难加工材料
绪论：
1.难加工材料分类？特点？
2.难切削材料有哪些特点？
3.改善难切削材料切削加工性的基本途径有哪些？
第一章淬火钢的切削加工
1.1 什么是淬火钢？它有哪些切削特点？
1.2怎样选择切削淬火钢的刀具材料？
1.3切削淬火钢的实例有哪些？
第二章不锈钢的切削加工
第三章高强度钢和超高强度钢的切削加工
第四章高锰钢的切削加工
第五章冷硬铸铁和耐磨铸铁的切削加工
第六章钛合金的切削加工
第七章高温合金的切削加工
第八章热喷涂材料的切削加工
第九章难熔金属和纯金属的切削加工
第十章其他难加工材料
绪论：
1.难切削材料分哪几类？各有什么特点？
难加工材料，科学地说，就是切削加工性差的材料，即硬度>HB250,强度σb>1000MPa，延伸率>80%，冲击值αK>0.98MJ/m2,导热系数K<41.8W（m·K）。
难加工材料种类很多，从金属到非金属材料的范围也很广泛，初步可分为以下八大类：
（1）微观高硬度材料：如玻璃钢、岩石、可加工陶瓷、碳棒、碳纤维、各种塑料、胶木、树脂、合成材料、硅橡胶、铸铁等。
这类材料的特点是含有硬质点相，其中有的研磨性很强。
由于这些材料的耐磨性很好，切削时起磨料作用，故刀具主要承受磨料磨损，在高速切削时也同时伴随着物理、化学磨损。
（2）宏观高硬度材料：如淬火钢、硬质合金、陶瓷、冷硬铸铁、合金铸铁、喷涂材料（镍基、钴基）等。
这类材料的主要特点是硬度高。切削这类材料时，由于切削力大，切削温度高，刀具主要是磨料磨损和崩刃。
（3）加工时硬化倾向严重的材料，如不锈钢、高锰钢、耐热钢、
这类材料的塑性高、韧性好、强度高，强化系数高。切削加工时的切削表面和已加工表面硬化现象严重。由于这类材料的强度高，导热系数低，切削温度高，切削力大，刀具主要承受磨料磨损、粘结磨损和热烈磨损。
（4）切削温度高的材料：如合成树脂、木材、硬质橡胶、石棉、酚醛塑料、高温合金、钛合金等。
这类材料的导热系数很低。切削这类材料时，刀具易产生磨料磨损、粘结磨损、扩散磨损和氧化磨损。
（5）高塑性材料：如纯铁、纯镍、纯铜等。
由于这类材料延长率大于50%，塑性高，切削时塑性变形很大，易产生积屑瘤和鳞刺，刀具主要时磨料磨损和粘结磨损。
（6）高强度材料：是指强度σb>1000MPa的材料，如奥氏体不锈钢、高锰钢、高温合金和部分合金钢。
由于它们的强度高，切削时的切削力大，切削温度高，不仅刀具易磨损，而且切屑不易处理。
（7）化学活性大的材料：如钛、镍、钴及及其的合金。这类材料化学活性大、亲和性强，切削加工时易粘结在刀具上，与刀具材料产
（8）稀有高熔点材料：是指熔点高于17000C的难熔金属材料，如钨、钼、铌、钽、锆、铪、钒、铼的纯金属及其合金。
由于这些材料本身的熔点高，在切削加工时切削力大，切屑变形也大，刀具主要是磨料磨损和粘结磨损。
2.难切削材料有哪些切削特点？
（1）切削力大：难切削材料大都具有高的硬度和强度，原子密度和结合力大，抗断裂韧性和持久塑性高，在切削过程中切削力大。一般难切削材料的单位切削力是切削45钢的单位切削力的1.25-2.5倍。
（2）切削温度高：多数的难切削材料，不仅具有较高的常温硬度和强度，而且具有高温硬度和高温强度。因此，在切削过程中，消耗的切削变形功率大，加之材料本身的导热系数小，切削区集中了大量的切削热，形成很高的切削温度。
例如，当切削速度为75m/min时，不同材料的切削温度比切削45钢的切削温度高的情况是：TC-4高435 0C，GH2132高3200C，GH2036高2700C，1Cr18Ni9Ti高1950C。
（3）加工硬化倾向大：一部分难切削材料，由于塑性、韧性高，强化系数高，在切削过程中的切削力和切削热的作用下，产生巨大的
削45钢高好几倍。加之在切削热的作用下，材料吸收周围介质中的氢、氧、氮等元素的原子，而形成硬脆的表层，给切削带来很大的困难。如高温合金切削后的表层硬化程度比基体大50-100%，1Cr18Ni9Ti奥氏体不锈钢85-95%，高锰钢（Mn13）高200%，其硬化层深度达0.1mm 以上。
（4）刀具磨损大：切削难切削材料的切削力大，切削温度高，刀具与切屑之间的磨檫加剧，刀具材料与工件材料产生亲和力作用，材料硬质点的存在和严重的加工硬化现象的产生，使刀具在切削过程中产生粘结、扩散、磨料、边界和沟纹磨损，而使刀具丧失切削的能力。
（5）切削难处理：材料的强度高，塑性和韧性大，切削时的切削呈带状的缠绕屑，既不安全，又影响切削过程的顺利进行，而且也不便于处理。
3.改善难切削材料切削加工性的基本途径有哪些？
改善难切削材料切削加工性的途径是多方面的，但我们研究切削加工，只能从切削加工上去考虑，但也要因地制宜采用其他的加工工艺。
（1）选用合理的刀具材料。
（3）选择合理的刀具几何参数和切削用量。
（4）对被加工材料进行适当的热处理
（5）重视切屑控制
（6）采用其他加工措施：如采用等离子加热切削、振动切削、电熔爆切削，都可以获得较高的切削效率。
第一章淬火钢的切削加工
1.什么是淬火钢？它有哪些切削特点?
淬火钢是指金属经过淬火后，组织为马氏体，硬度大于HRC50的钢。它在难切削材料中占有相当大的比重。
加工淬火钢的传统方法是磨削。但是为了提高加工效率，解决工件形状复杂而不能磨削和淬火后产生形状和位置误差的问题，往往就需要采用车削、铣削、镗削、钻削和铰削等切削加工方法。淬火钢在切削时有以下特点。
（1）硬度高、强度高，几乎没有塑性：这是淬火钢的主要切削特点。当淬火钢的硬度达到HRC50-60时，其强度可达σb=2100-2600 MP，按照被加工材料加工性分级规定，淬火钢的硬度和强度为9a级，属于最难切削的材料。
（2）切削力大、切削温度高：要从高硬度和高强度的工件上切下切屑，其单位切削力可达4500MP。为了改善切削条件，增大散热面积，刀具选择较小的主偏角和副偏角。这时会引起振动，要求要有较好的工艺系统刚性。
（3）不易产生积屑瘤：淬火钢的硬度高、脆性大，切削时不易产
（4）刀刃易崩碎、磨损：由于淬火钢的脆性大，切削时切屑与刀刃接触短，切削力和切削热集中在刀具刃口崩碎和磨损。
（5）导热系数低：一般淬火钢的导热系数为7.2W（m·K），约为45钢的1/7.材料的切削加工性等级是9a级，属于很难切削的材料。由于淬火钢的导热系数低，切削热很难通过切屑带走，切削温度高，加快了刀具磨损。
2.怎样选择切削淬火钢的刀具材料？
合理选择刀具材料，是切削加工淬火钢的重要条件。根据淬火钢的切削慝点，刀具材料不仅要有高的硬度、耐磨性，耐热性，而且要有一定的强度和导热性。
（1）硬质合金：为了改善硬质合金的性能，在选择硬质合金时，应优先选择加入适量TaC或NbC的超细微粒的硬质合金。
因为在WC-Co类硬质合金中，加入TaC以后，可将其原来的8000C 高温强度提高150-300MP，常温硬度提高HV40-100.加入NbC以后，高温强度提高150-300MP，常温硬度提高HV70-150。而且Ta和NbC 可以细化晶粒，提高硬质合金抗月牙洼磨损的能力。TaC还可以降低磨檫系数，降低切削温度，增强硬质合金抗热烈和热塑性性变形的能
弯强度可提高600-800MP，高温硬度比一般硬质合金高。
常用来切削淬火钢的硬质合金牌号有：YS8、YN05、YN10、600、610、726、758、767、813等。
（2）热压复合陶瓷和热压氮化硅陶瓷：
在Al2O3中加入TiC等金属元素并采用热压工艺，改善了陶瓷的致密性，提高了氧化铝基陶瓷的性能，使它的硬度提高到HRA95.5，抗弯强度可达800-1200MP，耐热性可达1200-13000C，在使用中可减少粘结和扩散磨损。
其主要牌号有AG2、AG3、AG4、LT35、LT55、AT6等。
氮化硅基陶瓷是在Si3N4中加入TiC等金属元素，其硬度为HRA93-94，抗弯强度为70-1100MP。主要牌号有HS73、HS80、F85、ST4、TP4、SM、HDM1、HDM2、HDM3。
这两种陶瓷适用于车、铣、镗、刨削淬火钢。
（3）立方氮化硼复合片（PCBN）刀具：
它的硬度为HV8000-9000，复合抗弯强度为900-1300MP，导热性比较高，耐热性为1400-15000C，是刀具材料最高的。
它十分适合于淬火钢的半精加工和精加工。
合陶瓷，再其次是新牌号硬质合金。
3.怎样选择切削淬火钢时的切削用量？
切削加工淬火钢的切削用量，主要是根据刀具材料、工件材料的物理、力学性能、工件形状、工艺系统刚性和加工余量来选择。在选择切削用量三要素时，首先考虑选择合理的切削速度，其次是切削深度，再次是进给量。
（1）切削速度：
硬质合金刀具速度为30-75m/min；陶瓷刀具速度为60-120m/min；立方氮化硼刀具速度为100-200m/min。
