金属工艺学自制版模板.doc

第一章 晶格类型
用以描述原子在晶体中排列形式空间格架称为晶格。晶格中原子组成平面称为晶面。晶格中经过两个以上原子震动中心直线称为晶向。晶格中最简单，最基础，最经典空间几何体称为晶胞。
金属晶体三种基础类型：体心立方晶格，面心立方晶格，密排六方晶格
金属内全部原子排列形式和方位全部完全一致结构称为单晶体，表现出显著方向性；实际金属固体是由很多小晶体组成，称为多晶体。
金属结构基础是多晶体结构，每个晶粒尺寸约为10负一次方到10负三次方毫米
金属结构中缺点：1点缺点，在外界条件干扰下，实际金属晶格中一些原子会脱离其平衡位置，使该处成为空位状态，在晶格间隙中也能够滞留多出原子。2线缺点，指晶格中某一列或若干列原子出现有规错排（位错），破坏了晶格规则而形成缺点。3面缺点，实际金属是多晶体结构，故有晶界存在，这就是面缺点一个，档晶粒内部存在一系列刃型位错时，就会形成所谓亚晶界，这也是晶体面缺点。
合金：两种或以上元素组成金属物质。
固溶体：固态合金中，各组元相互溶解而形成均匀物质成为固溶体。（置换式固溶体，间隙式固溶体）
合金组元按固定百分比经化合形成物质成为化合物。
合金中组元以儿子晶格类型相互掺杂在一起结构称为机械混合物。
铁碳合金基础组织：
1铁素体，是溶解在阿尔法铁中固溶体，用F表示溶碳能力很有限，强度很低，塑性韧性很好
2奥氏体，溶解在伽马铁中固溶体，用A表示，面心立方结构，溶碳能力较强，，强度不高，塑性很好
3渗碳体，是铁和碳形成金属化合物，用铁三碳表示，含碳分数百分之6.69，强度高，塑性和韧性很差，是脆性组织，
4珠光体，奥氏体在恒温条件下分解而取得机械混合物，由铁素体和渗碳体组成，含碳0.77，层片状结构，中等强度，有一定塑性和韧性。
5莱氏体，液态合金在恒温条件下结晶后取得机械混合物，由奥氏体和渗碳体组成，含碳4.3，温度低于727度时由珠光体和渗碳体组成机械混合物，脆性组织
铁碳合金状态图：ABCD线是液态线，AHJECF线是固态线，ECF线称为共晶线，GS线是铁碳合金在冷却时，从奥氏体中析出铁素体起始线，ES线是铁碳合金在冷却时从奥氏体中析出二次渗碳体开始线，PSK线是共析线

第二章 金属工艺性能
平衡加热是指加热速度缓慢，金属发生改变时间足够，不受约束，周围介质不参与改变加热状态。
平衡加热中严重缺点是出现过热现象。犹豫奥氏体晶粒有长大倾向，档金属长时间处于高温状态，尤其超出1100摄氏度后，不管哪种钢奥氏体晶粒全部会快速长大，形成粗晶粒结构，力学性能降低，韧性改变最显著
非平衡加热，加热速度快，温度分布不均匀，局部金属温度过高，工件各部分之间或表层和心部之间温差大 缺点：过热和过烧2氧化和脱碳3吸气及蒸发4应力和变形
平衡冷却指冷却速度缓慢，多种转变进行得充足，金属各部分之间不存在温差冷却。分为两个阶段：一是液态转变为固态；一个是固态下组织转变。液态转变为固态物质现象称为凝固。凝固时取得晶体结构过程称为结晶。
结晶有两种情况：纯金属和共晶类合金是在恒温下惊醒结晶，大多数合金是在一段温度范围内完成结晶。金属结晶全部是由形成晶核和晶核不停长大两个阶段组成
非平衡冷却对结晶影响：1过冷2偏析3晶粒不均匀4缩孔和缩松
塑性变形：当外力增大，使金属内部应力超出该金属屈服强度后，立即外力停止作用，金属变形也不会消失。
单晶体塑性变形关键是晶粒内部滑移变形，还有孪晶变形。
多晶体塑性变形包含晶内变形和晶间变形，晶内变形关键是滑移变形，晶间变形包含晶粒间滑动和转动变形。
金属在常温下经过塑性变形后，内部组织发生改变：1晶粒沿变形最大方向伸长2晶格和晶粒均发生扭曲，产生内应力3晶粒间产生碎晶。
金属强度和硬度升高，塑性和韧性下降，这种现象称为加工硬化
热处理性是指金属材料在改变温度过程中取得所需组织和性能能力。
液态金属充填铸型型腔能力称为充型能力，影响充型能力原因有三个方面：1金属成份2温度和压力3铸型填充条件
金属可锻性是衡量材料经过塑性加工取得优质零件难易程度工艺性能。可锻性取决于金属本质和加工条件。 金属本质（化学成份影响，金属组织影响）加工条件（变形温度影响，变形速度影响，应力状态影响）
金属材料焊接性是指金属材料在一定焊接工艺条件下，取得优质焊接接头难易程度。 焊接性包含两个方面：一是工艺焊接性，关键是指焊接接头产生工艺缺点倾向，尤其是出现多种裂缝可能性；二是使用焊接性，关键是指焊接接头在使用中可靠性，包含焊接接头力学性能及其它特殊性能。

