金属工艺学重点知识点

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1、金属工艺学第五版上nn-册纲要强度：金属材料在里的作用下，抵抗塑性变形和断裂的能力。指标：屈服点（S）、抗拉强 度（ob）。塑性：金属材料在力的作用下产生不可逆永久变形的能力。指标：伸长率（5）、断面收缩 率（龙） 硬度：金属材料表面抵抗局部变形，特别是塑性变形压痕、划痕的能力。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） L3韦氏硬度习题：1 什么是应力，什么是应变？ 答：试样单位面积上的拉称为应力，试样单位长度上的伸长量称为应变。5、下列符号所表示的力学性能指标名称和含义是什么？答：ob：抗拉强度，材料抵抗断裂的最大

2、应力。os：屈服强度，塑性材料抵抗塑性变形的最大应力。o 0.2：条件屈服强度，脆性材料抵抗塑性变形的最大应力o-1 :疲劳强度，材料抵抗疲劳断裂的最大应力。5：延伸率，衡量材料的塑性指标。ak：冲击韧性，材料单位面积上吸收的冲击功。HRC:洛氏硬度，HBS：压头为淬火钢球的布氏硬度。HBW：压头为硬质合金球的布氏硬度。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。纯金属的结晶包括晶核的形成和晶核的长大。 同一成分的金属，晶粒越细气强度、硬度越高，而且塑性和韧性也越好。原因：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的过度，晶界上的排 列是

3、犬牙交错的，变形是靠位错的变移或位移来实现的，晶界越多，要跃过的障碍越多。1提高冷却速度，以增加晶核的数目。2在金属浇注之前，向金属液中加入变质剂进行变质处理，以增加外来晶核，还可 以采用热处理或塑性加工方法，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：两种或两种以上的金属元素，或金属与非金属元素溶合在一起，构成具有金属特性的 新物质。组成元素成为组员。1、固溶体：溶质原子溶入溶剂晶格而保持溶剂晶格类型的金属晶 体。2、金属化合物：各组员按一定整数比结合而成、并具有金属性质 的均匀物质（渗碳体）3、机械混合物：结晶过程所形成的两相混合组织。含碳量组成性能铁素体（体 心立方）60

4、0 C 0.006%727C0.0218%碳溶解于a-Fe中与纯铁相似强度硬度低 塑性韧性好奥氏体（面 心立方）1148C 时 2.11%727 C 时 0.77%碳溶解于强度硬度不咼但是塑性 优良珠光体0.77%铁素体和渗碳体的机械混合物有良好的机械性能莱氏体4.3%奥氏体和渗碳体的机械混合物特性点温度含碳量含义A15380纯铁的熔点C11484.3共晶点：Lc 十 1148Ld (A+Fe3C)D12276.69渗碳体的熔点E11482.11碳在Y-Fe中的最大溶解度F11486.69渗碳体的成分点G9120a-Fe=y-Fe同素异晶转变点S7270.77共析点P7270.0218碳在a-

5、Fe中的最大溶解度Q6000.006600C时碳在a-Fe中的最大溶解度ACD液相线ACEF固相线ECF共晶线，含碳量2.11% 6.69 %的所有合金经过此线都要发生共晶反应。GS奥氏体在冷却过程中洗出铁素体的开始线。（A3线）ES碳在奥氏体中的溶解曲线。（Acm线）PSK共析线（A1线，共析反应：As = 727C P）根据含碳量的不同，可将铁碳合金分为钢（2.11% ）和铸铁（2.116.69%）。 根据成分不同，铁碳合金可分为：工业纯钢，碳钢，白口铸铁。钢的热处理：将钢在固态下，通过加热、保温和冷却，以获得预期的组织和性能的工艺 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

