金属工艺学教案
绪论
一、为什么要学金属工艺学（机械工程材料工艺学）？
金属工艺学是一门传授有关制造金属零件工艺方法的综合性技术基础课。它主要传授各种工艺方法本身的规律性及其在机械制造中的应用和相互关系；金属零件的加工工艺过程和结构工艺性；常用金属材料性能对加工工艺的影响；工艺方法的综合比较等。 研究的对象：常用的工程材料、材料的各种加工处理工艺。 例如：
钢铁、铝合金、铜合金、塑料等材料及热处理工艺、焊接工艺、铸造工艺、切削加工工艺等加工处理工艺。 举例：
常用主轴材料：45 。技术要求：调质处理。 箱体材料：HT200。技术要求：退火。 国家工业发展的三大支柱：材料、信息、微机。 1.工程材料是国家工业发展的物质基础。
工业和日常生活都离不开工程材料的使用，研究材料最终是为人类的文明进步而服务。 2.作为工科类专业所必须掌握的一门功课。 基础课→（桥梁）→ 专业课
机械工程材料工艺学是一门技术基础课，对专业课和基础课起着桥梁的作用。
二、机械工程材料工艺学课程有什么特点？
1.本课程同实践紧密相联系，是一门实践性很强的学科。
2.通过生产实践才能融会贯通地学习掌握（安排了钳工、金工实习）。 3.为了弥补实践方面的不足，采用录像教学以及到工厂参观和实习，通过
师生的相互努力来学好这门功课。
三、怎样才能学好机械工程材料工艺学？
1.注意各章节的联系、学习、复习、巩固、应用、总结。 2.要理解、要提问题、不能累计问题。
3.抓住主要内容：金属材料及热处理基本知识，铸造、锻造、焊接、切削加工基本常识。 随着科学技术和生产力的不断发展，金属工艺学的内容构成也有所发展。应当指出，本课程的发展必然是有关学科的相互渗透和综合，而不是兼收并蓄、包罗万象、内容越来越复杂。它仍属工艺学范畴。
金属工艺学是实践性很强的技术基础课，它有利于对学生进行技能训练，有利于培养学生具有更高的实际能力和开拓精神。 第一篇 金属材料导论
复习旧课：了解本课程的性质。
合金的定义：一种金属为基础，加入其他金属或非金属，经过熔炼或烧结制成的具有金属特性的材料（导电性、延展性、光泽、导热性）。
常用的是：钢和铁、铜合金、铝合金等（理论联系实际）。 钢铁的冶炼： 一、炼铁： 1.原料：
①空气－提供氧气，助燃作用。
②铁矿石－铁 （有贫矿和富矿之分）我国常用的是 Fe2O3（赤铁矿）、Fe3O4（磁铁矿）、Fe2O3.3H2O（褐铁矿）、（伴随着SiO2、MnO、S、P等杂质）。 ③焦炭－还原剂、提供热能（炼焦厂生产）。 C＋O2→CO2＋Q、 CO2＋C→CO＋Q Fe2O3＋CO→Fe＋CO2↑＋Q ④熔剂→造渣剂，去除杂质，（石灰厂生产）CaCO3（石灰石）、CaO（生石灰）（举例：家用磷钒净水作用）。 CaCO3→CaO＋CO2↑
CaO＋SiO2→CaSiO3（↑） CaO＋FeS→CaS（↑）＋FeO FeO+CO→…… 2.设备：高炉。（衡量质量指标系数：焦炭比）。 组成：炉喉、炉身、炉腰、炉腹、炉缸。 3.产品：①生铁：炼钢 制造铁制品等。 ②高炉煤气：日用燃料等。
③炉铁渣：水泥、玻璃 （提纯）。
二、炼钢： 1.原料：
①生铁－铁的来源。
②氧气－精炼提纯的作用。 Fe＋O2→FeO
FeO＋Si→SiO2＋Fe FeO＋C→CO＋Fe FeO＋Mn→MnO＋Fe
SiO2＋MnO→MnSiO2（↑） ③造渣剂（熔剂）（生石灰）－主要去除S、P等杂质。（举例：家用磷钒净水作用） Fe＋S→FeS
CaO＋FeS→CaS（↑）＋FeO P＋O2→P2O5
Fe＋P2O5→Fe3（PO4）2
CaO＋Fe3（PO4）2→Ca3（PO4）2（↑）＋FeO ……………
2.设备：转炉（正在普及设备）、电弧炉（最好）、平炉（淘汰设备）。 3.产品：①钢锭（简称钢包）：有特镇静钢（TZ）、镇静钢（Z）、 半镇静钢（b）、沸腾钢（F）。 ②钢渣。 ③煤气。
第一章 金属材料的主要性能
复习旧课：钢铁的冶炼。提问：炼钢、铁的原料？ 第一节 金属材料的力学性能（机械性能） 材料的性能：
使用性能：物理性能、化学性能、力学性能（机械性能）。
工艺性能：热处理性能、铸造性能、焊接性能、锻造性能、切削加工性能。
力学性能的定义：材料在外力作用下，表现出（静载荷、动载荷、交变载荷）的性能。 一、 强度与塑性 概念：静载荷、应力
试验：拉伸实验 试样－低碳钢、L0＝5d0、L0＝10d0 GB（6397－86） 要求同学们实验指导书（图书馆查资料，锻炼学生的自学能力）。 材料的力学性能实验。 分析：（从中导出材料的强度和塑性） 1.强度：
定义：塑性变形、断裂的能力。 衡量指标：屈服强度、抗拉强度。 （1） 屈服点：
定义：发生屈服现象时的应力。 公式：σs＝Fs/Ao （MPa） Fs－材料发生屈服现象时的力。 So－材料的原始横截面面积。
条件屈服强度规定：σr0.2＝F0.2/Ao (无明显的屈服现象的材料)
应用：汽缸盖和汽缸体之间的密封性（螺栓联接）超过螺栓材料本身的屈服强度。 （2）抗拉强度： 定义：最大应力值。 公式：σb＝Fb/Ao Fb－最大的载荷。
So－材料的原始截面面积。
应用：汽缸的密封、钢绳吊重物、机车的牵引等。
σs/σb 屈强比：越小，可靠性越高；越大，可靠性越低。
2.塑性：
定义：发生塑性变形，不破坏的能力。 衡量指标：伸长率、断面收缩率。 （1）伸长率： 定义：
公式：δ＝（L1－L0）/L0 ×100％ L1－拉断后的长度。 L0－原来的试样长度。
注意：长、短试样测出的δ值不相等（比较大小，要同样的试样）。 L0＝5d0 δ5 L0＝10d0 δ10＝δ
δ5>5% －塑性材料、δ5<5％－脆性材料。 45：δ5≈18.7% δ1<δ5 （2）断面收缩率： 定义：
公式：Ψ＝（A0－A1）/A0×100％ S0－原截面面积。
S1－断口处断面面积。 Ψ5 Ψ10
Ψ值越大，塑性越好。
总结：δ Ψ越大，塑性越好，越易变形但不会断裂。 录像：拉伸试验。
复习旧课：强度和塑性的概念。 二、 硬度 硬度：
定义：抵抗更硬物体压入的能力。
衡量：布氏硬度、洛氏硬度、维氏硬度等。 1.布氏硬度：HB
试验：GB84。一定直径的钢球HBS（硬质合金HBW），规定的载荷及时间后。 HB＝F/S (N/mm2) <650
举例：钢球直径：10mm，载荷：30KN（F＝30D2），时间：规定10（s）。 材料：压痕直径：d0＝3.92mm 查表： HBS＝239 （1）应用范围：铸铁、有色金属、非金属材料。
（2）优缺点： 精确、方便、材料限制、非成品检验和薄片。 2.洛氏硬度：HR、（HRA、HRB、HRC）
试验：GB83。一定锥形的金刚石（淬火钢球），在规定载荷和时间后，测出的压痕深度差即硬度的大小（表盘表示）。
HRA、HRB、HRC。一般通常习惯用HRC（无单位）。 （1）应用范围：钢及合金钢。
（2）优缺点：测成品、薄的工件，无材料限制，但不精确。 3.维氏硬度：
试验：GB83。一定锥形的金刚石，在规定的载荷、时间后。 HV＝F/S
（1）应用范围：测薄片和镀层。
（2）优缺点：数值精确，但操作麻烦。 4.肖氏硬度HS、锉氏硬度、显微硬度HM
总结：数值越大，硬度越高。但相互之间不能比较，必须查表为同单位才行。
三、 韧性
概念：动载荷、“梅氏”试样（金属夏比试验）。 冲击韧度：
定义：抵抗冲击载荷而不破坏的能力。 衡量指标：αk＝Ak/A （J/cm2） αk－一次性冲击试验的标准。
多次冲击：Ak↓→σs、 σb。 Ak↑→Ψ、δ αk和温度有关：温度越低，αk越小。（低温易冲断）脆性临界转变温度。
四、 疲劳强度
概念：交变载荷、疲劳现象 试验：疲劳实验法。
衡量指标：疲劳强度σ-1
钢：107、有色金属：108。σmax=σ-1
五、 蠕变和松弛：（补充内容） 1.蠕变： 蠕变强度 高温下容易产生。 2.松弛：松弛强度 高温下容易产生。
录像：硬度试验、冲击试验和疲劳试验。
第二节 金属材料的物理、化学及工艺性能
复习旧课：学习本课的实际意义。 金属的性能：物理性能、化学性能。 一、物理性能：
1.比重：单位体积内物体的重量。 密度：单位体积内物体的质量。
铁：7.8克/厘米3、铜：8.9克/厘米3、铝：2.7克/厘米3、钛：4.51克/厘米3 γ<5g/cm3→轻金属、γ>5g/cm3→重金属。
应用：飞机制造业、子弹头、检验材料、炼铁、炼钢、铅球等。 2.熔点：固体→液体的温度点。 凝固点：液体→固体的温度点。
铁：1538℃、铜：1083℃、铝：660℃、钛：1660℃。 应用：耐高温材料（飞机、导弹、航天）、防火安全阀、熔断器（保险丝）等。 3.热涨性：一般而言，金属材料具有热胀冷缩的性能。 材料不同，热胀冷缩的大小也不同。
应用：电线的形态、桥梁的架设、钢轨的铺设、精密的测量工具、电冰箱、电饭锅等。 4. 导热性：金属具有传导热能的性质。 导热材料的顺序：银、铜、铝等。
金属材料的杂质越多、导热性越差。高速钢导热性差，加热要缓慢，以防开裂。 应用：陶瓷、水壶的水垢等。
5. 导电性：金属具有传递电流的性质。 导电材料的顺序：银、铜、铝等。
应用：电火花加工（下册P.78～80、电解加工、电子束加工及制造电线、电缆、玻璃拉丝模等。
6.磁性；金属材料在磁场的情况下磁化（分为软磁和硬磁）。 例如：铁、镍、钴等。
应用：手表材料、磨床的磨削加工（P.71下册）等。 二、化学性能：
1.耐蚀性（耐酸碱性）：金属材料抵抗腐蚀的性能。例如：钢铁生铁锈、铜生铜绿 （造成重大事故）。应用：食品行业、饮料行业、医药行业、化工行业等。 2.抗氧化性：高温时抵抗氧化的能力。 应用：锻打、电焊、热处理等。
3.化学稳定性：在常温下，化学稳定的性能。
应用：耐热设备、高温锅炉等。
三、工艺性能：是指是否易于进行冷、热加工的性能。 包括：热处理性能（第三章）、铸造性能（第二篇）、焊接性能（第三篇）、锻造性能（第四篇）、切削加工性能（第五篇）。（最后要和书名金属工艺学联系上） 以上各种工艺性能将在以后有关章节中分别介绍。 第二章 铁碳合金（钢和铸铁）
第一节 纯铁的晶体结构及其同素异晶转变
复习旧课：材料的力学性能。 一、金属的结晶
结晶：液态金属凝结成固态金属的现象。
概念：理论结晶温度－金属在无限缓冷冷却下结晶得到的结晶温度To。 （计算出来的） 实际结晶温度－金属以实际冷却速度冷却结晶得到的结晶温度Tn。（实际测量出来的）（平时浇注的温度）
一、金属结晶的过冷现象： 过冷现象：