在连续切削和工件材料硬度太高时，应降低切削速度，一般约为上面最低切削速度的1/2.在连续切削时的最佳切削速度，以切下的切屑呈暗红色为宜。
（2）切削深度：
一般根据加工余量和工艺系统刚性选择，一般情况下a p=0.1-3mm。
（3）进给量
一般为0.05mm/r到0.4mm/r。
在工件材料硬度高或断续切削时，为了减小单位切削力，应当减
第二章不锈钢的切削加工
1.什么是不锈钢？
通常，人们把含铬量大于12%或含镍量大于8%的合金叫做不锈钢。
这种钢在大气中或在腐蚀性介质中具有一定的耐蚀能力，并在较高温度（>4500C）下具有较高的强度。含铬量达16-18%的钢称为耐酸钢或耐酸不锈钢，习惯上通称为不锈钢。
钢中含铬量达12%以上时，在与氧化性介质接触中，由于电化学作用，表面很快形成一层富铬的钝化膜，保护金属内部不受腐蚀；但在非氧化性腐蚀介质中，仍不易形成坚固的钝化膜。为了提高钢的耐蚀能力，通常增大铬的比例或添加可以促进钝化的合金元素，加Ni、Mo、Mn、Cu、Nb、Ti、W、Co等，这些元素不仅提高了钢的抗腐蚀能力，同时改变了钢的内部组织以及物理力学性能。这些合金元素在钢中的含量不同，对不锈钢的性能产生不同的影响，有的有磁性，有的无磁性，有的能够进行热处理，有的不能热处理。
由于不锈钢所具有的上述特性，越来越广泛地应用于航空、航天、化工、石油、建筑和食品等工业部门及日常生活中。所含有的合金元
2.不锈钢可分哪几类？
不锈钢按其成分，可分为以铬为主的铬不锈钢和以铬、镍为主的铬镍不锈钢两大类。
工业上常用的不锈钢一般按金相组织分类，可分为以下五大类：（1）马氏体不锈钢：
含铬量12-18%,含碳量0.1-0.5%（有时达1%），常见的有1Cr13、2Cr13、3Cr13、4Cr13、1Cr17Ni2、9Cr18、9Cr18MoV、30Cr13Mo等。
（2）铁素体不锈钢：
含铬量12-13%，常见的有0Cr13、0Cr17Ni、0Cr13Si4NbRE、1Cr17、1Cr17Ni、1Cr17Mo2Ti、1Cr25Ti、1Cr28等。
（3）奥氏体不锈钢：
含铬量12-25%，含镍量7-20%（或20%以上），最典型的代表是1Cr18Ni9Ti，常见的还有00Cr18Ni10、00Cr18Ni14Mo2Cu2、0Cr18NiMo2Ti、0Cr18Ni18Mo2Cu2Ti、0Cr23Ni28Mo3Cu3Ti、1Cr14Mn14Ni、2Cr13Mn9Ni4、1Cr18Mn8Ni5N等。
（4）奥氏体+铁素体不锈钢：与奥氏体不锈钢相似，仅在组织中含有一定量的铁素体，常见的有0Cr21Ni5Ti、1Cr21Ni5Ti、
1Cr17Nn9Ni3Mo3Cu2N、Cr2bNi17Mo3CuSiN、1Cr18Ni11Si4AlTi等。
（5）沉淀硬化不锈钢：含有较高的铬、镍和很低的碳，常见的有0Cr17Ni4Cu4Nb、0Cr17Ni7Al、0Cr15Ni7Mo2Al等。
前两类为铬不锈钢，后三类为铬镍不锈钢。
3.不锈钢有哪些物理、力学性能？
（1）马氏体不锈钢：能进行淬火，淬火后具有较高的硬度、强度和耐磨性及良好的抗氧化性，有的有磁性，但内应力大且脆。经低温回火后可消除其应力，提高塑性，切削加工较困难，有切屑擦伤或粘结的明显趋向，刀具易磨损。
当钢中含碳量低于0.3%时，组织不均匀，粘附性强，切削时容易产生积屑瘤，且断屑困难，工件已加工表面质量低。含量达0.4-0.5%，切削加工性较好。
马氏体不锈钢经调质处理后，可获得优良的综合力学性能，其切削加工性比退火状态有很大改善。
（2）铁素体不锈钢：加热冷却时组织稳定，不发生相变，故热处理不能使其强化，只能靠变形强化，性能较脆，切削加工性一般较好。切屑呈带状，切屑容易擦伤或粘结于切削刃上，从而增大切削力，切
（3）奥氏体不锈钢：由于含有较多的镍（或锰），加热时组织不变，故淬火不能使其强化，可略改善其加工性。通过冷加工硬化可大幅度提高强度，如果再经时效处理，抗拉强度可达2550-2740MP。
奥氏体不锈钢切削时的带状切屑连绵不断，断屑困难，极易产生加工硬化，硬化层给下一次切削带来很大难度，使刀具急剧磨损，刀具耐用度大幅度下降。
奥氏体不锈钢具有优良的力学性能，良好的耐蚀性，较突出的是冷变形能力，无磁性。
（4）奥氏体+铁素体不锈钢：有硬度极高的金属间化合物析出，强度比奥氏体不锈钢高，其切削加工性更差。
（5）沉淀硬化不锈钢：含有能起沉淀硬化的铊、铝、钼、钛等合金元素，他们回火时时效析出，产生沉淀硬化，使钢具有很高的强度和硬度。由于含碳量低保证了足够的含铬量，因此具有良好的耐腐蚀性能。
4.不锈钢有哪些切削特点？
不锈钢的切削加工性比中碳钢差得多。以普通45钢的切削加工性作为100%，奥氏体不锈钢1Cr18Ni9Ti的相对切削加工性为40%；铁
氏体和奥氏体+铁素体不锈钢的切削加工性最差。不锈钢在切削过程中有如下几方面特点：
（1）加工硬化严重
（2）切削力大
（3）切削温度高
（4）切屑不易折断、易粘结
（5）刀具易磨损
（6）线膨胀系数大
5.切削不锈钢时应怎样选择刀具材料？
合理选择刀具材料是保证高效率切削加工不锈钢的重要条件。根据不锈钢的切削特点，要求刀具材料应具有耐热性好、耐磨性高、与不锈钢的亲和作用小等特点。
目前常用的刀具材料有高速钢和硬质合金。
（1）高速钢的选择：
高速钢主要用来制造铣刀、钻头、丝锥、拉刀等复杂多刃刀具。普通高速钢W18Cr4V使用时刀具耐用度很低已不符合需要，采用新型高速钢刀具切削不锈钢可获得较好的效果。
金多刃复杂刀具进行切削加工效果会更好。
（2）硬质合金的选择：
YG类硬质合金的韧性较好，可采用较大的前角，刀刃也可以磨得锋利些，使切削轻快，且切屑与刀具不易产生粘结，较适于加工不锈钢。
特别是在振动的粗车和断续切削时，YG类合金的这一优点更为重要。
较长时期以来，一般都采用YG6、YG8、YG8N、YW1、YW2等普通牌号的硬质合金作为切削不锈钢的刀具材料，但均不能获得较理想的效果；采用新牌号硬质合金如813、758、640、712、798、YM051、YS8、YM10、YS2T、YD15等，切削不锈钢可获得较好的效果。
第三章高强度钢和超高强度钢的切削加工
1.什么是高强度钢和超高强度钢？
所谓高强度钢，是指那些在强度和韧性方面结合很好的钢种。低合金结构钢，经调质处理后，具有很好的综合力学性能。其抗拉强度为σb>1200MP时，叫高强度钢；其抗拉强度σb>1500MP时，称为超高强度钢。
超高强度钢，视其合金含量的多少，可分为低合金超高强度钢（合金含量不大于6%）、中合金超高强度钢和高合金超高强度钢。
含一种合金元素的高强度合金钢有铬钢、镍钢、锰钢等；含两种合金元素的合金钢有铬镍铬锰钢、铬钼钢等；含三种以上合金元素的高强度合金钢有铬锰硅钢、铬镍钨钢、铬镍钼钢、铬锰钛钢、铬锰钼钒钢等。
高强度钢和超高强度钢的原始强度和硬度并不高，但是经过调质处理后可获得较高的强度，硬度在HRC30-50之间。
钢的抗拉强度与硬度之间存在一定的关系。一般来说，硬度提高强度也随之增高，但不能说高强度钢就是高硬度钢。所谓高强度钢和超高强度钢，是指综合性能而言的。淬火钢的硬度很高，但不能称为
韧性也很差，只能作耐磨零件和工具。
2.高强度钢和超高强度钢有哪些切削特点？
高强度钢和超高强度钢，由于加入不同量的合金元素，经热处理后，Si,Mo,Ni等元素使固溶体强化，金相组织多为马氏体，具有很高的强度（最高可达1960MP）和较高的硬度（HRC>35）,冲击韧性高于45钢，切削时具有以下特点。
（1）刀具易磨损、耐用度低。
（2）切削力大。
（3）切削温度高。
（4）切削困难。
3.切削高强度钢和超高强度钢时怎样选择刀具材料？
高强度钢和超高强度钢具有很高的强度和硬度，切削时要求刀具应具有较高的红硬性、耐磨性及冲击韧性，而且不易产生粘结磨损和扩散磨损。粗加工和断续切削时，要求刀具具有抗热冲击性能。除金刚石刀具材料均可以切削，在选择刀具材料时，应根据切削条件合理选择。
（1）高速钢:
的性能、形状、加工方法和工艺系统等特点，全面考虑刀具材料的耐热性、耐磨性和韧性等。当工艺系统刚性较好、刀具型面简单时，可采用钨系、钨钼系高钒高钴高速钢；型面复杂时，可采用钨钼系、高碳低钒含铝高速钢或钨钼系高碳低钒高钴高速钢；当工艺系统刚性较差时，可采用钨钼系低钒含铝高速钢及钨钼系低钒高钴高速钢；在冲击切削条件下，宜采用钨钼系高钒高速钢、钨钼系含铌高速钢或钨钼系含铝高速钢。
车刀：W9Mo3Cr4V3Co10,W12Mo3Cr4V3Co5Si
铣刀：W2Mo9Cr4VCo8,W12Mo3Cr4V3Co5Si
成型铣刀：W2Mo9Cr4VCo8,W12Mo3Cr43Co5Si
钻头、铰刀：W9MoCr4VCo8,W9Mo3Cr4V3Co10
钻头、铰刀：W10Mo4Cr4V3Al,W6Mo5Cr4V2Al.
