金属工艺学总结

金属工艺学

第一篇金属材料导论

1、性能

金属材料最常用的强度指标是屈服强度和抗拉强度；塑性指标是延伸率和断面收缩率。

强度：材料抵抗变形和断裂的能力。

塑性：金属材料产生塑性变形而不被破坏的能力。

硬度：材料表面抵抗其他更硬物体压入的能力。

韧性：材料抵抗冲击载荷的能力。

材料的工艺性能包括：铸造性、锻造性、焊接性、热处理性能和切削加工性能。

2、常见的金属晶体结构为体心立方、面心立方和密排六方三种类型。

3、铁碳合金及碳钢

碳钢：含碳量为0.0218% ~2.11%的铁碳合金。

铸铁：含碳量为 2.11%~ 6.69%的铁碳合金。

在Fe-Fe3C相图中，钢与铁的分界点的含碳量为2.11%。

铁素体：是碳在α-Fe中所形成的间隙固溶体，为体心立方晶格。

奥氏体是碳在γ-Fe中所形成的间隙固溶体，为面心立方晶格。

渗碳体是Fe 和 C 形成的化合物，其性能特点是硬度高，脆性大。

珠光体是由铁素体和渗碳体组成的机械混合物。

4、钢的热处理

钢的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。

常用的热处理工艺有退火、正火、淬火、回火、表面淬火、化学热处理等。

退火：将钢加热到一定温度，保温一定时间，然后随炉冷却的一种热处理工艺正火：将钢加热到一定温度，保温一定时间，然后在空气中冷却的一种热处理工艺

淬火：将钢加热到高温奥氏体状态后急冷，使奥氏体过冷到Ms点以下，获得高硬度马氏体的工艺。

亚共析钢淬火加热温度：Ac3+30～50℃

过共析钢淬火加热温度：Ac1+30～50℃，组织：M+Fe3C+A残

回火：将淬火钢加热到A1以下的某温度保温后冷却的工艺。

45钢用作轴类零件要求有较好的综合力学性能，应选择的热处理方法是调质。

5、合金钢

按钢中合金元素含量高低，可将合金钢分为低合金钢；中合金钢；高合金钢典型牌号：

20CrMnTi：表示平均含碳量为0.2%，含Cr量、含Mn量与含Ti量均小于1.5%的合金渗碳钢。

60Si2Mn：表示平均含碳量为0.6%，含Si量为2%、含Mn量小于1.5%的合金弹簧钢。

65Mn是常用的合金弹簧钢，“65”表示的含义是钢中的含碳量为0.65％。

6、铸铁

1）按基体显微组织，灰铸铁可分为：

F灰铸铁：强度、硬度和耐磨性较低，而塑性较好；

P灰铸铁：强度、硬度较高，耐磨性较好，而塑性较差；

F+P灰铸铁：性能介于上述两者之间。

变质处理后的灰铸铁叫变质铸铁或孕育铸铁，生产孕育（变质）铸铁常用的

孕育剂是硅铁。

一般机床床身、减速机箱体要求抗振、耐磨，因此采用HT200或HT150。

2）铸铁按碳存在的形式和石墨形态分为白口铸铁、灰铸铁、可锻铸铁、球墨铸铁、蠕墨铸铁五种。

白口铸铁中碳主要以渗碳体形式存在；

灰铸铁中石墨的形态为片状；

可锻铸铁中石墨的形态为团絮状；

球墨铸铁中的石墨的形态为球状；

蠕墨铸铁中的石墨的形态为蠕虫状。

3、可锻铸铁在高温下不能进行锻造加工。

生产球墨铸铁常用的球化剂是稀土镁合金。

4、HT200表示抗拉强度为200MPa的灰铸铁，常用作普通车床床身。

QT400-18球墨铸铁，其中“400”表示最低抗拉强度400MPa，“18”表示最低延伸率18% 。

QT700-2：表示抗拉强度为700MPa，延伸率为2%的球墨铸铁。

HT100、KTH300-06、QT400-18的力学性能各不相同，主要原因是它们的石墨形态不同。

第二篇铸造

1、铸造：将液体金属浇铸到与零件几何形状相适应的铸型空腔中，待其冷却凝

固后，以获得零件或毛坯的方法。

最广泛的铸铁熔炼设备是冲天炉。

合金的铸造性能主要是指流动性和收缩。

合金在凝固过程中的收缩可分为三个阶段，依次为液态收缩、凝固收缩和固态收缩。

给铸件设置冒口的目的是为了将缩孔转移到冒口之中。由于铸钢件的体收缩

较大，一般都要安置冒口和冷铁，以实现顺序凝固。

2、浇注位置：指浇注时铸件在铸型中所处的空间位置。

浇注位置的选择原则：

铸件的重要加工面应朝下或位于侧面；

铸件的大平面应朝下；

面积较大的薄壁部分置于铸型下部或侧面；

铸件厚大部分应放在上部或侧面。

铸件的大平面若朝上，浇注过程中金属液对型腔上表面有强烈的热辐射，型砂因急剧热膨胀和强度下降而拱起或开裂，导致铸件表面形成夹砂缺陷。

3、分型面：上下砂型相互接触的表面

分型面是为起模或取出铸件而设置的，砂型铸造所用的铸型有分型面，而熔模铸造和金属型铸造所用的铸型没有分型面。

型砂中加入木屑的目的是为了提高型砂的退让性和透气性。

3、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作模样时，必须留有一定的倾斜度，此斜度称为起模斜度。

4、型芯头

垂直安放的型芯为了稳定最好要有上下型芯头。

尽量不用或少用砂芯。如下图铸件：

不合理。

理由：采用中空结构，要用悬臂型芯和型芯撑加固。

改正后为：

常用的特种铸造方法主要有熔模铸造、压力铸造、金属型铸造和离心铸造等。

第三篇锻压

金属的可锻性常用塑性和变形抗力来综合衡量。

1、金属在再结晶温度以下进行的塑性变形称为冷加工或冷变形。

再结晶温度以上进行的塑性变形称为热加工或热变形。

冷、热变形的区分原则是变形时的温度是否高于再结晶温度。高于再结晶温度的变形是热变形，低于再结晶温度的变形是冷变形。金属在室温下进行变形加工不一定是冷加工

在设计和制造锻件时，应使锻件工作时的最大拉应力方向与纤维方向平行，最大切应力方向与纤维方向垂直。

2、加工硬化：金属在进行塑性变形时，随变形程度的增大，强度和硬度上升而塑性下降的现象称为加工硬化。