材料成型技术基础复习提纲整理知识讲解

材料成型技术基础复习提纲整理

第一章绪论

1、现代制造过程的分类（质量增加、质量不变、质量减少）。

2、那几种机械制造过程属于质量增加（不变、减少）过程。

（1)质量不变的基本过程主要包括加热、熔化、凝固、铸造、锻压（弹性变形、塑性变形、塑性流动）、浇灌、运输等。

（2）质量减少过程材料的4种基本去除方法：切削过程；磨料切割、喷液切割、热力切割与激光切割、化学腐蚀等；超声波加工、电火花加工和电解加工；落料、冲孔、剪切等金属成形过程。

（3）材料经过渗碳、渗氮、氰化处理、气相沉积、喷涂、电镀、刷镀等表面处理及快速原型制造方法属于质量增加过程。

第二章液态金属材料铸造成形技术过程

1、液态金属冲型能力和流动性的定义及其衡量方法

液态金属充满铸型型腔，获得形状完整、轮廓清晰的铸件的能力，称为液态金属充填铸型的能力，简称液态金属的充型能力。

液态金属的充型能力通常用铸件的最小壁厚来表示。

液态金属自身的流动能力称为“流动性”。液态金属流动性用浇注流动性试样的方法来衡量。在生产和科学研究中应用最多的是螺旋形试样。

2、影响液态金属冲型能力的因素（金属性质、铸型性质、浇注条件、铸件结构）

（1）金属的流动性：流动性好的液态金属，充型能力强，易于充满薄而复杂的型腔，有利于金属液中气体、杂质的上浮并排除，有利于对铸件凝固时的收缩进行补缩。

流动性不好的液态金属，充型能力弱，铸件易产生浇不足、冷隔、气孔、夹杂、缩孔、热裂等缺陷。

（2）铸型性质：铸型的蓄热系数b(表示铸型从其中的金属液吸取并储存在本身中热量的能力)愈大，铸型的激冷能力就愈强，金属液于其中保持液态的时间就愈短，充型能力下降。

（3）浇注条件：浇注温度对液态金属的充型能力有决定性的影响。浇注温度越高，充型能力越好。在一定温度范围内，充型能力随浇注温度的提高而直线上升，超过某界限后，由于吸气，氧化严重，充型能力的提高幅度减小。

液态金属在流动方向上所受压力(充型压头)越大，充型能力就越好。但金属液的静压头过大或充型速度过高时，不仅发生喷射和飞溅现象，使金属氧化和产生”铁豆”缺陷，而且型腔中气体来不及排出，反压力增加，造成“浇不足”或“冷隔”缺陷。

浇注系统结构越复杂，流动阻力越大，液态金属充型能力越低。

（4）铸件结构：衡量铸件结构的因素是铸件的折算厚度R(R＝铸件体积/铸件散热表面积＝V／S)和复杂程度，它们决定着铸型型腔的结构特点。

R大的铸件，则充型能力较高。R越小，则充型能力较弱。

铸件结构复杂，厚薄部分过渡面多，则型腔结构复杂，流动阻力大，充型能力弱。

铸件壁厚相同时，铸型中的垂直壁比水平壁更容易充满。

3、收缩的定义及铸造合金收缩过程（液态、凝固、固态）

铸件在液态、凝固和固态冷却过程中所产生的体积减小现象称为收缩，是液态金属自身的物理性质。

液态收缩阶段(Ⅰ) 表现为型腔内液面的降低。

凝固收缩阶段(Ⅱ) 由状态改变和温度下降两部分产生。一般用体收缩率表示。固态收缩阶段(Ⅲ) 通常表现为铸件外形尺寸的减少，故一般用线收缩率表示。

4、缩孔、缩松的定义，形成条件、产生的基本原因，形成部位及防止方法。液态金属在凝固过程中，由于液态收缩和凝固收缩，往往在铸件最后凝固的部位出现大而集中的孔洞，称缩孔；细小而分散的孔洞称为缩松。

