机械制造技术

学习项目１

机械加工安全及设备维护

情境1.1生产场所安全情境1.2机械制造安全情境1.3设备的维护保养下一页返回情境1.１生产场所安全1.1.1采光生产场所良好采光是生产必须的条件，如果采光不良，长期作业，容易使操作者眼睛疲劳，视力下降，产生误操作，或发生意外伤亡事故。同时，合理采光对提高生产效率和保证产品质量有直接的影响。因此，生产场所要有良好的采光，以保证安全生产的正常进行。（１）生产场所一般白天依赖自然光，在阴天及夜间则由人工照明采光作补充和代替。（２）生产场所内照明应满足《工业企业照明设计标准》要求。下一页返回情境1.１生产场所安全（３）对厂房一般照明的光窗设置：厂房跨度大于１２m时，单跨厂房的两边应有采光侧窗，窗户的宽度应不小于开间长度的１／２；多跨厂房相连，相连各跨应有天窗，跨与跨之间不得有墙封死。车间通道照明灯要覆盖所有通道，覆盖长度应大于９０％车间安全通道长度。上一页下一页返回情境1.１生产场所安全1.1.2机械生产场所的通道要求通道包括厂区主干道和车间安全通道。厂区主干道是指汽车通行的道路，是保证厂内车辆行驶、人员流动以及消防灭火、救灾的主要通道；车间安全通道是指为了保证职工通行和安全运送材料、工件而设置的通道。１厂区干道的路面要求车辆双向行驶的干道，宽度不小于５m；有单向行驶标志的主干道，宽度不小于３m。进入厂区门口，危险地段需设置限速牌、指示牌和警示牌。上一页下一页返回情境1.１生产场所安全２车间安全通道要求通行汽车，宽度＞３m；通行电瓶车、铲车，宽度＞１.８m；通行手推车、三轮车，宽度＞１.５m；一般人行通道，宽度＞１m。３通道的一般要求通道标记应醒目，画出边沿标记。转弯处不能形成直角。通道路面应平整、无台阶、无坑、沟。道路土建施工应有警示牌或护栏，夜间要有红灯警示。上一页下一页返回情境1.１生产场所安全1.1.3设备布局车间生产设备设施的摆放，相互之间的距离，与墙、柱的距离，操作者的空间，高处运输线的防护罩网，与操作人员的安全都有很大关系。如果设备布局不合理或错误，操作者空间窄小，当工件、材料等飞出时，容易造成人员的伤害，造成意外事故。为此，应该做到：窄小，当工件、材料等飞出时，容易造成人员的伤害，造成意外事故。为此，应该做到：１.大、中、小设备划分规定（１）按设备管理条例规定。将设备分为大、中、小型３类。上一页下一页返回情境1.１生产场所安全（２）特异或非标准设备按外形最大尺寸分类：大型，长＞１２m；中型，长６～１２m；小型，长＜６m。２大、中、小型设备间距和操作空间的规定（１）设备间距（以活动机件达到的最大范围计算）：大型≥２m，中型≥１m，小型≥０.７m。大、小设备间距按最大的尺寸要求计算。如果在设备之间有操作工位，则计算时应将操作空间与设备间距一并计算。若大、小设备同时存在时，大、小设备间距按大的尺寸要求计算。上一页下一页返回情境1.１生产场所安全（２）设备与墙、柱距离（以活动机件的最大范围计算）：大型≥０９m，中型≥０.８m，小型≥０.７m。在墙、柱与设备间有人操作的，应满足设备与墙、柱间和操作空间的最大距离要求。（３）高于２m的运输线应有牢固的防罩（网），网格大小应能防止所输送物件坠落至地面；对低于２m的运输线的起落段两侧应加设护栏，栏高１.０５m。上一页下一页返回情境1.１生产场所安全1.1.4物料堆放生产场所的工位器具、工件、材料摆放不当，不仅妨碍操作，而且容易引起设备损坏和工伤事故。为此，应该做到：（１）生产场所要划分毛坯区，成品、半成品区，工位器具区，废物垃圾区。原材料、半成品、成品应按操作顺序摆放整齐且稳固，一般摆放方位与墙或机床轴线平行，尽量堆垛成正方形。（２）生产场所的工位器具、工具、模具、夹具要放在指定的部位，安全稳妥，防止坠落和倒塌伤人。上一页下一页返回情境1.１生产场所安全（３）产品坯料等应限量存入，白班存放量为每班加工量的１.５倍，夜班存放量为加工量的２.５倍，但大件不超过当班定额。２机械制造技术（４）工件、物料摆放不得超高，在垛底与垛高之比为１∶２的前提下，垛高不超出２m（单位超高除外），砂箱堆垛不超过３.５m。堆垛的支撑稳妥，堆垛间距合理，便于吊装。流动物件应设垫块楔牢.。上一页下一页返回情境1.１生产场所安全1.1.5机械生产场所的地面状态要求生产场所地面平坦、清洁是确保物料流动、人员通行和操作安全的必备条件。为此，应该做到：（１）人行道、车行道的宽度要符合规定的要求。（２）为生产而设置的深大于０.２m、宽大于０.１m的坑、壕、池应有可靠的防护栏或盖板。夜间应有照明。（３）生产场所工业垃圾、废油、废水及废物应及时清理干净，以避免人员通行或操作时滑跌造成事故。（４）生产场所地面应平坦、无绊脚物。上一页返回情境1.2机械制造安全1.2.1铸造安全技术操作规程（１）进入工作场地要穿好工作服。留有长发的女员工要将长发挽起、固定后戴上工作帽。熔炼、浇注前必须要穿戴好防护用品。（２）造型时，不要用嘴吹分型砂，以免砂粒飞入眼内。紧砂时不得将手放在砂箱上，以免砸伤手。（３）搬动砂箱时要注意轻放，不要压伤手脚。平锤须平放在地上，不可直立放置。工具使用后应放在工具盒内，不得随意乱放。起模针及气孔针用后应将针尖朝下放入工具盒内。（４）在造型场内行走时要注意脚下，以免踩坏砂型或被铸件、砂箱等碰伤。（５）浇注用具要烘干，浇包不得装满金属熔液，不准和抬浇包的人说话或并排行走。下一页返回情境1.2机械制造安全（６）非工作人员不要在炉前、浇注场地停留和行走。（７）在熔炉间及造型场地内观察熔炼与浇注时，应站在一定距离外的安全位置，不要站在浇注时往返的通道上，如遇火星或金属熔液飞溅时应保持镇静，不要乱跑，防止碰坏砂型或发生其他事故。（８）不准用冷金属或冷金属工具伸入金属熔液中，以免引起金属熔液爆溅伤人。（９）刚浇注后的铸件，未经许可不得触动，以免损坏铸件或烫伤人。（１０）要待铸件温度冷却到常温时，方能进行清理。不要对着他人打浇冒口或錾毛刺，以防伤人。（１１）熔炼、浇注结束后，应熄灭熔炉中余火，未浇注完的金属液应妥善处置。上一页下一页返回情境1.2机械制造安全1.2.2锻压安全技术操作规程（１）进入工程现场须穿戴好全部防护用品，长发者须戴工作帽。学习项目１机械加工安全及设备维护３（２）选用的手钳钳口应与坯料的截面形状相适应，便于夹牢。（３）操作时，手钳或其他工具的柄部，应位于体侧，不要正对人体，握钳的手指不能放在钳把之间。（４）坯料要放在下砧铁的中央，放平放正，以免锻打时飞出伤人。（５）锻打时，严禁用锤头空击下砧铁，严禁锻打过烧或已冷却的坯料。（６）剁切工件时应朝向没人的方向，或让周围人员避开，以防料头飞出伤人。（７）踩踏杆时脚跟严禁悬空，以保证操纵的稳定准确。上一页下一页返回情境1.2机械制造安全（８）两人或多人配合操作时，精力必须集中，由掌钳者统一指挥。不许进行抢打或横打，以免发生意外（９）严谨将手伸进上、下砧铁之间。放置或取出工件或清除氧化皮时，必须用工具。（１０）不准锻造过烧或过冷的金属，严禁锻造冷金属。（１１）对砧面上的渣皮应用扫帚或抹布随时清除，不允许用其他方法清除。（１２）加热时不准猛开风门，以防火星或煤屑飞出伤人。（１３）停锤时须将锤头轻轻提起，用方木垫好。（１４）操作结束时，须将炉火熄灭，整理好工程训练场地，并将易燃品移开，以确保安全。上一页下一页返回情境1.2机械制造安全1.2.3焊接安全技术操作规程（１）工作前应先检查电焊机接地是否牢固，需用工具是否完整无缺，排除因焊接而引起燃烧等一切不安全因素。（２）工作时应使用防护用品，如绝缘鞋、手套等，严禁光脚或穿短裤、湿衣服、湿鞋进行作业。雨天不得在露天场所进行电焊作业。