金属工艺学讲义

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⾦属⼯艺学讲义

绪论

⼀.概念:. 1）纯⾦属：⼀般有光泽，易导电和传热有延性的⼀类物质。

1.⾦属 2）合⾦：a：≥2种⾦属元素。

b：⾦属与⾮⾦属组成具有⾦属性质的物质。

2.⼯艺：对各种原材料、半成品进⾏加⼯、装配或热处理使之成为产品的⽅法与过程。

3.⾦属⼯艺学：是⼀门研究制造⾦属机件的⼯艺⽅法的综合性技术科学。

第⼀篇、⾦属材料及热处理⼩结

⼀、⾦属材料的性能1、⼒学性能：强度、刚度、塑性、硬度、冲击韧性、疲劳强度。

屈服点、抗拉强度、伸长率、断⾯收缩率、布⽒硬度、洛⽒硬度 2、物理、化学性能

铸造性能：流动性、收缩性3、⼯艺性能可锻性：塑性、变形抗⼒

焊接性：接合性能、使⽤性能

切削加⼯性；

⼆、碳合⾦相图1、体⼼⽴⽅晶格

1．原⼦—结点—晶格—晶胞—晶格类型 2、⾯⼼⽴⽅晶格 =单晶体=多晶体

3、密排六⽅晶格

晶格缺陷：点、线、⾯缺陷同素异构转变

不断形核实际结晶温度1、纯⾦属的结晶—冷却曲线过冷度

形核不断长⼤理论结晶温度.影响晶粒⼤⼩的因素是什么？

1化学成分

1组元

2、⼆元合⾦ 2稳定化合物

2相；液相、纯⾦属、固溶体、⾦属化合物

2．⾦属 3、⼆元匀晶相图：成分变化规律和杠杆定律

1、F 1、⼯业纯铁

2、A

4、铁碳合⾦相图 3、Fe3C====== 2、钢

4、P5、Ld 3、⽣铁

3、钢的分类（按化学成分和⽤途）

1普通碳素钢

低碳钢：Wc≤0.25%

中碳钢：Wc<0.6%

碳素钢按含碳量分⾼碳钢：Wc>0.6%2优质碳素钢碳素结构钢

按⽤途分易切钢

碳素⼯具钢

碳素弹簧钢1按合⾦含量分低合⾦钢：W合⾦总≤5%

中合⾦钢：5%≤W合⾦总≤10%

⾼合⾦钢：W合⾦总>10%

低合⾦结构钢

合⾦钢合⾦结构钢

合⾦弹簧钢2按⽤途分合⾦⼯具钢

⾼速⼯具钢

不锈钢

要求：常⽤钢的组织、性能、⽤途、牌号要掌握。

⼏个常⽤的牌号Q235-A 20CrMnTi 60Si2Mn HT200 W18Cr4V

Q345 45 ZGMn13 T10A 08F QT600-2

KTH370-12

1.钢中的杂质元素有哪些？⼀般认为有害元素是哪些？？

答：钢中的杂质元素有：C、Si、Mn、P、S等；

⼀般认为有害元素是：P、S。2.⼏个常⽤的牌号

Q235-A 20CrMnTi 60Si2Mn HT200 W18Cr4V Q345

45 ZGMn13 T10A 08F QT600-2KTH370-12

1、概念：加热、保温、冷却。

室温组织P1、析钢共A化 A化的形成过程1、钢在加热时的转变

