建筑材料成形复习资料.docx

第一章
第一节
1、凝固成形俗称铸造，是讲金属熔炼成符合一定要求的液体并浇进铸型内，经冷却凝固、清整处理后得到有预定形状、尺寸和性能的铸件的工艺过程
2、凝固成形按造型方法分为砂型铸造、特种铸造。
3、铸造工艺分为三部分：铸造金属准备、铸造准备、铸件处理。
4、熔炼金属的设备有：冲天炉、电弧炉、感应电炉。
5、制造砂芯的工艺过程叫做制芯，也叫造芯。
6、塑性成形技术分类：板料成形（冲孔、落料、弯曲、拉伸、膨胀和翻边）、体积成形（锻造、轧制、挤压、拉拔）。
7、锻造分为自由锻和模锻两大类。
8、概念（加以注意）
1）焊接：是通过加热或两者并用，并且用或不用填充材料，使工件达到结合的一种方法。
2）熔焊：是在焊接过程中将工件接口加热至熔化状态，不加压力完成焊接的方法。
3）压焊（固态焊接）：是在加压条件下，使两工件在固态下实现原子间结合。
4）钎焊：是使用比工件熔点低的金属材料作为钎料，将工件和钎料加热到高于钎料熔点、低于工件熔点的温度，利用液态钎料润湿工件，填充接口间隙并与工件实现原子间的相互扩散，从而实现焊接的方法。
第二节
（一）凝固成形
1、凝固成形属金属质量不变过程，包括充填铸型（亦称浇注，是机械过程）和冷却凝固（热过程）两个基本过程。
2、凝固成形基本问题（3个）：凝固组织的形成与控制、铸造缺陷的避免与控制、铸件尺寸精度和和表面粗糙度的控制。
3、在现代制造的许多领域，对铸件尺寸精度和外观质量的要求愈来愈高，也正是这种要求促进了近净成形铸造技术的迅猛发展。
4、铸造技术的演变归功于金属凝固理论的发展、凝固技术的提高和计算机的应用。
5、凝固技术的发展，典型的代表就是定向凝固技术、快速凝固技术和复合材料的获得。
（二）塑性成形
1、基本问题：材料的塑性、塑性成形力的评价、加工材料内部场变量的确定和形状信息的准确输入。（记前两个就好）
2、发展概况：大批量的高速化、自动化，小批量的简易化、通用化和万能化，工艺过程的模拟化和模具设计与制造的计算机化，形成零件的精密化等发展方向。
（三）焊接成形
1、焊接成形过程包含有热过程、物理化学冶金过程和应力变形过程，这三个过程几乎是同时发生而又相互影响的。
2、（选择，懂得归类）①熔化极有：手工电弧焊、埋弧自动焊、氩弧焊、CO2气体保护焊。
②非熔化极有：钨极氩弧焊、氢原子焊、等离子弧焊。
3、（各种焊接都有的）基本问题：能量输入、清除表面污染、组织性能不均匀、残余应力和残余变形、焊接缺陷及检测、焊接结构的制造问题等。
4、焊接过程中通常会产生的缺陷：裂纹、未焊透、气孔和夹渣。
（四）表面成形基本问题（简答）P12（不做名词解释）
1）表面成形通过表面涂层技术、表面改性技术及二者的复合技术来设计零件表面。
2）表面成形技术分为表面涂层技术、表面改性技术。
3）表面涂层技术基本问题：涂层与基体的结合和涂层的材料及结构。
4）表面改性技术基本问题：针对材料的服役条件及机理，并结合基体材料，设计出所希望的表面组织及结构；其次是针对所希望的表面组织及结构，研究获得这一表面材料的方法。

第二章
第七节 金属及合金的凝固方式
1、金属或合金在铸型中凝固时可分为三区域：液相区，固、液两相区和固相区。
其中，固、液两相区的性质与凝固件最终的健全性关系最为密切。
2、凝固方式：逐层凝固、糊状凝固、中间凝固。
3、凝固方式的影响因素（6种）

第八节
（一）铸造生成过程中的凝固控制
掌握工艺控制中的充型能力控制、收缩控制、应力控制与凝固组织控制等几个方面问题。
1、充型能力控制P39（定义、分类不看，4个影响因素及如何影响重点[课件]）
影响因素：金属流动性、铸型性质、铸件结构、浇注条件。

