金属工艺学复习资料

金属工艺学复习资料

第一篇 金属材料导论

金属材料力学性能指标的含义、表示方法（符号）

强度包括抗拉强度σb、屈服点（或屈服强度）σs 。

塑性：定义，表征塑性好坏的指标→伸长率（δ）、断面收缩率（）。

硬度：布（HB）、洛（HR系列，最常用的为HRC）、维氏硬度(HV) 材料的力学性能指标

 冲击韧性：冲击韧度（ak）  疲劳强度：σ-1 纯铁的晶体结构

 常见金属的晶体结构有体心立方(fcc) 、面心立方（bcc）、密排六方（hcp）。  纯铁的晶体结构有体心立方（α-Fe、δ-Fe）面心立方（γ-Fe）。 实际金属的晶体缺陷

 点缺陷，包括空位、间隙原子、置换原子。  线缺陷，主要是位错。

 面缺陷，主要有金属晶体表面，晶界、相界、亚晶界等。

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金属的结晶

 结晶速度与过冷度（△T）的关系： △T↑，结晶速度↑，晶粒越细。  金属结晶过程→形核和长大。  晶粒对金属材料力学性能的影响：  晶粒越细，金属材料的强度、硬度越高，塑性、韧性越好。

纯金属结晶过程中细化晶粒的方法  ⑴增大冷却速度，增大过冷度  ⑵进行变质处理，增加外来晶核  ⑶采用机械、超声波振动、电磁搅拌等。 铁碳合金及二元相图

 合金、组元、相的基本概念

 铁碳合金基本组成相：F、A、Fe3C。  按溶质原子在溶剂晶格中所处的位置，固溶体分为间隙固溶体、置换固溶体  铁碳合金基本组织：

 固溶体：铁素体（α或F）、奥氏体（γ或A）；  混合物：珠光体（P）、莱氏体（Ld）  化合物：渗碳体（Fe3C） 钢的分类

 按含碳量高低：低碳钢（ wc≤0.25% ）、中

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碳钢（ 0.25%≤wc≤0.60% ）、高碳钢（ wc≥0.60% ）

 工具钢属于高碳钢。常用碳素工具钢： T10A 平均含碳量为1%的优质碳素工具钢。

 钢中杂质元素：Si、Mn（有益元素），S、P（有害元素） 零件选材的一般原则：  满足使用性能要求  满足工艺性能要求  满足经济性要求 钢的热处理

 钢的热处理：是指在固态将钢加热到一定温度，保温一段时间，而后冷却，以获得所需组织和性能的工艺方法。

 钢热处理过程三阶段：加热、保温和冷却。  马氏体：C在α-Fe中过饱和固溶体。  钢的普通热处理工艺：退火、正火、淬火、回火。

 退火、回火的目的

 淬火目的：获得硬度高的马氏体，提高钢的强度和硬度。

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 调质处理：淬火+高温回火

 钢表面热处理的目的：改变工件表面层组织，提高其表面的硬度、耐磨性。  表面淬火的方法有：

 感应加热、火焰加热、激光加热表面淬火

第二篇 铸造篇

 铸造：是指将熔融的金属液浇注入铸型内，待冷却凝固后获得所需形状和性能的毛坯或零件的工艺过程。  铸造优点：

 （1）原材料来源广。  （2）生产成本低。

 （3）铸件形状与零件接近，尺寸不受限制 铸造

 合金铸造性能包括合金的流动性、收缩性、偏析和吸气性能等。

 合金的充型能力：是指液态合金充满铸型型腔，获得形状完整、轮廓清晰铸件的能力。  充型能力不足会产生浇不足、冷隔等缺陷。  液态合金流动性与合金的充型能力间的关系 合金的流动性

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 影响合金流动性的因素有哪些？

 常用合金中铸铁和硅黄铜的流动性最好，铝硅合金次之，铸钢最差。共晶成分的合金流动性最好。 合金的流动性

 影响合金流动性的因素有哪些？

 常用合金中铸铁和硅黄铜的流动性最好，铝硅合金次之，铸钢最差。共晶成分的合金流动性最好。 合金的凝固方式

 逐层凝固、糊状凝固、中间凝固方式。  金属凝固方式与铸件质量间的关系  逐层凝固方式——合金的充型能力强，补缩性能强，便于防止缩孔和缩松，铸件质量高。  糊状凝固方式——合金液流动性差，不易补缩，铸件在铸造工程中所产生的缺陷较多，难以获得结晶坚实的铸件，铸件质量差。 铸造合金的收缩

 合金收缩的三个阶段：

 液态收缩、凝固收缩、固态收缩  铸件产生缩孔、缩松的主要原因：液态收缩、凝固收缩

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 合金产生应力、变形和开裂的主要原因：固态收缩 铸件内应力

