工程材料复习资料.docx

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1、工程材料与成形技术基础概念定义原理规律小结一、材料部分20材料在外力作用下抵抗变形和断裂的能力称为材料的 材料在外力作用下显现出的塑性变形能力称为材料的 拉伸过程中，载荷不增加而应变仍在增大的现象称为 称为材料的屈服点。拉伸曲线上D点的应力db称为材料的 抗拉强度 硬度是指材料抵抗其他硬物压入其表面的能力， 况下，材料的硬度越高，其耐磨性就越好。强度。塑性。屈服。拉伸曲线上与此相对应的点应力d S ,它表明了试样被拉断前所能承载的最大应力。 它是衡量材料软硬程度的力学性能指标。一般情韧性是指材料在塑性变形和断裂的全过程中吸收能量的能力，它是材料塑性和强度的综合表现。 材料在交变应力作用下发生的

2、断裂现象称为疲劳断裂。疲劳断裂可以在低于材料的屈服强度的应力下发生，断裂前也无明显的塑性变形，而且经常是在没有任何先兆的情况下突然断裂，因此疲劳断 裂的后果是十分严重的。在晶体中，原子（或分子）按一定的几何规律作周期性地排列；晶体表现出各向异性；具有的凝固 点或熔点。而在 非晶体中，原子（或分子）是无规则地堆积在一起。常见的有体心立方晶格、面心立方 晶格和密排六方晶格。体心立方晶格的致密度比面心立方晶格结构的小。金属的结晶都要经历晶核的 形成和晶核的长大两个过程。由两种或两种以上的金属、或金属与非金属，经熔炼、烧结或其他方法组合而成并具有金属特性的物质称为合金；合金中具有同一化学成分且结构相同

3、的均匀部分称为相。通过溶入溶质元素形成固溶体，使金属材料的变形抗力增大，强度、硬度升高的现象称为固溶强化，它是金属材料强化的重要途径之一。（马氏体型转变、合金化）金属自液态经冷却转变为固态的过程是原子从排列不规则的液态转变为排列规则的晶态的过程， 称为金属的结晶过程。金属从一种固态过渡为另一种固态的转变即相变，称为二次结晶或重结晶。实验证明，在一般的情况下，晶粒长大对材料力学性能不利，使强度、塑性、韧性下降。晶粒越细，金属的强度、塑性和韧性就越好。因此，晶粒细化 是提高金属力学性能的最重要途径之一。相图：是表示合金在缓慢冷却的平衡状态下相或组织与温度、成分间关系的图形，又称为平衡相 图或状态图

4、。二元合金系中两组元在液态和固态下均能无限互溶，并由液相结晶出单相固溶体的相图称为二元匀晶相图。在一定温度下，由一定成分的液相同时结晶出成分一定的两个固相的过程称为共晶转变。合金系的两组元在液态下无限互溶，在固态下有限互溶，并在凝固过程中发生共晶转变的相图称为二元共晶相图。共晶反应：1148 CLcLd Ae+FcbCf在一定温度下，已结晶的一定成分的固相与剩余的一定成分的液相发生转变生成另一固相的过程 称为包晶转变。两组元在液态下无限互溶，固态下有限互溶，并发生包晶转变的构成的相图，叫二元包晶相图。在恒定的温度下，一个有特定成分的固相分解成另外两个与母相成分不相同的固相的转变称为727- C

5、共析转变，发生共析转变的相图称为 共析相图。共析反应： 民匚二二* P（Fp + Fe3CK ）铁碳相图：（要掌握）铁素体-碳溶于a -Fe中的间隙固溶体，以符号 F表示。体心立方晶格奥氏体-碳溶于丫 -Fe中的间隙固溶体，以符号 A表示。面心立方晶格渗碳体-是一种具有复杂晶格结构的间隙化合物，分子式为FesG珠光体一是铁素体和渗碳体组成的两相机械混合物，常用符号P表示。莱氏体-是奥氏体和渗碳体组成的两相机械混合物，常用符号Ld表示。C%一般机械零件和建筑结构主要选用低碳钢和中碳钢制造。如果需要塑性、韧性好的材料，就应选用碳质量分数小于 0.25%的低碳钢；若需要强度、塑性及韧性都好的材料，应

