材料成形工艺基础

材料成形工艺基础

一． 金属的铸造成形工艺

1．述铸造成形的实质及优缺点。

2．何谓合金的收缩？影响合金收缩的因素有哪些？

3．何谓同时凝固原则和定向凝固原则？试对图1所示阶梯型试块铸件设计浇注系

统和冒口及冷铁，使其实现定向凝固。

图1 阶梯型铸件

4．样区别铸件裂纹的性质？用什么措施防止裂纹？

5．影响铸铁中石墨化进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？

6．灰铸铁最适合铸造什么样的铸件？举出十种你所知道的铸铁件名称及它们为什

么不采用别的材料的原因。

7．可锻铸铁是如何获得的？为什么它只适宜制作薄壁小铸件？

8．为什么普通灰铸铁热处理的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？ 9．钢铁的熔炼应采用什么设备？

10．试述铸钢的铸造性能及铸造工艺特点？

11．为什么制造蜡模多采用糊状蜡料加压成形，而较少采用蜡液浇注成形？为什么

拖蜡时水温不应达到浮点？

12．壳型铸造与普通砂型铸造有何区别？它适合于什么零件的生产？ 13．金属型铸造有何优越性和局限性？

14．试述熔模铸造的主要工序，在不同批量下，其压型的制造方法有何不同？ 15．试比较气化模铸造与熔模铸造的异同点及应用范围？

16

绪论

1材料是指那些能够用于制造结构，器件或其他有用产品的物质，例如金属，陶瓷，聚合物，半导体，超导体介电材料，木材，沙石，复合材料等。

2工程材料根据其组成与结构特点，可分为金属材料，无机非金属材料，有机高分子材料和复合材料。根据材料的性能特征，可分为结构材料和功能材料。根据材料的用途分为建筑材料 能源材料 机械工程材料 电子工程材料。

