中职学校《金属加工与实训》高考知识点总复习课件

职业教育中心校本教材《金属加工与实训》高考知识点总复习编者：胡云天2019年秋期前言本书是按照《四川省2016年普通高校对口招生加工制造类职业技能考试大纲》中，关于《金属加工与实训》课程的考试内容及要求而编写的课程高考知识点复习指南。本书旨在帮助师生把握课程的知识点要求，突出考试要求中的“掌握”、“理解”知识点内容，引导学生全面把握复习的重点要求；帮助学生强化专业知识结构、巩固基本专业技能，提高专业素养。本书中章节内容以劳社版中职通用教材《金属加工与实训――基础常识与技能训练》第二版（李英杰等主编）为准。本书可作为机械加工类专业学生参加对口高职招生考试复习用书，也可作为相关专业教师作为教学参考。《金属加工与实训》高考知识点总复习绪论本课程是中等职业学校机械类及工程技术类相关专业的一门基础课程。金属材料及性能如物理性能、化学性能、力学性能及工艺性能等。

一、金属和金属材料的定义

金属、金属材料（纯金属和合金）

二、金属材料的分类工程材料有金属材料和非金属材料两大类。金属材料有：钢铁材料、非铁金属（有色金属）材料。三、金属材料在国民经济中的作用和地位

金属材料在国民经济中具有重要作用和突出地位,它是人类社会发展的重要物质基础。

四、金属材料加工的现状与发展趋势五、金属材料加工的发展历史六、金属材料加工的主要工种分类及特点

金属材料加工是指采用合理的加工工艺方法对金属材料进行加工,获得符合设计要求的金属制品的工艺过程。

金属材料加工过程包括将金属材料制成毛坯,将毛坯加工成零件,再将零件装配成部件或机器的整个生产过程。金属加工方法分类主要包括热加工和冷加工两大类。

热加工主要包括铸造、锻压、焊接、热处理等加工方法，它们主要用于生产金属毛坯。热处理是改善金属材料性能和质量的重要工艺方法,它包括预先处理和最终热处理。冷加工主要包括各种机械加工方法如冲压加工、钻削加工、车削加工、刨削加工、铣削加工、磨削加工、拉削加工、数控加工、特种加工等。它们主要用于对各种毛坯或原材料进行精确加工，逐步改变毛坯或原材料的形状、尺寸及表面质量,使其获得所需精度要求的合格零件。

七、金属材料加工安全生产规范要求安全生产对于金属材料加工行业来说,是一项非常重要的教育内容。八、金属材料加工与实训的性质与任务第1章金属材料的力学性能考纲要求：了解金属材料的强度、硬度、塑性、韧性、疲劳强度等力学性能，理解金属材料工艺性能的概念；金属材料性能金属材料在给定外界条件下的抵抗能力。

第一节金属材料的强度与塑性一、力学性能的概念力学性能：是指金属材料在外力作用下表现出来的一系列性能指标，又称机械性能。内力：导致物体内部之间产生的相互作用的力，单位N；

应力：单位面积上的内力；

应变：由外力所引起的物体原始尺寸或形状的相对变化。

金属材料的力学性能,是评定金属材料质量的主要依据,也是金属构件设计时选材和进行强度计算的主要依据。

二、拉伸试验过程分析拉伸试验:强度、塑性指标获得的方法.试样、试验机

拉伸曲线载荷F和伸长量⊿L之间的关系曲

拉伸曲线的几个变形阶段：

三、强度强度强度是指金属材料在静载荷作用下抵抗永久变形和断裂的能力.1.屈服强度和规定残余延伸强度

屈服强度表示在外力作用下，材料刚开始产生塑性变形时的最小应力值，以ReL表示，即:屈服强度是工程技术上重要的力学性能试验指标之一,也是大多数机械零件选材和设计的依据。残余延伸强度一些脆性材料（如高碳钢、铸铁等）,没有明显的屈服现象，可用残余延伸强度来代替其屈服强度。

2.抗拉强度

抗拉强度是指拉伸试样拉断前所承受的最大标称拉应力,用符号Rm表示。

抗拉强度也是工程技术上重要的力学性能试验指标之一,是脆性材料（如铸铁等）零件选材和设计的依据。四、塑性塑性是金属在外力作用下，断裂前产生永久变形而不被破坏的能力。塑性指标也由拉伸曲线试验数据确定，有断后伸长率和断面收缩率两个指标。

1.断后伸长率试样拉断后标距长度的伸长量与其原始标距之比值的百分率，用符号A表示。

2.断面收缩率试件拉断后断口处（缩紧处）横截面积的最大缩减量与原始横截面积的百分比，用符号Z表示。

材料的塑性表示材料在断裂前能够发生塑性变形的程度，影响材料的加工性能，通常要求机械零件要具有一定的塑性。第二节金属材料的硬度硬度是衡量软硬程度的指标，表示抵抗局部变形和破坏的能力，是重要的力学性能指标之一。硬度指标分类：洛氏硬度、布氏硬度和维氏硬度，其中应用最广泛的是洛氏硬度HRC和布氏硬度HB。硬度应用广泛：试验基本上不损伤工件,操作简便、迅速,可直接在工件上进行测试；同时,硬度又是一项综合力学性能指标,硬度高低与强度和塑性、耐磨性相关。

试验方法：车间现场常用压入法测定硬度，也有其它方法。一、布氏硬度（HBW）

布氏硬度试验原理是用一定直径的硬质合金球,加载并卸除试验力,测量试样表面的压痕直径d,然后根据压痕直径d计算其硬度值的方法。布氏硬度指标HBW

布氏硬度标注布氏硬度试验的特点及应用试验时金属材料表面压痕大,能在较大范围内反映被测金属材料的平均硬度,测得的硬度值比较准确,数据稳定。但由于压痕较大,对金属表面的损伤较大,不宜测定太小或太薄的试样。布氏硬度试验主要用于测定原材料的硬度,如铸铁、非铁金属、经退火处理或正火处理的金属材料及其半成品。

二、洛氏硬度（HR）

洛氏硬度其试验原理是将锥角为120°的金刚石圆锥体或球(淬火钢球或硬质合金球)，分两步加载压入试样表面,根据试样残余压痕深度增量来衡量试样硬度的大小。洛氏硬度指标有三个标尺：HRA、HRB、HRC（多用）洛氏硬度标注50HRC

洛氏硬度试验特点及应用：硬度试验压痕小，表面损伤小，试验操作简便,直接读取硬度值。但硬度值的准确性不如布氏硬度高。洛氏硬度是生产中广泛应用的一种硬度试验方法，HRC标尺多用于测定淬火钢、工具（刃具、量具、模具）的成品或半成品零件的硬度。三、维氏硬度（HV）维氏硬度维氏硬度的测定原理维氏硬度指标HV5-1000，一个指标从极软到极硬拉通。维氏硬度标注如：640HV30

维氏硬度试验特点及应用：维氏硬度试验法适用范围宽,从很软的材料到很硬的材料都可以测量,其测量结果精确可靠。但测取维氏硬度操作较麻烦，对试样表面的质量要求也高,测量效率较低。维氏硬度试验主要用于精密、极薄板、渗碳层深度以及科研实验室等场合。第三节金属材料的韧性

韧性是金属材料在断裂前吸收变形能量的能力。冲击试验金属材料韧性的大小通常采用吸收能量K(单位为焦耳)指标来衡量,而测定金属材料的吸收能量,通常采用夏比摆锤冲击试验方法来测定。一、夏比摆锤冲击试样

夏比摆锤冲击试样有V形缺口试样和U形缺口试样两种，冲击实验装置示意图。

二、夏比摆锤冲击试验方法

夏比摆锤冲击试验是在摆锤式冲击试验机上进行的。

韧性指标：冲击功KV2=Epv1–Epv2

三、温度对吸收能量的影响

冷脆现象：当温度越低时，金属材料的韧性下降，脆性就增大。第四节金属材料的疲劳强度一、疲劳现象循环（交变）应力。疲劳现象部分机械零件(如轴、齿轮、弹簧等)是在循环应力作用下工作的。零件在低于材料的屈服强度的循环应力作用下,经过一定工作时间后会发生突然断裂,这种现象称为金属材料的疲劳。注意：疲劳破坏不同于零件一次超载引起的强度破坏。疲劳断口疲劳断口特征明显，有疲劳源、疲劳裂纹扩展区（光滑、面积较大）、最后脆断区（粗糙新断，面积较小）。

