材料成型原理课程(ppt 18页)
合集下载
材料成型基本原理-第三章PPT课件
-
28
本章小结与习题讨论课
4 液态金属凝固时需要过冷，那么固态金属熔化时是否需要过热？ 为什么？
5 假设凝固时的临界晶核为立方体形状，求临界形核功。分析在同样过 冷度下均匀形核时，球形晶核和立方晶核哪一个更容易成？
-
29
12
第三节 晶核的形成
2 非均匀形核 （3）临界形核功 计算时利用球冠体积、表面积表达式，结合平衡关系 σlw=σsw+σslcosθ 计算能量变化和临界形核功。 △Gk非/△Gk=(2-3cosθ+cos3θ)/4 a θ=0时，△Gk非＝0，杂质本身即为晶核； b 180>θ>0时, △Gk非<△Gk, 杂质促进形核； cθ=180时，△Gk非＝△Gk， 杂质不起作用。
19
第四节 晶核的长大
3 液体中温度梯度与晶体的长大形态 （2）负温度梯度（液体中距液固界面越远，温度越低） 粗糙界面：树枝状。 光滑界面：树枝状－多面体—台阶状。
-
20
第四节 晶核的长大
3 液体中温度梯度与晶体的长大形态 （2）负温度梯度（液体中距液固界面越远，温度越低）
©2003 Brooks/Cole, a division of Thomson Learning, Inc. Thomson Learning™ is a trademark used herein under license.
-
26
第六节 凝固理论的应用
4 急冷凝固技术 （1）非晶金属与合金 （2）微晶合金。 （3）准晶合金。
-
27
本章小结与习题讨论课
1 试述结晶相变的热力学条件、动力学条件、能量及结构条件。 2 在液态金属中，凡是涌现出的小于临界晶核半径的晶胚都不能成核。
材料成型力学 ppt课件
（1） 常摩擦系数区接触表面压应力分布曲线方程
{ f f z
d r 2 f z 0
dr
h
d r d z 0
z
z
a
f
zr r
ho
r
d z 2 f z 0
dr
h
在边界点，r=R时，σr=0,
2 f r
z Ce h
rz=0 ; 由剪应力互等，
yx x ho
ppt课件
l/2
3
x
3
假设
正应力在y轴方向上均匀分布
剪应力在y轴方向上呈线性分布
x d x
x dx
yx 2 f
y h
d x 2 f 0
dx h
从变形体上截取分离体 d x h 2 f dx 0
z
f
同理，圆柱体镦粗时r 方向力平衡 微分方程简化为
0
2
1
Tx
2
kDdD
tan
同理
dN
n
dx
f k
f f z
2 f (Rr)
zh se h
rb
R
zn
s
2 s
3h
(R r)
r rb
f
f zb
k, zb
s
3f
zn
s
3f
2 s
3h
(rb
r)
ppt课件
常 常摩
摩 擦 系 数 区
摩 擦 应 力 区
擦 应 力 递 减 区
多媒体课件
材料成形力学
材料成型原理
材料成型原理1.焊接方法分为：熔焊、压焊、钎焊2.焊接接头的形成过程包括：焊接热过程、焊接化学冶金过程、焊接物理冶金过程3.焊接热循环：在焊接中，焊件上某点温度由低到高，达到最大值后，又由高到低的过程4.焊接温度场：焊件上各点在瞬时的温度分布称为“温度场”，也称为焊接温度场5.HAZ:在焊接进行过程中，焊缝周围未熔化的母材在加热和冷却过程中，发生了显微组织和力学性能变化的区域称为“热影响区”，简称HAZ6.熔焊的焊接接头由：焊缝、热影响区、母材，此外，焊缝与热影响区之间有一层过滤区称为：熔合区7.低碳钢HAZ组织性能的分布：①熔合区（成分与组织不均匀分布，过热严重，塑形差，是焊接接头的薄弱环节）②过热区（晶粒严重长大，又称“粗晶区”，晶粒粗化使塑形、韧性下降，慢冷时还会出现魏氏足知，薄弱环节）③相变重结晶区（奥氏体晶粒细小，空冷后得到细小而均匀的珠光体和铁素体，相当于热处理的正火组织，塑形和韧性很好）④不完全重结晶区（晶粒大小、组织分布不均匀，虽然受热不严重，但性能不如相变重结晶区）8.