2、收缩控制
1）收缩分为：体收缩、线收缩。
2）合金收缩有三个明显阶段：液态阶段、凝固收缩、固态收缩。
3）缺陷：液态、凝固收缩——缩孔、缩松，固态收缩——产生铸造应力、变形、裂纹。
4）防止缩孔、缩松的措施：
a、顺序凝固和同时凝固
b、合理确定浇注系统及浇注工艺
c、应用冒口、补贴、激冷物
3、应力控制
1）分类，按应力形成原因：热应力、相变应力、机械阻碍应力

2）铸造应力对铸件质量的影响

3）减少和消除残余应力的方法

4）铸件宏观组织的划分：表面细晶粒区、柱状晶区、等轴晶。
5）等轴晶特点

6）等轴晶的获得与细化

第三章 材料成形热过程
第三节 焊接成形热过程
一、焊接热过程特点
1.热源热量比较集中，功率密度比较大，相对加热面积较小。
2.在高度集中热源作用下，瞬时可将大量热能传给焊件。
3.一般焊接过程中热源是移动的，焊件的受热区域不断变化。

第四章 塑性成型理论基础
第一节 金属冷态下的塑性变形
一、 冷塑性变形机理
多晶体的塑性变形包括粒内部变形（也称晶内变形）和晶界变形（也称晶间变形）两种。
* 晶内变形：主要方式和单晶体一样为滑移和孪生。其中滑移变形是主要的。
* 在冷态变形条件下，多晶体的塑性变形主要是晶内变形，晶间变形只起次要作用，而且需要其他变形机制相协调。
二、冷塑性变形的特点
1、各晶粒变形的不同时性
2、各晶粒变形的相互协调性
3、晶粒与晶粒之间和晶粒内部与晶界附近区域之间变形的不均匀性
三、冷塑性变形后的组织变化……（金属在再结晶温度以下进行的塑性变形称为冷变形）
1、晶粒形状变化
2、晶粒内产生亚结构
3、晶粒位向改变（变形结构）
加工硬化：随着变形程度的增加，金属的强度、硬度增加，而塑性、韧性降低的现象。
第二节 金属热态下的塑性变形
热塑性变形（或热塑性加工）：从金属学角度看，再结晶温度以上进行的塑性变形。
一、塑性变形是的软化过程
动态回复和动态再结晶是在热塑性变形过程中发生的；而静态回复、静态再结晶和亚动态再结晶则是在热塑性的间歇期和热变形后，利用金属的高温余热进行的。
二、 热塑性变形机理
金属热塑性变形的机理主要由晶内滑动、晶内孪生、晶界滑移和扩散蠕动等，一般得说，晶内滑移是最主要和最常见的。
三、 塑性变形对金属组织和性能的影响
1、 改善晶粒组织
2、 锻合内部缺陷
3、 破碎并改善碳化物和非金属夹杂物在钢中的分布
4、 形成纤维组织
第三节 应力状态和应变状态分析
书99页 看工序简图写名称

第五章 凝固成形技术
第一节 凝固成形概述
凝固形成所遵循的共性：首先必须将金属或合金加热熔化到一定温度，待液态化学成分、纯净度等满足要求后，浇入铸造型腔中，然后凝固。
第二节 液态金属的获得
* 什么是合格的、高质量的液体金属？
通常包含三方面的要求：1、具有需要的温度；2、杂质含量低；3、具有所要求的化学成分。
* 冲天炉熔炼过程中加入石灰石或者萤石等溶剂有什么作用？
降低熔点，先排除杂质
* 冲天炉在熔炼过程中，根据炉内温度分布情况可分为几个区域？根据化学反应特征又可划分为几个区域？

一、 铸铁合金的熔炼
*熔炼铸铁的设备有冲天炉、反应炉、电弧炉等
*为防止高合金含量铸铁中合金元素在熔炼过程中大量氧化，必须采用感应电炉或电弧炉熔炼。
第三节 凝固成形方法
一、 砂型铸造
1、 砂型铸造工艺设计
* 铸型分型面是指砂箱间的接触表面，它是制作铸型是从铸型中取出模型的位置。
* 浇注位置的选择原则（三下一上）：

