金属工艺学讲稿.doc

绪 论（1学时）一、 本课程的主要内容本课程是一门传授有关金属零件制造工艺方法的综合性技术基础课。它包括：铸造、压力加工、焊接（毛坯）、切削加工（零件）和热处理（改善性能）。二、 材料成形工艺的发展历史、发展趋势及在国民经济中的地位发展历史：材料成形工艺是伴随着人类使用材料的历史而发展的。在人类使用材料之初，通过将天然材料石头、陶土打制成石器和烧制成陶器，就诞生了最原始的材料成形工艺。随着人们对金属材料(青铜、钢铁等)的使用，相应地产生了铸造、锻造、焊接等金属成形加工技术。20世纪以后，随着塑料和先进陶瓷材料的出现，非金属材料的成形工艺得到了迅速发展；在跨人21世纪后的今天，已进入了各种人工设计、人工合成的新型材料层出不穷的新时代，各种与之相应的先进的成形工艺也在不断涌现并大显身手。材料成形技术的发展，凝聚了世界上各民族的辛劳和智慧，中华民族对此也做出过极其重大的贡献。我国在原始社会后期开始有陶器，在仰韶文化和龙山文化时期制陶技术已相当成熟。我国是世界上应用铜、铁最早的国家，远在4000年前就已经开始使用铜合金，春秋时期，我国已开始使用铁器，这比欧洲国家早了1800多年。据考证，早在3000年前的商周，我国已发明了古代失蜡铸造法；战国中期，出现了金属型铸造；隋唐以后，我国已掌握了大型铸件的生产技术。河南安阳武官村出土的商代司母戊鼎，重875 kg，体积庞大，花纹精巧，造型精美。湖北江陵楚墓中发现的越王勾践青铜宝剑，虽在地下埋藏了2000多年，但依然刃口锋利，寒光闪闪，可以一次割透叠在一起的十多层纸张。我国的锻造技术和焊接技术也有着悠久的历史。在河北出土的商朝铁刃铜钺（yue,读：月）是我国发现的最早的锻件，它表明我国在3000年前就有了锻造和锻焊技术。在河南辉县战国墓中发掘出的殉葬铜器，其耳和足是用钎焊方法与本体连接的。我国明朝科学家宋应星所著天工开物一书中，记载了冶铁、炼铜、铸钟、锻铁、焊接、淬火等多种金属成形和改性方法及生产经验，是世界上有关金属加工工艺最早的科学著作之一。我国的瓷器制造自古以来就享有盛名。我国古代在材料加工工艺方面的科技水平曾在世界上长期居于领先地位，但在封建社会的后期（尤其明朝的重修长城），社会和技术发展出现了停滞。18世纪和19世纪发生的以蒸汽机的发明和电气技术的应用为代表的第一次和第二次技术革命，极大地改进了材料成形生产的能源结构，有力地推动了材料成形技术的发展。蒸汽空气锤、水压机、模锻压力机、高速冲床等的使用，使金属锻压工艺彻底改变了传统的“手工打铁”的落后方式，进入到机械化现代化生产的行列。1885年发现了气体放电电弧作为电弧焊接的热源，1886年发明了电阻焊，从此电焊便成为现代焊接技术的主流。20世纪中期以后，随着计算机、微电子、信息和自动化技术的迅速融入，在涌现出一大批新型的成形技术的同时，材料成形加工生产已开始向着优质化、精密化、绿色化和柔性化的方向发展。发展趋势：1、 是生产的工艺基础变了。使人从直接参加生产劳动变为主要负责控制生产。2、 工艺更加专业化。普遍采用先进的工艺和高效专用设备。3、 机械加工技术柔性化。利用信息和计算机技术管理生产，以达到多品种、小批量零件加工过程最佳状态。4、 国家工业发展的三大支柱：材料、信息、微机。在国民经济中的地位：制造业是指所有生产和装配制成品的企业群体的总称，包括机械制造、运输工具制造、电气设备、仪器仪表、食品工业、服装、家具、化工、建材、冶金等，它在整个国民经济中占有很大的比重。统计资料显示，在我国，近年来制造业占国民生产总值GDP的比例已超过35。(第三产业GDP值60%是现代国家标志)因此，作为制造业的一项基础的和主要的生产技术，材料成形加工在国民经济中占有十分重要的地位；并且在一定程度上代表着一个国家的工业和科技发展水平。通过下面列举的数据和事例，可以帮助我们真切、具体地了解到材料成形加工对制造业和国民经济的影响。