疲劳破坏的危害在工作应力低于正常值下发生突然断裂，断前无预兆，易造成严重事故。机器零件损坏中的80%是疲劳破坏。二、疲劳强度

金属材料在循环应力作用下能经受无限多次循环而不的最大应力值称为金属材料的疲劳强度。疲劳试验：对结构钢，疲劳强度约为其抗拉强度的二分之一。

防止零件发生疲劳破坏的措施：影响疲劳强度的因素很多,在设计时在结构上注意避免零件应力集中；通过改善零件表面粗糙度值和表面残余应力状态，减小缺口效应，从而提高零件的疲劳强度。第2章常用工程材料考纲要求：了解常用金属材料的分类，能正确识读常用金属材料的牌号，了解常用金属材料的性能及用途；工程材料是指在生活、生产和科技领域中，用于制造结构件、机器、工具和功能部件的各类材料的统称。

工程材料的类别按其特性，可分为金属材料和非金属材料。第一节非合金钢低合金钢和合金钢钢：铁碳合金（碳的质量分数＜2.11%），还含有硫(S)、磷(P)、硅(Si)、锰(Mn)等杂质元素。杂质元素对钢的影响：硅、锰是有益元素，能提高钢的强度、硬度；而硫、磷是有害元素，造成钢的脆性，其中S造成钢的热脆，P造成钢的冷脆，其含量决定钢的质量。

加入各种合金元素的目的是为了满足各种特殊性能要求。一、非合金钢的分类、牌号及用途1.非合金钢（碳素钢）的分类

钢的类别主要按钢的化学成分、钢的品质、钢的用途来分类。（1）按化学成分分类铁+碳+杂质低碳钢碳的质量分数wc＜0.25％

中碳钢碳的质量分数wc＝0.25％～0.6％

高碳钢碳的质量分数wc＞0.6％

（2）按钢的品质分类（主要根据有害杂质硫、磷的含量分类）普通质量钢有害杂质硫、磷的含量较多。如：Q235。

优质钢有害杂质硫、磷的含量较低。如：45、T7。

特殊质量钢有害杂质硫、磷的含量控制严格。如：T7A、T12A。

（3）按用途分类结构钢主要用于制造工程结构、桥梁、建筑结构和机器零件等，一般为低、中碳钢。如：建筑钢筋（Q235）、机器零件(65Mn)等工具钢主要用于制造各种刃具、模具和量具。一般为高碳钢。如：锉刀（T12）等（4）钢的其它分类方法

如按专业分：锅炉、桥梁等等。通过工程材料的牌号一般能大致了解钢铁的“类别、化学成分、质量、性能、热处理方法和用途”等信息。2.非合金钢（碳钢）的牌号及用途

（1）碳素结构钢的牌号及用途

牌号：例如Q235AF，表示屈服强度为235MPa的A级质量的碳素结构钢，属于沸腾钢。常用牌号：Q195-Q275，典型：Q235

质量：普通质量，也分A、B、C、D等级，A级最低

脱氧程度：F、Z（省）、TZ

用途：此类钢塑性好，可焊性好，通常不热处理，用于受力不大的非重要场合。如：一般建筑钢筋、钢板、要求不高的小轴、螺钉垫圈等标准件。（2）优质碳素结构钢的牌号及用途牌号：用两位平均碳的质量分数的万分数表示。如：45号钢表示平均碳的质量分数为0.45%的优质碳素结构钢。质量全是优质钢。

用途：大量用作一般机器零件，一般要通过热处理强化零件（20、25渗碳、中碳钢可调质）。如：冲压件、轴、齿轮、受力的螺纹标准件等等。（3）其它专用优质非合金钢的牌号及用途

1）铸造碳钢：

牌号：如：ZG200-400，“ZG”表示“铸钢”的拼音字头，200、400分别表示铸钢的屈服强度和抗拉强度的Mpa值。

用途：主要用于形状复杂适合铸造、力学性能要求较高又不能用铸铁的大型机器结构。如：机器横梁、箱体、大型齿轮等等。

2）其它专用钢：主要有易切削钢、锅炉用钢、焊接用钢等。（4）碳素工具钢的牌号及用途

牌号：碳素工具钢的碳的质量分数在0.7%～1.4%。其牌号以“T”后面加数字表示钢中平均碳的质量分数的千分数；有优质钢和高级优质钢两类，若是高级优质碳素工具钢，则在数字后面加“A”，如T10A等。

用途：用作一般工具（刃具、量具），都要通过热处理提高硬度及耐磨性。如：榔头、手锯条、锉刀、低档游标卡尺等等。二、低合金钢的分类、牌号及用途低合金钢合金总量较低（成本低），焊接性较好，性能优于碳素钢；主要用于重要的工程结构。主加元素为：Si、Mn、P、Cu等。1.低合金钢的分类

按低合金钢的质量等级分，可分为普通、优质和特殊质量；按用途低合金高强度结构钢、低合金耐候钢、低合金专用钢。

2.低合金钢的牌号及用途

（1）低合金高强度结构钢

牌号：与碳素结构钢的牌号基本一致，不同的是屈服强度值较高。如：Q345－Q690。

性能与用途：与碳素结构钢相比，有较高的强度、韧性、耐腐蚀性及焊接性。价格稍高。大量用作较重要的建筑、桥梁、船舶、容器等等。（2）低合金耐候钢（3）低合金专用钢

三、合金钢的分类、牌号及用途合金钢种类较多，在工业上具有重要用途。它具有高强度、高硬度、高耐磨性及特殊的物理、化学性能等；价格较高；用于制作重要的机器零件工、量、模具等。大多需要热处理后使用。1.合金钢的分类

1）按钢的质量分类（主要根据有害杂质硫、磷的含量分类）

优质钢硫、磷的含量较低，如：20CrMnTi、40Cr等。

特殊质量钢硫、磷的含量控制严格。如：38CrMoA、W18Cr4V等。（2）按用途分类

结构钢主要用于制造重要的机器零件等，一般为低、中碳钢。如：轴、齿轮(40Cr)、弹簧（60Si2Mn）等。

工具钢主要用于制造各种重要的刃具、模具和量具。一般为高碳钢。如：高速钢(W18Cr4V)等。

特殊性能钢具有特殊物理化学性能的钢。如：不锈钢、耐热钢、耐磨钢等。2.合金钢牌号及用途

（1）合金结构钢的牌号牌号：如：20Cr、45Mn2、38CrMoA等，是在优质碳素结构钢基础上加上合金元素组成。

两位数字表示碳的质量分数为万分之几，合金元素符号后的数字表面该元素的质量分数为几%（含量小于1.5%省略不标）；后面的A表示高级优质钢，无A表示优质钢。用途：合金渗碳钢20Cr、20CrMnTi，活塞销、汽车齿轮等。

合金调质钢40Cr、45Mn2，主轴、重要齿轮、连杆、曲轴等。

合金弹簧钢60Si2Mn，大尺寸弹簧、板簧等。

（2）滚动轴承钢

牌号：典型：GCr15、GCr15SiMn，G是滚动轴承钢的拼音字头，都是高碳钢（碳的质量分数省略不标），Cr元素的质量分数为千分之1.5。都是高级优质钢（省略）。

用途：制造各类滚动轴承的内、外圈和滚动体，也可以制造工、量具等。

注意：滚动轴承钢是一种专用钢，滚动轴承虽然是机器零件，但其工作性质决定需要高耐磨的性能，因此滚动轴承钢就与合金工具钢类似，也能制造工具。（3）合金工具钢

牌号：典型：9SiCr、CrWMn、W18Cr4V。首位数字是碳的质量分数为千分之几（大于1%省略不标）；后面是合金元素及其含量（几%，含量≤1.5%省略含量不标）；都是高级优质钢（省略）。

用途：低合金工具钢9SiCr、CrWMn，低速、复杂的切削刀具，如丝锥、板牙、机铰刀、量具、冷作模等。

高速钢W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2，红硬性600°C，各类中速切削刀具，如车刀、铣刀、齿轮滚刀等。（4）特殊性能钢：不锈钢、耐热钢、耐磨钢

