北京科技大学机械工程材料与成形工艺(机械)期末复习总结

1、精选优质文档-倾情为你奉上 工程材料与成形技术基础概念定义原理规律小结一、 材料部分材料在外力作用下抵抗变形和断裂的能力称为材料的强度。材料在外力作用下显现出的塑性变形能力称为材料的塑性。拉伸过程中，载荷不增加而应变仍在增大的现象称为屈服。拉伸曲线上与此相对应的点应力S ，称为材料的屈服点。 拉伸曲线上D点的应力b称为材料的抗拉强度，它表明了试样被拉断前所能承载的最大应力。硬度是指材料抵抗其他硬物压入其表面的能力，它是衡量材料软硬程度的力学性能指标。一般情况下，材料的硬度越高，其耐磨性就越好。韧性是指材料在塑性变形和断裂的全过程中吸收能量的能力，它是材料塑性和强度的综合表现。材料在交变应力作用

2、下发生的断裂现象称为疲劳断裂。疲劳断裂可以在低于材料的屈服强度的应力下发生，断裂前也无明显的塑性变形，而且经常是在没有任何先兆的情况下突然断裂，因此疲劳断裂的后果是十分严重的。工艺性能是指金属材料接受某种加工过程的难易程度。主要是铸造性能；锻造性；焊接性；热处理性能；切削加工性。 晶体的结构：在晶体中，原子(或分子)按一定的几何规律作周期性地排列；晶体表现出各向异性；具有的凝固点或熔点。而在非晶体中，原子(或分子)是无规则地堆积在一起。常见的有体心立方晶格、面心立方晶格和密排六方晶格。体心立方晶格的致密度比面心立方晶格结构的小。晶体的缺陷（低要求）：1)点缺陷2)线缺陷 3)面缺陷 1）点缺陷

3、 空位和间隙原子 在实际晶体结构中，晶格的某些结点，往往未被原子所占据，这种空着的位置称为空位。同时又可能在个别空隙处出现多余的原子，这种不占有正常的晶格位置，而处在晶格空隙之间的原子称为间隙原子。2）线缺陷 位错 晶体中，某处有一列或若干列原子发生有规律的错排现象，称为位错。其特征是在一个方向上的尺寸很长，而另两个方向的尺寸很短。晶体中位错的数量通常用位错密度表示，位错密度是指单位体积内，位错线的总长度。3）面缺陷晶界和亚晶界 实际金属材料是多晶体材料，则在晶体内部存在着大量的晶界和亚晶界。晶界和亚晶界实际上是一个原子排列不规则的区域，该处晶体的晶格处于畸变状态，能量高于晶粒内部，在常温下强

4、度和硬度较高，在高温下则较低，晶界容易被腐蚀等。结晶概念：1、凝固：物质由液态转变成固态的过程；2、结晶：物质由液态转变成固态晶体的过程；3、理论结晶温度与实际结晶温度之差成为过冷度。（实际液态金属的结晶总是在有过冷度的条件下才进行的。）金属的结晶都要经历晶核的形成和晶核的长大两个过程。晶粒大小与性能之间的关系：一般情况下，晶粒越小，其强度、塑性、韧度越好。晶粒大小的控制方法：1) 提高冷却速度，增加过冷度，2) 增加形核的数量，从而细化晶粒； 3) 针对大体积的液态金属进行变质处理或者孕育，加入人工晶核(非自发形核)；4) 采用机械振动、超声波振动、电磁搅拌等，使枝晶破碎。有些金属(铁、钛等

5、)在固态下，其晶体结构会随温度变化而变化。这种固态金属在一定的温度下，由一种晶体结构转变成另一种晶体结构的过程，称为金属的同素异晶转变。纯铁的同素异晶转变反应式：（液体）1538 (体心) 1394 (面心) 912 (体心)合金：由两种或两种以上的金属、或金属与非金属，经熔炼、烧结或其他方法组合而成并具有金属特性的物质称为合金；合金中具有同一化学成分且结构相同的均匀部分称为相。通过溶入溶质元素形成固溶体，使金属材料的变形抗力增大，强度、硬度升高的现象称为固溶强化，它是金属材料强化的重要途径之一。（马氏体型转变、合金化）金属自液态经冷却转变为固态的过程是原子从排列不规则的液态转变为排列规则的晶

6、态的过程，称为金属的结晶过程。金属从一种固态过渡为另一种固态的转变即相变，称为二次结晶或重结晶。 实验证明，在一般的情况下，晶粒长大对材料力学性能不利，使强度、塑性、韧性下降。晶粒越细，金属的强度、塑性和韧性就越好。因此，晶粒细化是提高金属力学性能的最重要途径之一。相图：是表示合金在缓慢冷却的平衡状态下相或组织与温度、成分间关系的图形，又称为平衡相图或状态图。二元合金系中两组元在液态和固态下均能无限互溶，并由液相结晶出单相固溶体的相图称为二元匀晶相图。在一定温度下，由一定成分的液相同时结晶出成分一定的两个固相的过程称为共晶转变。合金系的两组元在液态下无限互溶，在固态下有限互溶，并在凝固过程中发

7、生共晶转变的相图称为二元共晶相图。共晶反应：在一定温度下，已结晶的一定成分的固相与剩余的一定成分的液相发生转变生成另一固相的过程称为包晶转变。两组元在液态下无限互溶，固态下有限互溶，并发生包晶转变的构成的相图，叫二元包晶相图。在恒定的温度下，一个有特定成分的固相分解成另外两个与母相成分不相同的固相的转变称为共析转变，发生共析转变的相图称为共析相图。共析反应：铁碳相图：（要掌握）铁素体-碳溶于-Fe中的间隙固溶体，以符号F表示。体心立方晶格奥氏体-碳溶于-Fe中的间隙固溶体，以符号A表示。面心立方晶格，此时他的硬度，强度因为碳含量高而提高，塑性和韧性由于晶体结构而很高，所以此时的钢材适合变形，加