据统计，占全世界总产量将近一半的钢材是通过焊接制成产品后投入使用的；在机床和通用机械中铸件质量占7080；农业机械中铸件质量占4070；汽车中铸件质量约占20，锻件质量约占70；飞机上的锻件质量约占85；发电设备中主要零件如主轴、叶轮、转子等均为锻件制成；家用电器和通信产品中6080的零部件是冲压件和塑料成形件。再从我们熟悉的交通工具轿车的构成来看，发动机中的缸体、缸盖、活塞等一般都是铸造而成，连杆、传动轴、车轮轴等是锻造而成，车身、车门、车架、油箱等是经冲压和焊接制成，车内饰件、仪表盘、车灯罩、保险杠等是塑料成形制件，轮胎等是橡胶成形制品。因此，可以毫不夸张地说，没有先进的材料成形工艺，就没有现代制造业。 新中国成立以后，我国的材料成形技术重新走上了振兴之路，特别是改革开放以来，更是取得了巨大的成就，为促进国民经济发展和改善人民的物质文化生活发挥了积极的作用。自从20世纪50年代中期第一辆自行生产的解放牌汽车诞生以来，我国现已基本建成了较完备的汽车工业生产体系，并已成为世界第四大汽车生产国；我国自力更生发展起来的航空制造业已初具规模，可以生产较先进的各种用途的军用飞机和中型民用飞机；我国的船舶制造业跻身于世界前列，已能够建造15万吨级的超大型船只。我国是世界上少数的几个拥有运载火箭、人造卫星和载人飞船发射实力的国家，这些航天飞行器的建造离不开先进的成形工艺，其中，火箭和飞船的壳体都是采用了高强轻质的材料，通过先进的特种焊接和粘接技术制造的。 重型机械的制造能力是反映一国的成形技术水平的重要标志，我国已成功地生产出了世界上最大的轧钢机机架铸钢件(质量为410t)和长江三峡电站巨型水轮机的特大型铸件，锻造了196t汽轮机转子，采用铸焊组合方法制造了1万2千顿水压机的立柱(高18 m)、底座和横梁等大型零部件。 进入21世纪以后，我国已成为全球制造业的中心之一。其中一些重要的产品(如彩电、手机、洗衣机等)的产量已居世界第一，但是也要清醒地看到我国与发达国家相比在材料成形技术水平上还存在差距，尤其是在技术创新能力和企业核心竞争力方面的差距还很大，要赶超世界先进水平还需要做出不懈的努力。三、 本课程的学习方法理论联系实际通过本课程的学习，应使学生（1） 获得常用工程材料的基本知识（2） 基本掌握常用热加工和冷冲压工艺的基础知识（3） 基本掌握机械加工工艺的基础知识通过本课程的学习，使学生在机械制造工艺方面具有初步的选择能力。如合理选用材料，选择相关加工的工艺方法，制订简单的工艺规程，为将来从事相关生产技术工作奠定必要的基础，同时也起到承前启后的作用，为学习其后续专业课打下必不可少的基础。四、本课程基本要求（1） 熟悉常用工程材料的成份、组织、结构、性能间的关系和变化规律（2） 初步掌握常用工程材料的性能与应用，并有选择材料的初步能力（3） 初步具有正确选定一般零件的热处理方法及确定其工序位置的能力（4） 基本掌握各种热加工和冷冲压方法的实质、工艺特点、应用范围和影响产品质量的因素（5） 初步掌握毛坯和零件的结构工艺性，并具有初步设计毛坯和零件结构的能力（6） 具有选择简单毛坯和零件的加工方法和制订工艺规程的初步能力（7） 初步掌握最基本的机械切削加工方法的实质、工艺过程、工艺特点和应用范围（8） 初步掌握零件的加工方法和加工方案选择（9） 了解主要加工方法所用的设备、刀具、简单夹具的基本结构和使用范围五、本课程的授课方式：教师讲授；课堂练习；实物模型等多种手段教学。六、机械制造的基本过程1、产品设计总体设计、零部件设计、决定功能 、选用材料、 决定尺寸及结构细节定出技术要求 、绘出图纸 2、工艺准备决定生产方案、制定工艺规程与工艺、设计并制造工艺装备3、毛坯生产铸件、 锻件、冲压件、焊接件、棒料、非金属材料、毛坯等。