材料成形技术基础.pptx

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1、 1 1、绪论1.1 1.1 材料成形技术过程形态学模型简介 1.1.1 产品和过程。产品技术的主题是“设计”“做什么”过程技术的主题是“制造”“怎么做”1.1.2 过程技术。(把产品的设计和构思制造成物化的具体产品。)过程形态学模型的研究方法 （图）1.1.3 材料过程系统。1、贯通过程 质量不变过程；2、发散过程 质量减少过程；（图）3、收敛过程 质量增加过程。第1页/共143页 1.1.4 能量过程系统。通过传递媒体向被加工材料提供能量。（图）1.1.5 信息过程系统。通过传递媒体把形状信息加于被加工材料，使之改变形状。（图）（形状信息过程伴随着性能信息过程。）1.1.6 制造过程的完整

2、模型。制造过程包涵材料过程、能量过程、信息过程。（图）第2页/共143页1.2 1.2 现代制造过程分类 1.2.1 质量不变过程。被加工材料在制造过程没有或很少改变质量。（图）1、塑性变形。锻造、扎制、粉末压制。2、浇注。1.2.2 质量减少过程。被加工材料的质量在制造过程会减少。1、切削加工；3、电加工；（图）2、化学腐蚀加工；4、冲压加工。（图）1.2.3 质量增加过程。被加工材料的质量在制造过程会增加。1、电镀；2、快速成型。第3页/共143页2 2、液态材料铸造成形技术过程2.1 2.1 概述 铸造成形技术是指制造铸型、熔炼金属、将金属液 注入型腔凝固，获得金属工件的成形方法。（图）

3、优点：投资小，生产周期短，技术过程灵活，能制造形状复杂的零件。缺点：工序多，难以精确控制；易产生铸造缺陷，铸件品质不稳定。类型：1）生产方式分类：砂型铸造，特种铸造。2）材料分类：铸铁，铸钢，铸铜，铸铝，铸造是制造零件毛柸常用的一种生产方式。（表）第4页/共143页2.2 2.2 铸造成型技术过程理论基础 2.2.1 液态金属的充型能力。液态金属充满铸型型腔，获得合格铸件的能力。影响充型能力的因素：1）金属的流动性；（图 2.2 表2.3 图）2）铸型的性质；3）浇注条件；4）铸件结构。R=V/S R=V/S(折算厚度)2.2.2 铸件的凝固。铸型中的合金从液态转变成固态的过程。1、金属凝固的

4、条件。液、固两相的能量差为相变驱动力。2、金属凝固的过程。液相中不断形成晶核并长大，直至结晶终了。3、铸件的三种凝固方式。（图）1）逐层凝固；2）体积凝固；3）中间凝固。第5页/共143页 2.2.3 铸件的收缩。1、基本概念。铸件在“液态凝固固态冷却”过程中体积减小的现象。以单位体积或长度的变化量表示。（式2.1 式）2、收缩的三个阶段。1）液态收缩阶段；（图）2）凝固收缩阶段；3）固态收缩阶段。3、铸件的实际收缩。1）摩擦阻力；2）热阻力；3）机械阻力。4、铸件的缩孔和缩松 缩孔形成 (图 2.6)缩松形成 (图 2.8)缩孔和缩松的防止：1）采用顺序凝固原则；(图 2.9)2)加压补缩。

5、第6页/共143页 5、铸造应力。铸件在冷却过程中，因固态收缩受到阻碍而引起的内应力。1）热应力；铸造应力的防止：-合理设计铸件结构；2）相变应力；-尽量选用收缩率小的合金；-采用同时凝固工艺；3）机械阻碍应力。-合理设置浇口和冒口；-时效处理。6、铸件的变形和裂纹。当铸造残余应力超过金属的屈服强度极限时，铸件变形；当铸造残余应力超过金属的抗拉强度极限时，铸件开裂。1）变形与防止。变形：（图 2.15 图）防止：铸造应力；采用反变形法。（图）2）裂纹与防止。热裂：（图）冷裂：（图）第7页/共143页 2.2.4 金属的吸气性。1、金属液吸收气体的过程。1）气体分子撞击到金属液表面，并吸附在表面

6、；2）气体分子扩散进入金属液内部。2、气体在金属液中的溶解度。金属吸收气体的饱和浓度。（cm/100g）3、气体的析出。1）气体以分子形式扩散析出；2）于金属内形成化合物排出；3）以气泡形式从金属液中逸出。4、气孔。侵入气孔，析出气孔，反应气孔。5、气体对铸件品质的影响。（表）2.2.5 铸件化学成分的偏析。宏观偏析，微观偏析。第8页/共143页2.3 2.3 液态金属成形件工艺过程设计 2.3.1 铸造工艺设计内容与步骤。1、铸造工艺设计的内容。大批量生产或大型铸件：铸件图，铸造工艺过程图，铸型装配图，操作技术规程等。小批量生产或一般产品：铸件图，铸造工艺过程图。2、铸造工艺设计步骤。（依据