8、工。渗碳体-是一种具有复杂晶格结构的间隙化合物，分子式为Fe3C。强化片珠光体是铁素体和一次渗碳体（F+Fe3C）组成的两相机械混合物，常用符号P表示。是由A，稳定高温状态冷却至727。不同含碳量（0.02-2.11）的A会先生成P，再根据剩余的C Fe比例决定生成铁素体还是二次渗碳体。基体为铁素体莱氏体-是奥氏体和渗碳体（A+Fe3C）组成的两相机械混合物，常用符号Ld表示。是A+L或是L+一次渗碳体冷却到1148生成。不同含碳量（0.02-2.11）组分的会先生成Ld，再根据剩余的C Fe比例决定生成只有Ld还是加上二次渗碳体。基体为渗碳体马氏体-是由奥氏体急速冷却（淬火）形成的，很多淬火

9、工艺通过淬火后获得过量的马氏体，然后通过回火去减少马氏体含量，直到获得合适的组织，从而达到性能要求。含碳越高，钢强度和硬度越高，而塑性和韧性越低。因钢中增强相Fe3C增多。含碳超过0.77%，会在晶界析出网状二次渗碳体，钢的强度会降低。应用： 1.在铸造中应用：（1）确定钢和铸铁浇注温度；确定其熔化和浇注温度：液相线上50100。共晶熔点低，铸造性能好（2）判断其流动性好坏和收缩大小。 2.在锻造中应用： 确保钢在奥氏体区内变形。始锻温度-不得过高以免氧化严重。一般在固相线下100200。终止温度-也不能过低，以免塑性太差，产生裂纹。一般800左右。 3.在热处理中应用： 钢的分类：按化学成分

10、有：碳素钢和合金钢。按用途分有：结构钢、工具钢和特殊性能钢按质量分有：普通钢（P 0.045%，S 0.050%） 、优质钢（P、S均 0.035%） 、高级优质钢（P 0.035%，S 0.030%） 按脱氧程度分有：镇静钢Z，沸腾钢F等。具体牌号看作业。复习看17-4一般机械零件和建筑结构主要选用低碳钢和中碳钢制造。如果需要塑性、韧性好的材料，就应选用碳质量分数小于025的低碳钢；若需要强度、塑性及韧性都好的材料，应选用碳质量分数为0.30.55的中碳钢；而一般弹簧应选用碳质量分数为0.60.85的钢。对于各种工具，主要选用高碳钢来制造，其中需要具有足够的硬度和一定的韧性的冲压工具，可选用

11、碳质量分数为0.70.9的钢制造；需要具有很高硬度和耐磨性的切削工具和测量工具，一般可选用碳质量分数为1.01.3的钢制造。钢在高温时为奥氏体组织，而奥氏体的强度低、塑性好，有利于塑性变形。因此，钢材的轧制或锻压，一般都是选择在奥氏体区的适当温度范围内进行。热处理过程：加热，保温，冷却钢在热处理时，首先要将工件加热，使之转变成奥氏体组织，这一过程也称为奥氏体化。奥氏体晶粒越细，其冷却产物的强度、塑性和韧性越好。加热温度不宜太高、时间不宜太长。组织过程：A晶核形成；A晶核长大；Fe3C溶解于A；A晶粒成分均匀化。随着合金中碳质量分数的增加，合金的熔点越来越低，所以铸钢的熔化温度与浇注温度都要比铸

12、铁高得多。共晶成分的铁碳合金，不仅其结晶温度最低，其结晶温度范围亦最小(为零)。因此，共晶合金有良好的铸造性能。热处理是将金属或合金在固态下经过加热、保温和冷却等三个步骤，以改变其整体或表面的组织，从而获得所需性能的一种工艺。C曲线（等温转变曲线，也称为“TTT”曲）表明了过冷奥氏体转变温度、转变时间和转变产物之间的关系。左边一条为转变开始线，右边一条为转变终了线。1 珠光体型转变高温转变(A1550)：珠光体(P)、索氏体(S)和托氏体(T)。2 贝氏体型转变中温转变(550Ms) 下贝氏体强度和硬度高(5060HRC)，并且具有良好的塑性和韧度。3马氏体型转变低温转变(MsMf) 马氏体是

13、碳在-Fe中的过饱和固溶体。产生很强的固溶强化效应，使马氏体具有很高的硬度。成分和A无区别在c曲线的下面还有两条水平线，上面一条为马氏体转变开始的温度线(以Ms表示)，下面一条为马氏体转变终了的温度线(以Mf表示)。过冷奥氏体的连续冷却转变曲线(CCT曲线) Ps和Pf分别为过冷奥氏体转变为珠光体的开始线和终了线，两线之间为转变的过度区，KK'线为转变的终止线，当冷却到达此线时，过冷奥氏体便终止向珠光体的转变，一直冷到Ms点又开始发生马氏体转变。v1相当于炉冷(退火)，转变产物为珠光体。v2和v3相当于以不同速度的空冷(正火)，转变产物为索氏体和托氏体。v4相当于油冷，转变产物为托氏体

14、、马氏体和残余奥氏体。V5相当于水冷，转变产物为马氏体和残留奥氏体。钢的热处理与表面工艺：退火：将钢加热到一定温度并保温一定时间然后随炉缓慢冷却的热处理工艺。降低硬度、改善切削加工性能，消除残余应力。（炉冷）完全退火：细化晶粒或是亚共析钢的焊接，锻造，铸造处理球化退火：使渗碳体球化，为淬火做准备去应力退火：消除在加工过程中产生的内应力扩散退火：用于钢锭，铸件，锻件的组织均匀化正火：将钢加热到Ac3(对于亚共析钢)或ACcm(对于过共析钢)点以上30-50，保温一定时间后，在空气中冷却，从而得到珠光体类组织的热处理工艺。提高钢的强度和硬度。（空冷）可以提升切削性能，细化晶粒，均匀组织。正火处理后

