材料成型基础复习重点

A 未变形区

B 剧烈变形区

C 已变形区

D 弹性区

半熔化区

过热区

正火区

部分相变区

热影响区

焊缝区

热作用区

1、零件的四种加工方法：成形加工:凝固成形、塑性成形、焊接成形、粉末压制、塑料成形；切削加工：车、铣、刨、钻、磨、电火花、电解、超声加工、激光加工等；表面成形加工：表面形变、淬火强化、化学强化、表面镀层、气相沉积镀膜；热处理加工：退、正、淬、回火；

2、金属材料成型方法：液态金属铸造成型、固态金属塑性成型、金属材料焊接成型

3、材料成型作用：使材料形状发生改变;达到合格的尺寸精度;达到合格的表面精度、形位精度等;达到零件的使用性能的要求

4、材料成型特点:1)多在热态下通过模具成型,生产周期短,质量稳定,能一次成型外形和内腔复杂的制件2)材料利用率高3)生产效率高4)产品性能好5)成型加工零件的尺寸精度较切削加工低，表面粗糙度值大。

5、成型方法的选用原则：根据材料的种类选择成型方法；根据材料的力学性能选择成型方法；根据零件的结构形状选择成型方法；根据零件的生产批量选择毛坯的成型方法；尽量根据本企业的生产和设备条件，不同的成型工艺方案，需要不同的装备、模具、生产条件等，应对各种方法进行技术经济分析，选择性价比高的成型方法。

6、质量增加过程的特征是加工材料在过程结束时的质量比过程开始时的最终质量有所增加。

化学热处理：渗碳、渗氮、氰化处理、气相沉积、喷涂、电镀、刷镀等。装配与连接：焊接，粘接等。7、质量减少过程（材料的4种去除方法）：

1）切削过程2）磨料切割、喷液切割、热力切割与激光切割、化学腐蚀等；3）超声波加工、电火花加工和电解加工4）落料、冲孔、剪切等金属成形过程。

8、铸造的特点1）适应性广。适应铸铁，碳钢，有色金属等材料；铸件大小，形状和重量几乎不受限制；壁厚1mm到1m ，质量零点几克到数百吨（三峡的水轮机叶轮重达430T）。2）可复杂成形。适合形状复杂，尤其是有复杂内腔的毛坯或零件。3）成本较低。可直接利用成本低廉的废机件和切屑，设备费用较低；在金属切削机床中，铸件占机床总重量75%以上，而生产成本仅占15-30%（4）但也存在一些不足，如组织缺陷，力学性能偏低，质量不稳定，工作环境较差。因此，铸件多数做为毛坯用。组织疏松、晶粒粗大，铸件内部常有缩孔、缩松、气孔等缺陷产生，导致铸件力学性能，特别是冲击性能较低.（发展了铸锻联合工艺）污染环境。铸造生产会产生粉尘、有害气体和噪声对环境的污染，比起其他机械制造工艺来更为严重，需采取措施进行控制（特种铸造工艺）9、铸造的定义：将液态金属浇注到与零件形状相适应的铸型型腔中，待其冷却凝固后，获得具有一定形状、尺寸和性能的金属零件或毛坯的成形方法。10、铸造的工艺：原材料-熔化-控制调整成分-浇注-凝固-出模-清理、检验等

11、生产方法分类可分为砂型铸造和特种铸造。按合金分类可分为铸铁、铸钢、铝合金铸造、铜合金铸造、镁合金铸造、钛合金铸造等。

12、液态金属充满铸型型腔，获得形状完整、轮廓清晰的铸件的能力，称为液态金属充填铸型的能力，简称液态金属的充型能力。液态金属的充型能力主要取决于金属自身的流动能力，还受外部条件，如铸型性质、浇注条件、铸件结构等因素的影响，是各种因素的综合反映。

