金属工艺学复习

金属工艺学复习第一篇金属材料基础知识●力学性能（机械性能）：强度与塑性、硬度、韧性、疲劳强度●同素异晶转变：随着温度的改变，固态金属晶格也随之改变的现象。

●固溶体：铁碳合金都是间隙固溶体铁素体：α铁基，低温，含碳量低，特征是强度、硬度低，塑性、韧性好奥氏体：γ铁基，较高温，含碳较高，强度及硬度不高，塑性优良，锻造常用●化合物：渗碳体Fe3C : 硬而脆●机械混合物：珠光体P：F+Fe3C，0.77C，力学性能好，塑性韧性一般；莱氏体L：含碳4.3%，渗碳体含量多，硬脆高温莱氏体奥氏体+渗碳体Ld（A+Fe3C），727C以上低温莱氏体珠光体+渗碳体Ld’（P +Fe3C），727C以下。

●热处理：普通热处理：退火、正火、淬火、回火等；表面热处理：表面淬火、化学热处理（渗碳、氮化等）●1）退火：将工件加热到高于AC3或AC1温度以上，保温一定时间，随后以足够缓慢的速度冷却，使钢得到接近平衡组织的热处理工艺。

目的：1调整硬度，便于切削加工。

2消除内应力，防止加工中变形。

3细化晶粒，为最终热处理作组织准备。

完全退火：加热到AC3以上，得到均一奥氏体组织后再缓冷转变为珠光体组织的过程。

不完全退火：加热到Ac1以上，得到奥氏体加未溶碳化物或铁素体，再缓冷进行组织转变的过程。

球化退火：将钢加热到Ac1以上20～30℃，保温一段时间，然后缓慢冷却，得到在铁素体基体上均匀分布的球状或颗粒状碳化物的组织。

目的：使钢中碳化物球化而进行的退火工艺。

球化退火主要适用于过共析钢2）正火：将钢加热到AC3或Accm以上，保温一定时间，在静止的空气中冷却，得到细珠光体类型组织的热处理工艺。

目的：对于低、中碳钢(≤0.6C%)，目的与退火的相同调整硬度利于切削、消除内应力、细化晶粒。

1要改善切削性能，调整硬度利于切削、消除内应力、细化晶粒。

低碳钢用正火，中碳钢用退火或正火，高碳钢用球化退火。

2对于过共析钢，用于消除网状二次渗碳体，为球化退火作组织准备。

3）淬火：将钢加热到Ac3或Ac1以上，保温一定时间，以一定的速度冷却，得到马氏体或下贝氏体组织的热处理工艺。

淬火目的是为获得马氏体组织，提高钢的性能。

完全淬火：加热到Ac1以上，进行淬火的过程。

不完全淬火：加热到Ac1以上，得到奥氏体加未溶碳化物或铁素体，再淬火的过程。

4）回火：指将淬火钢重新加热到相变点以下的某温度保温后冷却的工艺。

回火的目的：1减少或消除淬火内应力, 防止变形或开裂。

2获得所需要的力学性能。

淬火钢一般硬度高，脆性大，回火可调整硬度、韧性。

3稳定尺寸。

●表面淬火：将钢件表面层加热到临界点以上温度并急速冷却。

表面淬火目的：1使表面具有高的硬度、耐磨性和疲劳极限；2心部在保持一定的强度、硬度的条件下，具有足够的塑性和韧性。

即表硬里韧，适用于承受弯曲、扭转、摩擦和冲击的零件。

●化学热处理：将钢件置于一定介质中加热、保温，使介质中活性原子渗入工作表层，以改变表层的化学成分组织，具有某些特殊的机械和物化性能。

与表面淬火相比优点：1化学热处理不仅改变钢的表层组织，还改变其化学成分。

2化学热处理也是获得表硬里韧性能的方法之一。

3根据渗入的元素不同，化学热处理可分为渗碳、氮化、多元共渗、渗其他元素等。

●调质处理：淬火加高温回火的热处理，改善力学性能。

第二篇铸造●充型：液态合金填充铸型的过程。

影响充型能力的主要因素1)合金的流动性2)浇注条件：浇注温度、充型压力3)铸型填充条件：铸型材料、铸型温度、铸型中气体、铸件结构●流动性好的合金有利于将杂质气体上浮并排除，还有利于补缩。

