金属工艺第3版（下篇共上中下3篇）

金属工艺学时间：2023.10讲授人：×××单元三钢铁材料（六）特殊物理性能钢

特殊物理性能钢包括永磁钢、软磁钢、无磁钢、高电阻钢及其合金。1．永磁钢●永磁钢（硬磁钢）是指钢材被磁化后，除去外磁场后仍然具有较高剩磁的钢材。即永磁钢在被外磁场磁化后，能长期保留大量剩磁，表现出不易退磁特性。永磁钢主要用于制造无线电及通讯器材里的永久磁铁装置以及仪表中的马蹄形磁铁。2．软磁钢(硅钢片)

●软磁钢(硅钢片)是指钢材容易被反复磁化，并在外磁场除去后磁性基本消失的钢材。软磁钢是一种碳的质量分数（W(C)≤0.08%）很低的铁、硅合金，硅的质量分数在1%～4%之间。是一种重要的电工用钢，常用于制作电动机的转子与定子、电源变压器、继电器等。3．无磁钢无磁钢是指在电磁场作用下，不引起磁感或不被磁化的钢材。无磁钢常用于制作无磁模具、无磁轴承、电机绑扎钢丝绳与护环、变压器的盖板、电动仪表壳体与指针等。

（七）低温钢●低温钢是指用于制作工作温度在0℃以下的零件和结构件的钢种。低温钢广泛用于低温下工作的设备，如冷冻设备、制药氧设备、石油液化气设备、航天工业用的高能推进剂液氢等液体燃料的制造设备、南极与北极探险设备等。常用的低温钢主要有：低碳锰钢、镍钢及奥氏体不锈钢。（八）铸造合金钢铸造合金钢包括一般工程与结构用低合金铸钢、大型低合金铸钢、特殊铸钢三类。一般工程与结构用低合金铸钢的牌号表示方法基本上与铸造非合金钢相同，所不同的是需要在“ZG”后加注字母“D”，如ZGD270-480、ZGD290-510、ZGD345-570等。大型低合金铸钢的牌号是在合金钢的牌号前加“ZG”，其后第一组数字表示低合金铸钢的名义万分碳的质量分数，随后排列的是各主要合金元素符号及其名义百分质量分数。特殊铸钢是指具有特殊性能的铸钢，它包括耐磨铸钢、耐热铸钢和耐蚀铸钢。

模块五

铸铁的分类、牌号及用途一、铸铁的种类

名称定义白口铸铁碳主要以游离碳化铁形式出现的铸铁，断口呈银白色，故称为白口铸铁灰铸铁碳主要以片状石墨形式析出的铸铁，断口呈灰色，故称为灰铸铁可锻铸铁白口铸铁通过石墨化或氧化脱碳退火处理，改变其金相组织或化学成分而获得的有较高韧性的铸铁，称为可锻铸铁球墨铸铁铁液经过球化处理而不是在凝固后经过热处理，使石墨大部分或全部呈球状，有时少量为团絮状的铸铁，称为球墨铸铁蠕墨铸铁金相组织中石墨形态主要为蠕虫状的铸铁，称为蠕墨铸铁麻口铸铁碳部分以游离碳化铁形式析出，部分以石墨形式析出的铸铁，断口呈灰白色相间，故称麻口铸铁合金铸铁常规元素硅、锰高于普通铸铁规定含量或含有其他合金元素，具有较高力学性能或某种特殊性能的铸铁，称为合金铸铁二、铸铁的石墨化及影响因素●铸铁中的碳以石墨形式析出的过程称为石墨化。影响铸铁石墨化的因素主要是化学成分和冷却速度。

（1）化学成分的影响。在化学成分中碳和硅是强烈促进石墨化的元素。

（2）冷却速度的影响。冷却速度是影响石墨化过程的工艺因素。

三、常用铸铁的牌号、性能及用途（一）灰铸铁的牌号、性能及用途1．灰铸铁的化学成分、显微组织和性能

（1）灰铸铁的化学成分。

（2）灰铸铁的显微组织。灰铸铁在室温下的显微组织有三种类型：铁素体（F）＋片状石墨(G)；铁素体(F)+珠光体(P)＋片状石墨(G)；珠光体(P)＋片状石墨(G)。

（3）灰铸铁的性能。灰铸铁的性能主要决定于其钢基体的性能和石墨的数量、形状、大小及分布状况。灰铸铁在承受压应力时，其抗压强度与钢材相近。灰铸铁还具有优良的铸造性、良好的吸震性、较低的缺口敏感性、良好的切削加工性、良好的减摩性。（一）灰铸铁的牌号、性能及用途2．灰铸铁的孕育处理(变质处理)

●经过孕育处理的灰铸铁称为孕育铸铁，也称为变质铸铁。经过孕育处理的灰铸铁，强度有很大的提高，并且塑性和韧性也有所提高。因此，孕育铸铁常用来制造力学性能要求较高，截面尺寸变化较大的大型铸件。3．灰铸铁的牌号及用途灰铸铁的牌号用“HT”及数字组成。其中“HT”是“灰铁”两字汉语拼音的第一个字母，其后的数字表示灰铸铁的最低抗拉强度，如HT150表示灰铸铁，其最低抗拉强度是150MPa。常用灰铸铁有:HT100、HT150、HT200、HT250、HT300、HT350等。4．灰铸铁的热处理

热处理只能改变灰铸铁的钢基体组织，而不能改变石墨的形状、大小和分布情况。灰铸铁常用的热处理方法有：去内应力退火(时效处理)、软化退火、正火及表面淬火等。

（二）球墨铸铁的牌号、性能及用途球化处理的方法是在铁液出炉后，浇注前加入一定量的球化剂(稀土镁合金等)和等量的孕育剂，使石墨呈球状析出。1．球墨铸铁的化学成分、显微组织和性能（1）球墨铸铁的化学成分。（2）球墨铸铁的显微组织。球墨铸铁按钢基体显微组织的不同，球墨铸铁可分为铁素体(F)＋球状石墨(G)；铁素体(F)+珠光体(P)＋球状石墨(G)，珠光体(P)＋球状石墨(G)三种。（3）球墨铸铁的性能。球墨铸铁与灰铸铁相比，有较高的强度和良好的塑性与韧性，而且球墨铸铁在某些性能方面可与钢相媲美，如屈服强度比碳素结构钢高，疲劳强度接近中碳钢。2．球墨铸铁的牌号及用途

球墨铸铁的牌号用“ＱT”符号及其后面两组数字表示。“ＱT”是“球铁”两字汉语拼音的第一个字母，两组数字分别代表其最低抗拉强度和最低伸长率。常用球墨铸铁有：QT400-15、QT450-10、QT500-7、QT600-3、QT700-2、QT800-2、QT900-2等。3．球墨铸铁的热处理球墨铸铁常用的热处理工艺有：退火、正火、调质、贝氏体等温淬火等。

（三）蠕墨铸铁的牌号、性能及用途●蠕墨铸铁是用高碳、低硫、低磷的铁液加入蠕化剂(稀土镁钛合金、稀土镁钙合金、稀土硅铁合金等)，经蠕化处理后获得的高强度铸铁。1．蠕墨铸铁的化学成分、显微组织和性能（1）蠕墨铸铁的化学成分。蠕墨铸铁的原铁液一般属于含高碳硅的共晶合金或过共晶合金。（2）蠕墨铸铁的显微组织。蠕墨铸铁的显微组织有三种类型：铁素体(F)＋蠕虫状石墨(G)；珠光体(P)-铁素体(F)＋蠕虫状石墨(G)；珠光体(P)-蠕虫状石墨(G)。

