金属工艺学复习

1、金属工艺学复习第一篇 金属材料基础知识l 力学性能（机械性能）：强度与塑性、硬度、韧性、疲劳强度l 同素异晶转变：随着温度的改变，固态金属晶格也随之改变的现象。l 固溶体：铁碳合金都是间隙固溶体铁素体：铁基，低温，含碳量低，特征是强度、硬度低，塑性、韧性好奥氏体：铁基，较高温，含碳较高，强度及硬度不高，塑性优良，锻造常用l 化合物：渗碳体Fe3C : 硬而脆l 机械混合物：珠光体P： F+Fe3C，0.77C，力学性能好，塑性韧性一般；莱氏体L：含碳4.3%，渗碳体含量多，硬脆高温莱氏体奥氏体+渗碳体Ld（A+Fe3C），727C以上低温莱氏体珠光体+渗碳体Ld（P +Fe3C），727C以下

2、。l 热处理：普通热处理：退火、正火、淬火、回火等；表面热处理：表面淬火、化学热处理（渗碳、氮化等）l 1）退火：将工件加热到高于AC3或AC1温度以上，保温一定时间，随后以足够缓慢的速度冷却，使钢得到接近平衡组织的热处理工艺。目的：1调整硬度，便于切削加工。2消除内应力，防止加工中变形。3细化晶粒，为最终热处理作组织准备。完全退火：加热到AC3以上，得到均一奥氏体组织后再缓冷转变为珠光体组织的过程。不完全退火：加热到Ac1以上，得到奥氏体加未溶碳化物或铁素体，再缓冷进行组织转变的过程。球化退火：将钢加热到Ac1以上2030，保温一段时间，然后缓慢冷却，得到在铁素体基体上均匀分布的球状或颗粒状

3、碳化物的组织。目的：使钢中碳化物球化而进行的退火工艺。球化退火主要适用于过共析钢2）正火：将钢加热到AC3或Accm以上，保温一定时间，在静止的空气中冷却，得到细珠光体类型组织的热处理工艺。目的：对于低、中碳钢(0.6C%)，目的与退火的相同调整硬度利于切削、消除内应力、细化晶粒。1要改善切削性能，调整硬度利于切削、 消除内应力、细化晶粒。低碳钢用正火，中碳钢用退火或正火，高碳钢用球化退火。2对于过共析钢，用于消除网状二次渗碳体，为球化退火作组织准备。3）淬火：将钢加热到Ac3或Ac1以上，保温一定时间，以一定的速度冷却，得到马氏体或下贝氏体组织的热处理工艺。淬火目的是为获得马氏体组织，提高钢

4、的性能。完全淬火：加热到Ac1以上，进行淬火的过程。不完全淬火：加热到Ac1以上，得到奥氏体加未溶碳化物或铁素体，再淬火的过程。4）回火：指将淬火钢重新加热到相变点以下的某温度保温后冷却的工艺。回火的目的：1减少或消除淬火内应力, 防止变形或开裂。2获得所需要的力学性能。淬火钢一般硬度高，脆性大，回火可调整硬度、韧性。3稳定尺寸。l 表面淬火：将钢件表面层加热到临界点以上温度并急速冷却。表面淬火目的：1使表面具有高的硬度、耐磨性和疲劳极限；2心部在保持一定的强度、硬度的条件下，具有足够的塑性和韧性。即表硬里韧，适用于承受弯曲、扭转、摩擦和冲击的零件。l 化学热处理：将钢件置于一定介质中加热、保

5、温，使介质中活性原子渗入工作表层，以改变表层的化学成分组织，具有某些特殊的机械和物化性能。与表面淬火相比优点：1化学热处理不仅改变钢的表层组织，还改变其化学成分。2化学热处理也是获得表硬里韧性能的方法之一。3根据渗入的元素不同，化学热处理可分为渗碳、氮化、多元共渗、渗其他元素等。l 调质处理：淬火加高温回火的热处理，改善力学性能。第二篇 铸造l 充型：液态合金填充铸型的过程。影响充型能力的主要因素1) 合金的流动性2) 浇注条件：浇注温度、充型压力3) 铸型填充条件：铸型材料、铸型温度、铸型中气体、铸件结构l 流动性好的合金有利于将杂质气体上浮并排除，还有利于补缩。l 铸件的凝固方式：铸件凝固