不锈钢：如：1Cr18Ni9、0Cr18Ni9、2Cr13，牌号与合金结构钢表示方法相同，只是当碳的质量分数很低时，用0或00表示。主要用于耐腐蚀要求的零件及工具，也用于装饰材料。如医疗器械、化工机械、厨具等。耐热钢：如：2Cr21Nil2N，牌号与合金结构钢表示方法相同。主要用于高温环境下工作的机件。如发动机排气门、锅炉燃烧部件等。耐磨钢（高锰钢）：如：ZGMn13，因为耐磨钢一般铸造后就使用，所以用“ZG”表示。主要用于强烈磨损的场合。如，履带、铲齿等。四、钢铁及合金牌号统一数字代号体系（略）第二节铸铁一、铸铁概述铸铁是碳的质量分数为2.11%~6.69%，硫、磷、硅、锰等杂质元素含量较高的铁碳合金。主要用于形状较复杂的箱体、机座、带轮等零件。

铸铁的性能优：具有良好的铸造性能、耐磨性、减摩性、减振性和切削加工性，而且加工成本低，应用广泛。缺：铸铁由于强度低，塑性及韧性较差。

铸铁的分类：按铸铁中碳（石墨）的分布形式分类。1.铸铁的石墨化及影响因素

铸铁组织中的碳主要是以石墨的形态出现的，铸件组织可以认为是“钢基体+石墨”，铸铁中石墨的形态及分布，对铸铁性能有很大的影响。

铸铁中的碳以石墨形式析出的过程称为铸铁的石墨化。影响石墨化的因素：化学成分和冷却速度。2.铸铁的分类

根据碳在铸铁中存在的形式不同铸铁可分为以下几种铸铁：常用白口铸铁、灰铸铁、可锻铸铁、球墨铸铁，此外，还有蠕墨铸铁、合金铸铁。二、常用铸铁的牌号和用途1.灰铸铁的牌号和用途

特征：铸件中碳以“片状石墨”形态出现，且断口呈浅灰色。

性能：灰铸铁虽然力学性能不好，抗拉强度低、脆性大，但与钢相比，还有其它优良性能：抗压强度好、切削加工性好、耐磨性好、铸造性好、减震性好、小的缺口敏感性等。

牌号：HT100、HT200……HT350等八个牌号，HT是“灰铁”的拼音字头，后面数字是抗拉强度（如200MPa）

用途：灰铸铁价格低廉、产量大，广泛用于机床床身、机座、缸体、箱体、手轮等形状复杂，要求不高的零件。2.球墨铸铁的牌号和用途

特征：铸件中碳以“球状石墨”形态出现。

性能：球墨铸铁是近几十年发展起来的高强度铸铁，力学

性能比其它铸铁好（接近于钢），且保留了铸件的全部优点。

牌号：QT400-15等，QT是“球铁”的拼音字头，后面数字是抗拉强度和伸长率。

用途：能实现“以铁代钢”。用于形状复杂、受力复杂的机器零件、薄壁件等场合。如：曲轴、连杆、凸轮、阀门、井盖等等。3.可锻铸铁的牌号和用途

特征：铸件中碳以“团絮状石墨”形态出现。牌号：KHT330-08等，KT是“可铁”的拼音字头，H是黑心可铁，Z是珠光体可铁，后面数字是抗拉强度和伸长率。

注意：可锻铸铁不可锻，且大多被球墨铸铁取代。4.蠕墨铸铁的牌号和用途

5.合金铸铁的牌号和用途第三节非铁金属非铁金属（有色金属）：除钢铁材料以外的其它金属材料。因冶炼成本较高，产量和使用远不如钢铁材料，但非铁金属有许多优良的物理、化学性能，使用也日益广泛。如：铝合金、铜合金、钛合金、硬质合金等等。一、铝及铝合金的性能分类、牌号和用途

我国变形铝及铝合金牌号表示法有国际四位数字体系和四位字符体系两种命名方法。国际四位数字体系牌号，对于命名为国际四位数字体系牌号的变形铝合金，应按四位数字体系。1.纯铝轻金属（密度2.72g/cm3），导电、导热，低熔点（660°C）、抗氧化、塑性好，但强度、硬度低。

牌号：1xxx、1Axx（旧L1~L6）。如：1A97。

用途：工业纯铝，主要用作导电、导热材料。2.铝合金在纯铝中加入一种或几种其它元素形成的合金，如铜、硅、镁、锰、锌等。铝合金的分类、牌号及应用

二、铜及铜合金的性能分类、牌号和用途铜，在地球上的储量较少，但铜合金是人类历史上最早使用的金属材料。工业上使用的主要有纯铜、黄铜、青铜和白铜。

1.工业纯铜的性能、牌号和用途

牌号：如T1、T2、T3，工业纯铜，呈玫瑰红色，又叫紫铜、电解铜。

用途：主要用作导电、导热材料。

2.铜合金的性能、牌号和用途

三、轴承合金制造滑动轴承的轴瓦及其内衬的耐磨合金称为轴承合金。

四、钛合金

钛合金是一种新型材料，重量轻、强度高，价格贵，目前多用于航空业，有人称为是下个世纪的钢。

1.纯钛

轻金属（密度4.5g/cm3），熔点高1677°C，耐腐蚀，塑性好，比强度高，工艺性能好。2.钛合金钛合金可分为型钛合金、型钛合金和+型钛合金三类。五、硬质合金硬质合金的制备方法：是以WC、TiC等金属化合物粉末为原料，以金属Co为粘接剂，通过高温烧结而成的。

1.硬质合金的性能特点

优点与高速钢相比：硬质合金具有高硬度、高耐磨（高15~20倍）、高热硬性（达800~1000°C）、高的抗压强度。

缺点抗弯强度较低、冲击韧性差、导热性差等不足。2.硬质合金的分类、代号及用途

硬质合金按用途可分为切削工具、地质矿山、耐磨零件等不同类别。

按用途分：P、M、K、N、S、H等六大类。同组内，按耐磨性的韧性的不同再分组：01、02、10、20、……30第3章钢的热处理考纲要求：了解金属材料热处理的概念，了解退火、正火、淬火、回火及表面热处理的目的、方法及应用范围。钢的热处理把钢加热、保温、冷却，通过改变钢的内部组织，来达到改变（强化）钢的性能的一种工艺方法。

钢热处理的目的

（1）强化作用：合理地改善零件的组织和性能，提高零件的质量和使用寿命，最大限度地挖掘钢材的使用潜力和经济价值。

（2）改善钢的加工工艺性能：通过热处理还可以降低材料硬度、提高塑性，达到改善工艺性能（如切削加工性、冲压性）的目的，如退火等等。钢热处理的应用热处理在机械制造中占有重要的地位，绝大多数的机械零件都需要进行热处理。第一节热处理概述一、热处理概念钢的热处理把钢加热、保温、冷却，通过改变钢的内部组织，来达到改变（强化）钢的性能的一种工艺方法。二、热处理工艺的分类

热处理方法种类很多，主要有整体热处理、表面热处理、化学热处理。三、热处理原理

加热、保温：将钢加热到临界温度以上保温一定时间，使其全部或部分转变成奥氏体组织。冷却：将加热保温后的钢（奥氏体组织）采用适当的方式（炉冷、空冷、水冷或油冷等方式）冷却到室温，得到需要的各种组织（珠光体类、贝氏体类、马氏体等显微组织）。

对零件进行热处理，一般不改变工件的尺寸，而是改变工件的显微组织或表层的化学成分或组织，来达到改变工件力学性能的目的。*四、铁碳合金相图

铁碳合金相图又称铁碳合金状态图，它是表示平衡状态下不同化学成分的铁碳合金在不同温度时所具有的组织和状态的图形。金属材料在加热或冷却过程中，发生相变的温度称为临界点(或相变点)。

第二节退火与正火退火与正火是钢铁材料常用的两种基本热处理工艺方法，主要用来处理毛坯件(如铸件、锻件、焊件等)，为以后的切削加工和最终热处理作组织准备。因此，退火与正火通常又称为预备热处理。对一般铸件、锻件、焊件以及性能要求不高的工件来讲，正火也可作为最终热处理。

