1、金属工艺学金属工艺学绪论绪论1 1、课程性质：研究机械制造系统和机械制造方法的、课程性质：研究机械制造系统和机械制造方法的综合综合性技术基础课性技术基础课，实践性、应用性、综合性都很强。，实践性、应用性、综合性都很强。2 2、课程目的：机械设备维修、课程目的：机械设备维修3 3、机械制造过程、机械制造过程设计图纸设计图纸工艺文件工艺文件原材料原材料（生铁、钢锭、（生铁、钢锭、各种型材等）各种型材等）铸造铸造锻造锻造冲压冲压焊接焊接下料下料铸铸 件件锻锻 件件冲压件冲压件焊接件焊接件型材坯料型材坯料热处理、热处理、表面处理表面处理切削加工切削加工零件零件装配装配机械产品机械产品绪论绪论4 4、课
2、程任务：、课程任务：（1 1）了解工程材料的一般性质及应用范围。）了解工程材料的一般性质及应用范围。（2 2）了解材料成型基本方法的基本原理、工艺特点和）了解材料成型基本方法的基本原理、工艺特点和应用范围。应用范围。（3 3）了解零件结构工艺性的基本知识。）了解零件结构工艺性的基本知识。（4 4）了解机械制造系统的基本知识。）了解机械制造系统的基本知识。（5 5）了解机械制造学科的前沿及发展趋势。）了解机械制造学科的前沿及发展趋势。第一章第一章 金属材料导论金属材料导论n1.1金属材料的力学性能金属材料的力学性能n1.2金属的结晶构造和结晶过程金属的结晶构造和结晶过程n1.3铁碳合金铁碳合金n
3、1.4钢的热处理钢的热处理n1.5金属的分类金属的分类、牌号及应用牌号及应用n1.1金属材料的力学性能金属材料的力学性能性能的分类：性能的分类：1 1、使用性能：良好的机械性能；较好的化学稳、使用性能：良好的机械性能；较好的化学稳定性；一定的物理性能定性；一定的物理性能2 2、工艺性能：可铸性；可锻性；可焊性；可切、工艺性能：可铸性；可锻性；可焊性；可切削性；热处理性削性；热处理性工程材料的力学性能工程材料的力学性能力学性能定义：材料在外力（载荷）作用下所力学性能定义：材料在外力（载荷）作用下所表现出的抵抗变形和破坏的能力。表现出的抵抗变形和破坏的能力。力学性能分类：力学性能分类：强度、塑性、
4、硬度、冲击韧度和疲劳强度等。强度、塑性、硬度、冲击韧度和疲劳强度等。1.1.1工程材料的性质工程材料的性质一、强度（一、强度（strengthstrength）1 1、定义：工程材料在外力作用下抵抗变形和断、定义：工程材料在外力作用下抵抗变形和断裂的能力。裂的能力。2 2、分类：、分类：抗弯强度抗弯强度抗压强度抗压强度抗拉强度抗拉强度强度强度3 3、抗拉强度通过拉伸试验测定：、抗拉强度通过拉伸试验测定：1 1）标准拉伸试样：）标准拉伸试样：a a 圆形圆形 l l0 0/d/do o=10;l=10;l0 0/d/do o=5=5 b b 板形板形图图1-1 拉伸试样拉伸试样 2）应力应变的概
5、念）应力应变的概念 应力应力：材料单：材料单位面积上承受的负荷位面积上承受的负荷=F/S=F/S 应变应变：材料单：材料单位长度上的伸长量位长度上的伸长量=(l-l0)/l0=(l-l0)/l04 4、低碳钢的、低碳钢的应力应变应力应变曲线：曲线：在拉力作用下，先引起在拉力作用下，先引起弹性变形，接着产生塑弹性变形，接着产生塑性变形，最后则被拉断。性变形，最后则被拉断。特殊点特殊点:E:E、S S、B B、K K（1 1）弹性极限）弹性极限e e（2 2）屈服强度）屈服强度s s （3 3）抗拉强度）抗拉强度b b（4 4）断裂强度）断裂强度k k弹性变弹性变形阶段形阶段屈服屈服阶段阶段均匀塑
6、性均匀塑性变形阶段变形阶段缩颈缩颈阶段阶段金属材料中只有低碳钢和中碳钢等金属材料中只有低碳钢和中碳钢等少数金属有屈服现象，大多数金属少数金属有屈服现象，大多数金属没用明显的屈服点，因此对这些材没用明显的屈服点，因此对这些材料，规定已料，规定已产生产生0.2%0.2%残余伸长的应残余伸长的应力称为条件屈服强度力称为条件屈服强度0.20.2二、塑性二、塑性(plasticity)(plasticity)1 1、定义：金属材料在外力作用下，产生永久变形而不致引起破坏的性、定义：金属材料在外力作用下，产生永久变形而不致引起破坏的性能。能。2 2、伸长率、伸长率 l0试棒的原始长度试棒的原始长度 l试棒