* 铸造分型面的选择原则：

2、 造型和制芯材料准备
砂型铸造可分为手工造型及机器造型两大类。
二、金属铸造
* 金属型可以反复使用，故有“永久型铸造”之称
* 其生产工艺：1）喷刷涂料
2）使金属型保持一定的工作温度
3）控制合适的出型时间
4）防止铸铁件产生白口
三、压力铸造
和低压铸造比较学习
四、 低压铸造
主要用于铝合金铸件的大批量生产，气缸体、缸盖、曲轴箱、壳体、粗砂绽翼等
五、 熔模铸造
由于熔模广泛采用蜡质材料来制造，故又常把它称为“失蜡铸造”
熔模铸造的工艺过程包括蜡模制造、结壳、脱蜡和造型、焙烧和浇注、落砂和清理等。
六、 离心铸造
离心铸造是将液态金属浇入高速旋转的铸型中，使金属住在离心力作用下填充铸型并凝固的铸造方法。
离心铸造是铁管、气缸套、铜套、双金属轴承的主要生产方法。
七、 几种常用凝固成形方法及评价
铸造方法总的选择原则是：在满足铸件内外质量要求的前提下，应具有最低单件生产成本和高的生产率
第四节 凝固成形件的结构设计
1、从合计的铸造性能方面考虑，对铸件结构的五项要求分别是什么？
1、合理设计铸件壁厚
2、铸件壁厚应尽可能均匀
3、铸件转角应采用圆角连接
4、设防裂进
5、注意缓解收缩应力
2、砂型铸造对铸件结构要求都有哪些？
1、铸件外形应便于去除模型
2、铸件内腔结构应使型芯数量少，并有利于型芯的固定和排气
3、铸件应有结构斜度
3、举例说明铸件合理及不合理结构的效果和差别？
第五节 计算机在凝固成形中的应用
一、 凝固成形CAD
凝固成形计算机辅助设计（CAD）包括铸造工艺CAD以及铸造工装（模具、模板）CAD.
2、基于三维的冒口CAD
* 设计冒口时应遵循的原则：

* 浇注系统设计原则

二、凝固成形CAE
凝固成形计算机辅助工程（CAE）又称模拟仿真技术，基于有限分析的模拟优化技术，包括充型过程模拟、凝固过程模拟、应力应变分析、微观组织模拟等。
第六节 现代凝固成形技术
现代凝固成形技术主要有哪些？
1、 定向凝固 2、快速凝固3、深过冷凝固4、连续铸造5、超常凝固

第六章 塑性成形技术
板料成形：是指在使用成形设备通过模具对金属板料在室温下加压以获得所需形状和尺寸的成形方法，习惯上也成为冲压或冷冲压。
第一节 板料成形方法
一、 冲裁
冲裁包括弹性成形、塑性成形和断裂分离三个阶段
冲裁断间面由圆角带、光亮带、断裂带、毛刺四部分组成
主要工艺参数

二、弯曲
弯曲变形包括弹性弯曲、弹—塑性弯曲和塑性弯曲三个阶段
主要变形区：内层收缩短，外层受拉伸长
主要工艺参数

三、拉伸
拉伸的变形过程：弯曲、胀形、拉伸
主要工艺参数

四、胀形
胀形变形是弯曲、局部胀形、胀形向外扩展的过程
五、翻边
内孔翻边的变形过程实质上是弯曲、扩孔和翻边的变形过成
六、冲压模具及其结构
1、简单冲模：在冲床的一次行程中只完成一个工序的冲模
2、连续冲模：在冲床的一次冲程中，在模具的不同部位上同时完成数道冲压工序的模具
3、复合冲模：在冲床的一次冲程过程中，模具同意部位上同时完成数道冲压工序的模具
第二节 板料体积成形方法
一、 锻造
锻造：在加压设备及工模具的作用下，通过金属体积的转移和分配来获得机器零件或毛培的塑性成形方法。
2自由端基本工序及其主要工艺参数
1） 镦粗
2） 拔长
3） 其他工序
4） 主要工艺参数

