现代材料加工方法答案

《现代材料加工方法》复习要点 第1章 概述

1．掌握材料的各种分类方法

① 按化学组成和显微结构分：金属材料、无机非金属材料、有机高分子材料。 ② 按性能特征分：结构材料、功能材料。

③ 按用途分：建筑材料、航空材料、电子材料、半导体材料、能源材料、生物材料。 ④ 按状态分：固体材料、液体材料、粉末材料。 2．掌握金属材料成形方法

① 液态金属铸造材料成形：a.重力下铸造：砂型铸造、金属型铸造、熔模铸造、消失

模铸造。b.外力下铸造：压力铸造、离心力铸造、挤压铸造、反重力铸造。 ② 固态金属塑性成形：a.体积金属成形：自由锻、胎模锻、模锻（开式、闭式、特种）。

b.板料金属成型：冲裁、弯曲、拉深、特种成形。

③ 金属材料焊接成形：a.熔焊（电弧焊）b.压焊（电阻焊，摩擦焊）c.钎焊，粘接焊 3．21世纪材料成形加工技术的发展趋势有哪些？

发展趋势：1.精度成形。2.材料制备与成形一体化。3.复合成形。4.数字化成形。5.材料成形自动化。6.绿色清洁生产。

4．与机械切削加工比较，材料成形加工有哪些特点？

特点：1.通常，材料在热态下通过模具或模型而成形。2.材料利用率高。3.劳动生产率高，可实现机械化，自动化生产。4.产品尺寸规格的一致性好。5.产品性能好。6.但尺寸精度比切削加工低，表面粗糙度比切削加工好。

第2章 液态金属铸造成形

1．液态金属铸造原理、特点及分类

金属液态成形通常指铸造成型。2.应用广泛，可获得形状复杂、外形尺寸不等的铸件；铸件和零件尺寸接近，少无切削加工；成本低，投资少。3.砂型铸造、特种铸造、消失模铸造。

2．消失模铸造的原理、特点及应用

1.将涂有耐火材料的模样四周用干砂充填、紧实，浇注时高温的金属液使其热解消失，并占据泡沫模所退出的空间而获得铸件。2.铸件精密度高，无取模无分型面；设计灵活；无传统制造砂芯；生产清洁；降低投资和成本。3、铸铁、铸钢、铸铝件。 3．熔模铸造的原理、特点及应用

1.在可熔性模的表面涂上数层耐火材料，将其中的蜡模熔去而制成壳，在经过焙烧，

然后进行浇注的铸造方法。2、铸件尺寸精度高，表面粗糙度小；适用于铸造某些结构形状复杂铸件，如叶轮；材料批量均不受限制。3、尺寸要求高的铸件；各种碳钢、合金钢及铜铝等各种有色金属，难切削加工合金的铸件。 4．压力铸造的原理、分类、特点及应用？

压力铸造的原理、分类、特点及应用：1.在高压作用下将液态或半液态金属（合金）快速压入金属型铸模型腔内，并使金属在压力下凝固形成铸件的铸造方法。2、热室压铸；冷室压铸（卧式，立式）。3、生产效率高；铸件精度高，表面粗糙度低；压力下铸造成形，铸件冷却速度快，故晶粒细小，表面紧实，铸件强度硬度高；压力机费用高，压铸型制造成本高；不适合高熔点金属，工艺准备时间长，不宜单件小批量生产；压铸件内部常存在气孔、缩孔和缩松等缺陷，不宜进行热处理或在高温下工作。4、Al,Mg合金，摩托车壳体，手机外壳，齿轮箱壳体，方向盘等。

5．热压机和冷压机比较及应用范围？

冷室压铸机的压室和保温坩埚炉是分开的，用于铝合金；热室机压室与坩埚是一体的，它生产效率高，热量损失少，金属氧化少，铸件夹杂少但寿命低，用于低熔点合金Al,Zn。冷室压铸压力大，铸件组织细密。

7．压力铸造的发展？（充氧铸造、真空铸造、局部加压压铸等原理）

1.充氧铸造：将干燥的氧气充入压室和压铸模型腔，以取代其中空气和其他气体。2、真空铸造：压铸前对铸型抽真空，以免产生气孔、疏松。3、局部加压压铸：在型腔壁厚处或横浇道部位加压，以解决其疏松缩孔问题。 8．反重力铸造原理及分类？

1.低压铸造：以较低压力将金属液自下而上压入铸型，并使铸件在一定压力下结晶凝固的特殊铸造方法。2.差压铸造：充型是低压铸造和压力下结晶两种工艺的复合。 9．压力铸造和低压铸造同样都是在压力下进行铸造，它们的工艺及应用范围有何不同？

