金属基本工艺学重点知识点.doc

金
属
工
艺
学

第
五
版

上
册

纲要

强度：金属材料在里作用下，抵抗塑性变形和断裂能力。指标：屈服点（σs）、抗拉强度（σb）。
塑性：金属材料在力作用下产生不可逆永久变形能力。指标：伸长率（δ）、断面收缩率（ψ）
硬度：金属材料表面抵抗局部变形，特别是塑性变形压痕、划痕能力。
1布氏硬度：HBS（淬火钢球）。HBW（硬质合金球）
指标： 2洛氏硬度：HR（金刚石圆锥体、淬火钢球或硬质和金球）
3韦氏硬度
习题：
1什么是应力，什么是应变？
答：试样单位面积上拉称为应力，试样单位长度上伸长量称为应变。
5、下列符号所示力学性能指标名称和含义是什么？
答：σb：抗拉强度，材料抵抗断裂最大应力。
σs：屈服强度，塑性材料抵抗塑性变形最大应力。
σ0.2：条件屈服强度，脆性材料抵抗塑性变形最大应力
σ-1：疲劳强度，材料抵抗疲劳断裂最大应力。
δ：延伸率，衡量材料塑性指标。
αk：冲击韧性，材料单位面积上吸取冲击功。
HRC：洛氏硬度，HBS：压头为淬火钢球布氏硬度。HBW：压头为硬质合金球布氏硬度。

过冷度：理论结晶温度与实际结晶温度之差。冷却速度越快，实际结晶温度越低，过冷度越大。
纯金属结晶涉及晶核形成和晶核长大。
同一成分金属，晶粒越细气强度、硬度越高，并且塑性和韧性也越好。
因素：晶粒越细，晶界越多，而晶界是一种原子排列向另一种原子排列过度，晶界上排列是犬牙交错，变形是靠位错变移或位移来实现，晶界越多，要跃过障碍越多。
1提高冷却速度，以增长晶核数目。
2在金属浇注之前，向金属液中加入变质剂进行变质解决，以增长外来晶核，还可以采用热解决或塑性加工办法，使固态金属晶粒细化。
3采用机械、超声波振动，电磁搅拌等

合金：两种或两种以上金属元素，或金属与非金属元素溶合在一起，构成具备金属特性新物质。构成元素成为成员。
1、固溶体：溶质原子溶入溶剂晶格而保持溶剂晶格类型金属晶体。
铁碳合金组织可分为： 2、金属化合物：各成员按一定整数比结合而成、并具备金属性质均匀物质（渗碳体）
3、机械混合物：结晶过程所形成两相混合组织。

含碳量
构成
性能
铁素体（体心立方）
600℃~0.006﹪
727℃~0.0218﹪
碳溶解于α-Fe中

与纯铁相似强度硬度低
塑性韧性好
奥氏体（面心立方）
1148℃时2.11﹪
727℃时0.77﹪
碳溶解于

强度硬度不高但是塑性
优良
珠光体
0.77﹪
铁素体和渗碳体机械混合物
有良好机械性能
莱氏体
4.3﹪
奥氏体和渗碳体机械混合物

特性点
温度
含碳量
含义
A
1538
0
纯铁熔点
C
1148
4.3
共晶点：Lc 1148 Ld（A+Fe3C）
D
1227
6.69
渗碳体熔点
E
1148
2.11
碳在γ-Fe中最大溶解度
F
1148
6.69
渗碳体成分点
G
912
0
α-Fe≒γ-Fe同素异晶转变点
S
727
0.77
共析点
P
727
0.0218
碳在α-Fe中最大溶解度
Q
600
0.006
600℃时碳在α-Fe中最大溶解度
ACD——液相线
ACEF——固相线
ECF——共晶线，含碳量2.11﹪~6.69﹪所有合金通过此线都要发生共晶反映。
GS——奥氏体在冷却过程中洗出铁素体开始线。（A3线）
ES——碳在奥氏体中溶解曲线。（Acm线）
PSK——共析线（A1线，共析反映：As≒727℃ P）
依照含碳量不同，可将铁碳合金分为钢（﹤2.11﹪）和铸铁（2.11~6.69﹪）。
依照成分不同，铁碳合金可分为：工业纯钢，碳钢，白口铸铁。
钢热解决：将钢在固态下，通过加热、保温和冷却，以获得预期组织和性能工艺。
退火：将钢加热、保温，然后随炉冷却或埋入灰中使其缓慢冷却热解决工艺。

