金工实习指导书(热加工)答案

c第一章

金属材料及钢的热处理一、常用金属材料（一）目的和要求1、了解金属材料的分类方法和名称。2、熟悉常用金属材料的成分、牌号、性能和用途。3、了解影响金属材料使用性能的基本因素。（二）讲课1、金属材料的分类（主要介绍用途分类），主要介绍钢铁材料的分类。2、介绍Q235（A3）、45、ZG40Cr、T10A、20CrMnTi、GCr15、W18Cr4V的主要成分、钢种、性能和用途举例。3、介绍热处理车间的安全技术。（三）实习报告1、什么是钢？什么是铁？钢按用途怎样分类？钢铁是以铁为基体的铁碳合金，当碳的质量分数大于2.11%时称为铁，当铁的质量分数小于2.11%时称为钢。钢按用途可分为：结构钢（建筑用钢）、工具钢（例如钳工用的钢锯条）、特殊用途钢（例如轴承）。

2、简述机械零件的形成过程。其一般过程为：矿石炼铁钢｛碳钢、合金钢｝轧钢下料锻压成形（毛坯）热处理（退火、正火）机加工铸造热处理（淬火、回火）成品零件3、列表综合Q235、45、ZG40Cr、T10A、20CrMnTi、GCr15、W18Cr4V等钢材的类别、牌号成分、性能、用途。材料代号类别牌号或成分性能用途Q235普通碳素结构钢C含量：0.235%韧性、塑性优良建筑或对韧性要求较高的零件45#优质碳素结构钢C含量：0.45%各项性能中等制造各类常用零件ZG40Cr铸钢C含量：0.40%含铬合金

T10A优质碳素工具钢C含量：10‰硬度很高适合做工具、刀具、模具20CrMnTi结构钢C含量：0.20%含铬锰钛合金

GCr15轴承钢

轴承类W18Cr4V高速钢

车刀

4、什么叫有色金属？举实例说明铝和铜在机器制造中的用途。狭义上，有色金属是非铁金属，是铁、锰、铬以外金属的总称；广义上的有色金属还包括有色合金，它是以有色金属为基体（通常大于50%），加入一种或几种其他元素而构成的合金。实例：铝—电缆、电器零件、装饰品及日常生活用品；铜—电线、导电螺钉、储藏器、各种管道。

5、影响金属材料的使用性能有哪些？性能名称性能内容

使用性能物理性能包括密度、熔点、导电性、导热性、磁性等。化学性能金属材料抵抗各种介质的侵蚀能力，如抗腐蚀性能等。力学性能强度在外力作用下材料抵抗变形和破坏的能力，分为抗拉强度σb、抗压强度σbb、抗剪强度σr，单位均为MPa。硬度衡量材料软硬程度的指标，较常用的硬度测定方法有布氏硬度（HBS、HBW）、洛氏硬度（HR）和维氏硬度（HV）。塑性在外力作用下材料产生永久变形而不发生破坏的能力。常用指标是伸长率δ（%）和断面收缩率ψ（%），δ和ψ愈大，材料塑性愈好。冲击韧性材料抵抗冲击力的能力。常把各种材料受到冲击破坏时消耗能量的数值作为冲击韧性的指标，用αk（J/cm）表示。冲击韧度值主要取决于塑性、硬度，尤其是温度对冲击韧度值的影响具有更重要的意义。疲劳强度材料在多次交变载荷作用下，不致引起断裂的最大应力。工艺性能包括热处理工艺性能、铸造性能、锻造性能、焊接性能、切削加工性能。