 铸造应力大致可分为热应力和机械应力。  热应力：由于铸件壁厚不均匀或各部分冷却速度不同，致使铸件各部分的收缩不同步而引起的应力。

 消除或减小热应力的措施：铸件壁厚均匀，凝固方式采用同时凝固。

 机械应力：铸件的固态收缩受铸型或型芯的机械阻碍而形成的应力。

 防止机械应力的措施：改善铸型和型芯的退让性

石墨在灰口铸铁中存在的形态  灰铸铁：片状  可锻铸铁：团絮状  蠕墨铸铁：蠕虫状  球墨铸铁：球状 灰铸铁

 灰铸铁常用的孕育剂：含硅75%的硅铁合金  灰铸铁牌号表示法及意义： HTXXX  其中“HT” 表示灰铸铁；“XXX”表示其最

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小抗拉强度值。

 应用：机床床身、机床导轨  灰铸铁综合性能最好。 砂型铸造

 整模造型：适用于铸件最大截面靠一端且为平面的铸件。

 分模造型：常用于生产最大截面在中部（或圆形）的铸件。

 挖砂造型：主要用于分型面不是平面的单件、小批铸件的生产。

 假箱造型：用于成批生产需要挖砂造型的铸件。

 活块造型：主要用于生产带有突出部分且难以起模的、单件、小批铸件的生产。 砂型铸造

 造型方法按自动化程度可分手工造型、机器造型。

 砂型铸造最基本的工序→造型。 特种铸造及铸件中的气孔

 主要包括熔模铸造、压力铸造、金属型铸造、离心铸造等。

 熔模铸造的工艺过程。

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 压型制造→型壳制造→焙烧、浇注等。

析出性气孔、侵入性气孔、反应性气孔。

铸件结构设计工艺性

1.避免外形侧凹

2.去掉不必要圆角，尽量使分型面为平面

3.尽量减少活块的数量

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4.起模方便、简单

5.尽量不用或少用型芯

第三篇 金属压力加工

 压力加工：在外力作用下，金属发生塑性变形，从而获得具有一定形状、尺寸、组织和力学性能的工件的生产方法。

 塑性变形方式包括滑移和孪生。其中以滑移为主。

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加工硬化（形变强化）

 加工硬化（形变强化）：是指金属经过冷变形后，随着形变量增加，强度、硬度提高而塑性降低的现象。

 提高金属塑性变形的措施有加热（回复）和塑变（再结晶）。

 消除加工硬化采用再结晶退火。 金属的可锻性

 可锻性：衡量金属通过塑性加工获得优质锻件难易程度的工艺性能。

 衡量金属可锻性的指标：塑性和变形抗力  金属可锻性的影响因素：金属材料本质（化学成分和组织）、变形条件（变形温度、变形速度和应力状态） 金属材料的冷变形与热变形

 再结晶温度以上的变形称为热变形，再结晶温度以下的变形称为冷变形。  再结晶温度: T再=0.4T熔（K）。  能判断某金属材料在某一温度下加工是属于热加工还是冷加工！ 锻造

 锻造工艺包括自由锻、模锻、胎膜锻。

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 胎膜类型：扣模 、套筒模 、合模。  锻前对金属预热的目的是什么？

 模膛包括制坯模膛、模锻模膛。其中模锻模膛又包括预锻模膛和终锻模膛。 避免锥面或斜面（锻件结构的工艺）

避免锥面或斜

避免相贯线

避免凸台、加强筋 做成组合件

避免加强筋、工字形、椭圆形等复杂表面

避免叉形件内部的台阶

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板料冲压

 冲压的基本工序：分离工序、变形工序。  分离工序：落料、冲孔、切断  变形工序：弯曲、胀形、拉深、翻边  凸凹模间隙对冲压件质量和模具寿命的影响：

 间隙过大：冲压件断面质量差，光亮带小一些，剪裂带和毛刺均较大，但模具寿命长。  间隙过小：冲压件断面质量好，光亮带增大，但毛刺也增大，模具磨损严重，寿命受影响。

第四篇 焊接

 焊接是指通过加热或加压，或者两者并用，并且用或不用填充材料，借助金属原子间的结合与扩散，使分离的金属材料牢固连接在一起。

电弧焊焊接接头的组织和性能

 焊接热影响区：指焊缝附近因焊接热作用而发生组织和性能变化的区域。

 焊接热影响区包括熔合区、过热区、正火区和部分相变区。

 熔化区是焊接接头性能最薄弱的区域。  焊接应力与变形产生的原因：焊件局部不均

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匀加热，造成焊接过程的加热和冷却受到周围冷金属的拘束，不能自由膨胀和收缩。 焊接变形

 焊接变形形式：尺寸收缩、角变形、弯曲变形、扭曲变形、波浪变形等。

 焊接变形的防止与消除的措施：焊缝对称分布、采用反变形、采用对称焊和分段倒退焊、 采用多层多道焊、固定定位焊等。  普通电焊条的组成：焊芯和药皮 电焊条

 药皮的作用：

 a.帮助引弧，使电弧稳定；  b.产生熔渣和气体，保护溶池金属不被氧化；

 c.向焊缝内渗入合金元素，提高焊缝强度。  焊条的种类：碱性焊条和酸性焊条。 焊接

 气体保护焊：氩弧焊和二氧化碳气体保护焊。

 电阻焊包括点焊、缝焊、对焊、凸焊。  对焊形式：电阻对焊和闪光对焊。  钎焊包括硬钎焊、软钎焊。

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 含碳量越低，焊接性能越好。低碳钢焊接性能优于中碳钢和高碳钢。 焊接工件结构工艺性