7、被拉断后的长度试棒被拉断后的长度3 3、断面收缩率、断面收缩率 A A0 0试棒的原始截面积试棒的原始截面积 A试棒被拉断后的断口截面积试棒被拉断后的断口截面积 或或值愈大，材料的塑性愈好。值愈大，材料的塑性愈好。两者比较，用两者比较，用表示塑性更接近表示塑性更接近材料的真实应变。材料的真实应变。%10000AAA%10000lll 注意：注意：长试样（长试样（）的伸长率写成）的伸长率写成或或10；短试样（短试样（）的伸长率须写成）的伸长率须写成5。同一种材料同一种材料5，所以，对不同材料，所以，对不同材料，值和值和5值不能直接比较。一般把值不能直接比较。一般把5%的材料称为塑性材的材料称为塑
8、性材料，料，5%的材料称为脆性材料。铸铁是典型的脆的材料称为脆性材料。铸铁是典型的脆性材料，而低碳钢是黑色金属中塑性最好的材料。性材料，而低碳钢是黑色金属中塑性最好的材料。0010dl 005dl 三、硬度三、硬度(hardness)(hardness)1 1、定义：金属材料抵抗更硬物体压入的能力。、定义：金属材料抵抗更硬物体压入的能力。2 2、布氏硬度、布氏硬度）（压痕表面积所加载荷2/mmNHB特点特点:适用于测量退火钢、适用于测量退火钢、正火钢及常见的铸铁和有色正火钢及常见的铸铁和有色金属等较软材料。有效值小金属等较软材料。有效值小于于450HB。压痕面积较大。压痕面积较大。测试结果的重
9、复性较好，但测试结果的重复性较好，但操作较繁琐。操作较繁琐。淬火钢球或硬淬火钢球或硬质合金球质合金球图图1-3 1-3 布氏硬度测试原理布氏硬度测试原理 3 3、洛氏硬度、洛氏硬度 由压痕深度计算硬度，直接从刻度盘上由压痕深度计算硬度，直接从刻度盘上读值。因压头和载荷的不同，分别有读值。因压头和载荷的不同，分别有HRAHRA、HRBHRB、HRCHRC三种。三种。特点特点:测试方便，测试方便，操作简捷；压痕较操作简捷；压痕较小；测试范围宽。小；测试范围宽。但但重复性差重复性差。多点测试，多点测试，取平均值取平均值洛氏洛氏硬度硬度压头压头总载荷总载荷/N（kgf）测量范测量范围围适用材料适用材料
10、HRA120金刚金刚石圆锥体石圆锥体588.4（60）6085硬质合金材料、硬质合金材料、表面淬火钢等表面淬火钢等HRB1.588淬淬火钢球火钢球980.7（100）25100100软钢、退火钢、软钢、退火钢、铜合金等铜合金等HRC120金刚金刚石圆锥体石圆锥体1471.1（150）206767淬火钢、调质淬火钢、调质钢等钢等四、冲击韧度四、冲击韧度(impact toughness)(impact toughness)1 1、定义：材料抵抗冲击的性能。、定义：材料抵抗冲击的性能。2 2、测定：摆锤冲击试验。、测定：摆锤冲击试验。现在常用摆锤进行一次冲击试验来测现在常用摆锤进行一次冲击试验来测
11、定金属材料的韧性。标准试样断口处单位横截面所消耗的冲定金属材料的韧性。标准试样断口处单位横截面所消耗的冲击能量，即代表材料的冲击韧性的指标，用击能量，即代表材料的冲击韧性的指标，用ak表示。表示。00)(AhHFAAakk冲击 (a)试样安装 (b)冲击试验机 图图1-4 冲击韧度试验原理冲击韧度试验原理五、疲劳强度五、疲劳强度(fatigue strength)(fatigue strength)零件在交变应力作用下，当交变应力值远低于材料的屈服强度时，经长时间零件在交变应力作用下，当交变应力值远低于材料的屈服强度时，经长时间运行后也会发生破坏，这种破坏称为疲劳破坏。运行后也会发生破坏，这种
12、破坏称为疲劳破坏。1 1、定义：材料能够承受无数次应力循环的最大应力称为疲劳强度。、定义：材料能够承受无数次应力循环的最大应力称为疲劳强度。2 2、疲劳试验、疲劳试验 N N的规定：钢铁材料的规定：钢铁材料10107 7 有色金属有色金属10108 83 3、疲劳曲线：被测材料承受交变应力与材料断裂前的应力循环次数的、疲劳曲线：被测材料承受交变应力与材料断裂前的应力循环次数的关系曲线。疲劳强度关系曲线。疲劳强度r,r,r表示交变应力循环系数表示交变应力循环系数,对称应力循环时的对称应力循环时的用用-1-1表示。表示。4、疲劳破坏的原因：材、疲劳破坏的原因：材料的缺陷料的缺陷 应力集中应力集中
13、5、防止或减少的方法：、防止或减少的方法：合理设计结构防止应力集合理设计结构防止应力集中，减小表面粗糙度，采中，减小表面粗糙度，采取表面硬化处理取表面硬化处理10-17图1-5 钢铁材料的疲劳曲线 实验设备实验设备疲劳疲劳强度强度r冲击冲击韧度韧度 ak硬度硬度 HBHR塑性塑性强度强度 bs 0.2工程材料的力学性能工程材料的力学性能第1次课重点内容n1.2金属的结晶构造和结晶过程金属的结晶构造和结晶过程一、金属的结晶（crystallization of metal）1、金属结晶温度时间温度温度时间图图1-6 纯金属的冷却曲线纯金属的冷却曲线(a)极其缓慢冷却时；(b)实际冷却速度时 2
