华农2012年热加工工艺期末考试提纲

第一章铸造

铸造成形的特点（P1）

1）可以铸出内腔、外形很复杂的毛坯；

2）工艺灵活性大。几乎各种合金、各种尺寸、形状、重量和数量的铸件都能生产；

3）成本较低。原材料来源广泛，价格低廉。

铸造成形的缺点（P1）

1）铸造组织疏松、晶粒粗大，内部易产生缩孔、缩松、气孔等缺陷。

2）铸件的机械性能较低。

3）铸造工序多，难以精确控制，使得铸件质量不够稳定。

4）劳动条件较差，劳动强度较大。

铸件的凝固方式（P4）

?逐层凝固：纯金属或共晶成分的合金，由于不存在液固并存的凝固区，固液之间由

一条界限清楚分开，随温度下降，界限不断向中心移动，直至凝固完成。

?糊状凝固：合金的结晶温度范围很宽，且铸件温度分布较为平坦，则在凝固时铸件

表面不存在固体层，凝固区贯穿整个断面，即先糊状而固化。

?中间凝固：介于逐层凝固和糊状凝固之间，大多数合金为此凝固方式

铸件的收缩(P7)

?铸件的收缩要比合金的收缩复杂得多，当合金成分和温度一定时，铸件的收缩还与

铸件结构和铸型条件有关。

?铸件结构造成各部分冷却速度不同，产生内部应力阻碍收缩；铸型和型芯产生机械

阻力。

铸造应力（P10）

?铸件的固态收缩受到阻碍而引起的内应力称为铸造应力。

?阻碍按形成的原因不同分为热阻碍和机械阻碍。

?铸件各部分由于冷却速度不同，收缩量不同而引起的阻碍称为热阻碍，由其引起的

应力称热应力。

?铸型、型芯对铸件收缩的阻碍称为机械阻碍，由其引起的应力称机械应力。

合金的铸造性能对铸件结构的要求（P24）

?铸造性能是一个极其重要的工艺性能，对铸件质量、铸造工艺及铸件结构有显著的

影响；

?铸造性能通常用流动性、收缩性来衡量

分型面的选择（P28）

分型面是指分开铸型便于取模的接合面。它决定了铸件在造型时的位置。通常造型位置和浇注位置一致。分型面对铸件质量及铸造工艺有很大影响。首先应保证铸件质量要求，其次应使操作尽量简化，再考虑具体生产条件。

分型面的选择原则（P30）

1）尽量使铸件重要加工面或大部分加工面、加工基准面放在一个砂型内，减少错箱，提高铸件精度。

2）分型面应尽量为平直面；

3）应尽量减少型芯和活块的数量；

4）使型腔和主要型芯位于下箱，以便于下芯、合型和检查型腔尺寸。

芯头的主要作用

?芯头（Cores Print）是型芯的重要组成部分，起定位和支撑型芯、排除型芯内气体

的作用。

铸铁的凝固过程和石墨化（P35）

石墨析出的过程称为石墨化；

影响铸铁石墨化的因素（P36）

1）化学成分：C、Si、P是促进石墨化元素；Mn、S是反石墨化元素；

2）冷却速度：减小冷却速度可以促进石墨化，反之则阻止石墨化；

把各元素按其对石墨化影响的程度折算成碳的相当含量，其总和叫碳当量：CE＝C＋1／3（Si+P)

灰铸铁（P39）

(1)灰铸铁的组织性能特点：

1）铸造性能和机加工性能良好；2）减磨性能好；

3）减震性能好；4）缺口敏感性小；5）力学性能较差。

灰铸铁的牌号：HT100、HT150、T200、HT225、HT250、HT275、HT300和HT350共八个牌号；

?HT——灰铁

?数字表示标准试样所测

得的最小抗拉强度值（MPa)

孕育处理（P40）

?变质处理：浇注前向铁水内加入少量促进石墨化元素（称孕育剂），大大增加了结

晶核心，促进石墨细化，分布均匀;防止产生白口组织。

?常用变质剂为含硅75%的硅铁，加入量一般为铁液重量的0.4%左右。

?性能：孕育铸铁的强度有很大提高，并且塑性、韧性也有所提高。

球墨铸铁（P41）

球墨铸铁的组织和性能特点：由于石墨呈球状,对基体的缩减和割裂作用降至最低,强度、塑性和韧性大为提高。

?球墨铸铁牌号：QT350-22、QT400－18、QT400-15、QT700－2、QT900－2等10

个牌号。

?QT”表示“球铁”