7、零件图按步骤设计）1）结构工艺过程分析；4）浇注系统设计；2）铸造工艺过程方案的拟定；5)冒口、冷铁的设计；3）砂芯设计；6）绘制铸造工艺过程图。第9页/共143页 2.3.2 铸造成形方案的拟定。1、确定铸型位置。1）铸件的重要表面向下；（图 2.25 图）2）铸件的宽大平面向下或倾斜浇注；（图）3）铸件的薄壁部分向下；（图）4）铸件的厚大部分向上。（图）2、选择分型面。1）使全部或大部分铸件处于同一半型内，避免错型；（图）2）减少分型面的数目；（图）3）分型面尽量选用平面；（图）4）使型腔和主要型芯位于下腔。3、确定主要工艺过程参数。1）加工余量；2）最小铸出孔；（表）3）起模斜度；（图）

8、4）铸造圆角；5）铸造收缩率。第10页/共143页 2.3.3 浇注系统及其设计。1、浇注系统概述。引导金属液进入铸型的系列通道。1）功能。将液态金属导入型腔；调节铸件温度分布；挡渣并排除型腔内的空气；保证金属液充满型腔。2）结构。浇口杯、直浇道、横浇道、内浇道。（图）3）形式。顶部注入式、中间注入式、底部注入式、阶梯注入式。（图）2、浇注系统的设计。1）要求。阻止熔渣、气体、非金属夹杂物进入型腔；防止型腔和型芯被冲蚀；降低浇注温度；在设定的部位把金属液引入型腔；减小浇注系统的体积，节约材料。2）设计。正确选择浇注系统的类型及浇口开设的位置；确定浇注系统各部分的合理尺寸。第11页/共143页

9、2.3.4 冒口、冷铁的设计 1、冒口。铸型中储存金属液，补偿铸件收缩的技术“空腔”。1）类型。（图）2）作用：补缩铸件，集渣、通气、排气；3）满足的条件：凝固时间应大于或等于铸件的凝固时间；有足够的金属液补充铸件的收缩。2、冷铁。用来加快铸件局部冷却速度的一种激冷物。作用：调节铸型的局部温度和铸件的凝固顺序。2.3.5 铸造工艺过程图的绘制 铸造工艺过程图提供了铸件和其制造过程的全部信息。铸造技术符号和表示方法。（表）第12页/共143页2.4 2.4 液态金属成形件的结构设计 2.4.1 保证铸件质量的铸件结构设计 1、铸件的最小壁厚。（表）2、铸件的临界壁厚（最大壁厚）。3、铸件的内壁厚

10、度。4、铸件壁的过渡和连接。1）壁厚的过渡。（表）2）接头的连接。（图）5、肋。（图）6、铸造斜度。（表）7、凸台。第13页/共143页 2.4.2 适应铸造工艺过程的铸件结构设计 铸件结构设计要保证铸件的质量，并且有利于 模型制造、造型、制芯、合型和清理等操作方便。1、减化或减少分型面；（图2.46 图）2、尽量不用和少用型芯；（表）3、铸件结构应方便起模；（表）4、有利于型芯的固定和排气；（图）5、避免变形和裂纹；（表）6、有利于防止夹渣、气孔；（图）7、有利于铸件清理。（图 2.50 图）第14页/共143页2.5 2.5 常用铸造合金及其熔炼 2.5.1 常用铸造合金的铸造性能及结构技

11、术特征 两大类常用铸造合金：黑色铸造合金 铸铁、铸钢。有色铸造合金 铸造铝合金、铜合金、镁合金等。1、铸铁。使用最广泛的铸造合金。灰铸铁。铸造性能优良。特点：铁液流动性好、收缩量小、技术过程简单，力学性能不好。球墨铸铁。铸造性能一般。特点：铁液流动性不好、收缩量小、技术过程简单，力学性能好。可锻铸铁。铸造性能不好。特点：铁液流动性好、收缩量大、技术过程复杂，力学性能好。第15页/共143页 2、铸钢。铸造性能不好。钢液流动性不好，易产生冷隔、浇不足、夹渣、气孔等缺陷；铸钢凝固时收缩量大，易产生缩孔、裂纹等缺陷。尽量不采用铸造的方式使用钢材。3、铸造铝合金。铝硅合金的铸造性能好，流动性好，收缩量

12、小；其他系列合金的铸造性能不好，流动性不好，收缩量大。4、铸造铜合金。铝青铜和铝黄铜的铸造性能好，流动性好，收缩量大；锡青铜的铸造性能不好，流动性不好，收缩量大。第16页/共143页 2.5.2 铸造合金的熔炼 熔炼应满足的技术要求：1）熔炼出的金属液要符合材质性能要求；2）金属液应有足够的温度；3）有足够的熔化能力，4）低能耗，噪音小，不污染环境。熔化的方式：1）精炼熔化 熔化后对材料的化学成分进行较大的调整；2）无精炼熔化 材料在熔化过程中仅引起某些元素的变化。1、铸铁的熔炼。冲天炉熔炼 利用焦炭燃烧产生的高温熔炼铸铁。结构简单，操作维修方便，电能消耗低，生产率高。冲天炉工作原理 （图）应