14、2、金属结晶的规律：、金属结晶的规律：冷却速度愈快，过冷度愈大，冷却速度愈快，过冷度愈大，晶核的数量愈多，晶粒愈细小，晶核的数量愈多，晶粒愈细小，金属的机械强度愈高。金属的机械强度愈高。3、晶体结构、晶体结构1）晶格）晶格2）晶胞）晶胞3）晶胞类型：）晶胞类型：21881属于这种类型的金属有属于这种类型的金属有Cr、Mo、W、V(钒钒)、-Fe它们大多具有较高的强度和韧性它们大多具有较高的强度和韧性每个晶胞的原子数每个晶胞的原子数a.体心立方晶胞体心立方晶胞3）晶胞类型：）晶胞类型：4621881b.面心立方晶胞面心立方晶胞属于这种类型的金属有属于这种类型的金属有Al、Cu、Ni、-Fe它们大
15、多具有较高的塑性它们大多具有较高的塑性每个晶胞的原子数每个晶胞的原子数3）晶胞类型：）晶胞类型：632211261c.密排六方晶胞密排六方晶胞属于这种类型的金属有属于这种类型的金属有Mg、Zn、Ti，另外，石墨，另外，石墨它们大多具有较大的脆性，塑性较差它们大多具有较大的脆性，塑性较差每个晶胞的原子数每个晶胞的原子数4）同素异构性及同素异同素异构性及同素异构转变：构转变：固态金属在不同固态金属在不同温度区间具有不同晶格类型温度区间具有不同晶格类型的性质，称为的性质，称为同素异构性同素异构性。材料在固态下改变晶胞类型材料在固态下改变晶胞类型的过程称为的过程称为同素异构转变同素异构转变。注：教材中
16、称为同素异晶注：教材中称为同素异晶-4 4、合金的基本显微组织结构（、合金的基本显微组织结构（microstructuremicrostructure）合金的合金的ME机械混合物机械混合物金属化合物金属化合物固溶体固溶体单存单存 固态合金固态合金 共存共存合金合金1）固溶体）固溶体置换固溶体置换固溶体间隙固溶体间隙固溶体根据溶质原根据溶质原子所占据的子所占据的位置位置固溶强化固溶强化：无论哪种固溶体，由于溶质原子的渗入，固溶体的无论哪种固溶体，由于溶质原子的渗入，固溶体的晶格都存在畸变现象，从而改变了合金性能，表现为强度指标晶格都存在畸变现象，从而改变了合金性能，表现为强度指标升高。因而可利用
17、此现象获取高强度合金材料，称为固溶强化。升高。因而可利用此现象获取高强度合金材料，称为固溶强化。碳与碳与-Fe-Fe形成的固溶体为铁素体（形成的固溶体为铁素体（F F）（间隙固熔体）（间隙固熔体）置换固溶体置换固溶体间隙固溶体间隙固溶体2）金属化合物）金属化合物 新晶格类型新晶格类型 熔点高，又硬又脆熔点高，又硬又脆 Fe3C3）机械混合物）机械混合物 P（F+Fe3C）二、铁碳合金状态图二、铁碳合金状态图1 1、铁碳合金中的基本组织结构铁碳合金中的基本组织结构：由于化学成分不同，固态下的铁碳合金由于化学成分不同，固态下的铁碳合金可以是固溶体、化合物或机械混合物。可以是固溶体、化合物或机械混合
18、物。名称名称定义定义符号符号含碳量含碳量 加工方法加工方法铁素体铁素体(ferrite)碳溶于碳溶于-Fe形成的固形成的固溶体（间隙）溶体（间隙）F727C时溶碳能力最大，达时溶碳能力最大，达到到0.0218冲压等冲压等奥氏体奥氏体(austenite)碳溶解在碳溶解在-Fe中形成中形成的固溶体（间隙）的固溶体（间隙）A1148 C时其溶碳能力最大，时其溶碳能力最大，达到达到2.11锻造锻造渗碳体渗碳体(cementite)铁和碳形成的金属化铁和碳形成的金属化合物合物Fe3CFe3C 6.69珠光体珠光体(pearlite)铁素体和渗碳体两相铁素体和渗碳体两相组织的机械混合物组织的机械混合物P
19、0.77莱氏体莱氏体(ledeburite)奥氏体奥氏体(或珠光体或珠光体)和渗和渗碳体组成的机械混合碳体组成的机械混合物物Ld4.3%在单纯铁碳合在单纯铁碳合金中奥氏体存金中奥氏体存在于在于727C以上以上2 2、铁碳合金状态图分析、铁碳合金状态图分析 LC Ld(AE+Fe3C)1148 C 恒温 3 3、铁碳合金的分类、铁碳合金的分类钢钢白口铸铁白口铸铁工业纯铁工业纯铁 共析共析亚共亚共析析过共过共析析共晶共晶亚共亚共晶晶过共过共晶晶0.0218%4、钢的结晶过程、钢的结晶过程共晶白口铸铁结晶过程示意图5、白口铸铁的结晶白口铸铁的结晶过程过程A+Fe3C+LdL+AP+Fe3C+LdFe