6、过程中，断面上一般存在三个区域，即固相区、凝固区和液相区，其中对铸件质量影响较大的主要是液相和固相并存的凝固区的宽窄。1) 逐层凝固：纯金属或共晶成分合金凝固过程中不存在液、固并存现象，液固界限清楚分开，称为逐层凝固2) 糊状凝固：若合金的结晶温度范围很宽，温度分布较平坦(内外温度较小)，整个断面内均为液固并存，先呈糊状而后固化，称为糊状凝固。3) 中间凝固：介于逐层凝固和糊状凝固之间l 收缩的三个阶段：1) 液态收缩：浇注温度-凝固开始温度间的收缩；2) 凝固收缩：凝固开始温度-凝固终止温度间的收缩；分为状态改变和温度下降两部分，是缩松、缩孔的基本原因。3) 固态收缩：固相线温度-室温时的收

7、缩，是铸造应力和变形、裂纹基本原因l 缩孔：中在铸件上部或最后凝固部位容积较大的孔洞，缩孔多呈倒圆锥形。 凝固收缩越大，浇注温度越高，铸件越厚；则缩孔的容积越大。l 缩松：分散在铸件某区域内的细小缩孔； 分为宏观缩松及显微缩松两种； 逐层凝固合金缩孔倾向大；糊状凝固缩松倾向大。l 缩孔、缩松的防止1) 顺序凝固，实现顺序凝固，就可实现“补缩”2) 设置“冒口”3) 铸件某些厚大部位设置“冷铁”4) 冒口与冷铁增加成本，促进变形及裂纹倾向，仅用于必须补缩，如铝青铜、铸钢等；5) 倾向于糊状凝固的合金，整个截面上有树枝状晶架，难以避免显微缩松。6) 选用近共晶成分或结晶温度范围较窄的合金生产铸件较

8、为科学。l 内应力：热应力和机械应力（时效）l 热应力的产生原因：1) 由于铸件壁厚不均匀，各部分的冷却速度不同，以致在同一时期内铸件各部分收缩不一致而引起；2) 厚壁或心部受拉，薄壁或表层受压；3) 铸件的壁厚差别愈大，线收缩率愈大，弹性模量愈大，热应力愈大预防热应力的途径：减小各个部分间的温差，均匀地冷却。但同时凝固不太适合糊状凝固特性合金，因为易产生心部缩松缩孔。l 灰口铸铁：碳主要以石墨形式存在。少量碳溶于铁素体，断口呈灰色。1) 灰铸铁 石墨呈片状2) 可锻铸铁 石墨呈团絮状3) 球墨铸铁 石墨呈球状4) 蠕墨铸铁 石墨呈蠕虫状砂型铸造及结构设计l 浇注位置原则：1) 重要的面应朝下

9、；2) 铸件的大平面应朝下；3) 为防止铸件薄壁部分产生浇不足或冷隔缺陷。应将面积较大的薄壁部分置于下部或使其处于垂直或倾斜位置；4) 对容易产生缩孔的铸件，应使厚的部分放在铸型的上部或侧面以便在铸件厚壁处直接安置冒口，实现定向（顺序）凝固。l 确定分型面：应能方便、顺利地取出模样或铸件，一般选在铸件的最大截面处。1) 分型面的确定应尽量与浇注位置一致，并应尽量满足浇注位置的要求；2) 分型面应避免曲折，数量应少，最好是一个，且为平面；3) 应使型腔全部或大部分置于同一个砂型内，位于下型中；4) 应使型芯数量少，并便于安放和稳定。l 避免铸造缺陷的合理结构1) 铸件壁厚的合理设计：铸件壁厚力求

10、均匀，避免局部过厚形成热节的结构；2) 铸件的各壁之间应均匀过渡，两个非加工表面所形成的内角应设计成圆角；3) 避免铸件产生翘曲变形和大的水平平面结构；l 简化工艺过程的合理结构1) 铸件整体结构应能选出合适的分型面，其数量应少，铸件外形应便于取出模样；2) 合理设计凸台和避免侧壁具有防碍拔模的局部凹陷结构；3) 设计铸件应合理确定结构斜度；4) 铸件结构应有利于型芯的固定、排气和清理；5) 尽量不用或少用型芯。l 结合铸造方法的合理结构1) 熔模铸造成形件的结构：便于从压型中取出蜡模和型芯；孔、槽不宜过小或过深；壁厚均匀、同时凝固、避免分散的热节；2) 金属型成形件的结构：便于取件、抽出金属

