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第一章金属材料及钢的热处理一、常用金属材料（三）实习报告1、什么是钢？什么是铁？钢按用途怎样分类？钢铁是以铁为基体的铁碳合金，当碳的质量分数大于2.11%时称为铁，当铁的质量分数小于2.11%时称为钢。钢按用途可分为：结构钢（建筑用钢）、工具钢（例如钳工用的钢锯条）、特殊用途钢（例如轴承）。2、简述机械零件的形成过程。其一般过程为：矿石炼铁钢碳钢、合金钢轧钢下料锻压成形（毛坯）热处理（退火、正火）机加工铸造热处理（淬火、回火）成品零件3、列表综合Q235、45、ZG40Cr、T10A、20CrMnTi、GCr15、W18Cr4V等钢材的类别、牌号成分、性能、用途。材料代号类别牌号或成分性能用途Q235普通碳素结构钢C含量：0.235%韧性、塑性优良建筑或对韧性要求较高的零件45#优质碳素结构钢C含量：0.45%各项性能中等制造各类常用零件ZG40Cr铸钢C含量：0.40%含铬合金T10A优质碳素工具钢C含量：10硬度很高适合做工具、刀具、模具20CrMnTi结构钢C含量：0.20%含铬锰钛合金GCr15轴承钢轴承类W18Cr4V高速钢车刀4、什么叫有色金属？举实例说明铝和铜在机器制造中的用途。狭义上，有色金属是非铁金属，是铁、锰、铬以外金属的总称；广义上的有色金属还包括有色合金，它是以有色金属为基体（通常大于50%），加入一种或几种其他元素而构成的合金。实例：铝电缆、电器零件、装饰品及日常生活用品；铜电线、导电螺钉、储藏器、各种管道。5、影响金属材料的使用性能有哪些？性能名称性能内容使用性能物理性能包括密度、熔点、导电性、导热性、磁性等。化学性能金属材料抵抗各种介质的侵蚀能力，如抗腐蚀性能等。力学性能强度在外力作用下材料抵抗变形和破坏的能力，分为抗拉强度b、抗压强度bb、抗剪强度r，单位均为MPa。硬度衡量材料软硬程度的指标，较常用的硬度测定方法有布氏硬度（HBS、HBW）、洛氏硬度（HR）和维氏硬度（HV）。塑性在外力作用下材料产生永久变形而不发生破坏的能力。常用指标是伸长率（%）和断面收缩率（%），和愈大，材料塑性愈好。冲击韧性材料抵抗冲击力的能力。常把各种材料受到冲击破坏时消耗能量的数值作为冲击韧性的指标，用k（J/cm）表示。冲击韧度值主要取决于塑性、硬度，尤其是温度对冲击韧度值的影响具有更重要的意义。疲劳强度材料在多次交变载荷作用下，不致引起断裂的最大应力。工艺性能包括热处理工艺性能、铸造性能、锻造性能、焊接性能、切削加工性能。二、热处理理论基础及工艺概述（三）实习报告1、什么叫做热处理？其作用是什么？热处理是将材料放在一定的介质内加热、保温、冷却，通过改变材料表面或内部的组织结构,来控制其性能的一种综合工艺过程。金属热处理是机械制造中的重要工艺之一，与其他加工工艺相比，热处理一般不改变工件的形状和整体的化学成分，而是通过改变工件内部的显微组织，或改变工件表面的化学成分，赋予或改善工件的使用性能。其特点是改善工件的内在质量，从而获得最终的实用性能，而这一般不是肉眼所能看到的。2、什么是退火、正火、淬火、回火方法?各有什么作用？退火是将工件加热到适当温度，根据材料和工件尺寸采用不同的保温时间，然后进行缓慢冷却，目的是使金属内部组织达到或接近平衡状态，获得良好的工艺性能和使用性能，或者为进一步淬火作组织准备。