绪论
材料成形：所有利用物理、化学、冶金原理使材料成形的方法，称之为材料成形加工工艺。
一、材料与材料科学
材料是用来制作有用器件的物质，是人类生产和生活所必须的物质基础。
历史学家把人类社会的发展按其使用的材料类型划分为石器时代、青铜时代、铁器时代，而今正处于人工合成材料的新时代。
材料科学的研究内容
材料科学是研究各种固体材料的成分、组织、性能和应用之间关系及其变化规律的科学，它包括四个基本要素：
材料的合成与制备，成分与组织结构，材料性能和使用性能。
材料的分类
按化学成分：
金属材料：钢、铸铁、铜、铝等
高分子材料：塑料、橡胶、胶粘剂、纤维材料等
陶瓷材料
复合材料
金属材料是怎么得到的呢？
冶炼---- 把金属从矿石中提炼出来，这个过程就叫金属的冶炼。
材料新技术
芯片
光纤
超导材料
二、材料成形技术
1、课程性质
材料成形基础是一门研究常用工程材料坯件及机器零件成型工艺原理的综合性技术基础学科。
2、材料成形加工在国民经济中的地位
材料成形加工在工业生产的各个部门和行业都有应用，尤其对于制造业来说更是具有举足轻重的作用。制造业是指所有生产和装配制成品的企业群体的总称，包括机械制造、运输工具制造、电气设备、仪器仪表、食品工业、服装、家具、化工、建材、冶金等，它在整个国民经济中占有很大的比重。
统计资料显示，在我国，近年来制造业占国民生产总值GDP的比例已超过35%。同时，制造业的产品还广泛地应用于国民经济的诸多其他行业，对这些行业的运行产生着不可忽视的影响。因此，作为制造业的一项基础的和主要的生产技术，材料成形加工在国民经济中占有十分重要的地位，并且在一定程度上代表着一个国家的工业和科技发展水平。
通过下面列举的数据，可以帮助我们真切、具体地了解到成形加工对制造业和国民经济的影响。据统计，占全世界总产量将近一半的钢材是通过焊接制成构件或产品后投入使用的；在机床和通用机械中铸件质量占70~80%，农业机械中铸件质量占40~70%；汽车中铸件质量占约20%，锻压件质量约占70%；飞机上的锻压件质量约占85%；发电设备中的主要零件如主轴、叶轮、转子等均为锻件制成；家用电器和通信产品中60~80%的零部件是冲压件和塑料成形件。
再从我们熟悉的交通工具——轿车的构成来看，发动机中的缸体、缸盖、活塞等一般都是铸造而成，连杆、传动轴、车轮轴等是锻造而成，车身、车门、车架、油箱等是经冲压和焊接制成，车内饰件、仪表盘、车灯罩、保险杠等是塑料成形制件，轮胎等是橡胶成形
制品。因此，可以毫不夸张地说，没有先进的材料热加工工艺，就没有现代制造业。
我国是世界上少数的几个拥有运载火箭、人造卫星和载人飞船发射实力的国家，这些航天飞行器的建造离不开先进的加工成形工艺，其中，火箭和飞船的壳体都是采用了高强轻质的材料，通过先进的特种焊接和胶接技术制造的。
3、课程内容
作为高等工科学校机械类专业学生的一门技术基本课，本课程主要涉及的是与机械制造有关的材料成形加工工艺的基础知识。
它主要研究：
各种成型工艺方法本身的规律性及其在机械制造中的应用和相互联系；零件的成型工艺过程和结构工艺性；常用工程材料性能对成型工艺的影响；工艺方法的综合比较等。它几乎涉及机器制造中所有工程材料的成型工艺。
机械制造是将原材料制造成机械零件，再由零件装配成机器的过程。其中，机械零件的制造在整个机械制造的过程中占据了很大的比重，而成形加工又是机械零件制造的主要工作。传统上的机械大都是用金属材料加工制造的，随着科学和生产技术的发展，机械制造所用的材料已扩展到包括金属、非金属和复合材料在内的各种工程材料，因此机械产品的成形加工工艺也就不再局限于传统意义上的金属加工的范畴，而是将非金属和复合材料等的成形加工也包含进来了。
金属材料的成形一般有铸造、塑性成形、焊接、粘接和机械加工（包括切削加工和特种加工）等常用方法，非金属和复合材料则另有各自的特殊成形方法。
4、基本要求
本课程是机械类专业的主干课程之一，也是部分非机械类专业通常开设的一门课程。学生在学完本课程之后，应达到以下基本要求：
（1）掌握各种热加工方法的基本原理、工艺特点和应用场合，了解各种常用的成形设备的结构和用途，具有进行材料热加工工艺分析和合理选择毛坯（或零件）成形方法的初步能力。
（2）具有综合运用工艺知识，分析零件结构工艺性的初步能力。
（3）了解与材料成形技术有关的新材料、新工艺及其发展趋势。
第一章金属材料导论
第一节金属材料的性能
一、材料的性能
二、材料在载荷作用下的力学行为
材料在载荷(外力)作用下的表现(反应)，人们习惯称之为力学行为。材料在载荷作用下，对于塑性材料来说会产生弹性变形，塑性变形，直至断裂。
1.弹性变形
当物体受外力作用时产生了变形，若除去外力，物体发生的变形会完全消失，恢复到原始状态，这种变形称之为弹性变形。
2. 塑性变形
当外力增加到一定程度时，物体发生的变形不能完全消失而一部分被保留下来，所保留的变形称之为塑性变形或永久变形。
3. 断裂
断裂前出现明显宏观塑性变形的断裂称为韧性断裂；在断裂前没有宏观塑性变形的断裂行为称之为脆性断裂。
三、材料在静载荷作用下的主要力学性能指标
静载荷是指加载方式不影响材料的变形行为，加载速率较为缓和的载荷。
材料在静载荷作用下的主要力学性能指标有弹性，刚度,强度，塑性，硬度等性能指标可通过拉伸试验和硬度试验测得。
１.弹性极限σe：材料产生完全弹性变形时所能承受的最大应力值，以σe表示,单位为ＭＰa。
２.弹性模量(E)：材料在弹性变形的阶段内，直线的斜率，即产生单位弹性应变所需要的应力值，以Ｅ表示，单位ＭＰa。其大小反映材料刚度大小。
材料在外力作用下抵抗弹性变形的能力称为刚度。
强度：材料在外力作用下，抵抗塑性变形和断裂的能力。
3.屈服强度（点）σs:
材料产生屈服时的最低应力值称为屈服点，以σs表示，单位为ＭＰa。它表征了材料抵抗微量塑性变形的能力。
4.抗拉强度σ b
材料在拉断前所承受的最大应力值，称为抗拉强度，通常用σb表示，单位ＭＰa 。
它表征了材料在拉伸条件下所能承受的最大应力。
抗拉强度—是脆性材料选材的依据。
5. 塑性
材料在外力作用下，产生永久变形而不引起破坏的能力。
常用δ 和ψ 作为衡量塑性的指标。
（三）硬度
金属材料抵抗其它更硬的物体压入其内的能力。
它是衡量材料软硬程度的力学性能指标。材料的硬度越高其耐磨性就越好，并且材料的硬度与它的力学性能和工艺性能（如切削加工性、焊接性能等）之间存在着一定的对应关系，所以硬度是最常用的性能指标之一。在一些零件图中硬度是检验产品质量的重要指标。
1.布氏硬度（HB ）
(1)测试原理
布氏硬度实验用一定直径的钢球或硬质合金球，以相应的试验力压入试样表面，保持一定时间后，卸除试验力，在试样表面得到直径为d 的压痕直径，用试验力除以压痕表面积所得的值即为布氏硬度值，用ＨＢ表示。
计算公式：
F H B S =
=
(2)测定条件
压头为淬火钢球，适于测定硬度在450以下的材料，如结构钢、铸铁及非铁合金等，以HBS 表示 ；压头为硬质合金，以HBW 表示，适于测定硬度值在450以上的材料，最高可测650HBW 。
(3)表示方法 例如：120HBS10/1000/30
(4)适用范围
铸铁、铸钢、非铁金属材料及热 处理后钢材毛坯或半成品。
２.洛氏硬度(HR)
?
(1)测试原理 ?
洛氏硬度值用主载荷作用下试样产生塑性变形压痕深度BD 来确定 ?
(2)表示方法 ?