?第一组数字400为最低抗拉强度400MPa，第二组数字17为最低延伸率17%。

T形梁的变形（36）

影响灰铸铁力学性能：石墨的形状（主要因素）

作业

1、铸造成形的特点及存在的主要问题是什么？

2、什么合金流动性好，为什么？

3、缩孔和缩松有什么不同？它们和凝固方式有什么关系？

4、何谓热应力、机械应力？如图所示为一T形梁铸钢件，板I厚，板II薄，问在固态收缩时会产生什么样的铸造应力？判断各部分应力属什么性质？判断变形方向。

5、何谓分型面？主要作用是什么？简述分型面的选择原则。

6、型芯的主要作用是什么？

7、什么叫石墨化？影响石墨化的主要因素是什么？

8、说出铸铁牌号HT200、QT400-15、ZG340-640的名称及各符号表示的意义？

第二章金属塑性成形

塑性成形加工的优点（P66）

1、改善金属的组织，提高金属的力学性能；

1）消除气孔、缩孔；2）通过再结晶可细化晶粒；3）形成纤维组织。

2、节约金属材料和切削加工工时，提高金属材料的利用率和经济效益；

3、具有较高的劳动生产率。

冷变形强化（加工硬化）（P69）

? 指金属在低温下进行塑性变形时，金属的强度和硬度升高，塑性和韧性下降的现象。

如P70图2-7所示；

? 冷变形强化的原因是：在塑性变形过程中，在滑移面上产生了许多晶格方向混乱的

微小碎晶，滑移面附近的晶格也产生了畸变，增加了继续滑移的阻力，使继续变形困难。如图2-9所示。

? 对某些不能通过热处理来强化的金属，可用低温变形来提高金属强度。如变形铝合

金、奥氏体不锈钢。

? 但在塑性加工中，冷变形强化使塑性变形困难，故采用加热的方法使金属再结晶，

而获得好的塑性。

回复和再结晶

（1）回复（P70）

? 指当温度升高时，金属原子获得热能，使冷变形时处于高位能的原子回复到正常排

列，消除由于变形而产生的晶格扭曲的过程，可使内应力减少。

? 回复温度较低，对于纯金属，可用下式计算： T 回＝（0.25～0.30）T 熔 ? 回复作用不改变晶粒的形状及晶粒变形时所构成的方向性，也不能使晶粒内部的破

坏现象及晶界间物质的破坏现象得到恢复，只是逐渐消除晶格的扭曲程度。故回复作用可以降低内应力，但机械性能变化不大，强度稍降低，塑性稍提高。

（2）再结晶（P70）

? 指当温度升高到一定程度时，金属原子获得更高的热能，通过金属原子的扩散，使

冷变形强化的结晶构造进行改变，成长出许多正常晶格的新晶粒，新晶粒代替原变形晶粒的过程即为再结晶。如图2-8所示。

? 再结晶使内应力全部消除，强度降低，塑性增加。如图所示。

? 再结晶的最低温度称为再结晶温度，一般为： T

再＝（0.35～0.4）T 熔

? 利用金属再结晶过程可以消除变形后的冷变形强化，以利于后续的冷变形加工。 冷变形和热变形（P71）

（1）冷变形：指金属在其再结晶温度以下进行 塑性变形。如冷冲压、冷弯、冷挤、冷镦、冷轧和冷拔。有加工硬化现象。

（2）热变形：指金属在其再结晶温度以上进行塑性变形。如锻造、热挤和轧制等 ；能消除冷变形强化的痕迹，保持较低的塑性变形抗力和良好的塑性。

锻造比（P71）

锻造比：是锻造生产中代表金属变形大小的一个参数，一般用锻造过程中的典型工序的变形程度来表示：

镦粗锻造比为：

A0、H0分别为变形前坏料的横截面积和高度； A 、H 。分别为变形后坏料的横截面积和高度。

拔长锻造比为：

H H A A y 00==镦0

0L L A A y ==拔

A0、L0分别为变形前坏料的横截面积和长度；

A、L分别为变形后坏料的横截面积和长度。金属的塑性成形性能（P73）

?金属的锻造性能是用来衡量金属材料利用锻压加工方法成形的难易程度，是金属的

工艺性能指标之一。

?常用金属的塑性（Plasticity）和变形抗力（Resistance of Deformation）两个因素来

综合衡量，塑性越好，变形抗力越小，则锻造性能越好。影响金属锻造性能的因素有：金属的本质和金属的变形条件。

影响金属锻造性能的因素（P73）1、金属的本质：（1）金属的化学成分；

（2）金属的组织状态，单一固溶体组成的合金，塑性好，锻造性能好；

2、金属的变形条件：

（1）变形温度：温度升高，塑性上升，易于锻造；

（2）变形速度：指金属在锻压加工过程中单位时间内的相对变形量。如图2－13所示。（3）变形时的应力状态：不同压力加工方法，金属内部的应力状态是不同的；如图2－12所示。

