精密成型

一．试述塑性加工对金属材料性能的影响。

1.金属塑性加工时引起的材质变化

热加工引起的材质变化:经热加工后使金属组织趋于均匀化，主要呈以下特点：1.1空隙压合效果好

由于晶格受压，密度加大，可将晶格之间的空隙排出即压合。这在整体加工（如锻造）时尤为明显，因为此时材料表面所受压缩力较均匀，不容许出现“空隙偏析”现象。

1.2偏析的均匀化

由于热加工温度在再结晶温度以上，金属经再结晶及较长时间的冷却，对偏析的均匀化效果良好。通常进行的扩散退火热处理即获得如此的效果。

1.3形成纤维组织

这种纤维组织是由于金属晶格的树枝状结构被破坏和再结晶，金属基体及非金属杂物向加工方向延伸而造成的。

中温加工引起的材质变化

从机理方面看，在再结晶温度以下的中温加工，原子会在大量位错上沉淀，即造成基体中原子的交互作用和晶格位错，从而使材料强度特别是弹性极限提高，延伸率降低。从晶粒角度看，大量位措将借助于热运动而慢慢地重新排布，在减少位错的同时，将出现能量更低的排列状态，即恢复过程。这个过程会导致所谓的蓝脆区，一般认为在此温度下加工的产品不能使用，所以中温加工的情况不多但实际上在此温度下加工的产品虽然韧性有所下降，但强度可以提高，因此中温加工在一定情况下是可以采用的。

冷加工引起的材质变化

冷加工引起变形和表面硬化，其机理可以从两方面分析：一是从晶格的形状看。由于晶格内存在着位错，当晶格发生运动（即滑移变形）时，位错增加并相互牵制而对运动造成阻

碍，即是加工硬化。二是从晶粒的尺度看。晶粒将沿加工方向伸长，晶粒取向改变，

不断形成加工的织状结构，阻止变形的进一步发展，即形成加工硬化。另外，钢的组织是由铁素体和渗碳体构成的，铁素体软可产生很大的变形，而渗碳体则硬而脆，因而有渗碳体或夹杂物存在时，就会成为变形的阻碍；在这些组织附近还会积蓄过多的变形能，这也是造成过硬化或断裂的原因。

2.塑性变形对组织和结构的影响

1)形成纤维组织晶粒延变形方向被拉长或压扁; 杂质呈细带状或链状分布。2）形成形变织构(1) 形变织构：多晶体材料由塑性变形导致的各晶粒呈择优取向的组织。(2) 线(丝)织构：某一晶向趋于与变形方向平行。

(如拉拔时形成) 面(板)织构：某晶面趋于平行于轧制面，某晶向趋于

平行于主变形方向。(轧制或挤压时形成）

3) 形成位错胞（亚结构）

金属在大量变形之后，由于位错的运动和交互作用，位错不均匀分布，使晶粒碎化成许多位向略有差异的亚晶粒。亚晶粒边界上聚集大量位错，而内部的位错密度相对低得多。随着变形量的增大，产生的亚结构也越细。整个晶粒内部的位错密度的提高将降低材料的耐腐蚀性。

3.对力学性能影响

材料在变形后，产生加工硬化,强度、硬度显著提高，而塑性、韧性明显下降。

二．简述塑性成形的发展趋势。

1．未来先进塑性成形技术发展的主要标志是：科学化、数字化、可控化。

2．未来塑性成形向着信息化|自动化发展。

3．塑性成形更加注重塑性加工产品制造全过程，产品设计可制造性和成形工艺的快速分析及评估能力不断提高。

4．塑性成形向着省力成形方向发展，对设备要求降低。

5．塑性成形技术将有大的柔性和灵活性，对产品适应能力很强的加工方法不断完善。、

6．塑性成形将更加轻量化，实现“按需配料，物尽其用”，“以空代实”，同时保证刚度。

7．塑性成形重视复合成形技术。

8．塑性成形更加注重环保。

三.请说明超塑性的原理、特点和实现细晶超塑性的条件。

超塑性板料成形基本原理：将被加热至超塑温度的板料压紧在模具上，在其一侧形成一个封闭的空间，在气体压力下使板料产生超塑性变形，并逐步贴合在模具型腔表面，形成与模具型面相同形状的零件。

超塑性成形特点：稳定、均匀大变形无缩颈小应力易成形、工艺简单成形件质量好

实现细晶超塑性的条件是1.材料具有均匀的细小等轴晶粒，晶粒尺寸通常小于10μm，并且在超塑性温度下晶粒不易长大，即所谓热稳定性好；第二个条件是变形温度T>0.5Tm(Tm 为材料熔点温度)，并且在变形时温度保持恒定；第三个条件是应变速率ε（上加点）比较低，一般ε（上加点）=(10-4~10-1)/s,要比

普通金属拉伸试验时应变速率至少低一个数量级。

四．微塑性成形的力学基础理论与传统塑性理论有何区别。

经典塑性理论的基本假设之一：一点的应力只取决于该点的应变或应变历史，但在微成形中，非均匀塑性变形的特征长度为微米级，材料具有很强的尺度效应，在这种情况下，一点的应力不仅与该点的应变及应变历史有关，而且与该点的应变梯度及应变梯度历史有关，材料表现为二阶特性。由于传统的塑性理论中本构模型不包含任何尺度，所以不能预测尺度效应，现有的设计和优化方法，如有限元(FEM)及计算机辅助设计（CAD），都是基于经典的塑性理论，而它们在这一微小尺度已不再适用。另一方面，以现有的技术条件按照量子力学和原子模拟的方法在现实的时间和长度尺度下处理微米尺度的变形依然很困难。所以，建立联系经典塑性力学和原子模拟之间的在连续介质框架下、考虑尺度效应的本构模型就成为必然的研究方向。

五．简述液态模锻技术的发展趋势。

随着科学技术的飞速发展，传统的制造业正面临着严重的挑战。作为铸、锻结合的先进液态模锻技术，也要面对更多的技术要求和市场的激烈竞争，对此，液态模锻技术也相应地要继续完善和发展：

（1）现阶段，国内外学者除继续推广液态模锻应用，深入研究液态模锻机理，对液态模锻成形的力学理论、模具热应力分析、材料强韧化机理、液态模锻凝固速度的测试及液态模锻缩孔的计算机模拟研究也都做了理论创新和研究，并取得了一定的成效，也从中进一步完善了液态模锻理论体系。

（2）液态模锻技术应用研究将朝着集中在铝镁合金、高温合金和复合材料成形的方面发展。从航天、航空及兵器扩展到民用领域，实现零件制造轻量化、精密