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金属工艺学金属工艺学是一门以研究有关制造金属机件工艺方法的综合性技术学科。第一篇 工程材料导论热加工：铸造、锻造、焊接（热处理）冷加工：车、铣、钻、刨、磨、滚工程材料：用于工程结构和机器零件的材料。黑色金属：钢、铸铁有色金属：除钢铁以外的金属三大固体材料：金属、陶瓷、有机高分子材料1金属材料的主要性能使用性能：反映金属材料在使用过程中所表现的特性。物理、化学、机械（力学）工艺性能：反映金属材料在加工过程中所表现的特性。可锻性、可铸性、可焊性、可切削性。一、金属材料的机械性能金属及其合金在外力作用下所表现出来的特性外力：拉、压、弯、扭、剪；大小、方向、作用点、一个概念物体受力就变形。、二种变形（）弹性变形：在外力作用下，产生变形，外力去掉，变形消失。（）塑性变形：在外力作用下，产生变形，外力去掉，变形残留。、三个阶段（）弹性变形阶段（）塑形变形阶段（）断裂阶段（局部塑形变形）4、五种常见的机械性能指标（）强度：金属材料在外力作用下，抵抗塑性变形和断裂的能力。b（）硬度：金属材料抵抗硬的物体压入其表面的能力。（）刚度：金属材料在外力作用下，抵抗产生弹性变形的能力。 （）塑性：材料断裂前发生不可逆永久变形的能力。、（）冲击韧性：抵抗冲击载荷而不破裂的能力。 2 铁碳合金2.1纯铁的晶体结构及同素异晶转变一、金属的结晶、结晶的概念金属从液态转变为固态的过程。、结晶过程原子从不规则到规则。晶核的生成；晶核的长大，晶核不断的生成；晶核不断的长大，直到耗尽液态合金。、晶粒大小晶粒越细，材料的强度、硬度越高；塑性韧性也好。细化晶粒的方法增加过冷度，变质处理，附加振动。二、纯铁的晶体结构、晶体的概念晶体：原子在空间有规则的排列晶格：把晶体内部各原子的中心用一假想的直线连接起来，所形成的空间格子。晶胞：晶格中能代表晶格类型的最小单元。、常见的晶格类型（）体心立方晶格（）面心立方晶格三、纯铁的同素异晶（构）转变重结晶金属在固态下，晶格类型随温度变化的现象。2.2铁碳合金的基本组织合金的概念由一种金属元素与一种或几种其它元素组成的，具有金属特性的物质。组元：组成合金的最基本的、独立的物质相：金属或合金中，化学成分、晶体结构相同，并与其他部分有界面分开的均匀部分。组织：在显微镜下所观察到的金相试样的形貌。（晶粒大小、形态和分布情况）一、固溶体当合金由液态结晶为固态时，组元间仍能互相溶解，并能保持某一组元晶格的均匀固体。置换固溶体（有限固溶体、无限固溶体） 间隙固溶体 畸变 固溶强化、铁素体：碳溶于中形成的固溶体。Fb250 Mpa =45%50%、奥氏体：碳溶于中形成的固溶体。A二、化合物金属化合物：合金的各组元发生化合作用，生成一种晶体结构不同于任一组元，并具有金属特性的新相。渗碳体：铁和碳形成的金属化合物。FC三、机械混合物机械混合物：由两种或两种以上的相，机械的混合在一起而形成的一种多相组织。1、 珠光体：铁素体和渗碳体组成的机械混合物。P2、莱氏体高温莱氏体：奥氏体和渗碳体组成的机械混合物。Ld低温莱氏体：珠光体和渗碳体组成的机械混合物 。 