2、 模锻变形工步及模锻变形特点
1） 模锻变形工步：模锻时，坯料在锻模的一洗脸模膛中变形，坯料在每一模膛中的变形过程称为模锻工步，工步的名称和所用模膛的名称一致、
模锻工步根据其作用的不同课氛围胚制工步，模锻工步和切断工步三类。
2） 与自由锻相比模锻的特点
与自由锻不同的是，模锻的变形过程可以通过模具提供材料成型的形状和尺寸变化信息来控制金属的流动方向。模锻侧壁、模腔以及飞边的设置增加了金属向外流动的阻力，从而控制金属充满模腔，保证了短见的形状和尺寸精度。
二、挤压
挤压：胚料在封闭模腔中受三向不均匀压应力作用，从模具的孔口或缝隙挤出，使之横截面减少，形成所需制品。
挤压胚料的软化处理和润滑：挤压成形时，单位压力和摩擦阻力都很大。因此，胚料的软化处理和良好的润滑在挤压成形中站非常重要的地位。
第二节 计算机在塑性成形中的应用
塑性成形CAE：主要利用有限元技术对塑性成形的应力、应变进行模拟分析，预测应力集中、开裂、变形等缺陷，对于热锻过程的模拟还存在着传热过程和再结晶过程的模拟分析。
模拟的目的：
以图形和数据的形式，动态地掩饰出成形过程的发展，揭示金属的塑性流动规律；分析各种因素对变形行为的影响及成形过程中变形体和模具的各种力学场；计算变形所需在和和能量；最终是设计人员可以在成形尚未实现的生产准备阶段，遇见到成形中可能出现的折皱、破裂等问题，确定成形所需的工艺过程和技术参数，验证并优化模具设计。
第三节 现代塑性成形技术
精密塑性成形技术：零件成形后，不许加工或仅需要少量加工【近净成形或净成形】，就可用做接卸构建的塑性成形技术
特点：1）近净成形尺寸及形位精度高，为后续采用高效、高精加工提供了理想毛坯
2） 由于它的高效、低消耗、低成本，为缩短产品开发周期提供有利条件
3） 由于他的方便、快捷，为新产品开发提供了有力技术支撑
4） 改善了生产环境，成为一种清洁生产技术
第七章
第一节 典型弧焊方法……（自己认真看书）
第三节 压力焊及钎焊（重点）
一、电阻焊是焊件组合后通过电极施加压力，利用电流流过接头的接触面及邻近区域产生的电阻热将其加热到融化或塑性状态,使之在压力条件下形成接头的焊接方法。
二、 电阻焊接工艺特点主要分成：点焊、缝焊、凸焊、对焊。
点焊：将焊件装配成搭接接头，并压紧在两极之间，接通电流后利用电阻热将焊件局部熔化，形成焊点的方法。是一种高速、经济的连接方法。适用于可以采用搭接接头不要求气密性，厚度＜3mm冲压、轧制的薄板结构。可焊材料为低碳钢,淬火钢,镀锌钢板,不锈钢,铝合金和铜合金等。
缝焊：是焊件搭接或对接接头并置于两滚轮电极之间，滚轮加压焊件并转动连续或断续放电，从而产生一连串熔核，相互搭叠得密封焊缝的电阻焊方法。
凸焊：是在一个焊件的贴合面上预先加工出一个或多个凸起点,使其与另一焊件表面相接触加压并通电加热,凸点焊塌后,使这些触点形成焊点的一种电阻焊方法。
分为：单点,多点凸焊;环焊;T焊;滚凸焊和线材交叉凸焊五类。
用于焊接低碳钢和低合金钢的冲压件。除可进行板件凸焊外,还可进行螺帽,螺钉类零件的凸焊, 线材交叉凸焊,管子凸焊和板材T型凸焊。板件凸焊最佳厚度为0.5~4mm.凸焊不适宜于铝,铜,鎳等软金属。
对焊：把两焊件端部相对放置，利用焊接电流加热，然后加压完成焊接的电阻焊方法。
可分为电阻对焊和闪光对焊两类
对焊应用范围:工件接长，如带钢、型材、石油和天然气输送管道的对焊接长；环形工件的焊接，如自行车、摩托车轮圈、链环对焊；部件的组焊，将锻造、冲压,轧制,机械加工零件拼焊成复杂零件;异种金属对焊，如刀具刃部(高速钢)与柄部(中碳钢),铜,铝导
