金属工艺学教案
金属工艺学教案
编者:安荣
机械系
.机械教研室
授课时间:班级:
本课课题:绪论
教学目的和要求:1.了解本课程的性质、任务和在生产中的地位。
2.了解本课程内容和机械产品制造全过程的概念。
3.熟悉学习本课程的基本要求和方法。
重点与难点:了解本课程的性质及意义。
教学方法:讲授法和录像观摩。
课型:理论课
金属工艺学(邓文英主编)
教学过程
绪论
一、为什么要学金属工艺学(机械工程材料工艺学)?
金属工艺学是一门传授有关制造金属零件工艺方法的综合性技术基础课。它主要传授各种工艺方法本身的规律性及其在机械制造中的应用和相互关系;金属零件的加工工艺过程和结构工艺性;常用金属材料性能对加工工艺的影响;工艺方法的综合比较等。
研究的对象:常用的工程材料、材料的各种加工处理工艺。
例如:
钢铁、铝合金、铜合金、塑料等材料及热处理工艺、焊接工艺、铸造工艺、切削加工工艺等加工处理工艺。
举例:
常用主轴材料:45 。技术要求:调质处理。
箱体材料:HT200。技术要求:退火。
国家工业发展的三大支柱:材料、信息、微机。
1.工程材料是国家工业发展的物质基础。
工业和日常生活都离不开工程材料的使用,研究材料最终是为人类的文明进步而服务。
2.作为工科类专业所必须掌握的一门功课。
基础课→(桥梁)→专业课
机械工程材料工艺学是一门技术基础课,对专业课和基础课起着桥梁的作用。
二、机械工程材料工艺学课程有什么特点?
1.本课程同实践紧密相联系,是一门实践性很强的学科。
2.通过生产实践才能融会贯通地学习掌握(安排了钳工、金工实习)。
3.为了弥补实践方面的不足,采用录像教学以及到工厂参观和实习,通过师生的相互努力来学好这门功课。
三、怎样才能学好机械工程材料工艺学?
1.注意各章节的联系、学习、复习、巩固、应用、总结。
2.要理解、要提问题、不能累计问题。
3.抓住主要内容:金属材料及热处理基本知识,铸造、锻造、焊接、切削
加工基本常识。
随着科学技术和生产力的不断发展,金属工艺学的内容构成也有所发展。应当指出,本课程的发展必然是有关学科的相互渗透和综合,而不是兼收并蓄、包罗万象、内容越来越复杂。它仍属工艺学范畴。
金属工艺学是实践性很强的技术基础课,它有利于对学生进行技能训练,有利于培养学生具有更高的实际能力和开拓精神。
录像教学:绪论J056 (25分钟)
作业布置:
课后总结:
授课时间:班级:
本课课题:钢铁生产简介。
教学目的和要求:1.了解炼铁的实质、原料、设备及产品(介绍常识知识)。
2.了解炼钢的实质、原料、设备及产品(介绍常识知识)。重点与难点:炼钢和炼铁的过程。
教学方法:讲授法和录像观摩。
课型:理论课。
教学过程
第一篇金属材料导论
复习旧课:了解本课程的性质。
合金的定义:一种金属为基础,加入其他金属或非金属,经过熔炼或烧结制成的具有金属特性的材料(导电性、延展性、光泽、导热
性)。
常用的是:钢和铁、铜合金、铝合金等(理论联系实际)。
钢铁的冶炼:
一、炼铁:
1.原料:
①空气-提供氧气,助燃作用。
②铁矿石-铁(有贫矿和富矿之分)我国常用的是Fe2O3(赤铁矿)、Fe3O4(磁铁矿)、Fe2O3.3H2O(褐铁矿)、(伴随着SiO2、MnO、S、P等杂质)。
③焦炭-还原剂、提供热能(炼焦厂生产)。
C+O2→CO2+Q、 CO2+C→CO+Q
Fe2O3+CO→Fe+CO2↑+Q
④熔剂→造渣剂,去除杂质,(石灰厂生产)CaCO
3
(石灰石)、CaO(生石灰)(举例:家用磷钒净水作用)。
CaCO
3→CaO+CO
2
↑
CaO+SiO2→CaSiO
3
(↑)
CaO+FeS→CaS(↑)+FeO
FeO+CO→……
2.设备:高炉。(衡量质量指标系数:焦炭比)。组成:炉喉、炉身、炉腰、炉腹、炉缸。
3.产品:①生铁:炼钢制造铁制品等。
②高炉煤气:日用燃料等。
③炉铁渣:水泥、玻璃(提纯)。
二、炼钢:
1.原料:
①生铁-铁的来源。
②氧气-精炼提纯的作用。
Fe+O2→FeO
FeO+Si→SiO2+Fe
FeO+C→CO+Fe
FeO+Mn→MnO+Fe
SiO2+MnO→MnSiO2(↑)
③造渣剂(熔剂)(生石灰)-主要去除S、P等杂质。(举例:家用磷钒
净水作用)
Fe+S→FeS
CaO+FeS→CaS(↑)+FeO
P+O2→P2O5
Fe+P2O5→Fe3(PO4)2
CaO+Fe3(PO4)2→Ca3(PO4)2(↑)+FeO
……………
2.设备:转炉(正在普及设备)、电弧炉(最好)、平炉(淘汰设备)。
3.产品:①钢锭(简称钢包):有特镇静钢(TZ)、镇静钢(Z)、
半镇静钢(b)、沸腾钢(F)。
②钢渣。
③煤气。
录像:钢铁的冶炼简介J059 (28分钟)
作业布置:
课后总结:
授课时间:班级:
本课课题:金属材料的力学性能。
教学目的和要求:熟悉强度和塑性的指标及其意义。
重点与难点:强度和塑性。
教学方法:讲授法和观摩法。
课型:理论课
教学过程
第一章金属材料的主要性能
复习旧课:钢铁的冶炼。提问:炼钢、铁的原料?
第一节金属材料的力学性能(机械性能)
材料的性能:
使用性能:物理性能、化学性能、力学性能(机械性能)。
工艺性能:热处理性能、铸造性能、焊接性能、锻造性能、切削加工性能。力学性能的定义:材料在外力作用下,表现出(静载荷、动载荷、交变载荷)的性能。
一、强度与塑性
概念:静载荷、应力
试验:拉伸实验试样-低碳钢、L0=5d0、L0=10d0 GB(6397-86)
要求同学们实验指导书(图书馆查资料,锻炼学生的自学能力)。
材料的力学性能实验。
F(
F e
(mm)
?L e
分析:(从中导出材料的强度和塑性)
P:F e、ΔL e。S:F S、ΔL s。S'→Fs'、ΔL s→ΔL s'。b→ΔL b、F→F b。………(1)F=0、ΔL=0
(2)F≤F e、ΔL o~e≤ΔL e
F o~e=ΔL o~e×tgα=ΔL o~e×K
O~ΔL e:弹性变形阶段。
(3)F e F e~s≠ΔL e~s×tgα ΔL e~ΔL s塑性变形阶段(永久变形)(微量塑性变形)。 (4)F=Fs> Fs' 、ΔL=ΔL s→ΔL s' ,S屈服点(“屈服”现象)。 ΔL s→ΔL s' 塑性变形阶段(屈服变形) (5)F s' ΔL s'~ΔL b塑性变形阶段(大量塑性变形阶段) (6)F=F b 、ΔL=ΔL b ,F b最大载荷、b缩颈点。 (7)F k (8)F=F k 断开。 1.强度: 定义:塑性变形、断裂的能力。 衡量指标:屈服强度、抗拉强度。 (1)屈服点: 定义:发生屈服现象时的应力。 公式:σs=F s/A o(MPa) F s-材料发生屈服现象时的力。 S o-材料的原始横截面面积。 条件屈服强度规定:σr0.2=F0.2/A o(无明显的屈服现象的材料) 应用:汽缸盖和汽缸体之间的密封性(螺栓联接)超过螺栓材料本身的屈服强度。 (2)抗拉强度: 定义:最大应力值。 公式:σb=F b/A o F b-最大的载荷。 S o-材料的原始截面面积。 应用:汽缸的密封、钢绳吊重物、机车的牵引等。 σs/σb屈强比:越小,可靠性越高;越大,可靠性越低。 2.塑性: 定义:发生塑性变形,不破坏的能力。 衡量指标:伸长率、断面收缩率。 (1)伸长率: 定义: 公式:δ=(L1-L0)/L0×100% L1-拉断后的长度。 L0-原来的试样长度。 注意:长、短试样测出的δ值不相等(比较大小,要同样的试样)。 L0=5d0 δ5 L0=10d0δ10=δ δ5>5% -塑性材料、δ5<5%-脆性材料。 45:δ5≈18.7% δ1<δ5 (2)断面收缩率: 定义: 公式:Ψ=(A0-A1)/A0×100% S0-原截面面积。 S1-断口处断面面积。 Ψ5 Ψ10 Ψ值越大,塑性越好。 总结:δΨ越大,塑性越好,越易变形但不会断裂。录像:拉伸试验。 作业布置: 课后总结: 授课时间:班级: 本课课题:金属材料的力学性能。 教学目的和要求:1.掌握洛氏硬度、布氏硬度的试验原理、特点及其应用 范围。 2.了解金属夏比冲击试验、多次冲击试验简介。 3.