哈尔滨工业大学--金属工艺学教学课件
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《金属工艺学上》课件
2
热变形加工
通过加热和外力使金属材料变形，常见的方法有热轧、热挤压和热拉伸等。
非塑性加工
1 切割
通过切割工艺将金属材料 切割成所需形状，例如剪 切和切割机。
2 焊接
将两块或多块金属材料通 过熔化并填充焊接材料来 连接起来，常用于构件的 制作。
3 表面处理
对金属材料表面进行处理， 如镀金、喷涂和抛光等， 以提高外观和耐腐蚀性。
《金属工艺学上》PPT课件
# 金属工艺学上课PPT大纲 ## 一、引言 - 什么是金属工艺学 - 金属工艺学的意义和作用 ## 二、材料加工方式总概 - 塑性加工 - 非塑性加工 ## 三、塑性加工 1. 压力变形 - 挤压 - 拉伸 - 冲孔 2. 热变形加工 - 热轧 - 热挤压 - 热拉伸
引言
什么是金属工艺学？本节将介绍金属工艺学的基本概念和定义，以及它在现 代社会的意义和作用。
材料加工方式总概
塑性加工
通过施加力或加热，将金属材料改变形状，常 见的包括挤压、拉伸和冲孔。
非塑性加工
通过切割、焊接和表面处理等方法改变金属材 料的形态和性质。
塑性加工
1
压力变形
挤压、拉伸和冲孔等方法利用外力使金属材料产生塑性变形，用于制作零件和构 件。
控制材料加工质量
监测和控制
为确保金属制品的质量，金属工艺学包括监测和控 制加工过程中的关键参数。
物理和机械试验
通过物理和机械试验，对金属材料进行性能测试和 评估，以确保其符合要求。
金属工艺部分的创新和未来
新趋势和技术
介绍金属工艺学中的最新趋势和创新技术，如3D打印和先进加工方法。
未来发展趋势
展望金属工艺学的未来，探讨其在材料科学和工程领域的发展前景。
金属工艺学课件(PPT 49页)
(2) 非金属夹杂物
作业：
一、问答题
1、可采用哪些措施提高合金的流 动性？
2、缩孔和缩松是怎样形成的？可 采用什么措施防止？
3、什么是顺序凝固原则和同时凝 固原则？
9、静夜四无邻，荒居旧业贫。。21.3.321.3.3Wednesday, March 03, 2021
10、雨中黄叶树，灯下白头人。。11:40:0211:40:0211:403/3/2021 11:40:02 AM
铸造性能：Foundry Technological Properties
是表示合金铸造成形获得优质铸件的能力， 是一个极其重要的工艺性能。通常用流 动性和收缩性等来衡量。
1. 合金的充型能力
mold filling capacity
⑴ 充型能力的概念（流动性）
液态合金充满型腔，形成轮廓清晰、 形状正确的优质铸件的能力。
1杆：拉应力 Tensile Stress
2杆：压应力： Compression Stress
⑵ 机械应力 Contraction Stress ：铸 件冷到弹性状态后，由于受到铸型、 型芯和浇冒口等的 阻碍而产生的应 力为机械应力。
机械应力为 拉应力，如 图：
Tensile Stress
⑶ 减小和消除铸造应力的方法
通过两个途径发生作用：
影响金属与铸型之间的热交换条件， 改变金属液的流动时间；
影响金属液在铸型中的水动力学条 件，改变金属液的流动速度。
2. 合金的收缩性
The Contraction of Alloys
⑴ 收缩的概念： 合金从液态冷却到常温的
过程中，尺寸和体积缩小的现象称为收 缩。
The Conception of the Contraction
《金属工艺学》课件
金属的加工工艺
金属的铸造工艺
铸造工艺简介：将熔融的金属倒入模具中，冷却后形成所需形状的工艺 铸造方法：砂型铸造、金属型铸造、离心铸造等 铸造材料：铁、钢、铝、铜、锌等 铸造工艺特点：可生产复杂形状的零件，成本低，生产效率高