（3）蠕墨铸铁的性能。蠕墨铸铁的力学性能优于钢基体相同的灰铸铁而低于球墨铸铁，而且蠕墨铸铁在铸造性能、导热性能等方面要比球墨铸铁好。2．蠕墨铸铁的牌号及用途蠕墨铸铁的牌号用“RuT”符号及其数字表示。“RuT”是蠕铁两字汉语拼音字母，其后数字表示最低抗拉强度。常用蠕墨铸铁有：RuT500、RuT450、RuT400、RuT350、RuT300。（四）可锻铸铁的牌号、性能及用途可锻铸铁是由一定化学成分的白口铸铁经石墨化退火，使渗碳体分解而获得团絮状石墨的铸铁。1．可锻铸铁的化学成分、显微组织和性能（1）可锻铸铁的化学成分。（2）可锻铸铁的显微组织。铁素体为基体的黑心可锻铸铁和珠光体为基体的可锻铸铁。（3）可锻铸铁的性能。可锻铸铁的力学性能比灰铸铁高，但可锻铸铁并不能进行锻压加工。2．可锻铸铁的牌号及用途可锻铸铁的牌号是由三个字母及两组数字组成。其中前两个字母“KT”是“可铁”两字汉语拼音的第一个字母；第三个字母代表类别，“H”表示“黑心”（即铁素体基体），“Z”表示珠光体基体，“B”表示白心（铸件中心是珠光体，表面是铁素体）；后两组数字分别表示可锻铸铁的最低抗拉强度和最低伸长率。可锻铸铁广泛应用于汽车、拖拉机、机械制造及建筑行业，用于制造形状复杂、承受冲击载荷的薄壁(厚度<25mm)、中小型铸件。（五）合金铸铁

常用的合金铸铁有耐磨铸铁、耐热铸铁及耐蚀铸铁等。1．耐磨铸铁●不易磨损的铸铁称为耐磨铸铁。耐磨铸铁包括减磨铸铁和抗磨铸铁两大类。●减摩铸铁是在润滑条件下工作的耐磨铸铁，如机床导轨，发动机的汽缸套、活塞环，轴承等。减磨铸铁要求磨损小、摩擦系数小、导热性好、切削加工性好。●具有较好的抗磨料磨损的铸铁，称为抗磨铸铁。抗磨铸铁是在无润滑、干摩擦条件下工作的，如犁铧、轧辊、抛丸机叶片、球磨机磨球、拖拉机履带板、发动机凸轮等。2．耐热铸铁●可以在高温下使用，其抗氧化或抗生长性能符合使用要求的铸铁，称为耐热铸铁。耐热铸铁的牌号用“RT”表示，如HTRSi5、HTRCr16等；如果牌号中有字母“Q”，则表示耐热球墨铸铁，数字表示合金元素的百分质量分数，如QTRSi4、QTRAl22等。耐热铸铁主要用于制作工业加热炉附件，如炉底板、炉条、烟道挡板、废气道、传递链构件、渗碳坩埚、热交换器、压铸模等。

（五）合金铸铁

3．耐蚀铸铁●能耐化学、电化学腐蚀的铸铁，称为耐蚀铸铁。常用的耐蚀铸铁有：高硅耐蚀铸铁、高硅钼耐蚀铸铁、高铝耐蚀铸铁、高铬耐蚀铸铁、镍铸铁等。耐蚀铸铁主要用于化工机械，如管道、阀门、耐酸泵、离心泵、反应锅及容器等。

常用的高硅耐蚀铸铁的牌号有HTSSi11Cu2CrR、HTSSi15R、HTSSi15Cr4MoR等。牌号中的“HTS”表示耐蚀灰铸铁，R是稀土代号，数字表示合金元素的百分质量分数。如果牌号中有字母“Q”，则表示耐蚀球墨铸铁。金属工艺学时间：2023.10讲授人：×××单元四

非铁金属及其合金模块一

铝及铝合金●非铁金属（或有色金属）是除钢铁材料以外的其他金属材料的总称。常用的非铁金属有：铝及铝合金、铜及铜合金、钛及钛合金、滑动轴承合金、硬质合金等。一、纯铝的性能、牌号及用途

1．纯铝的性能铝含量不低于99.00%时为纯铝。纯铝密度是2.7g/cm3，熔点是660℃，结晶后具有面心立方晶格，无同素异构转变现象，无铁磁性；纯铝有良好的导电和导热性能；纯铝在非工业污染的大气中有良好的耐腐蚀性；纯铝的塑性好(δ≈40%，ψ≈80%)，但强度低(σb≈80～100MPa)；纯铝不能用热处理进行强化。2．纯铝的牌号及用途纯铝牌号用1×××四位数字或四位字符表示，牌号的最后两位数字表示最低铝百分含量。当最低铝百分含量精确到0.01%时，牌号的最后两位数字就是最低铝百分含量中小数点后面的两位。例如，1A99（原LG5），其W(Al)=99.99%；1A97（原LG4），其W(Al)=99.97%。纯铝主要用于熔炼铝合金，制造电线、电缆、电器元件、换热器件以及要求制作质轻、导热与导电、耐大气腐蚀但强度要求不高的机电构件等。

二、铝合金

铝合金是以铝为基础，加入一种或几种其他元素(如铜、镁、硅、锰、锌等)构成的合金。1．铝合金的分类铝合金分为变形铝合金和铸造铝合金两类。变形铝合金塑性较高，适于压力加工。变形铝合金分为热处理不能强化铝合金和热处理能强化铝合金。铸造铝合金适合于铸造加工，不适于压力加工。

2．变形铝合金（1）防锈铝。它属于热处理不能强化的变形铝合金，一般只能通过冷压力加工提高其强度，主要是Al-Mn系和Al-Mg系合金，如5A02（LE2）、3A21（LF21）等。防锈铝主要用于制造要求具有较高耐腐蚀性的油箱、导油管、生活用器皿、窗框、铆钉、防锈蒙皮、中载荷零件和焊接件等。（2）硬铝。它属于Al-Cu-Mg系合金，如2A11（LY11）、2A12（LY12）等。硬铝主要用于制作中等强度的构件和零件，如铆钉、螺栓，航空工业中的一般受力结构件（如飞机翼肋、翼梁等）。（3）超硬铝。它属于Al-Cu-Mg-Zn系合金，这类铝合金是在硬铝的基础上再添加锌元素形成的，如7A04（LC4）、7A09（LC9）等。超硬铝主要用于制作受力大的重要构件及高载荷零件，如飞机大梁、桁架（图4-2）、翼肋（图4-3）、活塞、加强框、起落架、螺旋桨叶片等。（4）锻铝。它属于Al-Cu-Mg-Si系合金，如2A50（LD5）、2A70（LD7）等。锻铝适于压力加工（如锻压、冲压等），用来制作各种形状复杂的零件（如内燃机活塞、叶轮等）或棒材。

3．铸造铝合金铸造铝合金是指可采用铸造成形方法直接获得铸件的铝合金。按其所加合金元素的不同，铸造铝合金主要有：Al-Si系；Al-Cu系；Al-Mg系；Al-Zn系合金等。铸造铝合金牌号由铝和主要合金元素的化学符号，以及表示主要合金元素名义质量百分含量的数字组成，并在其牌号前面冠以“铸”字的汉语拼音字母的字首“Z”。例如，ZAlSi12，表示W(Si)=12%，W(Al)=88%的铸造铝合金。

三、铝合金的热处理

1．铝合金的热处理特点铝合金的热处理机理与钢不同。一般钢经淬火后，硬度和强度立即提高，塑性下降。铝合金则不同，能进行热处理强化的铝合金，淬火后硬度和强度不能立即提高，而塑性与韧性却显著提高。铝合金的时效分为自然时效和人工时效两种。铝合金工件经固溶处理后，在室温下进行的时效称为“自然时效”；在加热条件(一般100℃～200℃)下进行的时效称为“人工时效”。

2．铝合金的热处理铝合金常用的热处理方法有：退火，淬火加时效等。退火可消除铝合金的加工硬化，恢复其塑性变形能力，消除铝合金铸件的内应力和化学成分偏析。淬火也称“固溶处理”，其目的是使铝合金获得均匀的过饱和固溶体。时效处理是使淬火铝合金达到最高强度，淬火加时效是铝合金强化的主要方法。