13、用广泛。第17页/共143页2、铸钢的熔炼。1）电弧炉炼钢 用电极与炉料间产生的电弧高温熔化金属材料。适应于浇注各种类型铸钢件。三相电弧炉工作原理 （图）2）感应电炉炼钢 利用感应电流产生的热量熔化金属材料。适用于中、小型合金钢铸件。单相无芯感应电炉工作原理 （图）3）平炉炼钢。仅用于重型铸钢件的生产。3、铸造有色合金的熔炼。有色金属熔点低，易氧化，常用坩锅炉熔炼，金属型浇注。1）焦碳坩锅炉。结构简单，温度不易控制，生产能力小。（图）2）电阻坩锅炉。结构复杂，温度容易控制，生产能力大。（图）第18页/共143页2.6 2.6 铸造成形技术过程 2.6.1 砂型铸造 以型砂为造型材料制备铸型的铸

14、造技术。砂型铸造在铸造生产中占有很大比重，占铸件总产量的8090%。优点：适应性广，技术灵活性大，生产准备过程简单。缺点：铸件的尺寸精度差，表面粗糙度高，内部质量不好。砂型铸造的技术流程 （图）1、手工造型和制芯。全部用手工完成紧砂、起模、修整、合箱等操作。常用的手工造型方法。（图）2、机器造型。全部或部分由机器完成造型工作。震实造型。（图）高压造型。（图）拋砂造型。（图）第19页/共143页 2.6.2 特种铸造 在砂型铸造的基础上，改变铸造方法形成的另一种铸造技术。优点：铸件的尺寸精度高，表面粗糙度低；生产过程易于实现机械化、自动化。缺点：适应性差，生产准备工作量大，需要复杂的技术装备。1

15、、熔模铸造（失蜡铸造）（图）2、金属型铸造 （图）3、压力铸造 （图）4、离心铸造 （图 2.75 图）5、实型铸造（消失模铸造）（图）2.6.3 铸造方法的选择 （表）第20页/共143页3 3、固态材料塑性成形过程3-1 3-1 概述 金属的塑性成形过程是指在外力作用下，使金属材料 产生预期的塑性变形，以获得零件的加工方法。3.1.1 固态成形的基本条件 被成形的金属材料应具备一定的塑性；要有外力作用于固态金属材料上。所有在外力作用下产生塑性变形而不破坏的材料，都可以进行质量不变的固态塑性成形。可塑性成形的塑性材料：低碳钢、中碳钢、大多数有色金属。不可塑性成形的脆性材料：铸铁、铸铝合金。第

16、21页/共143页3.1.2 金属塑性成形的方法 1、轧制。(图)将金属通过轧辊之间的间隙，进行压延变形以成为型材的方法。2、挤压。(图)将金属置于挤压模内，用压力把金属从模孔中挤出成形的方法。3、拉拔。(图)将金属材料拉过拉拔模孔，使金属拔长的加工方法。4、自由锻造。(图)将加热后的金属材料置于上、下砧铁间，受到冲击力或压力的作用而变形的加工方法。5、模型锻造。将加热后的金属材料置于锻模模腔内，受到冲击力或压力的作用而变形的加工方法。6、板料冲压。金属板料在冲压模之间受压，产生分离或变形的加工方法。第22页/共143页3.1.3 成形过程分类 1、冷变形过程 金属在常温下变形，变形时的温度低

17、于该金属的再结晶温度。优点：产品的尺寸精度高，表面质量好；金属变形后有加工硬化现象，强度、硬度升高。缺点：加工硬化现象使金属的塑性和韧性下降；冷变形需要重型和大功率的设备。2、热变形过程 金属在加热状态下变形，变形时的温度高于该金属的再结晶温度。优点：金属的热变形塑性良好，可使工件进行大量的塑性变形；热变形使金属内部组织致密细小，力学性能提高；热变形使金属内部形成纤维组织，材料的力学性能具有方向性。缺点：金属表面氧化严重，工件的精度和表面质量不好；设备投资大，劳动强度大。金属固态塑性成形过程不仅能得到强度高、韧性好的产品，而且生产效率高，材料消耗少。第23页/共143页3.2 3.2 金属塑性

18、成形过程的理论基础 3.2.1 金属塑性变形的能力 金属的可锻性受金属本身的性质和变形条件的综合影响。1、金属本身的性质 化学成分的影响。同类金属的化学成分不同，其塑性也不同。纯金属的塑性比合金的好；低碳钢的塑性比中碳钢、高碳钢好；碳素钢的塑性比合金钢好。内部组织的影响。金属的组织结构不同，其可锻性差异较大。纯金属、固溶体等单相组织比多相组织的塑性好；均匀细小的晶粒比粗晶粒组织和柱状晶状组织可锻性好。第24页/共143页 2、变形加工条件 变形温度的影响。提高金属变形时的温度，其塑性增加，变形抗力降低，可锻性好；金属加热时，随着温度的变化，其性能变化很大，（图）（图）变形速率的影响。单位时间内

19、的变形程度。（图）应力状态的影响。变形方法不同，所产生的应力大小和性质也不同。在金属塑性成形过程中，应创造条件，提高金属的塑性，降低变形抗力，便于塑性加工。第25页/共143页3.2.2 金属塑性变形的基本规律 1、体积不变定律 金属在固态成形加工中，材料变形后的体积等于变形前的体积。2、最小阻力定律 金属在塑性变形过程中，其质点都将沿着阻力最小的方向移动。第26页/共143页3.3 3.3 锻造方法 锻造方法充分利用热变形的优点，在机械制造中 用来生产高强度、高韧性的毛坯或半成品。3.3.1 自由锻造 1、自由锻造成形的过程特征 成形过程中，坯料整体或局部塑性成形，材料在水平方向可以自由流动

