金属工艺复习全解

锻造

1、金属塑性变形的实质

金属塑性变形的实质是晶体内部产生滑移的结果。单晶体内的滑移变形。在切向应力作用下，晶体的一部分与另一部分沿着一定的晶面产生相对滑移，从而造成晶体的塑性变形。当外力继续作用或增大时，晶体还将在另外的滑移面上发生滑移，使变形继续进行，因而得到一定的变形量。

2、内部组织的变化

①晶粒沿最大变形的方向伸长：（形成纤维组织）

②晶粒破碎，位错密度增加，产生加工硬化

③产生内应力

3、加工硬化的概念及其原因

在塑性变形过程中，随着金属内部组织的变化，金属的力学性能也将产生明显的变化，即随着变形程度的增加，金属的强度、硬度增加，而塑性、韧性下降，这一现象即为加工硬化或形变强化。

关于加工硬化的原因，目前普遍认为与位错的交互作用有关。随着塑性变形的进行，位错密度不断增加，因此位错在运动时的相互交割加剧，产生固定割阶、位错缠结等障碍，使位错运动的阻力增大，引起变形抗力的增加，因此就提高了金属的强度。

4、可锻性好差的判断

金属的可锻性是衡量材料在经受压力加工时获得优质制品难易程度的工艺性能。可锻性常用金属的塑性和变形抗力来综合衡量。塑性越好，变形抗力越小，则金属的可锻性好。反之则差。金属的塑性用金属的断面收缩率ψ、伸长率δ等来表示。变形抗力系指在压力加工过程中变形金属作用于施压工具表面单位面积上的压力。变形抗力越小，则变形中所消耗的能量也越少。金属的可锻性取决于金属的本质和加工条件。

5、锻造温度

提高金属变形时的温度，是改善金属可锻性的有效措施。

金属在加热中，随温度的升高、金属原子的运动能力增强，很容易进行滑移，因而塑性提高，变形抗力降低，可锻性明显改善，更加适宜进行压力加工。但温度过高，对钢而言，必将产生过热、过烧、脱碳和严重氧化等缺陷，甚至使锻件报废，所以应该严格控制锻造温度。

锻造温度范围系指始锻温度和终锻温度间的温度区间。

锻造温度范围的确定以合金状态图为依据。碳钢的锻造温度范围，其始锻温度比AE线低200℃左右，终锻温度为800℃左右。终锻温度过低，金属的可锻性急剧变差，使加工难于进行，若强行锻造，将导致锻件破裂报废。

6、应力状态

压应力的数目越多，则金属的塑性越好；

拉应力的数目越多，则金属的塑性越差。

同号应力状态下引起的变形抗力大于异号应力状态下的变形抗力。

拉应力使金属原子间距增大，尤其当金属的内部存在气孔、微裂纹等缺陷时，在拉应力作用下，缺陷处易产生应力集中，使裂纹扩展，甚至达到破坏报废的程度。

压应力使金属内部原子间距离减小，不易使缺陷扩展，故金属的塑性会增高。

但压应力使金属内部摩擦阻力增大，变形抗力亦随之增大。

综上所述，金属的可锻性既取决于金属的本质，又取决于变形条件。在压力加工过程中，应力求创造最有利的变形条件，充分发挥金属的塑性，降低变形抗力，使功耗最少，变形进行得充分，达到加工目的。

7、自由锻和模锻的区别

见书185页第三节模锻第二段和第三段

8、拔长和冲孔的工序

拔长：圆形截面坯料拔长时，先锻成方形截面，在拔长到边长直径接近锻件直径时，锻成八角形截面，最后倒棱滚打成圆形截面，这样拔长效率高，且能避免引起中心裂纹。

冲孔：冲孔用冲子在坯料上冲出通孔或不通孔的锻造工序。实心冲子双面冲孔，在镦粗平整的坯料表面上先预冲一凹坑，放稍许煤粉，再继续冲至约3/4深度时，借助于煤粉燃烧的膨胀气体取出冲子，翻转坯料，从反面将孔冲透。

9、圆环和圆筒的过程工序

10、预锻和终锻的区别

预锻模膛的圆角、斜度较大，没有飞边槽。

终锻模膛的圆角、斜度较小，有飞边槽。

11、胎膜锻和其他两个的区别

胎膜不是固定在自由锻锤上，使用时放上去，不用时取下来。与自由成型相比，胎模成型具有较高的生产率，锻件质量好，节省金属材料，降低锻件成本。与模锻相比，节约了设备投资，简化了模具制造。但锻件质量比模锻低，劳动强度大，安全性差，模具寿命短，生产率低。