压力铸造和低压铸造的工艺及应用范围的不同：1.工艺：压力铸造是高压下高速填充，压力一般为30—70Mpa，充型速度可达5—100m/s；低压铸造金属上升速度慢，仅为0.05—0.2m/s,流动平稳。铸型种类多，要求低；铸件可以热处理；厚薄件均可；铸件气孔少，力学性能好，尺寸精度低，表面粗糙度稍高，合金种类多，铸件质量范围大；设备结构简单，成本较低。2.压力铸造应用与小型、薄壁复杂铸件的大批量生产；低压铸造则可应用于厚壁件多用于铝合金。 10．压力铸造与砂型铸造的比较。

压力铸造和砂型铸造的比较：同2.4压力铸造特点 11．陶瓷型铸造原理、特点及应用？

1、利用质地较纯、热稳定性较高的耐火材料作造型材料，用硅酸乙酯水解液作粘结剂，在催化剂的作用下，经灌浆、结胶、起模、焙烧等工序而制成的。2、铸件的表面光洁度高；铸件的尺寸精度高；可以铸出大型精密铸件，最大可达十几吨；投资少，投产快，生产准备周期短。缺点是原材料价格昂贵，由于有灌浆工序，不适于浇注批量大，重量轻，形状较复杂的铸件，且生产工艺过程难于实现机械化和自动化。3、厚大

的精密铸件，广泛用于生产冲模、锻模、玻璃器皿模、压铸型和模板等，也可用于生产中型铸钢件等。

12．石膏型铸造原理、特点及应用？

1、用石膏型代替熔模多层陶瓷壳体精密铸造来获得铸件。2、铸件整体，无分型面，尺寸精度高，不会产生合箱错位，不会产生分型痕迹线；工艺复杂，设备多，时间长，成本高。3、贵重金属，无余量铸件或加工余量少的铸件

第3章 固态金属成形技术

1．固态金属成形技术分类。

固态金属成形分为体积成形和板料成形

体积成形：自由锻，胎膜锻，模锻 板料成形：冲裁，拉深，弯曲，特种成形

2．精密冲裁原理及分类

精密冲裁的原理：采用不同的冲裁方法，直接用板料冲制出尺寸和形位精度高，冲切面平整，光洁的精密冲裁件。 分类：普通精冲（整形），强力压板精冲，对向凹模（凸模）精冲，同步剪挤精冲，往复冲裁，聚氨脂精冲

3．精密冲裁与普通冲裁相比有哪些特点？

特点：三向压力，上出件，有压边齿圈，顶出件，断面质量好，光亮带大，垂直、冲裁间隙小。

4．常规锻造方法及应用？

常规锻造方法：⑴自由锻：包括锻粗、拔长、冲孔、弯曲、错移、扭转、切割。应用于单件，小批量生产，或维修工作。⑵模锻：应用于中小型锻件的大批量生产。

5．各种精密模锻方法的原理及特点、应用？

（包括开式模锻、闭式模锻、挤压、体积精压、闭塞式模锻、多向模锻、径向模锻、 摆动碾压、等温模锻和超塑性模锻）

⑴开式模锻：分模面与模具运动方向垂直，在第二阶段形成飞边，依靠飞进阻力使金属充满型腔。 ⑵闭式模锻：无飞边模锻，凹凸模的间隙方向与模具运动方向平行。优点：有利于金属充满型腔，减少了飞边磨损，并节省切飞边设备，三向压力下成形。

应用：对应力较敏感的材料，各向异性对力学性能影响较大的材料，如Al合金、高强度钢、低塑性金属。

⑶ 挤压：金属下三个方向的不均匀压应力作用下，一模孔中挤出或流入模膛内以获得所需尺寸、形状的制品或零件的塑性成形工序。 特点及应用：提高金属塑性，生产复杂截面形状的制品，提高锻件的精度，改善模具内部组织和力学性能，提高生产率和节约金属材料。 ⑷ 体积精压：体积变化很小，用于锻件精整。

⑸闭塞式模锻：先将可分凹模闭合，并对闭合的凹模施以足够的和模力，然后用一个冲头或多个冲头，以一个方向或多个方向对模膛内的胚料进行挤压成形。 特点：生产率搞，一次便可成形形状复杂的精锻件；胚料强制受三向压应力状态，适于成形低塑性材料；锻件流线沿锻件外形连续分布，力学性能好。

⑹多向模锻：在几个方向同时对胚料进行锻造的一种新工艺。 特点：可锻出形状复杂、尺寸精

确的无飞边、无模锻斜度的中空锻件，只需胚料一次加热和压机一次行程便可成形，材料利用率高，生产率高，锻件力学性能高，尤其是抗应力腐蚀性能，胚料在强压应力下成形可使金属塑性提高，但是需专用设备，对胚料要求也高。 应用：生产外形复杂的中空锻件。