11、型芯；孔径不宜过小或过深；壁厚均匀；3) 压力铸造成形件的结构：消除侧凹和深腔，便于抽芯；采用薄壁、壁厚均匀。l 特种铸造：熔模铸造、金属型铸造、压力铸造、离心铸造、消失模铸造第三篇 金属塑性加工l 金属塑性变形的实质：金属内部产生滑移的结果。l 冷作硬化：现象：强度、硬度上升，而塑性、韧性下降。原因：滑移面附近的晶粒碎晶块，晶格扭曲畸变，增大滑移阻力，使滑移难以进行。l 消除冷作硬化：回复与再结晶回复：冷作硬化是一种不稳定的现象，具有自发恢复到稳定状态的倾向。室温下不易实现。当提高温度时，原子获得热能，热运动加剧，加热温度原子回复到正常排列，消除了晶格扭曲，使加工硬化得到部分消除。 再结晶：

12、原子获得更多热能，开始以某些碎晶或杂质为核心构成新晶粒， 再结晶后清除了全部加工硬化。晶格类型不变，只改变晶粒外形。利用：冷加工后使材料强度硬度。如冷拉钢，不能热处理强化的金属材料。消除：再结晶退火l 金属的可锻性：材料经受压力加工时获得优质制品难易程度的工艺性能。l 提高可锻性：1) 温度原子的运动能力容易滑移塑性,变形抗力，可锻性改善；2) 变形速度：u塑性.变形抗力（主）热能塑性，变形抗力（高速锤）；3) 三向应力中，压力应力数目愈多，则塑性越好。l 锻造：自由锻和模锻l 自由锻工序：1) 基本工序 镦粗：适于饼块类，盘套类拔长：适于轴类、杆类。拔长、镦粗经常交替反复使用。冲孔：（通孔、

13、盲孔）常用方法：镦粗冲孔、镦粗冲孔扩孔弯曲：工件轴线产生一定曲率。 扭转：某一部分相对于另一部分转一定角度。 错移：坯料的一部分相对于另一部分平移错开的工序，例如曲轴。 切割：分割坯料，或去除锻件余量的工序。2) 辅助工序：在基本工序之前的预变形工序如压肩、压钳口等。3) 精整工序：完成基本工序之后，用以提高锻件尺寸和形状精度的工序。 l 锻造工艺规程的制订：1) 敷料：为简化零件的形状和结构，便于锻造而增加的一部分金属为敷料。（也叫余块）余量：零件表面为切削加工而增加的尺寸称余量。锻件公差：是锻件名义尺寸的允许变动量。2) 分模面原则：应保证模锻件能从模腔中取出来；使上、下两模沿分模面的模腔

14、轮廓一致；应选在能使模腔深度最浅的位置上；使敷料最少。最好是一个平面。3) 模锻斜度：平行于锤击方向（垂直于分模面）的表面必须有斜度，以便取出锻件。模锻斜度与模镗深度和宽度有关。内侧斜度比外侧稍大些。4) 模锻圆角半径：所有交角均做成圆角，可以易于充满模膛，避免尖角处产生裂纹，减缓锻件外尖角处的磨损。5) 冲孔连皮：孔径大于25mm,该孔应锻出；孔径为2580时,冲孔连皮厚度取48mm。孔径小于25mm或孔深大于冲头直径3倍时,只压出凹穴。l 锻件结构的工艺性：书上例子l 冲压：基本工序： 1、分离工序2、变形工序 ； 常用设备 ： 剪床和冲床l 分离工序：1) 落料及冲孔（统称冲裁）：a)

15、落料落下部分为成品；冲孔落下部分为废品。b) 凹凸模间隙，凹凸模刃口尺寸的确定：c) 落料：以凹模为基准，根据间隙的大小确定凸模尺寸。（凹模尺寸等于零件的尺寸）冲孔：以凸模为基准，由间隙确定凹模的尺寸，即凸模尺寸等于零件尺寸。d) 考虑磨损：落料：凹模尺寸靠近零件公差范围内的最小尺寸冲孔：凸模尺寸靠近零件公差范围内的最大尺寸e) 冲裁件的排样 排样应使废料最少。无搭边和有搭边两种类型。2) 修整：沿外缘或内孔刮削一层金属。机理与切削相似，与冲裁不同3) 切断：是指用剪刃或冲模将板料沿不封闭的轮廓进行分离的工序。l 变形工序：1) 拉深：模具使平板坯料变形成开口空心零件多次拉伸：拉深系数过小，应

16、多次拉深，每一两次中间安排退火，以消除加工硬化2) 弯曲：板料弯成具有一定角度和曲率的工序，尽量使弯曲线垂直于纤维，以免破裂。3) 翻边：在带孔的平面料上用扩孔的办法获得凸缘的工序4) 成型：利用局部变形使坯料或半成品改变形状的工序第四篇 焊接l 焊接接头组织与性能1. 焊缝：焊缝的结晶是从熔池底壁开始向中心成长a) 焊缝两侧工件方向冷却较快，故形成的柱状的铸态组织，由铁素体和少量的珠光体组成b) 熔池中部最后结晶，低熔点的硫磷杂质和氧化铁等易偏析物集中在焊缝中心，将影响焊缝的力学性能。c) 由于电弧吹力和保护气体吹动，熔池底壁柱状晶体成长受到干扰，柱状晶体呈倾斜状，晶粒有所细化。d) 由于焊

