材料成型原理1课件

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1、2021/7/11材料成形原理湖南科技大学机电工程学院2021/7/112课程性质与任务本课程是材料成型与控制工程专业的一门基础理论课。其目的在于阐明液态成形（铸造）、塑性成形（锻压）和连接成形（焊接）过程中的能流、物流和信息流规律及其物理本质。2021/7/113铸造轧制焊接挤压液态成形连接成形塑性成形2021/7/1142021/7/1152021/7/1162021/7/117第一章材料成形基本问题及发展概况1.1机器制造的一般过程（1）成形加工：改变材料的形状、尺寸和性能，主要包括液态成形、塑性成形、连接成形、塑料成形和粉末压制等。（2）切削加工：车、铣、刨、磨、

2、钻、镗及电火花激光加工等特种加工方法。（3）热处理：改变材料组织和性能，如固溶＋时效。（4）表面加工：改善材料表面状况和性能，包括表面形变和淬火强化、喷涂和气相沉积镀膜等。2021/7/1181.2材料加工的基本要素和流程材料加工的实质：改变材料的形状、尺寸和性能。三个基本要素：a.材料：根据加工前后质量的改变情况分为直通（塑性成形）、发散（切削）和汇合（焊接）三种材料流程。材料流程又包含了机械（受力变形）、热（温度变化）及化学过程（溶解相变）等基本过程，如模锻工艺。2021/7/119b.能量：使材料的形状、尺寸和性能发生改变所需的驱动力，如力压力质量力的传递（

3、机械过程）、热能的传递（包括光、电、机械能或化学能的转换）c.信息：通过能量流程赋予材料一定形状、尺寸、表面状况和性能。典型的信息传递方式：图样→工艺设计→刀具、工模具或模型→工件。更先进的信息流程：CAD/CAM。性能信息主要通过热处理和塑性加工传递。2021/7/11101.3液态成形的基本问题和发展概况液态成形铸造：熔融金属在重力或外力的作用下充型、冷凝获得铸件的一种成形方法，包括熔炼、浇注和凝固等过程，该工艺具有其他金属成形方法无可比拟的适应性。基本问题：1.凝固组织的形成与控制组织→性能2021/7/1111变质处理对铸造组织的影响：1).在铸造生产中为了细化

4、铝固溶体晶粒，通常是在合金中添加少量晶粒细化剂如Ti、Zr、B等形成像Al3Ti、Al3Zr、TiB2等高熔点化合物，它们比铝固溶体结晶早，尺寸细小而又弥散分布，具有与铝相同的晶格类型和相近的晶格常数，或具有共格对应晶面，可作为铝固溶体的结晶核心，使铝固溶体晶粒细化。同时加入Ti和B，可更有效地细化晶粒。2021/7/11122).对含Si量高的铝硅合金，缓冷共晶组织中的Si呈粗大片状，使切削加工性能和机械性能降低，需通过变质处理：加入少量的金属钠、锡、RE或氟化钠、氯化钠等的混合盐以细化共晶组织中Si的形态。3).在过共晶Al-Si合个中加入少量的磷，形成AlP化合物，

5、作为初生Si的晶核，使初生Si细化。2021/7/11132.铸造缺陷的防止与控制铸造缺陷包括缩孔缩松、气孔、夹杂等，这些缺陷严重影响铸件的使用性能，如何有效的控制铸造缺陷仍是一基本问题。2021/7/11143.铸件尺寸精度及表面质量的控制科学技术的进步促进了精密铸造技术的发展，通过精密铸造技术获得近净成品铸件甚至净成品已成为可能。然而，受液态成形方法和工艺条件的限制，这一问题的解决尚有很大难度。液态成形技术发展概况：凝固理论的发展：传质、传热、固液界面等方面的研究成果奠定了金属凝固理论体系的基石。2021/7/1115熔滴冷却速度可由过喷粉末的二次枝晶间距大致来估算：

6、对铝合金，式中系数a=50μm(K/s)1/3，n=-1/3由此可估计其冷却速率为3.7×104~1.25×105(K/s)2021/7/11162021/7/11172凝固技术的发展：a.定向凝固技术：控制液态金属沿热流相反方向凝固。例如单晶涡轮机叶片：无晶界等缺陷，高温蠕变和高温腐蚀被抑制。b.快速凝固技术：细化晶粒/第二相、消除成分偏析等缺陷，甚至成形非金结构，极大提高材料的物理、力学性能。2021/7/1118c.自生复合材料（主要是共晶合金）：相比人工复合材料，它具有增强相在基体中均匀分布、排列规则、力学性能优异。3.计算机的发展与应用：a.凝固技术的数值模拟：

7、如物理场的分析（温度、应力等）和预测缺陷，优化工艺，降低成本。b.快速样件制造c.生产过程的控制d.集成制造技术2021/7/11191.4塑性成形的基本问题和发展概况A基本问题：1.塑性－变形能力的物理体现，塑性成形的前提条件。影响因素：成分、组织结构及外部变形条件－变形温度、变形速率和应力状态等。2.变形体内部应力、应变场的确定实际条件的复杂性3.塑性成形件的精度控制（形状、尺寸等）2021/7/1120ContentTitleB发展概况：板料成形1.（大批量生产）－高速自动压力机、多工位压力机（如需30几个工步的电脑芯片