材料成型工艺基础(第三版) 第1章
材料成型内容要点(完整版)
《材料成形工艺基础》要点第一章金属的液态成形第一节液态成形理论基础1.三种凝固方式（逐层、糊状、中间）及其影响因素（结晶温度范围、温度梯度）2.合金的流动性及其影响因素（合金成分）a)为什么共晶合金的流动性好？3.合金的充型能力对铸件质量的影响（浇不足、冷隔）4.影响充型能力的主要因素（合金的流动性、浇注条件、铸型条件）5.合金收缩的三个阶段（液态、凝固、固态）6.缩孔、缩松产生的原因、规律（逐层：缩孔；糊状：缩松；位置：最后凝固部位）7.缩孔与缩松防止（定向凝固原则；措施：加冒口、冷铁）8.铸造应力产生的原因和种类（热应力、机械应力或收缩应力）9.热应力的分布规律（厚：拉；薄：压）及防止（同时凝固原则）10.铸造残余应力产生的原因（热应力）及消除措施（时效处理）11.铸件变形与裂纹产生的原因（故态收缩，残余应力）12.变形防止办法（同时凝固；反变形；去应力退火）13.热裂纹与冷裂纹的特征第二节液态成形方法1.常用手工造型方法（五种最基本的方法：整模、分模、活块、挖砂、三箱）的特点和应用（重在应用）2.机器造型：实现造型机械化的两个主要方面（紧砂、起模）3.熔模铸造的原理（理解）、特点（理解）和应用。
a)为什么熔模铸件精度高，表面光洁？b)为什么熔模铸造适合于形状复杂的铸件？c)为什么熔模铸造适合于难于加工的合金铸件？4.金属型铸造的原理（理解）、特点（理解）和应用。
a)为什么金属型铸件精度高，表面光洁？b)为什么金属型铸造更适合于非铁合金铸件的生产？5.压力铸造的原理（理解）、特点（理解）和应用。
6.低压铸造的原理（理解）、特点（理解）和应用。
7.离心铸造的原理（理解）、特点（理解）和应用。
第三节液态成形件的工艺设计1.浇注位置的概念及其选择原则（重在理解和应用）2.分型面的选择原则（重在理解和应用）3.铸造成形工艺参数（加工余量、拔模或起模斜度、收缩率）4.铸造工艺图（能用规定的符号和表达方式正确画出）第四节液态成形件的结构设计1.铸件壁厚设计（大于最小壁厚；小于临界壁厚；壁厚均匀；由薄到厚均匀过渡）a)为什么要大于最小壁厚？b)为什么要小于临界壁厚？c)壁厚不均匀会产生什么问题？2.铸件壁间连接（圆角；避免锐角）3.铸件筋条设计（避免十字交叉）4.铸件外形设计和铸件内腔设计（理解；重在应用）5.结构斜度的设计（结构斜度与起模斜度的区别；重在应用）第二章金属的塑性成形第一节塑性成形工艺基础1.常用的六类塑性成形方法（轧制、拉拔、挤压、自由锻、模锻、板料冲压）2.与铸造比较，塑性成形法的最显著的特点（性能好，但形状不能太复杂）3.塑性变形对金属组织和性能的影响（冷变形条件下和热变形条件下；纤维组织及其性能特点）4.金属可锻性的衡量指标（塑性、变形抗力）及影响因素（成分；组织；温度）5.金属加热缺陷（过热、过烧、脱碳、过渡氧化）与碳钢始锻温度（低于固相线200℃）第二节热锻成形工艺1.自由锻基本工序（镦粗、拔长、冲孔、弯曲、切割、扭转）2.自由锻件结构工艺性3.模锻的基本原理（理解）及特点4.胎模锻的概念及特点（理解）第三节板料冲压1.两大类基本工序（分离工序和变形工序）2.冲裁的概念；冲裁变形过程（弹性变形阶段、塑性变形阶段、断裂分离阶段）及冲裁件断面特征（塌角或圆角带；光亮带；断裂带）3.切断的概念4.弯曲变形的特点（内：压；外：拉）；弯曲的质量问题（弯裂；回弹）；弯裂的防止办法（限制最小弯曲半径；弯曲线与纤维方向垂直）；回弹的防止办法（模具角度比弯曲件角度小一个回弹角值）5.拉深的概念；拉深和冲裁工序所使用的凸、凹模之间的区别（间隙大小；圆角）拉深件质量问题（拉裂与起皱）6.拉深系数的概念及计算7.三类冲模的概念四种挤压方式第三章材料的连接成形第一节焊接成形工艺基础1.三大类焊接方法（熔化焊；压焊；钎焊）；2.