温度
材料
备注
完全退火
亚共析钢
Ac3上30~50℃
铸钢件和重
要锻件
呈奥氏体化，初始形成奥氏体晶晶粒非常细小，缓慢冷却时通过重结晶获得细小晶粒，并消除了内应力
球化退火
过共析钢
Ac1上20~30℃
过共析钢
初始形成奥氏体内及晶界有少量未完全溶解渗碳体，随后冷却过程中，共析反映析出渗碳体以未溶解渗碳体为核心，呈球状析出，分布在铁素体基体上（球化体）
去应力退火
钢
500~600℃
某些铸件锻
件及焊接件

正火：将钢加热到Ac3上30~50℃（亚共析钢）或Acm上30~50℃（过共析钢），保温后在空气中冷却热解决工艺。
1、取代某些完全退火。
用处 2、用于普通构造件最后热解决。
3、用于过共析钢，以减少或消除二次渗碳体呈网状析出。

淬火：将钢加热到Ac3或Ac1上 1、严格控制淬火加热温度
30~50℃，保温 后在淬火介质中迅速冷 2、合理选取淬火介质
却，以获得马氏体组织热解决工艺。 3、对的选取淬火办法

回火：将钢加热到Ac1下某个温度，保温后冷却到室温热解决工艺。

温度
目

低温回火
250℃下
减少淬火钢内应力和
脆性
各种刀具、模具、滚动轴承和耐磨件
中温回火
250~500℃
使钢获得高弹性，保持较
高硬度和一定韧性
弹簧、发条、锻模

高温回火
500℃上
淬火并高温回火符合热解决工艺称调制解决
用于承受循环应力中碳钢重要件，连杆、曲轴、主轴、齿轮、重要螺钉

表面淬火：通过迅速加热，使刚表层不久达到淬火温度，在热量来不及传到钢件心部时就及时淬火，从而表层获得马氏体组织，而心部保持原始组织。（电感应）
化学热解决：将钢件置于适合化学介质中加热和保温，使介质中活性原子渗入钢件表层，以变化钢件表层化学成分和组织，从而获得所需力学性能或理化性能。（渗碳解决）
（1）碳素构造钢：含碳量不大于0.38﹪。Q+三位数字（最低屈服点）
碳素钢： （2）优质碳素构造钢：两位数字（平均含碳量万分数）
（3）碳素工具钢：T+一位或两位数字（平均含碳量千分数）

（1）合金构造钢
合金钢 （2）合金工具钢
（3）特殊性能钢

锻造：将熔炼金属浇注到相适应铸型空腔中，一获得一定形状、尺寸和性能毛坯或零件成形办法

合金锻造性能： 1合金流动性
合金在锻导致形时 2凝固特性
获得外形精确、内 3收缩性
部健全铸件能力。 4吸气性

液态合金充型：液态合金布满铸型型腔，获得形状精确、轮廓清晰铸件能力。
1合金流动性：液态合金自身流动能力。（在惯用锻造合金中灰铸铁、硅黄铜流动性最佳，铸钢流动性最差。合金成分越远离共晶点，结晶温度范畴就越宽，流动性越差）