Ld2.3铁碳合金状态图一、铁碳合金状态图的建立合金系熔点和生成物都有变化二、铁碳合金状态图的分析、状态图中的主要点和线、结晶过程分析3、铁碳合金的分类工业纯铁：C钢共析钢：C亚共析钢：C过共析钢：C白口铸铁共晶白口铸铁：C亚共晶白口铸铁：C过共晶白口铸铁：C2.4 工业用钢简介一、钢的分类、按冶炼方法分：平炉钢、转炉钢、电炉钢、按脱氧程度分；沸腾钢、镇静钢、半镇静钢、按含碳量分：低碳钢、高碳钢、中碳钢、按质量分：普通碳钢、优质碳钢、高级优质碳钢、按用途分：结构钢、工具钢二、碳素钢1、普通碳素结构钢：五类种。Q2352、优质碳素结构钢：、0、15、 85.3、碳素工具钢：T7、T8、T9、 T13三合金钢1、合金结构钢低合金结构钢、合金结构钢、合金弹簧钢、滚动轴承钢、易切削结构钢。2、合金工具钢高速工具钢、硬质合金3、特殊性能钢不锈钢、耐热钢、耐磨钢、磁性材料3钢的热处理3.1 概述将钢在固态下，加热到一定温度，经过保温，适当的冷却速度冷却，以改变其内部组织，从而获得所需性能的工艺方法。普通热处理：退火，正火，淬火，回火表面热处理：表面淬火，化学热处理其他热处理：形变热处理，真空热处理等3.2退火和正火一、退火将钢加热到一定温度，保温一定时间，然后缓慢冷却的热处理工艺。完全退火，球化退火，等温退火，去应力退火，扩散退火，再结晶退火二、正火将钢加热至A或A以上，保温后在静止空气中冷却至室温的热处理工艺。3.3淬火和回火一、淬火将钢加热至A3 或A1以上3050，保温后在淬火介质中快速冷却，以获得马氏体的热处理工艺。二、回火将淬火后的钢加热至A以下某一温度，保温一定时间取出空冷或油冷的热处理工艺。3.4表面淬火和化学热处理一、表面淬火只改变表面组织的热处理、火焰加热表面淬火、感应加热表面淬火涡流二、表面化学热处理既改变表面组织，又改变表面化学成分的热处理。、渗碳、氮化（渗氮）第二篇 铸造5 铸造工艺基础铸造：将液态金属（熔融）浇入铸型型腔，使其冷却凝固，而获得毛胚或零件的成型工艺。铸造生产有：砂型铸造特种铸造（熔模、金属型、压力.）生产特点：1、可以制造形状复杂、复杂内腔的铸件，（箱体、机架、床身）2、价格低廉。3、适应性广泛。4、机械性能不高，质量难以保证5、工人劳动强度大，条件差。5.1 铸件中的缩孔与缩松、缩孔与缩松的形成（）缩孔：合金的液态收缩和凝固收缩导致铸件最后凝固的部位出现的集中孔洞。（）缩松：合金的液态收缩和凝固收缩导致铸件凝固的部位出现的分散细小孔洞。5.2铸造内应力、变形和裂纹一、内应力的形成、热应力：由于铸件各部分冷却速度不同以致在同一时间内铸件各部分收缩不一致，导致相互约束而引起的内应力。热应力使：厚壁或心部受拉伸，薄壁或表层受压缩。、机械应力：铸件在固态收缩时，受到铸型或型芯的机械阻碍而形成的内应力。二、铸件的变形与防止同时凝固，反变形，自然时效三、铸件的裂纹与防止、热裂：高温下形成的裂纹。裂纹短，缝隙宽，形状曲折缝内呈 氧化色）冷裂：低温下形成的裂纹。裂纹细小，呈连续直线状，缝内呈 轻微氧化色。1.3铸件的质量控制一、铸件缺陷名称及分类、孔眼：气孔、缩孔、缩松、渣眼、砂眼、铁豆、裂纹；热裂、冷裂、形状、尺寸和重量不合格：多肉、浇不足、落砂、抬箱、偏芯、变形等。、表面缺陷：粘砂、夹砂、冷隔、成分、组织和性能不合格：化学成分不合格、金相组织不合格、偏析、过硬（白口）、物理、力学性能不合格。