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1、金属工艺学金属工艺学(第五版第五版)全册配套全册配套 最完整精品课件最完整精品课件2 2021-8-26 2021-8-262 机械制造基础机械制造基础 2021-8-263 教材：教材： 金属工艺学金属工艺学 上下册（第五版）上下册（第五版） 邓文英邓文英 等等 编编 高等教育出版社高等教育出版社 2021-8-264 一.课程的目的和任务 机械制造基础（金属工艺学）是高等工科院校本 科机械类专业的必修专业基础课。主要讲述各种工 艺方法本身的规律性及其在机械制造中的应用和相 互联系，金属零件的加工工艺过程和结构工艺性， 常用金属材料的性能及对加工工艺的影响，工艺方 法的综合比较等。 通过该课

2、程的学习，使学生了解材料及其成形 工艺在机械制造中的作用，能综合运用已学过的知 识进行材料的选择，材料改性和成形方法的选择。 “机械制造基础”课程是学生进入专业领域学习的 “先导”课程，内容涉及了机器制造的主要环节： 材料选择、毛坯生产、零件加工，为制造类专业建 立机器制造相关知识与技能的基础平台。 2021-8-265 二.学习本课程的一般自学方法和认真阅读本指 导书的重要性 1.自学时要按照指导书的顺序来学。 2.该课程主要由五大块组成： 第一篇 金属材料的基本知识 第二篇 铸造 第三篇 金属塑性加工 第四篇 焊接 第五篇 切削加工 金属材料的基本知识在以后各篇中都有所涉及， 其他各篇则相

3、对独立。 2021-8-266 3.该课程后四篇主要讲述的是各种加工方法的原理性 问题，计算较少，但需要理解掌握的内容较多，可 运用对比或比较的学习方法，找出各加工工艺的共 性和差异，加深理解。 4.学习时尽量理论联系实际。 2021-8-267 第一篇第一篇 金属材料基础知金属材料基础知 识识 第一章第一章 金属材料的主要性能金属材料的主要性能 2021-8-268 第一节第一节 金属材料的力学性能金属材料的力学性能 金属材料力学性能金属材料力学性能又称机械性能，是材料在又称机械性能，是材料在力力的作的作 用下所表现出来的性能。主要指标：强度、塑性、硬度、用下所表现出来的性能。主要指标：强度

4、、塑性、硬度、 韧性、疲劳强度等。韧性、疲劳强度等。 一、强度与塑性一、强度与塑性 金属材料的强度与塑性是通过拉伸试验测定出来的。金属材料的强度与塑性是通过拉伸试验测定出来的。 2021-8-269 在低碳钢拉伸曲线中，把在低碳钢拉伸曲线中，把F-l坐标换成坐标换成 -（应力（应力应变）就可应变）就可 以直接在图上读出力学性能指标。以直接在图上读出力学性能指标。 1、强度：、强度：材料在外力的作用下，抵抗塑性变形和断裂的能力。工程上常材料在外力的作用下，抵抗塑性变形和断裂的能力。工程上常 用的金属材料的强度指标有用的金属材料的强度指标有屈服点屈服点(s)和和抗拉强度抗拉强度(b)。 (1)屈服

5、点屈服点 它是指拉伸试样产生屈服现象时的应力。它是指拉伸试样产生屈服现象时的应力。 (2)抗拉强度抗拉强度 指金属材料在拉断前所能承受的最大应力，以指金属材料在拉断前所能承受的最大应力，以b表示。表示。 0 A Fs s 0 A F b b 2021-8-2610 2、塑性塑性 材料产生塑性变形而不破坏的能力。表示材料的塑性指标是材料产生塑性变形而不破坏的能力。表示材料的塑性指标是 伸长率伸长率和和断面收缩率断面收缩率。 二、硬度二、硬度 金属材料抵抗局部变形，特别是塑性变形、压痕、划痕的能力。（金属材料抵抗局部变形，特别是塑性变形、压痕、划痕的能力。（ 原：金属材料抵抗更硬的物体压入其内的能

6、力）。最常用的硬度指标有原：金属材料抵抗更硬的物体压入其内的能力）。最常用的硬度指标有 ：布氏硬度（：布氏硬度（HB)和洛氏硬度和洛氏硬度 (HR)。 布氏硬度和洛氏硬度试验原理和布氏硬度和洛氏硬度试验原理和 使用范围均不相同。使用范围均不相同。 0 01 l ll 0 10 A AA 2021-8-2611 布氏硬度法因压痕面积较大、其硬度值比较稳定，故测试数据重复布氏硬度法因压痕面积较大、其硬度值比较稳定，故测试数据重复 性好，准确度较洛氏硬度法高。缺点是测量费时，且因压痕较大，不适性好，准确度较洛氏硬度法高。缺点是测量费时，且因压痕较大，不适 于成品检验。由于测试过硬的材料可导致钢球的变