●铸件的凝固方式：铸件凝固过程中，断面上一般存在三个区域，即固相区、凝固区和液相区，其中对铸件质量影响较大的主要是液相和固相并存的凝固区的宽窄。

1)逐层凝固：纯金属或共晶成分合金凝固过程中不存在液、固并存现象，液固界限清楚分开，称为逐层凝固2)糊状凝固：若合金的结晶温度范围很宽，温度分布较平坦(内外温度较小)，整个断面内均为液固并存，先呈糊状而后固化，称为糊状凝固。

3)中间凝固：介于逐层凝固和糊状凝固之间●收缩的三个阶段：1)液态收缩：浇注温度->凝固开始温度间的收缩；2)凝固收缩：凝固开始温度->凝固终止温度间的收缩；分为状态改变和温度下降两部分，是缩松、缩孔的基本原因。

3)固态收缩：固相线温度->室温时的收缩，是铸造应力和变形、裂纹基本原因●缩孔：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。

凝固收缩越大，浇注温度越高，铸件越厚；则缩孔的容积越大。

●缩松：分散在铸件某区域内的细小缩孔；分为宏观缩松及显微缩松两种；逐层凝固合金缩孔倾向大；糊状凝固缩松倾向大。

●缩孔、缩松的防止1)顺序凝固，实现顺序凝固，就可实现“补缩”2)设置“冒口”3)铸件某些厚大部位设置“冷铁”4)冒口与冷铁增加成本，促进变形及裂纹倾向，仅用于必须补缩，如铝青铜、铸钢等；5)倾向于糊状凝固的合金，整个截面上有树枝状晶架，难以避免显微缩松。

6)选用近共晶成分或结晶温度范围较窄的合金生产铸件较为科学。

●内应力：热应力和机械应力（时效）●热应力的产生原因：1)由于铸件壁厚不均匀，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；2)厚壁或心部受拉，薄壁或表层受压；3)铸件的壁厚差别愈大，线收缩率愈大，弹性模量愈大，热应力愈大预防热应力的途径：减小各个部分间的温差，均匀地冷却。

但同时凝固不太适合糊状凝固特性合金，因为易产生心部缩松缩孔。

●灰口铸铁：碳主要以石墨形式存在。

少量碳溶于铁素体，断口呈灰色。

1)灰铸铁石墨呈片状2)可锻铸铁石墨呈团絮状3)球墨铸铁石墨呈球状4)蠕墨铸铁石墨呈蠕虫状砂型铸造及结构设计●浇注位置原则：1)重要的面应朝下；2)铸件的大平面应朝下；3)为防止铸件薄壁部分产生浇不足或冷隔缺陷。

应将面积较大的薄壁部分置于下部或使其处于垂直或倾斜位置；4)对容易产生缩孔的铸件，应使厚的部分放在铸型的上部或侧面以便在铸件厚壁处直接安置冒口，实现定向（顺序）凝固。

●确定分型面：应能方便、顺利地取出模样或铸件，一般选在铸件的最大截面处。

1)分型面的确定应尽量与浇注位置一致，并应尽量满足浇注位置的要求；2)分型面应避免曲折，数量应少，最好是一个，且为平面；3)应使型腔全部或大部分置于同一个砂型内，位于下型中；4)应使型芯数量少，并便于安放和稳定。

●避免铸造缺陷的合理结构1)铸件壁厚的合理设计：铸件壁厚力求均匀，避免局部过厚形成热节的结构；2)铸件的各壁之间应均匀过渡，两个非加工表面所形成的内角应设计成圆角；3)避免铸件产生翘曲变形和大的水平平面结构；●简化工艺过程的合理结构1)铸件整体结构应能选出合适的分型面，其数量应少，铸件外形应便于取出模样；2)合理设计凸台和避免侧壁具有防碍拔模的局部凹陷结构；3)设计铸件应合理确定结构斜度；4)铸件结构应有利于型芯的固定、排气和清理；5)尽量不用或少用型芯。

●结合铸造方法的合理结构1)熔模铸造成形件的结构：便于从压型中取出蜡模和型芯；孔、槽不宜过小或过深；壁厚均匀、同时凝固、避免分散的热节；2)金属型成形件的结构：便于取件、抽出金属型芯；孔径不宜过小或过深；壁厚均匀；3)压力铸造成形件的结构：消除侧凹和深腔，便于抽芯；采用薄壁、壁厚均匀。