15、钢的性能提高更多一般，正火优于退火，选择正火更好淬火是以获得马氏体组织为目的的热处理工艺，最常用的淬火冷却介质是水和油。提高钢的硬度和耐磨性；获得优异综合力学性能。（油冷和水冷）回火：将淬火钢重新加热到Ac1以下某一温度，经适当保温后冷却到室温的热处理工艺。（用于减少马氏体的含量，淬火后基本都要回火）调质处理：淬火+高温回火。调质处理得到的是回火索氏体组织，具有良好的综合力学性能。力学性能与正火相比，不仅强度高，而且塑性和韧性也较好。（交变载荷和动载荷使用）工艺链：毛坯正火（退火）粗加工调质精加工/半精加工（有需要）表面淬火+低温回火磨削加工冷处理：把淬冷至室温的钢继续冷却到-7080(或更低

16、的温度)保持一段时间，使残余奥氏体转变为马氏体。时效：将淬火后的金属工件，置于室温或低温加热下保持适当时间，以提高金属强度（和硬度）的热处理工艺。表面淬火：将工件表面层淬硬到一定深度，而心部仍保持未淬火状态的一种局部淬火法。表面硬度高、耐磨性好，而心部韧性好。化学热处理：将工件置于一定的介质中加热和保温，使介质中的活性原子渗人工件表层，改变其表面层的化学成分、组织和性能的热处理工艺。分为渗碳、氮化、碳氮共渗、渗硼、渗铝等。主要目的是提高工件的表面硬度、耐磨性以及疲劳强度，有时也用于提高零件的抗腐蚀性、抗氧化性。可控气氛热处理：向炉内通人一种或几种一定成分的气体，通过对这些气体成分的控制，使工件

17、在热处理过程中不发生氧化和脱碳。形变热处理：将形变与相变结合在一起的一种热处理新工艺。能获得形变强化与相变强化的综合作，是一种既可以提高强度，又可以改善塑性和韧性的最有效的方法。激光热处理：(1)激光加热表面淬火；(2)激光表面合金化。气相沉积技术：利用气相中发生的物理、化学反应，生成的反应物在工件表面形成一层具有特殊性能的金属或化合物的涂层。钢的牌号：普通碳素结构钢如Q235A。优质碳素结构钢：两位数字表示平均碳质量分数，单位为万分之一如钢号45。碳素工具钢： “T”后跟碳质量分数的千分之几如 “T8”。铸钢 ZG270-500表示屈服强度为270MPa、抗拉强度为500MPa的铸钢。合金结

18、构钢 该类钢的钢号由“数字+合金元素+数字”三部分组成。前两位数字表示钢中平均碳质量分数的万分之几；合金元素用化学元素符号表示，元素符号后面的数字表示该元素平均质量分数。当其平均质量分数<1.5时，一般只标出元素符号而不标数字。合金工具钢：编号前用一位数字表示平均碳质量分数的千分数，如9CrSi钢，表示平均碳质量分数为0.9(当平均碳质量分数1%时，不标出其碳质量分数)，合金元素Cr、Si的平均质量分数都小于1.5的合金工具钢。高速钢（高合金工具钢）的钢号中一般不标出碳质量分数，仅标出合金元素的平均质量分数的百分数，如W6Mo5Cr4V2。滚动轴承钢 高碳铬轴承钢属于专用钢，该类钢在钢号

19、前冠以“G”，其后为Cr+数字来表示，数字表示铬质量分数的千分之几。例如GCrl5钢，表示的平均质量分数铬为1.5的滚动轴承钢。特殊性能钢 特殊性能钢的碳质量分数也以千分之几表示。如“9Crl8"表示该钢平均碳质量分数为0.9；1Cr18Ni9Ti表示该钢平均碳质量分数为0.左右，铬平均质量分数铬为1，镍平均质量分数铬为，钛平均质量分数铬为1左右。但当钢的碳质量分数0.03及0.08时，钢号前应分别冠以00及0表示。如00Crl8Nil0，0Crl9Ni9等。合金元素在钢中的作用：1强化铁素体-溶于铁素体，产生固溶强化作用；2形成合金碳化物；3阻碍奥氏体晶粒长大；4、提高钢的淬透性；

20、5提高回火稳定性。渗碳钢通常是指经渗碳、淬火、低温回火后使用的钢，碳在0.100.25之间。调质钢一般指经过调质处理后使用的碳素结构钢和合金结构钢，碳0.270.50之间。铸铁是碳质量分数大于2.11的铁碳合金。主要由铁、碳、硅、锰、硫、磷以及其他微量元素组成。铸铁具有优良的铸造性、切削加上性、减摩性、吸震性和低的缺口敏感性，加之其熔炼铸造工艺简单，价格低廉，所以铸铁是机械制造业中最重要的材料之一。铸铁力学性能标注部分为一组数据时表示其抗拉强度值；为两组数据时，第一组表示抗拉强度值，第二组表示伸长率值，两组数字之间用“”隔开。有色金属及其合金又称非铁材料，是指除铁、铬、锰之外的其他所有金属材料

21、。纯铝为面心立方晶格，无同素异构转变。纯铝不能热处理强化，冷加工是提高纯铝强度的唯一手段。 铝合金的强化：固态铝无同素异构转变，因此不能象钢一样借助于热处理相变强化。合金元素对铝的强化作用主要表现为固溶强化、时效强化和细化织织强化。钛及其合金的主要特点是比强度高、耐腐蚀。钛具有同素异构转变，在8825以下为密排六方晶格的Ti相，在该温度以上为体心立方晶格的Ti相。合金元素可提高钛的强度，也影响到钛的同素异晶转变温度。钛合金的热处理方法有退火、淬火+时效和化学热处理等。铜及其合金按其表面颜色，分为纯铜、黄铜、青铜和白铜，其中后三种为铜合金。黄铜是以锌为主加元素的铜合金，只含锌黄铜称为普通黄铜。白

