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机械工人必备常识-作者：-日期：第一章 识图知识第一节 正投影的基本原理一、投影的基本知识通常把空间物体的形象在平面上表达出来的方法称为投影法。而在平面上所得到的图形称为该物体在此平面上的投影。要获得物体的投影图，必须具备光源、被投影对象和投影面。调整这三个条件又可得到不同种的投影图。1、中心投影 投影线从投影中心点发出，投影线互不平行，用这种方法进行投影叫中心投影，用中心投影法得到的图形不能反映物体的真实大小，故机械图样不采用中心投影。2、正投影 当投影线互相平行，并与投影面垂直时，物体在投影面上所得的投影，称正投影，由于用正投影法能获得物体的真实形状，且绘制方法也较简单，已成为机械制图的基本原理与方法。二、三视图1、一面视图 将长方体的前后两面平行于投影面放置，从前往后看，即可在投影面上得到一个矩形的视图，这个视图称为主视图。2、两面视图 在一面视图的基础上再增加一个与原投影面垂直且水平放置的新投影面。由于在新投影面上的视图位于主视图的下方，故称为俯视图，投影面上的投影：长方体与其相对应的为矩形，而三棱柱为三角形，所以两面视图比一面视图更易区分出物体的形状。但某些情况下仍难区分出物体的空间形状，3、三面视图 在前两者的基础上，再增加一个侧投影面，使它与前两个投影面都相互垂直，并位于两个投影面的右端，物体在新投影面上所得的视图是从左往右看，故称为左视图。所以三面视图更能表达物体的形状和特征。 把三个投影面及其投影旋转展开，俯视图确定了物体前、后、左、右四个不同部位，反映了物体的宽度和长度。左视图确定了物体前、后、上、下四个不同部位，表达了物体的高度和宽度。 由此可得出下列投影规律： 主、俯视图长对正； 主、左视图高齐平；俯、左视图宽相等。第二节 简单零件剖视图的表达方法一、剖视图1、剖视图的形成 在视图中，对零件内部看不见的结构形状用虚线表示，当零件内部结构比较复杂时，在视图上就会有较多的虚线，有时甚至与外形轮廓线相互重叠，使图形很不清楚，增大看图困难。为避免上述情况，采用剖视的方法来表达零件的内部结构形状，即采用假想的剖切面将零件剖开，移去观察者与剖切面之间的部分，将余下部分投影面投影，所得的视图称为剖视图。2、看剖视图的要点（1）找剖切面位置。剖切面位置常常选择零件的对称平面或某一轴线。（2）明确剖视图是零件剖切后的可见轮廓的投影。（3）看剖面符号。当图中的剖面符号是与水平方向成45的细实线时，则知零件是金属材料。（4）剖视图上通常没有虚线。3、剖视图标注（1）剖切位置 通常以剖切面与投影面的交线表示剖切位置。在它的起迄处用加粗的短实线表示，但不与图形轮廓线相交。（2）投影方向 在剖切位置线的两端，用箭头表示剖切后的投影方向。（3）剖视图名称 在箭头的外侧用相同的大写拉丁字母标注，并在相应的剖视图上标出“”字样，若在同一张图上有若干个剖视图时，其名称的字母不得重复。二、常见剖视图的识读 常见的剖视图有全剖视图、半剖视图和局部剖视图。1、全剖视图 用剖切平面把零件完全地剖开后所得的剖视图，称为全剖视图。2、半剖视图 在具有对称平面的零件上，用一个剖切平面将零件剖开，去掉零件前半部分的一半，一半表达外形，一半表达内形，这种一半剖视一半视图的组合图形，称为半剖视图。3、局部剖视图 在零件的某一局部，用一个剖切平面将零件的局部剖开，表达其内部结构，并以波浪线分界以示剖切范围，这种剖视图称为局部剖视图。第三节 常用零件的规定画法及代号标注一、螺纹的规定画法与标注方法1、 螺纹图形的表示方法 螺纹图形按国标规定，可采用简化画法表示，无需按真实投影作图。2、 常用螺纹的标注方法（P7）二、键、销的标注方法(P9)三、齿轮的表示方法（P11）四、滚动轴承的表示方法（P12）第四节 简单装配图的识图知识一、装配图的作用和内容1、装配图的作用 装配图是表达机器或零部件的工作原理、结构形状和装配关系的图样。在产品制造中，装配图是制定装配工艺规程，进行装配和零部件检验的技术依据；在使用或维修机器时，需要通过装配图了解机器的构造；进行技术交流、引进先进设备时，装配图更是必不可少的技术资料。2、装配图的内容 一张完整的装配图应有以下几方面的内容：（l）一组视图 用以说明机器或部件的工作原理、结构特点、零件之间的相对位置、装配连接关系等。（2）必要的尺寸 表示机器或部件规格以及装配、检验、运输安装时所必须的一些尺寸。（3）技术要求 说明机器或部件的性能，是装配、调整和使用时必须满足的技术条件。一般用文字或符号注写在图中适当位置。（4）标题栏、明细表和零件序号 说明机器或部件所包含的零件名称、零部件序号、数量和材料以及厂名等。