金属的锻造工艺
锻造方法：自由锻造、模锻、 冲压、挤压等
锻造工艺：将金属加热到一 定温度，通过锤打、挤压等 方式改变其形状和性能
切削工具：包括车刀、铣刀、钻头、 锯片等
切削方法：包括车削、铣削、钻削、 锯削等
切削参数：包括切削速度、进给量、 切削深度等
切削质量：包括表面粗糙度、尺寸精 度、形位精度等
切削效率：包括生产效率、能耗、刀 具寿命等
金属的热处理工艺
热处理的原理和分类
热处理的原理：通过改变金属的微观结构， 提高其力学性能和耐腐蚀性
金属的表面处理技术
表面涂装技术
目的：保护金 属表面，提高 耐腐蚀性、耐
磨性等性能
主要方法：电 镀、喷涂、热
浸镀等
电镀：利用电 解原理，在金 属表面形成一 层金属或合金
镀层
喷涂：利用高 压气流将涂料 喷涂到金属表 面，形成一层
保护层
热浸镀：将金 属加热到一定 温度，使其表 面形成一层金 属或合金镀层
智能化：利用人工智能技术， 实现金属加工的自动化、智 能化
数字化：利用数字化技术， 实现金属加工的精确控制和
优化
绿色化：采用环保技术和材 料，实现金属加工的绿色化
和可持续发展
绿色环保和可持续发展要求
减少能源消耗：提高能源利用效率， 降低生产过程中的能源消耗
循环利用：提高金属材料的回收利 用率，实现资源的循环利用
添加标题
添加标题
第1-3章 金属工艺学 哈工大
机械的组成
数控加工中的机器人
机械的组成
机器人焊接
机械的组成
机器人去毛刺
2、从制造安装方面看：
任何机械设备都是由许多机械零部件组成的。
机械零件：
是机械制造过程中不可分拆的最小单元
{
专用零件：气轮机的叶片；内燃机曲轴 通用零件：齿轮；螺栓
机械部件： 是机械制造过程中为完成同一目的而由若干协同工 作的零件组合在一起的组合体。
31
3. 极限应力 根据材料性质及应力种类而采用材料的某个应力极限值 静应力作用下: 脆性材料极限应力： 强度极限 B
失效形式：脆性破坏
塑性材料极限应力：
屈服极限 s
失效形式：塑性变形
32
变应力作用下机械零件的失效特征
• 1、失效形式：疲劳（破坏）（断裂） σrN σrN1
A
有限寿命区
21
4.其他要求 劳动保护要求 环境要求
22
2.1.2 设计机械的一般步骤
1.计划阶段 2.方案设计阶段 原动机 执行部分 例：设计制造螺纹的机器
传动部分：方案更复杂多样
23
3.技术设计阶段
机器的运动学设计 机器的动力学设计 零件的工作能力设计 部件装配草图及总装配图 主要零件的校核
24
4.技术文件编制阶段
1）铸造：用铸造材料制造毛坯时，不受零件的尺寸和 质量限制。 2）锻造: 用锻造材料制造毛坯时，需要考虑锻造机 械设备的生产能力，一般适用于零件尺寸和质量较小 时的情况。 3）一般情况: 尽可能选用强度高而密度小的材料
==》目的：减小零件的尺寸和质量
2.3.4 零件结构的复杂程度及材料的加工可能性
1 k 1K
1 K 1K
《金属工艺学》课件
金属工艺学分类
金属工艺学可以根据加工对象和应用 领域分为多种分支，如铸造、锻造、 焊接、切削加工、热处理等。
金属工艺学的应用领域
机械制造业
航空航天业
金属工艺学在机械制造业中应用广泛，涉 及各种零件的加工、装配和维修。
航空航天器制造需要高精度和高性能的金 属材料和加工技术，金属工艺学在航空航 天业中发挥着重要作用。
汽车制造业
电子工业
汽车制造业需要大量金属材料和加工技术 ，包括车身、底盘、发动机等部件的制造 和装配。
电子工业中，金属材料广泛应用于电路板 、连接器、散热器等部件的制造。
金属工艺学的历史与发展
01
古代金属工艺
早在公元前，人类就开始使用金属材料，如青铜、铁等，用于制造工具