7、形，因此布氏硬度通于成品检验。由于测试过硬的材料可导致钢球的变形，因此布氏硬度通 常用于常用于HB值小于值小于450的材料，如灰铸铁、非铁合金及较软的钢材。必须的材料，如灰铸铁、非铁合金及较软的钢材。必须 看到，新型布氏硬度计设计有硬质合金球压头，从而可用于测试淬火钢看到，新型布氏硬度计设计有硬质合金球压头，从而可用于测试淬火钢 等较硬金属的硬度，使布氏硬度法的适用范围扩大。等较硬金属的硬度，使布氏硬度法的适用范围扩大。 为了区别不同压头测出的硬度值，将淬火钢球压头测出的硬度值标为了区别不同压头测出的硬度值，将淬火钢球压头测出的硬度值标 以符号以符号HBS，而将硬质合金球压头测出的硬度值标以，

8、而将硬质合金球压头测出的硬度值标以HBW。 三、韧性三、韧性 金属材料断裂前吸收的变形能量称作韧性（原：金属材料抵抗冲击金属材料断裂前吸收的变形能量称作韧性（原：金属材料抵抗冲击 载荷的作用而不破坏的能力）。常用的指标有载荷的作用而不破坏的能力）。常用的指标有冲击韧度冲击韧度(ak)。 2021-8-2612 四、疲劳强度四、疲劳强度 金属材料抵抗交变载荷的作用而不金属材料抵抗交变载荷的作用而不 破坏的能力。常用的指标有破坏的能力。常用的指标有疲劳强疲劳强 度度(-1) 。 2021-8-2613 第二节第二节 金属材料的物理、化学及工艺性能金属材料的物理、化学及工艺性能 p 物理性能 p化学

9、性能 p工艺性能 2021-8-2614 第二章第二章 铁碳合金铁碳合金 第一节第一节 纯铁的晶体结构及其同素异晶转变纯铁的晶体结构及其同素异晶转变 基本概念基本概念： 固体物质按原子排列的特征分为固体物质按原子排列的特征分为: : 晶体晶体: : 原子排列有序原子排列有序, ,规则规则, ,固定熔点固定熔点, ,各项异性。各项异性。 非晶体非晶体: :原子排列无序原子排列无序, ,不规则不规则, ,无固定熔点无固定熔点, ,各项同性。各项同性。 如如: : 金属，合金，金刚石金属，合金，金刚石晶体晶体 玻璃，松香，沥青玻璃，松香，沥青 非晶体非晶体 2021-8-2615 一、金属的结晶一、

10、金属的结晶 纯金属的冷却曲线（实际）纯金属的冷却曲线（实际） C L T0 T1 S 0 t T0T0：理论结晶温度：理论结晶温度 T1T1：实际结晶温度：实际结晶温度 T=T0-T1T=T0-T1（过冷（过冷 度）度） 结结 晶晶 的的 必必 要要 条条 件件 过过 冷冷 度度 2021-8-2616 金属的结晶过程：金属的结晶过程：晶核不断形成和长大晶核不断形成和长大。 形核：形核：自发晶核、外来晶核自发晶核、外来晶核; 晶核长大方式：晶核长大方式：树枝状方式树枝状方式; 每个晶核长成的晶体称为每个晶核长成的晶体称为晶粒晶粒，晶粒之间，晶粒之间 的接触面称为的接触面称为晶界晶界。 一般来说

11、，同一成分的金属，晶粒愈一般来说，同一成分的金属，晶粒愈 细，其强度、硬度愈高，而且塑性和韧性细，其强度、硬度愈高，而且塑性和韧性 也愈好。也愈好。 2021-8-2617 二、纯铁的晶体结构二、纯铁的晶体结构 2021-8-2618 2. 2. 纯铁的晶格有体心立方和面心立方两种。纯铁的晶格有体心立方和面心立方两种。 1. 1. 三种常见的金属的晶格三种常见的金属的晶格 类型：类型： 体心立方体心立方 面心立方面心立方 密排六方密排六方 2021-8-2619 三、纯铁的同素异晶转变三、纯铁的同素异晶转变 1538c1394c912c室温室温 -Fe -Fe- Fe 体心立方体心立方面心立方

12、面心立方 体心立方体心立方 金属的同素异晶转变的慨念金属的同素异晶转变的慨念 金属在固态下，随着温度的改金属在固态下，随着温度的改 变其晶体结构发生变化的现象。变其晶体结构发生变化的现象。 金属的同素异晶转变的意义金属的同素异晶转变的意义 可以用热处理的方法，即可可以用热处理的方法，即可 通过加热、保温、冷却来改变材通过加热、保温、冷却来改变材 料的组织，从而达到改善材料性料的组织，从而达到改善材料性 能的目的。能的目的。 2021-8-2620 第二节第二节 铁碳合金的基本组织铁碳合金的基本组织 合金：合金：由由两种或两种以上两种或两种以上的金属元素，或金属与非金属元素熔合在一的金属元素，或

13、金属与非金属元素熔合在一 起，构成起，构成具有金属特性具有金属特性的物质。的物质。 组元：组元：组成合金的基本元素。组成合金的基本元素。 相：相： 在合金中凡是化学成分、晶体构造和物理性能相同的均匀组成在合金中凡是化学成分、晶体构造和物理性能相同的均匀组成 部分。部分。 组织：组织：用肉眼或显微镜所观察到的材料的微观形貌，又称显微组织。用肉眼或显微镜所观察到的材料的微观形貌，又称显微组织。 铁碳合金的组织可分为固溶体、金属化合物和机械混合物三种类型。铁碳合金的组织可分为固溶体、金属化合物和机械混合物三种类型。 2021-8-2621 一、固溶体一、固溶体 固溶体：固溶体： 由两种组元相互溶解后