了解金属疲劳的概念,提高疲劳强度的措施。 重点与难点:硬度、冲击韧性、疲劳强度的概念。 教学方法:讲授法 课型:理论课和录像观摩。 教学过程 复习旧课:强度和塑性的概念。 二、硬度 硬度: 定义:抵抗更硬物体压入的能力。 衡量:布氏硬度、洛氏硬度、维氏硬度等。 1.布氏硬度:HB 试验:GB84。一定直径的钢球HBS(硬质合金HBW),规定的载荷及时间后。 HB=F/S (N/mm2) <650 举例:钢球直径:10mm,载荷:30KN(F=30D2),时间:规定10(s)。材料:压痕直径:d0=3.92mm 查表:HBS=239 (1)应用范围:铸铁、有色金属、非金属材料。 (2)优缺点:精确、方便、材料限制、非成品检验和薄片。 2.洛氏硬度:HR、(HRA、HRB、HRC) 试验:GB83。一定锥形的金刚石(淬火钢球),在规定载荷和时间后,测出的压痕深度差即硬度的大小(表盘表示)。 HRA、HRB、HRC。一般通常习惯用HRC(无单位)。 (1)应用范围:钢及合金钢。 (2)优缺点:测成品、薄的工件,无材料限制,但不精确。 3.维氏硬度: 试验:GB83。一定锥形的金刚石,在规定的载荷、时间后。 HV=F/S (1)应用范围:测薄片和镀层。 (2)优缺点:数值精确,但操作麻烦。 4.肖氏硬度HS、锉氏硬度、显微硬度HM 总结:数值越大,硬度越高。但相互之间不能比较,必须查表为同单位才行。 三、韧性 概念:动载荷、“梅氏”试样(金属夏比试验)。 冲击韧度: 定义:抵抗冲击载荷而不破坏的能力。 衡量指标:αk=A k/A (J/cm2) αk-一次性冲击试验的标准。 多次冲击:A k↓→σs、σb。A k↑→Ψ、δ αk和温度有关:温度越低,αk越小。(低温易冲断)脆性临界转变温度。 四、疲劳强度 概念:交变载荷、疲劳现象 试验:疲劳实验法。 衡量指标:疲劳强度σ-1 钢:107、有色金属:108。σmax=σ-1 五、蠕变和松弛:(补充内容) 1.蠕变:蠕变强度 高温下容易产生。 2.松弛:松弛强度 高温下容易产生。 录像:硬度试验、冲击试验和疲劳试验。 作业布置: 课后总结: 授课时间:班级: 本课课题:材料的物理性能、化学性能。 教学目的和要求:1.掌握材料的物理性能、化学性能(复习过去的相关内 容)。 2.了解它们在实际生产中的应用。 重点与难点:物理性能和化学性能的应用。 教学方法:讲授法 课型:理论课 教学过程 第二节金属材料的物理、化学及工艺性能 复习旧课:学习本课的实际意义。 金属的性能:物理性能、化学性能。 一、物理性能: 1.比重:单位体积内物体的重量。 密度:单位体积内物体的质量。 铁:7.8克/厘米3、铜:8.9克/厘米3、铝:2.7克/厘米3、钛:4.51克/厘米3 γ<5g/cm3→轻金属、γ>5g/cm3→重金属。 应用:飞机制造业、子弹头、检验材料、炼铁、炼钢、铅球等。 2.熔点:固体→液体的温度点。 凝固点:液体→固体的温度点。 铁:1538℃、铜:1083℃、铝:660℃、钛:1660℃。 应用:耐高温材料(飞机、导弹、航天)、防火安全阀、熔断器(保险丝)等。 3.热涨性:一般而言,金属材料具有热胀冷缩的性能。 材料不同,热胀冷缩的大小也不同。 应用:电线的形态、桥梁的架设、钢轨的铺设、精密的测量工具、电冰箱、电饭锅等。 4. 导热性:金属具有传导热能的性质。 导热材料的顺序:银、铜、铝等。 金属材料的杂质越多、导热性越差。高速钢导热性差,加热要缓慢,以防开裂。 应用:陶瓷、水壶的水垢等。 5. 导电性:金属具有传递电流的性质。 导电材料的顺序:银、铜、铝等。 应用:电火花加工(下册P.78~80、电解加工、电子束加工及制造电线、电缆、玻璃拉丝模等。 6.磁性;金属材料在磁场的情况下磁化(分为软磁和硬磁)。 例如:铁、镍、钴等。 应用:手表材料、磨床的磨削加工(P.71下册)等。 二、化学性能: 1.耐蚀性(耐酸碱性):金属材料抵抗腐蚀的性能。例如:钢铁生铁锈、铜 生铜绿(造成重大事故)。应用:食品行业、饮料行业、医药 行业、化工行业等。 2.抗氧化性:高温时抵抗氧化的能力。 应用:锻打、电焊、热处理等。 3.化学稳定性:在常温下,化学稳定的性能。 应用:耐热设备、高温锅炉等。 三、工艺性能:是指是否易于进行冷、热加工的性能。 包括:热处理性能(第三章)、铸造性能(第二篇)、焊接性能(第三篇)、锻造性能(第四篇)、切削加工性能(第五篇)。(最后要和书名金 属工艺学联系上) 以上各种工艺性能将在以后有关章节中分别介绍。 作业布置: 课后总结: 授课时间:班级: 本课课题:铁碳合金的晶体结构与结晶过程。 教学目的和要求:1.了解晶体与非晶体,晶格、晶胞、晶格常数的意义。 熟悉两种常见的金属晶格类型。 2.了解结晶的概念、结晶基本过程,晶粒大小对金属力 学性能影响及其控制措施,纯铁的同素异晶转变。 重点与难点:铁碳合金晶体结构和同素异晶转变。 教学方法:讲授法 课型:理论课和录像观摩。 教学过程 第二章铁碳合金(钢和铸铁) 第一节纯铁的晶体结构及其同素异晶转变 复习旧课:材料的力学性能。 一、金属的结晶 结晶:液态金属凝结成固态金属的现象。 概念:理论结晶温度-金属在无限缓冷冷却下结晶得到的结晶温度To。 (计算出来的) 实际结晶温度-金属以实际冷却速度冷却结晶得到的结晶温度Tn。 (实际测量出来的)(平时浇注的温度) 一、金属结晶的过冷现象: 过冷现象: 金属的实际结晶温度总是低于理论结晶温度,Tn 过冷度:To=Tn=?T(变量)。 冷却速度越大,过冷度越大。 金属的实际结晶温度总是低于理论结晶温度,Tn 过冷度:To=Tn=?T(变量)。 温度 To Tn 冷却速度越大,过冷度越大。 金属的实际结晶温度总是低于理论结晶温度,Tn 过冷度:To=Tn=?T(变量)。 冷却速度越大,过冷度越大。 1.在ab段:金属均呈现液体, 2.在bc段:液体中某些原子结成晶核(自发晶核)(晶坯)晶核不断长大 形成枝晶直到晶粒。 3.在cd段:每一个晶核形成一个晶粒,从而形成含有多晶体的金属固体。 概念:晶粒、晶界。 晶核-枝晶-晶粒-多晶体。 晶核-枝晶-晶粒 晶界;晶粒。晶粒越多,晶界也越多,则晶粒移动所受的阻力越大,宏观来看,材料越不容易发生变形,即材料的硬度越高,强度越好。 总结:晶粒越小,则材料的力学性能越好。 采用的主要途径是: 晶核数目越多-晶粒越多-晶粒越细小,从而提高材料的力学性能。 (1)提高过冷度:(>107℃/s 非晶态金属) 实验测出:冷却速度越大,生核速率越大>长大速率。 (2)变质处理(孕育处理):在液态金属中,加入一些细小的金属粉末(变 质剂) (孕育剂)形成非自发晶核,使晶核数目增多,晶粒变细小。 (3)机械振动:使枝晶破碎成为几个晶核,使晶核数目增多(超生波振 动等)。 二、纯金属的晶体结构 概念:原子球、结点、晶格、晶胞、晶格常数(a、b、c、α、β、γ)致密度:晶胞中原子占有的体积与晶胞体积之比。 纯金属的晶格类型: 1.体心立方晶胞 例如:纯铁(α-Fe)912℃↓、W、Mo、V、Cr(β-Ti)882℃↑ 立方体: a=b=c ;α=β=γ=90o 原子数:8×1/8+1=2 致密度:0.68 原子的晶格结构不同,则性能不同,即使原子的晶格结构相同,但由于原子的质量不同,性能也不同。 2.面心立方晶格 立方体a=b=c α=β=γ=90o 原子数:8×1/8+6×1/2=4 致密度:0.74 举例:铜:a=b=c=3.608×108、铜原子M=63.54×1.67×10-24g 铜原子的直径:D=2.5505?,计算铜的密度? 纯铁(γ-Fe)912~1394℃、Al、Cu、Ag、Mn等。 三、纯铁的同素异晶转变(举列钻石和石墨) 纯铁:α-Fe→(912℃)γ-Fe(1394℃)→δ-Fe(1538℃)→L 二次结晶或重结晶。 提问:一定质量的纯铁加热到912~1394℃时,体积是增加还是减少,若继续加热到1394~1538℃时,体积是增大还是减少? 授课时间:班级: 本课课题:铁碳合金 教学目的和要求:1.了解合金、组元、系、相、固溶体、金属化合物、机 械混合物。 2.熟悉铁素体、奥氏体、渗碳体、珠光体、莱氏体。 