4、切削加工粗加工、半精加工、精加工、外构件、外协件5、装配与调试组件装配、部件装配、总装、调试6、装箱出厂工业生产中所使用的材料属于工程材料，主要包括金属材料、无机非金属材料、有机高分子材料和复合材料四大类。金属材料是现代制造机械的最主要材料。金属材料以合金为主，很少使用纯金属。 合金是以一种金属为基础，加入其它金属或非金属，经过熔炼、烧结或其它方法制成的具有金属特性的材料。 最常用的合金，有以铁为基础的铁碳合金；有以铜或铝为基础的铜合金和铝合金。用来制造机器零件的金属或合金应具有如下性能： 1、优良的工艺性能，包括铸造性能、锻造性能、焊接性能、热处理性能、机加工性能等2、较好的使用性能，包括物理性能、化学性能、力学性能等。第一篇 金属材料导论主要内容：机械工程材料的基础知识，如金属的性能、结构以及铁碳合金的相图、组织、性能和用途等。重点：铁碳合金的相图、组织、性能和用途。难点：金属的结构及铁碳合金的相图。课时分配：10讲授内容：引入语：机械制造中所用的金属材料一般是合金。合金应具有优良的力学性能和工艺性能、较好的化学稳定性和所需的物理性能。合金的定义：一种金属为基础，加入其他金属或非金属，经过熔炼或烧结制成的具有金属特性的材料（导电性、延展性、光泽、导热性）。第一章 金属材料的主要性能第一节 金属材料的力学性能材料的性能：使用性能：物理性能、化学性能、力学性能（机械性能）。工艺性能：热处理性能、铸造性能、焊接性能、锻造性能、切削加工性能。力学性能的定义：材料在外力（静载荷、动载荷、交变载荷）作用下，表现出的性能。一、 强度与塑性强度与塑性是通过拉伸试验测定出来的。（如图 ） 简单介绍新旧标准的对照（P5 表1-1），由于目前原有的材料力学性能数据是采用旧标准测定和标注的，所以，旧标准仍然沿用，本课程采用旧标准。应力=F/A01.强度：定义：抵抗塑性变形、断裂的能力。衡量指标：屈服强度、抗拉强度。（1） 屈服点：定义：发生屈服现象时的应力。公式：sFs/Ao （MPa） GB/T228-1987Re GB/T228-2002Fs材料发生屈服现象时的力。Ao材料的原始横截面面积。条件屈服强度规定：r0.2F0.2/Ao (无明显的屈服现象的材料)应用：汽缸盖和汽缸体之间的密封性（螺栓联接）超过螺栓材料本身的屈服强度。（2）抗拉强度：定义：材料断裂前所能承受的最大应力值。公式：bFb/Ao GB/T228-1987 Rm N/mm2 GB/T228-2002 应用：钢绳吊重物、机车的牵引等。s/b 屈强比：越小，可靠性越高；越大，可靠性越低。2.塑性：定义：发生塑性变形，不破坏的能力。衡量指标：伸长率、断面收缩率。（1）伸长率：公式：（L1L0）/L0 100 GB/T228-1987 A=100 GB/T228-2002 L1拉断后的长度。L0原来的试样长度。注意：长、短试样测出的值不相等（比较大小，要同样的试样）。L05d0 5 L010d0 1055% 塑性材料、55脆性材料。45：518.7% （2）断面收缩率：公式：（A0A1）/A0100 GB/T228-1987 Z=100 GB/T228-2002 S0原截面面积。S1断口处断面面积。5 10值越大，塑性越好。总结： 越大，塑性越好，越易变形但不会断裂。二、 硬度定义：抵抗更硬物体压入的能力。1、布氏硬度（HB） 测试原理如图：其特点是：压痕面积大、 压头一般为淬火钢球。试验：GB84。一定直径的钢球HBS（GB84），规定的载荷及时间后。HBF/S (N/mm2) 650举例：钢球直径：10mm，载荷：30KN（F30D2），时间：规定10（s）。材料：压痕直径：d03.92mm 查表： HBS239 硬质合金HBW（GBT231.1-2002）：扩大了布氏硬度的适用范围。 优点为：硬度值稳定，准确度高。缺点为：测量费时，不适于成品检验。一般用于HB值小于450的材料。如铸铁、有色金属、非金属材料等。