1）金属的成分

结晶温度范围越小的金属，产生缩孔的倾向越大；结晶温度范围越大的金属，产生缩松的倾向越大。

（2）浇注条件和铸型性质

提高浇注温度时，金属的总体积收缩和缩孔倾向大，浇注速度很慢缩孔容积减少，

铸型材料对铸件冷却速度影响很大。

缩松:金属型<湿型<干型。

（3）补缩压力和铸件结构

在凝固过程中增加补缩压力，可增大缩孔而减小缩松的容积。若金属在很高的压力下浇注和凝固，则可以得到无缩孔和缩松的致密铸件。

缩孔和缩松的防止方法

（1）针对金属的收缩和凝固特点制定正确的技术方法控制铸件的凝固方向使之符合顺序凝固方式或同时凝固方式；

（2）合理确定内浇口位置及浇注方法；

（3）合理应用冒口、冷铁和补贴等技术措施。

5、铸造应力的定义及分类，产生的缺陷（热裂、冷裂、变形），防止和减少的措施。

铸件在凝固和随后的冷却过程中，收缩受到阻碍而引起的内应力，称为铸造应力。

分类

按形成的原因不同铸造应力分为热应力、相变应力和机械阻碍应力。

按应力存在的状况可分为临时应力和残余应力

临时应力是暂时的，当引起应力的原因消除以后，应力随之消失。

残余应力是长期存在的，当引起应力的原因消除后，仍存在铸件中。

当铸造应力的总合超过金属的强度极限时，铸件便产生裂纹。按裂纹形成的温度范围可分为热裂和冷裂。

热裂是在凝固末期高温下形成的裂纹。裂纹沿晶粒边界产生和发展，外观形状曲折而不规则，表面与空气接触而被氧化并呈氧化色。

冷裂是铸件在低温时形成的裂纹。冷裂纹常穿过晶粒，外形规则，呈圆滑曲线或直线状，表面光滑而具有金属光泽或显微氧化色。

防止和减小铸造应力的措施：

在零件能满足工作条件的前提下，选据弹性模量和收缩系数小的材料；

采用同时凝固方式；

合理设置浇冒口，缓慢冷却，以减小铸件各部分温差；

采用退让性好的型、芯砂。

若铸件已存在残余应力，可采用人工时效、自然时效或振动时效等方法消除。

6、金属的吸气性及金属吸收气体的过程，主要气体（H2、N2、O2）

金属在熔炼过程中溶解气体；在浇注过程中因浇包未烘干、铸型浇注系统设计不当、铸型透气性差以及浇注速度控制不当、或型腔内气体不能及时排出，都会使气体进入金属液，增加金属中气体的含量。这就构成了金属的吸气性。（氢、氮、氧）。