硬度标尺：HRA 、HRB 、 HRC ，C 标尺最常用。 ? 如250HRC ? (3)适用范围
? 在批量的成品或半成品质量检验中广泛使用，也可测定较薄工件或表
面有较薄硬化层的硬度。
常用洛氏硬度标尺的实验条件和应用
ＨＲ前面为硬度数值，后面为使用的标尺。最常用的是：ＨＲＡ，ＨＲＢ，ＨＲＣ三种。其中Ｃ标尺用的最多。
３.维氏硬度(HV)
(1)测试原理
维氏硬度试验原理和布氏硬度试验原理基本相同。将顶角为136°的正四棱锥金刚石压头，在载荷的作用下，压头进入试件表面，保持一定的时间后，卸除载荷，测量压痕两对角线长度d 1和d 2，求其平均值，用于计算压痕表面积。
(2)表示方法
? 例如：640HV30/20
(3)适用范围
?用于测量金属镀层薄片材料
?和化学热处理后的表面硬度。
?* 各硬度值之间大致有以下关
?系：布氏硬度值在200-450范围
?内，HBS(HBW)=10HRC；布氏硬
?度值小于450HBS，HBS≈HV。
四、材料在动载荷作用下的主要力学性能指标
动载荷是指突加的、冲击性的大小、方向随时间而变化的载荷。
材料在动载荷作用下的力学性能，包括冲击韧性和疲劳强度。
1．冲击韧性:材料抵抗冲击载荷作用下断裂的能力。
2．疲劳强度:指材料经无数次交变载荷作用而不断裂的最大应力值，用σ-1表示，单位为Mpa。它表现了材料抵抗疲劳断裂的能力。
疲劳断裂：
零件在循环应力作用下，在一处或几处产生局部永久性累积损伤，经一定循环次数后突然产生断裂的过程。
是由疲劳裂纹产生－－扩展－－瞬时断裂三个阶段组成的。
特点：
①断裂前无明显的塑性变形，很难事先察觉到，断裂突然发生。
②断裂时应力很低，大多低于σs，属于低应力脆断。
第二节金属及合金的结晶
一金属的结构
1．金属键:由金属正离子和自由电子之间相互作用而结合的方式称为金属键。
根据金属键的结合特点可以解释金属晶体的一般性能。
由于自由电子的存在，容易形成电流，显示出良好的导电性。
自由电子的易动性和正离子的振动使金属有良好的导热性。
金属原子移动一定位置后，金属键不会遭到破坏，使金属具有很好的形变能力和强度。
自由电子可以吸收光的能量，因而金属不透明。
自由电子所吸收的能量在电子回复到原来状态时产生辐射，使金属具有光泽。
2. 金属的晶体结构
所有的金属和合金都是晶体
晶格—原子排列形成的空间格子
晶胞—组成晶格最基本的单元
金属的典型晶体结构
3、晶面与晶向
晶面：各个方位上一系列原子组成的平面。
晶向：各个方向上的原子列。
1）晶面指数(hkl)
标定过程
2）晶向指数[uvw]
4．金属的实际晶体结构
（1）多晶体结构
晶格位向（即原子排列方向）完全一致的晶体为单晶体。实际使用的金属材料包含有许多外型不规则的小晶体，每个小晶体内部的晶格位向都是一致的，而各小晶体之间位向却不相同，称多晶体。
外形不规则、呈颗粒状的小晶体称为晶粒。晶粒与晶粒之间的界面称为晶界。
（2）晶体缺陷
在晶体内部及边界存在原子排列的不完整性，称为晶体缺陷。
按其几何形状的特点，晶体缺陷可分为以下三类：
1)点缺陷：是指三维尺寸都很小，不超过几个原子直径的缺陷。主要有空位和间隙原子。
2)线缺陷：
指三维空间中在二维方向上尺寸较小，在另一维方面上尺寸较大的缺陷。属于这类缺陷主要是位错。
位错是晶体中的某处有一列或若干列原子发生了某种有规律的错排现象。
它又分为刃型位错、螺型位错
3)面缺陷
指二维尺寸很大而第三维尺寸很小的缺陷。
通常是指晶界和亚晶界。
晶界：晶粒之间的边界称为晶界。
亚晶界：亚晶粒之间的边界叫亚晶界。
亚晶粒：尺寸很小、位向差也很小的小晶块。
二、金属的结晶过程
1. 金属的结晶过程
(1) 金属结晶的过冷现象
(2) 金属的结晶过程
2．铸件晶粒组织
铸件的晶粒组织是指铸件的晶粒形状和大小。
一般铸件的典型晶粒组织分为三个区域。
(1)表层细晶粒区
液态金属强烈的过冷，形成大量自发晶核。
(2)柱状晶粒区
晶轴垂直于模壁的晶粒，沿着枝晶轴向模壁传热有利，这些晶粒优先长大，从而形成柱状晶粒。
(3)中心等轴晶粒区
在锭模心部的剩余液态金属内部温差愈来愈小，散热方向已不明显，因而形成较粗大的等轴晶粒区。
细晶强化的方法：
1)增加液态金属结晶时的过冷度
增大过冷度可以使铸件晶粒变小。
2)变质处理
在金属液结晶前，向金属液中加入某些物质（称变质剂），形成大量分散的固态微粒作为非自发形核界面，或起阻碍晶体长大的作用，从而获得细小晶粒，这种细化晶粒的方法，称为变质处理。
3)附加振动
金属液结晶时，可采用机械振动，超声波或电磁振动等措施，使铸型中液体金属运动，造成枝晶破碎，碎晶块起晶核作用，从而使晶粒细化。
3、金属的同素异晶转变
同素异晶转变—在固态下，随着温度的变化，金属的晶体结构从一种晶格类型转变为另一种晶格类型的过程。
一种金属能以几种晶格类型存在的性质—称为同素异晶性。
金属的同素异晶转变是金属从一种晶格类型的固态转变为另一种晶格类型固态的转变。它也是一个结晶过程，只不过这个结晶是在固态下进行的，因此把这种固态转固态的结晶称为重结晶或二次结晶。
三、合金的结构
合金—两种或两种以上元素组成的具有金属特性的物质。
成份相同、结构相同，并与其他部分有界面分开的均匀组成部分称为相。
根据结构特点不同可将合金中的相分为：
1、固溶体
合金中晶体结构与组成元素之一的晶体结构相同的固相。
据溶质原子在溶剂晶格中所占据位置的不同
固溶体的性能特点：
具有良好的塑性和韧性，强度、硬度较低。
2、金属化合物
合金中其晶体结构与组成元素的晶体结构均不相同的固相。
金属化合物的性能特点：
脆性大、硬度高；强度低；塑性、韧性差；高的熔点。
三、合金的结晶
虽然纯金属在人类生活和生产中获得了一定程度的应用，但它们的性能远不能满足多方面的需求。在工业中更广泛地被应用的是合金。为了正确地对各种合金进行熔铸、锻压和热处理，必须了解它们的熔点和发生固态转变的温度，并研究它们的凝固进程和凝固后的组织。目前已测定出许多二元合金系的成分与其熔点及固态转变温度的关系曲线，并分析了不同成分的合金在不同温度下的组织状态。合金相图就是以这些试验结果为基础而建立起来的。
1. 相图的基本知识
(1) 相图
合金相图是一种能够反映给定合金系中合金成分、温度与其组织状态之间关系的图形。
二元合金相图是一个平面图形，它表示由两个组元组成的合金系统中的合金平衡状态、
温度和成分之间的关系。
2. 二元合金相图
(1)二元匀晶相图
二组元在液态无限溶解，在固态无限固溶，并形成固溶体的二元合金系所形成的相图，称为二元匀晶相图。
这类合金在结晶过程中都是从液相中结晶出单相的固溶体，这种结晶过程称为匀晶转变。
合金的结晶过程
以Cu-Ni合金相图中Ni的含量ωNi=40%为例说明其结晶过程，当液态合金缓慢冷却到与液相线相交温度时开始结晶，此时温度为t1，结晶出的固相ωNi为α1，α1的含镍量（ω）大于40%；冷却到t2时，L的成分L2，α相的成分为α2；当合金冷却完毕，全部为固Ni
相α，此时固相成分α3即为合金自身的成分。
枝晶偏析
实际金属结晶过程中，由于冷却速度快，先后结晶出来的固溶体成分不同，扩散来不及进行，使得晶粒内部化学成分不均匀的现象。
危害：材料的力学性能↓，加工工艺性↓，耐蚀性↓。
措施：扩散退火（均匀化退火）
（2）共晶相图
两组元在液态无限互溶，在固态有限溶解（或不溶），并在结晶时发生共晶转变所构成的相图称为二元共晶相图。
共晶转变指具有一定成分的液态合金，在一定温度下，同时结晶出两种不同的固相的转变。其转变产物为共晶组织，或称共晶体。
（3）共析相图
一定成分的固相，在一定温度下，同时析出两种化学成分和晶格结构完全不同的新固相，这个转变过程称为共析反应。
（4）包晶相图
两组元在液态下无限互溶，在固态下有限溶解，并在结晶时发生包晶转变的相图，称为
包晶相图。
即由一定成分的液相与一定成分的固相在恒温下转变成另一种一定成分的固相的转变。由于新固相，首先在L相与原固相的相界上形核并包着原固相长大，故称为包晶转变。
第三节铁碳合金相图
一铁碳合金的基本组织
1、铁素体（F）
铁素体—碳（C）溶入α-Fe中所形成的固溶体。
727℃0.02%C
力学性能：σb = 250MPa δ= 45~50% HB = 80
2、奥氏体（A）
奥氏体—碳（C）溶入γ-Fe中所形成的固溶体。
1147℃ 2.06%C 、727℃0.77%℃
力学性能：σb = 250 ~ 350MPa δ= 40~45%
HB = 160~200
3、渗碳体（Fe3C）
渗碳体—是金属化合物。 6.67%C
力学性能：σb = 30MPa δ= 0 HB = 800
四、珠光体（P）
珠光体—是铁素体和渗碳体组成的机械混合物。
727℃0.77%℃
力学性能：σb = 750MPa δ=25% HB = 180-200
五、莱氏体（Le）
莱氏体—是奥氏体和渗碳体组成的机械混合物。
1147℃ 4.3%C
力学性能：σb = 30MPa δ= 0 HB = 700
二、典型铁碳合金的结晶过程
①共析钢[ωc=0.77%]
②亚共析钢[0.0218%<ωc<0.77%]
③过共析钢[0.77%<ω(c)≤2.11%]
④共晶白口铸铁[ωc=4.3%]
⑤亚共晶白口铸铁[2.11%<ωc<4.3%]
⑥过共晶白口铸铁[4.3%<ωc<6.69%]
⑦工业纯铁
第四节钢铁材料热处理原理
定义以适当的方式对金属材料或工件加热、保温、冷却，获得预期的组织结构与性能的工艺方法。
机床60-70％，汽车70-80％，量具、刃具、模具、轴承100％。
1）整体热处理退火、正火、淬火、回火
2）表面热处理表面淬火、化学热处理
一、钢在加热时的组织转变
1、加热转变的理论依据Fe-Fe3C相图
奥氏体化钢加热形成奥氏体的过程。
对于加热:非平衡条件下的相变温度高于平衡
条件下的相变温度;
对于冷却:非平衡条件下的相变温度低于平衡
条件下的相变温度.