13、流动性定义：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。

14、液态金属流动性通常用螺旋形试样来测试。

15、影响合金流动性的因素（1）合金的流动性主要取决于它本身的化学成分。纯金属和共晶成分的合金，由于是在恒温下进行结晶，液态合金从表层逐渐向中心凝固，固液界面比较光滑，对液态合金的流动阻力较小，同时，共晶成分合金的凝固温度最低，可获得较大的过热度，推迟了合金的凝固，故流动性最好；其它成分的合金是在一定温度范围内结晶的，由于初生树枝状晶体与液体金属两相共存，粗糙的固液界面使合金的流动阻力加大，合金的流动性大大下降，合金的结晶温度区间越宽，流动性越差。（2）浇注条件对金属流动性的影响1）浇注温度，一般T浇越高，液态金属的充型能力越强。2）充型压力，液态金属在流动方向上所受的压力越大，充型能力越强。3）浇注系统的的结构浇注系统的结构越复杂，流动阻力越大，充型能力越差。（3）铸型性质和铸件结构对金属流动性的影响1）铸型的阻力影响金属液的充型速度，铸型与金属的热交换强度影响金属液保持流动的时间。2）折算厚度，也叫当量厚度或模数，为铸件体积与表面积之比。折算厚度大，热量散失慢充型能力好。铸件壁厚相同时，垂直壁比水平壁更容易充填。3）铸件复杂程度铸件结构复杂，流动阻力大，铸型的充填就困难。

16、金属凝固包括晶核形成及晶体长大两个过程。

17、铸件凝固方式：逐层凝固、糊状凝固、中间凝固

18、影响铸件凝固方式的主要因素：1）合金的结晶温度范围合金的结晶温度范围愈小，凝固区域愈窄，愈倾向于逐层凝固。如两条相线之间的距离很大，则趋于糊状凝固；如两条相线间距离较小，则趋于中间凝固方式。2）铸件的温度梯度在合金结晶温度范围已定的前提下，凝固区域的宽窄取决与铸件内外层之间的温度差。增大温度梯度，可以使合金的凝固方式向逐层凝固转化；反之，铸件的凝固方式向糊状凝固转化。19、收缩的三个基本阶段金属由浇注温度冷却到室