拉刀:W2Mo9Cr4VCo8,W12Mo3Cr4V3Co5Si
齿轮刀：W6Mo5Cr4V2Al,W2Mo9Cr4VCo8
螺纹刀具：W6Mo5Cr4V2Al,W2Mo9Cr4VCo8
(2)粉末冶金高速钢和TiN涂层高速钢：粉末冶金高速钢，是由高速钢粉末在高温（11000C）、高压（100MP）下直接压制，再锻造成所
它具有硬度高、高温硬度好、耐磨性好的特点，适用于高强度钢和超高强度钢的切削。
如原冶金部钢铁研究总院生产的FW12Cr4V5Co5(FT15)和FW10Mo5Cr4V2Co12等。
高速钢刀具TiN涂层，可以延长刀具耐用度2倍到3倍，提高切削速度25%。常用的涂层高速钢刀具有：麻花钻、立铣刀、丝锥、齿轮滚刀、铰刀和插齿刀等。
（3）硬质合金：根据硬质合金的性能，它是切削高强度和超高强度钢的组要刀具材料。
一般应选新型高性能硬质合金或涂层硬质合金。
粗车：YB03、YB01。
精车，半精车：YB21，CN15，CN25.
精铣，半精铣：
钻头与丝锥：YB01，YB02。
（4）陶瓷刀具：它的硬度和耐热性高于硬质合金，允许的切削速度比硬质合金高1倍-2倍。
在高强度钢和超高强度钢的切削中，陶瓷刀具主要用于车削和平
1.常用的力学性能判据各用什么符号表示它们的物理含义各是什么 塑性，弹性，刚度，强度，硬度，韧性 金属的结晶：即液态金属凝固时原子占据晶格的规定位置形成晶体的过程。 细化晶粒的方法：生产中常采用加入形核剂、增大过冷度、动力学法等来细化晶粒，以改善金属材料性能。 合金的晶体结构比纯金属复杂，根据组成合金的组元相互之间作用方式不同，可以形成固溶体、金属化合物和机械混合物三种结构。 固溶强化：通过溶入某种溶质元素形成固溶体而使金属的强度、硬度升高的现象。 铁碳合金的基本组织有铁素体、奥氏体、渗碳体、珠光体和莱氏体 钢的牌号和分类 影响铸铁石墨化的因素主要有化学成分和冷却速度 塑料即以高聚物为主要成分，并在加工为成品的某阶段可流动成形的材料。 热塑性塑料：即具有热塑性的材料，在塑料整个特征温度范围内，能反复加热软化和反复加热硬化，且在软化状态通过流动能反复模塑为制品。 热固性塑料：即具有热固性的塑料，加热或通过其他方法，能变成基本不溶、不熔的产物。 橡胶橡胶是可改性或已被改性为某种状态的弹性体。 复合材料：由两种或两种以上性质不同的材料复合而成的多相材料。 通常是其中某一组成物为基体，而另一组成物为增强体，用以提高强度和韧性等。 工程材料的发展趋势
据预测，21世纪初期，金属材料在工程材料中仍将占主导地位，其中钢铁仍是产量最大、覆盖面最广的工程材料，但非金属材料和复合材料的发展会更加迅速。 今后材料发展的总趋势是：以高性能和可持续发展为目标的传统材料的改造及以高度集成化、微细化和复合化为特征的新一代材料的开发。 材料的凝固理论 凝固：由液态转变为固态的过程。 结晶：结晶是指从原子不规则排列的液态转变为原子规则排列的晶体状态的过程。 粗糙界面：微观粗糙、宏观光滑； 将生长成为光滑的树枝； 大部分金属属于此类 光滑界面：微观光滑、宏观粗糙； 将生长成为有棱角的晶体； 非金属、类金属（Bi、Sb、Si）属于此类 偏析：金属凝固过程中发生化学成分不均匀的现象 宏观偏析通常指整个铸锭或铸件在大于晶粒尺度的大范围内产生的成分不均匀的现象 铸件凝固组织：宏观上指的是铸态晶粒的形态、大小、取向和分布等情况，铸件的凝固组织是由合金的成分和铸造条件决定的。 铸件的宏观组织一般包括三个晶区：表面的细晶粒区、柱状晶粒区和内部等轴晶区。 金属塑性成形指利用外力使金属材料产生塑性变形，使其改变形状、尺寸和改善性能，从而获得各种产品的加工方法。 主要应用： （1）生产各种金属型材、板材、线材等； （2）生产承受较大负荷的零件，如曲轴、连杆、各种工具等。 金属塑性成形特点
如何选择刀具材料切削切削加工高温合金 一、高温合金的含义及性能 1、高温合金的含义：是指以铁、镍、钴为基，能够在600℃以上的高温及 一定应力作用下长期工作的一类金属材料，又被称为超合金，热强合金。 2、高温合金的特点：具有较高的高温强度，良好的抗氧化能和抗腐蚀性能，良好的疲劳性能、抗断裂韧性等综合性能。高温合金是单一奥氏体组织，可以 在各种温度下具有良好的组织稳定性和使用可靠性。 由于高温合金的特点，已成为制造航空航天发动机热端部件的关键材料， 是航空航天材料的重要成员，也可以广泛应用在石油化工、电力、冶金等领域。 二、高温合金的发展历程 760℃高温材料发展过程从20世纪30年代后期起，为了满足新型发动机的需要，在第二次世界大战期间，高温合金的研究进入了蓬勃发展时期。40年代初，英国首先在80镍-20钴合金中加入少量铝和钛，研制成第一种具有较高高 温强度的镍基合金。同一时期，美国为了适应航空活塞式发动机用涡轮增压器 发展的需要，开始采用钴基合金制作叶片。 此外，美国还研制出用以制作喷气发动机的燃烧室的镍基合金。以后，冶 金学家为了进一步提高合金的高温强度，在镍基合金中加入钨、钼、钴等元素，增加铝、钛含量，研制出一系列牌号的合金，但由于钴资源缺乏，钴基高温合 金发展受到限制。 40年代，铁基高温合金也得到了发展，50年代出现A-286和Incoloy901 等牌号，但因高温稳定性较差，从60年代以来发展较慢。苏联于1950年前后 开始生产镍基高温合金，后来生产变形高温合金和铸造高温合金。中国从1956 年开始试制高温合金，逐渐形成变形高温合金和铸造高温合金。70年代美国还 采用新的生产工艺制造出定向结晶叶片和粉末冶金涡轮盘，以适应航空发动机 涡轮进口温度不断提高的需要。 三、高温合金的分类 （1）按基体元素来分：铁基高温合金、镍基高温合金和钴基高温合金。其 中铁基高温合金适合的温度在600~800℃，镍基高温合金适用于650~1000℃范 围内的温度；钴基高温合金适合730~1100℃，但由于钴是一种重要的战略资源，致使钴基合金的发展受到限制。目前镍基高温合金应用较广泛。 （2）按强化方式：固溶强化型，沉淀强化型，氧化物弥散强化型以及纤维 强化型等。 （3）按制备工艺：变形高温合金，铸造高温合金以及粉末冶金高温合金。 四、高温合金的加工难点及方法 1、切削加工高温合金的难点：（1）耐高温性能直接提高了加工难度；（2）在加工时重切削力以及产生的高温的共同作用下，刀具容易产生碎片或变形， 或者导致刀具断裂；（3）大多数高温合金都会迅速产生加工硬化现象，从而影响工件的表面精度。
华中科技大学博士研究生入学考试 《先进材料成形技术与理论》考试大纲 一、《先进材料成形技术及理论》课程概述 编号：MB11001 学时数：40 学分：2.5 教学方式：讲课30、研讨6、实验参观4 二、教学目的与要求： 材料的种类繁多，其加工方法各异，近年来随同科学技术的发展，新材料、材料加工新技术不断出现。本课程将概述材料的分类及其加工方法的选择；重点介绍液态金属精密成形、金属材料塑性精确成形及金属连接成形等研究与应用领域的新技术、新理论；阐述材料加工中的共性与一体化技术。本课程作为材料加工工程专业的学位课，将使研究生对材料加工的新技术与新理论有个全面的了解，引导研究生在大材料学科领域进行思考与分析，为从事材料加工工程技术的研究与发展奠定基础。 三、课程内容： 第一章材料的分类及其加工方法概述 1.1材料的分类及加工方法概述 1.2材料加工方法的选择（不同材料）及不同加工方法的精度比较（同一种材料） 1.3材料加工中的共性（与一体化）技术 1.4材料加工技术的发展趋势 第二章液态金属精密成形理论及应用 2.1 材料液态成形的范畴及概述 2.2 消失模精密铸造原理及应用(原理、关键技术、应用实例、缺陷与防治) 2.3 Corsworth Process新技术(精密砂型铸造：锆英（砂）树脂砂型、电磁浇注、热法旧砂再生) 2.4 半固态铸造成形原理与技术（流变铸造、触变成形、注射成形） 2.5 铝、镁合金的精确成形技术（金属型铸造、压铸、反重力精密铸造、精密熔模铸造等） 2.6 特殊凝固技术（快速凝固、定向凝固、振动凝固） 2.7 金属零件的数字化铸造（铸件三维造型、工艺模拟及优化、样品铸件快速铸造、工业化生产及 其设计） 2.8 高密度粘土砂紧实机理及其成形技术（高压造型、气冲造型、静压造型） 第三章金属材料塑性精密成形工艺及理论 3.1 金属塑性成形种类与概述 3.2金属材料的超塑性及超塑成形（概念、条件、成形工艺） 3.3 复杂零件精密模锻及复杂管件的精密成形（精密模锻、复杂管件成形） 3.4 板料精密成形（精密冲裁、液压胀形、其它板料精密成型） 3.5 板料数字化成形（点（锤）渐进成形、线渐进（快速）成形、无模（面、液压缸作顶模）成形）