14、所组成的新的物质仍然保由两种组元相互溶解后所组成的新的物质仍然保 持其中某一组元的晶体结构。持其中某一组元的晶体结构。 置换固溶体：置换固溶体：A组元的原子取代了组元的原子取代了B组元的原子。组元的原子。 当当A、 B两个组元的原子直径相差不大时，两个组元可以以两个组元的原子直径相差不大时，两个组元可以以 任何比例溶解，形成无限固溶体，反之则为有限固溶体。任何比例溶解，形成无限固溶体，反之则为有限固溶体。 间隙固溶体：间隙固溶体：A组元溶入组元溶入B组元的的间隙中。只能形成有限组元的的间隙中。只能形成有限 固溶体。固溶体。 2021-8-2622 固溶强化：固溶强化：随着溶质原子的增加，所形成

15、的固溶随着溶质原子的增加，所形成的固溶体体的强度、的强度、 硬度升高的现象。硬度升高的现象。 2021-8-2623 C溶入溶入-Fe或或-Fe 形成的铁素体、奥氏体。形成的铁素体、奥氏体。 铁素体：铁素体：碳溶解在碳溶解在-Fe中的间隙固溶中的间隙固溶( F）。）。727时最大溶碳量时最大溶碳量 0.0218%。塑性。塑性 、韧性好，强度、硬度低。、韧性好，强度、硬度低。 奥氏体：奥氏体：碳溶解在碳溶解在 -Fe中的间隙固溶体（中的间隙固溶体（A）。）。 727时时溶碳量溶碳量 0.77%，1148 时时最大溶最大溶碳量碳量2.11%，高温组织，塑性好。，高温组织，塑性好。 二、化合物二、化

16、合物 金属化合物金属化合物。是各组元按一定整数比结合而成、并具有金属性质的。是各组元按一定整数比结合而成、并具有金属性质的 均匀物质，属于单相组织。其性能是硬而脆。均匀物质，属于单相组织。其性能是硬而脆。 渗碳体：渗碳体：铁与碳形成的金属化合物（铁与碳形成的金属化合物（Fe3C）。硬度很高）。硬度很高 （HBW=800），塑性、韧性几乎为零。），塑性、韧性几乎为零。 2021-8-2624 三、机械混合物三、机械混合物 由两种或两种以上晶体结构（纯金属、固溶体、化合物）即不由两种或两种以上晶体结构（纯金属、固溶体、化合物）即不 溶解，也不化合，而是机械的混合在一起。溶解，也不化合，而是机械的混

17、合在一起。 铁碳合金中的机械混合物有：铁碳合金中的机械混合物有： 珠光体：珠光体：铁素体与渗碳体的机械混合物（铁素体与渗碳体的机械混合物（P），含碳量），含碳量0.77%。 莱氏体：莱氏体：奥氏体与渗碳体的奥氏体与渗碳体的机械混合物称机械混合物称高温莱氏体高温莱氏体（Ld），仅存），仅存 在于在于727 以上。以上。727 以下为珠光体与渗碳体的以下为珠光体与渗碳体的机械混合物称机械混合物称低温低温 莱氏体莱氏体（Ld），含碳量），含碳量4.3%。硬度高，塑性差。硬度高，塑性差。 2021-8-2625 说明两种反应：说明两种反应： 1148 1、共晶反应、共晶反应 一定成分的液相在一定的温度

18、下同时结晶出两种成一定成分的液相在一定的温度下同时结晶出两种成 分和结构均不相同的固相的反应。分和结构均不相同的固相的反应。 L 4.3%cA2.11%c+Fe3C6.69%c 共晶反应的产物即莱氏体共晶反应的产物即莱氏体 Ld=(A2.11%c+Fe3C6.69%c) 第三节第三节 铁碳合金状态图铁碳合金状态图 2021-8-2626 2 、共析反应、共析反应 一定成分的固相在一定的温度下同时析出两种成分和一定成分的固相在一定的温度下同时析出两种成分和 结构均不相同的新的固相的反应。结构均不相同的新的固相的反应。 A0.77%c 727 F0.02%c+Fe3C6.69%c 共析反应的产物即

19、珠光体共析反应的产物即珠光体 PF0.02%c+Fe3C6.69%c 2021-8-2627 渗碳体的熔点渗碳体的熔点 共晶点共晶点 共析线共析线 共析点共析点 纯铁的熔点纯铁的熔点 共晶线共晶线 ACD线线液相线液相线 AECF线线固相线固相线 碳在奥氏体中的最大溶解度碳在奥氏体中的最大溶解度 A3线线 Acm PQ，碳在铁素体中的溶解度曲线，碳在铁素体中的溶解度曲线 2021-8-2628 铁碳合金相图中主要特性点的含义铁碳合金相图中主要特性点的含义 特性点的特性点的 符号符号 温度温度t/ 含碳量含碳量 wc% 含义含义 A A C C D D E E G G P P S S Q Q 1

