机械制造基础 课件 第6-12章 铸铁- 零件材料与加工工艺的选择

第六章铸铁6.1概述6.2铸铁的石墨化6.3常用铸铁（重点）6.4特殊性能铸铁（自学）[本章内容]常用铸铁的牌号、组织、性能特点及应用[重点掌握]一、铸铁的概念

铸铁是含碳量大于2.11%并含有较多Si、Mn、S、P等元素的多元铁基合金。在成分上铸铁与钢的主要不同是什么？有时为了提高铸铁的使用性能，在铸铁中加入Cr、Mo、V、Cu、Al等合金元素或提高Si、Mn、P等元素的含量，形成合金铸铁。

6.1概述二、铸铁的组织特点和性能特点工业上使用的铸铁主要是灰口铸铁。1.铸铁的组织特点钢的基体+G（石墨）基体组织有三种，即铁素体、珠光体和铁素体加珠光体。2.铸铁的性能特点P101⑴力学性能低。由于石墨相当于钢基体中的裂纹或空洞，破坏了基体的连续性，且易导致应力集中。不能进行锻压。⑵铸造性能好。由于铸铁硅含量高，成分接近于共晶。

⑶耐磨性、切削加工性能好。由于石墨本身有润滑作用。由于石墨使车屑容易脆断，不粘刀。

⑷生产方法简便、成本低廉。例如，机床床身、内燃机的汽缸体、缸套、活塞环及轴瓦、曲轴等都是由铸铁制造的。铸铁曲轴三、铸铁的分类白口铸铁灰口铸铁麻口铸铁球墨铸铁灰铸铁可锻铸铁蠕墨铸铁一、Fe-Fe3C和Fe-G（石墨）双重相图铸铁中的碳除少量固溶于基体中外，主要以化合态的渗碳体（Fe3C）和游离态的石墨（G）两种形式存在。共晶白口铸铁F基体球墨铸铁6.2铸铁的石墨化石墨是碳的单质之一，其强度、塑性、韧性几乎为零。Fe3C是亚稳相，在一定条件下将发生分解：

Fe3C→3Fe+C（石墨）存在两个铁碳相图：Fe-Fe3C和Fe-G双重相图L+GL+Fe3C二、铸铁的石墨化过程铸铁中的碳原子析出形成石墨的过程称为石墨化。铸铁中的石墨可以在结晶过程中直接析出，也可以由渗碳体加热时分解得到。台车式石墨化退火炉

石墨化分两个阶段：

在P’S’K’线以上发生的石墨化称为第一阶段石墨化。包括结晶时一次石墨、二次石墨、共晶石墨的析出和加热时一次渗碳体、二次渗碳体及共晶渗碳体的分解。在P’S’K’线以下发生的石墨化称为第二阶段石墨化。包括冷却时共析石墨的析出和加热时共析渗碳体的分解。石墨化程度不同，所得到的铸铁类型和组织也不同。铸铁的石墨化程度与其组织之间的关系

（以共晶铸铁为例）

石墨化进行程度铸铁的显微组织铸铁类型第一阶段石墨化第二阶段石墨化

完全进行完全进行F+G

灰口铸铁部分进行F+P+G未进行P+G部分进行未进行Le’+P+G

麻口铸铁未进行未进行Le’白口铸铁三、影响石墨化的因素⑴化学成分的影响

碳和硅是强烈促进石墨化的元素。碳、硅含量过低，易出现白口组织，力学性能和铸造性能变差。碳、硅含量过高，会使石墨数量多且粗大，基体内铁素体量增多，降低铸件的性能。碳、硅量控制范围：2.5～4.0%C，1.0～3.0%Si。Al、Cu、Ni、Co等元素对石墨化有促进作用。S、Mn、Cr、W、Mo、V等元素阻碍石墨化。磷虽然可促进石墨化，但其含量高时易在晶界上形成硬而脆的磷共晶，降低铸铁的强度，只有耐磨铸铁中磷含量偏高（达0.3%以上）。铸铁中的磷共晶⑵冷却速度的影响

铸件冷却缓慢，有利于碳原子的充分扩散，结晶将按Fe-G相图进行，因而促进石墨化。而快冷时由于过冷度大，结晶将按Fe-Fe3C相图进行，不利于石墨化。铸件壁厚和碳硅含量对铸铁组织的影响

WC+Wsi(%)

6.3常用铸铁

一、灰铸铁灰铸铁是指石墨呈片状分布的灰口铸铁。其产量约占铸铁总产量的80%以上。1.成分:P1032.组织：灰铸铁的组织是由液态铁水缓慢冷却时通过石墨化过程形成的。基体组织+G（石墨-片状分布）基体组织有三种：即铁素体、珠光体和铁素体+珠光体。灰铸铁的显微组织铁素体灰铸铁珠光体灰铸铁铁素体加珠光体灰铸铁3.性能(P103)⑴力学性能低。抗拉强度比钢低得多。由于石墨相当于钢基体中的裂纹或空洞，破坏了基体的连续性，且易导致应力集中。不能进行锻压。⑵耐磨性能好。由于石墨本身有润滑作用。

⑶消振性能好。由于石墨可以吸收振动能量。

⑷铸造性能好。由于铸铁硅含量高，成分接近于共晶。

⑸切削性能好。由于石墨使车屑容易脆断，不粘刀。

(6)生产方法简便、成本低廉。4.牌号牌号：HT+一组数字如：普通灰铸铁HT100、HT150、HT200孕育铸铁HT250、HT300、HT350铸铁名称石墨形态基体组织编号方法牌号实例灰铸铁片状FHT+一组数字数字表示最低抗拉强度值，单位MPa。“HT”表示灰铸铁代号。HT100F+PHT150PHT200用表格表示如下:5.孕育处理（P104）孕育处理就是在浇注前往铸铁液体中加入孕育剂（常用WSi=75%的硅铁），使石墨细化，基体组织细密。常对灰铸铁进行孕育处理，以细化片状石墨。常用的孕育剂有硅铁和硅钙合金。经孕育处理的灰铸铁称为孕育铸铁。

孕育处理前孕育处理后硅铁硅钙6.应用：P104

制造承受压力和震动的零件，如机床床身、各种箱体、壳体、泵体、缸体。大型船用柴油机汽缸体(HT-300)重型机床床身(HT-250)变速箱体7.灰铸铁的热处理热处理只改变基体组织，不改变石墨形态。灰铸铁强度只有碳钢的30～50%，热处理强化效果不大。灰铸铁常用的热处理有：P105①消除白口组织退火②消除内应力退火(又称时效处理)③表面淬火立式加工中心二、可锻铸铁(P109)石墨呈团絮状的灰口铸铁，是由白口铸铁经石墨化退火获得的。1.组织：基体（F、P）＋团絮状G铁素体基体可锻铸铁又称黑心可锻铸铁。2.性能：强度为碳钢的４0~７0%，接近于铸钢。名为可锻，实不可锻可锻铸铁石墨化退火工艺曲线

可锻铸铁的显微组织黑心可锻铸铁珠光体可锻铸铁铸铁名称石墨形态基体组织编号方法牌号实例可锻铸铁团絮状FKTH+两组数字KTB+两组数字KTZ+两组数字KTH300-06表F心PKTB350-04PKTZ450-06KTH、KTB、KTZ分别为黑心、白心、珠光体可锻铸铁代号；第一组数字表示最低抗拉强度值，MPa；第二组数字表示最低延伸率值，%3.牌号:KT+两组数字4.用途用于制造形状复杂且承受振动载荷的薄壁小型件，如汽车、拖拉机的前后轮壳、管接头、低压阀门等。可锻铸铁管件三、球墨铸铁（P105）石墨呈球形的灰口铸铁。由液态铁水经石墨化得到。1.组织：基体（F、F+P、P）+球状G球状石墨是液态铁水经球化处理得到的。球化剂为镁、稀土和稀土镁。为避免白口，并使石墨细小均匀，在球化处理同时还进行孕育处理。常用孕育剂为硅铁和硅钙合金。稀土镁硅铁硅钙球墨铸铁的显微组织

