工程材料与热加工复习知识点

强度是指金属材料抵抗塑性变形和断裂的能力。

塑性常用的指标有断后伸长率和断面收缩率。

硬度是指材料抵抗局部塑性变形压痕或划痕的能力。

硬度试验方法：

布氏硬度：压痕面积大，能反映较大范围内材料的平均硬度，测得结果较准确稳定。

洛氏硬度：操作方便迅速，测量硬度范围大压痕小，测量结果不够准确。

维氏硬度：准确可靠，广泛用于测量金属镀层，薄片材料和化学热处理后的表面硬度。

韧脆转变温度越低，材料的低温抗冲击性能越好。

常见的晶格类型：

1.体心立方晶格；

2.面心立方晶格；

3.密排立方晶格。

晶体缺陷：

1.点缺陷：晶格空位、间隙原子；

2.线缺陷：各种类型的位错；

3.面缺陷：晶界、亚晶界。

根据溶质原子在溶剂晶格中所占的位置不同，固溶体分为置换固溶体和间隙固溶体。

置换固溶体可形成无限固溶体（原子半径相差不大），间隙固溶体都是有限固溶体。

与固溶体晶格类型相同的组元称为溶剂。

通过溶入溶质元素，使固溶体强度和硬度提高的现象称为固溶强化，使晶格发生畸变，增加了变形抗力，塑性韧性降低。

冷却速度越快，过冷度越大。

纯金属结晶过程是晶核形成和长大的过程。

一般晶粒越细小，金属的硬度强度越大，塑性韧性越高（细晶强化）。

细化晶粒提高金属力学性能的方法：

1.增大过冷度；

2.变质处理；

3.附加振动。

同素异构（晶）转变：少数金属在结晶后晶格类型随温度的改变而发生变化。

铁碳合金相图：特性点、特性线。

各种钢的含碳量及组成，性质。

含碳量对铁碳合金力学性能的影响：

当Wc<0.9%时，随含碳量增加，钢的强度和硬度直线上升，塑性和韧性不断下降；

当Wc>0.9%时，随含碳量增加，钢的强度开始明显下降，硬度仍在提高，塑性和韧性降低。

单晶体塑性变形的基本方式是滑移和孪生。滑移的实质是位错，是金属塑性变形的主要方式。

加工硬化（冷变形强化）：随着冷变形程度增加，金属强度和硬度升高，塑性和韧性下降的现象。

回复：利用回复现象可将已产生冷变形强化的金属在较低的温度下加热，使其残留应力基本消除而保留了其强化的力学性能，这种处理称为低温去应力退火。

再结晶：破碎的被拉长或压扁的晶粒变为均匀细小的等轴晶粒。

是通过形核和晶核长大的方式进行的，晶格类型没有改变。再结晶后金属的强度硬度显著降低，塑性韧性大大提高，冷变形强化得以消除。

热处理是指采用适当方式对金属材料或工件进行加热，保温和冷却。

奥氏体形成：1.A晶核形成；2. A晶核长大；3.残余Fe3C溶解；4.A均匀化。

过冷奥式体等温转变产物：珠光体、贝氏体、马氏体（当Wc<6.0%时，马氏体的硬度和强度随马氏体含碳量的增加而升高）。

钢的退火：将工件加热到适当温度，保温一定时间然后缓慢冷却的热处理工艺。完全退火：将工件完全奥氏体化（加热至Ac3点以上30~50℃），保温后缓慢冷却，生产中为提高生产率，一般随炉冷至600℃左右，将工件出炉空冷。

作用：1.降低硬度；2.消除残留应力；3.细化晶粒。

主要用于亚共析钢的铸件、锻件、热轧型材和焊件等，不适合过共析钢。

钢的正火：是指将亚共析钢加热到Ac3点以上30~50℃，共析钢加热到Ac1点以上30~50℃，共析钢加热到Ac cm点以上30~50℃，保温后在空气中冷却的热处理工艺。

退火方式为空冷。

调质处理有回火、淬火。回火一般在淬火后随即进行。

淬透性与工件尺寸、冷却介质无关。

硫易使钢开裂，称为热脆；磷使钢塑性韧性急剧下降，称为冷脆。

固溶于奥氏体中的合金元素使奥氏体稳定性增加（曲线右移，提高淬透性）。

铬钨钼等碳化物也会使C曲线分离成两个“鼻尖”，冷却速度降低。

加入锰硅铬镍硼元素可提高淬透性，还可提高铁素体的韧性，钨钼钒钛等碳化物形成元素可细化晶粒，提高耐回火性，钼钨能防止产生第二类回火脆性。

金属腐蚀方式：电化学腐蚀（主要形式）、化学腐蚀如氧化。

防止电化学腐蚀方法：

1.室温下获得单相组织；

2.提高金属基体的电极电位（如加入Cr）；

3.金属表面形成钝化膜。

铸铁种类：

1.白口铸铁；

2.灰口铸铁：灰铸铁（优良性能：1.铸造性能好；2.减振性好；

3.减磨性好；

4.

