硬度知识与金属工艺学
一、硬度简介：
硬度表示材料抵抗硬物体压入其表面的能力。它是金属材料的重要性能指标之一。一般硬度越高，耐磨性越好。常用的硬度指标有布氏硬度、洛氏硬度和维氏硬度。
1.布氏硬度(HB)
以一定的载荷(一般3000kg)把一定大小(直径一般为10mm)的淬硬钢球压入材料表面，保持一段时间，去载后，负荷与其压痕面积之比值，即为布氏硬度值(HB)，单位为公斤力/mm2 (N/mm2)。
2.洛氏硬度(HR)
当HB>450或者试样过小时，不能采用布氏硬度试验而改用洛氏硬度计量。它是用一个顶角120°的金刚石圆锥体或直径为1.59、3.18mm的钢球，在一定载荷下压入被测材料表面，由压痕的深度求出材料的硬度。根据试验材料硬度的不同，分三种不同的标度来表示：
?HRA：是采用60kg载荷和钻石锥压入器求得的硬度，用于硬度极高的材料(如硬质合金等)。
?HRB：是采用100kg载荷和直径1.58mm淬硬的钢球，求得的硬度，用于硬度较低的材料(如退火钢、铸铁等)。
?HRC：是采用150kg载荷和钻石锥压入器求得的硬度，用于硬度很高的材料(如淬火钢等)。
3 维氏硬度(HV)
以120kg以内的载荷和顶角为136°的金刚石方形锥压入器压入材料表面，用材料压痕凹坑的表面积除
以载荷值，即为维氏硬度HV值(kgf/mm2)。
#############################################################################################
注：
洛氏硬度中HRA、HRB、HRC等中的A、B、C为三种不同的标准，称为标尺A、标尺B、标尺C。
洛氏硬度试验是现今所使用的几种普通压痕硬度试验之一，三种标尺的初始压力均为98.07N(合10kgf)，最后根据压痕深度计算硬度值。标尺A使用的是球锥菱形压头，然后加压至588.4N(合60kgf)；标尺B使用的是直径为1.588mm(1/16英寸)的钢球作为压头，然后加压至980.7N(合100kgf)；而标尺C使用与标尺A相同的球锥菱形作为压头，但加压后的力是1471N(合150kgf)。因此标尺B适用相对较软的材料，而标尺C适用较硬的材料。实践证明，金属材料的各种硬度值之间，硬度值与强度值之间具有近似的相应关系。因为硬度值是由起始塑性变形抗力和继续塑性变形抗力决定的，材料的强度越高，塑性变形抗力越高，硬度值也就越高。但各种材料的换算关系并不一致。本站《硬度对照表》一文对钢的不同硬度值的换算给出了表格，请查阅。
##############################################################################################
根据德国标准DIN50150,以下是常用范围的钢材抗拉强度与维氏硬度、布氏硬度、洛氏硬度的对照表。
抗拉强度
Rm
N/mm2维氏硬度
HV
布氏硬度
HB
洛氏硬度
HRC
250 80 76.0 - 270 85 80.7 - 285 90 85.2 - 305 95 90.2 - 320 100 95.0 - 335 105 99.8 - 350 110 105 - 370 115 109 - 380 120 114 - 400 125 119 - 415 130 124 - 430 135 128 - 450 140 133 - 465 145 138 - 480 150 143 - 490 155 147 - 510 160 152 - 530 165 156 - 545 170 162 - 560 175 166 - 575 180 171 - 595 185 176 - 610 190 181 - 625 195 185 - 640 200 190 - 660 205 195 - 675 210 199 - 690 215 204 - 705 220 209 - 720 225 214 - 740 230 219 - 755 235 223 - 770 240 228 20.3 785 245 233 21.3 800 250 238 22.2 820 255 242 23.1 835 260 247 24.0 850 265 252 24.8 865 270 257 25.6 880 275 261 26.4 900 280 266 27.1 915 285 271 27.8 930 290 276 28.5
950 295 280 29.2 965 300 285 29.8 995 310 295 31.0 1030 320 304 32.2 1060 330 314 33.3 1095 340 323 34.4 1125 350 333 35.5 1115 360 342 36.6 1190 370 352 37.7 1220 380 361 38.8 1255 390 371 39.8 1290 400 380 40.8 1320 410 390 41.8 1350 420 399 42.7 1385 430 409 43.6 1420 440 418 44.5 1455 450 428 45.3 1485 460 437 46.1 1520 470 447 46.9 1555 480 (456) 47.7 1595 490 (466) 48.4 1630 500 (475) 49.1 1665 510 (485) 49.8 1700 520 (494) 50.5 1740 530 (504) 51.1 1775 540 (513) 51.7 1810 550 (523) 52.3 1845 560 (532) 53.0 1880 570 (542) 53.6 1920 580 (551) 54.1 1955 590 (561) 54.7 1995 600 (570) 55.2 2030 610 (580) 55.7 2070 620 (589) 56.3 2105 630 (599) 56.8 2145 640 (608) 57.3 2180 650 (618) 57.8
660 58.3
670 58.8
680 59.2
690 59.7
700 60.1
720 61.0
740 61.8
760 62.5
780 63.3
800 64.0
820 64.7
840 65.3
860 65.9
880 66.4
900 67.0
920 67.5
940 68.0
硬度试验是机械性能试验中最简单易行的一种试验方法。为了能用硬度试验代替某些机械性能试验，生产上需要一个比较准确的硬度和强度的换算关系。
实践证明，金属材料的各种硬度值之间，硬度值与强度值之间具有近似的相应关系。因为硬度值是由起始塑性变形抗力和继续塑性变形抗力决定的，材料的强度越高，塑性变形抗力越高，硬度值也就越高。
下面是本站根据由实验得到的经验公式制作的快速计算器，有一定的实用价值，但在要求数据比较精确时，仍需要通过试验测得。
三、硬度換算公式
1.肖氏硬度(HS)=勃式硬度(BHN)/10+12
2.肖式硬度(HS)=洛式硬度(HRC)+15
3.勃式硬度(BHN)= 洛克式硬度(HV)
4.洛式硬度(HRC)= 勃式硬度(BHN)/10-3
硬度測定範圍:
HS<100
HB<500
HRC<70
HV<1300
洛氏硬度布氏硬度HB10/3000 维氏硬度HV
HRCHRA
59.580.7676
59.080.5666
58.580.2655
58.080.0645
57.579.7635
57.079.5625
56.579.2615
56.078.9605
55.578.6596
55.078.4538587
54.578.1532578
54.077.9526569
53.576.6520560
53.076.3515551
52.576.1509543
52.076.9503535
51.576.6497527
50.576.1486512
50.075.8480504
硬度換算表
HV HRC HBS HV HRC HBS HV HRC HBS
940685605330029.8284
92067.555052.350529529.2280
9006754051.749629028.5275
88066.453051.148828527.8270
86065.952050.548028027.1265
84065.351049.847327526.4261
82064.750049.146527025.6256
8006449048.445626524.8252
78063.348047.744826024247
76062.547046.944125523.1243
74061.846046.143325022.2238
7206145045.342524521.3233
70060.144044.541524020.3228
69059.743043.640523018
68059.242042.739722015.7
67058.841041.838821013.4
66058.340040.837920011
65057.839039.83691908.5
64057.338038.83601806
63056.837037.73501703
62056.336036.63411600
61055.735035.5331
60055.234034.4322
59054.733033.3313
58054.132032.2303
57053.631031294
G 钢的硬度值换算（续）
表1 钢的维氏硬度（HV）与其他硬度和强度的近似换算值a（续）
维氏硬度布氏硬度
10－mm钢
球
3000－kg
负荷b
洛氏硬度b
表面洛氏硬度
表面金刚石圆锥压头
肖
氏
硬
度
抗拉强度
（近似值）
Mpa
(1000psi)
维
氏
硬
度标
准
钢
球
钨
－
硬
质
合
金
钢
球
A.标尺
60-kg
负荷
金刚
圆锥
压头
?标尺
100-kg
负荷
金刚圆
锥压头
?标
尺
100-kg
负荷
金刚圆
锥压头
?标
尺
100-kg
负荷
金刚圆
锥压头
15-N
标尺
15－
kg
负荷
30-N
标尺
30－
kg
负荷
45-N
标尺
45-kg
负荷
HV HBS HBW HRA HRB HRC HRD HR15N HR30N HR45N HS σb HV 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13
370 360 350 340 330 320 310 300 295 290 285 280 350
341
331
322
313
303
294
284
280
275
270
265
350
341
331
322
313
303
294
284
280
275
270
265
69.2
68.7
68.1
67.6
67.0
66.4
65.8
65.2
65.8
64.5
64.2
63.8
－
(109.0)
－
(108.0)
－
(107.0)
－
(105.5)
－
(104.5)
－
(103.5)
37.7
36.6
35.5
34.4
33.3
32.3
31.0
29.8
29.2
28.5
27.8
27.1
53.6
52.8
51.9
51.1
50.2
49.4
48.4
47.5
47.1
46.5
46.0
45.3
79.2
78.6
78.0
77.4
76.8
76.2
75.6
74.9
74.6
74.2
73.8
73.4
57.4
56.4
55.4
54.4
53.6
52.3
51.3
50.2
49.7
49.0
48.4
47.8
40.4
39.1
37.8
36.5
35.2
33.9
32.5
31.1
30.4
29.5
28.7
27.9
－
50
－
47
－
45
－
42
－
41
－
40
1170(170)
1130(164)
1095(159)
1070(155)
1035(150)
1005(146)
980(142)
950(138)
935(136)
915(133)
905(131)
890(129)
370
360
350
340
330
320
310
300
295
290
285
280
275 270 265 260 255 250 245 240 230 220 210 200 190 180 170 160 150 140 130 120 110 100 95 90 85 261
256
252
247
243
238
233
228
219
209
200
190
181
171
162
152
143
133
124
114
105
95
90
86
81
261
256
252
247
243
238
233
228
219
209
200
190
181
171
162
152
143
133
124
114
105
95
90
86
81
63.5
63.1
62.7
62.4
62.0
61.6
61.2
60.7
－
－
－
－
－
－
－
－
－
―
―
－
－
－
－
－
－
－
(102.0)
－
(101.0)
－
99.5
－
98.1
96.7
95.0
93.4
91.5
89.5
87.1
85.0
81.7
78.7
75.0
71.2
66.7
62.3
56.2
52.0
48.0
41.0
26.4
25.6
24.8
24.0
23.1
22.2
21.3
20.3
(18.0)
(15.7)
(13.4)
(11.0)
(8.5)
(6.0)
(3.0)
(0.0)
－
－
－
－
－
－
－
－
－
44.9
44.3
43.7
43.1
42.2
41.7
41.1
40.3
－
－
－
－
－
－
－
－
－
－
－
－
－
－
－
－
－
73.0
72.6
72.1
71.6
71.1
70.6
70.1
69.6
－
－
－
－
－
－
－
－
－
－
－
－
－
－
－
－
－
47.2
46.4
45.7
45.0
44.2
43.4
42.5
41.7
－
－
－
－
－
－
－
－
－
－
－
－
－
－
－
－
－
27.1
26.2
25.2
24.3
23.2
22.2
21.1
19.9
－
－
－
－
－
－
－
－
－
－
－
－
－
－
－
－
－
－
38
－
37
－
36
－
34
33
32
30
29
28
26
25
24
22
21
20
－
－
－
－
－
－
875(127)
855(124)
840(122)
825(120)
805(117)
795(115)
780(113)
765(111)
730(106)
695(101)
670(97)
635(92)
605(88)
580(84)
545(79)
515(75)
490(71)
455(66)
425(62)
390(57)
－
－
－
－
－
275
270
265
260
255
250
245
240
230
220
210
200
190
180
170
160
150
140
130
120
110
100
95
90
85
a）在本表中用黑体字表示的值与按ASTM－E140表1的硬度转换值一致，由相应的SAE－ASM－ASTM 联合会列出的。
b）括号里的数值是超出范围的，只是提供参考。
利用布氏硬度压痕直径直接换算出工件的洛氏硬度
在生产现场，由于受检测仪器的限制，经常使用布氏硬度计测量大型淬火件的硬度。如果想知道该工件的洛氏硬度值，通常的方法是，先测量出布氏硬度值，然后根据换算表，查出相对应的洛氏硬度值，这种方式显然有些繁琐。那么，能否根据布氏硬度计的压痕直径，直接计算出工件的洛氏硬度值呢？答案当然是肯定的。根据布氏硬度和洛氏硬度换算表，可归纳出一个计算简单且容易记住的经验公式：HRC =（479-100D）/4，其中D为Φ10mm钢球压头在30KN压力下压在工件上的压痕直径测量值。该公式计算出的值与换算值的误差在0.5 ～-1范围内，该公式在现场用起来十分方便，您不妨试一试。
附录：
金属工艺学
金属工艺学是一门研究有关制造金属机件的工艺方法的综合性技术学科.