20、3C+LdL+Fe3CFe3C+Ld1.2金属的结晶构造和结晶金属的结晶构造和结晶过程过程一、金属的结晶一、金属的结晶1 1、金属的结晶温度、金属的结晶温度 过冷与过冷度过冷与过冷度2 2、金属的结晶规律、金属的结晶规律 形核、长大形核、长大3 3、晶体结构、晶体结构 晶格、晶胞晶格、晶胞4 4、合金的基本显微、合金的基本显微组织结构组织结构合金的合金的ME机械混合物机械混合物金属化合物金属化合物固溶体固溶体单存单存 固态合金固态合金 共存共存置换固溶体置换固溶体间隙固溶体间隙固溶体根据溶质原根据溶质原子所占据的子所占据的位置位置第2次课重点内容2 2、铁碳合金状态图分析、铁碳合金状态图分析
21、LC Ld(AE+Fe3C)1148 C 恒温 第2次课重点内容1 1、铁碳合金状态图分析、铁碳合金状态图分析第2次课重点内容1.3铁碳合金铁碳合金一、钢的热处理一、钢的热处理 在固态下将钢加热到一定温度，进在固态下将钢加热到一定温度，进行必要的保温，以适当的冷却速度冷至室温，改变行必要的保温，以适当的冷却速度冷至室温，改变钢的组织结构和性能的工艺方法称为钢的热处理。钢的组织结构和性能的工艺方法称为钢的热处理。热处理的目的：不改变材料的形状和尺寸，只热处理的目的：不改变材料的形状和尺寸，只改变材料内部的组织结构改变材料内部的组织结构,得到所需要的性能。得到所需要的性能。提高材抖的硬度和强度，或
22、者增加材料的塑性、提高材抖的硬度和强度，或者增加材料的塑性、降低硬度以改善材料的使用性能和工艺性能等。降低硬度以改善材料的使用性能和工艺性能等。1.4钢的热处理钢的热处理1.4钢的热处理钢的热处理1 1、退火退火 将钢加热到一定温度保温将钢加热到一定温度保温定时间，随后在炉中缓慢冷定时间，随后在炉中缓慢冷却，以获得近于平衡组织的一种热处理方法。却，以获得近于平衡组织的一种热处理方法。分类分类：完全退火、等温退火、球化退火、去应力退火和再结晶退：完全退火、等温退火、球化退火、去应力退火和再结晶退火等。火等。退火的目的退火的目的：a.降低硬度，以利于切削加工；降低硬度，以利于切削加工；b.细化晶粒
23、，改善组织，提高机细化晶粒，改善组织，提高机械性能；械性能；c.消除内应力，为下一道热处理消除内应力，为下一道热处理作好准备；作好准备；d.提高金属材料的塑性、韧性，提高金属材料的塑性、韧性，便于进行冷冲压或冷拉拔加工。便于进行冷冲压或冷拉拔加工。退火的缺点退火的缺点：占用设备；生产率低。：占用设备；生产率低。1.4钢的热处理钢的热处理2 2、正火正火 将钢加热到一定温度（亚共析钢将钢加热到一定温度（亚共析钢A3线，共析钢线，共析钢A1线，过线，过共析钢共析钢Acm线以上线以上30-50C）保温）保温定时间，出炉在空气中冷却定时间，出炉在空气中冷却的工艺方法。的工艺方法。a 冷却速度快，所得组
24、织较细，如：冷却速度快，所得组织较细，如：1.4钢的热处理钢的热处理3 3、淬淬火火 将钢加热到一定温度（亚共析钢将钢加热到一定温度（亚共析钢A3线，共析钢和过共析钢线，共析钢和过共析钢A1线以上线以上30-50C）保温后在油或水中迅速冷却的热处理方法。）保温后在油或水中迅速冷却的热处理方法。淬火的目的淬火的目的：提高金属材料的强：提高金属材料的强度和硬度，增加耐磨性。度和硬度，增加耐磨性。提高硬度的原因：提高硬度的原因：冷却速度快，淬火后得到马氏体冷却速度快，淬火后得到马氏体组织（碳在组织（碳在-Fe-Fe中的过饱和固中的过饱和固溶体溶体），硬度高。），硬度高。1.4钢的热处理钢的热处理4、
25、回火回火 将淬火后的钢加热到将淬火后的钢加热到A1线以下的某一温度，保温后在空线以下的某一温度，保温后在空气或水中冷却的热处理方法。气或水中冷却的热处理方法。1）回火的）回火的目的目的：稳定工件尺寸，减少内应力，降低脆性，调整和：稳定工件尺寸，减少内应力，降低脆性，调整和改善钢的韧性。改善钢的韧性。2 2）回火的分类）回火的分类 种类加热温度钢性能改变应用低温回火150200C降低脆性，保持高强度和耐磨性工具、刃具、冷冲模具等中温回火350500C降低脆性，减小内应力，提高弹性和屈服强度，但硬度有所下降弹性零件、锻模等高温回火500650C消除内应力，较好的综合力学性能轴类等5、调质处理：、调
