材料成形技术基础习题（精选7篇）
一、填空题
1.材料力学性能指标有：（）、（）、（）、（）、（）、（）。
2.拉伸试验可以用来测试（）、（）、（）。3.塑性可由（）和（）两种方式是表示。4.硬度表示方法有三种，分别是：（）、（）、（）。5.布什硬度的压头有两种，（）和（）。6.一个洛氏硬度单位是（）mm。
二、判断题
1.面收缩率表示塑性比伸长率表示塑性跟接近真实变形。（）2.疲劳强度的单位是KPa/m2。（）
3.布氏硬度计适合测量灰铸铁、非铁合金及较软的钢材。（）4.洛氏硬度是根据压痕直径测试材料硬度值。（）
三、单项选择题
1.布氏硬度的符号是：
A、HA B、HB C、HC D、HD 2.布氏硬度符号中，HBS表示：
A、压头是淬火钢球 B、压头是硬质合金 C、压头是高铬铸铁 3.洛氏硬度的符号是：
A、HL B、HN C、HR D、HQ
四、简答题
1.什么是材料的刚度？
2.什么是材料的强度？什么是屈服强度？什么是抗拉强度？
3.什么是材料的塑性？
4.什么是材料的冲击韧性？
5.什么是材料的疲劳强度？
6.“520HBW10/1000/30”的含义是？
7.三种硬度的测量标准有何不同？
D、压头是金刚石
铁碳相图部分
一、填空题
1.纯铁的同素异构体有（）、（）、（）。2.共晶反应的方程式是（）。3.共析反应的方程式是（）。4.包晶反应的方程式是（）。5.亚共析钢和过共析钢的碳含量分界点是（）。
6.亚共晶白口铁和过共晶白口铁的碳含量分界点是（）。7.奥氏体最大含碳量为（）。8.铁素体最大含碳量为（）。
二、判断题
1.实际讨论的铁碳相图的含碳量范围是0.0008~6.69%。（）2.莱氏体的物相包括α-Fe和Fe3C。（）3.珠光体的物相包括α-Fe和Fe3C。（）4.初生奥氏体存在于过共析钢中。（）
5.珠光体的组织特征是平行线状黑白交替的铁素体和渗碳体。（）6.板条状渗碳体出现在过共晶白口铁中。（）
三、简答题
1.什么是铁素体？它的特征是什么？
2.什么是奥氏体？它的特征是什么？
3.什么是渗碳体？它的特征是什么？
四、计算题
根据铁碳相图计算含碳量为0.5%，0.77%，1.2%，2.11%，3%，4.3%，5%的常温下各组织的含量？各物相的含量？
热处理部分
一、填空题
1.普通热处理有四种，分别是：（）、（）、（）、（）。
2.冷却的方式分两大类，即（）和（）。3.连续冷却的方式有多种，比如：（）、（）、（）和（）。
4.共析碳钢TTT曲线中，高温转变区转变终止产物为（），中温转变区转变终止产物为（），低温转变区转变终止产物为（）。5.珠光体型组织根据片层厚薄不同，可以分为（）、（）、（）。
6.上贝氏体的形态为（）。7.下贝氏体的形态为（）。
8.马氏体分为（）和（），又称为（）和（）。
9.热处理分为预备热处理和最终热处理两种，预备热处理有（）、（），最终热处理有（）、（）。
二、判断题
1.根据片层厚度由厚到薄排列顺序为：珠光体>索氏体>托氏体。（）
2.上贝氏体除了强度、硬度较高外，塑性、韧性也较好，即具有良好的综合力学性能，是生产上常用的强化组织之一。（）
3.马氏体中碳含量小于0.2%时，组织为板条马氏体。（）
三、简答题
1.什么是热处理？
2.影响奥氏体晶粒长大的因素有哪些？
3.什么是过冷奥氏体？
4.什么是孕育期？
5.珠光体、贝氏体和马氏体的组织形态特征分别是什么？
6.马氏体转变的特点有哪些？
7.什么是退火？退火的目的是什么？
8.什么是正火？
9.什么是淬火？淬火的目的是什么？
10.什么是回火，回火的目的是什么？
11.为什么过共析钢的淬火温度为 Ac1+30-50℃？
12.淬透性的定义是什么？
13.淬硬性的定义是什么？
铸造部分
一、填空题
1．合金流动性差，浇注时铸件容易产生（）和（）的缺陷。2．在铸件的凝固过程中，铸件的凝固方式有（）和中间凝固以及（）三种方式。
3．液态合金在冷凝过程中，若其液态收缩和凝固收缩所减的容积得不到补足，则在铸件最后凝固的部位形成一些空洞。按照空洞的大小和分布，可将其分为（）和（）两类。
4．要使缩孔进入冒口，就要实现（）凝固的原则，使冒口（）凝固。
5．铸件热裂的特征是裂纹短，缝隙宽，形状（），缝内呈（）色。6．铸件由于壁厚不同，冷却速度不同，收缩不同，所以容易产生内应力，通常室温下厚壁受（）应力，而薄壁受（）应力。
7．由于合金的液态收缩和凝固收缩，易使铸件产生（）缺陷，防止此缺陷的工艺方法是实现（）凝固。8．影响铸铁石墨化的因素是：（）和（）。
9．灰口铸铁和可锻铸铁以及球墨铸铁三种铸铁在强度相同的前提下，塑性和韧性最好的是（）铸铁，次之是可锻铸铁，最差的是（）铸铁。
10．可锻铸铁的制取方法是，先浇注成（）铸铁件，然后进行长时间的（）。
11．KTH300—06是（）铸铁，其石墨形态为（）。
12．QT400—17是（）铸铁，其石墨形态为球状，“400”表示最低抗拉强度为400MPa,“17”表示（）。
13.手工整模造型的特点是分形面选在零件的（），模样做成整体，不但造型过程简单，而且铸件不产生（）等缺陷。
14．普通车床床身毛坯铸造浇注时，导轨面应该朝（），钳工用工作台浇注时其大平面应该朝（）。
15．型心头可分为（）和（）两大类。
16．下列铸件在批量生产时，最合适的铸造方法是：大口径铸铁污水管用（）铸造；汽车用铝合金活塞用（）铸造。
17．离心铸造必须在离心铸造机上进行，根据铸型旋转轴空间位置的不同，离心铸造机可分为（）和（）两大类。
二、判断题
1．浇注温度越高，合金的流动性越好，因此，为了防止浇不足缺陷，浇注温度越高越好。2．合金的铸造性能是一种机械性能。
3．HT200，ZG45，ZCuSn5Zn5Pb5，QT600—03等几种材料中，铸造性能最好的是HT200。
4．铸件在凝固收缩阶段受阻时,会在铸件内部产生内应力。
5．铸造合金的液态收缩使铸件产生应力和变形。
6．收缩是合金的物理本性，对正常浇注温度下已定成分的合金，其收缩是不可避免的，收缩的体积也是不能改变的，因此，铸件的缩孔是不可避免的。
7．与灰口铸铁相比，铸钢具有良好的机械性能和铸造性能。8．化学成分是影响铸铁组织与性能的唯一因素。
9．合金的结晶温度范围愈大，合金的铸造性能愈好。
10．合金的固态收缩使铸件产生缩孔和缩松。
11．铸件由于壁厚不同，冷却速度不同，收缩不同，所以容易产生内应力，通常室温下厚壁受拉应力；而薄壁受压应力。
12．在保证铸型充满的前提下，生产中广泛采用高温出炉，低温浇注的生产工艺。13．灰口铸铁的强度随着截面积的增加而增加。14．孕育铸铁件上厚大截面的性能比较均匀。
15.铸铁中的石墨呈片状时，在石墨片的尖角处容易造成应力集中，从而使铸铁的抗拉强度低、韧性几乎为零。
16．由于铸造生产的发展，砂型铸造将逐步被特种铸造方法所取代。17．可锻铸铁是适合生产形状复杂经受振动的厚壁铸件。
18．特种铸造在特种条件下具有先进性,但不能完全代替砂型铸造。19．对铸件需要切削加工的重要表面铸造时应朝上放置。
三、单项选择题
1．合金的流动性差会使铸件产生下列何种铸造缺陷（）
A.偏析 B.冷隔
C.应力
D.变形
2．下列零件中最适合用灰口铸铁制造的是
（）
A.汽车活塞
B.轧辊
C.压力机曲轴
D.车床床身
3．被广泛用来制造机床床身.机器底座的灰口铸铁因为有良好的（）
A.低的缺口敏感性 B.切削加工性 C.减振性
D.耐磨性
4．设计薄壁铸件有“最小壁厚”的规定，主要根据是（）
A.合金的流动性B.合金的收缩性C.合金的抗裂性D.合金的吸气性 5．常用的铸造合金中流动性最好的是（）
A.可锻铸铁
B.灰口铸铁
C.球墨铸铁
D.白口铸铁
6．常用鑄造合金中收缩性最小的是
（）
A.灰口铸铁 B.可锻铸铁
C.球墨铸铁
D.铸钢
7．在相同的工艺条件下，流动性最好的合金是（）
A.共晶合金成分
B.亚共晶合金成分
C.过共晶合金成分
D.结晶间隔宽的合金
8．不同的铸造合金，其最小壁厚的规定不同，主要是根据合金的（）A.流动性B.收缩性C.吸气性
D.氧化性
9．以下牌号的铸造合金中，σb最高的是
（）
A.HT150 B.QT500—07
C.KTH300—06 D.KTZ450—06
10．用HT150生产一壁厚不均匀的铸件，该铸件在（）的强度与牌号中的强度值近似。
A.壁厚10mm左右B.壁厚30mm左右C.壁厚50mm左右D.任意地方
11．可代替铸钢的铸铁有
（）
A.孕育铸铁 B.球墨铸铁 C.白口铸铁
D.灰口铸铁
12．兵马俑铜车马的驮手铜像，按真人1/10的尺寸进行缩小复制，最合适的铸造方法是（）
A.砂型铸造
B.金属型铸造 C.熔摸铸造
D.压力铸造
13．生产普通车床床身应采用
（）
A.熔模铸造
B.砂型铸造C.压力铸造
D.低压铸造 14．设计铸件结构时其分型面尽量选择
（）
A.对称平面
B.曲面
C.最大截面
D.最小平面 15．目前砂型铸造方法应用广泛的主要原因是
（）
A.生产过程简单B.适应性广 C.铸件机械性能好D.生产率低
16．大量生产铝合金照相机壳，应采用的制造方法是（）
A.金属型铸造成形
B.压力铸造成形
C.冲压拉深成形
D.冲压焊接成形
17．生产内腔形状复杂的钢件，毛坯的加工方法用
（）
A.焊接
B.铸造
C.锻造
D.冲压
18．为了提高铸铁件的强度，在不改变壁厚的情况下，常采用的措施是
（）
A.增设拔模斜度
B.增设铸造圆角
C.增设加强筋或改变截面形状
D.改变壁薄厚过渡