2、亚共析钢A化 723-650

3、过析钢共A化 650-600

1、P的转变 600-550

等温冷却2、B⽒的转变B上、B下2、原理

3、M⽒的转变230以下

2、钢在冷却时的转变

连续冷却；炉冷、空冷、⽔冷、油冷1、退⽕：完全退⽕、球化退⽕、去应⼒退⽕、再结

晶退⽕2、正⽕

3、分类普通热处理 3、淬⽕

4、回⽕；低温回⽕、中温回⽕、⾼温回⽕

注：概念、分类、⼯艺、组织、性能、⽤途1、表⾯淬⽕

化学热处理2、化学热处理

1．简述回⽕的种类及相应的组织和⽤途？

1.概念

1化合态：Fe3C

2.C的存在形式

2游离态：G

1 铸铁 1普通灰铸铁： G⽚

1灰铸铁 2 蠕墨铸铁： G蠕

3可锻铸铁： G团

四常⽤铸件的⽣产 4球墨铸铁： G球3.分类2⽩⼝铸铁

1球化处理

3⿇⼝铸铁孕育处理

2 铸钢

1．简述普通灰⼝铸铁的⼒学性能？

铸造部分⼩结

⼀铸造概念1概念2性能：透⽓性、砂型强度、耐⽕性、退让性。

1.造型材料 1粘⼟砂：湿型砂、⼲型砂。

3分类： 2⽔玻璃砂

3油砂、合脂砂、树指砂。

1概念：

1.砂型铸造

2.造型⽅法

2特点：

⼆铸造分类 3.造芯⽅法2应⽤：

1熔模铸造：4低压铸造7连续铸造

2⾦属铸造：5离⼼铸造

2特种铸造 3 压⼒铸造：6陶瓷铸造

1浇注温度

1流动性影响因素 2化学成分

3铸型条件

1铸造性能 1 1浇注温度 2收缩性 2 凝固收缩影响因素 2化学成分三铸造材料的性能 3 3铸型条件 1.缩孔与缩松

2铸造缺陷 2 铸造应⼒ 1形成条件及防⽌办法

3.变形2定向凝固和同时凝固 4裂纹

1.概念

1化合态：Fe3C

2.C的存在形式

2游离态：G

1 铸铁 1普通灰铸铁： G⽚

1灰铸铁 2 蠕墨铸铁： G蠕

3可锻铸铁： G团

四常⽤铸件的⽣产 4球墨铸铁： G球3.分类2⽩⼝铸铁

1球化处理

3⿇⼝铸铁孕育处理

2 铸钢

21浇注位置 3

2分型⾯的选择 2

五铸件⼯艺图的绘制 33型⼼的设计

4铸造⼯艺参数 3 拔模斜度：

1砂型铸造

1铸造⽅法

1概念：铸件结构与 2 特种铸造的关系

2合⾦性能

六铸件结构⼯艺性 2铸件结构与砂型铸造的关系3铸件结构与特种铸造的关系

4铸件结构与合⾦性能的关系

P136

4.下列铸件在⼤批量⽣产时,应选哪种铸造⽅法?

铝活塞: ⾦属型铸造车床床⾝砂型铸造

摩托车⽓缸盖⾦属型铸造⽓缸套离⼼铸造

⼤模数齿轮铣⼑熔模铸造铸铁暖⽓⽚砂型铸造

汽车喇叭: 压⼒铸造汽轮机叶⽚熔模铸造

缝纫机头砂型铸造⼤⼝径球墨铸铁管离⼼铸造5. 为什么尽量选择共晶成分或结晶间隔窄的合⾦作为铸造合⾦?