铁素体加珠光体球墨铸铁铁素体球墨铸铁珠光体球墨铸铁球墨铸铁中的石墨球2.性能:P106强度是碳钢的70～90%。球墨铸铁的突出特点是屈强比(

0.2/

b)高,约为0.7～0.8,而钢一般只0.3～0.5。铸铁名称石墨形态基体组织编号方法牌号实例球墨铸铁球状FQT+两组数字第一组数字表示最低抗拉强度值，MPa；第二组数字表示最低延伸率值，%。“QT”表示球墨铸铁代号QT400-15F+PQT600-3PQT700-23.牌号：QT+两组数字4.热处理强度是碳钢的70～90%。球墨铸铁的突出特点是屈强比(

0.2/

b)高,约为0.7～0.8,而钢一般只0.3～0.5。球墨铸铁可进行各种热处理，热处理特点是：①奥氏体化温度比碳钢高，由于硅含量高。②淬透性比碳钢高③奥氏体中碳含量可控热处理有退火、正火、淬火加回火、等温淬火等。贝氏体基球墨铸铁组织制品（轧辊与辊环）5.用途承受震动、载荷大的零件，如曲轴、传动齿轮等。核燃料贮存运输容器(QT350-22)铸铁曲轴四、蠕墨铸铁蠕墨铸铁是20世纪60年代发展起来的一种新型铸铁。蠕墨铸铁是液态铁水经蠕化处理和孕育处理得到的。常用蠕化剂有稀土硅铁镁合金、稀土硅铁合金、稀土硅铁钙合金等。1.组织:蠕墨铸铁的组织：基体（F、F+P、P）+蠕虫状G蠕墨铸铁的显微组织（铁素体基体）

蠕墨铸铁中的石墨2.性能：蠕墨铸铁的强度、塑性和抗疲劳性能优于灰铸铁，其力学性能介于灰铸铁与球墨铸铁之间。3.牌号：RuT+一组数字

铸铁名称石墨形态基体组织编号方法牌号实例蠕墨铸铁蠕虫状FRuT+一组数字数字表示最低抗拉强度值,MPa。“RuT”表示蠕墨铸铁代号RuT260F+PRuT300PRuT4204.用途：常用于制造承受热循环载荷的零件和结构复杂、强度要求高的铸件。如钢锭模、玻璃模具、柴油机汽缸、汽缸盖、排气阀、液压阀的阀体、耐压泵的泵体等。玻璃模具制动盘阀芯常用铸铁的分类与牌号表示方法铸铁名称石墨形态基体组织编号方法牌号实例灰铸铁片状FHT+一组数字数字表示最低抗拉强度值，单位MPa。“HT”表示灰铸铁代号。HT100F+PHT150PHT200可锻铸铁团絮状FKTH+两组数字KTB+两组数字KTZ+两组数字KTH300-06表F心PKTB350-04PKTZ450-06KTH、KTB、KTZ分别为黑心、白心、珠光体可锻铸铁代号；第一组数字表示最低抗拉强度值，MPa；第二组数字表示最低延伸率值，%铸铁的分类与牌号表示方法铸铁名称石墨形态基体组织编号方法牌号实例球墨铸铁球状FQT+两组数字第一组数字表示最低抗拉强度值，MPa；第二组数字表示最低延伸率值，%。“QT”表示球墨铸铁代号QT400-15F+PQT600-3PQT700-2蠕墨铸铁蠕虫状FRuT+一组数字数字表示最低抗拉强度值,MPa。“RuT”表示蠕墨铸铁代号RuT260F+PRuT300PRuT420第七章有色金属及其合金[本章内容][重点掌握]7.1铝及其合金7.2铜及其合金7.3粉末冶金材料铝、铜及其合金的种类、性能特点和应用；硬质合金的种类、性能特点和应用第七章有色金属及其合金[本章内容][重点掌握]7.1铝及其合金7.2铜及其合金7.3粉末冶金材料铝、铜及其合金的种类、性能特点和应用；硬质合金的种类、性能特点和应用在工业生产中，通常把铁及其合金称为黑色金属，把其他非铁金属及其合金称为有色金属。

有色金属的产量和用量不如黑色金属多，但由于其具有许多优良的特性，如特殊的电、磁、热性能，耐蚀性能及高的比强度（强度与密度之比）等，已成为现代工业中不可缺少的金属材料。一、铝及铝合金（一）铝及铝合金的性能特点

纯铝具有银白色金属光泽，密度小（2.72），熔点低（660.4℃），导电、导热性能优良。抗大气腐蚀性能好，易于加工成形。具有面心立方晶格，无同素异构转变，无磁性。铝合金既具有高强度又保持纯铝的优良特性。铝合金常加入的元素主要有Cu、Mn、Si、Mg、Zn等，此外还有Cr、Ni、Ti、Zr

等辅加元素。

铝合金型材铝铸件（二）铝合金的分类铝合金一般具有有限固溶型共晶相图。可将铝合金分为变形铝合金和铸造铝合金两大类。铝合金分类示意图变形铝合金又分为可热处理强化和不可热处理强化两类。（三）铝合金的热处理

可热处理强化变形铝合金的热处理方法：固溶处理+时效。

固溶处理是指将合金加热到固溶线以上，保温并淬火后获得过饱和的单相固溶体组织的处理。

时效是指将过饱和的固溶体加热到固溶线以下某温度保温，以析出弥散强化相的热处理。

在室温下进行的时效称自然时效；在加热条件下进行的时效称人工时效。时效强化效果与加热温度和保温时间有关。

温度一定时,随时效时间延长,时效曲线上出现峰值,超过峰值时间,析出相聚集长大,强度下降,为过时效。随时效温度提高，峰值强度下降，出现峰值的时间提前。含4%Cu铝合金的时效曲线

（四）变形铝合金

1.变形铝及铝合金牌号表示方法根据国家标准GB/T16474-96规定，变形铝及铝合金可直接引用国际四位数字体系牌号或采用国标规定的四位字符牌号。GB3190-82中的旧牌号仍可继续使用，表示方法为：

防锈铝合金：LF+序号

硬铝合金：LY+序号

超硬铝合金：LC+序号

锻铝合金：LD+序号铝合金波纹管铝合金制品2.常用变形铝合金(牌号P114①防锈铝合金主要是Al-Mn和Al-Mg系合金。Mn和Mg的主要作用是提高抗蚀能力和塑性，并起固溶强化作用。防锈铝合金锻造退火后组织为单相固溶体，抗蚀性、焊接性能好，易于变形加工，但切削性能差。不能进行热处理强化，常利用加工硬化提高其强度。

卫星天线（LF2）汽化器（热交换管为LF21）常用的Al-Mn系合金有LF21（3A21），其抗蚀性和强度高于纯铝，用于制造油罐、油箱、管道、铆钉等需要弯曲、冲压加工的零件。常用的Al-Mg系合金有LF5（5A05），其密度比纯铝小，强度比Al-Mn合金高，在航空工业中得到广泛应用，如制造管道、容器、铆钉及承受中等载荷的零件。②硬铝合金主要是Al-Cu-Mg系合金，并含少量Mn。可进行时效强化，也可进行变形强化。强度、硬度高，加工性能好，耐蚀性低于防锈铝。常用硬铝合金如LY11

