金工综合二.docx

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金工综合二

课程名称：

金属工艺学授课教师：

庄进银教研组：

机械教研组

课程名称

复习

（二）

授课

年月日

审批

年月日

授课时数

2

主要教学方法

讲授法

教学要求

对本书的重点内容再过一遍

教学重点

识记部分的掌握

教学难点

理解部分运用

教具

相关课件

课外作业题号

本章节的相关试题

板书设计

复习

一．力的拉伸曲线

二、相关的公式

三、第三章的相关内容

四、第四章的相关内容

五、第七八章的相关内容

六、第九、十章的相关内容

教学反馈

教学内容、方法和过程

附记

任务导入

1、组织教学：

（1）、师生互相问候。

（2）、检查出勤情况。

2、复习或引入

一．力的拉伸曲线

OE:

弹性变形阶段试样的伸长量与载荷量成正比增加，此时若卸载，试样能完全恢复原状。

Fe为能恢复原状的最大拉力

ES：

屈服阶段当载荷超过Fe时，试样除产生弹性变形外，开始出现塑性变形，此时若卸载，试样的伸长只能部分恢复。

当载荷增加到Fs时，图形上出现平台，即载荷不增加，试样继续伸长，材料丧失了抵抗变形的能力，这种现象叫屈服。

Fs称为屈服载荷。

SB:

均匀塑性变形阶段载荷超过Fs后，试样开始产生明显塑性变形，伸长量随载荷增加而增大。

Fb为试样拉伸试验的最大载荷。

BK：

缩颈阶段载荷达到最大值Fb后，试样局部开始急剧缩小，出现“缩颈”现象，由于截面积减小，试样变形所需载荷也随之降低，K点时试样发生断裂。

二、相关的公式

强度：

屈服点

单位：

MPa

抗拉强度

单位：

MPa

塑性：

断后伸长率δ=

断面收缩率Ψ=

三、第三章的相关内容

1、纯铁的同素异构转变，要求达到识记层次

2、铁碳合金的基本组织，要求达到识记层次

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。

力学性能：

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。

力学性能：

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。

力学性能：

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。

力学性能：

与渗碳体相似，即硬度高、塑性差。

3、铁碳相图的分析与应用，要求达到领会层次

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：

含碳量>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’。

4、含碳量对铁碳合金组织和力学性能的影响规律，要求达到领会和应用层次

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

四、第四章的相关内容

1、钢的退火、正火、淬火、回火、表面热处理等工艺，要求达到识记和应用层次；

退火：

将钢材（或钢件）加热到适当温度，保温一定时间，随后缓慢冷却以获得接近平衡状态组织的热处理工艺。

正火：

将钢材或钢件加热到Ac3（或Acm）以上30～50℃，保温适当时间后，在静止的空气中冷却的热处理工艺。

淬火：

将钢件加热到Ac1（或Ac3）以上30～50℃，保温一定的时间，然后以大于临界冷却速度冷却以获得马氏体或贝氏体组织的热处理工艺。

回火：

钢件淬硬后，再加热到AC1点以下某一温度，保温一定时间后冷却到室温的热处理工艺。

表面热处理：

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。

退火和正火经常作为钢的预先热处理工序，安排在铸造、锻造和焊接之后或粗加工之前，以消除前一工序所造成的某些组织缺陷及内应力，为随后的切削加工及热处理作好组织上的准备。

淬火和回火的主要目的是为了获得马氏体，提高钢的硬度和耐磨性，是强化钢材最重要的工艺方法。

2基本组织中

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。

3、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。

力学性能：

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。

力学性能：

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。

力学性能：

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。

力学性能：

与渗碳体相似，即硬度高、塑性差

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。

3．根据简化的Fe－Fe3C相图，回答以下问题：

（1）若锯割T10钢和10钢，哪一种更容易使锯条磨损？

为什么？

答：

T10的钢更容易使锯条磨损。

（1分）

T10与10钢相比有含更多的Fe3C，Fe3C是硬度很高的相，因此T10具有更高的硬度，易使锯条磨损。

（3

（2）T8钢和T12钢，哪一个更适合用于制造锉刀、锯条等耐磨工具?

为什么?

