金工实习理论

合金：由两种或两种以上金属元素或金属与非金属元素相互熔合且具有金属性质的物质。

力学性能好（好用）；加工性能好（好做）；价格便宜。

使用性能：力学性能、物理性能、化学性能常用的机械性能指标有：强度、塑性、硬度、冲击韧性、疲劳强度等。

强度：金属材料在静载荷的作用下，抵抗永久变形和断裂的能力静载荷：对材料缓慢施加的外力种类：抗拉强度、抗压强度、抗弯强度、抗扭强度、抗剪强度等塑性：材料在外力作用下产生塑性变形而不破坏的能力伸长率：试样拉断后其标距长度的相对伸长值。

断面收缩率：试样拉断后断口处横截面面积的相对收缩量。

硬度：材料抵抗局部变形，特别是塑性变形、压痕或划痕的能力。

a布氏硬度：HBS HBWb洛氏硬度：HRC HRA HRBc 机械性能与硬度之间的关系：低碳钢：σb= 0.36HB；高碳钢：σb= 0.34HB；铸铁：σb= 0.10HB。

冲击韧性：材料抵抗冲击载荷的能力。

疲劳强度：指材料在多次（107次或更高次数）交变载荷作用下而不引起断裂的最大应力。

金属及合金：物理性能：是指密度、熔点、热膨胀性、导热性、导电性和磁性等。

化学性能：主要是指耐腐蚀性。

耐蚀性：金属材料对周围介质，如大气、水汽及各种电介质侵蚀的抵抗能力。

工艺性能：是指金属材料适应加工工艺要求的能力；按照工艺方法的不同有铸造性能、锻压性能、焊接性能、切削加工性能等。

它们往往是由材料的物理性能、化学性能、力学性能综合决定的。

碳对碳钢性能的影响含碳量升高，强度和硬度也升高，而塑性和韧性则降低，但当含碳量超过0.9％时，强度也开始降低。

含碳量低的碳钢其焊接性能和锻压性能较好，反之则差。

a．碳素结构钢牌号：碳素结构钢的牌号是以钢材厚度（或直径）不大于16mm钢的屈服点数值表示的，并且还有质量等级和脱氧方法的细划分。

符号、代号的意义：Q—钢的屈服点“屈”字汉语拼音首位字母；A、B、C、D分别为质量等级；F—沸腾钢；b—半镇静钢，小写b用以与质量等级B级相区别；Z—镇静钢；TZ—特殊镇静钢。

在牌号组成表示方法中，“Z”与“TZ”代号予以省略。

牌号表示方法由屈服点字母、屈服点数值、质量等级符号、脱氧方法等四个部分按顺序组成。

例如：Q235－A·F即表示屈服点数值为235 MPa的A级沸腾钢。

b．优质碳素结构钢使用时一般均需热处理以提高其力学性能，常用来制造比较重要的零件。

优质碳素结构钢的牌号以两位数字表示，数字代表该钢平均含碳量的万分数。

10~25号钢：含碳量低，强度低，塑性和韧性好，并且有良好的焊接性能，常用作承载不大、韧性要求高的零件，还常做冲压件、焊接件。

30~55号钢：经热处理后具有较高的强度和韧性，广泛用来制造在机器结构中受力的齿轮、轴、键、重要的螺钉等。

60号以上的钢：经热处理后具有高的强度、硬度和好的弹性，主要用来制造弹簧。

c．碳素工具钢这类钢用来制造低速切削刀具、量具和冲压或冷拉模具。

因此，必须具有高的硬度和耐磨性，这只有在含碳量足够高的钢经淬火后才能获得，故碳素工具钢都是高碳钢牌号：由汉语拼音字母“T”和数字组成，数字表示平均含碳量的千分之几。