主要内容:1 常用金属材料性能
2 各种工艺方法本身的规律性及应用.
3 金属机件的加工工艺过程、结构工艺性。
热加工：金属材料、铸造、压力加工、焊接
目的、任务：使学生了解常用金属材料的性质及其加工工艺的基础知识，为学习其它相关课程及以后从事机械设计和制造方面的工作奠定必要的金属工艺学的基础。
[以综合为基础，通过综合形成能力]
第一篇金属材料
第一章金属材料的主要性能
两大类：1 使用性能：机械零件在正常工作情况下应具备的性能。
包括：机械性能、物理、化学性能
2 工艺性能：铸造性能、锻造性能、焊接性能、热处理性能、切削性能等。
第一节金属材料的机械性能
指力学性能---受外力作用反映出来的性能。
一弹性和塑性：
1弹性：金属材料受外力作用时产生变形，当外力去掉后能恢复其原来形状的性能。
力和变形同时存在、同时消失。如弹簧：弹簧靠弹性工作。
2 塑性：金属材料受外力作用时产生永久变形而不至于引起破坏的性能。（金属之间的连续性没破坏）
塑性大小以断裂后的塑性变形大小来表示。
塑性变形：在外力消失后留下的这部分不可恢复的变形。
3 拉伸图
金属材料在拉伸过程中弹性变形、塑性变形直到断裂的全部力学性能可用拉伸图形象地表示出来。
以低碳钢为例
b
ζk
ζs
ζe
ε（Δl）
将金属材料制成标准式样。
在材料试验机上对试件轴向施加静压力P，为消除试件尺寸对材料性能的影响，分别以应力ζ（即单位面积上的拉力4P/πd2）和应变（单位长度上的伸长量Δl/l0）来代替P和Δl，得到应力——应变图
1）弹性阶段oe
ζe——弹性极限
2）屈服阶段：过e点至水平段右端
ζs——塑性极限，s——屈服点
过s点水平段——说明载荷不增加，式样仍继续伸长。
（P一定，ζ=P/F一定，但真实应力P/F1↑ 因为变形，F1↓）
发生永久变形
3）强化阶段：水平线右断至b点P↑变形↑
ζb——强度极限，材料能承受的最大载荷时的应力。
4）局部变形阶段b k
过b点，试样某一局部范围内横向尺寸突然急剧缩小。
―缩颈‖（试样横截面变小，拉力↓）
4 延伸率和断面收缩率：——表示塑性大小的指针
1）延伸率：δ= l0——式样原长，l1——拉深后长
2）断面收缩率：F0——原截面，F1—拉断后截面
* 1）δ、ψ越大，材料塑性越好
2）ε与δ区别：拉伸图中ε=ε弹+ε塑，δ=εmas塑
3）一般δ〉5%为塑性材料，δ〈5%为脆性材料。
5 条件屈服极限ζ0。2
有些材料在拉伸图中没有明显的水平阶段。通常规定产生0.2塑性变形的应力作为屈服极限,称为条件屈服极限.
二刚度
金属材料在受力时抵抗弹性变形的能力—
1 材料本质
弹性模量—在弹性范围内,应力与应变的比值.其大小主要决定材料本身. 相当于单位元元变形所需要的应力.
ζ=Εε, Ε=ζ/ε=tgα
2几何尺寸\形状\受力
相同材料的E相同,但尺寸不同,则其刚度也不同.所以考虑材料刚度时要把E\形状\尺寸同时考虑.还要考虑受力情况.
三强度
强度指金属材料在外力作用下抵抗塑性变形和断裂的能力.
按作用力性质的不同,可分为:
抗拉强度ζ+ 抗压强度ζ- 抗弯强度ζw
抗剪强度ηb 抗扭强度ζn
常用来表示金属材料强度的指标:
屈服强度: (Pa N/m2) P s-产生屈服时最大外力, F0-原截面
抗拉强度(Pa N/m2) P b-断裂前最大应力.
ζs \ζb在设计机械和选择评定材料时有重要意义.因金属材料不能在超过ζs的条件下工作,否则会塑变.超过ζb工作,机件会断裂.
ζs--ζb之间塑性变形,压力加工
四硬度
金属抵抗更硬的物体压入其内的能力—
是材料性能的综合物理量,表示金属材料在一个小的体积范围内的抵抗弹性变形\塑性变形或断裂的能力.
1布式硬度HB
用直径D的淬火钢球或硬质合金球,在一定压力P下,将钢球垂直地压入金属表面,并保持压力到规定的时间后卸荷,测压痕直径d(用刻度放大镜测)则
HB=P/F (N/mm2) 单位一般不写. F-压痕面积.
HBS—压头用淬火钢球, HBW—压头用硬质合金球
l 因钢球存在变形问题,不能测太硬的材料,适于HBS<450, 如铸铁,有色金属,软钢等. 而HＢＷ＜６５０．l 特点：压痕大，代表性全面
l 应用：不适宜薄件和成品件
２洛式硬度ＨＲ
用金刚石圆锥在压头或钢球，在规定的预载荷和总载荷下，压入材料，卸载后，测其深度ｈ，由公式求出，可在硬度计上直接读出，无单位．
不同压头应用范围不同如下表：
HRB ｄ＝1.588淬火钢球980.7 退火钢灰铁有色金属
HRC
1200金刚石圆锥1471 淬火回火件
HRA 588.4 硬质合金碳化物
优点:易操作,压痕小,适于薄件,成品件
缺点:压痕小,代表性不全面需多测几点.
*硬度与强度有一定换算关系,故应用广泛.根据硬度可近似确定强度,如灰铁: ζb=1HBS
3显微硬度(Hm)
用于测定金属组织中个别组成体,夹杂物等硬度.
显微放大测量显微硬度(查表)与HR有对应关系.如:磨削烧伤表面,看烧伤层硬度变化.
五冲击韧性a k
材料抵抗冲击载荷的能力
常用一次摆锤冲击试验来测定金属材料的冲击韧性,标准试样一次击断,用试样缺口处单位截面积上的冲击功来表
a k
a k=A k/F(J/m2) A k=G(H-h) G-重量F-缺口截面
脆性材料一般不开口,因其冲击值低,难以比较差别.
1 a k↑,冲击韧性愈好.
2 A k不直接用于设计计算:在生产中,工件很少因受一次大能量冲击载荷而破坏,多是小冲击载荷,多次冲击引起破坏,而此时,主要取决于强度,故设计时, a k只做校核.
3 a k对组织缺陷很敏感,能够灵敏地反映出材料品质,宏观缺陷,纤维组织方面变化.
所以,冲击试验是生产上用来检验冶炼、热加工、热处理工艺质量的有效方法。
（微裂纹——应力集中——冲击——裂纹扩展）
六疲劳强度：
问题提出：许多零件如曲轴、齿轮、连杆、弹簧等在交变载荷作用下，发生断裂时的应力远低于该材料的屈服强度，这种现象——疲劳破坏。据统计，80%机件失效是由于疲劳破坏。
疲劳强度——当金属材料在无数次交变载荷作用下而不致于引起断裂的最大应力。
1 疲劳曲线——交变应力与断裂前的循环次数N之间的关系。
例如：纯弯曲，
有色金属N》108
钢材N>107不疲劳破坏
2 疲劳破坏原因
材料有杂质,表面划痕,能引起应力集中,导致微裂纹,裂纹扩展致使零件不能承受所加载荷突然破坏.
3预防措施
改善结构形状,避免应力集中,表面强化-喷丸处理,表面淬火等.
第二节金属材料的物理,化学及工艺性能
一物理性能
比重: 计算毛坯重量,选材,如航天件:轻
熔点:铸造锻造温度(再结晶温度)
热膨胀性:铁轨模锻的模具量具
导热性: 铸造:金属型锻造:加热速度
导电性: 电器元件铜铝
磁性:变压器和电机中的硅钢片磨床: 工作台
二化学性能
金属的化学性能,决定了不同金属与金属,金属与非金属之间形成化合物的性能,使有些合金机械性能高,有些合金抗腐蚀性好,有的金属在高温下组织性能稳定. 如耐酸,耐碱等
如化工机械,高温工作零件等
三工艺性能
金属材料能适应加工工艺要求的能力.
铸造性,可锻性,可焊性,切削加工形等
思考题;
1 什么是应力,应变(线应变)?
2 颈缩现象发生在拉伸图上哪一点? 如果没发生颈缩,是否表明该试样没有塑性变形?
3 ζ0.2的意义?能在拉伸图上画出吗?
4 将钟表发条拉成一直线,这是弹性变形还是塑性变形?如何判定变形性质?
5为什么冲击值不直接用于设计计算?
第二章金属和合金的晶体结构与结晶
第一节金属的晶体结构
一基本概念:
固体物质按原子排列的特征分为:
晶体: 原子排列有序,规则,固定熔点,各项异性.
非晶体:原子排列无序,不规则,无固定熔点,各项同性
如: 金属,合金,金刚石—晶体玻璃,松香沥青—非晶体
晶格: 原子看成一个点,把这些点用线连成空间格子.
结点: 晶格中每个点.
晶胞: 晶格中最小单元,能代表整个晶格特征.
晶面: 各个方位的原子平面
晶格常数: 晶胞中各棱边的长度(及夹角), 以A(1A=10-8cm)度量
金属晶体结构的主要区别在于晶格类型,晶格常数.
二常见晶格类型
1 体心立方晶格: Cr ,W, α-Fe, Mo , V等,特点:强度大,塑性较好,原子数:1/8 X8 +1=
2 20多种
2 面心立方晶格: Cu Ag Au Ni Al Pb γ- Fe塑性好
原子数:4 20多种
4 密排六方晶格: Mg Zn Be β-Cr α-Ti Cd(镉)
纯铁在室温高压(130x108N/M2)成ε-Fe
原子数=1/6 x12+1/2 x2+3=6 , 30多种
三多晶结构
单晶体- 晶体内部的晶格方位完全一致.
多晶体—许多晶粒组成的晶体结构.各项同性.
晶粒—外形不规则而内部晶各方位一致的小晶体.
晶界—晶粒之间的界面.