3材料的主要加工主要指材料的成形加工及强化，改性和表面技术的应用。

第一章 材料的力学行为和性能

1材料的性能包括使用性能和工艺性能。使用性能分为物理性能，化学性能和力学性能。

2力学行为：材料在载荷作用力下的表现

3弹性变形：当物体所受外力不大而变形处于开始阶段时，若去除外力，物体发生的变形会完全消失，并恢复到开始状态。

4塑性变形或残余变形：当外力增加到一定数值时，物体发生的变形不能完全消失，而一部分被保留下来，这时材料进入塑性变形阶段所保留下来的变形。

5韧性断裂：断裂前出现明显宏观塑性变形的断裂

6脆性断裂：在断裂前没有宏观塑性变形的断裂行为

综上所诉，对所有材料而言，在外力作用下虽外力增加 而变形和断裂是普通规律；而对金属等晶体材料而言，该规律是由弹性变形，塑性变形，断裂三个阶段组成。

服役条件：是指零件在工作过程中承

第六章

材料成形方法选择

成形方法的选择是零件设计的重要内容，也是零件制造工艺人员所关心的重要问题。

? 不同结构与材料的零件需采用不同的成形加工方法

? 不同成形加工方法对材料的性能与零件的质量会产生不同的影响 ? 各种成形加工方法对不同零件的结构与材料有着不同的适应性

? 成形加工方法与零件的生产周期、成本、生产条件与批量等有着密切关系

第一节 材料成形方法选择的原则与依据 一、材料成形方法的选择原则

? 适用性原则 ? 经济性原则 ? 与环境相宜原则

二、材料成型方法选择的主要依据

? 零件类别、功能、使用要求及其结构、形状、尺寸、技术要求等 ? 零件的生产批量 ? 现有生产条件

三、常用成型方法的比较

第二节 常用机械零件的毛坯成型方法选择 一、轴杆类零件

? 特点——一般为重要零件 ? 选材——一般为钢

? 成型方法——主要为锻造成型（有时也用复合成型方法）

1

二、盘套类零件

? 齿轮 ? 带轮等 ? 法兰等 ? 钻套等 ? 成型方法分析

三、机架、箱座类零件

? 一般采用铸造成型方法

第三节 毛坯成型方法选择举例 例1

汽车半轴一火锻造工艺及设备 主要内容： 引言

? 我国汽车半轴生产以前

一、填空题（15分）

1．生铁的主要化学成分是以铁和碳为主，同时还含有 等杂质元素 ；钢的

化学成分中 元素的含量比生铁低；一般钢坯或钢锭要加工成钢材才能使用，常用的钢材有：板材、 、 、 四大类。

2．金属材料的冲击吸收功随温度的降低而 ，这种韧性随温度急剧变化的温度范围

称韧脆转变温度，韧脆转变温度越低，表明材料在低温下的冲击性能越 。 3．金属的晶粒越细，强度、硬度越 ，塑性、韧性越 。实际生产中可通

过 、 和 来细化晶粒。

4．常用金属中，γ-Fe、Al、Cu 等金属具有 面心 晶格,α-Fe具有 体心 晶

格。

5．金属的结晶是在过冷的情况下结晶的,冷却速度越快,过冷度 大 ，金属结晶后的

晶粒越 小 ,力学性能越 好 。

6．钢的普通热处理方法有退火、 正火 、 淬火 、 正火 。 7．钢的调质处理是指 高温回火加淬火

工程材料及成形技术基础专业知识,内容丰富,知识严谨。对于自学者来说,是绝对有用的一手资料!

机械零件材料及成形工艺的选用10.1工程材料及成形工艺选用的基本原则1)使用性能足够的原则 零件举例 模具 化工机械 受力及环境 高硬、耐磨 腐蚀介质 负荷轻、耐磨 抗弯、高冲击、耐磨 材料与工艺 工具钢、轴承钢 不锈钢、 非不锈钢 + 表面处理 球墨铸铁 渗碳钢、渗碳 调质钢， 高频表面淬火

拖拉机减速齿轮、 内燃机曲轴汽车转动齿轮

一般传动轴

强韧性

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2)工艺性能良好的原则工艺性能 铸造性 锻造性 最优条件 熔点低，共晶成分 Fcc的金属， 第二组元少的合金 ω CE < 0.4% 140 ~ 248 HB 淬火变形小，回火脆性小， 淬透性高

材料性能 从优 劣排列铸铁、黄铜、铝合金、 青铜、铸钢 低、中、高碳钢，高合 金钢、黄铜、青铜、 铝合金 碳钢及低合金结构钢， 防锈铝、青铜、硬铝 不锈钢、30钢、45钢、 铸铁、T8钢、65Mn 低碳钢、低合金钢、高 碳钢、含锰钢、铝合金

焊接性 切削性

热处理性

3)经济性合理的原则

4)结构、材料、成形工艺相适应的原则

工程材料及

章砂型与砂芯铸造2

1. 铸件综合质量=交货期+价格+技术质量

2. 外观质量要求形状、尺寸、重量准确，轮廓清晰，表面光洁。

3. 内在质量指化学成分、金相组织、力学性能、作用功能和缺陷状态符合标准或技术要求。 4. (JB／JQ82001--1990)中将铸件分为三个质量等级；合格品、一等品、优等品。合格品要求

铸件生产过程质量稳定，用户评价铸件质量能满足使用要求。一等品则要求铸件质量达到工业发达国家20世纪70年代末80年代初的水平。优等品要求达到国际同类铸件的当代先进水平；生产过程质量稳定；用户评价铸件质量达到国际水平，在国际市场上具有竞争力。 5. 铸造零件技术要求的内容包括（铸造材质牌号）、（金相组织）、（力学性能）要求、（铸件尺

寸）及（重量公差）、（表面）和（内部）缺陷允许程度以及其他特殊性能要求，如是否经（水压）、（气压）试验，试验条件，零件在机器上的工作条件等。

6. 对造型材料性能的基本要求1)型砂、芯砂应具有一定的强度(湿压强度或干拉强度等) 2)

良好的透气性。 3)对铸件收缩的可退让性(或容让性)。 4)一定的耐火度和化学稳定性。5)良好的工艺性能在造型、制芯时不粘模，有好的型(芯)砂流动性和可塑性。

7. 6)对于铝、

绍兴文理学院

先进制造技术

快速原型制造技术

班级 机自12 2 学号 12143202 学生 陈宗耀

指导老师 董雁

材料受迫成形工艺技术

摘要：制造加工工艺实质上就是一种材料成形工艺。材料成形大体分为如下三种类型：

1.受迫成形:它是利用材料的可成形性，在特定的边界和外力约束条件下的成形方法。

2去除成形:是将一部分材料有序地从基体中分离出去的成形方法。

3.堆积成形:是运用合并与连接等手段，将材料有序地合并堆积起来的成形方法。

一、精密洁净铸造工艺技术

1.1精确铸造成形技术

1.1.1自硬砂精确砂型铸造

在通常的铸造生产中，主要采用粘土砂造型，其铸件质量差、生产效率低、劳动强度大、环境污染严重。随着对铸件的尺寸精度、表面质量要求的提高，以自硬树脂砂造型、造芯工艺得到普遍的使用。自硬树脂砂具有高强度、高精度、高溃散性和低的造型造芯劳动强度，是一种适合各种复杂中、小型铸件型芯制作的高效工艺。近年来采用冷芯盒树脂砂芯发展起来的“精确砂芯造型”技术，可以生产壁厚仅有2.5mm的缸体、缸盖、排气歧管等复杂铸件。

