材料成型原理 重點整理

液態(tài)金屬潔構(gòu)可以這樣描述：液態(tài)金屆巾許多近程有厚的原子架團組成，這些原子集團原子排列規(guī)則,有激烈的原子熱運動和大量空穴，存在較大的能量起伏。同時.這些原子集團和空穴時聚時散.時大時小，處于瞬息萬變的狀態(tài)。液態(tài)金廂冷卻到冷卻到平衡結(jié)品溫度Tm點）時.并沒有開始站晶.而是冷卻到低于Th時.固相才開始結(jié)晶析出（形核并長大），這種現(xiàn)象叫做過冷平衡結(jié)品溫度Tm與實際結(jié)品溫度T之間的溫度差稱為過冷度（AT）.△T=Tm-To金屆凝固的驅(qū)動力.主要取決于過冷度。過冷度越大,凝固的驅(qū)動力越大。液相內(nèi)部出現(xiàn)晶核時系統(tǒng)自由能對變化X當(dāng)過冷液體中出現(xiàn)晶核時.系統(tǒng)自由能將產(chǎn)生變化。系統(tǒng)自由能的變化由兩部分組成,一部分是體積自由能變化.即同、液相之間的體積自由能差*它使系統(tǒng)的自由能降低.它是相變的驅(qū)動力：另一部分是界面能變化，由于晶核形成的I可時.也形成了新的液一固相界面.因而產(chǎn)生了新的界而能△血。這部分能量將導(dǎo)致系統(tǒng)的自由能增大，它是相變的阻力.圖為在三種曲率不同的表面上形核的示意圖.它們具有相同的潤濕角和品核曲率半徑，但是顯然包含的原子數(shù)不I可。顯然在凸面上形成的品核包含原子數(shù)最多.平面上次之.凹面上最少?？梢?叩使是同一種物質(zhì)作為形核基底，起形核能力也不同，跟界面的曲率方向和大小有關(guān)，凹面的形核能力最強。

四面襯底寸底平面村底四面襯底寸底平面村底J般來說形核劑應(yīng)該淌足以下幾個條件：失配度小、完全共格對成.方式的界而能最低,促進IE自發(fā)形核的能力最強.形核率也最大。粗糙度大、在基底上存在凹坑時.形核能力較強。故表而粗糙不平的形核劑對促進形核有利，分做性好、若形核劑聚集成團，大大降低了有效基底面枳,對形核有不利影響。高溫穩(wěn)定性好.形核劑在高祝培體中使用，如發(fā)生分解、級化.或者與陪體發(fā)生一些化學(xué)反應(yīng).形核劑將發(fā)生變質(zhì).不能起到促迎形核的作用。金屬結(jié)晶為什么需要過冷度呢？結(jié)晶在什么條件下才能自發(fā)進行呢？這是由站晶的熱力學(xué)條件所決定的，從熱力學(xué)觀點來看，物質(zhì)狀態(tài)的穩(wěn)定性取決于該狀態(tài)的自由能高低:自由能越高,狀態(tài)越不穩(wěn)定:自由能越低.狀態(tài)越穩(wěn)定。物質(zhì)總是自發(fā)地從自由能較高的狀態(tài)向自由能較低的狀態(tài)轉(zhuǎn)變。所以.只有伴隨若自由能降低的過程才能自發(fā)進行。對丁?凝固而言.只有當(dāng)固態(tài)金屬的自由能低于液態(tài)金屬時.結(jié)品過程才可能退行。液相和由它析出的固相具有不同的成分,這種由于合金在結(jié)品過程中，析出固相的溶質(zhì)含量不同于液相,而使界面前沿溶質(zhì)富果或者貧化的現(xiàn)象.