二、装配图的视图表达 零件图中视图的各种表达方法都适用于装配图，但装配图还有其规定画法和特殊表达方法。1、规定画法（1）剖视图中实心件和连接件的表达 对于连接件（螺钉、螺栓、螺母、垫圈、键销等）和实心件（轴、手柄、连杆等），当剖切面通过基本轴线或对称面时，这些零件均按不剖处理。当需要表达零件局部结构时，可采用局部视图。（2）接触表面和非接触表面的区分 凡是有配合要求的两零件的接触表面，在接触处只画一条线来表示。非配合要求的两零件接触面，即使间隙很小，也必须画两条线。（3）剖面线方向和间隔 用剖面线倾斜方向相反或一致、间隔不等来区分表达相邻的两个零件。剖面厚度在2mm以下的图形，允许用涂黑来代替剖面符号。2、特殊表达方法（1）假想画法 在装配图上，当需要表示某些零件的运动范围和极限位置时，可用双点划线画出该零件在极限位置的外形图。当需要表达本部件与相邻部件的装配关系时，可用双点划线画出相邻部分的轮廓线。（2）零件的单独表示法 在装配图中，可用视图、剖视图或剖面单独表达某个零件的结构形状，但必须在视图上方标注对应的说明。（3）拆卸画法 在装配图中，可假想沿某些零件结合面选取剖切平面或假想把某些零件拆卸后绘制表达，需要说明时加标注“拆去等”。（4）简化画法 1）对于装配图中螺栓连接件零件组，允许只画一处以标明序号，其余的以点划线表示中心位置即可。 2）装配图中的标准件，如滚动轴承的一边应用规定表示法，而另一边允许用交叉细实线表达；螺母上的曲线允许用直线替代简化；零件的圆角、倒角、退刀槽不在装配图中表示。三、识进装配图的方法和步骤 识读装配图的目的主要是了解机器或部件的名称、作用、工作原理、零件之间的装配关系、各零件的作用、结构特点、传动路线、装拆顺序和技术要求等。1、看标题栏和明细表，作概括了解 2、分析视图 分析整个装配图上有哪些视图，采用什么剖切方法，表达的重点是什么，反映了哪些装配关系，零件之间的连接方式如何，视图间的投影关系等。3、分析零件 主要是了解零件的主要作用和基本形状，以便弄清装配体的工作原理和运动情况（是移动还是转动）。4、分析配合关系 根据装配图上标注的尺寸，区别哪些零件有配合要求，属何种基准制，何种配合类别及配合精度等。5、定位与调整 分析零件之间的面，哪些是彼此接触的，是怎样定位的，有没有间隙需要调整，怎样调整。6、连接与固定 分清零件之间是用什么方式连接固定的，是可拆还是不可拆。7、密封与润滑 要弄清运动件的润滑、及其贮油装置、进出油孔和输油油路。采用什么方式密封。8、装拆顺序 应了解装拆顺序，以验证设计意图及结构是否合理。9、了解技术要求 包括组装后的检测技术指标、使用时对工作条件的要求等。第五节 焊接装配图及焊缝符号表示方法一、焊接装配图的特点 通常所指的焊接装配图就是指实际生产中的产品零部件或组件的工作图。它与一般装配图的不同在于图中必须清楚表示与焊接有关的问题，如坡口与接头形式、焊接方法、焊接材料型号和焊接及验收技术要求等。通常图中涉及的焊接工艺文件有：1 典型工件制造的工艺守则。2 焊接方法的工艺守则。3 施焊的工艺评定编号。二、焊缝符号的表示方法 焊缝符号一般由基本符号和指引线组成。必要时可加上辅助符号、补充符号和焊缝尺寸符号。焊缝符号表示法：1、基本符号： 它是表示焊缝横截面形状的符号。见表16（P17）。2、辅助符号： 它是表示焊缝表面形状特征的符号。见表17。应用示例见表18（P18）。3、补充符号： 它是为了补充说明焊缝的某些特征而采用的符号。见表19（P19）。4、符号在图样上的位置： 完整的焊缝表示方法除了基本符号、辅助符号、补充符号外，还包括指引线、一些尺寸符号及数据。指引线由带箭头的指引线和两条基准线（一条为实线，一条为虚线）两部分组成。焊缝符号在指引线上的标注方法见表111（P20）。5、焊缝尺寸符号： 见表112。示例见表113。（P2021）第二章 常用金属材料的一般知识第一节 常用金属材料的物理、力学性能一、常用金属材料的物理性能1、密度 某种物质单位体积的质量称为该物质的密度。金属的密度即是单位体积金属的质量。表达式如下：=m/V式中物质的密度，kgm3； m物质的质量，kg； V物质的体积，m3。 密度是金属材料的特性之一。金属材料的密度直接关系到由它所制成设备的自重和效能。一般密度小于5103kg/m3的金属称为轻金属，密度大于5103kg/m3的金属称为重金属。2、熔点 纯金属和合金从固态向液态转变时的温度称为熔点。纯金属都有固定的熔点。合金的熔点决定于它的成分。3、导热性 金属材料传导热量的性能称为导热性。 导热性的大小通常用热导率来衡量。热导率符号是，热导率越大，金属的导热性越好。银的导热性最好，铜、铝次之。合金的导热性比纯金属差。 