6、的热处理工艺。温度材料备注完全退火亚共析钢Ac3 上 3050 C铸钢件和重 要锻件呈奥氏体化，初始形成的奥氏体晶晶粒非常 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 2030C过共析钢初始形成的奥氏体内及晶界有少量未完全 溶解的渗碳体，随后的冷却过程中，共析反 应析出的渗碳体以未溶解的渗碳体为核心， 呈球状析出，分布在铁素体基体上（球化体）去应力退火钢500600C部分铸件锻 件及焊接件正火：将钢加热到Ac3上3050C（亚共析钢）或Acm上3050C（过共析钢），保温后在 空气中冷却的热处理工艺。1、取代部分完全退火。用处2、用于普通结构件的最终热处

7、理。I 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C 1、严格控制淬火加热温度3050C，保温 后在淬火介质中快速冷 弋2、合理选择淬火介质却，以获得马氏体的组织的热处理工艺。I 3、正确选择淬火方法回火：将钢加热到 Ac1 下某个温度，保温后冷却到室温的热处理工艺。温度目的低温回火250 C 下降低淬火钢的内应力和 脆性各种刀具、模具、滚动轴承 和耐磨件中温回火250500C使钢获得高弹性，保持较 高的硬度和一定的韧性弹簧、发条、锻模高温回火500 C上淬火并高温回火的符合 热处理工艺称调制处理用于承受循环应力的中碳 钢重要件，连杆、曲轴、主 轴、齿

8、轮、重要螺钉表面淬火：通过快速加热，使刚的表层很快达到淬火温度，在热量来不及传到钢件心部时就 立即淬火，从而表层获得马氏体组织，而心部保持原始组织。（电感应）化学热处理:将钢件置于适合的化学介质中加热和保温，使介质中的活性原子渗入钢件表层, 以改变钢件表层的化学成分和组织，从而获得所需的力学性能或理化性能。（渗 碳处理）（1）碳素结构钢：含碳量小于0.38%。Q+三位数字（最低屈服点）碳素钢：v （2）优质碳素结构钢：两位数字（平均含碳量的万分数）（3）碳素工具钢：T+位或两位数字（平均含碳量的千分数）（1）合金结构钢 合金钢Y （2）合金工具钢.（3）特殊性能钢铸造：将熔炼的金属浇注到相适应

9、的铸型空腔中，一获得一定形状、尺寸和性能的毛坯或零 件的成形方法合金的铸造性能： 合金在铸造成形时 获得外形准确、内 部健全铸件的能力。广1合金的流动性2凝固特性3收缩性- 4吸气性液态合金的充型：液态合金充满铸型型腔，获得形状准确、轮廓清晰的铸件的能力。厂1合金的流动性：液态合金本身的流动能力。（在常用铸造合金中灰铸铁、硅黄铜 的流动性最好，铸钢的流动性最差。合金成分越远离共晶点，结 晶温度范围就越宽，流动性越差）1浇注温度：浇注温度越高，合金的粘度下降，且因为过热度高， 合金在铸型中保持流动的时间较长，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的压力。I 3浇注系统

10、：浇注系统越复杂，则流动阻力越大，充型能力降低1、铸型材料、3铸型填充条件J 2、铸型温度*3、铸型中的气体I 4、铸件结构凝固方式1、逐层凝固：灰铸铁、铝硅合金，易于获得紧实铸件J 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I铸件产生缩孔缩松的根本原因 铸造合金的收缩：2、凝固收缩.3、固态收缩：铸件产生应力、变形的根本原因顺序凝固：主要用于必须补缩的场合，如铝青铜、硅铝合金和铸钢中。同时凝固原则：主要用于灰铸铁、锡青铜等内应力的形成：1热应力L2机械应力铸件的变形和防止：J1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550650C进行去应力退火。