22、铜是以镍为主加元素的铜合金；青铜是除锌和镍以外的其他元素作为主加元素的铜合金。滑动轴承合金是用来制造滑动轴承中的轴瓦及内衬的合金，应具备以下基本性能：(1)常温下具有足够的强度、硬度、冲击韧性和疲劳极限。(2)耐磨性好，与轴的摩擦系数小，热膨胀系数小，导热性能好(3)有良好的磨合性和抗蚀性能。轴承合金的组织特点应是在软基体上均匀分布着硬质点或硬基体上分布着软质点。低要求：高分子材料是由相对分子质量104以上的（有机）化合物构成的材料。它是以聚合物为基本组分的材料，所以又称聚合物材料或高聚物材料。线型和支链型聚合物加热能变软、而冷却能变硬的可逆的物理特性，称为“热塑性”。网状结构的聚合物不易溶于

23、溶剂，加热时不熔融，具有良好的耐热性和强度，但其弹性差、塑性低、脆性大，只能在形成网状结构之前进行一次成型，不能重复使用。这种性质称为“热固性”。高聚物的一些力学性能，如抗拉强度，抗冲击强度、弹性模量、硬度等，都随分子量的增加而增加。结晶度越高，分子链排列越紧密，分子间的作用力就越强，硬度、强度和弹性模量增加，但伸长率相应地减小。塑料制品是指以有机合成树脂为主要成分，添加多种起不同作用的添加剂，然后经过加热、加压而制成的产品。工程塑料的成形 (主要有注塑、挤压、吹塑、压延、浇注等方法) 注塑成形 注塑机的工作原理与打针用的注射器相似，它是借助螺杆（或柱塞）的推力，将已塑化好的熔融状态（即粘流态

24、）的塑料注射入闭合好的模腔内，经固化定型后取得制品的工艺过程。合成纤维是由合成高分子为原料通过拉丝工艺而制成的。橡胶的突出特点是在很宽的温度(-40150)范围内具有高弹性，所以又称高弹体，它还有较好的抗撕裂、耐疲劳特性，在使用中经多次弯曲、拉伸、剪切和压缩不受损伤，并还具有不透水、不透气、耐酸碱和绝缘等性能。胶粘剂(或粘合剂)指能把同种的或不同种的固体材料连接在一起的媒介物质。是采用合成高分子化合物作为主剂，配合各种固化剂、增塑剂、稀释剂、填料以及其他助剂等配制而成。涂料属于一种特殊的液态物质，它可以涂覆到物体的表面上，固化后形成一层连续致密的保护膜或特殊功能膜。涂料一般由不挥发成分和稀释剂

25、两大部分组成，涂料经涂覆后，稀释剂逐渐挥发，留下不挥发成分固化成膜。陶瓷材料可定义为：经高温处理工艺所合成的无机非金属材料。生产工艺包括：原料制备坯料成形烧结三大步骤。陶瓷材料具有高硬度、高耐磨性、耐腐蚀性、耐高温、绝缘性能及其他一些特殊的功能复合材料是指由两种或两种以上异质、异形、异性的材料，以宏观或微观的方式复合形成的新型材料，它一般由基体组元和增强体或功能组元所组成。在工程上，复合材料主要是为了克服金属、高聚物及陶瓷等传统的单一材料的某些不足，实现材料强度、韧性、质量以及稳定性等方面综合性能的全面改善和提高。如钢筋混凝土、玻璃钢。结构复合材料是指用于结构零件的复合材料，一般是由高强度、高

26、模量的增强体与强度低、韧性好、低模量的基体组成。复合材料的性能：1高的比强度和比模量。2抗疲劳性能和抗断裂性能良好。3减摩与减振性能。4高温性能优良。 二、成形技术部分金属材料成型与工艺性-包括铸造、压力加工、焊接和机械加工等四种成形和加工方法。铸造-是熔炼金属、制造铸型并将熔融金属流入铸型、凝固后获得一定形状和性能的铸件成形方法。（将液态金属浇注到与零件形状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。）铸造的方法很多，目前应用最为普遍的是砂型铸造。其它铸造方法统称为特种铸造。常用的特种铸造方法有：熔模铸造、金属型铸造、压力铸造、低压铸造、离心铸造、陶瓷型铸造、连续铸造等。铸

27、造生产特点：适应性强, 成本低廉. 不足之处：铸造组织的晶粒比较粗大，且内部常有缩孔、缩松、气孔、砂眼等铸造缺陷，因而铸件的机械性能一般不如锻件.合金的收缩：体收缩率是铸件产生缩孔或缩松的根本原因。 线收缩率是铸件产生应力、变形、裂纹的根本原因。液态合金在冷凝过程中，若其液态收缩和凝固收缩所缩减的容积得不到补充，则在铸件最后凝固的部位形成一些孔洞 。大而集中的称为缩孔，细小而分散的称为缩松。防止铸件变形的方法（改图要求）： 1） 使铸件壁厚尽可能均匀；2）采用同时凝固的原则；3）采用反变形法。铸件的裂纹与防止（B）1、热裂 热裂的形状特征是：裂纹短、缝隙宽、形状曲折、缝内呈氧化色。热裂的防止：

28、 应尽量选择凝固温度范围小，热裂倾向小的合金。 应提高铸型和型芯的退让性，以减小机械应力。 对于铸钢件和铸铁件，必须严格控制硫的含量，防止热脆性。 2、冷裂 冷裂的特征是：裂纹细小，呈连续直线状，缝内有金属光泽或轻微氧化色。冷裂的防止： 1）使铸件壁厚尽可能均匀； 2）采用同时凝固的原则； 3）对于铸钢件和铸铁件，必须严格控制磷的含量，防止冷脆性。 特种铸造（B）：金属型铸造-将液态金属浇入金属型，获得铸件的生产方法。获得熔模铸造-在易熔模样表面包覆若干层耐火材料，待其硬化干燥后，将模样熔去制成中空型壳，经浇注而获得铸件的一种成形工艺方法。 低压铸造-是在0.20.7大气压的低压下将金属液注入