导热性是金属材料的重要性能之一，在制订焊接、铸造和热处理工艺时，必须考虑材料的导热性，防止金属材料在加热或冷却过程中形成过大的内应力，以免金属材料变形或破坏。4、热膨胀性 金属材料随着温度变化而膨胀、收缩的特性称为热膨胀性。一般来说金属受热时膨胀而体积增大，冷却时收缩而体积缩小。 热膨胀的大小用线胀系数t和体胀系数V表示。计算公式如下： t=（l2- l1）/t l1式中t线胀系数，1/K或1； l1膨胀前长度，m； l2膨胀后长度，m； t温度变化量t =t2-t1；，K或。 体胀系数近似为线胀系数的3倍。 在实际工作中考虑热胀性的地方很多，例如异种金属焊接时要考虑它们的热胀系数是否接近，否则会因热胀系数不同，使金属构件变形，甚至损坏。5、导电性： 金属材料传导电流的性能称为导电性。 衡量金属材料导电性的指标是电阻率，电阻率越小，金属导电性越好。金属导电性以银为最好，铜、铝次之。合金的导电性比纯金属差。6、磁性： 金属材料在磁场中受到磁化的性能称为磁性。根据金属材料在磁场中受到磁化程度的不同，可分为铁磁材料（如：铁、钴等）、顺磁材料（如：锰、铬等）、抗磁性材料（如：铜、锌等）三类。铁磁材料在外磁场中能强烈地被磁化；顺磁材料在外磁场中，只能微弱地被磁化；抗磁材料能抗拒或削弱外磁场对材料本身的磁化作用。工程上实用的强磁性材料是铁磁材料。磁性与材料的成分和温度有关，不是固定不变的。当温度升高时，有的铁磁材料会消失磁性。二、常用金属材料的力学性能 所谓力学性能是指金属在外力作用时表现出来的性能，包括强度、塑性、硬度、韧性及疲劳强度等。表示金属材料各项力学性能的具体数据是通过在专门试验机上试验和测定而获得的。1、强度： 是指材料在外力作用下抵抗塑性变形和破裂的能力。抵抗能力越大，金属材料的强度越高。强度的大小通常用应力来表示，根据载荷性质的不同，强度可分为抗拉强度、抗压强度、抗剪强度、抗扭强度和抗弯强度。在机械制造中常用抗拉强度作为金属材料性能的主要指标。（1）屈服强度 钢材在拉伸过程中当载荷不再增加甚至有所下降时，仍继续发生明显的塑性变形现象，称为屈服现象。材料产生屈服现象时的应力，称为屈服强度。用符号s表示。其计算方法如下：s=Fs/S0 式中Fs材料屈服时的载荷，N；S。试样的原始截面积，mm。 有些金属材料（如高碳钢、铸钢等）没有明显的屈服现象，测定很困难。在此情况下，规定以试样长度方向产生0.2%塑性变形时的应力作为材料的“条件屈服强度”，或称屈服极限。用0.2表示。 屈服强度标志着金属材料对微量变形的抗力。材料的屈服强度越高，表示材料抵抗微量塑性变形的能力越大，允许的工作应力也越高。（2）抗拉强度 钢材在拉伸时，材料在拉断前所承受的最大应力，称为抗拉强度。用符号b表示。其计算方法如下：b=Fb/S0 式中Fb试样破坏前所承受的最大拉力，N；S0试样原始横截面积，mm。 抗拉强度是材料在破坏前所能承受的最大应力。b的值越大，表示材料抵抗拉断的能力越大。它也是衡量金属材料强度的重要指标之一。其实用意义是：金属结构件所承受的工作应力不能超过材料的抗拉强度，否则会产生断裂，甚至造成严重事故。2、塑性: 断裂前金属材料产生永久变形的能力，称塑性。一般用拉伸试棒的延伸率和断面收缩率来衡量。(1)延伸率 试样拉断后的标距长度伸长量与试样原始标距长度的比值的百分率，称为延伸率，用符号来表示。其计算方法如下：=(L1-L0)/ L0100式中L1试样拉断后的标距长度，mm；L0试样原始标距长度，mm。（2）断面收缩率 试样拉断后截面积的减小量与原截面积之比值的百分率，用符号表示。其计算方法如下：=(S0-S1)/ S0100式中S0试样原始截面积，mm；S1试样拉断后断口处的截面积，mm。和的值越大，表示金属材料的塑性越好。这样的金属可以发生大量塑性变形而不破坏。（3）冷弯试验 在船舶、锅炉、压力容器等工业部门，由于有大量的弯曲和冲压等冷变形加工，因此常用冷弯试验来衡量材料在室温时的塑性。将试样在室温下按规定的弯曲半径进行弯曲，在发生断裂前的角度，叫做冷弯角度，用表示，其单位为度。冷弯角度越大，则钢材的塑性越好。3、硬度 材料抵抗局部变形，特别是塑性变形、压痕或划痕的能力称为硬度。硬度是衡量钢材软硬的一个指标，根据测量方法不同，其指标可分为布氏硬度（HBS）、洛氏硬度（HR）、维氏硬度（HV）。依据硬度值可近似地确定抗拉强度值。4、冲击韧性 金属材料抗冲击载荷不致被破坏的性能，称为韧性。它的衡量指标是冲击韧性值。冲击韧性值指试样冲断后缺口处单位面积所消耗的功，用符号k表示。k值越大，材料的韧性越好；反之，脆性越大。材料的冲击韧性值与温度有关，温度越低，冲击韧性值越小。5、疲劳强度 金属材料在无数次重复交变载荷作用下，而不致破坏的最大应力，称为疲劳强度。