一、退火

1.退火的概念和目的

退火是将工件加热到适当温度，保温一定的时间，然后缓慢冷却的热处理工艺。在机械零件的制造过程中，一般将退火作为预备热处理工序，并安排在粗加工之前。

退火的目的是降低钢铁材料的硬度，提高其塑性，改善其切削加工性能和锻压加工性能；细化钢铁材料的组织，均匀其化学成分；消除钢铁材料的内应力，防止其变形和开裂；为钢铁材料进行后续加工或热处理作准备。

2.退火的方法和应用二、正火1.正火的概念和目的

正火是指工件加热奥氏体化后在空气中冷却的热处理工艺。

正火与退火的比较一般加热温度比退火高；冷却速度比退火快，过冷度较大，因此正火后得到的组织比较细，强度和硬度比退火高些。另外，正火与退火相比具有操作简便、生产周期短、生产效率高、生产成本低的特点。

正火的目的是细化晶粒，提高钢铁材料的硬度，消除钢铁材料中的网状碳化物(或渗碳体)并为淬火、切削加工等后续工序作组织准备。2.正火的方法和应用第三节淬火与回火淬火与回火淬火是为了提高钢的硬度（强化钢），但淬火后工件需及时回火，以稳定组织与尺寸，防止工作变形与开裂。

一、淬火1.淬火的概念和目的

淬火是指工件加热奥氏体化后以较快的冷却方式，获得马氏体或贝氏体组织的热处理工艺。马氏体是碳或合金元素在a-Fe中的过饱和固溶体，是单相亚稳定组织，硬度较高，用符号M表示。马氏体的硬度主要取决于马氏体中碳的质量分数，马氏体中碳的质量分数越高，其硬度也越高。淬火的主要目的是使钢铁材料获得马氏体（或贝氏体）组织，提高钢铁材料的硬度和强度，并与回火工艺合理配合，获得需要的使用性能。2.淬火工艺原理

（1）淬火的加热温度不同的钢种其淬火加热温度不同。非合金钢的淬火加热温度可由铁碳合金相图确定。亚共析钢淬火加热温度为Ac3以上30~50℃。共析钢和过共析钢淬火加热温度为Ac1以上30~50℃。如果加热温度超出上述范围，都会使钢淬火后带来缺陷。

（2）加热时间升温与保温时间（3）淬火速度钢淬火的最佳效果：淬火得到马氏体组织（特别是工件芯部），又要防止工件变形与开裂。

钢的C曲线:C鼻尖、Ms线、Mt线。

钢的理想淬火冷却速度在C曲线鼻尖附近要快冷，防止出现非马氏体组织，在Ms附近要慢冷，以防止工件变形与开裂。

水：冷速快，易淬透，但Ms附近也太快，工件易变形与开裂。只适合于碳钢小零件的淬火。油：冷速不如水快，不易淬透，但Ms附近冷速理想，工件不易变形与开裂。适合于淬透性本来就较好的合金钢。

3.淬火方法和应用

根据钢材化学成分及对组织、性能和钢件尺寸精度的要求，在保证技术要求规定的前提下，应尽量选择简便、经济的淬火方法。常用的淬火方法有：单液淬火、双液淬火、马氏体分级淬火和贝氏体等温淬火等。二、回火1.回火的概念和目的

回火是指工件淬硬后，加热到Ac1以下的某一温度，保温一定时间，然后冷却到室温的热处理工艺。回火是在淬火之后进行的，通常也是零件进行热处理的最后一道工序。

回火目的1）消除淬火后的残余内应力2）稳定组织、稳定尺寸3）调节钢的力学性能

回火温度与力学性能的关系着回火温度的提高，钢的内应力逐渐消失，韧性、塑性提高，而硬度、强度逐渐下降。2.回火的方法和应用

根据钢材在回火过程中的温度范围回火的方法和应用，可将回火分为三种:低温回火、中温回火和高温回火。

1）低温回火（150~250°C）

目的：降低淬火内应力，提高韧性，同时保持高硬度和耐磨性。

组织：回火马氏体，58~62HRC。用途：高碳钢制造的各种工具、量具和模具，滚动轴承，及其它耐磨零件。

2）中温回火（250~450°C）

组织：回火托氏体，35~50HRC。

目的及用途：具有高的弹性极限、屈服强度和一定的韧性。主要用于制造各类较大尺寸的弹簧。3）高温回火（500~650°C）淬火+高温回火＝调质

目的：中碳钢调质后获得了较合理的硬度、强度、塑性和韧性，具有良好的综合力学性能。组织：回火索氏体，200~330HBW。

用途：调质广泛用于受力复杂，抗疲劳破坏，需要较好综合力学性能的螺栓、连杆、齿轮、主轴等重要零件的热处理。

第四节时效时效：金属材料经过冷加工、热加工或固溶处理后，在室温下放置或适当升温加热时，发生的力学和物理性能随着时间而变化的现象。

时效方法：常用的时效方法主要有自然时效、热时效、变形时效、振动时效和沉淀硬化时效等。

一、自然时效自然时效是指钢铁材料（铸、锻、焊件）经过冷加工、热加工或固溶处理后，在室温下发生性能随着时间（半年或几年）而变化的现象。

特点：利用自然时效可以消除工件内的部分残余应力（消除10%~12%），稳定工件的形状和尺寸。自然时效的优点是不使用任何设备，不消耗能源，但时效周期长，工件内部的残余应力不能完全消除。二、热时效热时效：较高温度下进行的时效处理是人工热时效；

方法：将钢件加热到80-150摄氏度，5-20小时保温后随炉或取出在空气中冷却。时效温度一般均比低温回火要低或更低，保温时间要长或更长。

特点：金属结构件经过热时效处理，达到消除残余内应力的目的，可以保证加工精度和防止裂纹产生，生产周期较短，目前是广泛采用的传统方法。

三、其它时效1.变形时效2.振动时效3.沉淀硬化时效第五节表面热处理与化学热处理

一、表面热处理

表面热处理是为改变工件表面的组织和性能，仅对其表面进行热处理的工艺。其中表面淬火是最常用的表面热处理工艺之一。表面淬火是仅对工件表层进行淬火的工艺，其目的是使工件表层获得高硬度、高耐磨性，而心部保持原有良好的塑性和韧性。

表面淬火方法根据加热方法不同，分为感应加热、火焰加热和电接触加热等。

1.感应淬火感应淬火：利用感应电流对工件产生的热效应，使工件表面、局部或整体加热并进行快速冷却的一种淬火方法。

（1）感应淬火的基本原理将一个用薄壁纯铜管制作的加热感应器(或线圈)通以交流电流时，就会在钢件表面感应出电“涡流”，其热效应使工件表面迅速加热到淬火温度（约900C°）（而钢心部温度几乎不变），然后迅速喷水冷却，实现了表面淬火。

（2）感应淬火的特点感应淬火具有工件加热速度快、时间短、变形小、基本无氧化和无脱碳的特点。工件表面经感应淬火后，在淬硬的表面层中存在较大的残余压应力，可以有效地提高工件的疲劳强度；另外，感应淬火生产率高，易实现机械化、自动淬火喷水套化，适合于大批量生产。

淬火时工件表面加热深度主要取决于交流电流的频率。生产上可通强过调整交流电流的频率获得不同的淬硬层深度。

（3）感应淬火的应用感应淬火主要用于中碳钢和中碳合金钢(如40、45、40Cr、40MnB钢等)制造的、形状不复杂的工件。2.火焰淬火

火焰淬火是利用乙炔-氧或其他可燃气体燃烧的火焰对工件表层进行加热，随之快速冷却的淬火工艺。

火焰淬火的特点：火焰淬火的淬硬层深度一般为2~6mm，若淬硬层过深，往往会使工件表面产生过热，甚至产生变形与裂纹。火焰淬火操作简便，不需要特殊设备，生产成本低，但工件表面淬火质量难以控制，生产率低。

主要用于单件或小批量生产的大模数齿烧嘴轮、轴、工具、轧辊等。二、化学热处理化学热处理：是将工件置于适当的活性介质中加热、淬硬层保温，使一种或几种元素渗入到它的表层，以改变其化学工件加热层成分、组织和性能的热处理工艺。

