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材料成型复习要点

铸造的优点:

1适于生产形状复杂,特别是有复杂内腔结构的铸型

2适应性广,工艺灵活性大

3成本低

合金的铸造性能:流动性和收缩

充型能力:液体合金充满型腔,获得形状完整、轮廓清晰、薄而复杂铸件的能力

影响充型能力:

1合金流动性(合金本身的流动能力)

合金的化学成分(化学成分影响了合金的结晶温度区间(反比;固液共存增大了金属液体的粘度和阻力,故而,纯金属或共晶成分的合金流动性最好)和熔点(反比;温差大热量易散失,保持液态的时间短))

2浇注条件

浇注温度(温度越高,充型能力越好,但温度过高会产生氧化、缩松、缩孔等缺陷,故而在满足液态合金能充满铸型的前提下,尽量采用低的浇注温度)

浇注速度(正比)

3铸型条件

凡是能增加金属的流动阻力、降低流速、加快冷却速度的均能降低合金的充型能力

改善充型条件:合适的壁厚、加高直浇口、扩大浇口面积、安置出气口、压力铸造、离心铸造

铸件凝固:逐层、中间、体积

影响:

结晶温度区间(合金的化学成分)越小,越趋向于逐层、温度梯度越大、越趋向于逐层(主要体现是凝固区域越窄,越趋向于逐层)

铸件收缩:

液态、凝固、固态

液态、凝固收缩体现是合金体积缩小(体收缩率),是铸件形成缩孔、缩松(结晶温度区间小的铸件以逐层凝固的方式结晶,易产生缩孔,区间大的易产生缩松)的根本原因

固态收缩体现:铸件形状、尺寸的减小(线收缩率),是铸件产生内应力、变形、裂纹缺陷的根本原因

影响收缩:

1浇注温度:影响液态收缩,浇注温度高,过热度大、液态收缩,收缩率增加

2合金的结晶温度区间:正比

顺序凝固:采取安置冒口(补缩)、冷铁(改变凝固顺序,不可用以补缩)使远离冒口的部分最先凝固。然后是靠近冒口的部分,最后是冒口本身。

优点:有效防止缩孔、缩松;缺点:温差大,产生热应力,增加合金消耗,增加工序

铸造应力:固态收缩受阻,在铸件内部产生应力(应力大于铸件的屈服强度时产生变形,大于抗拉强度时产生裂纹)

热应力:由于铸件壁厚不均,各部分冷却速度不同,各部分收缩速度不一致而互相限制产生的(厚壁或心部受拉力,薄壁或表面受拉力,固态收缩率越大,热应力越大,故而尽量减小各部分的温差壳减小热应力,同时凝固和去应力退火可以减少热应力)

收缩应力:铸件固态收缩时受到铸型和型芯的阻碍产生(提高型砂和砂芯的退让性可以减小收缩应力,收缩应力落砂后可消除)

铸件变形的防止:设计使壁厚尽可能均匀,合适的铸造工艺(收缩大的合金顺序凝固,收缩小的合金同时凝固),反变形法a

芯头:为砂芯在铸型中定位、安放、排气、从铸件中清除砂芯(水平、垂直芯头有一定的斜度)注意芯头不能形成内腔,形成内腔的是形成铸件轮廓主体。

起模斜度:垂直加工表面壁上的斜度,机械加工时会随加工余量一起切除,便于起模

浇注位置选择:目的:保证铸件质量。原则:重要加工面和主要工作面处于铸型的地面或侧面、铸件大平面处于铸型地面

分型面选择:目的:保证质量的前提下尽可能的简化造型工艺

B38,c40,d42,e45

熔模铸造:无分型面、砂芯;为提高液态金属的充型能力,常在焙烧后趁热(600-700度)进行浇注

适用:成批、大量生产(为主),也可用于单件生产;适于铸造各种合金,尤其在铸造高熔点合金和难切削加工合金上具有优越性

金属型铸造:金属铸型,开始工作前金属型和金属芯要预热,连续工作时为使金属型保持一定温度,需用风冷、水冷降温

优点:金属型与砂型相比,尺寸精度高,表面粗糙度低,导热快,故而金属型铸件的表面质量和力学性能好于砂型铸件

压力铸造:液态金属在压力(5Mpa-150Mpa)作用下填充金属铸型,压铸件不进行热处理优点:压铸件的表面质量高于其他方法铸件,可以铸造形状复杂的薄壁件或镶嵌件,适于成批、大量生产中小型低熔点有色合金

离心铸造内表面质量差

灰口铸铁中有大量的片状石墨,故而抗拉强度和塑性远低于铸钢,但片状石墨的存在对其抗压强度影响较小,故而适于生产承受压应力的铸件

影响灰口铸铁组织和性能的因素

1.化学成分

碳和硅对灰口铸铁的组织有决定性的影响(碳是形成石墨的元素,硅是强烈促进石墨化的元素碳和硅的含量越多,析出石墨越多,且机体中铁素体增加,珠光体减少)亚共晶灰口铸铁的碳和硅的质量分数越高,铸造性能越好