20、，不受限制。要求被成形的材料在成形温度下具有良好的塑性；锻件的形状取决于操作者的技术水平；锻件精度低，表面质量差，适应于形状简单的小批量生产。第27页/共143页 2、自由锻造成形过程 绘制锻件图。依零件图为基础绘制；坯料质量及尺寸计算。依体积不变定律计算；选择锻造工序。确定锻造温度和冷却规范；自由锻造典型过程举例。1）盘类锻件的锻造过程。（表）2）轴类锻件的锻造过程。（表）3、自由锻件结构技术特征 自由锻件上应避免椎体、曲面、椭圆形、工字形等结构；（图）自由锻件上应避免加强筋、凸台等结构；（图）锻件结构复杂时，可以将几个简单的锻件连接成整体件。第28页/共143页3.3.2 模型锻造 1、模

21、型锻造成形的过程特征 模型锻造时坯料是整体塑性成形，坯料三向受压。模锻热成形，要求被成形的材料在高温下具有较好的塑性；模锻冷成形，要求被成形的材料具有足够的室温塑性；模锻锻件的形状取决于成形过程、模具条件和锻造力；模锻锻件的精度好，表面质量好，适用于大批量生产。2、模型锻造成形过程 绘制模锻锻件图；坯料质量及尺寸计算；模锻工序的确定；轮盘类模锻件（图）长轴类模锻件（图）修整工序。切边、冲孔、校正、热处理、清理。第29页/共143页3.3.3 胎模锻造 胎模锻造是在自由锻造设备上，使用不固定 在设备上的称为胎模的单腔模具，直接将已加热 的坯料用胎膜锻造成形的方法。优点：与自由锻造相比，锻件质量好

22、，生产效率高，节约金属。与模型锻造相比，操作灵活，胎膜简单，生产准备周期短。缺点：与模型锻造相比，锻件质量不好，胎膜寿命低，劳动强度大。胎膜锻造广泛应用于中、小批量的中、小型锻件的生产。胎膜的种类：（图）第30页/共143页3.4 3.4 板料成形方法 利用压力和模具使板料分离或塑性变形，以获得零件。优点：板料成形的零件质量小，力学性能好；生产过程为少切削或无切削加工，节约材料，生产率高。缺点：成形模具复杂，设计和制作费用高，生产周期长。板料成形所用的原材料要有足够好的塑性。板料成形广泛用于机械制造和金属制品行业。板料成形适用于大批量生产。板料成形按特征分为;分离过程和成形过程两大类。第31页

23、/共143页3.4.1 板料分离过程 分离过程用于生产有孔的、形状简单的薄板件，制品质量好。1、落料与冲孔。使板料按封闭轮廓分离。金属板料冲裁成形过程。（图）凸凹模间隙。凸凹模的间隙影响冲裁件的断面质量、模具寿命、冲裁力和尺寸精度。应合理选择。凸凹模刃口尺寸确定。考虑冲裁件的公差和模具的寿命。冲孔 凸模取最大尺寸 落料 凹模取最小尺寸 冲裁力计算。冲裁力是选用设备和设计模具的重要依据。（依据相关资料计算）2、切断。用剪刃将板料沿不封闭轮廓进行分离，主要用于下料。3、修整。对冲裁件断面进行修整，以提高其尺寸精度和表面质量。第32页/共143页3.4.2 板料成形过程 成形过程是使板料发生塑性变形

24、而制作工件。1、拉伸。（图）（图）过程特点。一维成形，拉伸应力状态，尺寸精度好；材料要求。有足够的塑性，多次拉伸要对工件退火；机械设备。液压机和机械压力机；应用。广泛用于生产各种壳类和桶状零件 2、弯曲与卷边。弯曲 （图）卷边 （图）3、翻边。（图）4、成形、收口。成形 （图）收口 （图）5、滚弯。（图）6、冲压过程实例。（图）（图）第33页/共143页3.4.3 冲模的分类及构造。冲模是板料成形中必备的模具，冲模结构是否合理对产品的质量、生产效率和模具寿命都有很大影响。1、简单模。在一次行程中只能完成一个冲压过程。（图）2、连续模。在一次行程中能完成两个以上冲压过程。（图）3、复合模。在一次

25、行程中，在模具的同一部位能 同时完成数道冲压工序。（图）第34页/共143页3.4.4 板料冲压件结构技术特征 板料冲压件通常都大批量生产，设计冲压件时，不仅要保证它的使用性能要求,还应具有良好的冲压 结构技术特征。冲压件设计时应注意：1、冲压件的精度和表面质量；2、冲压件的形状和尺寸；（图）（图）3、结构设计应尽量简化成形过程和节省材料。（图）第35页/共143页3.5 3.5 其他塑性成形简介 3.5.1 挤压成形 1、零件的挤压方式。（图）正挤压。挤压时金属的流动方向与凸模的运动方向一致。反挤压。挤压时金属的流动方向与凸模的运动方向相反。径向挤压。挤压时金属的流动方向与凸模的运动方向垂直

