第三章 材料成形热过程(南理工材料学院复试科目)

材料科与工学学程基科课础材料形成理原工与第三艺章 材料成形热过程

第三章第节一 二第 节三第 第节四

材节料形成热过程本章内容包括：

材料成形热过程基本特的 点材加料过程的热热效 温度场 率接焊循环热

第一节材料成 形过程的基本特点各种材热料的形，成多情况数要是通加热过进 行来的。同不的材料形成法、方同的不热加方法其 热，程的特过点是一样的。例如不，固凝成是要形将金 属材加料到热液，态后浇然铸预制的到腔中型 经，冷却凝固形过成各种形状寸尺的器机件；塑性 零形是将材成加料到塑热状态性通过，力及模外具 变材料改形状的，制成造种各器零部件；机焊接成 是将各种形形的零部件，通状过部加热，局至甚化熔 固凝，连成各接金种属结构。料材形的不同成的 过程热对零件部金属结及的质量构以及陷缺的成形均有 重的影要。响

第一 节材料形成过程的热本基点特本节内容括包：一、焊热过接的程本基特 点二凝固、成热过形程的本特点基 、三性成塑形热过程的基本特点

、一接焊热过程的本特点基焊接分为焊熔、态焊接固固液和焊相三大接。类 类焊各接的过热特点程不同是的。

焊是熔用集中利源热，工对进行局件部加，使热 产生之部熔化，再局经过冷凝固却，形一成个固的 接头； 固态牢焊是对接工进件局行部加至塑热性态状通， 挤压使之成为过一牢个固接头；的固液焊接是在相两件连工接的处中间加入熔点低 的料钎钎剂，通和加过热使料和钎钎剂熔，焊母不 熔化材，后然经冷过却凝，固成形一牢个固的接头。

电弧焊热程的一般过点特1)焊熔使的用源比热较集中，接热源的焊量能密比较度大 ，对相热加积比较小。 面2)接是焊局部的不一均的中加集过程热。在焊处接温的 度梯很度。大加热速度的快很。例如 钨极弧氩时焊，用线能量为84J/0cm焊l接mm钢时，板 加速度热为7100℃s/接焊熔他中的心度温很高，远超过了远被 焊金材属料熔点，整个焊接熔的池本上基是于处过热态，一 状般弧电焊池熔平的温度均在170~01080之℃,间熔的温滴度一 般达1高00~8240℃0而熔合区，的度温仅被焊是金属熔点，的熔 的温度梯度池大。 3较一)焊般时热接是源动的，移也就热的是作具用有时瞬性， 此因件焊的传上过程热是一种准稳的态过。

程

弧焊热电程过的般特点一焊接热过的程这些点特，将

影响焊时的物接化理学金反应；冶响影焊接接头的态相变；固影焊接响接头的留应残和力形；影响焊接变头接的量。

二质、凝成形热固过的基程特本点固凝成的基本热过形程是将金属材料热加熔化 液到，然态

后浇到与零件的形注状、寸相适应尺 铸型空腔的中，经过冷却凝，固获得坯或零件毛因。此，凝固成形的基 热本过包含程热熔加和化冷却凝 固个两分部。液态金由于属加热化的熔方法不同，交换热 的式方不同，加其热度速、态金液属温度的等特也点不一 样通。情常况下铸，铁件采冲天用炉或节炉三 加熔化；热铸钢件非或铁金件合般一采电弧炉或 感用应炉电加熔热化。

冲天炉冲天炉一般是通过碳的燃烧焦生产的热 来加热量熔铸铁的。化据铸根的铁冶炼 过程，天冲可炉为

分. 1热预 .2熔化 区 . 过热3 区4. 炉缸区

1.热区预内的交热换点特1)(炉给气以对热传热方流式为主()2传热量递大()3热区预度的变高大动

1预.区热内的热换交点铸铁在特化温熔度时的均平热容为0.约7k6 J/kg ℃,熔·化温度约为1200℃.炉料设的始温度初为2 0℃,则热预区所传内递热的量为1(2002-)0 0×.6=779kJ1kg。/铁的铸熔潜化约热230k为J/kg, 铁水平的均热容0.96为Jkk/g ℃,则·铁水热至过140 0所需的℃总量热为79:1+2300+.9(641001-002 =1)213kJkg/。时，此预热区由传的热量递占约总热 的量6%5左右可，见热预内传递区热之量。

2大熔化区.的交热特点换1)(炉气热给对以流热为主传()熔2化呈凹形区分布( 3)熔化区度高波动大

.3过热内热交换特点(区)1水的铁受以与热焦炭接传导传热触为(主)2热强传大度( )炉气最3高度温区域高与度决定作起用

过

度热得出以并下经公验

式中式△——T铁的过热水(℃度； )mTa—x过区热炉内最气高温(度℃); f—T铁水平均的化熔度(℃)温 ；—炉气a度曲线特性系数；温h—热区过实际起用的高作度。

4

.炉区内缸热的换特交在一般点情下，冲天炉炉况内虽有焦炭缸 但，基上本没有空气给，供乎不燃几烧发，所热，以对 于高温水铁说，炉缸是个冷却来区炉缸。愈深 ，冷却作用愈大。就是，但果在操作过如程中打开渣 口或在，炉前顶上设放开口气则，部分空气 因入炉进，使缸炉缸内的炭燃焦烧热发因而，使炉缸成 为过热的区部一，从分有利于铁水的而过热。此时， 缸内的热炉换的特交也点与热区过相仿。

交换热特点弧炉电和感电炉的应加速度热比冲天炉 要快液态，属的温金也度较高 凝。成固形冷却的度与速浇方铸式 铸模、材料及件零小大形状和有。通常 情况关，下采砂用模型陶或瓷模浇铸较比大 型铸的件其，却冷速度要比用采金 模浇属铸小铸件慢得多型。

第二节 料加热材过的程热效一率、料材热加程过中热的效率 二、焊接成形加热程的过热率 三、效固成凝形热过加程热的效率 、四性成形塑热过加的热程率效

一、材加热过料中程的效率热假设源提能供的热为量0Q。而， 真正加用热金材属的料量为热，Q那热么效 率η的义定=ηQQ/0 影。热响效率的素很多，主因要热与源的 质、性热工工艺方加、被加热法 料的种材类性质、及寸尺状、以形及围周介 环境等因素质有。

二关、接焊形加热成程的热效过率焊时的接效热与率焊接艺工方法关有例如电，焊时 的弧热效约在率0%7右左电渣，焊的热效率为80%约右，左 电束子焊的效热在90%率上。以以电弧为焊例电，弧时焊， 弧所产生电热的与电能功率弧有 P关=0UI式中 U—电弧电压(V ;)(3-2 )I—接电流焊();AP—电弧功率，0即电弧单在时位内间放的能出量w( )由于电在弧时焊电弧所，生产的能热可能不部被全利 用，真用正于接的有焊功率效 P=Uη I3-(3)