金属工艺学完全复习资料

1、金属工艺学金属工艺学A A 一、名词解释（每小题一、名词解释（每小题2 2分，共分，共1010分）分） 二、填空题（本题二、填空题（本题2020分，每空分，每空0.50.5分）分） 三、选择题（本题三、选择题（本题1010分，每小题分，每小题1 1分）分） 四、判断题（本题四、判断题（本题1010分，每小题分，每小题1 1分）分） 五、综合题（本题五、综合题（本题2020分）分） 六、修改零件结构，使之符合工艺性要求（本题六、修改零件结构，使之符合工艺性要求（本题3030分分，每小题，每小题3 3分）分）金属材料的主要性能金属材料的主要性能金属材料的力学性能金属材料的力学性能强度：材料在外力作

2、用下抵抗变形和断裂的能力称为材料的强度。强度：材料在外力作用下抵抗变形和断裂的能力称为材料的强度。=(L-L=(L-L0 0)/L)/L0 0% % =F/S=F/S 弹性极限 屈服点 抗拉强度 %000lllll%00AAAl塑性：塑性是指金属材料产生塑性变形而不破坏的能力塑性：塑性是指金属材料产生塑性变形而不破坏的能力l伸长率：伸长率：l断面收缩率：断面收缩率：l硬度：金属材料受压时抵抗局部变形，特别是塑性变形、硬度：金属材料受压时抵抗局部变形，特别是塑性变形、压痕的能力压痕的能力 l冲击韧度：材料在冲击载荷作用下抵抗变形和断裂的能力冲击韧度：材料在冲击载荷作用下抵抗变形和断裂的能力 la

3、k=ak=冲击破坏所消耗的功冲击破坏所消耗的功Ak/Ak/标准试样断口截面积标准试样断口截面积F F ；(J/cm)(J/cm)l疲劳强度：金属材料在交变应力作用下疲劳强度：金属材料在交变应力作用下强度强度(strength): (strength): 材料在载荷作用下抵抗变材料在载荷作用下抵抗变形和破坏的能力。形和破坏的能力。 种类种类: : 抗拉强度、抗压强度、抗弯强度、抗拉强度、抗压强度、抗弯强度、抗剪强度、抗扭强度等抗剪强度、抗扭强度等。 (2)(2)屈服强度屈服强度( yield strength): ( yield strength): 屈服点屈服点S S 其中：其中：lFsFs：

4、试样屈服时的载荷：试样屈服时的载荷(N)(N)lS0S0：试样原始横截面积：试样原始横截面积(mm(mm2 2) )(0MPaSFss(3)(3)条件屈服强度条件屈服强度( (塑性变形量为塑性变形量为0.2%)0.2%)(4)(4)抗拉强度抗拉强度(tensile strength )(tensile strength )：试试样在断裂前所能承受的最大应力。样在断裂前所能承受的最大应力。其中：其中：lF0.2F0.2试样试样0.2%0.2%残余塑性变形残余塑性变形时载荷时载荷(N)(N)lS0S0试样原始横截面试样原始横截面( mm( mm2 2) )(0.20.20MPaSF其中：其中：lF

5、bFb试样断裂前的最大载荷试样断裂前的最大载荷(N)(N)lS0S0试样原始横截面积试样原始横截面积( mm( mm2 2) )(0MPaSFbb塑性塑性(plasticity)(plasticity)：l是指材料在载荷作用下产生塑性变形而不被破是指材料在载荷作用下产生塑性变形而不被破坏的能力。坏的能力。(1)(1)断面收缩率断面收缩率(percentage reduction in (percentage reduction in area):area):l是指试样拉断处横截面积是指试样拉断处横截面积SkSk的收缩量与原始横的收缩量与原始横截面积截面积S0S0之比。之比。%100SS00Sk

6、(2)(2)伸长率伸长率( (延伸率延伸率) specific elongation:) specific elongation:l是指试样拉断后的标距伸长量是指试样拉断后的标距伸长量L Lk k与原始标距与原始标距L L0 0之之比。比。 2-5% 10% 10% 属塑性材料属塑性材料%100L00LLk试样冲断时所消耗的冲击功试样冲断时所消耗的冲击功A Ak k为为: :A Ak k = mgH mgh (J) = mgH mgh (J)l冲击韧性值冲击韧性值a ak k就是试样缺口处单位截面就是试样缺口处单位截面积上所消耗的冲击功。积上所消耗的冲击功。)/(20cmJSAkk金属的同素异

7、构转变金属的同素异构转变15381538c c13941394c c912912c c室温室温-Fe-Fe -Fe -Fe- Fe- Fe体心立方体心立方面心立方面心立方体心立方体心立方l金属的同素异构转变的慨念金属的同素异构转变的慨念l金属在固态下，随着温度的改变其金属在固态下，随着温度的改变其晶体结构发生变化的现象。晶体结构发生变化的现象。l金属的同素异构转变的意义金属的同素异构转变的意义l可以用热处理的方法即通过加热、可以用热处理的方法即通过加热、保温、冷却来改变材料的组织，从而保温、冷却来改变材料的组织，从而达到改善材料性达到改善材料性 能的目的。能的目的。铁碳合金的基本组织铁碳合金的

8、基本组织v铁素体：碳溶解在铁素体：碳溶解在-Fe-Fe中的间隙固溶体中的间隙固溶体( F( F）。塑性（）。塑性（=45-50%=45-50%）、）、韧性好，强度、硬度低。韧性好，强度、硬度低。v -Fe-Fe；体心立方；体心立方/(bcc)/(bcc) v奥氏体：碳溶解在奥氏体：碳溶解在-Fe-Fe中的间隙固溶体（中的间隙固溶体（A A）。塑性好。）。塑性好。v-Fe-Fe；面心立方；面心立方/(fcc)/(fcc) v渗碳体：铁与碳形成的金属化合物（渗碳体：铁与碳形成的金属化合物（FeFe3 3C C）。硬度很高（）。硬度很高（HBW=800HBW=800），），塑性、韧性几乎为零。塑性、