重点与难点:铁碳合金组织及其力学性能。 教学方法:讲授法。 课型:理论课 教学过程 第二节铁碳合金的基本组织 复习旧课:细化金属材料晶粒的方法及纯铁的结构。 元素(金属+非金属)共为108种,而纯金属一般共为83种。 Fe:HB80、σb=200MPa、C:HB3、σb≈0 。 Fe+C组成的合金化合物:HB800、σb=400MPa。 Al:HB25、σb=80MPa。 Al+Mg+Mn组成的铝合金化合物:HB70、σb=280MPa。 而工业中的金属材料均为合金。 合金: 定义;金属元素同另一种或几种金属元素或非金属元素组成的具有金属特性的新材料。 金属特性:导电性、导热性、塑性、光泽。 例如:钢铁合金:Fe+C+Mn+Si、铝合金:(Al+Mg+Mn)、(Al+Ze +Mn)、 铜合金:(Cu+Zn)、(Cu+Sn)、(Cu+Ni)等。 产生具有优良的使用性能和工艺性能方面的新材料(特出的物理、化学性能)。 组元: 定义:合金中的最小单元。 合金系: 合金中百分含量不同的组元构成的一系列合金。铝合金(Al+Mg+Mn)。铝合金:Al:99%、97%、95%、…….. Mg:0.5%、2%、2%、………. Mn:0.5%、1%、3%、………. 二元合金系、三元合金系、四元合金系。 相: 具有同一化学成分,同一聚集状态,且有明显界面分开的独立均匀部分。 例如:液→单相、固相→单相、液+固→两相。 一、固溶体: 定义:溶质原子进入溶剂中,依然保持晶格类型的金属晶体。 置换固溶体:d 质/d 剂 >0.85。(胖子到教室形象举例) 晶格歪扭、畸变,晶体缺陷。 无限置换固溶体:Cu+Ni 有限置换固溶体:Cu+Zn 温度越高,则溶解度(固溶量)越大。 间隙固溶体:d 质/d 剂 <0.59。(瘦子到教室形象举例) 晶格歪扭、畸变,晶体缺陷。 只能形成有限固溶体:C→α-Fe、727℃0.0218%。 因形成固溶体使材料强度、硬度升高的现象-固溶强化。(合金的好处)1.铁素体F:C→α-Fe中形成的固溶体。 单相、层片状、体心立方晶格。 20℃0.0008%C (工业纯铁)。 727℃ 0.0218%C 。 机械性能:δ=30~50%、ψ=70~80%、αku=160~200J/cm2、σb=180~280MPa、HBS50~80 (770℃↓磁性)。(应用简略提一下) (饱和的盐水凝固点-21℃、其沸点108℃。饱和NaOH溶液沸点314℃。)2.奥氏体A:C→γ-Fe中形成的固溶体。 单相、层片状、面心立方晶格。 727℃ 0.77%C、1148℃ 2.11%C。 机械性能:δ=40~60%、σb=400~50MPa、HBS=170~220、抗磁性。(应用提一下) 二、金属化合物(中间相)(强化相) 形成:温度降低时析出的一种新材料。 Fe3C、Fe2.4C、VC、WC、CuZn、Cu21Zn22 σ↑、HRC↓、δ↓、ψ↓、αku↓。 渗碳体C:F+C层片相间叠加。硬度极高,而塑性、韧性极低。 三、机械混合物: 定义:α-固溶体+β-固溶体+…+α-金属化合物+β-金属化合物 例如:钢铁、铝合金、铜合金、钛合金等。 1.珠光体P:F+Fe3C 两相,机械混合物。0.77%C。 机械性能:δ=20~25%、σb=800~850MPa、HBS=280~260。 强度高、硬度较高。(应用提一下) 2.莱氏体Ld、Ld′:两相机械混合物,含碳量:4.3%C。 Ld=A+C 727~1148℃。(高温莱氏体) Ld′=P+C 20~727℃。(低温莱氏体) 机械性能:HB=560~600、δ=4~5%。性能与渗碳体相近。(应用较少)总结:硬度最高的是渗碳体,强度最好的是珠光体,高温下奥氏体塑性最好,常温下铁素体塑性最好,莱氏体硬度较高。 布置作业: 课后总结: 授课时间:班级:本课课题:铁碳合金 教学目的和要求:1.熟悉简化的Fe-Fe3C状态图、分析:特性点、线和 区域组织。 2.熟悉典型成分铁碳合金的结晶过程分析及其在室温 下的组织。 重点与难点:掌握铁碳合金状态图。 教学方法:讲授法。 课型:理论课 教学过程 第三节铁碳合金状态图 复习旧课:铁碳合金组织及其力学性能。 ℃℃ F+C 一、铁碳合金状态图的建立 (1)配制不同成分的铁碳合金,用热分析法测定各合金的冷却曲线。 (2)从各冷却曲线上找出临界点,并将各临界点分别画到成分-温度坐 标中。 (3)将意义相同的临界点连接起来。 二、Fe-Fe3C合金状态图的分析: 1.点(特性点): A 1538℃100%Fe的熔点; D 1227℃100%Fe3C的熔点; G 912℃100%Fe的同素异晶转变点(重结晶温度点); C 1148℃ 4.3%C 共晶点L→Ld(A+C)共晶反应; F 1148℃ 6.69%C 虚点;P 727℃100%Fe虚点; K 727℃ 6.69%C虚点、E 1148℃ 2.11%C 碳在γ-Fe中的最大固溶量; S 727℃0.77%C 碳在γ-Fe中的最小固溶量,共析点A→P 共析反应。 2.线(特性线): (1)AC线:液相线开始结晶出奥氏体:L→L+A。DC线:液相线开始结晶出渗碳体:L→L+C。 (2)AE线:固相线奥氏体结晶终了线:L+A→A。ECF线:固相线(共晶线):共晶反应L→Ld。 (3)GS线-A3线:从奥氏体中开始析出铁素体线。 (4)ES线—A cm线:从奥氏体中开始析出渗碳体线(碳在奥氏体中的固 溶线)。 (5)PSK线-A1线:共析线;共析反应A→P(F+C)共晶体。(6)PQ线-碳在铁素体中的溶解度曲线。这种由铁素体中析出的渗碳体为三次渗碳体。 3.分类: 含碳量分类: 工业纯铁:C≤0.0218%C 钢:0.0218% 白口铁:2.11% 钢分类: 共析钢:0.77%P 亚共析钢:C<0.77%P+F 过共析钢:C>0.77%P+C 共晶白口铁分类: 共晶白口铁:4.3%C Ld′ 亚共晶白口铁:C<4.3%C Ld′+P+C 过共晶白口铁:C>4.3%C Ld′+C 三、钢在结晶过程中的组织转变 实验:热分析法-(C:0-6.69%)实用价值。 1.共析钢: 0.77%C:L→L+A→A→P 分析:在727℃发生共析反应,A中含碳多少?P中含碳多少? (727℃:F=88.78%、C=11.22%) 2.亚共析钢: 0.5%C:L→L+A→A→A+F→P+F 分析:①A→A+F 在→点以上A中含碳多少?随着温度降低,A中含碳是 《工程材料及热加工工艺基础》复习要领 第一篇工程材料 一、基本概念 晶体、非晶体、晶格、晶胞、晶面、晶向、单晶休、多晶休、晶粒、晶界、结晶、同素界晶转变(重结晶)、过冷度、变质处理(孕育处理)、组元、相、固溶体、金属化合物、机械混合物、固溶强化、共晶反应、共析反应、热脆、冷脆、钢的热处理、化学热处理、索氏体、屈氏体(托氏体)、贝氏体、马氏体、临界冷却速度、红硬性、球化处理、石墨化退火 二、基本知识点 1.评定金属材料各项力学性能(强度、硬度、塑性、韧性等)的具体指标的物理意义及表示符号 2.单晶体与多晶体的区别 3.金属中常见的三种品格类型(分类、原子数、致密度) 4.结品的必要条件:具有一定的过冷度 5.结晶的-?般规律 6.晶粒大小对机械性能的影响及细化晶粒的主要方法 7.三种合金(固溶体,金属化合物,机械混合物)的结构、分类、晶格类型特点及力学性能特点 &铁碳合金基本组织的概念、成分、组织结构和性能特征 9.铁碳合金相图中特性点的物理意义、温度、含碳量 10.铁碳合金相图中的特性线的物理意义 11.铁碳合金的分类 12.碳的含量与铁碳合金力学性能间的关系 13.钢的结品过程及组织转变(会绘制冷却曲线及室温下组织示意图) 14.共晶、共析反应式 15?常用热处理工艺的概念、目的、加热温度范围、冷却方式 16.钢的分类、编号及应用 17.铸铁种类、牌号表示法、性能特点及应用 18.能对简单或典型零件的材料进行选择 第二篇铸造 一、基本概念 充型能力、收缩、定向凝固(顺序凝固)、同时凝固 二、基本知识点 1.影响充型能力的因素及充型能力对铸件质量的影响 2.