金属工艺学总结

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金属工艺学

第一篇 金属材料导论

1、 性能

金属材料最常用的强度指标是屈服强度和抗拉强度； 塑性指标是延伸率和断面收缩率。

强度：材料抵抗变形和断裂的能力。

塑性:金属材料产生塑性变形而不被破坏的能力.

硬度：材料表面抵抗其他更硬物体压入的能力。

韧性：材料抵抗冲击载荷的能力。

材料的工艺性能包括: 铸造性、 锻造性、 焊接性、 热处理性能和切削加工性能。

2、 常见的金属晶体结构为 体心立方、面心立方和密排六方三种类型。

3、铁碳合金及碳钢

碳钢：含碳量为0。0218% ～2.11％的铁碳合金.

铸铁：含碳量为 2。11%~ 6。69%的铁碳合金。

在Fe-Fe3C相图中，钢与铁的分界点的含碳量为2.11％。

铁素体：是碳在α-Fe中所形成的间隙固溶体,为体心立方晶格。

奥氏体是碳在γ-Fe中所形成的间隙固溶体，为面心立方晶格。

渗碳体是 Fe 和 C 形成的化合物，其性能特点是硬度高，脆性大。

珠光体是由铁素体和渗碳体组成的机械混合物。

4、钢的热处理

钢的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。

常用的热处理工艺有退火、正火、淬火、回火、表面淬火、化学热处理等。

退火：将钢加热到一定温度，保温一定时间，然后随炉冷却的一种热处理工艺

正火：将钢加热到一定温度，保温一定时间,然后在空气中冷却的一种热处理工艺

淬火:将钢加热到高温奥氏体状态后急冷，使奥氏体过冷到Ms点以下，获得高硬度马氏体的工艺。

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亚共析钢淬火加热温度：Ac3+30～50℃

过共析钢淬火加热温度：Ac1+30～50℃，组织:M+Fe3C+A残

回火：将淬火钢加热到A1以下的某温度保温后冷却的工艺。

45钢用作轴类零件要求有较好的综合力学性能,应选择的热处理方法是调质。

5、合金钢

按钢中合金元素含量高低，可将合金钢分为低合金钢；中合金钢；高合金钢

典型牌号：

20CrMnTi：表示平均含碳量为0.2%，含Cr量、含Mn量与含Ti量均小于1。5%的合金渗碳钢。

60Si2Mn:表示平均含碳量为0.6％，含Si量为2%、含Mn量小于1.5%的合金弹簧钢。

65Mn是常用的合金弹簧钢，“65”表示的含义是钢中的含碳量为0.65%。

6、铸铁

1）按基体显微组织，灰铸铁可分为：

F灰铸铁：强度、硬度和耐磨性较低,而塑性较好；

P灰铸铁:强度、硬度较高,耐磨性较好,而塑性较差；

F+P灰铸铁：性能介于上述两者之间.

变质处理后的灰铸铁叫变质铸铁或孕育铸铁,生产孕育（变质)铸铁常用的孕育剂是硅铁.

一般机床床身、减速机箱体要求抗振、耐磨，因此采用HT200或HT150。

2）铸铁按碳存在的形式和石墨形态分为白口铸铁、灰铸铁、可锻铸铁、球墨铸铁、蠕墨铸铁五种.

白口铸铁中碳主要以渗碳体形式存在；

灰铸铁中石墨的形态为片状；

可锻铸铁中石墨的形态为团絮状；

球墨铸铁中的石墨的形态为球状；

蠕墨铸铁中的石墨的形态为蠕虫状.

3、可锻铸铁在高温下不能进行锻造加工。

生产球墨铸铁常用的球化剂是稀土镁合金。

4、HT200表示抗拉强度为200MPa的灰铸铁,常用作普通车床床身.

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QT400—18球墨铸铁，其中“400”表示最低抗拉强度400MPa，“18”表示最低延伸率18% 。

QT700-2：表示抗拉强度为700MPa，延伸率为2％的球墨铸铁。

HT100、KTH300—06、QT400—18的力学性能各不相同，主要原因是它们的石墨形态不同。

第二篇 铸造

1、铸造：将液体金属浇铸到与零件几何形状相适应的铸型空腔中，待其冷却凝固后,以获得零件或毛坯的方法。

最广泛的铸铁熔炼设备是冲天炉。

合金的铸造性能主要是指流动性和收缩。

合金在凝固过程中的收缩可分为三个阶段，依次为液态收缩、凝固收缩 和固态收缩.

给铸件设置冒口的目的是为了将缩孔转移到冒口之中。由于铸钢件的体收缩较大,一般都要安置冒口和冷铁，以实现顺序凝固。

2、浇注位置：指浇注时铸件在铸型中所处的空间位置。

浇注位置的选择原则：

铸件的重要加工面应朝下或位于侧面；

铸件的大平面应朝下；

面积较大的薄壁部分置于铸型下部或侧面；

铸件厚大部分应放在上部或侧面.

铸件的大平面若朝上，浇注过程中金属液对型腔上表面有强烈的热辐射，型砂因急剧热膨胀和强度下降而拱起或开裂，导致铸件表面形成夹砂缺陷。

3、分型面：上下砂型相互接触的表面

分型面是为起模或取出铸件而设置的，砂型铸造所用的铸型有分型面，而熔模铸造和金属型铸造所用的铸型没有分型面。

型砂中加入木屑的目的是为了提高型砂的退让性和透气性。

3、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作模样时,必须留有一定的倾斜度，此斜度称为起模斜度。

4、 型芯头

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垂直安放的型芯为了稳定最好要有上下型芯头。

尽量不用或少用砂芯.如下图铸件：

不合理.