温经历了液态收缩、凝固收缩和固态收缩液态收缩

和凝固收缩是铸件产生缩孔和缩松的基本原因。固态

收缩对铸件的形状和尺寸精度影响很大，是铸造应

力、变形和裂纹等缺陷产生的基本原因。

20、体收缩率是铸件产生缩孔或缩松的根本原因。

线收缩率是铸件产生应力、变形、裂纹的根本原因。

21、铸件在铸型中收缩时受到的阻力：铸型表面的摩

擦阻力；热阻力；机械阻力

22、收缩的影响因素1）化学成分不同成分的合金

其收缩率一般也不相同。在常用铸造合金中铸刚的收

缩最大，灰铸铁最小2）浇注温度合金浇注温度越

高，过热度越大，液体收缩越大3）铸件结构与铸型

条件铸件冷却收缩时，因其形状、尺寸的不同，各

部分的冷却速度不同，导致收缩不一致，且互相阻碍，

又加之铸型和型芯对铸件收缩的阻力，故铸件的实际

收缩率总是小于其自由收缩率。这种阻力越大，铸件

的实际收缩率就越小。

23、.缩孔：金属液在铸模中冷却和凝固时，在铸件

厚大部位及最后凝固部位形成一些容积较大的孔洞。

产生原因：先凝固区域堵住液体流动的通道，后凝固

区域收缩所缩减的容积得不到补充。

24、缩松：金属液在铸模中冷却和凝固时，在铸件的

厚大部位及最后凝固部位形成一些分散性的小孔洞。

产生原因：当合金的结晶温度范围很宽或铸件断面温

度梯度较小时，凝固过程中有较宽的糊状凝固两相并

存区域。随着树枝晶长大，该区域被分割成许多孤立

的小熔池，各部分熔池内剩余液态合金的收缩得不到

补充，最后形成了形状不一的分散性孔洞即缩松。另

外，缩松还可能由凝固时被截留在铸件内的气体无法

排除所致。不过，缩松内表面应该是光滑，近似球状。

25、缩孔缩松的防止定向凝固：通过在铸件上可能

出现疏松的后大部位

危害：显著降低铸件的机械性能，造成铸件渗漏等。

26、铸造应力：铸件凝固冷却过程中，若收缩受阻，

则在铸件内会产生铸造应力。是铸件产生变形和裂纹

的基本原因。（机械应力、热应力、相变应力）

27、防止和减小铸造应力的措施

①合理设计铸件结构，形状简单、对称、壁厚均匀。

②尽量选用线收缩率小、弹性模量小的合金。

③采用同时凝固的工艺所谓同时凝固即采取一些工

艺措施，使铸件各部分温差很小，几乎同时进行凝固

④合理设置浇冒口，缓慢冷却，以减小铸件各部分温

差；采用退让性好的型、芯砂。

⑤若铸件已存在残余应力，可采用人工时效、自然时

效或振动时效等方法消除

28、铸件的裂纹（热裂：凝固后期因机械应力超强而

产生。防止措施: a合理设计铸件结构b改善铸型和

型心的退让性c限制铸钢和铸铁中的S含量d选用结

晶温度区间小的合金。冷裂：继续冷却至室温形成的

裂纹。防止措施：a减少铸造应力b降低合金中P的

含量c去应力退火d设计铸件时应避免应力集中

29、裂纹和变形的防止：采用正确的铸造工艺（正确

设计浇注系统、补缩系统等）；铸件形状设计要求简

单、对称和厚薄均匀；对铸件进行热处理。

30、气体的析出：1）以原子态扩散到金属表面，然

后脱离吸附(蒸发)。2）与金属内某元素形成化合物，

以非金属夹杂物形式排出；3）以气泡形式从金属液

中逸出。若金属液温度较高，气泡能上浮到液面，气

体逸出。

31、气孔：侵入气孔、析出气孔、反应气孔

32、铸件的化学成分偏析

微观偏析：（1）晶内偏析(2)晶界偏析

宏观偏析：正偏析、逆偏析

33、砂型铸造的特点①可以制造形状复杂的毛坯或

零件②加工余量小，金属利用率高③适应性强，应用

面广，用于制造常用金属及合金的铸铁件④铸件的成

本低⑤铸件的晶粒比较粗大，组织疏松，常存在气孔、

夹渣等铸造缺陷，机械性能比锻件差⑥铸造生产工序

多，铸件质量不够稳定，废品率较高⑦铸件表面较粗