9、韧性几乎为零。v珠光体：是奥氏体发生共析转变所形成的铁素体与渗碳体的共析体，珠光体：是奥氏体发生共析转变所形成的铁素体与渗碳体的共析体，铁素体和渗碳体的机械混合物（铁素体和渗碳体的机械混合物（P P）。）。v莱氏体：是液态铁碳合金发生共晶转变所形成的奥氏体与渗碳体的共莱氏体：是液态铁碳合金发生共晶转变所形成的奥氏体与渗碳体的共晶体（晶体（LdLd）。硬度高，塑性差。）。硬度高，塑性差。v多晶体内的晶粒愈小，则金属的强度高塑性高。多晶体内的晶粒愈小，则金属的强度高塑性高。固溶体固溶体( solid solution )( solid solution )固溶体：由两种组元相互固溶体：由两种组元相

10、互溶解后所组成的新的物质溶解后所组成的新的物质仍然保持其中某一组元的仍然保持其中某一组元的晶体结构。晶体结构。固溶体指溶质原子溶入溶固溶体指溶质原子溶入溶剂晶格而保持溶剂晶格类剂晶格而保持溶剂晶格类型的金属晶体型的金属晶体 置换固溶体：置换固溶体：A A组元的原子组元的原子取代了取代了B B组元的原子。组元的原子。当当A A、 B B两个组元的原子直两个组元的原子直径相差不大时，两个组元径相差不大时，两个组元可以以任何比例溶解，形可以以任何比例溶解，形成无限固溶体，反之则为成无限固溶体，反之则为有限固溶体。有限固溶体。l间隙固溶体：间隙固溶体：A A组元溶入组元溶入B B组组元的的间隙中。元的

11、的间隙中。l因间隙有限因间隙有限, ,故只能形成有故只能形成有限固溶体。限固溶体。l例如：例如：C C溶入溶入-Fe-Fe或或-Fe -Fe 所形成的所形成的铁素体铁素体、奥氏体奥氏体。铁碳合金状态图分析铁碳合金状态图分析 L LL+AL+AA AA+FeA+Fe3 3C CF+AF+AA+FeA+Fe3 3C C+L+Ld dP+FeP+Fe3 3C C+L+Ld dP+FeP+Fe3 3C CP PP+FP+FL Ld dL Ld dL+FeL+Fe3 3C CL Ld d+Fe+Fe3 3C CL Ld d+Fe+Fe3 3C CL Ld dP+FeP+Fe3 3C C+Fe+Fe3 3

12、C C转变铁碳合金状态图分析渗碳体的熔点渗碳体的熔点共晶点共晶点共析线共析线共析点共析点纯铁的熔点纯铁的熔点1538共晶线共晶线ACD线线液相线液相线AECF线线固相线固相线碳在奥氏体中的最大溶解度碳在奥氏体中的最大溶解度A3线线AcmA1线线912铁碳合金相图铁碳合金相图用相组成物填写相区用相组成物填写相区? ? 两种反应1148 1148 l共晶反应共晶反应l一定成分的液相在一定的温一定成分的液相在一定的温度下同时结晶出两种成分和结度下同时结晶出两种成分和结构均不相同的固相的反应。构均不相同的固相的反应。L L 4.3%c4.3%cA A2.11%c2.11%c+ +FeFe3 3C C6

13、.69%c6.69%cl共析反应共析反应l一定成分的固相在一定的温一定成分的固相在一定的温度下同时析出两种成分和结构度下同时析出两种成分和结构均不相同的新的固相的反应。均不相同的新的固相的反应。A A2.11%c2.11%c 727 727 F F0.02%c0.02%c+ +FeFe3 3C C6.69%c6.69%c共析反应的产物共析反应的产物即即珠光体（珠光体（P P）共晶反应的产物即共晶反应的产物即莱氏体（莱氏体（LdLd）共析钢和共析钢和亚共析钢亚共析钢的结晶过程分析的结晶过程分析 AA奥氏体奥氏体PP珠光体珠光体FF铁素体铁素体室温组织? 过共析钢结晶过程分析过共析钢结晶过程分析共

14、晶生铁结晶过程分析共晶生铁结晶过程分析热处理的主要目的：改变钢的性能。热处理的主要目的：改变钢的性能。热处理的应用范围：整个制造业。热处理的应用范围：整个制造业。热处理的分类热处理的分类热处理热处理 普通普通热处理热处理 表面表面热处理热处理退火、正火退火、正火淬火、回火淬火、回火表面淬火表面淬火 化学化学热处理热处理感应加感应加热淬火热淬火火焰加火焰加热淬火热淬火渗碳、渗氮渗碳、渗氮碳氮共渗碳氮共渗l退火和正火退火和正火l退火退火l将钢加热、保温，然后随炉冷却或埋将钢加热、保温，然后随炉冷却或埋入灰中入灰中缓慢冷却缓慢冷却。l目的：目的：l降低硬度，便于机加工。降低硬度，便于机加工。l细化晶

15、粒，提高塑性和韧性。细化晶粒，提高塑性和韧性。l消除应力。消除应力。l应用：铸件、锻件、焊接及其它毛坯的热处理。应用：铸件、锻件、焊接及其它毛坯的热处理。l1.1.完全退火：将亚共析钢加热到完全退火：将亚共析钢加热到Ac3Ac3线以上线以上20-3020-30，保温后缓慢冷却。，保温后缓慢冷却。 l2.2.球化退火球化退火: : 将过共析钢加热到将过共析钢加热到Ac1Ac1线以上线以上20-3020-30，保温后缓慢冷却。，保温后缓慢冷却。l3.3.低温退火低温退火: : 将钢加热到将钢加热到Ac1Ac1线以下，保温后缓慢冷却。线以下，保温后缓慢冷却。l4.4.再结晶退火：消除冲压件冷变形所产

16、生的加工硬化（再结晶温度以上再结晶退火：消除冲压件冷变形所产生的加工硬化（再结晶温度以上150-250150-250），降低硬度，恢复塑性。），降低硬度，恢复塑性。碳钢在加热和冷却时的临碳钢在加热和冷却时的临界点位置界点位置l淬火和回火淬火和回火l将钢加热到将钢加热到Ac3Ac3或或Ac1 Ac1 线以上线以上30-5030-50，保温后在淬火介质中，保温后在淬火介质中快速冷却（快速冷却（-Fe-Fe向向a-Fea-Fe同素异晶转变），以获得马同素异晶转变），以获得马氏体（氏体（M)M)组织（碳在组织（碳在a- Fea- Fe中的严重过饱和固溶体）。中的严重过饱和固溶体）。l 马马氏体形成过程