二、热处理理论基础及工艺概述（一）目的和要求1、了解退火、正火、淬火、回火、氮化、渗碳处理目的和工艺过程。2、了解热处理与材料性能的关系。3、了解实现改变材料性能的基本途径和基本原理。（二）讲课1、简述钢热处理的原理。2、介绍退火、正火、淬火、回火工艺及其作用。3、介绍表面热处理。（三）实习报告1、什么叫做热处理？其作用是什么？热处理是将材料放在一定的介质内加热、保温、冷却，通过改变材料表面或内部的组织结构,来控制其性能的一种综合工艺过程。金属热处理是机械制造中的重要工艺之一，与其他加工工艺相比，热处理一般不改变工件的形状和整体的化学成分，而是通过改变工件内部的显微组织，或改变工件表面的化学成分，赋予或改善工件的使用性能。其特点是改善工件的内在质量，从而获得最终的实用性能，而这一般不是肉眼所能看到的。2、什么是退火、正火、淬火、回火方法?各有什么作用？退火是将工件加热到适当温度，根据材料和工件尺寸采用不同的保温时间，然后进行缓慢冷却，目的是使金属内部组织达到或接近平衡状态，获得良好的工艺性能和使用性能，或者为进一步淬火作组织准备。正火是将工件加热到适宜的温度后在空气中冷却，正火的效果同退火相似，只是得到的组织更细，常用于改善材料的切削性能，也有时用于对一些要求不高的零件作为最终热处理。淬火是将工件加热保温后，在水、油或其它无机盐、有机水溶液等淬冷介质中快速冷却。淬火后钢件变硬，但同时变脆。为了降低钢件的脆性，将淬火后的钢件在高于室温而低于650℃的某一适当温度进行长时间的保温，再进行冷却，这种工艺称为回火。3、画出退火、正火、淬火、回火的热处理工艺曲线。4、什么是渗碳处理？其作用和实现的原理是什么？表面渗碳处理：将含碳(0.1~0.25%)的钢放到碳势高的环境介质中,通过让活性高的碳原子扩散到钢的内部,形成一定厚度的碳含量较高的渗碳层,再经过淬火、回火,使工件的表面层得到碳含量高的合金,而心部因碳含量保持原始浓度而得到碳含量低的合金,合金的硬度主要与其碳含量有关,故经渗碳处理和后续热处理可使工件获得外硬内韧的性能。渗碳处理的作用是：提高表面层的耐磨性(碳含量高的合金),同时保持心部有高的耐冲击能力，即强韧性以及良好的塑性，使零件既能承受磨损和拥有较高的表面接触应力，同时又能承受弯曲应力及冲击载荷。渗碳处理用于在摩擦冲击条件下工作的零件，如汽车齿轮、活塞销等。5、什么是氮化处理？说明其作用和原理。氮化处理：在一定温度下，将工件置于渗氮介质中加热、保温，使活性氮原子渗入工件表层的化学热处理工艺。零件渗氮后表面形成氮化层，氮化后不需淬火，钢件表层硬度可达950~1200HV，这种高硬度和高耐磨性可保持到560~600。C而不降低，故氮化钢件具有很好的热稳定性，同时具有较高的抗疲劳性和耐腐蚀性且变形很小。由于上述特点，渗氮在机械工业中得到了广泛应用，特别适宜于许多精密零件的最终热处理，例如磨床主轴，精密机床丝杆，内燃机曲轴以及各种精密齿轮和量具等。6、何谓预备热处理？何为最终热处理？举例说明。预备热处理包括退火、正火、调质等，退火、正火的工序位置，通常安排在毛坯生产之后、切削加工之前，以消除毛坯的内应力、均匀组织、改善切削加工性能，并为以后的热处理做组织准备。调质工序一般安排在粗加工之后、精加工或半精加工之前，目的是为了获得更好的综合力学性能，为以后的热处理做组织准备。调质一般不安排在粗加工之前，以免表面调质层在粗加工时大部分被切削掉，从而失去调质处理的作用。最终热处理包括淬火、回火及表面热处理等。零件经过此热处理后，获得所需的使用性能，因其硬度较高，除磨削外不宜进行其他形式的切削加工，故其工序位置一般均安排在半精加工之后。

