金属工艺电子教案Word文档格式.docx
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抗拉强度σb——材料拉断前所承受的最大应力。
应用条件和范围:
设计机械零件和选材的主要依据。
2)塑性
金属材料在载荷作用下产生塑性变形而不断裂的能力。
断后伸长率δ——试样拉断后,标距长度的相对伸长率。
断面收缩率ψ——试样拉断后,试样截面积的相对收缩率。
材料进行压力加工时选材的主要依据。
3)硬度
材料表面局部体积内抵抗另一物体压入时变形的能力。
布氏硬度HB
洛氏硬度HR
布氏硬度主要用于测量灰铸铁、有色金属以及经过退火、正
火和调质的钢材等材料。
HBS适于测量硬度值小于450的材料,HBW适于测量硬
度值小于650的材料。
洛氏硬度计可测定软的金属材料,也可测定硬的金属材料。
HRA主要用于测量硬质合金、表面淬火钢;
HRB主要用于测量软钢、退火钢、铜合
金等;
HRC主要用于测量一般淬火钢。
4)冲击韧度
金属材料抵抗冲击载荷载荷作用而不破坏的能力。
冲击吸收功Ak。
冲击韧度ak。
冲击韧度值一般只作为选材时的参考,不能作为计算依据。
材料的多次冲击抗力主要取决于塑性;
冲击能量地时,主要取决于强度。
5)疲劳强度
金属材料在多次重复交变载荷作用下而不发生断裂的最大应力。
疲劳强度δ-1
黑色金属循环周次10的7次方,有色金属和某些高强钢循环
周次10的8次方。
三、本章重点
金属材料的力学性能各项指标的概念,符号及表示方法,应用条件和范围。
第2章金属与合金的晶体结构与结晶
1、了解晶格、晶胞、实际金属的多晶体结构、结晶等概念。
2、掌握金属晶体的三种常见晶格类型:
面心立方、体心立方和密排六方晶格。
3、掌握实际金属点、线、面缺陷与金属力学性能的关系。
4、掌握纯金属结晶过程,过冷度与晶粒大小对力学性能的影响,细化晶粒的措施。
5、掌握合金的基本概念,了解固溶体和金属间化合物的概念。
6、了解二元合金相图的建立,了解合金结晶的过程。
1、金属的晶体结构的基本知识
1)晶格、晶胞的概念:
晶格一:
用来描述原子在晶体中排列形式的假想的空间格架。
晶胞:
晶格中能代表晶体结构特征的最小组成几何单元。
2)金属晶体结构常见的三种晶格类型:
体心立方晶格、面心立方晶格和密排六方晶格。
3)金属的实际晶体结构:
实际金属的晶体结构是多晶体结构;
实际金属的晶体结构内部存在晶体缺陷。
晶体缺陷包括:
点缺陷、线缺陷、面缺陷。
点缺陷即空位、间隙原子和置换原子;
线缺陷即位错;
面缺陷即晶界和亚晶界。
晶体缺陷会使金属内部晶格发生晶格畸变,产生内应力;
金属的性能发生变化,强度、硬度增加。
晶体缺陷是强化金属的手段之一
2、金属的结晶:
1)纯金属的结晶过程。
结晶的概念:
凝固时原子在物质内部做有规则排列。
过冷度:
金属实际结晶温度低于理论结晶温度的差值。
结晶过程:
液态金属结晶是不断生成晶核和晶核不断长大,直至完全结晶成固态的过程。
2)金属结晶后的晶粒大小。
晶粒大小对金属力学性能的影响:
细晶粒金属具有较高的强度和韧性。
细化晶粒的措施:
增大形核率,抑制长大速率。
常用方法有:
增加过冷度;
变质处理;
振动等。
3、合金的晶体结构