二、质量控制措施、合理选定铸造合金和铸件结构、合理制定铸件的技术要求、模样质量检验、铸件质量检验、铸件热处理6 常用合金铸件的生产6.1 铸铁件生产一、灰铸铁1、灰铸铁的性能石墨HT200减摩性好、吸震性好、缺口敏感性低、良好的铸造性和切削性。“充满裂纹的钢”二、球墨铸铁QT400-17三、蠕墨铸铁RT300四、可锻铸铁KTH300-06五、合金铸铁7 砂型铸造砂型成型工艺：怎样用型砂制作砂型的型腔。分型面：砂箱间的接触表面。每块砂型的剖分面分模面：整体模样的剖分面。7.1造型方法的选择一、手工造型整体模造型分模模造型挖砂造型活块造型三箱造型二、机器造型机器造型主要将繁重的紧砂和精细的起模等主要操作实现机械化、机器造型的工艺特点：优点：生产率高、尺寸精度、表面质量好，劳动条件改善。缺点：投资大，不适合三箱、活块造型。8 特种铸造8.1 熔模铸造一 熔模铸造的工艺过程1 蜡模制造(1) 压型制造(2) 蜡模的压制(3) 蜡模组装二、熔模铸造的特点和适用范围(1) 由于铸型精密, 型腔表面极为光洁,故铸件的精度及表面质量均优(2)由于型壳用高级耐火材料制成,故能用于生产高熔点的黑色金属铸件.(3)生产批量不受限制,除适用于成批大量生产外,也可用于单件生产.熔模铸造的主要缺点是:(1) 原材料价格昂贵.(2) 工艺过程复杂.(3) 生产周期长(4-15天)熔模铸造有如下优点:(4) 铸件成本高第二节 金属型铸造一 金属型构造二 金属型的铸造工艺1 喷刷涂料 金属型的型腔和金属表面必须喷刷涂料2 金属型应保持一定的工作温度3 适合的出型时间三 金属型铸造的特点和适用范围金属型铸造可一型多铸, 便于实现机械化和自动化生产, 提高生产率. 铸件的精度和表面质量比砂型铸造显着提高.金属型铸造主要用于铜,铝合金铸件的大批生 产, 如铝活塞,气缸盖,油泵壳体,铜瓦,衬套,轻工业品.第三节 压力铸造一 压力铸造的工艺过程卧式压铸机的工作过程: (1) 注入金属 (2) 压铸 (3) 取出铸件二 压力铸造的特点和适用范围有如下优越性:1、铸件的精度及表面质量较其他铸造方法均高2、可压铸形状复杂的薄壁件,或直接铸出小孔,螺纹,齿轮等3、 铸件的强度和硬度都较高.4、压铸的生产率较其他铸造方法均高.第四节 低压铸造低压铸造是介于重力铸造（如砂型铸造,金属型铸造）和压力铸造之间的一种铸造方法.一 低压铸造的基本原理:二 低压铸造的特点和适用范围第五节 离心铸造将液态合金浇入高速旋转的铸型,使金属液在离心力作用下充填铸型并结晶,这种铸造方法称作离心铸造.一、离心铸造的基本方式离心铸造必须在离心铸造机上进行.根据铸型旋转空间位置的不同,离心铸造机可分为立式和卧式两大类:立式离心铸造机上的铸型是绕垂直轴旋转的;卧式离心铸造机上铸型是绕水平轴旋转的.二、离心铸造的特点和适用范围具有如下优点:(1)利用自由表面生产圆筒形或环形铸件时,可省去型芯和浇注系统,因而省工,省料,降低了铸件成本.(2)在离心力的作用下,铸件呈由外向内的定向凝固,而气体和熔渣因密度较金属小,则向铸件内腔 (即自由表面)移动而排除,故铸件极少有缩孔,缩松,气孔,夹渣等缺陷.(3)便于制造双金属铸件.离心铸造的不足之处:(1)依靠自由表面所形成的内孔尺寸偏差大,而且内表面粗糙,若需切削加工,必须加大余量.