熔焊的冶金特点（理解）及保证焊接质量的基本措施（保护焊接区；渗加合金元素；脱氧脱硫）；3.焊接接头的概念（焊缝加热影响区）；4.焊接热影响区的概念（焊接过程中，焊缝两侧受焊接热作用而发生组织与性能变化的区域）；5.低碳钢焊接热影响区的组成及其特点（熔合区；粗晶，性能差；过热区：粗晶，性能差；正火区：细晶，性能好；部分相变区：性能稍差）；6.焊接应力与变形产生的原因（局部加热）；7.防止和减少焊接应力的措施（焊前预热；焊接次序；焊后缓冷；焊后去应力退火）；8.焊接变形的形式（收缩变形；角变形；弯曲变形；扭曲变形；波浪变形）；9.防止和减小焊接变形的措施（刚性固定；反变形；焊接次序；焊前预热；焊后缓冷；矫正）；10.焊接缺陷的种类及其检验方法（理解）；第二节焊接方法1.焊条的组成及作用（焊芯和药皮；焊芯：作电极和焊缝的填充金属；药皮：稳定电弧燃烧；保护焊接区；渗加合金元素；脱氧脱硫）；a)为什么焊条药皮中要加脱氧剂？2.两种重要的焊条（J422、J507）；焊条选用原则（重在应用）3.埋弧焊的原理（理解）、特点和应用范围（水平位置焊接长直焊缝；大直径环形焊缝）b)埋弧焊的生产率为什么高于焊条电弧焊？c)埋弧焊与焊条电弧焊相比，为什么可以节省材料？d)埋弧焊为什么不能实现全位置焊接？4.氩弧焊的原理、特点及其应用；5.二氧化碳气体保护焊的原理、特点及其应用（注意与氩弧焊比较理解）e)二氧化碳保护焊时焊丝的成分有何要求，为什么？6.电渣焊的原理（电阻热）及其应用。
材料成型技术基础第一章第五节与液态成形相关的新工艺、新技术简介
第五节与液态成形相关的新工艺、新技术简介一、模具快速成形技术快速成形（Rapid Prototyping，简称RP）：利用材料堆积法制造实物产品的一项高新技术。
它能根据产品的三维模样数据，不借助其它工具设备，迅速而精确地制造出该产品，集中体现在计算机辅助设计、数控、激光加工、新材料开发等多学科、多技术的综合应用。
传统的零件制造过程往往需要车、钳、铣、刨、磨等多种机加工设备和各种工装、模具，成本高又费时间。
一个比较复杂的零件，其加工周期甚至以月计，很难适应低成本、高效率生产的要求。
快速成形技术是现代制造技术的一次重大变革。
（一）快速成形工艺快速成形技术就是利用三维CAD的数据，通过快速成形机，将一层层的材料堆积成实体原型。
迄今为止，国内、外已开发成功了10多种成熟的快速成形工艺，其中比较常用的有以下几种：1．纸层叠法—薄形材料选择性切割（LOM法）计算机控制的CO２激光束按三维实体模样每个截面轮廓对薄形材料（如底面涂胶的卷状纸、或正在研制的金属薄形材料等）进行切割，逐步得到各个轮廓，并将其粘结快速形成原型。
用此法可以制作铸造母模或用于“失纸精密铸造”。
2．激光立体制模法—液态光敏树脂选择性固化（SLA法）液槽盛满液态光敏树脂，它在计算机控制的激光束照射下会很快固化形成一层轮廓，新固化的一层牢固地粘结在前一层上，如此重复直至成形完毕，即快速形成原型。
激光立体制模法可以用来制作消失模，在熔模精密铸造中替代蜡模。
3．烧结法—粉末材料选择性激光烧结（SLS法）粉末材料可以是塑料、蜡、陶瓷、金属或它们复合物的粉体、覆膜砂等。
粉末材料薄薄地铺一层在工作台上，按截面轮廓的信息，CO2激光束扫过之处，粉末烧结成一定厚度的实体片层，逐层扫描烧结最终形成快速原型。
用此法可以直接制作精铸蜡模、实型铸造用消失模、用陶瓷制作铸造型壳和型芯、用覆膜砂制作铸型、以及铸造用母模等。
4．熔化沉积法—丝状材料选择性熔覆（FDM法）加热喷头在计算机的控制下，根据截面轮廓信息作X-Y平面运动和高度Ｚ方向的运动，塑料、石腊质等丝材由供丝机构送至喷头，在喷头中加热、熔化，然后选择性地涂覆在工作台上，快速冷却后形成一层截面轮廓，层层叠加最终成为快速原型。
《材料成型工艺基础》部分习题答案