、武器和饰品。
02
工业革命时期的金属工艺
退火与正火工艺
退火工艺
退火是一种将金属加热到适当温度，保温一段时间，然后缓慢冷却至室温的热 处理工艺。其主要目的是消除金属内部的应力，提高其塑性和韧性，以便于进 一步加工。
正火工艺
正火是将金属加热到适当温度，保持一定时间后，在静止空气中冷却的热处理 工艺。其主要目的是细化金属的晶粒，提高其机械性能，如强度和韧性。
。
焊接缺陷及防止
03
焊接过程中可能出现气孔、夹渣、裂纹等缺陷，需采取相应措
施进行防止。
金属的切削加工工艺
切削加工原理
通过刀具对金属工件进行切削，以去除多余的金属材料，实现工 件形状和尺寸的加工。
切削加工方法分类
根据切削加工的特点和应用，可分为车削、铣削、钻削、磨削等 。
切削加工技术要求
切削加工过程中需要考虑刀具材料、切削液、切削参数等因素， 以确保加工质量和效率。
金属工艺学可以根据加工对象和应用 领域分为多种分支，如铸造、锻造、 焊接、切削加工、热处理等。
金属工艺学的应用领域
机械制造业
航空航天业
金属工艺学在机械制造业中应用广泛，涉 及各种零件的加工、装配和维修。
航空航天器制造需要高精度和高性能的金 属材料和加工技术，金属工艺学在航空航 天业中发挥着重要作用。
汽车制造业
电子工业
汽车制造业需要大量金属材料和加工技术 ，包括车身、底盘、发动机等部件的制造 和装配。
电子工业中，金属材料广泛应用于电路板 、连接器、散热器等部件的制造。
金属工艺学的历史与发展
01
古代金属工艺
早在公元前，人类就开始使用金属材料，如青铜、铁等，用于制造工具
、武器和饰品。
02
工业革命时期的金属工艺
退火与正火工艺
退火工艺
退火是一种将金属加热到适当温度，保温一段时间，然后缓慢冷却至室温的热 处理工艺。其主要目的是消除金属内部的应力，提高其塑性和韧性，以便于进 一步加工。
正火工艺
正火是将金属加热到适当温度，保持一定时间后，在静止空气中冷却的热处理 工艺。其主要目的是细化金属的晶粒，提高其机械性能，如强度和韧性。
。
焊接缺陷及防止
03
焊接过程中可能出现气孔、夹渣、裂纹等缺陷，需采取相应措
施进行防止。
金属的切削加工工艺
切削加工原理
通过刀具对金属工件进行切削，以去除多余的金属材料，实现工 件形状和尺寸的加工。
切削加工方法分类
根据切削加工的特点和应用，可分为车削、铣削、钻削、磨削等 。
切削加工技术要求
切削加工过程中需要考虑刀具材料、切削液、切削参数等因素， 以确保加工质量和效率。
金属工艺学(全套课件512P)
Wc> 0.60%
Ws,Wp ≤ 0.020%
18
第一章 钢铁材料及热处理
第二节 铁碳合金及其状态图
1.2 碳钢的分类、编号、性能和用途 （2）编号
碳素结构钢：以钢材厚度（或直径）不大于 16mm钢的屈服强度数值表示。
Q+屈服强度数值+质量等级符号+脱氧方法
Q---钢的屈服强度； A,B,C,D---质量等级； F---沸腾钢； Z---镇静钢；b---半镇静钢；TZ---特殊镇静钢。
19
第一章 钢铁材料及热处理
第二节 铁碳合金及其状态图
沸腾钢（F）为脱氧不完全的钢。 浇注时钢液在钢锭模内产生沸腾现象（气体逸出），钢 锭凝固后，蜂窝气泡分布在钢锭中，在轧制过程中这种 气泡空腔会被粘合起来。这类钢的特点是钢中含硅量很 低，通常注成不带保温帽的上小下大的钢锭。
金属工艺学
绪论
• 金属工艺学:
研究金属材料性质及其加工工艺为 主的综合性技术基础课程。 • 主要研究内容：
– 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联系； – 金属机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.