2、奥氏体化过程
包括奥氏体的形核、长大，残余渗碳体的溶解和奥氏体成分的均匀化。
二、奥氏体在冷却时的组织转变
奥氏体的冷却转变，直接影响钢热处理后的组织和性能。
常见的冷却方式有两种，等温冷却和连续冷却。
1、过冷奥氏体的等温冷却转变曲线
俗称C曲线或TTT曲线。
过冷奥氏体A1温度以下不稳定的奥氏体。
等温冷却曲线
………………
三、钢的普通热处理
1、钢的退火
(降低硬度、消除应力，细化晶粒)
?完全退火：亚共析钢Ac3+30~50℃，缓冷到
600℃时空冷，得到F+P；
?等温退火：同完全退火，可节省时间；
?球化退火：过共析钢Ac1+20~30℃，消除网状
碳化物，使之成为球状；
?去应力退火：500-650℃炉冷至200℃后空冷，
消除应力。
2、钢的正火
正火目的：细化晶粒，提高强度
低碳钢--提高硬度
高碳钢—消除网状渗碳体
工艺过程：Ac3、Ac cm+30~50℃,保温后空冷
优点：周期短、能耗少
3、钢的淬火
淬火—钢加热到AC1或（AC3）以上，保温后以适当方式冷却，获得M或B组织的热处理工艺。
淬火目的：获得高硬度、高耐磨性的马氏体，提高钢的机械性能。
加热温度：Ac3、Ac1+30~50℃保温
碳钢：水冷，得细小M+A′
合金钢：油或空冷，得M+Fe3C+ A′
钢经过淬火后必须回火！！！
回火—将淬火钢加热到A1下某一温度后进行冷却的热处理工艺。
回火目的：消除应力，防止工件开裂
回火工艺：Ac1以下保温后缓冷
一、钢的分类
1．按化学成分分类
1）碳素钢
1）低碳钢 C < 0.25%
（2）中碳钢 C = 0.25-0.6%
（3）高碳钢 C > 0.6%
2）合金钢
（1）低合金钢Me < 5%
（2）中合金钢Me = 5-10%
（3）高合金钢Me > 10%
2. 按质量分类
S：使合金产生热裂、热脆缺陷
P：使合金产生冷裂、冷脆缺陷
3）高级优质钢：
P、S< 0.030%
3．按用途分类
二、钢的编号及应用
1．结构钢
1）（普通）碳素结构钢
碳素结构钢的钢号用屈服强度表示。这类钢主要用于制造一般的机械零件和工程构件。
Q195（0.06-0.12%C）、Q215（0.09-0.15%C）、
Q235（A（0.14-0.22%C）、B（0.12-0.20%C））、
Q255（0.18-0.28%C）、Q275（0.28-0.38%C）
2）优质碳素结构钢
这类钢的有害杂质P、S含量较低，钢的质量较好，主要用于制造各种较重要的机械零件。钢号用两位数字表示，数字表示含碳量的万分之几。
45 —表示含碳量是万分之45（0.45%）
08、10、15 —冲压件、焊接件。
15、20、25 —渗碳淬火。
30、35、40、45、50、55 —调质处理。制造齿轮、连杆、凸轮和轴类零件。
60、65、70 —淬火+中温回火，制造弹簧。
3）合金结构钢
合金结构钢种类繁多，其钢号的表示方法为：两为数字+元素符号+数字。如：40Cr2Mo4V、60Si2Mn、38CrMoAl
①低合金高强度结构钢
低合金高强度结构钢是在低碳钢的基础上加入少量合金元素制得，其合金因素总量不超过5%，以Mn为主要合金因素。这类钢一般在热轧或正火状态下使用，不需再进行热处理。广泛用于建筑、石油、化工、铁道、桥梁、造船等工业部门。
牌号有Q295、Q345、Q460
②机械结构用合金钢
用于制造各种机械零件的合金结构钢。又可分为：
合金渗碳钢：20Cr、20CrMnTi、18Cr2Ni4WA
合金调质钢：40Cr、40MnB、38CrMoAl
合金弹簧钢：60Si2Mn、50CrVA
③滚动轴承钢
滚动轴承钢是制造滚动轴承的内、外套圈和滚珠、滚柱的专用钢种。常用牌号有GCr9、GCr15等，含碳在0.95% - 1.1%，合金元素主要是铬。
含0.90-1.25% Cr、1.4-1.65%Cr。
2．工具钢
1）碳素工具
碳素工具钢含碳量为0.65-1.35% ，可制造低速切削的刀具和普通模具、量具。
常用牌号有T7、T8、T8Mn、T9、T10A、T11、T12A、T13等。
2）合金工具钢
其牌号表示方法是：一位数字（或无数字）+元素符号+数字。如：9SiCr、W18Cr4V、5CrNiMo等。
合金工具钢又可分为合金刃具钢、合金模具钢、和合金量具钢。
①合金刃具钢指用于制造各种刀具的钢材。含碳量为0.75-1.50%，典型牌号为
9SiCr、W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2。
②合金模具钢模具钢是指用于制造各种模具的钢材。冷做模具钢如：冲压模、
拉拔模等。典型牌号为Cr12、Cr12MoV。热做模具钢如：热锻模、热挤压模、压铸模等。
典型牌号为5CrMnMo、5CrNiMo。
③合金量具钢在生产中常用的量具有钢板尺、游标卡尺、卡规、千分尺、塞规、
块规等。T10A、T12A 、CrWMn、GCr15
④塑料模具钢
3．特殊性能钢
1）不锈、耐蚀和耐热钢
①不锈、耐蚀钢不锈钢是指在水、空气、酸、碱或其它介质中，具有较强抵抗
腐蚀能力的钢。其含碳量低，主加合金元素为Cr、Ni。常用牌号有：1Cr13、7Cr17、1Cr17、1Cr18Ni9、0Ci19Ni9、1Cr17Mo等。
②耐热钢在高温下具有良好的抗氧化性和热强性钢，耐热钢可分为马氏体型、
奥氏体型和铁素体型等几种，分别适合于在600以下、700-700、接近1000的高温状态下工作。典型牌号有：1Cr13、4Cr9Si2、4Cr14Ni14W2Mo、1CR17。
2）特殊物理性能钢
是指在一定范围内具有特殊磁、电、弹性、膨胀等物理性能的钢。包括软磁钢、永磁钢、无磁钢、特殊弹性钢、特殊膨胀钢、高电阻钢和合金等。
材料成形技术基础------铸造
金属液态成型
定义：所谓金属液态成型，即铸造，casting，是将液态金属借助外力充填到型腔中，使其凝固冷却而获得所需形状和尺寸的毛坯或零件的工艺。
注意2个过程：（1）充填型腔；（2）凝固冷却
实质：液态金属（或合金）充填铸型型腔并在其中凝固和冷却。
中国古代三大铸造技术
在我国古代金属加工工艺中，铸造占着突出的地位，具有广泛的社会影响，像“模范”、“陶冶”、“熔铸”、“就范”等习语，就是沿用了铸造业的术语。劳动人民通过世代相传
的长期生产实践，创造了具有我国民族特色的传统铸造工艺。其中特别是泥范、铁范和熔模铸造最重要，称古代三大铸造技术。
泥范铸造我国自新石器晚期，就进入铜石并用时代。河北唐山等地出土的早期铜器，有锻打成形的，也有熔铸成形的，说明范铸技术在我国源远流长，很早就发展起来。
熔模铸造传统的熔模铸造一般称失蜡、出蜡或捏蜡、拨蜡。它和用来制造汽轮机叶片、铣刀等精密铸件的现代熔模铸造，无论在所用蜡料、制模、造型材料、工艺方法等方面，都有很大不同。但是，它们的工艺原理是一致的，并且现代的熔模铸造是从传统的熔模铸造发展而来的。
青铜：第一种合金
浇注工具：浇注常用工具有浇包、挡渣钩等。手提浇包和抬包完全靠人力进行浇注，一般用于小铸件浇注和生产条件较差的车间。吊包是由吊机来吊运，用人手转动手轮倾转浇包进行浇注工作。在盛装金属液前，应对已使用过的浇包进行清理和修补，内表面要涂覆耐火材料，并对浇包和挡渣钩等工具进行烘干，以免降低铁液温度及引起铁水飞溅。
砂型sand mould铸造工艺流程图
型砂molding sand配制→造型→砂型干燥
工装准备→炉料准备→合金冶炼
芯砂core sand配制→造芯core making→型芯干燥
→合型浇注→凝固冷却→
→落砂shakeout 清理cleaning
→铸件检验→入库
工艺三大块：冶炼，造型（芯）和浇注
模样是形成铸型型腔的模具，芯盒是来制型芯以形成具有内腔的铸件。
为了保证铸件质量，在设计和制造模样和芯盒时，必须先设计出铸造工艺图，然后根据工艺图的形状和大小，制造模样和芯盒。在设计工艺图时，要考虑下列一些问题：１）分型面的选择分型面是上下砂型的分界面，选择分型面时必须使模样能从砂型中取出，并使造型方便和有利于保证铸件质量。
２）拔模斜度为了易于从砂型中取出模样，凡垂直于分型面的表面，都做出0.5°～4°的拔模斜度。
３）加工余量铸件需要加工的表面，均需留出适当的加工余量。
４）收缩量铸件冷却时要收缩，模样的尺寸应考虑收缩的影响。通常铸铁件要加大1％；铸钢件加大1．5％～2％；铝合金为1％～l.5％。
５）铸造圆角铸件上各表面的转折处，都要做成过渡性圆角,以利于造型及保证铸件质量。
６）芯头有砂芯的砂型，必须在模样上做出相应的芯头，以便芯稳固地安放在铸型中。
铸造工艺特点
（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，需要采取措施进行控制。（特种铸造工艺）
2-1 金属液态成型工艺基础
1.熔融合金的流动性
flowability与充型mold filling
1 流动性定义：flowability, 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(CSS, configuration, shape and size)。
流动性好：易于充满型腔，有利于气体和非金属夹杂物上浮和对铸件进行补缩。
流动性通义是流体的流动能力，但不同学科对流动性有不同的定义，这里是材料成形学的定义。它的定义说流动性是这样的一种能力，这种能力体现在2个方面：
（1）充满型腔；
（2）形成符合要求的优质铸件。
在相同的浇注工艺条件下，将金属液浇入铸型中，测出其实际螺旋线长度。浇出的试样愈长，合金的流动性愈好！
螺旋形流动性试样
取浇注试样长度做比较度量。分析表1-1。铸铁的流动性最好，最高可达1800mm。此外应注意到，化学成分有很大影响，W c+Si表示合金元素的含量，weight percent，用重量百分比度量。
如铸铁，主要是铁Fe和碳C的合金，还含硅Si等。W c+Si =6.2%表示化学成分为含碳量C%+含硅量Si%为6.2%，其余为Fe的铸铁
影响合金流动性的材料因素
合金的流动性主要取决于它本身的化学成分。
充型——液态合金填充铸型的过程。
充型能力——液体金属充满铸型型腔，获得尺寸精确、轮廓清晰的成形件的能力。
充型能力不足时，会产生浇不足、冷隔、夹渣、气孔等缺陷。
影响熔融合金充型的工艺条件