难加工材料加工新技术 1.采用高性能新刀具新材料 新型刀具的应用有力地提高了难加工材料加工效率。新型高速切削钢有各种超硬高速钢、粉末高速钢和涂层高速钢，其切削性能比普通高速钢大为提高。新型硬质合金包括各种添加钽、铌等元素的WC基合金、细晶粒和超细晶粒的WC基合金、TiC基和Ti(C，N)基合金、涂层和稀土硬质合金，还有热压复合陶瓷和超硬刀具材料CBN、金刚石等，可以分别用于切削各种难加工材料，但应注意工件、刀具材料的合理匹配。 2.采用非常规切削方法 上述新型刀具材料在常规切削状态下的性能尚不能满足一些难加工材料的切削需要。例如，对于某些高硬度材料的加工，新型硬质合金的硬度和耐磨性还显不足，因此必须降低切削速度，由此造成加工效率不高。CBN和金刚石刀具硬度虽高，但强度不足，且金刚石不能加工黑色金属，故只能在一定的切削条件下用于难加工材料的加工。对于以上状况，可采用非常规的新切削方法。 (1)加热切削法 加热切削法一种是导电加热切削，即在工件和刀具的回路中(工件必须是导电体)施加低电压(约5 V)、大电流(约500 A)，使切削区产生热量，从而使局部工件材料的力学性能、接触和摩擦条件都发生变化。 另一种是等离子体加热切削，即用等离子弧对靠近刀尖的工件材料进行加热，使其硬度、强度降低，从而改善了切削条件。 这2种方法的效果相近，均可较大幅度地降低切削力，消除积屑瘤，提高表面粗糙度技术标准和刀具耐用度。因此用这样的方法进行大切深、大进给加工硬材料是有效的。沈阳工业大学和北京理工大学曾用等离子体加热切削法加工高锰钢和高强度钢，华南理工大学和安
徽工学院曾用电热切削加工高强度钢，取得了系统的试验数据，并开始在生产中应用。此外，还有一种激光辅助切削法，如图2所示。 近年，国内发明了“电熔爆”切削法。带电的刀盘与被加工表面产生剧烈放电，将被加工表层快速熔化、爆离，从而切掉余量。此方法工件内部材料不受热的影响，效率高，对硬、软、黏料均适用，既可用于粗加工，又可用于精加工。 (2)低温切削法 低温切削法用液氮(-180 ℃)或液体CO2(-76 ℃)为切削液，可降低切削区温度，如图3所示。据试验，使用该方法主切削力可降低20%，切削温度可降低300 ℃以上，同时积屑瘤消失，提高了已加工表面质量，刀具耐用度可提高2~3倍，在加工高强度钢、耐磨铸铁、不锈钢、钛合金时均有效果。 (3)豪克能加工 豪克能是一种能量的加工方式，豪克能是利用激活能和冲击能的复合能量对金属零件进行加工，一次加工即可使零件表面达到镜面并实现改性的创新性能量加工技术。利用金属在常温下冷塑性的特点，运用豪克能对金属表面进行复合能量的加工方式，使金属零件表面达到更理想的表面粗糙度要求，也可以形象的说类似熨衣服一样，将零件表面熨平；同时属于不去除材料的加工方式，能够在保证工件完整性的前提下进行加工，预置理想可控的压应力，延长工件的使用寿命。提高零件表面的显微硬度，耐磨性及疲劳强度和疲劳寿命。
材料成形技术基础第一章 1-1 一、铸造的实质、特点与应用 铸造：将熔融的液体浇注到与零件的形状相适应的铸型型腔中，冷却后获得逐渐的工艺方法。 1、铸造的实质 利用了液体的流动形成。 2、铸造的特点 A适应性大（铸件重量、合金种类、零件形状都不受限制）； B成本低 C工序多，质量不稳定，废品率高 D力学性能较同样材料的锻件差。力学性能差的原因是：铸造毛胚的晶粒粗大，组织疏松，成分不均匀 3、铸造的应用 铸造毛胚主要用于受力较小，形状复杂（尤其是腔内复杂）或简单、重量较大的零件毛胚。 二、铸造工艺基础 1、铸件的凝固 （1）铸造合金的结晶结晶过程是由液态到固态晶体的转变过程。它由晶核的形成和长大两部分组成。通常情况下，铸件的结晶有如下特点： A以非均质形核为主 B以枝状晶方式生长为主。 结晶过程中，晶核数目的多少是影响晶粒度大小的重要因素，因此可通过增加晶核数目来细化晶粒。晶体生长方式决定了最终的晶体形貌，不同晶体生长方式可得到枝状晶、柱状晶、等轴晶或混合组织等。 （2）铸件的凝固方式 逐渐的凝固方式有三种类型：A逐层凝固B糊状凝固C中间凝固 2、合金的铸造性能 （1）流动性合金的流动性即为液态合金的充型能力，是合金本身的性能。它反映了液态金属的充型能力，但液态金属的充型能力除与流动性有关，还与外界条件如铸型性质、浇注条件和铸件结构等因素有关，是各种因素的综合反映。 生产上改善合金的充型能力可以从一下各方面着手： A选择靠近共晶成分的趋于逐层凝固的合金，它们的流动性好； B 提高浇注温度，延长金属流动时间； C 提高充填能力 D 设置出气冒口，减少型内气体，降低金属液流动时阻力。 （2）收缩性 A 缩孔、缩松形成与铸件的液态收缩和凝固收缩的过程中。对于逐层凝固的合金由于固液两相共存区很小甚至没有，液固界面泾渭分明，已凝固区域的收缩就能顺利得到相邻液相的补充，如果最后凝固出的金属得不到液态金属的补充，就会在该处形成一个集中的缩孔。适当控制凝固顺序，让铸件按远离冒口部分最先凝固，然后朝冒口方向凝固，最后才是冒口本身的凝固（即顺序凝固方式），就把缩孔转移到最后凝固的部位——冒口中去，而去除冒口后的铸件则是所要的致密铸件。 具有宽结晶温度范围，趋于糊状凝固的合金，由于液固两相共存区很宽甚至布满整个断
实现刀具高效加工 我们在机械加工中单位时间切除金属的效率称为金属切除率（Q），金属切除率Q=ae×ap ×F/1000，其中ae为切削加工中的宽度，ap为切削加工中的深度，F为切削加工中刀具的进给量。由此可见，提高加工效率即金属切除率的主要方法是增加ae、ap及F的数值，也就是说高速加工并不是高效加工的唯一途径，我们还可以通过提高ae、ap和单齿切削量的办法来提高效率，即为我们通常所说的重切削。因此，高效加工就包括了高速加工和大余量加工两种方式，高速加工和粗加工方式所选用的刀具在设计理念和制造工艺上具有各自的针对性。 高速加工采用高转速和高进给的方式进行加工，它的加工优势在于对切削力要求小、工件变形和系统振动的程度都很低，有利于提高工件精度、形位公差和表面质量，较多的应用于航空的薄壁件、难加工材料、模具的型腔加工以及产品的批量加工。高速加工刀具必须具有良好的耐磨性、强度和合理的几何结构参数，并对动平衡系统要求严格。因此，针对硬质合金刀具必须选用先进的刀具材料和涂层，品鼎公司2008新推出的“V”系列产品主要就是针对模具行业和航空领域的高速加工，此系列刀具选用超细晶粒度含12%Co的材料，同时选用AlCrN与TiAlN的复合涂层，表面硬度超过HV3700，刀具采用短刃及独特的槽形设计，保证刀具高速旋转时的刚性，且切屑排屑流畅，刀具推荐切削转速大于12000r/min。