例如：T7表示平均含碳量为0.7%的碳素工具钢。

高级优质碳素工具钢在牌号后而再附以字母“A”，如：T12A，即表示平均含碳量为1.2%的高级优质碳素工具钢。

晶体：晶体的原子在空间做有规则的排列非晶体：原子的排列是不规则的晶格：晶体中原子排列的格式。

晶胞：晶格中的一个基本单元。

纯铁在912℃以下也具有体心立方晶格结构纯铁在912℃—1394℃也具有面心立方晶格结构。

镁、锌等金属具有密排六方晶格结构结晶：原子由无序状态排列的液体转变为按一定几何形状排列的晶体，这个转变过程叫结晶结晶过程：a产生细小的晶体（晶核）—形核；自发形核和非自发形核。

b晶核长大，同时产生新的晶核；c形成晶粒。

晶粒：晶体中晶格位向基本一致的区域。

晶界：晶粒之间原子排列不规则的区域。

多晶体结构：由许多晶粒组成的结构。

晶粒越细小机械性能就越好结晶温度: 纯金属是在一定的温度下结晶平衡结晶温度（理论结晶温度）T0 ；纯金属的T0是一恒定值实际结晶温度T n；其随金属的冷却速度V冷变化而变化过冷度ΔT=T0-T n V冷↑ T n ↓ΔT ↑晶核增加，晶粒细化1538℃以上为液体，L1538-1394 ℃具有体心立方晶格，δ-Fe1394-912 ℃具有面心立方晶格, γ-Fe912 ℃以下具有体心立方晶格，α-Fe同素异晶转变：晶格类型随温度改变而改变的现象。

重结晶：固态下晶格类型的转变，亦存在生核和长大的过程。

组成合金的最基本的、能独立存在的物质，简称元在合金中凡是化学成份相同、晶格结构相同，并有界面与其它部分分割开的一个均匀区域，称为相。

合金组织的种类一）固溶体：组成合金的各组元在凝固后仍能保持溶解状态而形成均匀的固相叫固溶体。

二）金属化合物：合金的各组元相互化合而形成的一种新的晶体，它是单相组织。

大都晶格复杂，熔点高，硬而脆。

三）机械混合物：由两种以上的相按一定比例混合而成（珠光体是两相组织）间隙固溶体属于有限固溶体，它的溶解度随温度的增加而增加固溶强化：晶格变形，导致金属塑性变形阻力增加，故材料强度增加，硬度增加；溶质浓度增加，晶格畸变↑在铁碳合金中，碳存在形式：（1）以石墨形态而独立存在；（2）溶解于铁的晶格中；（3）和铁形成化合物。

（1）液相（L）：高温下，碳均匀地溶解在铁水中，用L表示（2）铁素体（F）：碳溶于α-Fe所形成的间隙固溶体，其结构为体心立方晶格。

在727℃有最大的溶解度0.0218%，室温下的溶解度仅为0.0008%，是一种软而韧的相（3）奥氏体（A）：碳溶于γ-Fe所形成的间隙固溶体，结构为面心立方晶格。

在1148℃时有最大的溶解度2.11%，在727 ℃时其溶碳量下降到0.77%。

也是一种软而韧的相（4）渗碳体（Fe3C）:是一种硬而脆的相。

渗碳体中碳的含量为6.69%，硬度高、强度低、塑性差，不能单独使用，而是与铁素体等组成机械混合物（5）珠光体（P）：由F与Fe3C相间排列而形成的机械混合物，碳的含量为0.77%，σb=800MPa δ=20~25% 180HB，其综合力学性能好。

（6）莱氏体：高温下是A与Fe3C组成的机械混合物（Ld），727℃以下则是由P与Fe3C组成的机械混合物（Ld'），w c=4.3%，性能硬而脆，700HB δ=0%。

热处理：加热、保温和冷却。

原理：同素异晶转变，固溶强化。

普通热处理：退火、正火、淬火、回火表面热处理：火焰加热、感应加热表面淬火等化学热处理：渗碳、渗氮、碳氮共渗等。

钢的退火---软化，将钢加热到适当温度，保持一定时间，然后缓慢冷却的热处理工艺。

目的：降低硬度，便于切削加工（适宜的加工硬度为170HB~230HB）；细化晶粒，均匀钢的组织和成分，改善钢的力学性能；消除内应力，以防止变形和开裂；为最终热处理做好组织准备钢的正火---强化，将钢加热到A C3或A ccm以上30~50℃，保温后在空气中冷却的工艺。

目的：细化晶粒，提高力学性能；提高硬度，以利切削加工；消除过共析钢中的网状二次渗碳体钢的淬火---硬化，将钢件加热到A C3或A c1线以上某一温度，保温一定时间，然后快速冷却以得到马氏体（M）组织的热处理工艺。