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、缩孔缺陷的间接原因。
⑷.何谓合金的收缩？影响合金收缩的因素有哪些？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缩减的现象，称为收缩。
②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。
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：在铸件可能出现缩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。
机械工程材料及成形工艺(第三版)-焊接
3、低合金高强度结构钢的焊接
——化学成分（碳当量wCE ）的高低决定焊接性能
（1）当wCE＜0.4% 时， 焊接性良好 • 常温下焊接时和低碳钢基本相同 • 工件厚度较大或环境温度较低时，要预热，适当增大焊接 电流，减慢焊接速度，选用抗裂性好的低氢型焊条
（2）当wCE ＞0.4% 时， 焊接性较差 需采取工艺措施防裂：
焊接
——焊接基础、常用焊接方法、焊件结构、焊接新技术
2014年08月28日
本章主要内容
焊接是应用广泛的永久性连接方法，可用于制造金属结构和机械零 件，在机械、造船、化工、汽车、国防等行业起着极为重要的作用。 本章主要介绍焊接基本工艺知识、常用焊接方法、焊接件的结构工艺 性、焊接技术发展趋势等。
第一节 焊接基础知识 第二节 熔焊 第三节 压焊与钎焊 第四节 焊件的结构工艺性 第五节 焊接技术发展趋势
• 焊前需预热 • 焊后应及时进行热处理，消除焊接应力
4、不锈钢的焊接
奥氏体：焊接性能良好 不锈钢 铁素体：焊接性较差（过热晶粒引起脆化和裂纹）
马氏体：焊接性较差（冷裂纹和淬硬脆化）
• 焊接方法：适宜用焊条电弧焊、氩弧焊、埋弧自动焊 • 焊条：化学成分应与母材相同
5、铸铁的焊补
• 铸铁焊接性差，容易出现白口组织、裂纹、气孔等焊接缺陷 • 焊接方法：气焊和焊条电弧焊，用于修补；焊前整体或局部 预热，焊后缓冷 • 焊条：为防焊缝出现白口，加入碳、硅等石墨化元素
第一节 焊接基础知识
一、焊接的分类、特点及应用 二、金属的焊接性能 三、常用金属材料的焊接
一、焊接分类、特点
——焊接是通过加热或加压，或两者并用，并且用或不 用填充材料，使工件达到结合的一种永久连接方法
1、焊接特点
材料成形工艺基础很全PPT教案
充型能力强，便于流动性差的合金及薄 件的生产。
便于制造双金属铸件 缺点：内表面粗糙，加工余量大。
本课小结
型砂的组成？性能？ 手工造型方法有哪些？ 铸造工艺的内容包括哪些？ 怎样确定浇注位置与分型面？（见P28、
29练习） 常见的特种铸造方法有哪些？
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。
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
4、容易形成缩孔的铸件，应将截止面较厚的 部分放在分型面附近的上部或侧面，以便 安放冒口。
铸造工艺之二
分型面的选择原则
1、尽量使铸件的大部分或全部置于同一砂箱 中，或使加工面和加工基准面在同一砂箱 中，以保证铸件的精度，便于造型、型芯 的安放和检验及合箱大等批操量作。
小批量
铸造工艺之二
分型面的选择原则
2、尽量减少分型面的数量，最好只有一个分 型面。
不好
不好
好
铸造工艺之二
分型面的选择原则
3、分型面的选择应尽力减少型芯和活块的数 量，以便简化制模、造型、合箱等操作。
铸造工艺之二
分型面的选择原则