29、型腔，并在压力下凝固成形，以获得铸件的方法。压力铸造-液态金属在高压作用下快速压入金属铸型中，并在压力下结晶，以获得铸件的成形工艺方法。连铸-是将熔融的金属，不断浇入一种叫做结晶器的特殊金属型中，凝固（结壳）了的铸件连续不断地从结晶器的另一端拉出，以获得任意长或特定的长度的铸件。铸铁件1.分类（1）灰口铸铁： G ， 断口呈暗灰色 （2）白口铸铁： Fe3C ， 断口呈亮白色 （3）麻口铸铁： G + Fe3C，断口黑白相间2. 按石墨形态不同,灰口铸铁分为:石墨呈片状称灰铸铁；呈团絮状称可锻铸铁；石墨呈球状称球墨铸铁；呈蠕虫状称蠕墨铸铁3.灰铸铁的优点：良好铸造性能，如流动性好、收缩小，良好

30、切削加工性能，耐磨、减振及缺口敏感性小4.孕育处理目的：防止白口，获得更加细小的晶粒4.影响铸铁组织和性能的因素：铸铁成分和冷却速度是最关键的影响因素。球墨铸铁（A）牌号：QT#-#， #： 如QT450-10性能特点： （1）强度（b）和硬度比灰铸铁高； （2）具有较高塑性； （3）与碳钢比，屈强比大，且更耐磨、减振； 应用：代替碳钢制造汽车后桥壳、曲轴和连杆等。铸钢（A）1.铸钢种类： 按化学成分：碳钢和合金钢 以中碳钢为主即：ZG25ZG45； 合金钢：低合金和高合金钢；2.牌号（1）碳钢(Carbon Steel)：ZG#，碳的万分数。（2）合金钢(Alloy Steel)： 低合金钢

31、ZG40Mn、ZG30MnSi 高合金钢ZGMn13 、ZG1Cr18Ni9Ti 、ZG1Cr13（3）铸钢铸造性能差，铸钢存在铸造、组织缺陷和大应力，进行热处理:铝合金： （1）分类及性能 1）铝-硅合金：铸造性能最好，用的最多； 2）铝-铜合金：耐热、强度高，但铸造性能差； 3）铝-镁合金：抗蚀性和机械性能好，有光泽； 4）铝-锌合金：铸态下强度高，但易开裂，不采用。 （2）铸造工艺特点 1）除铝-硅合金铸造性能好；其它的均不太好，铸件致密性差。 2）铝合金熔点低，适合于金属型铸造和压力铸造。铜合金：（1）分类 1）纯铜（紫铜）：导电性和导热性好；2）铜-锡合金（锡青铜）：很好耐磨性和耐腐

32、蚀性；3）铜-铝合金（铝青铜）：强度和塑性均高于锡青铜；4）铜-铅合金（铅青铜）：很好耐磨性；5）铜-锌合金（黄铜）：强度高，成本低，铸造性能好。造型方法冒口-是在铸型中设置的一个储存补缩用金属液的空腔。浇注系统-引导金属液进入铸型型腔的一系列通道的总称。型芯-功用是形成铸件的内腔、孔洞和形状复杂阻碍起模部分的外形。 芯头的作用：1）定位作用；2）固定作用；3）排气作用。分型面是指铸件组元间的结合面，即分开铸型便于起模的结合面。分型面的选择 1. 分型面应选在铸件的最大截面处，重要面（有加工要求的）置于下型或侧立2. 大平面朝下，以免出现气孔和夹砂缺陷， 3. 应尽量减少分型面的数量，并尽可能

33、选择平面分型。 4. 为便于造型、下芯、合箱及检验铸件壁厚，应尽量使型腔及主要型芯位于下箱。5. 在满足以上条件上时可以应尽量使铸件的全部或大部置于同一砂箱，以保证铸件的尺寸精度。 6. 近可能减少砂芯数目，简化造型。厚大部位置于顶面或侧面，以利补缩大面积薄壁置于下型或侧立，以利充型铸件结构设计一、铸件壁厚的设计 1 合理设计铸件壁厚-在砂型铸造条件下，临界壁厚3×最小壁厚 在最小壁厚和临界壁厚之间就是适宜的铸件壁厚。2 铸件壁厚应均匀、避免厚大截面，壁厚相差大时，便于安放冒口补缩二、铸件壁的连接 1 铸件的结构圆角；2 避免锐角连接3 厚壁与薄壁间的联接要逐步过渡；4 减缓筋、辐收

34、缩的阻碍。三、铸件外形的设计 1 避免外部侧凹、凸起；2 分型面应尽量为平直面；3 凸台、筋条的设计应便于起模。4. 避免锐角接头四、铸件内腔的设计1 应尽量减少型芯的数量，避免不必要的型芯。2 便于型芯的固定、排气和清理。避免产生变形和裂纹，应注意以下几点： (to avoid deformation and cracking)1）细长类铸件，使其截面对称； 2）谁薄谁凸3）大面积平板时，设计加强筋；4）轮类铸件应使轮辐数目为奇数或为弯曲轮辐，避免太大面积水平面，以免产生气孔、夹砂等缺陷。5) 对大而复杂铸件应分成几部分简单件铸造，焊接或栓接组合成整体铸件。锻压压力加工:是在外力作用下，使金