金属的实际结晶温度总是低于理论结晶温度，Tn 金属的实际结晶温度总是低于理论结晶温度，Tn 金属的实际结晶温度总是低于理论结晶温度，Tn 2.在bc段：液体中某些原子结成晶核（自发晶核）（晶坯）晶核不断长大形成枝晶直到晶粒。 3.在cd段：每一个晶核形成一个晶粒，从而形成含有多晶体的金属固体。 概念： 晶粒、 晶界。 晶核－枝晶－晶粒－多晶体。 晶核－枝晶－晶粒 晶界；晶粒。晶粒越多，晶界也越多，则晶粒移动所受的阻力越大，宏观来看，材料越不容易发生变形，即材料的硬度越高，强度越好。 总结：晶粒越小，则材料的力学性能越好。 采用的主要途径是： 晶核数目越多－晶粒越多－晶粒越细小，从而提高材料的力学性能。 （1）提高过冷度： （>107℃/s 非晶态金属） 实验测出：冷却速度越大，生核速率越大>长大速率。 （2）变质处理（孕育处理）：在液态金属中，加入一些细小的金属粉末（变 质剂） （孕育剂）形成非自发晶核，使晶核数目增多，晶粒变细小。 （3）机械振动：使枝晶破碎成为几个晶核，使晶核数目增多（超生波振动等）。 二、纯金属的晶体结构 概念：原子球、结点、晶格、晶胞、晶格常数（a、b、c、α、β、γ） 致密度：晶胞中原子占有的体积与晶胞体积之比。 纯金属的晶格类型： 1.体心立方晶胞 例如：纯铁（α-Fe）912℃↓、W、Mo、V、Cr（β－Ti）882℃↑ 立方体: a＝b＝c ； α＝β＝γ＝90o 原子数：8×1/8＋1＝2 致密度：0.68 原子的晶格结构不同，则性能不同，即使原子的晶格结构相同，但由于原子的质量不同，性能也不同。 2.面心立方晶格 立方体 a＝b＝c α＝β＝γ＝90o 原子数：8×1/8＋6×1/2＝4 致密度：0.74 举例：铜：a＝b＝c=3.608×108、铜原子M＝63.54×1.67×10－24g 铜原子的直径：D＝2.5505?，计算铜的密度？ 纯铁（γ－Fe）912～1394℃、Al、Cu、Ag、Mn等。 三、纯铁的同素异晶转变（举列钻石和石墨） 纯铁：α－Fe→（912℃）γ－Fe（1394℃）→δ-Fe（1538℃）→L 二次结晶或重结晶。 提问：一定质量的纯铁加热到912～1394℃时，体积是增加还是减少，若继续加热到1394～1538℃时，体积是增大还是减少？ 第二节 铁碳合金的基本组织 复习旧课：细化金属材料晶粒的方法及纯铁的结构。 元素（金属＋非金属）共为108种，而纯金属一般共为83种。 Fe：HB80、σb＝200MPa、C：HB3、σb≈0 。 Fe＋C组成的合金化合物：HB800、σb=400MPa。 Al：HB25、σb＝80MPa。 Al＋Mg＋Mn组成的铝合金化合物：HB70、σb＝280MPa。 而工业中的金属材料均为合金。 合金： 定义；金属元素同另一种或几种金属元素或非金属元素组成的具有金属特性的新材料。 金属特性：导电性、导热性、塑性、光泽。 例如：钢铁合金：Fe＋C＋Mn＋Si、铝合金：（Al＋Mg＋Mn）、（Al＋Ze＋Mn）、 铜合金：（Cu＋Zn）、（Cu＋Sn）、（Cu＋Ni）等。 产生具有优良的使用性能和工艺性能方面的新材料（特出的物理、化学性能）。 组元： 定义：合金中的最小单元。 合金系： 合金中百分含量不同的组元构成的一系列合金。铝合金（Al＋Mg＋Mn）。 铝合金：Al：99％、97％、95％、…….. Mg：0.5％、2％、2％、………. Mn：0.5％、1％、3％、………. 二元合金系、三元合金系、四元合金系。 相： 具有同一化学成分，同一聚集状态，且有明显界面分开的独立均匀部分。 例如：液→单相、固相→单相、液＋固→两相。 一、固溶体： 定义：溶质原子进入溶剂中，依然保持晶格类型的金属晶体。 置换固溶体：d质/d剂>0.85。（胖子到教室形象举例） 晶格歪扭、畸变，晶体缺陷。 无限置换固溶体：Cu＋Ni 有限置换固溶体：Cu+Zn 温度越高，则溶解度（固溶量）越大。 间隙固溶体：d质/d剂<0.59。（瘦子到教室形象举例） 晶格歪扭、畸变，晶体缺陷。 只能形成有限固溶体：C→α－Fe、 727℃ 0.0218％。 因形成固溶体使材料强度、硬度升高的现象－固溶强化。（合金的好处） 1.铁素体F：C→α－Fe中形成的固溶体。 单相、层片状、体心立方晶格。 20℃ 0.0008％C （工业纯铁）。 727℃ 0.0218％C 。 机械性能：δ＝30～50％、ψ＝70～80％、αku＝160～200J/cm2、σb＝180～280MPa、HBS50～80 （770℃↓磁性）。（应用简略提一下） （饱和的盐水凝固点－21℃、其沸点108℃。 饱和NaOH溶液沸点314℃。） 2.奥氏体A：C→γ－Fe中形成的固溶体。 单相、层片状、面心立方晶格。 727℃ 0.77%C、1148℃ 2.11%C。 机械性能：δ＝40～60％、σb＝400～50MPa、HBS＝170～220、抗磁性。 （应用提一下） 二、金属化合物（中间相）（强化相） 形成：温度降低时析出的一种新材料。 Fe3C、Fe2.4C、VC、WC、CuZn、Cu21Zn22 σ↑、HRC↓、δ↓、ψ↓、αku↓。 渗碳体C：F＋C层片相间叠加。硬度极高，而塑性、韧性极低。 三、机械混合物： 定义：α－固溶体＋β－固溶体＋…＋α－金属化合物＋β－金属化合物 例如：钢铁、铝合金、铜合金、钛合金等。 1. 珠光体P：F＋Fe3C 两相，机械混合物。 0.77％C。 机械性能：δ＝20～25％、σb＝800～850MPa、 HBS＝280～260。 强度高、硬度较高。（应用提一下） 2.莱氏体Ld、Ld′： 两相机械混合物，含碳量：4.3％C。 Ld＝A＋C 727～1148℃。（高温莱氏体） Ld′＝P＋C 20～727℃。（低温莱氏体） 机械性能：HB＝560～600、δ＝4～5％。性能与渗碳体相近。（应用较少） 总结：硬度最高的是渗碳体，强度最好的是珠光体，高温下奥氏体塑性最好，常温下铁素体塑性最好，莱氏体硬度较高。 一、铁碳合金状态图的建立 （1）配制不同成分的铁碳合金，用热分析法测定各合金的冷却曲线。 （2）从各冷却曲线上找出临界点，并将各临界点分别画到成分－温度坐 标中。 （3）将意义相同的临界点连接起来。 二、Fe－Fe3C合金状态图的分析： 1.点（特性点）： A 1538℃ 100％Fe的熔点 ； D 1227℃ 100％Fe3C的熔点； G 912℃ 100％Fe的同素异晶转变点（重结晶温度点）； C 1148℃ 4.3％C 共晶点L→Ld（A＋C） 共晶反应； F 1148℃ 6.69％C 虚点 ； P 727℃ 100％Fe虚点； K 727℃ 6.69％C虚点、E 1148℃ 2.11％C 碳在γ－Fe中的最大固溶量； S 727℃ 0.77％C 碳在γ－Fe中的最小固溶量，共析点A→P 共析反应。 2.线（特性线）： （1）AC线：液相线 开始结晶出奥氏体：L→L＋A。DC线：液相线 开始结晶出渗碳体：L→L+C。 （2）AE线：固相线 奥氏体结晶终了线：L＋A→A。ECF线：固相线（共晶线）：共晶反应 L→Ld。 （3）GS线－A3线：从奥氏体中开始析出铁素体线。 （4）ES线—Acm线：从奥氏体中开始析出渗碳体线（碳在奥氏体中的固溶线）。 （5）PSK线－A1线：共析线； 共析反应 A→P（F＋C）共晶体。 （6）PQ线－碳在铁素体中的溶解度曲线。这种由铁素体中析出的渗碳体为三次渗碳体。 3.分类： 含碳量分类： 工业纯铁：C≤0.0218％C 钢：0.0218％ 共析钢：0.77％ P 亚共析钢： C<0.77％ P＋F 过共析钢： C>0.77％ P＋C 共晶白口铁分类： 共晶白口铁：4.3％C Ld′ 亚共晶白口铁：C<4.3％C Ld′＋P＋C 过共晶白口铁：C>4.3％C Ld′＋C 三、钢在结晶过程中的组织转变 实验：热分析法－（C：0－6.69％）实用价值。 1.共析钢： 0.77％C：L→L＋A→A→P 分析：在727℃发生共析反应，A中含碳多少？P中含碳多少？ （727℃:F＝88.78％、C＝11.22％） 2.亚共析钢： 0.5％C：L→L＋A→A→A＋F→P＋F 分析：①A→A＋F 在→点以上A中含碳多少？随着温度降低，A中含碳是 逐渐增加还是减少？ ②A＋F→P＋F 在冷却到→点时，A中含碳增加到0.77％C，发生共析反应 A→P，727℃时，P、F各占百分多少？ 727℃: F＝35.34％、P＝64.66％。20℃:F＝92.64％、C＝7.36％。 3.共析钢： 1.0％C：L→L＋A→A→A＋C→P＋C （P＝96.1％、C＝3.9％） 分析：①A→A＋C 在→点以上，A中含碳多少？C中含碳多少？在→点以下，随着温度降低，A中含碳逐渐增加还是减少？ ②A＋C→P＋C 当冷却到→时，A中含碳逐渐减少到0.77％C，发生共析反应 A→P，727℃,P、C相对含量是多少？ Ⅵ.亚共晶白口铸铁、共晶白口铸铁、过共晶白口铸铁请学生自行分析。 铁碳合金的组织和性能： 工业纯铁：F 塑性好。 亚共析钢：F＋P 取决于F、P的含量。 共析钢：P 强度高。 过共析钢：P＋C 取决于P、C的含量（C为网状的二次渗碳体，脆、不合格）。 亚共晶白口铸铁、共晶白口铸铁、过共晶白口铸铁自行分析。 力学性能和含碳量的关系曲线图。 力学性能 4.Fe－Fe3C状态图的应用。 正确选材： ①.C≤0.25％，低碳钢：塑性好，韧性好。 ②0.25％ 共晶成分的铁碳合金铸造时，组织致密，不易偏析。 ②锻造方面： 钢加热到固相线AE以下200℃及A3线上170℃之间，利用奥氏体塑性好。 ③焊接方面： ④热处理方面： 课堂讨论：碳对铁碳合金组织和性能的影响。 第四节 工业用钢简介 复习旧课：碳对铁碳合金组织和性能的影响。 一、钢的分类 碳钢的分类、编号和用途： （1）分类： ①低碳钢：<0.25％C ①亚共析钢： 0.008～0.77％C。 ②中碳钢：0.25％≤C<0.60% ②共析钢： 0.77％C。 ③高碳钢：0.60％ （2）质量： ①普通碳素钢：S≤0.05％、P≤0.045％。 ②优质碳素钢：S≤0.04％、P≤0.04％。（和国际不接轨） ③高级优质碳素钢：S≤0.03％、P≤0.035％。 （3）用途： ①碳素结构钢： ②碳素工具钢： （4）冶炼： ①平炉钢（逐渐淘汰） ②转炉钢（使用） ③电弧炉钢。 （5）酸碱性： ①酸性钢 ②碱性钢 ③中性钢。 钢的分类：碳素钢和合金钢。 二、碳素钢： 钢中杂质含量对其性能的影响 1.锰Mn：0.25～0.8％Mn，有益元素，脱氧剂。提高钢的强度和硬度，特别是降低钢的的脆性。 2.硅Si：<0.4％Si，有益元素，脱氧剂。提高钢的强度。 3.硫S：<0.050％，有害元素，热脆（红脆性）。（FeS＋Fe）为共晶体，985℃为液体。 硫的含量越高，热脆性越严重。 4.磷P：<0.0045％，有害元素，冷脆。