金属工艺学复习要点

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

过冷度：To-Tn＝?T（变量）。

理论结晶温度

实际结晶温度

O 时间

总结：晶粒越小，则材料的力学性能越好。

细化主要途径是：

（1）提高过冷度：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）

（3）机械振动

（4）热处理

（5）压力加工

二、纯金属的晶体结构

纯金属的晶格类型：

1.体心立方晶格：纯铁（α-Fe）

2.面心立方晶格；γ－Fe

三、纯铁的同素异晶转变

纯铁：α－Fe（912℃）→γ－Fe（1394℃）→δ-Fe（1538℃）→L

第二节铁碳合金的基本组织

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。

1.铁素体F：C→α－Fe中形成的固溶体。

2.奥氏体A：C→γ－Fe中形成的固溶体。

二、金属化合物Fe3C

硬度极高，而塑性、韧性极低。

三、机械混合物：

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。

第三节铁碳合金状态图

一、Fe－Fe3C合金状态图的分析：

1.点（特性点）：

C； E ；S。

2.线（特性线）：

（1）ECF（2）PSK线；（3）ES线；（4）GS线；3.分类：

含碳量分类：

钢：0.0218％

钢分类：共析钢：亚共析钢：过共析钢。

二、三类钢在室温下的组织

第四节工业用钢简介

要求：1.掌握碳钢的分类、牌号、性能和用途。

一、钢的分类

碳钢的分类、编号和用途：

分类：

①低碳钢：<0.25％C

②中碳钢：0.25％≤C<0.60%

③高碳钢：0.60％

用途：

①碳素结构钢：

②碳素工具钢：

二、碳素钢：

碳素钢分如下三类：

（1）普通碳素结构钢：

Q235Aσs≥235MPa。

通常用于制造型材、螺钉、铁钉、铁丝、建筑材料等。（2）优质碳素结构钢：

（3）.碳素工具钢：

优质碳素工具钢：T＋数字。

高级优质碳素工具钢：T＋数字＋A。

举例：T7、T8、。含义：0.7％C、0.80％C、

三、合金钢：

合金钢：低合金钢、合金钢。

1.合金结构钢

起首两位数字表示平均含碳量的万分之几。

例：12CrNi3：0.12％C、Cr<1.5％、3％Ni

第四章钢的热处理

要求：1.掌握普通热处理：退火、正火、淬火、回火的目的、种类、方法及应用。

热处理：钢在固态范围内，通过加热、保温、冷却，改变金属材料的内部组织，改变材料的力学性能。

分类：

普通热处理：退火、正火、淬火、回火。

热处理

第二节退火和正火

一、退火：

把钢加热到一定温度，保温一定时间，然后缓慢冷却（炉冷）的热处理工艺法。

目的：①提高钢的塑性和韧性；②消除钢的内应力；③均匀组织；

④为随后的热处理做准备。

退火的种类：

（1）完全退火：（亚共析钢）

A C3+30～50℃

组织分析：P＋F→A→A′→P＋F （重结晶退火）。

（2）球化退火：（过共析钢）

A C1+20～30℃

二、正火：

A C3线或A CCm线以上30～50℃经过保温后，随空气冷却的一种工艺。