化学热处理特点：与表面淬火相比，其特点是表层不仅有组织的变化，而且还有化学成分的变化。

化学热处理方法：通常以渗入元素来命名，如渗碳、渗氮、碳氮共渗、渗硼、渗硅、渗金属等。化学热处理过程：由分解、吸收和扩散三个基本过程组成。1.渗碳

渗碳：将低碳钢零件置于活性碳介质中经长时间加热、保温，然后冷却下来，使零件表层获得高碳（wc=0.8~1.1%）成分的热处理方法。

渗碳用钢：一般为低碳钢(wc=0.1~0.25%），如：15、20、20Cr、20CrMnTi等。

渗碳层深度：0.5~2.5mm。

渗碳方法：气体、固体、液体渗碳方法。渗碳后热处理：工件渗碳后，必须进行淬火+低温回火的热处理，才能使零件表面具为高硬高耐磨的性能。一般渗碳零件的加工工艺流程是：毛坯（轧材或锻造）－正火－粗加工－半精加工－渗碳－淬火－低温回火－精加工－检验。2.渗氮

渗氮在钢表面渗一层氮元素，高硬高耐磨，且不需后续淬火，但氮化层较薄。

也可碳氮共渗，但仍要进行淬火加低温回火的后续热处理。第4章金属热加工基础考纲要求：（1）了解金属材料铸造的分类、特点及应用范围，了解砂型铸造的特点及工艺过程；（2）了解金属材料锻压的分类、工艺特点及应用范围，了解自由锻造的特点、基本工序及应用；（3）了解金属材料焊接的分类、特点及应用范围，了解焊条电弧焊的工艺方法。热加工是在较高温度（高于再结晶温度）下对金属材料进行加工的方法。本章主要介绍金属热加工（铸造、锻压和焊接）的基础知识、生产方法及其应用范围等内容。第一节铸造铸造是熔炼金属，制造铸型，并将液态金属浇注到铸型型腔中，待其冷却凝固后，获得一定形状和性能的毛坯或零件的成形方法。铸件特征：表面比较粗糙，尺寸精度不高，一般作为毛坯，需经切削加工方能制成零件。一、铸造基础知识1.铸造方法的分类铸造方法主要分为砂型铸造和特种铸造两类。砂型铸造是指在砂型中生产铸件的铸造方法。该方法是一种古老而又需要继续发展的基本铸造方法，具有成本低、灵活性大、应用范围广的特点，而且操作技术也比较成熟。特种铸造是指与砂型铸造不同的其他铸造方法。特种铸造包括金属型铸造、压力铸造、离心铸造、熔模铸造、低压铸造、陶瓷型铸造、连续铸造和挤压铸造等。2.铸造的特点（1）应用范围广铸造可制造形状复杂的铸件，且不受工件尺寸、质量和生产批量的限制，生产中常用的金属材料，如铸铁、铸钢、铸铝、铸铜等等。（2）具有较好的经济性第一，铸件形状和尺寸接近于成品零件，能够节省金属材料和切削工时；第二，金属材料来源广泛，可利用废旧机件、废料等进行回炉熔炼。（3）铸件力学性能较低由于铸造成形工序较多，部分工艺过程难以控制，铸件内部偏析、缩孔、缩松、气孔、砂眼等缺陷较多，铸件的铸态组织晶粒较粗，因此，铸件质量不够稳定，废品率较高。铸件的应用常用于制造承受静载荷及压应力的结构件，如箱体、床身、支架、缸体等。二、砂型铸造砂型铸造是指用型砂紧实成形的铸造方法。其生产过程主要由配砂、造型、制芯、合箱、熔炼、浇注和清理。1.造型材料、造型工具及砂型组成（1）造型材料造型材料制造铸型用的材料。造型材料主要包括型砂和芯砂。型砂和芯砂的组成主要由原砂、粘接剂（粘土等）、附加物（木屑、煤粉等）、旧砂、水等组成。对造型材料的要求应具备一定的强度、可塑性、耐火性、透气性、退让性和溃散性等性能。（2）造型工具（3）砂型组成2.造型方法造型用型砂及模样等工艺装备制造砂型的方法和过程。在造型过程中，造型材料的优劣对于铸件的质量起着决定性的作用。造型方法通常分为手工造型和机器造型两大类。（1）手工造型全部用手或手动工具完成的造型工序称为手工造型。手工造型的特点是操作灵活，适应性强，模型制作成本低，生产准备时间短。但造型效率低，劳动强度大，劳动环境差，主要用于单件小批量生产。造型时如何将木模顺利地从砂型中取出，而又不损坏型腔的形状是很关键的操作过程，因此，围绕如何起模，就形成了各种不同的造型方法。1）整体模造型整体模造型的特点：模样是整体的，模样整体放在一个砂箱内，铸件的型腔在一个砂箱中，以模样一端的最大表面作为铸型的分型面，分型面为平面。整体模造型操作简便，不会产生错箱，适用于形状简单、横截面依次减小、最大截面在端部的铸件。2）分开模造型模型分为两半，造型时模型分别在上砂箱和下砂箱内进行造型的方法，称为分开模造型。分开模造型主要用于最大断面在模型中部，难以进行整体模造型的铸件。分开模造型操作简便，应用广泛，适用于生产形状较复杂的铸件以及带孔的铸件，如套筒、阀体、管子、箱。3）挖砂造型4）假箱造型5）活块造型6）三箱造型7）刮板造型（2）机器造型机器造型的实质是用机器代替（或部分代替）手工紧砂和起模。造型机的种类很多，目前常用震压式造型机等。3.制芯制造型芯的过程称为制芯。型芯的主要作用是用来获得铸件的内腔，但有时也可作为铸件难以起模部分的局部铸型。型芯可以采用手工制芯，也可以采用机器制芯。4.浇注系统为了顺利填充型腔和冒口4.浇注系统，在铸型中开设了一系列通道，称为浇注系统。通常浇注系统由浇口杯、直浇道、横浇道和内浇道组成。5.熔炼金属熔炼质量的好坏对能否获得优质的铸件有着重要的影响。如果金属液的化学成分不合格，会降低铸件的力学性能和物理性能。常用的金属熔炼设备有冲天炉（适于熔炼铸铁）、电炉（适于熔炼铸钢）、坩埚炉（适于熔炼非铁金属）。6.合型、浇注、落砂、清理和检验（1）合型（或合箱）将铸型的各个组元（如上砂型、下砂型、型芯、浇口杯等）组合成一个完整铸型的操作过程称为合型。（2）浇注将熔融金属从浇包注入铸型的操作过程。如果金属液的温度过低，液态金属的流动性变差，会导致铸件产生冷隔、浇不到和夹渣等缺陷；如果金属液的温度过高会导致铸件总收缩量增加、吸收气体过多，铸件容易产生气孔缩孔、裂纹及粘砂等缺陷。（3）落砂用手工或机械使铸件和型砂、砂箱分开的操作过程，称为落砂。（4）清理清理（主芯砂）、多余金属（包括浇口、冒口、飞翅和氧化皮）等的过程称为清理。清理的目的要是去除铸件上的浇口、冒口、型芯、粘砂以及飞边毛刺等。（5）检验三、特种造型简介砂型铸造简单易行，但在铸件精度不高，不适应大批量生产，随着铸造技术的发展，特种铸造在铸造生产中占有越来越重要的地位。如金属型铸造、压力铸造、离心铸造、熔模铸造等等。1.金属型铸造金属型铸造是指在重力作用下将熔融金属浇入金属铸型获得铸件的方法。金属型铸造的特点一个金属型可浇注几百次甚至几万次，节省了造型材料和左半型右半型造型工时，提高了生产率，改善了劳动条件，所获得的铸件尺寸精度高。另外，由于金属型导热快，铸件晶水平型芯粒细，其力学性能也较高。但所用金属型制造周期较长，费用较高，不适合于单件或小批量生产。金属型铸造的应用目前，金属型铸造主要用于非铁金属铸件的大批量生产，如铝材内燃机活塞、汽缸体、汽缸盖、轴瓦、衬套等零件常用此法来铸造成形。2.压力铸造压力铸造是将熔融金属在高压下高速填充金属型腔，并在压力下使其凝固的铸造方法。