金属工艺学复习指导 - 副本.docx

第 一 三 章1、 表示力学性能的常用指标（主要有）：强度、塑性、硬度、冲击韧性、疲劳强度强度：金属材料在外力作用下抵抗变形和断裂的能力。塑性：金属材料在外力作用下，断裂前发生不可逆永久变形的能力。硬度：金属材料抵抗局部变形、压痕和划伤的能力，是衡量金属材料软硬程度的一种指标。冲击韧性：金属材料抵抗冲击载荷作用而不破坏的能力。疲劳强度：金属材料在无数次重复交变载荷作用下不致引起断裂的最大应力。2、 常见的金属的晶格类型：1、体心立方晶格，晶格常数小写A。（Cr、W、V、Mo、a-Fe）致密度：0.682、面心立方晶格，晶格常数小写A。（Al、Cu、Ni、Pb、y-Fe），致密度：0.743、密排六方晶格，晶格常数小写A。（Be、Mg、Zn、a-Ti），致密度：0.74晶体缺陷：由于晶体形状形成条件、原子的热运动及其他条件的影响，原子的规则排列在局部区域受到破坏，呈现不完整性。按几何形态不同，晶格缺陷可分为以下三大类：1、点缺陷，2、线缺陷，3、面缺陷固溶体类型（组成合金的组元，在固溶时相互溶解，所形成的单一均匀的物质）根据溶质原子在溶剂晶格中所占的位置不同，可将固溶体分为置换固溶体和间隙固溶体3、 晶粒大小对金属力学性能的影响以及细化晶粒的方法。晶粒的大小对于金属的力学性能影响很大。因为晶粒越细，晶界就越多，晶界处的原子排列方向极不一致，犬牙交错，互相咬合，从而增加了塑性变形的抗力，提高了金属的强度。同时，金属的塑性和韧性也可得到提高。 晶粒的大小与形核率和长大率密切相关。影响形核率和长大率的主要因素是结晶时的过冷度和液态金属中作为非自发形核的固态微粒以及结晶环境等结晶细化的措施主要有：1、 增加金属的过冷度：过冷度越大，晶核的形核率和长大率随之增大，但两者的增长速度不一样，其中形核率增长较快。因此金属结晶时过冷度越大，形成的晶核越多，得到的晶粒变越细2、 变质处理：在液态金属中加入变质剂，以细化晶粒改善组织 变质剂的作用是增加非自发形核（人工晶核）的数量或者阻碍晶体的长大。3、 振动4、 搅拌5、 合金中的相：在金属合金中，凡成分相同、结构相同并与其他部分有界面分开的均匀组织部分称为相。（若合金是由成分、结构都相同的同一种晶粒构成的，则各晶粒的界面分开，却属于同一种相；若合金是由成分或结构不相同的同一个晶粒构成，它们也将属于不同的相。6、 铁碳合金相图第 四 章钢的热处理1、 热处理的概念：钢的热处理就是将钢在固态下加热到一定的温度，经过保温，然后以适当的速度冷却，一般不改变工件的形状和整体的化学成分，而改变工件内部组织，从而得到所需性能的工艺方法。2、 热处理方法的分类：热处理按照其工艺和方法的不同，大致可以分为以下几种：一、 整体热处理 1、退火：（完全退火、球化退火、去应力退火等） 2、正火 3、淬火 4、回火：（低温回火、中温回火、高温回火）二、 表面热处理 1、表面淬火:火焰加热、感应加热、激光加热 2、表面化学热处理：渗碳、渗氮、碳氮共渗3、 钢在冷却时的转变 C曲线 CCT曲线4、 钢的回火：将淬火后的钢重新加热到Ac1以下的某一温度保温，然后冷却（一般空冷）到室温的工艺方法称为回火。其目的是消除淬火产生的内应力，稳定工件尺寸，降低脆性，改善切削加工性，获得所需的强度、硬度、塑性和韧性。力学性能变化的总趋势是，随着回火温度升高，钢的硬度、强度下降，而塑性、韧性上升（1、）低温回火：回火温度在150250之间，保温后在空气中空冷，形成回火马氏体。这种回火的目的是减少淬火应力和脆性，提高塑性和韧性，并保持高的硬度（5864HRC）和耐磨性。