26、质处理：1.4钢的热处理钢的热处理 1.4钢的热处理钢的热处理或水或水1.5金属的金属的分类、牌号及应用分类、牌号及应用一、常用金属材料一、常用金属材料1 1、钢的分类、牌号和应用钢的分类、牌号和应用a 按化学成分可分为：碳素钢和合金钢两大类；按化学成分可分为：碳素钢和合金钢两大类；b 按用途可分为结构钢、工具钢和特殊性能钢三类；按用途可分为结构钢、工具钢和特殊性能钢三类；c按质量可分为普通钢、优质钢和高级优质钢。按质量可分为普通钢、优质钢和高级优质钢。由于磷和硫是钢中的有害元素，因此要规定钢中的磷、硫由于磷和硫是钢中的有害元素，因此要规定钢中的磷、硫含量。含量。钢的综合分类及牌号举例如下：钢
27、的综合分类及牌号举例如下：1.5金属的分类、牌号及应用金属的分类、牌号及应用1.5金属的分类、牌号及应用金属的分类、牌号及应用2 2、碳素钢碳素钢(carbon steel)碳的含量碳的含量1.5以下，还含有少量以下，还含有少量的硅、锰、硫、磷等杂质。的硅、锰、硫、磷等杂质。分类：分类：低碳钢低碳钢 0.60%磷可以提高钢的硬度，但在磷可以提高钢的硬度，但在低温时脆性显著增加，称为低温时脆性显著增加，称为冷脆现象冷脆现象。而硫容易使钢在。而硫容易使钢在高温轧制时破裂，称为高温轧制时破裂，称为热脆热脆现象现象。HBb bak1）碳素结构钢）碳素结构钢 塑性和韧性较好，但机械强度不高。牌号塑性和韧
28、性较好，但机械强度不高。牌号的符号意义如下：的符号意义如下：Q215A 质量等级，可以为质量等级，可以为A、B、C、D 屈服极限为屈服极限为215N/mm21.5金属的分类、牌号及应用金属的分类、牌号及应用表表1-3 1-3 碳素结构钢的应用举例碳素结构钢的应用举例牌号牌号用途举例用途举例Q195Q195、Q215AQ215A、Q215BQ215B薄板、焊接钢管、铁丝、钉等薄板、焊接钢管、铁丝、钉等Q235AQ235A、Q235BQ235B、Q235CQ235C、Q235DQ235D 薄板、中板、钢筋、带钢、焊接件、小轴、螺薄板、中板、钢筋、带钢、焊接件、小轴、螺栓、连杆等栓、连杆等Q255A
29、Q255A、Q255BQ255B、Q275Q275拉杆、连杆、键、轴、销钉、要求较高强度的拉杆、连杆、键、轴、销钉、要求较高强度的某些件某些件2）优质碳素结构钢）优质碳素结构钢 牌号的符号意义如下：牌号的符号意义如下：由两位数字表示由两位数字表示 数字为钢中平均碳的质量分数数字为钢中平均碳的质量分数万分量万分量如：如：45钢钢牌号牌号类属类属力学性能力学性能应用应用08、10、15、20、25低碳钢低碳钢 强度低，塑性好，可焊强度低，塑性好，可焊性好性好冲压件、焊接构件冲压件、焊接构件垫圈、螺钉、螺母等小件垫圈、螺钉、螺母等小件30、35、40、45、50中碳钢中碳钢 韧性和机加工性能好，韧性
30、和机加工性能好，常用热处理方法提高力常用热处理方法提高力学性能学性能轴类、齿轮、丝杠、连杆轴类、齿轮、丝杠、连杆等等65、70高碳钢高碳钢 进行合理的热处理可以进行合理的热处理可以得到较高的弹性得到较高的弹性弹性零件如：弹簧、弹性弹性零件如：弹簧、弹性垫片垫片1.5金属的分类、牌号及应用金属的分类、牌号及应用3）碳素工具钢）碳素工具钢 碳含量高，淬火后硬度很高。碳含量高，淬火后硬度很高。T7 平均碳的质量分数千分量（平均碳的质量分数千分量（0.7%）碳素工具钢碳素工具钢 T10A 1.5金属的分类、牌号及应用金属的分类、牌号及应用平均碳的质量分数平均碳的质量分数1%的高级优质碳素工具钢的高级优
31、质碳素工具钢（硫磷含量（硫磷含量小于小于0.03%）3 3、合金钢合金钢(alloy steel)分类：合金结构钢分类：合金结构钢 ，合金工具钢，合金工具钢，特殊性能合金钢特殊性能合金钢1）合金结构钢）合金结构钢 数字数字+化学元素符号化学元素符号+数字数字 对应元素的质量分数对应元素的质量分数或=1%时不标出，1%时用一位数字标注出含碳千分量例：例：9SiCr 但高速工具钢和某些冷作模具钢，即使其平均碳的质量分数小于1%也不予标注出。例如高速工具钢高速工具钢W18Cr4V，碳0.7%-0.8%，在牌号中不标出；钨18%，铬4%，钒的质量分数小于1.5%。常用合金工具钢的牌号有9SiCr、Cr