第三节淬火和回火

一、淬火：

在固态范围内，把钢加热到一定的温度保温一定时间，以大于或等于临界冷却速度冷却下来的一种热处理工艺。）

目的：获得马氏体组织，从而提高钢的硬度和耐磨性。

二、回火：

定义：将淬火后的钢加热到A c1以下某一温度，保温一定时间，然后冷却的一种工艺。

目的：①降低材料的脆性、消除内应力；

②获得要求的力学性能；

③稳定工件尺寸；

④降低合金钢的硬度，使之易被切削。

（1）低温回火（150～250℃）：

应用于需要高硬度，高耐磨的材料零件。例如：刃具、量具、模具、滚动轴承等。

（2）中温回火（350～500℃）：应用于需要较高弹性、韧性的材料零件等。例如：弹簧、板簧、发条、冲击工具等。

（3）高温回火（500～650℃）组织：应用于受交变载荷作用的材料零件等。例如：轴、丝杠、齿轮、连杆等。

淬火＋高温回火：调质处理。

第二篇铸造

第一章铸造工艺基础

第二节铸件的凝固与收缩

一、铸件的凝固方式

1.逐层凝固：

2.糊状凝固：

3.中间凝固：大多数的凝固均是这样。

二、铸造合金的收缩

合金的收缩经历三阶段：每个收缩阶段会形成什么缺陷

（1）液态收缩

（2）凝固收缩

（3）固态收缩

三、铸件中的缩孔与缩松

1.缩孔与缩松的形成

（1）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。（2）缩松分散在铸件某区域内的细小缩孔。

2.缩孔和缩松的防止

（1）定向凝固：设置冒口。

（2）安放冷铁。

第三节铸造内应力、变形和裂纹

一、内应力的形成

1.热应力

减少热应力的基本途径是尽量减少各个部位间的温度差，使其均匀地冷却。

2.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。二、铸件的变形与防止

防止铸件变形的措施：

使铸件壁厚均匀、形状对称，采用同时凝固和反变形。

也可采用时效处理：自然时效和人工时效。

第二章常用合金铸铁的生产

第一节铸铁件生产

灰铸铁的分类：

②灰口铸铁：C以片状石墨形式存在，G片。

③可锻铸铁：C以团絮石墨状形式存在，G絮。

④球墨铸铁：C以球状石墨形式存在，G球。

⑤蠕墨铸铁：

一、灰铸铁

2. 影响铸铁组织和性能的因素（G＝石墨）

（1）化学成分：

（2）冷却速度：

3.灰铸铁的孕育处理（变质处理）：变质剂：硅铁75％。

孕育处理组织性能

4.灰铸铁的牌号

（1）灰铸铁的牌号HT250：

二、可锻铸铁牌号

三、球墨铸铁牌号

四、蠕墨铸铁牌号

第三章砂型铸造

第一节造型方法的选择

一、手工造型

1.单件、小批生产：

2.成批生产

二、机器造型

第二节浇注位置和分型面的选择

浇注位置是指浇注时铸型分型面所处的空间位置，而铸型分型面是指铸型组元间的结合面。

一铸件浇注位置选择原则:

1铸件重要的加工面应朝下，若做不到,可放侧面或倾斜

2 铸件的大平面应朝下

3 面积大的薄壁部分放下面或侧面

有利于金属充填,防止浇不足

4 易形成缩孔的铸件,厚的部分放在铸型上部或侧面,便于安置冒口,以补缩.

二铸型分型面的选择原则

分型面选择的合理可以简化造型操作,提高劳动生产率.

1 便于起模,故分型面应选择在铸件最大截面处

2 应尽量减少分型面和活块数量(中小件)