20、5381538 1148 1148 1227 1227 1148 1148 912 912 727 727 727 727 室温室温 0 0 4.34.3 6.696.69 2.112.11 0 0 0.020.02 0.770.77 0.00080.0008 纯铁的熔点纯铁的熔点 共晶点共晶点 渗碳体的熔点渗碳体的熔点 碳在奥氏体中的最大溶解度碳在奥氏体中的最大溶解度 -Fe -Fe -Fe-Fe同素异晶转变点同素异晶转变点 碳在铁素体中的最大溶解度碳在铁素体中的最大溶解度 共析点共析点 碳在铁素体中的溶解度碳在铁素体中的溶解度 2021-8-2629 相图中主要线的含义相图中主要线的含义

21、ACD线线液相线液相线 是不同成分铁碳合金开始结晶的温度线。是不同成分铁碳合金开始结晶的温度线。 AECF线线固相线固相线 各种成分的合金均处在固体状态。结晶温度终各种成分的合金均处在固体状态。结晶温度终 止线。止线。 ECF水平线水平线共晶线共晶线 含碳量为含碳量为4.3%的液态合金冷却到此线时，的液态合金冷却到此线时， 在在1148 由液态合金同时结晶出奥氏体和渗碳体的机械混合物，由液态合金同时结晶出奥氏体和渗碳体的机械混合物， 此反应称为共晶反应。此反应称为共晶反应。 PSK水平线水平线共析线共析线（A1线）线） 含碳量为含碳量为0.77%的奥氏体冷却到的奥氏体冷却到 此线时，在此线时，

22、在727 同时同时析出析出铁素体和渗碳体的机械混合物，此反应铁素体和渗碳体的机械混合物，此反应 称为共析反应。称为共析反应。 GS线线（A3线）线） 是冷却时奥氏体转变为铁素体的开始线。是冷却时奥氏体转变为铁素体的开始线。 ES线线称称Acm线线 是碳在奥氏体中的溶解度线，实际上是冷却时是碳在奥氏体中的溶解度线，实际上是冷却时 由奥氏体中析出二次渗碳体的开始线。由奥氏体中析出二次渗碳体的开始线。 2021-8-2630 典型合金结晶过程分析典型合金结晶过程分析 铁碳铁碳 合金合金 含碳量为含碳量为2.11%6.69%2.11%6.69%的铁碳合金。的铁碳合金。 共晶铸铁：共晶铸铁： 含碳量为含

23、碳量为4.3%;4.3%; 亚共晶铸铁：亚共晶铸铁：含碳量在含碳量在2.11%4.3%2.11%4.3%之间；之间； 过共晶铸铁：过共晶铸铁：含碳量在含碳量在4.3%6.69%4.3%6.69%之间；之间； 含碳量小于含碳量小于0.02%0.02%的铁碳合金。的铁碳合金。 工业纯铁工业纯铁 钢钢 铸铁铸铁 含碳量为含碳量为0.02%2.11%的铁碳合金。根的铁碳合金。根 据金相据金相 组织的不同，可分为三种。组织的不同，可分为三种。 共析钢：共析钢： 含碳量为含碳量为0.77%; 亚共析钢：亚共析钢：含碳量在含碳量在0.02%0.77%之间；之间； 过共析钢：过共析钢：含碳量在含碳量在0.77

24、%2.11%之间；之间； 2021-8-2631 铁碳合金状态图分析铁碳合金状态图分析 L L+A A A+Fe3C F+A A+Fe3C+Ld P+Fe3C +LdP+Fe3CPP+F Ld Ld L+Fe3C Ld+Fe3C Ld+Fe3C L Ld dP+FeP+Fe3 3C C+ +Fe3C 转变 2021-8-2632 AA奥氏体奥氏体 PP珠光体珠光体 FF铁素体铁素体 共析钢和亚共析钢的结晶过程分析共析钢和亚共析钢的结晶过程分析 2021-8-2633 2021-8-2634 亚共晶、过共晶生铁结晶过程分析亚共晶、过共晶生铁结晶过程分析 2021-8-2635 热处理热处理 普通

25、热处理普通热处理 表面热处理表面热处理 退火退火 正火正火 淬火淬火 回火回火 表面淬火表面淬火 化学热处理化学热处理 渗碳渗碳 渗氮渗氮 碳氮共渗碳氮共渗 加热加热 保温保温 冷却冷却 临界温度临界温度 热处理工艺曲线热处理工艺曲线 T 第三章第三章 钢的热处理钢的热处理 2021-8-2636 第一节第一节 钢在加热和冷却时的组织转变钢在加热和冷却时的组织转变 多数情况下，将钢加热到临界温度以上，多数情况下，将钢加热到临界温度以上， 使原有的组织转变成使原有的组织转变成奥氏体奥氏体后，再以不同的冷后，再以不同的冷 却方式或速度转变成所需要的组织，以获得预却方式或速度转变成所需要的组织，以获

26、得预 期的性能。期的性能。 初始形成的奥氏体晶粒非常细小。如果初始形成的奥氏体晶粒非常细小。如果 加热加热温度过高或保温时间过长温度过高或保温时间过长，将会引起奥氏，将会引起奥氏 体的晶粒急剧长大。体的晶粒急剧长大。 一、钢在加热时的组织转变一、钢在加热时的组织转变 2021-8-2637 二、钢在冷却时的组织转变二、钢在冷却时的组织转变 2021-8-2638 第二节第二节 退火和正火退火和正火 退火：退火： 将钢加热、保温，然后随炉或埋入灰中缓慢冷却。将钢加热、保温，然后随炉或埋入灰中缓慢冷却。 目的：目的： 降低硬度，便于机加工。降低硬度，便于机加工。 细化晶粒，提高塑性和韧性。细化晶粒