切削加工性能好；5.缺口敏感性低）、球墨铸铁、可锻铸铁、蠕墨铸铁；

3.麻口铸铁。

铝合金：

1.形变（变形）铝合金：能热处理强化的铝合金，不能热处理强化的铝合金；

包括：1.防锈铝合金；2.硬铝合金；3.超硬铝合金；4.锻铝合金。

2.铸造铝合金。

铝合金的热处理主要是固溶处理（淬火）+时效处理。

自然时效后的铝合金在220～250℃短时间加热（2-3min）然后快速水冷至室温，合金会重新变软，恢复到实效以前的状态，如再将其在室温中放置，仍能进行时效硬化，称这种现象为“回归现象”。回归现象的实际意义在于时效硬化的铝合金可以重新变软，以便于维修和中间加工。

金属的铸造性能主要由流动性、收缩性、吸气性、氧化性、凝固温度范围、热裂倾向性等来衡量。

流动性：金属液本身的流动能力，称为流动性，它是影响金属液充型能力的主要因素之一。

影响因素：1.金属的种类和化学成分；2.浇注温度；3.铸型特点。

收缩：铸造金属从液态冷却至室温的整个过程中，产生的体积和尺寸缩减的现象。

1.液态收缩：金属液从浇注温度冷却到凝固开始温度，使型腔内液面降低。

2.凝固收缩：熔融金属从凝固开始温度冷却到凝固终止温度，使型腔内液面降

低。

3.固态收缩：金属在固态下从凝固终止温度冷却到室温，固态下收缩。

影响因素：1.化学成分；2.浇注温度；3.铸件结构与铸型条件。

缩孔的形成原因：铸件逐层凝固，并发生液态收缩，型腔内外围金属液凝固，内部液面不断下降，形成缩孔。

缩孔是容积较大的孔洞，一般隐藏在铸件上部、最后凝固部位或厚壁处。

缩松的形成原因：凝固层内表面参差不齐，剩余的液体被分割成许多有残留液相的小区，凝固后合金体积减小，形成缩松。

缩松常出现在缩孔的下方或铸件的轴线附近。

缩孔与缩松的防止：

1.合理选择铸造合金；

2.合理选用凝固原则（顺序凝固、同时凝固）；

1)顺序凝固：在铸件可能出现缩孔的热结处，通过增设冒口或冷铁等一些工

艺措施，使铸件按规定方向依次凝固。

缺点：铸件各部分温差大应力大，容易产生变形和裂纹，增加金属的消耗，耗费工时。

主要用于凝固收缩大、结晶温度范围窄的合金以及壁厚差别较大的铸件。

2)同时凝固：采用工艺措施使型腔内各部分金属液没有温差或温差很小，同

时进行凝固。

主要用于凝固收缩小的合金，壁厚均匀的薄壁铸件等。

砂型铸造：按起模紧砂方式分为手工造型和机器造型。

铸造工艺流程：

1.浇注位置的选择：

1)铸件的重要加工面或主要工作面应位于型腔底面或侧面；

2)铸件上宽大的平面应位于型腔下面；

3)铸件上的薄壁应位于型腔的下面或侧面或倾斜；

4)易形成缩孔的铸件应将截面较厚的部分放在型腔的上部或侧面；

5)应减少型芯的数量。

2.铸型分型面的选择；

3.工艺参数的确立：

1)切削加工余量；

2)收缩余量；

3)起模斜度：为使模样容易从铸件中取出或型芯自芯盒脱出，在平行于起

模方向的模样（或芯盒）壁上所增加的斜度。

4)芯头；

5)孔与槽。

4.浇注系统：由浇口杯（盆）、直浇道、横浇道、内浇道组成；

5.冒口。

冷隔与浇不到产生原因：浇注温度过低；充型速度太慢或浇铸时发生中断；流动性不好；浇道截面太小或位置不当；铸件设计不合理等。

位置：

冷隔常出现在远离浇注系统的宽大上表面或薄壁处，金属液汇合处，激冷部位（冷铁、芯撑等）。

浇不到常出现在远离浇注系统的部位及薄壁处。

无损检验方式：

1.射线探伤；

2.超声波探伤；

3.磁粉探伤；

4.渗透探伤：分着色检查和荧光检查；

5.渗漏试验：水压试验、气压试验。

金属铸造性能对铸件结构的要求：

1.铸件壁厚应适当，最大临界壁厚大约是其最小壁厚的三倍；

2.铸件壁厚应尽量均匀；

3.铸件壁的连接应合理：

1)铸件壁的转角处应有结构圆角；

2)筋或壁的连接应避免交叉和锐角；

3)厚壁与薄壁间的连接应逐步过渡；

4.铸件应尽量避免有过大的水平面；

5.铸件结构应有利于自由收缩。

压力铸造工艺流程：向型腔喷射涂料、闭合压铸型、压射金属、打开压铸型、顶出铸件。

塑性加工包括锻造、冲压、挤压、轧制、拉拔等。

锻压优点：

1.改善金属组织，提高力学性能；

2.板料冲压件具有重量轻、精度高、刚度好的特点；

3.现代化的锻压生产具有很高的生产效率。