2、 洛氏硬度（HR） 测试原理如图。其特点是：压痕面积小。优点是测试简单、迅速，可用于成品检验。缺点是硬度值欠稳定，准确度低。 用于硬度值较高的淬火钢等材料。三、 韧性概念：金属材料断裂前吸收的变形能量为韧性，冲击韧度：定义：抵抗冲击载荷而不破坏的能力。衡量指标：kAk/A （J/cm2）k一次性冲击试验的冲击韧性。多次冲击：Aks、 b。 Ak、k和温度有关：温度越低，k越小。（低温易冲断）脆性临界转变温度：低于某温度，脆性急剧增大。四、 疲劳强度概念：承受循环应力（其值低于屈服点）的零件在工作一段时间后、有时突然发生断裂，称为疲劳断裂。 试验：疲劳实验法。（描述）衡量指标：疲劳强度-1钢：循环次数为107、有色金属：循环次数为108。max=-1产生原因：由于材料内部缺陷，表面划痕，应力集中，导致产生微裂纹。微裂纹随循环次数的增加而扩展，最好使零件突然断裂。提高疲劳强度的措施：减少应力集中，强化表面（喷丸处理等），提高材料质量。第二节 金属材料的物理、化学及工艺性一、物理性能：1、比重：单位体积内物体的重量。密度：单位体积内物体的质量。铁：7.8克/厘米3、铜：8.9克/厘米3、铝：2.7克/厘米3、钛：4.51克/厘米35g/cm3重金属。应用：飞机制造业、子弹头、检验材料、炼铁、炼钢、铅球等。2、熔点：固体液体的温度点。 凝固点：液体固体的温度点。铁：1538、铜：1083、铝：660、钛：1660。应用：耐高温材料（飞机、导弹、航天）、防火安全阀、熔断器（保险丝）等。3、热涨性：一般而言，金属材料具有热胀冷缩的性能。材料不同，热胀冷缩的大小也不同。应用：电线的形态、桥梁的架设、钢轨的铺设、精密的测量工具、电冰箱、电饭锅等。4、导热性：金属具有传导热能的性质。导热材料的顺序：银、铜、铝等。金属材料的杂质越多、导热性越差。高速钢导热性差，加热要缓慢，以防开裂。应用：陶瓷、水壶的水垢等。5、导电性：金属具有传递电流的性质。导电材料的顺序：银、铜、铝等。应用：电火花加工（下册P.7880、电解加工、电子束加工及制造电线、电缆、玻璃拉丝模等。6、磁性；金属材料在磁场的情况下磁化（分为软磁和硬磁）。例如：铁、镍、钴等。应用：手表材料、磨床的磨削加工（P.71下册）等。二、化学性能：1、耐蚀性（耐酸碱性）：金属材料抵抗腐蚀的性能。例如：钢铁生铁锈、铜生铜绿 （造成重大事故）。应用：食品行业、饮料行业、医药行业、化工行业等。2、抗氧化性：高温时抵抗氧化的能力。应用：锻打、电焊、热处理等。3、化学稳定性：在常温下，化学稳定的性能。应用：耐热设备、高温锅炉等。三、工艺性能：是指是否易于进行冷、热加工的性能。包括：热处理性能（第三章）、铸造性能（第二篇）、焊接性能（第三篇）、锻造性能（第四篇）、切削加工性能（第五篇）。（和书名金属工艺学联系上）以上各种工艺性能将在以后有关章节中分别介绍。补充知识：希腊字母表及其读音与意义 序号 大写 小写 英文注音 国际音标注音 中文注音 1 alpha a:lf 阿尔法 2 beta bet 贝塔 13 nu nju 纽 3 gamma ga:m 伽马 14 xi ksi 克西 4 delta delt 德尔塔 15 omicron omikron 奥密克戎 5 epsilon epsilon 伊普西龙 16 pi pai 派 6 zeta zat 截塔 17 rho rou 肉 7 eta eit 艾塔 18 sigma sigma 西格马 8 thet it 西塔 19 tau tau 套 9 iot aiot 约塔 20 upsilon jupsilon 宇普西龙 10 kappa kap 卡帕 21 phi fai 佛爱 11 lambda lambd 兰布达 22 chi phai 西 12 mu mju 缪 23 psi psai 普西 24 omega omiga 欧米伽作业：P11 （1）、（4）、（5）本章小结： 本章主要介绍了金属材料的性能，通过本章的学习让学生了解各种性能指标的测试方法，掌握各种性能指标的物理含义。