答：因为共晶成分或结晶间隔窄的合⾦没有枝晶或枝晶少所以流动性好；

⼆是共晶成分或结晶间隔窄的合⾦没有凝固收缩或凝固收缩少所以收缩⼩；

所以尽量选择共晶成分或结晶间隔窄的合⾦作为铸造合⾦。

锻压部分⼩结

⼀．概念：塑性成形

⼆．分类：轧制、挤压、拉拔、⾃由锻、模锻、板料冲压。1）单晶体的滑移和孪⽣。

1 变形实质

2）多晶体。

1组织 2

冷态下 3

特点：加⼯硬化2 组织和特点组织再结晶组织

三．⾦属的塑性变形热态下纤维组织

特点各向异性3 冷变形再结晶

热变形

1）

ó化学成分 4 ⾦属的可锻性⾦属的本质

2）影响因素组织

变形温度

变形条件

变形速度

应⼒状态

锻压：锻造、冲压。1概念：

⾃由锻 1）基本⼯序：镦粗、拔长、冲孔、弯曲、扩孔 2⼯序 2）辅助⼯序3）修整⼯序

1概念： 1）拔长

制坯模膛 2）滚压

四．锻造⼯艺 3）弯曲

模锻 2 模膛 4）切断

预锻模膛

终锻模膛3模锻⼯艺分模⾯的选择

1概念：扣模

胎模锻弯曲模2 胎模种类套筒模、合模

1概念：

分离⼯序：剪切、落料、冲孔、切⼝。2基本⼯序

五．板料冲压变形⼯序：弯曲、拉伸、成形、翻边。

简单冲模3冲模连续冲模

复合冲模六．结构⼯艺性：⾃由锻、模⽓锻、冲压件，

焊接部分⼩结

⼀、概念：通过加热或加压或两者并⽤，并且⽤或不⽤填充材料，使焊件达到原⼦

结合的⼀种加⼯⽅法，叫焊接。

⼆、分类

⽓焊

电弧焊：⼿弧焊、埋弧⾃动焊、⽓体保护焊

熔焊电渣焊

等离⼦弧焊

电⼦束焊

电阻焊：点焊、缝焊、对焊

分类压焊摩擦焊

爆炸焊

扩散焊

超声波焊

硬钎焊

钎焊

软钎焊

三、焊条电弧焊1、电弧焊的冶⾦特点：（1）反应区温度⾼；（2）⾦属熔池体积⼩

2、⼿弧焊焊条由焊芯和药⽪两部分组成。

1）焊芯

①作为电弧焊的⼀个电极，与焊件之间导电形成电弧。—导电。

②在焊接过程中不断熔化，并过渡到移动的熔池中，与熔化的母材共同结晶形成焊缝。—填充⾦属。

2）焊条药⽪

1))作⽤

a）对熔池造成有效的⽓渣联合保护；

b）使熔池内⾦属液脱氧、脱硫以及向熔池⾦属中渗合⾦，提⾼焊缝的⼒学性能； c）起稳弧作⽤，以改善焊接的⼯艺性

酸性焊条2))焊条药⽪的种类

碱性焊条3))组成（P184）a）稳弧剂

b）造渣剂

c）造⽓剂

d）脱氧剂

e）合⾦剂

f）粘结剂

3、焊接接头的⾦属组织和性能的变化

温度范围:⼤于熔点L

组织:铸造晶粒渗合⾦

焊缝区

性能:抗拉与塑性不低于母材

可⽤调整化学成分及改变结晶形态以改善性能

温度范围: 1400~ 1250(固液相之间)

熔合区组织: 化学成分和组织不均匀.铸态组织+过热粗晶粒

性能: 塑性差、强度低是产⽣裂纹及局部脆性破坏的发源地

温度范围: 1250~ 1100

过热区组织:晶粒严重长⼤有粗⼤奥⽒组织

性能: 塑性、韧性降低。热裂纹多发⽣在此处⼒性最差

温度范围:1100~ 900

热影响区正⽕区

组织:⽣相变重结晶，空冷得到细晶粒（ F+P）

性能:度塑性均提⾼，综合性能好

温度范围: 900~700

部分相变区

组织: 晶粒⼤⼩不均

性能: ⼒学性能不均匀

（1）焊接应⼒与变形的原因焊接时局部加热是焊件产⽣焊

接应⼒与变形的根本原因。1收缩变形

2⾓变形

4、焊接应⼒与变形 3弯曲变形

（ 2）焊接变形的基本形式 4波浪变形5扭曲变形

5、⾦属材料的焊接性

1焊接性的概念：获得优质接头所采取⼯艺措施的复杂程度。

金属工艺学重点知识

1、什么是铸造合金的收缩性？有哪些因素影响铸件的收缩性？

答：合金在从液态冷却至室温的过程中，其体积或尺寸缩小的现象称为收缩。从浇注温度冷却到室温分为液态收缩、凝固收缩和固态收缩三个阶段。铸件收缩的大小主要取决于合金成分、浇注温度、铸件结构和铸型。

2、铸件中产生缩孔和缩松的主要原因是什么？生产工艺上有哪些预防措施？

答：铸件中产生缩孔和缩松的主要原因是固态收缩。为了减小铸件内应力，在铸件工艺上坷采取同时凝固原则。所谓同时凝固原则，就是采取工艺措施保证铸件结构上各部分之间没有温差或温差尽量小，使各部分同时凝固。此外，还可以采取去应力退火或自然时效等方法，将残余应力消除。

3、什么是铸件的冷裂纹和热裂纹？防止裂纹的主要措施有哪些？

答：如果铸件内应力超过合金的强渡极限时，铸件便会产生裂纹。裂纹分为热裂和冷裂两种。（1）热裂：热裂实在凝固后期高温下形成的，主要是由于收缩收到机械阻碍作用而产生的。它具有裂纹短、形状曲折、缝隙宽、断面有严重氧化、无金属光泽、裂纹沿晶界产生和发展等特性，在铸钢和铝合金铸件中常见。防止热裂的主要措施是：除了使铸件结构合理外，还应合理选用型砂或芯砂的防结剂，以改善其退让性；大的型芯可采用中空结构或内部填以焦炭；严格限制铸钢和铸铁中硫的含量；选用收缩率小的合金。（2）冷裂：冷裂是在较低温度下形成的，常出现在铸件受拉伸部位，特别是有应力集中的地方。其裂缝细小，成连续直线状，缝内干净，有时呈轻微氧化色。壁厚差别大，形状复杂或大而暴的铸件易产生冷裂。因此，凡是能减少铸件内应力或降低合金脆性的因素，都能防止冷裂的形成。同时在铸铜和铸铁中严格控制合金中的磷含量。