(2)不适于密度偏析大的合金及轻合金铸件,如铅青铜,铝合金,镁合金等.此外,因需要专用设备的投资,故不适于单件,小批量生产.第六节 其他特种铸造方法一 陶瓷型铸造陶瓷型铸造是以陶瓷作为铸型材料的一种铸造方法.1,基本工艺过程(1) 砂套造型(2) 灌浆与胶结(3) 起模与喷烧(4) 烘烧与合箱(5) 浇注二、实型铸造1、泡沫塑料模发泡成型 加工成型2、铸造工艺3、特点没有分型面简化工艺设计尺寸精度好第三篇 金属压力加工利用金属在外力作用下所产生的塑性变形，来获得具有一定形状、尺寸和力学性能的原材料、毛坯或零件的生产方法。轧制、拉拔、挤压、锻造（自由锻 模锻）、板料冲压轧制：金属坯料在两个回转轧辊的空隙中受压变形，以获得各种产品的加工方法拉抜 ：金属坯料被拉过拉拔模的模孔而变形的加工方法挤压：金属坯料在挤压模内被挤出模孔而变形的加工方法锻造：金属坯料在抵铁或锻模模膛内变形而获得产品的加工方法自由锻 模锻板料冲压：金属坯料在冲模间受外力作用而产生变形或分离的加工方法第一章 金属的塑性变形塑性变形:材料断裂前发生的不可逆的永久变形。金属在外力作用下，使其内部产生应力，当外力增大到使金属的内应力超过该金属的屈服极限以后，外力停止作用，金属的变形也并不消失。第一节金属塑性变形的实质晶体内部产生滑移第二节 塑性变形对金属组织和性能的影响内部组织变化：(1)晶格沿变形最大的方向伸长(2)晶格与晶粒均发生扭曲，产生内应力(3)晶粒间产生碎晶性能变化加工硬化（冷变形硬化、冷作硬化）金属变形后，强度、硬度提高，而塑性、韧性下降的现象。金属的回复和再结晶回复温度：T回=(0.250.3)T熔再结晶温度: T再=0.4T熔T回、T熔、T再分别是绝对温度表示的金属回复、熔化、再结晶温度塑性变形分为冷变形和热变形冷变形：在再结晶温度以下的变形。热变形: 在再结晶温度以上的变形。金属在压力加工产生塑性变形时，其晶粒形状和沿晶界分布的杂质形状都发生了变形，它们沿变形方向被拉长，呈纤维形状。这种结构叫作纤维组织。应使零件在工作中产生的最大正应力方向与纤维方向重合，最大剪应力方向与纤维方向垂直。第三节 金属的可锻性是衡量材料在经受压力加工时获得优质零 件难易程度的工艺性能。评定指标：塑性 变形抗力影响因素一. 金属的本质1. 化学成份的影响2. 金属组织的影响二、 加工条件1. 变形温度的影响2. 变形速度的影响3. 应力状态的影响第二章 锻造定义：利用冲击力或压力使金属在抵铁间或锻模中产生变形，从而获得所需形状及尺寸的锻件的工艺方法。第一节锻造方法分类：手工锻造和机器锻造所用设备分类：分为锻锤类、水压机、机械压力机三类一、自由锻、基本工序：使金属坯料产生一定程度的塑性变形，以达到所需形状和尺寸的工艺过程。生产中常采用的有镦粗：使坯料高度减小、横截面增大的工序。拔长：使坯料横截面减小、长度增大的工序。冲孔 ：使坯料具有通孔和盲孔的工序。弯曲：使坯料轴线产生一定曲率的工序。扭转 ：使坯料的一部分相对于另一部分绕其轴线旋转一定角度的工序。错移：使坯料的一部分相对于另一部分平移错开的工序。切割 ：分割坯料或去除余量的工序。锻接：两件坯料连接成一体的工序。、辅助工序：为基本工序操作方便而进行的 预先变形工序压钳口 倒棱 压肩、精整工序：用以减少锻件表面缺陷而进行 的工序二、 模 锻定义:在高强度金属锻模上，预先制出与锻件形状一致的模膛，使坯料在模膛内受压成形，从而获得锻件的工艺方法。