实际上并不可能作无数次交变载荷试验，所以一般试验时规定，钢在经受106107次，有色金属经受107108次交变载荷作用时不产生破裂的最大应力，称为疲劳强度，符号是-1。6、蠕变 在长期固定载荷作用下，即使载荷小于屈服强度，金属材料也会逐渐产生塑性变形的现象称蠕变。蠕变极限值越大，材料的使用越可靠。温度越高或蠕变速度越大，蠕变极限就越小。第二节 常用金属材料的牌号、性能和用途一、碳素结构钢的牌号、性能和用途 碳素钢简称碳钢，是指含碳量小于2.11%的铁碳含金。碳钢中除含有铁、碳元素外，还有少量硅、锰、硫、磷等杂质。碳素钢比合金钢价格低廉，产量大，具有必要的力学性能和优良的金属加工性能等，在机械工业中应用很广。1、分类 常用的分类方法有以下几种：（1）按钢的含碳量分类低碳钢 含硫量0.25%；中碳钢 含碳量0.25%0.60%；高碳钢 含碳量0.60%。（2）按钢的质量分类 根据钢中有害杂质硫、磷含量多少可分为：普通质量钢 S0.05%，P0.045%；优质钢S0.035%，P0.035%；高级优质钢S0.025%，P0.025%。特级质量钢S0.015%，P0.025%。（3）按钢的用途分类结构钢 主要用于制造各种机械零件和工程结构件，其含碳量一般都小于0.70%。工具钢 主要用于制造各种刀具、模具和量具，其含碳量一般都大于0.70%。2、普通碳素结构钢 因价格便宜，产量较大，大量用于金属结构和一般机械零件。碳素结构钢的牌号由代表屈服点的拼音字母“Q”、屈服点数值、质量等级符号和脱氧方法符号四个部分按顺序组成。3、优质碳素结构钢 一般用来制造重要的机械零件。使用前一般都要经过热处理来改善力学性能。优质碳素结构钢的牌号用两位数字表示，这两位数字表示该钢平均含碳量的万分之几，例如45表示平均含碳为0.45%的优质碳素结构钢。优质碳素结构钢根据钢中含锰量不同，分为普通含锰钢（Mn0.02%)，低合金（一般合金元素总量3%）的钢，由于合金元素的强化作用，这类钢比相同含碳量的碳素结构钢的强度（特别是屈服点）要高得多，并且有良好的塑性、韧性、耐蚀性和焊接性。广泛用来制造桥梁、船舶、车辆、锅炉、压力容器、输油（气）管道和大型钢结构。（2）不锈钢 不锈钢是具有抗大气、酸、碱、盐等腐蚀作用的不锈耐酸钢的统称。通常是在大气中能抵抗腐蚀作用的钢，称不锈钢。在较强腐蚀介质中能抵抗腐蚀作用的钢，称耐酸钢。要达到不锈耐蚀的目的，必须使钢的含Cr13%。马氏体型不锈钢 具有较高的抗拉强度，较好的热加工性和良好的切削加工性，但冷冲压性和焊接性较差，耐蚀性较其他不锈钢差。焊后应力较大，必须在几小时内进行退火。铁素体型不锈钢 这类钢从室温加热到高温（9601000）组织无明显变化，具有较高的耐蚀性、良好的抗氧化性和高的塑性；焊接性能比马氏体型好。广泛用于化工生产。奥氏体型不锈钢188型镍铬钢是典型的奥氏体不锈钢。奥氏体不锈钢在450850易产生晶间腐蚀。在固溶处理状态下塑性很好（=40%），适宜于进行各种冷塑性变形，但对加工硬化很敏感，所以切削性很差，焊接性能比上述两种不锈钢好。焊后为消除焊接应力，以防止应力腐蚀，一般重新加热到850950，保温13h，然后空冷或水冷，进行去应力回火。（3）耐热钢 耐热钢是指在高温下具有一定热稳定性和热强性的钢。金属材料的耐热性包括高温抗氧化性和高温强度两个部分。 抗氧化钢 其特点是在高温下不起氧化皮。主要用于长期在高温下工作，但要求强度不高的零件。如各种加热炉板、渗碳箱等。常用的有4Cr9Si2，1Cr13SiAI等。珠光体耐热钢 其含碳量均为低碳，低碳除有良好的工艺性能外，对高温性能也有利。所以一般用于工作温度在300500，要求受较大负荷的构件。如锅炉、汽轮机零件等，其用量非常大。这类钢的热处理一般是采用正火。常用钢材有：15CrMo、12CrMoV。三、有色金属的牌号、性能和用途 通常把铁及其合金称为黑色金属，而把非铁及其合金称为有色金属。1、铝及铝合金（1）工业纯铝 是银白色的金属，特性如下：铝的密度只有2.72103kgm3，仅为铁的13，是轻金属，熔点低（约为660）；导电性、导热性较好，仅次于银和铜；抗大气腐蚀性能好；具有良好的塑性；焊接性能和铸造性能差。由于工业纯铝的上述特性，所以常用来制造导电体、耐腐蚀的容器和生活用具。（2）铝合金 纯铝的强度很低，加入适当硅、铜、镁、锌、锰等合金元素，形成铝合金。再经过冷变形和热处理，则强度可以明显提高。铝合金按其成分和工艺特点，可分类如下：形变铝合金 特点是塑性好，适宜于进行压力加工，故称形变铝合金。铸造铝合金 特点是塑性较差，一般不宜进行压力加工，但适宜于铸造，通常称为铸造铝合金。2、铜及铜合金（1）纯铜 纯铜是紫红色，故又称紫铜。