（３）电焊机二次线圈及外壳必须妥善接地，其接地电阻不得超过４Ω。（４）电焊机要放置在易散热的地方，其温度不得超过７０℃，电焊机每台安装一个开关，不能混用。（５）一次与二次线路必须完整、易于辨认，其线路绝缘必须良好。上一页下一页返回情境1.2机械制造安全（６）所用电钳，其手柄必须完整、无破损、绝缘可靠，必要时需另加防护挡板。（７）电焊工应在电工指导下进行维护修理和更换线路及其他电气零件，不准独自动手。（８）电焊机移动时必须首先先切断电源。（９）在焊接铜、锌、铅等有色金属或表面除有油漆颜料的工件时，必须戴口罩，工作地点必须时行整理，无杂乱物品，排除危险因素。（１０）高空作业时必须使用安全带等保安措施。（１１）在金属容器内进行焊接时，外面必须有专人监护，并应足够通风。上一页下一页返回情境1.2机械制造安全（１２）不准焊接和切割受力构件和内有压力的容器，焊割装过易燃，易爆物品或油类收容器时，应先清洗干净，并将所有盖口打开，口向上方，经检查合格后，方可进行焊接。（１３）焊接工作场所内，不得存有火、油或其他易燃、易爆物品，否则不得进行焊接工作。（１４）不要让不戴防护面具的人看电弧光，清除熔渣或铁锈时应戴防护眼镜。（１５）不能将电焊钳乱丢在工作台上，要放在安全地点。（１６）焊接工作结束及下班时，应整理场地，消灭火种。上一页下一页返回情境1.2机械制造安全（１７）焊枪嘴避免碰击，使用前应检查有无堵塞，工作发生回火现象时，不得用握折导管制止回火，应立即将乙炔气门关闭，并及时检查。（１８）乙炔、氧气导管，其长度应在１５m以上，装过油类和补过的胶管不准使用。（１９）橡胶导管两端的接头应用卡子卡紧，保证密封不漏气。乙炔与氧气导管颜色应有区别。放置要整齐，与其他胶管应分开放置，并应与电焊软件线离开一米以上，导管横过马路或通道时，应加护盖。（２０）氧气瓶标记要清楚，用前要仔细检查。开启氧气或乙炔气时，动作应缓慢，禁止用锤子打击。上一页下一页返回情境1.2机械制造安全（２１）引火时应先调开氧气阀吹一下后再稍关一点，然后打开乙炔阀，两种气体混合后点火。（２２）存储或使用乙炔发生器和氧气瓶的场地应悬挂“严禁烟火”等警戒标记。（２３）乙炔、氧气瓶附近，应备有砂土和粉质灭火器等设备。（２４）乙炔、氧气瓶与明火距离应１０m以上，与暖气设备和其他散热体距离应１m以上。如不能达到上述距离，应采取有效隔离措施。（２５）气瓶严禁与一切油类接触，各种车辆，如沾有油类易燃物，不能装运气瓶。（２６）气瓶不可冲击和曝晒，瓶与瓶之间，应加衬垫，搬运时应放稳捆牢。近距离搬运时需用胶轮车推或抬架，严禁肩扛滚运。上一页下一页返回情境1.2机械制造安全（２７）乙炔、氧气不得存贮在一处。气瓶应立放，并用支架或栅栏围牢，以免碰撞和倾倒，存放室内温度不得超过３５℃。（２８）固定使用的气瓶，应用链子或卡固定在物体上，移动使用时应放到专用小车上。（２９）气瓶上须有完整的帽盖，使用的减压器须装有安全阀和准确气压表，安全阀开启压力应为工作压力的１１０％。减压器冻结时应用热（汽）水解冻，严禁火烤。（３０）氧气瓶工作压力不得超过１５mＰａ，乙炔气瓶工作压力不得起过１.５mＰａ，气瓶应有充气单位的鉴印，要保持鉴印的完整，无鉴印不得使用。上一页下一页返回情境1.2机械制造安全（３１）氧气瓶的氧气不得完全释放尽，瓶内至少要保留０.１mＰａ以上，充满气的氧气瓶应与用空了的分别存放。（３２）气瓶安装减压器和导管时，应先检查是否良好，并应将脏物用气吹除干净。上一页下一页返回情境1.2机械制造安全1.2.4热处理安全技术操作规程１盐浴炉热处理（１）工作前应指定炉前操作负责人，并做好如下准备：①当班人员必须穿戴好工作服、工作帽，防护鞋、眼镜或防护面罩。②检查抽风装置是否良好，液体氰化炉应有单独抽风。③检查汇流钢板，主、附电极是否被物体短路。④清除盐炉炉面的凝固盐层和抽风口附近的污物，并同时击碎凝固盐层，避免熔盐爆出。⑤入炉的工件、工具、夹具和挂具等均应干燥无水，必须经过烘烤或预热。上一页下一页返回情境1.2机械制造安全（２）调节电流时应首先将变压器断电。（３）盐炉启动时应用低电压，以后逐渐升压。（４）工件不准与热电偶、电极相接触。（５）工件应捆扎牢靠，掉入炉内应马上断电捞取。（６）添加的盐类及脱氧剂，必须经过烘烤并应缓慢加入。加盐量应控制在规定范围内。（７）中温盐炉应每班脱氧、捞渣一次，高温盐炉连续工作四小时即应脱氧。（８）高温盐炉使用温度一般不超过１３００℃；中温盐炉使用温度一般不超过９５０℃；硝盐炉使用温度一般不超过５７０℃。上一页下一页返回情境1.2机械制造安全（９）工作中严禁将硝盐带入中、高温盐炉内。（１０）硝盐炉应用电加热，严禁用煤或油类加热。硝盐炉如果坩埚破损则严禁使用。硝盐着火时，不得使用水、泡沫灭火器或湿砂灭火。２箱式电阻炉热处理（１）检查炉镗内有无异件，炉底板、电阻丝必须处于完好状态。（２）工作中当工件进出炉时应断电操作，并注意工件或工具不得与电阻丝相碰撞和接触。（３）箱式电阻炉使用温度不得超过额定值。（４）电炉通电前应首先合闸，再开控制柜电钮。停炉时应先关控制柜电钮，再拉闸。上一页下一页返回情境1.2机械制造安全（５）每月定期清理设备各部位（包括炉底板下部）的氧化物和脏物，发现问题及时修理好。（６）热处理干燥箱、加热炉、电熔炉除不得超过各自的额定温度外，其余均按本规程执行。３井式电阻炉热处理（１）应指定炉前操作负责人。（２）装、出炉工件时，必须切断电源，关闭风扇，严禁带电操作，吊装工件时，注意不要碰撞或接触电阻丝。注意工件重量不准超过吊具规定负荷。（３）开炉过程中温度不准超过额定值。（４）大型井式电阻炉吊、装工件时，炉子干台上、下不许站人。上一页下一页返回情境1.2机械制造安全４高频热处理（１）必须要有两人以上方可操作高频设备，并指定操作负责人。操作时必须穿戴绝缘鞋和绝缘手套及其他规定的防护用品，并检查屏蔽和防护遮栏是否良好。工作时闲人免进。（２）检查设备各部分接地是否可靠，淬火机床运行是否良好，机械、液压传动是否工作正常。（３）开启水泵，检查各冷却水管是否出水正常，冷却水压在１２～２个大气压之间，不准用手触及设备的冷却水。（４）设备各部分冷却系统正常，方可给设备送电预热。先进行一档灯丝预热３０～４５分钟后，再进行二档灯丝预热１５分钟，之后合上半高压，再继续调移相器至高压。上一页下一页返回情境1.2机械制造安全加高频后，手不许触及汇流捧和感应器。（５）装好感应器，接通冷却水，将工件放入盛应器方可送电加热。严禁空载送电。更换工件，必须停止高频。若高频无法停止，应立即切断高压或连接紧急开关。（６）设备运行中，注意阳流和栅流漉都不准超过规定值。（７）工作时，全部机门必须关好。高压合上后，不得随意到机后活动，严禁打开机门。（８）设备在工作过程中，发生异常现象时，应首先切断高压，再分析、排除故障。上一页下一页返回情境1.2机械制造安全（９）检修设备时，应预先声明。打开机门后，首先用放电棒对阳极、栅极、电容器等放电，然后再检修。严禁带电抢修、操作工不得独自检修设备。（１０）工作结束后，首先断开阳极电压，再断开灯丝电源。设备断电后，须继续供水１５～２０分钟使电子管充分冷却。（１１）设备应保持清洁、干燥，不得有灰尘和潮湿现象，以防电气元件放电和击穿。（１２）室内应装有通风设备，排除淬火时发出的油烟、废气，保护环境。室内环境温度应控制在１５℃～３５℃。上一页下一页返回情境1.2机械制造安全1.2.5车削安全技术操作规程（１）工作前必须束紧服装、套袖、戴好工作帽，工作时应检查各手柄位置的正确性，应使变换手柄保持在定位位置上，严禁戴围巾、手套操作。