①浇注pouring条件：主要指浇注温度，浇注速度和静压头高度。其中最重要的是浇注温度。浇注温度指的是浇注时熔融合金的温度，一般要求比它的液相线温度高，即存在过热度，推迟它的凝固时间，以保持良好的流动性。但是也不能太高，否则造成氧化，吸气，过收缩，粘砂，胀砂等不良后果。所以，每种合金有自己的合理浇注温度范围。浇注温度：铸钢1520~1620℃；铸铁1230~1450℃；铝合金680~780℃
越高，液态金属的充型能力越强。
（1）浇注温度一般T
浇
（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）浇注系统的结构浇注系统的结构越复杂，流动阻力
越大，充型能力越差。
②型充填条件
（1）铸型的蓄热系数铸型的蓄热系数表示铸型从其中的金属吸取热量并储存在本身的能力。
(2）铸型温度铸型温度越高，液态金属与铸型的温差越小，充型能力越强。
（3）铸型中的气体
③铸件结构
（1）折算厚度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，充型能力就好。铸件壁厚相同时，垂直壁比水平壁更容易充填。
（2）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。
合金的化学成分决定了3种凝固模式
1.逐层凝固
2.糊状凝固
3. 中间凝固
2.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
?纯金属和共晶合金，有确定的熔点，恒温结晶，结果在铸型中凝固过程
将从表及里推进，称为逐层凝固
?非共晶合金没有一个确定的熔点，它的凝固结晶是在一个温度区间内完
成的，属非恒温结晶。在这个温度区间内，同时存在已经凝固的部分，如先晶，或
树枝状晶主干，和还没有凝固的部分，固相和液相并存，象桨糊状态，流动性差，所以称为糊状凝固mushy solification
离共晶点C越远，结晶温度区间越宽，流动性就越差。换句话说，C点成分以前的铁碳合金，即亚共晶铸铁，流动性随含碳量的增加而提高；过共晶铸铁呢，即C点成分以后的合金，流动性随含碳量的增加而下降。这就是铁碳合金流动性与含碳量的关系。
1.2液态合金的收缩
收缩constriction 定义是在凝固和冷却过程中，体积和尺寸减小的现象。
能产生缩孔，缩松，裂纹，变形，内应力等缺陷，使铸件质量不符合要求。
收缩历程对应凝固冷却过程可以分为3阶段
?①液态收缩Liquid shrinkage
?②凝固收缩Solidification shrinkage
?③固态收缩Solid shrinkage
合金的收缩经历如下三个阶段：
（1）液态收缩
从浇注温度到凝固开始温度之间的收缩。
T浇—T液
（2）凝固收缩
从凝固开始到凝固终止温度间的收缩。
T液—T固
（3）固态收缩从凝固终止温度到室温间的收缩。
T固—T室
合金收缩率是3阶段收缩率之和。
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。
收缩是液态合金凝固冷却过程中的必然现象，它产生缩孔与缩松，内应力，变形和裂纹，对铸造工艺影响很大。
?缩孔与缩松shrinkage cavity
?铸造应力casting stress
?铸件变形casting deformation
?铸件裂纹casting crack
1. 缩孔shrinkage cavity与缩松
缩孔形成机理：逐层凝固方式下最后凝固部位得不到补充而形成的空隙。
缩松形成机理：树枝状晶体dendritic crystal所分隔的晶间液体区得不到补缩形成的小孔隙。
树枝状晶体分隔开的液体区难以得到补缩所致。缩松大多分布在铸件中心轴线处、热节处、冒口根部、内浇口附近或缩孔下方
热节：在凝固过程中，铸件内比周围金属凝固缓慢的节点或局部区域。
冒口riser：铸型中特设的空腔，用于储备多余金属液体以弥补收缩引起的金属液体不足。冷铁Chill：型壁上外设的铁块，用于加快该处的冷却速度。
防止产生缩孔的有效措施：定向凝固
所谓定向凝固directional freezing ，是通过安放冒口和冷铁等工艺措施，实现人为的顺序凝固。
2. 铸造应力stress与铸件变形deform
内应力产生原因：凝固后固态收缩受阻引起
铸造内应力分类：热应力thermal stress 与机械应力mechanical stress。
机械应力：合金线收缩受到铸型或型芯的机械阻碍而形成的内应力。
热应力：由于铸件壁厚不均，各部分冷却速度不同，以致收缩不一致引起的应力。
热应力形成分析
所谓弹塑临界温度，epct（elastic plastic critical temperature）指金属从弹性状态向塑性状态转变的温度。实际就是对应的固相线温度tc。在epct以上，金属处于塑性状态，应力可以通过塑性变形消除。在epct 以下，金属处于弹性状态，应力不能通过弹性变形消除。
铸件因壁厚不均匀，或铸件中存在着较大的温差，在同一时间内铸件各部分收缩不同，先冷却的部位阻碍了后冷却部位的收缩，在其内部产生了内应力。
铸件产生热应力与变形的规律：
①薄壁、细小部位：冷得快，受压应力（凸出）；
②厚壁、粗大部位：冷得慢，受拉应力（凹进）。
铸件在固态收缩时，因受到铸型、型芯、浇冒口、箱挡等外力阻碍而产生的应力称为机械应力。机械应力使铸件产生拉应力或切应力，并且是暂时的。但是如果在某一瞬间机械应力和热应力同时作用超过了铸件的强度极限时，铸件将产生裂纹。
典型结构变形举例
带有残余应力的铸件是不稳定的，会自发地变形使残余应力减少而趋于稳定。如对于厚薄不均匀，截面不对称及具有细长特点的杆类、板类和轮类等铸件，当残余铸造应力超过铸件材料的屈服点时，往往会发生翘曲变形。
铸件变形归纳
由于内应力的存在，厚薄不均、截面不对称以及细长杆、板、轮类零件，在铸造应力超过铸件材料的屈服极限时，产生的翘曲变形。
车床床身导轨面的挠曲变形及反变形，采用加工模型制成与变形方向正好相反的形状以抵消其变形。反变形法适用于细长易变形铸件。
减小应力措施
①工艺上同时凝固原则；局限性
②改善铸型和型芯的退让性；
型(芯)砂具有随铸件的冷却收缩而被压缩其体积的性能称为退让性。
③去应力退火。
同时凝固
同时凝固的具体工艺是将内浇口开在铸件的薄壁处，以减缓其冷却；再在铸件厚壁处放置冷铁，以加快其冷却。总之，同时凝固原则可降低铸件产生应力、变形和裂纹的倾向；这种工艺因不设冒口，使工艺简化、并节约了金属材料。只是铸件的心部会产生缩孔和缩松缺陷，所以同时凝固原则只用于普通灰铸铁和锡青铜等铸造性能好的铸件的生产。
去应力退火
实践证明，铸件变形后其残余应力并未彻底消除。这种铸件经机械加工后，内应力将重新分布，使零件缓慢地变形，丧失原有的加工精度。为此，对不允许发生变形的铸件，必须进行时效处理。时效处理可分为自然时效和人工时效两种。自然时效是将铸件置于露天场地半年以上，使其缓缓地发生变形，从而使残余应力消除或减少，人工时效是将铸件加热到550~650℃进行去应力退火，它比自然时效节省时间，残余应力去除较为彻底，故应用广泛。
3. 裂纹Crack
裂纹是铸造内应力超过金属材料抗拉强度的产物。
热裂：凝固后期因机械应力超强而产生。影响因素：合金性质和铸型阻力。
冷裂：继续冷却至室温形成的裂纹.
产生原因：温度下降，σ铸↑，σ铸>σb时，则产生裂纹；
冷裂常出现在复杂铸件受拉应力的部位，特别是应力集中处
（如尖角处、缩孔、气孔、夹渣等缺陷附近）。壁厚差悬殊，
结构复杂的铸件易于发生冷裂。不同铸造合金冷裂倾向不同，
灰口铸铁、白口铸铁、高锰铜等塑性差的合金较易产生。
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。
热裂纹是铸钢件和铝合金铸件常见的缺陷。
凝固末期，结晶出来的晶体已形成完整的骨架，
开始固态收缩，但晶粒之间还有少量液体金属，
形成液膜，强度很低。如果固态收缩受到砂型和
砂芯的阻碍，机械应力超过次时金属液膜的抗拉强度，
即发生热裂。很明显，零件结构不合理、合金的收缩
率高、型砂或芯砂的退让性差，合金的高温强度低等，
都使铸件易于产生热裂纹。
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。
1.3 铸件常见缺陷casting flaw
?冷隔cold shut 、浇不足Miss run
?气孔porsity
?粘砂、夹砂inclusions
?砂眼sand hole ，胀砂
冷隔，浇不足
若充型能力不足时，在型腔被填满之前，形成的晶粒将充型的通道堵塞，金属液被迫停止流动，于是铸件将产生浇不足或冷隔等缺陷。
气孔
气体在金属液结壳之前未及时逸出，在铸件内生成的孔洞类缺陷。气孔的内壁光滑，明亮或带有轻微的氧化色。铸件中产生气孔后，将会减小其有效承载面积，且在气孔周围会引起应力集中而降低铸件抗冲击性和抗疲劳性。气孔还会降低铸件的致密性，致使某些要求承受水压试验的铸件报废。另外，气孔对铸件的耐腐蚀性和耐热性也有不良的影响。
防止气孔的产生：降低金属液中的含气量，增大砂型的透气性，以及在型腔的最高处增设出气冒口等。
粘砂、夹砂inclusions
粘砂. 铸件表面上粘附有一层难以清除的砂粒称为粘砂。粘砂既影响铸件外观，又增加铸件清理和切削加工的工作量，甚至会影响机器的寿命。例如铸齿表面有粘砂时容易损坏，泵或发动机等机器零件中若有粘砂，则将影响燃料油、气体、润滑油和冷却水等流体的流动，并会玷污和磨损整个机器。
防止粘砂：在型砂中加入煤粉，以及在铸型表面涂刷防粘砂涂料等。
夹砂在铸件表面形成的沟槽和疤痕缺陷，在用湿型铸造厚大平板类铸件时极易产生。
归纳
本节主要介绍铸造工艺性：流动性与收缩。
? 1.流动性：充型
? 2.收缩：缩孔与缩松，内应力：热应力与机械应力（厚拉薄压），变形与裂纹：拉凹压凸；热裂纹thermal cracking与冷裂纹crack。
? 3.其它缺陷
分类classfication
按造型分: 砂型铸造sand casting与特种铸造Special Processes of Metal Castings。砂型铸造是基础，特种铸造是在砂型铸造基础上革新发展起来的。
作业 1
一、判断题
1. 在铸件热节处安放冷铁能够起补缩作用。（）