重切削加工采用大进给量或大切削量的加工方式，主要适用大余量粗加工，特点是金属去除率高，但切削条件恶劣，切削力大，对机床和刀具的要求较高，机床需要具有足够的刚性和功率，而刀具则应具有足够的韧性和容屑空间。同时，刀具采用高强度、不等分和不等螺旋设计思路，减小刀具切削过程中切削力，减缓刀具的热磨损。品鼎公司先后推出的分屑槽刀具、后波刃刀具（BW系列）以及不等分不等螺旋刀具（R系列）就是针对粗加工和难加工材料的加工。 除了采用提高切削参数的方式实现高效切削外，我们还可以通过不断优化加工工艺，减少加工工序的方式来提高加工效率。尤其是在孔加工方面应用较为广泛，如我们使用阶梯钻、阶梯铰或钻扩铰等组合刀具的方式减少加工工序，提高生产效率。同时，我们还可以采用在刀具切削刃口焊接超硬刀具材料的形式来提高刀具寿命，采用减少换刀次数的方式来提高生产效率，如焊接金刚石（PCD）、金属陶瓷（Al2O3）和立方氮化硼（CBN）等。品鼎公司于2009年新推出的德国原装制造的钻、铰类产品样本中均有此类型成熟产品。 随着加工机床档次的逐步提高，加工工艺的不断优化，高速加工和重切削加工结合使用会更好的提高加工效率，通常在粗加工时选用重切削加工刀具进行大余量切削，半精加工时或精加工时选用高速加工刀具进行加工，合理的组合使用充分提高加工效率，保证质量要求，降低了生产成本。因此，高效加工越来越受到机械行业的关注，占据了整个行业的主导加工地位
简介：1. 45——优质碳素结构钢，是最常用中碳调质钢。主要特征: 最常用中碳调质钢，综合力学性能良好，淬透性低，水淬时易生裂纹。小型件宜采用调质处理，大型件宜采用正火处理。应用举例 1. 45——优质碳素结构钢，是最常用中碳调质钢。 主要特征: 最常用中碳调质钢，综合力学性能良好，淬透性低，水淬时易生裂纹。小型件宜采用调质处理，大型件宜采用正火处理。应用举例: 主要用于制造强度高的运动件，如透平机叶轮、压缩机活塞。轴、齿轮、齿条、蜗杆等。焊接件注意焊前预热，焊后消除应力退火。 2. Q235A（A3钢）——最常用的碳素结构钢。 主要特征: 具有高的塑性、韧性和焊接性能、冷冲压性能，以及一定的强度、好的冷弯性能。应用举例: 广泛用于一般要求的零件和焊接结构。如受力不大的拉杆、连杆、销、轴、螺钉、螺母、套圈、支架、机座、建筑结构、桥梁等。 3. 40Cr——使用最广泛的钢种之一，属合金结构钢。 主要特征: 经调质处理后，具有良好的综合力学性能、低温冲击韧度及低的缺口敏感性，淬透性良好，油冷时可得到较高的疲劳强度，水冷时复杂形状的零件易产生裂纹，冷弯塑性中等，回火或调质后切削加工性好，但焊接性不好，易产生裂纹，焊前应预热到100～150℃，一般在调质状态下使用，还可以进行碳氮共渗和高频表面淬火处理。 应用举例:调质处理后用于制造中速、中载的零件，如机床齿轮、轴、蜗杆、花键轴、顶针套等，调质并高频表面淬火后用于制造表面高硬度、耐磨的零件，如齿轮、轴、主轴、曲轴、心轴、套筒、销子、连杆、螺钉螺母、进气阀等，经淬火及中温回火后用于制造重载、中速冲击的零件，如油泵转子、滑块、齿轮、主轴、套环等，经淬火及低温回火后用于制造重载、低冲击、耐磨的零件，如蜗杆、主轴、轴、套环等，碳氮共渗处即后制造尺寸较大、低温冲击韧度较高的传动零件，如轴、齿轮等。 4. HT150——灰铸铁。应用举例:齿轮箱体，机床床身，箱体，液压缸，泵体，阀体，飞轮，气缸盖，带轮，轴承盖等 5. 35——各种标准件、紧固件的常用材料 主要特征: 强度适当，塑性较好，冷塑性高，焊接性尚可。冷态下可局部镦粗和拉丝。淬透性低，正火或调质后使用应用举例: 适于制造小截面零件，可承受较大载荷的零件：如曲轴、杠杆、连杆、钩环等，各种标准件、紧固件 6. 65Mn——常用的弹簧钢。应用举例:小尺寸各种扁、圆弹簧、座垫弹簧、弹簧发条，也可制做弹簧环、气门簧、离合器簧片、刹车弹簧、冷卷螺旋弹簧，卡簧等。 7. 0Cr18Ni9——最常用的不锈钢（美国钢号304，日本钢号SUS304）特性和应用: 作为不锈耐热钢使用最广泛，如食品用设备，一般化工设备，原于能工业用设备 8. Cr12——常用的冷作模具钢（美国钢号D3，日本钢号SKD1) 特性和应用: Cr12钢是一种应用广泛的冷作模具钢，属高碳高铬类型的莱氏体钢。该钢具有较好的淬透性和良好的耐磨性；由于Cr12钢碳含量高达2.3%，所以冲击韧度较差、易脆裂，而且容易形成不均匀的共晶碳化物；Cr12钢由于具有良好的耐磨性，多用于制造受冲击负荷较小的要求高耐磨的冷冲模、冲头、下料模、冷镦模、冷挤压模的冲头和凹模、钻套、量规、拉丝模、压印模、搓丝板、拉深模以及粉末冶金用冷压模等
一、什么是难切削材料 切削加工性差的材料， 二、哪些因素影响材料的切削加工性 1)材料的化学成分和配比，它是影响材料的热处理性能和材料切削加工性的根 本因素。 2)材料的热导系数和线膨胀系数的影响 3)材料的硬度、强度、韧性、塑性和弹性模量的影响 4)材料的金相组织的影响 三、具体难加工材料的加工 1)淬火钢的切削 淬火钢是指钢材经过淬火处理后，其结构为马氏体，硬度大于HRC50的钢，它在难切削材料中占有相当大的比例。传统加工淬火钢的方法是磨削，但为了提高加工效率，解决工件形状复杂、不能磨削和淬火后工件产生形状、位置误差的问题，也需要采用车削、铣削、镗削、钻削和铰削等切削加工。 淬火钢在切削加工时有以下特点：淬火钢的硬度高达HRC50-65，强度高达2100-2600Mpa，几乎没有塑性，按照工件材料切削加工性分级属于最难切削的9a级，由于它的强度、硬度高，导热系数只有一般钢材的1/7,所以在切削时不仅切削温度高而且单位切削力高达4500Mpa。它属于脆性材料，切削力集中在刃口附件，易造成崩刃或打刀。 切削淬火钢的刀具材料应选择硬度高抗弯强度也高的硬质合金或陶瓷和立方氮化硼。切削淬火钢的刀具几何参数：通常情况下前角为-10°—0°，断续切削时前角为-10°—-30°，后角为8°—10°，主偏角为30°—60°。刃倾角为-5°—0°，刀尖圆弧半径为0.5—2mm。 切削淬火钢的切削用量，首先，要根据刀具材料和工件材料的物理力学性能、工件形状、工件系统刚性和加工余量来选择。其次，是考虑合理的切削速度。再次，选择切削深度和进给量。一般淬火钢的耐热性为摄氏200—400度，高于此温度，淬火钢的硬度开始下降，而硬质合金刀具、陶瓷刀具和立方氮化硼的耐热性分别为摄氏800—1000度、1100—1200度和1400—1500度，所以在切削淬火钢时，要充分利用这已特性，合理选择切削速度。硬质合金刀具、陶瓷刀具和立方氮化硼的切削速度应控制在：30—70m/min、60—120 m/min和100-200 m/min. 在连续切削的最佳切削速度的情况下，切下的切削为暗红色，在车削淬火钢螺纹时，为了使切入、切出处平稳，应现在入刀和出刀处倒一个45°的角而且每次吃刀深度要小一些。钻孔时，一定要合理选择切削速度，一般为30—50 m/min，避免转速过低，在用小钻头钻孔时要勤退刀，以免工件因为热胀冷缩将钻头夹住而使钻头折断。铣削淬火钢是断续切削，为了使切入切出平稳刀具主偏角应小一些而且还应选择负的刃倾角，硬质合金铣刀的切削速度为40—50 m/min，陶瓷铣刀的切削速度为100 m/min左右，每刀齿进给量为0.05—0.15mm。刨削时除应选用较大的负刃倾角外，硬质合金的切削速度应控制在10 m/min左右，进给量为0.1—0.2mm。
材料加工技术讲义 徐刚，韩高荣编制 浙江大学材料科学与工程学系 二0一二年六月