（7）径向模锻；原理—利用分布于坯料横截面周围的两个或两个以上的锤头，对坯料进行高频率同步的锻打。特点—可以有效地限制金属的横向流动，提高轴向延伸效率，锻打变形量小，工作精确度高，故锻件尺寸精度高，表面粗糙度较低，加工范围较大，需要专用设备。应用—截面为圆形，方形或多边形的等截面或变截面实心轴，内孔形状复杂或内孔细长的空心轴。低塑性材料：Ti合金,Al，Mo，Nb，锆。

（8）摆动辗压，原理—圆锥形的摆头上模产生圆摆运动，在工件上局部地，按次序地施加压力，以达到整形的目的，是一种连续局部加载的成形方法。特点：省力，辗压力小可用较小的设备成形较大的锻件，产品质量高，高精密成形，机器振动及噪音小，工作条件较好，应用—盘类，饼类，和带法兰的轴类件，特别是较薄工件，如法兰盘，铣刀环，汽车后半轴，端面齿轮，链轮，销轴。

（9）等温模锻。原理—坯料在几乎恒温的温度下模锻成形。特点—模具和坯料都保持在相同的恒温条件下，变形速度低。应用—航空航天工业中的钛合金，铝合金，镁合金。生产薄腹板的肋类，盘类，梁类锻件肋的max=23/T，C超塑性模锻，也是恒温条件下的成形，设备行程速度更慢。

6．闭式模锻与开式模锻相比有哪些特点？

答①开式的有飞边，闭式的无飞边②开式的金属流线在飞边附近聚集，切除飞边后流线末端外露会影响锻件的力学性能③开式的模壁对变形金属的侧向压力较小。 7．闭式模锻与闭塞式模锻区别？

8．液态模锻原理、分类及应用？

答：液态模锻原理—液态金属直接浇注到金属模内，在一定时间里，以一定的压力作用于液态或半液态金属上，使之成形，并在此压力下结晶和塑性流动。分类：凸模加压凝固法，直接液态凝固法，间接凝固法。应用：各类金属合金，Pb合金，Zn,Cu合金,铸铁，铸钢，不锈钢，厚壁件t>1mm。形状复杂，无法用普锻成形，但性能要求比铸造高的锻件。

9．液态模锻与压力铸造区别？

答：区别①压力大小：压铸大速度快，液锻组织细密②工件性能：液锻好，无气孔③模具结构：液锻简单，无需流道，费用低，寿命长④压铸对型芯有冲击作用，且需要专用设备。

10．液态模锻与固态模锻区别？

答:液锻与固锻①液锻在压力下结晶，组织细密，均匀②液锻的压力小，相当于固锻的1/5—1/4③液锻一次成形，固锻需预锻和终锻④液锻的工件外形精确，表面粗糙度小室温锻件必须模锻，特别是在动载荷下的。

第4章 金属粉末成形技术

1．金属粉末成形工艺过程？ 粉末制备、成形、烧结。

2．金属粉末材料的制备方法？

雾化制备粉法,机械粉碎法,还原法,气相沉积法. 3．金属粉末成形方法有哪些？各自有哪些特点？

（包括模压成形、温压成形、热压成形、轧制成形、等静压成形、粉末注射成形、激光快速烧结成形）

成形方法:①模压成形：工模设备简单,成本低,压力分布,不均匀,制件密度均匀而影响性能,用于简单,尺寸的零件②非模压成形:等静压成形、连续轧制成形、喷射成形、注射成形、激光速烧结成形（成形速度快,修改很容易.只能单件生产）

③温压成形：成本低,密度高,模具寿命长,效率高,工艺简单精密成形,可完全连续化,自动化④热压成形：压制与烧结两个工序同时完成,可大大降低成形压力,缩短烧结时间,并制得密度较高,晶粒较细的材料制品⑤轧制成形：制品长度不受限制,轧制制品密度较为均匀,但厚度宽度受限制,只能轧形状简单的板带,直径与厚度比值很大的衬套⑥等静压成形：成形精度不高,生产效率不高,模具寿命短,成本低(塑料橡胶模具)能压制复杂开关的零件,压力较小,坯件密度分布均匀,结构致密.⑦粉末注射成形 可制造传统粉末,冶金,无法制造的形状复杂零件,大批量生产,具有各向同性,组织均匀,需微细粉作原料,价格高。 第

5章 金属先进连接技术

1．根据焊接工艺特点，传统上将焊接方法分为三大类，即熔化焊、固态焊和钎焊。 熔化焊：将待焊处的母材金属熔化以形成焊缝的焊接方法称为熔化焊。(fusion welding) 固态焊：焊接温度低于母材金属和填充金属的熔化温度，加压以进行原子相互扩散的焊接工艺方法，称为固态焊。(solid-state welding)