3应尽量使铸件的重要加工面或大部分加工面和加工基准面位于同一砂型中

4 尽量采用平直分型面,以简化操作及模型制造

5 尽量减少型芯和便于下芯,合型及检验位置

第三节工艺参数的选择

二、起模斜度的作用

四、型芯（型芯及芯头的作用）

第四章特种铸造

要求：1.熟悉特种铸造工艺。

第一节熔模铸造

一、熔模铸造的工艺过程

1.蜡模制造

2.型壳制造

3.焙烧和浇注

二、熔模铸造的特点和适用范围

优点：

（1）型腔表面极为光滑

（2）能生产高熔点的黑色金属铸件

（3）生产批量不受限制。

第二节金属型铸造

第三篇金属压力加工

第二节塑性变形对金属组织和性能的影响

1 加工硬化：随变形程度的增大，强度和硬度上升而塑性下降的现象。

2 冷变形、热变形：

冷变形：在再结晶温度以下的变形。

热变形：在再结晶温度以上的变形。

T再＝0.4T熔

加工硬化：塑性变形程度越高，强度和硬度就升高。

消除方法：再结晶退火。

3 纤维组织：平行纤维方向：塑、韧性↑

垂直纤维方向：塑、韧性↓

第三节金属的可锻性

金属的可锻性是衡量材料在经受压力加工时获得优质制品难以程度的工艺程度。

一．可锻性的衡量指标

塑性和变形抗力

二．影响可锻性的因素

1.变形温度的影响

锻造温度：

温度过低：导致锻件破裂报废。

温度过高：将产生过热、过烧、脱碳和严重氧化等缺陷。

第二章锻造

第一节锻造方法

一、自由锻

1.自由锻工序

（1）基本工序

镦粗、拔长、冲孔、弯曲、扭转、错移。

二、模锻

1.锤上模锻

（1）模锻模膛

（2）制坯模膛

第二节锻造工艺规程的制订

一、绘制锻件图

二、坯料重量和尺寸的确定

三、锻造工序的确定

四、锻造工艺规程中的其它内容

模锻件选分模面：

原则：a、保证锻件能完整地从模膛中取出

b、使模膛浅而宽，便于加工、利于金属流动

c、应使上、下模膛沿分模面的轮廓一致，便于检查上、下模错移

d、分模面应使锻件上敷料最少

e、分模面尽量选平面

第三章板料冲压

板料冲压是利用冲模使板料产生分离或变形的加工方法。

第一节分离工序

一、落料及冲孔（通称冲裁）

1.冲裁变形过程

2.凹凸模间隙

3.凹凸模刃口尺寸的确定

冲孔模：2）以凸模为基准，加上间隙，设计凹模

落料模：

b）以凹模尺寸为基准，减去间隙，设计冲模

4.冲裁件的排样

第二节变形工序

一、拉深

1.拉深中的废品

2.防止拉穿的方法

二、弯曲

回弹现象

第四篇焊接

第一章电弧焊

焊接：用加热或加压的方法，通过材料的原子扩散，使其连接成一个整体的工艺过程。

焊接分三类：①熔化焊：②压力焊：③钎焊：

第二节焊接接头的组织与性能

焊接接头的组织和性能

2.焊接热影响区

（1）熔合区

（2）过热区

（3）正火区

（4）部分相变区

第三节焊接应力与变形

一产生应力与变形原因

根本原因：加热不均,冷却速度也不相同。各处热胀冷缩不同，又是整体，各部分互相限制

二焊接变形基本形式

1）收缩变形

2）角变形

3）弯曲变形

4）波浪变形；

5）扭曲变形

三防止和减少焊接变形措施

1 合理结构设计

1）尽量减少焊缝，焊缝长度，截面厚的件两面开坡口。

2）焊缝对称

3）避免密集交叉

4）利用型材、冲压件代替，减少焊缝。

2 工艺措施

2) 反变形法:焊前使焊件处于反变形位置,以抵消焊后变形.

3) 刚性固定法: 将工件固定夹紧, 或点焊在工作台上, 焊后变形大大减少，这种方法适于塑性好的低碳钢件.

4) 选择合理的焊接顺序: 对称两侧都有焊缝,尽量使收缩能互相抵消.

5) 焊前预热:

第四节焊条电弧焊

二、电焊条

1.焊条芯：导电、填充焊缝。

2.药皮：稳定电弧、保护、排除渣子。

3.焊条的种类、型号和牌号

第五节埋弧焊

二、埋弧焊的特点

（1）生产率高

（2）焊接质量高而且稳定

（3）节省金属材料

（4）改善了劳动条件

三、埋弧焊的应用

第六节气体保护焊

一、氩弧焊

1.不熔化极氩弧焊

2.熔化极氩弧焊

二、二氧化碳气体保护焊

CO2气体保护焊应用

第二章其它常用焊接方法

第一节电阻焊

一、点焊

二、缝焊

三、对焊

第三节钎焊

一、硬钎焊

二、软钎焊

第三章常用金属材料的焊件

第一节金属材料的焊件性

二、钢材焊接性的估算方法

根据经验：

W（C）当量<0.4％时，钢材塑性良好

W（C）当量＝0.4％～0.6％时，钢材塑性下降，淬硬倾向明显，焊接性能相对较差。

第二节碳钢的焊接

一、低碳钢的焊接

二、中、高碳钢的焊接

焊接的特点：

第五篇金属切削加工

第一章金属切削的基础知识

第一节切削运动及切削要素

一、零件表面的形状及切削要素

切削运动包括主远动和进给运动

二、切削用量

1.切削速度

2.进给量

3.背吃刀量

第二节刀具材料及刀具构造

一、刀具材料

1.对刀具材料的基本要求

（1）较高的硬度

（2）足够的强度和韧度

（3）较好的耐磨性

（4）较高的耐热性

（5）较好的工艺性

2.常用的刀具材料

高速钢

硬质合金

第三节金属切削过程

一、切屑种类

1.切屑种类

（1）带状切屑

（2）节状切屑

（3）崩碎切屑

五、切削液的选用

1.切削液的作用和种类

常用的切削液有以下两大类：

（1）水基切削液：主要起冷却作用，也有一定的润滑作用。

（2）油基切削液：主要起润滑作用，也有一定的冷却作用。

第三章常用加工方法综述

车削的加工特点及其应用

一、车削的工艺特点

1.易于保证工件各加工面的位置精度

2.切削过程比较平稳

3.适用于有色金属零件的加工

4.刀具简单

二、车削的应用

加工精度可达IT8～IT7，表面粗糙度R a值为1.6～0.8μm。

普通车床的工艺：

1.打中心孔；

2.车外圆；

3.车端面；

4.钻孔；

5.镗孔；

6.铰孔；

7.切槽、切断；

8.车螺纹；

9.车锥体；

10.滚花；

11.车成形面；

钻、镗削的工艺特点及其应用

一、钻削的工艺特点

1容易产生“引偏）：指加工时由于钻头弯曲而引起的孔径扩大、孔不圆或孔的轴线歪斜等。

1）预钻锥形定心坑

2）用钻套为钻头导向

3）钻头的主切削刃刃磨对称

二、钻削的应用

三、扩孔和铰孔

1.扩孔

2.铰孔

四、镗孔

刨、拉削的加工特点及其应用

一、刨削的工艺特点

1.通用性好

2.生产率较低

二、刨削的应用

牛头刨床的工艺范围：

刨水平面、刨斜面、刨垂直面、刨槽。

三、拉削

（1）生产率高（2）加工精度高、表面粗糙度较小

（3）拉床结构和操作比较简单

（4）拉刀价格昂贵（5）加工范围较广

第四节铣削的工艺特点及其应用

一、铣削的工艺特点

1.生产率较高

2.容易产生振动

3.刀齿散热条件较好

二、铣削方式

1.周铣法

2.端铣法

三、铣削的应用

1.铣水平面、斜平面、垂直面。

2.在卧式铣床上用角度铣刀铣V型槽。

3.铣沟槽。

第五节磨削的工艺特点及其应用

二、磨削的工艺特点

1.精度高、表面粗糙度小

2.砂轮有自锐作用

3.背向磨削力F p较大

4.磨削温度高

四、磨削的应用和发展

1.外圆磨削

（1）在外圆磨床上磨外圆

纵磨法

横磨法

综合磨法

第五章典型表面加工分析

第一节外圆面的加工

一、外圆面的技术要求

（1）本身精度

（2）位置精度

（3）表面质量

二、外圆面加工方案的分析

（1）粗车

（2）粗车－半精车

（3）粗车－半精车－磨（粗磨或半精磨）

（4）粗车－半精车－粗磨－精磨

（5）粗车－半精车－粗磨－精磨－研磨

（6）粗车－精车－精细车粗车－半精车－粗磨－精磨第二节孔的加工

一、孔的技术要求

分三个方面：

（1）本身精度

（2）位置精度

（3）表面质量

二、孔加工方案的分析

第三节平面的加工

一、平面的技术要求

三个方面：

（1）形状精度

（2）位置精度

（3）表面质量

一、平面加工方案的分析

（1）粗刨或粗铣

（2）粗铣（或粗刨）－精铣（或精刨）－刮研

（3）粗铣（刨）－精铣（刨）－磨

（4）粗铣－半精铣－高速精铣

（5）粗车－精车

第六章工艺过程的基本知识第四节典型零件工艺过程

一、轴类零件