模块二

铜及铜合金目前工业上使用的铜及其合金主要有：加工铜（纯铜）、黄铜、青铜及白铜。

一、加工铜（纯铜）的性能、牌号及用途

1．加工铜的性能加工铜的熔点为1083℃，密度是8.89～8.95g/cm3，其晶胞是面心立方晶格。加工铜具有良好的导电性、导热性和抗磁性、耐腐蚀性。加工铜的抗拉强度(σb=200～400MPa)不高，硬度（30～40HBW）较低，塑性(δ=45%～50%)与低温韧性较好，容易进行压力加工。加工铜没有同素异构转变现象，经冷塑性变形后可提高其强度。2.加工铜的牌号及用途加工铜的牌号用汉语拼音字母“T”加顺序号表示，共有T1（一号铜）、T2（二号铜）、T3（三号铜）三种，牌号中的顺序号数字越大，则其纯度越低。加工铜主要用于制造电线、电缆、电子器件、导热器件以及作为冶炼铜合金的原料等。二、铜合金的分类铜合金按合金的化学成分分类，可分为黄铜、白铜和青铜三类。

1．黄铜●黄铜是指以铜为基体金属，以锌为主加元素的铜合金。黄铜包括普通黄铜和特殊黄铜。●普通黄铜是由铜和锌组成的铜合金；在普通黄铜中再加入其它元素所形成的铜合金称为特殊黄铜。根据生产方法的不同，黄铜又可分为加工黄铜与铸造黄铜两类。2．白铜●白铜是指以铜为基体金属，以镍为主加元素的铜合金。白铜包括普通白铜和特殊白铜。●普通白铜是由铜和镍组成的铜合金；在普通白铜中再加入其它元素所形成的铜合金称为特殊白铜。根据生产方法的不同，白铜又可分为加工白铜与铸造白铜两类。3．青铜●青铜是指除黄铜和白铜以外的铜合金。根据生产方法的不同，青铜可分为加工青铜与铸造青铜两类。

三、加工黄铜加工黄铜的牌号用“黄”字汉语拼音字首“H”加数字表示。普通黄铜牌号用“黄”字汉语拼音字首“H”加数字表示，其中数字表示平均铜的质量分数，如H70表示铜的质量分数为80%，锌的质量分数为20%的普通黄铜。特殊黄铜牌号用“黄”字汉语拼音字首“H”加主加元素（Zn除外）符号，加铜及相应主加元素的质量分数来表示，如HPb59-1表示铜的质量分数为59%，铅的质量分数为1%的特殊黄铜。1．普通黄铜普通黄铜色泽美观，具有良好的耐腐蚀性，加工性能较好。普通黄铜有：H96、H90、H85、H80、H70、H68、H65、H63、H62、H59。普通黄铜主要用于制作导电零件、双金属、艺术品、奖章、弹壳、散热器、排水管、装饰品、支架、接头、油管、垫片、销钉、螺母、弹簧等。2．特殊黄铜特殊黄铜具有较高的力学性能、工艺性能和化学性能。特殊黄铜常用于制作轴、轴套、齿轮、螺栓、螺钉、螺母、分流器、导电排、水管零件、耐磨零件、耐腐蚀零件。金属工艺学时间：2023.10讲授人：×××单元四

非铁金属及其合金四、加工白铜1．普通白铜普通白铜具有优良的塑性、很好的耐腐蚀性、耐热性、特殊的电性能和冷热加工性能。普通白铜用于制造精密机械零件、仪表零件、冷凝器、蒸馏器、热交换器和电器元件等。普通白铜的牌号用“B+数字”表示，其中“B”是“白”字的汉语拼音字首，数字表示镍的质量分数。例如，B19表示镍的质量分数是19%，铜的质量分数是81%的普通白铜。常用普通白铜有B0.6、B5、B19、B25、B30等。2．特殊白铜特殊白铜具有较高的力学性能、工艺性能和电热性能以及某些特殊性能。常用来制造热电偶、变阻器及加热器等。特殊白铜的牌号用“B+主加元素符号+几组数字”表示，数字依次表示镍和主加元素的质量分数，如BMn3-12表示平均镍的质量分数是3%、锰的质量分数是12%的锰白铜。常用特殊白铜有铝白铜（如BA16-1.5）、铁白铜（如BFe30-1.1）、锰白铜（如BMn3-12）等。

五、加工青铜

加工青铜的牌号用“Ｑ+第一个主加元素的化学符号及数字+其它元素符号及数字”方式表示，Ｑ是“青”字汉语拼音字首，数字依次表示第一个主加元素和其它加入元素的平均质量分数。例如，ＱAl5即为平均铝的质量分数是5%的铝青铜。常用加工青铜主要有：锡青铜（如QSn4-3）、铝青铜（如QAl5）、硅青铜（如QSi3-1）、锰青铜（如QMn2）等。加工青铜主要用于制作弹性高、耐磨、抗腐蚀、抗磁的零件，如弹簧片、电极、齿轮、轴承（套）、轴瓦、蜗轮、电话线、输电线及与酸、碱、蒸汽等接触的零件等。

六、铸造铜合金●铸造铜合金是指用以生产铸件的铜合金。铸造铜合金的牌号表示方法是用“ZCu+主加元素符号+主加元素质量分数+其他加入元素符号和质量分数”组成。例如，ZCuZn38表示锌的质量分数为38%的铸造铜合金。常用的铸造黄铜合金有：ZCuZn38、ZCuZn16Si4、ZCuZn40Pb2、ZCuZn25AlFe3Mn3等。常用的铸造青铜合金有：ZCuSn10Zn2、ZCuAl9Mn2、ZCuPb30等。

模块三

钛及钛合金

一、加工钛（纯钛）的性能、牌号及用途

1．加工钛的性能

加工钛的密度为4.51g/cm3，熔点为1668℃，热膨胀系数小，具有优良的耐腐蚀性，塑性好，强度低，容易加工成形。加工钛结晶后有同素异构转变现象：α-Ti(密排六方晶格)882℃β-Ti(体心立方晶格)

2．加工钛的牌号和用途

加工钛的牌号用“TA+顺序号”表示，如TA2表示2号工业纯钛。

工业纯钛的牌号有TA0G、TA1G、TA2G、TA3G、TA4G等牌号，顺序号越大，杂质含量越多。

加工钛在航空和航天部门主要用于制造飞机骨架、蒙皮、发动机部件、热交换器、泵体、搅拌器、蒸馏塔、叶轮、阀门、海水净化装置及舰船耐腐蚀零部件。

三、铝合金的热处理

二、钛合金

钛合金按退火后的组织形态可分为α型钛合金、β型钛合金和(α+β)型钛合金。钛合金的牌号用“T+合金类别代号+顺序号”表示。T是“钛”字汉语拼音字首，合金类别代号分别用A、B、C表示α型型钛合金、β型型钛合金、(α+β)型钛合金。例如，TA7表示7号α型钛合金；TB2表示2号β型钛合金；TC4表示4号(α+β)型钛合金。

α型钛合金一般用于制造使用温度不超过500℃的零件，如飞机蒙皮、骨架零件，航空发动机压气机叶片和管道。常用的α型钛合金有：TA4、TA5、TA6、TA7、TA9、TA10等。β型钛合金一般用于制造使用温度在350℃以下的结构零件和紧固件，如压气机叶片、轴、轮盘及航空航天结构件等。常用的β型钛合金有：TB1、TB2、TB3、TB4等。(α+β)型钛合金用于制造使用温度在500℃以下和低温下工作的结构零件，如各种容器、泵、低温部件等。常用的(α+β)型钛合金有：TC1、TC2、TC3、TC4、TC6、TC7、TC9、TC10、TC11、TC12等。

模块四

镁及镁合金

一、纯镁的性能、牌号及用途

镁是一种轻质有延展性的银白色金属，其晶格结构是密排六方晶格，其熔点是648.8℃，密度是1.74g/cm3，是最轻的非铁金属。

纯镁牌号以Mg加数字形式表示，Mg后面的数字表示Mg的质量分数。纯镁主要用于制作合金以及作为保护其他金属的牺牲阳极。二、镁合计的性能、牌号及用途

镁合金是以镁为基加入其他元素组成的合金。镁合金中主要加入的合金元素有铝（Al）、锌（Zn）、锰（Mn）、稀土（RE）、钍（Th）、锆（Zr）、镉（Cd）、锂（Li）、钆（Gd）、硅（Si）等。

