【液态金属成形原理】是金属加工领域的重要理论，主要研究液态金属在成形过程中的物理行为和力学特性。这一理论对于理解和优化铸造、锻造等金属成形工艺至关重要。以下将详细阐述该主题涉及的主要知识点：
1. **自由伸展与自由收缩**：
- 在自由伸展-自由收缩过程中，金属在加热时自由膨胀，冷却时自由收缩，无外力约束，因此内部不会产生内应力。
- 如果存在伸展限制，即在加热时被约束，冷却时自由收缩，将导致内部产生拉应力，可能引起断裂。
- 相反，限制收缩（加热时被约束，冷却时自由伸展）会使金属在加热时变粗，而无残余应力。
2. **内应力的形成**：
- 内应力是物体内部自我平衡的力，不依赖外部载荷。
- 温度应力（热应力）是由材料各部分温度差异引起的，如果超过材料的屈服强度，可能导致冷却后的破裂。
- 组织应力（相变应力）源于材料相变时的体积变化。
- 凝缩应力（机械阻碍应力）产生于金属成形过程中由于形状改变造成的应力。
- 按作用时间，内应力分为瞬时应力（如铸造过程中的凝固应力）和残余应力（冷却后依然存在的应力）。
3. **影响内应力的因素**：
- 材料的弹性模量（E）和线膨胀系数（α）对内应力有直接影响。
- 铸型条件，如预热温度和铸型刚性，会影响内应力的大小和分布。
- 浇注条件，如冒口设置和开箱时间，也会影响应力的产生。
- 铸件结构的壁厚差异会增加内应力，因为不同厚度部位冷却速度不同，形成拉压应力。
4. **减小和消除内应力的措施**：
- 人工时效，通过退火或其他热处理工艺，使内应力得到释放，但可能增加能耗。
- 自然时效，通过长时间放置让内应力缓慢消除，成本低但时间较长。
5. **变形和裂纹**：
- 铸件的挠曲变形主要是由于热应力不均匀分布，冷却快的部位受到压应力，冷却慢的部位受到拉应力，导致变形以缓解应力。
- 长期存在的残余应力可能导致铸件变形，例如T字形梁和机床床身的示例。
这些内容是金属成形过程中基础且关键的概念，理解它们有助于提升金属制品的质量和性能，防止因内应力导致的变形和裂纹，从而优化生产工艺。在实际工程应用中，根据这些原理调整工艺参数和设计铸件，可以显著提高产品的精度和寿命。
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