2. 凝固温度范围大的合金，铸造时铸件中易产生缩松。（）
3. 防止或减少铸件变形的方法之一是提高流动性。（）
4. 合金的浇注温度越高越好。（）
5. 铸钢件一般都要安置冒口和冷铁，使之实现同时凝固。（）
1. 造成铸件冷隔的主要原因是
a. 浇注温度过高
b. 浇注温度过低
c. 浇注速度太快
2. 生产中为提高合金的流动性常采用的方法是
a. 加大出气口
b. 延长浇注时间
c. 提高浇注温度
3. 冒口的一个重要作用是
a. 液体金属迅速浇注满型腔
b. 浇注金属液的通道
c. 补缩和排气
4. 浇注温度过高，铸件会产生
a. 气孔
b. 夹杂物
c. 冷隔
5. 能够制造形状复杂、特别是具有复杂内腔毛坯的加工方法是
a. 铸造
b. 压力加工
c. 焊接
d. 切削加工
1. 浇注温度过低，液体金属量不够，铸件就会产生冷隔或__________。
2. ______________对合金流动性的影响最显著。
3. 合金的铸造性能用______________和______________来衡量。
4. 铸钢的流动性比铸铁______ 。
5. 浇注温度越______，合金的充型能力越好。
6. 铸造合金的收缩经历__________、___________、_________三个阶段。
7. 缩孔和缩松是由于合金的________收缩和________收缩引起的。
8. 防止缩孔的方法是控制铸件的_______顺序，使之符合_________原则。
四、问答题
1. 铸造合金的收缩会导致哪些铸造缺陷的产生？
2. 铸件热应力形成的原因是什么？
3 特种铸造
Special Casting Processes
为获得高质量、高精度的铸件，提高生产率，人们在砂型铸造的基础上，创造了多种其它的铸造方法；通常把这些有别于砂型铸造的其他铸造方法通称为特种铸造。
特种铸造：铸型用砂较少或不用砂、采用特殊工艺装备进行铸造的方法
两类特点：
1.充型力变更
2.型模革新
特种铸造属先进铸造，是铸造技术沿精密、洁净和高效方向的发展。
其中最主要的发展是铸造过程数控自动化与铸造工艺的绿色化。
特点：特种铸造具有铸件精度和表面质量高、铸件内在性能好、原材料消耗低、工作环境好等优点。但铸件的结构、形状、尺寸、重量、材料种类往往受到一定限制。
由于铸造是提供毛坯的主要工艺，精密铸造就意味着毛坯组织致密、表面光洁，和尺寸精度高，可达到少、无切削加工和直接成形。在节省材料和能源
熔模铸造
?金属型铸造低压铸造
?消失模铸造离心铸造
?陶瓷型铸造挤压铸造
?磁型铸造
压力铸造，Die Casting pressure die casting
压力铸造是将熔融合金在高压作用下，以高速充填铸型型腔，并在高压下结晶凝固而获得铸件的特种铸造工艺。
两个特点
高压：比压30-70MPa
高速：充型时间0.01-0.2秒
压力铸造工作原理
工业应用：汽车、摩托车、家电、照相机、仪表、计算机、医疗器械、电器、航天航空、五金、办公用品、钟表、纺织、军事武器等。
汽车工业压铸应用分量例：
镁合金70-80%
材料成型工艺基础考试 复习要点 公司内部编号：（GOOD-TMMT-MMUT-UUPTY-UUYY-DTTI-
材料成型工艺基础 复习资料 13上午九到十一点 一号公教楼407 1铸件的凝固方式及其影响因素 凝固方式：（l）逐层凝固方式 （2）糊状凝固方式 （3）中间凝固方式 影响因素：（l)合金的结晶温度范围：结晶温度范围越小，凝固区域越窄，越倾向于逐层凝固。低碳钢近共晶成分铸铁倾向于逐层凝固，高碳 钢、远共晶成分铸铁倾向于糊状凝固。 （2）逐渐的温度梯度：在合金的结晶温度范围已定时，若铸件的温度梯度↑由小到大，则凝固区由宽变窄，倾向于逐层凝固。 2铸造性能含义及其包括内容，充型能力含义，影响合金流动性因素（合金种类、成分、浇注条件、铸型条件） 铸造性能：合金铸造成形获得优质铸件的能力，、 合金的铸造性能：主要指合金的流动性、收缩性和吸收性等 充型能力：液态合金充满铸型型腔，获得形状完整轮廓清晰的铸件的能力。 影响合金流动性因素：（l)合金的种类。灰铸铁、硅黄铜流动性最好，铝合金次 之，铸钢最 差。
（2）合金的成分。同种合金，成分不同，其结晶特点不 同，流动性也不同。 （3）浇注温度越高，保持液态的时间越长，流动性越好； 温度越高，合金粘度越低，阻力越小，充型能力越强。 在保证充型能力的前提下温度应尽量低。 生产中薄壁件常采用较高温度，厚壁件采用较低浇注温 度， （4） l.铸型的蓄热能力越强，充型能力越差 2．铸型温度越高，充型能力越好 3．铸型中的气体阻碍充型 3合金的收缩三阶段，缩孔、缩松、应力、变形、裂纹产生阶段 l.收缩。合金从液态冷却至常温的过程中，体积或尺寸缩小的现象。 合金的收缩过程可分为三阶段（l）液态收缩 （2）凝固收缩 （3）固态收缩 缩孔（1）形成条件：金属在恒温或很窄的温度范围内结晶，铸件壁以逐层凝固方式凝固。（2）产生原因：是合金的液态收缩和凝固收缩值大于固态收缩值，且得不到补偿。 （3）形成部位：在铸件最后凝固区域，次区域也称热节。 缩松（1）形成条件：形成铸件最后凝固的收缩未能得到补足，或者结晶温度范 围宽的合金呈糊状凝固，凝固区域较宽，液、固两相共存，
《材料成形技术基础》考试样题答题页 （本卷共10页） 、判断题（每题分，共分，正确的画“O ”，错误的打“X ”） 、选择题（每空1分，共38分） 三、填空（每空0.5分，共26分） 1.( 化学成分) ( 浇注条件) ( 铸型性质) 2.( 浇注温度) 3.( 复杂) ( 广) 4.( 大) 5.( 补缩) ( 控制凝固顺序)6.( 球铁) ( 2 17% ) 7.( 缺口敏感性) ( 工艺)8.( 冷却速度) ( 化学成分) 9.( 低) 10.( 稀土镁合金)11.( 非加工)12.( 起模斜度) ( 没有) 13.( 非铁) ( 简单)14.( 再结晶)15.( 变形抗力) 16.( 再结晶) ( 纤维组织)17.( 敷料) ( 锻件公差) 18.( 飞边槽)19.( 工艺万能性)20.( 三) ( 二） 21.( -二二) ( 三)22.( 再结晶退火)23.( 三） 24.( -二二)25.( 拉) ( 压)26.( 化学成分) ( 脱P、S、O )27.( 作为电极) ( 填充金属)28.( 碱性) 29.( 成本) ( 清理)30.( 润湿能力)31.( 形成熔池) （达到咼塑性状态) ( 使钎料熔化)32.( 低氢型药皮) ( 直流专用)
Ct 230 图5 四、综合题（20分） 1、绘制图5的铸造工艺图（6分） ? 2J0 环O' 4 “ei吋 纯 2、绘制图6的自由锻件图，并按顺序选择自由锻基本工序（6 分）。 O O 2 令 i 1 q―1 孔U 400 圈6 3、请修改图7?图10的焊接结构，并写出修改原因。 自由锻基本工序： 拔长、局部镦粗、拔长 图7手弧焊钢板焊接结构（2 分）图8手弧焊不同厚度钢板结构（2 分） 修改原因：避免焊缝交叉修改原因：避免应力集中（平滑过 度）
《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
第二章铸造成形 问答题： 合金的流动性（充型能力）取决于哪些因素？提高液态金属充型能力一般采用哪些方法？答：因素及提高的方法： （1）金属的流动性：尽量采用共晶成分的合金或结晶温度范围较小的合金，提高金属液的品质； （2）铸型性质：较小铸型与金属液的温差； （3）浇注条件：合理确定浇注温度、浇注速度和充型压头，合理设置浇注系统； （4）铸件结构：改进不合理的浇注结构。 影响合金收缩的因素有哪些？ 答：金属自身的化学成分，结晶温度，金属相变，外界阻力（铸型表面的摩擦阻力、热阻力、机械阻力） 分别说出铸造应力有哪几类？ 答：（1）热应力（由于壁厚不均、冷却速度不同、收缩量不同） （2）相变应力（固态相变、比容变化） （3）机械阻碍应力 铸件成分偏析分为几类？产生的原因是什么？ 答：铸件成分偏析的分类：（1）微观偏析 晶内偏析：产生于具有结晶温度范围能形成固溶体的合金内。（因为不平衡结晶） 晶界偏析：（原因：(两个晶粒相对生长，相互接近、相遇；(晶界位置与晶粒生长方向平行。）（2）宏观偏析 正偏析（因为铸型强烈地定向散热，在进行凝固的合金内形成一个温度梯度） 逆偏析 产生偏析的原因：结晶速度大于溶质扩散的速度 铸件气孔有哪几种？ 答：侵入气孔、析出气孔、反应气孔 如何区分铸件裂纹的性质（热裂纹和冷裂纹）？ 答：热裂纹：裂缝短，缝隙宽，形状曲折，缝内呈氧化颜色 冷裂纹：裂纹细小，呈连续直线状，缝内有金属光泽或轻微氧化色。 七：什么是封闭式浇注系统？什么是开放式浇注系统？他们各组元横截面尺寸的关系如何？答：封闭式浇注系统：从浇口杯底孔到内浇道的截面逐渐减小，阻流截面在直浇道下口的浇注系统。(ΣF内<ΣF横