按使用的设备分类：锤上模锻、胎模锻、压力机上模锻等。、 锤上模锻所用设备蒸汽空气模锻锤、无砧座锤、高速锤等锻模结构模膛根据其功用不同可分为模锻模膛和制坯模膛与自由锻比较有如下优点： 1. 生产率高. 2. 模锻尺寸精确，加工余量小 3. 可以锻造出形状比较复杂的锻件4. 可以节省金属材料减少切削加工工作量。4、胎模锻在自由锻设备上使用胎膜生产锻件的方法胎膜的种类：扣模、筒模、合膜胎模锻与自由锻比较有以下特点： (1)胎模锻件的形状和尺寸基本与锻工技术无关，靠模具保证，对工人技术要求不高，操 作简便，生产率较高(2)胎模锻造的形状准确，尺寸精度较高，因而敷料少，加工余量小(3)胎模锻件在胎模内成形，锻件内部组织致密纤维分布更符合性能要求胎模与模锻比较有以下特点：(1)胎模锻造不需采用昂贵设备，并扩大 了自由锻设备的生产范围(2)胎模锻造工艺操作灵活，可以局部成 形(3)胎模是一种不固定在锻造设备上的模具，结构较简单，制造容易，且周期短第三章 板料冲压定义：利用冲模使板料产生分离或变形的加工方法。通常是在冷态下进行，所以又叫冷冲压用途：板料冲压广泛应用于制造金属成品的工业部门。在汽车、航空、电器、仪表及国防等工业中占有极重要的地位特点：可冲复杂零件，且废品少表面质量、互换性好操作简单、便于机械化、自动化冲模制造复杂，只有在大批量生产进才显出 其优越性第一节 分离工序使坯料的一部分与另一部分相分离的工序。一. 落料及冲孔(统称冲裁)1、冲裁变形过程2、凸凹模间隙3、凸凹模刃口尺寸的确定4、冲裁件的排样二. 修整：利用修整模沿冲裁件外缘或内孔刮削一薄层金属，以切掉存留的剪裂带和毛刺三. 切断：用剪刃或冲模将板料沿不封闭轮廓 进行分离的工序第二节 变形工序使坯料的一部分相对于另一部分产生位移而不破裂的工序。如拉深、弯曲、翻边等一.拉深:利用模具使坯料变形成开口空心零件的工序1、拉深过程2、拉深中的废品3、旋压二. 弯曲：坯料的一部分相对于另一部分弯曲 成一定角度的工序三. 翻边：在带孔的平坯料上用扩孔的方法获 得凸缘的工序四. 成型：利用局部变形使坯料或半成品改变 形状的工序第三节 冲模简介一、简单冲模二、连续冲模三、复合冲模第四篇 焊 接定义：将两块分离的金属用加热或加压，或既加热又加压的方法，使其借助于原子间的结合与扩散作用，使分离的金属材料牢固地 连接起来的工艺过程。用途：船舰、高炉壳体、压力容器、建筑构架和车厢等等都是用焊接方法制造的。种类：按焊接过程的特点分为熔化焊、压力和钎焊三大类。而其中应用最普遍的是熔化焊中的电弧焊。第一章 电弧焊第一节 焊接电弧焊接电弧是在电极与工件之间的气体介质中长时间的放电现象。第二节 焊接接头的组织与性能一. 焊接工件上温度的变化与分布二. 焊接接头组织与性能三. 改善焊接热影响区组织和性能的方法第三节 焊接应力与变形一. 产生的原因和典型示例在焊接过程中对焊件进行局部的不均匀加热会产生焊接应力与变形常见的几种基本形式：(1)收缩变形(2)角变形(3)弯曲变形(4)扭曲变形(5)波浪形变形冶金特点1、加热快2、熔池体积小，冷却快防止空气对焊接区的有害影响保证焊缝质量二、电焊条焊条的组成：由焊条芯和药皮组成焊条芯是导电和填充金属。