叫什滯質(zhì)再分配?在一般凝固條件下.同一液界面前沿將發(fā)生溶質(zhì)富果（時）.這種溶質(zhì)富果.將導(dǎo)致液相族固溫度L發(fā)生變化.與界面前沿實際溫度Ta存在差別，從而引起過冷。引起這種凝固溫度變化是由相圖中的液相線決定的。相圖中的液相線就是合金的平衡站品溫度（始點〉.該溫度隨合金中溶質(zhì)的含量而變化.對于k：<1的合金，界而前沿液相中的溶質(zhì)富果將引起液相線溫度的降低?若垮體溫度低「?該合金的液相線溫度時,則處丁?過冷狀態(tài).過冷度等丁?液相線溫度與實際溫度之差。由溶質(zhì)再分配導(dǎo)致界面前沿平衡凝固溫度發(fā)生變化而引起過冷稱為成分過冷，成分過冷判據(jù)宏觀偏析通常指整個鈞錠或鑄件范圍內(nèi)產(chǎn)生的成分不均勻現(xiàn)象，一般將宏觀偏析分為正偏析、逆偏析、比重偏析、V形偏析和逆V形偏析、帶狀偏析、區(qū)域偏析、層狀偏析等在不同的臺金體系中,由丁共晶兩相在析出過程表現(xiàn)的相互關(guān)系不同,其結(jié)品方式可分為共生生長和高異生長兩種。砂型鑄造時.固、液邊界線的間距很寬.在很長一段凝固時間內(nèi).固液共存的兩相凝固區(qū)幾乎貫穿了整個鑄件斷而.這種凝固方式稱為湖狀凝固：金屆型鑄造時.固、液邊界線的間距很早，整個凝固過程中.僅有很薄J層兩相共存區(qū),凝固層由表而向中心逐漸加以.這種方式稱為逐層凝固，這兩種凝固方式?jīng)]有明V的界限，介于兩者之間的稱為中間凝固方式。最初各枝品的取向是很亂的，只有那些主干平行丁?熱流方向的枝品才能向前延伸.而將取向不的枝品逐漸淘汰，這樣柱狀品的生長方向越來越一致.晶體的這種相互竟?fàn)?、相互淘汰的生長過程稱為擇優(yōu)生長：欲控制獲得細等軸晶鮑織.采取的I:藝措施有如下幾條：適當(dāng)降低澆注溫度合理運用釣型對液態(tài)合金的強烈激冷作用孕育處理動態(tài)品粒細化焊接過程中,改善凝固組織，防止粗晶產(chǎn)生的主要措施有：(1)變質(zhì)處理。(2)振動結(jié)品。(3)優(yōu)化焊接I：藝參數(shù)。焊接熱源有許多種.如電弧、％體火焰、原擦熱?電渣焊的胳渣電阻熱等等。熱源的性質(zhì)不同,焊接時的溫度場也不同。在電頓焊條件下,25mm以上的鋼板焊接時.花可以認(rèn)為是點狀熱源：而100mm以上大以度I：件電渣焊時?只能認(rèn)為是線狀熱源。塑性加工利用金屬材料的塑性變形特性.用I:模具加金屬材料施加機械作用，使其發(fā)生塑性變形?達到所要求的形狀、尺寸、精度和組織性能，該過程中尺寸形狀和組織性能都I可時改變。主要有：成材的塑性加匚如軋制、擠樂、拉拔等成形的塑性加匚主要有鍛造、拉深、沖壓等先進的塑性或形：主要有超塑性成形、液壓脹形?電磁成形等主應(yīng)力圖示圖J-12主應(yīng)力圖示<a）艦應(yīng)力狀葡<b）平面成力狀;&，<。>體應(yīng)力狀杏變形體某方向上一個線段（如長、寬、高）的起點和終點在垂直于該方向上也可能有位移差（切變量與線段原始長度之比.也是衡量變形程度的物理址。叫工程切應(yīng)變?！