27、，提高塑性和韧性。 消除内应力。消除内应力。 应用：应用：铸件、锻件、焊接及其它毛坯的热处理。铸件、锻件、焊接及其它毛坯的热处理。 1、完全退火：、完全退火：将亚共析钢加热到将亚共析钢加热到Ac3线以上线以上3050，保温后缓慢冷却，保温后缓慢冷却. 2、球化退火、球化退火: 将过共析钢加热到将过共析钢加热到Ac1线以上线以上2030，保温后缓慢冷却，保温后缓慢冷却. 3、低温退火、低温退火: 将钢加热到将钢加热到Ac1线以下，保温后缓慢冷却线以下，保温后缓慢冷却.（不发生组织转变不发生组织转变） 去应力退火：去应力退火：即即500650 再结晶退火：再结晶退火：消除冲压件冷变形所产生的加工硬

28、化（再结晶温度以上消除冲压件冷变形所产生的加工硬化（再结晶温度以上150 250，即，即650750 ），降低硬度，恢复塑性。），降低硬度，恢复塑性。 2021-8-2639 应用：应用： （1）取代部分完全退火；）取代部分完全退火； （2）用于普通结构件的最终热处理；）用于普通结构件的最终热处理； （3）用于过）用于过共析钢，减少或消除网状共析钢，减少或消除网状 二次渗碳体，为球化处理作准备。二次渗碳体，为球化处理作准备。 正火正火： 将钢加热到将钢加热到Ac3 线以上线以上3050 （亚共析钢）或（亚共析钢）或Acm以上以上3050 （过共（过共 析钢），保温后在析钢），保温后在空气中空气

29、中冷却。得到的是冷却。得到的是 细珠光体组织（索氏体）。细珠光体组织（索氏体）。 2021-8-2640 第三节第三节 淬火和回火淬火和回火 淬火：淬火：将钢加热到将钢加热到Ac3或或Ac1 线以上线以上3050 ，保温后在淬火介，保温后在淬火介 质中质中快速冷却快速冷却（Fe向向aFe同素异晶转变），以获得同素异晶转变），以获得马马氏体氏体（ M)组织（碳在组织（碳在a Fe中的严重过饱和固溶体）。中的严重过饱和固溶体）。 马马氏体形成过程中将伴随着氏体形成过程中将伴随着 体积膨胀，造成淬火内应力，应采体积膨胀，造成淬火内应力，应采 取以下措施：取以下措施： （1）严格控制淬火加热温度）严格

30、控制淬火加热温度 温度低，硬度低；温度高，晶粒温度低，硬度低；温度高，晶粒 粗大，应力大，易粗大，应力大，易 产生裂纹。产生裂纹。 （2）合理选择淬火介质）合理选择淬火介质 （3）正确选择淬火方法）正确选择淬火方法 2021-8-2641 回火：回火：将将淬火钢重新淬火钢重新加热到加热到Ac1 线以下某温度，保温后冷却线以下某温度，保温后冷却 的热处理工艺。的热处理工艺。 目的：主要是消除淬火内应力，降低钢的脆性，防止产生裂纹。目的：主要是消除淬火内应力，降低钢的脆性，防止产生裂纹。 回火三种形式：回火三种形式： （1）低温回火（）低温回火（250以下），目的是以下），目的是降低淬火钢的内应力

31、和降低淬火钢的内应力和 脆性，并保持高硬度（脆性，并保持高硬度（5664HRC)和耐磨性。如模具、刃具等。和耐磨性。如模具、刃具等。 （2）中温回火（）中温回火（250500），目的是使钢获得高弹性，），目的是使钢获得高弹性，并保并保 持较高硬度（持较高硬度（3550HRC)和一定的韧性。如弹簧、锻模等。和一定的韧性。如弹簧、锻模等。 （3）高温回火（）高温回火（500以上），以上）， 淬火后高温回火淬火后高温回火调质处理调质处理。 硬度硬度2035HRC，强度及韧性等综合性能较好。如连杆、曲轴、齿，强度及韧性等综合性能较好。如连杆、曲轴、齿 轮等。轮等。 2021-8-2642 第四节第四节

32、 表面淬火和化学热处理表面淬火和化学热处理 表面淬火：表面淬火：将钢件的表面层淬透到一定的深度，而心部仍保持将钢件的表面层淬透到一定的深度，而心部仍保持 未淬火状态的一种局部淬火方法。未淬火状态的一种局部淬火方法。 加热方法：电感应、火焰、激光等。加热方法：电感应、火焰、激光等。 化学热处理：化学热处理：将工件置于一定的化学介质中加热和保温，使将工件置于一定的化学介质中加热和保温，使 介质中的活性原子渗入工件表层，以改变工件表层的介质中的活性原子渗入工件表层，以改变工件表层的化学成分化学成分和和 组织。组织。 渗碳、渗氮、碳氮共渗。渗碳、渗氮、碳氮共渗。 2021-8-2643 钢钢 碳素钢碳