17、中将伴随着体积膨胀，造成淬火内应力，应氏体形成过程中将伴随着体积膨胀，造成淬火内应力，应采取以下措施：采取以下措施：l（1 1）严格控制淬火加热温度）严格控制淬火加热温度 l温度低，硬度低；温度高，晶粒粗大，应力大，易温度低，硬度低；温度高，晶粒粗大，应力大，易 产生裂纹产生裂纹。l（2 2）合理选择淬火介质）合理选择淬火介质 淬透性好，选油淬。淬透性好，选油淬。l（3 3）正确选择淬火方法）正确选择淬火方法 采用水油双介质淬火法。采用水油双介质淬火法。l过共析钢的淬火加热温度范围？过共析钢的淬火加热温度范围？型砂型砂 型砂主要由原砂、粘结剂和水等组成型砂主要由原砂、粘结剂和水等组成 应具备应

18、具备透气性透气性强度强度耐火性耐火性可塑性可塑性退让性等基本性能。退让性等基本性能。合金的收缩 合金的收缩过程合金的收缩过程: :合金从液态冷却至室温的过程中，其体积或尺寸合金从液态冷却至室温的过程中，其体积或尺寸缩减的现象。合金的收缩给液态成形工艺带来许多困难，会造成许缩减的现象。合金的收缩给液态成形工艺带来许多困难，会造成许多铸造缺陷。（如：缩孔、缩松、裂纹、变形等）。多铸造缺陷。（如：缩孔、缩松、裂纹、变形等）。合金收缩的三个阶段合金收缩的三个阶段液态收缩液态收缩凝固收缩凝固收缩固态收缩固态收缩什什 么么 结结 果果 ？合金的收缩阶段合金的收缩阶段-液态收缩；液态收缩；-凝固收缩；凝固收

19、缩；-固态收缩固态收缩常用合金流动性举例合合 金金造型材料造型材料浇注温度浇注温度螺旋线长度螺旋线长度灰铸铁灰铸铁C + Si = 5.2%C + Si = 5.2% C + Si = 4.2% C + Si = 4.2%砂砂 型型砂砂 型型1300 1300 1300 1300 1000 mm1000 mm600 mm600 mm铸铸 钢钢 ( 0.4%( 0.4% ) )砂砂 型型1600 1600 100 mm100 mm锡青铜锡青铜(9%(9%11%Sn11%Sn 2% 2%4%Zn)4%Zn)砂砂 型型1040 1040 420 mm420 mm硅黄铜硅黄铜( 1.5( 1.54.5

20、%Si )4.5%Si )砂砂 型型1100 1100 1000 mm1000 mm铝合金铝合金( ( 硅铝明硅铝明 ) )金属型金属型( 300)( 300)680680720 720 700700800 mm800 mm其中：普通灰口铸铁流动性最好其中：普通灰口铸铁流动性最好影响凝固的主要因素 合金的结晶温度范围：合金的结晶温度范围：合金的结晶温度范围越小，凝固区域越窄，合金的结晶温度范围越小，凝固区域越窄，越趋向于越趋向于逐层凝固逐层凝固，易产生，易产生缩孔缩孔。在铁碳合金中普通灰铸铁为逐层凝固，高碳在铁碳合金中普通灰铸铁为逐层凝固，高碳钢为钢为糊状凝固糊状凝固，易产生，易产生缩松缩松。

21、铸造合金的结晶间隔越大，则流动性越差，铸造合金的结晶间隔越大，则流动性越差，具有共晶成分的合金流动性最好。具有共晶成分的合金流动性最好。l结论结论：l纯金属、共晶成分纯金属、共晶成分（逐层凝固）（逐层凝固）和凝固温度范围窄的合和凝固温度范围窄的合金易产生金易产生缩孔缩孔l凝固区域较宽凝固区域较宽（糊状凝固）（糊状凝固）的合金的合金易产生易产生缩松缩松缩松的形成过程缩松的形成过程缩松的形成原因缩松的形成原因：铸件最后凝固的收缩未能得到补充，或铸件最后凝固的收缩未能得到补充，或者结晶温度范围宽的合金呈者结晶温度范围宽的合金呈糊状凝固糊状凝固，凝固区域较宽，液、，凝固区域较宽，液、固两相共存，树枝晶

22、发达，枝晶骨架将合金液分割开的小固两相共存，树枝晶发达，枝晶骨架将合金液分割开的小液体区难以得到补缩所致。液体区难以得到补缩所致。(b)(a)(c)(d)(e)(f)l铸件的浇注位置是指浇注时铸件在铸型中所处的位置。铸件的浇注位置是指浇注时铸件在铸型中所处的位置。l避免出现过大的水平面避免出现过大的水平面l缺陷分析：缺陷分析：l薄壁罩壳铸件，当其壳顶呈水平面时，因薄壁件金属液散热冷却快，渣、薄壁罩壳铸件，当其壳顶呈水平面时，因薄壁件金属液散热冷却快，渣、气易滞留在顶面，易产生浇不足、冷隔、气孔和夹渣缺陷。气易滞留在顶面，易产生浇不足、冷隔、气孔和夹渣缺陷。l实例：实例：(a)(a)锥顶结构锥顶

23、结构(b)(b)平顶结构平顶结构(a)(a)(b)(b)(a)(a)薄壁水平面薄壁水平面(b)(b)薄壁倾斜面薄壁倾斜面(a)(a)(b)(b) 白口铸铁：白口铸铁：灰口铸铁灰口铸铁：麻口铸铁：麻口铸铁：P+FeP+Fe3 3C+LeC+LeP+FeP+Fe3 3C+G+LeC+G+Le珠光体灰口铸铁珠光体灰口铸铁：铁素体灰口铸铁：铁素体灰口铸铁：珠光体珠光体+ +铁素体灰口铸铁：铁素体灰口铸铁：P+GP+G片片P+F+GP+F+G片片F+GF+G片片化学成分：化学成分：lC C是形成石墨的元素是形成石墨的元素lSiSi是促进形成石墨的元素是促进形成石墨的元素l通常通常C%C%、Si%Si%越