三、热处理设备（一）目的和要求1、通过现场参观和操作，了解热处理常用设备。2、退火、正火、淬火、回火的工艺操作过程及注意事项。3、了解热处理在制造业中的地位和作用。（二）参观和演示1、参观箱式电阻电炉、盐浴炉、井式气体渗碳电阻炉等设备。2、参观演示高频淬火过程。3、参观发黑处理过程。（三）实习报告1、试说明RX3—45—9、NLQ—75—9、DM—100—13、RJ2—55—6、GGC50—2设备的含义、工作原理、作用（或所能完成的工作等）。并把这些设备的功率、电压、相数、额定温度（或工作温度）、工作空间及重量等综合列于一表内。设备型号名称功率电压额定温度RX3—45—9箱式加热电阻炉45kw

950℃NLQ—75—9井式气体渗碳电阻炉75kw

950℃DM—100—13

1300℃RJ2—55—6井式回火炉55kw

650℃GGC50—2真空管式高频感应加热炉50kw380V

2、井式回火炉、井式氮化炉的工作过程或工作原理是什么？

3、可倾式回转炉的作用是什么？其工作过程或工作原理是什么？不

4、高频淬火的作用是什么？简述其操作过程。高频淬火是指利用高频电流（30k～100kHz）使工件表面局部加热、冷却，获得表面硬化层的热处理方法，这种方法只是对工件一定深度的表面强化，而心部基本上保持处理前的组织和性能，因而可获得高强度、高耐磨性和高韧性的综合性能。又因为是局部加热，所以能显著减少淬火变形，减低能耗。正是因为高频淬火拥有上述这些特点，因而在机械加工行业被广泛应用。

5、何谓发黑处理？其工艺过程如何？各道工序又有什么作用？发黑处理是金属表面氧化处理中最常用的一种方法。其中碱性发黑处理是将工件放在一定的温度的强碱性溶液中进行的氧化处理，它使工件表面形成一层氧化膜（Fe3O4）,这层氧化膜组织较为紧密，能牢固地与金属表面结合，依据处理条件的不同，该氧化膜可呈现亮蓝色直到亮黑色，主要应用于碳素钢和低合金钢。工艺原理：当工件在浓度很高的碱性和氧化剂的溶液中加热时，表面开始先受到碱的微腐蚀作用，首先析出铁离子，与碱的氧化剂继续作用，生成亚铁酸钠（Na2FeO2）和铁酸钠（NaFe2O4），然后再由亚铁酸钠和铁酸钠进一步作用，生成成分为四氧化三铁的致密氧化膜。作用：它不仅对金属表面起防锈作用，还能增加金属表面的美观，对于淬火工件而言，还能起到消除应力的作用。四、热处理实验和操作（一）目的和要求1、了解各处理工艺过程及其作用的异同。2、

了解热处理后材料性能的变化。3、掌握洛氏硬度、显微硬度实验的操作。（二）实验与操作1、演示和讲解HRC、HBS和HV硬度试验。

2、演示ZG40Cr等材料的热处理的整个过程。3、选择一材料（45或ZG45Cr等）进行退火、正火、调质处理。4、自行测试一材料的经以上处理后的硬度值和经氮化式渗碳后的显微硬度。（三）实习报告1、简述ZG40Cr（采用当时生产中所处理的材料）热处理的整个工艺过程，并说明各工序的作用。

2、何谓调质处理？处理后材料性能有何特点？生产中那些零件要采用这种处理工艺。调质处理是淬火后高温回火的热处理方法称为调质处理。高温回火是指在500-650℃之间进行回火。调质可以使钢的性能，材质得到很大程度的调整，其强度、塑性和韧性都较好，具有良好的综合机械性能。调质处理后得到回火索氏体，它的机械性能均比相同硬度的正火索氏体组织为优，它的硬度取决于高温回火温度并与钢的稳定性和工件截面尺寸有关，一般在HB200～300之间。调质常常应用在中碳(低合金)结构钢，也用在低合金铸钢中，对力学要求高的结构零部件都要进行调质处理。调质处理广泛应用于各种重要的结构零件，特别是那些在交变负荷下工作的连杆、螺栓、齿轮及轴类等。