32、12、CrWMn、5CrMnMo、3Cr2W8V等。3）特殊性能合金钢1.5金属的分类、牌号及应用金属的分类、牌号及应用4 4、铸铁（铸铁（cast iron）铸铁是指不能锻造或不能塑性变形的铁碳合金。铸铁是指不能锻造或不能塑性变形的铁碳合金。铸铁除了含碳外，还含有锰、硅、磷、硫等杂质。铸铁除了含碳外，还含有锰、硅、磷、硫等杂质。Fe3C 断口亮白色,脆而硬,很少用，利用其硬度高、耐磨性好制造 犁铧、轧辊片状石墨 断口灰暗灰暗,抗拉强度低，塑性和韧性差，抗压、耐磨、减振性好，缺口敏感性小，有良好的铸造工艺性能和切削加工性能。应用广泛。球状石墨，塑性和韧性比其他铸铁好，良好的铸造性能、切削加工性
33、能、减磨性和减振性。在某些条件下可以代替钢材制造形状复杂而承载较大的构件，如曲柄等。预先浇铸成白口铸铁、再经长时间石墨化退火完成的。团絮状石墨。常用于小而复杂，并且要求韧性较高的小型薄壁构件，如：管接头等。但生产周期常，成本高。铸铁铸铁根据碳在铸铁中存在形态的不同1.5金属的分类、牌号及应用金属的分类、牌号及应用实际上不可锻造实际上不可锻造1.5金属的分类、牌号及应用金属的分类、牌号及应用牌号：牌号：灰铸铁：灰铸铁：HT+b HT100、HT150、HT200 HT250、HT300、HT350球墨铸铁球墨铸铁QT+b+QT400-17可锻铸铁可锻铸铁KTH/Z+b+KTH300-06 KTZ
34、450-06 黑心黑心/珠光体珠光体孕育铸铁孕育铸铁5.5.铸铁与碳钢的性能比较铸铁与碳钢的性能比较铸铁与碳钢比较（在同一种基体下），由于铸铸铁与碳钢比较（在同一种基体下），由于铸铁中石墨的强度和伸长率都极低铁中石墨的强度和伸长率都极低（brmin，并考虑材料纤维方向，并考虑材料纤维方向 弯曲边的平直部分弯曲边的平直部分H2，弯曲边过短，需先，弯曲边过短，需先留出适当的余量，以增大留出适当的余量，以增大H，弯好后在切去多余材，弯好后在切去多余材料。料。弯曲带孔件时，为避免孔的变形，弯曲带孔件时，为避免孔的变形，L(1.52)。3.对拉深件的要求：对拉深件的要求：外形应简单、对称，且高度不宜太高
35、，以便减外形应简单、对称，且高度不宜太高，以便减小使拉深次数。小使拉深次数。拉深件应有合理圆角半径。拉深件应有合理圆角半径。模锻模锻4-19锤上锻模第7次课重点内容概述概述第四章第四章 焊接焊接固体固体材料材料的连的连接工接工艺艺 熔结熔结/粘接法粘接法 变形固接法变形固接法:连接元件连接法连接元件连接法:焊接焊接:粘接粘接:通过弹性或塑性变形固接通过弹性或塑性变形固接 通过使用专门的连接件或紧固件通过使用专门的连接件或紧固件(如如铆钉、键、螺栓、卡环等铆钉、键、螺栓、卡环等)实现零件实现零件间的水久性或非永久性连接间的水久性或非永久性连接 零件间形成公共的金属结晶零件间形成公共的金属结晶 零
36、件通过物质的物理特性、电特零件通过物质的物理特性、电特性及化学特性所产生的表面力而性及化学特性所产生的表面力而连接在一起，零件间并不形成共连接在一起，零件间并不形成共同的组织同的组织 焊接：利用加热或加压，或两者并用的手段，借助原子间焊接：利用加热或加压，或两者并用的手段，借助原子间的扩散和结合，使分离的金属牢固地连接起来。的扩散和结合，使分离的金属牢固地连接起来。粘接：将相同或不同的构件牢固地粘合在一起的连接方法。粘接：将相同或不同的构件牢固地粘合在一起的连接方法。特点：特点：下料阶段：下料阶段：化大为小化大为小 拼小成大拼小成大 化复杂为简单化复杂为简单 拼简单成复杂拼简单成复杂焊接性焊接
37、性（1）工艺焊接性）工艺焊接性（2）使用焊接性）使用焊接性 焊接粘接焊接性的估算方法焊接性的估算方法:碳钢及低合金结构钢的碳当量经验公式：碳钢及低合金结构钢的碳当量经验公式：经验：经验：当当 0.6%时，钢材塑性较差。淬硬和冷裂倾向严重，焊接时，钢材塑性较差。淬硬和冷裂倾向严重，焊接性很差，焊前需要高温预热，焊接时要采取减少焊接应力和防性很差，焊前需要高温预热，焊接时要采取减少焊接应力和防止裂纹的工艺措施，焊后需要进行适当热处理等。止裂纹的工艺措施，焊后需要进行适当热处理等。常用焊接方法常用焊接方法:熔焊熔焊(fusion welding)压焊压焊(pressure welding)钎焊钎焊(
38、brazing)一、熔焊一、熔焊:利用各种热源将构利用各种热源将构件的连接部分加热，使之熔化件的连接部分加热，使之熔化并熔合在一起，待其冷却凝固并熔合在一起，待其冷却凝固后形成焊缝从而将构件连接起后形成焊缝从而将构件连接起来的焊接方法。来的焊接方法。电弧焊电弧焊 电弧焊是利用电弧来电弧焊是利用电弧来加热和熔化金属的。加热和熔化金属的。电弧焊电弧焊气焊气焊电子束焊电子束焊激光焊激光焊 等等电源+(1)焊条电弧焊焊条电弧焊 利用电弧产生的热量熔利用电弧产生的热量熔化被焊金属化被焊金属(母材母材)和焊和焊条的一种手工操作的焊条的一种手工操作的焊接方法。接方法。焊条作用焊条作用：1.作为电极作为电极