24、高，越容易石墨化越高，越容易石墨化影响石墨化的因素影响石墨化的因素化学成分化学成分影响石墨化的因素影响石墨化的因素冷却速度冷却速度l冷却速度冷却速度：l减小冷却速度可以促进减小冷却速度可以促进石墨化，石墨化， 易得到粗大的易得到粗大的石墨片和铁素体基体石墨片和铁素体基体l增大冷却速度则阻碍石增大冷却速度则阻碍石墨化，此时只有部分碳以墨化，此时只有部分碳以细石墨片析出，而另一部细石墨片析出，而另一部分碳则以渗碳体析出，分碳则以渗碳体析出， 得到铸光体基体得到铸光体基体三角试样断口组织三角试样断口组织l拔模斜度与结构斜度拔模斜度与结构斜度拔模斜度：铸件上垂直分型面的各个侧面应具有斜度，以便于拔模斜

25、度：铸件上垂直分型面的各个侧面应具有斜度，以便于把模样（或型芯）从型砂中（或从芯盒中）取出，并避免破坏把模样（或型芯）从型砂中（或从芯盒中）取出，并避免破坏型腔（或型芯）。此斜度称为拔模斜度。型腔（或型芯）。此斜度称为拔模斜度。结构斜度：凡垂直分型面的非加工表面都应设计出斜度，以利结构斜度：凡垂直分型面的非加工表面都应设计出斜度，以利于造型时拔模，并确保型腔质量。结构斜度是在零件图上非加于造型时拔模，并确保型腔质量。结构斜度是在零件图上非加工表面设计的斜度，一般斜度值比较大。拔模斜度是在铸造工工表面设计的斜度，一般斜度值比较大。拔模斜度是在铸造工艺图上方便起模，在垂直分型面的各个侧面设计的工艺

26、斜度，艺图上方便起模，在垂直分型面的各个侧面设计的工艺斜度，一般斜度比较小。有结构斜度的表面，不加工艺斜度。一般斜度比较小。有结构斜度的表面，不加工艺斜度。球墨铸球墨铸铁件主铁件主要特点要特点石墨成球状，对基体的割裂作用已降到最低，石墨成球状，对基体的割裂作用已降到最低，力学性能比灰铸铁有显著提高。力学性能比灰铸铁有显著提高。可通过热处理改善金属基体，进一步提高性能。可通过热处理改善金属基体，进一步提高性能。这一点与灰铸铁不同。这一点与灰铸铁不同。球墨铸铁较灰铸铁易产生缩孔、缩松、皮球墨铸铁较灰铸铁易产生缩孔、缩松、皮下气孔、夹渣等缺陷。下气孔、夹渣等缺陷。石墨析出时，发生膨胀，应适当提高铸型

27、刚度。石墨析出时，发生膨胀，应适当提高铸型刚度。球墨铸球墨铸铁件生铁件生产中应产中应注意的注意的问题问题控制原铁液的化学成分，与一般灰铸铁基本相同；控制原铁液的化学成分，与一般灰铸铁基本相同；具有高具有高C C高高SiSi，中，中Mn,Mn,低低S S、P P特点。特点。控制磷、硫含量，可减少铸件产生裂纹缺陷出现的可能性。控制磷、硫含量，可减少铸件产生裂纹缺陷出现的可能性。 较高的铁液温度，以防止球化处理、孕育处理后铁较高的铁液温度，以防止球化处理、孕育处理后铁液温度过低，产生浇不足等缺陷液温度过低，产生浇不足等缺陷球化处理、孕育处理。球化处理、孕育处理。l若分型面是一曲面，则必须用挖砂造型若

28、分型面是一曲面，则必须用挖砂造型l应尽量使分型面是一个平直的面应尽量使分型面是一个平直的面起重机臂铸件的分型方案起重机臂铸件的分型方案a)a)平面分型平面分型 b)b)曲面分型曲面分型（起重机臂大批量生产，材料（起重机臂大批量生产，材料KTH550-04KTH550-04 ）铸造结构工艺性便于起模铸造结构工艺性便于起模内腔设内腔设计少用计少用芯，安芯，安芯排气芯排气与清理，与清理，事先考事先考虑想仔虑想仔细细 改进前改进前改进后改进后改进后改进后改进前改进前改进前改进前改进后改进后思考题思考题为防止铸件缺陷为防止铸件缺陷产生，试修改图产生，试修改图示铸钢机架的结示铸钢机架的结构。构。（孔的尺寸

29、、形（孔的尺寸、形状不能变状不能变）凸肋设计凸肋设计避活块避活块 (a)(a)(b)(b)a)a)改进前；改进前；b)b)改进后改进后l去掉凸台，避免活块去掉凸台，避免活块l减少型芯的数量，避免不必要的型芯减少型芯的数量，避免不必要的型芯l直分型，防挖砂直分型，防挖砂凸凸台台型型芯芯分型面为曲面，需挖砂造型分型面为曲面，需挖砂造型金属塑性成型金属塑性成型：利用金属在外力作用下所产生的利用金属在外力作用下所产生的塑性变形塑性变形来获来获得具有一定形状、尺寸和力学性能的原材料、得具有一定形状、尺寸和力学性能的原材料、毛坯或零件的生产方法也称为压力加工。毛坯或零件的生产方法也称为压力加工。常用的压力

30、加工方法可分为：常用的压力加工方法可分为：轧制轧制挤压挤压拉拔拉拔锻造锻造冲压等五大类。冲压等五大类。金属塑性成型方法金属塑性成型方法金属塑性成型方法主要分为无模自由成型金属塑性成型方法主要分为无模自由成型( (也称为自由锻也称为自由锻) )和模膛和模膛塑性成型塑性成型( (也称为模锻也称为模锻) )。自由锻造优点：自由锻造优点：1.1.使用的工具简单、通用；使用的工具简单、通用；2.2.生产准备周期短，灵活性大，所以使用范围广，特别适用于单生产准备周期短，灵活性大，所以使用范围广，特别适用于单件、小批量生产。件、小批量生产。3.3.自由锻是大型件唯一的锻造方法。自由锻是大型件唯一的锻造方法。

31、自由锻工序：基本工序；辅助工序（在前）；精整工序（在后）自由锻工序：基本工序；辅助工序（在前）；精整工序（在后）自由锻造缺点：自由锻造缺点： 1.1.生产效率低，对操作工人的技艺要求高，工人的劳动强度大；生产效率低，对操作工人的技艺要求高，工人的劳动强度大；2.2.锻件精度差，后续机械加工量大；锻件精度差，后续机械加工量大；国外工业发达国家的中小型自由锻件在其锻件总产量的比重只有国外工业发达国家的中小型自由锻件在其锻件总产量的比重只有20%20%40%40%。l冷变形强化（加工硬化）：在冷变形时，随着变形程度的增加，冷变形强化（加工硬化）：在冷变形时，随着变形程度的增加，金属材料的所有强度指标