焊缝中气孔分为：⑴析出型气孔因气体在液、固态金属中的溶解度差造成过饱和状态的气体析出所形成的气孔，包括①氢气孔②氮气孔；⑵反应型气孔熔池中由于冶金反应产生不溶于液态金属的CO、H2O而生成的气孔，包括：①CO气孔②H2O气孔9.焊缝气孔的消除方法：⑴消除气体来源⑵正确选用焊接材料⑶控制焊接工艺条件10.熔焊的定义：通过局部加热使连接处达到熔化状态，然后冷却结晶形成共同晶粒11.易淬火钢与不易淬火钢热影响区组织分布：⒈不易淬火钢焊接热影响区组织分布：⑴熔合区：最高温度处于固相线与液相线之间，晶界与晶内局部熔化，成分与组织不均匀分布，过热严重，塑性差⑵过热区：峰值温度：固相线以下到晶粒开始急剧长大的温度，一般为1100°C，韧性很低，常产生脆化或裂纹⑶相变重结晶区：峰值温度：在Ac3以上到晶粒开始急剧长大的温度范围内⑷不完全重结晶区：峰值温度：处于Ac1～Ac3之间，组织不均匀，力学性能也不均匀⒉易淬火钢焊接热影响区组织：⑴完全淬火区：该区的加热温度处于固相线到Ac3之间，相当于低碳钢的过热区和正火区，得到淬火M，有时可出现B ⑵ 不完全淬火区：该区的加热温度在Ac1～Ac3之间，相当于不完全重结晶区，形成M-F组织、[C]、合金含量不高或冷速较小时可能出现S和P ⑶ 回火区（Ac1>Tm>悍前调质回火温度）强度下降，塑形、韧性上升，回火软化12.化学冶金与炼钢的区别：在熔焊条件下，焊接冶金过程是优质金属的局部超高温快速熔化，和随后伴随的凝固，化学成分上，与母材有相当明显的差别（1）原材料不同：普通冶金材料的原材料主要是矿石、废钢铁和焦炭等；而焊接化学冶金的原材料主要是焊条、焊丝和焊剂等。
第一讲材料成型基础课件
S—横截面积（mm2）
（3）举例：弹性元件、钟表发条、炮筒等设计时 应按此校核。
2.刚度 1）定义：材料抵抗弹性变形的能力，取决于金属
材料的内部结构和温度、合金比及热处理等。 例如钢与铸铁在20℃温度时，E=200GMPa， 当20℃→450℃，E值下降20℅.
2）试验及判定依据
（1）试验：同拉伸试验，是拉伸曲线中的oe斜 率。
6.装配：
将零件按产品图样分类组合连接， 经选配、组装、调整、检测、试验等 过程构成满足功能要求的产品。
2020/9/19
5
三、材料成形的基本要素及流动过程 1.基本要素
材料：构成实体 能量：形态的能 改的 变改 、变 性 信息：产品的施 控方 制(工 法 及艺 实信)息
2.流动过程：
1）物质流：原材料的流动和转变的过程。
（2）判定依据： 、s b
注：有许多材料在拉伸时没有明显的屈服
现象，有时也规定试样产生0.2℅残余应 变时的应力来判定。
（3）举例：主轴、齿轮等。
4.塑性
1）定义：断裂前材料发生不可逆的、永久 变形的能力。
2）试验与判定依据
（1）试验：同拉伸试验，考查的是试件的 伸长的相对量和截面积变化的相对量。
2020/9/19
16
（2）判定依据： 、 ；
L L0 ×100℅,
L
S0 S1 ×100℅
S0
（3）举例：切削参数的选择，如锻造比等。
注：① 、 越大则塑性越好，强度、硬度
越低；
② 一般不用于工程设计中；
③一般用于塑性加工参数的选择；良好 的塑性是塑性加工的必要条件，提高零 2020/件9/19 的可靠性，防止使用中的突然断裂。 17
3.性能：物理性能、化学性能、力学性能、 加工成型性能。
（3）举例：弹性元件、钟表发条、炮筒等设计时 应按此校核。
2.刚度 1）定义：材料抵抗弹性变形的能力，取决于金属
材料的内部结构和温度、合金比及热处理等。 例如钢与铸铁在20℃温度时，E=200GMPa， 当20℃→450℃，E值下降20℅.