恫牧铣尚渭夹g(shù)基礎(chǔ)〉第頁第9、11.14.17ffl變形機制：滑移、孝生、品界滑動、擴散蠕變組織性能演變：冷變形二熱變形-中塑性與變形抗力，塑性與塑性變形、影響塑性的因素、超塑性、變形抗力的組成、應(yīng)力狀態(tài)對抗力的作用、應(yīng)力皮變關(guān)系曲線每個品粒都處于不同位向的晶粒的包圍之中.晶粒在周圍（鄰居）的約束下變形.晶粒所受的成力狀態(tài)發(fā)生變化：各個品粒的取向不同，受力狀態(tài)不同.造成各晶粒之間變形的不同時性和不均勻性：相鄰晶粒之間的變形在晶界上需要協(xié)調(diào)配合：造成品界處多系滑移的提前開始和晶界上變形困難，造成品界和品內(nèi)變形的不均勻。牢生：品體在外力的作用下.其一部分沿著一定的晶面和該品面（牢生面）上的一定品向（攣生方向）.產(chǎn)生均勻切變。孳生后,品體的變形部分與未變形部分形成關(guān)于攣生面的鏡面對稱，鏡而兩側(cè)品體的相對位向發(fā)生了改變.但不改變晶體的晶格點陣類型。攣生變形部分稱為“機械攣品”?滑移享生原子相對移動距離：等于小于（變形方向上一個原子間距生產(chǎn)變形的位借：全位錯不全位錯原子移動方向：雙向單向/有極性變形均勻性：集中在在整個孳晶滑移面上帶上均勻移動部分品體取向：不變改變/銳而對稱開動成力服從：H-P關(guān)系H-P關(guān)系開動條件服從：Schmid定律Schaid定律冷變形中金屬組織變化-、形成纖維組織二、 產(chǎn)生結(jié)構(gòu)缺陷三、 產(chǎn)生晶體學(xué)擇優(yōu)取向四、 品粒超細化、甚至非品化.形成非平衡材料冷變形中金屬性能變化-、加工硬化（應(yīng)變強化）：隨若變形程度的增加.金屬的強度指標(biāo)上升.塑性指標(biāo)下降。這就是加」:硬化。二、 各向異性三、 其他性能變化：冷加工還會造成：密度降低、導(dǎo)電性降低?導(dǎo)熱性降低、耐蝕性變差以及磁性變化等多種物理?化學(xué)性能的變化。拉深：法蘭區(qū)坯料在切向樂應(yīng)力、徑向拉成力作用下向宜壁流動,形成筒形或帶法蘭的筒形零件的板成形過程。金屬在其再結(jié)晶及其以上(ffl常K.STm)溫度進行的加工叫熱加工.其特點是：變形溫度高，加工硬化小,變形抗力低、耗能少I塑性好,加工變形量大；不易產(chǎn)生裂統(tǒng)等加工缺陷。但：加工精度低；組織性能不均勻性大.熱塑性變形過時的基本軟化過程包括：動態(tài)回復(fù)、動態(tài)再結(jié)品.傍態(tài)回復(fù)、靜態(tài)再結(jié)晶?亞動態(tài)再結(jié)晶等。動態(tài)回復(fù)、動態(tài)再結(jié)船是發(fā)生在變形過程中的回發(fā)和再結(jié)品過程：而靜態(tài)回夏和靜態(tài)再結(jié)品則在變形的間歌期間或熱變形后發(fā)生。熱變形時金舄組織性能變化：消除缺陷：消除某些鑄造缺陷.如使氣孔、疏松鍛合：消除或減輕鑄造偏析：改善品粒組織：均化和細化品粒使性能(強度、塑性等)提高。改善第二相分布：破碎粗大第二相和化合物,改善夾雜物與脆性相的分布形態(tài)。