（２）经常注意机床的润滑情况，必须按润滑表规定进行润滑工作，必须保持油标线的高度符合要求。（３）工作中必须经常从透明油标中察看输往主轴承及床头箱的油是否畅通。（４）不许在卡盘上、顶尖间及导轨上面敲打校直和修正工作。（５）用卡盘卡工件及部件时，必须将扳手取下，方可开车。（６）不许将加工工件工具或其他金属物品放在床身导轨上。上一页下一页返回情境1.2机械制造安全（７）在工作中严禁开车测量工件尺寸，如要测量工件时，必须将车停稳，否则会发生人身事故和量具损坏。（８）装卸花盘、卡盘和加工重大工件时，必须在床身面垫上一寸板，以免落下损坏机床。（９）在工作中加工钢件时冷却液要倾注在构成铁屑的地方，使用锉刀时，应右手在前，左手在后，锉刀一定要安装手把。（１０）机床在加工偏心工件时，要加均衡铁，将配重螺丝上紧，并用手扳动二三周，明确无障碍时，方可开车。上一页下一页返回情境1.2机械制造安全（１１）切削脆性金属，事先要擦净导轨面的润滑油，以防止切屑擦坏导轨面。（１２）车削螺纹时，首先检查机床正反车是否灵活，开合螺母手把提起是否合适，必须注意不使刀架与车头相撞，而造成事故。（１３）工作中严禁用手清理铁屑，一定要用清理铁屑的专用工具，以免发生事故。（１４）严禁使用带有铁屑、铁末的脏棉纱揩擦机床，以免拉伤机床导轨面。（１５）操作者在工作中不许离开工作岗位，如需离开时无论时间长短，都应停车，以免发生事故。上一页下一页返回情境1.2机械制造安全1.2.6铣削安全技术操作规程（１）开车前必须紧束服装、套袖，戴好工作帽，检查各手柄位置是否适当；工作时严禁戴手套、围巾；使用高速铣削时应戴眼镜；工作台面应加防护装置，以防铁屑伤人。（２）开车时，工作台不得放置工具或其他无关物件，操作者应注意不要使刀具与工作学习项目１机械加工安全及设备维护７台撞击。（３）使用自动走刀时，应注意不要使工作台走到两极端，以免把丝杠撞坏，并拉开相应的操纵手轮。（４）铣刀必须夹紧，刀片的套箍一定要清洗干净，以免在夹紧时将刀杆别弯。在取下刀杆或换刀时，必须先松开锁紧螺母。上一页下一页返回情境1.2机械制造安全（５）更换刀杆时，应在刀杆的锥面上涂油，并停车，操纵变速机构至最低速度挡，然后将刀杆在横梁支架上定位，再锁紧螺母。（６）变速时必须先停车，停车前先退刀。（７）工作台与升降台移动前，必须将固定螺丝松开，不需要移动时应将固定螺丝拧紧。（８）装卸大件、大平口钳及分度头等较重物件需多人搬运时，动作要协调，应注意安全，以免发生事故。（９）使用快速行程时，应将手柄位置对准并注意台面运动情况。（１０）装卸工作、测量对刀、紧固心轴螺母及清扫机床时，必须停车进行。（１１）工件必须夹紧，垫铁必须垫平，以免松动发生事故。上一页下一页返回情境1.2机械制造安全（１２）在工作中应合理使用安全装置（如限位挡铁），详细检查限位开关是否灵活可靠，否则要给予调整，以免发生事故。（１３）不准使用钝的刀具和以过大的吃刀深度、进刀速度进行加工。（１４）开车时不得用手拭摸加工面和刀具，在清除铁屑时，应用刷子，不得用嘴吹或用棉纱擦。（１５）操作者在工作中不准离开工作岗位，如需要离开时，无论时间长短都需停车，以免发生事故。上一页下一页返回情境1.2机械制造安全1.2.7刨削安全技术操作规程（１）工作前必须束紧服装、套袖，戴好工作帽，严禁戴围巾、手套操作。（２）刨削前根据工件调试刨削行程，不得在开车时调整。（３）刨刀须牢固地夹在刀架上，且悬出部分不宜过长。（４）刨削过程中，一次吃刀量不宜过大，否则将损坏刨刀。当遇到刨削困难时，应立即重新调整刨削深度。（５）滑枕运动时不得用手触摸刨刀和工件，在刨刀的正面迎头方向不得站人。不得擅自离开工作岗位。（６）设备上不准存放夹具、量具、工件及刀具等物品。上一页下一页返回情境1.2机械制造安全1.2.8磨削安全技术操作规程（１）工作前必须束紧服装、套袖、戴好工作帽，严禁戴围巾、手套操作。（２）砂轮安装前需经静平衡实验，未经平衡的砂轮严禁使用。必须仔细检查砂轮规格是否符合机床转速要求，严禁使用有缺损及裂纹的砂轮。安装后应牢固平稳。（３）砂轮启动前必须检查防护罩是否完好紧固，严禁使用没有防护装置的磨床。（４）砂轮安装后要经过５～１０分钟试运转，启动时不要过急，要点动检查。开车后，空转１～２分钟，待机床及砂轮运转正常后再工作。上一页下一页返回情境1.2机械制造安全（５）磨床各油路系统必须通畅，主轴等转动部位决不允许在缺乏润滑油的情况下运转。（６）外圆磨床用顶针装夹时，顶针必须顶在顶针孔内。平面磨床加工高而狭窄或底部接触面积较小的工件时，工件周围必须用挡铁，而且挡铁高度为工件的２／３，待工件吸牢后方可进行加工。（７）严格遵守开车对砂轮的规定，将砂轮引向工件时应非常均匀和小心，避免撞击。（８）行程定位块的位置必须正确可靠，并经常检查是否松动。上一页下一页返回情境1.2机械制造安全（９）操作者站在砂轮旋转方向的侧面，不得面对砂轮旋转方向。严禁在砂轮正面或侧面手持工件进行磨削。（１０）砂轮快速行进时，位置必须适当，防止砂轮与工件相碰。（１１）干磨工件时要戴好口罩，湿磨的机床停车时先关闭冷却液，让砂轮空转１～２分钟进行脱水。（１２）停车时必须先将砂轮退离工件。装卸工件或附件时要小心，不要碰撞砂轮或工作台面。上一页下一页返回情境1.2机械制造安全1.2.9钳工安全技术操作规程（１）工作前必须束紧服装、套袖，戴好工作帽，严禁戴围巾、手套操作。（２）工作前要认真检查工具是否符合安全检查要求，锤头和锤把要安牢固，没有楔子不准使用，严禁使用无柄锉刀、铲刀、刮刀等。锤头和扁铲上不得有飞边、毛刺、碎顶，扳手要符合螺钉、螺母尺寸。（３）虎钳夹持工件要空牢靠，锤击、錾削时要注意周围环境，根据工作场所情况在工作前放安全网。锉削时锉刀在工件上不能推拉过端。（４）钳台上放置工件、工具等要放稳，不准露出台边，以防落地伤人。上一页下一页返回情境1.2机械制造安全（５）禁止在扳手口内填加垫铁，不得任意接长扳手，装配时禁止手指伸进孔内摸，以防挤伤。（６）平台要保持洁净，搬动时要防止平面滑伤，保持平台工作面的精度。（７）划针盘用完后，划针要直立放置，针尖向下，以防伤人。（８）使用手锯割料时，不可用力重压或扭转锯条。材料将断时，应轻轻锯割。（９）铰孔或攻丝时，不要用力过猛，以免折断铰刀或丝锥。上一页下一页返回情境1.2机械制造安全（１０）刮研时工件要轻拿轻放，合研表面，必须保持清洁。研磨时不要用力过猛，推拉时不得过长。（１１）拆修机器时，要切断电源，并在电闸上挂上“有人工作”的牌子，必要时可专人看管电闸。（１２）工作灯只准用３６Ｖ，禁止用高压手灯。上一页下一页返回情境1.2机械制造安全1.2.10钻削操作安全要点（１）进入工程训练现场须按要求穿戴好全部防护用品，长发着须戴好工作帽，禁止穿高跟鞋，严禁戴围巾或手套操作，以防发生事故。（２）钻孔前工件一定要压紧（除钻小孔时用手能握紧的工作和在较大工件上钻小孔外），孔将钻穿时，必须减少进给量，以防轴向力突然减少使进给量增大，发生工件甩出等事故。（３）钻孔前，工作台面上不准放置刀具，量具及其他物品。钻通孔时要在工件下面垫上热块或使钻头对准工件台的Ｔ形槽，以免损坏工作台。（４）开动钻床前，应检查是否有钻夹头钥匙或斜铁插在钻床主轴上。上一页下一页返回情境1.2机械制造安全停车后松紧钻夹头时必须用钥匙，不可用敲打的方法松紧，钻头从钻套或主轴中退出时要用斜铁敲出。（５）钻孔时不能用棉纱清除切屑或用嘴吹切屑，必须用钢丝刷清除，钻出长条卷屑时，要用铁钩钩断后除去。（６）钻削过程中，头不准与旋转的主轴靠的太近。（７）停车时应让主轴自然停止，不可用手去制动，也不能开倒车反转制动，以免发生机损人伤事故。