2）试验及判定依据
（1）试验：同拉伸试验，是拉伸曲线中的oe斜 率。
6.装配：
将零件按产品图样分类组合连接， 经选配、组装、调整、检测、试验等 过程构成满足功能要求的产品。
2020/9/19
5
三、材料成形的基本要素及流动过程 1.基本要素
材料：构成实体 能量：形态的能 改的 变改 、变 性 信息：产品的施 控方 制(工 法 及艺 实信)息
2.流动过程：
1）物质流：原材料的流动和转变的过程。
（2）判定依据： 、s b
注：有许多材料在拉伸时没有明显的屈服
现象，有时也规定试样产生0.2℅残余应 变时的应力来判定。
（3）举例：主轴、齿轮等。
4.塑性
1）定义：断裂前材料发生不可逆的、永久 变形的能力。
2）试验与判定依据
（1）试验：同拉伸试验，考查的是试件的 伸长的相对量和截面积变化的相对量。
2020/9/19
16
（2）判定依据： 、 ；
L L0 ×100℅,
L
S0 S1 ×100℅
S0
（3）举例：切削参数的选择，如锻造比等。
注：① 、 越大则塑性越好，强度、硬度
越低；
② 一般不用于工程设计中；
③一般用于塑性加工参数的选择；良好 的塑性是塑性加工的必要条件，提高零 2020/件9/19 的可靠性，防止使用中的突然断裂。 17
3.性能：物理性能、化学性能、力学性能、 加工成型性能。
《材料成形技术基础》PPT课件
利用泡沫塑料模样进行铸造，由于浇注 时高温金属液进入后，模样迅速气化、燃 烧而消失，模样位置由金属液逐步充填， 冷却凝固形成铸件。这种铸型呈实体，不 存有空腔，故称又实型铸造。
B、特点
无分型面、工序简单、形状复杂、适应 各种材料、成本低。
2021/6/10
25
铸造方法 比较项目
砂型铸造
熔模铸造
金属型铸 造
10
三、收缩性
1、收缩三阶段 液态－凝固－固态
液面下降 收缩 2、影响因素
A、合金种类（灰铸铁－铝合金－铜合金－铸钢） B、温度：温差 C、形状：冷却速度、铸型阻碍
2021/6/10
11
四、缩孔的形成与防止
1、形成铸件壁断面上，在内切圆直径最大处或等温线未 必然穿过性的－区－域将壳最、后凝体固积，该减区少域称、为补“热充节”
材料成形技术基础
2021/6/10
1
一、金属材料成形的分类（热）
1、液态成形
（铸造）－熔融状态（高温）的金属进
入特定材料预先形成的空（型）腔，冷却 后取出。
2、固态成形
（锻造）－固态金属在一定温度下，借 助外力产生所需（形状）的塑性变形。
冷冲压。
3、连接成形
（焊接）－两部分固态金属局部融化
（局部高温）后融合成一部分 。
滑移：在剪应力的作用下，晶格发生位 错。
多晶体位错滑移
晶界处位错堆积，碎晶、亚晶产生，
晶格畸变
2021/6/10
30
2、塑性变形对金属组织的影响 A、冷变形强化
由于畸变严重，硬度、强度加大，塑 性明显下降，使得塑变抗力加大，进一步 变形困难
B、残余应力 变形不一致引起。
2021/6/10
B、特点
无分型面、工序简单、形状复杂、适应 各种材料、成本低。
2021/6/10
25