4、为了便于造型、安放型芯、合箱及检查型 腔尺寸，应尽量使型腔和主要型芯置于下 箱中。铸件的重要加工表面和主要工作面 应朝下或呈侧立。
用于大批量生产有色铸件。
压力铸造
压力铸造是将金属液在高压下高速充型， 并在压力下凝固，获得铸件的方法。
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。
材料成型技术基础课件
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
返 回
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
返 回
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
返 回
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
返 回
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
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。
材料成型原理及工艺第一章液态成型工艺基础理论
态 陷产生，导致成型件力学性能，
成 特别是冲击性能较低。
型 2. 涉及的工序很多，难以精确控
的 制，成型件质量不稳定。
缺 3.由于目前仍以砂型铸造为主，
点：
自动化程度还不很高，且属于热 加工行业，因而工作环境较差。
4.大多数成型件只是毛坯件，需 经过切削加工才能成为零件。
液态成型原理及工艺
冲天炉出铁
液态成型原理及工艺
绪论：
金属液态成型又称为铸造，
金 它是将固态金属熔炼成符合
属 液 态 成 型：
一定要求的液态金属，然后 将液态金属在重力或外力作 用下充填到具有一定形状型 腔中，待其凝固冷却后获得 所需形状和尺寸的毛坯或零 件，即铸件的方法。
制造毛坯或机器零件的重要方法。
液态成型原理及工艺
绪论：
的 游离原子
级，在此范围 内仍具有一定
近
液
的规律性。原
程
态
子集团间的空
结
空穴或裂纹 穴或裂纹内分
布着排列无规
有 序
构
则的游离的原
子。
液态成型原理及工艺
这样的结构不是静止的，而是 处于瞬息万变的状态，即原子 集团、空穴或裂纹的大小、形 态及分布及热运动的状态都处 于无时无刻不在变化的状态。 液态中存在着很大的能量起伏。
液 液态成型件在机械产品中占有重 态 要比例：
成 在机床、内燃机、重型机器中铸 型 件约占70％-90％；在风机、压
的 缩机中占60％-80％；在拖拉机
重 中占50％-70％；在农业机械中
要 占40％-70％；汽车中占20％-30
性 ％。
液态成型原理及工艺
液 态 成 型 的 优 点：
(1) 适应性广，工艺灵活性大
材料成型基本原理第三版
材料成型基本原理第三版1. 引言材料成型是现代工程领域中的一个重要分支，它涉及到将原料经过一系列加工工艺转化为具有特定形状和性能的成品。
在材料成型过程中，了解基本原理是至关重要的。
本文将介绍材料成型的基本原理，帮助读者理解材料加工的核心概念。
2. 塑性变形塑性变形是材料成型过程中最常见的一种变形方式。
它通过施加外力将材料的原子层次结构发生改变，从而改变材料的形状和性能。
塑性变形的基本原理可以归纳为以下几点：•结晶结构：材料的晶体结构决定了它的塑性行为。
晶体结构中存在着晶粒和晶界，晶粒之间由晶界相连。
当外力作用于材料上时，晶粒会发生滑移和变形，从而导致整个材料发生变形。
•滑移系和滑移面：材料的滑移是指晶粒沿着特定的滑移面发生相对滑动。
滑移系由滑移面和滑移方向确定，不同材料具有不同的滑移系。
通过控制滑移系的选择，可以实现对材料成型过程中塑性变形的调控。
•晶粒的重新排列：材料的塑性变形通常会导致晶粒的重新排列，从而改变材料的形状。