主要用于高碳工具钢与合金工具钢的制造和要求高硬度和高耐磨性的量具、刀具、模具以及滚动轴承等零件的处理。（2、）中温回火：回火温度在350500之间，保温后冷却。形成回火托氏体，它具有较高的弹性极限和屈服点，又有一定的韧性和中等硬度（3545HBC）主要用于弹簧、锻模等的处理。（3、）高温回火：回火温度在500650之间，保温后冷却。形成回火托氏体，它具有良好的综合力学性能（硬度为200350HBS），一般把淬火后再高温回火的热处理统称为“调质处理”。主要适用于中碳钢和中碳合金钢制造的齿轮、曲轴、连杆等受力较复杂的热处理。第五章 机械工程材料 1、钢中残存元素对钢力学性能的影响 （1）锰的作用：锰能溶于铁素体，使铁素体强化，也能溶于渗碳体，提高其强度。锰还能增强并细化珠光体，从而提高钢的强度和硬度。锰可与硫形成MnS，因MnS的熔点高，密度小而浮出金属液，从而消除硫的有害作用,因此锰在钢中是有益的元素。 （2）硅的作用：硅能溶于铁素体使之强化，从而使钢的强度、硬度、弹性都得到提高。因此硅在钢中也是有益的元素（3）硫的作用：钢的“热脆” （4）磷的作用：这种在低温时由磷导致钢严重变脆的现象称为钢的“冷脆” （5）氢、氮和氧的作用：1、氢脆 2、氮的时效 3、在钢中残留的氧是以MnO、SiO2、Al2O3等非金属夹杂物的形式存在，它们会使钢的塑性、冲击韧性和疲劳强度下降。2、钢中合金对钢基本相的影响非合金钢的基本相为铁素体和渗碳体，合金钢中合金元素的主要存在形式是溶入铁素体或渗碳体，或形成新相-特殊碳化物3、常见的非合金钢、低碳钢、合金钢、铸铁的分类、牌号及其意义、性能和常用用途 几个常用的牌号Q235-A 20CrMnTi 60Si2Mn HT200 W18Cr4VQ345 45 ZGMn13 T10A 08F QT600-2KTH370-12 材料所属的种类牌 号用 途优质碳素钢中的低碳钢08冲压件优质碳素钢中的中碳钢45小轴碳素工具钢T10A手工锯条碳素结构钢Q235螺栓常用低合金结构钢Q345桥梁构件高速钢W18Cr4V车刀头合金渗碳钢20CrMnTi汽车变速箱齿轮合金弹簧钢60Si2Mn弹簧普通灰铸铁HT200机床床身球墨铸铁QT600-2小型内燃机曲轴耐磨钢 ZGMn13 坦克履带黑心可锻铸铁KTH370-12建筑扣件 4.下列铸件在大批量生产时,应选哪种铸造方法?铝活塞: 金属型铸造 车床床身 砂型铸造 摩托车气缸盖 金属型铸造 气缸套 离心铸造 大模数齿轮铣刀 熔模铸造 铸铁暖气片砂型铸造 汽车喇叭: 压力铸造 汽轮机叶片 熔模铸造 缝纫机头 砂型铸造 大口径球墨铸铁管 离心铸造 5第七章 铸造成形1、砂型铸造中型砂应具有的性能：制造铸型的型砂是由石英砂、粘结剂和其他附加物按一定比例配合，经过混制后得到的具有一定性能的混合料。型砂要具有“一强三性”，即一定的强度、透气性、耐火性和退让性。2、液态金属的收缩过程以及在此过程中产生的缺陷：1、液态合金当温度下降而由液态变为固态时，金属原子由近程有序逐渐转变为远程有序，以及空穴的减少或消失，一般都会发生体积减小。液态合金凝固后，随温度的继续下降，原子间的距离还要缩短，体积也进一步减小。（铸造合金在液体、凝固体和固态冷却的过程中，由于温度的降低而发生的体积减小的现象，成为铸造合金的收缩性。）2、缺陷：缩孔，缩松，应力，变形和裂纹等3、合金的收缩经历三个阶段：液态收缩阶段、凝固收缩阶段和固态收缩阶段。3、选择共晶成分合金作为铸造合金的依据： 该种合金除了具有必要的力学、物理和化学性能外，还具有良好的铸造性能。