(2A11)、LY12

(2A12)等，用于制造冲压件、模锻件和铆接件，如螺旋桨、梁、铆钉等。

飞机翼梁(腹板为硬铝合金)③超硬铝合金属Al-Zn-Mg-Cu系合金，并含有少量Cr和Mn。时效强化效果超过硬铝合金。热态塑性好，但耐蚀性差。飞机主起落架常用合金有LC4

(7A04)、LC9

(7A09)等，主要用于工作温度较低、受力较大的结构件，如飞机的大梁、起落架等。④锻造铝合金Al-Cu-Mg-Si系合金可锻性好，力学性能高，用于形状复杂的锻件和模锻件，如喷气发动机压气机叶轮、导风轮等。Al-Cu-Mg-Fe-Ni系耐热锻铝合金常用牌号有LD7（2A70）、LD8

（2A80）、LD9（2A90）等。用于制造150～225℃下工作的零件，如压气机叶片、超音速飞机蒙皮等。压气机叶片叶导轮美F-117隐身战斗机

（所用材料大部分是铝合金）（五）铸造铝合金

包括：Al-Si系：代号为ZL1+两位数字顺序号Al-Cu系：代号为ZL2+两位数字顺序号Al-Mg系：代号为ZL3+两位数字顺序号Al-Zn系：代号为ZL4+两位数字顺序号1.Al-Si系铸造铝合金又称硅铝明。其中ZL102（ZAlSi12）是含12%Si的铝硅二元合金，称为简单硅铝明。在普通铸造条件下，ZL102组织几乎全部为共晶体，由粗针状的硅晶体和

固溶体组成，强度和塑性都较差。生产上通常用钠盐变质剂进行变质处理，得到细小均匀的共晶体加一次

固溶体组织，以提高性能。未变质处理

经变质处理

ZL102的铸态组织加入其他合金元素的铝硅铸造合金称复杂(或特殊)硅铝明。Al-Si系铸造铝合金的铸造性能好，具有优良的耐蚀性、耐热性和焊接性能。用于制造飞机、仪表、电动机壳体、汽缸体、风机叶片、发动机活塞等。活塞(裙部为铝硅合金)2.Al-Cu系铸造铝合金这类合金的耐热性好，强度较高；但密度大，铸造性能、耐蚀性能差，强度低于Al-Si系合金。常用代号有ZL201(ZAlCu5Mn)、ZL203(ZAlCu4)等。主要用于制造在较高温度下工作的高强零件，如内燃机汽缸头、汽车活塞等。汽缸头3.Al-Mg系铸造铝合金这类合金的耐蚀性好，强度高，密度小；但铸造性能差，耐热性低。常用代号为ZL301(ZAlMg10)、ZL303(ZAlMg5Si1)等。主要用于制造外形简单、承受冲击载荷、在腐蚀性介质下工作的零件，如舰船配件、氨用泵体等。鼓风机用密封件(ZL102)及抗空架件(ZL301)4.Al-Zn系铸造铝合金这类合金的铸造性能好，强度较高，可自然时效强化；但密度大，耐蚀性较差。大型空压机活塞(ZL401)常用代号为ZL401Z(ZAlZn11Si7)、ZL402(ZAlZn6Mg)等。主要用于制造形状复杂受力较小的汽车、飞机、仪器零件。二、铜及铜合金

（一）铜及铜合金的性能特点纯铜呈紫红色，故又称紫铜，具有面心立方晶格，无同素异构转变，无磁性。纯铜具有优良的导电性和导热性，在大气、淡水和冷凝水中有良好的耐蚀性。塑性好。

铜合金常加元素为Zn、Sn、Al、Mn、Ni、Fe、Be、Ti、Zr、Cr等，既提高了强度，又保持了纯铜特性。铜合金分为黄铜、青铜、白铜三大类。铜管铜冷却器（二）黄铜以锌为主要合金元素的铜合金称为黄铜。黄铜按化学成分可分为普通黄铜和特殊黄铜。按工艺可分为加工黄铜和铸造黄铜。

法兰阀闸阀1.普通黄铜

铜与锌的二元合金称为普通黄铜。加工普通黄铜的牌号为：H（黄）+表示铜平均百分含量的数字，如H68。从铜锌合金相图可以看出黄铜有

和

+

’

两种组织，分别称单相黄铜和两相黄铜。

普通黄铜的显微组织

单相黄铜两相黄铜单相黄铜塑性好。常用牌号有H80、H70、H68。

适于制造冷变形零件，如弹壳、冷凝器管等。两相黄铜热塑性好，强度高。常用牌号有H59、H62。

适于制造受力件，如垫圈、弹簧、导管、散热器等。冷凝器管汽车机油泵衬套2.特殊黄铜

在普通黄铜的基础上加入Al、

Fe、Si、Mn、Pb、Sn、Ni

等元素形成特殊黄铜。加工特殊黄铜的牌号为：H（黄）+主加元素符号（Zn除外）+铜平均百分含量+主加元素平均百分含量，如HPb59-1。

特殊黄铜强度、耐蚀性比普通黄铜好，铸造性能改善。

黄铜制品常用牌号有HPb63-3、HAl60-1-1、HSn62-1、HFe95-1-1、ZCuZn38Mn2Pb2、ZCuZn16Si4等。主要用于船舶及化工零件，如冷凝管、齿轮、螺旋桨、轴承、衬套及阀体等。（三）青铜除黄铜和白铜外的其他铜合金统称为青铜。

加工青铜的牌号为：Q+主加元素符号及其平均百分含量+其他元素平均百分含量如QSn4-3（含4%Sn、3%Zn)。常用青铜有锡青铜、铝青铜、铍青铜、硅青铜、铅青铜等。

青铜制品1、锡青铜是以锡为主加元素的铜合金，锡含量一般为3~14%。

锡青铜铸造流动性差，铸件密度低，易渗漏，但体积收缩率在有色金属中最小。锡青铜具有良好的耐蚀性，在大气、海水及无机盐溶液中的耐蚀性比纯铜和黄铜好，但在硫酸、盐酸和氨水中的耐蚀性较差。

常用牌号有QSn4-3、QSn6.5-0.4、ZCuSn10Pb1等。主要用于耐蚀承载件，如弹簧、轴承、齿轮轴、蜗轮、垫圈等。插座簧片阀门零件方螺母锁块2、铝青铜以铝为主加元素的铜合金，铝含量为5～11%。强度、硬度、耐磨性、耐热性及耐蚀性高于黄铜和锡青铜，铸造性能好，但焊接性能差。常用牌号有QAl5、QAl7、ZCuAl8Mn13Fe3Ni2等。主要用于制造船舶、飞机及仪器中的高强、耐磨、耐蚀件，如齿轮、轴承、蜗轮、轴套、螺旋桨等。大型水力发电设备中的抗磨环3、铍青铜

以铍为主加元素的铜合金,铍含量为1.7～2.5%。具有高的强度、弹性极限、耐磨性、耐蚀性，良好的导电性、导热性、冷热加工及铸造性能，但价格较贵。常用牌号有QBe2、QBe1.7、QBe1.9等。用于重要的弹性件、耐磨件，如精密弹簧、膜片，高速、高压轴承等。铍青铜制品4.白铜

以镍为主要合金元素的铜合金称白铜。分普通白铜和特殊白铜。普通白铜是Cu-Ni二元合金，具有较高的耐蚀性和抗腐蚀疲劳性能及优良的冷热加工性能。普通白铜牌号：B+镍的平均百分含量，如B5。常用牌号有B5、B19等。用于在蒸汽和海水环境下工作的精密机械,仪表零件及冷凝器,蒸馏器,热交换器等。

白铜件特殊白铜是在普通白铜基础上添加Zn、Mn、Al等元素形成的，分别称锌白铜、锰白铜、铝白铜等。其耐蚀性、强度和塑性高，成本低。

常用牌号如BMn40-1.5（康铜）、BMn43-0.5（考铜）。用于制造精密机械、仪表零件及医疗器械等。康铜热偶白铜型材三、粉末冶金材料（一）硬质合金1)成分：金属氧化物或碳化物+添加适量的金属粉末（AL2O3，ZrO2,TiC,WC等+Co,Ni,Cr,Fe,Mo,等）2)制备：粉末冶金过程：制粉→粉末配料混合→压制成型→烧结→后处理等3)硬质合金（金属陶瓷的一种）：

WC（TiC,TaC）+Co,Ni，Mo;

基体粘结剂4)性能特点：高的硬度、高的热硬性、高的耐磨性（高速钢）；抗压强度高，抗弯强度低，弹性模量高。耐蚀性好，热膨胀系数比钢低；缺点：脆性大，导热性好，不能用于切削的方法加工。5)分类、编号、应用：①钨、钴类：YG3，YG6，YG8.