2冷却速度

冷却速度取决于铸型材料和铸件壁厚

3孕育处理

向铁水(该成分的铁水如果直接浇注则会出现白口组织)中加孕育剂,经孕育处理得到的灰口铸铁即:孕育铸铁

孕育处理的作用:增加了铸铁结晶的石墨晶核,使石墨呈细小片状,且均匀分布在基体上;促进形成珠光体集体;防止产生白口

孕育铸铁的优点:强度和硬度高于普通灰口铸铁;冷却速度对其组织和性能影响甚小,适于生产厚大铸件

生产高强度灰口铸铁的措施:尽量降低碳和硅的含量;提高冷却速度;孕育处理

球墨铸铁:向铁水中加入球化剂和孕育剂

其强度和塑性均优于孕育铸铁

铸造性能:灰口铸铁>球墨铸铁>铸钢

塑性:灰口铸铁<球墨铸铁<铸钢

与灰口铸铁相比,可锻铸铁强度高,塑性好,适于生产小型薄壁件

F56

零件壁的设计

最小壁厚:相同条件下,铸钢最小壁厚大于灰口铸铁(铸钢的流动性壁灰口铸铁差)

壁厚均匀:零件壁厚均与的主要目的是减小和防止形成热应力。零件壁厚不可能完全相同,但也不宜相差太大;由于外壁壁内壁冷却速度快,所以设计使零件的内壁应该比外壁薄

结构斜度和起模斜度

均是为了方便起模,均位于平行于起模方向的零件表面

但结构斜度位于非加工表面,起模斜度位于加工表面

内腔的设计

要使用自带砂芯,内腔必备两个条件:开口式;开口直径大于高度

G65 往后

第三章

金属在塑性变形过程中一定有弹性变形的存在

加工硬化的特点:各晶粒沿着变形最大的方向伸长,排列位向趋于一致;晶粒内部位错密度增加;滑移面和晶粒间产生碎晶

H79

只有产生加工硬化(塑性变形)的金属才可以进行再结晶

冷变形:可以使工件获得较高的尺寸精度、表面质量;是强化金属的重要手段,可用以提高金属的强度和硬度

纤维组织:稳定性高,不能用热处理的方法加以消除,只有经过塑性变形,才能改变其方向和分布;最大正应力和纤维方向重合,最大切应力和纤维方向垂直

可锻性:塑性、变形抗力(金属可锻性与金属的本质和加工条件相关)

I80

终锻温度:太低——裂纹;太高——晶粒粗大(终锻温度的确定——在不产生裂纹的前提下尽量降低)高碳钢和低碳钢比,可锻性较差,但高碳钢终锻温度低于低碳钢(为了打破高碳钢的网状碳化物)

提高可锻性:以较小的变形速度经行锻造;在三向压应力的条件下加工(三个方向的压应力越多,金属的塑性越好,拉应力越多,金属的塑性越差。相同的应力状态下的变形抗力大于相异应力状态下的变形抗力)

自由锻:适用于单件、小批量生产。对于大型锻件,自由锻是唯一的锻造方法

自由锻的基本工序:镦粗、拔长、冲孔、切割、弯曲、扭转、错移等(在拔长工序中,碳钢使用平砧,高合金钢使用V型砧;原因:高合金钢的塑性低于普通碳钢,采用V型砧拔长可以使坯料压应力数目增加,提高金属的可锻性。坯料的宽度方向受限,强化了长度方向的变形,从而影响坯料的拔长效率;冲孔之前一般有镦粗作为准备工序)

锻件图上有:敷料、机械加工余量(是零件的加工表面——非所有表面为机械加工而增加的一层金属)

L90K91

胎膜

扣模:侧面平直的非回转体锻件

筒模:开式筒模主要用于锻造齿轮、法兰盘等回转盘类锻件

合模:需要导柱或导锁定位,合模模膛四周有飞边槽,用于生产形状较为复杂的非回转锻件终锻模膛:尺寸比锻件放大一个收缩量,四周设有飞边槽,飞边槽有桥部和仓部组成。桥部用于增加金属从模膛中流出的阻力,促进金属充满模膛,仓部用于容纳多余的金属

预锻模膛:是坯料变形到接近锻件的形状和尺寸,以便终锻时容易充满模膛,以减少终锻模

膛的磨损。预锻模膛不设置飞边槽,模膛体积稍大于终锻模膛,模膛圆度也较大,但模膛斜度一般与终锻模膛相同

制坯模膛的工序:拔长、弯曲、切断

滚压模膛:用于减小坯料某部分的横截面积,以增大另一部分的横截面积,使金属按模锻件的形状分布

M97

曲柄压力机上的模锻:滑块行程速度慢,而每个模膛又是一次成型,因此打击惯性小,金属沿模膛高度方向填充能力差;对于形状复杂的锻件,终锻前应采用预成型和预锻工步;不宜经行拔长和滚压工步