形成流線：金屬中存在的不溶性物質(zhì)沿若主應(yīng)變方向拉長.形成流線。沿若流線方向材料性能提高，形成帶狀組織：鑄錠中原來存在枝晶偏析一一合金元素的貧區(qū)與富區(qū)。熱加1：時.這些沿主成變方向擴展.形成帶狀。合金元素含量的不I可造成相變溫度的差別，如貧鉉區(qū)比富鎰區(qū)發(fā)生A——F轉(zhuǎn)變.將碳拋向富鉉區(qū).造成貧鐳的帶狀區(qū)F比例大，而富鐳的帶狀區(qū)P比例大，形成帶狀組織。塑性：材料在外力作用下能連續(xù)地生產(chǎn)塑性變形而不斷裂的能力溶質(zhì)原子溶入溶劑點陣中.造成強度的提高?這就是固落強化，當(dāng)合金中含有細小彌做的顆粒時?就會對位錯運動造成障崎，運動的位錯必須與其滑移面上的彌做顆粒交互作用.從而引起變形抗力的提高°這種作用叫作彌散強化.手工電弧焊原理:用手工操作焊條進行焊接的一種電弧焊方法?手工電甄焊特點（優(yōu)點）：手工電弧焊的簡便靈活，適應(yīng)性強，手工電弧焊特點（不足之處）：手工電弧焊對焊工的操作技術(shù)要求較高，焊接質(zhì)童在一定程度上決定于焊工的操作技術(shù).此外，手工電弧焊勞動條件差，生產(chǎn)率低.因此，手工電孤焊適用于焊接單件或小批量產(chǎn)品，短的和不規(guī)則的、各種空間位置的以及其它不易實現(xiàn)機械化焊接的焊縫.埋弧自動焊特點（優(yōu)點）⑴生產(chǎn)率高由于可用較大焊接電流.加上焊劑與始渣的隔熱作用胳深也大。不開坡口單面一次焊.靖深可達20mm.（2） 焊縫質(zhì)量高燃渣隔絕空％的保護效果好。粉池金屬與胳化的焊劑之間有較充分的時間進行冶金反應(yīng)，較大限度地彼少了焊縫中產(chǎn)生1孔、裂紋的可能性。（3） 勞動條件好既無弧光輻射又無煙塵，勞動環(huán)境好，埋孤自動焊特點（不足之處）埋弧自動焊的主要缺點?是由丁?采用顆粒狀焊劑堆積形成保護條件.因此.-般只適用于平焊位置。其它焊接位2S需采用特殊措施才能保證焊劑覆蓋焊接區(qū)?二是焊接設(shè)備比手工電弧焊設(shè)備復(fù)雜.靈活機動性也較差，所以較適合丁?長焊縫的焊接.短焊縫顯示不出生產(chǎn)率高的特點。鉤極敘孤焊特點（優(yōu)點）1）冠氣本身不和金屬產(chǎn)生化學(xué)反成又不溶丁?金屆.且比空氣重25%.能有效地隔絕電弧周圍空％。因而可成功地焊接易乳化、氮化及化學(xué)活潑性強的有色金屬、不銹鋼和各種合金。2＞直流正極性電弧C1：件接宜流電源正極,鈣電極接電源負(fù)極）說定.即使在很小的焊接電流（〈10A）下仍可役定燃燒,特別適用丁?薄故.超薄故的焊接。3） 明弧無渣.陪池可見度好,便于控制,易于實現(xiàn)機械化、自動化和全位冥焊接。4） 電弧熱源與填充焊統(tǒng)分別控制，易于實現(xiàn)單面焊雙而成形.并由于填充焊絲不通過電弧，故不會產(chǎn)生飛激，焊縫成形美觀。鐺極筑弧焊特點（不足之處）1） 鴇電極承受電流能力有限，所以培深淺.靖敷率小.生產(chǎn)率低。2） 焊接所用惰性氣體（氧氣、窺氣）較貴，與其它電弧焊方法（手」:電弧焊.