4、什么是砂型铸造的手工造型和及其造型？各有什么特点？

答：（1）手工造型：指全部用手工或手动工具完成的造型工序。手工造型按起模特点分为整模、挖沙、分模、活块、嵌箱、三箱等造型方法.手工造型方法比较灵活，适用性较强，生产准备时间较短，但生产率低、劳动强度大，铸件质量较差。因此，手工造型多用于单件小批量生产。（2）机器造型：指用机器完成全部或至少完成紧砂和起模操作的造型工序。机器造型可大大提高生产率和铸件尺寸精度，降低表面粗糙度，减少加工余量，并改善工人劳动条件，目前正日益广泛地应用于大批量生产中。

金属工艺学教案

教学教案

《金属工艺学》

专业：机电技术应用

班级： 2016级机电1、2班

* 师： ***

学年： 2016-2017学年第二学期

理论教学教案

NO：01

课程名称金属工艺学授课时数 2 周次

班级 2016级机电1班时间年月日节次

班级 2016级机电2班时间年月日节次

教学内容第一章金属的力学性能教学方式理论

【教学内容目标要求】

1、掌握金属材料的材料的强度、塑性、硬度、韧性与疲劳强度的定义与含义。

2、了解拉伸试验、硬度试验的过程与结果。

【主要能力点与知识点应达到的目标水平】

教学内容题目职业岗位知识点、能力点

与基本职业素质点目标水平

识记理解熟练操作应用分析

金属材料的力学性能知识点：

1、强度的定义

2、塑性的定义

3、硬度的定义

4、韧性的定义

5、疲劳强度的定义

能力点：

了解并掌握各知识点的定义。

职业素质渗透点：

体会金属材料的力学特点，在生产制造业中的应用。

√

【教学策略】

本次课程的内容主要采用课堂讲授的方式进行教学。在授课过程中针对每个知识点多举一些生产中的实例给学生进行解释，增加学生对知识点掌握程度。每个知识点结束后，进行小结，采用提问的方式对学生进行检测，根据学生的掌握情况随机调整下一个知识点讲授进度、内容和方法。

同时在授课过程中，多采用引出问题让学生首先进行理解和思考，然后老师进行讲解的方式进行教学。

金属工艺学考试资料

冲型：液态合金填充铸型的过程

充型能力：液态合金充满铸型型腔，获得形状准确，轮廓清晰逐渐的能力。

冲型不足产生的缺陷：浇不足，冷隔。

浇不足：在型腔被填满之间，形成的晶粒将充型的通道堵塞，金属液被迫停止流动，铸件产生浇不足。

冷隔：虽然工件充型完整，但在某断面处可能是从两个方向填充的液态合金，在此断面处存在有未完全融合的接缝。

合金流动性：液态合金本身的流动能力。

影响合金流动性的因素：化学成分的影响最为显著，纯金属和共晶成分合金流动性好，结晶温度范围宽的合金流动性差。

铸件凝固方式：逐层凝固，糊状凝固，中间凝固。

影响铸件凝固方式的因素：合金的结晶温度范围和铸件的温度梯度是影响铸件凝固方式的主要因素，一般结晶温度范围越窄，越趋向于逐层凝固，越宽越趋向于糊状凝固。

合金的收缩过程：液态收缩，凝固收缩，固态收缩。

影响合金收缩大小的因素：化学成分，浇注温度，铸件结构和铸型条件。

缩孔：铸件内形成的较大的空腔。

缩松：铸件内分散在一定区域内的细小缩孔群。

影响缩孔缩松形成的因素：合金液态收缩和凝固收缩越大，浇注温度越高，铸件越厚，缩孔容积越大；结晶温度范围越窄的合金，缩孔倾向大，缩松倾向小；结晶温度范围越宽的合金，缩孔倾向小，缩松倾向大。

缩孔缩松的防止方法：保证顺序凝固，在铸件厚大部位增设冷铁。

铸件防止应力变形的方法：尽可能使铸件的壁厚设计均匀，形状对称；在铸造工艺上采用同时凝固原则，以使冷却均匀；采用“反变形”法工艺，用“反变形”抵消铸件产生的变形。

灰口铸铁熔炼炉料的组成：金属料，回炉铁，废钢，铁合金，燃料，溶剂。

铸钢生产的工艺特点：强度高，有塑性即韧性，适于制造形状复杂的大铸件；熔点高，容易氧化，流动性差；收缩率大，是铸铁的三倍，易产生浇不足、缩孔等缺陷。

粘接剂：粘土，水玻璃。

完整合格砂型应包括：恰当的分型面，足够的沙层厚度，合理的浇注系统，良好的气体输出通道，通气孔应畅通。

典型浇注系统组成部分：外浇口，直浇口，横浇口，内浇口。