第二节金属的结晶
一金属的结晶过程(初次结晶)
1 结晶: 金属从液体转变成晶体状态的过程.
晶核形成: 自发晶核:液体金属中一些原子自发聚集,规则排列.
外来晶核:液态金属中一些外来高熔点固态微质点.
晶核长大:已晶核为中心,按一定几何形状不断排列.
*晶粒大小控制: 晶核数目: 多—细(晶核长得慢也细)
冷却速度: 快—细(因冷却速度受限,故多加外来质点)
晶粒粗细对机械性能有很大影响,若晶粒需细化,则从上述两方面入手.
结晶过程用冷却曲线描述!
2 冷却曲线
温度随时间变化的曲线—热分析法得到
1)
理论结晶温度
实际结晶温度
时间(s)
T(℃)
过冷: 液态金属冷却到理论结晶温度以下才开始结晶的现象.
2) 过冷度:理论结晶温度与实际结晶温度之差.
(实际冷却快,结晶在理论温度下)
二金属的同素异购转变(二次结晶\重结晶)
同素异构性—一种金属能以几种晶格类型存在的性质.
同素异购转变—金属在固体时改变其晶格类型的过程.
如:铁锡锰钛钴
以铁为例: δ-Fe(1394℃)γ-Fe(912℃)α-Fe
体心面心体心
因为铁能同素异构转变,才有对钢铁的各种热处理.
(晶格转变时,体积会变化,以原子排列不同)
第三节合金的晶体结构
一合金概念
合金: 由两种或两种以上的金属元素或金属与非金属组成的具有金属特性的物质.
组元:组成合金的基本物质.如化学元素(黄铜:二元)金属化合物
相:在金属或合金中,具有相同成分且结构相同的均匀组成部分.相与相之间有明显的界面.
如:纯金属—一个相,温度升高到熔点,液固两相. 合金液态组元互不溶,几个组元,几个相.
固体合金中的基本相结构为固溶体和金属化合物，还可能出现由固溶体和金属化合物组成的混合物。
二合金结构
1 固溶体
溶质原子溶入溶剂晶格而仍保持溶剂晶格类型的金属晶体。
根据溶质在溶剂晶格中所占的位置不同，分为：
1）置换固溶体
溶质原子替代溶剂原子而占据溶剂晶格中的某些结点位置，所形成的固溶体。
*溶质原子，溶剂原子直径相差不大时，才能置换
如：Cu——Zn Zn溶解度有限。Cu——Ni溶解度无限
晶格畸变——固溶强化：畸变时塑性变形阻力增加，强，硬增加。这是提高合金机械性能的一个途径。
2）间隙固溶体
溶质原子嵌入各结点之间的空隙，形成固溶体。溶质原子小，与溶剂原子比为〈0.59 。溶解度有限。也固溶强化。
2 金属化合物
合金各组成元素之间相互作用而生成的一种新的具有金属性质，可用分子式表示的物质。如Fe3C WC
特点：（1）较高熔点、较大脆性、较高硬度。
（2）在合金中作强化相，提高强度、硬度、耐磨性，而塑性、韧性下降，如WC、TiC。可通过调整合金中的金属化合物的数量、形态、分布来改变合金的性能
3 机械混合物
固溶体+金属化合物、固+固——综合性能
§4 二元合金状态图的构成
合金系：由给定的组元可以配制成一系列成分含量不同的合金，这些合金组成一个合金系统——
为研究合金系的合金成分、温度、结晶组织之间的变化规律、建立合金状态图来描述。
合金状态图——合金系结晶过程的简明图解。
实质：温度——成分作标图，是在平衡状态下（加热冷却都极慢的条件下）得到的。
二、二元合金状态图的建立
以Pb（铅）-Sb（锑）合金为例：
配置几种Pb-Sb成分不同的合金。
2 做出每个合金的冷却曲线
3将每个合金的临界点标在温度—成分坐标上，并将相通意义的点连接起来，即得到Pb-Sb合金的状态图。
A B
D C E
液相线：ACB 固相线：DCE 单相区：只有一个相。
两相区：两个相。ACD、BCE。c—共晶点
*作业：
第三章铁碳合金
§1 铁碳合金的基本组织
液态：Fe、C 无限互溶。固态：固溶体金属化合物
t ℃
1538 δ-Fe+C ——铁素体F
1394γ-Fe+C——奥氏体A
912α-Fe+C——铁素体F
s
一铁素体
碳溶于α-Fe形成的固溶体——铁素体F
体心立方，显微镜下为均匀明亮的多边形晶粒。
性能：韧性很好（因含C少），强、硬不高。δ=45~50%，HBS=
ζb=250Mpa 含碳：727℃，0.02%
二奥氏体
碳溶于γ-Fe中形成的固溶体—―A‖
面心立方,显微镜下多边形晶粒,晶界较F平直.
性能:塑性好,压力加工所需要组织.含碳最高;1147℃,2.11% HBS=170~220
三渗碳体
金属化合物Fe3C 复杂晶格,含碳:6.69%. 性能:硬高HB(sw)>800,,脆,作强化相.
在一定条件下会分解成铁和石墨,这对铸造很有意义.
四珠光体P
F+Fe3C—机械混合物,含碳0.77%
组织:两种物质相间组成,性能:介于两者之间.强度较高: 硬度HBS=250
五莱氏体
>727℃ A+Fe3C—Ld 高温莱氏体 <727℃ P+Fe3C—Ld’低温莱氏体
: 与Fe3C相似HBS>700 塑性极差.
§2铁碳合金状态图
是表明平衡状态下含C不大于6.69%的铁碳合金的成分,温度与组织之间关系,是研究钢铁的成分,自治和性能之间关系的基础,也是制定热加工工艺的基础.
含C>6.69在工业上午实际意义,而含C6.69%时,Fe与C形成Fe3C,故可看成一个组元,即铁碳合金状态图实际为Fe-Fe3C的状态图.
一铁碳合金状态图中点线面的意义
1 各特性点的含义
1)A: 纯铁熔点含C: 0% 1538℃
2)C: 共晶点 4.3% 1148
3)D: Fe3C熔点 6.69 1600
4)E: C在A中最大溶解度 2.11 1148
5)F: Fe3C成分点 6.69 1148
6)G: α-Fe与γ-Fe转变点0% 912
7)K: Fe3C成分点 6.69 727
8)P: C在α-Fe中最大溶解度0.02 727
9)S: 共析点0.77 727
10) Q: C在α-Fe中溶解度0.0008 室温
2 主要线的意义
1) ACD:液相线,液体冷却到此线开始结晶.
2) AECF:固相线此线下合金为固态
3) ECF:生铁固相线,共晶线,液体—Ld
4) AE: 钢的固相线,液态到此线—A
5) GS:‖A3‖ A到此线开始析出F
6) ES:‖A cm‖ A到此线开始析出Fe3CⅡ
7) PSK:‖A1‖共析线.A同时析出P(F+Fe3C)
3 主要区域
1) ACE: 两相区L+A 2) DCF:两相区L+Fe3C1
3) AESG: 单相区A 4) GPS: A+F 两相区
二钢铁分类
1 工业纯铁: 含C<0.0218% 组织:F
2 钢:含碳: 0.0218~2.11
共析钢含C=0.77% P
亚共析钢含C<0.77% P+F
过共析钢含C>0.77% P+Fe3C11
3 铁含C:2.11%~6.69%
共晶生铁 4.3% C Ld’
亚共晶生铁< 4.3% C P+Ld’+ Fe3C11
过共晶生铁> 4.3% C Ld’+ Fe3C1
三典型合金结晶过程分析
1共析钢
L—L+A—A--P
2亚共析钢
L—A+L—A—A+F—F+P
3过共析钢
L—L+A—A—A+ Fe3C11-- Fe3C1+P
4 共晶铁
L—Ld—Ld’
5 亚共晶铁
L—1点—L+A—A+Ld—P+Ld’
6 过共晶铁
L—1点—L+Fe3C1—2点—Ld+ Fe3C1—3点--- Fe3C1+Ld’
四铁碳合金状态图的应用
1 铸造
确定浇铸温度选材: 共晶点附近铸造性能好
2 锻造锻造温度区间 A
3焊接焊接缺陷用热处理改善.根据状态图制定热处理工艺
§3钢的分类和应用
按化学成分:碳钢: <2.11%C 少量Si Mn S P等杂质
合金钢:加入一种或几种合金元素
一碳钢
1 含碳量对碳钢性能的影响
<0.9%C C↑强,硬↑ 塑,韧↓ FeC 强化相
>0.9%C C↑ 硬↑, 强, 塑,韧↓ FeC分布晶界,脆性↑
2 钢中常见杂质对性能的影响
Si: 溶于F ,强化F, 强,硬↑ 塑,韧↓. 含量<0.03~0.4% 有益作用不明显
Mn: 1)溶于F,Fe3C.引起固溶强化. 2)与FeS反应—MnS 比重轻,进入熔渣,如量少,有益作用不明显.
—(FeS+Fe)共晶体,熔点985℃,分布晶界,引起脆性‖热脆‖
P: 溶于F,是强度,硬度↑,但室温塑性,韧性↓↓―冷脆‖
3 碳钢的分类
1 ) 按含碳量分
低碳钢<0.25%C 中碳钢: 0.25~0.6%C, 高碳钢>0.6%C
2) 按质量分(含S,P多少分)
普通钢S<=0.055%,P<=0.045%
优质钢S,P<=0.04%
高级优质钢S<=0.03% P<=0.035%
3)按用途分碳素结构钢, 碳素工具钢>0.6%C
4 碳钢的编号和用途
1)普通碳素结构钢:
Q235 数字表示屈服强度单位Mpa
2)优质碳素结构钢
正常含锰量的优质碳素结构钢: 0.25~0.8%Mn
较高含锰量0.15~0.6%C 0.7~1.0%Mn , >0.6%C 0.9~1.2%Mn
08 10 15 20 25 强↓ 塑↑ 冲压件焊件
30 35 40 45 50 55 60 强↑硬↑弹簧,轴,齿轮耐磨件
65 70 75 80 85 耐磨件
数字表示含C 万分8之几
3)碳素工具钢
T7T8 T13 数字表示含C千分之几
高级优质钢加A 含Mn高,加Mn T8MnA
二合金钢
常加合金元素: Mn Si Cr Ni Mo W V Ti B(硼) 稀土元素(Xt)等
1 合金结构钢
―数+元素符号+数‖表示
数—含碳万分之几, 符号—合金元素,
符号后面数表示含合金%, <1.5%不标, =1.5% 标2
若为高级优质钢,后加A
如: 60Si2Mn 0.6%C, 2%Si <1.5%Mn
18Cr2Ni4WA 0.18%C, 2%Cr, 4%Ni, <1.5%W 高级优质
应用: 工程结构件, 机械零件
主要包括:低合金钢,合金渗碳钢,合金调质钢,合金弹簧钢,滚动轴承钢等
2 合金工具钢:
数+元素符号+数
与结构钢同
数—一位数, 含C千分之几,含C>=1.0%不标
如: 9SiCr (板牙, 丝锥)
0.9%C <1.5%Si <1.5%Cr
CrWMn (长铰刀,丝锥,拉刀, 精密丝杠)
*高速钢含C<1.0也不标W18Cr4V 0.7~0.8%C,18%W,4%Cr,<1.5%V
应用:刃具,模具,量具等
3 特殊性能钢
不锈钢: 1Cr13 1Cr18Ni9Ti 等
耐热钢: 1Cr13 2Cr13 >400℃工作
耐磨钢: 高锰钢水韧处理,冲击下工作,表面产生加工硬化.并有马试体在滑移面形成,表面硬度达HB450~550,表面耐磨,心部为A.