使钢常温下其塑性和韧性急剧下降，脆性转变温度升高，在低温时，这种现象更加严重。 5.氢H：<0.0001％，有害元素，氢脆，白点。过多的氢分子会导致钢的开裂。 总之，杂质元素对钢材的性能与质量影响很大，必须严格控制在所规定的范围内。 碳素钢分如下三类： （1）普通碳素结构钢： 新：Q235A（F、b、Z）、σs≥235MPa。 旧：甲类钢：A1、A2、A3、………A7满足机械性能要求的。 乙类钢：B1、B2、B3、……….B7满足化学性能要求的。 特类钢：C2、C3、……..C5满足机械和化学性能要求的。 通常用于制造型材、螺钉、铁钉、铁丝、建筑材料等。 （2）优质碳素结构钢： 普通含锰量钢：0.25～0.8％Mn。 较高含锰量钢：0.70～1.20％Mn。 举例：45： 0.45％C左右、 0.50～0.80％Mn左右。 45Mn ： 0.45％C左右、 0.70～1.00％Mn左右。 常用于齿轮、主轴、连杆→45。 弹簧、板簧、发条→65、65Mn。 （3）.碳素工具钢： 优质碳素工具钢：T＋数字。 高级优质碳素工具钢：T＋数字＋A。 举例：T7、T8、T9、……….T14。含义：0.7％、0.80％、0.9％…….1.4％ T7A、T8A、T9A、……….T14A。主要用于剪刀、斧头、锯子、锉刀等。 三、合金钢： 钢：非合金钢、低合金钢、合金钢。 合金钢：低合金钢、合金钢。 碳钢在200℃时，机械性能剧烈下降，而合金钢在650℃时，其机械性能才略为下降。 质量：优质钢、高级优质钢（A）、特级优质钢（E）。 1.合金结构钢 起首两位数字表示平均含碳量的万分之几，其后的符号表示所含的主要元素；若元素含量<1.5％，不标数，元素含量≥1.5％，其后的数表示其百分含量。最后标“A”则称为高级优质合金结构钢（滚动轴承钢除外）。 例：12CrNi3：0.12％C、Cr<1.5％、3％Ni 20CrMnTi：0.20％C、Cr、Mn、Ti<1.5％ 15Cr、20Mn2B、55Si2MnA 2.合金工具钢 当含碳量≥1.0％时，不标含碳量数当含碳量<1.0％时，起首数表示含碳量的千分之几。合金元素同上。 例：9Mn2V：0.9％C、2％Mn、V<1.5％ CrWMn：C≥1.0％、Cr、W、Mn<1.5％。 W18Cr4V、W12Cr4V4Mo、9SiCr。 3.特殊性能钢 起首数表示含碳量的千分之几，若起首为“0”，则表示含碳量<0.10％；若起首数为“00”，则表示含碳量为≤0.03％，合金元素同上。 第五节 零件选材的一般原则 选择材料的一般原则如下： 1.应能满足零件的工作要求：安全第一。 2.应能满足工艺性能要求：质量第一。 3.必须重视材料的经济性：效率第一。（以铁代钢，以铸代锻） 问答题： 一、根据铁碳合金状态图，说明下列原因： 1.含碳1.0％的钢比含碳0.5％的钢硬度高。 2.含碳1.2％的钢比含碳0.6％的钢强度高。 3.钢宜压力加工成形，铸铁宜铸造成形。 4.钳工锯T8、T10钢比锯10、20钢费力，锯条宜钝。 5.在1100℃含碳0.4％的钢能锻造，而含碳4.0％的生铁不能锻造。 6.捆扎物品的铁丝一般都用低碳钢，而吊车用的钢缆却用中碳钢。 7.制造滚动轴承的材料均是高碳钢。 8.制造刮刀、刻字刀具均用高碳钢。 9.制造型材的钢均用08、10号钢。 二、选择对应的材料： 45 65 A3（Q235A） T13 T8A 10 ZG280－500。 弹簧 主轴 螺钉 锯子 锉子 箱体 油箱盖。 第一节 概述 复习旧课：碳素钢的分类和牌号及其应用。 第四章 钢的热处理 现代工业生产中，为了不断提高金属下材料的机械性能，采用两种方法： ①合金化法－碳钢中加入合金元素（调整钢的化学成分）。 ②热处理法－碳钢进行工艺处理（调整钢的组织）。 热处理：钢在固态范围内，通过加热、保温、冷却，改变金属材料的内部组织，改变材料的力学性能。 一个条件，三个过程：Sold hot－keep－cold。 分类： 普通热处理：退火、正火、淬火、回火。 热处理 表面淬火：火焰加热和感应加热法。 表面热处理 化学热处理：渗碳、渗氮、二元、多元共渗。 ?【第一节：热处理的基本原理】（教课书省略） 一、钢的加热和保温时的组织转变： 绝大多数的热处理均是把钢加热到使其转变为奥氏体组织且尽量保持细小的晶粒。 1.钢在加热（冷却）时组织转变的温度。 AC1－加热时，珠光体转变为奥氏体的温度。 Ar1－冷却时，奥氏体转变为珠光体的温度。 AC3－加热时，铁素体转变为奥氏体。 Ar3－冷却时，奥氏体转变为铁素体的开始温度。 ACCm－加热时，二次渗碳体在奥氏体中的溶解的终了温度。 ArCm－冷却时，二次渗碳体从奥氏体中析出的终了温度。 钢号： 10 25 30 50 T10 T12 AC1： 727 735 732 727 730 730 AC3： 876 840 813 774 Ar3： 850 824 796 755 Ar1： 710 710 714 718 718 713 ACCm： 800 820 加热、冷却时的理想温度：A1、A3、ACm 实际加热温度： AC1、AC3、ACCm （0~＋20℃） 实际冷却温度： Ar1、Ar3、ArCm （0～－20℃） 2.钢加热时的变化： 以共析钢为例： ①加热到AC1以下时，依然是P； ②加热到AC1时，A晶核产生； ③继续加热，A晶核长大，F→A、C溶解； ④残余C溶解； ⑤均匀化。 亚共析钢、过共析钢分析： 根据组织分成三个转变区： 1.高温转变区（珠光体转变区）：A1～550℃， P。 A1～650℃, A′→P粗、HRC15～22、δ＝20％、σb＝550MPa。 650～600℃, A′→P细（索氏体S）、HRC22～27、δ＝18％、σb＝870MPa。 600～550℃, A′→P极细（托氏体T）、HRC27～43、δ＝18％、σb＝1100MPa。 2.高温转变区（贝氏体转变区）：550～Ms，A→A′→B＝C粒＋F。 550～350℃, A′→B上（羽毛状）＝C粒＋F条状，HRC40～45。 350～Ms，A′→B下（竹叶状）＝C粒＋F针，HRC45～55。 3.低温转变区（马氏体转变区）：Ms～Mf ，A→A′→M＋A′残。 M：C→α-Fe（过饱和地溶解），HRC65～66，硬度很高。 特点：①Ms～Mf范围； ②内应力很大； ③A′不能100％转变为M。 三、钢的冷却曲线应用： 等温冷却：定性 连续冷却：定量 炉冷：10℃/min、空冷：10℃/s、油冷：150℃/s、水冷：600℃/s。 P S＋P S＋T＋M M＋A′残 临界冷却速度Vk＝V临。】 补充内容： 影响C曲线的因素： ①含碳量：C<0.77％ C％↑C曲线右移。C>0.77％ C％↑C曲线左移。 ②合金元素：除Co外所有的合金元素均使C曲线右移。 ③加热温度：温度越高，C曲线右移。 保温时间：时间越长，C曲线右移。 第二节 退火和正火 方法： 普通热处理：退火、正火、淬火、回火。 热处理 表面淬火：火焰加热和感应加热法。 表面热处理 化学热处理：渗碳、渗氮、二元、多元共渗。 一、退火： 把钢加热到一定温度，保温一定时间，然后缓慢冷却（炉冷）的热处理工艺法。 目的：①提高钢的塑性和韧性（利于切削加工）； ②消除钢的内应力（以防钢件变形和开裂）； ③均匀组织； ④为随后的热处理做准备（组织上为以后的热处理做准备）。 退火的种类： （1）完全退火：（亚共析钢） 把钢加热到AC3线以上30～50℃的温度，保温一定时间（1.5～2.5min/mm30min/m3)（碳钢按有效厚度或直径每25毫米为1小时，合金钢按有效厚度或直径每20毫米为 1小时，保温时间与工件形状、材料质量、装炉量等有关）然后随炉冷却的一种工艺。 组织分析：P＋F→A→A′→P＋F （重结晶退火）。（实际生产中在炉中冷却到500℃左右即可出炉冷却） （2）球化退火：（过共析钢） 把钢加热到AC1线以上20～30℃的温度，保温一定时间（5～6min/mm1hour/m3）然后随炉冷却的一种工艺。 组织分析：P＋Fe3C网→A＋Fe3C网→A′＋Fe3C球→P＋Fe3C球。 （实际生产中冷却到500℃以下时，组织转变完成，可取出空冷）。有些难于形成颗粒球状 渗碳体的钢，可以多次并重复上述过程－循环退火（周期化退火）。 （3）低温退火：（亚、共、过共析钢） 把钢加热到500～650℃，保温一定时间（6～8min/mm、1.5hour/m3），然后随炉冷却的一种工艺。（低温退火）若用于消除加工硬化（650～750℃），空冷，则称为再结晶退火。 组织分析：P＋F→P＋F→P＋F→P＋F P→学生分析。 P＋Fe3C网→学生分析。 （4）扩散退火：（亚、过共析钢） 把钢加热到AC3线以上150～200℃、ACCm线以上150～200℃，保温一定时间（10～20hour）然后随炉冷却的一种工艺。（加热温度高，保温时间长，成本高，钢的烧损量大，晶粒粗大），这种工艺是为了消除钢中的成分不均匀的现象。 二、正火： 把钢加热到AC3线或ACCm线以上30～50℃的温度，（4～5min/mm、1hour/m3 经过保温后，随空气冷却的一种工艺。 目的：①提高低碳钢的硬度。（利于切削加工） ②消除网状渗碳体组织。（冷却速度较大，网状来不及形成） ③改善钢的组织。（细化晶粒，均匀组织） 因正火是在空气中冷却，得到的组织晶粒细小，且缩短了冷却时间， 提高了生产率和设备利用率，是一种比较经济的方法，应用较广泛。但是难于消除再结晶退火。 组织分析：P＋F→A→A→A′→S＋F P＋Fe3C网→A→A→A′→S＋Fe3C粒 应用：①对一些大型或形状复杂的零件，淬火有开裂的危险，用正火； ②对于含碳量0.3～0.5％的钢件，用正火代替退火； ③含碳量低于0.3％的钢件，采用正火，能提高硬度利于切削。 第三节 淬火和回火 复习旧课：退火和正火的目的及其应用。 一、淬火： 在固态范围内，把钢加热到一定的温度（亚共析钢Ac3＋30～50°、共析钢及过共析钢Ac1＋30～50°），保温一定时间，（1.5～2.5min/mm、 30min/m3)(时间与钢的成分、原始组织、工件形状和尺寸加热介质、装炉方法，虽经验公式－热处理手册，但生产实际中是综合上述的因素通过实验才能合理的选定）以大于或等于临界冷却速度冷却下来的一种热处理工艺。（>Vk） 目的：获得马氏体组织，从而提高钢的硬度和耐磨性。 （1）严格控制淬火加热温度。 （2）合理选择淬火冷却介质。 目的：既能得到高硬度的马氏体，也不会产生变形、开裂。 （a）实际水中的冷却曲线。（b）实际油中的冷却曲线。（c）理想淬火剂的冷却曲线。 