镁合金包括变形镁合金和铸造镁合金两大类。目前，在工业中应用较广泛的镁合金系主要有：Mg-Al、Mg-Zn、Mg-Mn、Mg-RE、Mg-Gd、Mg-Y、Mg-Zr、Mg-Li等。镁合金的热处理方式与铝合金基本相同，镁合金常用的热处理工艺主要有铸造或锻造后的直接人工时效、退火、淬火（但不进行时效）、淬火加人工时效等，具体工艺规范可根据镁合金的化学成分特点及性能要求来确定。

目前，镁合金中使用最广、最多的是镁铝合金，其次是镁锰合金和镁锌锆合金。镁合金主要用于航空、航天、国防、交通运输、化工等工业部门。

模块五

滑动轴承合金

滑动轴承合金具有良好耐磨性和减摩性，是用于制造滑动轴承轴瓦及其内衬的铸造合金。

一、滑动轴承合金的理想组织

滑动轴承合金的理想显微组织是：在软的基体上分布着硬质点，或是在硬的基体上分布着软质点。二、常用滑动轴承合金

常用滑动轴承合金有：锡基、铅基、铜基、铝基等滑动轴承合金。铸造滑动轴承合金牌号由字母“Z+基体金属元素+主添加合金元素的化学符号+主添加合金元素平均百分质量分数的数字+辅添加合金元素的化学符号+辅添加合金元素平均百分质量分数的数字”组成。如果合金元素的百分质量分数不小于1%，该数字用整数表示，如果合金元素的百分质量分数小于1%，一般不标数字，必要时可用一位小数表示。例如，ZSnSb11Cu6表示平均锑的质量分数是11%、铜的质量分数是6%、其余锡的质量分数是83%的铸造锡基轴承合金。

1．锡基滑动轴承合金(或锡基巴氏合金)

锡基滑动轴承合金是以锡为基，加入锑(Sb)、铜等元素组成的合金。锡基滑动轴承合金具有适中的硬度、低的摩擦系数、较好的塑性和韧性、优良的导热性和耐腐蚀性，常用于制造重要的滑动轴承。

常用锡基滑动轴承合金有：ZSnSb12Pb10Cu4、ZSnSb8Cu4、ZSnSb11Cu6、ZSnSb4Cu4等。

2.铅基滑动轴承合金(铅基巴氏合金)

铅基滑动轴承合金是以铅为基，加入锑、锡、铜等元素组成的滑动轴承合金。铅基滑动轴承合金的强度、硬度、韧性均低于锡基滑动轴承合金，摩擦系数较大，用于制作中等负荷的低速滑动轴承。

常用铅基滑动轴承合金有：ZPbSb16Sn16Cu2、ZPbSb15Sn10、ZPbSb15Sn5、ZPbSb10Sn6等。3.铜基滑动轴承合金(锡青铜和铅青铜)

铜基滑动轴承合金是指以铜合金作为滑动轴承材料的合金。铜基滑动轴承合金用于制造高速、重载荷下工作的滑动轴承。

常用牌号是ZCuPb30、ZCuSn10P、ZCuSn5Pb5Zn5等。4．铝基轴承合金

铝基滑动轴承合金是以铝为基体元素，加入锑、锡或镁等合金元素形成的滑动轴承合金。铝基滑动轴承合金具有原料丰富、价格低廉、导热性好、疲劳强度高和耐腐蚀性好等优点，而且能轧制成双金属，广泛用于高速重载下工作的汽车、拖拉机及柴油机的滑动轴承。

常用铝基滑动轴承合金有铝锑镁合金和铝锡合金。

模块六

硬质合金

一、硬质合金生产简介

硬质合金是由作为主要组元的一种或几种难熔金属碳化物和金属粘结剂相组成的烧结材料。

难熔金属碳化物主要以碳化钨（WC）、碳化钛（TiC）、碳化钽（TaC）、碳化铌（NbC）等粉末为主要成分，金属粘结剂主要以钴（Co）粉末为主，经混合均匀后，放人压模中压制成形，最后经高温（1400~1500℃左右）烧结后形成硬质合金材料。

二、硬质合金的性能特点

硬质合金的硬度高（最高可达92HRA），高于高速钢（63~70HRC）；热硬性高，在800℃~1000℃时，硬度可保持60HRC以上，远高于高速钢（500℃~650℃）；耐磨性好，比高速钢要高15~20倍。由于这些特点，使得硬质合金刀具的切削速度比高速钢高4~10倍，刀具寿命可提高5~80倍。

硬质合金主要用于制造切削刀具、冷作模具、量具及耐磨零件。

三、硬质合金的分类和代号

硬质合金按用途范围不同，可分为切削加工用硬质合金，地质、矿山工具用硬质合金，耐磨零件用硬质合金。

切削加工用硬质合金包括长切屑加工用硬质合金、长切屑或短切屑加工用硬质合金、短切屑加工用硬质合金。金属工艺学时间：2023.10讲授人：×××单元五

非金属材料非金属材料是指金属及其合金以外的一切材料总称。非金属材料主要有塑料、橡胶、胶粘剂、纤维、陶瓷和复合材料等。模块一

高分子材料

一、高分子材料基础知识

●高分子化合物是指分子量很大的化合物。●分子量大于5000的化合物称为高分子化合物。●分子量小于1000的化合物称为低分子化合物。高分子材料分为有机高分子材料和无机高分子材料两类。有机高分子材料是由相对分子质量大于104并以碳、氢元素为主的有机高分子化合物（又称高聚物）组成。有机高分子材料按来源分为天然高分子化合物和人工合成高分子化合物两大类。有机高分子化合物亦称高聚物天然高分子材料有松香、蛋白质、天然橡胶、皮革、蚕丝、木材等。人工合成高分子材料有塑料、合成橡胶、合成胶粘剂、合成纤维、高分子涂料和高分子基复合材料等。(一)有机高分子材料的合成●由低分子化合物聚合起来形成有机高分子化合物的过程称为聚合反应。●聚合以前的低分子化合物称为单体。由单体聚合为有机高分子化合物（或高聚物）的基本方法有两种，一种是加聚反应；另一种是缩聚反应。●加聚反应是指一种或几种单体相互加成而连接成有机高分子化合物（或高聚物）的反应。由加聚反应获得的有：聚乙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯睛等。●缩聚反应是指一种或几种单体相互作用连接成聚合物，同时析出（缩去）新的低分子化合物（如水、氨、醇、卤化物等）的反应。由缩聚反应得到的高聚物有酚醛树脂、环氧树脂、聚酰胺、有机硅树脂等。

（二）有机高分子化合物分子链的几何形状和特点有机高分子化合物的分子链按几何形状一般分为线型分子链、支化型分子链和网型分子链三种。●线型分子链是指由高分子的基本结构单元（链节）以共价键相互联接成线型长链分子，其直径小于1nm，而长度达几白至几千纳米，像一根呈卷曲状或线团状的长线。●支化型分子链是指在主链的两侧以共价键连接着相当数量的长短不一的支链，其形状分树枝形、梳形、线团支链型等。●网型分子链是指线型分子链或支化型分子链之间通过化学键或链段连接成一个三维空间网状的分子结构。

二、塑料（一）塑料的组成

●塑料是指以树脂为主要成分，再加入其他添加剂（如增塑剂、稳定剂、润滑剂、着色剂、填料等），在一定温度与压力下塑制成形的材料或制品的总称。●树脂是指受热时有软化或熔融范围，在软化时受外力作用下有流动倾向的有机高分子化合物，它是组成塑料的最基本成份。增塑剂是用来提高树脂可塑性与柔软性的一种添加剂。稳定剂（又称防老化剂）是用来防止树脂在受热、光和氧气等作用时发生过早老化，延长塑料制品使用寿命所加入的某些物质。润滑剂是为防止塑料在成形过程中粘在模具或其它设备上而加入的物质。着色剂是为了使塑料制品具有美丽的色彩需要在塑料中加入的物质。填料是为弥补树脂在某些性能方面的不足而加入的物质。