1.1.2高紧实砂型铸造

铸型的高紧实率是当代造

材料成形理论基础习题

第一部分 液态金属凝固学

2.1 纯金属和实际合金的液态结构有何不同？举例说明。

2.2 液态金属的表面张力和界面张力有何不同？表面张力和附加压力有何关系？ 2.3 液态合金的流动性和冲型能力有何异同？如何提高液态金属的冲型能力/

2.4 钢液对铸型不浸润，θ＝180°，铸型砂粒间的间隙为0.1cm，钢液在1520℃时的表面张力σ

=1.5N/m,密度ρ液＝7500kg/m3。求产生机械粘砂的临界压力；欲使钢液不粘入铸 型而产生机械粘砂，所允许的压头H值是多少？

2.5 根据Stokes公式计算钢液中非金属夹杂物MnO的上浮速度，已知钢液温度为1500℃，η＝

0.0049N.s/m2, ρ液=7500kg/m3,ρMnO=5400 kg/m3,MnO呈球行，其半径r＝0.1mm。 3.1 设想液体在凝固时形成的临界核心是边长为a*的立方体形状;

(1)求均质形核时的a*和△G*的关系式。

(2)证明在相同过冷度下均质形核时，球形晶核较立方形晶核更易形成。

3.2 设Ni的最大过冷度为319℃，求△G*均和r*均，已知θm＝1453℃。L＝-1870J/mol，

σLC=2.25×10-5J/cm2,摩尔体积为

第七章 液态金属与气相的相互作用

1、分析氮和氢在铁中溶解度与温度的关系。

2、为什么氮和氢在面心立方晶格铁中的溶解度比在体心立方晶格铁中大？

3、氧通常以哪两种形式溶入液态铁中；在室温下铁基金属中氧以何种形式存在？ 4、为什么在焊接条件下，氢和氮在熔化金属中的含量高于按平方根定律计算出来的溶解度？ 5、氮对金属的质量有何影响？如何控制？ 6、氢对金属的质量有何影响？如何控制？ 7、氧对对金属的质量有何影响？如何控制？

第8章 液态金属与熔渣的相互作用 1、简述熔渣的作用？

2、焊接熔渣按其成分可分为哪三类？ 3、熔渣结构的分子理论主要要点有哪些？ 4、根据分子理论熔渣的碱度定义是什么？

5、何谓长渣和短渣？哪种熔渣更适合全位置焊接？

6、为什么碱性焊条对铁锈和氧化皮敏感？或请分析碱性渣时金属中的含氧量比酸性渣时大的原因？或解释碱性焊条焊接时要求严格清除焊件表面的氧化皮和铁锈的原因？

7、为什么FeO在碱性渣中的活度系数比在酸性渣中大？这是否说明碱性渣的氧化性高于酸性渣？为什么？

第9章 液态金属的净化和精炼 1、脱氧的目的是什么？

2、在熔炼钢铁和焊接冶金中常采用硅锰联合脱氧的原因是什么？或为什么在熔炼钢铁和焊接冶金中一般不单独采用硅作

陶瓷制造经历了数千年的历史,当前阻碍陶瓷材料进一步发展的关键之一是成形工艺技术没有突破。笔者介绍了胶态成形、固体无模成形工艺及气态成形,对上述工艺的原理、工艺过程及特点进行比较,提出了陶瓷成形工艺的关键问题。并介绍了水基非塑性浆料的注射成形新工艺。

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陶瓷

陶瓷材料成形工艺研究新进展崔静涛兰新哲王碧侠宋永辉张静(安建筑科技大学贵金属工程研究所西摘

西安

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要陶瓷制造经历了数千年的历史，前阻碍陶瓷材料进一步发展的关键之一是成形工艺技术没有突破。笔者介绍当

了胶态成形、体无模成形工艺及气态成形，上述工艺的原理、艺过程及特点进行比较，出了陶瓷成形工艺的关键固对工提问题。并介绍了水基非塑性浆料的注射成形新工艺。 关键词陶瓷胶态成形固体无模成形气态成形胶态注射成形Ne Re e r h Pr g es o r ig Pr c s o r mis w s a c o r s fFo m n o es f r Ce a c

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