6、选用碳质量分数为 0.3% 0.55%的中碳钢；而一般弹簧应选用碳质量分数为 0.6% 0.85%的钢。对于各种工具，主要选用高碳 钢来制造，其中需要具有足够的硬度和一定的韧性的冲压工具，可选用碳质量分数为0.7 % 0.9%的钢制造；需要具有很高硬度和耐磨性的切削工具和测量工具，一般可选用碳质量分数为1.0% 1.3 %的钢制造。钢在高温时为奥氏体组织，而奥氏体的强度低、塑性好，有利于塑性变形。因此，钢材的轧制或锻压，一般都是选择在奥氏体区的适当温度范围内进行。钢在热处理时，首先要将工件加热，使之转变成奥氏体组织，这一过程也称为奥氏体化。奥氏体晶粒越细，其冷却产物的强度、塑性和韧性越好。随着

7、合金中碳质量分数的增加，合金的熔点越来越低，所以铸钢的熔化温度与浇注温度都要比铸铁高得多。共晶成分的铁碳合金，不仅其结晶温度最低，其结晶温度范围亦最小（为零）。因此，共晶合金有良好的铸造性能。热处理是将金属或合金在固态下经过加热、保温和冷却等三个步骤，以改变其整体或表面的组织，从而获得所需性能的一种工艺。C 曲线（等温转变曲线，也称为“TTT ”曲）表明了过冷奥氏体转变温度、转变时间和转变产物之间的关系。左边一条为转变开始线，右边一条为转变终了线。1. 珠光体型转变一一高温转变（Ai550C ）：珠光体（P）、索氏体（S）和托氏体（T）。2. 贝氏体型转变一一中温转变（550C Ms）下贝氏体

8、强度和硬度高 （5060HRC），并且具有良好的塑性和韧度。3马氏体型转变一一低温转变（MsMf）马氏体是碳在a -Fe中的过饱和固溶体。产生很强的固溶强化效应，使马氏体具有很高的硬度。在c曲线的下面还有两条水平线，上面一条为马氏体转变开始的温度线（以Ms表示），下面一条为马氏体转变终了的温度线 （以Mf表示）。退火：将钢加热到一定温度并保温一定时间然后随炉缓慢冷却的热处理工艺。降低硬度、改善切削加工性能，消除残余应力。正火：将钢加热到Ac3（对于亚共析钢）或Accm（对于过共析钢）点以上30-50C,保温一定时间后， 在空气中冷却，从而得到珠光体类组织的热处理工艺。提高钢的强度和硬度。淬火是

9、以获得马氏体组织为目的的热处理工艺，最常用的淬火冷却介质是水和油。提高钢的硬度和耐磨性；获得优异综合力学性能。回火：将淬火钢重新加热到 Aci以下某一温度，经适当保温后冷却到室温的热处理工艺。过冷奥氏体的连续冷却转变曲线 （CCT曲线）Ps和Pf分别为过冷奥氏体转变为珠光体的开始线和终了线，两线之间为转变的过度区，KK'线为转变的终止线，当冷却到达此线时，过冷奥氏体便终止向珠光体的转变，一直冷到Ms点又开始发生马氏体转变。V1相当于炉冷（退火），转变产物为珠光体。V2和V3相当于以不同速度的空冷（正火），转变产物为 索氏体和托氏体。V4相当于油冷，转变产物为托氏体、马氏体和残余奥氏体。

10、V5相当于水冷，转变产物为马氏体和残留奥氏体。时间IgT调质处理：淬火后再进行高温回火处理。调质处理得到的是回火索氏体组织，具有良好的综合力 学性能。力学性能与正火相比，不仅强度高，而且塑性和韧性也较好。冷处理：把淬冷至室温的钢继续冷却到 -70 80C（或更低的温度）保持一段时间，使残余奥氏体转 变为马氏体。时效：将淬火后的金属工件，置于室温或低温加热下保持适当时间，以提高金属强度（和硬度） 的热处理工艺。表面淬火：将工件表面层淬硬到一定深度，而心部仍保持未淬火状态的一种局部淬火法。表面硬 度高、耐磨性好，而心部韧性好。化学热处理：将工件置于一定的介质中加热和保温，使介质中的活性原子渗人工件