●特种铸造：熔模铸造、金属型铸造、压力铸造、离心铸造、消失模铸造第三篇金属塑性加工●金属塑性变形的实质：金属内部产生滑移的结果。

●冷作硬化：现象：强度、硬度上升，而塑性、韧性下降。

原因：滑移面附近的晶粒碎晶块，晶格扭曲畸变，增大滑移阻力，使滑移难以进行。

●消除冷作硬化：回复与再结晶回复：冷作硬化是一种不稳定的现象，具有自发恢复到稳定状态的倾向。

室温下不易实现。

当提高温度时，原子获得热能，热运动加剧，加热温度原子回复到正常排列，消除了晶格扭曲，使加工硬化得到部分消除。

再结晶：原子获得更多热能，开始以某些碎晶或杂质为核心构成新晶粒，再结晶后清除了全部加工硬化。

晶格类型不变，只改变晶粒外形。

利用：冷加工后使材料强度↑硬度↑。

如冷拉钢，不能热处理强化的金属材料。

消除：再结晶退火●金属的可锻性：材料经受压力加工时获得优质制品难易程度的工艺性能。

●提高可锻性：1)温度↑→原子的运动能力↑→容易滑移→塑性↑,变形抗力↓，可锻性改善；2)变形速度：u↑塑性↓.变形抗力↑（主）热能↑→塑性↑，变形抗力↓（高速锤）；3)三向应力中，压力应力数目愈多，则塑性越好。

●锻造：自由锻和模锻●自由锻工序：1)基本工序镦粗：适于饼块类，盘套类拔长：适于轴类、杆类。

拔长、镦粗经常交替反复使用。

冲孔：（通孔、盲孔）常用方法：镦粗—冲孔、镦粗—冲孔—扩孔弯曲：工件轴线产生一定曲率。

扭转：某一部分相对于另一部分转一定角度。

错移：坯料的一部分相对于另一部分平移错开的工序，例如曲轴。

切割：分割坯料，或去除锻件余量的工序。

2)辅助工序：在基本工序之前的预变形工序如压肩、压钳口等。

3)精整工序：完成基本工序之后，用以提高锻件尺寸和形状精度的工序。

●锻造工艺规程的制订：1)敷料：为简化零件的形状和结构，便于锻造而增加的一部分金属为敷料。

（也叫余块）余量：零件表面为切削加工而增加的尺寸称余量。

锻件公差：是锻件名义尺寸的允许变动量。

2)分模面原则：应保证模锻件能从模腔中取出来；使上、下两模沿分模面的模腔轮廓一致；应选在能使模腔深度最浅的位置上；使敷料最少。

最好是一个平面。

3)模锻斜度：平行于锤击方向（垂直于分模面）的表面必须有斜度，以便取出锻件。

模锻斜度与模镗深度和宽度有关。

内侧斜度比外侧稍大些。

4)模锻圆角半径：所有交角均做成圆角，可以易于充满模膛，避免尖角处产生裂纹，减缓锻件外尖角处的磨损。

5)冲孔连皮：孔径大于25mm,该孔应锻出；孔径为25~80时,冲孔连皮厚度取4~8mm。

孔径小于25mm或孔深大于冲头直径3倍时,只压出凹穴。

●锻件结构的工艺性：书上例子●冲压：基本工序：1、分离工序2、变形工序；常用设备：剪床和冲床●分离工序：1)落料及冲孔（统称冲裁）：a)落料——落下部分为成品；冲孔——落下部分为废品。

b)凹凸模间隙，凹凸模刃口尺寸的确定：c)落料：以凹模为基准，根据间隙的大小确定凸模尺寸。

（凹模尺寸等于零件的尺寸）冲孔：以凸模为基准，由间隙确定凹模的尺寸，即凸模尺寸等于零件尺寸。

d)考虑磨损：落料：凹模尺寸靠近零件公差范围内的最小尺寸冲孔：凸模尺寸靠近零件公差范围内的最大尺寸e)冲裁件的排样排样应使废料最少。

无搭边和有搭边两种类型。

2)修整：沿外缘或内孔刮削一层金属。

机理与切削相似，与冲裁不同3)切断：是指用剪刃或冲模将板料沿不封闭的轮廓进行分离的工序。

●变形工序：1)拉深：模具使平板坯料变形成开口空心零件多次拉伸：拉深系数过小，应多次拉深，每一两次中间安排退火，以消除加工硬化2)弯曲：板料弯成具有一定角度和曲率的工序，尽量使弯曲线垂直于纤维，以免破裂。