钎焊：采用比母材熔点低的金属材料作为钎料，将焊件和钎料加热到高于钎料熔点，低于母材熔化温度，利用液态钎料润湿母材、填充接头间隙并与母材相互扩散实现连接焊接的方法称为钎焊。

2．激光焊接机理、分类及特点？

激光焊：按输出能量的方式，分为脉冲激光焊和连续激光焊。根据聚焦后光斑上功率密度的不同，分为传热焊和深熔焊。

传热焊机理：当激光光斑功率密度＜105W/cm2时，激光将金属表面温度升高并熔化，然后通过热传导方式把热能伟向金属内部，使熔化区扩大，凝固后形成焊点和焊缝。其熔深轮廓近似为半球形。特点：激光光斑的功率密度小，光的吸收率较低。焊接熔深浅，速度慢，主要用于薄（＜1mm）小零件的焊接加工。深熔焊机理：要密度足够大≥106W/cm2。

3．激光焊焊接过程中的几种效应？

激光焊焊接过程中的效应：等离子效应、壁聚焦效应、净化效应、激光跟踪效应。 4．电子束焊接机理、特点及应用？

机理：利用空间、高速、定向运动的电子束（强电场作用下）以极快的速度轰击焊件表面，把部份的动能变成热能，从而使焊件熔化，实现连接。

特点：1.能量高（104～107W/cm2，热源直径0.03～1cm）。2.能源稳定，无污染。3.在真

空状态下， 可实现自动控制。4.规范调节范围较大。

应用：焊缝深宽比大，可达60：1；焊接速度快，工件热变形小；工艺适应性高，材料适应性广，原件批量生产。 5．摩擦焊接机理、特点及应用？

摩擦焊接机理：在外力作用下，利用焊接接触面之间的相对摩擦运动和塑性流动所产生的热量，使接触面及其近区金属达到粘塑性状态并产生宏观塑性变形，通过两侧材料相互扩散和动态再结晶而完成焊接的一种压力焊接方法。

特点：1.固态焊——晶粒细化；2.广泛的工艺适应性。3.焊接过程可靠性高。4.焊接尺寸精度高。5.高效。6.低耗（不需焊条、焊丝、激光、气体等）。7.清洁环保。

应用：被焊材料适应性广（金属材料、粉末材料、复合材料、异种材料、高速钢，碳钢）。 结构尺寸和接头形状适应广（管－管、棒－棒、管（棒）－板材） 6．扩散焊接技术机理、特点及应用？

扩散焊接机理：相互接触的材料表面，在温度和压力作用下相互靠近，局部发生塑性变形，原子间产生相互扩散，在界面形成新的扩散层，从而实现可靠连接。物理接触阶段，产生变形接触；相互扩散和反应阶段，形成牢固结合层；结合层成长阶段，界面消失，孔洞清除。

特点：基体不熔化，不过热，接头性能好，可通过调节扩散过程来改善，属于精密焊接。 应用：材料适应性广（耐热材料、陶瓷、磁性材料、异种金属或非金属材料）；大截面的焊接（其它焊接方法没法达到的）。

考试为闭卷，考试成绩占80%，平时成绩占20%。

空状态下， 可实现自动控制。4.规范调节范围较大。

应用：焊缝深宽比大，可达60：1；焊接速度快，工件热变形小；工艺适应性高，材料适应性广，原件批量生产。 5．摩擦焊接机理、特点及应用？

摩擦焊接机理：在外力作用下，利用焊接接触面之间的相对摩擦运动和塑性流动所产生的热量，使接触面及其近区金属达到粘塑性状态并产生宏观塑性变形，通过两侧材料相互扩散和动态再结晶而完成焊接的一种压力焊接方法。

特点：1.固态焊——晶粒细化；2.广泛的工艺适应性。3.焊接过程可靠性高。4.焊接尺寸精度高。5.高效。6.低耗（不需焊条、焊丝、激光、气体等）。7.清洁环保。

应用：被焊材料适应性广（金属材料、粉末材料、复合材料、异种材料、高速钢，碳钢）。 结构尺寸和接头形状适应广（管－管、棒－棒、管（棒）－板材） 6．扩散焊接技术机理、特点及应用？

扩散焊接机理：相互接触的材料表面，在温度和压力作用下相互靠近，局部发生塑性变形，原子间产生相互扩散，在界面形成新的扩散层，从而实现可靠连接。物理接触阶段，产生变形接触；相互扩散和反应阶段，形成牢固结合层；结合层成长阶段，界面消失，孔洞清除。

特点：基体不熔化，不过热，接头性能好，可通过调节扩散过程来改善，属于精密焊接。 应用：材料适应性广（耐热材料、陶瓷、磁性材料、异种金属或非金属材料）；大截面的焊接（其它焊接方法没法达到的）。

考试为闭卷，考试成绩占80%，平时成绩占20%。

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