成分：WC+Co（数字为Co的含量应用：制造的刀具可以切削脆性材料，如铸铁、一些有色金属和胶木等②钨、钴、钛类：YT5，YT15，YT30.成分：WC+Ti+Co应用：制造的刀具可以切削韧性材料，如钢等。③万能硬质合金：YW1，YW2.成分：WC+TiC+TaC+Co应用：制造的刀具既可切削脆性材料，又可切削韧性材料，加工效果好。第八章非金属材料及其成型[本章内容]8.1高分子材料8.2陶瓷材料8.3复合材料[重点掌握]重点掌握材料的种类、性能特点、成形方法及用途8.1高分子材料1.了解高分子材料的含义及合成方法;2.了解高分子链与高分子材料的性能的关系;3.熟悉高分子材料的性能特点;4.熟悉高分子材料的分类及其典型应用。一、高分子材料的定义、合成与结构1.高分子材料：以相对分子质量大于5000的高分子化合物为主要组成的材料。低分子化合物→大分子链→高分子化合物→高分子材料3.高分子链对性能的影响（1）高分子链形态（按几何形态分）

①线型分子链

2.高分子化合物的合成：加成聚合（加聚）缩和聚合（缩聚）②支化型分子链③体型（网型、交联型）高分子链形态与高分子化合物的性能线型、支化型分子链构成的聚合物称为线性聚合物，一般具有高弹性和热塑性；体型分子链构成的聚合物称为体型聚合物，具有较高的强度和热固性。体型（交联）使聚合物产生老化，使聚合物丧失弹性，变硬变脆。（2）高分子链的结构：高分子链中原子或者原子团在空间的排列形式。（3）高分子链的运动：单键内旋转4.高分子化合物（高聚物）的聚集状态和物理状态（1）高聚物的结合力高分子链上各原子之间是共价键结合，为主价力；高分子链之间是相互作用力范特瓦儿力和氢键。（2）高聚物的聚集态高分子化合物中大分子的排列和堆砌方式称为高聚物的聚集态。高分子链规则排列：晶态高分子链不规则排列：非晶态部分高分子链规则排列：部分晶态⑶高聚物的物理状态(以线型无定形高聚物为例)在不同的温度下有三种物理状态：1）玻璃态：T<Tg

温度低，分子热运动能力很弱，高分子链处于“冻结”状态。受力后弹性变形小，力学性能好。室温下处于玻璃态的高聚物称为塑料。室温下处于高弹态的高聚物称为橡胶。室温下处于粘流态的高聚物称为流动树脂。2）高弹态：Ｔｇ＜Ｔ＜Ｔｆ温度较高，高分子链段动运动；受力后产生较大的弹性变形。3）粘流态：T>Tf高分子链段、整个分子链都运动。稍加外力就产生明显的塑性变形。二、高分子材料的性能（综合）1.力学性能：低强度，比强度较高（和一些金属材料相当）；低弹性模量，高弹性；高耐磨性（摩擦系数低自润滑性）。

2.物理化学性能高绝缘性；高热膨胀性；高化学稳定性；低耐热性；低导热性。3.高分子材料老化老化的根本原因：高分子链的交联和裂解。性能恶化的表现：失去弹性、出现龟裂、变应、变软、变粘、变色等；4.降解困难，对环境不友好。三、常用的高分子材料

1.塑料：以合成树脂为主要成分的合成材料。（1）成分：合成树脂+添加剂（填充剂、增塑剂、稳定剂等）（2）分类：按应用范围分类：通用塑料和工程塑料；按塑料按树脂性质分：热塑性塑料；热固性塑料。（3）工程塑料1）

聚酰胺：商品名称为尼龙或锦纶(代号：PA)树脂：以线性晶态聚酰胺为基体

特点：强度高、韧性好，摩擦系数低，有自润滑性。应用：在机械行业中应用广泛，如轴承、涡轮、齿轮、凸轮、导板等。（应用温度T<1000C）

2）ABS塑料基体：丙烯腈A-丁二烯B-苯乙烯S三种单体共聚而成的聚合体性能：高强度和高硬度，耐油和耐蚀，“质坚、性韧、刚性大”。应用：各种电器的外壳，汽车方向盘、仪表盘，飞机舱内装饰板、窗框、隔音板。3）氟塑料：聚四氟乙烯(F－4），聚三氟乙烯，聚全氟乙丙烯。性能：极优越的化学稳定性，良好的热稳定性；良好的绝缘性，摩擦系数小，有自润滑性，不易老化。缺点：在390C以上分解放出有毒气体，强度较低，加工成型性较差。应用：主要用于制造减磨密封零件、密封圈、垫圈等；化工工业中耐腐蚀零件、管道、内衬材料、过滤器，盛放氢氟酸容器；电工中的绝缘材料；医疗中的代用血管、人工心肺等4）聚甲基丙烯酸甲酯（有机玻璃）（代号为PMMA）性能特点：透光率高，高强度、韧性，不易破碎，耐紫外线和大气老化，易成型加工。应用：飞机座舱盖，仪表外壳，光学镜片等。

5）热固性塑料酚醛塑料（以非晶态酚醛树脂为基体）＋填料性能特点：有一定的机械强度，耐热性好；具有较高的耐腐蚀性、耐磨性、良好的绝缘性。脆性大，易碎，阳光下易变色，多是黑色、墨绿色。应用：电器开关、插头等绝缘器件；机械行业中的齿轮、凸轮、手柄等，化工中的耐酸泵。木粉、纸、玻璃布、石棉等。热塑性和热固性塑料的特点热塑性塑料树脂：聚合树脂，线型高分子链。加热融化、冷却硬化，可反复进行；可以循环使用。热固性塑料树脂：缩聚树脂，体型高分子链；加热发生化学反应，固化为坚硬制品；不溶解，加热时不再融化，不能循环使用。工业中常用的橡胶(1)天然橡胶（NR）胶乳→片状生胶→硫化→橡胶制品；按原料来源分类：天然橡胶和合成橡胶按应用范围分类：通用橡胶和特种橡胶（界限并不严格）生产过程：生胶的熔炼、胶料的混炼、压延、压出、制品的硫化。分类2.橡胶主要组分：生胶＋配合剂＋增强材料