3、简述HRC、HBS、HV的基本原理和操作过程。A、布氏硬度（HB）用一定直径的钢球或硬质合金球，以规定的试验力（F）压入式样表面，经规定保持时间后卸除试验力，测量试样表面的压痕直径（L）。布氏硬度值是以试验力除以压痕球形表面积所得的商。以HBS（钢球）表示，单位为N/mm2(MPa)。其计算公式为：布氏硬度＝F/A（压痕球形表面积）式中：F—压入金属试样表面的试验力。测定布氏硬度较准确可靠，但一般HBS只适用于450N/mm2（MPa）以下的金属材料，对于较硬的钢或较薄的板材不适用。在钢管标准中，布氏硬度用途最广，往往以压痕直径d来表示该材料的硬度，既直观，又方便。举例：120HBS10/1000130：表示用直径10mm钢球在1000Kgf（9.807KN）试验力作用下，保持30s（秒）测得的布氏硬度值为120N/mm2（MPa）。B、洛氏硬度（HR）洛氏硬度试验同布氏硬度试验一样，都是压痕试验方法。不同的是，它是测量压痕的深度。即，在初始试验力（Fo）及总试验力（F）的先后作用下，将压头（金钢厂圆锥体或钢球）压入试样表面，经规定保持时间后，卸除主试验力，用测量的残余压痕深度增量（e）计算硬度值。其值是个无名数，以符号HR表示，所用标尺有A、B、C、D、E、F、G、H、K等9个标尺。其中常用于钢材硬度试验的标尺一般为A、B、C，即HRA、HRB、HRC。硬度值用下式计算：

HR=（K-H）/CK为常数，金刚石压头时K=0.2MM，淬火钢球压头时K=0.26MM；H为主载菏解除后试件的压痕深度；C也为常数，一般情况下C=0.002MM。当用A和C标尺试验时，HR=100-e当用B标尺试验时，HR=130-e式中e—残余压痕深度增量，其什系以规定单位0.002mm表示，即当压头轴向位移一个单位（0.002mm）时，即相当于洛氏硬度变化一个数。e值愈大，金属的硬度愈低，反之则硬度愈高。上述三个标尺适用范围如下：HRA（金刚石圆锥压头）20-88HRC（金刚石圆锥压头）20-70HRB（直径1.588mm钢球压头）20-100洛氏硬度试验是目前应用很广的方法，其中HRC在钢管标准中使用仅次于布氏硬度HB。洛氏硬度可适用于测定由极软到极硬的金属材料，它弥补了布氏法的不是，较布氏法简便，可直接从硬度机的表盘读出硬度值。但是，由于其压痕小，故硬度值不如布氏法准确。（3）维氏硬度，由英国科学家维克斯首先提出。以49.03~980.7N的负荷,将相对面夹角为136°的方锥形金刚石压入器压材料表面,保持规定时间后，用测量压痕对角线长度，再按公式来计算硬度的大小。它适用于较大工件和较深表面层的硬度测定。维氏硬度尚有小负荷维氏硬度，试验负荷1.961~<49.03N，它适用于较薄工件、工具表面或镀层的硬度测定；显微维氏硬度，试验负荷<1.961N，适用于金属箔、极薄表面层的硬度测定。维氏硬度计测量范围宽广，可以测量目前工业上所用到的几乎全部金属材料，从很软的材料（几个维氏硬度单位）到很硬的材料（3000个维氏硬度单位）都可测量。计算公式为：P为载荷，如10kg。