铸造方法 比较项目
砂型铸造
熔模铸造
金属型铸 造
10
三、收缩性
1、收缩三阶段 液态－凝固－固态
液面下降 收缩 2、影响因素
A、合金种类（灰铸铁－铝合金－铜合金－铸钢） B、温度：温差 C、形状：冷却速度、铸型阻碍
2021/6/10
11
四、缩孔的形成与防止
1、形成铸件壁断面上，在内切圆直径最大处或等温线未 必然穿过性的－区－域将壳最、后凝体固积，该减区少域称、为补“热充节”
材料成形技术基础
2021/6/10
1
一、金属材料成形的分类（热）
1、液态成形
（铸造）－熔融状态（高温）的金属进
入特定材料预先形成的空（型）腔，冷却 后取出。
2、固态成形
（锻造）－固态金属在一定温度下，借 助外力产生所需（形状）的塑性变形。
冷冲压。
3、连接成形
（焊接）－两部分固态金属局部融化
（局部高温）后融合成一部分 。
滑移：在剪应力的作用下，晶格发生位 错。
多晶体位错滑移
晶界处位错堆积，碎晶、亚晶产生，
晶格畸变
2021/6/10
30
2、塑性变形对金属组织的影响 A、冷变形强化
由于畸变严重，硬度、强度加大，塑 性明显下降，使得塑变抗力加大，进一步 变形困难
B、残余应力 变形不一致引起。
2021/6/10
二：材料成型原理课件0
第三类因素----浇注条件方面的因素 （1）液态金属的浇注温度; （2）液态金属的静压头H; （3）浇注系统中压头损失总合; （4）外力场（压力、真空、离心、振动等）。
第四类因素----铸件结构方面的因素 （1）铸件的折算厚度R R=V（铸件的体积）/S（铸件的散热表面积） 或R=F（铸件的断面积）/P（断面的周长） （2）由铸件结构所规定的型腔的复杂程度引起的压头损失Σ h.
四羊铜尊
商晚期的贮酒器。 1938年出土于湖 南宁乡，是我国 现已发现的较大 的方尊，高58.6 厘米，重34.5公 斤。
我国的失蜡法至迟起源于春秋时期。
1978年河南淅川下寺2号楚墓出土的春秋时代 （公元前620年—前467年）的铜禁是迄今所知的 最早的失蜡法铸件。
4.2 我国古代的铸铁技术 随着我国古代铸造技术的发展，春秋晚期发明 了生铁和铸铁技术，从此进入了铁器文明时代。 我国在公元前6世纪就发明了生铁和铸铁技 术，是世界上最早发明并使用生铁的国家，比欧 洲早了1800多年。
4.3 我国铸造的地位和成就
铸造行业是制造业的主要组成部分 铸造生产是获得机械产品毛坯的主要方法之一，是机 械制造工业的重要基础，在国民经济中占着相当重要 的位置。在许多机械中，铸件重量占整机重量的比例 很高，内燃机80%，拖拉机65%-80%，液压件、泵类机 械50%-60%。作为我国支柱产业正在大力发展的汽车工 业，其心脏部分——发动机的关键零件，如缸体、缸 盖、曲轴、缸套、活塞、进气管、排气管等八大件几 乎全部由铸造成而成；冶金、矿山、电站等重大关键 设备需求优质的重大型铸件； 从2000年起，我国铸件产量超越美国，连续11 年位居世界第一
充型能力强
前端析出15~20％的固相量 时，流动就停止。
材料成型原理.