1浇注温度：浇注温度越高，合金粘度下降，且由于过热度高，合金在铸型中保持流动时间较长，故充型能力强。
2浇注条件：
2充型压力：液态合金在流动方向上所受压力。

3浇注系统：浇注系统越复杂，则流动阻力越大，充型能力减少

1、铸型材料
3铸型填充条件 2、铸型温度
3、铸型中气体
4、铸件构造

凝固方式 1、逐级凝固：灰铸铁、铝硅合金，易于获得紧实铸件
2、糊状凝固：球墨铸铁、锡青铜、铝铜合金等
3、中间凝固

1、液态收缩 铸件产生缩孔缩松主线因素
锻造合金收缩： 2、凝固收缩
3、固态收缩 ：铸件产生应力、变形主线因素

顺序凝固：重要用于必要补缩场合，如铝青铜、硅铝合金和铸钢中。
同步凝固原则：重要用于灰铸铁、锡青铜等

内应力形成： 1热应力
2机械应力

铸件变形和防止： 1自然时效：将铸件置于露天场地半年以上。
2人工时效：将铸件加热到550~650℃进行去应力退火。

1、析出性气孔
铸件中气孔 2、浸入性气孔
3、反映性气孔
习题：
2、什么是液态合金充型能力？它与合金流动性有何关系？不同成分合金为什么流动性不通？
答：液态合金布满铸型型腔，获得形状精确、轮廓清晰铸件能力。液态合金流动性越好充型能力越强，越便于浇注出轮廓清晰，薄而复杂铸件。化学成分不同，凝固方式不同。
5、缩孔和缩松有何不同？为什么缩孔比缩松容易防止？
答：缩孔和缩松使铸件力学性能下降，缩松还也许使铸件因渗漏而报废。缩孔集中在铸件上部或者最后凝固部位，而缩松分布在整个铸件中因此缩孔比缩松容易防止。

铸铁：灰铸铁、可锻铸铁、球墨铸铁、蠕墨铸铁。
灰铸铁：1、优良减震性，2、耐磨性好，3、缺口敏感性小，4、锻造性能优良。（受化学成分和冷却速度影响）HT+三位数字（最低抗拉强度）
可锻铸铁：将白口铸铁坯件经高温 依照 黑心可锻铸铁 KTH+两位数
石墨化退火而形成一 退火方 白心可锻铸铁 字（最低抗拉
种铸铁。（玛铁或玛钢） 方式 珠光可锻铸铁 强度和伸长率
球墨铸铁：向出炉铁液中加入球化剂和孕育剂而得到球状石墨铸铁。（力学性能在在铸铁中最佳）QT+两组数字表达最低抗拉强度和伸长率。
蠕墨铸铁：炉前解决时，先向铁液中冲入蠕化剂（稀土硅铁合金、稀土硅钙合金或镁钛合金）。
力学性能介于灰铸铁和球墨铸铁之间。RuT+三位数字（最低抗拉强度）

按照化学成分铸钢可分为锻造碳钢和锻造合金刚
纯铜俗称紫铜。机械上广泛应用是铜合金。

三箱造型适合于两端界面大中间界面小造型
整模造型适合最大界面在其端面零件
分模造型适合形状对称最大截面在其中间零件
型砂和芯沙统称造型材料，必要具备一定强度、耐火性、透气性、退让性。
1应尽量使分型面平直、数量少
分型面选取 2应避免不必要型芯和活块，以简化造型工艺
3应尽量使铸件所有或大某些置于下箱
1规定机械加工余量和最小铸孔：设计锻造工艺图时，为铸件预先增长要切去金属层厚度
工艺参数选取 2起模斜度：为了便于模样从砂型中取出，凡平行起模方向模样表面上所增长斜度
3收缩率：为保证铸件应有尺寸，模样尺寸必要比铸件放大一种该合金收缩量
4型芯头：型芯定位、支撑和排气某些。

熔模锻造：用易熔材料制成模样，在模样表面包覆耐火涂料制成型壳，再将模样熔化排出型壳，从而获得无分型面铸型，经高温焙烧后即可填沙浇注
特 金属型锻造：将液态金属浇入合金铸型中，并在重力下凝固成型以获得铸件办法
种 易产生浇局限性、冷隔裂纹及白口等缺陷。1喷刷涂料，2金属型应保持一定工作温度，3适合出型时间。
铸 压力锻造：高温高压下降液态或半液态合金迅速压入金属铸型中，并在压力下凝固以
造 获得铸件。不适合钢铁铸铁件等高熔点金属。
离心锻造

金属塑性加工：运用金属塑性，使其变化形状、尺寸和改进性能，获得型材、棒材、线材或锻压件加工办法。
金属塑性变形实质是：晶体内部产生滑移成果。在切应力作用下，晶体一某些相对另一某些沿着一定晶面产生相对滑动，（位错运动）导致晶体塑性变形
晶粒内部缺陷：位错对塑性变形影响最为明显。
普通使用金属都是由大量微小晶粒构成多晶体，其塑性变形后可以当作是由构成多晶体许多单个晶粒产生变形（称为晶内变形）综合效果。同步，晶粒之间也有滑动和转动（称为晶间变形）。每个晶粒内部均有许多滑移面，因而整块金属变形量可以比较大。低温时，多晶体晶间变形不可过大，够则将引起金属破坏。

