金属工艺学

强度：金属材料在力的作用下，抵抗塑性变形和断裂的能力。

抗拉强度：是指金属材料在拉断前所能承受的最大应力。

塑性：是金属在力的作用下，产生不可逆永久变形的能力。

冲击韧性：金属材料在冲击载荷下抵抗破坏的能力。

断裂韧性：指材料阻止宏观裂纹失稳扩展能力的度量，也是材料抵抗脆性破坏的韧性参数。

它和裂纹本身的大小、形状及外加应力大小无关。

是材料固有的特性，只与材料本身、热处理及加工工艺有关。

是应力强度因子的临界值。

常用断裂前物体吸收的能量或外界对物体所作的功表示。

硬度：金属的坚硬程度。

三种硬度测量：布氏硬度（HB）、洛氏硬度(HR)应用最广、维氏硬度韧性：金属材料断裂前吸收的变形能量的能力。

过冷度：理论结晶温度—实际结晶温度冷却速度越快实际结晶温度就越低，过冷度就越大；反之，冷却速度越慢，过冷度越小。

细晶强化：细晶粒受到外力发生塑性变形可分散在更多的晶粒内进行，塑性变形较均匀，应力集中较小；此外，晶粒越细，晶界面积越大，晶界越曲折，越不利于裂纹的扩展，在常温下的细晶粒金属比粗晶粒金属有更高的强度、硬度、塑性和韧性。

故工业上将通过细化晶粒以提高材料强度的方法称为细晶强化枝状结晶：接触面积大，散热快，能极速恢复到平衡状态。

晶粒越细，其强度、硬度越高而且塑性韧性越好。

晶核越多，晶核长大的余地就越小，长成的晶粒就越小。

细化铸态金属晶粒的主要途径：提高冷却速度，以增加晶核的数目；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；此外，还可以采用热处理或塑性加工方法，使固态金属晶粒细化。

铁碳合金的组织可以分为：固溶体、金属化合物、机械混合物。

固溶体：溶质原子溶入溶剂晶格而仍保持溶剂晶格类型的金属晶粒称为固溶体。

形成固溶体时，溶剂晶格将产生不同程度的畸变，这种畸变使塑性变形阻力增加，变现为固溶体的强度、硬度有所增加，这种现象称为固溶强化。

固溶体：铁素体（600时C含量为o.oo6%，727时C含量为0.0218%）、奥氏体属于高温组织（1148时C含量为2.11%，727时含C量为0.77%）化合物：渗碳体硬度极高，塑性韧性极低，伸长率和冲击韧度近于零。

机械混合物：珠光体：是铁素体和渗碳体的机械混合物C含量为0.77%有着良好的力学性能，抗拉强度高、硬度较高、有一定的塑性和韧性。

莱氏体：奥氏体和渗碳体的机械混合物，C含量为4.3%渗碳体较多，较硬脆。

热处理普通热处理：退火、正火、淬火、回火表面热处理：表面淬火、化学热处理热处理使之成为奥氏体初始成为奥氏体时，晶粒非常细小，保持细小的奥氏体晶粒可使冷却后的组织继承其细小的晶粒，这不仅强度高，且塑性韧性均较好。