33、素钢 碳素结构钢（碳素结构钢（0.38%C) 优质碳素结构钢优质碳素结构钢 (0.2-0.7%C用途广用途广) 碳素工具钢碳素工具钢 (T8等等) 合金钢合金钢 合金结构钢合金结构钢 合金工具钢合金工具钢 特殊性能钢特殊性能钢 不锈钢不锈钢 耐热钢耐热钢 耐磨钢耐磨钢 其它其它 量具钢量具钢 模具钢模具钢 刃具钢刃具钢 轴承钢轴承钢 弹簧钢弹簧钢 调质钢调质钢 渗碳钢渗碳钢 低合金结构钢低合金结构钢 （1.5%C)1.5%C) 第四节第四节 工业用钢工业用钢 2021-8-2644 磷、硫是钢中的有害杂质；硅、锰是钢中的有益元素。磷、硫是钢中的有害杂质；硅、锰是钢中的有益元素。 碳素钢分类：碳

34、素钢分类： （1）碳素结构钢）碳素结构钢 Q+三位数字（该钢种在厚度小于三位数字（该钢种在厚度小于16mm时的最低屈服点），时的最低屈服点），A， B，C，D表示质量等级；表示质量等级；F沸腾钢，沸腾钢，Z或不标为镇静钢，或不标为镇静钢，b为半镇静为半镇静 钢。钢。 （2）优质碳素结构钢）优质碳素结构钢 用两位数字表示，用两位数字表示，两位数字是钢中平均含碳量的两位数字是钢中平均含碳量的万分数万分数。 （3）碳素工具钢）碳素工具钢 T+数字（钢中平均含碳量的数字（钢中平均含碳量的千分数千分数） 第一节第一节 碳碳 素素 钢钢 2021-8-2645 低合金钢是指合金总含量较低（小于低合金钢是指

35、合金总含量较低（小于3%）、含碳量也较低的）、含碳量也较低的 合金结构钢。合金结构钢。 （1）可焊接可焊接低合金高强钢（简称低合金高强钢）低合金高强钢（简称低合金高强钢） （2）低合金耐候钢）低合金耐候钢 （3）低合金钢筋钢）低合金钢筋钢 （4）铁道用低合金钢）铁道用低合金钢 （5）矿用低合金钢）矿用低合金钢 牌号表示方法与碳素结构钢相同，牌号表示方法与碳素结构钢相同， Q+三位数字三位数字 第二节第二节 低合金钢低合金钢 2021-8-2646 1、合金结构钢、合金结构钢 “数字数字+元素符号元素符号+数字数字”，起首的两位数字表示钢的平均含，起首的两位数字表示钢的平均含 碳量的碳量的万分数

36、万分数，元素符号及其后面的数字表示所含合金元素及其平，元素符号及其后面的数字表示所含合金元素及其平 均含量的均含量的百分数百分数，若合金元素含量小于，若合金元素含量小于1.5%，则不标其含量。高，则不标其含量。高 级优质合金钢在牌号尾部加符号级优质合金钢在牌号尾部加符号“A”。20Cr，40Mn2， 38CrMoAlA。 2、合金工具钢、合金工具钢 “一位数字一位数字+元素符号元素符号+数字数字”，一位数字表示平均含碳量的，一位数字表示平均含碳量的 千分数，当含碳量超过千分数，当含碳量超过1%时，不标出。时，不标出。9SiCr。*高速钢高速钢 W18Cr4V 的含碳量为的含碳量为0.70.8%

37、。 3、特殊性能钢、特殊性能钢 第三节第三节 合金钢合金钢 2021-8-2647 将液态金属浇注到铸型中，待其冷却凝固，以获得一定形状、将液态金属浇注到铸型中，待其冷却凝固，以获得一定形状、 尺寸和性能的尺寸和性能的毛坯毛坯或或零件零件的成形方法的成形方法, , 称为铸造称为铸造. . 金属的液态成形的作用金属的液态成形的作用: : 铸造是制造毛坯、零件的重要方法之一。按铸型材料的不同，铸造是制造毛坯、零件的重要方法之一。按铸型材料的不同， 铸造可分为铸造可分为砂型铸造和特种铸造砂型铸造和特种铸造（包括压力铸造、金属型铸造等）。（包括压力铸造、金属型铸造等）。 其中砂型铸造是最基本的工艺方法

38、，所生产的铸件要占铸件总量的其中砂型铸造是最基本的工艺方法，所生产的铸件要占铸件总量的 90%90%以上以上. . 第二篇第二篇 铸铸 造造 2021-8-2648 充型：充型：液态合金填充铸型液态合金填充铸型 的过程。的过程。 充型能力：充型能力：液态合金充满液态合金充满 铸型型腔，获得形状准确、铸型型腔，获得形状准确、 轮廓清晰铸件的能力。轮廓清晰铸件的能力。 影响充型能力的主要因素：影响充型能力的主要因素： 一、合金的流动性一、合金的流动性 液态合金本身的流动能液态合金本身的流动能 力。以力。以“螺旋形试样螺旋形试样”长度长度 来衡量。来衡量。 第一章第一章 铸造工艺基础铸造工艺基础 第

