《材料成形工艺基础》知识点整理

铸造是指通过熔炼金属，制造铸型，并将熔融金属注入铸型中使之冷却，凝固后获得具有一定形状和性能的铸件的成形方法。铸件的形成及质量将主要决定于金属的充型和凝固这两个过程。铸件的三种凝固方式：逐层凝固（流动性最好）、糊状凝固（流动性最差）、中间凝固。熔融合金本身的流动能力称为流动性（固有属性）充型能力：实际生产条件下熔融金属是否能够顺利充满型腔，从而获得轮廓清晰、形状完整的铸件的能力。影响合金充型能力的因素：合金本身的流动性、浇注条件、铸型条件、铸件结构。合金的冷却收缩的三个阶段及其缺陷：液态收缩（缩孔，缩松）、凝固收缩（缩孔，缩松）、固态收缩（应力、变形、裂纹）。铸件组织特点：铸件组织的晶粒大小和形态不均匀，粗大晶粒较多；此外，还经常存在成分偏析、缩孔、缩松、气孔、裂纹等缺陷，因而降低了其力学性能和致密度。缩孔和缩松的形成原因：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（补缩），则会在铸件最后凝固的部位形成孔洞。大而集中的空洞称为缩孔，细小而分散的孔洞称为缩松。缩孔和缩松的防止：加强顺序凝固（以利于补缩），合理使用冒口、冷铁。热应力的形成：铸件壁厚不均匀以及散热条件的差异，不同部位的冷却速度不同，由此引起不均衡收缩所造成的应力，即热应力。收缩应力的形成：铸件在固态收缩时，因受到铸型、型芯、浇冒口、砂箱等外力的阻碍而产生的应力，即收缩应力。减小和消除铸造应力的方法：同时凝固、时效处理。塑性成形方法分类（图）轧制、拉拔、挤压、自由锻、模锻、板料冲压。金属塑性变形规律（1）体积不变定律：金属塑性变形后的体积与变形前相等（致密度增加，体积略有减小）。（2）最小阻力定律：塑性变形时金属各质点首先向阻力最小的方向移动。冷/热变形加工：以金属的再结晶温度为界，进行划分。冷塑性变形后金属组织的特点：晶粒变形、位错密度增加和晶粒碎化、形变织构。冷变形强化：随着塑性变形程度的增加，金属的强度和硬度显著提高，而塑性明显下降，这一现象称为冷变形强化（也称加工硬化）。缺点：使设备吨位和能耗增加，塑性下降给进一步的塑性变形造成困难，降低了生产率，增加了生产成本。（1）对经过冷变形的金属进行加热，其组织将随加热温度提高而发生回复、再结晶、晶粒长大这三个阶段的变化。（2）热变形：a.改善铸态金属的组织与性能（消除某些缺陷，如使气孔、缩松焊合，减小成分偏析等）b.锻造流线的形成及锻造比（锻造比：锻造前后金属坯料的横截面积比值或高/长度比值。锻造流线：锻后依然沿被拉长的方向保留在金属中，呈现出连续或断续的流线形状，这种组织称为锻造流线，也叫流线）由于流线而使金属性能产生各向异性的现象，对于零件的设计和使用以及塑性成形加工生产工艺等都有影响。一般应尽量使流线沿工件外形轮廓连续分布，并使流线与工作时的最大拉应力方向平行，而与最大切应力方向垂直。影响金属塑性和变形抗力的因素：金属的化学成分、组织结构。焊接：通过加热或加压，或两者并用，使分离的物体在被连接的表面间产生原子结合而连接成一体的成形方法。焊接可分为三大类：熔焊、压焊、钎焊。熔焊的焊接接头是由焊缝、熔合区和热影响区组成。焊缝金属是由母材和填充材料熔化后结晶形成的。最易受影响的两个区：熔合区和过热区。焊接冷裂纹的形成有三个基本要素：（1）焊接接头存在淬硬组织，使接头性能发生脆化。（2）焊接接头的含氢量较高，造成氢脆；并且氢通过扩散在某些焊接缺陷处聚集，形成局部高应力区而引发裂纹。（3）焊接接头存在较大的焊接应力的作用。焊接应力和变形产生的根本原因：焊接过程中焊件受到不均匀的局部加热和冷却。焊接变形的基本形式：收缩变形、角变形、弯曲变形、扭曲变形、波浪变形（图）减小焊接应力的措施：a.焊前预热b.加热减应区c.选择合理的焊接顺序和方向d.锤击焊缝控制和减小焊接变形的措施：a.反变形法b.刚性固定法c.强迫冷却法d.采用合理的焊接顺序金属的焊接性：金属在限定的焊接条件下，焊接成形并获得符合设计要求及满足使用要求的焊件的能力。包括两方面含义：1.结合性能；2.使用性能。碳当量法的使用范围：计算碳钢和低合金结构钢的碳当量。