26、。复合挤压。挤压时金属的流动方向一部分与凸模的运动 方向一致,另一部分则相反。挤压设备为机械压力机或液压机。第36页/共143页 2、挤压的特点及应用。冷挤压。金属材料在室温下的挤压。（图）挤压件的精度高、表面质量好，材料力学性能好，材料利用率高，生产效率高；冷挤压的变形抗力大，材料需要预处理。温挤压。把坯料加热后进行挤压。（图）材料不需要预处理，便于自动化生产。挤压件的精度、表面质量不如冷挤压好。热挤压。金属材料在锻造温度下的挤压。变形抗力低，可挤压高强度的金属材料。加热温度高，挤压件的精度、表面质量不好第37页/共143页3.5.2 辊轧成形 辊轧成形生产毛坯或零件，具有原材料省、生产率高

27、、产品质量好、成本低等优点。1、辊锻。与轧制过程相似的一种锻造过程。（图）2、辊环轧制。用来扩大环形坯料的内径或外径的一种轧制过程。（图）3、横轧过程。轧辊轴线与坯料轴线互相平行的轧制方法.(图）(图）（图）（图）第38页/共143页3.5.3 超塑性加工 1、金属的超塑性概念。金属材料塑性的高低用延伸系数“”来判断。有些金属材料在特定的条件下，1001000 超塑性材料。黑色金属都可以进行超塑性加工。2、超塑性成形的特点。超塑性状态下的金属在拉伸变形过程中，变形应力极低；可获得形状复杂、薄壁的工件，工件尺寸精确；超塑性成形的工件，具有均匀而细小的晶粒组织，力学性能均匀一致；在超塑性状态下，金

28、属材料的变形抗力小，可使用中、小型设备加工。第39页/共143页 3、超塑性成形的应用。板材深冲；（图）超塑性挤压；超塑性模锻。3.5.4 摆碾 （图）第40页/共143页4 4、粉末压制和常用复合材料成形过程4.1 4.1 粉末压制成形过程 *用金属粉末作原料，经压制成形后烧结而制成 各种类型的零件和产品。*颗粒状材料兼有液体和固体的双重特性，整体的流动性和每个颗粒本身的塑性。第41页/共143页 特点：可制取极硬和特殊性能材料（硬质合金、磁性材料)；材料利用率很高，接近100%；生产成本低；材料价格高，设备和模具投资大，适宜于大批量生产。生产技术流程：添加剂 制品 原材料 配混 压制成形

29、烧结 其他处理 制品第42页/共143页4.1.1 金属粉末的制取及其特性 1、金属粉末的制取。矿物还原法。金属矿石被还原后得到海绵状金属料，将金属料粉碎后获得粉末。电解法。用金属盐的水溶液或熔盐电解析出金属颗粒或 海绵状金属，再利用机械法粉碎。雾化法。将熔化的金属液雾化后冷却得到金属粉末。(图 4-1)机械粉碎法。球磨法，利用钢球对金属块或金属粒球磨，用来制备脆性金属粉末。第43页/共143页 2、金属粉末的特性。金属粉末的特性对粉末的压制、烧结过程 及产品的性能都有重大影响。成分。主要金属含量大于98%99%。颗粒的形状和大小。形状以球状或粒状为好；大小用筛选法来表示，粉粒愈细愈好。粒度分

30、布。大小不同的粉粒级别的相对含量。粉末粒度组成的范围广，制品的性能也好。技术特征。1）松装密度。单位容积自由松装粉末的质量。2）流动性。50g粉末在流动仪中自由下降至流完所需的时间。3）压制性。压缩性 以压制前后粉末体积的压缩比表示。成形性 用压坯的强度作为成形性试验的指标。第44页/共143页4.1.2 粉末混配 *根据产品配料计算并按粒度分布把 各种金属粉末及添加物进行混合。*添加剂可以改善混合粉的成形技术特征。加入润滑剂可改善混合粉的流动性，增加可压制性。*混合粉的特性用混匀度表示，混合越均匀，越有利于制品的性能。第45页/共143页4.1.3 压制成形 压制成形过程：称粉 装粉 压制

31、保压 脱模 1、钢模压制。用机械压力将钢模内的粉末成形为压坯。（图）应用最广泛。2、流体等静压制。用高压流体从各个方向对粉末施加压力。（图）3、三向压制。单向钢模压制和等静压制的综合方法。（图）只能成形形状规则的零件。压坯的密度和强度大小对烧结体的质量有直接的影响，密度大、强度高的压坯烧结后产品的质量也好。第46页/共143页4.1.4 压坯烧结 在烧结过程中。通过高温加热使粉粒之间的原子扩散，将压坯中粉粒的接触面结合起来，成为坚实的整块。1、烧结过程：固相烧结 烧结时，粉粒在高温下仍然保持固态。液相烧结 烧结温度超过了某种组成粉料的熔点，高温下出现固、液相共存状态。*烧结温度对制品性能有重要