糙，多用于制造毛坯。

34、常用的手工造型方法：两箱造型、多箱造型、脱

箱造型、刮板造型、地坑造型

35、机器造型：震实造型、微震实造型、高压造型、

抛砂造型、气冲造型

36、铸件分型面的选择1）全部或大部分铸件，或加

工基准面与重要的加工面处于同一半型内。2）减少

分型面的数目，分型面数量少，既能保证铸件精度，

又能简化造型操作。3) 分型面应尽量选用平面，平

直的分型面可简化造型工艺过程和模板制造，容易保

证铸件精度。4）型腔及主要型芯位于下型。

37.铸造工艺参数的确定：机加工余量、最小铸出孔、

起模斜度、铸造圆角、收缩率

38、特种铸造：熔模铸造、金属型铸造、消失模铸造、

陶瓷型铸造、磁型铸造、压力铸造、低压铸造、离心

铸造、挤压铸造

39、铸造工艺过程的铸件结构设计1）简化或减少分

型面2）应尽量不用或少用型芯3）铸件结构应方便

起模4）有利于型芯的固定和排气5）避免变形和裂

纹6）有利于防止夹渣、气孔7）有利于铸件清理

40、颗粒状材料兼有液体和固体的双重特性，即整体

具有一定的流动性和每个颗粒本身的塑性

41、粉末压制的特点①能够生产出其他方法不能或很

难制造的制品②材料的利用率很高，接近100%③虽

然用其他方法也可以制造，但用粉末冶金法更便宜。

④一般说来，金属粉末的价格较高，粉末冶金的设备

和模具投资较大，零件几何形状受一定限制，因此粉

末冶金适宜于大批量生产的零件。

42、粉末压制生产技术流程

原材料粉末＋添加剂→配混→压制成形→烧结→制

品/其他处理加工→制品

43、金属粉末的制取：矿物还原法，雾化法，机械粉

碎法、电解法

44、影响金属粉末的基本性能的因素包括：成分、粒

径分布、颗粒形状和大小及技术特征

45、压制成形的方法：钢模压制、流体等静压制、三

向压制、粉末锻造、挤压、振动压制、高能率成形等。

46、烧结方法①固相烧结：烧结过程中各组元均不

形成液相②液相烧结：烧结时部分组元形成液相。在

液相表面张力的作用下，粉粒相互靠紧，故烧结速度

快，制品强度高。

47、压坯烧结中容易产生的问题

翘曲:烧结时没有支承好压坯，或压坯中的密度不均

匀造成。过烧:烧结温度过高或保温时间过长，会引

起翘曲、压坯胀大。分解反应及多晶转变:出现不正

常组成或不均匀现象。黏结剂烧掉:有机黏结剂烧掉

后，留下碳在制品中，影响其性能。

48、烧结后的其他处理或加工

渗透（又称为熔渗），把低熔点金属或合金渗入到多

孔烧结制品的孔隙中去的方法称为熔渗。可使制品密

度高、组织均匀细致，塑性与抗冲击能力好。

复压，将烧结后的粉末压制件再放到压形模中压一

次，叫做复压，复压可起校形作用。

粉末金属锻造，以金属粉末为原料，先用粉末冶金法

制成具有一定形状和尺寸的预成形坯，然后将预成形

坯加热后置于锻模中锻成所需零件的方法。

精压，将零件放入模具中并加以高压的工序。目的是

进一步提高制品的密度、强度。

其他后续处理，粉末冶金制品有一些后续工序，如含

油轴承的浸油处理，以及机械加工、喷砂处理，有时

还须进行一些必要的热处理等。

49、挤压：将金属毛坯放入模具模腔内，在强大的压

力和一定的速度作用下，迫使金属从模腔中挤出，从

而获得所需形状、尺寸以及具有一定力学性能的挤压

件。实现条件：1、模具来控制金属流动。2、金属体

积的大量转移来成形零件

50、挤压分类：

1.按坯料温度分类1)冷挤压：在回复温度以下的挤压

2)温挤压：将金属坯料加热到再结晶温度以下，回复

温度以上某个适当的温度范围内进行挤压3)热挤压：

将坯料加热至金属再结晶温度以上的某个温度范围

内进行的挤压

2.按照毛坯材料种类分类

（1）有色金属挤压：被挤压坯料为有色金属及合金。