35、属坯料产生塑性变形，从而获得具有一定形状、尺寸和机械性能的原材料、毛坯或零件的加工方法。工业生产中所用不同截面的型材、板材、线材等原材料大多是经过轧制、挤压、拉拔等方法生产的；而各种机器零件的毛坯或成品，如轴、齿轮、连杆、汽车大梁、油箱等多数是采用自由锻、模锻和冲压方法生产出来的。金属的可锻性-是金属材料在压力加工时成形的难易程度。用金属材料的塑性和变形抗力来衡量，塑性愈大，变形抗力愈小，金属材料的可塑性愈好。1 . 可锻性的衡量指标 1）塑性：材料的塑性越好，其可锻性越好。2）变形抗力：材料的变形抗力越小，其可锻性越好。2 . 影响可锻性的因素1）金属的本质-化学成分：Me越低，材料的可锻性

36、越好。组织状态：纯金属和固溶体具有良好的可锻性。2）变形条件变形温度：T温越高，材料的可锻性越好。变形速度：V变越小，材料的可锻性越好。应力状态：三向压应力 塑性最好、变形抗力最大。 三向拉应力 塑性最差、变形抗力最大。生产中常以改变变形条件(变形温度, 变形速度, 应力状态)做为手段，来提高金属材料的可锻性，以利于金属坯料的压力加工成形。力学性能高1）组织致密；2）晶粒细化；3）压合铸造缺陷；4）使纤维组织合理分布。加工硬化：金属材料的冷加工硬化现象就是在加工过程中，金属内部位错密度增大而引起的金属材料硬化。金属在塑性变形过程中，钢的组织和性能都会发生变化。其中最重要的是加工硬化。加工硬化也

37、称形变强化或冷作硬化。它是金属在塑性变形过程中，随着亚晶粒的增多和位错密度的增加，位错间的交互作用增强，位错滑移发生困难，使金属塑性变形的抗力增大，其强度和硬度显著升高，塑性和韧性下降。金属的加工硬化现象是工业生产中用以提高金属强度、硬度和耐磨性的重要手段之一。回复：冷变形金属若要在消除残余内应力的同时仍保持冷变形强化状态的话，就可以采取回复处理，进行一次250300'C的低温退火。再结晶：当冷变形金属加热温度高于回复阶段温度后，原子的扩散能力进一步增强，塑性变形时被破碎、拉长的晶粒全部被转变成均匀细小的等轴晶粒，位错密度降低，内应力完全消除，使冷变形造成的加工硬化消失，金属的性能又恢

38、复到金属变形前的性能。这个过程称为“再结晶”或再结晶退火。再结晶不发生相变。各种纯金属的最低再结晶温度与其熔点之间存在如下关系：T再=(0.350.40)T熔 （K）金属在再结晶温度以下的塑性变形称为冷加工；金属在再结晶温度以上的塑性变形称为热加工。锻造比： 衡量变形程度参数，均大于1，提高锻造比，可细化组织。锻造比大，变形程度大，纤维组织明显自由锻;自由锻:将金属坯料放在上、下砥铁之间，施以冲击力和静压力，使其产生变形的加工方法.工序：镦粗、拔长、冲孔、弯曲、扭转、切割和错移。工艺的制定：1.绘制锻件图：在零件图上表示出 (1)敷料（余块）；(2)尺寸公差；(3)机加工余量。2确定变形工步(

39、Steps of Forming) (1）锻件必需基本、辅助和精整工序； (2）确定所需工具； (3）各工步顺序和所达尺寸要求。3.要求尽量避免形状复杂1.避免锥面与斜面出现； 2.避免圆柱面与圆柱面相交； 3.避免不规则截面和外形； 4.避免筋板和凸台； 5.截面急剧变化应分段锻造冲裁-使坯料沿封闭轮廓分离的工序。（落料-冲下的为工件，以凹模为设计基准。冲孔-冲下的为废料，以凸模为设计基准）。拉深-使坯料在凸模的作用下压入凹模，获得空心体零件的冲压工序。压力加工方法的主要优点在于通过金属材料的塑性变形改善金属的内部组织。金属材料经过塑性变形后，能压合铸坯的内部缺陷(如微裂纹、缩松、气孔等)，

40、使其组织致密，通过再结晶可使晶粒细化，提高金属的机械性能，从而在保证机械零件强度和韧性的前提下，减少零件的截面尺寸和重量，节省金属材料和加工工时。压力加工方法的不足之处，是压力加工只适用于加工塑性金属材料，对于脆性材料如铸铁、青铜等则无能为力；而且不适于加工形状太复杂的零件。自由锻件结构工艺性1. 避免斜面和锥度，2. 避免曲面相交，3. 避免加强筋和凸台，4. 采用组合工艺。焊接金属焊接是借助原子间的结合，使分离的两部分金属形成不可拆卸的连接的工艺方法。焊接过程中必须采用加热、加压或同时加热又加压等手段促进金属原子接触、扩散、结晶，以达到焊接的目的。 金属焊接按其过程特点可分为三大类。1熔焊

41、：将工件需要焊接的部位加热至熔化状态，一般须填充金属并形成共同的熔池，待冷却凝固后，使分离工件连接成整体的焊接工艺称为熔焊。有电弧焊（手工电弧焊、埋弧自动焊、气体保护焊）、电渣焊、电子束焊、激光焊、等离子弧焊等。2.压力焊：在压力(或同时加热)作用下，被焊的分离金属结合面处产生塑性变形(有的伴随有熔化结晶过程)而使金属连接成整体的工艺称为压焊。有电阻焊、摩擦焊、冷压焊、超声波焊、爆炸焊、高频焊、扩散焊等。3钎焊：熔点低于被焊金属的钎料熔化后，填充到被焊金属结合面的空隙之中，钎料凝固而将两部分金属连接成整体的焊接工艺称为钎焊。有软钎焊、硬钎焊（钎料的熔点在450 以上）。焊接技术的优点：一是相同