1)合金的基本概念:
合金:
一种金属元素与其它金属元素和非金属元素,经熔炼、烧结或其他方法结合成具有金属特性的物质。
组元:
组成合金的最基本的独立物质。
可以是金属、非金属元素或稳定化合物。
相:
合金中具有同一聚集状态,同一种结构和性质的均匀组成部分。
组织:
用肉眼或借助显微镜观察到材料晶粒内部组成相的数量、形态、大小和分布状态。
2)合金的组织:
固溶体:
合金由液态结晶成固态时,一组元溶解在另一组元中,形成均匀的固相。
占主要地位的元素叫溶剂,被溶解的元素叫溶质。
固溶体的晶格类型保持溶剂的晶格类型。
由于溶质原子的融入,容剂晶格发生畸变,使塑性变形阻力增加,导致金属的强度、硬度提高,塑性、韧性有所下降,这种现象称为固溶强化。
金属间化合物:
合金组员间发生相互作用而形成的具有金属特性的新相,它的晶格类型和性能不同于任一组元。
金属间化合物具有高熔点、高硬度、脆性大的特点,在合金中主要作为强化相,用以提高材料的强度、硬度和耐磨性,但塑性、韧性有所降低。
机械混合物:
两种或两种以上的相按一定质量分数组合成的物质。
通过调整固溶体中容质含量和金属间化合物数量、大小、形态和分布状况,可以改变合金的力学性能。
3)合金的结晶:
二元合金相图的建立:
相图是表示在极其缓慢冷却条件下合金系中各种合金状态与温度、成分之间的关系的简明图解。
它是通过实验方法建立。
二元合金相图的分析:
相图横坐标表示二元合金成分分数,纵坐标表示温度;
特性点:
纯金属熔点;
特性线:
液相线、固相线。
二元合金结晶过程:
液相线以上
温度,合金为液相——到达液相线,合金开始结晶——液相线、固相线之间,合金
液相、固相共存——到达固相线及一下,合金为固相。
1、金属的晶体结构。
2、合金的晶体结构。
第3章铁碳合金
1、熟悉铁碳合金的基本组织的特点。
2、熟悉铁碳相图中的相、特性点和特性线。
3、熟悉典型铁碳合金结晶过程和组织转变。
4、掌握含碳量对铁碳合金组织转变和力学性能的影响。
1、铁碳合金基本组织
1)纯铁的同素异构转变:
δ-Fe:
1394oС以上固态铁,体心立方晶格。
γ-Fe:
1394oС—912oС固态铁,面心立方晶格,。
α-Fe:
912oС以下固态铁,体心立方晶格。
2)铁碳合金基本组织:
铁素体:
碳溶于α-Fe中所形成的间隙固溶体,用符号F表示。
力学性能:
塑性、韧性较好,强度、硬度低。
奥氏体:
碳溶于γ-Fe中所形成的间隙固溶体,用符号A表示。
有良好塑性,强度、硬度较低。
渗碳体:
是铁和碳组成的具有复杂晶格结构的间隙化合物,用符号Fe3C表示。
塑性、韧性几乎为零,硬度很高。
珠光体:
是铁素体和渗碳体的机械混合物,用符号P表示。
介于铁
素体和渗碳体之间,即综合性能良好。
莱氏体:
1148oС—727oС时为奥氏体和渗碳体的机械混合物,用符号Ld表示;
727oС及以下时为珠光体和渗碳体的机械混合物,用符号Ld’表示。
与渗碳体相似,即硬度高、塑性差。
2、铁碳合金相图
T
A
L
D
A
EL+ACL+CF
G
A+CA+CLd+A+CLdLd+C
727FPSK
600Q
P+FPP+CP+CLd′+P+CLd′Ld′+C
00.772.114.306.69