19．灰口铸铁壁越厚，其强度越低，这主要是由于壁越厚铸件易产生缩孔、缩松，同时由于（）
A.晶粒粗大
B.气孔越大C.冷隔越严重D.浇不足越厉害
20．大量生产气轮机叶片应采用的铸造方法是（）
A.熔模铸造
B.金属型铸造 C.压力铸造
D.砂型铸造
四、简答题
1.下列铸件的结构工艺性是否合理？若不合理，请说明理由，并在原图上进行修改
或另画出合理图形。
2.如图所示轧钢机导轮铸钢零件，铸造中出现缩孔，试分析原因；并说明采取的防止措施。
3.大批量生产下图所示灰铸铁零件，铸造毛坯要求不使用型芯和活块，采用两箱造型，请修改此零件结构设计中的不合理之处，并重新画出修改后的零件图，标出分型面和浇注位置。
焊接部分
一、名词解释
1、焊接
2、熔化焊
3、压力焊
4、钎焊
5、焊接接头
6、焊接热影响区（HAZ）
7、焊接坡口
8、焊接性
二、简答或论述
1、焊接的基本原理是什么？与其他连接工艺（例如铆接或螺纹连接）有何优势和缺点？
2、主要的焊接方法有哪些？具体要求有何不同？
3、常规的熔焊接头可以分为几个区？为什么说焊接接头是一个组织及力学性能不均匀体？
4、绘图示意说明常见的焊接接头及焊接坡口的型式
5、焊条电弧焊的原理、优缺点及适用场合
6、埋弧焊的原理、优缺点及适用场合
7、钨极氩弧焊的原理、特点及适用场合
8、CO2气体保护焊的原理、特点、适用场合
9、简述焊接中所用的焊条、焊丝、焊剂及氩气、CO2的主要作用
10、电子束焊和激光焊的特点和适用范围
11、什么是焊接电弧，焊接电弧可以分为那几个区域，温度分布有何特点？
12、什么是熔滴过渡，一般分为哪几种形式？
13、电阻焊方法可以分为哪几类，其基本原理和适用场合是什么？
14、什么是摩擦焊？可以分为哪些种类？
15、钎焊的基本原理是什么？可以分为哪些种类？
16、焊接热过程有何特点？
17、低碳钢焊接热影响区的形成及其对焊接接头的影响
18、焊接残余应力和变形产生的原因是什么？有何危害？有哪些消除或防止措施？
19、防止焊接结构脆性断裂，可以从哪些方面入手？
20、影响材料的焊接性的因素有哪些？评价材料的焊接性有哪些方法？
21、试比较一下低碳钢与低合金高强钢的焊接性的不同
22、焊接结构生产的一般工艺流程包括哪些？
三、分析题
1、如图所示低压容器，材料为20钢，板厚为15mm，小批量生产，试为焊缝A、B、C选择合适的焊接方法，并简要说明选择理由。
2、分析下图中所示焊接结构哪组合理，并说明理由。
锻造部分
一、填空题
1.金属的加工硬化是指塑性变形后其机械性能中强度和硬度（），而塑性和韧性（）的现象。
2.金属经塑性变形后，强度升高塑性下降的现象称为（），它可以通过（）方法消除。
3.金属产生加工硬化后的回复温度T回=（）T熔(金属熔化的绝对温度);再结晶温度T再=（）T熔。
4.锻造时对金属加热的目的是（）和（）。
5.45钢合理的锻造温度范围是（），在此温度区间，该钢的组织主要是（）。
6.碳钢随含碳量增加，其锻压性能变（），高碳钢的始锻温度比低碳钢的始锻温度（）。
7.衡量金属可锻性的两个指标是（）和（）。
8.影响金属可锻性的因素归纳起来有（）和（）两大方面。
9.金属在塑性变形过程中三个方向承受的（）数目越多，则金属的塑性越好，（）的数目越多，则金属的塑性越差。
10．锤上模锻的终锻模膛设飞边槽的作用是（）和（）以及保护模膛等。
11．模锻件的分模面即上下模在锻件上的（）,为了便于模锻件从模膛中取出，锻件沿锤击方向的表面要有一定的（）。
12．板料冲压的基本工序可分为（）和（）两大类。
13．板料落料时，凹模的尺寸（）落料件的尺寸，而凸模的尺寸小于落料件的尺寸；板料冲孔时，凸模的尺寸（）孔的尺寸，而凹模的尺寸大于孔的尺寸。14．板料拉深时拉深系数m愈小，板料的变形量愈（），故多次拉深时，m 应愈取愈（）。
15．为使弯曲后角度准确，设计板料弯曲模时考虑到（）现象，应使模具的角度比需要的角度（）。
16．板料弯曲时，弯曲线应（）纤维组织，弯曲方向应（）纤维组织。
17．板料冲压基本工序冲孔和落料是属于（）工序；而拉深和弯曲则属于（）工序。
18.按照挤压时金属流动方向和凸模运动方向之间的关系，挤压可分为（）、（）、（）和（）。
19、锻造前金属加热的目的是为了提高（），降低（），并使（）均匀。
二、判断题
1.滑移是金属塑性变形的主要方式。
2.变形金属经再结晶后不仅可以改变晶粒形状，而且可以改变晶体结构。3.钨的熔点为3380℃，当钨在1200℃变形时，属于冷变形。
4.金属存在纤维组织时，沿纤维方向较垂直纎维方向具有较高的强度，较低的塑性。5.锻造纤维组织的稳定性很高，故只能用热处理的方法加以消除。
6.金属材料凡在加热条件下的加工变形称为热变形，而在室温下的加工变形称为冷变形。7.钢料经冷变形后产生加工硬化而提高强度，钢锭经锻造热变形后因无加工硬化，故机械性能没有改善。
8.自由锻不但适用于单件,小批生产中锻造形状简单的锻件,而且是锻造中型锻件唯一的方法。
9.模型锻造比自由锻造有许多优点,所以模锻生产适合于小型锻件的大批大量生产。
10.胎膜锻造比自由锻造提高了质量和生产率，故适用于大件，大批量的生产。
11．带孔的锻件在空气锤上自由锻造时，孔中都要预留有冲孔连皮，而于锻后冲去。
12．自由锻造可以锻造内腔形状复杂的锻件。
13．锤上模锻可以直接锻出有通孔的锻件。
14．自由锻件上不应设计出锥体或斜面的结构，也不应设计出加强筋，凸台，工字型截面或空间曲线型截面，这些结构难以用自由锻方法获得。
15．锤上模锻时，终锻模膛必须要有飞边槽。
16．锻造时，对坯料加热的目的是提高塑性和降低变形抗力，所以，加热温度越高越好。
17．制定锻件图时，添加敷料是为了便于切削加工。
18．曲柄压力机上的模锻不能进行拔长.滚压等制坯工序
19．在空气锤上自由锻造有孔的锻件时，都不能锻出通孔，而必须留有冲孔连皮，待锻后冲去。
20．板料冲压的弯曲变形，其弯曲的半径越大，则变形程度越大。选择题
1.钢料锻前加热必须避免
（）
A.氧化皮
B.热应力
C.过烧
D.脱碳
2.锻件坯料加热时产生的过热现象主要指（）
A.晶界形成氧化层
B.晶界杂质熔化
C.晶粒急剧变粗
D.晶粒细化
3.滑移总是沿着（）晶面和晶向进行。
A.与外力成45度的B.密排
C.非密排
D.任意的
4.设计零件时的最大工作切应力方向最好与钢料纤维组织方向成（）
A.0度
B.30度
C.45度
D.90度
5.金属经过冷变形后，有（）现象。
A.加工硬化
B.回复
C.再结晶
D.晶粒长大
6.经冷轧后的15钢钢板，要求降低硬度，采用的热处理方法是
（）
A.再结晶退火 B.去应力退火 C.完全退火 D.球化退火 7.为了提高锻件的承载能力，应该
（）
A.用热处理方法消除纤维组织
B.使工作时的正应力与纤维方向垂直
C.使工作时的切应力与纤维方向一致
D.使工作时的正应力与纤维方向一致
8.冷变形强化现象是指金属冷变形后
（）
A.强度硬度提高，塑性韧性提高
B.强度硬度提高，塑性韧性下降 C.强度硬度下降，塑性韧性提高
D.强度硬度下降，塑性韧性下降
9.起重用10吨的吊钩，最合适的材料和生产方法是（）
A.ZG35铸造而成B.35钢锻造而成C.QT420-10铸造而成D.35钢钢板切割而成
10.锻件拔长时的锻造比Y 总是()
A.=1
B.>1
C.< 1
D.无所谓
11．胎膜锻造是在（）设备上使用胎膜生产模锻件的工艺方法。
A.自由锻锤 B.模锻锤
C.曲柄压力机
D.平锻机
12．生产500Kg 以上的锻件毛坯，应采用
（）
A.模型锻造 B.胎膜锻造 C.机器自由锻造 D.手工自由锻造
13．自由锻锻件上不应设计出
（）
A.平面
B.消除空间曲线结构 C.圆柱面 D.加强筋
14．绘制模型锻件图时与绘制自由锻件图时考虑的不同因素有（）A.敷料 B.分型面C.锻件公差D.锻件加工余量
15．板料冲压拉深时，拉深系数m总是
（）
A.>1
B.=1
C.=0
D.<1
16．拉深系数（m）是衡量拉深变形程度的指标，当变形程度愈大，则
A.m愈大
B.m=0.5
C.m>0.5
D.m愈小
17.大批量生产小锻件应采用
（）
A.胎膜锻造
B.模型锻造
C.手工自由锻造 D.机器自由锻造
18．拉深时凸模和凹模之间的单面间隙Z与板厚度S应是