水韧处理: 钢加热到临界点以上(1000~1100℃)保温,碳化物全容于A,水冷,因冷速快,无法析出碳化物,成单一A 组织.
§5 常用非金属材料
一高分子材料
天然: 羊毛橡胶
人工合成: 塑料人工橡胶粘结剂等
有机玻璃尼龙丙纶氯纶---商品名
工程塑料: 环氧树脂
聚甲醛: 塑料手表中零件
聚酰亚胺: 绝缘
二陶瓷
耐磨耐蚀脆刀片砂轮
三复合材料
磨削软片: 聚酰亚胺+金刚石
§4 金属零件选材的一般原则
产品的质量和生产成本如何,与材料选择的是否恰当有直接关系,机械零件进行选材时,主要考虑零件的工作条件,材料的工艺性能和产品的成本.
基本原则如下:
1 满足零件工作条件:
受力状态—机械性能,基本ζ δ αk 等
工作温度环境介质—使用环境,高温—耐热,抗腐蚀—不锈钢高硬度—工具钢
2 材料的工艺性能
零件的生产方法不同,直接影响其质量和生产成本.
如:灰口铁,铸造性能切削加工性很好,可锻性差.
3 经济性
价值=功能/成本
如: 耐腐蚀容器: 1)普通碳素钢:5000元用一年
2)奥氏体不锈钢: 40000元用10年
3)铁素体不锈钢: 15000元用6年
1):2):3) =1:1.25:2
第四章钢的热处理
§1 概述
一钢的热处理: 把钢在固态下加热到一定的温度进行必要的保温,并以适当的速度冷却到室温,以改变钢的内部组织,从而得到所需性能的工艺方法
* 只改变组织和性能,而不改变其形状和大小.热处理是改善材料性能的重要手段之一,能提高产品质量,延长机件寿命,节约金属材料,所以,重要机件都要经过热处理.
(提问:前面学过的改善金属材料性能的手段—固溶强化)
热处理工艺曲线: 各种热处理都可以用温度—时间的坐标图形表示.
温度
保温
临界温度
加热冷却
时间
应用广泛:机械制造业中70%零件需热处理.汽车拖拉机制造业70~80%
量具刃具模具滚动轴承等100%
二目的
1 冶金锻铸焊毛坯或成品,消除缺陷,改善工艺性能.为后续加工(如机加)做好组织,性能,准备. 退火正火
2 是钢件的机械性能提高,达到钢件的最终使用性能指标,以满足机械零件或工具使用性能要求. 淬火+回火表面淬火化学处理
l 依据:状态图
§2 热处理过程中的组织转变
一钢在加热时的组织转变
1 临界温度:
状态图上A1 : 共析线(P-A)
临界温度: A3 : A析出F(F-A) 极缓慢冷却
A cm : A 析出Fe3CⅡ( )
实际加热临界温度A c1
A c3 A ―过热‖
A ccm
实际冷却临界温度A r1 P
A r3 A 析出F ―过冷‖
A rcm 析出Fe3CⅡ
2组织转变
1) 共析钢: P(F+Fe3C)---A
(1) A晶核形成:F和Fe3C界面上先形成A晶核
因界面原子排列不规则,缺陷多,能量低)
(2) A晶核长大:F晶格转变,Fe3C不断溶入A, A晶核不断生成,长大.F转变快, 先消失.
(3) 残余渗碳体的溶解:随保温时间加长, 残余Fe3C逐渐溶入A
(4)A成分均匀化: A转变完成后,各处含C浓度不均匀,继续保温,C充分扩散,得到单一的均匀A
这个过程是A重结晶的过程.
2) 亚共析钢: F+P—Ac1—F+A—Ac3---A
3) 过共析钢: P+ Fe3CⅡ--Ac1—A+ Fe3CⅡ--Accm---A(晶粒粗化)
二钢在冷却时的组织转变
(钢在室温时的机械性能不仅与加热,保温有关,与冷却过程也有关)
1 冷却方式
1) 连续冷却: 时加热到A的钢,在温度连续下降的过程中发生组织转变.
水冷油冷空冷(正火) 炉冷(退火)
2)
Ar1
(2)
(1)
线下某一温度,成为过冷A,保温,使A在等等温冷却: 使加热到A的钢,先以较快的速度冷却到Ar
1
温下发生组织转变,转变完,再冷却到室温.
等温退火等温淬火
2 共析钢冷却时的等温转变
以共析钢为例,进行一系列不同过冷度的等温冷却实验,可以测出过冷奥氏体在恒温下开始转变和转变终了的时间,画到‖温度—时间‖坐标系中,然后,把开始转变的时间和转变终了的时间分别连接起来,即得到共析钢的奥氏体等温转变曲线.又叫C曲线.
1) 高温产物:
Ar1 ～650℃P 层片较厚500X 显微镜HRC10-20
650～600℃细珠光体索氏体S HRC25~35 层片较薄800~1000X
600～550℃极细珠光体屈氏体T HRC30~40 层片极薄
l a）以上三种均为F+ Fe3C 层片相间的珠光体，只是层片厚度不同。
l b）由于过冷度从小到大，原子活动能力由强到弱，致使析出的渗碳体和铁素体层片越来越来薄。
l c）珠光体层片越薄，塑变抗力越大，强，硬越大。
2）中温产物
550~350℃上贝氏体B上电镜下观察，渗碳体不连续，短杆状，分布于许多平行而密集的铁素体条之间。350 ~ 230℃下贝氏体B下比B上有较高强、硬、韧、塑。片状过饱和F和其内部沉淀的碳化物组织（因为过饱和F有析出Fe3C倾向，但过冷度太大，导致碳原子没能扩散超出F片，只是在片内沿一定晶面聚集，沉淀出碳化物粒子）
3）低温转变产物：
230 ~ -50℃马氏体（M）+残余A 马氏体：过饱和的α固溶体―M‖
（由于温度低，原子活动能力低，晶格转变完成，但是，C原子不能从面心中扩散出来，仍留在体心中，形成过饱和α固溶体）
∵晶格严重畸形，∴ M硬↑ HRC65塑韧→0
3 共析钢连续冷却转变
连续冷却可能发生几种转变，很复杂。
共析钢连续冷却，只有珠光体转变区和马氏体转变区。
珠光体转变区：三条线构成：开始，终了，终止线
原材料基础知识
预拌混凝土 一、用于预拌混凝土的骨料 混凝土中的骨料分为粗骨料和细骨料两种。细骨料：粒径为～ 4.75mm 。粗骨料：粒径> 4.75mm 。通常细、粗骨料的总体积占砼总体积的70%～80%。 骨料性能要求：有害杂质含量少；具有良好的颗粒形状，适宜的颗粒级配和细度，表面粗糙，与水泥粘结牢固；性能稳定，坚固耐久。 （一）细骨料（砂） （1）种类及特性 河砂：洁净、质地坚硬，为配制混凝土的理想材料； 海砂：质地坚硬，但夹有贝壳碎片及可溶性盐类 山砂：含有粘土及有机杂质，坚固性差； 人工砂：富有棱角，比较洁净，但细粉、片状颗较多，成本高。 （2）砼用砂质量要求 一般要求：质地坚实、清洁、有害杂质含量少。 ①含泥量、石粉含量和泥块含量 天然砂含泥量和泥块含量及人工砂石粉含量和泥块含量应分别符合表6.2.1和表的规定。 表天然砂含泥量和泥块含量 表人工砂石粉含量和泥块含量
②有害物质含量 砂中不应混有草根、树叶、树枝塑料等杂物，如含有云母、有机物及硫酸盐等，其含量应符合表6.2.3的规定。 表砂中有害物质含量 有害物质产生危害的原因： ①泥块阻碍水泥浆与砂粒结合，使强度降低；含泥量过大，会增加混凝土用水量，从而增大混凝土收缩； ②云母表面光滑，为层状、片状物质，与水泥浆粘结力差，易风化，影响混凝土强度及耐久性； ③泥块阻碍水泥浆与砂粒结合，使强度降低； ④硫化物及硫酸盐：对水泥起腐蚀作用，降低混凝土的耐久性； ⑤有机质可腐蚀水泥，影响水泥的水化和硬化。氯盐会腐蚀钢筋。 （3）砂的粗细程度及颗粒级配 砂的粗细程度是指不同粒径的砂粒，混合在一起后的总体砂的粗细程度。通常分为粗砂、中砂、细砂等几种。在相同砂用量条件峡，粗砂的总表面积比细砂小，
金属工艺学重点知识点
属 工 -艺 学 第 五 版 上 强度：金属材料在里的作用下，抵抗塑性变形和断裂的能力。指标：屈服点（b s）、抗拉强度（b b）塑性：金属材料在力的作用下产生不可逆永久变形的能力。指标：伸长率（S）、断面收缩率（ 3 硬度：金属材料表面抵抗局部变形，特别是塑性变形压痕、划痕的能力。 1布氏硬度：HBS （淬火钢球）。HBW （硬质合金球） 指标：-2洛氏硬度：HR （金刚石圆锥体、淬火钢球或硬质和金球） 3韦氏硬度 习题： 1什么是应力，什么是应变？ 答：试样单位面积上的拉称为应力，试样单位长度上的伸长量称为应变。 5、下列符号所表示的力学性能指标名称和含义是什么？
答：b b:抗拉强度，材料抵抗断裂的最大应力。 （7 S :屈服强度，塑性材料抵抗塑性变形的最大应力。 6：条件屈服强度，脆性材料抵抗塑性变形的最大应力 7 -1 ：疲劳强度，材料抵抗疲劳断裂的最大应力。 S：延伸率，衡量材料的塑性指标。 a k :冲击韧性，材料单位面积上吸收的冲击功。 HRC洛氏硬度，HBS压头为淬火钢球的布氏硬度。HBW压头为硬质合金球的布氏硬度。 过冷度：理论结晶温度与实际结晶温度之差。冷却速度越快，实际结晶温度越低，过冷度越大。纯金属的结晶包括晶核的形成和晶核的长大。 同一成分的金属，晶粒越细气强度、硬度越高，而且塑性和韧性也越好。 原因：晶粒越细，晶界越多，而晶界是一种原子排列向另一种原子排列的过度，晶界上的排列是犬牙交错的，变形是靠位错的变移或位移来实现的，晶界越多，要跃过的障碍越多。 M提高冷却速度，以增加晶核的数目。 J 2在金属浇注之前，向金属液中加入变质剂进行变质处理，以增加外来晶核，还可以采用热处理或塑性加工方法，使固态金属晶粒细化。 3采用机械、超声波振动，电磁搅拌等 合金：两种或两种以上的金属元素，或金属与非金属元素溶合在一起，构成具有金属特性的新物质。组成元素成为组员。 U、固溶体：溶质原子溶入溶剂晶格而保持溶剂晶格类型的金属晶体。 铁碳合金组织可分为：2、金属化合物：各组员按一定整数比结合而成、并具有金属性质的均匀物质 （渗 < 碳体） 3、机械混合物：结晶过程所形成的两相混合组织。
广西大学金属工艺学复习重点教学教材
广西大学金属工艺学 复习重点
铸造 1金属工艺学是一门传授有关制造金属零件工艺方法的综合性技术基础课。是2铸造到今天为止仍然是毛坯生产的主要方法。是 3铸造生产中，最基本的工艺方法是离心铸造。否 4影响合金的流动性因素很多，但以化学成分的影响最为显著。是 5浇注温度过高，容易产生缩孔。是 6为防止热应力，冷铁应放在铸件薄壁处。否 7时效处理是为了消除铸件产生的微小缩松。否 8浇注温度越高，形成的缩孔体积就越大。是 9热应力使铸件薄壁处受压缩。是 10铸造中，手工造型可以做到三箱甚至四箱造型。是 二、单选题 1液态合金的流动性是以（ 1）长度来衡量的． ①. 螺旋形试样②. 塔形试样 ③. 条形试样④. 梯形试样 2响合金的流动性的最显著的因素是（2 ） ①. 浇注温度②. 合金本身的化学成分 ③. 充型压力④. 铸型温度 3机器造型（ 1） ①. 只能用两箱造型②. 只能用三箱造型 ③. 可以用两箱造型，也可以用三箱造型④. 可以多箱造型