分析MNQT（c）冷却曲线：MN－冷却速度慢，目的是不易变形、开裂； NQ－冷却速度快，目的是A′不会转变为珠光体； QT—冷却较慢，目的是既能得到高硬度的马氏体，不变形、开裂。而且冷却介质使用过程中不易变质，不易燃，无毒性，无污染，来源充足，价格便宜，能反复多次重复使用。 满足以上所有要求的淬火剂是理想的淬火剂，但目前尚未找到还有待于我去研究和开发。 水： 碳钢 优点：650～550℃、 V＝600℃/S ； A′ P、S、T、B。 缺点：300～200℃、 V＝270℃/S ； 易使工件变形、开裂。 （若水温超过40℃，在650～550℃，冷却速度大为A′→P、S、T、B,不易淬硬，水中淬火易形成表面蒸气膜，若不及时去掉，影响工件内部冷却形成软点。盐水、碱水有水优点以外，并能自由去除薄膜，不会造出淬不硬及软点，但在200～300℃之间冷却，依然很快，易变形、开裂）。 矿物油（机油）： 合金钢 优点：300～200℃ 、 V＝30℃/S ； 工件不会变形、开裂。 缺点：650～550℃ 、 V＝150℃/S； A′→P、S、T、B。 （机油温度不能提的太高，过高的油温将会引起油面的燃烧，油长时间使用易老化，为了寻求理想的淬火介质：水玻璃溶液、聚乙烯醇水溶液聚醚水溶液….而当前热处理工艺发展的趋势是：在淬火冷却介质的改进和研究方向，主要是在现有的淬火油中加入各种添加剂，以提高冷却能力，减缓油的老化，延长使用时间，……..）。 （3）正确选择淬火方法： （由于淬火冷却介质不能完全满足淬火质量的要求，所以在热处理工艺方面还应考虑从淬火方法上加以解决）。 单液淬火： 把钢加热到淬火温度，经保温后，放入一种冷却介质中。 （这种方法操作简单，易机械化、自动化，通常工件是形状简单的碳钢和合金钢。在水中或盐水中进行单液淬火，操作虽然简单，单淬火变形大，如果采用油冷又难以取得淬硬的效果，这就可将油、水冷却结合起来进行如下的双液淬火）。 应用：卡规、轴承、锯子等。 双液淬火： 把加热到淬火的温度的工件，经保温后，先放入水或盐水中冷到400～300℃，再迅速移到油中或空气中冷却－水淬油冷法。 （双液淬火广泛应用于各种零件或工具，能得到高硬度，又能减少淬火内应力，缺点是操作难，且未能很好地改进工件表面与心部的温差这一缺点。技术还要熟练）。 应用：齿轮、缸体、阀体等。 分级淬火： 把工件加热到淬火温度，经保温后，迅速冷却到Ms点，附近，稍加停留 （A′ B），待工件表面和中心温度基本一致时，再取出放入油中或空气中冷却冷却――热浴淬火法。 （这种淬火法由于在奥氏体向马氏体转变前，工件的温度经等温停留后逐渐趋于一致，使随后的组织转变得以在表层和内部同时进行，由此可大大减小淬火内应力和变形，主要应用于形状复杂、小尺寸的碳钢和合金钢。） 应用：油泵齿轮、滚珠、滚针等。 等温淬火： 把加热到淬火温度的工件，经保温后，放入稍高于Ms点的盐浴或碱浴中，并等温到奥氏体转变层成下贝氏体后，再取出空冷。 （等温淬火硬度虽然没有分级淬火高，但工件在获得较高硬度的同时还具有良好的塑性和韧性，还可以有效地减少应力和变形，其缺点是不适应用界面尺寸大的工件，其心部易产生珠光体，生产周期长，适用于薄、细而形状发复杂的零件。） 应用；油嘴、小圆筒等。 冷处理： 把淬冷到室温的钢继续冷却到－70～－80℃，保温一段时间，使残余过冷奥氏体在继续冷却 过程中转变为马氏体。 （是用干冰－78.5℃或－103℃的液化乙烯、－192℃的液态氮成本很高，易产生应力、变形，很少应用。） 应用：游标卡尺、螺旋尺、钢尺、砝码等。 V1－单液淬火、V2－双液淬火、V3－分级淬火、V4－等温淬火。 二、回火： 定义：将淬火后的钢加热到Ac1以下某一温度，保温一定时间（1～5小时），然后冷却的一种工艺。 目的：①降低材料的脆性、消除内应力； ②获得要求的力学性能； ③稳定工件尺寸； ④降低合金钢的硬度，使之易被切削。 （1）低温回火（150～250℃）：组织：回火马氏体 HRC58～64。 应用于需要高硬度，高耐磨的材料零件。例如：刃具、量具、模具、滚动轴承等。 （2）中温回火（350～500℃）：组织：回火屈氏体 HRC35～45。 应用于需要较高弹性、韧性的材料零件等。例如：弹簧、板簧、发条、冲击工具等。 （3）高温回火（500～650℃）组织：回火索氏体HRC15～25 （HB200～250）。 应用于受交变载荷作用的材料零件等。例如：轴、丝杠、齿轮、连杆等。 淬火＋高温回火：调质处理。 时效处理：（尺寸稳定处理）某些量具等精密工具为了保持淬火后的高硬度和耐磨性及稳定的尺寸，需在100～180℃进行长时间的低温加热，保温（10～50小时），随炉冷却的工艺。 第四节 表面淬火和化学热处理 复习旧课：淬火和回火的应用。 普通热处理：材料的内外力学性能均匀一致：外硬内硬、外韧内韧，但是，特殊情况下，需要内外力学性能不一致的材料：外硬内韧。 一、表面淬火（中碳钢）： 定义： 1.火焰加热表面淬火： 氧炔焰： M：2～6mm。 2.感应加热表面淬火：（需经正火、调质处理） 高频（10～500KHz） M：0.5～2mm； 感应器 中频（500～10000Hz）M： 2～8mm； 中频 （50Hz） M：10～15mm； 二、化学热处理： 定义： 1.渗碳：气体渗碳、固体渗碳： 低碳钢 ： 10.5～2mm 后：渗碳＋淬火＋低温回火。 2.渗氮：气体渗氮。 前：调质处理＋渗氮。 合金钢： （0.001～0.8mm）。 3.碳氮二元共渗：气体、固体、液体共渗。 低碳钢 低碳合金钢 4.辉光离子氮化（离子氮化）： 第一章 铸造工艺基础 第一节 液态合金的充型 复习旧课：表面热处理的特点及其应用。 液态合金填充铸型的过程，简称充型。 影响充型能力的主要因素如下： 一、合金的流动性 流动性：4.3％C、高温、P、铸型特点。 二、浇注条件 1. 浇注温度 在保证充型能力足够的前提下，浇注温度不易太高。 2. 充型压力 液态合金所受的压力越大，充型能力越好 三、铸型填充条件 如下因素对充型能力均有影响： 1. 铸型材料：导热系数和比热容越大，激冷越大，充型能力越差。 2. 铸型温度： 3. 铸型中的气体：开设出气口，增加透气性。 第二节 铸件的凝固与收缩 一、铸件的凝固方式 1. 逐层凝固： 2. 糊状凝固： 3. 中间凝固：大多数的凝固均是这样。 二、铸造合金的收缩 合金的收缩经历三阶段： （1） 液态收缩 （2） 凝固收缩 （3） 固态收缩 收缩率与化学成分、浇注温度、铸件结构和铸型条件有关。铸铁的最好。 三、铸件中的缩孔与缩松 1. 缩孔与缩松的形成 （1） 缩孔 它是集中在铸件上部或最后凝固部位容积较大的孔洞。 （2） 缩松 分散在铸件某区域内的细小缩孔。 2. 缩孔和疏松的防止 （1） 定向凝固：设置冒口。 （2） 安放冷铁。 第三节 铸造内应力、变形和裂纹 复习旧课：铸件的凝固与收缩。 一、内应力的形成 1.热应力 减少热应力的基本途径是尽量减少各个部位间的温度差，使其均匀地冷却。 3. 机械应力 它是合金的固态收缩受到铸型或型芯的机械阻碍而形成的内应力。 二、铸件的变形与防止 具有残余内应力的铸件是不稳定的，它将自发地通过变形来减缓其内应力，以便趋于稳定状态。 防止铸件变形的措施： 使铸件壁厚均匀、形状对称，采用同时凝固和反变形。 也可采用时效处理：自然时效和人工时效。 一、铸件的裂纹与防止 当铸造内应力超过金属的强度极限时，便会产生裂纹。 两种： 1. 热烈： 是高温下形成的裂纹。 影响因素： （1） 合金性质。 （2） 铸型阻力。 2. 冷裂： 是低温下形成的裂纹。 二、合金性质和含磷量。 第四节 铸件的质量控制 应从如下几个方面来控制铸件质量： （1） 合理选定铸造合金和铸件结构。 （2） 合理制定铸件的技术要求。 （3） 模样质量检查。 （4） 铸件质量检验。 （5） 铸件热处理。 第二章 常用合金铸铁的生产 第一节 铸铁件生产 复习旧课：铸件的质量控制。 铸铁的分类：定义：含碳量6.69％>C>2.11％的铁碳合金。 ①白口铸铁：C以Fe3C形式存在。 ②灰口铸铁：C以片状石墨形式存在，G片。 ③可锻铸铁：C以团絮石墨状形式存在，G絮。 ④球墨铸铁：C以球状石墨形式存在，G球。 ⑤蠕墨铸铁： ⑥麻口铸铁： 一、灰铸铁 灰铸铁的性能： （1）铸造性能好； （2）减摩性能好； （3）减震性能好； （4）切削加工性能好； （5）缺口敏感性较低：（举例：麻子脸；黑白衣服，标准好学生） （6）抗拉强度、塑性、韧性比相应的基体的钢低。 2. 影响铸铁组织和性能的因素（G＝石墨） （1）化学成分： C 、Si→G ， Mn、S、P→Fe3C 。 （2）冷却速度： V↑→ Fe3C、 V↓→G 。 3.灰铸铁的孕育处理（变质处理）：变质剂：硅铁75％。 在铸铁未浇注前，向铁水中加入少量变质剂（Si＋Fe）、（Si＋Ca），形成非自发晶核，细化晶粒，从而提高其力学性能。 4.灰铸铁的牌号及其生产特点 （1）灰铸铁的牌号 HTab： ab为材料的最低抗拉强度。 （2）灰铸铁的生产特点 二、可锻铸铁 （马铁、玛钢、展性铸铁、韧性铸铁） C→G絮状。 成分： 组织特点： G絮状＋基体。 ① G絮状＋F：铁素体可锻铸铁。 ② G絮状＋F：珠光体可锻铸铁。 牌号：KTHab－c： ab为最低抗拉强度。 c为最低延伸率。 黑心可锻铸铁、珠光体可锻铸铁和白心可锻铸铁。 三、 球墨铸铁】 1950年，我国开始球铁的研究，1959年无锡柴油机厂利用球铁代替45、40Cr钢，寿命、机械性能相近，成本降低50～80％，工时减少30～50％。1964年广州柴油机厂利用球铁代替合金钢，成本降低85％。 1.球墨铸铁的组织和性能： 2.球墨铸铁的生产特点 （1）铁水 （2）球化处理和孕育处理：球化剂和变质剂。 （3）铸型工艺 （4）热处理 四、蠕墨铸铁 1.蠕墨铸铁的性能 2.蠕墨铸铁的制取 3.蠕墨铸铁的应用 第三节 铜、铝合金铸件生产 复习旧课：铸铁件的生产特点。 一、铸造铜合金 铜及铜合金 1.铜：99.95％Cu（紫铜） 面心立方晶格，比重大，塑性好，强度低，σb＝200～250MPa、δ＝45～50％，耐蚀性强，主要用于制造电线、电缆、配置铜合金。 工业纯铜：T1～T5，数字越大，铜纯度越低。 T1：99.95％、T2：99.90％、T3：99.70％、T4：99.50％。 2.铜合金： 加入Sn、Zn、Pb、Al、Ni等。 ①黄铜：（Cu＋Zn） A.压力加工黄铜H： H96、H68、HSn62－1。 B.铸造黄铜ZH：ZHSi80－3、ZHAl67－25。 ②青铜：（Cu＋Sn）、（Cu＋Cr）、（Cu＋Pb）、（Cu＋Al）。 A.压力加工青铜QSn：QSn6.5－0.1。 B.铸造青铜ZQSn10－1。 ③白铜：（Cu＋Ni）。 3.热处理：去应力退火。 二、铸造铝合金 1.铝：99.9968％Al，面心立方晶格，比重小，塑性好，强度低，耐腐蚀能力强，表面易形成Al2O3，主要用于制造电线、电缆、配制合金，σb＝80MPa、δ＝50％、ψ＝80％。 工业纯铝：L1～L5，数字越大，铝纯度越低。 L1：99.50％Al、L2：99.00％Al、L3：98.00％。 2.铝合金： 加入铜、镁、锰、锌、硅等。 ①压力加工铝合金（形变铝合金）： A.防锈铝合金LF：Mn＋Mg ，LF5、LF11、抗蚀、强度低、焊接性好。 B.硬铝合金LY：Cu＋Mg，LY1、LY11，机械性能好，抗蚀性好 。 C.超硬铝合金LC：Cu＋Mg＋Zn，LC4、LC3抗蚀性差、室温强度高。 D.锻铝合金LD：Mg＋Si＋Cu，LD5，LD6、锻造性好、机械性能好。 ②铸造铝合金： A.铸造铝硅合金ZL1：Si、ZL101、Zl104铸造性能好、耐腐蚀。 B.铸造铝铜合金ZL2：Cu、ZL203、ZL201、耐热、铸造、耐蚀性差 。 C.铸造铝镁合金ZL3：Mg、ZL302、ZL301、机械性能好抗蚀、比重大。 D.铸造铝锌合金ZL4：Zn、ZL401、ZL402、抗蚀性差、压铸性好。 ③热处理： 变质处理（2/3NaF＋1/3NaCl）、时效强化。 三、铜、铝合金铸件的生产特点 1.铜合金的熔化 2.铝合金的熔化 3.铸造工艺 四、钛、钛合金 性能：质量轻、比强度高，高温强度好，低温韧性优异，耐蚀性好。 比强度：强度和密度的比值。 钛和钛合金的基本性能： 钛为银白色的金属，密度为4.5g/mm3，熔点为1668℃，具有同素异晶转变：882℃以下呈密排六方晶格－α－Ti，882℃以上呈体心立方晶格－β－Ti。 ① 比强度值高：σs＝1300MPa； ② ②热强度高：500℃，保持高强度； ③耐腐蚀性好：超过不锈钢； ④疲劳极限高：远远超过铝合金。 二、钛合金 1.α类钛合金：加入铝、锡、锆等。 TA5、TA7，高温强度好、组织稳定、抗氧化性好，抗蠕变性好，焊接性能好。 2.β类钛合金：加入钒、钼、铌、铬、锰等。 TB2，较高的强度，优良的冲压性能。 3.（α＋β）类钛合金 TC4、TC4，常温下强度较高，优良的塑性，易锻造，扎制，冲压 。 总之：是飞机、导弹、宇宙飞船、舰艇的理想结构材料。 轴承合金： 在滑动轴承中制造轴瓦及内衬的合金。 材料：1.锡基轴承合金（巴氏合金） ZChSnSb11－6（ZChSn2） 2号。 ZChSnSb12－4－10（ZChSn1）1号。 2.铅基轴承合金（巴氏合金） ZChPbSb16－16－2（ZChPb1）1号。 ZChPbSb15－5－3（ZChPb2）2号。 3.铜基轴承合金 ZQPb30、 ZnSn10－1。 各种轴承合金性能的比较 种类 锡基轴承合金 铅基轴承合金 铜基轴承合金 铸铁 抗咬合性 优 优 中 差 磨合性 优 优 差 劣 耐蚀性 优 中 中 优 耐疲劳性 劣 劣 良 优 硬度HB 20～30 15～30 50～80 160～180 温度℃ 150 150 230 150 最大应力MPa 600～1000 600～800 2000 300～600 咬合性：当摩擦条件不良时，轴承材料与轴粘着和焊合性。 磨合性：在不长的工作时间后，轴承与轴能自动吻合，使载荷均匀作用在工作面上，避免局部磨损。 第三章 砂型铸造 复习旧课：铸钢、铸铝、铸铜的生产特点。 砂型铸造是传统的铸造方法，它适用于各种形状、大小、批量及各种合金铸件的生产。 第一节 造型方法的选择 铸铁件、铸钢件、铸铝件、铸铜件……的制造工艺方法。 定义：将熔化的金属材料浇注到铸型空腔中，待其冷却凝固后，得到毛坯的方法。 产品：毛坯（铸件） 一、手工造型 1.单件、小批生产： 2.成批生产 P．55看过录像后，要学生设计①画出木模②确定分型面③活块设计④叙述整个制造过程。 二、机器造型（造芯） 1. 机器造型（造芯）基本原理 （1）填砂； （2）震击紧砂； （3） 辅助压实； （4） 起模。 3. 机器造型的工艺特点 第二节 浇注位置和分型面的选择 浇注位置是指浇注时铸型分型面所处的空间位置，而铸型分型面是指铸型组元间的结合面。 一、浇注位置选择原则 （1） 铸件的重要加工面应朝下。 （2） 铸件的大平面应朝下。 （3） 将面积较大的薄壁部分置于铸型下部或处于垂直或倾斜位置。 （4） 在较厚部位安放冒口。 二、铸型分型面的选择原则 定义：以砂子为主要原料形成铸型型腔的铸造工艺。 （1） 以平面为易、越少越好。 （2） 重要面置于下箱。 （3） 模型易出 第三节 工艺参数的选择 复习 旧课：铸造工艺设计。 一、机械加工余量和最小铸孔 二、起模斜度 为了使模样便于从砂型中取出，凡垂直于分型面的立壁在制造模样时，必须留出一定的的倾斜度。外壁的起模斜度通常为15′～3o，内壁的起模斜度通常为3o～10o。 三、收缩率 通常灰铸铁为0.7％～1.0％，铸钢为1.3％～2.0％，铝硅合金为0.8％～1.2％。 四、型芯头 第四节 综合分析举例 一、支座 （1）方案Ⅰ （2）方案Ⅱ （3）方案Ⅲ A．单件生产、小批生产 B．大批量生产 二、C6140车床进给箱体 1.分型面的选择 方案Ⅰ、方案Ⅱ、方案Ⅲ。 A．单件生产、小批生产 B．大批量生产 2.铸造工艺图 第四章 特种铸造 第一节 熔模铸造 复习旧课：铸造工艺参数的选择。 一、熔模铸造的工艺过程 1.蜡模制造 （1）压型制造 （2）蜡模的压制 （3）蜡模组装 2.型壳制造 （1）浸涂料 （2）撒砂 （3）硬化 3.焙烧和浇注 （1）焙烧 （2）浇注 二、熔模铸造的特点和适用范围 优点： （1）型腔表面极为光滑 （2）能生产高熔点的黑色金属铸件 （3）生产批量不受限制。 第二节 金属型铸造 一、金属型构造 二、金属型的铸造工艺 1.喷刷涂料 2.金属型应保持一定的工作温度 3.适合的出型时间 三、金属型铸造的特点和适用范围 第三节 压力铸造 一、压力铸造的工艺过程 （1）注入金属 （2）压铸 （3）取出铸件 二、压力铸造的优点和适用范围 （1）铸件的精度及其表面质量较其它铸造方法均高。 （2）可压铸形状复杂的薄壁件，或直接铸出小孔、螺纹、齿轮等。 （3）铸件的强度和硬度均较高。 （4）压铸的生产率较其它铸造方法均高。 第四节 低压铸造 一、低压铸造的基本原理 二、低压铸造的特点和适用范围 （1）充型压力和充型速度便于控制。 （2）铸件组织较砂型铸造致密。 （3）金属的利用率提高了90％～98％。 （4）利于形成轮廓清晰、表面光洁的铸件。 第五节 离心铸造 一、离心铸造的基本方式 二、离心铸造的特点和适用范围 优点： （1）省工、省料，降低了成本。 （2）极少有缩孔、缩松、气孔、夹渣等缺陷。 （3）便于制造双金属铸件。 缺点： （1）尺寸偏差大，而且内表面粗糙。 （2）不适合密度偏析大的合金及轻合金铸件。 第六节 其它特种铸造方法 一、陶瓷型铸造 1.基本工艺过程 2.陶瓷型铸造的特点及适用范围 二、实型铸造 1.泡沫述塑料模 2.铸造工艺 3.特点 第七节 常用铸造方法的比较 复习旧课：特种铸造 第五章 铸件结构设计 进行铸件设计时，不仅要保证其力学性能和工作性能要求，还必须考虑铸造工艺和合金铸造性能对铸件结构的要求。 第一节 铸件结构与铸造工艺的关系 第二节 铸件结构与合金铸造性能的关系 1.铸件壁厚要适当。 2.铸件壁厚宜均匀。 3.铸件壁的连接应平缓、圆滑。 4.防裂筋的应用。 5.减缓筋、辐收缩的阻碍。 复习旧课：铸件结构工艺。 第三篇 金属压力加工 压力加工的特点：经过压力加工过的金属材料，具有细晶粒结构；能使粗大枝晶和各种夹杂物都沿着金属流动的方向被拉长，呈现出纤维组织；并使铸造时内部缺陷（如微裂纹、气孔、疏松等）得以压合，因而提高了金属的力学性能。很多承受重载荷的、受力复杂的零件都使用锻件。另外，锻件还具有适用范围广，使用模型锻造有较高的生产率、节省材料的特点。与焊接和铸造等方法相比，使用较广的自由锻造所获得的产品形状比较简单，若要生产外形和内腔复杂的零件较为困难，甚至是不可能的。 第一章 金属的塑性变形 第一节 金属塑性变形的实质 塑性变形：当外力增大到使金属的内应力超过该金属的屈服点之后，既使外力停止作用，金属的变形也不消失。 金属的塑性变形的实质是晶体内部产生滑移的结果。在切向应力的作用下，晶体的一部分与另一部分沿着一定的晶面产生相对滑移（该面称滑移面），从而造成晶体的塑性变形。 第二节 塑性变形对金属组织和性能的影响 金属的变形： 弹性变形、塑性变形、颈缩变形。 弹性变形：去除外力作用时，能恢复原形。 塑性变形：去除外力作用时，不能恢复原形。 颈缩变形：材料趋向接近断裂。 加工硬化：随变形程度的增大，强度和硬度上升而塑性下降的现象。 原理：压力加工就是利用材料的塑性变形，即使晶体中晶粒相对于另一个晶粒发生滑移或错位，达到所要求的变形程度。 冷变形：在再结晶温度以下的变形。 热变形：在再结晶温度以上的变形。 T再＝0.4T熔 例：纯铁：t熔＝1538℃、 45：t熔＝1450℃。 纯铝：t熔＝660℃ 、 Cu：t熔＝1083℃。 T熔＝t熔＋273℃ （绝对温标） 加工硬化：塑性变形程度越高，强度和硬度就升高。 消除方法：再结晶退火。 第三节 金属的锻造性 金属的可锻性是衡量材料在经受压力加工时获得优质制品难以程度的工艺程度。 一．金属的本质 1.化学成分的影响：含碳量；杂质含量等。 2.金属组织的影响：奥氏体；铁素体等组织。 二、加工条件 1.变形温度的影响 锻造温度： 碳钢： 800℃～（AE－200℃）。 合金钢：830℃～（AE－150℃）。 温度过低：导致锻件破裂报废。 温度过高：将产生过热、过烧、脱碳和严重氧化等缺陷。 2.变形速度的影响：一般情况下可忽略不计。 3.应力状态的影响：压应力较拉应力为易。 录像：锻造 复习旧课：金属塑性成形原理。 第二章 锻造 第一节 锻造方法 一、自由锻 1. 自由锻工序 （1） 基本工序 镦粗、拔长、冲孔、弯曲、扭转、错移。 （2） 辅助工序 2. 锻件分类及基本工序方案 二、模锻 1. 锤上模锻 （1） 模锻模膛 （2） 制坯模膛 2. 曲柄压力机上模锻 3. 摩擦压力机上模锻 4. 胎模锻 第二节 锻造工艺规程的制订 一、绘制锻件图 二、坯料重量和尺寸的确定 三、锻造工序的确定 四、锻造工艺规程中的其它内容 第三节 锻件结构的工艺性 一、自由锻件的结构工艺性 二、模锻件的结构工艺性 复习旧课：锻件的结构工艺性。 第三章 板料冲压 板料冲压是利用冲模使板料产生分离或变形的加工方法。 特点： （1） 可以冲出形状复杂的零件，且废料较少。 （2） 产品具有较高的精度和较低的表面粗糙度，冲压件的互换性较好。 （3） 能获得重量轻、材料消耗少、强度和刚度都较高的零件。 （4） 冲压操作简单，工艺过程便于机械化。 第一节 分离工序 一、落料及冲孔（通称冲裁） 1. 冲裁变形过程 2. 凹凸模间隙 3. 凹凸模刃口尺寸的确定 4. 冲裁件的排样 二、修整 三、切断 第二节 变形工序 一、拉深 1. 拉深过程 2. 拉深中的废品 3. 旋压 二、弯曲 三、翻边 四、成形 第三节 冲模简介 一、简单冲模 二、连续冲模 三、复合冲模 第四节 冲压件的结构工艺性 一、冲压件的形状及尺寸 二、简化工艺及节省材料的设计 三、冲压件的厚度 四、冲压件的精度和表面质量 复习旧课：板料冲压。 第四章 特种压力加工方法简介 第一节 精密模锻 第二节 零件挤压 第三节 零件扎制 一、纵扎 二、横扎 三、斜扎 复习旧课：板料冲压。 第四篇 焊接 第四章 焊接 第一节 焊接电弧 焊接：用加热或加压的方法，通过材料的原子扩散，使其连接成一个整体的工艺过程。 切割：使材料切断、割离的工艺过程。 焊接分三类：①熔化焊：熔化金属从而使接头连接起来。 ②压力焊：金属焊件受压使接头连接起来。 ③钎焊：熔化钎料使焊件接头连接起来。 特点：①省料省时。 ②拼小成大。 ③技术高。 ④能制双层金属。 手工电弧焊 工作原理： 焊接电弧 电路短路－电弧－放电－热量Q（2000～8000℃） 工作区域：阳极、弧祝区、阴极区 （直流电） 阳极区：42～43％Q； 弧柱区：20～38％Q、6000～8000℃； 阴极区：36～38％Q 2400～3200℃。 阳极接焊件、阴极接焊条－正接法（厚焊件）。 阳极接焊条、阴极接焊件－负接法（薄焊件）。 电焊机（弧焊机） 直流弧焊机：焊逢质量好。交流弧焊机：价格较低。 第二节 焊接接头的组织与性能 一、焊接工件上温度的变化与分布 二、焊接接头的组织和性能 1.焊缝 2.焊接热影响区 （1）熔合区 （2）过热区 （3）正火区 （4）部分相变区 一、改善焊接热影响区组织和性能的方法 第三节 焊接应力与变形 复习旧课：焊接应力和变形。 第四节 焊条电弧焊 一、焊条电弧焊的焊接过程 二、电焊条 1.焊条芯：导电、填充焊缝。 2.药皮：稳定电弧、隔绝空气、排除渣子。 焊芯组成：C≤0.1％、Si≤0.03％、S<0.04％、P<0.03％。 药皮组成：稳弧剂（K2CO3、Na2CO3）＋造气剂（淀粉）＋造渣剂（萤石）＋脱氧剂（Mn、Fe）＋粘结剂（W、Fe）＋合金剂（水玻璃）。 3.焊条的种类、型号和牌号 十种分类： 结构钢焊条J、钼和铬钼耐热钢焊条R、低温钢焊条D、不锈钢焊条G、A、特殊用途焊条W、堆焊焊条B、铸铁焊条Z、镍及镍合金焊条N、铜及铜合金焊条T、铝及铝合金焊条L。 4.焊条的选用原则 第五节 埋弧焊 一、埋弧焊的焊接过程 二、埋弧焊的特点 （1）生产率高 （2）焊接质量高而且稳定 （3）节省金属材料 （4）改善了劳动条件 三、埋弧焊的焊丝与焊剂 四、埋弧焊工艺 第六节 气体保护焊 一、氩弧焊 1.不熔化极氩弧焊 2.熔化极氩弧焊 氩弧焊的特点： 脉冲氩弧焊的特点： 二、二氧化碳气体保护焊 CO2气体保护焊 第七节 等离子弧焊接与切割 等离子弧焊接的特点： （1）等离子弧焊的焊接速度高，生产率高，焊逢表面光洁。 （2）可焊接很薄的箔材。 第八节 微型计算机在电弧焊中的应用 焊接机器人的优点： 复习旧课：各种焊接方法。 第二章 其它常用焊接方法 第一节 电阻焊一、点焊二、缝焊三、对焊 第二节 摩擦焊 摩擦焊的特点： 第三节 钎焊一、硬钎焊二、软钎焊钎焊的特点： 第四节 电渣焊电渣焊的特点： 第五节 真空电子束焊接 真空电子束焊接的特点： 第六节 激光焊接 激光焊接的特点：复习旧课：各种焊接方法。 第三章 常用金属材料的焊件 第一节 金属材料的焊件性 一、焊接性的概念 金属材料的焊接性，是指被焊金属在采用一定的焊件方法、焊件材料、工艺常数及结构形式条件下，获得优质焊接接头的难易程度。 二、钢材焊接性的估算方法 根据经验： W（C）当量<0.4％时，钢材塑性良好，淬硬倾向不明显，焊接性良好。 W（C）当量＝0.4％～0.6％时，钢材塑性下降，淬硬倾向明显，焊接性能相对较差。 W（C）当量>0.6％时，钢材塑性较低，淬硬倾向很强，焊接性不好。 三、小型抗裂试验法 第二节 碳钢的焊接 一、低碳钢的焊接 二、中、高碳钢的焊接 焊接的特点： 第三节 合金结构钢的焊接 （1） 热影响区的淬硬倾向 （2） 焊接接头的裂纹倾向 第四节 铸铁的补焊 铸铁的焊接特点： 第五节 非铁金属及其合金的焊接 一、铜及铜合金的焊接 特点： 二、铝及铝合金的焊接 特点： 复习旧课：材料的焊接性。 第四章 焊接结构设计 第一节 焊接结构件的材料 第二节 焊接接头的工艺设计 一、焊缝的布置 （1） 焊缝布置应尽量分散 （2） 焊缝的位置应尽可能对称布置 （3） 焊缝应尽可能避开最大应力端面和应力集中位置 （4） 焊缝应尽量避开机械加工表面 （5） 焊缝位置应便于焊接操作 二、接头形式的选择与设计 1. 接头形式 2. 坡口形式 3. 接头过渡形式 4. 其它焊接方法的接头与坡口形式 复习旧课：金属塑性成形原理。 第八章 非金属材料 1.来源广泛。 2.特殊的性能。 第一节 塑料 是一种高分子材料，在一定条件下（加热、加压），可塑制成型，在使持固定的形状。 一、塑料的特性： 主要成分：树脂＋填充剂＋增塑剂＋稳定剂＋润滑剂＋着色。 树脂：酚醛树脂、氨基树脂、环氧树脂、聚乙烯、聚氯乙稀、尼龙。 用条件下保 高分子：几千个、几万个、几十万个原子组成。 低分子：H2O、CaCO3、C2H5OH、C12H22O11（蔗糖） 1968年开始研究、开发；1909年 2万吨、1930年 10万吨、1960年 640万吨、1986年 1亿吨。 1.重量轻：比重约在0.83～2.2之间，平均比重为铝1/2，钢1/5，铅1/8； 最轻：聚4－甲基戊烯， 最重：聚四氟乙烯。 2.优越的化学稳定性：聚四氟乙烯能耐“王水”，不必涂料。 3.优良的电绝缘性能：在高频、超高频条件下，陶瓷、云母不能相比。 4.比强度高：是空间技术上使用的结构材料。衡量材料：比强度：强度：密度。比弹性模量：弹性模量：密度。 5.优良的耐磨、自润滑和吸震性能。电子设备的传动机构、隔音材料。 6.粘结能力强：环氧树脂－“万能胶”。 7.卓越的成型性能：节约材料，节省工时，工人技术低，大批生产。 主要缺点：耐热性不能很高，导热系数小，表面硬度低，容易老化，机械性能低。 二、塑料的分类及用途： 按应用状况分：通用塑料、工程塑料、耐高温塑料。按介电性能分：低频塑料、高频塑料。按填料的形状分：粉状塑料、纤维塑料、层状塑料。 按树脂的性质： 热固性塑料、热塑性塑料 1.热固性塑料 由加热硬化的合成树脂制得，这一变化过程既有物理变化，又有化学变化，变化过程不可逆。再加热不再软化，不再具有可塑性，过高分解。 常用的包括： ①酚醛塑料：（PF）电木粉，胶木粉。 苯酚＋甲醛＋木屑＋石棉＋云母等。 良好的耐热性，耐磨性，电绝缘性，不耐氧化性酸类，应用于电话机外壳，开关、插头、齿轮、带轮、管、棒等。 ②氨基塑料：（电玉粉）。 尿醛树脂（UF）＋密胺树脂（MF）＋石棉。 自熄性，防毒性，耐电弧性，耐热性，易着色。应用于日用品，餐具，电器零件，泡沫塑料、隔音材料等。 ③有机硅塑料 有机硅树脂＋石棉＋玻璃纤维。 绝缘、耐高低温、防潮、防盐雾、耐辐射。应用于电动机、变压器、电子器件涂料等。 ④环氧树脂塑料 粘结剂 2.热塑性塑料 可以多次反复加热而仍具有可塑性的合成树脂，这一过程只有物理变化而无化学变化，其变化过程是可逆的。 ①聚氯乙稀（PVC）氯纶 聚氯乙稀＋稳定剂＋填料＋增塑剂。 机械性能颇高，坚韧、绝缘性好，耐酸碱，化学稳定性好，自熄性，较难成型，耐热性不高，（－15～＋55℃）。应用于电线包皮、农用薄膜、弯头，日用品等。 ②聚乙烯：（PE）（高分子石蜡） 无毒，柔软性好，耐冲击性，透明性，易成型加工，高温绝缘材料，耐热性低，硬度、机械强度低。应用于无线电传真、通讯、探测、雷达用途中的高频绝缘电线，理想的包装材料、农业薄膜。 ③聚丙烯（PP）丙纶 耐水性，绝缘性能，化学稳定性、易成形加工，比水轻，耐磨性差，收缩性差，低温呈脆性，易受紫外线照射老化。应用于容器、包装袋、齿轮、微波元件等。 ④氟塑料：聚四氟乙烯（PTFE）（泰氟隆）（塑料王）氟纶 耐热，耐寒性（－195～＋250℃），耐强酸，强碱，自熄性，绝缘性，热膨胀性大，强度低，成型困难。应用于电容器、防火涂料。 ⑤聚酰胺（PA）（尼龙Nylon、晴纶、锦纶）尼龙3、4、5、46、56、 抗拉强度高，耐磨性和自润滑性，耐热性较低，绝缘性不高。应用于轴承、垫圈、滑轮、衬套等。 ⑥ABS塑料 坚固、坚韧、坚硬，一定的化学稳定性和绝缘性能，不耐燃，不透明，耐候性不好。应用于电视机、收录机的外壳、电话机壳、话筒等。 第二节 橡胶 是一种高分子材料，在一定条件下（加热、加压）可塑制成型，在使用条件下保持固定的形状。 一、橡胶的特性： 主要成分：聚异戊二稀 （橡胶树、橡胶草的浆液） 1.高弹性：800～1000％ 2.良好的吸收振动的能力。 3.良好的耐蚀性。 4.良好的绝缘性。 5.一定的耐磨性。 6.足够的强度。 主要缺点：耐热性不高，容易老化，易燃性，龟裂。 二、橡胶的分类及用途： 按来源分：天然橡胶、合成橡胶。 按应用分：通用橡胶、特殊橡胶。 1.天然橡胶： 由橡胶树或橡胶草的浆液经去杂质和分离水分等加工程序而提炼的天然的聚异戊二稀，易溶解于醚、汽油、苯、有机溶剂，使用温度100℃以下。 2.合成橡胶： 由石油、天然气、煤和农副产品为原料，通过有机合成制成单体，经聚合或缩聚制得弹性很高的材料。 常用的包括： ①丁苯橡胶（SBR）：第一位。 苯乙烯＋丁二稀。 （80～100℃）耐老化，耐热性好，抗拉强度和耐磨性类似天然橡胶 加工性能不及天然橡胶。应用于轮胎、胶板。 ②丁腈橡胶（NBR）： 丁二稀＋丙稀腈。 耐油性、密封性好、耐热较好150℃，不耐臭氧及寒冷，加工性较差。 应用于密封圈、油管等。 ③顺丁橡胶（BR）第二位。 聚丁二稀橡胶。优异的弹性、耐磨性，耐寒性。120℃以下，不耐热，易燃。应用于轮胎、运输带等。 ④聚氨酯橡胶（UR）： 氨基甲酸酯。 耐磨、耐油性好，强度较高。不耐热，80℃以下。应用于胶带、实心轮胎、耐磨制品等。 ⑤氟橡胶（FPM）： 氟基单体。 200℃以下，耐高温，耐蚀性好，抗辐射。应用于垫圈、化工衬里、高级密封件等。 第三节 陶瓷 是多晶体，由无数细小晶体聚集组成。 一、陶瓷的特性： 主要成分：氧化铝＋氧化硅＋粘土。 1.硬度高：氧化铝陶瓷硬度（HRC68～70） 2.抗压强度高： 3.