自由锻基本工序（76）

基本工序：改变坯料的形状和尺寸以达到锻件基本成形的工序；包括镦粗、拔长、冲孔、弯曲、切割、扭转、错移等。最常用的是：镦粗（Compression）拔长（Drawing out）冲孔（Punching）

锻造温度范围的确定（P78）

?锻造温度范围：

是指始锻温度与终锻温度间的温度范围，以合金状态图为依据。对始锻温度，原则是在不出现过热和过烧的前提下，尽量提高始锻温度，碳钢在AE线下150～250℃。终锻温度即停止锻造的温度，对于锻件质量有很大影响，太高，停锻后晶粒会重新长大，降低锻件机械性能；太低，再结晶困难，冷变形强化现象严重，变形抗力太大，甚至产生锻造裂纹，也易损坏设备和工具。碳钢在加热时奥氏体晶粒长大示意图如图所示，锻造温度见P78图2－15所示。

过热、过烧（78）

过热：加热温度过高或保温时间过长，使晶粒剧烈长大的现象。

过烧：当坯料加热温度接近熔化温度时，其晶间的低熔点物质开始熔化，同时在晶界上形成氧化层，破坏了晶粒间的联系，使金属失出锻造性能，这种现象称为过烧。

选定分模面（85）

分模面即是上下锻模在模锻件上的分界面，其位置影响锻件成形、锻件出模、模具加工、工步安排、金属材料消耗和锻件质量。

?选定的原则有：1）锻件从模膛中能顺利取出；2）金属易于充满模膛（模膛深度最

浅）；3）简化模具制造；4）能用时发现错模；5）减少余块。

第三章焊接与切割

常用焊接与切割方法（P123）

现在我国常用的焊接方法有(1)焊条电弧焊、(2)埋弧自动焊、(3)气体保护电弧焊（氩弧焊和CO2气体保护焊）、(4)等离子弧焊、(5)电阻焊、(6)摩擦焊和(7)钎焊等

气焊由于焊接变形大、生产效率低等原因，现在已经不常用。

利用电流通过液体熔渣所产生的电阻热进行焊接的熔焊方法，称电渣焊。电渣焊由于热处理困难，有被窄间隙埋弧自动焊取代的趋势

焊芯的作用（123）

一方面作电极，起导电作用，产生电弧，提供焊接热源；

另一方面作为填充金属，与熔化的母材共同组成焊缝金属；焊芯采用焊接专用金属丝。如H08Mn2SiA等。

H08Mn2SiA

焊条的种类、型号、牌号（P125）

1）焊条的种类：按用途分有：碳钢焊条、低合金钢焊条、不锈钢焊条、铸铁焊条、堆焊焊条、镍和镍合金焊条、铜合铜合金焊条、铝和铝合金焊条等。

按药皮性质分：酸性焊条（酸性氧化物为主），碱性焊条（碱性氧化物和萤石CaF2为主）。

2）焊条型号：是国家标准中的焊条代号。如E4303，E表示焊条，43表示熔敷金属抗拉强度最小值kgf/mm2；03表示焊接位置为全位置、电流种类为交直流及药皮类型为钛铁矿型。3）焊条牌号：是焊条行业统一的焊条代号，用一个大写汉语拼音字母和三个数字表示；如J422，J表示结构钢焊条，42表示焊缝金属抗拉强度等级kgf/mm2，2表示药皮类型和电流种类（P152表3-3）。

碱性焊条和酸性焊条特性（P122）

?两者性能差别很大，使用时不能随意互换。

?碱性焊条的特点有：1）机械性能好；2）工艺性能差；3）焊缝金属抗裂性好；4）对锈、油、水的敏感性大，易出气孔；5）有毒烟尘多。用于重要的结构钢或合金钢结构。

?酸性焊条机械性能较差，但工艺性能好；货源充足，价格低；用于一般结构钢。

焊条的选用原则（P126）

1）等强度原则；2）同成分原则；3）抗裂性要求；4）低成本要求。

埋弧焊(P127~130)