材料成形技术基础复习题 一、填空题 1、熔模铸造的主要生产过程有压制蜡模，结壳，脱模，造型，焙烧和浇注。 2、焊接变形的基本形式有收缩变形、角变形、弯曲变形、波浪变形和扭曲变形等。 3、接的主要缺陷有气孔，固体夹杂，裂纹，未熔合，未焊透，形状缺陷等。 4、影响陶瓷坯料成形性因素主要有胚料的可塑性，泥浆流动性，泥浆的稳定性。 5、焊条药皮由稳弧剂、造渣剂、造气剂、脱氧剂、合金剂和粘结剂组成。 6、常用的特种铸造方法有：熔模铸造、金属型铸造、压力铸造、离心铸造、低压铸造和陶瓷型铸造等。 7、根据石墨的形态特征不同，可以将铸铁分为普通灰口铸铁、可锻铸铁和球墨铸铁等。 二、单项选择题 1.在机械性能指标中，δ是指( B )。 A.强度 B.塑性 C.韧性 D.硬度 2.与埋弧自动焊相比，手工电弧焊的优点在于( C )。 A.焊接后的变形小 B.适用的焊件厚 C.可焊的空间位置多 D.焊接热影响区小 3.A3钢常用来制造( D )。 A.弹簧 B.刀具 C.量块 D.容器 4.金属材料在结晶过程中发生共晶转变就是指( B )。 A.从一种液相结晶出一种固相 B.从一种液相结晶出两种不同的固相 C.从一种固相转变成另一种固相 D.从一种固相转变成另两种不同的固相 5.用T10钢制刀具其最终热处理为( C )。 A.球化退火 B.调质 C.淬火加低温回火 D.表面淬火 6.引起锻件晶粒粗大的主要原因之一是( A )。 A.过热 B.过烧 C.变形抗力大 D.塑性差 7.从灰口铁的牌号可看出它的( D )指标。 A.硬度 B.韧性 C.塑性 D.强度 8.“16Mn”是指( D )。 A.渗碳钢 B.调质钢 C.工具钢 D.结构钢 9.在铸造生产中，流动性较好的铸造合金( A )。 A.结晶温度范围较小 B.结晶温度范围较大 C.结晶温度较高 D.结晶温度较低 10.适合制造齿轮刀具的材料是( B )。 A.碳素工具钢 B.高速钢 C.硬质合金 D.陶瓷材料 11.在车床上加工细花轴时的主偏角应选( C )。 A.30° B.60° C.90° D.任意角度 12.用麻花钻加工孔时，钻头轴线应与被加工面( B )。 A.平行 B.垂直 C.相交45° D.成任意角度 三、名词解释 1、液态成型液态成型是指熔炼金属，制造铸型，并将熔融金属浇入铸型，凝固后获得一定形状和性能铸件的成型方法。金属的液体成型也称为铸造。 2、焊缝熔合比熔焊时，被熔化的母材金属部分在焊道金属中所占的比例，叫焊缝的熔合比。 3、自由锻造利用冲击力或压力使金属在上下砧面间各个方向自由变形，不受任何限制而获得所需形状及尺寸和一定机械性能的锻件的一种加工方法，简称自由锻 4、焊接裂纹在焊接应力及其它致脆因素共同作用下，焊接接头中局部地区的金属原子结合力遭到破坏，形成新的界面所产生的缝隙称为焊接裂纹。 5、金属型铸造用重力浇注将熔融金属浇入金属铸型（即金属型）中获得铸件的方法。 四、判断题： 1、铸造的实质使液态金属在铸型中凝固成形。（√） 2、纤维组织使金属在性能上具有了方向性。（√） 3、离心铸造铸件内孔直径尺寸不准确，内表面光滑，加工余量大。（×）
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、縮孔缺陷的间接原因。 ⑷.何谓合金的收縮？影响合金收縮的因素有哪些？ 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縮减的现象，称为收縮。 ②影响合金收縮的因素：化学成分、浇注温度、铸件结构和铸型条件。 ⑹.何谓同时凝则和定向凝则？ 答：①同时凝则：将浇道开在薄壁处，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定向凝则：在铸件可能出现縮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。 ②孕育铸铁的强度、硬度显著提高，冷却速度对其组织和性能的影响小，因此铸件上厚大截面的性能较均匀；但铸铁塑性、韧性仍然很低。 ③原理：先熔炼出相当于白口或麻口组织的低碳、硅含量的高温铁液，然后向铁液中冲入少量细状或粉末状的孕育剂，孕育剂在铁液中形成大量弥散的石墨结晶核心，使石墨化骤然增强，从而得到细化晶粒珠光体和分布均匀的细片状石墨组织。 ⑻.为什么普通灰铸铁热处理效果没球墨铸铁好？普通灰铸铁常用热处理方法有哪些？目的是什 么？ 答：①普通灰铸铁组织中粗大的石墨片对基体的破坏作用不能依靠热处理来消除或改进；而球墨铸铁的热处理可以改善其金属基体，以获得所需的组织和性能，故球墨铸铁性能好。 ②普通灰铸铁常用的热处理方法：时效处理，目的是消除应力，防止加工后变形；软化退火，目的是消除白口、降低硬度、改善切削加工性能。 第三章 ⑴．为什么制造蜡模多采用糊状蜡料加压成形，而较少采用蜡液浇铸成形？为什么脱蜡时水温不应达到沸点？ 答：蜡模材料可用石蜡、硬脂酸等配成，在常用的蜡料中，石蜡和硬脂酸各占50%，其熔点为50℃~60℃，高熔点蜡料可加入塑料，制模时，将蜡料熔为糊状，目的除了使温度均匀外，对含填充料的蜡料还有防止沉淀的作用。
《金属材料成型工艺及设备》课程教学大纲 （Metal Forming Process and Equipments） 学时数：32 其中：实验学时： 课外学时： 学分数：2 适用专业：模具设计及制造 执笔者：王兴波 审核人： 编写日期：2010年9月 一、课程的性质、目的和任务 本课程是模具设计及制造专业本科的专业必修课程之一，主要根据模具设计与制造的专业特点，以金属材料成型技术为核心，围绕金属材料液态（铸造）、金属材料固态塑性变形（冲压）、金属材料液态连接（焊接）以及粉末成型四个方向的成型技术和基本操作,介绍铸造成型、冲压成型、焊接成型、粉末成型的相关工艺及设备。通过本课程的学习，学生在理论上能够了解并掌握金属材料成型的工艺、材料变形与分析的基本方法以及相关成型设备的特征与使用。 二、课程教学的基本要求 课程是模具设计与制造专业的专业必修课程。通过本课程的教学，学生应该： （一）掌握铸造成型的基本原理，熟练掌握压铸成型的工艺及设备是使用方法； （二）熟练掌握塑性成型的工艺过程、设备的使用以及材料变形的控制； （三）掌握焊接成型的工艺原理、设备特征； （四）掌握粉末成型的工艺原理、设备特征。 三、课程的教学内容、重点和难点 第一章金属材料及其成型 一、金属材料 （一）碳素钢与合金钢 （二）铸钢 （三）有色金属及粉末冶金材 二、金属成型的种类及特点 （一）液态成型 （二）压力加工成型 （三）焊接成型 （四）粉末成型 三、金属成型制件的价值
（一）汽车工业 （二）飞机工业 （三）其他民用与国防工业 第二章金属液态成型——铸造成型 一、概述 二、铸造成形方法 （一）浇铸 （二）压铸 三、精铸成形 四、压铸成型和半固态成型 （一）压铸成型原理 （二）压铸的基本工艺过程 （三）铸件成形缺陷与防止措施 四、压铸设备 （一）压铸机及其工作原理 （二）压铸设备的技术参数 第三章金属塑性成型——压力加工成型 一、金属塑性成型基础 （一）金属的弹性与塑性变形 （二）应力应变关系——本构关系 （三）金属塑性成型的屈服理论 （四）金属压力加工成型的种类 二、锻压成型 （一）自由锻成型 （二）模锻成型 （三）锻压成型的工艺过程 三、冲压成型 （一）板材冲压成型 （二）冲压成型的工艺过程及特征 1.冲裁 2.弯曲 3.拉伸 （三）冲压成形材料 1.板料的冲压性能及试验方法
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.常用的特种铸造方法 有：、、、、和 等。 3.压力加工是使金属在外力作用下产生而获得毛 坯或零件的方法。 4.常用的焊接方法有、和 三大类。 5.影响充型能力的重要因素有、和 等。 6.压力加工的基本生产方式 有、、、、和等。 7.热应力的分布规律是：厚壁受应力，薄壁受 应力。 8.提高金属变形的温度，是改善金属可锻性的有效措施。但温度过高，必将产生、、和严重氧化等缺陷。所以应该严格 控制锻造温度。 9.板料分离工序中，使坯料按封闭的轮廓分离的工序称为； 使板料沿不封闭的轮廓分离的工序称为。 10.拉深件常见的缺陷是和。 11.板料冲压的基本工序分为和。前者指冲裁工序，后者包括、、和。 12.为防止弯裂，弯曲时应尽可能使弯曲造成的拉应力与坯料的纤维 方向。 13.拉深系数越，表明拉深时材料的变形程度越大。 14.将平板毛坯变成开口空心零件的工序称为。 15.熔焊时，焊接接头是由、、和 组成。其中和是焊接接头中最薄弱区域。 16.常用的塑性成形方法 有：、、、、 等。 16.电阻焊是利用电流通过焊件及接触处所产生的电阻热，将焊件局 部加热到塑性或融化状态，然后在压力作用下形成焊接接头的焊接方法。电阻焊分为焊、焊和焊三种型式。
其中适合于无气密性要求的焊件；适合于焊接有气密性要求的焊件；只适合于搭接接头；只适合于对接接头。 1.灰口铸铁的流动性好于铸钢。（） 2.为了实现顺序凝固，可在铸件上某些厚大部位增设冷铁，对铸件进行补缩。（） 3. 热应力使铸件的厚壁受拉伸，薄壁受压缩。（） 4.缩孔是液态合金在冷凝过程中，其收缩所缩减的容积得不到补足，在铸件内部形成的孔洞。（） 5.熔模铸造时，由于铸型没有分型面，故可生产出形状复杂的铸件。（） 6.为便于造型时起出模型，铸件上应设计有结构斜度即拔模斜度。（） 7.合金的液态收缩是铸件产生裂纹、变形的主要原因。（） 8.在板料多次拉深时，拉深系数的取值应一次比一次小，即 m1>m2>m3…>mn。（） 9.金属冷变形后，其强度、硬度、塑性、韧性均比变形前大为提高。（） 10.提高金属变形时的温度，是改善金属可锻性的有效措施。因此，在保证金属不熔化的前提下，金属的始锻温度越高越好。（）11.锻造只能改变金属坯料的形状而不能改变金属的力学性能。 （） 12.由于低合金结构钢的合金含量不高，均具有较好的可焊性，故焊前无需预热。（） 13.钢中的碳是对可焊性影响最大的因素，随着含碳量的增加，可焊性变好。（） 14.用交流弧焊机焊接时，焊件接正极，焊条接负极的正接法常用于
第一章铸造 1.铸造：将液态金属在重力或外力作用下充填到型腔中，待其凝固冷却后，获得所需形状和尺寸的毛坯或零件的方法。 2.充型：溶化合金填充铸型的过程。 3.充型能力：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。 4.充型能力的影响因素： 金属液本身的流动能力（合金流动性） 浇注条件：浇注温度、充型压力 铸型条件：铸型蓄热能力、铸型温度、铸型中的气体、铸件结构 流动性是熔融金属的流动能力，是液态金属固有的属性。 5.影响合金流动性的因素： （1）合金种类：与合金的熔点、导热率、合金液的粘度等物理性能有关。 （2）化学成份：纯金属和共晶成分的合金流动性最好； （3）杂质与含气量：杂质增加粘度，流动性下降；含气量少，流动性好。 6.金属的凝固方式： ①逐层凝固方式 ②体积凝固方式或称“糊状凝固方式”。 ③中间凝固方式 7.收缩：液态合金在凝固和冷却过程中，体积和尺寸减小的现象称为合金的收缩。 收缩能使铸件产生缩孔、缩松、裂纹、变形和内应力等缺陷。 8.合金的收缩可分为三个阶段：液态收缩、凝固收缩和固态收缩。 液态收缩和凝固收缩，通常以体积收缩率表示。液态收缩和凝固收缩是铸件产生缩孔、缩松缺陷的基本原因。 合金的固态收缩，通常用线收缩率来表示。固态收缩是铸件产生内应力、裂纹和变形等缺陷的主要原因。 9.影响收缩的因素 （１）化学成分：碳素钢随含碳量增加，凝固收缩增加，而固态收缩略减。 （２）浇注温度：浇注温度愈高，过热度愈大，合金的液态收缩增加。 （３）铸件结构：铸型中的铸件冷却时，因形状和尺寸不同，各部分的冷却速度不同，结果对铸件收缩产生阻碍。 （4）铸型和型芯对铸件的收缩也产生机械阻力 10.缩孔及缩松：铸件凝固结束后常常在某些部位出现孔洞，按照孔洞的大小和分布可分为缩孔和缩松。大而集中的孔洞称为缩孔，细小而分散的孔洞称为缩松。 缩孔的形成：主要出现在金属在恒温或很窄温度范围内结晶，铸件壁呈逐层凝固方式的条件下。 缩松的形成：主要出现在呈糊状凝固方式的合金中或断面较大的铸件壁中，是被树枝状晶体分隔开的液体区难以得到补缩所致。 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。 缩松大多分布在铸件中心轴线处、热节处、冒口根部、内浇口附近或缩孔下方。