第二章 铁碳合金第一节 纯铁纯铁的晶体结构及同素异构转变一、 金属的结晶晶体是其原子呈规则排列的物质。结晶是金属液体转变为晶体的过程。结晶的必要条件是过冷。实际结晶温度低于理论结晶温度的现象叫过 冷。过冷度 T=T0Tn冷却速度越大，过冷度越大。金属的实际结晶温度总是低于理论结晶温度，Tn107/s 非晶态金属）实验测出：冷却速度越大，生核速率越大长大速率。（2）变质处理（孕育处理）：在液态金属中，加入一些细小的金属粉末（孕育剂）形成非自发晶核，使晶核数目增多，晶粒变细小。（3）机械振动：使枝晶破碎成为几个晶核，使晶核数目增多（超生波振动等）。二、 纯铁的晶体结构 为了便于研究晶体中原子排列规律，可将原子抽象化，即将晶体中的每一个原子看成一个点，将这些点用假想的直线连接起来，便形成晶格。由于晶体中 原子排列具有周期性规律，因此在研究金属晶体结构时，取一个晶胞来分析就可以了。1、 体心立方晶格 Ti，Cr，Mo，Mn，W，V，-Te2、 面心立方晶格 Ni，Cu，Al，Au，Ag，-Te三、 纯铁的同素异构转变见图，进行分析。 第二节 铁碳合金的基本组织 元素（金属非金属）共为108种，而纯金属一般共为83种。Fe：HB80、b200MPa、C：HB3、b0 。FeC组成的合金化合物：HB800、b=400MPa。Al：HB25、b80MPa。AlMgMn组成的铝合金化合物：HB70、b280MPa。而工业中的金属材料均为合金。合金：金属元素同另一种或几种金属元素或非金属元素组成的具有金属特性的新材料。金属特性：导电性、导热性、塑性、光泽。组成合金的元素称为组元，由铁碳组成的合金叫铁碳合金。在合金中，凡化学成分和晶体结构相同、并与其它部分有界面分开的均匀组成部分称为相。合金由许多相组成。相：具有同一化学成分，同一聚集状态，且有明显界面分开的独立均匀部分。例如：液单相、固相单相、液固两相。一、合金的相结构：1、 固溶体溶质原子溶入溶剂晶格而仍保持溶剂晶格类型的金属晶体，为固溶体。其性能特征是塑性韧性好，是组成合金的基体。分为置换固溶体和间隙固溶体。形成固溶体时，溶剂晶格必将产生不同程度的畸变，这时固溶体的强度硬度增加，塑性韧性下降，这种现象称为固溶强化。2、 化合物各组元发生化学反应，形成与各组元晶格都不相同的具有金属性质的物质，称谓化合物。其性能特征是硬而脆，只能作为添加相。二、铁碳合金的组织组成物1、 铁素体：碳溶于-Te中形成的固溶体。单相、层片状、体心立方晶格。 机械性能：3050、7080、ku160200J/cm2、b180280MPa、HBS50802、 奥氏体：碳溶于-Te中形成的固溶体。单相、层片状、面心立方晶格。机械性能：4060、b40050MPa、HBS1702203、 渗碳体：碳和Te形成的化合物。硬度极高，而塑性、韧性极低。4、 珠光体：铁素体和渗碳体形成的机械混合物。两相，机械混合物。机械性能：2025、b800850MPa、 HBS280260。强度高、硬度较高。5、 莱氏体：奥氏体和渗碳体形成的机械混合物为高温莱氏体；渗碳体和珠光体形成的机械混合物为低温莱氏体第三节 铁碳合金状态图一、 铁碳合金状态图的建立1、 配制不同成分的铁碳合金2、 绘制不同合金的冷却曲线，找出临界点，并将临界点分别画到铁碳合金状态图中。3、 将意义相同的点连接起来。二、FeFe3C合金状态图的分析：1、点（特性点）：A 1538 100Fe的熔点 ； D 1227 100Fe3C的熔点；G 912 100Fe的同素异晶转变点（重结晶温度点）；C 1148 4.3C 共晶点LLd（AC） 共晶反应；F 1148 6.69C 虚点 ； P 727 100Fe虚点；K 727 6.69C虚点、E 1148 2.11C 碳在Fe中的最大固溶量；S 727 0.77C 碳在Fe中的最小固溶量，共析点AP 共析反应。