d为压痕对角线长度(mm)。

4、热处理中易产生哪些缺陷？有什么危害？如何防止？(1)、热处理工艺选择不当对工件的质量产生较大的影响，如淬火工艺的选择不当，容易使淬火工件力学性能不足或产生过热，晶粒粗大和变形开裂等缺陷，严重的会造成零件报废。（2）、加热不当，会造成过热、过烧，表面氧化和脱碳等问题。过热使工件的塑性、韧性显著降低，冷却时产生裂纹，过热可通过正火予以消除。过烧是加热温度接近开始熔化温度，过热后的钢强度低、脆性大只能报废。生产上应严格控制加热温度和保温时间，钢在高温加热过程中，由于炉内的氧化性气氛造成钢的氧化（铁的氧化）和脱碳。氧化使金属消耗，工件表面硬度不均，脱碳使工件淬火后硬度、耐磨性、疲劳强度严重下降。为防止氧化和脱碳，常采用保护气氛加热或盐浴加热等措施。（3）、在冷却中有时会产生变形和开裂现象，变形和开裂主要是由于加热或冷却速度过快，加热或冷却不均匀等产生的应力造成的。生产中常采用正确的热处理工艺，淬火后及时回火等措施来防止。（4）、加热温度或保温的时间不足、冷却速度太慢、工件表面脱碳造成淬火剂温度过高或冷却速度不均匀，会带来表面硬度不均等缺陷，这些都是制定热处理工艺所必须考虑的基本问题。

5、记录G45#经退火、正火、淬火，高温回火后的洛氏硬度值，经氮化或渗碳后的显微硬度值。对其结果做必要的分析（同学自备报告纸一张）。

第三章

锻压一、锻压概况（一）、目的和要求1、了解锻造实习的意义、内容、安排、要求和安全技术。2、了解锻造生产的种类、生产工艺过程、特点和应用，熟悉锻造场地。3、了解加热的目的和方法、加热设备、操作方法、碳钢的锻造温度范围，以及锻件的冷却方法。4、熟悉有关锻打操作要领，了解锻造工具。（二）实习操作1、加热炉操作。2、锻造工具的识别。3、锻打产品示范。（三）实习报告1、锻造生产方式或种类有哪些？各适合生产什么锻件？答:自由锻：适合单件或小批量零件，或大型锻件。模锻：适合大批量小型零件。胎模锻：适合中批量锻件。

2、锻造生产的锻件有何显著特点？答：具有优良的综合力学性能。

3、锻件加热有哪几种？简述其加热原理和特点。答：（1）、火焰加热：利用燃料在炉内产生的高温液体通过对流辐射把热能传给坯料表面，并由表面向中心使坯料加热。（2）、电阻炉加热：利用电流通入电炉内的电热体所产生的热量，以辐射及对流的方式来加热金属。（3）、感应加热：在将感应器通入交变电流产生交变磁场的作用下，金属材料内部将产生交变涡流，由于涡流发热和磁场发热直接将金属加热。

4、材料45、Q235（A3）、T10A各属于何种材料？并说明其性能、应用场合、锻造加热温度、加热火色。答;（1）、45#属于优质碳素钢（结构钢），各项性能中等，适合制造零件，800～1200℃，红→淡黄。（2）、Q235是普通碳素结构钢，韧性、塑性优良，适用于建筑行业或对韧性要求较高的零件，800～1280℃,红→黄白。（3）、T10A优质碳素工具钢，硬度高，适用于做工具，770～1150℃，红→深黄→淡黄。

5、手工锻打时应掌握那些要领？应注意哪些安全？答：1、锤工：做到“稳、准、狠”；2、钳工：对工件要夹牢、放平；3、加热在允许的范围内可以高一点。

6、记录你所用工具的名称，并分析其作用。各类钳子：夹持工件大锤：产生所需压力小锤：指挥和产生压力剁刀：切割用冲子：冲孔用平锤：修整作用

7、简述演示产品的锻打过程，并图示其工艺（工序）。比如鸭嘴锤：1、先用大锤沿一定顺序锻其一面

2、90°翻转锻其一面

3、用平锤修整

思考：金属加热时有哪些常见缺陷？怎样防止？1、氧化：加速加热；减少与氧气之类酸性气体的接触。2、脱碳：高温区域时间短一些。3、过热、过烧：严格控制温度以及保温时间。4、裂纹：加热均匀，减少应力集中的产生。

二、鸭嘴榔头方坯手工锻（三）实习报告1、简述手锻炉操作过程。答:1、打开加热电炉，预热十分钟。2、用工件夹将工件夹起，放入炉中。3、使工件加热，直至工件变为亮黄色。