39、2.作为填充金属作为填充金属 3.形成熔渣、产生大量的保护性气体形成熔渣、产生大量的保护性气体（2）埋弧焊（焊剂层下焊接）埋弧焊（焊剂层下焊接）埋弧焊是电弧在焊剂层下燃烧进行焊接的方法。埋弧焊是电弧在焊剂层下燃烧进行焊接的方法。1).过程：在焊缝处堆放焊剂过程：在焊缝处堆放焊剂焊丝送入电弧区焊丝送入电弧区选定的弧长选定的弧长电弧燃烧电弧燃烧焊机带动焊丝匀速前移（或工件匀速运动）焊机带动焊丝匀速前移（或工件匀速运动）2）.埋弧焊特点：埋弧焊特点：生产效率高。生产效率高。焊接质量好且稳定。焊接质量好且稳定。节省金属材料。节省金属材料。改善了劳动条件。改善了劳动条件。图5-3 埋弧焊原理3）.埋弧焊
40、的焊丝与焊剂埋弧焊的焊丝与焊剂焊丝作用相当于焊芯，焊剂作用相当于焊条药皮。焊丝作用相当于焊芯，焊剂作用相当于焊条药皮。焊丝作用：作为电极；作为填充金属焊丝作用：作为电极；作为填充金属 焊剂作用：焊剂作用：焊剂熔化焊剂熔化熔渣熔渣保护焊缝保护焊缝 焊剂蒸发焊剂蒸发熔渣泡熔渣泡 a隔绝空气，防止熔滴外溅隔绝空气，防止熔滴外溅 b减少电弧热能损失，阻止弧光四射减少电弧热能损失，阻止弧光四射（3）气体保护焊）气体保护焊气体保护电弧焊是利用外加气体作为电弧介质并保护电弧和焊接区的气体保护电弧焊是利用外加气体作为电弧介质并保护电弧和焊接区的电弧焊方法。电弧焊方法。1.氩弧焊氩弧焊 不熔化极氩弧焊：电极：钨
41、棒（导电和产生电极的作用），较厚工不熔化极氩弧焊：电极：钨棒（导电和产生电极的作用），较厚工件需填充焊丝（图件需填充焊丝（图5-5a）焊接厚度）焊接厚度6mm以下的工件。以下的工件。熔化极氩弧焊：连续送进焊丝（电极），不需填充金属，可用较大熔化极氩弧焊：连续送进焊丝（电极），不需填充金属，可用较大电流，焊接厚度为电流，焊接厚度为25mm以下的工件，图以下的工件，图5-5 b。图5-5 氩弧焊示意图氩弧焊特点及使用范围：氩弧焊特点及使用范围：电弧燃烧稳定，飞溅小，焊缝致电弧燃烧稳定，飞溅小，焊缝致密、成形美观，焊接质量好；密、成形美观，焊接质量好；有气体保护，明弧可见，便于操有气体保护，明弧可见
42、，便于操作。作。热量集中，焊接速度快，焊接热热量集中，焊接速度快，焊接热影响区较窄，工件变形小。影响区较窄，工件变形小。适用于各类合金钢、不锈钢、有适用于各类合金钢、不锈钢、有色金属（铝、镁、钛等），稀有金色金属（铝、镁、钛等），稀有金属（锆、钼、钽等）的焊接。属（锆、钼、钽等）的焊接。2.CO2气体保护焊：气体保护焊：1）原理：焊丝经软导管、导电嘴送出）原理：焊丝经软导管、导电嘴送出从喷嘴中喷出从喷嘴中喷出CO2气气体体保卫焊丝端部及熔池保卫焊丝端部及熔池（引燃电弧）（引燃电弧）2）特点：）特点：成本低。成本低。生产率高。生产率高。操作性能好。操作性能好。质量较好。质量较好。图5-4 CO2
43、气体保护焊缺点：缺点：CO2气体有氧化作用，应使用气体有氧化作用，应使用含锰、硅较高的焊丝或含有相应合金含锰、硅较高的焊丝或含有相应合金元素的合金焊丝。熔滴飞溅较为严重，元素的合金焊丝。熔滴飞溅较为严重，焊缝外形不够光滑，容易产生气孔。焊缝外形不够光滑，容易产生气孔。应用：造船，机车车辆，汽车，农业应用：造船，机车车辆，汽车，农业机械，主要用于焊接机械，主要用于焊接30mm以下厚度的以下厚度的低碳钢和部分低合金结构钢焊接。低碳钢和部分低合金结构钢焊接。（4）等离子弧焊）等离子弧焊等离子弧：自由电弧经等离子弧：自由电弧经“压缩效应压缩效应”压缩，弧中气体完全电离，压缩，弧中气体完全电离，形成温度
44、更高的等离子弧。形成温度更高的等离子弧。原理：在钨极和工件之间加一较高电压，经高频振荡使气体电原理：在钨极和工件之间加一较高电压，经高频振荡使气体电离形成电弧。离形成电弧。图5-6 等离子弧发生装置原理图 机械压缩效应机械压缩效应 热压缩效应热压缩效应 电磁压缩效应电磁压缩效应特点：特点：能量密度大，温度高，穿透能量密度大，温度高，穿透能力强，效率高。能力强，效率高。电流很小时（电流很小时（0.1A），电弧），电弧仍很稳定，可焊很薄的箔材。仍很稳定，可焊很薄的箔材。应用：铜合金，合金钢，钨，钼，应用：铜合金，合金钢，钨，钼，钴，钛等金属焊件钴，钛等金属焊件二、压焊二、压焊压焊是一种必须对焊件施