2、线（特性线）：（1）AC线：液相线 开始结晶出奥氏体：LLA。DC线：液相线 开始结晶出渗碳体：LL+C。（2）AE线：固相线 奥氏体结晶终了线：LAA。ECF线：固相线（共晶线）：共晶反应 LLd。（3）GS线A3线：从奥氏体中开始析出铁素体线。（4）ES线Acm线：从奥氏体中开始析出渗碳体线（碳在奥氏体中的固溶线）。（5）PSK线A1线：共析线； 共析反应 AP（FC）共晶体。（6）PQ线碳在铁素体中的溶解度曲线。这种由铁素体中析出的渗碳体为三次渗碳体。3、分类：含碳量分类： 工业纯铁：C0.0218C 钢：0.0218C2.11 白口铁：2.11C6.69钢分类： 共析钢：0.77 P 亚共析钢： C0.77 PC共晶白口铁分类： 共晶白口铁：4.3C Ld 亚共晶白口铁：C4.3C LdC三、钢在结晶过程中的组织转变实验：热分析法（C：06.69）实用价值。1、共析钢：（0.77C）分析：在727发生共析反应，A中含碳多少？P中含碳多少？2、亚共析钢：（0.5C）分析： AAF 在点以上A中含碳多少？随着温度降低，A中含碳是逐渐增加还是减少？ AFPF 在冷却到点时，A中含碳增加到0.77C，发生共析反应： AP，727时，P、F各占百分多少？3、过共析钢：（1.0C）分析：AAFe3C 在点以上，A中含碳多少？在点以下，随着温度降低，A中含碳逐渐增加还是减少？AFe3CPFe3C 当冷却到时，A中含碳逐渐减少到0.77C，发生共析反应AP，727, P、Fe3C相对含量是多少？4、亚共晶白口铸铁、共晶白口铸铁、过共晶白口铸铁请学生自行分析。铁碳合金的组织和性能：工业纯铁：F 塑性好。亚共析钢：FP 取决于F、P的含量。共析钢：P 强度高。过共析钢：PC 取决于P、Fe3C的含量（Fe3C为网状的二次渗碳体，脆、不合格）。亚共晶白口铸铁、共晶白口铸铁、过共晶白口铸铁自行分析。4.FeFe3C状态图的应用。正确选材：.C0.25，低碳钢：塑性好，韧性好。0.25CVk）目的：获得马氏体组织，从而提高钢的硬度和耐磨性。淬火时的工艺措施：（1）严格控制淬火加热温度。（2）合理选择淬火冷却介质。目的：既能得到高硬度的马氏体，也不会产生变形、开裂。 二、回火：定义：将淬火后的钢加热到Ac1以下某一温度，保温一定时间（15小时），然后冷却的一种工艺。目的：降低材料的脆性、消除内应力；获得要求的力学性能；稳定工件尺寸；降低合金钢的硬度，使之易被切削。（1）低温回火（150250）：组织：回火马氏体 HRC5864。应用于需要高硬度，高耐磨的材料零件。例如：刃具、量具、模具、滚动轴承等。（2）中温回火（350500）：组织：回火屈氏体 HRC3545。应用于需要较高弹性、韧性的材料零件等。例如：弹簧、板簧、发条、冲击工具等。（3）高温回火（500650）组织：回火索氏体HRC1525 （HB200250）。应用于受交变载荷作用的材料零件等。例如：轴、丝杠、齿轮、连杆等。淬火高温回火：调质处理。时效处理：（尺寸稳定处理）某些量具等精密工具为了保持淬火后的高硬度和耐磨性及稳定的尺寸，需在100180进行长时间的低温加热，保温（1050小时），随炉冷却的工艺。第四节 表面淬火和化学热处理普通热处理：材料的内外力学性能均匀一致：外硬内硬、外韧内韧，但是，特殊情况下，需要内外力学性能不一致的材料：外硬内韧。一、表面淬火（中碳钢）：定义：1.火焰加热表面淬火：氧炔焰： M：26mm。2.感应加热表面淬火：（需经正火、调质处理）高频（10500KHz） M：0.52mm；感应器 中频（50010000Hz）M： 28mm； 中频 （50Hz） M：1015mm；二、化学热处理：定义：1.