性能特点：有较好的弹性，一定的抗拉强度，较好的耐碱性能；耐油性和耐溶性较差，不耐高温；应用：制造轮胎、胶带、胶管、胶鞋等。

（2）通用合成橡胶：顺丁橡胶、氯丁橡胶、丁苯橡胶、异丙橡胶①顺丁橡胶：由丁二烯单体聚合而成。性能特点：顺丁橡胶的弹性、耐磨性、耐寒性具优于天然橡胶，是制造轮胎的优良材料。应用：主要用于制造轮胎、耐寒运输带、胶带、减震器、耐热胶管、电绝缘制品和V型带等。②氯丁橡胶（CR）：由氯丁二烯聚合而成。有“万能橡胶”之称。性能特点：耐油、耐溶剂，耐氧化、耐老化、耐酸、耐热、耐燃烧、耐挠曲等性能，弹性好，绝缘性、强度也较高。应用：矿井的运输带，电缆包皮，输送腐蚀介质的管道，耐热运输带，也是制造耐燃橡胶的主要材料。（3）特种合成橡胶①丁腈橡胶：突出优点是耐油性好。应用：制作耐油制品，如油箱、油封、输油管等；

②硅橡胶：突出优点是耐高温和低温，抗老化性能好，无毒无味；应用:航空中的密封件，或食品机械中零件，医用中的人造心脏和人造血管。③氟橡胶：突出优点是耐腐蚀性很好，耐热性也好。应用：主要用于国防科技中，如航天飞行器、导弹的高级密封件，减振元件等。8.2陶瓷材料1.了解陶瓷材料的定义、制备工艺;2.了解陶瓷材料的组织特构及作用;3.了解陶瓷材料的性能特点;4.了解陶瓷材料的分类及应用。一、陶瓷材料的定义及制备工艺1.定义：陶瓷是无机高分子材料，用天然的或人工合成粉状化合物通过成型、高温烧结而制成的多晶固体材料。2.陶瓷材料的制备工艺制粉→压坯→烧结→成品二、陶瓷材料的组织结构

1.晶相：主要组成相，由离子键或共价键结合而成，决定陶瓷的性能：高熔点、高耐热性、高化学稳定性、高绝缘性、高脆性。2.玻璃相：非晶态固体，将晶相粘结在一起，降低烧结温度，抑制晶相晶粒长大和填充气孔。3.气相：气孔（5％－10％）。对性能的不利影响：增加脆性、降低强度、电击穿强度降低，绝缘性能降低。对性能的有利影响：提高吸振性，使陶瓷密度减小。三、陶瓷的性能

1.力学性能：硬度极高：（>1500HV）高弹性模量;高脆性；高的抗压强度；低的抗拉强度；低的塑性、韧性；抗热振性能较低。

2.物理化学性能高熔点（Tm>2000°C）(高温强度、高温蠕变抗力)

低的热膨胀系数、热导率，良好的绝缘性。特殊的光、电、磁性能：如压电性能、激光性能等结构稳定，化学稳定高。四、陶瓷的分类及应用（按用途分）1.普通陶瓷：

由粘土、长石、石英为原料配制，烧结而成。

组织：主晶相莫来石25—30%，次晶相SiO2

；玻璃相35—60%

气相1—3%性能特点：质地坚硬，不氧化、不生锈、耐高温；成型性好，成本低。强度低，绝缘性、耐高温性不如其它陶瓷。应用：生活中常用的各类陶瓷制品；电瓷绝缘子，耐酸、碱的容器和反应塔管道，纺织机械中的导纱零件。

2.特种陶瓷（1）氧化铝陶瓷组织：AL2O3

主晶相，还有少量SiO2；性能：硬度高；耐高温（抗氧化性能，高的蠕变抗力）；耐腐蚀，绝缘性好；脆性大，抗热振性差；→缺点应用：内燃机火花塞；火箭导弹的导流罩；用于制造耐磨零件，如轴承，纺织机上的导纱器等；用于冶炼金属的坩埚；合成纤维喷嘴，和各种切削刀具等。（2）氮化硅陶瓷

主要成分：Si3N4

制备有两种方法：热压烧结；反应烧结

性能特点：硬度高，摩擦系数小，极优异的耐磨材料。蠕变抗力高，热膨胀系数小，抗热振性能最好。化学稳定性好(除氢氟酸外)，优异的绝缘性能。应用：用于耐磨、耐高温、耐腐蚀、且形状复杂、尺寸精度高的陶瓷制品，如高温轴承、燃气轮机转子叶片。热电偶套管、石油化工泵的密封环（动密封）；切削刀具。（3）碳化硅陶瓷：

主要成分：SiC.

制备：反应烧结；热压烧结；

性能特点：高温强度高，导热性好。耐放射元素辐射；热稳定性、抗蠕变、耐腐蚀性能好；

应用：高温结构材料；火箭尾喷管的喷嘴；高温轴承；热交换器，核燃料包封材料。（4）氮化硼陶瓷：

主要成分：BN；

晶体结构为六方结构，与石墨相似，称“白石墨”。

性能特点：耐热性、导热性好；热稳定好，抗热振性好；核反应堆中吸收热中子的控制棒。3.金属陶瓷1)成分：金属氧化物或碳化物+添加适量的金属粉末（AL2O3

，ZrO2,TiC,WC等+Co,Ni,Cr,Fe,Mo,等）2)制备：粉末冶金

过程：制粉→压制成型→烧结→后处理等3)金属陶瓷硬质合金（金属陶瓷的一种）：

WC（TiC,TaC）+Co,Ni，Mo;

基体

粘结剂

4)性能特点：高的硬度、高的热硬性、高的耐磨性（高速钢）；抗压强度高，抗弯强度低，弹性模量高。耐蚀性好，热膨胀系数比钢低；

缺点：脆性大，导热性好，不能用于切削的方法加工。5)分类、编号、应用：

①钨、钴类：YG3，YG6，YG8.

成分：WC+Co（数字为Co的含量

应用：制造的刀具可以切削脆性材料，如铸铁、一些有色金属和胶木等②钨、钴、钛类：YT5，YT15，YT30.

成分：WC+Ti+Co应用：制造的刀具可以切削韧性材料，如钢等。③万能硬质合金：YW1，YW2.成分：WC+TiC+TaC+Co应用：制造的刀具既可切削脆性材料，又可切削韧性材料，加工效果好。8.3复合材料1.了解复合材料的定义和分类;2.熟悉复合材料的性能特点;3.熟悉塑料基复合材料的应用。一、复合材料定义：将两种或者两种以上的材料用人工方法合成的多相材料，既保持组成材料的特性又具有组合后的新特性，这种材料称为复合材料。二、复合材料的分类1.按照基体来分非金属基复合材料：如树脂基复合材料、橡胶基复合材料、陶瓷基复合材料等；

2.按照增强相的形态来分类纤维增强复合材料颗粒增强复合材料叠层复合材料

金属基复合材料：铝基复合材料、钛基复合材料和铜基复合材料。

三、复合材料的性能1.比强度和比模量高2.抗疲劳和破断安全性能好复合材料的疲劳强度较高;破坏安全性能好3.高温性能优良提高基体材料的使用温度和高温强度和模量4.减振性能好避免构件在工作状态下产生共振；另外复合材料的吸振性能好。四、复合材料中的增强材料1.增强纤维

①璃纤维

②碳纤维

③硼纤维

④芳纶纤维（Kevler纤维）

⑤碳化硅纤维（陶瓷纤维）2.增强颗粒：

Al2O3SiCSi3N4WCTiCB4C和石墨等五、常用的复合材料

1.塑料基复合材料玻璃纤维增强塑料（玻璃钢）：

性能特点（综合）：高强度、高的冲击韧性、良好的低温性能；低的热膨胀系数、绝缘、绝热性、耐腐蚀，防磁，微波穿透性好，吸水性低。应用：用于制造要求自重轻的受力构件、要求无磁性、绝缘性、耐腐蚀性的零件，如航天和航空工业中的雷达罩、直升飞机的机身，制造轻型船、舰和赛艇等，制造冷却塔，代替不锈钢制造一些容器和管道等。2.金属基复合材料1）纤维增强铝基复合材料（硼纤维增强铝基符合材料）组成：硼纤维＋铝性能特点：高的拉伸模量、高横向模量、高的抗压强度、剪切强度和疲劳强度以及比强度。应用：飞机和航天器的蒙皮、长梁和航空发动机叶片。2)颗粒增强铝基复合材料特点：与纤维增强复合材料相比，颗粒增强金属基复合材料的工艺简单，价格便宜，已在汽车等民用工业中应用。