32、（弹性极限、比例极限、屈服点和强度金属材料的所有强度指标（弹性极限、比例极限、屈服点和强度极限）和硬度都有所提高，但塑性和韧性有所下降。极限）和硬度都有所提高，但塑性和韧性有所下降。l回复：冷变形后的金属加热至一定温度后，因原子的活动能力回复：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，晶粒残余应力大大减小。增强，使原子回复到平衡位置，晶粒残余应力大大减小。 回复温度：回复温度：T T回回=(0.25=(0.250.3)T0.3)T熔熔l再结晶：当温度升高到该金属熔点的再结晶：当温度升高到该金属熔点的0.40.4倍时（倍时（ T T再再=0.4T=0.4T熔熔）

33、，），金属原子获得更多的热能，使塑性变形后金属被拉长了的晶粒重金属原子获得更多的热能，使塑性变形后金属被拉长了的晶粒重新生核、结晶，变为变形前晶格结构相同的新等轴晶粒。新生核、结晶，变为变形前晶格结构相同的新等轴晶粒。l变形温度在再结晶温度以上时，变形产生的加工硬化被随即发变形温度在再结晶温度以上时，变形产生的加工硬化被随即发生的再结晶所抵消，变形后金属具有再结晶的等轴晶粒组织，而生的再结晶所抵消，变形后金属具有再结晶的等轴晶粒组织，而无任何加工硬化痕迹，这种变形称为热变形。无任何加工硬化痕迹，这种变形称为热变形。使纤维分布与零件的轮廓相符合而不被切断；使纤维分布与零件的轮廓相符合而不被切断；

34、使零件所受的最大拉应力与纤维方向一致，最大切使零件所受的最大拉应力与纤维方向一致，最大切应力与纤维方向垂直。应力与纤维方向垂直。纤维组织的稳定性高，不能用热处理方法加以消除，纤维组织的稳定性高，不能用热处理方法加以消除，只能通过塑性加工使金属变形，才能改变其方向和形只能通过塑性加工使金属变形，才能改变其方向和形状。状。 具有纤维组织的金属，具有纤维组织的金属，各个方向上的力学性各个方向上的力学性能不相同能不相同。顺纤维方向的力学性能比横纤维方向。顺纤维方向的力学性能比横纤维方向的好。的好。纤维组织的利用原则纤维组织的利用原则薄板的薄板的冲压成型冲压成型分分 离离 工工 序序：使坯料的一部分与另

35、一部分相使坯料的一部分与另一部分相互分离的工序。如落料、冲孔、切断、精冲等互分离的工序。如落料、冲孔、切断、精冲等。变变 形形 工工 序序：使坯料的一部分相对于另一部使坯料的一部分相对于另一部分产生位移而不破裂的工序。如分产生位移而不破裂的工序。如拉深、弯曲、拉深、弯曲、翻边、胀型、旋压翻边、胀型、旋压等。等。落料及冲孔（统称落料及冲孔（统称冲裁冲裁）落料落料是被分离的部分为成品，而周边是废料；是被分离的部分为成品，而周边是废料；冲孔冲孔是被分离的部分为废料，而周边是成品。是被分离的部分为废料，而周边是成品。凸凹模刃口尺寸的确定凸凹模刃口尺寸的确定l在冲裁件尺寸的测量和使用中，都是以光面的尺寸

36、为基准。在冲裁件尺寸的测量和使用中，都是以光面的尺寸为基准。l落料件的光面是因凹模刃口挤切材料产生的落料件的光面是因凹模刃口挤切材料产生的l而孔的光面是凸模刃口挤切材料产生的而孔的光面是凸模刃口挤切材料产生的l设计落料模时，应先按落料件确定凹模刃口尺寸，取凹模作设计落料模时，应先按落料件确定凹模刃口尺寸，取凹模作设计基准件，然后根据间隙设计基准件，然后根据间隙Z Z确定凸模尺寸（即用缩小凸模刃确定凸模尺寸（即用缩小凸模刃口尺寸来保证间隙值）。口尺寸来保证间隙值）。 l设计冲孔模时，先按冲孔件确定凸模尺寸，取凸模作设计基设计冲孔模时，先按冲孔件确定凸模尺寸，取凸模作设计基准件，然后根据间隙准件，

37、然后根据间隙Z Z确定凹模尺寸（即用扩大凹模刃口尺寸确定凹模尺寸（即用扩大凹模刃口尺寸来保证间隙值）。来保证间隙值）。大批量生产图示垫圈，材料为低碳钢板，厚度为大批量生产图示垫圈，材料为低碳钢板，厚度为1.5mm1.5mm，问需要哪两副模具？若双面间隙，问需要哪两副模具？若双面间隙Z=0.2Z=0.2，试分别计算，试分别计算出这两副模具的凸凹模尺寸。出这两副模具的凸凹模尺寸。需一副冲孔模、一副落料模。需一副冲孔模、一副落料模。冲孔模：冲孔模：凸凸=孔孔=100=100 凹凹=凸凸+Z=100+0.2=100.2+Z=100+0.2=100.2落料模：落料模：凹凹=落料落料=200=200 凸凸

38、=凹凹Z=200Z=2000.2=199.8 0.2=199.8 l修整修整l修整是利用修整模沿冲裁件外缘或内孔刮削一薄层金属，修整是利用修整模沿冲裁件外缘或内孔刮削一薄层金属，以切掉普通冲裁时在冲裁件断面上存留的剪裂带和毛刺，以切掉普通冲裁时在冲裁件断面上存留的剪裂带和毛刺，从而提高冲裁件的尺寸精度和降低表面粗糙度。从而提高冲裁件的尺寸精度和降低表面粗糙度。l修整后冲裁件公差等级达修整后冲裁件公差等级达IT6IT6IT7IT7，表面粗糙度，表面粗糙度RaRa为为0.80.81.6m1.6m。a)a)外缘修整外缘修整b)b)内孔修整内孔修整1-1-凸模；凸模；2-2-凹模凹模l合理设计拉深模工