合金的收缩阶段及其对铸件质量的影响(缩孔、缩松、铸造内应力、变形和裂 金属工艺学电子教案(32) 【课题编号】 31—, 【课题名称】 锻件质量与成本分析,板料冲压,锻压技术发展简介,焊条电弧焊(一) 【教材版本】 郁兆昌主编.中等职业教育国家规划教材—金属工艺学(工程技术类).第2版.北京:高等教育出版社,2006 【教学目标与要求】 一、知识目标 了解锻件质量与成本分析,板料冲压的特点、基本工序及应用,锻压新技术,焊接电弧。 二、能力目标 能识别锻造缺陷特征,分析其产生的主要原因。。 三、素质目标 了解锻件质量与成本分析,板料冲压的特点、基本工序及应用,锻压新技术,焊接电弧。 四、教学要求 初步了解板料冲压的特点、基本工序及应用;锻件质量与成本分析;锻压技术新发展。一般了解焊条电弧焊。 【教学重点】 板料冲压的特点、工序及应用;焊条电弧焊。 【难点分析】 板料冲压件的结构工艺性。 【分析学生】 1、具有学习的知识基础。 2、具有学习的理论基础。 3、板料冲压件结构轻巧,强度、刚度和尺寸精度较高,生产率高,、适用于大批量生产。焊条电弧焊设备简单,操作灵活方便,适合各种条件下的焊接,是单件小批量生产的常用方法。学习中要把握这些方法特点、应用特点。 【教学设计思路】 教学方法:讲练法、演示法、讨论法、归纳法。 【教学资源】 1.郁兆昌,潘展,高楷模研编制作.金属工艺学网络课程.北京:高等教育出版社,2005 2.郁兆昌主编.金属工艺学教学参考书(附助学光盘).北京:高等教育出版社,2005 【教学安排】 2学时(90分钟) 教学步骤:讲授与演示交叉进行、讲授中穿插练习与设问,穿插讨论,最后进行归纳。 【教学过程】 一、复习旧课(10分钟) 讲评自由锻工艺设计习题课大作业批改情况。 二、导入新课 板料冲压是使板料分离或成形而得到制件的工艺方法。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 职业技术学院教案 授课教师:班级:授课日期:课时:2 课题: 1.3 铁碳合金相图(二) 教学目的:通过学习理解合金相图的含义,掌握铁碳合金的分类及铁碳相图在力学性能、材料选材、金属加工工艺方面的应用。 教学重点和难点:重点:合金相图与合金性能的关系。 难点:合金相图与合金性能的关系及铁碳相图在力学性能、材料选材、金属 加工工艺方面的应用。 教学方法:讲授法、分析法、举例法 授课内容: 旧课复习 什么合金相图,它与合金的性能和加工工艺有什么关系? 新课学习 1.3 铁碳合金相图(二) 一、典型铁碳合金的冷却过程及其组织 1、铁碳合金的分类 根据铁碳合金的含碳量和室温组织的不同,把铁碳合金分为工业纯铁、钢和白口铁三类。 (1)工业纯铁碳含量Wc≤0.0218%的铁碳合金,室温组织为F。 (2)钢碳含量0.0218 塑性加工金属塑性变形 1.加工硬化:在冷变形时,随着变形程度的增加,金属材料的所有强度指标和硬度指标都有所提高,但塑性和韧性有所下降的现象。 2.回复:将冷变形后的金属加热至一定温度后,因原子的活动能力增强,使原子恢复到平衡位置,晶体内残余应力大大减小的现象。 3.再结晶:当温度升高到该金属熔点的0.4倍时,金属原子获得更多的热能,使塑性变形后金属被拉长了的晶粒重新生核、结晶,变为与变形前晶格结构相同的新等轴晶粒的过程。4、冷变形:是金属在再结晶温度以下所进行的变形或加工,如钢的冷拉或冷冲压等;热变形:是金属在再结晶温度以上所进行的变形或加工,如钢的热轧、热锻等。 5.可锻性:材料在锻造过程中经受塑性变形而不开裂的能力。6.锻造比:锻造时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、或高度比来表示。7.锻造:自由锻与模锻的生产与应用。与自由锻相比,模锻尺寸精度高,机械加工余量小,锻件的显微组织分布更为合理,可进一步提高零件的使用寿命。模锻生产率高,操作简单,容易实现机械化和自动化。但设备投资大,模锻成本高,生产准备周期长,且模锻件的质量受到模锻设备吨位的限制,因而适用于中小型锻件的成批和大量生产。 1.切削运动:包括主运动和进给运动。朱运动使刀具和工件之间产生相对运动,促使道具前刀面接近工件而实现切削。他的速度最高,消耗功率最大。进给运动使刀具与工件之间附加的相对运动,与主运动配合,即可连续地切削,获得具有所需几何特性的已加工表面。 2.切削三要素:切削速度:切削刃上选定点相对于工件主运动的瞬时速度(m/s);进给量:刀具在紧急运动方向上相对工件的位移量(mm/z);背吃刀量:在通过切削刃上选定点并垂直于该点主运动方向的切削层尺寸平面中,垂直于进给运动放向测量的切削尺寸(mm)。 3.切削层参数:切削层公称横接面积:切削层在切削尺寸平面里的实际横接面积;切削公称宽度:主切削刃截形上两个极限点间的距离;切削层公称厚度:很截面积与公称宽度之比 4.刀具材料基本要求:较高硬度、足够强度和韧性承受切削力和冲击和震动、较好耐磨性、较高耐热性、较好工艺性。常用材料:碳素工具钢、合金工具钢、高速钢、硬质合金及陶瓷材料。5、车刀切削部分组成:前面:道具上切削流过的表面;后面:刀具上与工件上切削中产生的表面相对的表面。切削刃:指刀具前面上拟作切削刃的刃,有主切削刃和副切削刃之分。6、刀具几何角度和作用:主偏角(一般45、60、75、90度)、副偏角(5—15):影响切削层截面的形状和参数,切削分力的变化并和副偏角一起影响已加工表面的粗糙度、前角(5-15)、后角(8-12):减少道具后面与工件表面的摩擦,并配合前角改变切削刃的锋利与强度、刃倾角(负5—+5):影响刀头的强度、切削和排屑方向 5.切削过程:切削塑形金属是,材料受到道具的作用以后,开始产生弹性变形。随着刀具继续切入,金属内部的应力、应变继续加大。当应力达到材料的屈服点时,产生塑形变形。刀具再继续前进,应力进而达到材料的断裂强度,金属材料被挤裂,并沿着刀具的前面流出而成为切屑。 6.切屑种类:带状切屑、节状切屑、崩碎切屑 7.切削力切削功率的计算:P18 8.切屑热的来源:在切屑过程中,由于绝大部分的切削功都转变成热量,所以有大量的热产生,这些热称之为切削热。主要来源:切屑变形所产生的热量;切屑和刀具的前面之间的摩擦所产生的热量;工件与刀具后面之间的摩擦所产生的热量。 9.切屑热的分布:切屑热产生以后,由切屑、工件、刀具及周围的介质传出、各部分传出的比例取决于工件材料、切削速度、刀具材料及刀具几何形状等。车削时的切屑热主要由切屑传出。 10.切屑热对切削的影响:传入切削及介质中的热量越多,对加工越有利;传入刀具的热量虽然不是很多,但由于刀具切削部分体积很小,因此刀具的温度可达到很高。温度升高以后会加速刀具的磨损;传入刀具的热量,可能使工件变形,产生形状和尺寸的误差。 1、铣削的工艺特点:1)生产率较高。2)铣削时容易产生振动。3)刀齿散热条件好。应用:铣削时,主运动是铣刀的回转运动,进给运动是工件的直线运动或曲线运动。铣刀可以用来加工平面、成形面、齿轮、沟槽,还可以进行孔加工,如钻孔、扩孔等。 铣削可分为粗铣、半精铣、精铣。 1、外圆加工方案的分析及其应用: (1)粗车除淬硬钢以外,各种零件的加工都适用。当零件的外圆面要求精度低、表面粗糙度值较大时,只粗车即可。(2)粗车—半精车对于中等精度和粗糙度要求的末淬硬工件的外圆面,均可采用此方案。(3)粗车—半精车—磨(粗磨或半粗磨)此方案最适于加工精度稍高、粗糙度值较小,且淬硬的钢件外圆面,也广泛用于加工未淬硬的钢件或铸件。(4)粗车—半精车—粗磨—精磨此方案的适用范围基本上与(3)相同,只是外圆面要求的精度更高、表面粗糙度值更小,需将磨削分为粗磨和精磨,才能达到要求。(5)粗车—半精车—粗磨—精磨—研磨(或超级光磨或镜面磨削)此方案可达到很高的精度和很小的表面粗糙度值,但不宜用于加工塑性大的有色金属零件。(6)粗车—精车—精细车此方案主要适用于精度要求高的有色金属零件的加工。塑性加工金属塑性变形 1.加工硬化:在冷变形时,随着变形程度的增加,金属材料的所有强度指标和硬度指标都有所提高,但塑性和韧性有所下降的现象。 2.回复:将冷变形后的金属加热至一定温度后,因原子的活动能力增强,使原子恢复到平衡位置,晶体内残余应力大大减小的现象。 