具有以下的特点：密度为8.9103kgm3，熔点 1083；具有很高的导电性、导热性和良好的耐蚀性；强度低（b=200Nmm250Nmm），硬度不高（35HBS），但具有良好的塑性，易于热压或冷加工。工业纯铜广泛用来制造电线、电缆、电刷铜管及电气设备零件等。（2）铜合金 工业上广泛应用的是铜合金，其分类如下：黄铜 是以锌为主加元素的铜合金。它在工业中得到广泛的应用，具有良好的力学性能，便于加工成型。青铜 铜与除锌、镍以外的元素组成的合金统称为青铜。它具有较高的导电性、导热性、良好的加工性和耐腐蚀性能。3、钛及钛合金 由于它的密度小而强度高，高温强度好，低温韧性优异，耐热性和耐蚀性好，加上资源丰富，近年来已成为航空、宇航、化工、造船及国防等工业部门广泛应用的结构材料。纯钛具有两种同素异构结构，可通过热处理方式提高其强度。塑性也极好，适宜于进行压力加工。钛合金是指以钛为基体加入铝、锡、铬、锰、钒、钼等元素所形成的合金。根据其退火状态的组织不同，可分为三类，即；型钛合金，型钛合金和型钛合金。目前，广泛应用的是型和+型钛合金。4、镁及镁合金 纯镁的密度为1.74103kgm3，约为铝的13，是铁的14，属轻金属。它的强度低，塑性较差。镁在空气中极易氧化形成疏松的氧化膜，故抗蚀性差。镁极易燃烧。它不宜用作结构材料，只能用来制造镁合金和铝镁合金。镁合金是在镁中加入Al、Zn、Mn等组成的合金。其强度高，和铝合金、超高强度钢相当，甚至还要高一些，对油类和碱类有较好的化学稳定性，具有良好的切削加工性，但镁合金的塑性差，不宜作冲压零件。镁合金主要作航空结构材料，还常用于制造通讯、照相等方面的零件。第三章 金属学及热处理的一般知识第一节 金属晶体结构的一般知识一、晶体结构1、晶体与非晶体 在物质内部，凡是原子呈无序堆积状况的，称为非晶体，例如普通玻璃、松香等，都属于非晶体。相反，凡是原子作有序、有规则排列的称为晶体。大多数金属和合金部属于晶体。凡晶体都具有固定的熔点，其性能呈各向异性，而非晶体则没有固定熔点，而且表现为各向同性。2、晶格与晶胞 晶体内部原子是按一定的几何规律排列的。为了形象地表示晶体中原子排列的规律，可以将原子简化成一个点，用假想的线将这些点连结起来，就构成有明显规律性的空间格子。这种表示原子在晶体中排列规律的空间格架叫晶格。晶格是由许多形状、大小相同的最小几何单元重复堆积而成的。能够完整地反映晶格特征的最小几何单元称为晶胞。（P34图）3、常见的三种金属晶格类型（1）体心立方晶格 （2）面心立方晶格 （3）密排六方晶格 4、金属的结晶及晶粒度对力学性能的影响 金属由液态转变为固态的过程叫结晶。这一过程是原子由不规则排列的液体逐步过渡到原子规则排列的晶体的过程。金属的结晶过程由晶核产生和长大这两个基本过程组成。在金属的结晶过程中，每个晶核起初都自由地生长，并保持比较规则的外形。但当长大到互相接触时，接触处的生长就停止，只能向尚未凝固的液体部分伸展，直到液体全部凝固。这样，每一颗晶核就形成一颗外形不规则的晶体。这些外形不规则的晶体通常称为晶粒。晶粒的大小对金属的力学性能影响很大。晶粒越细，金属的力学性能越高。相反，若晶粒粗大，力学性能就差。晶粒大小通常分为八级，一级最粗，八级最细。晶粒大小与过冷度有关，过冷度越大，结晶后获得的晶粒就越细。“过冷度”是指理论结晶温度和实际结晶温度之差。二、同素异构转变l、同素异构转变 有些金属在固态下，存在着两种以上的晶格形式。这类金属在冷却或加热过程中，随着温度的变化，其晶格形式也要发生变化。金属在固态下随温度的改变，由一种晶格转变为另一种晶格的现象，称为同素异构转变。2、纯铁的同素异构转变 液态纯铁在1538进行结晶，得到具有体心立方晶格的Fe，继续冷却到1394时发生同素异构转变，Fe转变为面心立方晶格的Fe，再冷却到912时又发生同素异构转变，一Fe转变为体心立方晶格的Fe。直到室温，晶格的类型不再发生变化。（P35图36）金属的同素异构转变是一个重结晶过程，遵循着结晶的一般规律：有一定的转变温度；转变时需要过冷；有潜热产生；转变过程也是由晶核形成和晶核长大来完成的。但同素异构转变属于固态转变，又有本身的特点：例如转变需要较大的过冷度，晶格的变化伴随着体积的变化，转变时会产生较大的内应力。第二节 合金的组织结构及铁碳合金的基本组织一、合金的组织结构类型 合金是一种金属元素与其它金属元素或非金属，通过熔炼或其它方法结合成的具有金属特性的物质。 组成合金最基本的独立物质称为组元，简称元。组元可以是金属元素、非金属元素或稳定的化合物。根据合金中组元数目的多少，合金可分为二元合金、三元合金和多元合金。 在合金中具有相同的物理和化学性能并与其它部分以界面分开的一种物质部分称为相。液态相称为液相，固态物质称为固相。