39、一节第一节 液态合金的充型液态合金的充型 2021-8-2649 影响合金流动性的因素很多，影响合金流动性的因素很多，化学成分化学成分最为显著。最为显著。共晶成分合金共晶成分合金流流 动性最好。（恒温下结晶，流动性较好；两相区内结晶，流动性较动性最好。（恒温下结晶，流动性较好；两相区内结晶，流动性较 差）差） 2021-8-2650 二、浇注条件二、浇注条件 浇注温度浇注温度 充型压力充型压力 浇注温度越高，液态金属的粘度越小，浇注温度越高，液态金属的粘度越小， 过热度高，金属液内含热量多，保持液过热度高，金属液内含热量多，保持液 态的时间长，充型态的时间长，充型 能力强。能力强。 液态金属在

40、流动方向上所受的压力称为液态金属在流动方向上所受的压力称为 充型压力。充型压力越大充型压力。充型压力越大, 充型能力越充型能力越 强。强。 三、铸型填充条件三、铸型填充条件 （1）铸型材料）铸型材料 导热系数和比热容导热系数和比热容 （2）铸型温度）铸型温度 （3）铸型中的气体）铸型中的气体 （4）铸件结构）铸件结构 2021-8-2651 第二节第二节 铸件的凝固与收缩铸件的凝固与收缩 一一 、铸件凝固方式、铸件凝固方式 在铸件的凝固过程中，在铸件的凝固过程中， 其截面一般存在三个区其截面一般存在三个区 域，即域，即液相区、凝固区、液相区、凝固区、 固相区固相区。对铸件质量影。对铸件质量影

41、响较大的主要是液相和响较大的主要是液相和 固相并存的固相并存的凝固区的宽凝固区的宽 窄窄。铸件的凝固方式就。铸件的凝固方式就 是依据凝固区的宽窄来是依据凝固区的宽窄来 划分的。划分的。 凝固方式有：凝固方式有： 逐层凝固，糊状凝固，逐层凝固，糊状凝固， 中间凝固。中间凝固。 2021-8-2652 二、铸造合金的收缩二、铸造合金的收缩 合金收缩的三个阶段合金收缩的三个阶段 合金从浇注、凝固直至冷却到室温，其体积或尺寸缩减的现象。合金从浇注、凝固直至冷却到室温，其体积或尺寸缩减的现象。 合金的收缩给液态成形工艺带来许多困难，会造成许多铸造缺陷。合金的收缩给液态成形工艺带来许多困难，会造成许多铸造

42、缺陷。 （如：缩孔、缩松、裂纹、变形等）。（如：缩孔、缩松、裂纹、变形等）。 2021-8-2653 三、铸件中的缩孔与缩松三、铸件中的缩孔与缩松 1 1、缩孔与缩松的形成、缩孔与缩松的形成 由于由于液态收缩和凝固收缩液态收缩和凝固收缩所缩减的容积得不到补充，在铸件最后所缩减的容积得不到补充，在铸件最后 凝固的部位形成一些空洞，按照空洞的大小和分布，分为缩孔和缩松。凝固的部位形成一些空洞，按照空洞的大小和分布，分为缩孔和缩松。 （1 1）缩孔）缩孔 集中在铸件上部或最后凝固部位容积集中在铸件上部或最后凝固部位容积较大较大的孔洞。多呈的孔洞。多呈 倒圆锥形。倒圆锥形。 2021-8-2654 （

43、2）缩松）缩松 分散在铸件某区域内的细小缩孔。分散在铸件某区域内的细小缩孔。 形成原因形成原因: 铸件最后凝固区域的收缩未能得到补足，或者结晶温度范围宽的合金呈糊铸件最后凝固区域的收缩未能得到补足，或者结晶温度范围宽的合金呈糊 状凝固，凝固区域较宽，液、固两相共存，树枝晶发达，枝晶骨架将合金液分状凝固，凝固区域较宽，液、固两相共存，树枝晶发达，枝晶骨架将合金液分 割开的小液体区难以得到补缩所致。割开的小液体区难以得到补缩所致。 逐层凝固的合金缩孔倾向大逐层凝固的合金缩孔倾向大，缩松倾向小；，缩松倾向小；糊状凝固糊状凝固的合金缩孔倾向小，的合金缩孔倾向小， 缩松倾向大缩松倾向大。 2021-8-

44、2655 顺序（定向）顺序（定向） 凝固凝固 是铸件让远离冒口的地方先凝固，是铸件让远离冒口的地方先凝固， 靠近冒口的地方次凝固，最后才靠近冒口的地方次凝固，最后才 是冒口本身凝固。实现以厚补薄，是冒口本身凝固。实现以厚补薄， 将缩孔转移到冒口中去。将缩孔转移到冒口中去。 原理原理 合理布置内浇道及确定浇铸工艺。合理布置内浇道及确定浇铸工艺。 方法方法 合理应用冒口、冷铁等工艺措施。合理应用冒口、冷铁等工艺措施。 2 2、缩孔与缩松的防止、缩孔与缩松的防止 2021-8-2656 内应力内应力 热应力热应力 机械应力机械应力 变形变形 裂纹裂纹 铸件在凝固和冷却的过程中，由于铸件铸件在凝固和冷