压力铸造在压铸机上进行。压力铸造的特点在高压高速下注入金属熔液，可得到形状复杂的薄壁件；生产率高；铸件晶粒细，组织致密，强度较高。但是，压力铸造的铸件易产生气孔与缩松，而且设备投资较大，压型制造费用贵。压力铸造用于大批量生产薄壁、形状复杂的非铁金属小铸件。3.离心铸造4.溶模铸造四、铸造新技术和新工艺简介随着机械制造水平的不断提高，对铸造技术也提出了更高的要求。目前，铸造技术和工艺正朝着优质、高效、节能、低耗、自动化和环保的方向发展，而且一些新的科技成果正逐步与传统工艺相结合创造出新的铸造技术和工艺。1.真空密封铸造2.悬浮铸造3.半固态铸造4.低压铸造5.鋳造过程的计算机数值模拟技术。第二节锻造铸造是金属在高温液态下的溶铸；而锻造是金属在高温（或室温）固态下进行的压力加工，主要适合于钢制零件，如齿轮、连杆等毛坯。本节课主要介绍金属锻造的基础知识、生产方法及其应用范围等内容。 锻压是对坯料施加外力，使金属产生塑性变形，改变尺寸、形状及改善性能，用以制造机械零件、工件或毛坏的成形加工方法。锻压是锻造和冲压的总称。金属锻压成形加工包括锻造（自由锻、模锻、胎模锻等）、板料冲压、挤压、轧制、拉拔等工艺方法。一、锻压加工基础知识锻压加工是以金属的塑性变形为基础的，各种钢材和大数塑性较好的非铁金属及其合金都具有良好的塑性和韧性，因此，它们可在冷态或热态下进行锻压加工，而脆性材料(如灰铸铁铸造（铜合金、铸造铝合金等）则不能进行锻压加工。锻压加工在机械制造工业中具有广泛的应用。1.锻压加工的特点（1）锻压加工可使金属毛坯的晶粒变得细小，并可以压合毛坯内部缺陷压合，提高了金属的力学性能。（2）锻压加工可节省金属材料。（3）除自由锻造外，其他几种锻压成形加工方法都具有较高的生产率。（4）锻压加工适用范围广。金属锻压加工可以生产各种不同类型与不同质量的产品。（5）金属锻压加工的缺点是:不能获得形状复杂的工件，一般工件的精度质量还不够高；工件的加工成本比铸造高；工件锻造后内应力也较大，需要安排退火等后续热处理。2.金属材料的可锻性金属的可锻性金属在锻压加工过程中产生塑性变形而不开裂的能力。可锻性与金属的塑性和变形抗力有关，塑性愈好，变形抗力愈小，则可锻性愈好；反之，则可锻性愈差。一般来说，塑性比较好的低中碳钢、形变铝合金、黄铜等金属材料具有优良的可锻性；而脆性较大的金属材料如铸铁、铸铜和铸铝的可锻性很差而不能锻造成型。3.金属的塑性变形金属在外力作用下会产生塑性变形，其变形过程包括弹性变形和塑性变形两个阶段。只有塑性变形这种永久性的变形，才能用于成形加工。塑性变形会对金属的组织和性能产生很大影响，因此，了解金属塑性变形的基本规律对于认识锻压加工方法具有重要意义。（1）金属塑性变形过程（2）金属塑性变形过程4.回复、再结晶及晶粒长大冷变形金属加热时发生的显微组织变化过程包括:回复、再结晶和晶粒长大三个阶段。5.锻造流线在锻造时，金属中的脆性杂质被打碎，顺着金属主要伸长方向呈带状分布；这种热锻后的金属组织具有定的方向性，通常将这种组织称为锻造流线。锻造流线使金属的性能呈各向异性。二、自由锻造自由锻造（简称自由锻）是指只用简单的通用性工具，或在锻造设备上直接对坯料施加外力，使坯料产生变形而获得所需的几何形状及内部质量锻件的加工方法。采用自由锻方法生产的锻件，称为自由锻件。自由锻一般分为手工自由锻和机器自由锻两种，前者一般用于生产小型锻件。自由锻在重型机械生产中具有重要地位。自由锻的特点也是历史最悠久的一种锻造方法，具有工艺灵活、所用设备及工具通用性大、加工成本低等特点。但自由锻生产率较低，锻件精度低，劳动强度大，故多用于单件或小批量生产形状较简单、精度要求不高的锻件。自由锻的生产工艺流程：是下料→坯料加热→锻造成形→冷却→锻件→检验→热处理→入库(或其他工序）。1.坯料加热（1）加热的目的金属加热的目的是提高金属的塑性和降低金属的变形抗力，以改善金属的可锻性和获得良好的锻后组织。钢锻造时应在铁碳合金相图中的单相奥氏体区进行，因为奥氏体组织具有良好的塑性和均匀一致的组织。（2）锻造温度范围锻造温度范围是指由始锻温度到终锻温度之间的温度间隔。始锻温度是指开始锻造时坯料的温度，也是允许的最高加热温度。终锻温度是指金属坯料经过锻造成形，在停止锻造时锻件的瞬时温度。2.锻造成形自由锻是通过局部锻打逐步成形的，它的基本工序包括镦粗、拔长、冲孔、切割、弯曲、错移、扭转等。自由锻常用的设备有空气锤、蒸气一空气锤及水压机等。（1）镦粗镦粗是使毛坯高度减小，横截面积增大的锻造工序。镦粗工序常用于锻造齿轮坯、圆盘、凸缘等锻件。镦粗时由于坯料两端面与上下砧铁间产生摩擦力，阻碍金属的流动，因此，圆柱形坯料经镦粗后呈鼓形，在后面的工序中应进行修整。（2）拔长拔长是使毛坯横截面积减小，长度增加的锻造工序。拔长工序常用于长而截面小的锻件，如拉杆类、轴类、曲轴等。（3）冲孔冲孔是在坯料上冲出通孔或不通孔的锻造工序。冲孔工序常用于锻造齿轮坯、套筒、圆环类等空心锻件。（4）切割（5）弯曲（6）错移（7）扭转3.冷却、检验与热处理4.典型锻件的自由锻工艺过程三、模锻与胎模锻1.模锻模锻是利用模具使毛坯变形而获得锻件的锻造方法。用模锻方法生产的锻件称为模锻件。模锻由于坯料在锻模内整体锻打成形，因此，金属模锻时所需的变形力较大。模锻的分类按所用设备的不同，可分为曲柄压力上锻模锻、摩擦压力机上模锻等。模锻特点与应用模锻与自由锻相比具有很多优点，如生产率高，有时比自由锻高几十倍；锻件尺寸比较精确；模锻件切削加工余量小，故可节省金属材料，减少切削加工工时；模锻能够锻制形状比较复杂的锻件。但模锻受到设备吨位的限制，模锻件质量一般在150kg以下，且制造锻模的成本较高。因此，模锻主要用于大批量生产形状比较复杂，精度要求较高的中、小型锻件。2.胎模锻是介于自由锻和模锻之间的一种锻造方法，是在自由锻设备上使用可移动模具生产模锻件。胎模锻一般采用自由锻方法制坯，使坯料初步成形，然后在胎模中终锻成形。四、其它锻造方法1、轧制是指金属材料(或非金属材料）在旋转轧辊的压力作用下，产生连续塑性变形，获得所要求的截面形状并改变其性能的方法。轧制可以生产出不同类型的型材。2、拉拔3、辊锻4、精密锻造5、挤压五、板料冲压板料冲压是使坯料经成形或分离而得到制件的工艺的统称。因其通常在室温状态下进行，故又称冷冲压。板料冲压所加工的金属多为薄板料。1.板料冲压概述对板料的要求：冲压特点：板料冲压主要是对薄板（其厚度一般不超过10mm）进行冷变形，冲压件的质量较小。适合于进行板料冲压的金属材料必须具有良好的塑性，如低碳钢，塑性较好的合金钢以及铜、铝合金等。板料冲压设备：主要有剪床和冲床，其中剪床用来把板料剪成一定宽度的条料，以便下一步在冲床上进行冲压。冲压特点：板料冲压操作过程简便，易于实现机械化和自动化，生产效率高，成本低，在汽车、航空、电器、仪表等工业中应用广泛。