1)相图分析:
铁碳合金相图中的相:
液相、δ铁素体、铁素体、奥氏体和渗碳体。
铁碳合金相图中的特性点:
C、E、P、S。
铁碳合金相图中的特性线:
ECF线、ES线、PSK线、GS线。
2)典型铁碳合金结晶过程和组织转变:
工业纯铁:
含碳量≤0.0218%,室温平衡组织F。
亚共析钢:
含碳量>
0.0218%——<
0.77%,室温平衡组织F+P。
共析钢:
含碳量0.77%,室温平衡组织P。
过共析钢:
0.77%——<
2.11%,室温平衡组织F+Fe3CⅡ。
亚共晶白口铸铁:
含碳量≥2.11%——<
4.3%,室温平衡组织P+Fe3CⅡ+Ld’。
共晶白口铸铁:
含碳量4.3%,室温平衡组织Ld’。
过共晶白口铸铁:
含碳量≥4.3%——<
6.69%,室温平衡组织Fe3CⅠ+Ld’。
3)含碳量对铁碳合金组织转变和力学性能的影响:
对平衡组织的影响:
随着含碳量的增加,铁素体不断减少,渗碳体不断增加,渗碳体的形态和分布有所变化。
对钢力学性能的影响:
:
随着钢中含碳量的增加,钢的强度、硬度增加,而塑性、
韧性下降,但当含碳量超过0.9%时,强度明显下降。
含碳量对铁碳合金组织转变和力学性能的影响。
第4章钢的热处理
1、了解钢在加热和冷却时的组织转变;
2、掌握钢的退火、正火、淬火、回火的工艺特点、主要目的和用途;
3、了解钢的表面热处理。
1、钢在加热和冷却时的组织转变
1)钢在加热时的组织转变:
钢的奥氏体化:
把钢加热到临界温度以上,由室温下组织转变为奥氏体。
其过
程是:
奥氏体晶核生成、晶核长大、残余渗碳体溶解和奥氏体均匀化。
奥氏体晶粒的长大及其控制:
加热温度愈高和保温度时间愈长,奥氏体晶粒长
的愈粗大,冷却后钢的性能愈差,所以要控制奥氏体晶粒的大小。
在加热温度相同
时,加热速度愈快,保温时间愈短,奥氏体晶粒愈小。
2)钢在冷却时的组织转变:
等温冷却转变:
将奥氏体化的钢迅速冷却到临界温度以下的给定温度等温保持,
使过冷奥氏体发生组织转变,待转变完成后再冷却到室温。
共析钢的等温冷却转变产物:
在A1——550oС之间温度等温冷却,转变产物为
珠光体组织,内部铁素体和渗碳体呈片状,间距愈小,性能愈好;
在550oС——Ms
之间温度等温冷却,转变产物为贝氏体组织,下贝氏体组织具有较高的强度和硬度、
塑性和韧性;
在Ms以下温度等温冷却,转变产物为马氏体组织,低碳板条状马氏体
具有较高的硬度和强度、较好的塑性和韧性,高碳针片状马氏体具有很高的硬度、
但塑性和韧性很差,脆性大。
连续冷却转变:
将奥氏体化的钢在温度连续下降过程中使过冷奥氏体发生组织
转变,冷却速度不同,转变产物也不同。
2、钢的退火和正火:
1)钢的退火:
将钢加热到适当温度,保温一定时间,随后缓慢冷却获得接近平
衡组状态组织。
退火目的:
消除偏析、细化组织、降低硬度、提高塑性、消除残余应力。
应用:
完全退火用于铸、锻、焊、轧件及中碳钢和中碳合金钢;
球化退火用于
高碳钢锻轧件;
去应力退火用于铸、锻、焊、轧件。
2)钢的正火:
将钢加热到Ac3或Acm以上30—50oС温度,保温一定时间,随
后在静止的空气中冷却的热处理工艺。
正火目的:
消除网状渗碳体、细化组织、改善切削加工性能、降低应力。