正火是将工件加热到适宜的温度后在空气中冷却，正火的效果同退火相似，只是得到的组织更细，常用于改善材料的切削性能，也有时用于对一些要求不高的零件作为最终热处理。淬火是将工件加热保温后，在水、油或其它无机盐、有机水溶液等淬冷介质中快速冷却。淬火后钢件变硬，但同时变脆。为了降低钢件的脆性，将淬火后的钢件在高于室温而低于650的某一适当温度进行长时间的保温，再进行冷却，这种工艺称为回火。3、画出退火、正火、淬火、回火的热处理工艺曲线。4、什么是渗碳处理？其作用和实现的原理是什么？表面渗碳处理：将含碳(0.10.25%)的钢放到碳势高的环境介质中,通过让活性高的碳原子扩散到钢的内部,形成一定厚度的碳含量较高的渗碳层,再经过淬火、回火,使工件的表面层得到碳含量高的合金,而心部因碳含量保持原始浓度而得到碳含量低的合金,合金的硬度主要与其碳含量有关,故经渗碳处理和后续热处理可使工件获得外硬内韧的性 能。渗碳处理的作用是：提高表面层的耐磨性(碳含量高的合金),同时保持心部有高的耐冲击能力，即强韧性以及良好的塑性，使零件既能承受磨损和拥有较高的表面接触应力，同时又能承受弯曲应力及冲击载荷。渗碳处理用于在摩擦冲击条件下工作的零件，如汽车齿轮、活塞销等。5、什么是氮化处理？说明其作用和原理。氮化处理：在一定温度下，将工件置于渗氮介质中加热、保温，使活性氮原子渗入工件表层的化学热处理工艺。零件渗氮后表面形成氮化层，氮化后不需淬火，钢件表层硬度可达9501200HV，这种高硬度和高耐磨性可保持到560600。C而不降低，故氮化钢件具有很好的热稳定性，同时具有较高的抗疲劳性和耐腐蚀性且变形很小。由于上述特点，渗氮在机械工业中得到了广泛应用，特别适宜于许多精密零件的最终热处理，例如磨床主轴，精密机床丝杆，内燃机曲轴以及各种精密齿轮和量具等。6、何谓预备热处理？何为最终热处理？举例说明。预备热处理包括退火、正火、调质等，退火、正火的工序位置，通常安排在毛坯生产之后、切削加工之前，以消除毛坯的内应力、均匀组织、改善切削加工性能，并为以后的热处理做组织准备。调质工序一般安排在粗加工之后、精加工或半精加工之前，目的是为了获得更好的综合力学性能，为以后的热处理做组织准备。调质一般不安排在粗加工之前，以免表面调质层在粗加工时大部分被切削掉，从而失去调质处理的作用。最终热处理包括淬火、回火及表面热处理等。零件经过此热处理后，获得所需的使用性能，因其硬度较高，除磨削外不宜进行其他形式的切削加工，故其工序位置一般均安排在半精加工之后。三、热处理设备（三）实习报告1、试说明RX3459、NLQ759、DM10013、RJ2556、GGC502设备的含义、工作原理、作用（或所能完成的工作等）。并把这些设备的功率、电压、相数、额定温度（或工作温度）、工作空间及重量等综合列于一表内。设备型号名称功率电压额定温度RX3459箱式加热电阻炉45kw950NLQ759井式气体渗碳电阻炉75 kw950DM100131300RJ2556井式回火炉55 kw650GGC502真空管式高频感应加热炉50 kw380V2、井式回火炉、井式氮化炉的工作过程或工作原理是什么？3、可倾式回转炉的作用是什么？其工作过程或工作原理是什么？ 不 4、高频淬火的作用是什么？简述其操作过程。