第五篇 切削加工基础

 常见机床切削加工过程的主运动、进给运动

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 切削用量三要素：切削速度（vc）、切削深度（ap）、进给量（f）。  切削速度（vc）的计算：V刀具材料

 刀具材料的性能要求：  ①较高硬度；  ②足够强度和韧性；  ③较好的耐磨性；

 ④较高的耐热性或红硬性；  ⑤较好的工艺性；  ⑥成本低，来源广； 常用刀具材料

 工具钢（高碳钢）：碳素工具钢（T10A）、低合金工具钢（9SiCr）

 高速钢（ W18Cr4V ）、硬质合金（YG、YT） 刀具切削几何参数

 三面：前刀面、主后刀面、副后刀面  两刃：主切削刃、副切削刃  一尖：刀尖（两刃的交点） 刀具的结构

 整体式、焊接式、机夹式

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cdn1000m/s或m/min

金属切削过程  切屑的形成过程

 切屑的种类：带状切屑、节状切屑、崩碎切屑。

 切削瘤的控制（影响因素、控制措施） 切削热

 切削热的产生：

 （1）切屑层的金属发生弹性变形、塑性变形而产生大量的热

 （2）切屑与刀具前刀面产生的摩擦  （3）工件与刀具后刀面产生的摩擦  切削热的传导：绝大多数传给切屑（50％～86％），以切屑形式散热。 刀具磨损

 刀具磨损过程的三个阶段：初期磨损阶段、正常磨损阶段、急剧磨损阶段。

 刀具耐用度的主要影响因素：刀具材料、刀

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具角度、是否加冷却液

 刀具耐用度与切削三要素的关系：切削速度（V）↑，切削用量（f、αp）↑，切削温度↑，刀具磨损↑，耐用度↓。其中切削速度（V）影响最大。 金属切削过程

 切削加工性：指材料加工的难易程度。  切削液的作用：冷却、润滑。

 切削液的类型：水基切削液（以冷却作用为主）、油基切削液（以润滑为主）。  粗加工：冷却、降温→水基切削液  精加工：润滑，减小摩擦，提高表面质量 →油基切削液 切削加工性

 切削加工性是指材料被切削加工的难易程度。

 切削用量的选用原则及切削用量如何选用？

apfvc

 机床分类及机床型号表示的含义 如CA6140

C--类代号(车床类机床)

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A--结构特性代号

6--组代号(落地及卧式车床组) 1--系代号(卧式车床系)

40--主参数(最大工件回转直径的1/10) 车削加工

 加工零件类型：回转体零件  主运动：工件的旋转  进给运动：刀具移动

 加工范围：外圆面、孔、圆锥面、退刀槽、切断、端面、倒角、内螺纹、外螺纹、滚花、成形面。 钻削

 钻孔工具：麻花钻，麻花钻工作部分由切削部分和导向部分组成。

 钻孔属于粗加工，加工精度低，表面粗糙度较大。

 引偏：在切削力作用下，由于钻头刚度很差，导向性不好，很容易弯曲，引起孔径扩大、孔轴偏斜、孔径不圆等的现象。 扩孔和铰孔

 对于孔径大于30mm的孔，先钻后扩。  钻孔、扩孔、铰孔加工精度比较：

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 钻孔（粗加工）＜扩孔（半精加工）＜铰孔（精加工）

 孔径小于1mm的微小孔，电火花线切割 镗孔

 箱体类、壳体类零件上的孔或孔系的加工。  镗孔加工精度高，易保证各孔间的位置度。 刨削加工

 刨削加工设备：牛头刨、龙门刨  加工范围：平面、槽、成形面

 刨削加工精度低，表面质量较差。属于粗加工。

 刨削加工是平面加工主要方法之一。 拉削加工

 加工设备：拉床  加工刀具：多齿拉刀

 加工精度高，表面粗糙度小。 铣削加工

 铣削加工是平面加工的主要工艺方法之一。  加工设备：铣床（立式铣床、卧式铣床、龙门铣）

 加工范围：平面、槽、齿轮、

 铣削方式：周铣、端铣，其中周铣包括顺铣、

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逆铣，常用逆铣。

 铣削加工精度较低，表面质量较低，属于粗加工。 磨削加工

 磨削加工属于精加工。

 磨削加工主要用于淬火钢件外圆面、内孔、平面的加工

 加工设备：磨床（外圆磨床、内圆磨床、平面磨床）。 精整加工

 精整加工：从零件表面切除很薄的一层材料，以提高其尺寸精度和表面粗糙度的工艺方法。

 常用的精整加工方法：研磨和珩磨  光整加工：零件表面不切除或切除极薄的一层金属材料，以提高其表面粗糙度。  常见的光整加工方法：抛光。

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