绪论 材料是人类文明的物质基础，是社会进步和高新技术发展的先导。自上世纪70年代开始，人们把信息、能源和材料看作是现代社会的三大支柱。新材料和新材料技术的研究、开发和应用反映了一个国家的科学技术与工业化水平。以大规模集成电路为代表的微电子技术，以光纤通信为代表的现代通信技术，以及及现代科技与技术于一体的载人航天技术等，几乎所有的高新技术的发展与进步，都以新材料和新材料技术的发展为突破和前提。 材料的制备与加工，和材料的成分与结构，材料的性能是决定材料使用性能的三大基本要素，构成材料科学与工程学四面体的底面，这充分反映了材料制备及加工技术的重要作用和地位。材料制备与加工技术的发展既对新材料的研究开发、应用和产业化具有决定性的作用，同时又可有效地改进和提高传统材料的使用性能，对传统材料产业的更新改造具有重要作用。因此，材料制备与加工技术的研究开发是目前材料科学与工程学最活跃的领域之一。 材料种类很多，按材料的键合特点和组成分类，大致分为四大类：金属材料、无机非金属材料、高分子材料和复合材料；按材料的用途分类，既可分为结构材料和功能材料两大类，也可细分为建筑材料、信息材料、能源材料、生物材料、航空航天材料等等。相应地，为了适应不同种类材料的键合特点，和使用特点及功能要求，材料制备和加工技术也多种多样。 本讲义是面向浙江大学材料科学与工程学专业学位硕士研究生培养而编写的“材料加工技术”。主要涉及金属材料加工和陶瓷粉体成型烧结先进制备技术，包括：金属材料快速凝固、定向凝固、半固态加工、连续铸轧、复合铸造技术，以及金属粉体、陶瓷粉体制备，和先进陶瓷成型、烧结等材料加工新技术新工艺。注重材料制备及加工技术案例分析，从技术个案的起源、开发、改进和完善的整个过程，对材料加工技术特点及其原理进行系统介绍，重点突出新技术创新的基本规律，培养学生自主创新和利用新技术开发新材料的能力。
1. 快速凝固 快速凝固技术的发展，把液态成型加工推进到远离平衡的状态，极大地推动了非晶、细晶、微晶等非平衡新材料的发展。传统的快速凝固追求高的冷却速度而限于低维材料的制备，非晶丝材、箔材的制备。近年来快速凝固技术主要在两个方面得到发展：①利用喷射成型、超高压、深过冷，结合适当的成分设计，发展体材料直接成型的快速凝固技术；②在近快速凝固条件下，制备具有特殊取向和组织结构的新材料。目前快速凝固技术被广泛地用于非晶或超细组织的线材、带材和体材料的制备与成型。 2. 半固态成型 半固态成型是利用凝固组织控制的技术.20世纪70年代初期，美国麻省理工学院的Flemings 教授等首先提出了半固态加工技术，打破了传统的枝晶凝固式，开辟了强制均匀凝固的先河。半固态成型包括半固态流变成型和半固态触变成形两类：前者是将制备的半固态浆料直接成型，如压铸成型（称为半固态流变压铸）；后者是对制备好的半固态坯料进行重新加热，使其达到半熔融状态，然后进行成型，如挤压成型（称为半固态触变挤压） 3. 无模成型 为了解决复杂形状或深壳件产品冲压、拉深成型设备规模大、模具成本高、生产工艺复杂、灵活度低等缺点，满足社会发展对产品多样性（多品种、小规模）的需求，20世纪80年代以来，柔性加工技术的开发受到工业发达国家的重视。典型的无模成型技术有增量成型、无摸拉拔、无模多点成型、激光冲击成型等。 4.超塑性成型技术 超塑性成型加工技术具有成型压力低、产品尺寸与形状精度高等特点，近年来发展方向主要包括两个方面：一是大型结构件、复杂结构件、精密薄壁件的超塑性成型，如铝合金汽车覆盖件、大型球罐结构、飞机舱门，与盥洗盆等；二是难加工材料的精确成形加工，如钛合金、镁合金、高温合金结构件的成形加工等。 5. 金属粉末材料成型加工 粉末材料的成型加工是一种典型的近终形、短流程制备加工技术，可以实现材料设计、制备预成型一体化；可自由组装材料结构从而精确调控材料性能；既可用于制备陶瓷、金属材料，也可制备各种复合材料。它是近20年来材料先进制备与成型加工技术的热点与主要发展方向之一。自1990年以来，世界粉末冶金年销售量增加了近2倍。2003年北美铁基粉末。相关的模具、工艺设备和最终零件产品的销售额已达到91亿美元，其中粉末冶金零件的销售为64亿美元。美国企业生产的粉末冶金产品占全球市场的一半以上。可以预见，在较长一段时间内，粉末冶金工业仍将保持较高的增长速率。粉末材料成型加工技术的研究重点包括粉末注射成型胶态成型、温压成型及微波、等离子辅助低温强化烧结等。 6. 陶瓷胶态成型 20世纪80年代中期，为了避免在注射成型工艺中使用大量的有机体所造成的脱脂排胶困难以及引发环境问题，传统的注浆成型因其几乎不需要添加有机物、工艺成本低、易于操作制等特点而再度受到重视，但由于其胚体密度低、强度差等原因，他并不适合制备高性能的陶瓷材料。进入90年代之后，围绕着提高陶瓷胚体均匀性和解决陶瓷材料可靠性的问题，开发了多种原位凝固成型工艺，凝胶注模成型工艺、温度诱导絮凝成形、胶态振动注模成形、直接凝固注模成形等相继出现，受到严重重视。原位凝固成形工艺被认为是提高胚体的均匀性，进而提高陶瓷材料可靠性的唯一途径，得到了迅速的发展，已逐步获得实际应用。 7. 激光快速成型 激光快速成形技术，是20实际90年代中期由现代材料技术、激光技术和快速原型制造术相结合的近终形快速制备新技术。采用该技术的成形件完全致密且具有细小均匀的内部组
一、制动鼓的加工工艺 目前，市场上面制动鼓的主要材料还是灰铸铁占多数，灰铸铁具有良好的减震性和耐磨型，并且噪音小，加工工艺简单。一般加工工艺是铸造—粗加工—半精加工—精加工—钻孔—检验。 （1）铸造：制动鼓在进行铸造时，需控制炉料质量，铁水化学成分进行控制，还有就是控制好浇注温度，配料的正确，如控制不好，可能就会出现铸造缺陷，如夹砂，气孔，白口等，出现以上铸造缺陷会对后面的加工带来困难。 （2）粗加工：铸造之后进入机械加工车间。目前，加工制动鼓常采用数控车床，原因1是降低工件的废品率，原因2是提高加工效率。粗加工制动鼓需留有大概0.5mm的余量，以便以后半精加工和精加工保证光洁度要求。 （3）半精加工：为了使制动鼓获得较高的光洁度，一般在粗加工之后进行半精加工，留有0.1- 0.2mm的余量，方面后面的精加工工序。 （4）精加工：为了获得较高的表面光洁度，一般会在半精加工之后再精加工一刀，加工至图纸要求尺寸，和Ra1.6的光洁度。 （5）钻孔：在图纸要求部位钻相应尺寸的孔。 （6）检验入库：检验制动鼓表面光洁度，和尺寸公差是否满足图纸要求，合格之后如可或装配。 二、车加工制动鼓时的刀具选择 由于车加工制动鼓需三道工序，粗加工时一般要加工3mm左右的余量，并且制动鼓的需求量大，一般采用数控车床批量加工制动鼓。在加工过程中，既要保证加工尺寸，又要提高加工效率，选择的刀具材料
要求：一是对线速度不敏感，可高速切削；二是加工余量大的能一刀完成就一刀完成，减少加工时间，提高加工效率。 刚开始选择硬质合金刀具，但硬质合金刀具对线速度敏感，只能低速切削制动鼓，生产节拍变长，影响加工效率，如小批量或少量车加工制动鼓，在不影响整体加工效益的基础上可选择合适的硬质合金刀具，对于大批量制动鼓，机械厂家会选择CBN刀片加工，其中更多的会选择华菱超硬CBN刀片BN-S30牌号和BN-K20牌号车加工制动鼓效果更明显。 华菱超硬前身是河南超硬材料研究所，是专业生产CBN刀片等超硬材料制品的高新技术企业，目前被广泛应用于高硬度材料，热处理后的高硬度工件，和其他难切削材料的零件领域，产品范围主要是车刀，铣刀和数控刀片等系列，并适应当代“高速，精密加工”等切削要求，广泛应用于汽车，航空航天，电力设备，矿山机械等行业。在超硬刀具学术界享有很高声誉。 其中华菱超硬CBN刀片BN-S30牌号属于整体聚晶CBN刀片，适合粗加工工序，BN-S20牌号属于焊接 式CBN刀片，适合精加工工序。由于工序不同，加工余量不同，选择的刀具牌号也不同，下面就针对制动鼓简单介绍一下华菱超硬CBN刀片的方案。 华菱超硬针对制动鼓研制出两款刀具牌号，分别是BN-S30牌号和BN-K20牌号，针对不同工序选择合适的刀具牌号。下面就针对制动鼓不同工序，选择最合适的华菱超硬CBN刀片。 三、针对不同工序选择合适的华菱超硬CBN刀片牌号 （1）粗加工工序：余量一般在3mm左右，选择华菱超硬CBN刀片BN-S30牌号，此牌号采用非金属（陶瓷）作为粘合剂，与传统CBN刀片相比增加了韧性，不仅高硬度高强度，而且具有良好的耐磨性和抗冲击性，可大余量车削制动鼓，制动鼓余量3mm可一刀完成。下图为华菱超硬CBN刀片BN-S30牌号车加 工制动鼓图片。