4铸件的凝固方式有（ 1） ①. 逐层凝固，糊状凝固，中间凝固②. 逐层凝固，分层凝固，中间凝固③. 糊状凝固，滞留凝固，分层凝固④. 过冷凝固，滞留凝固，过热凝固5缩孔通常是在（4） ①. 铸件的下部②. 铸件的中部 ③. 铸件的表面④. 铸件的上部 6（3 ）不是铸造缺陷 ①. 缩松②. 冷裂 ③. 糊状凝固④. 浇不足 7浇注车床床身时，导轨面应该（1） ①. 放在下面②. 放在上面 ③. 放在侧面④. 可随意放置 8三箱造型比两箱造型更容易（2 ） ①. 产生缩孔和缩松②. 产生错箱和铸件长度尺寸的不精确 ③. 产生浇不足和冷隔④. 产生热应力和变形 9关于铸造，正确的说法是（ 2） ①. 能加工出所有的机械零件②. 能制造出内腔形状复杂的零件 ③. 只能用铁水加工零件④. 砂型铸造可加工出很薄的零件 10关于热应力，正确的说法是（3 ） ①. 铸件浇注温度越高，热应力越大②. 合金的收缩率越小，热应力越大
金属工艺学复习要点
第一篇金属材料材料导论 第一章金属材料的主要性能 第一节金属材料的力学性能 力学性能的定义：材料在外力作用下，表现出的性能。 一、强度与塑性 概念：应力；应变 拉伸实验 F（ k· F ?L（mm） ?L e 1.强度： 定义：塑性变形、断裂的能力。 衡量指标：屈服强度、抗拉强度。 （1）屈服点： 定义：发生屈服现象时的应力。 公式：σs＝F s/A o（MPa） （2）抗拉强度： 定义：最大应力值。 公式：σb＝F b/A o 2.塑性： 定义：发生塑性变形，不破坏的能力。 衡量指标：伸长率、断面收缩率。 （1）伸长率： 定义： 公式：δ＝（L1－L0）/L0×100％ （2）断面收缩率： 定义： 公式：Ψ＝（A0－A1）/A0×100％ 总结：δ、Ψ越大，塑性越好，越易变形但不会断裂。
二、硬度 硬度： 定义：抵抗更硬物体压入的能力。 衡量：布氏硬度、洛氏硬度等。 1.布氏硬度：HB （1）应用范围：铸铁、有色金属、非金属材料。 （2）优缺点：精确、方便、材料限制、非成品检验和薄片。 2.洛氏硬度：HRC用的最多 一定锥形的金刚石（淬火钢球），在规定载荷和时间后，测出的压痕深度差即硬度的大小（表盘表示）。 （1）应用范围：钢及合金钢。 （2）优缺点：测成品、薄的工件，无材料限制，但不精确。 总结：数值越大，硬度越高。 第二章铁碳合金 第一节纯铁的晶体结构及其同素异晶转变 一、金属的结晶 结晶：液态金属凝结成固态金属的现象。 实际结晶温度－金属以实际冷却速度冷却结晶得到的结晶温度Tn。一、金属结晶的过冷现象： 金属的实际结晶温度总是低于理论结晶温度，Tn 金属材料的基本知识习题 1. 当材料单位面积上所受的应力在什么条件下，只产生微量的塑性变形。在什么条件下，材料将产生明显的塑性变形。 2 在什么条件下，材料将断裂。 3 布氏硬度和洛氏硬度硬度各有什么优缺点? 4下列零件用哪种硬度法测量 1. 硬质合金刀头 2 锻件 5 水、油混装在一个瓶子里，是几个相？ 将奶粉加开水冲一杯牛奶又是几个相？ 6 写出GPS AEC CFD 的组织 7 碳对钢的力学性能有什么影响 8 比较同一钢件正火和退火后的强度和硬度 9 正火的目的 钢的种类正火主要目的 消除过热组织、细化晶粒、改善切削性 低碳 低合金钢 中碳钢消除组织缺陷、保持硬度、为调质做准备 过共析钢消除网状二次渗碳体、为球化退火和淬火做准备 高合金钢淬火作用（空淬） 10出下列工件的淬火及回火温度，并说明回火后的大致硬度 １．４５钢小轴（要求综合力学性能好） ２．６５钢弹簧 ３. Ｔ１２钢锉刀 11 1. 分析在缓慢冷却条件下，45钢的结晶过程和室温组织 2. 分析在缓慢冷却条件下，T10钢的结晶过程和室温组织 12 说明下列符号的含义： Q235；20； T12； T12A； 40Mn2 ?测定材料的疲劳强度应有一定的应力循环次数，其中钢材以为基数 而有色金属和某些超高强度钢以为基数。 ?金属材料受外力作用时会产生变形，当外力去掉后金属能恢复其原来形 状的性能，被称为。这种随外力消失而消失的变形，叫做。 ?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的，被称 为。在外力消失后留下来的这部分不可恢复的变形，叫做。 ?金属材料的塑性通常用和来表示。 ?常用的硬度指标主要有、等。 1. 选择下列材料的硬度测试方法： 铸造将液态金属浇注到具有与零件形状、尺寸相适应的铸型型腔中，待其冷却凝固，以获得毛坯或零件的生产方法 液态合金的充型能力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 缩孔它是集中在铸件上部或最后凝固部位容积较大的孔洞。缩孔多呈倒圆锥形，内表面粗糙，通常隐藏在铸件的内层，但在某些情况下，可暴露在铸件的上表面，呈明显的凹坑。 缩松分散在铸件某区域内的细小缩孔，称为缩松。当缩松与缩孔的容积相同时，缩松的分布面积要比缩孔大得多。缩松的形成原因也是由于铸件最后凝固区域的收缩未能得到补足，或者，因合金呈糊状凝固，被树枝状晶体分隔开的小液体区难以得到补缩所致。 热应力它是由于铸件的壁厚不均匀、各部分的冷却速度不同，以致在同一时期内铸件各部分收缩不一致而引起的。 机械应力它是合金的固态收缩受到铸型或型芯的机械阻碍而形成的内应力 热裂热裂是在高温下形成的裂纹。其形状特征是：缝隙宽、形状曲折、缝内呈氧化色 结晶：金属的结晶就是金属液体转变为晶体的过程，亦即金属原子由无序到有序的排列过程。 热处理：就是将钢在固态下，通过加热、保温和冷却，以改变钢的组织，从而获得所需性能的工艺方法。 冷裂冷裂是在低温下形成的裂纹。其形状特征是：裂纹细小、呈连续直线状，有时缝内呈轻微的氧化色 可锻铸铁可锻铸铁又称为玛铁。它是将白口铸铁经石墨化退火而形 成的一种铸铁。 球墨铸铁球墨铸铁是上世纪40年代末发展起来的一种铸造合金， 它是向出炉的铁水中加入球化剂和孕育剂而得到的球状石墨铸铁。 起模斜度为了使模样（或型芯）便于从砂型（或芯盒）中取出，凡 垂直于分型面的立壁在制造模样时，必须留出一定的倾斜度（图2-36）， 此倾斜度称为起模斜度。 熔模铸造用易熔材料制成模样，然后在模样上涂挂耐火材料，经硬 化之后，再将模样熔化以排出型外，从而获得无分型面的铸型。由于 模样广泛采用蜡质材料来制造，故又常将熔模铸造称为“失蜡铸造”。 金属型铸造将液态合金浇人金属铸型、以获得铸件的一种铸造方法。由于金属铸型可反复使用多次（几百次到几千次），故有永久型铸造之称 压力铸造简称压铸。它是在高压下（比压约为5～150MPa）将液态或半液态合金快速地压人金属铸型中，并在压力下凝固，以获得铸件的方法 离心铸造将液态合金浇人高速旋转（250～1500 r/min）的铸型，使金属液在离心力作用下充填铸型并结晶 利用金属在外力作用下所产生的塑性变形，来获得具有一定形状、尺寸和力学性能的原材料、毛坯或零件的生产方法，称为金属压力加工，又称金属塑性加工。轧制金属坯料在两个回转轧辊的孔隙中受压变形，以获得各种产品的加工方法。拉拔金属坯料被拉过拉拔模的模孔而变形的加工方法。 挤压金属坯料在挤压模内被挤出模孔而变形的加工方法。 锻造金属坯料在抵铁或锻模模膛内变形而获得产品的方法。 金 属 工 艺 学 第 五 版 上 册纲要 强度：金属材料在里作用下，抵抗塑性变形和断裂能力。指标：屈服点（σs）、抗拉强度（σb）。 塑性：金属材料在力作用下产生不可逆永久变形能力。指标：伸长率（δ）、断面收缩率（ψ）硬度：金属材料表面抵抗局部变形，特别是塑性变形压痕、划痕能力。 1布氏硬度：HBS（淬火钢球）。HBW（硬质合金球） 指标：2洛氏硬度：HR（金刚石圆锥体、淬火钢球或硬质和金球） 3韦氏硬度 习题： 1什么是应力，什么是应变？ 答：试样单位面积上拉称为应力，试样单位长度上伸长量称为应变。 5、下列符号所示力学性能指标名称和含义是什么？ 答：σb：抗拉强度，材料抵抗断裂最大应力。 σs：屈服强度，塑性材料抵抗塑性变形最大应力。 σ0.2：条件屈服强度，脆性材料抵抗塑性变形最大应力 σ-1：疲劳强度，材料抵抗疲劳断裂最大应力。 δ：延伸率，衡量材料塑性指标。 αk：冲击韧性，材料单位面积上吸取冲击功。 HRC：洛氏硬度，HBS：压头为淬火钢球布氏硬度。HBW：压头为硬质合金球布氏硬度。 过冷度：理论结晶温度与实际结晶温度之差。冷却速度越快，实际结晶温度越低，过冷度越大。 纯金属结晶涉及晶核形成和晶核长大。 同一成分金属，晶粒越细气强度、硬度越高，并且塑性和韧性也越好。 因素：晶粒越细，晶界越多，而晶界是一种原子排列向另一种原子排列过度，晶界上排列是犬牙交错，变形是靠位错变移或位移来实现，晶界越多，要跃过障碍越多。 1提高冷却速度，以增长晶核数目。 2在金属浇注之前，向金属液中加入变质剂进行变质解决，以增长外来晶核，还可以采用热解决或塑性加工办法，使固态金属晶粒细化。 3采用机械、超声波振动，电磁搅拌等 合金：两种或两种以上金属元素，或金属与非金属元素溶合在一起，构成具备金属特性新物质。构成元素成为成员。 1、固溶体：溶质原子溶入溶剂晶格而保持溶剂晶格类型金属晶体。铁碳合金组织可分为： 2、金属化合物：各成员按一定整数比结合而成、并具备金属性质 均匀物质（渗碳体） 3、机械混合物：结晶过程所形成两相混合组织。 金属工艺学第五版上册纲要b）。σ强度：金属材料在里的作用下，抵抗塑性变形和断裂的能力。指标：屈服点（s）、抗拉强度（σψ）塑性：金属材料在力的作用下产生不可逆永久变形的能力。