如果加温过高或保温时间过长，将会使奥氏体的晶粒急剧长大。

马氏体：由于C含量过于饱和，致使马氏体晶格发生严重的畸变，因此中碳以上的马氏体通常具有高硬度，但韧性很差。

钢在淬火时过冷奥氏体转变为马氏体，低碳钢淬火所获得的马氏体虽然硬度不高，但有着良好的韧性，具有一定的价值。

退火：将钢加热、保温然后随炉或埋入灰中使其缓慢冷却的热处理工艺。

完全退火：铸钢件和重要锻件。

完全退火可以降低硬度，改善切削加工件。

将亚共析钢加热到A3以上30~50，保温后缓慢冷却，以获得接近平衡状态组织。

呈现的是完全奥氏体状态，由于晶粒非常的细小，缓慢冷却时，通过重结晶使钢件获得细小的晶粒，并消除了内应力。

球化退火：主要用于过共析钢件。

过共析钢经过锻造后珠光体晶粒粗大存在少量的二次渗碳体，硬度高脆性大，淬火时容易产生裂纹和变形。

经过球化退火可以形成组织球化体也是淬火前过共析钢最期望的组织，其硬度低，节省道具。

去应力退火：部分铸件、锻件以及焊接件，有时可用于精密零件的切削加工，使其通过原子扩散及塑性变形消除内应力，防止钢件产生变形。

将钢加热到500~650，保温后缓慢冷却，由于加热温度低于临界温度（727），所以钢未发生组织转变。

正火：低碳钢和含碳较低的中碳钢为正火为主，中碳合金钢、高碳钢及复杂件仍以退火为主。

将钢加热到Ac3以上30~50（亚共析钢）或Acm以上30~50（过共析钢），保温后在空气中冷却的热处理。

与退火相似，将钢加热到奥氏体区，使钢进行重结晶，从而解决铸钢件、锻件的粗大晶粒和组织不均的问题。

但正火比退火的冷切速度稍快，形成索氏体。

淬火：将钢加热到Ac3或Ac1以上30~50，保温后在淬火介质中快速冷却，以获得马氏体组织的热处理工艺。

回火：将淬火的钢加热到Ac1一下某温度，保温后冷却到室温的热处理工艺。

回火主要是消除淬火内应力，以降低钢的脆性，防止产生裂纹，同时也使钢获得所需的力学性能。

低温回火：组织为回火马氏体。

降低淬火钢的内应力和脆性，但基本保持了淬火所获得的高硬度和高耐磨性，刀具模具，滚动轴承等耐磨件。

中温回火：组织是回火托氏体。

使钢获得高弹性，保持较高硬度和一定的韧性。

弹簧、发条、锻模。

高温回火：组织是回火索氏体。

淬火并高温回火称为调质处理。

获得强度和韧性都较好的综合力学性能。

表面淬火：通过快速的加热，使钢的表层很快达到淬火温度，在热量来不及达到钢件心部时就立即淬火，从而使表层获得马氏体组织使之有高硬度和高耐磨性，而心部保持原有组织的良好韧性。