32、影响。较高的温度可促使粉粒间原子扩散，使烧结体的硬度和强度升高。*烧结保温时间也影响制品质量。小件保温时间短，大件时间长。*粉粒比表面积大，容易氧化。烧结必须在真空和保护气氛中进行。第47页/共143页 2、烧结中容易产生的问题 翘曲。烧结时没有支承好压坯，或压坯中的密度不均匀造成。过烧。烧结温度过高或保温时间过长，会引起翘曲、压坯胀大。分解反应及多晶转变。出现不正常组成或不均匀现象。黏结剂烧掉。有机黏结剂烧掉后，留下碳在制品中，影响其性能。第48页/共143页4.1.5 烧结后的其他处理或加工 对于一些要求较高的粉末冶金制品，烧结后还需要进行其他处理与加工，以满足要求。1、渗透。把低熔点合金

33、渗入到多孔烧结制品的孔隙中去的方法。渗透法制品的组织均匀细致，塑性与抗冲击能力好。2、复压。将烧结后的粉末压制件再放到压形模中压一次。复压可起校形作用。3、粉末金属锻造。将金属粉末制成一定形状的预成型坯，然后将预成型坯锻造成所需的零件。4、精压。对于烧结后的制品，进行锻造或冲压整形。提高密度，保证尺寸精度。5、其他后续处理。机械加工，喷砂处理，热处理等。第49页/共143页4.2 4.2 粉末压制产品及应用 在现代工业中，许多具有特殊性能的材料或 在特殊工作条件下的零部件由粉末压制来制造。4.2.1 粉末压制机械结构零件 应用广泛。例：（表）4.2.2 粉末压制轴承材料 1、多孔含油轴承材料。

34、利用粉末压制方法制做的多孔性浸渗 润滑油的减摩材料。用作轴承、衬套等。2、金属塑料减摩材料。由粉末压制多孔制品和聚四氟乙烯、二硫化钼等固体 润滑剂复合制成。这是一种性能良好的无油润滑减摩材料。第50页/共143页4.2.3 多孔性材料及摩擦材料 1、多孔性材料。多孔性材料采用金属球形雾状粉或金属纤维制造。用于过滤器、热交换器等典型产品。2、摩擦材料。这种材料的性能要求摩擦系数大，耐磨性、耐热性好。用于刹车片、离合器片等用于制动或传递扭矩零件。第51页/共143页4.2.4 硬质合金。用高硬度的金属碳化物和金属粘接剂粉末制成。具有很高的硬度，用来制作金属切削刀具。常用的硬质合金：钨钴类（YG）。

35、主要成分为碳化钨（WC）、钴（Co）。钨钴类硬质合金有较好的强度和韧性，适宜切削脆性的铸铁。钨钴钛类（YT）。主要成分为碳化钨、钴、碳化钛（TiC）。钨钴钛类硬质合金硬度高、耐热性好，适宜切削高韧性的钢材。第52页/共143页4.2.5 粉末压制钢结硬质合金及高速钢 1、钢结硬质合金。钢结硬质合金是一种工模具材料。其特点有：基本组成是碳化物加合金钢，是碳化物分布在钢基体上的金属基复合材料；由于有钢的组织，所以具有机械加工性能，可以热处理；具有合金钢和硬质合金的基本性能。2、粉末压制高速钢。用雾化法生产的高速钢粉粒制成；组织结构细、均匀，成分不存在偏析；比普通高速钢切削寿命高。第53页/共143

36、页4.2.6 耐热材料及其他材料 1、难熔金属耐热材料。难熔金属是指熔点超过2000以上的金属。这些金属与其他金属制成粉末冶金耐热材料，广泛用于高温场合。2、耐热合金材料。粉末冶金耐热合金材料的组织细致、均匀，抗高温蠕变强度与抗拉强度好。3、其他材料。金属陶瓷材料，原子能工程材料。第54页/共143页4.3 4.3 粉末压制零件或制品的结构特征 结构技术特征是指制品的结构是否适应 所采用的成形过程或制造方法。使制品在整 个生产过程中达到优质、高产、低耗。粉末压制成形零件结构设计：压制件应能顺利地从压模中取出；（图）应避免压制件出现窄尖部分；（图）零件的壁厚应均匀，台肩尽可能少，长径比小。（图）

37、第55页/共143页4.4 4.4 陶瓷制品成形过程简介 （表）第56页/共143页4.5 4.5 常用复合材料成形过程简介 纤维复合材料成形过程 4.5.1 纤维制取方法 熔体抽丝法。将所制材料熔化成液体，从液体中 以极快的速度抽出细丝。（玻璃纤维）拔丝法。将金属坯料在有气氛保护的高温 状态下反复拉拔成细丝。(金属细丝）第57页/共143页4.5.2 纤维复合材料成型方法 基体材料与增强物组合起来形成复合材料。成形方法按基体材料在成形时的状态，分为两大类。1、固态法。基体材料与增强物在成形过程中均处于固体状态。第58页/共143页 2、液态法。基体材料在成形时处于液体状态，增强物处于固体状态

38、，复合后，用基 体材料的固化而获得零件或制品。应用广泛。液态成形方法：喷射成形法。（图 4.9）压制成形法。（图）缠绕成形法。（图）连续成形法。（图）层压成形法。（图）第59页/共143页5.5.固态材料的连接过程 固态材料的连接分为永久性和非永久性两种：1、永久性连接主要通过焊接和粘接过程实现。2、非永久性连接过程使用特制的连接件或紧固件 （铆钉、螺栓、销）将零件连接起来。第60页/共143页5.1 5.1 焊接成形过程 将分离的金属用局部加热或加压，借助于 金属内部原子的结合与扩散作用牢固地连接起 来形成永久性接头的过程。优点：节省材料，接头密封性好，可承受高压；简化加工与装配工序，容易实