在固态下，物质可以是单相的，也可以是多相组成的。由数量、形态、大小和分布方式不同的各种相组成了合金的组织。1、固溶体 固溶体是合金中一组元溶解其它组元，或组元之间相互溶解而形成的一种均匀固相。在固溶体中保持原子晶格不变的组元叫溶剂，而分布在溶剂中的另一组元叫溶质。根据溶质原子在溶剂晶格中所处位置不同，可分为：（1）间隙固溶体 溶质原子分布于溶剂晶格间隙之中而形成的固溶体。由于溶剂晶格的空隙尺寸有限，故能够形成间隙固溶体的溶质原子，其尺寸都比较小。通常原子直径的比值（D质D剂）0.59时，才有可能形成间隙固溶体。间隙固溶体一般都是有限固溶体。（2）置换固溶体 溶质原子置换了溶剂晶格中某些结点位置上的溶剂原子而形成的固溶体，称为置换固溶体。形成这类固溶体的溶质原子其大小必须与溶质原子相近。置换固溶体可以是无限固溶体，也可以是有限固溶体。 在固溶体中溶质原子的溶入而使溶剂晶格发生畸变，这种现象称为固溶强化。它是提高金属材料力学性能的重要途径之一。2、金属化合物 合金组元间发生相互作用而形成一种具有金属特性的物质称为金属化合物。金属化合物的晶格类型和性能完全不同于任一组元。可用化学分子式来表示。一般特点是熔点高、硬度高、脆性大，因此不宜直接使用。金属化合物存在于合金中一般起强化相作用。3、混合物 两种或两种以上的相按一定质量百分数组成的物质称为混合物。混合物中各组成部分，仍保持自己原来的晶格。混合物的性能取决于各组成相的性能，以及它们分布的形态、数量和大小。二、铁碳合金的基本组织在铁碳合金中，碳可以与铁组成化合物，也可以形成固溶体，或者形成混合物。1、铁素体 碳溶解在Fe中形成的间隙固溶体为铁素体，用符号F来表示。由于Fe是体心立方晶格，晶格间隙较小，所以碳在Fe中溶解度较低，在727时，Fe中最大溶碳量仅为0.0218%，并随温度降低而减少；室温时，碳的溶解度降到0.008%。由于铁素体的含碳量低，所以铁素体的性能与纯铁相似，即具有良好的塑性和韧性，强度和硬度也较低。2、奥氏体 碳溶解在Fe中所形成的间隙固溶体，称为奥氏体，用符号A来表示。由于Fe是面心立方晶格，晶格的间隙较大，故奥氏体的溶碳能力较强。在1148溶碳量可达2.11%，随着温度下降，溶解度逐渐减少，在727时，溶碳量为0.77%。 奥氏体的强度和硬度不高，但具有良好的塑性，是绝大多数钢在高温进行锻造和轧制时所要求的组织。3、渗碳体 渗碳体是含碳量为6.69%的铁与碳的金属化合物。其分子式为Fe3C，常用符号Cm表示。渗碳体具有复杂的斜方晶体结构，它与铁和碳的晶体结构完全不同。按计算，其熔点为1227，不发生同素异构转变。渗碳体的硬度很高，塑性很差。是一个硬而脆的组织。在钢中，渗碳体以不同形态和大小的晶体出现于组织中，对钢的力学性能影响很大。4、珠光体 珠光体是铁素体和渗碳体的混合物，用符号P表示。它是渗碳体和铁素体片层相间、交替排列而成的混合物。在缓慢冷却条件下，珠光体的含碳量为0.77%。由于珠光体是由硬的渗碳体和软的铁素体组成的混合物，所以，其力学性能决定于铁素体和渗碳体的性质和它们各自的特点，大体上是两者的平均值。故珠光体的强度较高，硬度适中，具有一定的塑性。5、莱氏体 莱氏体是含碳量为4.3%的合金，在1148时从液相中同时结晶出来奥氏体和渗碳体的混合物。用符号Ld表示。由于奥氏体在727时还将转变为珠光体，所以在室温下的莱氏体由珠光体和渗碳体组成，这种混合物仍叫莱氏体，用符号Ld来表示。 莱氏体的力学性能和渗碳体相似，硬度高，塑性很差。6、马氏体 碳在Fe中的过饱和固溶体称为马氏体。由于溶入过多的碳而使Fe晶格严重畸变，增加了塑性变形的抗力，从而具有高硬度。马氏体中过饱和的碳越多，硬度就越高。第三节 常用热处理方法的目的及实际应用 钢在固态下加热到一定温度，在这个温度下保持一定时间，然后以一定冷却速度冷却到室温，以获得所希望的组织结构和工艺性能，这种加工方法称为热处理。热处理之所以能使钢的性能发生变化，其根本原因是由于铁有同素异构转变，从而使钢在加热和冷却过程中，其内部发生了组织与结构变化的结果。根据加热、冷却方法的不同可分为退火、正火、淬火、回火等。一、退火1、定义 将钢加热到适当温度并保持一定时间，然后缓慢冷却（一般随炉冷却）的热处理工艺称为退火。2、目的 降低钢的硬度，提高塑性，以利于切削加工及冷变形加工；细化晶粒，均匀钢的组织及成分，改善钢的性能或为以后的热处理作准备；消除钢中的残余内应力，以防止变形和开裂。常用的退火方法有完全退火、球化退火、去应力退火等几种。（1）完全退火 将钢完全奥氏体化，随之缓慢冷却，获得接近平衡状态组织的工艺称为完全退火。它可降低钢的强度，细化晶粒，充分消除内应力。完全退火主要用于中碳钢及低、中碳合金结构钢的锻件、铸件等。