12、分模面合理与否及其原因（书187也有图，图12-7）

(1) 应保证模锻件能从模膛中取出来。轮形件，把分模面选定在a－a面时，已成形的模锻件就无法取出。一般情况，分模面应选在模锻件的最大截面处。

(2) 按选定的分模面制成锻模后，应使上下两模沿分模面的模膛轮廓一致，以便在安装锻模和生产中容易发现错模现象，及时而方便地调整锻模位置。c－c面被选定为分模面，就不符合此原则。

(3) 分模面应选在能使模膛深度最浅的位置上。这样有利于金属充满模膛，便于取件，并有利于锻模制造。b-b面，就不适合作分模面。

(4) 选定的分模面应使零件上所加的敷料最少。b-b面被选作分模面时，零件中间的孔不能锻出来，孔部金属都是敷料，既浪费金属，又增加了切削加工的工作量。所以该面不宜作分模面。

错动。按上述原则综合分析，d-d面是最合理的分模面。

13、加强筋

（a）（b）

铸件时选择B合理，可以防止缩孔缩松，加强筋可以提高强度

锻件时选择A合理，加强筋一般锻不出

14、冲孔连皮

冲孔连皮：对于具有通孔的锻件，由于不可能靠上、下模的突起部分把金属完全挤压到旁边去，故终锻后在孔内留有一薄层金属。因此，把冲孔连皮和飞边冲掉后，才能得到具有通孔的模锻件。

15、复杂的模锻件

对形状复杂的模锻件，使坯料形状基本接近模锻件形状，使金属能合理分布

和很好地充满模锻模膛，就必须预先在制坯模镗内制坯，因而设制坯模膛

铸造

1、缩孔缩松形成原因、形成的机理、影响因素

形成原因：液态收缩和凝固收缩是铸件产生缩孔和缩松的基本原因。而固相收缩对应力、变形与裂纹影响较大。

机理：

缩孔：纯金属、共晶成分合金和结晶温度范围窄的合金，在一般铸造条件下按由表及里逐层凝固的方式凝固。由于金属或合金在冷却过程中发生的液态收缩和凝固收缩大于固态收缩，从而在铸件最后凝固部位形成尺寸较大的集中缩孔。

缩松：结晶温度范围较宽的合金，一般按照体积凝固的方式凝固，凝固区内的小晶体很容易发展成为发达的树枝晶。当固相达到一定数量形成晶体骨架时，尚未凝固的液态金属便被分割成一个个互不相通的小熔池。在随后的冷却过程中，小熔池内的液体将发生液态收缩和凝固收缩，已凝固的金属则发生固态收缩。由于熔池金属的液态收缩和凝固收缩之和大于其固态收缩，两者之差引起的细小孔洞又得不到外部液体的补充，便在相应部位形成了分散性的细小缩孔，即缩松。影响因素：

金属的性质(收缩系数α大)

铸型的冷却能力（蓄热系数b小)

浇注温度与浇注速度(高，快）

铸件尺寸（大）

补缩能力（弱）

预防措施：

1)顺序凝固

铸件各部位由远及近，朝着帽口方向顺序凝固。

用于凝固收缩大、结晶间隔窄的金属。

2)同时凝固

凝固时产生热裂纹、变形倾向小。

用于凝固收缩小、对气密性要求不高的铸件。

3)使用冒口、补贴和冷铁

2、铸件的残余应力

（1）厚壁筋板内拉伸应力，薄壁筋板内压缩应

（2）中心近轴线部位受拉，外部近圆周部位受压

3、热裂纹、冷裂纹的产生以及预防措施

（1）热裂纹

产生：

金属凝固结晶末期，在固相线附近发生的晶间开裂现象，称为凝固裂纹或结晶裂纹。（其形成与凝固末期晶间存在的液膜有关，断口具有沿晶间液膜分离的特征。裂纹无金属光泽，有明显的氧化色彩。）

预防措施：

1)尽量选择凝固温度范围小、热裂倾向小的合金

2)提高铸型和型芯的退让性，以减小机械应力

3)合理设计浇道冒口

4)对于铸钢件和铸铁件，严格控制硫的含量，防止热脆性

（2）冷裂纹

产生：

冷裂纹是指金属经焊接或铸造成形后冷却到较低温度时产生的裂纹。（这类裂纹是中碳钢、高碳钢、低合金高强钢、工具钢、钛合金及铸铁等材料成形加工时或使用过程中极易出现的一类工艺缺陷，对结构的安全使用破坏极大。铸造冷裂纹是铸件凝固后冷却到弹性状态时，因局部铸造应力大于材料强度极限而引起的开裂。这类裂纹总是发生在冷却过程中承受较高拉应力的部位，特别是应力集中部位。壁厚不均匀、形状复杂的大型铸件容易产生冷裂纹。）