哈尔滨工业大学 难加工材料超声辅助切削加工技术 指导教师： 郭永丰 班 号 ： 1108401 姓 名 ： 胡昉 学 号 ： 111084013 同组人员： 张瑞 丁海鑫 创新研修课
难加工材料超声辅助切削加工技术 高性能合金（如高温合金、钛合金、高强度钢等）、复合材料、硬脆材料（如光学玻璃、工程陶瓷和功能晶体）等先进材料具有优异的性能，在航空、航天、军工、电子和汽车等领域得到越来越广泛的应用。复合材料具有密度低、比强度和比模量高、可设计性强、耐腐蚀性能好、抗疲劳性能好和结构尺寸稳定性好等优点，在航空航天领域主要用于制造如机翼、尾舵、刹车盘、制动鼓、仪器舱段、支架等复杂结构件和零件。这些经过成型制备的复合材料结构件和零件上，许多连接装配和附件安装用的孔、窗口、型腔和安装定位面等需要进行精密机械加工。航空航天领域典型的复合材料和硬脆材料结构件和零件如图1 所示。这些结构件和零件不仅对加工精度和加工质量要求高，而且对加工效率也有很高要求。由于这些复合材料硬脆材料具有硬度高、脆性大和耐磨性好等特点，材料切削加工性差，零件加工要求高，很难用传统机械加工方法和加工工具进行加工。因此，如何实现难加工材料零件的高质高效精密加工已成为当前国内外关注的课题。为了适应各种先进材料不断扩大的应用需求，一方面，传统机械加工技术通过自身的不断更新发展以及与其他相关技术的融合，在一些难加工材料加工领域( 尤其在加工、铝合金和钛合金结构件加工等)表现出了加工精度和加工效率方面的优势。另一方面，利用光、电、声、热、化学、磁和原子能等能量进行加工的特种加工方法（包括、超声、、电化学、高压水切割等）得到了较快的发展，在一些高性能合金和硬脆材料等难加工材料加工领域显示出一定的优越性。但是，无论是传统机械加工，还是特种加工方法，多数是直接利用单一能量进行加工，在加工效率、精度、表面质量和工具寿命等方面必然存在一定缺点和局限。于是，利用多种形式能量的综合作用的复合加工技术出现了。复合加工技术可以根据加工材料特性以及加工精度和效率的要求，通过传统加工和特种加工方法的复合，不同特种加工方法的复合等多种形式组合出各具特点的新的复合加工方法，达到优势互补，成为机械加工技术的重要发展方向之一。 超声加工作为20 世纪初发展并开始应用于工业领域的一种非常有效的特种加工方法，特别适合于加工玻璃、陶瓷、石英、金刚石、硅等各种硬脆材料，并已得到了广泛应用。将超声加工与传统的切削加工结合所形成新的加工技术是一种典型的复合加工技术，多年来的研究和应用实践表明，这一复合加工技术既充分发挥了机械加工和超声加工这两种加工技术的优点，又弥补了两种技术的局限和不足，因而具有一些突出优点。超声辅助切削加工技术不仅可以有效降低切削力、提高加工质量、减小磨损和提高加工效率，而且拓展了可加工材
材料加工技术——作业5 (孙秀丽，21526082) 1:比较滚筒球磨制粉与气流磨制粉的优缺点？ 气流研磨法是通过气体传输粉料，并通过粉料自身之间的相互摩擦、撞击或颗粒与制粉装置间的撞击使粗大颗粒细化的一种研磨方法。优点是其由于不使用研磨球及研磨介质，所以气流研磨粉的化学纯度一般比机械研磨法的要高。 滚筒球磨法是传统机械研磨法，其优点是：机械方法制备的粉体粒径分布较宽。缺点是：机械制粉方法获得的粉体粒径一般在微米级，进一步细化效率很低且比较困难、粉碎过程中易于引入杂质，难以满足特种陶瓷对原料粒度和纯度的要求。 2：分析拉瓦尔管喷嘴设计在气流磨金属制粉上的应用原理？ 夹带有粉料的高压气流通过拉瓦尔管型硬质合金喷嘴喷出，在管颈部，气体加速，速度达到临界流速，在开口部，气体压力急剧下降，形成绝热膨胀过程。通过拉瓦尔管的喷出，会产生两个效应（1）加速效应，（2）冷却效应。冷流冲击是利用金属的冷脆性而开发的一种粉末制取技术。是将高速运动的粉末颗粒喷射到一个固定的硬质靶上，通过强烈碰撞而使粉末颗粒破碎。冷流冲击法制粉的粉末粒度与气流压力有关，气压越大，则粉末越细。 3：雾化制粉在存在哪三个过程？由这三个过程分析提高雾化制粉，应该采取哪些措施？ 过程一：较大的金属的液珠在受到外力冲击的瞬间，破碎成数个小液滴。雾化时液体吸收的能量与雾化液滴的粒径存在一个对应关系，吸收的能量越高则粒径越小；反之亦然。 过程二：液体颗粒破碎的同时，还可能发生颗粒间相互接触，再次成为一个较大的液体颗粒，并且液体颗粒形状向球形转化，这个过程中，体系的总表面能降低，属于自发过程。 过程三：液体颗粒冷却形成小的固体颗粒。 为了提高雾化制粉效率，应该遵循的两个原则如下： 能量交换准则：提高单位时间内单位质量液体从系统中吸收能量的效率，以克服表面自由能的增加。 快速凝固准则：提高雾化液滴的冷却速度，防止液体微粒的再次聚集。 在实际雾化制粉时，依据以上两条准则，通过改变工艺方法、调整工艺参数、改变液体性质等措施，可以达到调整粉末粒度，实现高效制粉的目的。 4：如何提高干压成型粉体成形性能？ 模压成形又称为干压成形，是将粉料填充到模具内部后，通过单向或双向加压，将粉料压制成所需形状。采用双向加压可以改善单项加压时坯体沿高度方向的密度不均匀性。 5：分析干压成形弹性后效产生的原因，易于引起单向或者双向干压成形坯体的何种缺陷？在等静压中成形有何应用？ 在等静在压制过程中，当卸掉压制压力并把压坯从压模中压出后，由于弹性内应力的作用，压坯将发生弹性膨胀，这种现象称为弹性后效。出现弹性后效的原因是：粉体在压制过程中受到压力作用后，粉末颗粒发生弹塑性变形，在压坯内部聚集很大的内应力。当压制压力消除后，弹性内应力便要松弛，改变颗粒的外形和颗粒的接触状态，从而使压坯发生膨胀。压坯和压模的弹性后效是产生压坯裂纹以及压坯分层的主要原因。 6：如何提高塑性成形泥料的成形性能？ 一是增加坯料中可塑性原料的含量；二是球磨，获得颗粒较细的坯料，不仅增加坯料的塑性，还可以提高坯料的烧结活性；三是坯料组织均匀而不含有空气有利于提高坯料的可塑性；四
金属材料的工艺性能 金属材料的工艺性能是指制造工艺过程中材料适应加工的性能，即指其铸造性能、锻造性能、焊接性能、切削加工性能和热处理工艺性能。 1、铸造性能 金属材料铸造成形获得优良铸件的能力称为铸造性能，用流动性、收缩性和偏析来衡量。 1）流动性熔融金属的流动能力称为流动性。流动性好的金属容易充满铸型，从而获得外形完整和尺寸精确、轮廓清晰的铸件； 2）收缩性铸件在凝固和冷却的过程中，其体积和尺寸减少的现象称为收缩性。铸件用金属材料的收视率越小越好； 3）偏析铸锭或铸件化学成分和组织的不均匀现象称为偏析，偏析大会使铸件各部分的力学性能有很大的差异，降低铸件的质量。 被铸物质多为原为固态，但加热至液态的金属，如铜、铁、锡等，铸模的材料可以是沙，金属甚至陶瓷。南关菜市场东头前两年有两个人把大量的铝易拉罐盒熔化后倒进模子里铸成大大小小的铝锅、铝盆等 2、锻造性 工业革命前锻造是普遍的金属加工工艺，马蹄铁、冷兵器、铠甲均由各国的铁匠手锻造（俗称打铁），金银首饰加工、金属包装材料是锻造与冲压的总和。什么是锻造性能？ 锻造性能：金属材料用锻压加工方法成形的适应能力称锻造性。