39、作零件合理设计拉深模工作零件l 凸凹模的圆角半径。材料为钢的拉深件，取凸凹模的圆角半径。材料为钢的拉深件，取r r凹凹=10=10s s，而，而r r凸凸=(0.6=(0.61)1)r r凹。这两个圆角半径过小，产品容易拉裂。凹。这两个圆角半径过小，产品容易拉裂。l凸凹模间隙。一般取凸凹模间隙。一般取Z Z=(1.1=(1.11.2)1.2)s s。l注意润滑注意润滑l拉深过程中另一种常见缺陷是拉深过程中另一种常见缺陷是起皱起皱。可采用设置压边圈的方法解决，。可采用设置压边圈的方法解决，也可以通过增加毛坯的相对厚度或拉深系数的途径来解决。也可以通过增加毛坯的相对厚度或拉深系数的途径来解决。有压

40、边圈的拉深有压边圈的拉深起皱拉深件起皱拉深件正确选择拉深系数正确选择拉深系数 拉深件直径拉深件直径d d与坯料直径与坯料直径D D的比值称为拉的比值称为拉深系数，用深系数，用m m表示，即表示，即m m = =d d/ /D D。 拉深系数不小于拉深系数不小于0.50.50.80.8。坯料的塑性坯料的塑性差取上限值，塑性好取下限值。差取上限值，塑性好取下限值。 如果拉深系数过小，不能一次拉深成形时，则如果拉深系数过小，不能一次拉深成形时，则可采用多次拉深工艺（上图所示）。可采用多次拉深工艺（上图所示）。 第一次拉深系数第一次拉深系数 m m1 = 1 = d d1/1/D D 第二次拉深系数第

41、二次拉深系数 m m2 = 2 = d d2/2/d d1 1 第几次拉深系数第几次拉深系数 m mn = n = dndn/ /dn-1dn-1 总的拉深系数总的拉深系数 m m总总 = m1= m1m2m2mnmn多次拉深时圆筒直径的变化多次拉深时圆筒直径的变化冲压成型（拉深）冲压成型（拉深）% 思考：认真复习作业中涉及板料拉深作业题；坯料能否一次拉深成拉伸件？思考：认真复习作业中涉及板料拉深作业题；坯料能否一次拉深成拉伸件？至少需要几次拉深？要求简单计算过程。至少需要几次拉深？要求简单计算过程。 l例如，当采用棒料直接经切例如，当采用棒料直接经切削加工制造螺钉时，螺钉头部削加工制造螺钉时

42、，螺钉头部与杆部的纤维被切断，受力时与杆部的纤维被切断，受力时产生的切应力顺着纤维方向产生的切应力顺着纤维方向l故螺钉的承载能力较弱（图故螺钉的承载能力较弱（图a a）。）。l当采用同样棒料经局部镦粗当采用同样棒料经局部镦粗方法制造螺钉时（图方法制造螺钉时（图b b），纤维），纤维不被切断且连贯性好，纤维方不被切断且连贯性好，纤维方向也较为有利向也较为有利( (锻造（模锻）锻造（模锻）（冷镦成形、切六方）（冷镦成形、切六方） ) )l故螺钉质量较好。故螺钉质量较好。不同工艺方法对纤维组织的影响不同工艺方法对纤维组织的影响b ba a自由锻件的结构工艺性 自由锻锻件若有锥面或斜面结构，将使锻造工

43、艺复杂，自由锻锻件若有锥面或斜面结构，将使锻造工艺复杂，操作不方便，降低设备的使用效率，应该进。操作不方便，降低设备的使用效率，应该进。 锻件由几个简单几何体构成时，几何体的交接处不应形成锻件由几个简单几何体构成时，几何体的交接处不应形成空间曲线，应改成平面与圆柱、平面与平面的结构。空间曲线，应改成平面与圆柱、平面与平面的结构。v自由锻自由锻锻件上不锻件上不应设计出应设计出加强筋、加强筋、凸台、工凸台、工字形截面字形截面或空间曲或空间曲线。线。焊焊 接接序言提要：焊接是一种极为广泛的连接方法序言提要：焊接是一种极为广泛的连接方法 焊接是通过加热或加压，或者两者并用，并且用或不用填充材料，使焊接

44、件达到原焊接是通过加热或加压，或者两者并用，并且用或不用填充材料，使焊接件达到原子结合的一种方法。子结合的一种方法。焊接方法：熔化焊、压力焊、钎焊、气体保护焊、等离子弧焊接、激光焊、高频焊接方法：熔化焊、压力焊、钎焊、气体保护焊、等离子弧焊接、激光焊、高频焊等。焊等。焊接的主要特点是：焊接的主要特点是： （1 1）节省材料，减轻质量；）节省材料，减轻质量； （2 2）简化复杂零件和大型零件的制造；）简化复杂零件和大型零件的制造； （3 3）适应性好；可实现特殊结构的生产；）适应性好；可实现特殊结构的生产； （4 4）满足特殊连接要求；可实现不同材料间的连接成型；）满足特殊连接要求；可实现不同材

45、料间的连接成型； （5 5）降低劳动强度，改善劳动条件。）降低劳动强度，改善劳动条件。焊接方法的应用：焊接方法的应用： （1 1）制造金属结构件；）制造金属结构件； （2 2）制造机器零件和工具；）制造机器零件和工具； （3 3）修复。）修复。焊接方法熔焊熔焊等离子弧焊等离子弧焊电子束焊电子束焊激光焊激光焊气体保护焊气体保护焊埋弧焊埋弧焊根据实现原子结合根据实现原子结合基本途径的不同，基本途径的不同，对熔焊分类。对熔焊分类。手弧焊手弧焊热源：热源：能量要集中，温度要高。以保证金属快速熔化，能量要集中，温度要高。以保证金属快速熔化，减小热影响区。满足要求的热源有电弧（减小热影响区。满足要求的热源

46、有电弧（手工电弧焊热源手工电弧焊热源为电弧热为电弧热）、等离子弧、电渣热、电子束和激光。）、等离子弧、电渣热、电子束和激光。熔池的保护：熔池的保护：可用渣保护、气保护和渣可用渣保护、气保护和渣- -气联合保护。气联合保护。以防止氧化，并进行脱氧、脱硫和脱磷，给熔池过渡合金以防止氧化，并进行脱氧、脱硫和脱磷，给熔池过渡合金元素（元素（手工电弧焊熔池保卫为手工电弧焊熔池保卫为渣保护、气保护渣保护、气保护（渣渣- -气联气联合保护）。合保护）。填充金属：填充金属：保证焊缝填满及给焊缝带入有益的合金元保证焊缝填满及给焊缝带入有益的合金元素，并达到力学性能和其它性能的要求，主要有焊芯和焊素，并达到力学性