（2）球化退火 为使钢中碳化物呈球状化而进行的退火称为球化退火。它不但可使材料硬度低，便于切削加工，而且在淬火加热时，奥氏体晶粒不易粗大，冷却时工件的变形和开裂倾向小。球化退火适用于共析钢及过共析钢，如碳素工具钢、合金工具钢、轴承钢等。（3）去应力退火 为了去除由于塑性变形、焊接等原因造成的以及铸件内存在的残余应力而进行的退火称为去应力退火。工艺是：将钢加热到略低于Al的温度（一般取600650），经保温缓慢冷却即可。在去应力退火中，钢的组织不发生变化，只是消除内应力。锻造、铸造、焊接以及切削加工后（精度要求高）的工件应采用去应力退火，以消除加工过程中产生的内应力。二、正火1、定义 将钢材或钢件加热到Ac3或Accm以上3050，保温适当的时间后，在静止的空气中冷却的热处理工艺称为正火。2、目的 正火与退火两者的目的基本相同，但正火的冷却速度比退火稍快，故正火钢的组织较细，它的强度、硬度比退火钢高。正火主要用于普通结构零件，当力学性能要求不太高时可作为最终热处理。三、淬火1、定义 将钢件加热到Ac3或Ac1以上某一温度，保持一定时间，然后以适当速度冷却（达到或大于临界冷却速度），以获得马氏体或贝氏体组织的热处理工艺称为淬火。2、目的 是把奥氏体化的钢件淬火成马氏体，从而提高钢的硬度、强度和耐磨性，更好地发挥钢材的性能潜力。但淬火马氏体不是热处理所要求的最终组织。因此在淬火后，必须配以适当的回火。淬火马氏体在不同的回火温度下，可以获得不同的力学性能，以满足各类工具或零件的使用要求。四、回火1、 定义 钢件淬火后，再加热到Ac1点以下的某一温度，保温一定时间，然后冷却到室温的热处理工艺称为回火。淬火处理所获得的淬火马氏体组织很硬、很脆，并存在大量的内应力，而易于突然开裂。因此，淬火后必须经回火热处理才能使用。2、目的 减少或消除工件淬火时产生的内应力，防止工件在使用过程中的变形和开裂；通过回火提高钢的韧性，适当调整钢的强度和硬度，使工件达到所要求的力学性能，以满足各种工件的需要；稳定组织，使工件在使用过程中不发生组织转变，从而保证工件的形状和尺寸不变，保证工件的精度。第四节 铸铁的热处理方法 通常的热处理方法只能改变灰铸铁和球墨铸铁的基体组织，而不能改变石墨的形状和分布情况。一、消除铸件内应力退火（又称时效） 铸件凝固时，各部位厚薄不同，它们的冷却速度有差异，体积收缩情况也不一致，这样就不可避免地要产生很大的内应力，致使铸件翘曲，甚至开裂。在机械加工过程中，由于内应力的重新分布，会进一步引起铸件变形。因此，铸件在铸造后，切削加工前，为了消除内应力，稳定尺寸，应进行消除内应力退火。对于形状复杂及大型铸件经粗加工后，也应进行消除内应力退火。 消除内应力退火时，应把铸件缓慢地随炉加热到500550，保温3h5h后随炉冷却到200出炉空冷。退火加热温度过高，会引起渗碳体分解而降低力学性能。二、石墨化退火 石墨化退火的目的是为了降低硬度，改善加工性能。根据铸铁的原始组织和所要获得的基本组织不同，可分为低温和高温石墨化退火两种。1、低温石墨化退火 低温石墨化退火的目的是使共析渗碳体球化和分解析出石墨，从而降低灰铸铁的硬度。如铸铁的原始组织为珠光体加石墨，经低温石墨化退火后，则将获得珠光体十铁素体十石墨。 低温石墨化退火工艺是将铸件加热到650700，保温1h4h小时，然后随炉缓慢冷却。保温时间应根据铸件的化学成分、铸件壁厚、原始硬度和所要求硬度来决定。2、高温石墨化退火 铸件在铸造时，如果冷却速度和化学成分选择不当，铸件中会保留较多的自由渗碳体使铸件硬而脆，无法切削加工。因此，必须进行高温石墨化退火，使渗碳体在高温加热时分解为奥氏体加石墨，从而降低硬度，便于切削加工。 高温石墨化退火时应将铸件在低于300的温度下装炉，以较慢速度加热到850950，保温1h4h，然后以一定的方法进行冷却。三、提高力学性能与耐磨性的热处理1、正火 铸铁正火的目的是铸件中的铁素体全部或部分转变为珠光体，使铸件获得高的强度、硬度和耐磨性。有时还可用于消除灰铸铁的白口组织。此工艺主要用于球铁。球墨铸铁的正火方法可分为高温正火和低温正火两种。（1）高温正火 目的是获得高的强度和耐磨性，但塑性和韧性较差。其工艺是：将铸件加热到880950，保温1h3h小时。正火温度愈高，奥氏体溶碳愈多，正火后珠光体量也愈多。但正火温度过高，不仅奥氏体晶粒长大，而且使过多的碳溶入奥氏体中，冷却时，易在晶界析出网状二次渗碳体，降低铸件的力学性能，使塑性和韧性降低。（2）低温正火 低温正火的目的是获得较高的韧性、塑性和一定的强度。其工艺是，将铸件加热到840880，保温1h4h小时。 提高正火的冷却速度，可显著增加珠光体的数量。因此，正火时的冷却可以采用空冷、风冷或喷雾冷却等。