金属在常温下进过塑性变形后，内部组织将发生变化1：晶粒沿最大变形方向伸长；2晶格与晶粒均发生扭曲，产生内应力；3晶粒间产生碎晶。
变形强化（加工硬化）：金属力学性能将随其内部变化而发生明显变化。变形限度增长时，金属强度及硬度升高，而塑性和韧性下降。其因素是由于滑移面上碎晶块和附近晶格强烈扭曲，增大了滑移阻力，使继续滑移难以进行所致。在冷变形时，随着变形限度增长，金属材料所有强度指标和强敌均有所提高，但塑性和韧性有所下降。
回答：冷变形强化是一种不稳定现象，将冷变形后金属加热至一定温度后，因原子活动能力增强，使原子回答平衡位置，晶内残存应力大大减小。T回=（0.25~0.3）T熔
再结晶：当温度继续升高到该金属熔点0.4倍时，金属原子获得更过热能，使塑性变形后金属被拉长晶粒重新生核、结晶，变为与变形前晶格构造相似新等轴晶粒。T再=0.4T熔。
化学成分影响：纯金属比合金好，碳钢中含碳量越
金属本质： 低可锻性越好，钢中具有形成碳化物元素
可锻性：材料在 金属组织影响：纯金属及固溶体可锻性好，而碳
锻造过程中经受 化物可锻性差，铸态柱状组织和
塑性变形而不开 粗晶粒构造可锻性不如晶粒细小
裂能力。 而均匀组织可锻性好。
加工条件： 1变形温度影响：提高金属变形时温度是改进金属锻性有效办法。但加热温度过高必将产生过热、过烧、脱碳和严重氧化等缺陷
2 应变速率影响：应变对时间变化率
3应力状态影响：压应力数目越多，则金属塑性越好：拉应力数目越多，则金属塑性越差。
可锻性优劣惯用金属塑性和变形抗力来综合衡量。
合金成分越复杂，可锻性越差。
锻造
自由锻：只用简朴通用性工具，或在锻造设备上、下砧间直接是坯料变形而获得所需要几何形状及内部质量锻件办法。
自由锻工序： 基本工序：镦粗（使坯料高度减小、横截面积增大）、拔长（使坯料横截面积减小、长度增长）、冲孔（在坯料上冲出透孔或不透孔）、扭转（将坯料一某些相对另一某些绕轴线旋转一定角度）、错移（将坯料一某些相对另一某些错移开，但仍保持轴心平行）、切割（将坯料提成几某些或某些地割开，或从坯料外部隔掉一某些）
辅助工序：进行基本工序之前预变形工序
精整工序：在完毕基本工序之后，用以提高锻件尺寸及位置精准工序。
模锻：运用锻模使坯料变形而获得锻件锻造办法。
可分为：锤上模锻，曲柄压力机上模锻，摩擦压力机上模锻，胎模锻。
胎模锻：在自由锻设备上使用可移动模具生产模锻件一种锻造办法。重要有扣模、筒模及和模三种。
锻造工艺规程制定：
1余块、机械加工余量和锻造公差：为了简化零件形状和构造，便于锻造为增长一某些金属称为余块；成形时为了保证机械加工最后获得所需尺寸而容许保存多余金属称机械加工余量；锻造公差是锻件名义尺寸容许变动量。
2分模面：上、 （1）应保证模锻件能从模膛中取出。
下模或凹、凸 （2）应使上、下两模沿分模面模膛轮廓一致，以便安装模锻和
模分界面 生产中容易发现错模现象，及时而以便调节模锻位置
（3）分模面应选在能使模膛深度最浅位置上
（4）选定分模面应使零件上所增长余块至少
（5）分模面最佳是一种平面，以便于模锻制造，并防止锻模错动
3锻模斜度：为了使锻件易于从模膛中取出，锻件与模膛侧壁接触部位需要一定斜度
4:模锻圆角半径：模锻件中断面形状和平面形状变化部位棱角圆角和拐角处得圆角
5连皮厚度：当模锻件孔径不不大于25mm时，应将孔型锻出
坯料重量：G坯料=G锻件+G烧损+G料头
冲压
冲压是板料经分离或成型而获得制件工艺统称。（普通是冷态下进行，又称冷冲压只有当板料厚度超过8~10mm时才采用热冲压）
1可以冲压出形状复杂零件，且废料少
2冲压件具备足够高精度和较低表面粗造值，互换性好，冲压后一
特点 搬不需要机械加工。
3能获得重量轻、材料消耗少、强度和刚度都较高零件
4操作简朴，工艺过程便于机械化和自动化，生产率高，故零件成本低。
冲模制造复杂，成本高，只有在大批量生产条件下优越性才显得突出。冲压所用原材料必要具备足够刚塑性
冲压基本工序： 分离工序：是坯料一某些与另一某些互相分离（落料、冲孔、切断修整等）
变形工序：使坯料一某些相对另一某些产生位移而不破裂工序（拉深、弯曲、翻边、成形等）