这种重新排列可以通过热处理或机械加工等方法来进一步调控。
3. 成型工艺成型工艺是指将材料加工成特定形状的过程。
常见的成型工艺包括压力成型、热成型和光学成型等。
这些工艺的基本原理如下：•压力成型：压力成型是指通过施加压力将材料塑性变形成特定形状的工艺。
常见的压力成型方法包括挤压、锻造和冲压等。
这些方法通常需要借助模具来控制材料的形状。
•热成型：热成型是指通过加热材料来使其软化并成型的工艺。
常见的热成型方法包括热压缩、热注塑和热拉伸等。
在热成型过程中，材料的塑性性质会发生改变，从而实现成型的目的。
•光学成型：光学成型是一种利用光学原理进行成型的方法。
例如，通过激光加热材料来实现微观尺度的成型，或者利用光学投影技术将光束聚焦在材料上以实现成型。
4. 成型设备成型设备是实现材料成型工艺的关键设备。
不同的成型工艺需要不同的设备来实现，例如挤出机、注塑机和压力机等。
这些设备的基本原理如下：•挤出机：挤出机是一种用于挤压塑料等材料的设备。
材料成型与工艺课后答案 1-3,1-4
铸造工艺图：铸造工艺图是利用各种工 艺符号，把制造模样和铸型所需的资料， 直接绘在零件图上的图样。
它是制造模样和铸型，进行生产准备和铸件检验的依 据——基本工艺文件 收缩余量
工 浇注位置 艺 方 分型面的选择 案
工 加工余量 艺 参 起模斜度 数 铸造圆角 型芯及芯头
浇 组成及作用 注 常见类型 系 统 冒口
2)铸件的大平面应朝下，减少辐射，防开裂夹渣。
3）面积较大的薄壁部分应置于铸型下部或垂直、 倾斜位置。防止产生浇不足、冷隔。
4）易形成缩孔的铸件，较厚部分置于上部或 侧面。考虑安放冒口利于补缩。
5) 应尽量减少型芯的数量。
6)要便于安放型芯、固定和排气。
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浇注位置
较大的铸件，宜将内浇道
从铸件薄壁处引入，以利 铸件同时凝固，减少铸件 的内应力、变形，防止裂 纹产生。
二、浇注位置的选择-六点注意
浇注位置：浇注时铸件在铸型中所处的空间位置；浇 注位置对铸件质量及铸造工艺都有很大影响。选择时应考 虑如下原则：
选择原则：
1)铸件的重要加工面和受力面应朝下或位于侧面， 避免砂眼气孔和夹渣。
1）冒口就近设在铸件热节的上方或侧旁； 2） 冒口尽量设在铸件最高、最厚的部位，对低处的热节增设补 贴或使用冷铁。 3）冒口不应设在铸件重要的、受力大的部位，以防晶粒粗大降 低力学性能。 4）冒口位置不要选在铸造应力集中处，应注意减轻对铸件的收 缩阻碍，以免引起裂纹。 5）尽量用一个冒口同时补缩几个热节或铸件 6）冒口布置在加工面上，可借加工精整铸件表面，零件外观质 量好。 7）对不同高度上的多个冒口，应用冷铁使各个冒口的补缩范围 相隔开
起模斜度的大小根据立壁的高度、造型方法和模样材料来 确定：立壁愈高，斜度愈小；外壁斜度比内壁小；机器造型 的一般比手工造型的小；金属模斜度比木模小。具体数据可 查有关手册。一般外壁为3º ~ 15°，内壁为3°~10°。
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。
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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。
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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。
材料成型基础课件
