材料成型工藝基礎知識點總結

2021-11-01 03:44:15 字數 4002 閱讀 3752

鑄造是將液態金屬澆注到具有與零件形狀及尺寸相適應的鑄型空腔中,待冷卻凝固後,獲得一定形狀和效能的零件或毛坯的方法。

優點:成型方便,工藝適應性廣;成本低廉,生產周期短。缺點:勞動強度大,生產條件差,產物汙染環境;生產工序較多;鑄件質量不穩定,廢品率高。

合金鑄造效能:合金在鑄造生產中獲得優質鑄件的能力。

1.合金的充型能力:液態合金充滿型腔,獲得尺寸正確、形狀完整、輪廓清晰的鑄件的能力,取決於合金的流動性、澆注條件、鑄型條件;合金的流動性是指合金本身在液態下的流動能力。

決定於合金的化學成分、結晶特性、粘度、凝固溫度範圍、澆注溫度、澆注壓力、金屬型導熱能力。 合金流動性不好鑄件易產生澆不到、冷隔等缺陷,也是引起鑄件氣孔、夾渣、縮孔缺陷的間接原因。

2.合金的收縮:合金在澆注、凝固直至冷卻至室溫的過程中體積和尺寸縮減的現象,分為液態、凝固、固態三個階段,取決於化學成分、澆注溫度、鑄件結構和鑄型條件。

縮孔和縮松的防止方法:1.順序凝固原則:

使鑄件按遞增的溫度梯度方向從乙個部分到另乙個部分依次凝固。如在鑄件可能出現縮孔的熱節處安放冒口,使鑄件從遠離冒口的部位開始凝固,冒口本身最後凝固。主要適用於純金屬和結晶溫度範圍窄、靠近共晶成分的合金以及凝固收縮大的合金補縮;2.

加壓補縮法:壓力鑄造、離心鑄造等。

鑄件的固態收縮受到阻礙及熱作用,會產生鑄造內應力。

1.熱應力:由於鑄件壁厚不均勻、各部分冷卻速度不一致,致使鑄件在同一時期內各部分的收縮不一致;先厚-薄+,後厚+薄-。

同時凝固原則:採取必要措施使鑄件各部分冷卻速度盡量一致,如將內澆道開在薄壁處減速凝固,在遠離澆道的厚壁處出放置冷鐵加快凝固,從而使鑄件各部分冷卻速度盡量一致。 主要適用於縮孔、縮松傾向較小的灰口鑄鐵等合金。

2.機械應力:鑄件收縮時受到鑄型、型芯等的機械阻礙而引起的應力,通過時效處理(自然~、人工~)來消除。

鑄件的變形與防止:設計鑄件時盡量使壁厚均勻、形狀簡單、結構對稱:對於重要零件進行去應力退火。

鑄件裂紋及其防止:熱裂:合理調集成金成分,合理設計鑄件結構,採用同時凝固原則和改善型砂的退讓性;冷裂:減小鑄造內應力。

3. 合金的吸氣性:在熔煉和澆注合金時,合金吸收氣體的能力。侵入氣孔,析出氣孔,反應氣孔。

砂型鑄造按完成工序方法的不同,分為手工造型(整模~、分模~、挖砂~、假箱~、活塊~、刮板~)和機器造型兩大類。

澆注系統:澆口杯,直、橫、內澆口。

澆注位置的選擇:加工面/主工作面應處於底面/側面;大平面朝下;易產生縮孔的鑄件,薄壁放在鑄型的下部/側面;厚部置於上部/側面;少用型芯。

鑄型分型面的選擇:少砂箱;少分型面,以直代曲;少用型芯/活塊;型芯置於下型箱。

鑄造結構的工藝性:工作效能、力學效能、鑄造工藝、合金鑄造效能、鑄造方法。

鑄造工藝設計程式:1)零件的技術條件和結構工藝性分析2)選擇鑄造及其造型方法3)確定澆注位置和分型面4)選用工藝引數5)設計澆冒口、冷鐵和鑄肋6)砂芯設計7)完成鑄造工藝圖後,畫出鑄件圖8)完成砂箱設計後,畫出鑄型裝備圖9)綜合整個設計內容。

金屬在外力作用下的變形階段:彈性階段、彈塑性階段、塑性階段、斷裂階段。

金屬的塑性:當外力增大到使金屬內部產生的應力超過該金屬的屈服點時,其內部原子排列的相對位置發生變化而相互聯絡不被破壞的效能。

冷(熱)變形是金屬在其再結晶溫度以下(上)進行塑性變形。

加工硬化:隨著塑性變形程度的增加,金屬硬度、強度提高,塑性、韌性降低的現象。利:

加工硬化是強化金屬的重要方法之一,尤其是對純金屬及某些不能用熱處理方法強化的合金。弊:加工硬化給進一步加工帶來困難,且使工件變形過程中容易產生裂紋,不利於壓力加工的進行。

產生原因:經過塑性變形的晶體中的位錯密度增高,位錯移動所需切應力增大;滑移面上晶格方向混亂,晶界嚴重畸變,滑移阻力增大,導致內應力增大。

纖維組織的形成及其存在利弊:金屬外力作用下發生塑性變形時,晶界上的夾雜物隨晶粒沿變形方向被拉長,金屬再結晶後仍然呈條狀保留下來,形成纖維組織。纖維組織使得金屬的力學效能呈現出方向性,沿著纖維方向抗拉強度提高,垂直於纖維方向的抗剪強度提高。