（2）黑色金属挤压：被挤压坯料为黑色金属及合金。

51、挤压的基本类型

正挤压：金属被挤出方向与加压方向相同，适用于各

种形状的实心杆形件、管件和环形件的挤压；

反挤压：金属被挤出方向与加压方向相反，适用于各

种截面形状的杯形件的挤压。

复合挤压：一部分金属的挤出方向与加压方向相同，

另一部分金属的挤出方向与加压方向相反，是正挤和

反挤的复合。适用于各种复杂形状制件的挤压；

减径挤压：是一种变形程度较小的变态正挤压法。

径向挤压：挤压时金属流向与凸模轴线方向相垂直。

镦挤复合法：将局部镦粗和挤压结合起来的加工方法

52、挤压的特点：节约原材料，生产效率高；提高零

件的力学性能；产品范围广，可加工形状复杂的零件；

提高零件的精度，降低表面粗糙度；

53、冷挤压优点：1）强度大、刚性好而质量轻的零

件；2）零件的精度可达1T8～1T9级，有色金属冷

挤压零件的表面粗糙度可达Ra=1.6～0.μm；3）节

约能源，工作环境得到较大的改善。

缺点：1）模具易磨损，易破坏；2）对于挤压设备要

求高，吨位要求大；3）对挤压材料要求较高；4）挤

压前坯料处理复杂；5）工艺流程设计技术水平较高，

研发过程周期长，投入大。

54、温挤压的特点1）变形抗力小，成形较易；2）

温挤压可连续生产；3）温挤压件的表面质量较好，

综合力学性能较高；4）设备简单，投入较少

55、热挤压的特点1）热挤压变形抗力低，但表面质

量差；2）小批量生产或加工非标准件比轧制经济；3）

产品更换方便；4）可加工低塑性合金，适用范围广。

56、挤压变形，测试金属流动性的方法：坐标网格法、

模拟试验法、硬度试验法、光塑性法、密栅云纹法

57、挤压四阶段：充满型腔阶段施加压力后，金属

径向流动而充满模具型腔。开始挤压阶段凹模入口

处的金属开始进入模孔，变形区域迅速扩大。稳定挤

压阶段毛坯高度降低，变形区高度稳定不变。挤压

完毕阶段顶出制件

58、正挤压实心件时坐标网格的变化特点：变形不均

匀，挤出端部变形不大，纵向坐标线发生扭曲，横向

坐标线间距逐渐增加，正方形网格变成了平行四边形

网格，存在死区（很难变形或停留不动的区域），摩

擦力越大、凹模锥角越大则死区越大。

59、挤压成型中，影响金属流动的因素：金属性质、

变形条件、变形速度与变形温度、应力状态的影响

60、“三向压应力状态”能提高塑性的原因：1）减少

晶间变形，从而防止晶间变形引起的晶界破坏；2）

减少或弥合内部缺陷（缩孔、缩松、气孔）3）降低

夹杂物引起的危害（应力集中引起的致裂）4）减少

或抵消附加拉应力，避免翘曲或开裂。

增加三向压应力，提高塑性的措施：加反压进行挤压；

包套挤压脆性金属；增加脆性金属挤压变形程度等。

61、连接成型原理分为：机械连接——利用螺钉、螺

栓和铆钉连接成型，接头可以拆卸，主要用于装配。

物化连接——利用粘结剂，通过物理、化学作用将材

料连接成型，接头不可拆卸。主要用于异种材料。

冶金连接——通过加热或加压（或即加热又加压），

使分离表面的原子间距足够小形成金属键而获得永

久性接头，主要用于金属材料的连接。

62、铆接的分类：紧固铆接、紧密铆接、固密铆接

63、焊接：将分离的金属用局部加热或加压，借助于

金属内部原子的结合与扩散作用牢固地连接起来形

成永久性接头的过程。

64、焊接优点：节省材料，接头密封性好，可承受高

压；简化加工与装配工序，容易实现机械化和自动化

生产。缺点：焊接结构有残余应力和变形，焊接接头

性能不均匀，焊接质量检验困难。

焊接的本质：小范围的金属熔炼与铸造

65、焊接的三要素

热源：要求能量集中，温度高，以保证金属快速熔化，