2
绪论
在机械制造中需要了解以下内容：
条件。
11
第一章 钢铁材料及热处理
抗其他更硬的物体压入其内的能力。
表示金属材料在一个小的体积范围内抵抗弹性变形、塑性变 形或破断的能力。
布氏硬度
HBS或HBW
洛氏硬度
HRC、HRB、HRA
12
第一章 钢铁材料及热处理
第一节 金属及合金的性能
1.4 冲击韧性：材料抵抗冲击载荷的能力。
金属工艺学-哈尔滨工业大学(精)
C
1600 1500 1400 1300 1200 1100 1000 900 800 700 912 1394 1538
返回主页
L δ γ
α 时间
纯铁的冷却曲线
第一章 金属结构
返回主页
晶粒 晶界
多晶体
第一章 金属结构
点
缺
间隙原子
返回主页
晶格空位
陷
G
线 缺 陷
A
H E
面
F B
缺 陷
第一章 金属结构
A+F
P
S
727
A+Fe 3 CⅡ P+Fe 3 C Ⅱ+Le'
Le
合
A+Fe 3 CⅡ+Le
Fe 3 CⅠ+Le
K
F+Fe 3CⅢ
室温 0 亚共析钢 工业纯铁 共析钢 0.77 过共析钢 2.11 亚共晶白口铸铁 4.3 6.67 C%
过共晶白口铸铁
共晶白口铸铁
Le'
F+P
P
P+Fe 3 CⅡ
+Le ' Fe 3 C Ⅰ
金属工艺学
第一章 金属结构
晶格类型
晶格 晶格的基本类型
金属的同素异构转变
实际金属的晶体结构 铁碳合金
固溶体
纯铁的冷却曲线
多晶体 晶体结构缺陷 铁碳合金基本组织
铁碳合金状态图
第一章 金属结构
晶 格
晶 面
返回主页
晶面
晶 向
晶向
晶 胞
第一章 金属结构
返回主页
体心立方晶格
面心立方晶格
密排六方晶格
第一章 金属结构
1600 1500 1400 1300 1200 1100 1000 900 800 700 912 1394 1538
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α 时间
纯铁的冷却曲线
第一章 金属结构
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多晶体
第一章 金属结构
点
缺
间隙原子
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陷
G
线 缺 陷
A
H E
面
F B
缺 陷
第一章 金属结构
A+F
P
S
727
A+Fe 3 CⅡ P+Fe 3 C Ⅱ+Le'
Le
合
A+Fe 3 CⅡ+Le
Fe 3 CⅠ+Le
K
F+Fe 3CⅢ
室温 0 亚共析钢 工业纯铁 共析钢 0.77 过共析钢 2.11 亚共晶白口铸铁 4.3 6.67 C%
过共晶白口铸铁
共晶白口铸铁
Le'
F+P
P
P+Fe 3 CⅡ
+Le ' Fe 3 C Ⅰ
金属工艺学
第一章 金属结构
晶格类型
晶格 晶格的基本类型
金属的同素异构转变
实际金属的晶体结构 铁碳合金
固溶体
纯铁的冷却曲线
多晶体 晶体结构缺陷 铁碳合金基本组织
铁碳合金状态图
第一章 金属结构
晶 格
晶 面
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晶向
晶 胞
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密排六方晶格
第一章 金属结构
哈工大第一版金属学与热处理课件ppt
在整堂课的教学中，刘教师总是让学 生带着 问题来 学习， 而问题 的设置 具有一 定的梯 度，由 浅入深 ，所提 出的问 题也很 明确
在整堂课的教学中，刘教师总是让学 生带着 问题来 学习， 而问题 的设置 具有一 定的梯 度，由 浅入深 ，所提 出的问 题也很 明确