耐高温： 4.耐磨损： 5.耐蚀性： 6.导热选择性： 7.导电选择性： 主要缺点：脆性大，不能敲、弯、拉、剪切，急冷急热。 二、陶瓷的分类及用途： 按用途：普通陶瓷（传统陶瓷）、特种陶瓷。 1.普通陶瓷： 粘土＋长石＋石英。 良好的耐热性，耐蚀性，抗压强度大。脆。应用于日常生活中（日用陶瓷、卫生陶瓷）和工业上（电瓷、耐酸陶瓷） 2.特种陶瓷： 氧化物＋氮化物＋碳化物。 ①电瓷 SiO2＋Al2O3＋K2O＋Na2O＋CaO＋MgO。 良好的绝缘性、耐蚀性，脆。应用于高、低压输电线路使用。 ②耐酸陶瓷： SiO2＋Al2O3＋CaF。 良好的耐酸、耐碱性能，脆。主要应用于化工容器、热交换器（>170℃） ③过滤陶瓷： Al2O3＋SiO2＋SiC。 良好的过滤和分离性能（0.2～200μm），耐酸碱，脆。 ④高温、耐腐蚀陶瓷（BN 氮化硼陶瓷）。 良好的耐热（2800℃），耐蚀性，硬度低，脆。应用于坩锅等。 第四节 复合材料 由两种或两种以上不同性质的或不同组织的材料组成的。 一、复合材料的特性： 1.较高的强度、刚度、耐蚀性。 2.减磨、耐磨、隔热、减震。 主要缺点：抗冲击能力差、质量不稳定、成本较高。 二、分类及用途： 纤维复合材料、层叠复合材料、细粒复合材料、骨架复合材料。 1.纤维复合材料 玻璃纤维复合材料：热固性树脂＋玻璃纤维。（玻璃钢）抗拉、抗弯、抗压强度好，冲击韧性差。应用于仪器、仪表、机械零件等。 2.层叠复合材料： （三合板） 多层复合：钢＋青铜＋塑料。耐磨、机械性能好，难于制造。应用于轴承、垫片等。 3.细粒复合材料 夹层结构材料：两层薄而强的面板，中间夹一层轻而弱的芯子组成。 面板：纸、木材、塑料。 芯子：纸、棉布、石棉。 质轻，比强度、比刚度高，表面光滑。 应用于隔音装置、防火板、火车车箱等。 第五节 涂料 由一种有机高分子胶体的混和溶液，涂抹在物体表面上能结成干膜。 一、涂料的特性： 1.保护作用，标志。 2.装饰作用，伪装。 主要缺点：有刺激性味，易磨损。 二、涂料的分类： 按涂料用途：建筑用漆、船舶用漆、汽车用漆。 按施工方法：刷用漆、喷漆。 按成膜类：油酯类Y、沥青类L、橡胶类J。 1.酚醛树脂漆 酚醛树脂＋油类＋颜料＋溶剂＋辅助材料。 漆膜硬，光泽，干燥快、防潮、防锈。应用于家居、建筑、船舶、机械等。 2.沥青 沥青＋油料＋颜料＋溶剂。 耐水性，绝缘性，耐酸碱，黑又亮。应用于缝纫机、自行车、五金等。 复习旧课：焊接结构设计。 第一章 金属切削的基础知识 第一节 切削运动及切削要素 一、零件表面的形状及切削要素 切削运动包括主远动和进给运动 主运动的速度最高，消耗功率最大。 二、切削用量 1. 切削速度V 2. 进给量f 3. 背吃刀量a 三、切削层参数 1. 切削层公称横截面积A 2. 切削层公称宽度b 3. 切削层公称厚度h 第二节 刀具材料及刀具构造 一、刀具材料 1. 对刀具材料的基本要求 （1）较高的硬度 （2）足够的强度和韧度 （3）较好的耐磨性 （4）较高的耐热性 较好的工艺性 2. 常用的刀具材料 高速钢 硬质合金 陶瓷刀具 3. 其它新型刀具材料简介 （1） 高速钢的改进 （2） 硬质合金的改进 （3） 人造金刚石 （4） 立方氮化硼 二、刀具角度 1. 车刀切削部分的组成 （1） 前刀面 （2） 后刀面 （3） 切削刃 2. 车刀切削部分的主要角度 （1） 刀具静止参考系 a. 基面 b. 切削平面 c. 正交平面 d. 假定工作平面 （2） 车刀主要角度 a. 主偏角 b. 副偏角 c. 前角 d. 后角 e. 刃倾角 （3） 刀具的工作角度 三、刀具结构 结构形式：整体式、焊接式、机夹式 复习旧课：切削基础知识 第三节 金属切削过程 一、切削形成过程及切屑种类 1. 切屑形成过程 2. 切屑种类 （1） 带状切屑 （2） 节状切屑 （3） 崩碎切屑 二、积屑瘤 1. 积屑瘤的形成 2. 积屑瘤对切削加工的影响 3. 积屑瘤的控制】 三、切屑力和切削功率 1.切削力的构成与分解 （1） 切削力Fc （2） 进给力Ff （3） 背向力Fp 这三个切削分力与总切削力F有如下关系： F＝ F ＋F ＋F 2.切削力的估算 3.切削功率 四、切削热和切削温度 1.切削热的产生、传出及对加工的影响 （1）切屑变形所产生的热量，是切削热的主要来源 （2）切屑与刀具前刀面之间的摩擦所产生的热量 （3）工件与刀具后刀面之间的摩擦所产生的热量 2.切削温度及其影响因素 五、刀具磨损和刀具耐用度 1.刀具磨损的形式与过程 2.影响刀具磨损的因素 3.刀具耐用度 第四节 切削加工技术经济简析 一、切削加工主要技术经济指标 下面简要介绍切削加工的几个主要技术经济指标，即产品质量、生产率和经济性。 1. 产品质量 （1） 精度 （2） 表面质量 2. 生产率 3. 经济性 一、切削用量的合理选择 1选择切削用量的一般原则 （1） 对加工质量的影响 （2） 对生产率的影响 3. 切削用量的选择 （1） 背吃刀量的选择 （2） 进给量的选择 （3） 切削速度的选择 二、切削液的选用 1. 切削液的作用和种类 常用的切削液有以下两大类： （1） 水基切削液：主要起冷却作用，也有一定的润滑作用。 （2） 油基切削液：主要起润滑作用，也有一定的冷却作用。 2. 切削液的选择和使用 通常应根据加工性质、工件材料和刀具材料等来选择合适的切削液： 粗加工时，主要要求冷却，一般应选用冷却较好的切削液，如低浓度的乳化液等。精加工时，主要希望提高表面质量和减少刀具磨损，应选用润滑作用较好的切削液。如高浓度的乳化液或切削油。 三、材料切削加工性的改善 1. 材料切削加工性的概念和衡量指标 （1） 一定刀具耐用度下的切削速度VT （2） 相对加工性Kr （3） 已加工表面质量 （4） 切屑控制或断屑的难易 （5） 切削力 2. 改善材料切削加工性的主要途径 通过适当的热处理和适当的调整材料的化学成分来改善。 复习旧课：切削基础知识 第二章 金属切削机床的基本知识 第一节 机床的类型和基本构造 一、机床的类型 金属切削机床：通用机床、专用机床（工作母机、工具机）、组合机床。 机床型号及其表示方法： 机床类别代号＋通用特性代号＋组别代号＋型别代号＋主参数代号＋重大改进号。 型号中的代号及其含义： 机床的类别代号： 用汉语拼音字母（大写）表示。 类别：车床 钻床 镗床 磨床 铣床 刨插床 齿轮加工机床 代号： C Z T M、 2M、3M X B Y 机床的通用特性代号： 用汉语拼音字母（大写）表示。 特性： 高精度 精密 自动 半自动 万能 数字程序控制 轻型 代号： G M Z B W K Q 主别代号： 第一组数字表示组别、第二组数字表示型号。 主要参数代号： 主参数是代表机床规格大小的一种参数。通常用主参数的折算值（1/1或1/10）来表示。 重大改进号： 当机床的性能和结构有重大改进时，用改进的次序。分别用汉语拼音“A、B、C….”表示。 一、机床的基本构造 1. 主传动部件 2. 进给传动部件 3. 工件安装装置 4. 刀具安装装置 5. 支承件 6. 动力源 第二节 机床的传动 一、机床的机械传动 1. 机床上常用的传动副及其传动关系 （1） 带传动 其传动比：i＝ ＝ （2） 齿轮传动 其传动比：i＝ ＝ （3） 蜗杆传动 其传动比：i＝ ＝ K－为蜗杆的螺纹头数； Z－为蜗轮的齿数 （4） 齿轮齿条传动 齿条的移动速度：V＝ mm/s z－齿轮齿数 n－齿条转速 m－齿轮、齿条模数 （5） 螺杆传动 V＝ mm/s 多头螺杆传动时： V＝ mm/s 2. 传动链及其传动比 3. 机床常用的变速机构 （1） 滑动齿轮变速机构 （2） 离合器式齿轮变速机构 4. 卧式车床传动简介 （1） 主运动传动链： （2） 进给运动传动链： 5. 机床机械传动的组成 （1） 定比传动机构 （2） 变速机构? （3） 换向机构 （4） 操作机构 （5） 箱体及其它装置 6. 机械传动的优缺点： 优点：（1） 传动比正确，适用于定比传动。 （3） 实现回转运动的结构简单。并能传递较大的扭矩。 （4） 故障容易发现，便于维修。 一、机床的液压传动 1. 外圆磨床的传动简介 2. 机床液压传动的组成 （1） 动力元件－油泵 （2） 执行元件－油缸或油马达 （3） 控制元件－各种阀 （4） 辅助装置－油箱、油管、滤油器、压力表等。 （5） 工作介质－矿物油。 3. 液压传动的优缺点 （1） 易于在较大范围内实现无极变速； （2） 传动平稳，便于实现频繁的换向和自动防止过载； （3） 便于采用电液联合控制，实现自动化； （4） 机件在油中工作。润滑好，寿命长。 复习旧课：机床的传动 第三节 自动机床和数控机床简介 一．自动机床和数控机床简介 二、数控机床 1. 数控机床加工的基本原理 2. 数控机床的种类 （1） 点位控制 （2） 直线控制 （3） 轮廓控制 按伺服机构控制方式的不同，可分为开环控制和闭环控制 （1） 开环控制 （2） 闭环控制 3. 数控机床加工的特点和应用 （1） 柔性大 （2） 利用率高 （3） 加工质量稳定 （4） 生产率高 4. 数控机床的发展 第四节 柔性制造系统和计算机辅助制造概述 一、机械制造系统 二、柔性制造系统 1. FMS的概念 2. FMS的基本类型及应用 （1） 柔性制造系统单元（FMC） （2） 柔性制造系统（FMS） （3） 柔性自动生产线（FTL） 三、计算机集成制造系统 四、计算机辅助制造及CAD/CAM一体化的概念 1. 计算机辅助制造 2. CAD/CAM一体化的概念 复习旧课：柔性加工系统 第三章 常用加工方法综述 第一节 车削的加工特点及其应用 第二节 一、车削的工艺特点 1.易于保证工件各加工面的位置精度 2.切削过程比较平稳 3.适用于有色金属零件的加工 4.刀具简单 二、车削的应用 加工精度可达IT8～IT7，表面粗糙度Ra值为1.6～0.8μm。 车削加工 普通车床的组成CA6140A 车床的主运动－工件的旋转运动。进给运动－由刀具的直线运动来实现的。 机床的总布局： 1.主轴箱：支承并传动主轴。 2.床鞍和刀架：装夹车刀，使车刀作纵向、横向、斜向运动。 3.尾架：用于顶尖支承工件。 4.进给箱：改变被加工螺纹的螺距或机动进给的进给量。 5.溜板箱：使刀架实现纵向、横向、快速移动，车螺纹。 6.床身：车床的支承。 第二节 车床附件 普通车床的附件： 1.卡盘 ①三爪卡盘:夹持形状规则的零件，具有较高的自动定心精度。 ②四爪卡盘:夹持形状不规则零件及偏心零件。 2.花盘:夹持形状及其不规则的零件。 3.顶针、拨盘、鸡心夹头。 顶针（活顶针、死顶针）：定位、支承作用。 拨盘、鸡心夹头：带动工件旋转。 