金屬材料成型原理

金屬材料成型原理鑄造部分*液態(tài)金屬的判斷方法：間接法：通過固——液態(tài)、固——?dú)鈶B(tài)轉(zhuǎn)變后的一些物理性質(zhì)的變化判斷液態(tài)原子的結(jié)合狀況。直接法:通過液態(tài)金屬的X射線或中子線的結(jié)構(gòu)分析研究液態(tài)的原子排列情況。偶分布函數(shù)：距某一參考粒子r處找到另一粒子的概率液態(tài)金屬結(jié)構(gòu)的主要特征:進(jìn)程有序（存在很多不停游離的居于有序的原子集團(tuán)），遠(yuǎn)程無序（不具備對稱性、平移性）三種起伏:能量起伏:能量高低不同結(jié)構(gòu)起伏:結(jié)構(gòu)的此消彼長濃度起伏:濃度分布不同充型能力:液態(tài)金屬充滿型腔，獲得外形完整、輪廓清晰的鑄件的能力。*影響充型能力的因素:金屬性質(zhì)、鑄型性質(zhì)、澆注條件、鑄件結(jié)構(gòu)螺旋圖P17流動性的測定方法:螺旋線法、真空法p17 1-16 1-17提高充型能力的措施:正確選擇合金的成分、合理的熔煉工藝“高溫出爐，低溫澆注”鑄件凝固方式:逐層凝固方式、體積凝固方式、中間凝固方式（取決于凝固區(qū)域的寬度）影響鑄件凝固方式的因素:合金成分、鑄件斷面溫度梯度金屬凝固過程中的傳熱圖P26-27液態(tài)成型:將金屬液澆入鑄型后，凝固后獲得一定形狀和性能的鑄件的方法影響鑄件溫度場的因素:金屬性質(zhì)、鑄型性質(zhì)、澆注條件、鑄件結(jié)構(gòu)均質(zhì)形核:在沒有任何外來界面的均勻熔體種的形核過程。非均質(zhì)形核:在不均勻熔體中依靠外來雜質(zhì)或型壁界面提供的襯底進(jìn)行形核的過程。固液界面的微觀結(jié)構(gòu)分為:粗糙界面:界面固相一側(cè)的點(diǎn)陣位置有一半左右為固相原子所占據(jù)。這些原子散亂地隨機(jī)分布在界面上，形成一個坑坑洼洼、凹凸不平的界面層。平整界面:固液界面固相一側(cè)表面的點(diǎn)陣位置幾乎全部為固相原子所占據(jù)，只留下少數(shù)空位或臺階，從而形成了一個整體上平整光滑的界面結(jié)構(gòu)。相變驅(qū)動力：固液兩相自由能之差A(yù)G。凝固過程中溶質(zhì)分配的平衡條件:凝固界面上溶質(zhì)遷移的平衡、固相液相內(nèi)部擴(kuò)散的平衡熱過冷：金屬凝固時所需的過冷度完全由傳熱所提供，僅由溶體實(shí)際溫度分布決定成分過冷：由溶質(zhì)再分配導(dǎo)致界面前方溶體成分及其凝固溫度發(fā)生變化而引起的過冷度成為成分過冷。產(chǎn)生條件：平衡液相凝固溫度大于同一點(diǎn)的實(shí)際溫度（純金屬或共晶合金的金屬無成分過冷）溶質(zhì)再分配：從形核到結(jié)晶完畢，固液兩相內(nèi)部不斷進(jìn)行著溶質(zhì)元素的重新分配的過程。平衡結(jié)晶：在結(jié)晶過程中，固液兩相都能通過充分傳質(zhì)而使成分完全均勻并達(dá)到平衡相圖對應(yīng)溫度的平衡成分。非平衡結(jié)晶的三種方式：固相無擴(kuò)散，液相均勻混合；固相無擴(kuò)散，液相有限擴(kuò)散；固相無擴(kuò)散，液相部分?jǐn)U散。