共晶成分的合金，结晶温度低，结晶温度范围宽，具有优良的流动性。4、常见的几种铸造缺陷：缩孔、缩松、铸造应力、变形与裂变5、常见特种铸造方法工艺过程及其应用 一、熔模铸造过程：生产工艺过程包括制造压型，用压型制作蜡模表面涂挂造型材料将其包覆，再经化学硬化法硬化后，将蜡模熔化排出便获得无分型面的型壳，型壳焙烧成熟壳后浇注金属液而获得铸件。熔模铸造是各种铸造方法中工艺方法，使用和消耗的材料也比较贵，因而一般用于生产形状复杂、精度要求较高或难以进行机械加工的小型零件，如涡轮发动机叶片和叶轮、高速钢成形刀具（如大模数齿轮铣刀）等。二、 金属型铸造过程：将液态金属浇入金属铸型，从而获得铸件的工艺方法。金属型铸造主要适用于大批量生产有色合金铸件，如发动机的铝合金、铜合金轴瓦等。三、 压力铸造过程：合型时，首先动型和定型以很大的合型力合型，常用合型力为0.515MPa.液态金属注入压室后，压射冲头向前推进，将金属液压入型腔，并使金属液在高压下凝固；开型后，铸件和余料一起被顶杆顶出压力铸造是目前应用较广泛的一种铸造方法。主要适用于生产熔点较低的锌、铝、镁及铜合金铸造，如照相机壳体、汽车喇叭等。四、 低压铸造过程：向密封的坩埚中通入干燥的压缩空气，使金属液在气体压力的作用下沿升液管上升，平稳地进入型腔。保持坩埚内液面上气体压力，一直到铸件完全凝固为止。然后解除液面上的气体压力，使生液管中未凝固的金属液流回坩埚中。目前我国主要用来铸造质量要求较高的铝合金、镁合金铸件，如摩托车汽缸体、缸盖等铝铸件。五、 离心铸造将液态金属浇入高速旋转的铸件中，使金属在离心力的作用下填充铸型并凝固成形的铸造方法称为离心铸造。目前，离心铸造已广泛用于制造铸铁管、缸套及滑动轴承等。六、 陶瓷型铸造目前陶瓷型铸造已成为铸造大型5、 液态合金流动性概念及其影响因素6、 铸件结构设计：1、铸件外形力求简单（1避免外部侧凹2分型面尽量平直3凸台、肋条的设计应考虑便于造型。）2、合理设计铸件内腔(1尽量减少芯型2便于芯型的固定、排气和铸件清理3铸件的结构斜度第八章 金属塑性成形1、常见塑性成形的生产方法及应用方法：轧制、挤压、拉拔、自由锻、模锻、胎模锻、板料冲压等。其中轧制、挤压、拉拔主要用于生产型材、板材棒材和线材，自由锻、模锻。胎模锻和板料冲压又称为锻压，主要用于生产毛坯和零件2、塑性变形过程中金属组织和性能的变化经过冷塑性变形的金属，内部组织会发生晶粒沿最大方向伸长，晶格扭曲并产生内应力，晶粒破碎，使得进一步滑移困难，改变了其力学性能。强度和硬度上升，而塑性和韧性下降，这种现象称为加工硬化3、回复：加工硬化是一种不稳定的现象。随着温度的提高，可使原子的热运动加剧而得以晶格扭曲被消除，内应力明显下降，这一过程称为回复 再结晶：当加热温度上升到该金属的热力学熔化温度的0.4倍时，金属原子获得了更多的热能，开始以某种碎晶或杂质为核心生长成新的晶粒，致使金属的加工硬化现象完全消失，这一过程叫做再结晶。 纤维组织：铸锭经塑性变形后，各晶粒沿变形方向伸长，当变形程度很大时，多晶体晶粒、非金属夹杂物等显著地沿同一方向拉长，形成一种被拉长的纤维状组织。4、 金属的可锻性及其影响因素金属的可锻性是指其经受塑性成形加工的难易程度，可用金属材料的塑性和变形抗力来衡量。塑性越大、变形抗力越小，金属的可锻性越好。金属的可锻性，一般取决于金属的本质和塑性成形的条件1金属的本质：（1）化学成分、（纯金属比合金的可锻性好，含合金元素少的比含合金元素多的金属材料可锻性好。如纯铁比碳钢可锻性好；若钢中含易形成碳化物的合金元素（铬、钼、钨、钒等）增加，则可锻性显著下