金相实验课件第一讲

第一章金属工艺知识

1.钢铁冶炼

一.炼铁还原过程：Fe2O3+3CO2Fe+3CO2Fe2O3+3H22Fe+3H2O炼铁产品：1.铸造生铁灰铸铁2.炼钢生铁白口铸铁1/14/20231二.炼钢氧化过程：通过不同来源的氧来氧化铁水中的碳,这种氧化过程贯穿于各种炼钢方法中。钢:含碳量<2.11%铁:含碳量>2.11%优质钢冶炼方法：1.氧气顶吹转炉法2.电炉法电弧炉和感应炉铸锭：1、模锭2、连铸（补充讲义）1/14/202322.铸造生产

铸造是获得需要形状和尺寸铸件(毛坯件)的生产方法，亦即是零件(毛坯)成形的工艺方法之一。一、砂型铸造1．造型与造芯材:由新砂、旧砂、粘土、附加物(如木屑、煤粉等)加水搅拌碾压配制而成型砂。2.在造型与造芯手工造型(芯），机器造型（芯）3.浇注浇口（外浇、直浇、横浇、内浇等）、冒口4.落砂一般落砂温度在200~400℃。最后去除浇冒口打磨毛刺。1/14/20233二、铸造性能

1．流动性液态金属充填铸型的能力2．收缩性（1）液态收缩：从浇注温度冷到凝固开始温度的收缩，它是铸件产生缩孔和缩松的主要原因。（2）结晶收缩：从凝固开始温度冷却到凝固终止温度的收缩，也是缩孔和缩松的主要原因。（3）固态收缩:它是铸件产生应力，变形，裂纹等缺陷的主要原因。三、铸件生产1．铸铁2．铸钢3．有色金属铸造四、特种铸造1/14/202343.压力加工压力加工的生产方式有轧制,拉制,挤压,锻造,冷冲压等,钢板,钢管是轧制品,法兰,钩圈,管板等是锻件.一、金属塑性变形基本原理1．塑性变形：在外力作用下物件产生变形，当外力取消后不能恢复到原先的形状和尺寸，这种变形称为塑性变形。它是压力加工方法的基础。2．加工硬化：金属在塑性变过程中，晶粒发生滑移，在滑移面上有破碎晶块，滑移面附近的晶格发生歪扭，这些导致滑移阻力增加，金属继续滑移发生困难。这种现象叫加工硬化。1/14/202353．再结晶：已加工硬化的金属通过再结晶过程(再结晶退火处理)使拉长，压扁和扭曲的变形晶粒，转变为细小均匀的等轴晶粒，从而达到性能复原。4.热加工与冷加工的区别：热加工（锻造、热轧、热成形等）是在再结晶温度以上进行，不出现加工硬化；冷加工（冷挤压、冷冲压、冷轧、冷成形等）是在再结晶温度下进行，出现加工硬化。1/14/20236

二.压力加工对金属组织和性能的影响

1.改善金属的组织和力学性能热加工使原有粗大枝晶和柱状晶变成细小均匀的结晶组织,同时铸锭中原有的气孔,疏松,微裂纹等缺陷得到焊合,从而使金属组织变得密实,力学性能得到提高.(其强度一般提高1.5倍,塑性和韧性提高更多)1/14/202372.使金属力学性能具有方向性

经过压力加工的金属材料其纵向性能与横向性能不等同,纤维组织愈明显,两者性能差别愈大.在设计和制造时必须尽可能使零件的最大工作应力方向与材料的纤维方向一致.3.压力加工种类1/14/202384．焊接

焊接是通过加热或加压，借助金属内部原子的结合与扩散，使两种分离的金属达到牢固连接的工艺方法。焊接方法大致分为熔化焊、压力焊、钎焊三大类一、焊接方法与工艺1．电弧焊手工电弧焊：常用的焊接头型式有对接、角接、T型接和塔接4种，其接头型式和坡口尺寸均有相应的国家标准。2.自动埋弧焊3.氩弧焊1/14/202392.气焊与气割

（1）气焊:由于它的温度不高，加热缓慢，因此气焊的热影响区大，焊件易变形。工业上气焊常用于焊接小于3mm的薄钢板，焊接有色金属，焊接铸铁和钎焊硬质合金刀片等。1/14/202310（2）气割：①气割过程——中性焰预加热至该金属的燃点金属在纯氧中燃烧（放热反应）达熔点借助高压氧气流吹走切口处形成的氧化物露出下层新的金属继续以上过程直至金属全厚方向被切割分离②气割条件——该金属燃点低于其熔点

——该金属氧化物熔点低于本身熔点

——该金属本身导热性不太高③一些材料的可气割性——低碳钢最易切割共折钢切割困难（随碳含量增加钢熔点降低而燃点上升，在共折钢时熔点与燃点相等）高碳钢（含碳量大于1%）不能切割铸铁不能切割（SiO2氧化物熔点大于铸铁自身熔点）高铬钢，不锈钢不能切割(Cr2O3氧化物熔点大于铸铁自身熔点）铝铜也不能切割（自身导热性太高）1/14/2023113．其它焊接方法电渣焊接触焊：点焊，缝焊（滚焊）1/14/202312二．常用金属材料的焊接

1．可焊性碳当量计算公式如下：Ceq=C+1/6Mn+1/5（Cr+Mo+V）+1/15（Ni+Cu）%根据经验:Ceq<0.4%时，可焊性优良

Ceq=0.4%~0.6%时，可焊性差

Ceq>0.6%时，可焊性不好2．压力容器用钢的焊接3．有色金属焊接1/14/202313三．焊接应力与变形

1．焊接应力焊接时产生的热应力和组织应力叠加称为焊接残余应力，在它的作用下导致工件变形，若超过金属材料的抗拉强度则发生裂纹和开裂。2．焊接变形1/14/202314第二章金属学及热处理

1．金属学基础

一．金属的晶体结构与结晶1．晶格晶胞晶格常数晶体——其原(离)子在空间严格按照一定规则而周期性的排列晶格——人们用空间点阵表示晶体中原子在空间规则排列的方式称为晶格，或称结晶点阵。晶胞——由于晶体中原子排列具有周期重复性，因此选取其中一个具有代表性且由最少原子排列而成的小单元（六面体）即称晶胞。晶格常数——晶胞大小形状用晶格参数表示，各棱边尺寸称晶格常数，各棱边夹角用αβγ表示。1/14/202315典型晶格——

体心立方晶格：立方体的八个棱角上各有一个原子，立方体中心占有一个原子。α-铁，铬，钼等金属为体心立方晶格结构1/14/202316面心立方晶格:正方体的八个棱角上各有一个原子，正方体六个面的中心各有一个原子。γ-铁，镍，铝，铜等为面心立方晶体结构1/14/202317密排六方晶格：在上下底面的十二个棱角上各有一个原子，在上下底面的中心也各有一个原子，在六方柱内有三个原子，他们相间的处于三个棱柱体的几何中心。1/14/2023182、结晶概念（1）过冷现象：金属凝固时其实际冷却速度往往比理想状态快，它的实际结晶温度都比理论结晶温度低，这称为结晶过程的过冷现象（2）结晶过程：晶核形成:自发形核非自发形核（靠背和依附）晶核长大（3）晶体缺陷：点缺陷，线缺陷，面缺陷。3、钢锭结晶构造表层为细晶区（以模壁为靠背形成非自发形核）次表层为柱状晶区（晶核择优生长）中心为等轴晶区在钢锭的头部（上部）集中了缩孔、疏松、杂质等缺陷，使用时要求切除掉。1/14/2023194