一般合金在凝固过程中都存在液-固两相区，树枝状晶在其中 不断扩大［见图ａ］。枝晶长到一定程度，枝晶分叉间的熔融 合金被分离成彼此孤立的状态［见图ｂ］，它们继续凝固时也 将产生收缩，这种凝固方式称糊状凝固。这时铸件中心虽有液 体存在，但由于树枝晶的阻碍使之无法补缩，在凝固后的枝晶 分叉间就形成许多微小的孔洞(缩松）［见图ｃ］。
2.2 液态成形理论基础
材 料 成 形 工 艺 基 础
总结：具有逐层凝固倾向的合金（如灰 铸铁、铝硅合金等） 易于铸造，应尽量 选用。当必须采用有糊状凝固倾向的合 金（如锡青铜、铝铜合金、球墨铸铁等） 时，需考虑采用适当的工艺措施，例如， 选用金属型铸造等，以减小其凝固区域。
2.2 液态成形理论基础
1.2 材料成型方法及特点
材 料 成 形 工 艺 基 础
1.材料成型方法的分类
1.3 材料成型工艺发展及概况
材 料 成 形 工 艺 基 础
古代、近代及现代的材料成形技术 材料成形技术与材料科学 我国及世界先进国家的差距
1.4 材料成型工艺的发展趋势
材 料 成 形 工 艺 基 础
每项材料成形技术都有各自发展特点，总的趋势可归纳为 ： 1、成型技术精密化 2、材料制备与成型一体化 3、复合成型 4、数字化成型 5、材料成型自动化 6、绿色清洁生产
液态合金填满铸型后［见图 a］，因铸型吸热，靠近型腔表面 的金属很快就降到凝固温度，凝固成一层外壳［见图ｂ］，温 度继续下降，合金逐层凝固，凝固层加厚，内部的剩余的液体， 由于液态收缩和补充凝固层的凝固收缩，体积缩减，液面下降， 铸件内部出现空隙［见图ｃ］，直到内部完全凝固，在铸件上 部形成缩孔［见图ｄ］。已经形成缩孔的铸件继续冷却到室温 时，因固态收缩使铸件的外形轮廓尺寸略有缩小［见图ｅ］。 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。
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晶胞可以描述晶格的排列规律，组成晶胞的结构就是该 金属的晶格结构，不同的晶格结构具有不同的性能，而相同 的晶胞类型若有不同的晶格常数，也会使金属具有不同的性 能。
3.常见金属的晶体结构 在金属原子中，约有90%以上的金属晶体都属于以下三 种密排的晶格结构。 1)体心立方晶格 如图1-2所示，体心立方晶格是一个正立方体。原子位 于立方体的中心和八个顶点上，顶点上的每个原子为相邻的 八个晶胞所共有。其晶格常数a＝b＝c，晶胞棱边夹角α＝β ＝γ＝90°。属于这种晶格类型的金属有铬(Cr)、钨(W)、钼 (Mo)、钒(V)及α-铁(Fe)等。晶胞中原子排列的紧密程度可用 致密度来表示。
金属材料是现代机械制造工业中应用最广泛的材料之一。 它不仅资源丰富，具有优良的物理、化学和力学性能，而且 还具有较简单的成型方法和良好的成型工艺性能。因此，金 属材料在各种机械设备中所占的比例达90%以上。
金属材料的性能主要与其成分、组织和表面结构特性有 关。热处理就是通过改变金属材料的组织以及改变表面成分 和组织来改变其性能的一种热加工工艺。
致密度是指晶胞中原子所占的体积与该晶胞体积之比。体心 立方晶格中的晶胞的致密度为0.68，表明体心立方晶格中有 68%的体积被原子占据，其余32%的体积为空隙。
图1-2 体心立方晶格示意图
2)面心立方晶格 如图1-3所示，面心立方晶格也是一个正立方体，原子 位于立方体六个面的中心和八个顶点，顶点上的每个原子为 相邻八个晶胞所共有，面心的每个原子与其相邻晶胞所共有。 其晶格常数a＝b＝c，α＝β＝γ＝90°。属于这种晶格类型的 金属有铝(Al)、铜(Cu)、镍(Ni)、银(Ag)、γ-铁(Fe)等。其致 密度为0.74。
图1-4 密排六方晶格示意图