17、接材料的渗合金作用，焊缝金属性能可能不低于母材金属的性能。2. 熔合区：处于液相线、固相线之间，所以也称半熔化区a) 因温度过高而成为过热粗晶，强度、塑性和韧性都下降。b) 此处接头断面变化，易引起应力集中。c) 此区很大程度上决定着焊接接头的性能。 3. 过热区：被加热到Ac3以上100200C至固相线温度区间a) 奥氏体晶粒急剧长大，形成过热组织，故塑性、韧性降低，b) 对易淬火钢，此区脆性更大4. 正火区：被加热到Ac1到Ac3以上100200C区间。在此区温度范围内，加热时发生重结晶，转变为细小的奥氏体晶粒，冷却后为均匀而细小的铁素体和珠光体，其力学性能优于母材。5. 部分相变区：相当

18、于加热到Ac1Ac3温度区间。珠光体和部分铁素体发生重结晶，转变成细小奥氏体晶粒。部分铁素体不发生相变，但晶粒有长大趋势。冷却后晶粒大小不均，因而其力学性能比正火区稍差。l 焊接应力的原因：焊缝被加热处于液态，相邻的金属加热到很高的温度，然后再快速冷却下来，各点处温度不同，冷却速度也不相同，在热胀冷缩和塑性变形的影响下，必将产生内应力、变形或裂纹。l 焊接应力的防止和消除：1) 选择塑性好的材料。2) 避免焊缝密集交叉，焊缝过长，截面过大。3) 合理的焊接次序。图4-6 a 为正确。4) 焊前预热，可减小温差，减少焊接应力较为有效。5) 采用小能量焊接方法，或焊后立即捶击。6) 需较彻底地消除

19、焊接应力时，焊后去应力退火。7) 采用水压试验或振动法消除焊接应力。l 焊条选用原则：化学成分、力学性能、抗裂性、耐腐蚀性、以及耐高温性能等1) 低碳钢、普通低合金钢构件要求，焊缝与母材等强度。 注意：钢材按屈服强度定等级，结构钢焊条的等级是指焊缝金属抗拉强度最低保证值。2) 同一强度等级酸碱性焊条的选用3) 碱性焊条：要求塑性好、冲击韧性高、抗裂性好、低温性好。酸性焊条：受力不复杂，母材质量较好，尽量选用较便宜的酸性焊条。4) 低碳钢与低合金钢焊接，按接头中强度较低者选焊条。5) 铸钢易裂一般应选碱性，且采用适当工艺，如预热。6) 特殊性能要求钢，选相应焊条，以保证焊缝主要化学成分、性能与母

20、材相同。l 焊接性的概念1) 金属材料的焊接性是指被焊金属在采用一定的焊接方法，焊接材料、工艺参数及结构形式条件下获得优质焊接接头的难易程度。 2) 焊接性不是一成不变的，同一种金属材料，采用不同的焊接方法，焊接材料及焊接工艺，焊接性可有很大差别。3) 焊接性包括两个方面：一是工艺焊接性，即焊接接头产生工艺缺陷的倾向（出现裂纹的可能性）；二是使用焊接性，即焊接接头在使用中的可靠性（力学性能和其它特殊性能）。l 碳钢焊接：含碳量越高暂硬性越明显l 铸铁：补焊l 焊接接头的工艺设计：书上例子第五篇 切削加工l 切削运动：主运动和进给运动.1) 主运动：使刀具和工件产生相对运动，实现切削的运动。其特

21、点：主运动的速度最高， 消耗功率最大。任何加工主运动只有一个。2) 进给运动：保证切削连续进行的运动，获得需要的几何特征，进给运动有一个或几个。l 切削用量：切削速度、进给量、背吃刀量切削速度：切削刃上选定点相对于工件主运动的瞬时速度。单位m/s或m/min。车削进给量:以工件每转一圈刀具相对工件运动的位移量称为进给量。单位：mm/r背吃刀量ap：切削深度l 刀具材料应具备的性能1) 足够的硬度和耐磨性2) 足够的强度和韧度3) 较高的耐热性和传热性：热硬性或红硬性4) 较好的工艺性和经济性l 常用的刀具材料：工具钢（碳素工具钢、合金工具钢）、高速钢、硬质合金、陶瓷和超 硬材料（金刚石和立方氮