39、现机械化和自动化生产。缺点：焊接结构有残余应力和变形，焊接接头性能不均匀，焊接质量检验困难。焊接用于机械制造中的毛坯生产和制造各种金属结构件。第61页/共143页5.1.1 焊接成形过程特性和理论基础 1、焊接方法的分类及特点 液态焊接：母材被加热到熔化温度以上，它们在液态下 溶合,冷却时便凝固在一起。（熔化焊接）固态焊接：1）将母材加热到高塑性状态或表面薄层熔化后，用压力将母材接头焊接。（压力焊接）2）在母材接头间加入低熔点合金，局部加热使合金熔化、凝固，将母材接头焊接。（钎焊）第62页/共143页 焊接方法。（图 ）熔化焊接的主要类型。1）气焊 2）电弧焊 3）电渣焊 4）真空电子束焊接

40、5）激光焊 压力焊接的主要类型。1）电阻焊 2）摩擦焊 3）冷压焊 钎焊是不同金属间的合金化过程第63页/共143页 2、电弧焊的冶金过程及特点 电弧焊的冶金过程。电弧焊的冶金过程同电弧炉的冶炼金属相似，在熔池中产生一系列的物理变化和化学反应。（图）电弧焊的冶金过程特点。焊接的冶金过程与一般冶炼过程比较，有如下特点：1）熔池金属的温度高于一般的冶炼温度，金属蒸发、氧化和吸气现象严重。2）熔池体积小，处于液态的时间很短，冷却速度快，易产生气孔和夹渣等缺陷。第64页/共143页 电弧焊冶金过程采取的技术措施 1）采取保护措施，限制有害气体进入焊接区；2）渗入有用的合金元素，保护焊缝金属材料的化学成

41、分；3）进行脱氧、脱硫和脱磷。第65页/共143页 3、焊接接头的金属组织和性能。熔化焊接是在局部进行的，短时间的高温冶 炼及凝固过程；同时周围未熔化的基体金属会受 到短时间的热处理。因此，焊接过程会引起焊接 接头组织和性能的变化。焊接工件上温度的变化与分布。（图）第66页/共143页 焊接接头的组织和性能。熔化焊的焊接接头由焊缝、熔合区和热影响区组成。1）焊缝 由熔池金属结晶形成的焊件结合部分。柱状晶粒组织。焊缝金属的力学性能不低于基体金属。2）熔合区 焊接接头中焊缝与母材交接的过渡区。过热粗晶组织。塑性、韧性极差，是裂纹和脆性破坏的源点。3）热影响区 在热的作用下，焊缝两侧的母材发生组织变

42、化的区域。过热粗晶组织。焊接结构钢或中碳钢，易在此区域产生裂纹。改善焊接接头组织和性能的方法 采用正确的焊接方法和焊接过程，用焊接后的热处理 来改善接头的组织结构以提高接头的力学性能。第67页/共143页 4、焊接应力与变形。焊接应力和变形产生的原因。*焊接中对焊件的不均匀加热 是产生应力和变形的根本原因。（图）*焊接应力超过材料的屈服强度极限，将产生塑性变形；*焊接应力超过材料的抗拉强度极限，会产生裂纹。焊接变形的基本方式 （图）防止和减少焊接变形的措施 1）合理设计焊件结构。在保证结构承载能力下，减少焊缝数量、长度和截面积；在结构中所有的焊缝处于对称位置。2）采取必要的技术措施。（图 5.

43、7，图 5.9，图 5.10，图 5.11，图）第68页/共143页 焊接变形的矫正方法。1）机械矫正法 2）火焰加热矫正法 （图）减小与消除焊接应力的措施 1）减小焊接变形；2）焊前预热；3）焊后热处理；4）选择合理的焊接顺序。（图）第69页/共143页 5、焊接缺陷及防治措施 焊接接头的缺陷 （表）焊接缺陷的防止。针对缺陷产生的原因采取措施。6、焊接结构件设计 焊缝的布置。焊接结构件的焊缝布置是否合理，对焊接质量和生产率有很大影响。（表）焊接接头及坡口形式的选择。（图）第70页/共143页5.1.2 熔化焊接 用局部加热的方法，使两工件接合处形 成共同的熔池，凝固后将分离的工件结合起来。熔

44、化焊焊接强度高，应用广泛。1、手工电弧焊 焊接过程。手工操作；焊条。碱性焊条，酸性焊条；特点。设备简单，操作灵活，能进行全位置焊接；操作难度大，焊接质量低，用于小批量生产。第71页/共143页 2、埋弧自动焊。电弧在颗粒状焊剂层下燃烧的自动电弧焊。焊接过程。（图 5.22，图）焊丝与焊剂。焊丝 HO8A，焊剂 熔炼焊剂 特点。生产效率高，焊接质量好，节省金属材料；操作灵活性差。3、气体保护电弧焊。利用外加气体作为电弧介质并 保护电弧和焊接区的电弧焊。(图）4、气焊。利用氧炔焰产生的高温作为热源的熔化焊接方法。第72页/共143页5.1.3 压焊 1、电阻焊。利用电流通过焊接接头的接触面时产生的