A Z B.Z>S C.Z=S D无所谓 19．利用模具使平板坯料变成开口空心杯状零件的工序叫做（） A.拉深 B.弯曲 C.翻边 D.成型 问答题 1.题图所示钢制拖钩，可采用下列方法制造： （1）铸造 （2）锻造 3）板料切割 试问何种方法制得拖钩其拖重能力最大？为什么？ （） （） 2.冲压下图所示桶形件，所用条料为宽105mm，厚1mm的低碳钢板，按先后顺序指出需要哪些冲压基本工序？如果拉深1次完成，请计算拉深系数。 国外大学在改革发展历程中, 有许多经验值得借鉴[3,4]。美国把本科教育作为基础, 本科教育质量是形成“名校”品牌的重要因素;英国课程改革的核心在于课程和工作之间建立明确的联系, 注重操作性能力的培养。一项对用人单位录用与评价高校毕业生的调查表明, 用人单位对高校毕业生的需求主流仍是本科生, 在录用毕业生时主要看重的是其素质和能力, 拓宽本科生知识面应成为高等学校教学改革的重要内容[5]。因此, 加强本科生的素质和能力培养是当前高等工程教育课程教学改革的目标和研究方向。 教学改革是提高教学质量, 实现人才培养目标的重要手段, 突出“工程技术应用”能力培养是工程应用型人才培养的本质特征, 也是本科院校立足发展、特色突破的现实支撑点, 而深化课程教学改革应以内容、方法、技术为重点[6,7]。笔者以材料成形技术基础课程为例, 介绍了我校在课程教学改革中取得的经验和成果, 以期为课程改革研究提供实践基础。 1 材料成形技术基础课程背景 材料成形技术基础是针对机械类、材料类各专业开设的一门专业基础课。该课程以材料成形工艺过程为主线, 引导学生探求材料成形工艺基础知识和基本原理, 培养学生分析问题、解决问题的能力以及工程实践能力和创新能力。该课程的主要内容有铸造、锻造、板料成形、焊接、塑料成形、快速制造技术等。材料成形技术基础作为一门学科主干专业基础课, 在机械类和材料类专业的人才培养中占有非常重要的地位。 材料成形技术基础课程内容涉及金属的液态成形、塑性成形、连接成形和非金属材料成形领域的众多工艺, 教学内容多、涉及面广, 而课程教学学时比较少, 加之学生的工程意识和实践能力相对较弱, 教学的难度相当大。 2 材料成形技术基础课程教学改革措施 2.1 更新教学理念, 创新人才培养模式 培养方案是人才培养的顶层设计, 人才培养应以行业需求为准绳[8], 课程又是体现培养方案和教育教学理念的主要载体。工科专业人才培养应坚持以学生为本, 从行业需求出发, 着重加强学生知识应用能力、创新能力的培养, 课程教学也应逐步改变教学方式, 坚持因材施教, 不断创新教学方法, 将传统教学方法和现代教学手段相结合, 调动学生的学习积极性和主动性, 激发学生的学习兴趣, 针对行业需求的不断发展, 逐步采用课堂教学+企业实践的立体教学模式, 提高实践环节比重, 使学生有机会将课堂理论应用于生产实践, 多角度、全方位看待工程实际问题, 锻炼学生发现问题、思考问题、解决问题的能力。在传统培养方案的设计中, 往往以教师的“教”为主, 而忽视了学生的“学”, 俗称“师傅领进门, 修行看个人”, 由于学生缺乏学习主动性, 学生对知识的掌握往往局限于书本知识, 当遇到实际工程问题时, 不知从何下手, 对行业发展现状和发展趋势也是一知半解。本教研组经过长期实践摸索和讨论, 决定探索新的教学模式, 如把所有学生分组, 每组针对某一生产实际问题, 查阅资料, 对行业发展进行调研, 撰写调研报告, 经过一段时间的准备, 安排专门时间作主题演讲, 教师针对演讲内容做适当的评论和补充。这种形式使学生能够及时跟进行业发展潮流, 缩小学习和实践之间的差距, 同时改变了传统的教师讲, 学生听的教学模式, 加强了学生之间、学生与教师之间的互动, 使枯燥的课堂变得生动而有趣。 2.2 充分利用现代教学手段, 提高学生自主学习能力 针对学生普遍缺乏工程实践经验的现状, 在课堂教学中, 教师充分利用现代网络资源和多媒体手段, 根据课程教学内容及教学要求, 结合教师平时教学活动中收集、整理的工业现场照片、生产过程视频等资料, 形象、直观地展示给学生, 培养学生基本的工程意识, 让学生了解所学知识与工业生产之间的关系, 激发学生的好奇心, 提高学习兴趣。本教研组在讲授材料成形技术的基本原理和最新进展时, 将平时收集到的现场照片、国内外生产视频等制作成CAI课件, 结合工程实例讲解理论要点, 学生不仅直观地了解了生产工艺, 而且通过课堂讨论, 从中发现现有技术存在的问题以及与国内外最新技术之间的差距, 激发了学生的好奇心和学习兴趣, 拓宽了视野。学生非常愿意接受这种教学方式, 教学效果良好。 同时, 利用现代网络资源和学生热衷网络学习的特点, 不断开发网络课程, 建立网上教学平台, 包括教学课件、试题库、教学视频、自测习题库等, 拓展学生学习方式的维度和空间, 通过网络互动、网上答疑等为教师和学生提供一个虚拟课堂, 培养学生自主学习的能力, 为学生今后终身学习中学习习惯的养成和学习渠道的拓展打下了良好的基础。 2.3 结合工程实例的案例式教学方法 开展工学结合的课程教学模式改革。根据本课程岗位需求确定学生该“用什么”, 该“学什么”, 教师该“教什么”, 使教、学、用相统一, 以工作过程和任务驱动教学, 实现工作过程向教学过程转化。利用课程组教师大多具有良好的工程背景和科研课题研究经历的有利条件, 以教师在为企业服务过程中设计的零件和制订的工艺为例, 按照企业实际工作流程, 从零件设计图分析入手, 根据零件的功能要求和技术要求, 结合课程教学内容, 确定毛坯类型和加工方法, 制订零件成形工艺路线, 确定成形工艺参数, 完成零件成形工艺图等。这种以工程实际零件产品生产过程为主线, 以典型零件和工艺为载体, 以项目驱动教学, 拉近了教学与实际生产过程的距离, 深化了课程教学效果。 2.4 加强“双师型”教师队伍的培养 本课程在教学改革中, 以课程建设和专业调整为导向, 以培养、引进课程带头人和骨干教师为重点, 注重教学团队的师资建设, 形成优良的教风、学术氛围和团结协作精神, 推进本课程教学团队整体素质的不断提高。青年教师是教学的主体, 也是未来教学的生力军, 抓好青年教师特别是新进教师的上岗培训和指导工作, 选聘德才兼备, 富有实践经验的教师作为指导教师, 实行导师负责制, 使青年教师的敬业精神、业务素质、学术水平得到迅速提高。本教研组经常组织教师进行授课研讨, 邀请资深教授和教学督导听课, 找出青年教师在授课过程中存在的问题, 并提出建设性的改进意见, 促进青年教师教学水平不断提高。通过聘任企业工程技术人员作为兼职教师和选送教师到企业挂职锻炼等方式, 促进企业与学校之间的交流互动, 使教师参与企业生产实践活动, 逐步提升在校教师回归工程实践与应用, 服务工程需要的能力。教师培养机制的建立提升了本课程教学团队的整体教学、科研、服务水平, 教学质量明显提高。 2.5 加强教学实践基地建设 材料成形技术基础课程实践性很强, 课程内容整合改革需与区域经济特征对接。本课程在教授学生基本理论和知识的同时, 积极与地方企业沟通, 开展广泛合作, 互为依托, 加强教学实践基地建设。优秀教学基地的建设, 不但有效解决了学生实习难的问题, 还为教师参与企业科技攻关、新产品开发、课题研究提供了良好的机会, 有利于打造高素质的“双师型”教师队伍。 2.6 改革考核评价方式, 注重过程评价 为了搞好课程建设, 提高课程教学质量, 对课程的考核方式进行了改革, 基本思路是坚持以发展能力为主, 加强学生创新精神、综合素质的锻炼, 注重学习过程评价。本课程在考核方式上, 采取开卷考试形式, 着重考核学生对知识的理解、掌握程度和应用知识的能力。同时将开卷考试、课程报告、课堂提问、实验报告等成绩记入平时成绩, 并不断提高在期末考核综合评定过程中的比重。考核评价方式的改变, 不但减轻了学生在期末考试期间的负担, 而且调动了学生平时学习的主动性和积极性, 把学生从死记硬背书本、僵化读书的境地引导出来, 满足了学生的个性发展, 受到学生的广泛欢迎。 3 结束语 课程改革是教学改革乃至教育改革的重要组成部分, 提高教学质量和人才培养质量是课程改革的最终目的。课堂教学应从学生和学校实际出发, 结合区域经济发展需求, 以学生为主体, 以教师为主导, 充分发挥学生学习的主动性。材料成形技术基础课程作为专业技术基础课, 要改变传统教学中学生厌学, 教师难教, 课程内容枯燥乏味的现状, 必须更新教学理念, 并结合现代教育技术, 不断优化课程教学内容;同时不断加强教师队伍和环境资源建设, 注重学生素质和能力的培养, 才能培养出“知识面较宽, 基础较扎实, 应用性较强”, 符合现代社会经济发展需求的应用型人才。 摘要：论述了材料成形技术基础课程改革实践的方法和成果。指出课程教学与改革必须以学生为本, 把素质和能力培养贯穿教育教学的每一个环节, 同时又要与区域经济发展相适应, 坚持面向工程实际, 有针对性地开展人才培养。 关键词：课程改革,人才培养,工程实践,材料成形技术基础 参考文献 [1]张樱.我国高等工程教育课程改革问题研究综述[J].清华大学教育研究, 2000 (2) :120-124. [2]余文森, 康长运.论课程改革的意义[J].中国教育学刊, 2003 (11) :16-21. [3]杨春梅.当代英国大学课程改革研究[J].比较教育研究, 2004 (4) :16-21. [4]赵长林, 董泉增.哈佛大学的课程改革及其启示[J].清华大学教育研究, 2000 (1) :112-120. [5]马陆亭.用人单位对高校毕业生的录用与评价[J].高等教育研究, 2002 (1) :43-47. [6]刘国繁, 曾永卫.工程应用型人才培养特色的实践探索[J].中国高等教育, 2010 (13-14) :26-27. [7]范钦珊.以内容方法技术为重点深化课程教学改革[J].中国高等教育, 2004 (1) :35-37. 关键词：快速成形技术；材料成形性；研究 80年代末期，美国率先应用快速形成技术（RP）。由于计算机技术的快速发展，特别是cad技术的广泛应用，使得人们能够在设计零件中，直接获取零件中的三维数据。然后再利用分层切片的软件，将cad的模型改变成薄截面层，最后通过快速成形的设备将其生成三维实体零件。故此，这被公认为制作技术领域的一次重大发展与突破。 一、RP的起源 在20世界70年代后期，日本的中川威雄运用了分层的技术，从而制造了金属冲裁模，紧接着美国的的一家公司（3M公司）和其他几家公司都相继提出了RP的概念。这成为了RP发展的一个重大突破，随后有关快速成形的概念以及技术等随之出现，从而促进了现代科学技术的发展，进而对整个世界的进步有着非常重要的作用。 