影響成分過冷的因素：凝固過程的工藝條件晶體生長速度合金性質(zhì)內(nèi)生生長：等軸枝晶在熔體內(nèi)部自由生長的方式。外生生長：晶體自行形核，然后由外向內(nèi)單向延伸的生長方式。鑄件宏觀組織包含表面細(xì)晶區(qū)、柱狀晶區(qū)、等軸晶區(qū)。等軸晶區(qū)的獲得：低溫澆注、采用合理的澆鑄注工藝、合理控制冷卻條件、孕育處理、強(qiáng)制對流晶粒細(xì)化的方法：機(jī)械振動、超聲波、攪拌、流變鑄造。偏析：合金在凝固過程中發(fā)生的化學(xué)成分不均勻的現(xiàn)象，分為微觀偏析和宏觀偏析微觀偏析：微小范圍內(nèi)的化學(xué)不均勻現(xiàn)象，分為胞狀偏析、枝晶偏析、晶界偏析宏觀偏析：正常偏析：符合溶質(zhì)再分配規(guī)律逆偏析：當(dāng)合金溶質(zhì)分配系數(shù)小于1，表面或底部含溶質(zhì)元素較多，而中心或上部分溶質(zhì)較少的現(xiàn)象氣孔：析出性氣孔、侵入性氣孔、反應(yīng)性氣孔。影響氣孔的因素：金屬液原始含氣量、冷卻速度、合金成分、氣體性質(zhì)防止氣孔的措施：1、采取烘干、除濕等措施，防止或減少氣體進(jìn)入金屬液2、嚴(yán)格控制合金中氧化性較強(qiáng)元素的含量3、嚴(yán)格控制水分4、適當(dāng)提高澆注溫度5、盡量保證金屬液平穩(wěn)進(jìn)入鑄型影響縮松與縮孔的因素：金屬的性質(zhì)、鑄型條件、澆注條件、鑄件尺寸、補(bǔ)縮壓力防治措施：1、采用順序凝固和同時凝固原則2、澆注溫度和速度的調(diào)整3、使用冒口、補(bǔ)貼和冷鐵4、加壓補(bǔ)縮焊接焊接熱循環(huán)：在焊接熱源的作用下，焊件上某點(diǎn)的溫度隨時間的變化過程。碳當(dāng)量：碳當(dāng)量反映鋼中化學(xué)成分對硬化程度的影響，它是把鋼中合金元素按其對淬硬的影響程度折合成碳的相當(dāng)含量。焊接剛性：對接接頭根部間隙發(fā)生單位長度的彈性位移時，在單位長度焊縫所承受的力。藥皮的堿度：堿性氧化物質(zhì)量分?jǐn)?shù)與酸性氧化物質(zhì)量分?jǐn)?shù)的比值。焊接結(jié)晶裂紋：裂紋產(chǎn)生于凝固初期的脆性溫度區(qū)間丨內(nèi)，稱結(jié)晶裂紋。防止要點(diǎn)：改善焊縫凝固結(jié)晶、細(xì)化晶粒。通過第三元素的加入來改變有害雜質(zhì)的分布形態(tài)。盡可能減少應(yīng)變量及應(yīng)變增長率。冷裂紋：由于材料在室溫下附近溫度下脆化而形成的裂紋。防止要點(diǎn)：盡可能降低拘束應(yīng)力，消除一切氫的來源，并改善組織。按照焊接尺寸的特征，可以將熱源模型簡化為幾種類型？并簡述其特征答:半無限大物體在三維方向?qū)釤o限，此時熱源為點(diǎn)熱源無限薄物體在X,Y方向?qū)釤o限，此時熱源為線熱源無限長細(xì)桿只在X方向?qū)釤o限，熱源為面熱源焊縫凝固組織有哪兩種？凝固組織的金相組織由哪幾種結(jié)晶形態(tài)組成？答:焊縫凝固組織主要為柱狀晶和等軸晶，凝固組織的金相組織由平滑界面，胞狀晶，胞狀樹枝晶，柱狀樹枝晶，等軸狀樹枝晶組成。今有工程機(jī)械橫梁需要焊接，欲采用焊條電弧焊焊接，母材的強(qiáng)度為500MPa，焊縫承載較大，尤其是要防止冷裂紋的產(chǎn)生，請選擇合適的藥皮類型，解釋焊條牌號的意義，并解釋其焊接冶金原理。