目的：获得M体组织，提高钢的硬度和耐磨性，为最终热处理做准备。

钢的回火：淬火后的钢件再加热到A C1点以下的某一温度，保温一定时间，然后冷却到室温的热处理工艺。

目的：稳定组织；消除应力；提高韧性。

结构钢：两位数字+合金元素符号+数字工具钢和特殊性能钢：一位数字+合金元素符号+数字铸造：熔炼金属，制造铸型，并将熔融金属浇入铸型，冷凝后得到所需形状和性能铸件的成形方法1.砂型铸造2.特种铸造：金属型铸造；压力铸造；离心铸造；熔模铸造；陶瓷型铸造铸造性能是合金的流动性、收缩性、偏析性和吸气性等性能的综合体现。

金属型铸造（永久型铸造）将液体金属浇入金属铸型以获得铸件的工艺过程。

压力铸造在高压（50~5000MPa）下，快速将液态或半液态金属压入金属型中，以得到铸件。

是对砂型铸造造型材料和浇注方法的改革。

离心铸造将液体金属浇入高速旋转的铸型中，使金属在离心力的作用下充填铸型和结晶。

熔模铸造*合金的流动：液体合金本身的流动能力a合金的流动性越好，就越能容易浇注出轮廓清晰、薄而复杂的铸件；b 有利于夹杂物和气体的上浮和排除，减少夹杂和气孔缺陷；c 有利于凝固过程中的补缩，减少缩孔和缩松。

*流动性的影响因素：a合金的种类；b合金的化学成分和结晶特征：纯金属和共晶成分的金属流动性最好；结晶温度范围越宽，流动性越差c合金的物理性能：粘度、结晶潜热、导热系数等。

充型能力：合金充满型腔，形成轮廓清晰、形状正确的优质铸件的能力。

铸造合金的收缩：铸件在凝固和冷却的过程中，其体积和尺寸减小的现象。

铸造内应力可分为三类：热应力、机械应力和相变应力。

偏析：铸件中化学成分不均匀的现象。

铸件结构的合理性1、铸件应有合理的壁厚2、壁厚力求均匀：避免金属堆积，产生缩孔、缩松、应力。

3、壁的连接：连续过渡，圆角连接，切忌尖角。

4、尽量避免过大的水平面5、避免变形和裂纹压力加工的分类（轧制、挤压、拉拔、自由锻、模锻、冲压）*常用的锻造方法：自由锻（手工/机械）、模锻、胎模锻冲压生产当板料厚度S<8～10mm时，通常不加热，称之为冷冲压；当板料厚度S>8～10mm时，则需采用热冲压。

冲压生产的基本工序有两大类：分离工序和变形工序分离工序：使板料的一部分与另一部分相互分离的工序。

种类：剪裁（切断）：切口是不封闭的或是敞开的。

冲裁：切口封闭，其包括两类：冲孔（带孔的板料是成品，冲下的部分是废料）和落料（带孔的板料是废料，冲下的部分是成品）。

焊接，就是在两块金属之间，用局部加热或加压等手段，借助于金属内部原子的结合力，使分离的金属连接成牢固整体的一种工艺方法焊接方法的分类：熔化焊、压力焊和钎焊焊接的接头处叫焊缝，靠近焊缝的半熔化区叫熔合区，临近熔合区的是热影响区常用焊接方法：焊条电弧焊、埋弧自动焊、气体保护焊（氩/二氧化碳）、电渣焊、电阻焊、摩擦焊、钎焊焊接变形矫正的方法：机械矫正、火焰加热矫正焊条由焊丝（导电、填充焊缝金属）和药皮（主要是保证焊缝质量，保护、稳弧、脱氧、脱硫磷、渗合金）两部分组成*焊条的型号E（表示碳钢焊条）43（焊缝金属抗拉强度的最小值）1（表示焊接位置）6（焊接电流种类和药皮类型）表示为碳钢焊条，焊缝σb≥430MPa，用于全位置焊接，药皮为低氢钾型，交流或直流反接。

焊条的牌号J（表示焊条的大类（结构钢焊条）42（焊缝金属抗拉强度的最小值（σb≥420MPa ））2（药皮类型和电流种类（钛钙型，交、直流）切削加工分类：1)钳工：工人手持工具完成的切削加工（锯、锉、刮、錾削、划线）2）机械加工（机加工：工人操作机床完成的切削加工）（车削、钻削、刨削、铣削和磨削）切屑是加工过程各种物理量的综合反映。