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在整堂课的教学中，刘教师总是让学 生带着 问题来 学习， 而问题 的设置 具有一 定的梯 度，由 浅入深 ，所提 出的问 题也很 明确
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哈工大金属学与热处理课件钢的热处理原理与热处理工艺
珠光体转变：
是过冷奥氏体在临界温度A1以下较高的温度范 围内进行的转变（共析钢在A1～550℃之间）， 又称高温转变。是典型的扩散型相变。
奥氏体γ
A1以下
珠光体P（ α+ Fe3C）
体心立方 （bcc） 0.0218%C
面心立方 （fcc） 0.77% C
复杂斜方 6.69%C
§7.4 珠光体转变
相互平行排列的板条
针状或竹叶状 凸透镜状 孪晶 高碳钢 硬而脆
扁条状 高密度的位错 低/中碳钢 强韧性
§7.5马氏体转变
热力学
转变特点
晶体学 动力学
§7.6贝氏体转变
§7.6贝氏体转变
贝氏体
贝氏体转变的主要特点：中温相变 上贝氏体 形成温度: 550 ~ 350℃ 下贝氏体 350℃ ~ Ms
性能: 取决于粒状渗碳体的大 小、形态和分布。具有较高的 强度，较好的切削加工性能（ 塑韧性好）及淬火工艺性能。 颗粒越细，强度越高；颗 粒越均匀，韧性越好。
在硬度相同的条件下， P 粒状 比 P片 拉伸性能好
获得：球化退火 、淬火+ 回火
§7.5马氏体转变
§7.5马氏体转变
§7.5马氏体转变
1）片状长大机制
领先相
片状珠光体刚形成时碳的浓度示意图
§7.4 珠光体转变
P粒状比P片拉伸性能比较
片状珠光体形成时成片形成机制示意图
§7.4 珠光体转变
珠光体转变的主要特点
(1)在A1温度以下的高温区进行的相变，对非合金钢 约在550~720℃； (2)是渗碳体和铁素体交替组成的片层状组织，为共 析转变； (3)在渗碳体和铁素体形核和长大的过程中，必须依 靠碳的扩散，是扩散型相变； (4)珠光体的形核率随转变温度的降低而增大，而原 子的扩散随温度的降低而困难，故珠光体转变的 温度—时间曲线呈C字形。
是过冷奥氏体在临界温度A1以下较高的温度范 围内进行的转变（共析钢在A1～550℃之间）， 又称高温转变。是典型的扩散型相变。
奥氏体γ
A1以下
珠光体P（ α+ Fe3C）
体心立方 （bcc） 0.0218%C
面心立方 （fcc） 0.77% C
复杂斜方 6.69%C
§7.4 珠光体转变
相互平行排列的板条
针状或竹叶状 凸透镜状 孪晶 高碳钢 硬而脆
扁条状 高密度的位错 低/中碳钢 强韧性
§7.5马氏体转变
热力学
转变特点
晶体学 动力学
§7.6贝氏体转变
§7.6贝氏体转变
贝氏体
贝氏体转变的主要特点：中温相变 上贝氏体 形成温度: 550 ~ 350℃ 下贝氏体 350℃ ~ Ms
性能: 取决于粒状渗碳体的大 小、形态和分布。具有较高的 强度，较好的切削加工性能（ 塑韧性好）及淬火工艺性能。 颗粒越细，强度越高；颗 粒越均匀，韧性越好。
在硬度相同的条件下， P 粒状 比 P片 拉伸性能好
获得：球化退火 、淬火+ 回火
§7.5马氏体转变
§7.5马氏体转变
§7.5马氏体转变
1）片状长大机制
领先相
片状珠光体刚形成时碳的浓度示意图
§7.4 珠光体转变
P粒状比P片拉伸性能比较
片状珠光体形成时成片形成机制示意图
§7.4 珠光体转变
珠光体转变的主要特点
(1)在A1温度以下的高温区进行的相变，对非合金钢 约在550~720℃； (2)是渗碳体和铁素体交替组成的片层状组织，为共 析转变； (3)在渗碳体和铁素体形核和长大的过程中，必须依 靠碳的扩散，是扩散型相变； (4)珠光体的形核率随转变温度的降低而增大，而原 子的扩散随温度的降低而困难，故珠光体转变的 温度—时间曲线呈C字形。