高频淬火是指利用高频电流（30k100kHz）使工件表面局部加热、冷却，获得表面硬化层的热处理方法，这种方法只是对工件一定深度的表面强化，而心部基本上保持处理前的组织和性能，因而可获得高强度、高耐磨性和高韧性的综合性能。又因为是局部加热，所以能显著减少淬火变形，减低能耗。正是因为高频淬火拥有上述这些特点，因而在机械加工行业被广泛应用。5、何谓发黑处理？其工艺过程如何？各道工序又有什么作用？发黑处理是金属表面氧化处理中最常用的一种方法。其中碱性发黑处理是将工件放在一定的温度的强碱性溶液中进行的氧化处理，它使工件表面形成一层氧化膜（Fe3O4）,这层氧化膜组织较为紧密，能牢固地与金属表面结合，依据处理条件的不同，该氧化膜可呈现亮蓝色直到亮黑色，主要应用于碳素钢和低合金钢。工艺原理：当工件在浓度很高的碱性和氧化剂的溶液中加热时，表面开始先受到碱的微腐蚀作用，首先析出铁离子，与碱的氧化剂继续作用，生成亚铁酸钠（Na2FeO2）和铁酸钠（NaFe2O4），然后再由亚铁酸钠和铁酸钠进一步作用，生成成分为四氧化三铁的致密氧化膜。作用：它不仅对金属表面起防锈作用，还能增加金属表面的美观，对于淬火工件而言，还能起到消除应力的作用。四、热处理实验和操作（三）实习报告1、简述ZG40Cr（采用当时生产中所处理的材料）热处理的整个工艺过程，并说明各工序的作用。2、何谓 调质处理？处理后材料性能有何特点？生产中那些零件要采用这种处理工艺。调质处理是淬火后高温回火的热处理方法称为调质处理。高温回火是指在500-650之间进行回火。调质可以使钢的性能，材质得到很大程度的调整，其强度、塑性和韧性都较好，具有良好的综合机械性能。调质处理后得到回火索氏体，它的机械性能均比相同硬度的正火索氏体组织为优，它的硬度取决于高温回火温度并与钢的稳定性和工件截面尺寸有关，一般在HB200300之间。调质常常应用在中碳(低合金)结构钢，也用在低合金铸钢中，对力学要求高的结构零部件都要进行调质处理。调质处理广泛应用于各种重要的结构零件，特别是那些在交变负荷下工作的连杆、螺栓、齿轮及轴类等。3、简述HRC、HBS、HV的基本原理和操作过程。A、布氏硬度（ HB）用一定直径的钢球或硬质合金球，以规定的试验力（F）压入式样表面，经规定保持时间后卸除试验力，测量试样表面的压痕直径（L）。布氏硬度值是以试验力除以压痕球形表面积所得的商。以HBS（钢球）表示，单位为N/mm2(MPa)。其计算公式为：布氏硬度F/A（压痕球形表面积）式中：F压入金属试样表面的试验力。测定布氏硬度较准确可靠，但一般HBS只适用于450N/mm2（MPa）以下的金属材料，对于较硬的钢或较薄的板材不适用。在钢管标准中，布氏硬度用途最广，往往以压痕直径d来表示该材料的硬度，既直观，又方便。举例：120HBS10/1000130：表示用直径10mm钢球在1000Kgf（9.807KN）试验力作用下，保持30s（秒）测得的布氏硬度值为120N/ mm2（MPa）。B、洛氏硬度（HR）洛氏硬度试验同布氏硬度试验一样，都是压痕试验方法。不同的是，它是测量压痕的深度。即，在初始试验力（Fo）及总试验力（F）的先后作用下，将压头（金钢厂圆锥体或钢球）压入试样表面，经规定保持时间后，卸除主试验力，用测量的残余压痕深度增量（e）计算硬度值。其值是个无名数，以符号HR表示，所用标尺有A、B、C、D、E、F、G、H、K等9个标尺。