答：

T12更适合（1分）

T12与T8钢相比含有更多的Fe3C，Fe3C是硬度很高的相，因此T12钢具有更高的硬度，更适合用于制造耐磨工具。

（3）低碳钢（含碳量≤0．25％）在室温下的平衡组织是什么?

为什么钢铆钉一般用低碳钢制作?

答：

铁素体F和珠光体P。

（2分）铁素体F的塑性好，低碳钢中含有较多的F，因此适合用于制作铆钉（2分）。

（4）若对过共析钢进行淬火处理，其合理的加热温度范围是什么？

为什么选择该温度?

答：

Ac1+（30～50）℃（或PSK+（30～50）℃）（1分）

使淬火组织中保留一定数量的细小弥散的碳化物颗粒，以提高耐磨性。

（2分）

（5）若对亚共析钢进行淬火处理，其合理的加热温度范围是什么?

为什么选择该温度?

答：

Ac3+（30～50）℃（1分）如果亚共析在Ac1～Ac3之间加热，必然有一部分铁素体F淬火时保留在淬火中组织中，粗大的F分布在强硬的马氏体中间，严重降低了钢的强度和韧性。

加热温度若过高，淬火后组织粗大，力学性能差。

（2分）

（6）对过共析钢进行等温退火处理时，应加热至何温度范围?

该热处理工艺的主要目的

是什么?

答：

Ac1+（30～50）℃（1分）

细化组织，降低硬度。

（2分）

（7）过共析钢室温下的平衡组织是什么?

答：

珠光体P和二次渗碳体Fe3C11（2分）

（8）共晶白口铸铁室温下的组织是什么？

答：

变态菜氏体Ld，（1分）

（9）分别说明45钢在600℃、750℃和900℃时各是什么组织

答：

45钢分别在600℃——F+P组织；（1分）

750℃——F+A组织；（1分）

900℃——A组织。

（1分）

（10）工程中，铸铁通常是指Fe－C-Si三元合金，其含碳量在什么范围内？

铸铁有哪些主要的性能优点？

答：

2%～4%（2分）

良好的减振、减摩作用，良好的铸造性能及切削加工性能，且价格低。

（11）碳在铸铁中的主存在形式是石墨，获得石墨的主要途径有哪些？

答：

一般认为石墨既可以由液体铁水中析出，也可以自奥氏体中析出，还可以由渗碳体分解得到。

（12）说明45钢的结晶过程。

答：

45钢的结晶过程：

L

L+A

A

A+F

P+F

五、第七八章的相关内容

铸铁的分类和编号，要求达到领会和简单应用层次；

灰铸铁由“HT”加一组数字（最低的抗拉强度σb）组成；蠕墨铸铁由RuT加一组数字（最低的抗拉强度σb）组成；球墨铸铁由QT加两组数字组成，前一组数字为最低的抗拉强度σb，后一组数字为最低断后伸长率δ；可锻铸铁由KT及后的H（表示黑心可锻铸铁）或Z（表示珠光体可锻铸铁），再加上两组数字组成前一组数字为最低的抗拉强度σb，后一组数字为最低断后伸长率δ

1、合金的流动性和充型能力，要求达到识记层次

流动性液态金属的流动能力称为流动性。

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。

2、收缩、吸气性和氧化性，要求达到识记层次

收缩是指液态金属在冷却凝固过程中，体积和尺寸减小的现象；吸气性是指合金在熔炼和浇注时吸收气体的能力；

合金的氧化性是指合金液与空气接触，被空气中的氧气氧化，形成氧化物。

4、铸造成形工艺设计，要求达到领会和简单应用层次

1）浇注位置的选择：

铸件的重要加工面或主要工作面应朝下；铸件的宽大平面应朝下；铸件上壁薄而大的平面应朝下或垂直、倾斜，以防止产生冷隔或浇不到等缺陷；对于容易产生缩孔的铸件，应使铸件截面较厚的部分放在分型面附近的上部或侧面，以便在铸件厚壁处直接安装冒口，使之实现自下而上的定向凝固。