理由:采用中空结构，要用悬臂型芯和型芯撑加固。

改正后为：

常用的特种铸造方法主要有 熔模铸造、 压力铸造、 金属型铸造和 离心铸造等。

第三篇 锻压

金属的可锻性常用塑性和变形抗力来综合衡量。

1、金属在再结晶温度以下进行的塑性变形称为冷加工或冷变形。

再结晶温度以上进行的塑性变形称为热加工或热变形.

冷、热变形的区分原则是变形时的温度是否高于再结晶温度。高于再结晶温度的变形是热变形,低于再结晶温度的变形是冷变形。金属在室温下进行变形加工不一定是冷加工

在设计和制造锻件时，应使锻件工作时的最大拉应力方向与纤维方向平行，

最大切应力方向与纤维方向垂直。

2、加工硬化：金属在进行塑性变形时，随变形程度的增大，强度和硬度上升而塑性下降的现象称为加工硬化。

3、自由锻：利用冲击力或压力使金属在上、下两抵铁之间产生变形,得到所需的形状和尺寸的锻件的成形加工方法.

自由锻的工序可分为 基本工序、辅助工序和精整工序三大类。

自由锻时，为了简化锻件形状，便于锻造而附加上去的那部分金属叫做敷料。

自由锻冲孔前, 通常先要镦粗， 以使冲孔面平整和减小冲孔深度.

锻件加热时如产生过烧，则无法挽救.

自由锻件结构工艺性

1)避免斜面和锥度

2）避免曲面相交

3)避免加强筋和凸台

4)采用组合工艺

例:下面自由锻件的结构不合理。

不合理的理由:自由锻件上锥体和斜面结构,使锻造工艺复杂，操作不方便，

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降低设备利用率。改正后如下图.

4、模锻:加热后的金属坯料在模膛中受压成型，得到与模膛形状相符的锻件的锻造工艺

模锻斜度：锻模模膛内，垂直于分模面的侧壁上所具有的斜度叫模锻斜度。

模锻件上必须有模锻斜度，这是为了便于取出锻件.

分模面的选择

1） 保证锻件能从模膛中取出；

2） 尽量使模膛浅而对称；

3） 使锻件上所加敷料最少；

4） 分模面应最好是平直面；

5） 使上下两模沿分模面的模膛轮廓一致。

例下图所示模锻件所选分模面分析

选择图d分模面比较合理。理由为上述5条。

5、板料冲压:利用冲模使金属板料产生分离或变形的加工方法.

板料冲压的基本工序分为分离和变形两大类。

板料在冲压弯曲时，弯曲圆弧的弯曲方向应与板料的纤维方向垂直。

第四篇 焊接

1、焊接:通过加热或加压，或两者并用使被连接件达到原子或离子结合的一种加工方法。

一般把金属的焊接分为熔化焊、压力焊和钎焊三大类。

焊接接头是指焊缝与热影响区。

焊缝的主要接头形式有 对接接头、T形接头、角接接头、搭接接头 等四种。

焊接较厚工件开坡口的目的是为了使工件焊透.

2、焊接应力与变形

焊接过程的加热和冷却受到周围冷金属的阻碍而不能自由膨胀和收缩，导致产生焊接应力与变形，甚至产生裂纹

预防和减小焊接变形的措施有：焊前合理设计结构（如避免焊缝密集、交叉；减少焊缝数量、长度和截面）；工艺措施:合理安排焊接顺序、反变形法、刚性固定法；

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1）下面焊接件的结构不合理。

理由：焊缝交叉或过分集中会造成焊接接头处严重过热，增大热影响区范围,使组织恶化且增大焊接应力和变形。改正后正确的结构图为:

2）下面焊接件的结构不合理。

理由:焊缝应尽量避开最大应力断面和应力集中位置.改正后正确的结构图为：

3、手工电弧焊：是利用焊条与工件之间产生电弧热,将工件与焊条熔化而进行焊接的方法。

电焊条由焊条芯和药皮组成。

焊芯的主要作用是导电和填充焊缝金属；药皮的主要作用是稳弧、造气、造渣、脱氧、合金、粘结等或用于保证焊接顺利进行，并使焊缝具有一定的化学成分和力学性能。

焊接低碳钢或普低钢时，选用电焊条的基本原则是等强度原则。

氩弧焊:是以氩气作为保护气体的电弧焊。

4、焊接性估算

碳当量法：碳钢及低合金结构钢的碳当量经验公式

w(C）当量〈0.4％时，焊接性良好

w(C)当量=0.4~0。6%时，焊接性下降

w（C)当量>0.6％时，焊接性不好

因此，在焊接性估算中， 碳含量低、合金元素含量低焊接性比较好.低碳钢的焊接性比高碳钢好。

5、 电阻焊可分为点焊、缝焊和对焊三种形式。

6、钎焊：利用熔点低于焊件的钎料作填充金属，加热使钎料熔化,通过液态钎料填充间隙，并与母材相互扩散的一种焊接方法。

硬钎焊与软钎焊的主要区分是钎料的熔点高低.