11、1、析出性气孔铸件中的气孔Y 2、浸入性气孔I 3、反应性气孔习题：2、什么是液态合金的充型能力？它与合金的流动性有何关系？不同成分的合金为何流动性 不通？答：液态合金充满铸型型腔，获得形状准确、轮廓清晰的铸件的能力。液态合金的流动性越 好充型能力越强，越便于浇注出轮廓清晰，薄而复杂的铸件。化学成分不同，凝固方式不同。 5、缩孔和缩松有何不同？为何缩孔比缩松容易防止？答：缩孔和缩松使铸件的力学性能下降，缩松还可能使铸件因渗漏而报废。缩孔集中在铸件上部或者最后凝固的部位，而缩松分布在整个铸件中所以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、优良的减震性，2、耐磨

12、性好，3、缺口敏感性小，4、铸造性能优良。（受化学KTH+两位数字（最低抗拉 强度和伸长率石墨化退火而形成的一 种铸铁。（玛铁或玛钢）退火方j 白心可锻铸铁 方式 I珠光可锻铸铁成分和冷却速度的影响）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根据 黑心可锻铸铁球墨铸铁：向出炉的铁液中加入球化剂和孕育剂而得到的球状石墨铸铁。（力学性能在在铸铁中最好）QT+两组数字表示最低抗拉强度和伸长率。蠕墨铸铁：炉前处理时，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铸造碳钢和铸造合金刚

13、 纯铜俗称紫铜。机械上广泛应用的是铜合金。三箱造型适合于两端界面大中间界面小的造型 整模造型适合最大界面在其端面的零件 分模造型适合形状对称的最大截面在其中间的零件 型砂和芯沙统称造型材料，必须具有一定强度、耐火性、透气性、退让性。1应尽量使分型面平直、数量少2应避免不必要的型芯和活块，以简化造型工艺3应尽量使铸件全部或大部分置于下箱r 1要求的机械加工余量和最小铸孔：设计铸造工艺图时，为铸件预先增加要切去的金属层厚度工艺参数的选择 2起模斜度：为了便于模样从砂型中取出，凡平行起模方向的模样表面上所增加的斜度3收缩率：为保证铸件应有的尺寸，模样尺寸必须比铸件放大一个该合 金的收缩量I 4型芯头

14、：型芯的定位、支撑和排气的部分。（熔模铸造：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，从而获得无分型面的铸型，经高温焙烧后即可填沙浇注 金属型铸造：将液态金属浇入合金的铸型中，并在重力下凝固成型以获得铸件的方法 易产生浇不足、冷隔裂纹及白口等缺陷。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。压力铸造：高温高压下降液态或半液态合金快速压入金属铸型中，并在压力下凝固以获得铸件。不适合钢铁铸铁件等高熔点金属。金属的塑性加工：利用金属的塑性，使其改变形状、尺寸和改善性能，获得型材、棒材、线 材或锻压件的加工方法。金属塑性变形的实质是：晶体内部产生滑

15、移的结果。在切应力的作用下，晶体的一部分相对另一部分沿着一定的晶面产生相对滑动，（位错运动）造成晶体的塑性变形晶粒内部缺陷：位错对塑性变形影响最为显著。通常使用的金属都是由大量微小晶粒组成的多晶体，其塑性变形后可以看成是由组成多晶体 的许多单个晶粒产生的变形（称为晶内变形）的综合效果。同时，晶粒之间也有滑动和转动 （称为晶间变形）。每个晶粒内部都有许多滑移面，因此整块金属的变形量可以比较大。低 温时，多晶体的晶间变形不可过大，够则将引起金属的破坏。金属在常温下进过塑性变形后，内部组织将发生变化1：晶粒沿最大变形的方向伸长；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

16、硬化）：金属的力学性能将随其内部的改变而发生明显变化。变形程度增加 时，金属的强度及硬度升高，而塑性和韧性下降。其原因是由于滑移面上的碎晶 块和附近的晶格的强烈扭曲，增大了滑移阻力，使继续滑移难以进行所致。在冷 变形时，随着变形程度的增加，金属材料的所有强度指标和强敌都有所提高，但 塑性和韧性有所下降。回复：冷变形强化是一种不稳定的现象，将冷变形后的金属加热至一定温度后，因原子的活动能力增强，使原子回复平衡位置，晶内残余应力大大减小。T回=（0.250.3） T熔 再结晶：当温度继续升高到该金属熔点的0.4 倍时，金属原子获得更过热能，使塑性变形后 金属被拉长的晶粒重新生核、结晶，变为与变形前