（８）变速前必须先停车，清扫钻床或加注润滑油时，必须关闭电动机。（９）用钻床铰孔时，绝对不可倒转，否则铰刀和孔壁之间容易挤住刀屑，造成孔壁划伤或刀刃崩裂。上一页返回情境1.3设备的维护保养1.3.1设备的日常维护在日常工作中，设备的日常维护，是指对设备在使用过程中，由于各部件、零件相互摩擦，而产生的技术状态变化，进行经常的检查、调整和处理。这是一项经常性的工作，由操作工和维修工共同负责。设备的维护保养，是指操作工和维修工，根据设备的技术资料和有关设备的启动、润滑、调整、防腐、防护等要求和保养细则，对在使用或闲置过程中的设备所进行的一系列作业，它是设备自身运动的客观要求。设备维护保养工作包括：日常维护保养、设备的润滑和定期加油换油、预防性试验、定期校正精度、设备的防腐和一级保养等。下一页返回情境1.3设备的维护保养设备的日常维护保养简称例保，是指操作工每天在设备使用前、使用过程中和使用后必须进行的工作。设备的日常维护保养，是减少磨损，使设备经常处于良好技术状态的基础工作。日常维护保养的基本要求是：操作者应严格按操作规程使用设备，经常观察设备运转情况，并在班前、班后填写记录；应保持设备完整，附件整齐，安全防护装置齐全，线路、管道完整无损；要经常擦拭设备的各个部件，保持无油垢、无漏油，运转灵活；应按正常运转的需要，及时注油、换油，并保持油路畅通；经常检查安全防护装置是否完备可靠，保证设备安全运行。上一页下一页返回情境1.3设备的维护保养通过设备维护保养，达到“整齐、清洁、润滑、安全”。整齐：工具、工件、附件放置整齐、合理，安全防护装置齐全，线路、管道完整，零部件无缺损。清洁：设备内外清洁，无灰尘，无黑污锈蚀；各运动件无油污，无拉毛、碰伤、划痕；各部位不漏水、漏气、漏油；切屑、垃圾清扫干净。润滑：按设备各部位润滑要求，按时加油、换油，油质符合要求；油壶、油枪、油杯齐全，油毡、油线清洁，油标醒目，油路畅通。安全：要求严格实行定人、定机、定岗位职责和交接班制度；操作工应熟悉设备性能、结构和原理，遵守操作规程，正确、合理地使用，精心地维护保养；各种安全防护装置可靠，受压容器按规定时间进行预防性试验，保证安全、可靠。上一页下一页返回情境1.3设备的维护保养控制系统工作正常，接地良好，电力传导电缆按规定时间、要求进行预防性试验，保证传输安全、正常，无事故隐患。在日常维护保养中，只有“严”字当头，正确、合理使用，精心地维护保养，认真管理，切实加强使用前、使用过程中和使用后的检查，及时地、认真地、高质量地消除隐患，排除故障。要做好使用运行情况记录，保证原始资料、凭证的正确性和完整性。要求操作工能针对设备存在的常见故障，提出改善性建议，并与维修工一起，采取相应措施，改善设备的技术状况，减少故障发生频率和杜绝事故发生，达到维护保养的目的。因此，要求设备操作工：１在开机前上一页下一页返回情境1.3设备的维护保养检查电源及电气控制开关、旋扭等是否安全、可靠；各操纵机构、传动部位、挡块、限位开关等位置是否正常、灵活；各运转滑动部位润滑是否良好，油杯、油孔、油毡、油线等处是否油量充足；检查油箱油位和滤油器是否清洁。在确认一切正常后，才能开机试运转。在启动和试运转时，要检查各部位工作情况，有无异常现象和声响。检查结束后，要做好记录。２在使用过程中（１）严格按照操作规程使用设备。不要违章操作。上一页下一页返回情境1.3设备的维护保养（２）设备上不要放置工、量、夹、刃具和工件、原材料等。确保活动导轨面和导轨面接合处无切屑、尘灰，无油污、锈迹，无拉毛、划痕、研伤、撞伤等现象。（３）应随时注意观察各部件运转情况和仪器仪表指示是否准确、灵敏，声响是否正常，如有异常，应立即停机检查，直到查明原因、排除为止。（４）设备运转时，操作工应集中精力，不要边操作边交谈，更不能开着机器离开岗位。（５）设备发生故障后，自己不能排除的应立即与维修工联系；在排除故障时，不要离开工作岗位，应与维修工一起工作，并提供故障的发生、发展情况，共同做好故障排除记录。上一页下一页返回情境1.3设备的维护保养３当班工作结束后无论加工完成与否，都应进行认真擦拭，全面保养，要求达到：（１）设备内外清洁，无锈迹，工作场地清洁、整齐，地面无油污、垃圾，加工件存放整齐。（２）各传动系统工作正常；所有操作手柄灵活、可靠。（３）润滑装置齐全，保管妥善、清洁。（４）安全防护装置完整、可靠，内外清洁。（５）设备附件齐全，保管妥善、清洁。（６）工具箱内量、夹、工、刀具等存放整齐、合理、清洁，并严格按要求保管，保证量具准确、精密、可靠。上一页下一页返回情境1.3设备的维护保养（７）设备上的全部仪器、仪表和安全装置完整无损，灵敏可靠，指示准确，各传输管接口处无泄漏现象。（８）保养后，各操纵手柄等应置于非工作状态位置，电气控制开关、旋扭等回复至“０”位，切断电源。（９）认真填写维护保养记录和交接班记录。（１０）保养工作未完成时，不得离开工作岗位；保养不合要求，接班人员提出异议时，应虚心接受并及时改进。为了保证设备操作工进行日常维护保养，规定每班工作结束前和节、假日放假前的一定时间内，要求操作工进行设备保养。对连续作业不能停机保养的设备，操作工要利用一切可以利用的时间，擦拭、检查、保养，完成保养细则中规定工作内容并达到要求。上一页下一页返回情境1.3设备的维护保养1.3.2设备的三级保养制度设备的“三级保养制”是依靠群众，充分发挥群众的积极性，实行群众管理，搞好设备维护保养的有效办法。１“三级保养制”的内容（１）日常维护保养：班前班后由操作工认真检查设备，擦拭各个部位和加注润滑油，使设备经常保持整齐、清洁、润滑、安全。班中设备发生故障，及时给予排除，并认真做好交接班记录。（２）一级保养：一级保养是以操作工人为主，维修工人协助，按计划对设备局部拆卸和检查，清洗规定的部位，疏通油路、管道，更换或清洗油线、毛毡、滤油器，调整设备各部位的配合间隙，紧固设备的各个部位。上一页下一页返回情境1.3设备的维护保养一级保养所用时间为４～８h，一保完成后应做记录并注明尚未清除的缺陷，车间机械员组织验收。一保的范围应是企业全部在用设备，对重点设备应严格执行。一保的主要目的是减少设备磨损、消除隐患、延长设备使用寿命，为完成到下次一保期间的生产任务在设备方面提供保障。（３）二级保养：二级保养是以维修工人为主，操作工人参加来完成。二级保养列入设备的检修计划，对设备进行部分解体检查和修理，更换或修复磨损件，清洗、换油、检查修理电气部分，使设备的技术状况全面达到规定设备完好标准的要求。二级保养所用时间为７天左右。上一页下一页返回情境1.3设备的维护保养二保完成后，维修工人应详细填写检修记录，由车间机械员和操作者验收，验收单交设备动力科存档。二保的主要目的是使设备达到完好标准，提高和巩固设备完好率，延长大修周期。（４）三级保养：以维修工为主，列入设备的检修计划，对设备进行部分解体检查和修理，更换或修复磨损件，清洗、换油、检查修理电气部分，局部恢复精度，满足加工零件的最低要求。上一页下一页返回情境1.3设备的维护保养实行“三级保养制”，必须使操作工人对设备做到“三好”“四会”“四项要求”，并遵守“五项纪律”。“三级保养制”突出了维护保养在设备管理与计划检修工作中的地位，把对操作工人“三好”“四会”的要求更加具体化，提高了操作工人维护设备的知识和技能。三级保养制在我国企业取得了好的效果和经验，由于三级保养制的贯彻实施，有效地提高了企业设备的完好率，降低了设备事故率，延长了设备大修理周期，降低了设备大修理费用，取得了较好的技术经济效果。