一般小件多在静止空气中冷却，大件需要采用吹风强制冷却，甚至喷雾冷却。 由于正火的冷却速度较大，常使铸件产生一定的内应力。故常需增加一次500600的消除应力回火。2、淬火及回火 当要求高硬度和一定韧性时，如用球墨铸铁代替轴承钢作精密偶件芯套和阀座时，采用淬火后140硝盐回火；又如用球墨铸铁作轴承时，可采用淬火后250350回火。 球墨铸铁经调质处理后，得到的组织为回火索氏体加球状石墨，具有较好的综合力学性能，故应用于受力较复杂的零件及能部分代替40Cr制造柴油机的曲轴、连杆等其它重要零件。3、等温淬火 等温淬火后将获得高强度、高硬度和具有足够韧性的下贝氏体组织基体，是提高球墨铸铁综合力学性能的有效途径。 对于一些要求具有较高的综合力学性能，而且外形又较复杂，热处理容易变形或开裂的零件常采用等温淬火。其工艺是，将铸件加热到850900，保温后淬入250350的等温硝盐浴中，保温45min90min。等温淬火是提高球墨铸铁综合力学性能的有效途径，但它只能应用于截面尺寸不太大的零件，而且铸件的硬度偏高，机械加工困难。4、表面淬火 一般用于灰铸铁的铸件。目的是提高铸铁的表面硬度和耐磨性。 表面淬火的方法很多，有火焰加热淬火，感应加热淬火和接触电阻加热淬火等方法。第五节 极限与配合及形状和位置公差极限与配合一、零件的互换性同一规格的任一零件在装配时不经选择或修配，就达到预期的配合性质，满足使用要求。要满足零件的互换性，就要求有配合关系的尺寸在一个允许的范围内变动，并且在制造上又是经济合理的。零件具有互换性，不但给装配、修理机器带来方便，还可用专用设备生产，提高产品数量和质量，同时降低产品的成本。二、极限与配合的基本概念1、有关术语名 称解 释简图、计算示例及说明孔轴基本尺寸A根据零件强度、结构和工艺性要求，设计确定的尺寸。实际尺寸通过测量所得到的尺寸极限尺寸允许尺寸变化的两个界限值。最大极限尺寸Amax孔或轴允许的最大尺寸Amax=50.039Amax=49.975最小极限尺寸Amin 孔或轴允许的最小尺寸Amin =50Amin =49.95尺寸偏差（简称偏差）某一尺寸减其相应的基本尺寸所得的代数差。上偏差上偏差=最大极限尺寸-基本尺寸ES=50.039-50=0.039es=49.975-50=-0.025下偏差 下偏差=最小极限尺寸-基本尺寸EI=50-50=0ei=49.95-50=-0.050尺寸公差（简称公差）允许实际尺寸的变动量尺寸公差=最大极限尺寸-最小极限尺寸=上偏差-下偏差=50.039-50=0.039或=0.039-0=0.039=49.975-49.950=0.025或=-0.025-(-0.050)=0.025零线确定偏差的一条基准线，通常以零线表示基本尺寸。尺寸公差带（简称公差带）表示公差大小和相对于零线位置的一个区域。公差带图 为了便于分析，一般将尺寸公差与基本尺寸的关系，按放大比例画成简图，称为公差带图。在公差带图中，上、下偏差的距离应成比例，公差带方框的左右长度根据需要任意确定。一般用斜线表面孔的公差带；加点表面轴的公差带2、标准公差与基本偏差1）标准公差与公差等级 标准公差是指用以确定公差带大小的任一公差。公差等级是指确定尺寸精确程度的等级。国家标准将公差等级分为20级：IT01、IT0、IT1IT18。IT表示标准公差，公差等级的代号用阿拉伯数字表示。IT01IT18，精度等级依次降低。标准公差是基本尺寸的函数。对于一定的基本尺寸，公差等级愈高，标准公差值愈小，尺寸的精确程度愈高。基本尺寸和公差等级相同的孔与轴，它们的标准公差值相等。国家标准把500mm的基本尺寸范围分成13段，按不同的公差等级列出了各段基本尺寸的公差值，为标准公差，详见附表。2）基本偏差基本偏差是指用以确定公差带相对于零线位置的上偏差或下偏差，一般是指靠近零线的那个偏差。根据实际需要，国家标准分别对孔和轴各规定了28个不同的基本偏差（如图）。轴和孔的基本偏差数值见附表。从图可知：基本偏差用拉丁字母表示，大写字母代表孔，小写字母代表轴。轴的基本偏差从a-h为上偏差，从j-zc为下偏差，js的上、下偏差分别为+ 和- 。孔的基本偏差从A-H为下偏差，从J-ZC为上偏差。JS的上、下偏差分别为+ 和- 。轴和孔的另一偏差可根据轴和孔的基本偏差和标准公差，按以下代数式计算。轴的上偏差（或下偏差）：es=ei+IT 或 ei=es-IT；孔的另一偏差（或下偏差）：ES=EI+IT 或 EI=ES-IT。3）孔、轴的公差带代号由基本偏差与公差等级代号组成，并且要用同一号字母书写。 50H850f7图示含义基本尺寸为50，公差等级为8级，基本偏差为H的孔的公差带。基本尺寸为50，公差等级为7级，基本偏差为f的轴的公差带。极限与配