11、表层，改变其 表面层的化学成分、组织和性能的热处理工艺。分为渗碳、氮化、碳氮共渗、渗硼、渗铝等。主要目的是提高工件的表面硬度、耐磨性以及疲劳强度，有时也用于提高零件的抗腐蚀性、抗氧化性。可控气氛热处理：向炉内通人一种或几种一定成分的气体，通过对这些气体成分的控制，使工件 在热处理过程中不发生氧化和脱碳。形变热处理：将形变与相变结合在一起的一种热处理新工艺。能获得形变强化与相变强化的综合作，是一种既可以提高强度，又可以改善塑性和韧性的最有效的方法。激光热处理：（1）激光加热表面淬火；（2）激光表面合金化。气相沉积技术：利用气相中发生的物理、化学反应，生成的反应物在工件表面形成一层具有特殊 性能的

12、金属或化合物的涂层。钢的牌号：普通碳素结构钢 如Q235A。优质碳素结构钢：两位数字表示平均碳质量分数，单位为万分之一如钢号45。碳素工具钢：“ T”后跟碳质量分数的 千分之几如“ T8”。铸钢ZG270-500表示屈服强度为 270MPa、抗拉强度为500MPa的铸钢。合金结构钢该类钢的钢号由“数字+合金元素+数字”三部分组成。前两位数字表示钢中平均碳质量分数的万分之几；合金元素用化学元素符号表示，元素符号后面的数字表示该元素平均质量分数。当其平均质量分数<1.5%时，一般只标出元素符号而不标数字。合金工具钢：编号前用一位数字表示平均碳质量分数的千分数，如9CrSi钢，表示平均碳质量分

13、数为0.9% （当平均碳质量分数1%时，不标出其碳质量分数），合金元素Cr、Si的平均质量分数 都小于1.5%的合金工具钢。 高速钢（高合金工具钢）的钢号中一般不标出碳质量分数，仅标出合金 元素的平均质量分数的百分数，如W6Mo5Cr4V2。滚动轴承钢高碳铬轴承钢属于专用钢， 该类钢在钢号前冠以“G”，其后为Cr+数字来表示，数字表示铬质量分数的千分之几。例如GCrl5钢，表示的平均质量分数铬为1.5%的滚动轴承钢。特殊性能钢特殊性能钢的碳质量分数也以 千分之几表示。如“ 9Crl8"表示该钢平均碳质量分数为0.9%; 1Cr18Ni9Ti表示该钢平均碳质量分数为0.1%左右，铬平均

14、质量分数铬为1 8%,镍平均质量分数铬为9%,钛平均质量分数铬为1 %左右。但当钢的碳质量分数w0.03%及w 0.08%时，钢号前应分别冠以 00及0表示。如00Crl8Nil0 , 0Crl9Ni9等。合金元素在钢中的作用：1 强化铁素体-溶于铁素体，产生固溶强化作用；2形成合金碳化物；3 阻碍奥氏体晶粒长大；4、提高钢的淬透性；5 提高回火稳定性。渗碳钢通常是指经渗碳、淬火、低温回火后使用的钢，碳在0.10%0.25 %之间。调质钢一般指经过调质处理后使用的碳素结构钢和合金结构钢，碳0.27% 0.50 %之间。铸铁是碳质量分数大于 2.11%的铁碳合金。主要由铁、碳、硅、锰、硫、磷以及

15、其他微量元素组 成。铸铁具有优良的铸造性、切削加上性、减摩性、吸震性和低的缺口敏感性，加之其熔炼铸造工艺 简单，价格低廉，所以铸铁是机械制造业中最重要的材料之一。铸铁力学性能标注 部分为一组数据时表示其抗拉强度值；为两组数据时，第一组表示抗拉强度值，第二组表示伸长率值，两组数字之间用“一”隔开。有色金属及其合金又称非铁材料,是指除铁、铬、锰之外的其他所有金属材料。纯铝为面心立方晶格，无同素异构转变。纯铝不能热处理强化，冷加工是提高纯铝强度的唯一手段。铝合金的强化：固态铝无同素异构转变，因此不能象钢一样借助于热处理相变强化。合金元素对铝的强化作用主要表现为固溶强化、时效强化和细化织织强化。钛及其

16、合金的主要特点是比强度高、耐腐蚀。钛具有同素异构转变，在882 5C以下为密排六 方晶格的a Ti相，在该温度以上为 体心立方晶格 的B Ti相。合金元素可提高钛的强度 ，也影 响到钛的同素异晶转变温度。钛合金的热处理方法有退火、淬火 +时效和化学热处理等。铜及其合金 按其表面颜色，分为 纯铜、黄铜、青铜和白铜，其中后三种为铜合金。黄铜是以锌为主加元素的铜合金，只含锌黄铜称为普通黄铜 。白铜是以镍为主加元素的铜合金；青铜是除锌和镍以外的其他元素作为主加元素的铜合金。滑动轴承合金是用来制造滑动轴承中的轴瓦及内衬的合金，应具备以下 基本性能：（1）常温下具有足够的强度、硬度、冲击韧性和疲劳极限。（