上一页下一页返回情境1.3设备的维护保养1.3.3“三好”“四会”的内容实行“三级保养制”，必须使操作工对设备做到“三好”“四会”的要求。1.“三好”的内容（１）管好：自觉遵守定人定机制度，凭操作证使用设备，不乱用别人的设备，管好工具、附件，不丢失损坏，放置整齐，安全防护装置齐全好用，线路、管道完整。（２）用好：设备不带病运转，不超负荷使用，不大机小用、精机粗用。遵守操作规程和维护保养规程。细心爱护设备，防止事故发生。（３）修好：按计划检修时间，停机修理，积极配合维修工，参加设备的二级保养工作和大、中修理后完工验收试车工作。２“四会”的内容上一页下一页返回情境1.3设备的维护保养（１）会使用：熟悉设备结构，掌握设备的技术性能和操作方法，懂得加工工艺，正确使用设备。（２）会保养：正确地按润滑图表规定加油、换油，保持油路畅通，油线、油毡、滤油器清洁，认真清扫，保持设备内外清洁，无油垢、无脏物、漆见本色铁见光。按规定进行一级保养工作。（３）会检查：了解设备精度标准，会检查与加工工艺有关的精度检验项目，并能进行适当调整。会检查安全防护和保险装置。（４）会排除故障：能通过不正常的声音、温度和运转情况，发现设备的异常状况，并能判断异常状况的部位和原因，及时采取措施，排除故障。发生事故，参加分析，明确事故原因，吸取教训，做出预防措施。上一页下一页返回情境1.3设备的维护保养全生产的要害部位，为做到安全连续稳定供应生产上所需要的动能，对动力设备的使用维护应有特殊要求：（１）运行操作人员必须事先培训并经过考试合格；（２）必须有完整的技术资料、安全运行技术规程和运行记录；（３）运行人员在值班期间应随时进行巡回检查，不得随意离开工作岗位；（４）在运行过程中遇有不正常情况时，值班人员应根据操作规程紧急处理，并及时报告上级；上一页下一页返回情境1.3设备的维护保养（５）保证各种指示仪表和安全装置灵敏准确，定期校验。备用设备完整可靠；（６）动力设备不得带病运转，任何一处发生故障必须及时消除；（７）定期进行预防性试验和季节性检查；（８）经常对值班人员进行安全教育，严格执行安全保卫制度。上一页下一页返回情境1.3设备的维护保养1.2.3设备的区域维护生产操作工人共同做好日常维护、巡回检查、定期维护、计划修理及故障排除等工作，并负责完成管区内的设备完好率、故障停机率等考核指标。区域维修责任制是加强设备维修为生产服务、调动维修工人积极性和使生产工人主动关心设备保养和维修工作的一种好形式。设备专业维护主要组织形式是区域维护组。区域维护组全面负责生产区域的设备维护保养和应急修理工作，它的工作任务是：（１）负责本区域内设备的维护修理工作，确保完成设备完好率、故障停机率等指标；上一页下一页返回情境1.3设备的维护保养（２）认真执行设备定期点检和区域巡回检查制，指导和督促操作工人做好日常维护和定期维护工作；（３）在车间机械员指导下参加设备状况普查、精度检查、调整、治漏，开展故障分析和状态监测等工作。区域维护组这种设备维护组织形式的优点是：在完成应急修理时有高度机动性，从而可使设备修理停歇时间最短，而且值班钳工在无人召请时，可以完成各项预防作业和参与计划修理。上一页下一页返回情境1.3设备的维护保养设备维护区域划分应考虑生产设备分布、设备状况、技术复杂程度、生产需要和修理钳工的技术水平等因素。可以根据上述因素将车间设备划分成若干区域，也可以按设备类型划分区域维护组。流水生产线的设备应按线划分维护区域。区域维护组要编制定期检查和精度检查计划，并规定出每班对设备进行常规检查时间。为了使这些工作不影响生产，设备的计划检查要安排在工厂的非工作日进行，而每班的常规检查要安排在生产工人的午休时间进行。上一页下一页返回情境1.3设备的维护保养1.3.6提高设备维护水平的措施为提高设备维护水平应使维护工作基本做到三化，即规范化、工艺化、制度化。规范化就是使维护内容统一，哪些部位该清洗、哪些零件该调整、哪些装置该检查，要根据各企业情况按客观规律加以统一考虑和规定。工艺化就是根据不同设备制定各项维护工艺规程，按规程进行维护。制度化就是根据不同设备不同工作条件，规定不同维护周期和维护时间，并严格执行。上一页下一页返回情境1.3设备的维护保养对定期维护工作，要制定工时定额和物质消耗定额并要按定额进行考核。设备维护工作应结合企业生产经济承包责任制进行考核。同时，企业还应发动群众开展专群结合的设备维护工作，进行自检、互检，开展设备大检查。上一页下一页返回学习项目2

机械工程材料的选用及热处理情境2.1机械工程材料性能及选用情境2.2钢的热处理下一页返回情境2.1机械工程材料性能及选用2.1金属材料的性能金属材料的性能包括使用性能和工艺性能。使用性能是指材料在使用过程中表现出来的性能，它包括力学性能和物理、化学性能等；工艺性能是指材料对各种加工工艺适应的能力，它包括铸造性能、锻造性能、焊接性能、切削加工性能和热处理性能等。本章主要介绍金属材料的力学性能。金属的力学性能是指材料在各种载荷（静载荷、冲击载荷、疲劳载荷等）作用下表现出来的抵抗变形和破坏的能力。常用的力学性能指标有：强度、塑性、硬度、冲击韧度和疲劳强度等。下一页返回情境2.1机械工程材料性能及选用1.强度金属材料在载荷作用下所表现出来的抵抗变形或断裂的能力称为强度。强度指标一般可通过金属拉伸试验来测定，而静载荷拉伸试验是工业上最常用的试验方法之一。按标准规定，把标准试样装夹在试验机上，然后对试样逐渐施加拉伸载荷的同时连续测量力和相应的伸长，直至把试样拉断为止，依据测出的拉伸曲线，求出相关的力学性能。（1）拉伸曲线。材料的性质不同，拉伸曲线形状也不相同。图2－1为退火低碳钢的拉伸曲线（图2－2为拉伸试样），图中纵坐标表示力F，单位为N；横坐标表示绝对伸长ΔL，单位为mm。以退火低碳钢拉伸曲线为例说明拉伸过程中几个变形阶段。上一页下一页返回情境2.1机械工程材料性能及选用①ＯE———弹性变形阶段。试样的伸长量与载荷成正比增加，此时若卸载，试样能完全恢复原状。Fe为能恢复原状最大拉力；②ES———屈服阶段。当载荷超过Fe时，试样除产生弹性变形外，开始出现塑性变形，此时若卸载，试样的伸长只能部分恢复。当载荷增加到FS时，图形上出现平台，即载荷不增加，试样继续伸长，材料丧失了抵抗变形的能力，这种现象叫屈服；③SB———均匀塑性变形阶段。载荷超过FS后，试样开始产生明显塑性变形，伸长量随载荷增加而增大。FB为试样拉伸试验的最大载荷；④BK———缩颈阶段。载荷达到最大值FB后，试样局部开始急剧缩小，出现“缩颈”现象，由于截面积减小，试样变形所需载荷也随之降低，K点时试样发生断裂。上一页下一页返回情境2.1机械工程材料性能及选用（2）强度指标。金属材料的强度是用应力来度量的，即单位截面积上的内力称为应力，用σ表示。常用的强度指标有屈服点和抗拉强度。①屈服点σS材料产生屈服时的最小应力，单位MPa。式中FS———屈服时的最小载荷（N）；SO———试样原始截面积（mm2）。对于无明显屈服现象的金属材料（如铸铁、高碳钢等）测定σS很困难，通常规定产生1.2％塑性变形时的应力作为条件屈服点，用σ0.2表示。上一页下一页返回情境2.1机械工程材料性能及选用屈服点表征金属发生明显塑性变形的抗力，因此它是机械设计的主要依据。②抗拉强度σB材料在拉断前所承受的最大应力。式中FB———试样断裂前所承受的最大载荷（N）。抗拉强度表示材料抵抗均匀塑性变形的最大能力，是设计机械零件和选材的主要依据。2.塑性金属材料在载荷作用下产生塑性变形而不断裂的能力称为塑性，塑性指标也是通过拉伸试验测定的。常用的指标有两个：上一页下一页返回情境2.1机械工程材料性能及选用（1）断后伸长率：δ＝（L1－L0）／L0×100％式中L0、L1———分别为试样原始标距和被拉断后的标距（mm）。