3.再结晶:当温度升高到该金属熔点的0.4倍时,金属原子获得更多的热能,使塑性变形后金属被拉长了的晶粒重新生核、结晶,变为与变形前晶格结构相同的新等轴晶粒的过程。4、冷变形:是金属在再结晶温度以下所进行的变形或加工,如钢的冷拉或冷冲压等;热变形:是金属在再结晶温度以上所进行的变形或加工,如钢的热轧、热锻等。 5.可锻性:材料在锻造过程中经受塑性变形而不开裂的能力。6.锻造比:锻造时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、或高度比来表示。7.锻造:自由锻与模锻的生产与应用。与自由锻相比,模锻尺寸精度高,机械加工余量小,锻件的显微组织分布更为合理,可进一步提高零件的使用寿命。模锻生产率高,操作简单,容易实现机械化和自动化。但设备投资大,模锻成本高,生产准备周期长,且模锻件的质量受到模锻设备吨位的限制,因而适用于中小型锻件的成批和大量生产。 11.切削运动:包括主运动和进给运动。朱运动使刀具和工件之间产生相对运动,促使道具前刀面接近工件而实现切削。他的速度最高,消耗功率最大。进给运动使刀具与工件之间附加的相对运动,与主运动配合,即可连续地切削,获得具有所需几何特性的已加工表面。 12.切削三要素:切削速度:切削刃上选定点相对于工件主运动的瞬时速度(m/s);进给量:刀具在紧急运动方向上相对工件的位移量(mm/z);背吃刀量:在通过切削刃上选定点并垂直于该点主运动方向的切削层尺寸平面中,垂直于进给运动放向测量的切削尺寸(mm)。 13.切削层参数:切削层公称横接面积:切削层在切削尺寸平面里的实际横接面积;切削公称宽度:主切削刃截形上两个极限点间的距离;切削层公称厚度:很截面积与公称宽度之比 14.刀具材料基本要求:较高硬度、足够强度和韧性承受切削力和冲击和震动、较好耐磨性、较高耐热性、较好工艺性。常用材料:碳素工具钢、合金工具钢、高速钢、硬质合金及陶瓷材料。5、车刀切削部分组成:前面:道具上切削流过的表面;后面:刀具上与工件上切削中产生的表面相对的表面。切削刃:指刀具前面上拟作切削刃的刃,有主切削刃和副切削刃之分。6、刀具几何角度和作用:主偏角(一般45、60、75、90度)、副偏角(5—15):影响切削层截面的形状和参数,切削分力的变化并和副偏角一起影响已加工表面的粗糙度、前角(5-15)、后角(8-12):减少道具后面与工件表面的摩擦,并配合前角改变切削刃的锋利与强度、刃倾角(负5—+5):影响刀头的强度、切削和排屑方向 15.切削过程:切削塑形金属是,材料受到道具的作用以后,开始产生弹性变形。随着刀具继续切入,金属内部的应力、应变继续加大。当应力达到材料的屈服点时,产生塑形变形。刀具再继续前进,应力进而达到材料的断裂强度,金属材料被挤裂,并沿着刀具的前面流出而成为切屑。 16.切屑种类:带状切屑、节状切屑、崩碎切屑 17.切削力切削功率的计算:P18 18.切屑热的来源:在切屑过程中,由于绝大部分的切削功都转变成热量,所以有大量的热产生,这些热称之为切削热。主要来源:切屑变形所产生的热量;切屑和刀具的前面之间的摩擦所产生的热量;工件与刀具后面之间的摩擦所产生的热量。 19.切屑热的分布:切屑热产生以后,由切屑、工件、刀具及周围的介质传出、各部分传出的比例取决于工件材料、切削速度、刀具材料及刀具几何形状等。车削时的切屑热主要由切屑传出。 20.切屑热对切削的影响:传入切削及介质中的热量越多,对加工越有利;传入刀具的热量虽然不是很多,但由于刀具切削部分体积很小,因此刀具的温度可达到很高。温度升高以后会加速刀具的磨损;传入刀具的热量,可能使工件变形,产生形状和尺寸的误差。 1、铣削的工艺特点:1)生产率较高。2)铣削时容易产生振动。3)刀齿散热条件好。应用:铣削时,主运动是铣刀的回转运动,进给运动是工件的直线运动或曲线运动。铣刀可以用来加工平面、成形面、齿轮、沟槽,还可以进行孔加工,如钻孔、扩孔等。 铣削可分为粗铣、半精铣、精铣。 2、外圆加工方案的分析及其应用: (1)粗车除淬硬钢以外,各种零件的加工都适用。当零件的外圆面要求精度低、表面粗糙度值较大时,只粗车即可。(2)粗车—半精车对于中等精度和粗糙度要求的末淬硬工件的外圆面,均可采用此方案。(3)粗车—半精车—磨(粗磨或半粗磨)此方案最适于加工精度稍高、粗糙度值较小,且淬硬的钢件外圆面,也广泛用于加工未淬硬的钢件或铸件。(4)粗车—半精车—粗磨—精磨此方案的适用范围基本上与(3)相同,只是外圆面要求的精度更高、表面粗糙度值更小,需将磨削分为粗磨和精磨,才能达到要求。(5)粗车—半精车—粗磨—精磨—研磨(或超级光磨或镜面磨削)此方案可达到很高的精度和很小的表面粗糙度值,但不宜用于加工塑性大的有色金属零件。(6)粗车—精车—精细车此方案主要适用于精度要求高的有色金属零件的加工。 金属工艺学电子教案 【课题编号】 13------2 【课题名称】 砂型铸造 【教材版本】 郁兆昌主编.中等职业教育国家规划教材—金属工艺学(工程技术类).第2版.北京:高等教育出版社,2006 【教学目标与要求】 一、知识目标 了解砂型铸造的几个概念。 二、能力目标 了解手工造型的几种方法。 三、教学要求 基本掌握手工造型的几种方法的操作。 【教学重点】 掌握手工造型的几种方法的操作。。 【难点分析】。手工造型的几种方法的操作 。 【教学设计思路】 教学方法:讲练法、演示法、归纳法。 【教学资源】 1.郁兆昌,潘展,高楷模研编制作.金属工艺学网络课程.北京:高等教育出版社,2005 2.郁兆昌主编.金属工艺学教学参考书(附助学光盘).北京:高等教育出版社,2005 【教学安排】 45分钟 教学步骤:讲授与演示交叉进行、讲授中穿插练习与设问,最后进行归纳。 【教学过程】 一、复习 ?1什么是模样?什么是芯盒? ?2型砂的组成有哪些?种类有哪些? ?3造型材料的强度指什么? 二、导入新课 手工造型是砂型铸造的常用方法,本节讲叙手工造型的几种方法。 三、新课教学 1定义 ?1造型是指用型砂、模样、砂箱等工艺装备制造砂型的过程。 2 制芯是将芯砂制成符合芯盒形状的砂芯的过程。 手工造型 手工造型是全部用手工或手动工具完成的造型工序。 造型使用的基本材料和工具见下图 常用的手工造型方法有: 1、整体模造型 如左图所示,它的特点是模样为一整体,分型面为一平面,型腔在同一砂箱中,不会产生错型缺陷,操作简单 请看连杆的整体模造型过程录相,它主要用于最大截面在端部且为一平面的铸件, 应用较广。 2、分块模造型 如左图所示,它的特点是模样在最大截面处分开, 型腔位于上、下型中,操作较简单 请看支承台的分块模造型过程录相,它主要用于 综合练习三 一、填空 1.碳溶入α-Fe中形成的间隙固溶体称为。 2.当钢中碳的质量分数大于时,二次渗碳体沿晶界析出严重,使钢的脆 性。 3.在生产中使用最多的刀具材料是和,而用于一些手工或切削速度较低的刀具材料是。 4.马氏体的塑性和韧性与其碳的质量分数有关,状马氏体有良好的塑性和韧性。 5.生产中把淬火加的热处理工艺称为调质,调质后的组织 为。 6.合金工具钢与碳素工具钢相比,具有淬透性好,变形小,高等优点。 7.合金渗碳钢的碳的质量分数属碳围,可保证钢的心部具有良好 的。 8.气焊中焊接火焰有三种形式,即_________ 、___________ 和_________。 9、晶体的缺陷主要有_______、_______、__________。 10.模锻模膛分为和。 二、判断题(在题号前作记号“√”或“×”) ()1.珠光体、索氏体、托氏体都是由铁素体和渗碳体组成的机械混合物。 ()2.用65钢制成的沙发弹簧,使用不久就失去弹性,是因为没有进行淬火、高温回火。 ()3. 淬透性好的钢淬火后硬度一定高,淬硬性高的钢淬透性一定好。 ()4.由于T13钢中的碳的质量分数比T8钢高,故前者的强度比后者高。 ()5.60Si2Mn的淬硬性与60钢相同,故两者的淬透性也相同。 ()6.硫、磷是碳钢中的有害杂质,前者使钢产生“热脆”,后者使钢产生“冷脆”,所以两者的含量在钢中应严格控制。 ()7.炼铁和炼钢的实质都是还原的过程。 ()8.