22、化硼）l 金钢石：1) 特点：高硬度，耐磨性好。金刚石抗黏结能力强，不产生积屑瘤，适于精密加工。2) 缺点：耐热性差；强度低，脆性大，与铁亲合力强，不适于黑色金属加工。3) 用途：主要用于磨具和磨料，多在高速下对有色金属及非金属材料进行精细切削。 l 刀具角度 课件1) 车刀切削部分的组成：三个切削刀面、两条切削刃、一个刀尖。2) 车刀切削部分的主要角度a主偏角；b副偏角；c前角；d后角（和副后角）；e刃倾角l 积屑瘤：1) 积屑瘤的形成：切削钢、球墨铸铁、铝合金等塑性金属时，在切削速度不同，而又能形成带状切削的情况下，常有一些金属冷焊（粘结）沉淀在靠近切削刃口的前刀面上，形成硬度很高的楔块，

23、它能代替前刀面和切削刃进行切削。2) 积屑瘤对切削加工的影响：因加工硬化作用使积屑瘤硬度大于材料，所以积屑瘤能代替切削刃切削，保护了刀刃；增大了前角，使切削轻快，积屑瘤对精加工有利，但其会降低精加工时工件表面粗糙度，精加工时不希望产生积屑瘤。3) 积屑瘤的控制a) 塑性越大越易产生积屑瘤，将材料进行预处理（热处理），提高硬度和强度，降低塑性。b) 根据不同的加工方法选择合适的切削速度。c) 选择合适的切削液，减少摩擦，降低切削温度。d) 增大前角以减小切削变形，用油石仔细研磨前刀面以减小摩擦。 第二章金属切削机床的基本知识1) XKA714F：XKA表示数控铣床，71表示床身式铣床，第一主参数

24、4是工作台宽度400折算值，F表示经过六次重大改进。2) CM6132：车床上最大工件回转直径为320mm的精密卧式车床。3) Z3040：最大钻孔直径为40mm的摇臂钻床；4) MM7132A：工作台面宽320mm ,经第一次重大改进的精密卧轴矩台平面磨床。第三章 常用加工方法综述l 车削的工艺特点1) 能保证加工面的同轴度要求2) 切削过程比较平稳3) 适用于有色金属零件的加工l 钻削的工艺特点1) 引偏：指加工时由于钻头弯曲而引起的孔径扩大、孔不圆或孔的轴线歪斜等。2) 引偏原因：麻花钻细长，刚度较低；螺旋槽使钻心更细；再加上横刃前角小（负值），长度大，钻削时轴向抗力大，定心困难，钻头容

25、易摆动。3) 减少引偏的工艺措施：预钻锥形定心坑；用钻套为钻头导向；钻头的主切削刃刃磨对称l 单刃镗刀镗孔特点：适应性广；可较正原有孔的轴线歪斜或位置偏差；生产效率较低。多刃镗刀镗孔特点：加工质量高，不能校正原有孔的轴线歪斜及位置偏差；生产率较高；刀具成本较高；适合批量生产精加工箱体类零件直径较大的孔。l 铣削的工艺特点1) 生产率较高：2) 容易产生振动：3) 刀齿散热条件较好：高速切削时用油性（如：柴油、机械油）切削液润滑和冷却l 铣削方式：加工平面时可分为周铣法和端铣法1) 周铣法：用圆柱铣刀的圆周刀齿加工平面a) 逆铣：一般用于粗加工。切削部位刀齿的旋转方向和工件进给方向相反时为逆铣。

26、逆铣法切削层厚度从零到最大，后刀面在刀齿切入工件时在工件表面上挤压滑行，使刀具磨损、降低工件表面质量；逆铣加工时有上抬工件的趋势，造成振动。b) 顺铣：一般用于精加工。顺铣法避免上述缺点。但丝杠间隙的存在限制了顺铣的应用，生产中逆铣应用较多。2) 周铣法与端铣法的比较：a) 平面的铣削中，多采用端铣法。端铣法铣削时参与的刀齿数比周铣法要多，所以切削力分摊更均匀，更平稳。周铣的逆铣切入和顺铣切出时，切削厚度为零，导致后刀面与工件摩擦，端铣则不存在这种状况，提高了刀具的耐用度。b) 端铣的适应性比周铣差。端铣一般只能用于铣平面，而周铣可采用多种形式的铣刀加工平面、沟槽、成形面等。l 磨削过程：它是滑擦、刻划(耕犁)、切削三种作用的综合。l 磨削的工艺特点1) 精度高、加工表面粗糙度小2) 砂轮有自锐性3) 背向磨削力Fp较大4) 磨削温度