2制订鸭嘴榔头方坯锻造工序，画出工序简图，并说明你在制订工序时考虑了哪些因素。答：工序：拔长→修整（辅助工序）。考虑因素：在拔长时一定要控制好送进量和宽厚比，防止夹层的产生，也防止“锻不透”的现象。

3、坯料为什么要进行拔长？答|：1、使长度增加或截面减小。2、提高材料的力学性能。

4、拔长时为何要控制送进量和宽厚比？答：1、防止夹层的产生，防止锻不透。2、加快拔长速度，提高效率。

5、如果锻件是带台阶的轴类锻件，应该如何处理？答：压肩→拔长时应在“方截面”下进行→“滚圆”（可用摔模）

6、锻件常用的冷却方法有哪些？冷却不当产生什么后果？答：方法：空冷、堆冷、坑冷、随炉冷。冷却不当的后果：开裂、易变形。

思考：鸭嘴榔头方坯为什么要进行锻造？采用其他加工方法是否可行？答：提高力学性能；其他方法不可行。

三、空气锤自由锻造示范1、根据图示标出空气锤各部分名称，并说明其操作要领。2、何为机锻十不打，其中哪三条最为重要？答：三条最重要：1、夹不牢不打

2、放不平不打

3、温度太高或太低不打

3、列出镦粗是产生的不正确打法，并简述对产生的缺陷进行校正的方法。答：镦粗易产生弯曲、镦歪、双鼓或折叠、内部裂纹等缺陷。应注意：1、坯料的原始高度H与D（边长）之比（高径比）应在2.5～3的范围之内，过大会产生弯曲，过小会产生双折或折叠。2、坯料两端面应平整并与轴线垂直，以防镦歪。3、坯料表面要光洁，不得有裂纹或凹坑，以免产生裂纹或夹层。4、要有足够的打击力而不至于产生双鼓或折叠。

4、说明机锻羊角榔头各分解工序所产生的工具和主要操作要领。答：1、拔长、镦粗：用方块钳，严格控制好拔长和镦粗比，90°翻转；2、冲孔（冲子）：冲子要垂直于工件；3、压肩（压块）。

5、何为胎模锻造？胎模锻造与自由锻造比较有何特点？答：胎模锻：用简单的模具在自由锻造设备上来生产锻件的工艺；

比自由锻造有更高的效率，和较为精确的形状尺寸，更为灵活。

6、分析胎模锻造示范件工艺过程。答：比如法兰盘：下料，加热→用自由锻镦粗→套模中成形→冲除连皮。

7、就羊角榔头件，自行设计工艺卡，填写工艺卡片。

四、空气锤锻造鸭嘴榔头方坯1、空气锤的吨位是怎样确定的？锤的落下部分指的是什么？答：1、由落下部分质量确定的。2、落下部分指：工作活塞、锤杆、锤头（上砥铁）

2、空气锤的锤头是怎样实现上悬、下压、连续打击等运动的？答：通过上下旋阀之间的互相配合来实现的。

3、为什么拔长锻件总是在方截面下进行的？在拔长过程中为何要不断90°翻转锻件？拔长件端部产生中心凹陷的原因是什么？答：1、方截面下，金属向四周流动均匀，有利于金属向前流动；2、90°翻转能有效控制宽厚比，提高效率（加快金属的流动）；3、材料内外金属承受的力大小不一样，即锻造的力不够，中心部分受力小于外围，外围金属往前流速超过内部金属流速。

4、何种锻件或锻造过程要进行拔长？答：1、长度需增加或截面需减小的；2、力学性能需要提高的。

5、有的锻件为什么要进行反复的拔长和镦粗？拔长和镦粗有何异同？答：1、反复拔长和镦粗能改善内部组织，提高材料的力学性能2、拔长→长度增加，截面减小；镦粗→长度缩短，截面增大。3、同：都能改善内部组织，提高力学和实际使用性能。

6、比较机锻和手工锻造鸭嘴榔头方坯工艺