47、能和其它性能的要求，主要有焊芯和焊丝。丝。熔化焊的三要素熔化焊的三要素焊接接头的组织与性能 熔焊热原的高温集中融化焊缝区金属，并向工件金属熔焊热原的高温集中融化焊缝区金属，并向工件金属传导热量，必然引起焊缝及附近区域金属的组织和性能传导热量，必然引起焊缝及附近区域金属的组织和性能发生变化。发生变化。焊缝区焊缝区在焊接接头横截面上测量的焊缝金属的区域。在焊接接头横截面上测量的焊缝金属的区域。熔合区熔合区熔合线两侧有一个很窄的焊缝与热影响区的过渡熔合线两侧有一个很窄的焊缝与热影响区的过渡区。区。热影响区热影响区-受焊接热循环的影响，焊缝附近的母材因焊接热受焊接热循环的影响，焊缝附近的母材因焊接热作

48、用发生组织或性能变化的区域作用发生组织或性能变化的区域（熔合区，过热区、（熔合区，过热区、正火区正火区、部分相变区）、部分相变区）。 熔合区熔合区成分不均，成分不均，组织为粗大的过热组织组织为粗大的过热组织或淬硬组织，是焊接接或淬硬组织，是焊接接头中的最差的部位。头中的最差的部位。在低碳钢焊接接头中，在低碳钢焊接接头中，熔合区很窄，但因强度、熔合区很窄，但因强度、塑性和韧性都下降，而塑性和韧性都下降，而且此处接头断面变化，且此处接头断面变化，引起应力集中，在很大引起应力集中，在很大程度上决定焊接接头的程度上决定焊接接头的性能。性能。热影响区中的正火区，是组织和性能最好的区域。热影响区中的正火区

49、，是组织和性能最好的区域。低碳钢焊接热影响区的组织变化低碳钢焊接热影响区的组织变化二氧化碳焊 以以COCO2 2为保护气体，用焊丝为电极引燃电弧，实现半自动焊或自为保护气体，用焊丝为电极引燃电弧，实现半自动焊或自动焊。动焊。 COCO2 2气体气体 COCO2 2气体密度大，高温体积膨胀大，保护效果好。但气体密度大，高温体积膨胀大，保护效果好。但COCO2 2在高温下在高温下易分解为易分解为COCO和和O O，导致合金元素的氧化，熔池金属的飞溅和，导致合金元素的氧化，熔池金属的飞溅和COCO气气孔。焊接用孔。焊接用CO2CO2纯度要大于纯度要大于99.8%99.8%。 COCO2 2焊时的飞溅

50、焊时的飞溅 COCO2 2+Fe = FeO+CO+Fe = FeO+CO FeOFeO进入熔池和熔滴，与熔池和熔滴中的碳反应：进入熔池和熔滴，与熔池和熔滴中的碳反应： FeO+C = Fe+CO FeO+C = Fe+CO 生成的生成的COCO在熔池和熔滴内体积急剧膨胀而爆破，导致飞溅。在熔池和熔滴内体积急剧膨胀而爆破，导致飞溅。 不适合焊接有色金属和高合金钢不适合焊接有色金属和高合金钢。l防止飞溅的措施防止飞溅的措施lCOCO2 2焊常用焊常用H08Mn2SiAH08Mn2SiA焊丝来进行脱氧，合金化。焊丝来进行脱氧，合金化。l为使电弧稳定，飞溅少，为使电弧稳定，飞溅少，COCO2 2焊采

51、用焊采用直流反接直流反接。l采用含硅、锰、钛、铝的焊丝，防止铁的氧化。采用含硅、锰、钛、铝的焊丝，防止铁的氧化。l采用药芯焊丝。采用药芯焊丝。 lCOCO2 2焊成本低，生产率高，焊缝质量较好，主要焊成本低，生产率高，焊缝质量较好，主要用于低碳钢和低合金结构钢薄板的焊接。用于低碳钢和低合金结构钢薄板的焊接。l 焊接裂纹焊接裂纹l 1.1.热裂纹热裂纹l 热裂纹的特征热裂纹的特征l热裂纹可发生在焊缝区或热影热裂纹可发生在焊缝区或热影响区。响区。l热裂纹的微观特征是沿晶界开热裂纹的微观特征是沿晶界开裂，所以又称裂，所以又称晶间裂纹。晶间裂纹。l因热裂纹在高温下形成，所以因热裂纹在高温下形成，所以有

52、氧化色彩。有氧化色彩。l 热裂纹产生的原因热裂纹产生的原因: :l晶间存在液态薄膜。晶间存在液态薄膜。l接头中存在拉应力。接头中存在拉应力。l热裂纹的防止热裂纹的防止: :l 限制钢材和焊条、焊剂的低熔点杂质，如硫和磷限制钢材和焊条、焊剂的低熔点杂质，如硫和磷含量。含量。lFeFe和和FeSFeS易形成低熔点共晶，其熔点为易形成低熔点共晶，其熔点为988988，很容易产生热裂纹。很容易产生热裂纹。l缩小结晶温度范围，改善焊缝组织，细化焊缝缩小结晶温度范围，改善焊缝组织，细化焊缝晶粒，提高塑性减少偏析。晶粒，提高塑性减少偏析。l减少焊接应力的工艺措施，如采用小线能量，减少焊接应力的工艺措施，如采

53、用小线能量，焊前预热，合理的焊缝布置等。焊前预热，合理的焊缝布置等。l 2.2.冷裂纹冷裂纹l 冷裂纹的形态和特征冷裂纹的形态和特征l焊缝区和热影响区都可能产生焊缝区和热影响区都可能产生冷裂纹冷裂纹。冷裂纹的特征是无分支，。冷裂纹的特征是无分支，通常为穿晶型。通常为穿晶型。l冷裂纹冷裂纹无氧化色彩无氧化色彩。l最常见的冷裂纹是最常见的冷裂纹是延迟裂纹延迟裂纹，即在焊后延迟一段时间才发生的裂，即在焊后延迟一段时间才发生的裂纹。纹。l 延迟裂纹的产生原因延迟裂纹的产生原因: :l焊接接头焊接接头( (焊缝和热影响区及熔合区焊缝和热影响区及熔合区) )的淬火倾向严重，产生淬火的淬火倾向严重，产生淬火