二、基本原理 （一）立体光刻装置 立体光刻装置是由美国一家公司最早推出的产品，其工作流程主要是先用CAD系统对零件进行三维造型设计，然后通过专门的切片软件将这个cad模型进行分层处理，将其变成很薄的横截面，接着用CAM软件来控制万向反射镜，按照截面的形状进行表面扫描，进而使得光敏树脂变成固化状态，从而形成整个实体零件，接着用升降台将零件托出液面，然后再冲洗掉零件表面上的残留液体，对其进行烘干，这样就可以产生产品零件。 （二）激光选区烧结 激光选区烧结（SLS）是通过激光束流的方法对所产生的粉末进行加热，使之达到烧结的温度，最后就使得三维立体零件逐渐成形的方法。这种生产流程较之立体印刷相近，首先在工作台上进行操作，烧结一层底层，然后操作工作台分步下降，将粉末材料洒在底层的材料上，接着用滚筒将洒在底层的粉末滚平，继而压实，粉末材料的厚度与CAD中的切边厚度相互对应，通过激光扫描的方式来使得加热的粉末进行彼此的烧结。而没有被扫描的粉末仍旧存在，直到整个零件被烧结而出。 （三）分层实体制造 分层实体制造（LOM）是以CAD模型为基础，通过对切片的信息对箔材进行切割，并且将每一层箔材粘接成一个零件，一个三维实体零件[2]。其工作流程首先是运用激光装置来进行切割，将箔材切成一个二维轮廓，随着工作台下降到一定的高度，通常是一个切片的高度，然后铺上箔材并用热压的方法使它们粘接在箔材上，激光再次切割，如此往复，直到整个零件的完成。 （四）熔融沉积成形 熔融沉积成形（FDM）是通过一种专利喷嘴，用液化器在计算机的控制下，使得材料逐渐的堆积在一起，每一层就仿佛一个切片，从底层自下而上生成零件的方法。 （五）三维打印 三维打印（3DP）与喷墨打印的工作原理相似，即用喷嘴在粉层喷洒液态粘接剂，然后继续铺粉并喷粘接剂，这样得到的三维形状后，继而采取高温烧结的方式，使它变成固化状态，进而得到材料。 三、材料的研究 当今发展最快的材料成形技术是RP&M技术，几乎是每年就会发展一种新的技术，目前已经有十几种工艺技术。 立体光刻装置技术中较为常用原材料光敏树脂，其开发时的收缩系数较小、所以在当今世界成为一种发展趋势。而激光选区烧结技术最常用的材料有塑料、陶瓷、蜡等。分层实体制造技术的原材料有纸、塑料薄膜等，熔融沉积成形的材料是线材，三维打印技术的材料有陶瓷、塑料的粉体[3]。 四、材料的成形性研究 （一）成形的机理 快速成形有着不同的方法，而每种方法又有各自独特的特点，并且材料的选用和形式也大不相同，所以导致了材料的成形机理也有着不同的特征。 在SLA的工艺生产流程中，树脂材料的成形是通过线扫描的方式，进而导致其逐层固化，各个部位之间的结合会影响整体材料的性能，此外，FDM工艺生产流程中，成形材料经过了从固态到液态的历程，出了喷嘴之后又会凝固成固相的形态。 （二）材料的成形性 在快速成形过程中，成形性就是材料适于加工难易程度并且能够从其中获得较为优质的性能的零件[4]。故此，材料的成形性与本质有着密切的关系，而且与成形方法的结构形式有着紧密的联系。成形材料的本质包含着各个方面，如材料的化学成分，还有材料的物理性质以及材料的使用状态等等。目前无论是在我国还是世界来看，都非常需要加强对这项技术的研究，与此同时，也非常迫切的需要成形的材料得到开发，使其能够商品化，进而走进社会各个领域，以此来满足工业化的需求，进而提升我们人们的日常生活水平。 （三）材料成形性的应用 把先进的材料用于这个快速成形的研究是当前世界科学领域的一大课题，目前先进复合材料是研究最多的，这对复合材料的研究以及金属化合物的研究有着非常重要的影响，此外，其优点是能够根据具体所达到的功能和经济要求来进行设计。 五、结语 快速成形技术是新型发展起来的先进技术，在各个行业的应用还没有达到太过广泛的范围，然而随着现代计算机技术的高速发展、激光技术等学科也得到了一定程度上的提高，那么在科学领域中更大范围的应用这个技术已经不远了。所以我们要了解快速形成的技术，这对材料科学问题具有非常重要的意义，随着这项研究的深入发展，必然能够促使快速成形技术的不断发展，进而走入工业化的进程，与此同时新材料的研究又会促进科学技术的不断提升，进而为新材料的广泛应用打好了坚实的基础。 参考文献： [1]沈以赴，陈文华，赵剑峰，余承业，谭永生，刘方军.快速成形技术中材料成形性的研究进展[J].材料科学与工程，2001，04：90-96. [2]马永辉，刘亚娟，徐晋勇，篮毓胜.浅析快速原型制造技术的材料成形性[J].装备制造技术，2010，01：153-156. [3]张安峰，李涤尘，卢秉恒.激光直接金属快速成形技术的研究进展[J].兵器材料科学与工程，2007，05：68-73. 答：金属键是由自由电子及排列成晶格状的金属离子之间的静电吸引力组合而成。由于电子的自由运动，金属键没有固定的方向，金属的延展性就是由于在金属被锻造的时候，只是引起了金属阳离子的重新排布，而由于自由电子可以在整块金属内自由流动，金属键并未被破坏。由于自由电子的存在使金属很容易吸收光子而发生跃迁，发出特定波长的光波，因而金属往往有特定的金属光泽。柯氏气团是如何形成的？它对材料行为有何影响？P13 金属内部存在的大量位错线，在位错线附近经常会吸附大量的异类溶质原子（大小不同吸附的位置有差别），形成所谓的“柯氏气团”。 气团的形成会导致位错运动阻力的增加，进而提高材料的强度。3简述合金相的分类，固溶体与纯金属相比，有何结构、性能特点 合金相从结构上可将其分为固溶体，化合物，陶瓷晶体相，玻璃相及分子相5类。 结构：虽然固溶体仍保持着溶剂的晶格类型，但若与纯组元相比，结构还是发生了变化，有的变化还相当大，主要表现在以下凡个方面：晶格畸变；偏聚与有序；有序固溶体 性能，固溶强化：随着溶质浓度的增加强度硬度升高塑性韧性下降 强化效果： 1.原子尺寸相差越大晶格畸变越大强化效果越好 综合起来看，固溶体比纯金属和化合物具有较为优越的综合机械性能，因此，各种金属材料总是以固溶体为其基体相。 4固溶体与纯金属的结晶有何不同？ 和纯金属不同，固溶体合金的结晶有其显著特点，主要表现在以下两个方面：异分结晶，固溶体合金的结晶需要一定的温度范围 （1）异分结晶 异分结晶和同分结晶： 固溶休合金结品时所结晶出的固相成分与液相的成分不同，这种结晶出的晶体与母相化学成分不同的结晶称为异分结晶，或称选择结晶。而纯金属结晶时，所结晶出的晶体与母相的化学成分完全一样，所以称之为同分结晶。（2）固溶体合金的结晶需要一定的温度范围 固溶体合金的结晶要在一定的温度范围内进行：在此温度范围内的每一温度下，只能结晶出一定数量的固相。随着温度的降低，固相的数量增加，同时固相的成分和液相的成分分别沿固相线和液相线而连续地改变，直至固相线的成分与原合金的成分相同时，才结晶完毕。这就意味着固溶体合金在结晶时始终进行溶质和溶剂原子的扩散过程。固溶体合金凝固时依赖于异类原子的互相扩散 5试述含碳量对平衡组织和性能的影响 1．碳含量对平衡组织的影响 不同成分的铁碳合金在共析温度以下都是由铁素体和渗碳体两相组成。随着含碳量的增加，渗碳体量增加，铁素体量减小，而且渗碳体的形态和分布情况也发生变化，所以，不同成分的铁碳合金室温下具有不同的组织和性能。其室温组织变化情况如下： F+P→P→P+Fe3CⅡ→P+Fe3CⅡ+Ld′→Ld′→Ld′+Fe3C 2．含碳量对力学性能的影响 钢中铁素体为基体，渗碳体为强化相，而且主要以珠光体的形式出现，使钢的强度和硬度提高，故钢中珠光体量愈多，其强度、硬度愈高，而塑性、韧性相应降低。但过共析钢中当渗碳体明显地以网状分布在晶界上，特别在白口铁中渗碳体成为基体或以板条状分布在莱氏体基体上，将使铁碳合金的塑性和韧性大大下降，以致合金的强度也随之降低，这就是高碳钢和白口铁脆性高的主要原因。 6指出Fe-Fe3C相图中适合锻造、铸造、冷塑变、热处理加工的成分范围，说明原因。7渗碳为什么在奥氏体中而不在铁素体中进行？ 虽然碳原子在α-Fe比γ-Fe中扩散系数大（１分），但钢的渗碳通常在奥氏体区进行，因为可以获得较大的渗层深度。因为：奥氏体的溶碳能力大，1148℃时最大值可达2.11%，远比铁素体(727℃，0.0218%)大。8试分析材料强化的常用方法，机制及适用条件。1.形变强化 形变强化：随变形程度的增加，材料的强度、硬度升高，塑性、韧性下降的现象叫形变强化或加工硬化。 机理：随塑性变形的进行，位错密度不断增加，因此位错在运动时的相互交割加剧，结果即产生固定的割阶、位错缠结等障碍，使位错运动的阻力增大，引起变形抗力增加，给继续塑性变形造成困难，从而提高金属的强度。方法：冷变形（挤压、滚压、喷丸等）。 形对一些不能用热处理强化的材料可以用形变强化的方法提高材料的强度，可使强度成倍的增加；是某些工件或半成品加工成形的重要因素，使金属均匀变形，使工件或半成品的成形成为可能，如冷拔钢丝、零件的冲压成形等；形变强化还可提高零件或构件在使用过程中的安全性，零件的某些部位出现应力集中或过载现象时，使该处产生塑性变形，因加工硬化使过载部位的变形停止从而提高了安全性。2.固溶强化 随溶质原子含量的增加，固溶体的强度硬度升高，塑性韧性下降的现象称为固溶强化。强化机理：一是溶质原子的溶入，使固溶体的晶格发生畸变，对滑移面上运动的位错有阻碍作用；二是位错线上偏聚的溶质原子形成的柯氏气团对位错起钉扎作用，增加了位错运动的阻力；三是溶质原子在层错区的偏聚阻碍扩展位错的运动。所有阻止位错运动，增加位错移动阻力的因素都可使强度提高。