42、结构采用焊接工艺与铆接相比，可以节省金属材料、节省制造工时，接头密封性好。以焊代铆，不钻孔，不用辅助材料，节省划线、钻孔等工序。二是对某些结构可以来用铸焊或锻焊联合结构，取代整铸或整锻结构，从而做到以小拼大，以简拼繁，它不仅节省金属材料，还简化了坯料准备工艺，从而降低了制造成本。三是便于制造双金属结构，如切削刀具的切削部分(刀片)与夹固部分(刀柄与刀体)可用不同材料制造后焊接成整体。也可用此法制造电气工程中使用的过渡接头(如铝和铜)等。重量轻、加工装配简单。优点总结：1.节省时间与原料 2.可以拼接铆接没有办法接的复杂结构 3.拼接不同材料以发挥不同材料的优点焊接应力变形大，接头易产生裂纹、夹

43、渣、气孔等缺陷。电弧焊冶金反应的特点： 1）熔池温度高 2）反应速度快焊接接头金属组织与性能1. 焊接热循环2. 焊接接头金属组织与性能的变化1） 焊缝区 ：熔池金属冷却结晶所形成的铸态组织。焊缝两侧的母材，由于焊接热的作用，其组织和性能发生变化的区域。2） 熔合区：是焊缝和母材金属 的交界区。（0.1-1mm） 加热温度：T液T固强度、塑性、韧性极差，是裂纹和局部脆断的发源地。3） 低碳钢焊接热影响区分类 过热区：在热影响区内具有过热组织或晶粒显著粗大的区域。（1-3mm） 加热温度：T固1100 塑性和韧性很低，是裂纹的发源地。 正火区：在热影响区内相当于受到正火处理的区域。（1.2-4m

44、m）加热温度：1100 AC3 ； 力学性能优于母材。 部分相变区：在热影响区内发生部分相变的区域。加热温度：AC3AC1；力学性能较母材稍差。力学性能最差的区域：熔合区和过热区。3）减小和消除焊接热影响区的方法： 小电流、快速焊接； 采用先进的焊接方法； 焊前预热、焊后热处理（正火）。焊接缺陷：变形，应力原因：局部加热和冷却；不自由膨涨和收缩焊接应力：分布：焊缝处受拉应力；远离焊缝处受压应力。减小焊接应力措施：a)设计结构避免焊缝密集交叉、减小焊缝截面和长度等以减少局部加热时间；b)焊前预热可减小温差，以减小应力；c)合理焊接顺序，各部分自由收缩以降低应力d)采用小线能量的焊接方法；e)锤击

45、焊缝以松弛应力(锤烂了怎么办。)消除应力：去应力退火焊接变形减小焊接变形的措施： a)设计焊接结构，焊缝布置和坡口型式应尽可能 对称；焊缝截面和长度应尽可能小而短； b)应用“反变形”法； c)采用“刚性固定”法； d)尽可能采用能量集中焊接方法； 合理的焊缝顺序 e)此外，还有多层多道焊、合理焊接顺序、预热法和散热（快速冷却）法。 碳钢的焊接1. 低碳钢的焊接 C<0.25%；CE <0.4%；焊接性良好。2. 中碳钢的焊接 C<0.250.60%；CE <0.4% CE =0.4%0.60%焊接性由良好 较差。问题：焊缝区易产生热裂纹；热影响区易产生冷裂纹。措施：焊

46、前预热（150250 ），焊后缓冷。 选用低氢型焊条。焊件开坡口，且采用细焊条、小电流、多层焊。总结：预热缓冷开坡口，小电细条多焊层3. 高碳钢的焊接 C>0.60%；CE >0.60%；焊接性差。问题：焊缝区易产生热裂纹；热影响区易产生冷裂纹。措施：焊前预热（250350 ），焊后缓冷。选用低氢型焊条。焊件开坡口，且采用细焊条、小电流、多层焊。避免选用高碳钢作为焊接结构件。金属材料的焊接性1. 金属材料的焊接性 工艺焊接性：焊接接头产生工艺缺陷的倾向。尤其指出现各种裂纹的可能性。指被焊金属采用一定的焊接方法、焊接材料、工艺参数及结构形式条件下，获得优质焊接接头的难易程度。焊接接头

47、在使用中的可靠性。包括力学性能及其它特殊性能。焊接性 使用焊接性：2. 影响焊接性的因素1）焊接方法；2）焊接材料；3）焊件化学成分；4） 工艺参数。3. 焊接性的评定方法-碳当量估算法 C 影响最显著 基本元素 其它元素 折合成碳的相当含量对焊接性的影响CE = C+Mn/6+（Cr+Mo+V）/5+（Ni+Cu）/15CE<0.4%具有良好的焊接性；CE=0.4%0.6%焊接性较差；CE>0.6%焊接性差。三、材料与成形工艺选择部分（考试不作要求，但是设计零件很有用）机械零件的失效形式 每种机械零件都具有一定的功能，比如承受载荷、传递力或能量等，如果丧失其所规定的功能即发生了失

48、效。 主要有三类： (1)过量变形失效-是指零件在工作过程中受力产生的变形量超过了允许值，从而使机器设备无法正常工作或虽能正常工作但达不到预期的效果的现象。 (2)断裂失效-零件在工作的过程中发生断裂的现象称断裂失效。 （3表面损伤失效-主要是指零件表面的磨损、接触疲劳和腐蚀。 材料表面处理主要分两类：表面强化和表面防护。 常用的工艺方法有：表面热处理、气相沉积、热喷涂、堆焊、氧化磷化处理、电镀化学镀、涂装等。预处理-一般包括除油、除锈、粗化、活化和抛光。除油-目的是去除材料表面的油脂和污物，常用碱性除油工艺。 除锈-目的是去除金属材料表面的氧化物，从而显露出清净金属表面。常用方法有化学法（如