4.实际金属的晶体结构 上述讨论的晶体中，原子排列规律相同，晶格位向完全 一致，这种晶体称为单晶体，见图1-5(a)。生产中只有采用 特殊的方法才能制成单晶体。单晶体材料只在特定情况下使 用，如制造半导体硅元件所用的材料就是单晶硅。实际使用 的金属材料都是由许多小晶体组成的。由于每个小晶体外形 不规则，且呈颗粒状，因而称为“晶粒”。每个晶粒内的晶 格位向是一致的，但各个晶粒之间彼此位向都不同(相差 30°～40°)，晶粒与晶粒之间的界面称为“晶界”，如图 1-5(b)所示。
图1-3 面心立方晶格示意图
3)密排六方晶格 如图1-4所示，密排六方晶格是一个正六方柱体，原子 位于2个底面的中心处和12个顶点上，柱体内部还包含着3个 原子。其a＝b≠c，α＝β＝90°，γ＝120°。顶点的每个原子 同时为相邻的6个晶胞所共有，上下底面中心的原子同时属 于相邻的2个晶胞，而体中心的3个原子为该晶胞所独有。其 致密度为0.74。属于这类晶格的金属有镁(Mg)、锌(Zn)、铍 (Be)、镉(Cd)等。
晶界是两个相邻晶粒不同晶格位向的过渡区，其上的原子总 是不规则排列的。由许多晶粒组成的晶体称为多晶体，金属 材料一般都是多晶体，虽然每个晶粒具有各向异性，但从不 同方向测试出金属的性能，是很多位向不同晶粒的平均性能， 故可以认为金属(多晶体)是各向同性的。
钢铁材料的晶粒尺寸一般在0.001～0.1 mm范围内。只 有在显微镜下才能观察到晶粒的形态、大小和分布等情况。 这种在金相显微镜下观察到的情况，称为显微组织或金相组 织。有色金属的晶粒尺寸一般都比钢铁的晶粒大，有时用肉 眼可以看到。
2.金属的晶体结构 金属晶体是由许多金属原子(或离研 究各种晶体内部原子排列的规律及几何形状，把每一个原子 假想为一个几何结点，并用直线从其中心连接起来形成空间 的格子，称为结晶格子，简称晶格，如图1-1(b)所示。晶格 的结点为原子震动的平衡中心位置。晶格中各种方位的原子 面称为晶面。晶体是由层层的晶面堆砌而成的，晶格中由原 子组成的任一直线，都能代表晶体空间的一个方向，称为晶 向。
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。
图1-5 单晶体和多晶体示意图 (a)单晶体；(b)多晶体
实验证明，在每个晶粒内，其晶格位向并不像理想晶体 那样完全一致，而是存在着许多尺寸很小、位向差很小(一 般小于2°)的小晶块。这些小晶块称为亚晶粒，两个相邻亚 晶粒的交界处称为亚晶界，其原子排列不规则，也产生晶格 畸变。因此，晶界和亚晶界的存在会使金属的强度提高，同 时还使塑性、韧性改善，这称为细晶强化。
第1章 金属材料与热处理
➢ 1.1 金属的晶体结构与结晶 ➢ 1.2 合金与铁碳合金 ➢ 1.3 金属材料热处理 ➢ 1.4 常用的金属材料
工业生产中所用的纯金属和合金材料统称为金属材料。 通常我们把金属材料分为黑色金属和有色金属两大类：铁、 锰、铬或以它们为主形成的合金称为黑色金属，如合金钢、 铸铁和碳素钢等；除黑色金属以外的金属和合金称为有色金 属，如铜、锡以及黄铜、铝合金和轴承合金等。
晶格的最小几何单元称为晶胞，如图1-1(c)所示。晶胞中各棱 边尺寸a、b、c称为晶格常数，单位为 (埃，1 ＝10－8cm)。 晶胞各棱边之间的夹角分别以α、β、γ表示。当晶格常数a＝b ＝c，棱边夹角α＝β＝γ＝90°时，这种晶胞称为简单立方。
图1-1 晶格结构示意图 (a)晶体模型；(b)晶格；(c)晶胞
1.1 金属的晶体结构与结晶
金属材料的化学成分不同，其性能也不同。但化学成分 相同的金属材料，通过不同的方法改变材料内部的组织结构， 可使其性能发生很大的变化。这种变化，从本质上来说，除 化学成分外，金属的内部结构和组织状态也是决定金属材料 机械性能的重要因素。因此，了解金属的内部微观结构及其 对金属性能的影响，对于选用和加工金属材料具有非常重要 的意义。