（2）断面收缩率：ψ＝（SO0－S1）／SO×100％式中SO、S1———分别为试样原始截面积和断裂后缩颈处的最小截面积（m）。δ、ψ数值越大，表明材料的塑性越好。3.硬度上一页下一页返回情境2.1机械工程材料性能及选用硬度是表征材料表面局部体积内抵抗其他物体压入时变形的能力。金属材料质量检验主要用压入法进行硬度试验，而其中应用最为广泛是布氏硬度试验和洛氏硬度试验。硬度是表征材料表面局部体积内抵抗其他物体压入时变形的能力。金属材料质量检验主要用压入法进行硬度试验，而其中应用最为广泛是布氏硬度试验和洛氏硬度试验。（1）布氏硬度试验法上一页下一页返回情境2.1机械工程材料性能及选用①试验原理。图2－3为试验原理图。它是用一定直径的淬火钢球或硬质合金钢球做压头以相应试验力压入被测材料表面，经规定保持时间后卸载，以压痕单位面积上所受试验力的大小来确定被测材料的硬度值，用符号HB表示。式中F———试验力（N）；S压———压痕表面积（mm2）；D———球体直径（mm）；D———压痕平均直径（mm）。上一页下一页返回情境2.1机械工程材料性能及选用②表示方法。表示布氏硬度值时应同时标出压头类型，当试验压头为淬火钢球时，硬度符号为HBS；当试验压头为硬质合金钢球时，硬度符号为HBW。HBS或HBW之前数字为硬度值，例如120HBS，450HBW。③应用范围。HBW适于测量硬度值小650的材料。因压痕大，不适宜检验薄件或成品。（2）洛氏硬度试验法上一页下一页返回情境2.1机械工程材料性能及选用①试验原理。图2－4为试验原理图。洛氏硬度是用顶角为120°的金刚石圆锥体或直径为1.588的淬火钢球作为压头，试验时先施加初始载荷，目的是使压头与试样表面接触良好，保证测量结果准确，然后施加主载荷，保证规定时间后卸除主载荷，依据压痕深度确定硬度值。金属越硬，压痕深度越小。为适应人们习惯上数值越大硬度越高的观念，故人为的规定一常数K减去压痕深度H的值作为洛氏硬度指标，并规定每0.002mm为一个洛氏硬度单位，用HR表示，测洛氏硬度值为：HR＝（K－H）／0.002。上一页下一页返回情境2.1机械工程材料性能及选用由此可见，洛氏硬度值是一个无量纲的材料性能指标，使用金刚石压头时，常数K为0.2，使用钢球压头时，常数K为0.26。实际测量时，可直接从表盘上读出硬度值。②表示方法。洛氏硬度计采用A、B、C三种标尺对不同硬度材料进行试验，硬度分别用HRA、HRB、HRC表示，硬度值标在符号前，如45HRC。③特点。操作简单（直接读出硬度值）；测量范围大（软硬均可）；压痕小，可直接测量薄件或成品。但由于压痕小，硬度波动大，为提高精度通常测定三个不同点取平均值。上一页下一页返回情境2.1机械工程材料性能及选用4.冲击韧度许多机械零件是在冲击载荷下工作的。冲击载荷比静载荷的破坏能力大，对于承受冲击载荷的材料，还必须具备足够的冲击韧度。所谓冲击韧度，是指材料抵抗冲击载荷作用而破坏的能力，通常用一次摆锤冲击试验来测定。试验原理如图2－5所示。将标准试样安放在摆锤试验机的支座上，试样缺口背向摆锤，将具有一定重力的G的摆锤举至一定高度H1，使其获得一定势能GH1，然后由此高度落下将试样冲断，试样断裂后摆锤上摆到H2高度，在忽略摩擦和阻尼等条件下，摆锤冲断试样所做的功，称为冲击吸收功，以AK表示，则有：上一页下一页返回情境2.1机械工程材料性能及选用AK＝G（H1－H2）用试样的断口处截面积去除冲击吸收功即得到冲击韧度即：需要说明一点，使用不同类型的标准试样（U形或V形缺口）进行试验时，冲击韧度分别以AKU或AKV表示。AK值越大，材料的韧性越好，受到冲击时不易断裂。5.疲劳强度上一页下一页返回情境2.1机械工程材料性能及选用（1）疲劳概念。许多机械零件，例如轴、齿轮、轴承等，在工作时承受的是交变载荷。在这种载荷作用下，虽然零件所受应力远低于材料的屈服点，但在长期使用中往往会突然发生断裂，这种破坏过程称为疲劳断裂。（2）疲劳强度。工程上规定，材料经多次重复交变载荷作用而不发生断裂的最大应力称为疲劳强度。图2－6是通过试验测定的材料交变应力σ和断裂前应力循环次数N之间的关系曲线。曲线表明材料受的交变应力越大，则断裂时应力循环次数（N）越少，反之，则N越大。当应力低于一定值时，试样经无限次循环也不破坏，此应力值称为材料的疲劳强度，用σR表示；对称循环R＝－1，疲劳极限用σ－1表示。上一页下一页返回情境2.1机械工程材料性能及选用（3）影响零件疲劳强度的因素。金属产生疲劳同许多因素有关，零件材料的疲劳强度除与材料本身的成分、组织和表面应力状态等有关外，还与零件的形状、尺寸、表面粗糙度和使用条件等有关。①应力集中。由于零件表面上的台阶、键槽、油孔或螺纹等截面变化处及零件材料内部的缺陷均会引起应力集中，当应力最大值超过材料的许用应力时就会形成疲劳源，导致疲劳破坏，所以，应力集中是引起疲劳破坏的首要因素。试验表明，零件表面上缺口引起的应力集中使其疲劳强度降越低，缺口越尖锐，降低得越厉害。上一页下一页返回情境2.1机械工程材料性能及选用②表面状态和尺寸因素。表面状态是指零件加工表面的粗糙度、应力状态、成分和性能的变化等。表面粗糙度越低、表面越粗糙，疲劳强度越低。相同材料不同加工方法，零件的表面粗糙度不同，其疲劳强度也不一样。例如，钢、铝合金粗车后的疲劳强度较抛光后的低10％～20％。零件表面层处于残余压应力状态可有效地提高疲劳强度。采用滚压、喷丸等表面变形强化工艺提高零件的疲劳强度。零件疲劳强度还会随尺寸增大而降低，因为尺寸增大，零件表面积增大，表面缺陷增多，相应增加疲劳破坏的概率。上一页下一页返回情境2.1机械工程材料性能及选用③使用条件。机器运转中，载荷状况、工作温度和环境介质等均对零件的疲劳强度有很大影响。过载将造成过载损伤使材料的疲劳强度降低。工作温度升高会使材料的疲劳强度降低，反之会增加。零件在腐蚀性介质中工作时，零件表面被腐蚀形成缺口，产生应力集中而使材料的疲劳强度降低。上一页下一页返回情境2.1机械工程材料性能及选用2.1.2金属的晶体结构与结晶1.金属的晶体结构自然界的固态物质，根据原子在内部的排列特征可分为晶体与非晶体两大类。晶体与非晶体的区别表现在许多方面。晶体物质的基本质点（原子等）在空间排列是有一定规律的，故有规则的外形，有固定的熔点。此外，晶体物质在不同方向上具有不同的性质，表现出各向异性的特征。在一般情况下的固态金属就是晶体。1）晶体结构的基础知识（1）晶格与晶胞。为了形象描述晶体内部原子排列的规律，将原子抽象为几何点，并用一些假想连线将几何点连接起来，这样构成的空间格子称为晶格（图2－8）。上一页下一页返回情境2.1机械工程材料性能及选用晶体中原子排列具有周期性变化的特点，通常从晶格中选取一个能够完整反映晶格特征的最小几何单元称为晶胞（图2－8），它具有很高对称性。（2）晶胞表示方法。不同元素结构不同，晶胞的大小和形状也有差异。结晶学中规定，晶胞大小以其各棱边尺寸A、B、C表示，称为晶格常数。晶胞各棱边之间的夹角分别以α、β、γ表示。当棱边A＝B＝C，棱边夹角α＝β＝γ＝90°时，这种晶胞称为简单立方晶胞。（3）致密度。金属晶胞中原子本身所占有的体积百分数，它用来表示原子在晶格中排列的紧密程度。上一页下一页返回情境2.1机械工程材料性能及选用2）三种典型的金属晶格（1）体心立方晶格。晶胞示意图见图2－8（A）。它的晶胞是一个立方体，立方体的8个顶角和中心各有一个原子，其单位晶胞原子数为2个，其致密度为0.68。