（1）气体分子撞击到金属液表面；

（2）在高温金属液表面上气体分于离解为原子状态；

（3）气体原子根据与金属元素之间的亲和力大小，以物理吸附方式或化学吸附方式吸附在金属表面；

（4）气体原子扩散进入金属液内部。

7、偏析、宏观偏析、微观偏析、正偏析、逆偏析的定义及其消除方法。

铸件凝固后，截面上不同部位，以至晶粒内部，产生化学成分不均匀的现象，称为偏析。

微观偏析是指微小（晶粒）尺寸范围内各部分的化学成分不均匀现象。

在铸件较大尺寸范围内化学成分不均匀的现象叫宏观偏析。主要包括正偏析和逆偏析。

正偏析：k>1，杂质的分布从外部到中心逐渐增多；

逆偏析：k<1，易熔物质富集在铸件表面上。

8、铸件可能出现那几种气孔（析出性、反应性、侵入性）及其定义

（1）析出性气孔当金属液冷却速度较快时，由于铸件凝固，气泡来不及排出而保留在铸件中形成的气孔，称为析出性气孔。

（2）反应性气孔金属液与铸型、熔渣之间相互作用或金属液内部某些组元发生化学反应产生的气体所形成的气孔，则称为反应性气孔。

（3）侵入性气孔砂型铸造时，由于砂型透气率低或排气通道不畅，砂型受热产生的气体，在界面上超过一定临界值时，气体就会侵入金属液而未上浮排出，则产生侵入性气孔。

9、熔炼的分类（按合金和熔炼特点）及熔炼的基本要求

根据所熔炼合金的特点，熔炼大概可分为铸铁熔炼、铸钢熔炼和有色金属熔炼。

根据熔炉的特点又可分为冲天炉熔炼、电弧炉熔炼、感应电炉熔炼和坩锅熔炼等。

依据炉衬的种类，熔化技术可分为酸性或碱性。

10、浇注系统的组成及主要功能

浇口杯、直浇道、横浇道、内浇道

浇注系统的主要功能

连接铸型与浇包，导入液态金属；

挡渣及排气；

调节铸型与铸件各部分的温度分布，控制铸件的凝固顺序；

保证液态金属在最合适的时间范围内充满铸型，不使金属过度氧化，有足够的压力头，并保证金属液面在铸型型腔内有必要的上升速度。

11、铸件冒口的定义、作用及设计必须满足的基本要求（P51）

铸型中能储存一定金属液(同铸件相连接在一起的液态金属熔池)补偿铸件收缩，以防止产生缩孔和缩松缺陷的专门技术“空腔”，被称为冒口。

冒口的作用：

主要是“补缩铸件”、集渣和通、排气。

设置冒口必须满足的基本条件：

凝固时间应大于或等于铸件(或铸件上被补缩部分)的凝固时间；

有足够的金属液补充铸件(或铸件上被补缩部分)的收缩；

与铸件上被补缩部位之间必须存在补缩通道。

12、冷铁的作用

放入铸型内，用以加快铸件某一部分的冷却速度，调节铸件的凝固顺序，与冒口相配合，可扩大冒口的有效补缩距离。

13、常用的机器造型和制芯方法有哪些？

震实造型、微震实造型、高压造型、抛砂造型、气冲造型等。

14、液态金属的凝固过程，顺序凝固、同时凝固的定义

15、砂型铸造和特种铸造的技术特点（P52）

砂型铸造的特点是：

适应性广，技术灵活性大，不受零件的形状、大小、复杂程度及金属合金种类的限制。

生产准备较简单。

生产的铸件其尺寸精度较差及表面粗极度高；铸件的内部品质也较低；

在生产一些特殊零件(如管件、薄壁件)时，技术经济指标较低。

特种铸造的技术特点：

铸件的尺寸精度较高，表面粗糙度低。

在生产一些结构特殊的铸件时，具有较高的技术经济指标，

不用砂或少用砂，降低了材料消耗，改善了劳动条件；

使生产过程易于实现机械化、自动化。

但特种铸造适应性差，生产准备工作量大，需要复杂的技术装备。

因此，特种铸造技术(陶瓷型铸造除外)一般适用于大批大量生产。

16、常用的特种铸造方法有哪些？其基本原理和特点是什么？

熔模铸造、金属型铸造、压力铸造、离心铸造、低压铸造等。

17、何谓金属的铸造性能，铸造性能不好会引起哪些铸造缺陷？

铸造部分复习题

1、影响液态金属冲型能力的因素有哪些？

2、简述砂型铸造和特种铸造的技术特点。（15）

3、简述铸件上冒口的作用和冒口设计必须满足的基本原则。

冒口的作用：

主要是“补缩铸件”、集渣和通、排气。

设置冒口必须满足的基本条件：

凝固时间应大于或等于铸件(或铸件上被补缩部分)的凝固时间；

有足够的金属液补充铸件(或铸件上被补缩部分)的收缩；

与铸件上被补缩部位之间必须存在补缩通道。

4、铸造成形的浇注系统由哪几部分组成，其功能是什么？（10）

5、熔炼铸造合金应满足的主要要求有哪些？

熔炼出符合材质性能要求的金属液，而且化学成分的波动范围应尽量小；

熔化并过热金属所需的高温；

有充足和适时的金属液供应；

低的能耗和熔炼费用；

噪声和排放的污染物严格控制在法定的范围内。

6、试比较灰铸铁、铸造碳钢和铸造铝合金的铸造性能特点，哪种金属的铸造性能好？哪种金属的铸造性能差？为什么？（P46）

第三章复习及复习题

一、名词解释：

1、金属塑性变形、加工硬化

金属塑性变形是利用金属材料塑性变形规律，施加外力使之产生塑性变形而获得所需形状、尺寸和力学性能的零件或毛坯的加工工艺。

塑性:材料在外力作用下，产生永久残余变形而不断裂的能力

加工硬化：在塑型变形过程中，随着变形程度的增加，金属的强度、硬度提高，塑型、韧性下降，这一现象称为加工硬。（工程材料）

金属在室温下塑性变形，由于内部晶粒沿变形最大方向伸长并转动、晶格扭曲畸变以及晶内、晶间产生碎晶的综合影响，增加了进一步滑移变形的阻力，从而引起金属的强度、硬度上升，塑性、韧性下降的现象称为加工硬化。亦称为冷作硬化。

2、自由锻: 自由锻造(又称自由锻)是利用冲击力或压力使金属材料在上下两个砧铁之间或锤头与砧铁之间产生变形，从而获得所需形状、尺寸和力学性能的锻件的成形过程。

模锻：模型锻造包括模锻和镦锻，是将加热或不加热的坯料置于锻模模膛内，然后施加冲击力或压力使坯料发生塑性变形而获得锻件的成形过程。

胎模锻：胎模锻造是在自由锻造设备上使用不固定在设备上的各种称为胎模的单膛模具，将已加热的坯料用自由锻方法预锻成接近锻件形状，然后用胎模终锻成形的锻造方法。

3、落料、冲孔