（二）塑料的分类1.按塑料的热性能分类根据树脂在加热和冷却时所表现的性质，可将塑料分为热塑性塑料和热固性塑料两类。●热塑性塑料主要由聚合树脂加入少量稳定剂、润滑剂等制成。这类塑料受热软化，冷却后变硬，再次加热又软化，冷却后又硬化成形，可多次重复。常用的热塑性塑料有聚乙烯塑料、聚氯乙烯塑料、聚丙烯塑料、聚苯乙烯、聚酰胺塑料(或称尼龙)、聚甲醛、聚碳酸脂、聚四氟乙烯、ＡＢＳ塑料、聚砜等。●热固性塑料大多是以缩聚树脂为基础，加入各种添加剂而成。这类塑料加热时软化，可塑制成形，但固化后的塑料既不溶于溶剂，也不再受热软化，只能塑制一次。常用的热固性塑料有酚醛塑料、氨基塑料、环氧塑料等。2．按塑料的应用范围分类按塑料的应用范围可分为通用塑料、工程塑料和耐高温塑料。●通用塑料是指产量大、用途广、价格低的一类塑料。主要包括6大品种：聚乙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯、酚醛塑料和氨基塑料。●工程塑料是指能在较宽温度范围内和较长使用时间内保持优良性能，能承受机械应力并作为结构材料使用的一类塑料。主要品种有聚乙烯、聚酰胺塑料、聚甲醛、聚碳酸脂、聚四氟乙烯、ＡＢＳ塑料、聚砜、酚醛塑料、环氧塑料等。●耐高温塑料是耐高温、产量小、价格贵，适用于特殊用途的塑料，如聚四氟乙烯、环氧塑料和有机硅塑料等都能在100℃～200℃范围内工作。（三）塑料的特性和应用塑料具有密度小、比强度高(抗拉强度除以密度)、化学稳定性好、电绝缘性好、减振、耐磨、隔音性能好、自润滑性好等特性。广泛应用于电子工业、交通、航空工业、农业、建筑等部门。（四）塑料的成形加工

●塑料的成形是将各种形态（粉状、粒状、液态、糊状等）的塑料制成具有一定形状和尺寸的制品的工艺过程。常用的成形方法有注射成形、模压成形、浇铸成形、挤出成形和吹塑成形等。成形的塑料制品大都可以直接使用。一些要求表面光洁、精度高的塑料零件在成形后还需进行切削加工等，如机械加工、连接、喷涂、电镀等，以满足某些特殊性能要求。三、橡胶（一）橡胶的组成●橡胶是以生胶为基体并加入适量配合剂制成的有机高分子材料。●生胶是指未加配合剂的天然或合成橡胶的总称。生胶按原料来源可分为天然橡胶和合成橡胶。天然橡胶主要从橡胶树或相关植物（如蒲公英等）的胶乳中制取。通过化学合成方法制成的橡胶称为合成橡胶，如丁苯橡胶、氯丁橡胶等。生胶是粘合各种配合剂和骨架材料的粘结剂，橡胶制品的性质主要决定于生胶的性质。●配合剂是为了提高和改善橡胶制品的使用性能和加工工艺性能而加入的物质。橡胶的配合剂大体可分为硫化剂、硫化促进剂、防老剂、软化剂、填充剂、发泡剂及着色剂等。

（二）橡胶的特点、加工工艺流程、应用及保护

橡胶最重要的特点是高弹性，具有良好的耐磨性、绝缘性、隔音性和阻尼特性，以及良好的不透气和不透水性能。橡胶的最大缺点是易老化，即橡胶制品在使用过程中出现变色、发粘、发脆及龟裂等现象，使弹性、强度等发生变化，并影响橡胶制品的性能及使用寿命。

橡胶制品的基本加工工艺是：生胶塑炼→胶料混炼→压延→压出→制品硫化。

橡胶可作为弹性材料、密封材料、减振防振材料和传动材料；在电气工业中可制作各种导线、电缆的绝缘外包层等。

（三）常用橡胶

常用橡胶主要有：天然橡胶（代号NR）、丁苯橡胶(代号ＳＢＲ)、顺丁橡胶(代号ＢＲ)、氯丁橡胶(代号ＣＲ)、硅橡胶（代号MVQ）及氟橡胶(代号ＦＰＭ)等。

四、胶粘剂●胶接是借助于一种物质在固体表面产生的粘合力将材料牢固地连接在一起的方法。●胶粘剂或胶合剂是一种能够将两种物件胶接起来，并使结合处具有足够强度的物质。胶粘剂是以具有粘性的有机高分子物质为基料，加入某些添加剂组成。

（一）胶粘剂的分类

按照来源可分为天然胶粘剂（淀粉系、蛋白系、沥青系等）和合成胶粘剂（树脂型、橡胶型、复合型）两大类。按胶粘剂基料的化学成分可分为有机胶粘剂和无机胶粘剂（硅酸盐、磷酸盐、硼酸盐等）两大类。按胶粘剂的主要用途分类，可分为非结构胶（承受负荷较低）、结构胶（承受负荷较高）、密封胶、导电胶、耐高温胶、水下胶、点焊胶、医用胶、应变片胶、压敏胶等。按照被胶接材料可分为金属胶粘剂和非金属胶粘剂（塑料胶粘剂和橡胶胶粘剂）。胶粘剂以流变性质来分，可分为热固性胶粘剂、热塑性胶粘剂、合成橡胶胶粘剂和复合型胶粘剂。●热固性胶粘剂是以热固性树脂为基料，再加入添加剂制得。常用于胶接各种金属和非金属材料。●热塑性胶粘剂是以热塑性树脂为基料，与溶剂配置成溶液或直接通过熔化方式而制得。热塑性胶粘剂适合于胶接多孔性、易吸水的材料，如纸、木材、纤维织物、塑料及铝箔等。●合成橡胶胶粘剂是以合成橡胶，如氯丁橡胶、丁腈橡胶、丁基橡胶、天然橡胶等为基料，再加入添加剂配置成的胶粘剂。此类胶粘剂适合于胶接金属、塑料、橡胶、木材、织物等，尤其适合于胶接其他胶粘剂难以胶接的聚氯乙烯塑料。●复合型胶粘剂是由不同种类的树脂或树脂与橡胶的混合物为基料组成的胶粘剂。此类胶粘剂是适应高强度结构材料发展的。

（二）胶粘剂的组成

合成胶粘剂的组分包括基料、固化剂、增塑剂、增韧剂、填料、稀释剂等。

基料是胶粘剂的主要组分。它对胶粘剂的性能(如胶接强度、耐热性、韧性、耐老化等)起着重要作用。常用的基料有酚醛树脂、环氧树脂、聚脂树脂、聚酰胺树脂及氯丁橡胶等。

固化剂的作用是使胶粘剂固化，其种类和用量直接影响胶粘剂的使用性质和工艺性能。

增塑剂和增韧剂能改善胶粘剂的塑性和韧性，提高胶接接头抗剥离、抗冲击能力及耐寒性等。

填料的加入能提高胶接接头强度和表面硬度，提高耐热性。还可降低热膨胀系数和收缩率，增大粘度和降低成本。通常使用的填料有金属粉末、石墨粉、氧化铝、石棉和玻璃纤维等。

稀释剂能降低胶粘剂的粘度，增加胶粘剂对被粘接物表面的浸润力，并有利于施工。凡能与胶粘剂混溶的溶剂均可作稀释剂。

（三）胶接条件和工艺过程

利用胶粘剂把彼此分离的物件胶接在一起，形成牢固接头的必要条件是：胶粘剂必须能够很好地浸润被胶接物的表面；在固化硬结后，胶层应有足够的内聚力而且胶粘剂与被胶接物件之间有足够的粘附力。

（四）胶粘剂在机械工程上的应用1．胶粘剂在机械设备修理方面的应用胶粘剂用来修补各种铸件表面的气孔、缩孔、砂眼等缺陷，修复机床导轨的磨损、拉毛等缺陷。2．利用胶粘剂可改进机械安装工艺