属于该晶格类型的常见金属有Cr、W、Mｏ、V、α－Fe等。（2）面心立方晶格。晶胞示意图见图2－8（B）。它的晶胞也是一个立方体，立方体的8个顶角和立方体的6个面中心各有一个原子，其单位晶胞原子数为4个，其致密度为0.84（原子排列较紧密）。属于该晶格类型的常见金属有Al、Cu、Pb、Au、γ－Fe等。上一页下一页返回情境2.1机械工程材料性能及选用（3）密排六方晶格。它的晶胞是一个正六方柱体，原子排列在柱体的每个顶角和上、下底面的中心，另外三个原子排列在柱体内，晶胞示意图见图2－8（C）。其单位晶胞原子数为6个，致密度也是0.84。属于该晶格类型常见金属有Mg、Zn、BE、Cd、α－Tｉ等。3）金属实际的晶体结构前面讨论的金属结构是理想的结构，即原子排列得非常整齐，晶格位向（原子列的方位和方向）完全一致，且无任何缺陷存在，称为单晶体。目前，只有采用特殊方法才能获得单晶体。上一页下一页返回情境2.1机械工程材料性能及选用（1）金属的多晶体结构。实际使用的金属大都是多晶体结构，即它是由许多不同位向的小晶体组成，每个小晶体内部晶格位向基本上是一致的，而各小晶体之间位向却不相同，如图2－9所示。这种外形不规则，呈颗粒状的小晶体称为晶粒。晶粒与晶粒之间的界面称为晶界。实践表明，在每个晶粒内部，晶格位向也有位向差（1°～2°），这些位向差很小的小晶块镶嵌成一颗晶粒。这些小晶块称为亚晶或亚结构，亚晶之间边界称为亚晶界。上一页下一页返回情境2.1机械工程材料性能及选用（2）金属的晶体缺陷。在金属晶体中，由于晶体形成条件、原子的热运动及其他各种因素影响，原子规则排列在局部区域受到破坏，呈现出不完整，通常把这种区域称为晶体缺陷。根据晶体缺陷的几何特征，可分为点缺陷、线缺陷和面缺陷三类。①点缺陷。晶体缺陷呈点状分布，最常见的点缺陷有晶格空位、间隙原子等，如图2－10所示。由于点缺陷出现，使周围原子发生“撑开”或“靠拢”现象，称为晶格畸变。晶格畸变的存在，使金属产生内应力，晶体性能发生变化，如强度、硬度增加，它也是强化金属的手段之一。上一页下一页返回情境2.1机械工程材料性能及选用②线缺陷。晶体缺陷呈线状分布，线缺陷主要是指位错。最常见的位错是刃型位错，如图2－11所示。这种位错的表现形式是晶体的某一晶面上，多出一个半原子面，它如同刀刃一样插入晶体，故称为刃型位错，在位错线附近一定范围内，晶格发生了畸变。③面缺陷。缺陷呈面状分布，通常指的是晶界和亚晶界。实际金属材料是多晶体结构，多晶体中两个相邻晶粒之间晶格位向是不同的，所以晶界处是不同位向晶粒原子排列无规则的过渡层，如图2－12所示。晶界处原子处于不稳定状态，能量较高，因此晶界与晶粒内部有着一系列不同特征，如常温下晶界有较高的强度和硬度；晶界处原子扩散速度较快；晶界处容易被腐蚀、熔点低等。上一页下一页返回情境2.1机械工程材料性能及选用2.金属的结晶1）纯金属的结晶（1）结晶的概念。金属的结晶是指金属由液态转变为固态的过程。（2）纯金属的冷却曲线。纯金属的结晶都是在一定温度下进行的，它的冷却结晶过程可用图2－13所示的冷却曲线来描述。由冷却曲线可见，液态金属随着冷却时间的延长，它所含的热量不断散失，温度也不断下降，但是当冷却到某一温度时，温度随时间延长并不变化，在冷却曲线上出现了“平台”，“平台”对应的温度是纯金属实际结晶温度。出现“平台”的原因，是结晶时放出的潜在热正好补偿了金属向外界散失的热量。结晶完成后，由于金属继续向环境散热，温度又重新下降。上一页下一页返回情境2.1机械工程材料性能及选用需要指出的是，图中T0为理论结晶温度，金属实际结晶温度T1总是低于理论结晶温度T0的现象，称为“过冷现象”；理论结晶温度和实际结晶温度之差称为过冷度，以ΔT表示。ΔT＝T0－T1。金属结晶时温度的大小与冷却速度有关，冷却速度越大，过冷度就越大，金属的实际结晶温度越低。2）纯金属的结晶过程纯金属的结晶过程发生在冷却曲线上平台所经历的这段时间。液态金属结晶时，都是首先在液态中出现一些微小的晶体———晶核，它不断长大，同时新晶核又不断产生并相继长大，直至液态金属全部消失为止，如图2－14所示。因此金属的结晶包括晶核的形成和晶核的长大两个基本过程，并且这两个过程是同时进行的。上一页下一页返回情境2.1机械工程材料性能及选用（1）晶核的形成。由图2－14可见，当液态金属冷至结晶温度以下时，某些类似晶体原子排列的小集团便成为结晶核心，这种由液态金属内部自发形成结晶核心的过程称为自发形核。而在实际金属中常有杂质的存在，这种液态金属依附于这些杂质更容易形成晶核。这种依附于杂质或型壁而形成晶核的过程称为非自发形核。自发形核和非自发形核在金属结晶时是同时进行的，但非自发形核常起优先和主导作用。上一页下一页返回情境2.1机械工程材料性能及选用（2）晶核的长大。晶核形成后，当过冷度较大或金属中存在杂质时，金属晶体常以树枝状的形式长大。在晶核形成初期，外形一般比较规则，但随着晶核的长大，形成了晶体的顶角和棱边，此处散热条件优于其他部位，因此在顶角和棱边处以较大成长速度形成枝干。同理，在枝干的长大过程中，又会不断生出分支，最后填满枝干的空间，结果形成树枝状晶体，简称枝晶。3）金属结晶后的晶粒大小金属结晶后晶粒大小对金属的力学性能有重大影响，一般来说，细晶粒金属具有较高的强度和韧性。为了提高金属的力学性能，希望得到细晶组织，因此必须了解影响晶粒大小的因素及控制方法。上一页下一页返回情境2.1机械工程材料性能及选用结晶后的晶粒大小主要取决于形核率N与晶核的长大速率G。显然，凡能促进形核率N，抑制长大速率G的因素，均能细化晶粒。（1）增加过冷度。形核率和长大速率都随过冷度的增大而增大，但在很大范围内形核率比晶核长大速率增长得更快。故过冷度越大，单位体积中晶粒数目越多，晶粒越细化。实际生产中，通过加快冷却速度来增大过冷度，这对于大型零件显然不易办到，因此这种方法只适用于中、小型铸件。（2）变质处理。在液态金属结晶前加入一些细小变质剂，使结晶时形核率N增加，而长大速率G降低，这种细化晶粒方法称为变质处理。此外，采用机械振动、超声波和电磁波振动等，增加结晶动力，使枝晶破碎，也间接增加形核核心，同样可细化晶粒。上一页下一页返回情境2.1机械工程材料性能及选用3.合金的晶体结构与结晶1）合金的晶体结构纯金属虽然具有优良的导电、导热等性能，但它的力学性能较差，并且价格昂贵，因此在使用上受到很大限制。机械制造领域中广泛使用的金属材料是合金，尤其是铁碳合金。（1）合金的基本概念。①合金。由两种以上的金属元素，或金属与非金属元素组成的具有金属特性的物质称为合金。②组元。组成合金的最基本的独立物质称为组元，简称元。组元一般是指组成合金的元素，但一些稳定的化合物有时也可作为组元，如Fe3C。上一页下一页返回情境2.1机械工程材料性能及选用③合金系。由两个或两个以上组元按不同比例配制成一系列不同成分的合金，称为合金系。④相。在金属组织中化学成分、晶体结构和物理性能相同的组分称为相。⑤组织。用肉眼或借助显微镜观察到材料具有独特微观形貌特征的部分称为组织。组织反映材料的相组成、相形态、大小和分布状况，因此组织是决定材料最终性能的关键。（2）合金的组织。多数合金组元液态时都能互相溶解，形成均匀液溶体。固态时由于各组分之间相互作用不同，形成不同的组织。通常固态时合金形成固溶体、金属化合物和机械混合物三类组织。上一页下一页返回情境2.1机械工程材料性能及选用①固溶体。合金由液态结晶为固态时，一组元的晶格中溶入另一种或多种其他组元而形成的均匀相称为固溶体。保留晶格的组元称为溶剂，溶入晶格的组元称为溶质。