其中常用于钢材硬度试验的标尺一般为A、B、C，即HRA、HRB、HRC。硬度值用下式计算：HR=（K-H）/CK为常数，金刚石压头时K=0.2MM，淬火钢球压头时K=0.26MM；H为主载菏解除后试件的压痕深度；C也为常数，一般情况下C=0.002MM。当用A和C标尺试验时，HR=100-e当用B标尺试验时，HR=130-e式中e残余压痕深度增量，其什系以规定单位0.002mm表示，即当压头轴向位移一个单位（0.002mm）时，即相当于洛氏硬度变化一个数。e值愈大，金属的硬度愈低，反之则硬度愈高。上述三个标尺适用范围如下：HRA（金刚石圆锥压头）20-88HRC（金刚石圆锥压头）20-70HRB（直径1.588mm钢球压头）20-100洛氏硬度试验是目前应用很广的方法，其中HRC在钢管标准中使用仅次于布氏硬度HB。洛氏硬度可适用于测定由极软到极硬的金属材料，它弥补了布氏法的不是，较布氏法简便，可直接从硬度机的表盘读出硬度值。但是，由于其压痕小，故硬度值不如布氏法准确。（3）维氏硬度，由英国科学家维克斯首先提出。以49.03980.7N的负荷,将相对面夹角为136的方锥形金刚石压入器压材料表面,保持规定时间后，用测量压痕对角线长度，再按公式来计算硬度的大小。它适用于较大工件和较深表面层的硬度测定。维氏硬度尚有小负荷维氏硬度，试验负荷1.96149.03N，它适用于较薄工件、工具表面或镀层的硬度测定；显微维氏硬度，试验负荷2.5镦歪加持时材料未垂直放置单鼓、双鼓形温度不均匀偏孔定位不准或冲子放置不够垂直 第四章 焊接一、 弧焊初步（一） 实习报告1. 图示焊接分类。简述焊接工艺特点。 焊 接熔化焊 压力焊 钎 焊气 电 铝 电 气 等 电 激 锻 气 电 摩 冷 超 爆 火 盐 感 烙 焊 弧 热 渣 体 离 子 光 压 阻 擦 压 声 炸 焰 浴 应 铁 焊 焊 焊 保 子 束 焊 焊 焊 焊 焊 焊 波 焊 钎 钎 钎 钎 护 焊 焊 焊 焊 焊 焊 弧 手埋埋 焊 点 对 缝 工弧弧 氩CO2 焊 焊 焊 弧自半 弧 保 动自 焊 护 焊动 焊 焊焊接具有节省金属材料、减轻结构重量、结构件质量高、焊接材料厚度不受限制，接头密封性能和力学性能好、生产率高、劳动条件较好等优点。2. 简述电弧焊焊接过程。给出手弧焊操作线路示意图，并标注部分名称。手工电弧焊简称手弧焊，是利用电弧放电产生的热量熔化焊条和母材，从而获得牢固的焊接接头的一种手工操作的焊接方法。手工电弧焊以其操作灵活、方便，设备简单等优点而被广泛采用。这种方法适用于焊接碳钢、低合金钢、不锈钢、异种金属材料、铸铁补焊以及各种金属材料的堆焊等。3. 简述电弧的产生和作用。电弧质量的好坏对焊接产生什么影响？焊接电弧是由焊接电源供给的，具有一定电压的两电极间或电极与母材（工件）间气体介质中强烈持久的放电现象。电弧引燃后，弧柱中就充满了高温电离气体，放出大量的热和强烈的光。它是电弧焊的热源。电弧质量的好坏直接影响焊接质量。电弧长度决定焊接电压，影响焊缝宽度。电弧越长，焊接电压越高，焊缝越宽；但电弧太长，则电弧挺度不足，飘忽不定，熔滴过渡时容易产生飞溅，对电弧中的熔滴和熔池金属保护不良，导致焊缝产生气孔；而电弧太短，熔滴向熔池过渡时容易产生短路，导致熄弧，使电弧不稳定，从而影响焊缝质量。因此，焊接时尽量使电弧长度保持在适当范围内。电弧长度随焊接电