渗碳：气体渗碳、固体渗碳：低碳钢 ： 10.52mm 渗碳淬火低温回火。2.渗氮：气体渗氮。 合金钢： （0.0010.8mm）。 调质处理渗氮。3.碳氮二元共渗：气体、固体、液体共渗。低碳钢 低碳合金钢4.辉光离子氮化（离子氮化）：作业： P29 （1）、（4）本章小结： 由于本章内容在后续课程金属材料及热处理还有40课时的学习，所以在本章只作简介，着重让学生理解热处理的含义和在金属加工中的作用。第四章 工业用钢钢的分类：碳钢的分类、编号和用途：按化学成分分类：非合金钢（碳素钢） 低碳钢：0.25C 低合金钢 中碳钢：0.25C0.60% 合金钢 高碳钢：0.60C1.4 按质量分类：普通碳素钢：S0.05、P0.045。优质碳素钢：S0.04、P0.04。（和国际不接轨）高级优质碳素钢：S0.03、P0.035。按用途分类： 结构钢：工具钢：特殊用途钢按冶炼方法分类：平炉钢（逐渐淘汰） 转炉钢（使用） 电弧炉钢。按酸碱性分类：酸性钢 碱性钢 中性钢。钢的分类：碳素钢和合金钢。第一节 碳素钢一、化学成分对碳钢性能的影响1.锰Mn：0.250.8Mn，有益元素，脱氧剂。提高钢的强度和硬度，特别是降低钢的的脆性。2.硅Si：0.4Si，有益元素，脱氧剂。提高钢的强度。3.硫S：0.050，有害元素，热脆（红脆性）。（FeSFe）为共晶体，985为液体。硫的含量越高，热脆性越严重。4.磷P：0.0045，有害元素，冷脆。使钢常温下其塑性和韧性急剧下降，脆性转变温度升高，在低温时，这种现象更加严重。5.氢H：0.0001，有害元素，氢脆，白点。过多的氢分子会导致钢的开裂。总之，杂质元素对钢材的性能与质量影响很大，必须严格控制在所规定的范围内。 二、碳素钢的牌号和用途碳素钢分如下三类：（1）普通碳素结构钢：新：Q235A（F、b、Z）、s235MPa。旧：甲类钢：A1、A2、A3、A7满足机械性能要求的。 乙类钢：B1、B2、B3、.B7满足化学性能要求的。 特类钢：C2、C3、.C5满足机械和化学性能要求的。通常用于制造型材、螺钉、铁钉、铁丝、建筑材料等。（2）优质碳素结构钢： 普通含锰量钢：0.250.8Mn。 较高含锰量钢：0.701.20Mn。举例：45： 0.45C左右、 0.500.80Mn左右。 45Mn ： 0.45C左右、 0.701.00Mn左右。常用于齿轮、主轴、连杆45。弹簧、板簧、发条65、65Mn。（3）.碳素工具钢： 优质碳素工具钢：T数字。 高级优质碳素工具钢：T数字A。举例：T7、T8、T9、.T14。含义：0.7、0.80、0.9.1.4T7A、T8A、T9A、.T14A。主要用于剪刀、斧头、锯子、锉刀等。 第二节 低合金钢 指合金含量较低（小于3%），含碳量也较低的合金结构钢。分类：1 可焊接低合金高强钢2 低合金耐候钢3 低合金钢筋钢4 铁道用低合金钢5 矿用低合金钢牌号：Q295：09Mn2、09MnV 低压容器、输油管道、车辆Q345：16Mn 12MV 桥梁、船舶Q390：15MnV 15MnTi 桥梁、船舶、起重机Q420：15MnVN 高压容器、锅炉第三节 合金钢：碳钢在200时，机械性能剧烈下降，而合金钢在650时，其机械性能才略为下降。质量：优质钢、高级优质钢（A）、特级优质钢（E）。1、合金结构钢起首两位数字表示平均含碳量的万分之几，其后的符号表示所含的主要元素；若元素含量1.5，不标数，元素含量1.5，其后的数表示其百分含量。最后标“A”则称为高级优质合金结构钢（滚动轴承钢除外）。例：12CrNi3：0.12C、Cr1.5、3Ni20CrMnTi：0.20C、Cr、Mn、Ti1.515Cr、20Mn2B、55Si2MnA2、合金工具钢当含碳量1.0时，不标含碳量数当含碳量1.0时，起首数表示含碳量的千分之几。合金元素同上。