方法：合金化，即加入合金元素。 3、第二相强化 钢中第二相的形态主要有三种，即网状、片状和粒状。①网状特别是沿晶界析出的连续网状Fe3C，降低的钢机械性能，塑性、韧性急剧下降，强度也随之下降； ②第二相为片状分布时，片层间距越小，强度越高，塑性、韧性也越好。符合σs=σ0＋KS0-1/2的规律，S0 片层间距。③第二相为粒状分布时，颗粒越细小，分布越均匀，合金的强度越高，符合Gb的规律，λ粒子之间的平均距离。第二相的数量越多，对塑性的危害越大； ④片状与粒状相比，片状强度高，塑性、韧性差； ⑤沿晶界析出时，不论什么形态都降低晶界强度，使钢的机械性能下降。第二相无论是片状还是粒状都阻止位错的移动。 方法：合金化，即加入合金元素，通过热处理或变形改变第二相的形态及分布。 4、细晶强化 细晶强化：随晶粒尺寸的减小，材料的强度硬度升高，塑性、韧性也得到改善的现象称为细晶强化。 细化晶粒不但可以提高强度又可改善钢的塑性和韧性，是一种较好的强化材料的方法。机理：晶粒越细小，位错塞集群中位错个数（n）越小，根据 n0，应力集中越小，所以材料的强度越高。 细晶强化的强化规律：晶界越多，晶粒越细，根据霍尔-配奇关系式σs=σ0＋Kd-1/2 晶粒的平均直（d）越小，材料的屈服强度（σs）越高。 细化晶粒的方法：结晶过程中可以通过增加过冷度，变质处理，振动及搅拌的方法增加形核率细化晶粒。对于冷变形的金属可以通过控制变形度、退火温度来细化晶粒。可以通过正火、退火的热处理方法细化晶粒；在钢中加入强碳化物物形成元素。9.为何晶粒越细、材料的强度越高，其塑韧性也越好？ 晶粒越细小，晶界越多，其阻碍位错运动阻力越大，故强度提高。 晶粒越细，在变形的同时可以分散在更多晶粒内变形，且应力集中较小，因应力集中引起的开裂机会较少，有可能在断裂之前承受较大的变形量，故体现出较好的塑性。晶粒越细，裂纹越不容易萌生（应力集中较小），越不容易传播（晶界多 并且曲折）因而在断裂过程中吸收了更多能量，表现出较高的韧性。 10热加工和冷加工是如何划分的，分析热加工和冷加工过程中的组织与性能变化。冷加工是指在再结晶温度以下的变形。变形后具有明显的加工硬化现象(冷变形强化)。如冷挤压、冷轧、冷冲压等。 热加工是指在再结晶温度以上的变形。在其变形过程中，其加工硬化随时被再结晶所消除。因而，在此过程中表现不出加工硬化现象。如热轧、热锻、热挤压等。冷加工：（1）金属发生塑性变形后, 晶粒发生变形, 沿形变方向被拉长或压扁。当变形量很大时, 晶粒变成细条状(拉伸时), 金属中的夹杂物和第二相也被拉长, 形成纤维组织。 （2）金属经大的塑性变形时，由于位错的密度增大并发生交互作用，大量位错堆积在局部地区，并相互缠结，形成不均匀的分布, 使晶粒分化成许多位向略有不同的小晶块，从而在晶粒内产生亚结构（亚晶粒） （3）在塑性变形中，随着变形大程度的增加，各个晶粒的滑移面和滑移方向都要向主形变方向转动，使各晶粒的位向呈现一定程度的规律性，这一现象称为择优取向，这种组织状态称为形变织构。 （4）在冷变形过程中不发生软化过程的愈合作用，因滑移（位错的运动及其受阻、双滑移、交叉滑移等），孪晶等过程的复杂作用以及各晶粒所产生的相对转动与移动，造成了在晶粒内部及晶粒间界处出现一些显微裂纹、空洞等缺陷使金属密度减少，是造成金属显微裂纹的根源。热加工： （1）改善组织，提高性能 改造铸态组织---压缩（焊合）铸态金属的组织的缩孔、疏松、空隙、气泡等缺陷。细化晶粒---轧制破坏粗大柱状晶、树枝晶，通过热变形与再结晶形成细小等轴晶粒，甚至亚晶组织。破碎夹杂物---破碎夹杂物和第二相并改变它们的分布状态，有效改善材料性能 （2）热变形形成加工流线，出现各项异性---热加工能使金属中残存的枝晶偏析、可变形夹杂物和第二相沿金属流动方向被拉长，形成纤维组织(或称“流线”)，使金属的力学性能特别是塑性和韧性具有方向性，纵向上的性能显著大于横向上的。 （3）形成带状组织---复相合金中的各个相，在热加工时沿着变形方向交替呈带状分布的组织。往往是由于枝晶偏析或夹杂物在压力加工过程中被拉长所造成的。11固态相变与凝固两过程有何异同？ 与液态金属结晶凝固相比较，有相同之处，也有相异之处 相同之处：相变驱动力都是新旧两相之间的自由能差；相变都包含形核与长大两个基本的过程 相异之处： 12说明固态相变比液态材料结晶阻力大的原因P114 13说明晶体缺陷促进固态相变形核的原因 晶体缺陷是能量起伏、结构起伏和成分起伏最大的区域，在这些区域形核时，原子扩散激活能低，扩散速度快，相变应力容易被松弛。在固态相变中，从能量的观点来看，均匀形核的形核功最大，空位形核次之，位错形核更次之，晶界非均匀形核的形核功最小。 固态金属中存在各种晶体缺陷，如位错、空位、晶界和亚晶界等。母相中存在缺陷，由于缺陷周围有晶格畸变，自由能较高，在此处形成同样大小的晶核比其他区域获得更大的驱动力，新相晶核往往优先在这些缺陷处形成。母相晶粒越细小，晶界越多，晶内缺陷越多，形核率越高，转变速度越快。 14再结晶和调幅分解是相变过程吗，为什么？ 再结晶虽然是形核—长大过程，但晶体点阵类型并未改变，故不是相变过程。 调幅分解(也称为增幅分解)是指过饱和固熔体在一定温度下分解成结构相同、成分不同 两个相的过程。是相变过程。 15试述马氏体高强度、高硬度的原因 马氏体具有高硬度和高强度的原因是多方面的，其中主要包括固溶强化、相变强化、时效强化以及晶界强化等。 (1)固溶强化。首先是碳对马氏体的固溶强化。过饱的间隙原子碳在a相晶格中造成晶格的正方畸变，形成一个强烈的应力场。该应力场与位错发生强烈的交换作用，阻碍位错的运动从而提高马氏体的硬度和强度。 (2)相变强化。其次是相变强化。马氏体转变时，在晶格内造成晶格缺陷密度很高的亚结构，如板条马氏体中高密度的位错、片状马氏体中的孪晶等，这些缺陷都阻碍位错的运动，使得马氏体强化。这就是所谓的相变强化。 (3)时效强化。时效强化也是一个重要的强化因素。马氏体形成以后，由于一般钢的点Ms大都处在室温以上，因此在淬火过程中及在室温停留时，或在外力作用下，都会发生自回火。即碳原子和合金元素的原子向位错及其它晶体缺陷处扩散偏聚或碳化物的弥散析出，钉轧位错，使位错难以运动，从而造成马氏体的时效强化。16固态相变与凝固所涉及的能量变化有何异同 与液固相变相比，除界面能以外，固态相变形核增加了一项应变能。17晶体缺陷对材料行为的影响 促进非均匀形核 晶体缺陷对材料性能的影响（1）点缺陷对材料性能的影响 空位是金属晶体结构中固有的点缺陷。点缺陷主要影响晶体的物理性质，如比容、比热容、电阻率等。 1.比容:为了在晶体内部产生一个空位，需将该处的原子移到晶体表面上的新原子位置，导致晶体体积增大 2．比热容:由于形成点缺陷需向晶体提供附加的能量（空位生成焓），因而引起附加比热容。3．电阻率:在有缺陷的晶体中，在缺陷区点阵的周期性被破坏，电场急剧变化，因而对电子产生强烈散射，导致晶体的电阻率增大。 4.电阻：增加电阻，晶体点阵的有序结构被破坏，使原子对自由电子的散射效果提升。（2）线缺陷对材料性能的影响 位错是一种及重要的晶体缺陷，他对金属的塑性变形，强度与断裂有很重要的作用，塑性变形就其原因就是位错的运动，而强化金属材料的基本途径之一就是阻碍位错的运动，另外，位错对金属的扩散、相变等过程也有重要影响。（3）面缺陷对材料性能的影响 1.面缺陷的晶界处点阵畸变大，存在晶界能，晶粒长大与晶界平直化使晶界面积减小，晶界总能量降低，这两过程通过原子扩散进行，随温度升高与保温时间增长，有利于这两过程的进行。 2.面缺陷原子排列不规则，常温下晶界对位错运动起阻碍作用，塑性变形抗力提高，晶界有较高的强度和硬度。晶粒越细，材料的强度越高，这就是细晶强化，而高温下刚好相反，高温下晶界又粘滞性，使相邻晶粒产生相对滑动。 3.面缺陷处原子偏离平衡位置，具有较高的动能，晶界处也有较多缺陷，故晶界处原子的扩散速度比晶内快 4.固态相变中，晶界能量较高，且原子活动能力较大，新相易于在晶界处优先形核，原始晶粒越细，晶界越多，新相形核率越大。 5．由于成分偏析和内吸附现象，晶界富集杂质原子情况下，晶界熔点低，加热过程中，温度过高引起晶界熔化与氧化，导致过热现象。 6.晶界处能量较高，原子处于不稳定状态，及晶界富集杂质原子的缘故，晶界腐蚀速度较快。 1、计算并比较面心立方晶体中(111)、(100)、(110)面的比表面能，设每对原子键能为Ub，点阵常数为a。 2、单晶体铜受拉伸形变，拉伸轴是[001]，应力为104Pa。求作用在(111)面[101]方向的分切应力。 3、下图表示在同一直线上有柏氏矢量相同的2个同号刃位错AB和CD，距离为x，它们作F-R源开动。 (a)画出这2个F-R源增殖时的逐步过程，二者发生交互作用时，会发生什么情况？(b)若2位错是异号位错时，情况又会怎样？ 4、一种金属材料中含有稳定的第二相粒子（在退火时不溶解），体积分数为2×102，平均直径为0.5m。问退火后晶粒直径能否超过50m？（基体与第二相的介面能是常数） 1、计算并比较面心立方晶体中(111)、(100)、(110)面的比表面能，设每对原子键能为Ub，点阵常数为a。 2、单晶体铜受拉伸形变，拉伸轴是[001]，应力为104Pa。求作用在(111)面[101]方向的分切应力。 3、下图表示在同一直线上有柏氏矢量相同的2个同号刃位错AB和CD，距离为x，它们作F-R源开动。 (a)画出这2个F-R源增殖时的逐步过程，二者发生交互作用时，会发生什么情况？