组织的形成及控制途径，分析金属凝固过程化学成分不均匀性，气体
的溶解和析出、气孔和非金属夹杂物的形成机理、影响因素及防止途 径，研究金属收缩的基本规律以及缩孔、热裂、应力变形、冷裂等缺
陷形成机理、影响因素及防止途径。
液态成型包含三部分内容
液态金属性质 液态金属在铸型中的流动 液态金属的凝固
1、液态金属的性质
4、材料按组成成分可分为1、（金属、非金属）、2、（陶瓷材料、 人工合成材料、金属材料）3、按性能分（结构材料和功能材料）结
构材料使用的是材料的力学性能、功能材料用的是材料的物理性能。
5、液态成型原理应用的知识主要有冶金学、金属学、热力学、流体 力学。
6、塑性成型原理应用的007年2月
绪 论
1、材料成型技术 2、材料科学的发展概况 3、本课程的主要内容
一、材料成型技术
1、 金属材料是现代文明各个领域不可缺少的物质基础 2、材料成型就是使材料被加工成为零件等制品的过程。
3、传统方法包括：铸造、锻压、焊接、粉末冶金成型等。
析，缩孔、气孔、非金属夹杂物、裂纹等都是十分有害
的，即使经过锻造、压延等塑性加工，也不能完全消除 它们对金属制品性能的影响，这些缺造缺陷将做为塑性 加工后的痕迹，残留在金属制品中，对金属制品的使用 性能具有潜在的危险性。因此，研究铸件形成过程及其 理论基础，对获得高质量铸件具有十分重要的意义。
本课程是一门专业基础理论课，它的任务是运用所学过的基础课、技 术基础课的理论知识来分析铸件形成过程的基本规律及内在联系：阐 明液态金属的结构及其物理性质，液态金属充填铸型的能力及影响因 素，分析金属与铸型在不同条件下的热交换特点，铸件温度场分布规 律的数学分析及影响因素，阐述金属结晶基本规律的近代观点，铸件
材料成型原理作业 PPT课件
12. 何谓结晶过程中的溶质再分配?它是否仅由平衡分配系数k0所 决定?当相图上的液相线和固相线皆为直线时，试证明k0为一常数。
• 结晶过程中的溶质再分配：是指在结晶过程中溶质在液、固 两相重新分布的现象。
• 溶质再分配不仅由平衡分配系数k0决定 ，还受自身扩散性质 的制约，液相中的对流强弱等因素也将影响溶质再分配。
• 第三种情况，通过在液相中造成很大的微区富集而迫使结晶相提前 弥散析出而生核。
（2）对于第二类生核剂，它的作用在于使枝晶产生更细的缩颈，其 结果必然导致结晶更易于游离。这种晶粒细化剂之所以使枝晶缩颈更 细，主要是溶质的偏析造成的，在凝固过程中由于溶质在枝晶侧向的 偏析，使此处的过冷度减少，从而使晶体的长大受到抑制而产生细的 缩颈。
3. 动态下晶粒细化：振动、搅拌、铸型旋转等方法。 4. 铸型性质和铸件结构：（1）采用金属型铸造；
（2）减小液态金属与铸型表面的润湿角； （3）提高铸型表面粗糙度。
6. 在 一般情况下希望铸件获得细等轴晶组织，为什 么？怎样才能获得？
等轴晶是在成分过冷区和凝固区域较大的范围内 生长而成的。它的分枝比较发达，晶界夹杂等缺 陷比较分散。且各晶粒取向具有宏观的各向同性， 故其性能比较均匀和稳定。 细等轴晶组织有着较为理 想的综合机械性能，疲 劳强度也随着晶粒的细化而提高。
③ 中心等轴晶区 ：由各向同性的等轴晶粒组成。 等轴晶的尺寸往往比表面细等轴晶区的晶粒 尺寸粗大。
表面细等轴晶的形成机理：非均质形核和大量游离晶 粒提供了表面细等轴晶区的晶核，型壁附近产生较大 过冷而大量生核，这些晶核迅速长大并且互相接触， 从而形成无方向性的表面细等轴晶区。