45、却的过程中，由于铸件 的壁厚不均匀，导致不同部位不均衡的的壁厚不均匀，导致不同部位不均衡的 收缩而引起的应力。收缩而引起的应力。 铸件在固态收缩时，因受到铸型、型铸件在固态收缩时，因受到铸型、型 芯、浇冒口、砂箱等外力阻碍而产生芯、浇冒口、砂箱等外力阻碍而产生 的应力。的应力。 残余热应力的存在，使铸件处在一种非稳定残余热应力的存在，使铸件处在一种非稳定 状态，将自发地通过铸件的变形来缓解其应状态，将自发地通过铸件的变形来缓解其应 力，以回到稳定的平衡状态。力，以回到稳定的平衡状态。 当热应力大到一定程度会导致出现裂纹。当热应力大到一定程度会导致出现裂纹。 第三节第三节 铸造内应力、变形与裂纹

46、铸造内应力、变形与裂纹 铸件在凝固后的继续冷却过程中，铸件在凝固后的继续冷却过程中，固态收缩固态收缩受到阻碍，铸件内受到阻碍，铸件内 部将产生内应力。部将产生内应力。 2021-8-2657 热应力的形成过程热应力的形成过程 2021-8-2658 热应力的消除方法热应力的消除方法 铸件的结构：铸件的结构：铸件各部分能自由收缩铸件各部分能自由收缩 工艺方面：工艺方面：采用采用同时凝固同时凝固原则原则 时效处理：时效处理：人工时效；自然时效人工时效；自然时效 铸件的结构尽可能对称铸件的结构尽可能对称 铸件的壁厚尽可能均匀铸件的壁厚尽可能均匀 2021-8-2659 机械应力机械应力 暂时性的暂时

47、性的 2021-8-2660 二、铸件的变形与防止二、铸件的变形与防止 措施：尽量壁厚均匀、措施：尽量壁厚均匀、 形状对称；同时凝固；形状对称；同时凝固； 反变形。反变形。 2021-8-2661 三、铸件的裂纹与防止三、铸件的裂纹与防止 热裂和冷裂。热裂和冷裂。 第四节第四节 铸件中的气孔铸件中的气孔 气孔是由于金属液中的气体未能排出，在铸件中形成气泡所致。气孔是由于金属液中的气体未能排出，在铸件中形成气泡所致。 按照气体的来源，气孔分为：按照气体的来源，气孔分为：析出性气孔，浸入性气孔，反应性析出性气孔，浸入性气孔，反应性 气孔。气孔。 2021-8-2662 第二章第二章 常用合金铸件的

48、生产常用合金铸件的生产 第一节第一节 铸铁件生产铸铁件生产 实际生产中，由于实际生产中，由于铸铁材料铸铁材料具有优良的铸造性能，且资源丰富，冶具有优良的铸造性能，且资源丰富，冶 炼方便，价格低廉，铸铁件占液态成形件中相当大的份额。炼方便，价格低廉，铸铁件占液态成形件中相当大的份额。 碳在铁碳合金中的存在形式有：碳在铁碳合金中的存在形式有：渗碳体渗碳体和和石墨石墨。 根据碳在铁碳合金中的存在形式铸铁可以分为：根据碳在铁碳合金中的存在形式铸铁可以分为： 白口铸铁：白口铸铁： 灰口铸铁：灰口铸铁： 麻口铸铁麻口铸铁 灰铸铁灰铸铁 可锻铸铁可锻铸铁 球墨铸铁球墨铸铁 蠕墨铸铁蠕墨铸铁 2021-8-2

49、663 铸铁的优点铸铁的优点 良好的铸造性能，如流动性好、收缩小良好的铸造性能，如流动性好、收缩小 良好的切削加工性能；良好的切削加工性能； 高的耐磨性；高的耐磨性； 良好的吸振缓冲性能；良好的吸振缓冲性能； 低的缺口敏感性能。低的缺口敏感性能。 一、灰铸铁一、灰铸铁 灰铸铁是指具有灰铸铁是指具有片状石墨片状石墨的铸铁，应用最广。的铸铁，应用最广。 1、灰铸铁的性能、灰铸铁的性能 抗拉强度、塑性、韧性差，焊接性能差；抗拉强度、塑性、韧性差，焊接性能差；抗压强度抗压强度受石墨影响受石墨影响 小，与钢相近，对于灰铸铁的合理应用甚为重要。小，与钢相近，对于灰铸铁的合理应用甚为重要。 2021-8-2

50、664 2、影响铸铁组织和性能的因素、影响铸铁组织和性能的因素 按金属基体显微组织的不同，灰铸铁可分为：珠光体灰铸铁、按金属基体显微组织的不同，灰铸铁可分为：珠光体灰铸铁、 珠光体珠光体-铁素体灰铸铁、铁素体灰铸铁。铁素体灰铸铁、铁素体灰铸铁。 灰铸铁显微组织的不同，实质上是碳在铸铁中存在形式的不同。灰铸铁显微组织的不同，实质上是碳在铸铁中存在形式的不同。 灰铸铁中的碳由化合碳（灰铸铁中的碳由化合碳（Fe3C）和石墨碳所组成。化合碳为）和石墨碳所组成。化合碳为0.8%时，时， 为珠光体灰铸铁；小于为珠光体灰铸铁；小于0.8%时，为珠光体时，为珠光体-铁素体灰铸铁；全部碳都铁素体灰铸铁；全部碳都