例：9Mn2V：0.9C、2Mn、V1.5CrWMn：C1.0、Cr、W、Mn1.5。W18Cr4V、W12Cr4V4Mo、9SiCr。3、特殊性能钢起首数表示含碳量的千分之几，若起首为“0”，则表示含碳量0.10；若起首数为“00”，则表示含碳量为0.03，合金元素同上。例：9Cr18： 0.9C、18Cr。1Cr18Ni9Ti：0.1C、18Cr、9Ni、Ti1.5。0Cr17Mn13Mo2V：C0.1、17Cr、13Mn、2Mo、N1.50Cr18Ni9Ti、1Cr13、1Cr28、0Cr17Ti。 作业：P35 （1）、（5）本章小结： 本章主要介绍了钢的分类、编号及用途，要求学生掌握钢的分类和编号方法，并对其用途能作出大体的判断。第二篇 铸 造主要内容：铸造工艺基础、砂型铸造工艺、铸件的结构工艺性等。重点：砂型铸造工艺难点：铸件的结构工艺性课时分配：12讲授内容：引入语：用实物及画图说明铸造的方法、成型特点。将液态金属浇铸到与零件形状、尺寸相适应的铸型型腔中，待其冷却凝固，以获得毛坯或零件的生产方法，称为铸造。其特点是：1、 可制成形状复杂、特别是具有复杂内腔的毛坯。2、 适应范围广。3、 可降低生产成本。金属的液态成形是制造毛坯、零件的重要方法之一。按铸型材料的不同，金属液态成形可分为砂型铸造和特种铸造（包括压力铸造、金属型铸造等）.其中砂型铸造是最基本的液态成形方法，所生产的铸件要占铸件总量的80%以上。第一章 铸造工艺基础第一节 液态合金的充型液态合金填充铸型的过程，叫充型。影响充型的因素有：一、 合金的流动性液态合金的流动能力，为合金的流动性。 影响流动性的因素很多，化学成分影响较为显著： 纯金属和共晶成分的合金是在恒温下结晶的。由表层向中心逐层推进(称为逐层凝固)方式，固体 内层内表面比较光滑，流动阻力小，流动性好。 其它成分合金是在一定温度范围内逐步凝固的(糊状凝固)，固体内表面粗糙不平，流动性很差。铸钢(通常C0.6%)熔点较高，钢液过热度比铸铁小(浇注温度和液相线温度差称过热度)，维持流动时间短，另外，钢液浇注后迅速结晶出树枝状，使钢液很快失去流动性。二、浇铸条件1、浇铸温度：温度，充型能力，温度过高，易产生缩松、缩孔、粗晶、气孔等缺陷。所以在保证流动能力的情况下，温度越低越好。2、 充型压力：如压力铸造。三、铸型填充条件1、 铸型材料：导热系数大，比热大，充型能力2、 铸型温度：预热3、 铸型中气体：排气能力差，阻碍液态合金的充型，所以铸型应具有良好透气性，一般在最高处设出气口4、 铸件结构：表2-1为砂型铸件允许的最小壁厚。第二节 铸件的凝固与收缩一、 铸件的凝固方式在铸件的凝固过程中，其断面上一般存在三个区域，即固相区、凝固区和液相区，其中对铸件质量影响较大的主要是液相和固相并存的凝固区的宽窄。1、逐层凝固：纯金属或共晶成分合金凝固过程中不存在液、固并存现象，液固界限清楚分开，称为逐层凝固。2、糊状凝固：合金的结晶温度范围很宽，温度分布较平坦(内外温度较小)，整个断面内均为液固并存，先呈糊状而后固化，称为糊状凝固。3、中间凝固：介于逐层凝固和糊状凝固之间。 铸件质量与凝固方式密切相关，逐层凝固的合金，充型能力强，便于防止缩孔、缩松，灰铸铁和铝硅合金等倾向于逐层凝固；糊状凝固的合金，难以获得结晶紧实的铸件，球铁倾向于糊状凝固。二、 铸造合金的收缩（三个阶段）合金从浇注、凝固直至冷却到室温，其体积或尺寸缩减的现象，称收缩。收缩是多种铸造缺陷的根源，如缩松(孔)，裂纹等。收缩的三个阶段：1、 液体收缩：处于液态，温度下降，属于体积收缩2、 凝固收缩：由状态改变和温度下降两部分组成，属于体积收缩，是缩松(孔)的基本原因。3、 固态收缩：属于线收缩，由固相线温度到室温时收缩，是产生铸造应力和变形、裂纹基本原因。铸件的实际收缩率与其化学成分、浇注温度、铸件结构和铸型条件有关。三