有些配合零件采用胶粘剂胶接，可以降低加工精度要求，简化操作规程，节省工时。

(五)胶接的特点

（1）胶接处应力分布均匀。

（2）胶接可以连接各种材料。

（3）胶接接头平整光滑、重量轻。金属工艺学时间：2023.10讲授人：×××单元五

非金属材料五、合成纤维（一）纤维的分类●纤维是指长度与直径之比大于100甚至达1000，并具有一定柔韧性的物质。纤维分为两大类：一类是天然纤维，如棉花、羊毛、蚕丝、麻等；另一类是化学纤维（包括人造纤维和合成纤维），即用天然高聚物或合成高聚物经化学加工而制得的纤维。●由天然高聚物制得的纤维，称为人造纤维；由合成高聚物制得的纤维，称为合成纤维。●以含有纤维素的天然高聚物为原料制取的纤维，则称为再生纤维素纤维；●以含有蛋白质的天然高聚物为原料制取的纤维，称为再生蛋白质纤维。合成纤维根据高聚物大分子主链的化学组成，分为杂链纤维和碳链纤维两类。（二）纤维的特点和用途。纤维具有弹性模量大，受力时形变小，强度高等特点。纤维可以制作服装，可以增强混凝土的强度和防渗性能，能补肌肉、骨骼、血管等。（三）合成纤维的生产工艺合成纤维的生产工艺包括单体的制备与聚合、纺丝和后加工等基本环节。（四）常用合成纤维合成纤维品种多，大规模生产的约有40种，其中发展最快的是聚酯纤维（涤纶）、聚酰胺纤维（锦纶）、聚丙烯腈纤维（腈纶）、聚乙烯醇纤维（维纶）、聚丙烯纤维（丙纶）、聚氯乙烯纤维（氯纶），通称六大纶。涤纶、锦纶和腈纶三品种的产量占合成纤维的90%以上。模块二

陶瓷材料陶瓷材料是无机非金属材料的统称，是用天然的或人工合成的粉状化合物，通过成形和高温烧结而制成的多晶体固体材料。它包括陶瓷、瓷器、玻璃、搪瓷、耐火材料、砖瓦、水泥、石膏等。一、陶瓷材料的分类陶瓷材料按其成分和来源，可分为普通陶瓷(传统陶瓷)和特种陶瓷(近代陶瓷)两大类。1．普通陶瓷普通陶瓷是以天然的硅酸盐矿物，如粘土、长石、石英等原料为主，经过粉碎、成形和烧结制成的产品。普通陶瓷包括日用陶瓷、建筑陶瓷、卫生陶瓷、低压和高压电瓷、化工陶瓷和多孔陶瓷等。普通陶瓷广泛应用于日用、电气、化工、建筑、纺织等领域中。2．特种陶瓷特种陶瓷主要是指采用高纯度人工合成化合物，如Al2O3、ZrO2、SiC、Si3N4、BN等，制成具有特殊性能的新型陶瓷（包括功能陶瓷）。特种陶瓷包括金属陶瓷、氧化物陶瓷、氮化物陶瓷、硅化物陶瓷、碳化物陶瓷、硼化物陶瓷、氟化物陶瓷、半导体陶瓷、磁性陶瓷、压电陶瓷等。特种陶瓷主要用于制作高温容器、热电偶套管、内燃机火花塞、切削高硬度材料的刀具、金属拉丝模、挤压模、火箭喷嘴、阀门、密封件等。

二、陶瓷材料的组织结构陶瓷材料内部存在晶体相、玻璃相和气相。这三种相的相对数量、形状和分布对陶瓷性能的影响很大。●晶体相大多数是由离子键构成的离子晶体（如MgO、Al2O3等），此外还有共价键（Si3N4、SiC等）构成的晶体。●玻璃相是由各组成物和杂质通过一系列物理化学作用形成的非晶态物质称为玻璃相。●气相是陶瓷中存在的气孔。

三、陶瓷制品的生产过程陶瓷制品一般都要经历原料制备、成形和烧结三个阶段。●原料制备是指采用机械或物理或化学方法制备粉料的过程。●成形是指用某些工具或模具将坯料制成一定形状、尺寸、密度和强度的坯型（或生坯）的过程。陶瓷制品的成形，可以采用可塑成形、压制成形、注浆成形等方法。

模块三

复合材料一、复合材料的概念

复合材料是由两种或两种以上不同性质的材料，通过不同的工艺方法人工合成的多相材料。不同材料复合后，通常是其中一种材料作为基体材料，起粘结作用；另一种材料作为增强剂材料，起承载作用。

二、复合材料的特点

复合材料具有以下性能特点：1．复合材料的比强度和比模量较高2．复合材料抗疲劳性能好3．复合材料结构件减振性能好4．复合材料高温性能好5．独特的成形工艺。三、常用复合材料的种类

按复合材料的增强剂种类和结构形式的不同，复合材料可分为纤维增强复合材料、层叠增强复合材料和颗粒增强复合材料三类。●纤维增强复合材料是指以玻璃纤维、碳纤维、硼纤维、陶瓷材料等作复合材料的增强剂，复合于塑料、树脂、橡胶和金属等基体材料之中所形成的复合材料，如玻璃纤维增强橡胶、玻璃纤维增强塑料、陶瓷纤维增强玻璃、SiC增强钛合金复合材料等都是纤维增强复合材料。●层叠增强复合材料是克服复合材料在高度上性能的方向性而发展起来的，如层合板、钢-铜-塑料复合的无油润滑轴承材料、巴氏合金-钢双金属层滑动轴承材料等就是这类复合材料。●颗粒增强复合材料主要指弥散强化金属、金属陶瓷(硬质合金)以及在聚合物中加入填料（如石墨、云母、滑石粉、二氧化硅等）形成的以聚合物为基体的复合材料等，如金属陶瓷就是由WC、Co或WC、TiC、Co等组成的细颗粒增强复合材料。四、常用纤维增强树脂基复合材料常用树脂基纤维增强复合材料是玻璃纤维增强树脂基复合材料和碳纤维增强树脂基复合材料。１．玻璃纤维增强树脂基复合材料以树脂为基体玻璃纤维为增强剂的复合材料称为玻璃纤维增强复合材料。根据树脂在加热和冷却时所表现的性质不同，玻璃纤维增强树脂基复合材料分为玻璃纤维增强热塑性树脂复合材料和玻璃纤维增强热固性树脂复合材料两种。玻璃纤维增强热固性树脂复合材料又称玻璃钢，它是目前应用最广泛的一种新型工程材料。玻璃钢的性能特点是强度较高，接近或超过铜合金和铝合金；密度为1.5～2.8g/cm3，只有钢的1/4～1/5。玻璃钢制造各种罐、管道、泵、阀门、贮槽等，可制作金属、混凝土等设备内壁的衬里，使这些化工设备在不同介质、温度和压力条件下的工作寿命增加。２．碳纤维增强树脂基复合材料碳纤维可与环氧树脂、酚醛树脂、聚四氟乙烯等组成碳纤维增强树脂基复合材料。碳纤维增强树脂基复合材料不仅保持了玻璃钢的许多优点，而且许多性能优于玻璃钢。碳纤维增强树脂基复合材料可用于制作承载零件和耐磨零件，如连杆、活塞、齿轮、轴承、汽车外壳、发动机外壳、容器、管道、泵等。

金属工艺学时间：2023.10讲授人：×××单元六

铸造●铸造是指熔炼金属，制造铸型，并将熔融金属浇入铸型，凝固后获得一定形状和性能金属零件毛坯的成形方法。●用铸造方法得到的金属毛坯称为铸件。铸造成形方法主要有砂型铸造和特种铸造两类。●在砂型中生产铸件的铸造方法，称为砂型铸造。●与砂型铸造不同的其它铸造方法，称为特种铸造。铸造生产具有如下特点：（1）铸造的适应性很广。（2）铸造具有良好的经济性。（3）铸件力学性能较低。模块一