冲裁变 弹性变形阶段
落料及冲孔： 冲裁：运用冲模将板料以封闭轮廓与 行过程 塑性变形阶段
坯料分离一种冲压办法。 断裂分离阶段
（统称冲裁） 当冲裁件断面质量规定较高时，应选用较小间 隙值。对冲裁件截面质量无严格规定期，应尽量加大间隙，以利于提高冲模寿命
落料：运用冲裁获得一定外形制件或坯件冲压办法
冲孔：将材料以封闭轮廓分离开来，获得带孔制件一种冲压办法
凹凸模间隙：当冲裁件断面质量规定较高时，应选用较小间隙。对冲裁件截面质量无严格规定期，应尽量也许加大间隙，以利于提高冲模寿命。
凹凸模刃口尺寸拟定：
设计落料模时，应先按落料件拟定凹模刃口尺寸，取凹模作设计基准件，然后依照间隙拟定凸模尺寸，即用缩小凸模刃口尺寸来保证间隙值。设计冲孔模时，先按冲孔件拟定凸模刃口尺寸，取凸模作设计基准件，然后依照间隙拟定凹模尺寸，即用扩大凹模尺寸来保证间隙值。
冲模在工作中必有磨损，落料件尺寸会随凹模刃口磨损而增大，而冲孔尺寸会随凸模磨损而减小。为了保证冲裁件尺寸规定，并提高模具使用寿命，落料时凹模尺寸应接近落料件公差范畴内最小尺寸；冲孔时，选用凸模刃口尺寸接近孔公差范畴内最大值。
冲裁件排样：指冲裁件在 有搭边排样：各个落料件之间均留有一点尺寸搭边。
条料或带料上布置放法 无搭边排样：运用落料件形状一种边做另一种落料件边沿