根据溶质原子在溶剂中所占位置的不同，固溶体可分为置换固溶体和间隙固溶体。A.置换固溶体。溶剂结点上的部分原子被溶质原子所替代而形成的固溶体，称为置换固溶体。如图2－15（A）所示。溶质原子溶于固溶体中的量称为固溶体的溶解度，通常用质量百分数来表示。B.间隙固溶体。溶质原子溶入溶剂晶格之中而形成的固溶体，称为间隙固溶体，如图2－15（B）所示。上一页下一页返回情境2.1机械工程材料性能及选用由于溶质原子的融入，会引起固溶体晶格发生畸变。晶格畸变使合金变形阻力增大，从而提高了合金的强度和硬度，这种现象称为固溶强化。它是提高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，它的晶格类型和性能完全不同于任一组元，一般可用化学分子式表示，如Fe3C。金属化合物具有熔点高、硬度高、脆性大的特点，在合金中主要作为强化相，可以提高材料的强度、硬度和耐磨性，但塑性和韧性有所降低。上一页下一页返回情境2.1机械工程材料性能及选用③机械混合物。两种或两种以上的相按一定质量百分数组合成的物质称为机械混合物。混合物中各组成相仍保持自己的晶格，彼此无交互作用，其性能主要取决于各组成相的性能以及相的分布。2）合金的结晶（1）合金相图的概念。合金相图是表明在平衡条件下，合金的组成相和温度、成分之间关系的简明图解。它是进行金相分析、制定铸造、锻压、焊接、热处理等热加工工艺的重要依据。（2）二元合金相图的建立。相图大多数是通过实验方法建立起来的，目前测绘相图的方法很多，但最常用的是热分析法。上一页下一页返回情境2.1机械工程材料性能及选用（3）二元合金相图的分析。两组元在液态和固态下均能无限互溶所构成的相图称为二元匀晶相图。属于该类相图的合金有Cu－Nｉ、Fe－Cr、Au－Ag等。下面以Cu－Nｉ合金为例，对二元合金结晶过程进行分析。①相图分析。图2－16为Cu－Nｉ合金相图，图中A点、B点分别是纯铜和纯镍的熔点，AaB线是合金开始结晶的温度线，称为液相线；AbB线是合金结晶终了的温度线，称为固相线。液相线以上为单一液相区，以“L”表示；固相线以下是单一固相区，以“α”表示固溶体；液相线与固相线之间为液相和固相两相共存区，以“L＋α”表示。上一页下一页返回情境2.1机械工程材料性能及选用②合金的结晶过程。以WNｉ＝60％的合金为例说明合金的结晶过程。由图可见，当合金以极缓慢速度冷至T1时，开始从液相中析出α，随着温度不断降低，α相不断增多，而剩余的液相L不断减少，并且液相和固相的成分通过原子扩散分别沿着液相线和固相线变化。当结晶终了时，获得与原合金成分相同的α相固溶体。③枝晶偏析。合金在结晶过程中，只有在极其缓慢冷却条件下原子具有充分扩散的能力，固相的成分才能沿固相线均匀变化。但在实际生产条件下，冷却速度较快，原子扩散来不及充分进行，导致先后结晶出的固相成分存在差异，这种晶粒内部化学成分不均匀现象称为晶内偏析（又称枝晶偏析）。上一页下一页返回情境2.1机械工程材料性能及选用偏析的存在，严重降低了合金的力学性能和加工工艺性能，生产中常采取扩散退火工艺来消除它。2.1.3铁碳合金1.纯铁的同素异构转变自然界中大多数金属结晶后晶格类型都不再变化，但少数金属，如铁、锰、钴等，结晶后随着温度或压力的变化，晶格会有所不同，金属这种在固态下晶格类型随温度（或压力）变化的特性为同素异构转变。如图2－18所示。纯铁的同素异构转变可概括如下：1538℃1394℃912℃（液态）Feδ－Feγ－Feα－Fe上一页下一页返回情境2.1机械工程材料性能及选用α－Fe和δ－Fe都是体心立方晶格，γ－Fe为面心立方晶格。纯铁具有同素异构转变的特征，是钢铁材料能够通过热处理改善性能的重要依据。纯铁在发生同素异构转变时，由于晶格结构变化，体积也随之改变，这是加工过程中产生内应力的主要原因。2.铁碳合金的基本组织在铁碳合金中，由于铁和碳的交互作用，可形成下列五种基本组织。1）铁素体（F）铁素体是碳溶解在α－Fe中形成的间隙固溶体（如图2－18所示），它仍保持α－Fe的体心立方晶格结构。由于α－Fe晶粒的间隙小，溶解碳量极微，其最大溶碳量只有0.0218％（828℃），所以是几乎不含碳的纯铁。上一页下一页返回情境2.1机械工程材料性能及选用铁素体由于溶量小，力学性能与纯铁相似，即塑性和冲击韧度较好，而强度、硬度较低。σB＝180～280MPaHBS＝50～80δ＝30％～50％αKU＝128～160Ｊ／C显微镜下观察，铁素体呈灰色并有明显大小不一的颗粒形状。2）奥氏体（A）奥氏体是碳溶解在γ－Fe中形成的间隙固溶体（如图2－19所示）。它保持γ－Fe的面心立方晶格结构。因其晶格间隙较大，所以溶碳能力比铁素体强，在828℃时溶碳量为0.88％，1148℃时溶碳量达到2.11％。上一页下一页返回情境2.1机械工程材料性能及选用奥氏体的强度、硬度较低，但具有良好的塑性，是绝大多数钢高温进行压力加工的理想组织。σB＝400MPaHBS＝160～200δ＝40％～50％由于γ－Fe一般存在于828℃～1394℃之间，所以奥氏体也只出现在高温区域内。用显微镜观察，奥氏体呈现外形不规则的颗粒状结构，并有明显的界限。3）渗碳体（Fe3C）渗碳体是铁与碳形成的具有复杂斜方结构的间隙化合物，含碳量为6.69％，硬度很高（800HBW），塑性和韧性几乎为零。主要作为铁碳合金中的强化相存在。上一页下一页返回情境2.1机械工程材料性能及选用显微镜下观察，渗碳体呈银白色光泽，并在一定条件下可以分解出石墨。4）珠光体（P）珠光体是铁素体和渗碳体组成的共析体（机械混合物）。珠光体的平均含碳量为0.88％，在828℃以下温度范围内存在。力学性能介于铁素体和渗碳体之间，即综合性能良好。σB＝880MPaHBS＝180δ＝20％～35％用显微镜观察，珠光体呈层片状特征，表面具有珍珠光泽，因此得名。5）莱氏体（LD）上一页下一页返回情境2.1机械工程材料性能及选用莱氏体是由奥氏体和渗碳体组成的共晶体。铁碳合金中含碳量为4.3％的液体冷却到1148℃时发生共晶转变，生成高温莱氏体（LD）。合金继续冷却到828℃时，其中的奥氏体转变为珠光体，故室温时由珠光体和渗碳体组成，叫低温莱氏体（LD）。统称莱氏体。莱氏体中由于大量渗碳体存在，其性能与渗碳体相似，即硬度高，塑性差。3.铁碳合金相图铁碳合金相图是表示在缓慢冷却的条件下，表明铁碳合金成分、温度、组织变化规律的简明图解，它也是选择材料和制定有关热处理工艺时的重要依据。上一页下一页返回情境2.1机械工程材料性能及选用由于WC＞6.69％的铁碳合金脆性很大，在工业生产中没有使用价值，所以我们只研究WC＜6.69％的部分。WC＝6.69％对应的正好全部是渗碳体，把它看作一个组元，实际上我们研究的铁碳相图是Fe－Fe3C相图。为了便于研究分析将其简化，便得到了简化的Fe－Fe3C相图，如图2－20所示。1）相图分析简化的Fe－Fe3C相图纵坐标为温度，横坐标为碳的质量百分数，其中包括共晶和共析二种典型反应。（1）Fe－Fe3C相图中典型点的含义见表2－1。（2）Fe－Fe3C相图中特性线的意义见表2－2。上一页下一页返回情境2.1机械工程材料性能及选用（3）Fe－Fe3C相图相区分析。依据特性点和线的分析，简化Fe－Fe3C相图主要有四单相区：L、A、F、Fe3C；五个双相区：L＋A、A＋F、L＋Fe3C、A＋Fe3C、F＋Fe3C（如图2－20所示）。2）典型铁碳合金结晶过程分析（1）铁碳合金分类上一页下一页返回情境2.1机械工程材料性能及选用①工业纯铁：WC≤0.0218％②钢（WC＝0.0218％～2.11％）亚