机械工程材料自学指导书

《材料成形工艺基础》自学指导书

一、课程名称：材料成形工艺基础

二、自学学时：50课时

三、教材名称：《材料成形工艺基础》柳秉毅编

四、参考资料：材料成形技术基础陶冶主编机械工业出版社

五、课程简介：《材料成形工艺基础》是材料成型及控制工程专业的主干课程之一，其任务是阐明液态成型、塑性成型和焊接形成等成型技术在内的内在基本规律和物质本质，揭示材料成型过程中影响产品性能的因素及缺陷产生的机理。

六、考核方式：闭卷考试

七、自学内容指导：

绪论第1章金属材料的力学性能

一、本章内容概述：

绪论：1.材料成形工艺的发展历史2.材料成形加工在国民经济中的地位 3.材料成形工艺基础课程的内容 4.本课程的学习要求与学习方法。

第一章：1）铸造成形基本原理；2）塑性成形基本原理； 3）焊接成形基本原理

二、自学学时安排：8学时

三、知识点：

1.合金的铸造性能

2.合金的收缩性；

3.铸件的缩孔和缩松 2合金的充型能力是指液态合金充满铸型型腔，获得尺；3影响合金的充型能力的因素1）合金的流动性2）浇；4合金的收缩概念液态合金从浇注温度逐渐冷却、凝固；5铸造内应力分热应力和机械应力；6顺序凝固，是使铸件按递增的温度梯度方向从一个部；7顺序凝固可以有效地防止缩孔和宏观缩松，主要适用；8缩孔和缩松的防止方法：顺序凝固

四、难点：

1）强度、刚度、弹性及塑性 2）硬度、冲击韧性、断裂韧度、疲劳。

五、课后思考题与习题：P40

1.1 区分以下名词的含义:

逐层凝固与顺序凝固糊状凝固与同时凝固

液态收缩与凝固收缩缩孔与缩松

答：逐层凝固：纯金属和共晶成分的合金是在恒温下结晶的，铸件凝固时其凝固区宽度接近于零，随着温度的下降，液相区不断减小，固相区不断增大而向中心推进，直至到达铸件中心。顺序凝固：是指在铸件上建立一个从远离冒口的部分到冒口之间逐渐递增的温度梯度，从而实现由远离冒口处向冒口方向顺序地凝固，即远离冒口的部位先凝固，靠近冒口的部位后凝固，冒口本身最后凝固。

糊状凝固：如果合金的结晶温度范围很宽，或者铸件断面上温度梯度较小，则在凝固的某段时间内，其固相和液相并存的凝固区会贯穿铸件的整个断面。

同时凝固：是指采取一定的工艺措施，尽量减小铸件各部分之间的温度差，使铸件的各部分几乎同时进行凝固。

液态收缩：从浇注温度冷却至凝固开始温度(液相线温度)期间发生的收缩。凝固收缩：从凝固开始温度到凝固终了温度(固相线温度)期间发生的收缩。

铸件在凝固过程中，由于合金的液态收缩和凝固收缩所造成的体积缩减，如果未能获得补充(称为补缩)，则会在铸件最后凝固的部位形成孔洞。大而集中的孔洞称为缩孔，细小而分散的孔洞称为缩松。

1.3拟生产一批小型铸铁件，力学性能要求不高，但壁厚较薄，试分析如何提高合金液的充型能力。

答：1）尽可量提高浇注温度。由于壁厚较薄，铸铁可取1450左右2）增大充型压力（即增大推动力）。3）选用蓄热能力强的材料作铸型。4）提高铸型温度。5）选用发气量小而排气能力强的铸型。

1.4冒口补缩的原理是什么? 冷铁是否可以补缩? 冷铁的作用与冒口有何不同?