指标：伸长率（δ）、断面收缩率（硬度：金属材料表面抵抗局部变形，特别是塑性变形压痕、划痕的能力。1布氏硬度：HBS （淬火钢球）。HBW（硬质合金球） 指标：2洛氏硬度：HR（金刚石圆锥体、淬火钢球或硬质和金球） 3韦氏硬度 习题： 1什么是应力，什么是应变？ 答：试样单位面积上的拉称为应力，试样单位长度上的伸长量称为应变。 5、下列符号所表示的力学性能指标名称和含义是什么？ ：抗拉强度，材料抵抗断裂的最大应力。bσ答： s：屈服强度，塑性材料抵抗塑性变形的最大应力。σ 0.2：条件屈服强度，脆性材料抵抗塑性变形的最大应力σ -1：疲劳强度，材料抵抗疲劳断裂的最大应力。σδ：延伸率，衡量材料的塑性指标。 k：冲击韧性，材料单位面积上吸收的冲击功。α HBW：压头为硬质合金球的布氏硬度。：洛氏硬度，HBS：压头为淬火钢球的布氏硬度。HRC过冷度：理论结晶温度与实际结晶温度之差。冷却速度越快，实际结晶温度越低，过冷度越大。纯金属的结晶包括晶核的形成和晶核的长大。同一成分的金属，晶粒越细气强度、硬度越高，而且塑性和韧性也越好。原因：晶粒越细，晶界越多，而晶界是一种原子排列向另一种原子排列的过度，晶界上的排列是犬牙交错的，变形是靠位错的变移或位移来实现的，晶界越多，要跃过的障碍越多。1提高冷却速度，以增加晶核的数目。 2在金属浇注之前，向金属液中加入变质剂进行变质处理，以增加外来晶核，还可以采用热处理或塑性加工方法，使固态金属晶粒细化。 3采用机械、超声波振动，电磁搅拌等 合金：两种或两种以上的金属元素，或金属与非金属元素溶合在一起，构成具有金属特性的新物质。组成元素成为组员。 第一篇金属材料的基本知识 第一章金属材料的主要性能 金属材料的力学性能又称机械性能，是金属材料在力的作用所表现出来的性能。 零件的受力情况有静载荷，动载荷和交变载荷之分。用于衡量在静载荷作用下的力学性能指 标有强度，塑性和硬度等；在动载荷和作用下的力学性能指标有冲击韧度等；在交变载荷作用下的力学性能指标有疲劳强度等。 金属材料的强度和塑性是通过拉伸试验测定的。 P6低碳钢的拉伸曲线图 1，强度 强度是金属材料在力的作用下，抵抗塑性变形和断裂的能力。 强度有多种指标，工程上以屈服点和强度最为常用。 屈服点：δs是拉伸产生屈服时的应力。 产生屈服时的应力=屈服时所承受的最大载荷/原始截面积 对于没有明显屈服现象的金属材料，工程上规定以席位产生0.2%变形时的应力，作为该材 料的屈服点。 抗拉强度：δb是指金属材料在拉断前所能承受的最大应力。 拉断前所能承受的最大应力=拉断前所承受的最大载荷/原始截面积 2，塑性 塑性是金属材料在力的作用下，产生不可逆永久变形的能力。 常用的塑性指标是伸长率和断面收缩率。 伸长率：δ试样拉断后，其标距的伸长与原始标距的百分比称为伸长率。 伸长率=（原始标距长度－拉断后的标距长度）÷拉断后的标距长度×100% 伸长率的数值与试样尺寸有关，因而试验时应对所选定的试样尺寸作出规定，以便进行比较。同一种材料的δ5 比δ10要大一些。 断面收缩率：试样拉断后，缩颈处截面积的最大缩减量与原始横截面积的百分比称为断面收 缩率，以ψ表示。 收缩率=（原始横截面积－断口处横截面积）÷原始横截面积×100% 伸长率和断面收缩率的数值愈大，表示材料的塑性愈好。 3，硬度 金属材料表面抵抗局部变形（特别是塑性变形、压痕、划痕）的能力称为硬度。 金属材料的硬度是在硬度计上测出的。常用的有布氏硬度法和洛氏硬度法。 1，布氏硬度（HB） 是以直径为D的淬火钢球HBS或硬质合金球HBW为压头，在载荷的静压力下，将压头压 入被测材料的表面，停留若干秒后卸去载荷，然后采用带刻度的专用放大镜测出压痕直径d，并依据d的数值从专门的表格中查出相应的HB值。 布氏硬度法测试值较稳定，准确度较洛氏法高。是测量费时，且压痕较大，不适于成品检验。2，洛氏硬度(HR) 是将压头（金刚石圆锥体、淬火钢球或合金球）施以100N的初始压力，使压头与试样始终 保持紧密接触。然后，向压头施加主载荷，保持数秒后卸除主载荷，以残余压痕尝试计算其 硬度值。实际测量时，由刻度盘上的指针直接指示出HR值。 洛氏硬度法测试简便、迅速，因压痕小、不损伤零件，可用于成品检验。其缺点是测得的硬 度值重复性较差，需在不同部位测量数次。 3，韧性 原材料基础知识-彩钢卷 彩涂板基本概念:在连续机组上以冷轧带钢，镀锌带钢(电镀锌和热镀锌/铝锌)为基板，经过表面预处理(脱脂和化学处理)，用辊涂的方法，涂上一层或多层液态涂料，经过烘烤和冷却所得的板材即为涂层钢板。国内有背(底)漆和面(正面)漆涂层，一般国内是背漆一层，面漆两层，国外业务面漆背漆均是两层。由于涂层可以有各种不同的颜色，习惯上把涂层钢板叫做彩色涂层钢板。 一、产品规格：公司常用规格：0.5*1000/1200宝钢白灰804/绯红，1.0*1000/1200 白灰/铜锈绿 二、质量标准：基板双面镀100g铝锌，膜厚5+15/5um(底漆+面漆/背漆) 三、生产工艺：基板（3-4mm）-热轧（1.0/0.5mm）-酸洗-镀（铝）锌-彩涂加工 四、计算方法：m=ρv=ρ*l*w*t 例：0.5mm*1000*C 一卷5吨求米数（单位统一） 五、检验标准 1、不允许有明显的气孔、气泡、堆流和起皱现象。 2、不允许表面存在麻点、杂质、刮痕、污浊及涂膜不匀。 3、不允许严重的漏涂、涂层脱落、混色、粘连。不允许涂层因烘烤过量发脆变黄、失光等。 4、不允许存在明显的色差或光泽不均匀等。 原材料基础知识-金属材料 一、分类 1、型材：工、角（L）、槽（[）、H型钢、C型钢等 2、板（卷）材： 从加工工艺分：冷轧（3mm以下）、热轧板 从厚度分：开平板（0.1-12mm）、中板(14-20mm)、厚板(22-) 3、管：焊接管（圆）、无缝管（圆）、方（矩形）管 4、建材：螺纹钢、圆钢、高线（铁丝）等 5、有色：铝材、铜材、不锈钢 二、材质（牌号）分类 （1）按用途分类按用途分类是主要的分类方法，我国钢的标准一般都是按用途分类编制的。按钢的用途可划分为：结构钢、工具钢、特殊性能钢三大类。 按碳量分：低碳钢（含碳量≤0.25%）；中碳钢（含碳量0.25%~0.6%）；高碳钢（含碳量＞0.6%）Q195/Q215/Q235属于低碳钢 Q345/45#属于中碳钢高碳钢常见的是为工具钢 三、常见材质：碳素钢Q235、45#、冷板（卷）SPCC(日本的牌号, 一般用冷轧碳素钢薄板及钢带)、DC01（欧标）、不锈钢304（美国ASTM标准，对应国标代号0Cr18Ni9）等 四、实图工字钢角钢 第八章铸造 1、铸造特点（优缺点）？ 答：优点：（1）适用范围广。①可通过铸造成形的材料选材广泛；②铸造能够制造各种尺寸和形状复杂的铸件 （2）铸造是生产复合铸件最经济的成形方法。 （3）成本低廉。铸造设备投资少，所用原材料来源广泛而且价格较低。缺点：（1）铸造组织疏松，晶粒粗大，内部易产生缩孔、缩松、气孔等缺陷，因此，铸件的力学性能，特别是冲击韧度低于同种材料的锻件。 （2）铸造工序多，难以精准控制，铸件质量不够稳定，废品率较高，劳动条件较差，劳动强度较大。 2、铸造充型能力影响因素？ 答：影响铸造充型能力的主要因素有金属或合金液的流动性、浇注条件、铸型填充条件和铸造结构等。 （1）金属或合金液的流动性。流动性差的金属，铸件易出现冷隔、浇不足、气孔、夹渣等缺陷。影响金属流动性的因素有：①合金的种 类；②合金的化学成分和结晶特征。③杂质和含气量（2）浇注条件。①浇注温度：一般为保证充型能力的前提下浇注温度尽量低。②铸型温度；③充型压力 （3）铸型填充条件 （4）逐铸件结构 3、金属的收缩及影响因素和对铸件质量的影响？ 答：金属收缩包括：液态收缩、凝固收缩、固态收缩三个阶段。 液态收缩和凝固收缩是铸件产生缩孔和缩松的基本原因；固态收缩是铸件产生应力、变形和裂纹等缺陷的基本原因。 影响收缩的因素：①化学成分。铸钢收缩最大，灰口铸铁收缩最小。因为灰口铸铁中大部分的碳是以石墨状态存在，石墨比体积大，在结晶过程中，石墨析出所产生的体积膨胀抵消了合金的部分收缩。②浇注温度。③铸件结构和铸型条件。 收缩对铸件的影响：收缩可以使铸件中缩孔、缩松、热裂、应力和变形等许多缺陷。 防止缩孔和缩松的工艺措施：采取顺序凝固的原则:采用各种工艺措施，使铸件上从远离冒口的部分到冒口之间建立一个铸件递增的温度梯度，从而实现由远离冒口的部分向冒口的方向顺序的凝固。 防止或减少铸造应力的主要途径是使铸件冷却均匀，减少各部分温度差，改善铸型及型芯退让性，减少铸件收缩时的阻力：采用同时凝固的工艺 4、砂型铸造工艺过程。 答：主要包括以下几个工序：模样和芯盒准备；型砂和芯砂配置；造型、造 绪论 1.金属工艺学是一门传授有关制造金属零件工艺方法的综合性技术基础课，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。 第一篇 2.合金是以一种金属为基础，加入其他金属或非金属，经过熔炼或烧结制成的具有金属特性的材料。 3.金属材料的力学性能又称机械性能，是金属材料在力的作用下所表现出来的性能。零件的受力情况有静载荷、动载荷和交变载荷之分。用于衡量在静载荷作用下的力学性能指标有强度、塑性和硬度等；在动载荷作用下的力学性能指标有冲击韧度等；在交变载荷作用下的力学性能指标有疲劳强度等。 4.强度是金属材料在力的作用下，抵抗塑性变形和断裂的能力。强度有多种指标，工程上以屈服点和抗拉强度最为常用。 5.塑性是金属材料在力的作用下，产生不可逆永久变形的能力。常用的塑性指标是伸长率和断面收缩率。 6.金属材料表面抵抗局部变形，特别是塑性变形、压痕、划痕的能力称为硬度。常用的有布氏硬度法和洛氏硬度法。 7.理论结晶温度与实际结晶温度之差，称为过冷度。过冷度的大小与冷却速度密切相关。冷却速度越快，实际结晶温度就越低，过冷度就越大；反之，冷却速度越慢，过冷度越小。 8.液态金属的结晶过程是遵循“晶核不断形成和长大”这个结晶基本规律进行的。 9.细化铸态金属晶粒的主要途径是：1）提高冷却速度，以增加晶核的数目2）在金属浇注之前，向金属液内加入变质剂（孕育剂）进行变质处理，以增加外来晶核。 