砂型铸造造型、制芯和金属熔炼是铸造生产中的重要工序。一、造型

用型砂及模样等工艺装备制造砂型的方法和过程，称为造型。1．造型材料与造型工具

制造铸型（芯）用的材料一般是指砂型铸造用的材料，它主要包括水洗砂（型砂和芯砂）、粘结剂（粘土、膨润土、水玻璃、植物油、树脂等）、各种附加物（煤粉或木屑等）、旧砂和水。造型材料应具备一定的强度、可塑性、耐火性、透气性、退让性和溃散性等性能。常用造型工具有：砂箱、底板、砂冲子（舂砂锤）、通气针、起模针、皮老虎、镘刀、秋叶、提钩、半圆等。2．砂型的各组成部分从砂型中取出模样后形成的空腔称为型腔。上砂型与下砂型的分界面称为分型面。3．造型方法

造型方法通常分为手工造型和机器造型两大类。

全部用手或手动工具完成的造型工序称为手工造型。用机器全部地完成或至少完成紧砂操作的造型工序称为机器造型。机器造型常用的紧砂方法有：震实、压实、震压、抛砂、射压等几种方式。机器造型常用的起模方法有：顶箱、漏模、翻转三种方式。二、制芯制造型芯的过程称为制芯。手工制芯时主要采用型芯盒制芯。根据芯盒结构不同，手工制芯方法可分为整体式芯盒制芯、可拆式芯盒制芯、对开式芯盒制芯三种。为了保证型芯具有较高的强度、耐火性、透气性、退让性和溃散性，采取如下工艺措施：1．在型芯上开设通气孔和通气道。

2．在型芯里放置芯骨。

3．型芯上涂料及其烘干。

三、浇注系统为了顺利平稳地填充型腔和冒口而在铸型中开设的一系列通道，称为浇注系统。浇注系统由浇口杯、直浇道、横浇道和内浇道组成。浇注系统按内浇道在铸件上的位置，可设计成顶注式浇注系统、中注式浇注系统、底注式浇注系统、阶梯式浇注系统等多种形式。四、熔炼

常用的熔炼设备有：冲天炉、电炉、坩埚炉。五、合型、浇注、落砂、清理和检验

●将铸型的各个组元如上型、下型、型芯、浇口杯等组合成一个完整铸型的操作过程称为合型。●将熔融金属从浇包注入铸型的操作称为浇注。●用手工或机械使铸件和型砂（芯砂）、砂箱分开的操作过程称为落砂。●落砂后从铸件上清除表面粘砂、型砂（芯砂）、多余金属（包括浇、冒口、飞翅和氧化皮）等过程的总和称为清理。●铸件清理后，应进行质量检验。检验可通过肉眼观察（或借助尖咀锤）找出铸件的表面缺陷，如气孔、砂眼、粘砂、缩孔、浇不足、冷隔等。对于铸件内部缺陷可进行耐压试验、超声波探伤等。金属工艺学时间：2023.10讲授人：×××单元六

铸造模块二

铸造工艺图铸造工艺图是表示铸型分型面、浇注系统、冒口系统、浇注位置、型芯结构尺寸、控制凝固措施（冷铁、保温衬板）等内容的图纸。一、浇注位置的确定浇注位置是指浇注时铸型分型面所处的位置。（1）铸件的重要加工面或主要工作面应朝下。（2）铸件的大平面应朝下。（3）具有大面积的薄壁铸件，应将薄壁部分放在铸型下部。（4）易形成缩孔的铸件，浇注时应把厚的部分放在分型面附近的上部或侧面。二、分型面的选择

铸型组元间的接合面称为分型面。（1）应减少分型面的数量，尽量使铸件位于下型中。（2）尽量采用平直面作为分型面，少用曲折面作为分型面。（3）尽量使铸件的主要加工面和加工基准面位于一个砂箱内。（4）分型面一般设在铸件的最大截面处，充分利用砂箱高度，不要使模样在一个砂箱内过高。三、工艺参数的选择绘制铸造工艺图应考虑的主要工艺参数是加工余量、起模斜度、铸造圆角、收缩率和芯头等。铸件的加工余量是指为了保证铸件加工面尺寸和零件精度，在进行铸件工艺设计时预先增加的，并且在机械加工时切去的金属层厚度。起模斜度是为了使模样容易从铸型中取出或芯子自芯盒脱出，平行于起模方向在模样或芯盒壁上设置的斜度。芯头是指模样上的突出部分，在型内形成芯座并放置芯头的部分。收缩率。铸件在冷却凝固过程中尺寸要缩小。因此，制造模样和型芯盒时，要根据合金的线收缩率将尺寸放大，以保证冷却后铸件的尺寸符合要求。在设计铸件和制造模样时，对相交壁的交角处要做成圆弧过渡，这种圆弧称为铸造圆角。四、绘制铸造工艺图

模块三

合金的铸造性能合金在铸造成形过程中获得外形准确、内部健全铸件的能力称为合金的铸造性能。合金的铸造性能主要包括吸气性、氧化性、流动性、收缩性、凝固温度范围、凝固特性、热裂倾向性以及与铸型和造型材料的相互作用等。一、流动性

流动性是指熔融合金的流动能力。1．流动性对铸件质量的影响液态合金的流动性好，充型能力就强，容易获得尺寸准确、外形完整和轮廓清晰的铸件，避免产生冷隔和浇不足等缺陷，也有利于合金液中非金属夹杂物和气体的排出，避免产生夹渣和气孔等缺陷。同时，也有利于补充在凝固过程中所产生的收缩，避免产生缩孔和缩松等缺陷。2．影响流动性的因素影响合金流动性的因素主要有浇注温度、化学成分及铸型的充填条件等。二、收缩性

合金在液态凝固和冷却至室温过程中，产生体积和尺寸减小的现象称为收缩。1．收缩的三个阶段液态合金从浇注温度冷却到室温过程中要经过液态收缩、凝固收缩、固态收缩三个阶段。●液态收缩是指熔融金属在凝固阶段的体积收缩；凝固收缩是指溶融金属在凝固阶段的体积收缩；固态收缩是指金属在固态由于温度降低而发生的体积收缩。2．影响收缩的因素影响合金收缩的因素主要有：化学成分、浇注温度、铸件结构与铸型条件等。二、收缩性3．缩孔与缩松的形成及防止●液态合金在铸型内凝固过程中，由于补缩不良，在铸件最后凝固部分形成的孔洞，称为缩孔。●封闭区域内的液态合金凝固时得不到补充，则形成许多分散的小缩孔，这种在铸件缓慢凝固区内出现的细小的缩孔洞称为缩松。●防止缩孔的方法称为补缩。对形状简单的铸件，可将浇注系统或冒口设置在厚壁处，也可适当扩大内浇道的截面积，利用浇道直接进行补缩。只要合理控制铸件的凝固，使之实现顺序凝固，就可获得没有缩孔的致密铸件。●顺序凝固是使铸件按薄壁→厚壁→冒口的顺序进行凝固的过程。●铸件在凝固和冷却过程中由于受阻收缩、热作用和相变等因素而引起的内应力称为铸造应力。铸造应力分为收缩应力、热应力和相变应力。●收缩应力是由于铸型、型芯等阻碍铸件收缩而产生的内应力；●热应力是由于铸件各部分冷却、收缩不均匀而引起的；●相变应力是由于铸件固态相变，造成各部分体积发生不均衡变化而引起的。

金属工艺学时间：2023.10讲授人：×××单元六

铸造模块四

铸件结构工艺性铸件结构工艺性是指铸件结构在满足使用要求的前提下，能用生产率高、劳动量小、材料消耗少和成本低的方法制造出来合格铸件的设计指标。一、铸造工艺对铸件结构的要求

（1）铸件外形应力求简单。（2）铸件应具有最少的分型面，并尽量使分型面呈平面。（3）铸件应少用活块。（4）铸件应尽量不用或少用型芯。（5）型芯的设置要稳固并有利于排气与清理。（6）铸件应有结构斜度。二、合金铸造性能对铸件结构的要求