答：在铸件厚壁处和热节部位（即铸件上热量集中，内接圆直径较大的部位）设置冒

口，是防止缩孔、缩松的有效措施。冒口的尺寸应保证冒口比它要补缩的部位凝固得晚，并有足够的金属液供给。采用“顺序凝固原则”，在铸件上建立一个从远离冒口的部分到冒口之间

逐渐递增的温度梯度，从而实现由远离冒口处向冒口方向顺序地凝固，即远离冒口的部位先凝固，靠近冒口的部位后凝固，冒口本身最后凝固，

不可以。冷铁是用以增加铸件某一局部的冷却速度而安放在铸型内的金属激冷物。

1.8什么是冷变形和热变形? 冷变形和热变形对金属的组织与性能有哪些影响?冷变形加工和热变形加工各有何优缺点?

答：1）在再结晶温度以下(通常是在室温下)进行的塑性成形加工，称为冷变形加工；

通常把在再结晶温度以上进行的塑性成形加工称之为热变形加工。

2）冷变形对金属组织性能的影响冷变形后金属纤维组织的形成和形变织构的出现，均使金属的性能产生各向异性，这对于塑性成形加工是不利的；

热变形对金属组织和性能的影响热变形加工能消除铸态金属的某些缺陷，如使气孔、缩松焊合，使粗大的柱状晶粒或树枝晶破碎并再结晶成为均匀的等轴晶，改善第二相的形态与分布，减小成分偏析等，从而使金属材料组织致密，晶粒细化，成分均匀，力学性能提高。

3）由于冷变形加工是在再结晶温度以下(通常还低于回复温度)进行的，金属在变形过程中只有冷变形强化而无回复或再结晶软化，因此所需变形力很大，且变形程度也不宜过大，以免降低模具寿命或使工件开裂。冷变形加工的生产率较高，其产品具有表面质量好、尺寸精度高等优点，一般不需要再切削加工；（冷变形优缺点）

由于金属的热变形一般都在远高于再结晶温度以上进行，软化过程大于强化过程，所以金属具有较好的塑性和较低的变形抗力，这样金属在热变形时可获得较大的变形量，而耗能较小。用热变形方法可加工尺寸较大或形状复杂的工件，并能改善金属的组织与性能。但由于变形温度高，金属表面易形成氧化皮，工件表面质量和尺寸精度较低。（热变形优缺点）

1.11根据你所学的知识说明“趁热打铁”的意思和道理。

答:随着温度升高，金属原子活动能力增强，原子间结合力减弱，使塑性提高和变形抗力减小。当温度高于金属的再结晶温度后，变形过程中的强化作用可被动态再结晶软化所消除。所以，对大多数金属来说，随着温度的增加，总的变化趋势是塑性提高，变形抗力下降，如果通过加热可使原为多相组织的合金发生相变而转变为单相固溶体组织，则对提高其塑性成形性更加有利。

六、章节同步练习题

（一）填空题

1.铸件在冷却过程中，若其固态收缩受到阻碍，铸件内部即将产生内应力。按内应力的产生原因，可分为应力和应力两种。

2.金属塑性成形是利用金属在外力作用下产生的而获得毛坯或零件的方法。

3.常用的焊接方法有、和三大类。

4.影响合金充型能力的重要因素有、和等。

5.热应力的分布规律是：厚壁受应力，薄壁受应力。

（二）选择题

1.合金流动性与下列哪个因素无关( ) 。

A. 合金的成份

B. 合金的结晶特征

C. 过热温度

D.砂型的透气性或预热温度

2.下列合金中，铸造性能最差的是( )。

A. 铸钢

B. 铸铁

C. 铸铜

D. 铸铝

3.控制铸件同时凝固的主要目的是( )。

A.减少应力

B. 消除缩松

C. 消除气孔

D.防止夹砂

4.下列钢中锻造性较好的是( )

A. 中碳钢

B. 高碳钢

C.低碳钢

D. 合金钢

5.焊接热影响区中，晶粒得到细化、机械性能也得到改善的区域是( )

A.正火区

B. 不完全重结晶区

C. 过热区

D. 再结晶区