第三章
热处理是指金属在固态下经过改变温度，保温和随即调整至室温，改变金属组织，从而取得所需性能工艺方法
整体热处理方法：
一，退火，把钢加热到某一温度，经保暖后缓慢冷却，以取得靠近平衡组织工艺方法。目标：降低硬度方便于切削加工；提升塑性以利于塑性加工加工成形；细化晶粒以提升力学性能；消除应力以预防变形或开裂。
退火种类：完全退火，球化退火，等温退火，扩散退火，去应力退火，再结晶退火
二，正火，正火是指把钢加热到A3线或Acm线以上30~50‘C，保温后，在静止空气中冷却处理工艺
三，淬火，把钢加热到组织转变温度以上30到50摄氏度，保温后快速冷却处理工艺。目标在于取得马氏体组织，使钢含有高硬度和搞耐磨性。
淬火方法：单液淬火法，双液淬火法，分级淬火法，等温淬火法。
四，回火，把淬火后钢加热到A1线以下某一温度，保温后冷却至室温处理工艺。目标是为了消除淬火时因冷却过快而产生内应力，降低淬火工件脆性，稳定工件尺寸和使工件符合工作条件性能。
回火三类（低温，中温，高温回火）
表面热处理方法：
一、表面淬火 1感应加热表面淬火，含有加热快，淬火组织细密，工件表面为残余压应力和生产率高，易实现机械化和自动化生产等优点，但加热需复杂昂贵设备，形状复杂零件，所需加热器制造困难，不适合单件，小批量生产。
2火焰加热表面淬火，是用高温火焰快速加热工件表面达淬火温度，随即喷水使表面快速冷却，取得所需表面硬层工艺方法。淬硬层通常2到6毫米，适适用于中碳钢，中碳合金钢制成异型，大型或特大型工件表面淬火，无需复杂设备，操作简单，但淬火效果不够稳定
二、学热处理，是将工件放在一定介质中加热和保温，使介质中活性原子渗透工件表层，以改变工件表层化学成份和组织，达成强化工件表面或保护工件表面处理工艺。
1渗碳，提升工件表面含碳质量分数工艺方法，较为普遍有固体渗碳和气体渗碳。特点是表层颖，耐磨和心部韧性和塑性好
2渗氮，，提升钢件表面含氮质量分数工艺方法，常见气体渗氮法
3碳氮共渗处理

第四章
铸造是将液体金属浇入铸型中，冷却凝固后取得铸件工艺方法。
铸造方法含有较强适应性；铸件成本低。
铸造是一个液态成形工艺，成形过程中受多个原因影响，极难正确控制，致使铸生产中存在铸件机械性能稍低、质量不够稳定、劳动条件较差等缺点。