17、晶格结构相同的新等轴晶粒。T再=0.4T 熔。化学成分的影响：纯金属比合金好，碳钢中含碳量越 金属的本质：低可锻性越好，钢中含有形成碳化物可锻性：材料在锻造过程中经受 塑性变形而不开 裂的能力。的元素金属组织的影响：纯金属及固溶体的可锻性好，而碳 化物的可锻性差，铸态柱状组织和 粗晶粒结构的可锻性不如晶粒细小 而均匀组织的可锻性好。加工条件：1变形温度的影响：提高金属变形时的温度是改善金 属锻性的有效措施。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应变速率的影响：应变对时间的变化率.3应力状态的影响：压应力的数目越多，则金属的塑 性越好：拉应力的数目越多，则金属的塑性越差。可锻

18、性的优劣常用金属的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：只用简单的通用性工具，或在锻造设备上、下砧间直接是坯料变形而获得所需要的 几何形状及内部质量锻件的方法。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、长度增加）、冲孔（在坯料上冲出透孔或不透孔）、扭转（将 坯料一部分相对另一部分绕轴线旋转一定角度）、错移（将坯料一 26o如果要求H很 小，则需先留出适当的余量以增大H,弯好后在切除增加的金属 3弯曲带孔件时应避免孔的变形，1拉深件的外形应简单对称，深度不宜过大，以便使拉深次数最少，容 易成形2拉深的圆角半径在不增加工艺程

19、序的情况下，最小允许半径半径过 小必将增加拉深次数和整形工作，也增加模具数量，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的一 种连接方法。阳极区2600K,阴极区2400K,电弧中心区60008000K 阳极区占总热量的43%，阴极区占36%，其余21%左右的热量是在弧柱中产生的。 焊接热影响区：力学性能：正火区部分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于加热阶段时都会膨胀，但受到焊件冷金属的阻碍, 不能自由生长而受压。残余拉应力（焊接应力）：压应力使处于塑性变形状态的金属产生压缩变形，冷却到 室温时，其收

20、缩又收到周围冷金属的阻碍，不能缩短到自由缩短所应达到的位置 反变形法，刚性夹持法，正确选择焊接参数和焊接次序。机械矫正法，火焰解热矫正法。焊条电弧焊的焊接过程：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，同时也使焊条的药皮熔化和分解。药皮：作用：提高电弧燃烧的稳定性，防止空气对熔化金属的有害作用，对熔池 的脱氧和加入合金元素，可以保证焊缝金属的化学成分和力学性能。焊芯：组正焊缝金属的主要材料。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，不宜焊接承受重载和要求高强度的重要结构碱性焊条：一般要求采用直流电源，焊缝强度高、抗冲击能力强，但操作性差，电弧不

21、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，一般要求焊缝金属与母材等强度（等强度原则）条 的 选 用 原则2 同一强度等级的酸性焊条或碱性焊条的选定，应依据焊接件的结构形状，钢板厚度、载荷性质和钢材的抗裂性能而定。3 低碳钢和低合金钢焊接，可按异种钢接头中的强度较低的刚才来选用焊条4 铸钢件的含碳量一般都比较高，而且厚度较大，形状复杂，很容易产生裂纹，一选用碱性焊条，并采取适当的工艺措施（如预热）进行焊接I 5焊接耐热钢或不锈钢等有特殊性能要求的钢材，应选用相应的专用焊条。焊缝的布氩弧焊：以氩气作为保护气体的气体保护焊。（可分为钨极氩弧焊和熔化极氩弧焊）1焊缝布置应尽量分散。2焊缝的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。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。