（1）铸件壁厚应力求均匀。（2）铸件壁的连接应平缓、圆滑，避免直角处产生应力集中和金属积聚，铸件厚壁与薄壁间的连接要逐步过渡，做到减少应力集中，防止裂纹产生。（3）铸件应避免收缩受阻。（4）铸件应尽量避免有过大的水平面。一、金属型铸造金属型铸造是指在重力作用下将溶融金属浇入金属型获得铸件的方法。

金属型铸造的主要优点是：一个金属型可浇注几百次至几万次，节省了造型材料和造型工时，提高了生产率，改善了劳动条件，所得铸件尺寸精度高。金属型铸造主要用于非铁金属铸件的大批量生产，如内燃机活塞、汽缸体、汽缸盖、轴瓦、衬套等零件常用此法来成形。二、压力铸造压力铸造是将熔融金属在高压下高速充填金属型腔，并在压力下凝固的铸造方法。压力铸造在压铸机上进行。压力铸造可得到形状复杂的薄壁件，而且压力铸造的生产率高。压力铸造适用于大批量生产薄壁、复杂的非铁金属小型铸件。三、离心铸造离心铸造是将液态金属浇入浇水平或倾斜主轴旋转着的铸型中，并在离心力的作用下凝固成铸件的铸造方法。离心铸造可以省去芯型，可以不设浇注系统，因此，减少了金属液的消耗量。离心铸造主要用于生产空心旋转体的铸件，如各种管子、缸套、轴套、圆环等。

四、熔模铸造熔模铸造是用易熔材料（如蜡料）制成模样，在模样上包覆若干层耐火涂料，制成型壳，熔出模样后经高温焙烧即可浇注的铸造方法。熔模铸造的铸型是一个整体，无分型面，它是以熔化模样作为起模方式，可以铸造出各种复杂形状的小型零件。铸件尺寸精确、表面光洁，可达到少切削或无切削加工。熔模铸造常用于中、小型复杂形状的精密铸件或熔点高、难以压力加工或难以切削加工的金属，如汽轮机叶片、叶轮、活塞、复杂形状的冷却油管等。

模块六

铸造新技术简介一、真空密封铸造

●真空密封铸造是利用真空使密封在砂箱和上、下塑料薄膜之间的无水、无粘结剂的干石英砂紧实并成形。真空密封铸造的最大优点是铸件质量高，与机器造型比较设备简单，初期投资以及运行和维修费用低，模板和砂箱使用寿命长，金属利用率高，可铸出3mm厚的薄壁件。二、悬浮铸造●悬浮铸造是指在浇注金属液时，将一定量的金属粉末加到金属液流中，使其与金属液掺和在一起而流入铸型的一种铸造方法。悬浮铸造可明显地提高铸钢、铸铁的力学性能，减少金属的体收缩、缩孔和缩松，提高铸件的抗热裂性能，减少铸锭和厚壁铸件中化学成分不均匀性，提高铸件和铸锭的凝固速度。三、半固态铸造●半固态铸造是指将既非全呈液态，又非全固态的固态-液态的金属混合浆料，经压铸机压铸，形成铸件的铸造方法。半固态铸造能够大大减少热量对压铸机的热冲击，延长压铸机的使用寿命，可明显地提高铸件的质量，降低能量消耗，便于进行自动化生产，该方法主要用于汽车轮毂的生产。模块六

铸造新技术简介四、低压铸造●利用较低的气体压力将金属液压入铸型，并使金属液在一定压力下结晶凝固为铸件的铸造方法，称为低压铸造。低压铸造具有铸造设备投资简单，便于操作，容易实现机械化和自动化，适合于金属型、砂型、熔模型等多种铸型，浇注时能够避免充型时金属液的冲刷和飞溅，铸件质量较好。五、铸造过程的计算机数值模拟技术●利用计算机求解物理过程的数值解，称为计算机数值模拟。利用计算机求解铸造过程的数值解，称为铸造过程计算机数值模拟。利用计算机数值模拟技术可以对极为复杂的铸造过程进行定量描述和仿真，模拟出铸件充型、凝固及冷却中的各种物理过程，并依此对铸件的设计结构和质量进行综合评价，做到简化和方便设计过程，提高设计速度，优化设计方案，达到降低设计成本之目的。金属工艺学时间：2023.10讲授人：×××单元七

金属压力加工模块一

金属压力加工概述金属压力加工是利用压力使金属产生塑性变形，使其改变形状、尺寸和改善性能，获得型材、棒材、板材、线材和锻压件的加工方法。金属压力加工包括锻造（自由锻、模锻、胎模锻等）、冲压、挤压、轧制、拉拔等加工工艺方法。一、金属压力加工的基本概念●锻造是指在加压设备及工(模)具的作用下，使坯料、铸锭产生局部或全部的塑性变形，以获得一定几何尺寸、形状和质量的锻件的加工方法。●冲压是指使坯料经分离或成形而得到制件的工艺统称。●挤压是指坯料在封闭模腔内受三向不均匀压应力作用下，从模具的孔口或缝隙挤出，使之横截面积减少，成为所需制品的加工方法。●轧制是指金属材料(或非金属材料)在旋转轧辊的压力作用下，产生连续塑性变形，获得所要求的截面形状并改变其性能的方法，按轧辊轴线与轧制线间和轧辊转向的关系不同，可分为纵轧、斜轧和横轧三种。●拉拔是指坯料在牵引力作用下通过模孔拉出使之产生塑性变形而得到截面小、长度增加的工艺。二、金属压力加工的特点（1）改善金属的内部组织，提高金属的力学性能。（2）节省金属材料。（3）具有较高的生产率。（4）生产范围广。三、金属压力加工基础知识

金属的可锻性是指金属在锻造过程中经受塑性变形而不开裂的能力。可锻性与金属的塑性和变形抗力有关，塑性愈好，变形抗力愈小，则金属的可锻性愈好，反之，则金属的可锻性愈差。1．金属的塑性变形金属在外力作用下将产生塑性变形，其变形过程包括弹性变形和塑性变形两个阶段。（1）金属塑性变形的实质。金属单晶体的变形方式主要有滑移和孪晶两种，在大多数情况下滑移是金属塑性变形的主要方式。金属在滑移变形过程中，一部分旧的位错消失，又大量产生新的位错，总的位错数量是增加的，大量位错运动的宏观表现就是金属的塑性变形过程。位错运动观点认为：晶体缺陷及位错相互纠缠会阻碍位错运动，导致金属的强化，即产生冷变形强化现象。（2）金属的冷变形强化。随着金属冷变形程度的增加，金属的强度指标和硬度都有所提高，但塑性有所下降，这种现象称为冷变形强化。当加热温度较高时，塑性变形后的金属中被拉长了的晶粒重新生核、结晶，变为等轴晶粒的过程称为再结晶.开始产生再结晶现象的最低温度称为再结晶温度。纯金属的再结晶温度是：T再≈0.4T熔(K)

式中T熔──是纯金属的开氏温度熔点。3．冷加工与热加工的界限从金属学的观点来讲，划分冷加工与热加工的界限是再结晶温度。在再结晶温度以上进行的塑性变形属于热加工；而在再结晶温度以下进行的塑性变形称为冷加工。4．锻造流线与锻造比热锻后的金属组织具有一定的方向性，通常将这种组织称为锻造流线。锻造流线使金属的性能呈各向异性，即沿着流线方向（纵向）的抗拉强度较高，而垂直于流线方向（横向）的抗拉强度较低。金属的变形程度常以锻造比Y来表示，即以变形前后的截面比、长度比或高度比表示。5．影响金属可锻性的因素影响金属可锻性的因素主要有：金属化学成分、组织结构以及变形条件。模块二

金属锻造工艺一、坯料的加热

1．加热目的加热的目的是提高金属的塑性和降低变形抗力，以改善其可锻性和获得良好的锻后组织。

非合金钢、低合金钢和合金钢锻造时应在单相奥氏体区进行，因为奥氏体组织具有良好的塑性和均匀一致的组织。2．锻造温度范围●锻造温度范围是指由始锻温度到终锻温度之间的温度间隔。●始锻温度是指开始锻造时坯料的温度，也是锻造允许的最高加热温度。确定始锻温度的原则是在不出现过热和过烧的前提下，应尽量提高始锻温度，以