一、选择浇注位置：1、铸件关键工作面或关键加工面应朝下或呈侧立状态。
2、铸件上大平面结构或薄壁结构应朝下或呈侧立状态。
3、选择浇注位置应有利于补缩，预防在铸件中产生缩孔。
二、确定分型面：
1、分型面确实定应能方便地取出模样或铸件，为此，分型面通常选在铸件最大截面处。
2、分型面确实定应尽可能和浇注位置一致，并应尽可能满足浇注位置要求。
3、分型面应避免曲折，数量应少，最好是一个且为平面。
铸造方法：砂型铸造，金属型铸造，熔模铸造，压力铸造，低压铸造等。

铸造结构设计：
一、避免铸造缺点合理结构
1、铸件壁厚应合理取值
2、铸件壁厚努力争取均匀，避免局部过厚形成热节结构
3、铸件各壁之间应均匀过渡，两个非加工表面所形成内角应设计成圆角
4、避免铸件产生翘曲文治武功和大水平平面结构
二、简化工艺过程合理结构
1、铸件整体结构应能选出适宜分型面，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含有妨碍拔模局部凹陷结构
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固定、排气和清理
三、结合铸造方法合理结构
1、熔模铸造成形件结构
2、金属型成型件结构
3、压力铸造成型件结构

第五章 塑性加工
一、自由锻：自由锻是利用冲击力或压力使金属在上下两个抵铁之间产生塑性变形，从面得到所需锻件铸造方法。
二、模锻：模锻是在高强度金属锻模上预先制出和锻件形状一致模膛，使坯料在模膛内受压力变形铸造方法。 分类以下：
1、锤上模锻
（1）锻模结构。1、模锻模膛：终锻模膛、预锻模膛 2、制坯模膛：拔长模膛、滚压模膛、弯曲模膛、切断模膛。
2、压力机上模锻

5.2板料冲压成形
一、分离工序
1、冲裁（落料和冲孔）：冲裁是使坯料按封闭轮廓分享工序
2、修整：修整是利用修整模沿冲裁件外缘或内孔刮削一薄层金属，以切掉一般冲裁时在冲裁件断面上存留剪裂带和毛刺。
3、切断：切断是指用剪刃或冲模将板料沿不封闭轮廓进行分享工序。
二、变形工序
1、拉深 2、弯曲 3、胀形 4、翻边
三、冲模分类和结构
1、简单冲模：****是在冲床一次行程中只完成一道工序冲模。
2、连续冲模：***是在冲床一次行程中，在模具不一样部位上同时完成数道冲压工序模具。
3、复合冲模：***是在冲床一次行程中，在模具同一位上同时完成数道冲压工序模具。

5.7塑性加工零件结构设计
一、锻件结构设计
1、自由锻件结构设计
（1）锻件上含有锥体或斜面结构，从工艺角度衡量是不合理。
（2）锻件由数个简单几何体组成时，几何体交接处不应形成空间曲线。
（3）自由锻件上不应设计出加强筋、凸台、工字形截面或空间曲线形表面。
（4）锻件黄截面积有急剧改变形状较复杂时，应设计成由多个简单件组成组合体。
2、模锻件结构设计
（1）模锻零件必需含有一个合理分模面，以确保模锻件易于从锻模中取出、敖料最少、锻模轻易制造。
（2）因为模锻件尺寸精度高和表面粗糙度值低，所以，零件上只有和其它机件配合表面，才需进行机械加工，其表面均应设计为非加工表面。
（3）为了使金属轻易充满模膛和降低工序，零件外形努力争取简单、平直和对称。
（4）在零件结构许可条件下，设计时尽可能避免有深孔或多孔结构。
（5）在可能条件下，应采取锻-焊组合工艺，以降低熬料、简化模锻工艺。
二、冲压件结构设计
冲压件设计不仅应确保它含有良好使用性能，而且也应含有良好工艺性能，以降低材料消耗、延长模具寿命、提升生产率、降低成本及确保冲压件质量等。
影响冲压件工艺性关键原因有：冲压件形状、尺寸、精度及材料等。
1、 冲压件形状和尺寸
2、 改善结构，能够简化工艺、节省材料
3、 冲压件厚度：在条件许可情况下，尽可能采取较薄材料来制件零件，以降低金属消耗。