三、摩擦焊
1）原理：利用焊接接触面相对旋转运动中相互摩擦所产生的热使工件端部达到热塑性状态，然后迅速顶锻，完成焊接的一种压焊的方法
2）分类: A 根据工件相对摩擦运动轨迹可分为：旋转摩擦焊和轨道摩擦焊
B 据机械供给方式可分为：连续驱动摩擦焊和惯性摩擦焊两种
特点:
l 可代替锻造、铸造和部分机械加工；
l 生产率高，成本低；
l 易实现机械化和自动化生产；
l 能焊接高温时，塑性良好的同种金属以及能够互相固溶和扩散的异种金属；
l 环境保护好。
l 高温强度高、塑性低、导热性好的材料不容易焊接，如不锈钢－铜、硬质合金－钢等。活性金属（如钛、锆等）淬硬性好的钢材，表面氧化膜不易破碎或有镀膜、渗层及摩擦系数太小（如铸铁、黄铜等）的金属很难焊接。
四、搅拌摩擦焊（了解P203）
五、钎焊
定义：采用比母材熔点低的金属材料作钎料，将焊件和钎料加热到高于钎料熔点但低于母材熔点的温度，利用毛细作用使液态钎料润湿母材，填充接头间隙并与母材相互扩散，连接焊件的方法。
分类: A根据钎料熔点分: 软钎焊:TM＜450℃,铅，锡等
硬钎焊:TM＞450℃,铜，银，镍等
B按应用热源可分为:火焰钎焊、电阻钎焊、感应钎焊、炉中钎焊和浸沾钎焊。
【例题1】电阻焊机摩擦焊的焊接机理是什么？
【解答】 电阻焊是焊件组合后通过电极施加压力，利用电流通过接头的接触面及邻近区域产生的电阻热将其加热到熔化或塑性状态，使之在压力条件下形成接头的焊接方法。摩擦焊是利用焊件接触面相对旋转运动中相互摩擦所产生的热，使工件端部达到热塑性状态，然后迅速顶锻加压，完成焊接的一种压力焊方法。
第四节 金属材料焊接
一、结构钢的焊接
珠光体耐热钢。焊接方法：手工电弧焊为主、埋弧焊和电渣焊也常用
焊接要点：
l 含碳量和合金元素含量与低碳调质钢相近，焊接性也接近
l 主要问题是冷裂纹、再热裂纹、粗晶区脆化以及热影响区的软化
工艺措施：
l 防止冷裂和粗晶脆化，正确选择预热温度和焊后回火温度至关重要
l 减少软化，应尽可能减少焊接线能量和降低预热温度
l 防止延迟裂纹，焊后立即进行高温回火
二、不锈钢的焊接
奥氏体不锈钢的焊接：主要问题是热裂纹、脆化、晶间腐蚀和应力腐蚀开裂。含镍量越高，产生热裂倾向越大，越不容易控制（25-20钢比18-8钢热裂倾向大）
热裂防止措施：
l 严格限制S、P含量
l 调整焊缝金属组织，金属合金成分
l 采用小线能量及小截面焊道
接头脆化防止措施：
l 严格控制焊缝中铁素体含量
l 多层焊时采用较小线能量
晶间腐蚀防止措施：
l 尽量降低母材及焊缝中含碳量
l 采用热量集中的焊接方法
l 在钢中添加稳定化元素Ti、Nb等
l 在钢及焊缝金属中加铁素体形成元素
应力腐蚀开裂防止措施：
l 焊后消除或减少焊接残余应力
l 选用奥氏体－铁素体双相组织的母材或 焊接材料
l 采用高Ni的铬镍不锈钢焊条
焊接奥氏体不锈钢常采用手工电弧焊、钨极氩弧焊和熔化极富氩混合气体保护焊。
三、有色金属的焊接
铝及铝合金的焊接。只有变形铝合金可以焊接。主要问题是气孔、热裂纹及接头性能变化。热处理强化铝有较高热裂倾向
热裂纹防止措施：
l 关键在于选择合适焊丝，控制焊缝成分和配以合理规范参数
l 硬铝及超硬铝由于成分复杂产生裂纹倾向大，在原合金系统中进行成分调整难以改善抗裂性。因此，常用含硅5%（质量分数）的AL-Si焊丝（SALSi-1）来解决裂纹问题
l 采用热能集中的焊接方法，有利于减少裂纹。裂纹倾向大的铝合金，不宜采用大电流和高焊速