(b)若2位错是异号位错时，情况又会怎样？ 4、一种金属材料中含有稳定的第二相粒子（在退火时不溶解），体积分数为2×102，平均直径为0.5m。问退火后晶粒直径能否超过50m？（基体与第二相的介面能是常数） 1、计算并比较面心立方晶体中(111)、(100)、(110)面的比表面能，设每对原子键能为Ub，点阵常数为a。 2、单晶体铜受拉伸形变，拉伸轴是[001]，应力为104Pa。求作用在(111)面[101]方向的分切应力。 3、下图表示在同一直线上有柏氏矢量相同的2个同号刃位错AB和CD，距离为x，它们作F-R源开动。 (a)画出这2个F-R源增殖时的逐步过程，二者发生交互作用时，会发生什么情况？(b)若2位错是异号位错时，情况又会怎样？ 4、一种金属材料中含有稳定的第二相粒子（在退火时不溶解），体积分数为2×102，平均直径为0.5m。问退火后晶粒直径能否超过50m？（基体与第二相的介面能是常数） 1、计算并比较面心立方晶体中(111)、(100)、(110)面的比表面能，设每对原子键能为Ub，点阵常数为a。 2、单晶体铜受拉伸形变，拉伸轴是[001]，应力为104Pa。求作用在(111)面[101]方向的分切应力。 3、下图表示在同一直线上有柏氏矢量相同的2个同号刃位错AB和CD，距离为x，它们作F-R源开动。 (a)画出这2个F-R源增殖时的逐步过程，二者发生交互作用时，会发生什么情况？(b)若2位错是异号位错时，情况又会怎样？ 4、一种金属材料中含有稳定的第二相粒子（在退火时不溶解），体积分数为2×102，平均直径为0.5m。问退火后晶粒直径能否超过50m？（基体与第二相的介面能是常数） 1、计算并比较面心立方晶体中(111)、(100)、(110)面的比表面能，设每对原子键能为Ub，点阵常数为a。 单位面积内的原子数形成表面时一个原子失去的键数答：比表面能＝单位面的面积Ub2 U11(33)3b62223U； 因此对（111）： 比表面能＝ba232a2 U1(41)4b424U； 同样对（100）： 比表面能＝ba2a2U11(42)5b42252U。比表面能＝b2a22a2 对（110）面： 2、单晶体铜受拉伸形变，拉伸轴是[001]，应力为104Pa。求作用在(111)面[101]方向的分 切应力。 3、下图表示在同一直线上有柏氏矢量相同的2个同号刃位错AB和CD，距离为x，它们作 F-R源开动。 (a)画出这2个F-R源增殖时的逐步过程，二者发生交互作用时，会发生什么情况？(b)若2位错是异号位错时，情况又会怎样？ 故铜板可以视为冷加工，弹孔周围保持变形组织 铅板弹孔周围为再结晶组织。 四、试比较去应力退火过程与动态回复过程位错运动有何不同？从显微组织上如何区分动、静态回复和动、静态再结晶？ 解答：去应力退火过程中，位错攀移与滑移后重新排列，高能态转变为低能态，动态回复过程是通过螺型位错的交滑移和刃型位错的攀移使得异号位错相互抵消，保持位错增殖率与消失率之间动态平衡。 从显微组织上，静态回复可以看到清晰亚晶界，静态再结晶时形成等轴晶粒，动态回复形成胞状亚结构，动态再结晶时形成等轴晶，又形成位错缠结，比静态再结晶的晶粒细小。 五、讨论在回复和再结晶阶段空位和位错的变化对金属的组织和性能所带来的影响。 回复可分为低温回复、中温回复、高温回复。低温回复阶段主要是空位浓度明显降低。中温回复阶段由于位错运动会导致异号位错合并而相互抵消，位错密度有所降低，但降幅不大。所以力学性能只有很少恢复。高温回复的主要机制为多边化。多边化由于同号刃型位错的塞积而导致晶体点阵弯曲，通过刃型位错的攀移和滑移，使同号刃型位错沿垂直于滑移面的方向排列成小角度的亚晶界。此过程称为多边化。多晶体金属塑性变形时滑移通常是在许多互相交截的滑移面上进行，产生由缠结位错构成的胞状组织。因此，多边化后不仅所形成的亚晶粒小得多，而且许多亚晶界是由位错网组成的。 对性能影响：去除残余应力，使冷变形的金属件在基本保持应变硬化状态的条件下，降低其内应力，以免变形或开裂，并改善工件的耐蚀性。再结晶是一种形核和长大的过程，靠原子的扩散进行。冷变形金属加热时组织与性能最显著的变化就是在再结晶阶段发生的。特点：a组织发生变化，由冷变形的伸长晶粒变为新的等轴晶粒；b力学性能发生急剧变化，强度、硬度急剧下降，应变硬化全部消除，恢复到变形前的状态c变形储能在再结晶过程中全部释放。三类应力（点阵畸变）变形储能在再结晶过程中全部释放。 七、在生产中常常需要通过某些转变过程来控制金属的晶粒度。为了适应这一要求，希望建立一些计算晶粒度的公式。若令d代表转变完成后晶粒中心之间的距离，并假定试样中 1/4转变量达95%作为转变完成的标准，则根据约翰逊-梅厄方程，符合下式：d =常数(G/N’)。式中，N’为形核率；G为生长率。设晶粒为立方体，求上式中的常数。解答：根据J-M方程及题意，有 0.95＝1-exp[(-πN’G3t04)/3]，所以有 ln0.05＝-（πN’G3t04）/3，所以t0=[9/πN’G3]1/4 设再结晶完成后单位体积内晶粒数目为Nv，NV0 式中，x为再结晶体积分数，取值为0－1.0，简化运算取平均值0.5，则再结晶后一个晶粒体积为1/Nv，而晶粒平均直径d∝（1/Nv）1/3，以k’代表晶粒体积形状系数，则Nv k’d3＝1，所以 3191413N)]()4]331d[k(914N16G)()4]3 d[k(16G八、一楔形板坯经过冷轧后得到厚度均匀的板材，如图，若将该板材加热到再结晶温度以上退火后，整个板材均发生再结晶。试问该板材的晶粒大小是否均匀？为什么？假若该板材加热到略高于再结晶温度退火，试问再结晶 d1.15k(3(1x)Nt031914Ndt()()4t2N16G0G14)N先从哪一端开始？为什么？ 答：晶粒大小不均匀，随着楔子的进入，其变形度逐渐增大，其晶粒度大小随变形情况的变化如图所示，当变形量小时，晶粒仍保持原状，这是由于变形小，畸变能小，不足以引起再结晶，所以晶粒大小没有变化。当达到临界变形度时，得到特别大的晶粒，当超过这个临界变形度后，则变形越大，晶粒越细，当变形度达到一定程度后，再结晶晶粒基本保持不变，当变形度再大时，可能会出现二次结晶，导致晶粒重新粗化。 变形越大，冷变形储存能量越高，越容易再结晶。因此，在较低温度退火，在较宽处先发生再结晶。 九、如果把再结晶温度定义为1小时内能够有95%的体积发生转变的温度，它应该是形核率N‘和生长率G的函数。N‘与G都服从阿夫瑞米方程： N’ =N0exp(-QN/kT)，G=G0exp(-QG/kT)。试由方程t0.95=*2.84/N’G3]1/4导出再结晶温度计算公式，式中只包含N0、G0、QG、QN等项，t0.95代表完成再结晶所需时间。解答：根据J-M方程及题意，有 0.95＝1-exp[(-πN’G3t04)/3]，所以有t0.95=[2.84/N’G3]1/4 或 N’G＝k＝常数 带入N’与G的表达式，N0G03 exp [-(QN＋3QG）/RT再)] ＝k 可得到：T再 ＝(QN＋3QG）/ Rln（N0G0/ k）＝ k’(QN＋3QG） N0、G0为Arrhenius方程中常数，QG为再结晶形核激活能，QN为再结晶晶粒长大激活能。QG、QN主要受变形量、金属成分、金属纯度与原始晶粒大小影响。 变形量大于5％后，QG、QN大约相等。高纯金属，QG大致与晶界自扩散激活能相当。（题公式有误t3 t4） 十、今有工业纯钛、铝、铅等几种铸锭，试问应如何选择它们的开坯轧制温度？开坯后，如果将它们在室温(20℃)再进行轧制，它们的塑性孰好孰差？为什么？这些金属在室温下是否都可以连续轧制下去？如果不能，又应采取什么措施才能使之轧成很薄的带材？ 注：(1)钛的熔点为1672℃，在883℃以下为密排六方结构，α相；在883℃以上为体心立方结构，β相。(2)铝的熔点为660.37℃，面心立方结构；(3)铅的熔点为327.502℃，面心立方结构 解答要点：开坯轧制温度时要塑性好，故必须再结晶温度以上，依据工业纯金属起始再结晶温度与熔点之间关系： T再=(0.3~0.4)T熔 取T再= 0.4T熔，故钛T再=0.4×（1672+273）＝778K＝505 ℃ 铝T再=0.4×（660+273）＝373K=100 ℃ 铅T再=0.4×（327+273）＝240K=-33 ℃ 通常可以在此基础上增加100～200 ℃，故可以选择钛开坯轧制温度900 ℃（此时为bcc结构） 铝开坯轧制温度200 ℃ －300 ℃左右，铅开坯轧制温度为室温 开坯后，在室温(20℃)进行轧制，塑性铅好，铝次之，钛差，铅，铝在室温下可以连续轧制下去，钛不能，应采取再结晶退火才能使之轧成很薄的带材 十一、由几个刃型位错组成亚晶界，亚晶界取向差为0.057°。设在多边化前位错间无交互作 3用，试问形成亚晶后，畸变能是原来的多少倍？由此说明，回复对再结晶有何影响？ GbR解答要点：单位长度位错能量 wln4(1)r0 -8-4r0为位错中心半径，R为位错应力场作用最大范围，取r0≈b＝10cm，R≈ 10cm 242多边化前，Gb10Gb418 4(1)104(1)-8-3-5多边化后，R=D=b/θ＝10/10＝10(θ化为弧度＝0.057×2π/360 ＝9.95×10-4 ≈10-3) 2wlnln10 w2Gb24(1)ln101058Gb24(1)ln103故W2/W1=ln103/ln104＝0.75 说明多边化使得位错能量降低，减少了储存能，使得再结晶驱动力减少 十二、已知锌单晶体的回复激活能为20000J/mol，在-50℃温度去除2%的加工硬化需要13天；若要求在5分钟内去除同样的加工硬化需要将温度提高多少？ 