①SiC颗粒增强铝基复合材料：性能优异，用于制造卫星支架等；民用上，已用于汽车的驱动轴、刹车盘、发动机的缸套、活塞和连杆等②弥散强化铝：（烧结铝）制备方法：采用氧化法＋烧结特点：高温强度高，300－500度，强度高于任一种铝合金。应用：飞机结构件，如机翼和机身；高温活塞和发动机的压气机叶轮；大功率柴油机活塞。第九章铸造[本章内容]9.1铸造概述9.2砂型铸造9.6特种铸造[重点掌握]铸造的特点、分类及应用；砂型铸造工艺过程。9.1铸造概述

1.铸造生产的特点

铸造是熔炼金属，制造铸型，并将熔融金属浇入铸型，凝固后获得一定形状尺寸和性能铸件的成形方法称为铸造。凝固后得到一定形状和性能的金属件称为铸件。优点：（1）能制造出形状复杂的铸件（2）适应范围广，工艺灵活性大

（3）铸造成本低（4）实现了少切削和无切削缺点：铸造生产过程复杂，工序较多，常因铸型材料、模具、铸造合金、合金的熔炼与浇注等工艺过程难以综合控制，而出现缩孔、缩松、砂眼、冷隔、裂纹等铸造缺陷。因此铸件质量不够稳定，铸件的力学性能不及同类材料的锻件。2.铸造的分类

铸造一般按造型方法来分类，习惯上分为砂型铸造和特种铸造。

砂型铸造：直接形成铸型的原材料主要为型砂，且液态金属完全靠重力充满型腔的铸造方法。特种铸造：与砂型铸造不同的其他铸造方法，统称为特种铸造。9.2砂型铸造1.砂型铸造的工艺过程砂型铸造的工艺过程如下图所示。砂型铸造生产套筒铸件的工艺流程示意图

2.模样和芯盒

模样是用来形成铸型型腔的工艺装备,按组合形式，可分为整体模和分开模。芯盒是制造砂芯或其他种类耐火材料芯所用的装备。模样和芯盒由木材、金属或其他材料制成。3.造型材料

制造铸型或型芯用的材料，称为造型材料。一般指砂型铸造用的材料，包括砂、有机或无机粘结剂、水和其他附加物。4.造型和制芯

造型是指用型砂、模样、砂箱等工艺装备制造砂型的过程。制芯是将芯砂制成符合芯盒形状的砂芯的过程。1）造型方法（手工造型或机器造型）（1）手工造型P149表9-1手工造型是全部用手工或手动工具完成的造型工序。（1）整体模造型（2）分模造型（3）挖砂造型（4）活块造型（5）刮板造型（6）三箱造型

（2）机器造型2）制芯芯的主要作用是形成铸件的内腔或局部外形。单件、小批生产时采用手工制芯，大批生产时采用机器制芯。手工制芯常采用芯盒制芯。3）浇注系统

浇注系统是为填充型腔和冒口而开设于铸型中的一系列通道。通常有浇口杯、直浇道、横浇道、内浇道和冒口组成，如右图所示。4）冒口和铸型结构

尺寸较大的铸件或体收缩率较大的金属还要加设冒口起补缩作用，为便于补缩，冒口一般设在铸件的厚部或上部。冒口还可起排气和集渣作用。5）熔炼与浇注如图9-8所示。9.6特种铸造

特种铸造是指与砂型铸造不同的其他铸造方法。特种铸造有近二十种，常用的有熔模铸造、金属型铸造、压力铸造、离心铸造、低压铸造等。1.熔模铸造

（1）可生产形状复杂、轮廓清晰、薄壁（0.2mm～0.7mm），且无分型面的铸件。（2）熔模铸造的尺寸精度高（IT10～IT14），表面粗糙度值低（Ra12.5～1.6μm），可实现少（无）切削加工。（3）能铸造各种合金铸件，尤其适于铸造高熔点、难切削加工和利用其他加工方法难以成形的合金，如耐热合金、磁钢和不锈钢等。（4）生产批量不受限制，可实现机械化流水线生产。（5）工艺过程复杂、生产周期较长（4～15天），生产成本较高。（6）因蜡模易变形，型壳强度不高等原因，铸件质量一般不超过25kg。熔模铸造主要生产小型零件。

熔模铸造特点和应用范围

金属型铸造与砂型铸造比较：在技术上与经济上有许多优点。（1）金属型导热快，铸件冷却迅速，晶粒细小，其力学性能比砂型铸件高。（2）铸件的精度和表面质量比砂型铸件高，而且质量和尺寸稳定。（3）铸件的工艺收得率高，液体金属耗量减少，一般可节约15～30％。（4）不用砂或者少用砂，一般可节约造型材料80～100％。2.金属型铸造

金属型铸造又称硬模铸造，它是将液体金属浇入金属铸型，以获得铸件的一种铸造方法。

金属型铸造虽有很多优点，但也有不足之处。如：（1）金属型制造成本高、生产周期长。（2）金属型不透气，而且无退让性，易造成铸件浇不到、开裂或铸铁件产生白口等缺陷。（3）金属型铸造时，铸型的工作温度、合金的浇注温度和浇注速度，铸件在铸型中停留的时间，以及所用的涂料等，对铸件的质量的影响甚为敏感，需要严格控制。3.压力铸造

压力铸造是指熔融金属在高压下高速充型，并在压力下凝固的铸造方法。压铸工艺过程是：向型腔喷射涂料、闭合压型、压射金属、打开压型顶出铸件。压铸型是压铸工艺过程的关键装备，压铸机是压铸生产专用机器。

（1）压铸的生产率比其他铸造方法都高，并易于实现半自动化、自动化。（2）压铸件尺寸精度高，表面质量好。（3）可铸出结构复杂、轮廓清晰的薄壁、深腔、精密铸件。（4）压铸件组织细密，强度、硬度比砂型铸件提高25%～40%。（5）设备和压铸型费用高，压铸型制造周期长，所以只适应大批量生产。（6）压铸件不能进行热处理，因加热时气体膨胀会造成表面鼓泡或变形。压力铸造具有如下特点：4.低压铸造5.离心铸造6.挤压铸造9.7铸造工艺设计实例9.8铸造新技术简介

1)陶瓷型铸造2)实型铸造3)负压铸造4)半固态铸造第十章锻压[本章内容]10.1锻压概述10.2自由锻10.3模锻10.4板料冲压[重点掌握]自由锻特点、工序及应用，模锻特点、方法及应用，板料冲压特点、工序及应用10.1锻压概述1.锻压的概念P172锻压是对坯料施加外力，使其产生塑性变形，改变尺寸、形状，改善性能，用以制造毛坯、零件或原材料的成型加工方法，是锻造和冲压的统称。2.锻压加工的主要特点(1)改善金属组织，提高金属的力学性能；

