材料成型原理重点整理

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1、液态金属结构可以这样描述：液态金属巾许多近程有序的原子集团组成，这些原子集团原子排列规则，有激烈的原子热运动和大呈空穴，存在较大的能量起伏。同吋，这些原子集团和空穴吋聚吋散，吋大吋小，处于瞬息万变的状态。液态金属冷却到冷却到平衡结晶温度Tm（熔点）时，并没有开始结晶，而是冷却到低于Tm时，固相才开始结晶析出（形核并长大），这种现象叫做过冷平衡结晶温度Tm与实际结晶温度T之间的温度差称为过冷度（AT），△T=Tm-To金属凝固的驱动力，主要取决于过冷度AT。过冷度越大，凝固的驱动力越大。液相内部出现晶核时系统自由能对变化：当

2、过冷液体中出现晶核时，系统自由能将产生变化。系统自由能的变化由两部分组成，一部分是体积自由能变化，即固、液相之间的体积自由能差△6：。它使系统的自巾能降低，它是相变的驱动力；另一部分是界而能变化，由于晶核形成的同时，也形成了新的液一固相界面，因而产生了新的界面能A6I。这部分能量将导致系统的自由能增大，它是相变的阻力。图为在三种曲率不同的表面上形核的示意图，它们具有相同的润湿角和晶核曲率半径，但是显然包含的原子数不同。显然在凸而上形成的晶核包含原子数最多，平而上次之，M而上最少。可见，即使是同一种物质作为形核基底，起形核能

3、力也不同，跟界面的曲率方向和大小有关，凹面的形核能力最强。一般来说形核剂应该满足以下儿个条件：1.失配度小、完全共格对应，方式的界面能最低，促进非自发形核的能力最强，形核率也最大。2.粗糙度大、在基底上存在凹坑时，形核能力较强。故表面粗糙不平的形核剂对促进形核有利。3.分散性好、若形核剂聚集成团，大大降低了有效基底而积，对形核有不利影响。4.高温稳定性好，形核剂在高温熔体中使用，如发生分解、氧化，或者与熔体发生一些化学反应，形核剂将发生变质，不能起到促进形核的作用。金属结晶为什么需要过冷度呢？结晶在什么条件下才能自发进行呢

4、？这是由结晶的热力学条件所决定的。从热力学观点来看，物质状态的稳定性取决于该状态的自由能高低：自由能越高，状态越不稳定；自由能越低,状态越稳定。物质总是自发地从自由能较高的状态向自由能较低的状态转变。所以，只有伴随着自由能降低的过程才能自发进行。对于凝固而言，只有当固态金属的由能低于液态金属时，结晶过程才可能进行。液相和巾它析出的固相具有不同的成分，这种巾于合金在结晶过程屮，析出同相的溶质含量不同于液相，而使界面前沿溶质富集或者贫化的现象，叫做溶质再分配。在一般凝固条件卜，固一液界面前沿将发生溶质富集（kQ

5、质富集，将导致液相凝固温度K发生变化，与界而前沿实际温度Ta存在差别，从而引起过冷。引起这种凝固温度变化是由相图中的液相线决定的。相图中的液相线就是合金的平衡结晶温度（熔点），该温度随合金中溶质的含量而变化，对于kQ<1的合金，界面前沿液相中的溶质富集将引起液相线温度的降低，若熔体温度低于该合金的液相线温度时，则处于过冷状态,过冷度等于液相线温度与实际温度之差。由溶质再分配导致界面前沿平衡凝固温度发生变化而引起过冷称为成分过冷。成分过冷判据宏观偏析通常指整个铸锭或铸件范围内产生的成分不均匀现象。一般将宏观偏析分为正偏析、逆

6、偏析、比重偏析、V形偏析和逆V形偏析、带状偏析、区域偏析、层状偏析等在不同的合金体系中，由于共晶两相在析出过程表现的相互关系不同，其结晶方式可分为共生生长和离异生长两种。砂型铸造时，固、液边界线的间距很宽，在很长一段凝同时间固液共存的两相凝固区几乎贯穿了整个铸件断血，这种凝固方式称为糊状凝固；金属型铸造时，固、液边界线的间距很窄，整个凝固过程中，仅有很薄一层两相共存区，凝固层巾表面向中心逐渐加厚，这种方式称为逐层凝固。这两种凝固方式没有明显的界限，介于两者之间的称为屮间凝固方式。最初各枝晶的取向是很乱的，只有那些主千平行于

7、热流方向的枝晶才能向前延伸，而将収向不的枝晶逐渐淘汰，这样柱状晶的生长方向越来越一致。晶体的这种相互竞争、相互淘汰的生长过程称为择优生长；欲控制获得细等轴晶组织，采取的工艺措施有如下儿条：(1)适当降低浇注温度(2)合理运用铸型对液态合金的强烈激冷作用(3)孕育处理(4)动态晶粒细化焊接过程中，改善凝固组织，防止粗晶产生的主要措施有：(1)变质处理。(2)振动结品。(3)优化焊接工艺参数。焊接热源有许多种，如电弧、气体火焰、摩擦热、电渣焊的熔渣电阻热等等。热源的性质不同，焊接时的温度场也不同。在电弧焊条件下，25mm以上的

8、钢板焊接吋，就可以认为是点状热源；而100mm以上大厚度工件电渣焊时，只能认为是线状热源。塑性加工利用金属材料的塑性变形特性，用工模具加金属材料施加机械作用，使其发生塑性变形，达到所要求的形状、尺寸、精度和组织性能。该过程中尺、1形状和组织性能都同时改变。主要有：成材的塑性加工：如轧制、挤压、拉拔等成形