炼钢的主要原料是生铁和废钢。 ()9.金属材料的断面伸长率和断面收缩率数值越大,表示材料的塑性越好。 ()10.固溶体的晶格类型与溶剂的晶格类型相同。 ()11.如果用三爪自定心卡盘一次装夹不能同时精加工有位置精度要求的轴类零件各表面,可采用顶尖装夹。 ()12.淬火一般安排在粗加工之后、半精加工之前。 三、选择题 1.粗车锻造钢坯应采用的刀具材料是() A、YG3 B、YG8 C、YT15 D、YT30 2.下列钢号中,()是合金渗碳钢,()是合金调质钢。 A、20 B、65Mn C、20CrMnTi D、45 E、40Cr 3.在下列四种钢中()钢的弹性最好,()钢的硬度最高,()钢的塑性最好。 A、T12 B、T8 C、20 D、65Mn 4.选择下列工具材料. 板牙(),铣刀(),冷冲模(),车床主轴(),医疗手术刀()。 A、W18Cr4V B、Cr12 C、9SiCr D、40Cr E、4Cr13 属 工 -艺 学 第 五 版 上 强度:金属材料在里的作用下,抵抗塑性变形和断裂的能力。指标:屈服点(b s)、抗拉强度(b b)塑性:金属材料在力的作用下产生不可逆永久变形的能力。指标:伸长率(S)、断面收缩率( 3 硬度:金属材料表面抵抗局部变形,特别是塑性变形压痕、划痕的能力。 1布氏硬度:HBS (淬火钢球)。HBW (硬质合金球) 指标:-2洛氏硬度:HR (金刚石圆锥体、淬火钢球或硬质和金球) 3韦氏硬度 习题: 1什么是应力,什么是应变? 答:试样单位面积上的拉称为应力,试样单位长度上的伸长量称为应变。 5、下列符号所表示的力学性能指标名称和含义是什么? 答:b b:抗拉强度,材料抵抗断裂的最大应力。 (7 S :屈服强度,塑性材料抵抗塑性变形的最大应力。 6:条件屈服强度,脆性材料抵抗塑性变形的最大应力 7 -1 :疲劳强度,材料抵抗疲劳断裂的最大应力。 S:延伸率,衡量材料的塑性指标。 a k :冲击韧性,材料单位面积上吸收的冲击功。 HRC洛氏硬度,HBS压头为淬火钢球的布氏硬度。HBW压头为硬质合金球的布氏硬度。 过冷度:理论结晶温度与实际结晶温度之差。冷却速度越快,实际结晶温度越低,过冷度越大。纯金属的结晶包括晶核的形成和晶核的长大。 同一成分的金属,晶粒越细气强度、硬度越高,而且塑性和韧性也越好。 原因:晶粒越细,晶界越多,而晶界是一种原子排列向另一种原子排列的过度,晶界上的排列是犬牙交错的,变形是靠位错的变移或位移来实现的,晶界越多,要跃过的障碍越多。 M提高冷却速度,以增加晶核的数目。 J 2在金属浇注之前,向金属液中加入变质剂进行变质处理,以增加外来晶核,还可以采用热处理或塑性加工方法,使固态金属晶粒细化。 3采用机械、超声波振动,电磁搅拌等 合金:两种或两种以上的金属元素,或金属与非金属元素溶合在一起,构成具有金属特性的新物质。组成元素成为组员。 U、固溶体:溶质原子溶入溶剂晶格而保持溶剂晶格类型的金属晶体。 铁碳合金组织可分为:2、金属化合物:各组员按一定整数比结合而成、并具有金属性质的均匀物质 (渗 < 碳体) 3、机械混合物:结晶过程所形成的两相混合组织。 铸造:铸造是一种将液态金属(一般为合金)缴入铸型型腔、冷却凝固后获得毛胚火零件(通称为铸件)的成形工艺。 铸造应力:铸件收缩应力、热应力和相变应力的矢量和。 熔模铸造:也称失蜡铸造,因为熔模铸件具有较高的尺寸精度和较好的表面质量又称为精密铸造。 铸造偏析在铸件凝固后,其截面上的不同部位,以至晶粒内部,产生化学成分的不均匀现象,称为铸造偏析。 剪切工序:使板料沿不封闭轮廓线分离的工序。 砂型铸造:用型砂紧实成铸型并用重力浇注的铸造方法。 金属型铸造:用重力浇注将熔融金属浇入金属铸型获得铸件的方法。压力铸造:熔融金属在高压下高速充型,并在压力下凝固的铸造方法。离心铸造:熔融金属浇入绕水平、倾斜或垂直轴旋转的铸型,在离心力作用下,凝固成形的铸件轴线与旋转铸型轴线重合的铸造方法。铸件多是简单的圆筒形,不用芯子形成圆筒内孔。 锻造:锻造是一种利用锻压机械对金属坯料施加压力,使其产生塑性变形以获得具有一定机械性能、一定形状和尺寸锻件的加工方法。 冲压:板料的冲压成形是利用冲模使板料产生分离或变形的成形工艺。焊接:通过加热和(或)加压,使工件达到原子结合且不可拆卸连接的一种加工方法。包括熔焊、压焊、钎焊等。 收缩性:合金在浇注,凝固直至冷却到室温的过程中体积或尺寸减缩的现象。 流动性:合金的流动性是指合金本身在液态下的流动能力。 定向凝固:利用合金凝固时晶粒沿热流相反方向生长的原理,控制热流方向,使铸件沿规定方向结晶的铸造技术。 同时凝固:是指采取一定的工艺措施,尽量减小铸件各部分之间的温度差,使铸件的各部分几乎同时进行凝固。 落料:利用冲裁取得一定外形的制件或坯料的冲压方法。 轧制:金属(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,获得要求的截面形状并改变其性能的方法。 挤压:用冲头或凸模对放置在凹模中的坯料加压,使之产生塑性流动,从而获得相应于模具的型孔或凹凸模形状的制件的锻压方法。 冲孔:把坯料内的材料以封闭的轮廓和坯料分离开来,得到带孔制件的冲压方法。 模锻:利用模具使毛坯变形而获得锻件的锻造方法。 自由锻造:自由锻造是利用冲击力或压力使金属在上下砧面间各个方向自由变形,不受任何限制而获得所需形状及尺寸和一定机械性能的锻件的一种加工方法,简称自由锻。 飞边(槽):锤上模锻锻模上的组成部分,用以增加金属从模膛中流出的阻力,促使金属充满模膛,同时容纳多余的金属。 冲孔连皮:在模锻当中,模锻件上的通孔,不能直接锻出,只能锻成盲孔,中间留有一定厚度的金属层δ,称为冲孔连皮。 压力焊:利用焊接时施加一定压力而完成焊接的方法。 熔化焊:焊接过程中,将焊接接头在高温等的作用下至熔化状态。 可焊性:材料在规定的施焊条件下,焊接成设计要求所规定的构件并满足预定服役要求的能力。 可锻性:材料在锻造过程中经受塑性变形不开裂的能力。 热焊法是将铸件整体或局部缓慢预热到600~700℃,焊接中保持400℃以上,焊后缓慢冷却。 冷焊法是焊补前不对铸件预热或在低于400℃的温度下预热的焊补方法。 拉深:变形区在一拉一压的应力状态作用下,使板料(浅的空心坯)成形为空心件(深的空心件)而厚度基本不变的加工方法。 弯曲:采用一定的工模具将毛坯弯成所规定的外形的锻造工序。 成形:使用某种工艺手段,将坯料或工件制成具有预定形状和尺寸的工艺过程。 压力焊:是通过对焊接区域施加一定的压力来实现焊接的方法。 埋弧焊是一种电弧在焊剂层下燃烧并进行焊接的电弧焊方法。 氩弧焊是采用惰性气体——氩气作为保护气体的气体保护焊方法。电渣焊是利用电流通过液体熔渣所生产的电阻热进行焊接的方法 电阻焊是将焊件组装后通过电极施加压力,利用电流通过接头的接触面及邻近区域 所产生的电阻热进行焊接的方法。 摩擦焊是利用焊件表面相互摩擦所产生的热,使端面达到热塑性状态,然后迅速顶压,完成焊接的一种压焊方法。 熔焊是一种将焊件接头部位加热至熔化状态,不加压力完成焊接过程的方法。 压焊是在焊接过程中必须对焊件施加压力(加热或不加热)以完成焊接的方法。 钎焊是采用比母材熔点低的金属材料作钎料,将焊件和钎料加热到高于钎料熔点、低于母材熔点的温度,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焊件的方法。 咬边:在焊缝与母材的交接处产生的沟槽和凹陷。 缩孔:液态金属凝固过程中由于体积收缩所形成的孔洞。 缩松:缩松是指铸件最后凝固的区域没有得到液态金属或合金的补缩形成分散和细小的缩孔。 分型面:铸型组元间的接合面。 分模面:分开磨具取出产品和教主系统凝料的课分离的接触表面。 连续模:连续模,指的是压力机在一次冲压行程中,采用带状冲压原材料,在一副模具上用几个不同的工位同时完成多道冲压工序的冷冲压冲模,模具每冲压完成一次,料带定距移动一次,至产品完成。 复合模:在压力机的一次行程中,在模具的同一部位上,同时完成两道或两道以上的冲压工序的冲模。 简单模:指在曲柄压力机的一次行程中完成一个过程的冲模。 