(2)节约金属材料(3)生产效率高(4)适用范围广。3.锻压的基本生产方式1)轧制

使金属坯料在旋转轧辊的压力作用下，产生连续塑性变形，改变其性能，获得所要求的截面形状的加工方法。

2)挤压

将金属坯料置于挤压筒中加压，使其从挤压模的模孔中挤出，横截面积减小，获得所需制品的加工方法。

3)拉拔

坯料在牵引力作用下通过拉拔模的模孔拉出，产生塑性变形，得到截面细小、长度增加的制品的加工方法，拉拔一般是在冷态下进行。4)自由锻

用简单的通用性工具，或在锻造设备的上、下砧间，使坯料受冲击力作用而变形，获得所需形状的锻件的加工方法。5)模锻

利用模具使金属坯料在模膛内受冲击力或压力作用，产生塑性变形而获得锻件的加工方法。

6)板料冲压

用冲模使板料经分离或成形得到制件的加工方法。

在上述的六种金属塑性加工方法中，轧制、挤压和拉拔主要用于生产型材、板材、线材、带材等；自由锻、模锻和板料冲压总称锻压，主要用于生产毛坯或零件。4.金属的可锻性P173

金属的可锻性是指金属锻压变形难易程度的一种工艺性能。

锻压性能常用塑性和变形抗力两个指标来综合衡量。塑性越好，变形抗力越小，则金属的锻压性能越好。适合进行压力加工成型。

金属的塑性和变形抗力与下列因素有关:(1)内在因素的影响1)化学成分2)金属的组织(2)外部加工条件的影响1)变形温度2)变形速度3)应力状态5.锻造比与锻造流线（一）锻造比锻造比是锻造时金属变形程度的一种表示方法。通常用变形前后的截面比、长度比或高度比Y来表示。例如：拔长时的锻造比为Y拔=S0/S=L/L0。镦粗时的锻造比为Y镦=H0／H=S／S0。式中：S0、L0、H0——分别为坯料变形前的横截面积、长度和高度。S、L、H——分别为坯料变形后的横截面积、长度和高度。（二）锻造流线在锻造时，当Y<2时，金属的脆性杂质被打碎，气孔等缺陷有些被压合，钢材内部组织致密细化，锻件力学性能有明显的提高；当Y=2～5时，沿着金属主要伸长方向呈碎粒状或链状分布，塑性杂质则随着金属变形沿主要伸长方向呈带状分布，具有一定的方向性，通常称为锻造流线。锻造流线使金属呈现各向异性；沿着流线方向抗拉强度较高，抗剪强度较低；而垂直于流线方向抗拉强度较低，抗剪强度较高。因此，在锻造或轧制等压力加工过程中，如何考虑流线的合理分布，则对工件的力学性能有着重要影响。对结构钢锻件，应使工件在工作时所受最大拉应力的方向和流线方向一致，工件在工作时所受剪应力、弯曲应力或冲击力的方向与流线方向相垂直；在可能的情况下，若流线沿工件外形轮廓连续分布，不被切断，则工件承载能力最强、寿命较长.如下图所示锻压成形的曲轴。当结构钢锻件的受力方向与流线方向不一致时(如用圆钢轧材锻制齿轮)，为了消除组织、性能的方向性，对非合金结构钢锻造比一般取2.0～2.5，而对合金结构钢一般则取3.0～3.5；对于要求流线方向不严格的锻件(如一般的轴类锻件)，其锻造比可取1.3～1.5，以减少锻造变形量，节省工时。对于高合金工具钢(如高速钢、高碳高铬钢等)，为改善钢中碳化物的分布状况，打碎鱼骨状的共晶碳化物，使其颗粒细小，均匀分布，必须采用较大的锻造比，如高速钢总锻造比Y=5～12，不锈钢Y=4～6。6.金属锻造的加热与冷却1）坯料的加热

（1)加热的目的

加热的目的是为了提高坯料的塑性、降低变形抗力，改善锻压性能。（2)锻造温度范围

锻造温度范围是锻件由始锻温度到终锻温度的温度区间。P30①始锻温度

开始锻造时坯料的温度即始锻温度，固相线下100～200℃；②终锻温度坯料停止锻造的温度即终锻温度，终锻温度750～850℃。（1)空冷空冷是将热态锻件放在静止空气中冷却。（2)坑冷或灰砂冷坑冷是将热态锻件埋在地坑或铁箱中缓慢冷却的方法。灰砂冷是将热态锻件埋入炉渣、灰或砂中缓慢冷却的方法。（3)炉冷

炉冷是将锻后的锻件放入炉中缓慢冷却的方法。2）锻件的冷却10.2自由锻（P175

1.自由锻生产的特点及应用

特点:使用的工具、设备简单；适应性强，灵活性大，生产周期短，成本低。缺点是锻件尺寸精度低，加工余量大，金属材料消耗多，生产率低，劳动强度大、条件差，要求操作者的技术水平较高。

自由锻适合于单件、小批和大型锻件的生产。

按使用设备不同，锻造工艺分为自由锻、模锻、胎模锻等。自由锻是只用简单的通用性工具，或在锻造设备的上、下砧间直接使加热好的坯料变形而获得所需的几何形状及内部质量锻件的方法。

2.自由锻设备P177

１）自由锻常用设备(自由锻锤和水压机，自由锻锤包括空气锤和蒸汽-空气锤)蒸汽-空气锤空气锤水压机2）自由锻常用工具

3.自由锻工艺规程P175

指将坯料锻成锻件的技术文件，体现锻件的锻制方法、方式、技术及其经济性，是锻造操作及质量检验的依据。绘制锻件图（余块、锻件机加余量和锻件公差）计算坯料质量和尺寸确定自由锻的基本工序选择自由锻设备锻件的热处理与清洗 4.自由锻工序

自由锻工序分为基本工序、辅助工序和修整工序。基本工序包括镦粗、拔长、冲孔、弯曲、切割等；辅助工序包括压钳口、倒棱、压肩等；修整工序是对已成形的锻件表面进行平整，清除毛刺、校直弯曲、修整鼓形等。10.3模锻1、模锻

1）模锻的特点

模锻是利用模具使坯料变形而获得锻件的方法。模锻与自由锻相比，具有以下特点：

1）生产率高、易于机械化，可成批大量生产

2）锻件尺寸精度高、表面粗糙度值小，可以减少机械加工余量和余块的数量，节省金属材料和加工工时。

但是，模具费用昂贵，需要能力较大的专用设备，所以只有在大批大量生产时采用模锻才是经济合理的，模锻件的重量一般在150kg以下。2）锤上模锻

模锻根据所用设备的不同，可以分为锤上模锻、曲柄压力机上模锻、平锻机上模锻和摩擦压力机上模锻。其中锤上模锻是较为常用的模锻方法，所用设备主要是蒸汽-空气模锻锤。形状简单的锻件可在单模槽内锻造成形，称单模槽模锻，见图；复杂的锻件，必须在几个模槽内锻造后才能成形，称多模槽模锻。2、胎模锻

1）胎模锻的特点

胎模锻是介于自由锻与模锻之间的锻造方法。

胎模锻一般先用自由锻制坯，再在胎膜中最后成形。

与自由锻相比，胎模锻生产率和锻件尺寸精度高、表面粗糙度值小、节省金属材料、锻件成本低。

与模锻相比，胎模制造简单，成本低，使用方便；但所需锻锤规格和操作者劳动强度大，生产率和锻件尺寸精度不如锤上模锻高。2）胎模的结构及应用

胎膜不固定在锤头和砧座上，需要时放在下砧铁上。按其结构可大致分为扣模、合模和套模三种主要类型。

（１）扣模（2）套模

（3）合模

10.4板料冲压

1、板料冲压的特点及应用

板料冲压通常在室温下进行，所以又称冷冲压，简称冲压。冲压的特点是不需要对毛坯加热，是节约能源的加工方法；生产操作简单，生产率高，易实现自动化和机械化；可以制造形状复杂零件，废料较少；冲压件结构轻巧，强度、刚度和尺寸精度较高，质量稳定，互换性好。

