部位可能产生缩 孔或缩松
铸造内应力
内应力的形成 • 热应力 它是由于铸件的壁厚不均匀，
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。薄 壁处受压应力，厚壁处受拉应力。
•机械应力 它是合金的线收缩受到铸型或型 芯机械阻碍而形成的内应力。
• 铸型中气体
– 铸型中的气体压力增大，液态合金的流动困 难，充型能力差。
铸件的凝固方式之一
• 逐层凝固
– 纯金属和共晶 成份的合金， 结晶温度是一 固定值。凝固 过程由表面向 中心逐步进行
温度
固 表层
液 中心
铸件的凝固方式之二
• 糊状凝固
– 结晶温度范围 很宽的合金， 从铸件的表面 至心部都是固 液两相混存。