金属的锻压性能：是指金属经受塑性变形而不开裂的能力。常用金属的塑性和变形抗力来综合衡量，塑性越好，变形抗力越小，则锻压性能越好。

影响锻压性能的方面：

1.金属的内在因素：1).化学成分；2).组织结构；

2.变形条件：1).变形温度；2).变形速度；3).应力状态；4).胚料表面质量。

自由锻工艺规程的制定：

1.绘制锻件图；

2.计算胚料重量和尺寸：M胚=M锻+M烧+M芯+M切

3.确定锻造工序：

1)基本工序：镦粗、拔长、冲孔、切割和弯曲等；

2)辅助工序；

3)精整工序。

4.选择锻造设备；

5.确定胚料加热，锻件冷却和热处理方法。

自由锻零件的结构工艺性要求：P260表10-9。

模锻零件的结构工艺性：

1.模锻件应具有合理的分模面，模锻斜度和圆角半径；

2.模锻件的辐板厚度不应小于5mm；

3.在满足使用性能要求的条件下，零件形状应力求简化、平直和对称；

4.应避免窄沟、深槽、深孔及多孔结构，以便于制造模具和延长模具寿命；

5.对复杂锻件为减少余块，简化模锻工艺，在可能的条件下，采用锻-焊或锻-

机械连接组合工艺。

板料冲压的基本工序：

1.分离工序：1).剪切；2).冲裁。

2.成型工序：1).弯曲；2).拉深；3).翻边；4).缩口；5).局部成形。

焊接电弧由阴极区、弧柱和阳极区三部分组成，阴极区到阳极区表面的最短距离为弧长。

用直流弧焊电源焊接时，若工件接电源正极，焊条接电源负极，称为正接，适于焊接厚件；若工件接电源负极，焊条接电源正极，称为反接，适于焊接薄件。

焊条的组成：

1.焊芯；

2.药皮：

1)提高电弧燃烧的稳定性；

2)防止空气对熔化金属的有害作用；

3)保证焊缝金属的脱氧；

4)加入合金元素，提高焊缝金属的力学性能。

焊条的分类：

按药皮的性质分为酸性焊条和碱性焊条。

酸性焊条具有电弧稳定、易脱渣、飞溅小，对油、锈、水的敏感性小，直流交流可用，操作性能好等特点，适于焊接低碳钢和不重要的结构件。

碱性焊条特性与酸性焊条特性相反，一般采用直流焊接电源，主要用于焊接重要的结构件。

焊条的选用（等强匹配、等成分匹配等）。

焊接应力与变形产生的原因：

在焊接过程中对工件进行局部不均匀的加热和冷却是产生焊接应力与变形的根本原因。

减小焊接应力和变形的措施：

1.正确合理设计焊接结构；

2.合理的焊接顺序；

3.焊前预热；

4.加热“减应区”；

5.锤击焊缝；

6.焊后热处理。

预防和校正焊接变形的措施：

1.反变形法；

2.刚性固定法；

3.机械矫正法；

4.火焰矫正法。

二氧化碳气体保护焊（简称CO2焊）利用CO2气体作为保护气体。

特点：

1.焊接速度快，焊后不需要清渣；

2.脱硫作用良好，焊接接头抗裂性好，裂纹倾向性小；

3.焊接热影响区较小，焊接变形小；

4.成本低；

5.是明弧焊，便于观察和操作，可适用于各种位置的焊接；

6.飞溅大，焊缝成形较差，焊接设备较复杂，维修不便。

主要用于焊接低碳钢和强度等级不高的低合金高强度结构钢。

氩弧焊：分为熔化极氩弧焊和不熔化极（或钨极）氩弧焊。

特点：

1.可获得质量高、成形美观的焊缝；

2.焊接热影响区小，焊接变形小；

3.电弧稳定，飞溅小，表面无熔渣；

4.是明弧焊接，故便于操作，可进行全位置焊接，且易于实现机械化和自动化；

5.氩弧焊设备和控制系统比较复杂，氩气较贵，故焊接成本较高。

焊接钢材时，采用直流正接以减少钨极烧损；焊接铝镁及其合金时，采用交流或直流反接电源。

因极间正离子撞击工作熔池表面，可使氧化膜破碎，有利于焊件金属熔合和保证焊接质量。

压焊：是指焊接过程中，必须对工件施加压力（加热或不加热）以完成焊接的方法。最常用的是电阻焊和摩擦焊。

电阻焊：对焊，电阻点焊，缝焊。

钎焊：是采用比母材熔点温度低的金属材料作钎料，将工件和钎料加热到高于钎料熔点低于母材熔化温度，利用液态钎料润湿母材，填充接头间隙，并与母材相互扩散实现连接工件的焊接方法。分为软钎焊（钎料熔点小于450℃）和硬钎焊（钎料熔点大于450℃）。

焊缝的布置：

1.焊缝位置应便于焊接操作；

2.尽量减少焊缝数量；

3.应避免密集和交叉的焊缝；

4.尽可能使焊缝对称；

5.焊缝应尽量避开最大应力和应力集中的位置。