减小高温对金属性能的影响。

熔池的保护与净化：保护：采用熔渣、惰性气体、真

空等保护措施，将熔池与大气隔离，阻止焊接缝金属

氧化与杂质进入焊缝。净化：降低焊缝中氧、硫磷等

元素的含量。

填充金属：一方面保证填满焊缝，另一方面可向焊缝

过渡有益的合金元素，以弥补金属的烧损，并调整焊

缝金属的化学成分，满足性能要求。

68、酸性焊条特点：氧化性强，具有优良的焊接性能，

如稳弧性好，脱渣力强，飞溅小，焊缝成形美观等，

不与铁锈、油污和水分等容易导致气孔的物质亲和。

碱性焊条特点：有较强的脱氧、去氧、除硫和抗裂纹

的能力，焊缝力学性能好，但焊接性能不如酸性焊条，

如引弧较困难，电弧稳定性较差。对油污、铁锈和水

分较敏感等，一般要求用直流电源。而且药皮熔点较

高，还应采用直流反接法。

焊位：平焊、立焊、横焊、仰焊、船形焊、全位置焊

70、焊条的选择原则：考虑母材化学成分与力学性能，

结构的使用条件，焊条工艺性，焊接设备条件

71、焊接接头：焊缝金属、熔合区、焊接热影响区

72、焊缝金属的组织及性能：焊缝是由熔池金属结晶

形成的焊件结合部分。其金属的结晶是从熔池底壁开

始的。晶粒是柱状晶，生长方向与最大冷却方向相反，

垂直于熔池底壁，焊缝成分不均匀，焊缝中心区容易

偏析硫、磷等杂质，导致力学性能变差。

73、熔合区和热影响区的组织与性能的变化

焊缝与母材交接的过渡区，其加热的温度介于液-固

两相线之间，加热时，金属处于半熔化状态，其成分

不均匀，组织粗大，塑性、韧性很差，是焊接接头中

性能最差的区域。

74、改善热影响区组织性能的方法1）焊后退火或正

火热处理，改善焊缝及热影响区的组织性能，使其晶

粒细化2）采用多层焊，利用后层对前层的回火作用，

使前层的组织和性能得到改善3）尽量选择低碳且

硫、磷含量低的钢材为焊接结构材料4）采用正确选

择焊接方法和焊接过程

75、防止与减少焊接变形的措施①合理设计焊接构件

②必要的技术措施A.反变形法B 加裕量法C. 刚性

固定法D. 选用合理的焊接顺序e.采用合理焊接方法

76、矫正焊接变形的措施：机械矫正，火焰矫正

77、减少和消除焊接应力的措施 A.合理的选择焊接

顺序尽量使焊缝能自由收缩，这样产生的残余应力较

小。B.焊前预热目的是减小焊件上各部分的温差，降

低焊缝区冷却速度，以减小焊接应力和变形c.焊后热

处理去应力退火可以消除焊接应力D.加热“减应区”

78、焊接缺陷及其产生原因

焊瘤：焊缝边缘上存在多余的未与焊件熔合的堆积金

属。焊条熔化太快，电弧过长，电流过大，运条不正

确，焊速太慢。

夹渣：焊缝内部存在着非金属夹杂物或氧化物。施焊

中焊条未搅拌熔池，焊件不洁，电流过小，焊缝冷却

太快，多层焊时各层熔渣未清除干净。

咬边：在焊件与焊缝边缘的交界处有小的沟槽。电流

过大，焊条角度不对，运条方法不正确，电弧过长。

裂纹：在焊缝和焊件表面或内部存在裂纹。焊件含碳、

硫、磷高，焊接结构设计不合理，焊缝冷速太快，焊

接顺序不正确，焊接应力过大，存在咬边、气泡、夹

渣，未焊透。气孔：焊缝的表面或内部存在气泡。焊

件不洁，焊条潮湿，电弧过长，焊速过快，含碳量高。

未焊透：被焊金属和填充金属之间在局部末熔合。装

配间隙太小，坡口间隙太小，运条太快，电流过小，

焊条未对准焊缝中心，电弧过长。

79.其他焊接方法：埋弧自动焊/气体保护焊/电渣焊/

电阻焊/摩擦焊/钎焊/真空电子束焊/激光焊/气焊

80、先进的高性能无机非金属材料：结构/功能陶瓷、

特种玻璃、人工晶体、半导体材料等。

81、无机非金属的粉碎加工：粉碎、破碎、粉磨

82、传统式的破碎和粉磨设备：颚式破碎机、轮碾机、

球磨粉磨