起模斜度:为使模样(或型芯)易于从砂型(或芯盒)中取出,凡垂直与分型面的侧壁,制造模样时必须作出一定的倾斜度,称为起模斜度 广西大学金属工艺学 复习重点 铸造 1金属工艺学是一门传授有关制造金属零件工艺方法的综合性技术基础课。是2铸造到今天为止仍然是毛坯生产的主要方法。是 3铸造生产中,最基本的工艺方法是离心铸造。否 4影响合金的流动性因素很多,但以化学成分的影响最为显著。是 5浇注温度过高,容易产生缩孔。是 6为防止热应力,冷铁应放在铸件薄壁处。否 7时效处理是为了消除铸件产生的微小缩松。否 8浇注温度越高,形成的缩孔体积就越大。是 9热应力使铸件薄壁处受压缩。是 10铸造中,手工造型可以做到三箱甚至四箱造型。是 二、单选题 1液态合金的流动性是以( 1)长度来衡量的. ①. 螺旋形试样②. 塔形试样 ③. 条形试样④. 梯形试样 2响合金的流动性的最显著的因素是(2 ) ①. 浇注温度②. 合金本身的化学成分 ③. 充型压力④. 铸型温度 3机器造型( 1) ①. 只能用两箱造型②. 只能用三箱造型 ③. 可以用两箱造型,也可以用三箱造型④. 可以多箱造型 4铸件的凝固方式有( 1) ①. 逐层凝固,糊状凝固,中间凝固②. 逐层凝固,分层凝固,中间凝固③. 糊状凝固,滞留凝固,分层凝固④. 过冷凝固,滞留凝固,过热凝固5缩孔通常是在(4) ①. 铸件的下部②. 铸件的中部 ③. 铸件的表面④. 铸件的上部 6(3 )不是铸造缺陷 ①. 缩松②. 冷裂 ③. 糊状凝固④. 浇不足 7浇注车床床身时,导轨面应该(1) ①. 放在下面②. 放在上面 ③. 放在侧面④. 可随意放置 8三箱造型比两箱造型更容易(2 ) ①. 产生缩孔和缩松②. 产生错箱和铸件长度尺寸的不精确 ③. 产生浇不足和冷隔④. 产生热应力和变形 9关于铸造,正确的说法是( 2) ①. 能加工出所有的机械零件②. 能制造出内腔形状复杂的零件 ③. 只能用铁水加工零件④. 砂型铸造可加工出很薄的零件 10关于热应力,正确的说法是(3 ) ①. 铸件浇注温度越高,热应力越大②. 合金的收缩率越小,热应力越大 第一篇金属材料材料导论 第一章金属材料的主要性能 第一节金属材料的力学性能 力学性能的定义:材料在外力作用下,表现出的性能。 一、强度与塑性 概念:应力;应变 拉伸实验 F( k· F ?L(mm) ?L e 1.强度: 定义:塑性变形、断裂的能力。 衡量指标:屈服强度、抗拉强度。 (1)屈服点: 定义:发生屈服现象时的应力。 公式:σs=F s/A o(MPa) (2)抗拉强度: 定义:最大应力值。 公式:σb=F b/A o 2.塑性: 定义:发生塑性变形,不破坏的能力。 衡量指标:伸长率、断面收缩率。 (1)伸长率: 定义: 公式:δ=(L1-L0)/L0×100% (2)断面收缩率: 定义: 公式:Ψ=(A0-A1)/A0×100% 总结:δ、Ψ越大,塑性越好,越易变形但不会断裂。 二、硬度 硬度: 定义:抵抗更硬物体压入的能力。 衡量:布氏硬度、洛氏硬度等。 1.布氏硬度:HB (1)应用范围:铸铁、有色金属、非金属材料。 (2)优缺点:精确、方便、材料限制、非成品检验和薄片。 2.洛氏硬度:HRC用的最多 一定锥形的金刚石(淬火钢球),在规定载荷和时间后,测出的压痕深度差即硬度的大小(表盘表示)。 (1)应用范围:钢及合金钢。 (2)优缺点:测成品、薄的工件,无材料限制,但不精确。 总结:数值越大,硬度越高。 第二章铁碳合金 第一节纯铁的晶体结构及其同素异晶转变 一、金属的结晶 结晶:液态金属凝结成固态金属的现象。 实际结晶温度-金属以实际冷却速度冷却结晶得到的结晶温度Tn。一、金属结晶的过冷现象: 金属的实际结晶温度总是低于理论结晶温度,Tn 金属工艺学电子教案综 合练习三 文档编制序号:[KKIDT-LLE0828-LLETD298-POI08] 综合练习三 一、填空 1.碳溶入α-Fe中形成的间隙固溶体称为。 2.当钢中碳的质量分数大于时,二次渗碳体沿晶界析出严重,使钢的脆性。 3.在生产中使用最多的刀具材料是和,而用于一些手工或切削速度较低的刀具材料是。 4.马氏体的塑性和韧性与其碳的质量分数有关,状马氏体有良好的塑性和韧性。 5.生产中把淬火加的热处理工艺称为调质,调质后的组织为。 6.合金工具钢与碳素工具钢相比,具有淬透性好,变形小,高等优点。 7.合金渗碳钢的碳的质量分数属碳范围,可保证钢的心部具有良好的。 8.气焊中焊接火焰有三种形式,即_________ 、___________ 和_________。 9、晶体的缺陷主要有_______、_______、__________。 10.模锻模膛分为和。 二、判断题(在题号前作记号“√”或“×”) ()1.珠光体、索氏体、托氏体都是由铁素体和渗碳体组成的机械混合物。 ()2.用65钢制成的沙发弹簧,使用不久就失去弹性,是因为没有进行淬火、高温回火。 ()3. 淬透性好的钢淬火后硬度一定高,淬硬性高的钢淬透性一定好。 ()4.由于T13钢中的碳的质量分数比T8钢高,故前者的强度比后者高。 ()的淬硬性与60钢相同,故两者的淬透性也相同。 ()6.硫、磷是碳钢中的有害杂质,前者使钢产生“热脆”,后者使钢产生“冷脆”,所以两者的含量在钢中应严格控制。 ()7.炼铁和炼钢的实质都是还原的过程。 ()8.炼钢的主要原料是生铁和废钢。 ()9.金属材料的断面伸长率和断面收缩率数值越大,表示材料的塑性越好。 ()10.固溶体的晶格类型与溶剂的晶格类型相同。 ()11.如果用三爪自定心卡盘一次装夹不能同时精加工有位置精度要求的轴类零件各表面,可采用顶尖装夹。()12.淬火一般安排在粗加工之后、半精加工之前。 三、选择题 1.粗车锻造钢坯应采用的刀具材料是() A、YG3 B、YG8 C、YT15 D、YT30 2.下列钢号中,()是合金渗碳钢,()是合金调质钢。 A、20 B、65Mn C、20CrMnTi D、45 E、40Cr 3.在下列四种钢中()钢的弹性最好,()钢的硬度最高,()钢的塑性最好。 A、T12 B、T8 C、20 D、65Mn 4.选择下列工具材料. 板牙(),铣刀(),冷冲模(),车床主轴(),医疗手术刀()。 A、W18Cr4V B、Cr12 C、9SiCr D、40Cr E、4Cr13 5.为了获得使用要求的力学性能,T10钢制手工锯条采用()处理。 A、调质 B、正火 C、淬火+低温回火 D、完全退火 6、属于材料物理性能的是()。 A、强度 B、硬度 C、热膨胀性 D、耐腐蚀性 7、完全退火()。 A、不能用于亚共析钢 B、不能用于过亚共析钢 C、二者皆可 D、二者皆不可 铸造将液态金属浇注到具有与零件形状、尺寸相适应的铸型型腔中,待其冷却凝固,以获得毛坯或零件的生产方法 液态合金的充型能力液态合金充满铸型型腔,获得形状完整、轮廓清晰铸件的能力 缩孔它是集中在铸件上部或最后凝固部位容积较大的孔洞。缩孔多呈倒圆锥形,内表面粗糙,通常隐藏在铸件的内层,但在某些情况下,可暴露在铸件的上表面,呈明显的凹坑。 缩松分散在铸件某区域内的细小缩孔,称为缩松。当缩松与缩孔的容积相同时,缩松的分布面积要比缩孔大得多。缩松的形成原因也是由于铸件最后凝固区域的收缩未能得到补足,或者,因合金呈糊状凝固,被树枝状晶体分隔开的小液体区难以得到补缩所致。 热应力它是由于铸件的壁厚不均匀、各部分的冷却速度不同,以致在同一时期内铸件各部分收缩不一致而引起的。 机械应力它是合金的固态收缩受到铸型或型芯的机械阻碍而形成的内应力 热裂热裂是在高温下形成的裂纹。其形状特征是:缝隙宽、形状曲折、缝内呈氧化色 结晶:金属的结晶就是金属液体转变为晶体的过程,亦即金属原子由无序到有序的排列过程。 热处理:就是将钢在固态下,通过加热、保温和冷却,以改变钢的组织,从而获得所需性能的工艺方法。 冷裂冷裂是在低温下形成的裂纹。其形状特征是:裂纹细小、呈连续直线状,有时缝内呈轻微的氧化色 可锻铸铁可锻铸铁又称为玛铁。它是将白口铸铁经石墨化退火而形 成的一种铸铁。 球墨铸铁球墨铸铁是上世纪40年代末发展起来的一种铸造合金, 它是向出炉的铁水中加入球化剂和孕育剂而得到的球状石墨铸铁。 