4.中心架和跟刀架:增加工件的刚度。 第三节 普通车床的工艺范围 普通车床的工艺： 1.打中心孔； 2.车外圆； 3.车端面； 4.钻孔； 5.镗孔； 6.铰孔； 7.切槽、切断； 8.车螺纹； 9.车锥体； 10.滚花； 11.车特形面； 12.盘绕弹簧。 车刀的种类、选用 常用车刀的类别： 1.外圆车刀； 2.端面车刀； 3.螺纹车刀； 4.切断车刀。 车削加工的特点 主要特点： 1.具有较高的生产率。 2.工艺范围相当广泛。 目前，在卧式车床上加工外圆的经济精度为IT7～IT9级，粗糙度为 Ra＝1.6～3.2μm，加工孔时分别为IT9～IT10级和 Ra＝3.2～6.3μm。加工端面时分别为IT7～IT10级和 Ra＝1.6～3.2μm。 第三节 钻、镗削的工艺特点及其应用 一、钻削的工艺特点 1. 容易产生“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。 （1） 预钻锥形定心坑 （2） 用钻套为钻头导向 （3） 钻头的主切削刃刃磨对称 2. 排削困难 3. 切削热不易传散 二、钻削的应用 三、扩孔和铰孔 1. 扩孔 2. 铰孔 四、镗孔 （1） 单刃镗刀镗孔 （2） 多刃镗刀镗孔 复习旧课：车床。 钻削和镗削加工 钻削、镗削的主运动－刀具的旋转运动。钻削的进给运动－刀具的轴向运动。 镗削的进给运动－刀具的轴向运动或工件的直线运动。 钻削加工 钻床 深孔钻床、摇臂钻床、台式钻床。 钻床的工艺范围：钻孔、扩孔、铰孔 麻花钻，钻孔 钻头：标准刀具 经济精度一般在IT10以下，Ra＝6.3～25μm。 钻孔：D≤100mm。钻孔直径一般不超过100mm，经济精度为IT9～10级，表面粗糙度为 Ra＝3.2～6.3μm。 扩孔： 提高钻孔的精度和表面粗糙度。 铰孔 铰孔：标准刀具。 铰孔：加工的孔的精度更高。经济精度IT7～IT8，粗糙度为Ra＝0.8～3.2μm，加工直径为80mm以下的孔。 镗削加工 镗床： 卧式镗床、立式镗床、深孔镗床 卧式镗床的加工范围：镗孔、铣端面、镗大孔。 镗孔刀具：标准刀具 镗孔工艺：注意镗杆的刚 镗削加工的特点：较好的保证孔之间的加工精度。 复习旧课：钻床及其镗床 第三节 刨、拉削的加工特点及其应用 一、 刨削的工艺特点 1. 通用性好 2. 生产率较低 二、 刨削的应用 三、 拉削 （1） 生产率高 （2） 加工精度高、表面粗糙度较小 （3） 拉床结构和操作比较简单 （4） 拉刀价格昂贵 （5） 加工范围较广 第四节 铣削的工艺特点及其应用 一、 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 二、铣削方式 1.周铣法 2.端铣法 3.周铣法与端铣法的比较 三、铣削的应用 第五节 磨削的工艺特点及其应用 一、 磨削过程 二、磨削的工艺特点 1.精度高、表面粗糙度小 2.砂轮有自锐作用 3.背向磨削力Fp较大 4.磨削温度高 四、 磨削的应用和发展 1. 外圆磨削 （1） 在外圆磨床上磨外圆 a． 纵磨法 b．横磨法 c． 综合磨法 d．深磨法 （2） 在无心外圆磨床上磨外圆 2. 孔的磨削 其特点： （1） 可以加工较硬的工件孔 （2） 不仅能保证孔本身的尺寸精度和表面质量，还可以提高孔的位置精度 和轴线的直线度； （3） 用同一个砂轮可以磨削不同直径的孔，灵活性较大； （4） 生产率比铰孔低，比拉孔更低。 3. 平面磨削 4. 磨削发展简介 （1） 高精度、小粗糙度磨削 （2） 高效磨削 刨削加工 牛头刨床 依靠自重和电磁能够将刨刀复位。 牛头刨床的工艺范围： 刨水平面、刨斜面、刨垂直面、刨槽。 刨削加工特点： 操作方便，加工精度一般，生产率低，经济精度为IT10～IT11级。表面粗糙度为Ra＝1.6～3.2μm。 插削加工 插床 插床的工艺范围：加工键槽，直线孔。 铣削加工 主运动－刀具的旋转运；进给运动－工件的直线运动。 铣床 卧式铣床、立式铣床、龙门铣床。 卧式铣床 1.万能升降台铣床； 2.卧式升降台铣床； 3.万能回转头铣床。 二、立式铣床 三、龙门铣床 附件： 1.分度头； 2.立铣头； 3.圆转台； 4.铣刀。 工艺范围： 加工工艺特点： 1.铣水平面、斜平面、垂直面。 2.在卧式铣床上用角度铣刀铣V型槽。 3.铣沟槽。 铣削的经济精度为IT9～IT10，表面粗糙度为Ra>1.6～3.2μm。 磨削加工 主运动－砂轮的高速旋转运动（m/s）。 ①工件的圆周进给运动（m/min）。 ②工件的纵向（轴向）进给运动（mm/r）。 ③砂轮的横向进给运动（mm/s）。 磨床 1.外圆磨床 ； 2.内圆磨床 ； 3.平面磨床。 砂轮 磨床所能完成的工作 ①外圆磨床所能完成的工作； ②内圆磨床所能完成的工作； ③平面磨床所能完成的工作。 磨削加工的特点： ①工艺范围较广泛； ②进行各种材料的磨削； ③经济精度分别为IT6～IT7，表面粗糙度为Ra＝0.2～0.8μm（内外圆）。平面的经济精度为IT6～IT7，表面粗糙度为Ra＝0.2～0.4。 复习旧课：各种加工特点 第四章 精密加工和特种加工简介 第一节 精整和光整加工 一、 研磨 1. 加工原理 分为手工研磨和机械研磨两种 2. 研磨的特点及其应用 其特点： （1） 加工简单，不许复杂设备。 （2） 可以达到较高的尺寸精度、形状精度和小的表面粗糙度，但不能提高工件各表面间的位置精度。 （3） 生产率较低，加工余量不超过0.01～0.03mm。 （4） 研磨剂易于飞溅，污染环境。 一、 珩磨 1. 加工原理 2. 珩磨的特点和应用 （1） 生产率较高 （2） 精度高 （3） 珩磨表面耐磨损 （4） 珩磨头结构较复杂 二、 超级光磨 1. 加工原理 2. 超级光磨的特点及其应用 （1） 设备简单，操作方便 （2） 加工余量极小 （3） 生产率极高 （4） 表面质量好 三、 抛光 1. 加工原理 2. 抛光特点及其应用 特点； （1） 方法简便和经济 （2） 容易对曲面进行加工 （3） 仅能减少表面粗糙度值而不能保持或提高原加工精度 （4） 劳动条件较差 ★ 五、超精密加工概述 1. 超精密加工的概念和分类 2. 超精密加工的基本条件 （1） 机床设备 （2） 刀具或磨具 （3） 工件 （4） 环境 （5） 检验 第二节 特种加工 一、 电火花加工 1. 加工的基本原理 2. 电火花加工机床简介 （1） 脉冲电源 （2） 间隙自动调节器 （3） 机床本体 （4） 工作液 3. 电火花加工的特点及其应用 二、电解加工 1.加工的基本原理 2.电解加工机床简介 （1）机床本体 （2）直流稳压电源 （3）电解液系统 3.电解加工的特点及其应用 4.电解磨削简介 三、超声加工 1.加工的基本原理 2.超声加工机床简介 （1）超声发生器 （2）超声振动系统 （3）机床本体 3.超声加工的特点及其应用 四、高能束加工简介 1.激光加工的基本原理、特点及其应用 2.电子束加工的基本原理、特点及其应用 3.离子束加工的基本原理、特点及其应用 复习旧课：特种加工特点 第五章 典型表面加工分析 第一节 外圆面的加工 一、 外圆面的技术要求 （1） 本身精度 （2） 位置精度 （3） 表面质量 二、外圆面加工方案的分析 （1）粗车 （2）粗车－半精车 （3）粗车－半精车－磨（粗磨或半精磨） （4）粗车－半精车－粗磨－精磨 （5）粗车－半精车－粗磨－精磨－研磨 （6）粗车－精车－精细车粗车－半精车－粗磨－精磨 第二节 孔的加工 一、孔的技术要求 分三个方面： （1） 本身精度 （2） 位置精度 （3） 表面质量 二、 孔加工方案的分析 第三节 平面的加工 一、平面的技术要求 三个方面： （1） 形状精度 （2） 位置精度 （3） 表面质量 一、 平面加工方案的分析 （1） 粗刨或粗铣 （2） 粗铣（或粗刨）－精铣（或精刨）－刮研 （3） 粗铣（刨）－精铣（刨）－磨 （4） 粗铣－半精铣－高速精铣 （5） 粗车－精车 第四节 成形面的加工 一、 成形面的技术要求 二、成形面加工方法的分析 （1）用成形刀具加工 （2）利用刀具和工件作特定的相对运动加工 复习旧课：典型面加工特点 第五节 螺纹的加工 （1） 紧固螺纹 （2） 传动螺纹 一、 螺纹的技术要求 二、螺纹加工方法的分析 1.攻丝和套丝 2.车螺纹 3.铣螺纹 4.磨螺纹 第六节 齿轮齿形的加工 一、齿轮的技术要求 四项要求： （1） 传递运动的准确性 （2） 传动的平稳性 （3） 载荷分布的均匀性 （4） 传动间隙 二、齿轮齿形加工方法的分析 1.铣齿 特点： （1） 成本较低 （2） 生产率较低 （3） 精度较低 2.插齿和滚齿 （1）插齿原理及运动 （2）滚齿原理及运动 （3）插齿和滚齿的特点及应用 3.齿轮精加工简介 （1）剃齿 （2）珩齿 （3）磨齿 （4）研齿 复习旧课：典型面加工特点 第六章 工艺过程的基本知识 第一节 基本概念 一、生产过程和工艺过程 二、生产类型 1.单件生产2.成批生产3.大量生产 第二节 工件的安装和夹具 一、 工件的安装 1. 直接安装法 2. 利用专用夹具安装法 二、夹具简介 1.夹具的种类 （1）通用夹具 （2）专用夹具 2.夹具的主要组成部分 （1）定位元件 （2）夹紧机构 （3）导向元件 （4）夹具体和其他部分 第三节 工艺规程的拟定 一、 零件的工艺分析 二、毛坯的选择及其加工余量的确定 1.加工余量的概念 2.工序余量的确定 （1）估计法 （2）查表法 （3）计算法 三、定位基准的选择 1.工件的六点定位原理 2.工件的基准 （1）设计基准 （2）工艺基准 3.定位基准的选择 （1）粗基准的选择 （2）精基准的选择 四、工艺路线的拟定 1.确定加工方案 2.安排加工顺序 五、工艺文件的编制 1.机械加工工艺过程卡片 2.机械加工工序卡片 3.机械加工工艺综合卡片 第四节 典型零件工艺过程 一、 轴类零件 1. 零件各主要部分的作用及技术要求 2. 工艺分析 3. 基准选择 4. 工艺过程 二、套类零件 1.零件的主要技术要求 2.工艺分析 3.基准选择 4.工艺过程 三、箱体类零件 1.床头箱箱体的结构特点和主要技术要求 2.工艺分析 3.基准选择 4.工艺过程 第七章 零件结构的工艺性 第一节 概述 第二节 一般原则及实例分析 1. 便于安装。 2. 便于加工和测量。 3. 利于保证加工质量和提高生产效率。 4. 提高标准化程度。 5. 合理地规定表面的精度等级和粗糙度的数值。 6. 既要结合本单位的具体加工条件（如设备和工人的技术水平等），又要考虑与先进的工艺方法相适应。 7. 合理采用零件的组合。 辽宁科技大学 机械 曹永友 2007年10月6日星期六