承載較大，并防止冷裂紋，表明焊條能夠承受較高載荷，應(yīng)該選堿性藥皮，根據(jù)母材強(qiáng)度，選擇J507焊條。J—結(jié)構(gòu)鋼焊條50—表示焊縫金屬的抗拉強(qiáng)度值為500MPa7—堿性焊條原理今有中碳調(diào)質(zhì)鋼需要焊接，鋼板的厚度為30毫米。請分析接頭容易出現(xiàn)什么焊接缺陷，并分析接頭熱影響區(qū)組織分為哪幾個部分，各部分的組織組成和形成機(jī)理。中碳調(diào)質(zhì)鋼焊接淬火傾向較大，而且鋼板厚度較大更容易產(chǎn)生淬火冷裂紋。中碳調(diào)質(zhì)鋼屬于易淬火鋼，熱影響區(qū)分為完全淬火區(qū)，不完全淬火區(qū)完全淬火區(qū)組織組成為馬氏體不完全淬火區(qū)組織組成為馬氏體和鐵素體。鍛壓塑性：是指固體金屬在外力作用下，能穩(wěn)定地發(fā)生永久變形而不破壞其完整性的能力。柔軟性是反映金屬的軟硬程度，它是用變形抗力的大小來衡量的機(jī)械性能拉伸試驗測延伸率和斷面收縮率扭轉(zhuǎn)實(shí)驗測扭轉(zhuǎn)數(shù)和扭轉(zhuǎn)角沖擊彎曲試驗測沖擊韌性鐓粗試驗測極限壓縮率磷硫氫都是有害元素，磷會引起冷脆，硫會引起紅脆，氫會引起氫脆。組織狀態(tài)對塑性和變形抗力的影響：（1）晶粒度晶粒度越細(xì)小，愈有利于提高其塑性（2）金相組織若所含的合金元素在加工溫度范圍內(nèi)與基本元素形成單相固溶體，則有較好的塑性；而所含元素和基本元素或其他元素形成化合物，則使塑性降低。應(yīng)力狀態(tài)的影響：三向壓縮塑性最好，兩壓一拉次之，兩壓一拉更次，三項拉應(yīng)力塑性最壞。應(yīng)變狀態(tài)的影響：兩向壓縮一向拉伸的塑性最好，一向壓縮一向拉伸的塑性次之，一向壓縮兩向拉伸的塑性最差。當(dāng)加工低塑性材料時，應(yīng)采用三向壓應(yīng)力的壓力加工方法（如擠壓，加反壓力擠壓，閉式模鍛）超塑性：大變形，無縮頸，小應(yīng)力，易成形。（有色金屬的延伸率達(dá)到200%以上，黑色金屬的延伸率達(dá)到100%以上）固溶強(qiáng)化彌散強(qiáng)化：阻礙位錯的運(yùn)動，產(chǎn)生強(qiáng)化效果。（球墨鑄鐵）

由于變形不均勻而產(chǎn)生附加應(yīng)力和殘余應(yīng)力。（附加應(yīng)力是由于變形不均勻小變形給大變形施加的力）由于變形、加熱和冷卻不均勻，都會在工件內(nèi)出現(xiàn)宏觀級、顯微級和原子級的附加應(yīng)力，即所謂第一、第二、第三類附加應(yīng)力，當(dāng)外力取消后，在變形體內(nèi)所留下來的附加應(yīng)力稱為殘余應(yīng)力。臨界應(yīng)變，在變形初期，應(yīng)力-應(yīng)變曲線迅速升到一個峰值所對應(yīng)的應(yīng)變。加工硬化：金屬發(fā)生塑性變形隨變形度的增大，其強(qiáng)度和硬度顯著提高，塑性和韌性明顯下降。金屬塑性變形的力學(xué)基礎(chǔ)的假設(shè)：連續(xù)性假設(shè)勻質(zhì)性假設(shè)各向同性假設(shè)初應(yīng)力為零體積力為零體積不變假設(shè)應(yīng)力