45、加压力而完成焊接的方法。压焊是一种必须对焊件施加压力而完成焊接的方法。电阻焊：利用电流通过焊件及其接触处产生的电阻热，将焊件电阻焊：利用电流通过焊件及其接触处产生的电阻热，将焊件局部加热到塑性或熔化状态，然后在压力下形成焊接接头的焊局部加热到塑性或熔化状态，然后在压力下形成焊接接头的焊接方法。接方法。焊件接触处焊件接触处 电阻热电阻热 塑性变形或熔化塑性变形或熔化 压力压力 焊点焊点 图5-7点焊示意图1.点焊：利用柱点焊：利用柱状电极加压通电，状电极加压通电，在搭接工件接触在搭接工件接触面之间焊成一个面之间焊成一个个焊点的焊接方个焊点的焊接方法。法。过程：柱状电极压紧在工件上过程：柱状电极压
46、紧在工件上接通电流接通电流接触处温度升高熔化（液态熔接触处温度升高熔化（液态熔核）核）断电断电继续保持压力或加大压力继续保持压力或加大压力液态熔核在压力下凝固结晶，形液态熔核在压力下凝固结晶，形成焊点。成焊点。接头形式：接头形式：搭接接头搭接接头应用：应用：ST钎料熔点钎料熔点，钎料熔化（工件，钎料熔化（工件不熔化）并渗入到接头间隙中不熔化）并渗入到接头间隙中液态钎料与工件金属相互溶解液态钎料与工件金属相互溶解扩散扩散冷凝后即形成钎焊接头。冷凝后即形成钎焊接头。2.分类分类:硬钎焊：钎料熔点高于硬钎焊：钎料熔点高于450C，焊接接头强度在，焊接接头强度在200MPa以上。以上。硬钎焊主要用于受
47、力较大的钢铁铜合金结构件、工具以及刀具硬钎焊主要用于受力较大的钢铁铜合金结构件、工具以及刀具的焊接。的焊接。软钎焊：钎料熔点低于软钎焊：钎料熔点低于450C，焊接接头强度一般不超过，焊接接头强度一般不超过70MPa。常用钎料是锡合金，所以通称锡焊。主要用于受力不。常用钎料是锡合金，所以通称锡焊。主要用于受力不大的常温工作的仪表、导电元件的连接。大的常温工作的仪表、导电元件的连接。3.接头形式：板料搭接和套接。接头形式：板料搭接和套接。4.熔剂熔剂 软钎焊：松香、氧化锌等软钎焊：松香、氧化锌等 硬钎焊：硼砂、硼酸、氟化物、氯化物等硬钎焊：硼砂、硼酸、氟化物、氯化物等5.加热方式：火焰加热、电阻加
48、热、感应加热、炉内加热、盐加热方式：火焰加热、电阻加热、感应加热、炉内加热、盐浴加热以及烙铁加热等，烙铁加热加热温度低，只适用于软钎浴加热以及烙铁加热等，烙铁加热加热温度低，只适用于软钎焊。焊。图5-8钎焊的接头形式6.特点及应用范围：特点及应用范围：工件加热温度低，组织和力学性能变工件加热温度低，组织和力学性能变化小，变形也小。接头光滑平整，工件化小，变形也小。接头光滑平整，工件尺寸精确。尺寸精确。可以焊接性能差异很大的异种金属，可以焊接性能差异很大的异种金属，对工件厚度的差别没有严格的限制。对工件厚度的差别没有严格的限制。复杂形状构件，生产率高（可同时焊复杂形状构件，生产率高（可同时焊接上
49、千条焊缝）接上千条焊缝）设备简单，投资少设备简单，投资少接头强度尤其是动载强度低，耐热性接头强度尤其是动载强度低，耐热性差，且焊前清理及组装要求较高。差，且焊前清理及组装要求较高。（一）、电弧焊缺陷及其预防、消除措施（一）、电弧焊缺陷及其预防、消除措施1.焊接应力：焊接应力：减小应力的措施：减小应力的措施：合理的焊接次序，合理选材合理的焊接次序，合理选材焊前预热，减弱各部位温差，从而显著减小焊接应力，焊前预热，减弱各部位温差，从而显著减小焊接应力，350400焊后热处理焊后热处理图5-9 对接焊缝、圆筒环形焊缝的焊接应力分布第五章第五章 金属切削加工金属切削加工金属切削加工：金属切削加工：钳工
50、：手持工具钳工：手持工具 划线、锯、锉、刮、钻孔划线、锯、锉、刮、钻孔机械加工：操作机械机械加工：操作机械 车、铣车、铣、刨、磨、镗、刨、磨、镗尺寸精度：尺寸精度：IT01IT01、IT0IT0、IT1IT18IT1IT18形状精度：形状精度：O O、/O/O/位置精度：位置精度：/加工质量加工质量加工精度加工精度表面粗糙度表面粗糙度表表6-1表表6-2二、切削运动和切削用量二、切削运动和切削用量1切削表面切削表面 3 2 12切切削削运运动动 3切削用量切削用量 切削用量包括切削速度、进给量切削用量包括切削速度、进给量和背吃刀量，称为切削用量三要素。和背吃刀量，称为切削用量三要素。切削速度切