埋弧焊.CO：氣體保護焊）相比.生產(chǎn)成本較高。3） 由丁?此焊接方法是依弁筑1機械排開空氣進行保護.所以焊前對焊件表面的清理1：作要求嚴(yán)格；鴨極氮孤焊用途鴇極敘弧焊幾乎可以焊所有的金屬和合金，但由于生產(chǎn)成本較高.一般僅用丁?不銹鋼、耐熱鋼以及銅、鈦、鋁、鎂等有色金屬的焊接。對丁?低場點（低沸點）和易蒸發(fā)的鉛、錫、鋅等金屬則難以焊接。由丁?鈣電極承受電流能力有限,從生產(chǎn)率考慮所焊板材范圍以3皿以下為宜。對于某些彤壁重要構(gòu)件（壓力容器和管道）要求焊透的坡口打底焊、全位進焊和軍間隙焊也可采用鈣極敘弧焊?；榛縅弧焊的特點（優(yōu)點）D與鈣極筑弧焊一樣.它幾乎可以焊接所有金廂,尤其適合于焊接鋁及鋁合金，銅合金以及不銹鋼等材料。2） 由于用焊絲作電極.電流密度大,因而焊接靖深大.填充金屬垮敷速度快,用「焊接幟板鋁、銅等金屬時生產(chǎn)率比鈣極筮弧焊高.焊件變形也小。3） 常采用宜流反接,焊接鋁及鋁合金時有良好的陰極霧化作用。婚化極歌沖氨甄焊（MIGP）1） 具有較寬的電流調(diào)節(jié)范圍2） 可用較小的平均電流進行焊接.有利丁?實現(xiàn)全位置焊3） 可有效掛制輸入熱址.改善接頭性能g氣體保護焊的特點（優(yōu)點）1）生產(chǎn)率高.2）成本低. 3）能耗低 4）適用范圍廣. 5）抗銹能力強.6）明甄無渣，館池便于監(jiān)視和控制，有利于實現(xiàn)焊接過程的機械化和自動化?目前，CO：電弧焊由于?有氧化性，合金元素易燒損主要用「?低碳鋼及低合金鋼等黑色金屬的焊接。對于不銹鋼,由于對焊縫金屬有增碳現(xiàn)象，影響抗品間腐蝕性能。因此.用丁?對焊縫性能要求不高的不銹鋼焊件。熱軋鋼及正火鋼的焊接要點是：抗熱裂性比較好。有一定的冷裂傾向。沉淀強化的鋼種（15MnTi、15MnVN、1IMnMoWISMnMoNb等）有產(chǎn)生再熱裂紋的傾向。熱軋鋼在制造呼大件時，有層狀撕裂的危險這類鋼不存在熱影響區(qū)軟化問題，但有過熱區(qū)脆化問題。低碳調(diào)質(zhì)鋼的焊接要點是，一般含碳量低.而含錘地高.因此熱裂傾向小。高棵低鉉類低合金高強鋼對液化裂紋比較域感：冷裂紋傾向比較大，但只要￡藝合適，冷裂紋是呵以避免的。有一定的再熱裂級敏感性（如1IMnMoXbBiW中碳化物形成元素Mo.Nb、B共I可作用結(jié)果使其易產(chǎn)生再熱裂紋）。對層狀撕裂不敏感，有過熱區(qū)脆化和熱影響區(qū)軟化問題：以虹《的合金為例說明成分過冷的形成原因在一般凝固條件下，固一液界面前沿將發(fā)生溶質(zhì)富果（虹＜1時），這種溶質(zhì)富集,將導(dǎo)致液相凝固溫度L發(fā)生變化,與界面前沿實際溫度L存在差別.從而引起過冷對丁?監(jiān)。的合金.界面前沿液相中的溶質(zhì)富集將引起液相紋況度的降低,著胳體溫度低「?該合金的液相線祝度時，則處丁?過冷狀態(tài).過冷度等J.?液相線溫度與實際溫度之差。由溶質(zhì)再分俱導(dǎo)致界面前沿平衡度固溫度發(fā)生變化而引起過冷稱為成分過冷。石墨形態(tài)對灰口鑄鐵性能的影響除微量