但是由于冲模制造复杂，质量要求高，所以只有在大批量生产时，板料冲压才显示出其优越性。2.板料冲压的基本工序板料冲压的基本工序分为分离工序和变形工序两大类。（1）分离工序分离工序是使金属坯料的一部分与另一部分相互分离的工序，如剪切、冲裁（落料、冲孔）、整修等。1）剪切剪切是以两个相互平行或交叉的刀片对金属材料进行切断的过程。剪切一般在剪床上进行。2）冲裁冲裁是利用冲模将板料以封闭轮廓与坯料分离的冲压方法。落料和冲孔都属于冲裁工序。3）整修整修是利用整修模沿冲裁件的外缘或内孔刮去一层薄薄的切屑，提高冲裁件的加工精度和剪断面表面质量的冲压方法。（2）变形工序变形工序是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，如弯曲、拉深、翻边胀形、缩口和扩口等。1）弯曲弯曲是使板料、型材或管材在弯矩作用下弯成具有一定曲率和角度制件的成形方法。2）拉深拉深是指变形区在一拉一压的应力作用下，使板料(浅的空心坯)成形为空心件（深的空心件）而厚度基本不变的加工方法。对于变形深度较大的拉深件，不能一次拉深到位，需要分步多次拉深。3）翻边翻边是在毛坯的平面部分或曲面部分的边缘，沿一定曲线翻起竖立直边的成形方法。4）胀形胀形是板料或空心坯料在双向拉应力作用下，使其产生塑性变形获得所需制件的成形方法。5）缩口与扩口缩口是在管件或空心制件的端部加压，使其径向尺寸缩小的成形方法如图所示。扩口是使空心坯料或管状坯料的端部径向尺寸扩大的成形方法。六、锻压新技术与新工艺（略）第三节焊接焊接是一种重要的金属成形加工工艺，广泛应用于车辆、桥梁、容器、船舰、锅炉、起重机械、金属桁架等的制造中，焊接在国民经济建设中的应用非常广泛。一、焊接基础知识1.焊接的分类（1）熔焊将待焊处的母材金属熔化以形成焊缝的焊接方法，称为熔焊。（2）压焊焊接过程中，必须对焊件施加压力(加热或不加热)以完成焊接的焊接方法，称为压焊。（3）钎焊采用比母材熔点低的金属材料作钎料，将焊件和钎料加热到高于钎料熔点、低于母材熔点的温度，利用液态钎料润湿母材，填充接头间隙并与母材相互扩散实现连接焊件的焊接方法，称为钎焊。焊接是指通过加热或加压或同时加热加压，并且用或不用填充材料使工件达到接合的一种工艺方法。2.焊接的特点1）焊接能够减轻结构重量，节省金属材料。2）焊接能够制造双金属结构。3）焊接能够化大为小，也能实现以小拼大。4）焊接结构强度高。5）焊接过程产生的噪声较小，工人劳动强度较低，生产率较高，易于实现机械化与自动化。6）由于焊接是一个不均匀的加热过程，因此焊接后会产生焊接应力与焊接变形。二、焊条电弧焊焊条电弧焊是用手工操纵焊条进行焊接的电弧焊方法。焊条电弧焊是目前生产中应用最多、最普遍的一种金属焊接方法。它是利用焊条与焊件之间产生的电弧热，熔化焊件与焊条而进行焊接的。1.焊接电弧焊接电弧是指在电极与焊件之间的气体介质中产生的强烈而持久的放电现象，如图所图所示。焊接电弧的产生一般有接触引弧和非接触引弧两种方式，手工电弧焊采用接触引弧。溶池的形成：在焊条与焊件之间形成的电弧热，使焊件局部和焊条端部同时熔化成熔池，焊条金属熔化后成为熔滴，并借助重力和电弧气体的吹力作用过渡到焊件熔池中。电弧的组成：如图所示，焊接电弧由阴极区、阳极区和弧柱区三部分组成。阴极区温度大约为2400K;阳极区温度大约为2600K;弧柱区中心的温度最高，为6000~8000K。电弧电压：电弧热量与焊接电流和电压的乘积成正比。通常把电弧稳定燃烧时，焊件与焊条之间所保持的一定电压，称为电弧电压。2.焊条电弧焊设备及工具（1）弧焊电源电焊机为焊条电弧焊提供电源的专用设备，它是焊条电弧焊的主要设备。生产中按焊接电流的种类不同，可将电焊机分为直流弧焊机和交流弧焊机两类。1）直流弧焊机直流弧焊机有直流弧焊发电机和弧焊整流器两类。直流弧焊机的接法及应用场合：直流弧焊机的输岀端有正极和负极之分。2）交流弧焊机交流弧焊机的特点：生产效率较高，结构简单，使用可靠，成本较低，噪声较小，维护与保养也很容易，但它的电弧燃烧时稳定性较差。无正接反接问题。（2）焊条电弧焊的工具焊条电弧焊的主要工具包括焊钳、焊接电缆、面罩与护目玻璃等。1）焊钳焊钳的作用是夹持焊条和传导电流。一般要求焊钳导电性能好、重量轻、焊条夹持稳固、换装焊条方便等。2）焊接电缆作用是传导电流。一般用多股紫铜软线制成，要求绝缘性要好，而且要有足够的导电截面积，截面积大小应适应焊接电流大小。3）面罩与护目玻璃面罩的作用是在焊接时保护操作人员的面部免受强烈的电弧光照射和飞溅金属的灼伤。3.焊条（1）焊条的组成与作用由焊芯和药皮两部分组成。焊条质量的优劣对焊缝金属的力学性能有直接影响。（2）焊条的分类按用途不同：可分为碳钢焊条、低合金钢焊条、不锈钢焊条、铸铁焊条、堆焊焊条、镍和镍合金焊条、铜和铜合金焊条、铝和铝合金焊条等。按焊条药皮熔化后的酸碱度：可分为酸性焊条和碱性焊条两类。酸性焊条、碱性焊条（3）焊条型号编制方法焊条型号主要反映焊条的性能特点及类别。（4）焊条选用的原则焊条的选用主要考虑的因素：①考虑母材的力学性能和化学成分。②考虑焊件结构的复杂程度和刚性。③考虑焊件的工作条件。④考虑生产率、焊接工艺、焊接成本和焊接质量等因素。4.焊条电弧焊的工艺（1）焊缝的空间位置焊接时，按焊缝在空间位置的不同可分为平焊、立焊、横焊和仰焊四种，（2）焊接接头的基本形式和坡口的基本形式对于焊条电弧焊，由于焊件结构形状、焊件厚度以及对焊接质量的要求不同，焊件的接头形式和坡口形式有所不同。焊接接头形式：有对接接头、角接接头、T形接头、搭接接头等。坡口：根据设计或工艺需要，在焊件的待焊部位加工并装配成的具有一定几何形状的沟槽。坡口的基本形式有卷边坡口、形坡口（不开坡口）、V形坡口、X形坡口、U形坡口、K形坡口、J形坡口和塞焊坡口等。（3）焊接工艺参数的选择焊接时，为了保证焊接质量而选定的有关物理量的总称称为焊接工艺参数。它主要包括焊条直径、焊接电流、焊接层数、电弧长度和焊接速度等。1）焊条直径的选择2）焊接电流的选择3）电弧长度和焊接速度的选择（4）焊接基本操作技术主要包括引弧、运条和焊道收尾等。1）引弧引弧是指在弧焊开始时，引燃焊接电弧的过程。引弧方法有敲击法和划擦法两种。2）运条运条是在焊接过程中，焊条相对于焊缝所作的各种动作的总称。3）焊道收尾三、其它焊接方法1.气焊气焊是利用可燃性气体火焰作为热源来熔化母材和填充金属，实现金属焊接的一种方法。可燃性气体主要有乙炔、液化气或丙烷燃气等，其中最常用的是乙炔。（1）气焊的主要设备和工具气焊主要设备和工具包括氧气瓶、氧气减压器、乙炔气瓶、乙炔减压器、回火保险器、焊炬、胶皮管等。氧气瓶是一种储存和运输氧气的高压容器。按规定，氧气瓶外表涂成天蓝色并用黑色字标明“氧气”字样。氧气瓶不许曝晒、火烤、震荡及敲打，也不许被油脂沾污。