预防措施：凡是能减小铸造内应力或减低合金的脆性的因素均能防止热裂

4、浇注系统

浇口杯作用：用来承接来自浇包的金属液，防止金属液飞溅和溢出，减轻液流对型腔的冲击；分离渣滓和气泡，增加充型压力头

直浇道的作用：引导金属进入横浇道，提供足够的压力头

直浇道窝：缓冲金属液对直浇道底部的冲击作用，缩短直-横拐弯处的高度温流区，改善内浇道的流量分布，浮出金属液的气泡

横浇道：向内浇道分配洁净的金属液，储留最初浇入的气体和渣污的低温金属液并阻留渣滓

内浇道：控制充型速度和方向，分配金属，调节铸件各部位的温度和凝固顺序

5、浇注位置的确定

1.）铸件的重要工作面或主要加工面朝下或位于侧面

2、）铸件的大平面朝下或倾斜浇注

3.）铸件的薄壁朝下、侧立或倾斜。

4.）铸件的厚大部分应放在顶部或在分型面的侧面

5.）浇注位置应有利于砂芯的定位和稳固支撑，保证排气通畅及下芯和检验方便。尽量少用或不用砂芯，若确需使用砂芯时，应尽量避免用吊砂、吊芯或悬臂式砂芯。

6.）在大批量生产中，应使铸件的毛刺、飞翅易于清理。

7．）要避免厚实铸件冒口下面的主要工作面产生偏析。

6、看图合理与否

见书166-168页

焊接

1、 焊接接头组成与组织

受热循环的影响，焊缝附近的母材组织和性能发生变化的变化区域称为焊接热影响区。熔焊焊缝和母材的交界线叫熔合线，熔合线两侧有一个很窄的焊缝与热影响区的过渡区，叫熔合区。因此焊接接头由焊缝、熔合区和热影响区组成。

具体见书203

2、 三种焊接方法（钎焊、压焊、熔焊）的焊接方法、工艺特点

3、 焊接性能

估算钢材可焊性的方法：碳当量法

C 当量＜0.4%时，钢材塑性良好，淬硬倾向不明显，可焊性良好。

C 当量=0.4%～0.6%时，钢材塑性下降，淬硬倾向明显，可焊性较差。 C 当量＞0.6%时，钢材塑性较低，淬硬倾向很强，可焊性不好。

4、 热裂纹、冷裂纹的产生原因及其预防

热裂纹：热裂纹可发生在焊缝区或热影响区。热裂纹的微观特征是沿晶界开裂，所以又称晶间裂纹。因热裂纹在高温下形成，所以有氧化色彩

热裂纹产生的原因:

● 晶间存在液态薄膜。

● 接头中存在拉应力

热裂纹的防止:

限制钢材和焊条、焊剂的低熔点杂质，如硫和磷含量。Fe 和FeS 易形成低

熔点共晶，其熔点为988℃，很容易产生热裂纹。

缩小结晶温度范围，改善焊缝组织，细化焊缝晶粒，提高塑性减少偏析。 减少焊接应力的工艺措施，如采用小线能量，焊前预热，合理的焊缝布置

等。

冷裂纹的形态和特征

焊缝区和热影响区都可能产生冷裂纹。冷裂纹的特征是无分支，通常为穿

晶型。冷裂纹无氧化色彩。

最常见的冷裂纹是延迟裂纹，即在焊后延迟一段时间才发生的裂纹。 延迟裂纹的产生原因:

焊接接头(焊缝和热影响区及熔合区)的淬火倾向严重，产生淬火组织，导

致接头性能脆化。

焊接接头含氢量较高，并聚集在焊接缺陷处形成大量氢分子，造成非常大

的局部压力，使接头脆化。

存在较大的拉应力。因氢的扩散需要时间，所以冷裂纹在焊后需延迟一段

时间才出现。由于是氢所诱发的，也叫氢致裂纹。

图 焊接接头示意图 1-焊缝；2-熔合区；3-热影响区；4-母材

防止延迟裂纹的措施:（加粗的必须写）

选用碱性焊条或焊剂，减少焊缝金属中氢的含量，提高焊缝金属塑性。

焊条焊剂要烘干，焊缝坡口及附近母材要去油水；除锈，减少氢的来源。

工件焊前预热，焊后缓冷，可降低焊后冷却速度，避免产生淬硬组织，并可减少焊接残余应力。

采取减小焊接应力的工艺措施，如对称焊，小线能量的多层多道焊等。

焊后立即进行去氢（后热）处理，加热到250℃，保温2～6h，使焊缝金属中的扩散氢逸出金属表面。

焊后进行清除应力的退火处理。

5、焊接变形：五种

见书213页