平锻机上的锻模有三个,且具有两个互相垂直的分模面(平锻只要用于生产带头部的长管类锻件如汽车倒车齿轮)

冲裁凸凹模的间隙对冲裁件的剪断面质量有重要影响,当间隙合适时,质量较好;间隙过小或过大,上下裂纹均不能相迎重合,使剪断面产生毛刺

弯曲变形程度主要取决于弯曲半径(反比)和板料(正比)厚度,而与板料的弯曲角度无关。拉深系数越小,变形程度越大,板料所受应力越大

已变形区应力过大产生拉裂,变形区在附加切向压应力作用下易产生起皱现象

N115

冲模结构有复杂到简单:复合模(适于精度要求高的冲压件)——连续模——简单模

简单模:在冲床的一次冲程中置完成一个冲压工序的模具

连续模:在冲床的一次行程中,在模具的不同部位上同时完成两道以上的冲压工序的模具第四章

焊接加热的目的:

熔焊:工作结合处和填充金属熔化,形成熔池(应用最广泛的热源是:电弧热——是在电极之间的气体介质长时间有力的放电现象,不同于气焊的气体燃烧放热。热量——阳极>阴极>弧柱区;温度——弧柱区>阳极>阴极)

压焊:增加接头的万毒,提高接头处的塑性

钎焊:熔化钎料

熔焊中需采取的措施:

有效的保护,隔绝空气

手工电弧焊——气渣联合保护;埋弧自动焊——渣保护;气体保护焊——气保护;钎焊——钎剂保护

控制焊缝金属化学成分

进行脱氧和脱硫、磷

焊接接头的力学性能高到低——闪光对焊、电阻对焊、钎焊

O125

中、高碳钢及合金钢焊接接头,存在对焊接质量非常不利的淬火区,该淬火区的塑性、韧性低,易产生裂纹,因此此类钢在焊接时一般均需进行焊前预热,以防淬火区的形成

焊接过程中对工件进行不均匀的局部加热是焊接应力(焊接应力使焊接接头产生拉应力,两边区域产生压应力)和变形产生的根本原因

焊接应力和变形总是同时存在的,焊接结构不会只有焊接应力或变形;焊接金属塑性较好,结构刚度较小,则变形较大,焊接应力较小,反之则变形较小,焊接应力较大

P134

酸性焊条广泛应用的主要原因:焊接工艺性好

碱性焊条主要应用在重要结构、承受冲击载荷结构的焊接。原因:对电弧有压缩作用

埋弧自动焊焊接普通碳素结构钢时,一般可以采用两种配合方式:

高锰焊剂(如焊剂431)配合低碳钢焊丝H08A,重要结构可以用中锰焊丝H08MnA

无锰焊剂(如焊剂130)或低锰焊剂(如焊剂230),配合高猛焊丝H08Mn2

埋弧自动焊与手工自动焊相比的优点:

生产率高

埋弧自动焊可以采用较大焊接电流,是其比手工电弧焊生产率高的主要原因

焊接质量高

劳动条件好

埋弧自动焊用于焊接生产批量较大,长且直,处于水平位置的焊缝或直径较大的环焊缝,不适于薄板和短、不规则的焊缝的焊接

氩弧焊一般不用于低碳钢重要结构的焊接

二氧化碳气体保护焊用于焊接低碳钢(采用H08MnSiA焊丝)和低合金钢(H08Mn2SiA)压焊:点焊(薄板搭接在两电极之间)、缝焊(由于焊点重叠,分流现象严重,且板料越厚,分流越严重,因而焊接厚板时,焊机功率增大,电极寿命缩短。缝焊只限于焊接3mm以下的薄板结构)、对焊(闪光对焊在闪光过程中,工件接触面的内部气压大于外部气压,不受外界空气的影响,并且端面的氧化物和杂质部分随闪光火花带出,接头质量高。闪光对焊可用于钢轨、钢筋、管子、锚链等的对焊)

摩擦焊:两工件接触面相对摩擦产生热量。利用摩擦热加热工件接触处,待加热到塑性状态时,停止工件转动,同时施加更大的顶锻压力,在两工件接合处产生塑性变形,而焊接在一起

摩擦焊接头一般是等截面的,也可以是不等截面的,但要求有一个工件的截面为圆形或圆管形。摩擦焊可以焊接各种钢材及有色金属,不仅可以焊接同种金属,还可以焊接异种金属钎焊是指工件和填充金属同时被加热,在工件不熔化的情况下,填充金属熔化的焊接方法钎焊时,为保证接头质量,一般都使用钎剂。钎剂作用:

清除氧化膜及杂质;隔离空气;增大钎料的填充能力

钎焊多采用搭接接头以提高接头的承载能力