49、酸洗）和机械法（如打磨、切削和喷砂）。常用表面强化性处理方法1、热喷涂将喷涂材料加热熔化，以高速气流雾化成极细颗粒，并以一定速度喷射到事先准备好的工件表面上，形成涂层。2、堆焊和喷焊 堆焊：将合金丝或焊条熔化堆结在工件表面形成冶金结合层的方法。 喷焊：是对经预热的自溶性合金粉末涂层再加热至10001300，颗粒熔化生成涂层，使颗粒间和基体表面达到良好结合的方法。3、电火花表面强化技术 是通过火花放电的作用，把作为电极的导电材料熔渗进金属工件的表层，形成合金化的表面强化层，使工件的物理化学和机械性能得到改善的工艺4、气相沉积 是利用气相中发生的物理、化学反应，生成的反应物在工件表面形成一层具有特

50、殊性能的金属或化合物的涂层。常用表面防护性处理方法钢铁的氧化处理:将钢铁零件浸在浓碱溶液中煮沸，在金属表面生成稳定的四氧化三铁(Fe3O4)的过程。因四氧化三铁氧化膜呈蓝黑色，所以又称其为“发蓝”。发蓝是提高黑色金属防护能力的一种简便而又经济的方法。钢铁的磷化处理:是将零件浸入磷酸盐溶液中化学处理，在金属表面生成难溶于水的磷酸盐膜的过程。简称“磷化”。磷化也是金属氧化方法之一，因此磷酸盐膜也是一种化学转化膜。磷化是钢铁表面防护的常用方法之一，应用愈来愈广泛。有色金属如锌、铝、铜、锡等都可以进行磷化处理。铝及铝合金零件在电解液中进行电化学氧化，其工艺象电镀的逆过程，因零件作为阳极，故也称铝阳极氧

51、化。铝及铝合金的化学氧化是不用外来电流而仅把工件置入适当溶液中，使其表面生成人工氧化膜。一般是将铝件浸在含有碱溶液和碱金属的铬酸盐溶液中，铝和溶液互相作用。很快便生成Al2O3和Al(OH)3的薄膜.铝及铝合金氧化膜的着色铝及铝合金经氧化处理后，得到新鲜的氧化膜层，它具有多孔性、吸附能力强，容易染上各种颜色，具有良好的装饰效果。镀层装饰技术能在制品表面形成具有金属特性的镀层，这是一种较典型的表面装饰技术。金属镀层不仅能提高制品的耐蚀性和耐磨性，而且能够增强制品表面的色彩、光泽和肌理的装饰效果，因此能保护和美化表面，由于有优异的镀层，常常使制品的品位和档次得到提高。 按镀层的表面状态可分成镜面镀

52、层和粗面镀层两类。按镀层装饰技术可分为电镀、化学镀、真空蒸发沉积镀、气相镀等。镀层装饰的金属有Cu、Ni、Cr、Fe、Zn、Sn、Al、Pb、Au、Ag、Pt及其合金。 电镀-是将金属工件浸入要镀金属盐溶液中并作为阴极，通以直流电，在直流电场作用下，金属盐溶液中的阳离子在工件表面上沉积形成电镀层。 化学镀是一种在无外加电流的情况下,利用还原剂在具有催化活性的表面进行氧化还原反应而沉积出镀层的方法。溶液中一般含有主盐，提供形成镀层的主要成分；还原剂，还原主盐中的离子；络合剂，拓宽镀液工作的pH值范围,提高沉积速度,改善镀层光洁致密性,防止镀液中沉淀的析出,增加其稳定性并延长使用寿命；稳定剂，抑制

53、镀液自发分解；和缓冲剂。 涂料及其涂装工艺 涂料旧称油漆。准确的名称应为“有机涂料”，简称涂料。所谓涂料就是涂敷在物体表面，经过物理变化、化学变化、能够形成具有一定附着力和机械强度的薄膜，起着装饰、保护及其他作用的液体或粉末状的有机高分子胶体混合物的总称。所形成的薄膜称为涂膜或漆膜。涂料的性质即色彩、光泽、涂膜的硬度、附着性、耐蚀性、耐候性等。涂料的作用: 对于工业产品来说，涂料具有保护作用、装饰作用、特殊作用三大功能。1保护作用:涂料在产品表面所形成的一层硬薄膜能够将物质与空气、水分、阳光、微生物以及其它腐蚀介质隔离开，既可防止产品表面化学性锈蚀或腐朽变质，起到一种屏蔽作用，又可避免产品表面

54、直接受到机械外力的摩擦和冲击碰撞而损坏，起到一定的机械保护作用。2装饰作用:涂料的装饰作用主要是通过色彩、光泽、纹理三个方面实现的。 3特殊作用:在一些特定的场合涂料具有其特殊的作用。如电器的绝缘往往借助于绝缘漆；为了防止海洋微生物的粘附，保护船底的光滑平整，使用船底防污漆；高温条件下的超温报警可用示温涂料；在战场上为了伪装武器设备，则用伪装涂料；其它诸如导电涂料、防红外线涂料、反雷达涂料等的功能，均属涂料的特殊作用。 材料与成形工艺的选择 一般可遵循四条基本原则：使用性能足够、工艺性能良好、经济性合理和环保性原则。根据使用性能选材：根据工作条件、失效(丧失正常工作能力)形式，提出对使用性能的要求，作为选材的主要依据,保证产品内在质量。金属制品的失效形式有变形、断裂和表面损伤三种基本类型。根据工艺性能选材：满足零件工艺性能的要求，提高加工成品率；铸造性能：金属构件中，承载不大，受力简单而结构复杂，尤其有复杂内腔结构的，选择铸造成型。锻造性能：承载较大、受力复杂的构件进行锻造成型。焊接性能 ：一般体积较大，要求气密性好，能承受一定的压力，如容器、输送管道、蒸汽锅炉等产品及工程结构，采用焊接成形。切削加工: 材料的切削加