解答要点：根据回复动力学，回复量R（即题中去除量）与回复时间t和回复温度T，回复激活能Q有关系： lnt=α+Q/RT 可得： lnt1－ lnt2=Q/RT1-Q/RT2，即t1/ t2=exp(Q/RT1-Q/RT2)=exp[Q/R(1/T1-1/T2)] 带入t1=13d＝18720min，t2＝5，T1=223K，求T 2即18720/5=exp[20000/8.314(1/223-1/T2)]，T2＝938K＝665 ℃ (题数据有误，Zn的熔点为420 ℃) 十三、已知含WZn=0.30的黄铜在400℃的恒温下完成再结晶需要1h，而在390℃完成再结晶需要2h，试计算在420℃恒温下完成再结晶需要多少时间？ 解答：由lnt=α+Q/RT，可得： lnt1=α+Q/RT 1lnt2=α+Q/RT2 ln（t1/ t2）=Q/R(1/T1-1/T2)，求得Q、α后可解t=0.26h 十四、纯锆在553℃和627℃等温退火至完成再结晶分别需要40h和1h，试求此材料的再结晶激活能。 解答：由lnt=α+Q/RT，可得： lnt1=α+Q/RTlnt2=α+Q/RT2 ln（t1/ t2）=Q/R(1/T1-1/T2)，求得Q＝3.08×105J/mol可解 十五、Fe-Si钢(为0.03)中，测量得到MnS粒子的直径为0.4μm，每mm内的粒子数为2×10个。计算MnS对这种钢正常热处理时奥氏体晶粒长大的影响(即计算奥氏体晶粒尺寸)。 粉末冶金材料与致密钢的主要区别就是基体组织中含有孔隙, 密度低于致密钢, 密度直接影响粉末冶金材料的力学性能和物理化学性能。图1是密度与粉末冶金烧结钢力学性能之间的关系[1], 当密度大于7.2g/cm3时, 其各项力学性能指标随着密度的增加而呈几何级数增加[2]。因此, 要获得高性能的粉末冶金材料, 就必须提高材料的密度。传统的粉末致密化方法有复压复烧、热压、热等静压、粉末锻造、浸渗等, 但由于存在一些缺点, 应用受到一定的限制。近年来, 世界各国的粉末冶金研究机构和学者开发出了一些新的粉末冶金成形技术, 如:粉末注射成形技术、粉末温压成形技术、粉末高速压制成形技术、粉末动磁压制技术、爆炸压制成形技术、模壁润滑技术、放电等离子烧结等。本文着重对有关高密度粉末成形技术的研究进展做一综合评述。 2 粉末注射成形技术 粉末注射成形技术[3] (Powder Injection Molding, 简称PIM) 是粉末冶金工艺与塑料成形技术相结合发展起来的一种金属粉末成型工艺技术。其工艺方法是:将微细金属或陶瓷粉末与流动性物质混炼均匀, 使粉末具有一定的流动性, 利用注射成形机, 像成形塑料那样将金属粉末或陶瓷粉末注射成形, 然后将成形坯中的流动性物质除去, 并在高温下烧结使成形坯致密化, 最后通过一定的后续处理得到最终产品[4], 其工艺过程如图2所示。 粉末注射成形法与传统粉末模压成形法相比, 有以下特点: (1) 能够成形三维复杂形状的金属粉末制品, 特别适合制造用常规粉末冶金方法不能或难以成形的特殊形状零件。 (2) 制品密度高且均匀分布, 相对密度在95%以上, 具有优异的力学性能。 (3) 具有高的尺寸精度和表面光洁度, 尺寸精度为±0.3%, 粗糙度为Ra1~5, 材料利用率在95%以上, 甚至可以达到100%, 可实现零件的近净成形。 (4) 材料适应性广, 自动化程度高, 当零件产量超过5000件时, 粉末注射成形与其它工艺相比, 成本至少降低30%。 粉末注射成形原理和塑料注射成形原理相同, 都是以流变力学为基础, 通过在金属粉末中加入一定比例的粘结剂, 粘结剂体积百分比含量达到40%~70%, 粉末颗粒被粘结剂均匀包覆, 使混合物料具有很好的流变性。注射成形时, 混合物料被加热成具有流变性的热塑性熔体, 加热温度一般在323~473K, 在注射机螺杆推力的作用下, 物料均匀充满模具型腔, 由于粉末之间充满粘结剂, 因此物料是不可压缩的, 型腔内物料受力均匀, 相当于等静压制, 注射成形压坯密度均匀且各向同步均匀收缩, 可避免在脱脂和烧结过程中出现开裂, 为烧结致密化创造了有利条件。 注射成形压坯在烧结过程中会产生30%~40%的体积收缩, 即使是固相烧结, 密度也在95%以上, 而且孔隙是独立存在。虽然压坯的致密化是在烧结过程实现的, 但关键是压坯具有密度均匀且各向同步均匀收缩的特性, 另外, 粉末注射成形所用的粉末是超细粉, 尺寸在0.5~20μm, 因此其烧结性能非常好, 烧结压坯具有很高的密度, 粉末注射成形产品力学性能达到熔铸钢性能的80%以上。 自1972年美国人R·E·Wiech, Jr博士发明金属粉末冶金注射成形法以来, 该项技术取得了快速发展。主要是在两个关键技术方面取得突破, 一方面是开发出了超高压水雾化和高压惰性气体雾化制粉技术, 极大地提高了超细粉的生成效率, 使粉末冶金注射成形原料成本大大降低;另一方面开发出了新型粘结剂和粉末注射成形工艺, 将脱脂时间由数十小时缩短到几个小时, 提高了注射成形的生产效率。促进了粉末注射成形技术的产业化发展。据美国BBC-Research市场技术研究报告[5], 2009年金属注射成形全球市场份额约为9.849亿美元, 预计到2014年将增加到19亿美元, 年平均增长14%。 目前, 粉末冶金注射成形能够生产长度小于100mm, 厚度小于20mm、重量0.2~200g的零件, 其典型代表制品有火箭推进器、陶瓷涡轮芯片芯子、导弹尾翼、汽车磁传感器座等, 其典型零件如图3所示。粉末注射成形的材料应用领域不断扩大, 已从早期的铁基、硬质合金、陶瓷等结构材料发展到镍基、钴基、金属间氧化物、钛合金和铌等功能材料, 如热沉材料、磁性材料和形状记忆合金。 近年来, 粉末微注射成形技术逐渐兴起, 成为世界各国研究的热点。该项技术主要用于制造具有微观结构表面和微型结构的零件, 其成形原理与传统粉末注射成形相同, 不同之处是所用的粉末平均粒径为1~2μm, 粘结剂粘度较低, 强度更高, 脱脂和烧结工艺条件更加苛刻。目前, 该技术还处在实验室研究阶段。 3 粉末温压成形技术 粉末温压成型技术[6] (Warm Compaction) 是1990年代出现的一种新的粉末冶金成形技术。所谓温压技术就是将表面经过聚合物处理的铁基粉末和模具加热到403~423K左右, 按传统的粉末模压方式进行压制成型, 并采用普通烧结工艺对压坯进行烧结致密化的制造技术[6], 成形时温度波动范围控制在±2℃, 粉末和模具的加热是通过对粉末输送系统和模具系统进行加温并控制实现的。图4为粉末温压成形工艺流程图。 温压成形工艺技术特点是: (1) 高密度, 高强度。一次压制密度可达 (7.2~7.6) ×103kg/m3, 与传统粉末一次压制相比密度提高 (0.15~0.3) ×103kg/m3。零件力学性能和磁性能明显高于传统粉末压制烧结件的性能, 拉伸强度提高10%, 疲劳性能提高10%~15%, 冲击韧性可提高100%, 烧结态极限抗拉强度≥1200MPa。 (2) 生坯强度高。其生坯强度达到30N/mm2, 可以对生坯进行机械加工, 降低了刀具磨损和压坯废品。 (3) 生产成本相对较低。温压成形过程与传统压制成形过程基本相同, 在普通粉末压机上添加加热保温系统就可以进行温压生产, 压制压力和脱模压力均较低, 模具寿命相对提高, 除了所用粉末价格较高, 其它成本相对较低。研究表明[6], 其生产成本比传统粉末压制工艺高20%, 但比粉末锻造、粉末复压复烧、粉末侵渗等工艺分别降低80%、30%、20%。 (4) 压坯密度分布均匀。如温压工艺生产的齿轮的齿部与根部密度差比传统粉末压制工艺低 (0.1~0.2) ×103kg/m3。 (5) 可以制造形状复杂、尺寸精度高的零件。温压产生的弹性后效较小, 一般在0.1%~0.16%, 脱模力比传统压制低30%, 烧结收缩率在0.025%~0.08%, 零件尺寸精度容易控制。 温压成形致密化机理有多种观点, 主要的观点有以下两种:一种是加拿大的Capus[7]认为温压改进了粉末颗粒的重排, 促使小颗粒填充到达颗粒的间隙中, 同时还增强了粉末颗粒的塑性变形, 从而提高了压坯密度;另一种是比利时的Degoix等人[8]认为温压时聚合物处于粘流态, 提高了压制过程中粉末颗粒之间的润滑效果, 减少了摩擦阻力, 使有效压力提高, 从而提高了压坯密度。国内许多学者对温压成形机理进行了大量研究[9,10], 比较一致的观点认为, 温压改善了粉末颗粒的重排和塑性变形。 该项技术自1994年由美国Hoeganaes公司推出后, 很快被应用到实际生产中, 1996年美国福特公司开发出了12kg重的温压汽车转矩涡轮毂[11], 并应用在福特卡车上。日本日立粉末金属公司采用温压技术生产出了小节锥半角斜伞齿轮, 取代了机械加工锻钢工艺[12]。2000年法国Federal Mogul公司开发出了粉末温压连杆, 使用性能与锻造件相近[13]。我国近十多年来, 在国家863计划项目资助下, 中南大学、北科大、华南理工等单位也在温压技术上取得了突破性进展。 2000年, 德国Fraunhofer研究所开发出了粉末流动温压 (AncorMaxTD) 技术[14]。