45、 电阻热将焊件局部加热到熔化或高塑性状态，在压力下形成焊接接头的焊接方法。（图）优点：生产效率高，焊件变形小，劳动条件好；焊接时不需要填充金属；易于实现机械化、自动化。缺点：焊接强度低，设备复杂，耗电量大。广泛用于薄钢板的焊接。第73页/共143页 2、摩擦焊。利用工件接触面摩擦产生的热量为热源，将工件端面加热到高塑性状态，然后在压力 下使金属连接在一起的焊接方法。（图）优点：生产率高，焊接质量好，可焊接的金属范围广，设备简单，耗电量小。广泛应用于圆形工件、棒料及管材的对接第74页/共143页5.1.4 钎焊 1、钎焊过程。低熔点钎料熔化后充满固态焊件的 间隙之内，被焊金属和钎料在间隙内相 互

46、扩散、凝固，形成钎焊接头。第75页/共143页 2、钎焊的分类。硬钎焊 使用熔点高于450的钎料进行的钎焊。硬钎焊接头强度高，工作温度高，常用于硬质合金刀片和刀体的焊接。（铜焊）软钎焊 使用熔点低于450的钎料进行的钎焊。软钎焊接头强度低，工作温度低，常用于仪表中线路的焊接。（锡焊）3、钎焊的特点及应用。优点：焊件加热温度低，应力和变形小；对材料的组织和性能影响小，易于保证焊件尺寸。缺点：焊件接头的强度低，工作温度低。第76页/共143页5.1.5 常用金属材料的焊接 1、金属材料的焊接性。金属材料对焊接加工的适应性称为金属材料的焊接性。衡量焊接性的主要指标：在一定的焊接条件下，接头产生缺陷的

47、倾向性或敏感性。焊接接头在使用中的可靠性。2、铜、铝的焊接。铜、铝的焊接性能差。3、铸铁的焊补。铸铁含碳量高，焊接性能极差。*铸铁件的铸造缺陷可以焊补。第77页/共143页 4、低碳钢的焊接。塑性好，对焊接热过程不敏感，焊接性能良好。*焊接时不需要采取特殊的技术措施。5、中碳钢的焊接。热影响区易产生淬硬组织和裂纹,焊接性能不好。*采取“焊前预热，焊后缓冷”的技术措施。6、普通低合金钢的焊接。含碳量低，并且含有锰，焊接性能良好。*采取“焊前预热，焊后热处理”的技术措施。7、奥氏体不锈钢的焊接。奥氏体不锈钢的焊接性能良好。*焊接时不需要采取特殊的技术措施。第78页/共143页5.1.6 塑料的焊接

48、 1、热气焊。利用热气体对塑料表面加热，并对焊接区域 施加焊接压力来进行焊接的方法。2、超声波焊接。PVC 焊接 使塑料的焊接面在超声波能量的作用下作 高频机械振动而发热熔化，同时施加焊接压力，把塑料焊接在一起。（图）3、热工具焊。利用发热工具对被焊塑料的表面加热，其表面熔化后，在压力作用下进行焊接。热工具焊是应用最广泛的塑料焊接方法。第79页/共143页5.2 5.2 黏接过程 借助黏接剂在固体表面上的黏合力，将两个物体连接在一起的方法。黏接能部分代替焊接、铆接和螺栓连接，应用广泛。5.2.1 黏结剂 两大类：*天然黏结剂。（动物骨胶、植物淀粉）组分简单，使用范围窄。*合成黏结剂。组分复杂，

49、使用范围广。第80页/共143页1、黏结剂的组成。黏料。黏料是黏结剂的主要成分，它决定着黏结剂的性能。合成黏结剂的黏料主要有：合成树脂 环氧树脂、酚醛树脂、聚氨酯树脂 合成橡胶 丁腈橡胶。硬化剂。使黏结剂固化的组分，它使线型结构的树脂变成体型结构。硬化剂的性能和用量将直接影响黏结剂的性能。*技术性能（施工方法、硬化条件）*使用性能（黏接强度，耐热性 ）附加物。根据需要加入的填料和添加剂，能改善黏结剂的性能。第81页/共143页2、黏结剂的选择。选用的原则：1）黏结剂必须能与被黏接材料的性质相容；2）黏结剂的性能应能满足黏接接头的使用性能。选用时应注意的问题：1）合成黏结剂属于黏弹性材料，它的力

50、学性能会随环境温度变化；2）为了提高黏接接头的抗疲劳强度，应选用变形能力大的黏结剂。3）合成黏结剂的胶层在使用中会吸附 空气中的水分，黏接强度降低。第82页/共143页3、常用黏结剂及应用 环氧黏结剂。通过环氧树脂的环氧基与固化剂的活性基团 发生反应，形成胶联体系，达到黏接目的。优点：可黏材料的范围广，黏接强度高，使用方便，尺寸稳定。缺点：接头的脆性大，耐热性不高。应用广泛。（AB 胶）丙稀酸脂黏结剂。以丙烯酸脂为主要单体，通过自由 基聚合反应或离子型聚合反应来制备。优点：胶层密封性好，绝缘性好，耐腐蚀、耐水。应用广泛。（502 胶）第83页/共143页5.2.2 黏接过程 1、黏接接头的设计