用于中、低碳钢提高硬度,改善切削加工性能;
用于高碳钢消除网状渗
碳体、为球化退火做准备。
3、钢的淬火和回火
1)钢的淬火:
将钢加热到Ac3或Ac1以上30—50oС温度,保温一定时间,随
后以大于临界冷却速度进行冷却的热处理工艺。
淬火目的:
获得马氏体或贝氏体组织,以提高钢的硬度和耐磨性。
用于中、高碳钢及中、高碳合金钢提高硬度和耐磨性。
2)淬火钢的回火:
将钢加热到Ac1以下某一温度,保温一定时间后冷却到室温
的热处理工艺。
回火种类和应用:
(1)低温回火(150—250oС)目的是消除淬火应力,保持硬
度和耐磨性,常用于刃、量、冷模具,轴承、表面淬火件。
(2)中温回火(350—500
oС)目的是提高韧性和弹性,保持一定硬度,常用于弹簧、热模具等件。
(1)高温
回火(500—650oС)目的是获得良好综合力学性能,常用于重要构件,如传动轴、
齿轮、曲轴、连杆等件。
淬火及高温回火的复合热处理工艺称为调质。
4、钢的表面热处理
1)钢的表面淬火:
仅对工件表层进行淬火的工艺,称为表面淬火。
它是利用快速加热使钢件表层
迅速达到淬火温度,不等热量传到心部就立即淬火冷却,从而使表层获得马氏体组
织,心部仍为原始组织。
常用的有感应加热表面淬火和火焰加热表面淬火。
感应加热表面淬火一般用于中碳钢或中碳合金钢。
火焰加热表面淬火是用于单件
或小批生产的大型零件和需要局部淬火的工具和零件。
2)钢的化学热处理:
钢的表面热处理是将工件至于一定温度的活性介质中保温,是一种或几种元素
渗入它的表层,以海边其化学成分,组织和性能的工艺。
常用的有渗碳、渗氮和碳氮共渗。
钢的渗碳:
目的是提高表层碳的含量,经过淬火和低温回火,提高工件表面的
硬度、耐磨性和疲劳强度。
常用材料为低碳钢或低碳合金钢。
钢的渗氮:
目的是提高工件表面的硬度、耐磨性和疲劳强度、耐蚀性及热硬性。
常用材料为含有Al、Cr、Mo的合金钢。
钢的退火、正火、淬火、回火的工艺特点和应用。
第5章钢铁材料的表面处理
一、学习目标
1.了解提高机件表面质量的重要性。
2.了解钢铁材料的表面技术分类、目的和应用。
二、基本内容
1.化学镀镍。
2.电镀。
3.热浸镀。
4.热喷。
5.真空离子镀。
第6章常用工程材料
1、了解钢的分类、牌号和用途。
2、了解铸铁的分类、牌号和用途。
3、了解铜及铜合金、铝及铝合金的分类、牌号和用途。
1、工业用钢
1)常存元素对钢性能的影响:
锰和硅存在钢中,大部分溶于铁素体中,能提高钢的强度和硬度,是有益元素。
硫和磷是有害杂质,硫会导致钢在热加工时开裂,磷会引起冷脆。
2)钢的分类、牌号和用途:
钢的分类:
按成分、用途、质量分为碳素结构钢、优质碳素结构钢、碳素工具钢、
合金结构钢、合金工具钢和特殊性能钢。
钢的编号:
(国标规定,书中作了介绍,此处不多作赘述。
)
钢的用途:
(参看教材,要求基本做到从钢的编号可以判断出钢的类别、大致成
分和主要用途。
2、铸铁
铸铁的分类、牌号和用途:
铸铁的分类:
根据碳在铸铁中存在的形式和石墨的形态,可将铸铁分为灰铸铁、
球墨铸铁、蠕墨铸铁、可锻铸铁等。
铸铁的编号:
铸铁的用途:
(参看教材,要求基本做到从铸铁的编号可以判断出铸铁的类别、