中间柱状晶的形成机理：柱状晶主要从表面细等轴晶 区形成并发展而来，稳定的凝固壳层一旦形成处在凝 固界面前沿的晶粒在垂直于型壁的单向热流的作用下， 便转而以枝晶状延伸生长。由于择优生长，在逐渐淘 汰掉取向不利的晶体过程中发展成柱状晶组织。
高分子材料加工成型原理--塑料一次成型 ppt课件
PPT课件
23
注塑成型的工艺过程
注射过程：
塑化原理 加热效率：
实际温升与最大（理想）温升之比 延长塑料在料筒中的受热时间t、增大塑料的热 扩散速率α，减少料筒中料层的厚度δ，提高料筒 壁温T0等措施，均能增大加热效率E 但塑料加热时间过长，反会引起塑料降解，故 一般料中的存料量不超过3-8倍(柱塞式注塑机可 多些，螺杆式注塑机可少些)； 柱塞式注塑机加热效率明显不如螺杆式注塑机 （热扩散率差异大）。
模 具： 给制品一定的形状和尺寸。
（包括：主流道、分流道、浇口、型腔、排气孔/槽 导向零件、脱模装置、抽芯机构、加热或冷却系统）
PPT课件
11
注塑机的基本结构
注射系统
加料装置
• 料斗、计量器、加热干燥器等
料筒
• 类似挤出机料筒，内壁尽可能光滑并呈流线型； • 料筒容量为注塑机最大注塑量的4-8倍（柱塞式）2-3倍
（a）合模充填
（b）保压补缩
PPT课件
（c）冷却定型 （d）熔胶预塑 （e）脱模取件
22
注塑成型的工艺过程
注射过程：
塑化原理 塑化
指塑料在料筒内经加热达到充分的熔融状态，使 之具有良好可塑性。一定的温度（热源传热和剪 切热）是塑料得以形变熔融和塑化的必要条件； 而剪切作用则以机械力的方式强化了混合和塑化 过程，使混合和塑化更均匀；
锁模系统
锁模力应该大 于模腔涨开力， 以免溢料飞边； 要求开启灵活、 闭锁紧密。 合时先快后慢， 开时先慢后快再 转慢
PPT课件
16
注塑机的基本结构
模具
流道系统
主流道 分流道 浇口 型腔
PPT课件
17
注塑机的基本结构
【材料课件】材料成型工程学第一讲
•空 气 锤
【材料课件】材料成型工程学第一讲
PPT文档演模板
•自由锻作业进行曲
【材料课件】材料成型工程学第一讲
•数控锻造的发展
PPT文档演模板
【材料课件】材料成型工程学第一讲
•大制造环境下的压力加工自动线
PPT文档演模板
【材料课件】材料成型工程学第一讲
PPT文档演模板
•万吨水压机
【材料课件】材料成型工程学第一讲
前夕，或者说到出现卡尔门方程为止。缺乏理 论根据，对轧制过程的实质还很不了解，因此 当时流行着一种说法叫做“轧制是一门艺术”。
PPT文档演模板
【材料课件】材料成型工程学第一讲
2）发展阶段
¨ 1925年T·Karman用数学近似解法建立了压力方程， ¨ 1933年E.SIebl借助测压仪实测单位压力分布成功，
PPT文档演模板
【材料课件】材料成型工程学第一讲
3、轧制理论发展的历史回顾
¨ 轧制理论的发展是以生产实践为基础的，反过 来又指导和推动着生产的发展，而且生产技术 愈发展，生产对理论的依赖性愈高，对生产也 愈有指导意义。
¨ 纵观轧制理论的发展大致经历了三个阶段： ¨ 1）萌芽阶段 ¨ 这一阶段可以说一直延续到第一次世界大战
•工作中的水压机
PPT文档演模板
【材料课件】材料成型工程学第一讲
PPT文档演模板
•冲 床
【材料课件】材料成型工程学第一讲
•轴类件 模锻
PPT文档演模板
【材料课件】材料成型工程学第一讲
•各种模锻件：广泛运用子， 汽车机车，拖拉机配件机 械传动管道连接等工业制 造
PPT文档演模板
•金加工零件
【材料课件】材料成型工程学第一讲
¨1）战后的头十年(1945一1955)