其缺点是冲压模具结构复杂，精度要求高，制造费用高。冲压只有在大批量生产条件下，才能充分显示优越性。2、冲压设备

剪床剪床的用途是把板料切成一定宽度的条料，以供下一步冲压工序之用。3、冲压模具

冲压模具是冲压生产中必不可少的工艺装备，按冲压工序的组合程度不同可分为简单冲模、连续冲模和复合冲模三种。1）简单冲模简单冲模在冲床一次行程中只完成一道工序2）连续冲模

连续冲模在冲床一次行程中，按着一定顺序，在模具的不同位置上，同时完成数道冲压工序

3）复合冲模

复合冲模在冲床一次行程中，在模具的同一位置上，完成两道以上冲压工序4、板料冲压的基本工序

1）分离工序2）成形工序剪切落料和冲孔整修切口弯曲拉深缩口胀形翻边起伏第十一章焊接[本章内容]11.1概述（焊接工艺基础或焊接基本原理）11.2焊条电弧焊11.3其他焊接方法11.4常用金属材料的焊接[重点掌握]焊接的特点、分类及应用，焊条电弧焊，常用金属材料的焊接。1、焊接的特点与分类

１）焊接的特点

焊接与铆接等其他加工方法相比，具有减轻结构重量，节省材料；生产效率高，易实现机械化和自动化；接头密封性好，力学性能高等优点。其不足之处是会引起焊接接头组织、性能的变化，同时焊件还会产生较大的应力和变形。

11.1焊接工艺基础

焊接-----通过加热或加压或两者并用，并且用或不用填充材料，使工件结合在一起的方法。

焊接主要用于制造各种金属构件，如建筑结构、船体、车辆、锅炉及各种压力容器。此外，焊接也常用于制造机械零件，如重型机械的机架、底座、箱体、轴、齿轮等。２）焊接的应用３）焊接方法的分类

2、焊接接头的组织与性能

用焊接方法连接的接头称焊接接头，简称接头。焊接时，电弧沿着工件逐渐移动并对工件进行局部加热。因此在焊接过程中，焊缝及其附近的母材经历了一个加热和冷却的过程。由于温度的分布不均匀，焊缝受到一次复杂的冶金过程，焊缝附近区域受到一次不同规范的热处理，所以引起相应的组织和性能变化，从而直接影响焊接质量。离焊缝越远的点，被加热的温度越低；反之，被加热的温度就越高。11.2焊条电弧焊

(手弧焊)

焊条电弧焊是利用电弧产生的热量来熔化焊条和部分工件，从而使两块金属连成一体的手工操作的焊接方法。由于它使用的设备简单，操作灵活方便，能够适应各种条件下的焊接，因此成为熔焊中应用最广泛的一种焊接方法。但焊条电弧焊要求操作者技术水平较高，生产率较低，劳动条件较差。1、焊接过程

456焊接电弧.wmv是由焊接电源供给的，具有一定电压的两电极间或电极与母材间，在气体介质中产生的强烈而持久的放电现象。焊接电弧分三个区域，见右图，即阴极区，阳极区和弧柱区。当采用直流电源时，如焊条接负极，工件接正极，则阴极区在焊条末端，阳极区在工件上。阴极区：热量约占电弧总热量的38％，温度约为2100℃。

阳极区：热量约占电弧总热量的42％，温度约为2300℃。

弧柱区：热量约占电弧总热量的20％，弧柱中心温度可达5700℃以上。电弧的组成及热量分布（1)直流电源焊接

正接法：焊件接电源正极，焊条接负极,正接时，工件上热量较大，可保证有较大的熔深,用于厚件焊接。

反接法：焊件接电源负极，用于薄板和有色金属焊接。电弧的极性及应用（2)交流弧焊电源焊接时，不存在正、反接问题。2、焊条电弧焊设备

焊条电弧焊的主要设备是电焊机，实际上是一种弧焊电源。按产生的电流种类不同，分为直流弧焊机和交流弧焊机。

１）直流弧焊机

直流弧焊机分焊接发电机和弧焊整流器两部分。

２）交流弧焊机

它是符合焊接要求的降压变压器。交流弧焊机其结构简单，制造方便，成本低廉，节省电能，使用可靠，维修方便。缺点是电弧不够稳定。交流弧焊机是一种常用的焊条电弧焊设备。

３）焊钳和面罩

焊钳是用来夹持焊条和传递电流的。面罩是用来保护眼睛和面部，以避免弧光伤害。

3、焊条

１）焊条的组成

手工焊焊条由焊芯和药皮两部分组成。

（１）焊芯焊芯是焊条中被药皮包覆的金属芯。它起导电和填充金属的作用。焊芯用钢丝通常采用焊接专用钢丝。常用的焊芯直径为3．2－5．0mm，长度为200－450mm。

（２）药皮药皮是压涂在焊芯表面的涂料层。3）焊条的型号与牌号

GB5117—1995规定了碳钢焊条型号编制方法。4)焊条的选用２）焊条的分类碳钢焊条低合金钢焊条不锈钢焊条堆焊焊条铸铁焊条镍及镍合金焊条铜及铜合金焊条铝及铝合金焊条特殊用途焊条4、焊条电弧焊工艺1）接头形式

11.3其他焊接方法简介

1、埋弧自动焊

埋弧焊是指电弧在焊剂层下燃烧进行焊接的方法。埋弧自动焊是埋弧焊的一种自动化焊接方法，下图为埋弧自动焊机的外形图。2、气体保护电弧焊

1）二氧化碳气体保护焊（简称CO2焊）二氧化碳气体保护焊是利用CO2作为保护气体的电弧焊。2）氩弧焊

氩弧焊是以氩气作为保护气体的电弧焊。3、气焊

气焊是利用气体火焰作为热源，将工件和焊丝熔化而进行焊接的的一种方法。气焊时通过调节氧和乙炔的混合比值，可得到三种不同性质的气焊火焰：中性焰、碳化焰和氧化焰4、电阻点焊

电阻点焊是指将焊件装配成搭接接头，并压紧在两极间，利用电阻热熔化母材金属，形成焊点的电阻焊接方法。由于焊接处熔化的金属不与外界空气接触，所以焊接强度高，工件表面光滑，变形较小。电阻点焊主要用于板厚小于4mm的薄板结构，特殊情况可达10mm。电阻点焊广泛用于制造汽车车箱、飞机外壳和仪表等轻型结构。

5、钎焊

钎焊是将熔点低的金属材料作钎料和工件共同加热到高于钎料熔点，在工件不熔化的情况下，使钎料熔化后填满被焊工件连接处的间隙，并与被焊工件相互扩散而形成接头的焊接方法。钎焊与熔焊相比，优点是加热温度低，接头组织和力学性能变化小，工件变形小；能焊接同种金属或不同种金属；设备简单，易实现自动化；焊接过程简单，生产效率高；钎焊接头强度低，常用搭接接头来提高承载能力。钎焊主要用于精密仪表、电气零部件、异种金属构件、复杂薄板构件及硬质合金刀具的焊接。11.4常用金属材料的焊接

1、金属材料的焊接性焊接性反映金属材料在一定的焊接工艺条件下，获得优质焊接接头的难易程度。

2、常用金属材料的焊接１）低碳钢的焊接

低碳钢的碳质量分数Wc＜0．25%，塑性好，焊接性优良。焊前一般不需预热，适应各种不同接头、不同位置、不同焊接方法和交直流弧焊机的焊接。２）低合金高强度结构钢的焊接

强度级别较低的低合金高强度结构钢，当WCE＜0．4％时，焊接性良好。当WCE＞0．4％-0．6％时，焊接性较差，焊前需预热；当WCE