质量要求高，特殊冶炼而成2、焊条药皮保证焊缝金属质量的主要因素作用：(1)稳定电弧 添加钾、钠、锑使其易电离，以 增加导电性(2)造气 防止空气的有害影响(3)造渣 使金属与空气隔离，保证液态金属不被氧化、氮化；使焊缝金属缓冷，减少焊接应力；保证脱氧，脱S、P、H。(4) 渗入合金元素药皮的种类: 分为酸性焊条和碱性焊条手弧焊特点：操作灵活，适应性强生产力低，质量不稳对工人技术要求高第五节 埋弧焊一、焊接过程二、特点1、生产率高2、质量稳定3、节省材料4、改善了劳动条件三、埋弧焊的焊丝与焊剂四、埋弧焊工艺第六节 气体保护焊一、氩弧焊1、不熔化极氩弧焊2、熔化极氩弧第七节 等离子弧焊接与切割自由电弧：未受外界约束的电弧机械压缩效应热压缩效应电磁收缩效应第二章 其他常用焊接方法第一节 电阻焊一、点焊分流现象第二节 摩擦焊利用工件间相互摩擦产生的热量，同时加压而进行的焊接第三节 钎焊一、硬钎焊二、软钎焊第四节 电渣焊利用电流通过熔渣所产生的电阻热进行焊接的方法。可焊接很厚的工件，不用开坡口。第五节 真空电子束焊以极高速电子流束冲击工件（将动能转变为热能）的焊接方法。第六节 激光焊接第七节 气焊第五篇 切 削 加 工切削加工是使用切削工具，在工具和工件的相对运动中，把工件上多余的材料层切除，使工件获得规定的几何参数和表面质量的加工方法。第五章 切 削 加 工的基础知识切削加工分类：机械加工：车、钻、刨、铣、磨及齿轮加工等所用的机床：车床、钻床、刨床、铣床磨床等钳工：锯、锉、錾、刮、研、钻、铰、攻螺纹、套螺纹等。第一节 金属切削机床的基本知识工作母机1、按加工方式、加工对象或主要途径分车床、钻床、镗床、磨床、齿轮加工机床、螺纹加工机床、铣床、刨插床、拉床、特种加工机床、锯床和其他机床等车床、钻床、刨床、磨床、铣床、2、按加工工件大小和机床质量分仪表机床、中小机床、大型机床、重型机床和超重型机床3、按机床适用范围分通用机床、专门化机床和专用机床4、按加工精度分普通精度级机床、精密级机床和高精度级机床5、机床型号按GB183885金属切削机床型号编制方法例：MM1432AM-类型代号：磨床类M-通用特性代号：精密1-组别代号：外圆磨床组4-系别代号：万能外圆磨床系3、2-主要参数：最大磨削直径320mmA-重大改进顺序号：第一次重大改进第二节 切削运动与切削用量共同规律内外圆面、平面、 成型面。一切削运动切削运动可以是旋转的、直行的、连续或间歇的。1、主运动使刀具和工件之间产生相对运动，促使刀具前刀面接近工件而实现切削。主运动是切下切屑最基本的运动。2、进给运动使刀具与工件之间产生附加的相对活动，与主运动配合，即可连续地切除切屑，获得具有所需几何特性的已加工表面。进给运动是使金属不断投入切削，从而加工 出完整表面所需的运动。二切削用量（三要素）1、切削速度Vc：切削刃上选定点相对于工件主运动的瞬间速度2、 进给量f：刀具在进给运动方向上相对于工件的位移量。进给速度3、背吃刀量（切削深度）ap待加工表面与已加工表面间的垂直距离。第二节 刀具材料与车刀的几何形状一、刀具材料的基本要求1、较高的硬度，常温硬度一般在60HRC以上。2、足够的强度和韧度，以承受切削力、冲击和振动。3、较好的耐磨性，以抵抗切削过程中的磨损，维持一定的切削