埋弧焊是电弧在焊剂层下燃烧进行焊接的方法，其电弧的引燃、焊条送进和电弧移动都采用机器来完成。

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气体保护焊（P130）

气体保护焊是用外加气体保护电弧区的熔滴和熔池及焊缝的电弧焊。常用保护气体有惰性气体（如氩气Ar）和活性气体（CO2）两种。

1、氩弧焊：氩气保护电弧焊简称氩弧焊。

?氩弧焊分为钨极氩弧焊和熔化极氩弧焊；如图3－6所示。

?钨极氩弧焊：电极材料可用纯钨或钨合金，其在焊接过程中不熔化，故需采用焊丝；

焊接电流较小，适于薄板焊接。

?熔化极氩弧焊：采用焊丝作为电极，可使用大电流，适于中厚板焊接。

?钨极氩弧焊一般采用直流正接（工件为正极，钨极为负极），以减少钨极烧损；但焊接铝、镁金属时，为去除氧化物而利用“阴极破碎”（正离子高速对阴极表面进行轰击以消除氧化膜）可采用直流反接。

焊接铝合金时最好采用交流电源？？

?但从考虑既要有降温作用又要有阴极破碎作用，焊接铝合金时最好采用交流电源。

?熔化极氩弧焊一般采用直流反接（电极温度高，电弧稳定）。

电阻焊(P136)

电阻焊是利用电流通过焊接接头的接触面及邻近区域产生的电阻热，把焊件加热到塑性或局部熔化状态，再在电极压力作用下形成接头的一种焊接方法 。

可分为:点焊、凸焊、缝焊（油箱）、对焊

金属焊接性（P150）

? 焊接性是金属材料对焊接加工的适应性，主要指在一定的焊接工艺条件下，获得优

质焊接接头的难易程度。

? 包括工艺焊接性，即在一定焊接工艺条件下，一定的金属形成焊接缺陷的敏感性；

使用焊接性，焊接接头对使用要求的适应性，包括焊接接头的力学及其他特殊性能。

? 金属焊接性是金属的一种加工性能，它取决于金属材料本身性质和加工条件。焊接

性能随焊接方法、焊接材料和焊接工艺而变，不同条件下焊接性能有很大差别。如钛的手工电弧焊接性极差，但氩弧焊则好。

碳当量（P151）

在粗略估计碳钢和低合金结构钢的焊接性能时，把钢中的合金元素（包括碳）的含量按其对焊接性影响程度换算成碳的相当含量，其总和叫碳当量。其计算公式如下：

? 碳当量越高，焊接性越差。一般当CE<0.4%时，冷裂倾向不大，焊接性好；

CE=0.4%～0.6%时，冷裂倾向明显，焊接性较差，需预热和采取其他工艺措施来避免裂纹；CE>0.6%时，冷裂倾向严重，焊接性差，需采用较高的预热温度和其他严格的工艺措施。

焊缝布置（P158）

1.焊缝的布置

焊缝布置影响结构件的焊接质量和生产率，应考虑下列原则：

1、便于焊接操作，至少要能够实施焊接。如图所示。

2、焊缝布置应尽量避开最大应力位置或应力集中位置。如图所示。

15

56Cu Ni V Mo Cr Mn c w w w w w w w CE ++++++=

3、焊缝布置应避免密集或十字交叉。如图所示。

4、焊缝布置应避开机械加工表面,特别是弯曲部位，因为弯曲部位受力复杂。如图所示。

5、尽量减少焊缝数量及长度，缩小不必要的焊缝截面尺寸。有时可利用型钢和冲压件，以减少焊缝。如图所示。

6、焊缝布置应尽量对称；如图所示。

图B不易产生弯曲变形.

7、焊缝应尽量处于平焊位置，立焊、横焊次之，仰焊最差

作业

1、焊头由哪两部分组成？作用是什么？

2、E430

3、J507、H08Mn2SiA各部分的含义是什么？

3、碱性焊头与酸性焊头的性能有什么不同？

4、钨极氩弧焊焊接铝及铝合金时为什么采用交流电？

5、下列零件适合什么焊接方法（大批量生产）?

1）汽车油箱；2）铝合金压力容器；3）钢筋的对接；4）平焊长直缝

6、焊缝为什么要避免密集和十字相交?

7、什么叫碳当量？分析下列钢的焊接性能。

1）15；2）16Mn；3）Q235；4）T12；5）60Si2Mn；6）1Cr18Ni9Ti