54、组织，导致接头性能脆化。组织，导致接头性能脆化。l焊接接头焊接接头含氢量较高含氢量较高，并聚集在焊接缺陷处，并聚集在焊接缺陷处形成大量氢分子形成大量氢分子，造，造成非常大的局部压力，使接头成非常大的局部压力，使接头脆化脆化。l存在较大的拉应力。因氢的扩散需要时间，所以冷裂纹在焊后需存在较大的拉应力。因氢的扩散需要时间，所以冷裂纹在焊后需延迟一段时间才出现。由于是氢所诱发的，也叫延迟一段时间才出现。由于是氢所诱发的，也叫氢致裂纹氢致裂纹。l 防止延迟裂纹的措施防止延迟裂纹的措施: :l 选用选用碱性焊条或焊剂碱性焊条或焊剂，减少焊缝金属中氢的含量，减少焊缝金属中氢的含量，提高焊缝金属提高焊缝金属

55、塑性塑性。l 焊条焊剂要烘干，焊缝坡口及附近母材要焊条焊剂要烘干，焊缝坡口及附近母材要去油水；除锈去油水；除锈，减少氢，减少氢的来源。的来源。l 工件工件焊前预热，焊后缓冷焊前预热，焊后缓冷，可降低焊后冷却速度，避免产生淬硬，可降低焊后冷却速度，避免产生淬硬组织，并可减少焊接残余应力。组织，并可减少焊接残余应力。l 采取减小焊接应力的工艺措施，如对称焊，采取减小焊接应力的工艺措施，如对称焊，小线能量小线能量的多层多道的多层多道焊等。焊等。l 焊后立即进行焊后立即进行去氢（后热）处理去氢（后热）处理，加热到，加热到250250，保温，保温2 26h6h，使，使焊缝金属中的扩散氢逸出金属表面。焊缝

56、金属中的扩散氢逸出金属表面。l 焊后进行清除应力的焊后进行清除应力的退火处理退火处理。焊缝的布置焊缝的布置焊缝的布置焊缝的布置中压容器焊接工艺图：中压容器焊接工艺图：1 11010为焊缝编号为焊缝编号埋弧自动焊埋弧自动焊+ +手工电弧焊手工电弧焊 l金属切削加工是用切削工具将坯料或工件上的多金属切削加工是用切削工具将坯料或工件上的多余材料切除，以获得所要求的尺寸、形状、位置余材料切除，以获得所要求的尺寸、形状、位置精度和表面质量的加工方法。精度和表面质量的加工方法。l金属切削加工可分为钳工和机械加工（简称机工）金属切削加工可分为钳工和机械加工（简称机工）两部分。两部分。l钳工是通过工人手持工具

57、进行切削加工。常用的钳工是通过工人手持工具进行切削加工。常用的加工方法有划线、錾、锯、刮、研、攻螺丝、套加工方法有划线、錾、锯、刮、研、攻螺丝、套螺丝等。螺丝等。l机工是工人通过操作机床来完成切削加工的，如机工是工人通过操作机床来完成切削加工的，如车、钻、刨、磨、齿轮加工等。车、钻、刨、磨、齿轮加工等。）主运动可以是旋转运动，也可以是往复运动；）主运动可以是旋转运动，也可以是往复运动；）主运动可以是工件来实现（车外圆）；主运动也可以是刀具来实现（）主运动可以是工件来实现（车外圆）；主运动也可以是刀具来实现（切断、刨、铣加工）切断、刨、铣加工）主运动只有一个，进给运动可以一个以上。）主运动只有一

58、个，进给运动可以一个以上。机床机床名称名称主运动主运动进给运动进给运动机床名机床名称称主运动主运动进给运动进给运动卧式卧式车床车床工件旋工件旋转转车刀纵向、横向、斜向直线运车刀纵向、横向、斜向直线运动动龙门刨龙门刨床床工件往工件往复移动复移动刨刀横向、垂直、斜向间歇刨刀横向、垂直、斜向间歇移动移动钻床钻床钻头旋钻头旋转运动转运动钻头轴向移动钻头轴向移动外圆磨外圆磨床床砂轮高砂轮高速旋转速旋转工件转动，同时工件往复移工件转动，同时工件往复移动，砂轮横向移动动，砂轮横向移动卧铣卧铣立铣立铣铣刀旋铣刀旋转运动转运动工件纵向、横向移动（有时也工件纵向、横向移动（有时也做垂直方向移动）做垂直方向移动）内

59、圆磨内圆磨床床砂轮高砂轮高速旋转速旋转工件转动，同时工件往复移工件转动，同时工件往复移动，砂轮横向移动动，砂轮横向移动牛头牛头刨床刨床刨刀往刨刀往复运动复运动工件横向间歇移动或刨刀垂直工件横向间歇移动或刨刀垂直斜向间歇移动斜向间歇移动平面磨平面磨床床砂轮高砂轮高速旋转速旋转工件往复移动，砂轮横向、工件往复移动，砂轮横向、垂直方向移动垂直方向移动车刀切削角度的坐标平面车刀切削角度的坐标平面基面基面(Pr(Pr)：通过主切削刃上的某一点，与主运动方向相垂直的平面；：通过主切削刃上的某一点，与主运动方向相垂直的平面；切削平面切削平面(Ps)(Ps)：通过主切削刃上的某一点，于加工表面相切并垂直于基面

60、通过主切削刃上的某一点，于加工表面相切并垂直于基面的平面；的平面；正交平面正交平面(P(P0 0) )：通过主切削刃上的某一点，并同时垂直于基面和切削平面：通过主切削刃上的某一点，并同时垂直于基面和切削平面的平面。的平面。在正交平面在正交平面 (P(Po o) )：前角前角o o：前刀面与基面间的夹角前刀面与基面间的夹角l前角大，刃口锋利，切屑变小，切削前角大，刃口锋利，切屑变小，切削力小，切削轻快力小，切削轻快l但易产生崩刃但易产生崩刃l应根据刀具和工程材料及加工性质选应根据刀具和工程材料及加工性质选择。加工塑性材料，取较大的前角，择。加工塑性材料，取较大的前角，10 10 -20-20。粗