大致成分和主要用途。
2、非铁合金
1)铝合金的分类、牌号和用途:
铝合金的分类:
按成分和工艺特点分为变形铝合金和铸造铝合金。
变形铝合金
有防锈铝、硬铝、超硬铝和锻铝合金;
铸造铝合金有铝硅系、铝铜系、铝镁系、铝
锌系。
铝合金的牌号:
铝合金的用途:
(参看教材,要求基本做到从铝合金的编号可以判断出铝合金的
类别、大致成分和主要用途。
2)铜合金的分类、牌号和用途:
铜合金的分类:
按加入合金元素分为黄铜、白铜、青铜。
铜合金的牌号:
(参看教材,要求基本做到从铜合金的编号可以判断出铜合金的类别、大致成分和主要用途。
1、钢的分类、牌号和用途。
第7章铸造成形
1、熟悉在铸造的应用范围。
2、熟悉合金的铸造性能。
3、掌握手工造型方法的特点与应用。
4、了解特种铸造。
5、了解铸件的结构工艺性。
1、铸造成形工艺基础
1)合金的流动性和充型能力:
流动性好的合金,充型能力强,易获得形状完整、尺寸准确、轮廓清晰、壁薄
和形状复杂的铸件。
灰铸铁流动性最好,硅黄铜、铝硅合金次之,铸钢最差。
2)合金的收缩:
液态收缩和凝固收缩是铸件产生缩孔和缩松的主要原因,固态收缩是铸件产生
内应力、变形和裂纹的的主要原因。
3、铸造成形方法
1)砂型铸造:
各种手工造型方法的特点和应用,见书中表7-1。
铸件常见的缺陷的特征及产生原因,见书中表7-2
2)特种铸造:
熔模铸造的工艺过程:
制母模→压型→制蜡模→制壳→焙烧→浇注→清理。
熔模铸造的特点:
铸件的尺寸精度及表面质量高,减少切削、节约材料,适于
铸熔点高、难切削加工材料。
3、铸件结构工艺性
1)砂型铸造对铸件结构设计的要求:
减少和简化分型面;
外形力求简单对称;
有结构斜度;
有利于节省型芯及型芯
的定位、固定、排气和清理。
2)合金铸造性能对铸件结构设计的要求:
铸件壁厚要合理、壁厚应均匀、有铸造圆角和过渡连接、尽量避免过大平面。
手工造型方法的特点与应用。
第8章锻压成形
1、了解锻压成形基础知识。
2、掌握简单轴、盘、环类锻件自由锻工艺规程的制定。
3、熟悉锤上模锻的工艺过程。
4、熟悉板料冲压的工艺特点。
1、锻压成形基础知识
1)塑性变形对金属性能的影响:
随着变形程度的增加,强度和硬度提高而塑性和韧性下降的现象称为冷变形强
化。
通过再结晶退火,可消除冷变形强化。
2)锻造流线及锻造比:
锻造流线是金属的性能呈各项异性:
沿着流线方向拉伸时,有较高的抗拉强度;
沿着流线垂直方向剪切时,有较高的抗剪强度。
锻造比愈大,热变形程度愈大,金属性能改善愈明显,锻造线愈明显。
3)合金的锻造性能:
内在因素:
对钢来讲,含碳量愈低,锻造性能愈好,合金元素与多,锻造性能
愈差,含硫量和含磷量愈多,锻造性能愈差。
2、自由锻
1)自由锻的基本工序:
敦粗、拔长、冲孔、切割、弯曲、扭转等。
2)自由锻工艺规程的制定:
绘制锻件图、计算坯料质量及尺寸、选择锻造工序。
3)自由锻锻件结构工艺性要求:
避免锥面和斜面;
避免加强肋、工字形、椭圆和复杂截面;
避免非平面交接结
构。
3、模锻
1)模锻的优点:
与自由锻相比,断件的尺寸和精度比较高,加工余量少,节约工时与材料;
锻
造流线分布合理,生产率高。
2)锤上模锻:
锻模:
分为模锻模膛和制坯模膛。