10. 同素异晶转变： 1394℃912℃ δ-Fe ----→γ-Fe ←----→α-Fe （bcc）(面心) （体心） 11.凡化学成分、晶格构造和物理性能相同的均匀组成部分称为相。 12.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。 13.溶质原子形成固溶体时，溶剂晶格将产生不同的不同程度的畸变，这种畸变使塑性变形阻力增加，表现为固溶体的强度、硬度有所增加，这种现象称为固溶强化。 14.碳溶解于α-Fe中形成的固溶体称为铁素体，呈体心立方晶格，通常以符号F表示。 15.碳融入γ-Fe中形成的固溶体称为奥氏体，呈面心立方晶格，以符号A表示。 16.钢的热处理是将钢在固态下，通过加热、保温盒冷却，以获得预期组织和性能的工艺。 17.普通热处理包括退火、正火、淬火、回火等。 18.淬火并高温回火的复合热处理工艺称为调质处理。 19.磷和硫是钢中的有害杂质。磷可使钢的塑性、韧性下降，特别是在低温时脆性急剧增加，这种现象称为冷脆性。硫在钢的晶界处可形成低熔点的共晶体，致使含硫较高的钢在高温下进行热加工时容易产生裂纹，这种现象称为热脆性。 20.硅和锰可提高钢的强度和硬度，锰还能与硫形成MnS，从而抵消硫的部分有害作用。显然，它们都是钢中的有益元素。 21.下列牌号钢各属于：15：低碳钢40：中碳钢Q195：碳素结构钢CrWMn:合金工具钢40Cr：合金结构钢60Si2Mn：合金结构钢 第二篇 22.将液态金属浇筑到铸型中，待其冷却度凝固，以获得一定形状、尺寸和性能的毛坯或零 一.铸造工艺图 在零件图上表示出以下内容;1）浇注位置2）分型面；3）工艺参数：机加工余量、拔模斜度、铸造圆角和铸造收缩率等；4）型芯的设计及其他技术要求。 二. 浇注位置确定：1. 重要面置于下型或侧立；2. 大平面朝下，以免出现气孔和夹砂缺陷 3. 大面积薄壁置于下型或侧立，以利充型； 4. 厚大部位置于顶面或侧面，以利补缩5. 近可能减少砂芯数目，简化造型。 三.确定分型面原则：1. 重要加工和基准面位于同一个砂箱，以保尺寸精度；2. 减少分型面和活块数目，简化造型； 3. 减少砂芯数目； 4. 采用平直分型面。四.工艺参数的确定：1. 机加工余量-----根据铸件结构、大小、材质和在铸型中位置及造型 方法的不同而定，或查表或靠经验。 2. 拔模斜度------根据铸件垂直壁高矮、位置以及造型方法来定。一般为（0.5~4）°，内壁、短壁取大值。 3. 铸造圆角(Fillet)：壁与壁连接应圆角过渡，以防缩孔和裂纹。 4. 铸造收缩率（线）灰铸铁收缩率（0.7~1.0）%；铸钢收缩率（1.5~2.0）%；有色金属收缩率（1.0~1.5）%。 五.型芯设计及其它技术要求 1. 设计内容包括：型芯数量、形状、芯头结构、 下芯顺序及型芯稳固、排气和清理等。 2. 芯头(Core Head) —定位和支撑型芯；排除型芯内气体； 落砂时清理型腔内砂子。 其它技术要求：如铸件某部位不允许有气孔缺陷。 材料铸造性能: 金属材料接受铸造、获得优质铸件的难易程度，包括流动性和收缩 一.流动性(Fluidity) 1.概念：金属液体充满铸型、获得形状正确、轮廓清晰铸件的能力。 2.质量影响：流动性不好，易产生浇不足和冷隔、气孔、和夹渣、缩孔和热裂。 3.衡量：螺旋形试样长度 4.影响因素（1）合金性质1)合金种类：灰铸铁的流动性比铸钢好，铝硅合金和硅黄铜其它合金好。2）化学成分：纯金属和共晶成分合金的流动性最好。如铸铁中的碳越接近共晶点，其流动性越好。3）结晶特征：逐层凝固的（共晶点成分合金）流动性好；糊状凝固的流动性差。4）其它物理特征：粘度大的流动性差。 （2）铸型：铸型导热力、蓄热能力越强，流动性越差。 （3）浇注条件1）浇注温度：太低，粘度大、流动性差；太高，由于吸气多、氧化严重，会降低流动性。铸钢浇温：1520~1620℃铸铁浇温：1230~1450℃有色合金：680~780℃。总之，薄件取高值，厚件取低值。2）浇注压力：金属液压力越大，流动性越好。3）浇注系统：结构越复杂，流动性越低。（4）铸件结构(Structure of Casting) 铸件壁越薄、壁厚变化急剧和大面积水平面等均降低流动性 5.改善流动性措施（1）选用共晶点成分或窄结晶温度范围合金铸造；（2）尽可能提高金属液纯度；（3）适当提高浇注温度和压力；（4）合理设计浇注系统；（5） 沙市职业大学 《金属工艺学1》课程标准 一、课程名称：金属工艺学 二、课程代码：010112 三、适用专业：机电一体化 四、课程性质：职业基础课 五、计划学时：总学时：30 六、教学条件：课件、录像、模型、多媒体教室，校办工厂；以及校外实训基地等。 七、课程定位： 本专业培养具备机械制造与电气控制技术的基本知识与专业技能，能在工业生产第一线从事数控设备等机电设备维护维修、进行机械加工工艺设计、机电产品营销及技术服务等工作，德、智、体、美等方面全面发展的高等技术应用性专门人才。 主要面向的岗位（岗位群）是：数控机床等机电设备安装维修岗位、机电产品安装、调试及维护、维修及服务、车间技术员（工艺员）、生产调度员、生产现场管理员（班组长）、产品质检员等。 本专业主干课程有：高等数学、机械制图、工程力学、金属工艺学、互换性与测量技术、机械设计基础、电工电子技术、液压与气动技术、机械制造工艺、机床电气控制与PLC、、数控机床与编程、机床夹具设计等。 金属工艺学是机械设计与制造专业的一门实践性较强的、综合性的专业基础课。既强调基本理论和概念，更注重生产操作技能的培养。它是学生获得从事机械加工、产品开发等工作所必须的业务技能，具备制定机械产品制造工艺、合理选择零件的材料、毛坯和热处理方法等能力的重要课程。对于从事机械产品设计与制造、质量检测、设备管理与维修等一线高素质技能型人才的培养，起到了奠定制造知识基础和基木技能训练的作用，增强了人才培养的适用性。 本课程在课程体系中占有主导地位，起到承上启下的作用，能够引领专业培养的导向，是机械制造类专业实现顶岗能力培养和一生多证的典型课程，是专业入门和专业概括的领路课程。 本课程前导课程：机械制图、金工实习。后续课程：数控机床加工技术及实训、机械设计基础、机械制造工艺与夹具、机械CAD/CAM、顶岗实习与毕业设计。 八、课程设计思路： （1）以职业岗位群市场需求为导向，准确定位课程教学方向 通过对厂矿和周边地区相关企业调研，机械市场大量需求一线职业技能岗位工种群（车、铣、钳工等），我们对机械制造应用技术的职业岗位群进行分析，研究、整合出机械制造行业所需的典型工作任务，确立“以职业岗位知识、能力和素质结构要求为先导，以突出职业综合素质培养为核心，以专业人才培养目标为教学立足点，优化教学内容，改革教学方法，学做练合一，提高教学质量”为课程教学定位。据此，确立了“合理选用机械工程材料、正确确定热处理工艺方法；合理选用毛坯和机械零件加工方法”课程教学的4大模块内容，建立了相对应的实践教学项目。 （2）以项目任务为核心目标，创新模块课程的内容 在课程改革中应充分体现学做结合、工学交替、任务驱动、环境真实的改革要求。为此，我们聘请企业专家为课程兼职教师或顾问，根据生产实际和岗位（群）要求，制订课程教学目标，遴选教学内容，设计实践教学环节，确定评价考核标准。同时抓住课程的重点知识和核心能力，设计和确定工学交替项目，通过真实的职业活动使学生理解知识、掌握技能，培养职业道德和职业素养。课程组依托校外实训基地，结合校内实训车间的典型产品为任务驱动，实施项目驱动教学法，使学生身临其境，掌握材料选用的原则和技术要领；围绕零件的机械加工，实施工学交替教学法，让学生全程参与典型零件的加工过程。通过工学交替使学生学会加工方法如何选择、工艺规程如何编制等，切实提高学生的技术应用能力和相关技能。 （3）搭建开放性课程运行平台、形成灵活多样的教学沟通与考核方式 形成学做统一的教材体系，从课程内容、习题、实训项目任务等方面，利用网络资源，形成最直接快捷的指导与沟通学生的方式；形成网络完备的教学资源，完成课程需要的动画、模拟实训、生产加工实况录像、电子挂图表格等，为学生自主进行学习提供必要的条件。为确保师生的有效沟通，一是通过课堂教学、实践教学的随时交流和课后的辅导答疑；二是利用课程网络教学资源，开通网上答疑专栏或QQ群交流，实现互动反馈式的双向沟通。课程的考核方式要根据具体情况采用理论考试与实践考核相结合；阶段性考核与总目标考核相结合的多样性课程考核模式，使课程考核真正成为激励学生学习、提高课程学习效果的重要手段 （4）、职业资格证书与教学工作结合 学习完《金属工艺学》这门课程后，可考取钳工、电焊工、机加工等较多职业资格技能证书。在授课过程中也兼顾了职业资格考核方面的要求，利于学生轻松通过考试。 九、课程目标 知识目标 1、了解典型机械零件的种类、用途和工作状态、性能要求； 2、了解材料的力学性能及其指标； 3、掌握材料的强度、硬度、塑性、韧性等的检测原理和方法；了解材料的成分、组织与性能间的关系；具有材料的分类、编 号及选用知识； 4、了解各种零件毛坯生产方法的特点、适用范围，掌握零件毛还选择的原则； 原材料基础知识 材料分类：胶带、保护、绝缘、导电、导热 胶带类以结构区分：单面胶、双面胶 单面胶：基材一面涂胶的产品 单面胶形态： 注：基材无离型力 双面胶：中间一层基材，双面涂胶的产品 有基材双面胶形态： 双面胶可分为：有基材、无基材 基材分为：PET基材胶、无纺布基材 注：①基材无离型力； ②无纺布同时也叫不织布或棉纸，以下统称无纺布 PET基材胶特性：产品两面的胶水无法通过PET基材流通，故此产品 可以做出：基材两面胶水厚度不同：一面薄、一面厚； 基材两面胶水黏性不同：一面胶水较黏、一面胶水黏 性偏弱；基材两面胶水性质不同：一面硅胶、一面压 克力胶。 