工程材料及成型技术基础考试题目 一、填空 1、常见的金属晶体结构：体心立方晶格、面心立方晶格、密排立方晶格。 2、晶体缺陷可分为：点缺陷、线缺陷、面缺陷。 3、点缺陷包括：空位、间隙原子、置换原子。 线缺陷包括：位错。位错的最基本的形式是：刃型位错、螺型位错。 面缺陷包括：晶界、亚晶界。 4、合金的相结构可分为：固溶体、化合物。 5、弹性极限：σe 屈服极限：σs 抗拉强度：σb弹性模量：E 6、低碳钢的应力应变曲线有四个变化阶段：弹性阶段、屈服阶段、抗拉阶段（强化阶段）、 颈缩阶段。 7、洛氏硬度HRC 压印头类型：120°金刚石圆锥、总压力：1471N或150kg 8、疲劳强度表示材料经无数次交变载荷作用而不致引起断裂的最大应力值。 9、冲击韧度用在冲击力作用下材料破坏时单位面积所吸收的能量来表示。 10、过冷度影响金属结晶时的形核率和长大速度。 11、以纯铁为例α– Fe为体心立方晶格（912℃以下） γ– Fe为面心立方晶格（1394℃以下）、δ– Fe为体心立方晶格（1538℃以下） 12、热处理中，冷却方式有两种，一是连续冷却，二是等温冷却。 13、单晶体的塑性变形主要通过滑移和孪生两种方式进行。 14、利用再结晶退火消除加工硬化现象。 15、冷变形金属在加热时的组织和性能发生变化、将依次发生回复、再结晶和晶粒长大。 16、普通热处理分为：退火、正火、淬火、回火。 17、退火可分为:完全退火、球化退火、扩撒退火、去应力退火。 18、调质钢含碳量一般为中碳、热处理为淬火+高温回火。 19高速钢的淬火温度一般不超过1300℃、高速钢的淬火后经550~570℃三次回火。 三次回火的目的：提高耐回火性，为钢获得高硬度和高热硬性提供了保证。 高速钢的淬火回火后的组织是：回火马氏体、合金碳化物、少量残余奥氏体。 20、铸铁的分类及牌号表示方法。P142
材料成型工艺基础部分0 绪论 金属材料：metal material (MR) 高分子材料：high-molecular material 陶瓷材料：ceramic material 复合材料：composition material 成形工艺：formation technology 1 铸造 铸造工艺：casting technique 铸件：foundry goods （casting） 机器零件：machine part 毛坯：blank 力学性能：mechanical property 砂型铸造：sand casting process 型砂：foundry sand 1.1 铸件成形理论基础 合金：alloy 铸造性能：casting property 工艺性能：processing property 收缩性：constringency 偏析性：aliquation 氧化性：oxidizability
吸气性：inspiratory 铸件结构：casting structure 使用性能：service performance 浇不足：misrun 冷隔：cold shut 夹渣：cinder inclusion 粘砂：sand fusion 缺陷：flaw, defect, falling 流动性：flowing power 铸型：cast (foundry mold) 蓄热系数：thermal storage capacity 浇注：pouring 凝固：freezing 收缩性：constringency 逐层凝固：layer-by-layer freezing 糊状凝固：mushy freezing 结晶：crystal 缩孔：shrinkage void 缩松：shrinkage porosity 顺序凝固：progressive solidification 冷铁：iron chill 补缩：feeding
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）
工程材料及成形工艺基础期末试题五及答案 一、填空题（每题1分，共20分） 1．9SiCr是（）钢，其碳的质量分数是（）。 2. QT600-03中的“QT”代表（），“600”的含义是（）。 3．F和A分别是碳在（）、（）中所形成的（）。 4. 按冷却方式的不同，淬火可分为（）、（）、（）、（）等。 5．马氏体的显微组织形态主要有（）、（）两种，其中（）的韧性好。 6．一般表面淬火应选（）钢，调质件应选用（）钢。 7．熔模铸造的主要生产过程有压制（），（），（），（），（）和（）。 二、单项选择题（每题2分，共30分） 1.在机械性能指标中， 是指( )。 A.强度 B.塑性 C.韧性 D.硬度 2.与埋弧自动焊相比，手工电弧焊的优点在于( )。 A.焊接后的变形小 B.适用的焊件厚 C.可焊的空间位置多 D.焊接热影响区小 3.A3钢常用来制造( )。 A.弹簧 B.刀具 C.量块 D.容器 4.金属材料在结晶过程中发生共晶转变就是指( )。 A.从一种液相结晶出一种固相 B.从一种液相结晶出两种不同的固相 C.从一种固相转变成另一种固相 D.从一种固相转变成另两种不同的固相 5.用T10钢制刀具其最终热处理为( )。
A.球化退火 B.调质 C.淬火加低温回火 D.表面淬火 6.引起锻件晶粒粗大的主要原因之一是( )。 A.过热 B.过烧 C.变形抗力大 D.塑性差 7.从灰口铁的牌号可看出它的( )指标。 A.硬度 B.韧性 C.塑性 D.强度 8.“16Mn”是指( )。 A.渗碳钢 B.调质钢 C.工具钢 D.结构钢 9.在铸造生产中，流动性较好的铸造合金( )。 A.结晶温度范围较小 B.结晶温度范围较大 C.结晶温度较高 D.结晶温度较低 10.适合制造齿轮刀具的材料是( )。 A.碳素工具钢 B.高速钢 C.硬质合金 D.陶瓷材料 11．为了防止铸件产生浇不足、冷隔等缺陷，可以采用的措施有（）。 A．减弱铸型的冷却能力； B．增加铸型的直浇口高度； C．提高合金的浇注温度； D．A、B和C； E．A和C。 12．平锻机上模锻所使用的锻模由三部分组成，具有两个相互垂直的分模面，因此平锻机最适于锻造（）。 A．连杆类锻件； B．无孔盘类锻件； C．带头部杆类锻件； D．A和C。 13．埋弧自动焊比手工电弧焊的生产率高，主要原因是（）。 A.实现了焊接过程的自动化； B.节省了更换焊条的时间； C.A和B； D.可以采用大电流密度焊接。 14．不同金属材料的焊接性是不同的。下列铁碳合金中，焊接性最好的是（）。 A．灰口铸铁； B．可锻铸铁； C．球墨铸铁； D．低碳钢； 三、名词解释（每题4分，共20分） 1.属的液态成型 2.焊缝熔合比
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、縮孔缺陷的间接原因。 ⑷.何谓合金的收縮？影响合金收縮的因素有哪些？ 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縮减的现象，称为收縮。 ②影响合金收縮的因素：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：在铸件可能出现縮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。 ②孕育铸铁的强度、硬度显著提高，冷却速度对其组织和性能的影响小，因此铸件上厚大截面的性能较均匀；但铸铁塑性、韧性仍然很低。 ③原理：先熔炼出相当于白口或麻口组织的低碳、硅含量的高温铁液，然后向铁液中冲入少量细状或粉末状的孕育剂，孕育剂在铁液中形成大量弥散的石墨结晶核心，使石墨化骤然增强，从而得到细化晶粒珠光体和分布均匀的细片状石墨组织。 ⑻.为什么普通灰铸铁热处理效果不如球墨铸铁好？普通灰铸铁常用的热处理方法有哪 些？其目的是什么？ 答：①普通灰铸铁组织中粗大的石墨片对基体的破坏作用不能依靠热处理来消除或改进；而球墨铸铁的热处理可以改善其金属基体，以获得所需的组织和性能，故球墨铸铁性能好。 ②普通灰铸铁常用的热处理方法：时效处理，目的是消除内应力，防止加工后变形；软化退火，目的是消除白口、降低硬度、改善切削加工性能。
材料成型技术基础复习重点-标准化文件发布号：（9456-EUATWK-MWUB-WUNN-INNUL-DDQTY-KII
1.1 1.常用的力学性能判据各用什么符号表示它们的物理含义各是什么 塑性，弹性，刚度，强度，硬度，韧性 1.2 金属的结晶：即液态金属凝固时原子占据晶格的规定位置形成晶体的过程。 细化晶粒的方法：生产中常采用加入形核剂、增大过冷度、动力学法等来细化晶粒，以改善金属材料性能。 合金的晶体结构比纯金属复杂，根据组成合金的组元相互之间作用方式不同，可以形成固溶体、金属化合物和机械混合物三种结构。 固溶强化：通过溶入某种溶质元素形成固溶体而使金属的强度、硬度升高的现象。 1.3 铁碳合金的基本组织有铁素体、奥氏体、渗碳体、珠光体和莱氏体 1.4 钢的牌号和分类 影响铸铁石墨化的因素主要有化学成分和冷却速度 1.5 塑料即以高聚物为主要成分，并在加工为成品的某阶段可流动成形的材料。 热塑性塑料：即具有热塑性的材料，在塑料整个特征温度范围内，能反复加热软化和反复加热硬化，且在软化状态通过流动能反复模塑为制品。 热固性塑料：即具有热固性的塑料，加热或通过其他方法，能变成基本不溶、不熔的产物。 橡胶橡胶是可改性或已被改性为某种状态的弹性体。 1.6 复合材料：由两种或两种以上性质不同的材料复合而成的多相材料。 通常是其中某一组成物为基体，而另一组成物为增强体，用以提高强度和韧性等。 1.8工程材料的发展趋势