第六章 焊接
焊接是一个永久性连接金属材料工艺方法。焊接过程实质是利用加热或加压力等手段，借助金属原子结合和扩散作用，是分离金属材料牢靠连接起来。
6.1电弧焊
一、焊条电弧焊（即手工电弧焊）。是利用焊条和工件间产生电弧热，将工件和焊条熔化而进行焊接方法。
1.焊接电弧。是在电极和工件之间气体介质中长时间有力放电现象，即在局部气体介质中有大量电子流经过导电现象。
产生电弧电极能够是金属丝，钨丝，碳棒或焊条，通常手工电弧焊全部是用焊条。
电弧中阳极区和应汲取温度因点击材料不一样而有所不一样，用钢焊条焊接钢材时，阳极区温度约为2600K，阴极区约为2400K电弧中心区温度为最高，可达6000~8000K。
有正接和反接两种接线方法：正接是将工件接到电源正极，焊条（或电极）接到负极；反接是将工件接到电源负极，焊条（或电极）接到正极。正接时温度相对高部分。
2.焊条电弧焊焊接过程：电弧在焊条和被焊工件之间燃烧，电弧热使工件和焊芯同时熔化成熔池，同时也是焊条药皮熔化和分解。
3.电焊条：通常焊条电弧焊所使用焊条为一般电焊条，由焊芯和药皮（涂料）两部分组成。焊芯起到点和填充焊缝金属作用，药皮则用于确保焊接顺利进行并使焊缝含有一定得化学成份和力学性能。（1）焊芯。（2）焊条药皮。（3）焊条种类及型号。（4）焊条选择标准。
二、埋弧焊。也称熔剂层下焊接。
1.埋弧焊焊接过程。焊接时，焊接机头将光汉斯自动送入电弧区并保持选定弧长。电弧在颗粒状溶剂层下面燃烧，焊机带有焊丝能均匀地沿坡口移动，或焊机机头不懂，工件匀速运动。在焊丝前方，焊剂从漏斗中不停流出撒在被焊部位。焊接时，部分焊剂熔化形成熔渣覆盖在熔池表面，大部分焊剂不熔化，可重新回收使用。
2.埋弧焊特点。（1）生产率高。（2）焊接质量高且稳定。（3）节省金属材料。（4）改善了劳动条件
3.埋弧焊焊丝和焊剂。焊丝作用相当于焊芯，焊剂作用相当于焊条药皮。焊剂根据制造方法可分为熔炼焊剂和陶质焊剂两大类
4.埋弧焊工艺。要求更仔细地下料，准备坡口和装配。焊接前，将两侧50~60mm内一切污垢和铁锈除掉，一面产生气孔。
三、气体保护焊
1、氩弧焊。是以氩气作为保护气体电弧焊。氩气是惰性气体，可保护电机和熔池金属不受空气有害作用。在高温情况下，氩气不和金属起化学反应，也不溶于金属。所以质量高。
按所用电极不一样，可分为不熔化极氩弧焊和熔化极氩弧焊两种。（1）不熔化极氩弧焊。以高熔点铈钨棒作为电机。但因电极所能经过电流有限，只适合焊接厚度6mm一下工件。（2）熔化极氩弧焊。以连续送进焊丝作为电极。可用较大电流焊接25mm以下工件。
2.二氧化碳气体保护焊。是以CO2为保护气体电弧焊。用焊丝作电极，靠焊丝和焊件之间产生电弧熔化工件金属和焊丝，形成熔池，凝固后成为焊缝，焊丝送进考送死机构实现。
特点：（1）成本低。（2）生产率高。（3）操作性能好。（4）质量很好。
四、等离子弧焊接和切割。通常电弧焊中电弧，不受外界约束，成为自由电弧，电弧区内气体还未完全电离，能量也为高度集中起来。等离子弧含有氩弧焊优点外，还有（1）能量密度大，弧柱温度高，穿透能力强。（2）电流笑道0.1A时，电弧仍能稳定燃烧，并保持良好挺直度和方向性，所以可焊接很薄箔材。
五、电弧焊缺点及其预防，消除方法
因焊件各部位在热胀冷缩和塑性变形影响下，产生内应力，变形和裂纹
1.焊接应力。首先在结构设计时，选择塑性好材料，避免焊缝密集交叉，焊缝截面过大和焊缝过长。其次施焊中应确定正确焊接次序。焊前对汉奸预热，可减弱焊件各部位间温差。第三，需根本消除焊接应力时，可采取焊接后去应力退火来实现，或水压试验或震动法。
2.焊接变形。在结构设计中采取对称结构或大刚度结构，焊缝对称分布结构。施焊中，采取反变形方法或刚性夹持方法。正确选择焊接参数和焊接次序。
3．焊接裂纹。对关键焊件，焊后应进行焊接接头内部探伤检验。焊接中应合理选材，才去方法减小应力，并利用合理焊接参数（如碱性焊条，小能量焊接，预热，合理次序）。