休整：运用休整模沿冲裁件外圆或内孔刮削一薄层金属，以切掉冲裁件上剪裂带和毛刺，从而提高冲裁件尺寸精度，减少表面粗糙值（外圆休整，内孔休整）。
变 拉深：变形区在一拉一压 应力作用下，使板料成形为空心件，而厚度基本不变
形 弯曲：将板料型材或管材在弯矩作用下弯成具备一定曲率和角度制件成型办法
工 翻边：在坯料平面某些或曲面某些边沿，沿一定曲线翻起竖立直边成形办法
序 成形：运用局部塑性变形使坯料或半成品获得所规定形状尺寸加工过程
拉深与冲裁区别：1冲裁凹凸模必要具备一定刃口，拉深件凹凸模必要具备一定圆角；2冲裁凹凸模间隙c=mδ，拉深凹凸模间隙c=（1.1~1.2）σ。
拉深过程：直壁自身重要受轴向拉应力作用，厚度有所减小，而直壁与底部之间过渡圆角部被拉薄得最为严重。为防止起皱，可采用设立压边圈来解决。
在多次拉深中，拉深系数应一次比一次略大某些。总拉深系数值等于各拉深系数值乘积。
弯曲：弯曲时应尽量使弯曲线与板料纤维垂直。若弯曲线与纤维方向一致，则容易产生破裂，此时应增大弯曲半径。
弯曲时，板料产生变形由塑性变形和弹性变形两某些构成。外载荷去除后，塑性变形保存下来，弹性变形消失使板料形状和尺寸发生于加载时变形方向相反变化，从而消去一某些弯曲变形效果想象称为回弹。因而在设计弯曲模时必要使模具角度比成品件角度小一种回弹角，以保证成品件弯曲角度精准。
冲压 1对冲 1落料件外形和冲孔件孔型应力求简朴对称。尽采用圆形矩形等规则形状
件 裁件 2冲裁件构造尺寸必要考虑材料厚度
构造 要 3冲裁件上直线与直线、曲线与直线交接处，均应圆弧连接，以避免尖角
工艺 求 处因应力集中而产生裂纹。
性
2对弯 1弯曲件应尽量对称，弯曲半径不能不大于材料容许最小弯曲半径
件 2弯曲边过短不易成形，故应使弯曲边平直某些H>2δ。如果规定H很
规定 小，则需先留出恰当余量以增大H，弯好后在切除增长金属
3弯曲带孔件时应避免孔变形，
3对拉伸 1拉深件外形应简朴对称，深度不适当过大，以便使拉深次数至少，容易成形
规定 2拉深圆角半径在不增长工艺程序状况下，最小容许半径…半径过小必将增长拉深次数和整形工作，也增长模具数量，并容易产生废品和提高成本
焊接
焊接：通过加热或加压（或两者并用），用或者不用填充材料，使工件产生原子间结合一种连接办法。
阳极区2600K，阴极区2400K，电弧中心区6000~8000K
阳极区占总热量43%，阴极区占36%，别的21%左右热量是在弧柱中产生。
焊接热影响区：力学性能：正火区>某些相变区>过热区>熔合区
焊接应力与变形：
压应力：当焊缝及相邻区金属处在加热阶段时都会膨胀，但受到焊件冷金属阻碍，不能自由生长而受压。
残存拉应力（焊接应力）：压应力使处在塑性变形状态金属产生压缩变形，冷却到室温时，其收缩又收到周边冷金属阻碍，不能缩短到自由缩短所应达到位置
反变形法，刚性夹持法，对的选取焊接参数和焊接顺序。机械矫正法，火焰解热矫正法。
焊条电弧焊焊接过程：电弧在焊条与被焊工件之间燃烧，电弧热使工件和焊芯共同熔化形成熔池，同步也使焊条药皮熔化和分解。
药皮：作用：提高电弧燃烧稳定性，防止空气对熔化金属有害作用，对熔池
焊条： 脱氧和加入合金元素，可以保证焊缝金属化学成分和力学性能。
焊芯：组正焊缝金属重要材料。
酸性焊条：适合各种电源，操作性好，电弧稳定，成本低。焊缝强度稍低，不适当焊接承受重载和规定高强度重要构造
碱性焊条：普通规定采用直流电源，焊缝强度高、抗冲击能力强，但操作性差，电弧不够稳定，成本高。故只适合焊接重要构件。
焊 1低碳钢和低合金钢构件，普通规定焊缝金属与母材等强度（等强度原则）
条 2同一强度级别酸性焊条或碱性焊条选定，应根据焊接件构造形状，钢板厚
度、载荷性质和钢材抗裂性能而定。
选 3低碳钢和低合金钢焊接，可按异种钢接头中强度较低刚才来选用焊条
用 4铸钢件含碳量普通都比较高，并且厚度较大，形状复杂，很容易产生裂纹，一
原则 选用碱性焊条，并采用恰当工艺办法（如预热）进行焊接
5焊接耐热钢或不锈钢等有特殊性能规定钢材，应选用相应专用焊条。
氩弧焊：以氩气作为保护气体气体保护焊。（可分为钨极氩弧焊和熔化极氩弧焊）
焊 1焊缝布置应尽量分散。
缝 2焊缝位置应尽量对称布置。
3焊缝应尽量避免最大应力断面和应力集中位置。
布 4焊缝应尽量避开机械加工表面。
置 5焊缝位置应便于焊接操作。