据预测，21世纪初期，金属材料在工程材料中仍将占主导地位，其中钢铁仍是产量最大、覆盖面最广的工程材料，但非金属材料和复合材料的发展会更加迅速。 今后材料发展的总趋势是：以高性能和可持续发展为目标的传统材料的改造及以高度集成化、微细化和复合化为特征的新一代材料的开发。 2.0材料的凝固理论 凝固：由液态转变为固态的过程。 结晶：结晶是指从原子不规则排列的液态转变为原子规则排列的晶体状态的过程。 粗糙界面：微观粗糙、宏观光滑； 将生长成为光滑的树枝； 大部分金属属于此类 光滑界面：微观光滑、宏观粗糙； 将生长成为有棱角的晶体； 非金属、类金属（Bi、Sb、Si）属于此类 偏析：金属凝固过程中发生化学成分不均匀的现象 宏观偏析通常指整个铸锭或铸件在大于晶粒尺度的大范围内产生的成分不均匀的现象 2.1 铸件凝固组织：宏观上指的是铸态晶粒的形态、大小、取向和分布等情况，铸件的凝固组织是由合金的成分和铸造条件决定的。 铸件的宏观组织一般包括三个晶区：表面的细晶粒区、柱状晶粒区和内部等轴晶区。
第一章：金属的液态成型 一、充型： 1.充型概念：液态合金填充铸型的过程，简称充型。 2.充型能力：液态合金充满铸型型腔，获得形状完整、轮廓清晰铸件的能力。 ?充型能力不足时，会产生浇不足、冷隔、夹渣、气孔等缺陷 ?影响充型能力的主要因素 ?⑴合金的流动性—液态合金本身的流动能力 a 化学成分对流动性的影响—纯金属和共晶合金的成分的流动性好 b工艺条件对流动性的影响—浇注温度、充型能力、铸型阻力 c流动性的实验 ?⑵工艺条件：a、浇注温度一般T浇越高，液态金属的充型能力越强。 b、铸型填充条件—铸型的许热应力 c、充型压力：态金属在流动方向上所受的压力越大，充型能力越强。 d、铸件复杂程度:构复杂，流动阻力大，铸型的充填就困难 e、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。 f、折算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，充型能力就好。铸件壁厚相同时，垂直壁比水平壁更容易充填。 ——影响铸型的热交换影响动力学的条件（充型时阻力的大小），必须在保证工艺条件下金属的流动性好充型能力才好。 二、冷却 ⑴影响凝固的方式的因素：a.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。金属和共晶成分的合金是在恒温下结晶的。由表层向中心逐层推进(称为逐层凝固)方式，固体层内表面比较光滑，流动阻力小，流动性好。 b.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。若铸件内外层之间的温度差由小变大，则其对应的凝固区由宽变窄。 ⑵凝固: a.逐层凝固—充型能力强，便于防止缩孔、缩松。灰铸铁和铝硅合金等倾向于逐层凝固。 b.糊状凝固—充型能力差，难以获得结晶紧实的铸件球铁倾向于糊状凝固。 c.中间凝固— ⑶收缩:a.液态收缩从浇注温度到凝固开始温度之间的收缩。由温度下降引起。 T浇—T液用体收缩率表示 b.凝固收缩从凝固开始到凝固终止温度间的收缩。由状态改变、温度下降和相 变三部分组成。 T液—T固用体收缩率表示 ——液态收缩与凝固收缩产生的缺陷：1)缩孔 产生部位：通常在铸件上部，或最后凝固的部分,呈倒锥形，内表面粗糙。 产生条件：铸件由表及里地逐层凝固，即纯金属或共晶成分的合金易产生缩孔。 影响因素：合金的液态收缩↑，凝固收缩↑→缩孔容积↑浇注温度↑→缩孔容积↑；铸件较厚→缩孔容积↑ 2)缩松 缩松：分散在铸件某些区域内的细小孔洞，分为宏观缩松和显微缩松两种，显微缩松分布更为广泛。
材料成型技术基础模拟试题 参考答案 一、填空题： 1、合金的液态收缩和凝固收缩是形成铸件缩孔和缩松的基本原因。 2、铸造车间中，常用的炼钢设备有电弧炉和感应炉。 3、按铸造应力产生的原因不同可分为热应力和机械应力。 4、铸件顺序凝固的目的是防止缩孔。 5、控制铸件凝固的原则有二个，即同时凝固和顺序凝固原则。 6、冲孔工艺中，周边为产品，冲下部分为废料。 7、板料冲裁包括冲孔和落料两种 分离工序。 8、纤维组织的出现会使材料的机械性能发 生各向异性，因此在设计制造零件 时， 应使零件所受剪应力与纤维方向垂 直，所受拉应力与纤维方向平行。 9、金属的锻造性常用塑性和变形抗力来综合衡量。 10、绘制自由锻件图的目的之一是计算坯料的质量和尺寸。 二、判断题： 1、铸型中含水分越多，越有利于改善合金的流动性。F 2、铸件在冷凝过程中产生体积和尺寸减小的现象称收缩。T 3、同一铸件中，上下部分化学成份不均的现象称为比重偏折。T 4、铸造生产中，模样形状就是零件的形状。F 5、模锻时，为了便于从模膛内取出锻件，锻件在垂直于分模面的表面应留有一定的斜度，这称为锻模斜度。T 6、板料拉深时，拉深系数m总是大于1。F 7、拔长工序中，锻造比y总是大于1。T 8、金属在室温或室温以下的塑性变形称为冷塑性变形。F 9、二氧化碳保护焊由于有CO2的作用，故适合焊有色金属和高合金钢。F 10、中碳钢的可焊性比低强度低合金钢的好。F 三、多选题： 1、合金充型能力的好坏常与下列因素有关 A, B, D, E A. 合金的成份 B. 合金的结晶特征 C. 型砂的退让性 D. 砂型的透气性 E. 铸型温度 ２、制坯模膛有A, B, D, E A. 拔长模膛 B. 滚压模膛 C. 预锻模膛 D. 成形模膛 E. 弯曲 模膛 F. 终锻模膛 ３、尺寸为φ500×2×1000的铸铁管，其生产方法是A, C A. 离心铸造 B. 卷后焊接 C. 砂型铸造 D. 锻造 四、单选题： 1、将模型沿最大截面处分开，造出的铸型 型腔一部分位于上箱，一部分位于下箱 的造型方法称 A. 挖砂造型 B. 整模造型 C. 分模造型 D. 刮板造型 2、灰口铸铁体积收缩率小的最主要原因是 由于 A. 析出石墨弥补体收缩 B. 其凝固 温度低 C. 砂型阻碍铸件收缩 D. 凝固温度区间小 ３、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
20 2008 至2009 学年第 2 学期 材料成型工艺基础试卷B卷 出卷教师：课题组适应班级： 考试方式：闭卷本试卷考试分数占学生总评成绩的70 % 复查总分总复查人 （本题 29 分）一、填空题（每空0.5分，共29分） 1.亚共晶铸铁随含碳量增加，结晶间隔，流动性，充型能力。 2.合金的收缩经历收缩、收缩和收缩三个阶段。 3.压力加工是使金属在外力作用下产生而获得毛坯或零件的方法。 4.常用的焊接方法有、和三大类。 5. 砂型铸造中，手工造型与机器造型的主要区别在于和两工序是否实现机械化。 6.铸件中热应力过大，会产生变形和的缺陷，消除热应力的方法是控制铸件的凝固顺序，使 之符合原则。 7.弯曲时，材料内侧受。外侧受。 8.提高金属变形的温度，是改善金属可锻性的有效措施。但温度过高，必将产生、、和 严重氧化等缺陷。所以应该严格控制锻造温度。 9.综合衡量金属可锻性的指标为和。可锻性较好的材料应该具有较大的和较小 的。 10. 压力加工的基本生产方式有、、、、、。 11. 为防止弯裂，弯曲时应尽可能使弯曲造成的拉应力方向与坯料的纤维方向。 12. 冲压生产的基本工序有和两大类。 13. 电阻焊是利用电流通过焊件及接触处所产生的电阻热，将焊件局部加热到塑性或融化状态，然后在 压力作用下形成焊接接头的焊接方法。电阻焊分为焊、焊和焊三种型式。其中适合于 无气密性要求的焊件；适合于焊接有气密性要求的焊件；只适合于搭接接 头；只适合于对接接头。 14. 温度高达16000K以上的等离子弧焊接实质上是一种具有压缩效应的钨极气体保护焊。其压缩效应 包括压缩效应、压缩效应、压缩效应三种。 15.钎焊是利用熔点比焊件低的作填充金属，加热后，熔化而将处于固态的焊件联结起来的一 种焊接方法。 《材料成型工艺基础》试卷B卷第 1 页（共 6 页） 16. 低碳钢熔化焊时，其热影响区可分为、、和等区域，其中性能最 差的是区和区，因为该区域。若焊前经过较大的冷变形。 17. 常用的气体保护焊有和焊。 18. 常用的塑料成形方法有：、、、和等。 （本题 20 分）二、判断题（正确打√，错误打×，每题1分，共20分） 1.由于铝及铝合金熔点较低，因而它们是容易焊接的金属。（） 2.由于焊接接头（即焊缝）存在韧性低的缺陷，故设计焊接结构时，应尽量避免焊缝密集分布。（） 3. 铸铁的可焊性很差。（） 4. 普通低合金结构钢的可焊性比低碳钢差。（） 5. 离心铸造便于制造双金属铸件。（） 6.为便于造型时起出模型，铸件上应设计有结构斜度即拔模斜度。（） 7. 设计板料弯曲件时，为防止成形过程中弯裂，应使弯曲半径大于材料允许的最小弯曲半径。（） 8.在板料多次拉深时，拉深系数的取值应一次比一次小，即m1>m2>m3…>mn。（） 9.板料弯曲时，为了防止弯裂，应使弯曲线方向垂直于板料纤维方向。（） 10.金属冷变形后，其强度、硬度、塑性、韧性均比变形前大为提高。（） 11.提高金属变形时的温度，是改善金属可锻性的有效措施。因此，在保证金属不熔化的前提下，金属 的始锻温度越高越好。（） 12.锻造只能改变金属坯料的形状而不能改变金属的力学性能。（） 13.焊接电弧是熔化焊最常用的一种热源，它与气焊的火焰一样，都是气体燃烧现象。（） 14.零件工作时的剪应力应于锻造流线方向一致。（） 15.用交流弧焊机焊接时，焊件接正极，焊条接负极的正接法常用于焊厚件。（） 16.焊接接头即指焊缝。（） 17. 手工电弧焊过程中会产生大量烟雾，烟雾对焊工的身体有害，因此，在制造焊条时，应尽量去除能 产生烟雾的物质。（） 18.板料冲压中落料和冲孔工序同属于分离工序，其工艺过程完全相同。（） 19.浇注温度是影响铸造合金流动性和铸件质量的重要因素，浇注温度越高越好。 （） 20.为了减少铸造应力和变形，常采用同时凝固的原则。（） 《材料成型工艺基础》试卷B卷第 2 页（共 6 页） 学 院 名 称 专 业 班 级 ： 姓 名 ： 学 号 ： 密 封 线 内 不 要 答 题 ┃┃┃┃┃┃┃┃┃┃┃┃┃┃┃ 密 ┃┃┃┃┃┃┃┃┃┃┃ 封 ┃┃┃┃┃┃┃┃┃┃┃ 线 ┃┃┃┃┃┃┃┃┃┃┃┃┃┃┃