纖維組織很穩定,只能通過鍛造改變其方向和分布。

金屬的鍛造性:金屬材料利用鍛壓加工方法成型的難易程度,取決於金屬本質(金屬的化學成分和組織狀態)和金屬的變形條件(變形溫度、變形速度和變形時的應力狀態)。常用金屬的塑性和變形抗力來衡量。

自由鍛造工序(基本工序:鐓粗、拔長、沖孔、擴孔、彎曲、扭轉、錯移等;輔助工序:壓鉗口、切肩;修整工序:校正、滾圓、平整。)

自由鍛工藝規程:鍛件圖的繪製(敷料;加工餘量;鍛造公差);坯料計算;正確設計變形工序;選擇裝置。

模鍛工藝規程:繪製模鍛件圖;確定模鍛工序步驟;計算坯料;選擇裝置噸位及確定休整工序。

段膜結構:按作用分為模鍛摸膛(預鍛~~:圓角和斜度較大,且沒有飛邊槽;終鍛~~)和製坯摸膛(拔長~~、滾壓~~、彎曲~~)

合理確定分模面的位置:保證模鍛件能從模膛中順利取出 ;分模面盡量選在能使模膛深度最淺的位置;盡量使上下兩模沿分模面的模膛輪廓一致;盡量採用平面,並使上下模膛深度基本一致;模鍛件上的敷料最少,鍛件形狀盡可能與零件形狀一致。

模鍛成形過程中飛邊的形成及其作用:繼續鍛造時,由於金屬充滿模膛圓角和深處的阻力較大,金屬向阻力較小的飛邊槽內流動,形成飛邊。作用:

(1)強迫充填;(2)容納多餘的金屬;(3)減輕上模對下模的打擊,其緩衝作用。

熔焊分為:氣焊、電弧焊(焊條電弧焊、氣體保護焊(氬弧焊、co2氣體保護焊)、埋弧焊)、電渣焊、電子束焊、雷射焊。

焊接電弧:電極與工件之間的氣體介質中長時間而穩定的放電現象,由陰極區2400k、陽極區2600k、弧柱區6000~8000k組成。

直流弧焊的兩種極性接法:當工件接陽(陰)極,焊條接陰(陽)極時,稱為直流正(反)接,此時工件受熱較大(小),適合焊接厚大(薄小)工件。交流不存在正反接情況。

焊接接頭的組成

1.焊縫:晶粒以垂直熔合線的方向熔池中心生長為柱狀樹枝晶,低熔點物將被推向焊縫最後結晶部位,形成成分偏析區。

2.焊接熱影響區:焊縫兩側受到熱的影響而發生組織和效能變化的區域。該區寬度越小,焊接接頭的力學效能越好。

熔合區/半融化區:0.1~1mm,該區加熱的溫度位於液固兩相線之間,組織中包括未融化但受熱而長大的粗大晶粒和部分鑄態組織,導致焊接接頭的強度、塑性和韌性極差;

過熱區:1~3mm,該區的組織在高溫下急劇長大,冷卻後形成過熱粗晶組織,使焊接接頭的塑性和衝擊韌性顯著下降;

正火區:1.2~4.0mm,金屬發生了結晶,冷卻後得到均勻細小的正火組織,使焊接接頭的力學效能得到提高;

部分相變區:該區因相變不均勻使冷卻後的晶粒大小不等,對接頭力學效能產生不利影響。

焊接用焊條藥皮由穩弧劑(改善引弧效能,提高電弧燃燒的穩定性)、造氣劑(造成一定量的氣體,隔絕空氣,保護焊接熔滴和熔池)、造渣劑(焊接時形成熔渣,保護焊縫,鹼性渣cao還可以起脫硫、磷的作用)、脫氧劑(對熔池金屬起脫氧作用,錳還有脫硫作用)、合金劑(使焊縫金屬獲得必要的合金成分)、稀渣劑(增加熔渣流動性,降低熔渣黏度)、黏結劑(將藥皮牢固的粘在鋼芯上)7部分組成。

鹼性焊條和酸性焊條的效能及用途:

酸性焊條:氧化性強,焊縫力學效能(抗衝擊韌性)差,但工藝性差,對焊件上的鐵鏽和水分不敏感,焊縫成形美觀,交、直流均可焊接,故而應用廣泛;

鹼性焊條/低氫型~:焊縫力學效能(抗裂性)好,但工藝性差,對油汙、鐵鏽和水分較敏感,焊縫成形不美觀,一般要求用直流反接法。故多用於壓力容器、鍋爐、及重要的合金結構鋼等重要結構的焊接。

電焊條的選用原則:考慮母材的化學成分和力學效能;考慮焊件的工作條件和結構特點;考慮焊條的工藝性;選用與與施焊現場條件相適應的焊條。

焊接應力產生的根本原因是:焊接過程中對焊件進行了區域性不均勻加熱。減少和消除焊接應力的措施有:

設計焊接結構時,選用塑性好的材料;選擇合理的焊接順序;焊前預熱工件,防止最有效;採用小能量焊接法或對紅熱狀態的焊縫進行鎚擊;焊後去應力退火,消除最有效。

焊接變形的基本形式包括:收縮變形,角變形,彎曲變形、扭曲變形、波浪變形

預防措施:焊前預熱;選擇合理的焊接順序:盡量使焊縫能自由收縮,減少焊接應力;對稱焊縫採用分散對稱工藝;反變形法;剛性固定法;對長焊縫用分段焊接法。

矯正措施:機械矯正變形,利用機械力產生塑性變形來矯正焊接變形;火焰矯正變形,利用金屬區域性受熱後的冷卻來抵消已經發生的焊接變形。

常見焊接缺陷:氣孔、裂紋、夾渣、咬邊、焊瘤、未焊透。

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