使用的氧气瓶必须定期进行压力试验。乙炔气瓶是一种储存和运输乙炔气的高压容器。瓶口装有阀门并套有瓶帽保护。按规定乙炔气瓶外表涂成白色并用红色字标明“乙炔，火不可近”字样。氧气减压器是将氧气瓶内的高压氧气调节成工作所需要的低压氧气，并在工作过程中保持压力与流量稳定不变；乙炔气减压器是将乙炔气瓶内的高压乙炔气调节成工作所需要的低压乙炔气，并保持工作过程中的压力与流量稳定不变。回火保险器在气焊过程中，由于气体供应不足，或管道与焊嘴阻塞等原因，均会导致火焰沿乙炔导管向内逆燃，这种现象称为回火。回火会引起乙炔气瓶或乙炔发生器的爆炸。为了防止这种严重事故的发生，必须在导管与发生器之间装上回火保险器。焊炬的作用是将可燃气体与氧气按一定比例混合，并以一定的速度喷出，点燃后形成稳定燃烧并具有较高热能的焊接火焰。（2）气焊工艺气焊具有火焰容易控制、适应性强、不需电源、能够焊接多种金属材料等优点。但气焊存在火焰温度较低、加热缓慢、热影响区较宽、焊件易变形及难以实现机械化等缺点。气焊适合焊接在3mm以下的薄钢板、非铁金属及其厚度合金，钎焊刀具及铸铁的补焊等。2.埋弧焊埋弧焊是指电弧在焊剂层下燃烧并进行焊接的方法。埋弧焊属于电弧焊的一种，可分为埋弧自动焊和埋弧半自动焊两种。埋弧焊的工作原理、埋弧自动焊的特点及应用3.气体保护电弧焊用外加气体作为电弧介质并保护电弧和焊接区的电弧焊，称为气体保护电弧焊，简称气体保护焊或气电焊。根据所用保护气体的不同，气体保护焊可分为氩弧焊、二氧化碳气体保护焊、氦弧焊等。下面主要介绍氩弧焊和二氧化碳气体保护焊。（1）氩弧焊以氩气作为保护气体的气体保护电弧焊称为氩弧焊。按所用的电极不同，氩弧焊分为非熔化极(钨极)氯弧焊和熔化极氩弧焊两种。氩弧焊的特点及应用:（2）二氧化碳气体保护焊用二氧化碳气体作为保护气体的气体保护电弧焊称为二氧化碳气体保护焊。二氧化碳气体保护焊的特点及应用4.等离子弧焊5.电阻焊6.电渣焊7.钎焊四、焊接新技术和新工艺（略） 第5章金属冷加工基础冷加工通常指金属切削加工或机械加工，即用切削工具从金属材料（毛坯）或工件上切除多余的金属层，从而使工件获得具有一定形状、尺寸精度和表面粗糙度值的加工方法。金属切削加工一般是在常温下进行的，其主要切削形式有车削、钻削、刨削、铣削、磨削、拉削以及钳工等。第一节金属切削加工基础考纲要求：金属切削加工基础①了解金属切削运动及其特点，理解切削用量三要素的概念、符号、选择方法并能进行简单计算；②了解常用刀具材料及其应用特点，能针对常见加工材料及条件进行刀具材料选择；③了解车刀的主要角度及其作用。一、金属切削运动及切削要素1.切削运动切削过程中，切削刀具与工件间的相对运动就是切削运动。它是直接形成工件表面轮廓的运动。切削运动包括主运动和进给运动两个基本运动。（1）主运动主运动是由机床或人力提供的主要运动，它促使切削刀具和工件之间产生相对运动，从而使切削刀具前面接近工件。主运动是进行切削所需的基本运动。它在切削运动中消耗功率最大。任何切削过程有且仅有一个主运动，机床主运动的速度一般每分钟几米至数百米，主运动可以是旋转运动，也可以是直线运动。多数机床的主运动是旋转运动，如车削、钻削、铣削、磨削中的主运动均是旋转运动。（2）进给运动进给运动是由机床或人力提供的运动，它使刀具与工件之间产生附加的相对运动，与主运动一起即可不断地或连续地进行切削，并获得所需几何特性的表面。进给运动的速度一般远小于主运动的速度，而且消耗的功率也较少。切削过程中进给运动可能有一个，也可能有若干个。进给运动形式有平移的（直线）、旋转的（圆周）连续的（曲线）及间歇的。直线进给按运动方向分类，又分为纵向、横向、斜向进给运动三种。主运动和进给运动可以由刀具、工件分别来完成，也可以由刀具单独完成主运动和进给运动。2.切削要素切削要素包括切削用量和切削层尺寸平面要素。（1）切削用量切削用量是切削加工过程中切削速度、进给量和背吃刀量的总称。要完成切削过程，切削速度、进给量和背吃刀量三者缺一不可，故它们又称为切削用量三要素。切削用量三要素是调整机床运动的主要依据。切削时工件上的三个表面：（以车削为例）待加工表面：工件上有待切除的表面；已加工表面：工件上经刀具切削后产生的表面；过渡表面：工件上由切削刃形成的那部分表面，是待加工表面和已加工表面之间的过渡表面。1）切削速度vc切削加工时，刀具切削刃上的某一点相对于待加工表面在主运动方向上的瞬时速度，称为切削速度，其单位为m/s或m/min，当主运动是旋转运动时，切削速度指圆周运动的线速度，即2）进给量f进给量是指在主运动的一个循环内（一转或一次往复行程），刀具在进给方向上相对工件的位移量。3）背吃刀量α背吃刀量一般是指工件已加工表面与待加工表面已加工表面间的垂直距离，也称切削深度，单位为mm。切削用量的选择在实际切削过程中，切削用量三要素均受工件加工质量、刀具耐用度、机床动力和刚度等因素的影响不可任意选取。合理选择切削用量三要素就是选择νc、f、αp数值的最佳组合，使切削加工获得合格的加工质量、较高的生产率和最低的加工成本。粗加工时，应尽可能先选较大的背吃刀量αp，使加工余量在一次或少数几次进给中切除,切除表层有硬皮的铸件、锻件；在机床、刀具等工艺系统刚度允许的前提下，尽可能选择较大的进给量f；根据工件材料和刀具材料确定切削速度vc。粗加工时，一般选择中等切削速度或低切削速度。精加工时，首先应考虑工件的加工精度和质量，同时还要考虑刀具的耐用度和保证较高的生产率。工件的加工精度主要靠减小背吃刀量a，来满足。进给量f的大小主要根据工件的表面粗糙度值的要求来选取。（2）切削层尺寸平面要素切削层尺寸平面要素包括切削层公称厚度、切削层公称宽度和切削层公称橫截面积。1）切削层公称厚度hD在切削层尺寸平面上，垂直于切削力方向所测得的切削层尺寸，称为切削层公称厚度，用符号“hD”表示，单位为mm。切削层公称厚度大小代表了切削刃工作负荷的大小。2）切削层公称宽度bD在切削层尺寸平面上，沿切削力方同所测得的切削层尺寸，称为切削层公称宽度，用符号“bD”表示，单位为mm。切削层公称宽度为切削刃的工作长度。3）切削层公称横截面积AD在给定瞬间，切削层在切削层尺寸平面上的实际横截面积，称为切削层公称横截面积，用符号“AD”表示，单位为mm2。AD等于切削层公称厚度与切削层公称宽度的乘积，也等于背吃刀量与进给量的乘积。即当切削速度一定时，切削层公称横截面积的大小代表了生产率的大小。二、切削刀具的选用切削刀具是完成切削加工不可或缺的物质条件之一，它直接承担切削工件的重任。要保证工件加工质量，提高切削效率，降低切削加工費用。对于切削刀具来说，切削刀具村料与切削刀具的几何角度是两个最重要的因素。1.切削刀具村料刀具的组成：切削刀具种类很多，无论哪种切削刀具，一般都是由刀柄与刀头两部分组成。刀柄用于夹持切削刀具，在机床上刀头直接担负切削任务，所以，刀头又称为切削部分。