该项技术集中了粉末压制成形技术、温压成形技术和注射成形技术三者的特点, 其核心技术是提高了混合粉末的流动性, 其特点是将粗粉 (100μm) 和细粉 (0.5~20μm) 及热塑性润滑剂按一定比例进行混合, 在353~403K温度下压制成型。可生产带有垂直于压制方向的凹槽、孔和螺纹等形状非常复杂的高密度、高强度粉末冶金零件[15]。如美国Hoeganaes公司利用该工艺制造出了用于汽车传动装置上的行星齿轮组中的斜齿轮, 其烧结密度达到了7.40×103kg/m3以上。 粉末温压成形技术生产的零件具有较高的力学性能和相对较低的制造成本, 可以与锻造、轧制材料-切削加工零件相竞争, 具有比较广阔的应用前景。被誉为“开创铁基粉末冶金零部件应用新纪元”的新型粉末冶金成形技术, 为粉末冶金技术开创了一个新时代。 4 粉末高速压制成形技术 高速压制技术[16] (High Velocity Compaction, HVC) 是瑞典HoganasAB公司的Paul Skoglun在2001年首次提出的。其成形原理是利用液压驱动的重锤在高速下落时形成的高能冲击波对粉末进行压制, 粉末压坯的致密化程度取决于重锤的质量和重锤冲击模具时的速度, 其成形基本原理如图5所示。重锤的质量在5~1200kg, 重锤的速度在2~30m/s, 当重锤高速下落作用在上冲时, 会产生强烈的冲击波, 以冲击功的形式通过冲头传递到粉末上, 可在0.2s内使粉末发生塑性变形形成致密化, 并且可在0.3s的时间间隔形成多重冲击波使粉末连续致密[17]。研究表明, 压制能量和密度之间存在一定恒定关系, 例如要获得相同的密度, 既可以用6kJ的冲击功一次压制获得, 也可以用3kJ的冲击功两次压制获得, 因此对于设定的压坯密度, 可通过小能量多次冲击的方式实现, 可降低压制时对模具的破坏作用, 提高模具的使用寿命。 高速压制成形技术具有以下特点: (1) 压制速度高、成形时间短、可重复压制。HVC压制速度高达2~30m/s, 比传统压制速度快500~1000倍。可在0.2s内完成一次压制, 并且每隔0.3s对压坯进行连续压制。 (2) 压坯密度高且分布均匀。HVC压坯密度一般在7.5×103kg/m3以上, 比普通压制压坯密度提高0.3×103kg/m3以上。由于具有较高的密度, 因此其性能也大幅提高, 与传统压制相比, 抗拉强度相应提高了20%~25%, 同时其它各项性能指标也有较大提高[18]。HVC与其它成形技术结合使用会获得更高的压坯密度, 以铁基粉末压坯为例, 与模壁润滑技术结合压坯密度可达7.6×103kg/m3, 与模壁润滑技术、温压成型技术结合压坯密度可达7.7g/×103kg/m3, 与复压复烧成形技术结合压坯密度可达7.8×103kg/m3, 接近全致密[19]。 HVC压制时由于压制速度非常快, 因此压制过程相当于动态压制, 而粉末颗粒之间、压坯与阴膜之间的动态摩擦系数要远低于静摩擦系数, 压力在压坯高度方向的损耗比普通压制要小, 所以压坯密度比普通压制压坯密度分布均匀, 图6为高速压制成形技术和传统压制成形技术制造的齿轮零件的密度分布情况[20]。 高速压制齿轮上中下密度差非常小, 最大密度差仅为0.02×103kg/m3, 而传统压制齿轮上中下密度差很大, 最大密度差为0.1×103kg/m3。可见高速压制能降低长径比 (L/D) 较大零件的密度差。 (3) 压坯弹性后效作用低。高速压制时粉末颗粒在高能量冲击下相互结合紧密, 产生焊合, 压坯强度较高, 弹性后效明显低于传统的静态压制, 以铁基粉末材料ASC100.29、直径为31mm的圆柱体为例, 高速压制压坯的弹性后效降低了40%[21]。由于弹性后效较低, 因此压坯脱模力比传统压制低150%~250%。 (4) 生产成本低, 具有高性价比。由于高速压制成形过程与常规方法相似, 阴膜的设计方法和使用的材料与常规压制相同。且高速压制用粉末不需要特殊处理, 因此, 高速压制生产成本与一次压制烧结生产成本持平, 比温压工艺成本略低, 比粉末锻造成本低一倍, 而压制密度比传统压制工艺和温压工艺均高, 与粉末锻造工艺相当, 因此高速压制工艺具有明显的经济技术优势, 是生产制造高密度、高性能粉末冶金零件的优选工艺技术。 (5) 生产效率高, 可生产大尺寸、大重量的零件。由于高速压制速度非常快, 因此生产效率非常高, 利用多次重复冲击压制, 可以用较小的生产设备制造重量和尺寸较大的零件, 可以生产重量在5kg以上的零件, 最大尺寸可以达到180mm。 目前, 高速压制成形技术已经进入实际生产应用, 像圆柱体、环形体、棒体、凸轮等单层零件和内、外齿轮、齿条、花键都已研制成功。正在研究开发形状比较复杂的多级零件[22]。例如法国CETLM公司利用高速压制成型技术开发出高密度氧化铝陶瓷零件, 烧结密度达到理论密度的99%。图7为高速压制的多台阶和齿轮类零件。 由此可见, 高速压制成形技术生产的产品具有高密度、高强度、生产效率高、生产成本低、材料和零件的适应性强等特点, 未来具有广阔的发展空间, 可以说高速压制成形技术是粉末冶金工业领域的一次重大技术突破。 5 粉末动磁压制成形技术 动磁压制技术[24,25] (dynamic magnetic compaction, 简称DMC) 是美国在1995年研究开发的一种新的近终成形压制技术。其压制原理是将粉末装入一个置于电磁感应线圈中心的导电金属容器中, 当电磁感应线圈中通入脉冲电流时, 线圈中形成磁场, 导电金属容器内因而产生感应电流, 感应电流与施加的磁场相互作用, 在径向产生由外向内压缩金属容器的高压磁场, 使粉末得到二维压制。 动磁压制技术具有以下技术特点: (1) 压制过程速度非常快, 压制时间不足1ms, 成形效率非常高, 每分钟可成形10个零件, 非常适合一些亚稳态粉末, 如非晶或纳米晶粉末的压制成形, 力学性能和尺寸精度远高于常规压制零件。 (2) 动磁压制也是二维压制工艺, 但却是径向压制而不是轴向压制, 适于制造柱形对称件。 (3) 压制时不用模具, 不用润滑剂与粘结剂, 在任何温度与气氛中均可进行压制成型, (4) 适用于所有粉末材料, 生坯密度一般在95%以上, 接近理论密度。 由于动磁压制是径向压制而不是轴向压制, 而且由于趋肤效应, 磁场较难渗透到粉末体内, 所以中心部位的粉末可能压制不足, 因此适合成形柱形对称的终形件、薄壁管、高纵横比部件和内部形状复杂的零件。可以生产直径×长度为12.7mm×76.2mm到127.0mm×25.4mm的零件, 如齿轮、轮毂、齿环等零件。 6 粉末锻造成形技术 粉末锻造成形[26]技术是由粉末冶金成形工艺与精密锻造工艺相结合发展起来的一种具有高密度、高强度的少无切削的金属成形加工工艺。其工艺方法是以金属粉末为原料, 采用粉末冶金成形技术将金属粉末压制成相对密度为80%的预制坯, 并通过烧结使预制坯充分合金化, 然后进行热锻成相对密度接近100%的锻坯。热锻工艺有两种:一种是利用预制坯烧结余热保温至锻造温度进行锻造, 这种方法可以节省能源;另一种是预制坯冷却后重新加热到锻造温度进行锻造, 这种方法能源消耗较大。由于锻造过程要在模具上留有一定的脱模斜度, 因此锻件很难是最终产品, 需要一定的后续机械加工才能得到最终产品, 最后对锻件进行热处理以提高产品的综合性能。图8为粉末锻造成形工艺流程。粉末锻造过程包括烧结预制坯的镦粗和充满锻模型腔后的复压两个过程, 使预制坯变成形状尺寸接近最终零件尺寸的锻坯, 锻造过程烧结预制坯会产生塑性变形和体积压缩, 从而实现坯料的致密化。 粉末锻造成形具有以下技术特点: (1) 材料成形性和材料利用率高。预制坯采用粉末冶金工艺成形, 其对粉末原料的利用率达100%, 即不留任何加工余量及敷料。通过无飞边、无余量的精密闭式模锻, 材料利用率可以达到95%以上。 (2) 高密度、高性能、高精度。粉末锻造零件相对密度达到98%以上, 接近全致密。其力学性能明显超过普通模锻件[27,28,29,30]。粉末锻造尺寸精度达到IT6~IT9, 表面粗糙度为Ra0.8~3.2, 与普通模锻相比精度大幅提高[31]。 (3) 生产效率高、成本低。与普通模锻相比, 粉末锻造有很好的成形性, 锻件尺寸接近最终产品尺寸, 减少了许多生产工序, 生产效率得到提高, 一条生产线每分钟可生产15~30个零件。由于节省了大量机械加工等工序, 材料利用率提高, 因此生产成本降低很多, 仅为普通锻造的50%[32]。 粉末锻造成形技术自1968年美国通用公司正式推出后, 得到了快速发展与应用。美国、德国、瑞典、日本等国相继建立了粉末锻造生产线。目前, 该项技术已经发展成熟, 并得到广泛应用。其典型零件是粉末锻造汽车连杆、齿轮等产品, 如图9所示。 7 结语 【材料成形技术基础习题】推荐阅读： 材料成形技术实验报告02-02 先进材料成形技术与理论07-10 塑性成形国内发展06-15 三年级家长会班主任发言稿成形12-30 材料科学基础习题03-26 建筑材料员基础知识大全(内含习题)11-17 东南大学材料科学基础习题4+答案02-26 管道材料基础知识12-21 机械工程材料习题11-24 有色金属材料习题02-18材料成形技术基础习题 篇2
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材料成形技术基础习题 篇5
材料成形技术基础习题 篇6
材料成形技术基础习题 篇7