气孔防止措施（以纯铝、铝镁合金为突出）：
l 减少氢的来源
l 合理选择规范参数
l 采用Ar＋少量CO2或O2混合气体
第五节 焊接力学（重点看课件）论述分析
一、预防焊接残余变形措施：
减少焊接残余变形的原则：对称加热，力求分散；均匀布置，切勿集中；反向变形，以变治变；该紧就紧，该松就松。
合理按排焊接顺序要领：先主后次，先大后小；先内后外，先短后长；异向分段，亦退亦进；多点同步，对称适量。
二、防止产生应力腐蚀的措施：
1)正确选材
2)合理设计结构（①②③）P229
3)清除和调节残余应力（①②③）P229
4)采用电化学保护
5)用镀层或涂层隔离环境
6)控制和改善环境
第七节 现代焊接成型技术（等离子弧焊、激光焊接、和电子束焊接）
一、 等离子弧焊
特点： 1、高温（可达24 000—50 000K）
2、高速（是声速的数倍）
3、高能量密度（可达100 000—1 000 000w\cm）
产生的等离子弧具有三种效应： 1、机械压缩效应
2、热收缩效应
3、磁收缩效应
二、激光焊接
优点：焊接速度快，能量密度高，灵活性大，可精确控制，穿透能力强，焊缝的深度比大，热输入量低，焊接变形小，可在大气中焊。
激光焊接不需要真空环境或气体保护，属于接触焊接。
第八章 表面成形及强化技术
第一节 表面涂层技术
一、表面成形及强化技术按提高材料表面性能的本质，可分为表面涂层技术和表面改性技术两大类。
1、表面涂层技术是指在材料表面制备与其性能不同的，且能满足使用要求的材料覆盖层技术。
2、表面改性技术是通过改变材料表面的成分及结构来改变材料表面性能的技术。
二、1.电镀：在含有欲镀金属的盐溶液中，以被镀工件为阴极，通过电解作用，使镀液中欲镀金属的阳离子在工件表面上还原成金属（或合金）的过程。
随着电镀技术的广泛应用，开发了许多电镀工艺，主要包括合金电镀、复合电镀、电刷镀等
l 合金电镀：是在一个镀槽中同时沉积含有两种或两种以上金属元 素形成合金镀层的技术。
l 复合电镀：是在金属电沉积过程中，将悬浮在电镀液中的一种或数种不溶性的固体颗粒，与金属一起均匀地沉积夹杂到金属镀层，形成复合镀层的方法。
l 电刷镀：浸满镀液的毛刷或镀笔作阳极，工件作阴极。镀笔在工件表面上移动，两者之间镀液中的金属离子在电场作用下移到工件表面，获得电子后还原成金属原子，在表面沉淀结晶，形成镀层。
l 电刷镀：浸满镀液的毛刷或镀笔作阳极，工件作阴极。镀笔在工件表面上移动，两者之间镀液中的金属离子在电场作用下移到工件表面，获得电子后还原成金属原子，在表面沉淀结晶，形成镀层。
2.化学镀：
l 又称为无电解镀。是采用某种还原剂，把溶液中的金属离子还原为金属，沉积在经过处理，具有催化活性的金属或非金属基体表面
l 通过化学镀可镀的金属有Ni、Co、Pt、Cu、Ag、Au等金属及其合金
三、 涂层结合机理、结构特点及喷涂材料
1、 热喷涂层与基体结合机理
结合机理有: 1)机械结合
2)金属结合
3)微扩散结合
4)微熔合
2、涂层结构特点：
1)涂层平行和垂直于表面的两个方向性能不一致，表现为涂层结构不均匀性。
2)涂层是由撞击基体表面的熔融粒子堆积而成，因此必然会存在许多没有完全填满的部位，表现为涂层的多孔性。
3)一般情况下（低压等离子喷涂和惰性气体中喷涂除外），熔融颗粒表面都覆盖有氧化膜，因此涂层中含有大量氧化膜，表现为涂层化学不均匀性。
4)由于熔融粒子的快速冷却和收缩，会产生应力，表现为涂层中存在有较大应力。