模锻模膛包括终锻模膛和预锻模膛;
制坯模
膛包括拔长模膛、滚压模膛、弯曲模膛和切断模膛。
模锻工艺规程:
包括绘制模锻件图、计算坯料尺寸、确定模锻工步、选择设备
和安排修整工序。
绘制模锻件图注意分型面、加工余量、模锻斜度、模锻圆角和冲
孔连皮等。
常用修整工序有切边、冲孔、精压等。
模锻件结构设计:
要有合理的分模面、模锻斜度和圆角半径;
配合表面要留有
加工余量,非配合表面可不留加工余量;
避免截面相差过大,薄壁、高筋、凸起等
结构;
避免深孔和多孔结构;
减少余块,简化模锻工艺。
4、板料冲压
1)冲压工序:
板料冲压工序:
分为分离工序和变形工序。
分离工序包括落料、冲孔、修整、剪
切。
变形工序包括弯曲、拉伸、翻边、成形等。
2)冲模:
按组合方式分为单工序模、级进模、组合模三种。
简单典型零件自由锻工艺过程。
第9章焊接与胶接成形
1、了解焊接的实质、焊接方法的分类和特点。
2、了解电弧焊焊接接头的组织和性能,了解焊接应力和变形。
3、掌握常用焊接方法的过程、特点和应用。
4、掌握结构钢焊条的选用。
5、了解电渣焊、电阻焊、钎焊的特点和应用。
6、熟悉常用金属材料的焊接性及焊接工艺特点。
7、掌握焊接结构工艺性。
8、了解胶接基本原理、胶粘剂和胶接工艺特点。
二、学习内容
1、焊接的实质、焊接方法的分类和特点
1)焊接的实质:
焊件接头通过加热或加压,或并用,使焊件达到原子间结合的工艺方法。
2)焊接方法的分类:
按焊接过程特点可分为熔焊、压焊、钎焊三大类。
3)焊接的特点:
优点有连接性能好,密封性能好,省工料,成本低,可简化工艺等。
不足之处
有不能拆卸,更换修理不方便,接头组织性能变差,存在焊接应力及缺陷,易产生
变形等。
2、焊接接头
1)焊接接头的组织和性能:
焊接接头有焊缝、熔合区、热影响区组成。
焊缝的组织是柱状晶体的铸造组织,由于合金化的作用,性能不低于母材。
熔合区的组织是粗大晶粒的铸态组织,性能是焊接接头中最差的区域之一。
热影响区分为过热区、正火区和部分相变区。
过热区的组织是粗大晶粒的过热
组织,性能是热影响区中最差的部位;
正火区的组织是细小晶粒的均匀组织,性能
优于母材;
部分相变区的组织是晶粒大小不均匀的组织,性能稍差于母材。
2)焊接应力和变形:
产生原因:
由于焊件在焊接时是不均匀的局部加热和冷却,造成焊件的热胀冷
却速度和组织变化先后不一致,从而导致焊接应力和变形的产生,影响焊件质量。
焊接变形的基本形式:
收缩变形、角变形、弯曲变形、扭曲变形、波浪变形。
预防变形的工艺措施:
反变形法、刚性固定法、合理安排焊接顺序、焊前预热,
焊后处理。
焊接变形的矫正措施:
机械矫正法、火焰矫正法。
4、常用焊接方法
1)手工电弧焊:
特点与应用:
具有设备简单、操作灵活、对接头要求不高、焊接条件和位置不
限、成本低、应用广泛,但有强烈的弧光和烟尘、劳动条件差、效率低、对工人技
术水平要求高,焊接质量不稳定。
一般用于单件小批生产中焊接碳素钢、低合金结
构钢、不锈钢及铸铁补焊。
焊条:
由焊芯和药皮组成,焊芯起导电和填充金属作用,药皮起保护、冶金作
用。
焊条按溶渣的化学性质分为酸性焊条和碱性焊条,按用途分为十一大类。
焊接
一般碳素结构钢、低合金结构钢结构,选用强