锻造性主要取决于金属材料的塑性和变形抗力。塑性越好，变形抗力越小，金属的锻造性能越好。高碳钢不易锻造，高速钢更难。 （塑性：断裂前材料产生永久变形的能力。） 3、焊接性 金属材料对焊接加工的适应性成为焊接性。也就是在一定的焊接工艺条件下，获得优质焊接接头的难易程度。钢材的含碳量高低是焊接性能好坏的主要因素，含碳量和合金元素含量越高，焊接性能越差。4、切削加工性能 切削加工性能一般用切削后的表面质量（用表面粗糙程度高低衡量）和道具寿命来表示。金属材料具有适当的硬度和足够的脆性时切削性良好。改变钢的化学成分（如加入少量铅、磷等元素）和进行适当的热处理（如低碳钢进行正火，高碳钢进行球化退火）可以提高刚的切削加工性能。（热处理的四把火：正火、退火、淬火、回火等，后面我们将进一步学习。）铜有良好的切削加工性能。 5、热处理工艺性能 钢的热处理工艺性能主要考虑其淬透性，即钢接受淬火的能力。（淬火能获得较高的硬度和光洁的表面），含锰、铬、镍等元素的合金钢淬透性比较好，碳钢的淬透性较差。铝合金的热处理要求较严，铜合金只有几种可以熔热处理强化。三国时诸葛亮带兵打仗，请当时的著名工匠蒲元为他造了3000把钢刀，蒲元用了（清水淬其锋）的热处理工艺，经过千锤百炼，使钢刀削铁如泥，从而大败敌军.有关方面的成语：趁热打铁、斩钉截铁等。
《机械制造工艺基础》复习题 第1章 切削与磨削过程 一、单项选择题 1、金属切削过程中，切屑的形成主要是（ 1 ）的材料剪切滑移变形的结果。 ① 第Ⅰ变形区 ② 第Ⅱ变形区 ③ 第Ⅲ变形区 ④ 第Ⅳ变形区 2、在正交平面内度量的基面与前刀面的夹角为（ 1 ）。 ① 前角 ② 后角 ③ 主偏角 ④ 刃倾角 3、切屑类型不但与工件材料有关，而且受切削条件的影响。如在形成挤裂切屑的条件下，若加大前角，提高切削速度，减小切削厚度，就可能得到（ 1 ）。 ① 带状切屑 ② 单元切屑 ③ 崩碎切屑 ④ 挤裂切屑 4、切屑与前刀面粘结区的摩擦是（ 2 ）变形的重要成因。 ① 第Ⅰ变形区 ② 第Ⅱ变形区 ③ 第Ⅲ变形区 ④ 第Ⅳ变形区 5、切削用量中对切削力影响最大的是（ 2 ）。 ① 切削速度 ② 背吃刀量 ③ 进给量 ④ 切削余量 6、精车外圆时采用大主偏角车刀的主要目的是降低（ 2 ）。 ① 主切削力F c ② 背向力F p ③ 进给力F f ④ 切削合力F 7、切削用量三要素对切削温度的影响程度由大到小的顺序是（ 2 ）。 ① f a v p c →→ ② p c a f v →→ ③ c p v a f →→ ④ c p v f a →→ 8、在切削铸铁等脆性材料时，切削区温度最高点一般是在（ 3）。 ① 刀尖处 ② 前刀面上靠近刀刃处 ③ 后刀面上靠近刀尖处 ④ 主刀刃处 (加工钢料塑性材料时，前刀面的切削温度比后刀面的切削温度高，而加工铸铁等脆性材料时，后刀面的切削温度比前刀面的切削温度高。因为加工塑性材料时，切屑在前刀面的挤压作用下，其底层金属和前刀面发生摩擦而产生大量切削热，使前刀面的温度升高。加工脆性材料时，由于塑性变形很小，崩碎的切屑在前刀面滑移的距离短，所以前刀面的切削温度不高，而后刀面的摩擦产生的切削热使后刀面切削温度升高而超过前刀面的切削温度。) (前刀面和后刀面上的最高温度都不在刀刃上，而是离开刀刃有一定距离的 地方。切削区最高温度点大约在前刀面与切屑接触长度的一半处，这是因为切屑在第一变 形区加热的基础上，切屑底层很薄一层金属在前刀面接触区的内摩擦长度内又经受了第二 次剪切变形，切屑在流过前刀面时又继续加热升温。随着切屑沿前刀面的移动，对前刀面 的压力减小，内摩擦变为外摩擦，发热量减少，传出的热量多，切削温度逐渐下降。) 9、积屑瘤是在（ 1 ）切削塑性材料条件下的一个重要物理现象。 ① 低速 ② 中速 ③ 高速 ④ 超高速 10、目前使用的复杂刀具的材料通常为（ 4）。 ① 硬质合金 ② 金刚石 ③ 立方氮化硼 ④ 高速钢
切削加工高温合金的刀具材料 高温合金具有优良的高温强度、热稳定性及抗热疲劳性能，因此它广泛应用于航空航天、船舶、核工业、电站等行业，例如现代燃汽涡轮发动机的燃烧室、涡轮导向叶片与工作叶片、涡轮盘及涡轮转子结构件、航空发动机盘件、环形件等高温转动部件等等。 高温合金是最难加工的材料之一，如果45# 钢的加工性为100% ，则高温合金的相对加工性仅为5% ～20% ，其切削加工的特点有：①切削力大，是普通钢材的 2 ～ 4 倍。高温合金含有许多高熔点金属元素，构成组织结构致密的奥氏体固溶体，合金的塑性好，原子结构十分稳定，需要很大能量才能使原子脱离平衡位置，因而变形抗力大。②切削温度高，最高可达1000 ℃左右。高温合金导热系数小，仅为45# 钢的1/4 ～1/3 ，刀具与工件间摩擦强烈而导热性差，故切削温度高。③加工硬化严重，表面硬度比基体硬度高50% ～100% 。④塑性变形大，在室温下的延伸率可达30% ～50% 。⑤刀具易磨损，常见的有扩散磨损、边界磨损、刀尖塑性变形、月牙洼磨损及积屑瘤。由于这些特点，切削高温合金的刀具材料应具有高的强度、高的红硬性、良好的耐磨性和韧性、高的导热性和抗粘接能力等。 高速钢刀具材料是较早用于加工高温合金的刀具材料，现在由于加工效率等原因正被像硬质合金这样的刀具材料所替代。但在一些成形刀具以及工艺系统刚性差的条件下，采用高速钢刀具材料加工高温合金仍是很好的选择。另一方面，加工效率是一种综合的评判，高速钢刀具切削速度低，在某些特定条件下其损失的效率可以通过采用大的切削深度来弥补，因为高速钢刀具材料有更高的强度和韧性，且刃口可以更锋利，产生的切削热更低，加工硬化现象更轻。 用于加工高温合金的高速钢，常有钴高速钢、含钴超硬高速钢和粉末冶金高速钢等高性能高速钢。 在高速钢中加入适量的钴后，由于钴可促进奥氏体中碳化物的溶解作用，可以提高高速钢的热稳定性和二次硬度，高温硬度得到提高；同时钴还可促进高速钢回火时从马氏体中析出钨或钼的碳化物，增加弥散硬化效果，因而能提高高速钢的回火硬度，从而提高高速钢的耐磨性。在高速钢中增加钴量可改善其导热性，特别是在高温时更为明显，这有利于切削性能的提高，在相同条件下，刀刃温度可减小30 ～75 ℃。同时钢中加入钴后，可降低刀具与工件间的摩擦系数，并改善其加工性。如车削高温合金GH132 ，采用W2Mo9Cr4VCo8(M42) ，工件D=33mm ，n=180r/min ，ap=2mm ，f=0.15mm/r ，油冷，切削长度300mm ，后刀面磨损0.2 ～0.3 。粉末冶金高速钢是用细小而均匀的高速钢结晶粉末，在高温(1100 ℃) 、高压(100Mpa) 下直接压制成的刀具。这种工艺完全避免了碳化物的偏析，在相同硬度条件下强度比熔炼钢提高20% ～80% ，硬度则随着密度加大而提高，组织均匀，高温硬度比熔炼钢高0.5 ～ 1.0HRC ，因此有较好的切削性能。如在其中加入适当的碳化物( 如TiC 、TiCN 、NaC 等) ，可增加耐磨性、耐热性，这更有利于高温合金的切削加工，如在加工航空发动机镍基合金GH37 叶片上的孔时，粉末冶金高速钢FT15(FW12Cr4V5Co5) 钻头可钻9 孔，而M42 只能钻 1 ～ 3 孔。在镍基合金的火箭发动机零件上铣削螺纹，用9/2 ＂的硬质合金螺纹铣刀能够加工 5 件，用粉末治金高速钢CPM76( 美) 螺纹铣刀则可以加工33 件。