机床主轴、发动机曲轴。

齿轮等。

铸造铸造：熔炼金属，制造铸型，并将熔炼金属浇入铸型，凝固后获得一定形状和性能铸件的成型方法。

合金的流动性：熔融金属的流动能力。

灰铸铁、硅黄铜的流动性最好，铸钢的流动性最差。

铸件的凝固方式：逐层凝固：液固相交叉或间隔很小。

随着温度的下降，固体层不断加厚、液体层不断减少，直达铸件的中心，这种凝固方式称为逐层凝固。

糊状凝固：固液相间距很大。

由于这种凝固方式与水泥类似，即先呈现糊状而后固化，故称糊状凝固。

中间凝固：大多数合金的凝固介于逐层凝固和糊状凝固之间，称为中间凝固方式。

收缩：合金从浇注。

凝固直至冷却到室温，其体积或尺寸缩减的现象称为收缩。

缩孔：是集中在铸件的上部或最后凝固部位容积较大的孔洞。

内部液体因液态收缩和补充凝固层的凝固收缩，体积收缩、液面下降，使铸件内部出现了空隙。

合金液态收缩和凝固收缩越大、浇注温度越大、铸件越厚，缩孔的容积越大。

缩松：分散在铸件某区域内的细小缩孔，称为缩松。

缩孔缩松的防止：在安放冒口的同时，还可以在铸件上某些厚大部位增设冷铁。

热应力：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。

减少温度差使其均匀冷却可以预防热应力。

机械应力：是合金的固态收缩收到铸型或铸芯的机械阻碍而形成的内应力。

这种内应力在铸件落砂之后便可自行消除。

热裂：是在高温下形成的裂纹。

缝隙宽、形状曲折、缝内呈氧化色。

冷裂：在较低温度下形成的裂纹。

裂纹细小、呈连续直线状，有时缝内呈轻微氧化色。

灰铸铁：HT。

含C量2.7%~3.9%，含Si量1.1%~2.6%。

具有片状石墨的铸铁性能：1.抗拉强度低，塑性韧性差 2. 优良的减震性，耐磨性好，缺口敏感性小，铸造性能优良，切削加工性好可锻铸铁：又称为玛铁或玛钢。

它是将白口铸铁坯件经石墨化退火而成的一种铸铁。

分为黑心可锻铸铁（我国最为常见），珠光体可锻铸铁，白心可锻铸铁。

黑心可锻铸铁KTH性能特征是塑性、韧性好，耐腐蚀性较高，但强度、硬度较珠光体可锻铸铁低。

球墨铸铁：（发展广阔）性能：综合力学性能最好，减振性切前加工性及缺口敏感性较灰铸铁差蠕墨铸铁：抗拉强度和气密性优于灰铸铁，导热性耐热疲劳高于球墨铸铁。

砂型铸造型砂：是由原沙，粘结剂，水及其他附加物混制而成。

主要性能：强度。

透气性。

耐火性，退让性手工造型方法特点：按砂箱特征分：两箱造型，三箱，地坑，脱箱按模型特征分：整模造型。

挖沙造型，假箱造型，分模造型，活块造型，刮板造型机器造型：将紧砂和起模等主要工序实现了机械化。

工作过程：1）填砂2）振击紧砂3）辅助压实4）起模浇注位置是指浇注时铸件在型内所处的空间位置。

铸型分型面是指铸型组元之间的接合面。

分型面选择原则：1）尽量使分型面平直、数量少2）避免不必要的型芯和活块，以简化造型工艺。

3）尽量避免铸件全部或大部分置于下箱。

熔模铸造：是指用易熔材料制成的模样，在模样表面包覆若干层耐火涂料制成型壳，再将模样熔化排出型壳，从而获得无分型面的铸型，经高温焙烧后即可填砂烧工艺过程可分为蜡模制造，型壳制造，焙烧浇注三个主要阶段。

熔模铸造的特点如下：1，铸件的精度高，表面光洁。

2，可制造难以砂型铸造或机械加工的形状很复杂的薄壁铸件。

3，适用于各种合金铸件。

4，生产批量不受限制。

5，生产工艺复杂且周期长，机械加工压型成本高，所用的耐火材料，模料和粘结剂价格较高铸件成本高。

综上亿述，为熔模铸造最适于高熔点合金精密铸件的成批，大量生产，主要用于形状复杂，难以切削加工的小零件。

金属型铸造（有永久型铸造之称）是将液态金属浇入金属的铸型中，并在重力作用下凝固成形以获得铸件的方法。

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（充填速度可达5 ~50m/s）地压入金属铸型中，并在压力下凝固以获得铸件的方法。

离心铸造：将液态合金浇入调整旋转的铸型，使其在离心力作用下充填铸型并结晶。

离心铸造机上的铸型可以用金属型，也可以用砂型、熔模壳型等。

消失模铸造：又称气化模铸造或实型铸造。

它是用泡沫塑料制成的模样制造铸型，之后，模样并不取出，浇注时模样气化消失而获得铸件的方法。

塑性变形弹性变形：金属在外力作用下发生变形，撤去外力后金属完全恢复原状的变形称为弹性变形。

当外力撤掉之后金属的变形没有完全恢复而产生一部分永久变形，称为塑性变形。

冷变形：材料在低于再结晶温度下的塑性变形再结晶：当退火温度足够高、时间足够长时，在变形金属或合金的显微组织中，产生无应变的新晶粒──再结晶核心再结晶温度：在一定形变条件下、一定时间内刚好完成再结晶的最低温度纯金属：T再=0.4T 熔。

加工硬化（冷变形强化）：在冷变形时，随着变形程度的增加，金属材料的所有强度和硬度都有所提高，但是塑性韧性有所下降的现象。

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，使原子回复到平衡位置，晶内残余应力大大减小，这种现象称为回复。

金属的可锻性：是材料在锻造过程中经受塑性变形而不开裂的能力。

金属的可锻性好，表明该金属适合采用塑性加工盛开；可锻性差，该金属不宜选用塑性加工方法成形金属的可锻性取决于金属的本质：化学成分（含碳量越低可锻性越好），金属组织加工条件：变形温，应变速率，应力状态。

锻造：在加压设备及工具下，使坯料，铸锭产生局部或全部的塑性变形，以获得一定几何尺寸，形状和质量的锻件的加工方法，称为锻造。

锻造分为自由锻和模锻自由锻：只用简单的通用性工具，或在锻造设备上、下砧间直接使坯料变形而获得所需的几何形状及内部质量锻件的方法。