无纺布基材胶产品特性：产品两面胶水可通过无纺布流通，所以此基 材胶产品只能做两面胶水：相同黏性、相同 厚度、相同性能的双面胶 综合以上PET基材与无纺布基材的不同特性可看出：PET基材产品无论厚度、黏性、胶水性能均可根据需要自主调配，样式繁多；无纺布基材的产品则比较单一。 因此在一般情况下：PET基材双面胶产品比无纺布基材产品价格偏高无基材双面胶：离型纸（离型膜）加胶水组成 无基材双面胶形态： 注：离型纸或离型膜必须是双离型材料 胶带以属性分类、发展史的早晚排序：水胶、橡胶、压克力胶、硅胶注：硅胶同时叫（xi）矽胶，也是水胶的一种 水胶：糨糊。一般是文具使用，工业基本不用 橡胶：由橡胶树脂提炼而来，目前使用并不多 橡胶使用产品例： 美纹胶：美纹胶产品一般使用橡胶胶水，原因：美纹纸一般做辅材使用，起到固定、遮蔽等辅助功能，使用过后即废弃，不做工 业主要零件。耐高温、价格便宜是美纹纸必须具备。橡胶美 纹纸耐高温最高可达180℃。橡胶在黏着物体后，在24小时 属工-艺 学纲要 b s ）、抗拉强 强度：金属材料在里的作用下，抵抗塑性变形和断裂的能力。指标：屈服点（度（b b）o 塑性：金属材料在力的作用下产生不可逆永久变形的能力。指标：伸长率（ 3）、断面收缩 率（妨 硬度：金属材料表面抵抗局部变形，特别是塑性变形压痕、划痕的能力。 「1布氏硬度：HBS （淬火钢球）。HBW （硬质合金球） 指标：2洛氏硬度：HR （金刚石圆锥体、淬火钢球或硬质和金球） '3韦氏硬度 习题： 1什么是应力，什么是应变？ 答：试样单位面积上的拉称为应力，试样单位长度上的伸长量称为应变。 5、下列符号所表示的力学性能指标名称和含义是什么？答：b b：抗拉强度，材料抵抗断裂的最大应力。 b s :屈服强度，塑性材料抵抗塑性变形的最大应力。 b 0.2 :条件屈服强度，脆性材料抵抗塑性变形的最大应力 b -1 :疲劳强度，材料抵抗疲劳断裂的最大应力。 3 :延伸率，衡量材料的塑性指标。 a k :冲击韧性，材料单位面积上吸收的冲击功。 HRC洛氏硬度，HBS压头为淬火钢球的布氏硬度。HBW压头为硬质合金球的布氏硬度。 过冷度：理论结晶温度与实际结晶温度之差。冷却速度越快，实际结晶温度越低，过冷度越 大。 纯金属的结晶包括晶核的形成和晶核的长大。 同一成分的金属，晶粒越细气强度、硬度越高，而且塑性和韧性也越好。 原因：晶粒越细，晶界越多，而晶界是一种原子排列向另一种原子排列的过度，晶界上的排 列是犬牙交错的，变形是靠位错的变移或位移来实现的，晶界越多，要跃过的障碍越多。 厂1提高冷却速度，以增加晶核的数目。 J 2在金属浇注之前，向金属液中加入变质剂进行变质处理，以增加外来晶核，还可以采用热处理或塑性加工方法，使固态金属晶粒细化。 3采用机械、超声波振动，电磁搅拌等 合金：两种或两种以上的金属元素，或金属与非金属元素溶合在一起，构成具有金属特性的 新物质。组成元素成为组员。 厂1、固溶体：溶质原子溶入溶剂晶格而保持溶剂晶格类型的金属晶体。 铁碳合金组织可分为：］2、金属化合物：各组员按一定整数比结合而成、并具有金属性质的均匀物质（渗碳体） 3、机械混合物：结晶过程所形成的两相混合组织。 铸造 1金属工艺学是一门传授有关制造金属零件工艺方法的综合性技术基础课。是2铸造到今天为止仍然是毛坯生产的主要方法。是 3铸造生产中，最基本的工艺方法是离心铸造。否 4影响合金的流动性因素很多，但以化学成分的影响最为显著。是 5浇注温度过高，容易产生缩孔。是 6为防止热应力，冷铁应放在铸件薄壁处。否 7时效处理是为了消除铸件产生的微小缩松。否 8浇注温度越高，形成的缩孔体积就越大。是 9热应力使铸件薄壁处受压缩。是 10铸造中，手工造型可以做到三箱甚至四箱造型。是 二、单选题 1液态合金的流动性是以（1）长度来衡量的． ①. 螺旋形试样②. 塔形试样 ③. 条形试样④. 梯形试样 2响合金的流动性的最显著的因素是（2 ） ①. 浇注温度②. 合金本身的化学成分 ③. 充型压力④. 铸型温度 3机器造型（1） ①. 只能用两箱造型②. 只能用三箱造型 ③. 可以用两箱造型，也可以用三箱造型④. 可以多箱造型 4铸件的凝固方式有（1） ①. 逐层凝固，糊状凝固，中间凝固②. 逐层凝固，分层凝固，中间凝固③. 糊状凝固，滞留凝固，分层凝固④. 过冷凝固，滞留凝固，过热凝固 5缩孔通常是在（4） ①. 铸件的下部②. 铸件的中部 ③. 铸件的表面④. 铸件的上部 6（3 ）不是铸造缺陷 ①. 缩松②. 冷裂 ③. 糊状凝固④. 浇不足 7浇注车床床身时，导轨面应该（1） ①. 放在下面②. 放在上面 ③. 放在侧面④. 可随意放置 8三箱造型比两箱造型更容易（2 ） ①. 产生缩孔和缩松②. 产生错箱和铸件长度尺寸的不精确 ③. 产生浇不足和冷隔④. 产生热应力和变形 9关于铸造，正确的说法是（2） ①. 能加工出所有的机械零件②. 能制造出内腔形状复杂的零件 ③. 只能用铁水加工零件④. 砂型铸造可加工出很薄的零件 一、原料知识 1、前言 PET（聚乙烯对苯二酸酯）是英文Polyethylene Terephthalate 的缩写．是当今应用最为广泛的饮料包装材料。由于PET可以方便地通过快速冷却的方法得到基本处于非晶态、高透明、易拉伸的PET制品，所以作为包装材料时PET既可制成双向拉伸包装膜，又可由非晶态瓶胚得到高强度、高透明的拉伸吹塑瓶，还可以直接挤出或吹塑成非拉伸PET 中空容器。PET中空容器尤其是拉伸吹塑瓶，充分发挥了PET性能，对内容物有良好的展示效果，性能和成本与其他中空容器相抗衡。因此PET作包装材料时基本上都是采用拉伸吹塑成型的，其中应用最多的是几十毫升到2升的小型瓶，也有容量30升的大瓶。 自上个世纪80年代初期，由于它质量轻，成形容易，价格低廉易于大规模生产，自问世后便以不可阻挡的势头迅猛发展。短短20年左右的时间便发展成为全球最主要的饮料包装形式。它不仅广泛用于碳酸饮料、瓶装水、调味品、化妆品、白酒、干果糖果等产品的包装，而且经过特殊处理的热灌装瓶还可用于果汁和茶饮料的包装。用最先进工艺处理的PET 啤酒瓶也正在进入市场，无菌灌装PET 瓶也在紧锣密鼓地发展。可以说，技术进步正为PET 瓶不断拓展着应用领域，它不仅继续扩充在饮用水和碳酸饮料等方面的传统市场，而且正在向啤酒等玻璃和铝罐包装的最后阵地发起冲击。 2、瓶级聚酯切片的描述 产品特点 ●BST（白斯特）瓶级切片具有环保性能好、加工性能好的特点，质量优异，特别是乙醛、重金属、灰分含量极低，符合国家卫生标准。 ●BST瓶级切片加工成的瓶，具有无臭、无味、强度高、气密性好、抗溶剂性等优点。 ●产品标准等效采用国外先进标准。 品种及用途（仪征石化） ●BG85：主要用于含气碳酸饮料包装用。 ●BG80：主要用于纯净水、矿泉水等包装用。 ●BG801：主要用于果汁、茶饮料等饮品包装。 ●BG802：主要用于食用油瓶的包装及片材等。 ●BG80H：高吸热水瓶片，具有优良的吹瓶吸热效果。 质量指标 瓶级聚酯切片主要质量指标 3、PET瓶级切片物理特性 ●粘度 粘度是反映瓶级切片分子量大小的一个质量指标，它也是瓶级聚酯切片最重要的质量指标。一般来讲粘度高的切片对应的瓶子强度也较高，能够耐压、耐冲；粘度低的切片对应的瓶子强度也较低，耐压、耐冲性能低。 金属工艺学各章知识点 第7章铸造成形 二、基本内容 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。 1、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。 四、习题 一、填空题 1、合金的铸造性能主要是指（）、（）、（）、（）。 2、合金的收缩过程分为（）、（）、（）三个阶段。 3、铸件产生缩孔和缩松的主要原因是（）收缩和（）收缩。 4、铸件产生内应力、变形和裂纹的主要原因是（）收缩。 二、判断题 1、机器造型不能进行三箱造型。（） 2、铸造造型时，模样的尺寸和铸件的尺寸一样大。（） 三、选择题 1、下列铸造合金中，铸造性能最好的是（），铸造性能最差的是（）。 A 铸钢 B 铸铁 C 铸铜 2、下列铸件大批量生产时，采用什么方法铸造为宜？车床床身（）、汽轮机叶片（）、铸铁水管（）。 A 砂型铸造 B 熔模铸造 C 离心铸造 四、简答题 1、砂型铸造工艺对铸件结构设计有哪些要求？ 2、合金铸造性能对铸件结构设计有哪些要求？ 3、下图中砂型铸造铸件结构工艺性不好，说明原因，画出正确图形。 第8章锻压成形 二、基本内容 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。 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。 四、习题 一、填空题 1、当沿着锻造流线方向拉伸时，有（）抗拉强度；当沿着垂直锻造流线方向剪切时，有（）抗剪强度。 2、自由锻的工序可分为（）工序、（）工序、（）工序三大类。 3、模锻按使用设备不同，可分为（）模锻、（）模锻、（）模锻三种。 4、板料冲压工序可分为（）工序，（）工序两大类。 二、判断题 1、金属冷塑性变形后，强度和硬度下降，而塑性和韧性提高。（） 2、铁在400oС时的加工属于热加工。（） 3、对于钢来讲，含硫量和含磷量愈多，则锻造性能愈好。（） 三、选择题 1、下列材料中，（）的锻造性能最好，（）的锻造性能最差。 A 铸铁 B 低碳钢 C 合金钢 2、板料冲裁时，被分离的部分成为成品或坯料，称为（）；被分离的部分成为废料，称为（）。 A 冲裁 B 落料 C 冲孔 四、名词解释 热变形冷变形 五、简答题 1、什么叫冷变形强化？金属工艺学基本知识概念
金属工艺学(邓文英)经典知识点总结
金属工艺学重点知识点样本
金属工艺学重点知识点
金属工艺学知识点总结(2)
原材料基础知识
金属工艺学知识总结
(完整版)邓文英版_金属工艺学上下册重点知识点汇总
金属工艺学总结
金属工艺学1课程标准
原材料基础知识.doc
金属工艺学重点知识点
广西大学金属工艺学复习重点
PET原料基本知识
《金属工艺学》复习资料