2）铸型分型面的选择：

3）工艺参数的选择

机械加工余量；收缩率；起模斜度；型芯头；最小铸出孔及槽。

5、铸造结构工艺设计，要求达到领会和简单应用层次

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。

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。

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。

1、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。

第八章

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：

包括：

敦粗、拔长、冲孔、切割、弯曲、扭转等。

2）自由锻工艺规程的制定：

包括：

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。

自由锻

1）自由锻的基本工序：

包括：

敦粗、拔长、冲孔、切割、弯曲、扭转等。

2）自由锻工艺规程的制定：

包括：

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。

1、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。

2、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。

六、第九、十章的相关内容

1、焊接和胶接的基本原理，要求达到识记层次

焊接是通过加热或加压，或两者并用，并且用或不用填充材料，使焊件达到原子间结合的加工方法。

胶接是利用环氧树脂、酚醛等胶粘剂使两个分离表面依靠化学力、机械嵌合力结合在一起的加工方法。

2、常用焊接方法，要求达到领会层次

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，选用强度等级相同的焊条，焊接特殊性能钢结构，选用成分相同或相近的焊条，焊接承受动载、交变载荷、冲击载荷的结构，选用碱性焊条，焊接承受静载的结构，选用酸性焊条。

2）气体保护焊：

氩弧焊特点及应用：

氩弧焊具有保护效果好、焊缝成形美观、焊缝质量优良、明弧焊接易于观察、温度容易控制、焊接变形小、易于实现自动焊接、氩气较贵，成本高。

氩弧焊适用于焊接易氧化的有色金属和合金钢。

CO2焊特点及应用：

CO2焊具有保护效果好、焊缝质量较好、但成形较差、明弧焊接易于观察、焊接变形小、易于实现全位焊接、CO2气便宜，成本低。

CO2焊适用于焊接低碳钢和强度级别不高的普通低合金结构钢，主要焊接薄板。

3）电阻焊：

电阻焊通常分为点焊、缝焊、对焊三种。

其特点是：

焊接变形小、劳动条件好、操作方便、易于实现自动化，在自动化生产线上应用较多，但设备投资大、耗电多、接头形式和工件厚度受到一定限制。

点焊主要用于4mm以下薄板冲压壳体结构及钢筋焊接，尤其是汽车和飞机制造。

缝焊只适合于3mm以下薄板结构焊接，如易拉罐、油箱、烟道等。

对焊主要用于杆状零件对接，如刀具、管子、钢筋等。

4）钎焊：

钎焊按钎料熔点分为软钎焊和硬钎焊，钎料熔点在450ºС以下的钎焊叫软钎焊，钎料熔点在450ºС以上的钎焊叫硬钎焊。

钎焊具有焊接变形小、焊件尺寸精确、可以焊接异种材料和特殊结构、可一次焊成整体结构、生产率高、易于实现自动化。

主要用于精密仪表、电器零部件、异种金属结构、复杂薄板结构及硬质合金刀具。

4、焊接结构工艺性，要求达到识记层次

1）焊接接头设计：

接头形式有对接、搭接、角接、T形接四种。

薄板焊接有各种卷边接头形式。

2）焊缝布置：

焊缝布置尽可能分散、应避开应力集中部位、布置应尽可能对称、应便于操作、应尽量减少焊缝长度和数量、应尽量避开机械加工表面。

3）坡口形式设计：

电弧焊常用的基本坡口形式有I形坡口、V形坡口、X形坡口、U形坡口等四种。

2、机械零件材料选择的一般原则，要求达到领会和简单应用层次