起模斜度为了使模样(或型芯)便于从砂型(或芯盒)中取出,凡 垂直于分型面的立壁在制造模样时,必须留出一定的倾斜度(图2-36), 此倾斜度称为起模斜度。 熔模铸造用易熔材料制成模样,然后在模样上涂挂耐火材料,经硬 化之后,再将模样熔化以排出型外,从而获得无分型面的铸型。由于 模样广泛采用蜡质材料来制造,故又常将熔模铸造称为“失蜡铸造”。 金属型铸造将液态合金浇人金属铸型、以获得铸件的一种铸造方法。由于金属铸型可反复使用多次(几百次到几千次),故有永久型铸造之称 压力铸造简称压铸。它是在高压下(比压约为5~150MPa)将液态或半液态合金快速地压人金属铸型中,并在压力下凝固,以获得铸件的方法 离心铸造将液态合金浇人高速旋转(250~1500 r/min)的铸型,使金属液在离心力作用下充填铸型并结晶 利用金属在外力作用下所产生的塑性变形,来获得具有一定形状、尺寸和力学性能的原材料、毛坯或零件的生产方法,称为金属压力加工,又称金属塑性加工。轧制金属坯料在两个回转轧辊的孔隙中受压变形,以获得各种产品的加工方法。拉拔金属坯料被拉过拉拔模的模孔而变形的加工方法。 挤压金属坯料在挤压模内被挤出模孔而变形的加工方法。 锻造金属坯料在抵铁或锻模模膛内变形而获得产品的方法。 金属材料热处理与加工应用题库及答案 目录 项目一金属材料与热处理 (2) 一、单选(共46 题) (2) 二、判断(共 2 题) (4) 三、填空(共15 题) (4) 四、名词解释(共12 题) (5) 五、简答(共 6 题) (5) 项目二热加工工艺 (7) 一、单选(共32 题) (7) 二、判断(共18 题) (8) 三、填空(共16 题) (9) 四、名词解释(共 5 题) (9) 五、简答(共14 题) (10) 项目三冷加工工艺 (13) 一、填空(共 3 题) (13) 二、简答(共 2 题) (13) 项目一 金属材料与热处理 一、单选(共 46 题) 1?金属a —Fe 属于(A )晶格。 A.体心立方 B 面心立方 C 密排六方晶格 D 斜排立方晶格 2?铁与碳形成的稳定化合物 Fe 3C 称为:(C ) A.铁素体 B 奥氏体 C 渗碳体 D 珠光体 3.强度和硬度都较高的铁碳合金是 :( A )° A.珠光体 B 渗碳体 C 奥氏体 D.铁素体 4.碳在丫一Fe 中的间隙固溶体, 称为:( B )° A.铁素体 B 奥氏体 C 渗碳体 D.珠光体 4.硬度高而极脆的铁碳合金是: C )。 A.铁素体 B 奥氏体 C 渗碳体 D.珠光体 5.由丫一Fe 转变成a —Fe 是属于:( D )° A.共析转变 B 共晶转变 C 晶粒变 D.同素异构转变 6.铁素体(F ) 是:( D )。 A.纯铁 B 混合物 C 化合物 D.固溶体 7.金属结晶时, 冷却速度越快,其实际结晶温度将:( B )。 A. 越高 B 越低 C 越接近理论结晶温度 D 固溶体 8.为细化晶粒, 可采用:( B 。 A.快速浇注 B 加变质剂 C.以砂型代金属型 D.固溶体 9.晶体中的位错属于:( C )。 A.体缺陷 B 面缺陷 C 线缺陷 D.点缺 陷 10. 下列哪种是 高级优质钢:( C )。 A.10 号钢 B.T 7 C.T 8 A D.30Cr 11. 优质碳素结构钢“ 4 5”,其中钢的平均含碳量为:( C )。 A.45% B0.O45 % C0.45 % D4.5 % 12. 优质碳钢的钢号是以( A )命名。 A.含碳量 B 硬度 C 抗拉强度 D 屈服极限 13. 优质碳素钢之所以优质,是因为有害成分( B )含量少。 A.碳 B.硫 C.硅 D.锰 14. 碳素工具钢的钢号中数字表示钢中平均含碳量的( C )。 A.十分数 B.百分数 C.千分数 D.万分数 1 5 .碳钢中含硫量过高时,将容易引起( B )。 A.冷脆 B 热脆 C 氢脆 D.兰脆 16.选用钢材应以( C )为基础。 A.硬度 B 含碳量 C 综合机械性能 D 价格 17.属于中碳钢的是(B )° A.20 号钢 B.30号钢 C.60 号钢 D.70 号 钢 18.下列金属中, 焊接性最差的是( D )。 A. 低碳钢 B 中碳钢 C.高碳钢 D.铸铁 金属工艺学课程教学方法探讨 杨润美 云南省楚雄高级技校云南楚雄 675000 [摘要] 金属工艺学是机械类专业的一门重要必修专业基础课,但在教学过程中普遍存在着“老师难教、学生怕学”的突出现状。本文结合该课程的特点、学生学习方法,从实际出发,合理处理教材;重视第一次授课、灵活应用教学方法、多种形式组织教学,强化教学各环节,因材施教等多种教学方法方式来突破课程重点、难点,让学生在轻松愉快的课堂氛围中熟练掌握学科知识。 [关键词]金属工艺学;学生;教学效果 《金属工艺学》是机械类专业的一门重要必修专业基础课,课程的主要内容有:金属材料和热处理、热加工工艺、冷加工工艺等。该课程在教学中突出问题有以下几点:1)课程内容丰富,覆盖面较大,理论与实践兼容,既有较深的理论和抽象概念,又有实际应用知识,学生在学完本课程后,对课程内容仍不能形成完整的知识;2)当前我省中等职业学校普遍存在教学实验、实习设施不足,教学过程中很难做到理论联系实际;3)中等职业学校的学生基本上是未能升入高中的初中毕业生,基础素质较差,缺乏机械知识和实践经验,无感性认识,学生学习较枯燥,缺乏学习兴趣,难以实现教与学的有机配合;4)学生对课程的重要性认识不足,认为该课程只是专业基础课而非专业课,甚至与机械专业无关,因而不以重视,导致《金属工艺学》课程教学显现出典型的“老师难教,学生怕学”局面。在现有的教学条件下,如何打破这种局面,使学生对该课程知识感兴趣、喜欢学、主动学、让学生达到既能既理解、掌握学科知识,又能让学生学会思考、分析、归纳、应用,培养学生良好的学习能力呢?笔者进行对这些问题进行认真的分析,在多年的教学中并不断的摸索、改革教 金 属 工 艺 学 第 五 版 上 册纲要 强度:金属材料在里作用下,抵抗塑性变形和断裂能力。指标:屈服点(σs)、抗拉强度(σb)。 塑性:金属材料在力作用下产生不可逆永久变形能力。指标:伸长率(δ)、断面收缩率(ψ)硬度:金属材料表面抵抗局部变形,特别是塑性变形压痕、划痕能力。 1布氏硬度:HBS(淬火钢球)。HBW(硬质合金球) 指标:2洛氏硬度:HR(金刚石圆锥体、淬火钢球或硬质和金球) 3韦氏硬度 习题: 1什么是应力,什么是应变? 答:试样单位面积上拉称为应力,试样单位长度上伸长量称为应变。 5、下列符号所示力学性能指标名称和含义是什么? 答:σb:抗拉强度,材料抵抗断裂最大应力。 σs:屈服强度,塑性材料抵抗塑性变形最大应力。 σ0.2:条件屈服强度,脆性材料抵抗塑性变形最大应力 σ-1:疲劳强度,材料抵抗疲劳断裂最大应力。 δ:延伸率,衡量材料塑性指标。 αk:冲击韧性,材料单位面积上吸取冲击功。 HRC:洛氏硬度,HBS:压头为淬火钢球布氏硬度。HBW:压头为硬质合金球布氏硬度。 过冷度:理论结晶温度与实际结晶温度之差。冷却速度越快,实际结晶温度越低,过冷度越大。 纯金属结晶涉及晶核形成和晶核长大。 同一成分金属,晶粒越细气强度、硬度越高,并且塑性和韧性也越好。 因素:晶粒越细,晶界越多,而晶界是一种原子排列向另一种原子排列过度,晶界上排列是犬牙交错,变形是靠位错变移或位移来实现,晶界越多,要跃过障碍越多。 1提高冷却速度,以增长晶核数目。 2在金属浇注之前,向金属液中加入变质剂进行变质解决,以增长外来晶核,还可以采用热解决或塑性加工办法,使固态金属晶粒细化。 3采用机械、超声波振动,电磁搅拌等 合金:两种或两种以上金属元素,或金属与非金属元素溶合在一起,构成具备金属特性新物质。构成元素成为成员。 1、固溶体:溶质原子溶入溶剂晶格而保持溶剂晶格类型金属晶体。铁碳合金组织可分为: 2、金属化合物:各成员按一定整数比结合而成、并具备金属性质 均匀物质(渗碳体) 3、机械混合物:结晶过程所形成两相混合组织。南昌大学金属工艺学复习要点(过控专业).docx
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