6.2其它常见焊接方法
一、电阻焊。是利用电流经过焊件及其接触处产生电阻热，将焊件局部加热到塑性或熔化状态，然后再压力下形成焊接接头焊接方法。分三种形式
1.电焊。是利用柱状电极加压通电，在搭接工件接触面之间焊成一个个焊点焊接方法。
2.缝焊。过程和电焊相同，只是用旋转圆盘状滚动电极替换了柱状电极。
3.对焊。是利用电阻热使两个工件在整个接触面上焊接起来，可分为电阻对焊和闪光对焊。
二、摩擦焊。是利用工件间相互摩擦产生热量，同时加压而进行焊接方法。
特点：（1）接头组织致密，不易产生气孔，夹渣等缺点，接头质量好且稳定。（2）可焊接金属范围较广，不仅可焊同种金属，也可焊接异种金属。（3）操作简单，不需焊接材料，统一实现自动控制，生产率高。
三、钎焊。是利用熔点比焊件低钎料作填充金属，加热是钎料熔化而将焊件连接起来。
1.硬钎焊，钎料熔点在450 C以上，接头强度在200MPa以上。工作温度可达900 C。关键用于受力较大钢铁和铜合金构件焊接和工具，刀具焊接。
2.软钎焊，钎料熔点在450C 以下，接头强度较低，通常不超出70MPa。只用于焊接收力不大，工作温度低工件。
钎焊特点是。（1）工件加热温度较低，组织和力学性能改变很小，变形小。（2）可焊接性能差异很大异种金属，对工件厚度差异没有严格限制。（3）可同时钎焊多条（甚至上千条），生产率很高。（4）设备简单，投资费用少。
6.3常见金属材料焊接
一．1低碳钢焊接。含碳质量分数小于0.25%，塑性好，对焊接过程不敏感，焊接性好。
2.中、高碳钢焊接。含碳质量分数0.25~0.6%。伴随含碳质量分数增加，焊接性逐步变差。
二、合金结构钢焊接。分为机械造用合金结构刚和低合金结构钢，通常采取轧制或铸造胚料，焊接结构较少。
三、铸铁补焊。特点（1）熔合区易产生白口组织（2）易产生裂纹（3易产生气孔。
补焊可分为热焊法（工件整体预热600~700C）和冷焊法（400C以下低温预热）。
6.4焊接结构设计
一、焊接结构材料选择：首先要考虑选择焊接性很好材料。
二、焊接接头工艺设计
1焊缝部署：合理位置是焊剂结构设计关键，和产品质量，生产率，成本及劳动条件亲密相关。
（1）焊缝部署应尽可能分散。（2）焊缝位置应尽可能对称部署。（3）应尽可能避开最大应力断面和应力集中位置（4）应尽可能避开机械加工表面（5）应便于焊接操作
2接头形式选择和设计：应依据结构形状，强度要求，工件厚度，焊后变形大小，焊条消耗量，坡口加工难易程度，焊接方法等原因综合考虑。
（1）接头形式（2）坡口形式（3）接头过分形式（4）其它焊接方法接头和坡口