在满足使用性能要求的前提下，尽量选用工艺性能和经济性良好的材料

1）齿轮类零件选材及工艺路线：

常用齿轮材料：

重要用途中载齿轮用中碳钢或中碳合金钢锻制；高速耐冲击重载齿轮用低碳钢或低碳合金钢锻制；低速无冲击轻载精度底齿轮用铸铁制造；直径大形状复杂齿轮用铸钢制造。

汽车、拖拉机齿轮选材及工艺路线：

材料20CrMnTi；工艺路线为：

下料→锻造→正火→切削加工→渗碳（孔防渗）淬火、低温回火→喷丸→校正花键孔→精磨齿

机床齿轮选材及工艺路线：

材料40Cr或45；工艺路线为：

下料→锻造→正火→粗切削加工→调质→半精加工→高频淬火、低温回火→磨削

2）轴类零件选材及工艺路线：

常用材料：

重要用途轴一般用中碳钢或中碳合金钢锻制；高速大功率内燃机曲轴用合金调质钢锻制；中、小型内燃机曲轴用球墨铸铁或45刚。

机床主轴选材及工艺路线：

材料40Cr或45；工艺路线为：

下料→锻造→正火→粗切削加工→调质→半精加工（花键除外）→局部淬火、回火（锥孔及外锥体）→粗磨（外圆、外锥体、锥空）→铣花键→花键高频淬火、回火→精磨削

球墨铸铁曲轴工艺路线：

铸造→高温正火→高温回火→机械加工→轴颈表面淬火、自热回火→磨削

3、零件毛坯选择的一般原则，要求达到了解层次

在满足使用性能要求的前提下，尽量降低生产成本和提高生产效率。

轴杆类零件：

承受弯矩、传递扭矩、要求具有高的力学性能的轴杆类零件，多采用锻件；结构复杂、受力不大的凸轮轴、曲轴等，可采用球墨铸铁铸造；承受弯矩和传递扭矩很小、力学性能要求不高的轴杆类零件，多采用型材；某些情况可采用铸-焊、锻-焊结合方式制造。

盘套类零件：

重要用途的齿轮，选用锻件；直径较大、形状复杂的齿轮，可用碳钢或球墨铸铁铸造；低速轻载、不受冲击的齿轮，可用灰铸铁铸造。

机架、箱体类零件：

箱体类零件大多选用铸铁铸造；承载较大的箱体可用铸钢；要求重量轻、散热好的箱体，可采用铝合金铸造；单件小批生产时，可采用钢材焊接而成。

1．某厂机床齿轮损坏，要求重新选材加工，其工作时主要承担传递动力、改变运动速度和方向、转速中等、载荷不大、工作平稳无强冲击。

要求整体硬度达220～250HBS；齿面硬度达50～54HRC。

其加工工艺路线为：

下料→锻造→热处理1→粗加工→热处理2→半精加工→热处理3→精磨

请问：

1）此机床齿轮应用什么材料加工?

2）其应用的热处理1、2、3分别是什么?

3）说明热处理1、2的作用。

2．某厂车床主轴损坏，要求重新选材加工，其承载与转速均不高，冲击也不大，要求整体硬度220～250HBS；内锥孔与外锥体部位硬度达45～50HRC；花键部位硬度达48～

53HRC。

其加工工艺路线为：

下料→锻造→热处理1→机械加工→热处理2→机械半精加工（除花键外）→热处理3

（内锥孔与外锥体）→粗磨→铣花键→热处理4（花键部位）→精磨

请问：

1）此车床主轴应用什么材料加工?

2）其应用的热处理分别是什么?

3）说明热处理1、热处理2的目的。

3．某型号汽车变速齿轮，在工作中要求承受重载荷和大冲击作用，具体技术要求是：

锻后

热处理硬度180～207HBS；心部硬度达30～45HRC，齿面硬度达58～62HRC，其加工工

艺路线为：

下料→锻造→热处理1→切削加工→热处理2→热处理3→喷丸→校正花键

孔→精磨齿；

请问：

1）该齿轮应用什么材料加工?

2）其应用的热处理分别是什么?

3）说明热处理2、3的作用。

4.有一直径为10mm的轴类零件，受中等交变拉压载荷的作用，要求零件沿截面性能均匀一致，供选用的材料有：

Q235、40Cr、T10；

要求：

1）选择合的材料并说明原因；2）采用热处理的主要工序及作用：

3

指出材料最终的组织。

3）积屑瘤：

产生条件：

切削塑性金属；切削速度在5—60m/min。

对切削加工的影响：

粗加工时有好处，保护刀刃，增大前角。

精加工时不利，影响表面质量和尺寸精度，因此精加工时避免产生积屑瘤，故常采用高速（v>100m/min）或低速（v<5m/min）精加工。

标题及课题写在黑板上或PPT课件

主要方法

讲授法

提醒：

已讲授，可以适时复习一下。