17、2）耐磨性好，与轴的摩擦系数小，热膨胀系数小，导热性能好.（3）有良好的磨合性和抗蚀性能 。轴承合金的组织特点应是在软基体上均匀分布着硬质点或硬基体上分布着软质点。高分子材料 是由相对分子质量104以上的（有机）化合物构成的材料。它是以聚合物为基本组分的材料，所以又称聚合物材料或高聚物材料。线型和支链型聚合物加热能变软、而冷却能变硬的可逆的物理特性，称为“ 网状结构的聚合物不易溶于溶剂，加热时不熔融，具有良好的耐热性和强度，脆性大，只能在形成网状结构之前进行一次成型，不能重复使用。这种性质称为“热塑性”。但其弹性差、塑性低、热固性”。高聚物的一些力学性能，如抗拉强度，抗冲击强度、弹性模量、硬度

18、等，都随分子量的增加而增加结晶度越高，分子链排列越紧密，分子间的作用力就越强，硬度、强度和弹性模量增加，但伸长率 相应地减小。塑料制品是指以有机合成树脂为主要成分，添加多种起不同作用的添加剂，然后经过加热、加压而制 成的产品。工程塑料的成形 （主要有注塑、挤压、吹塑、压延、浇注 等方法）注塑成形注塑机的工作原理与打针用的注射器相似，它是借助螺杆（或柱塞）的推力，将已塑化好的熔融状态（即粘流态）的塑料注射入闭合好的模腔内，经固化定型后取得制品的工艺过程。合成纤维是由合成高分子为原料通过拉丝工艺而制成的。橡胶的突出特点是在很宽的温度（-40150 C）范围内具有高弹性，所以又称高弹体，它还有较好的

19、 抗撕裂、耐疲劳特性，在使用中经多次弯曲、 拉伸、剪切和压缩不受损伤， 并还具有不透水、 不透气、 耐酸碱和绝缘等性能。胶粘剂（或粘合剂）指能把同种的或不同种的固体材料连接在一起的媒介物质。是采用合成高分子 化合物作为主剂，配合各种固化剂、增塑剂、稀释剂、填料以及其他助剂等配制而成。涂料属于一种特殊的液态物质，它可以涂覆到物体的表面上，固化后形成一层连续致密的保护膜 或特殊功能膜。涂料一般由 不挥发成分 和稀释剂两大部分组成，涂料经涂覆后，稀释剂逐渐挥发，留 下不挥发成分固化成膜。陶瓷材料可定义为：经高温处理工艺所合成的无机非金属材料。生产工艺包括：原料制备一坯料成形一烧结三大步骤。陶瓷材料具

20、有高硬度、高耐磨性、耐腐蚀 性、耐高温、绝缘性能及其他一些特殊的功能复合材料是指由两种或两种以上异质、异形、异性的材料，以宏观或微观的方式复合形成的新 型材料，它一般由基体组元和增强体或功能组元所组成。在工程上，复合材料主要是为了克服金属、 高聚物及陶瓷等传统的单一材料的某些不足，实现材料强度、韧性、质量以及稳定性等方面综合性能 的全面改善和提高。如钢筋混凝土、 玻璃钢。结构复合材料是指用于结构零件的复合材料，一般是由高强度、高模量的增强体与强度低、韧性好、低模量的基体组成。复合材料的性能：1. 高的比强度和比模量。2.抗疲劳性能和抗断裂性能良好。3.减摩与减振性能。4.高温性能优良。二、成形

21、技术部分金属材料成型与工艺性-包括铸造、压力加工、焊接和机械加工等四种成形和加工方法。铸造-是熔炼金属、制造铸型并将熔融金属流入铸型、凝固后获得一定形状和性能的铸件成形方法。（将液态金属浇注到与零件形状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。）铸造的方法很多，目前应用最为普遍的是 砂型铸造。其它铸造方法统称为 特种铸造。常用的特种铸 造方法有：熔模铸造、金属型铸造、压力铸造、低压铸造、离心铸造、陶瓷型铸造、连续铸造等。 铸造生产特点：适应性强，成本低廉.不足之处：铸造组织的晶粒比较粗大，且内部常有缩孔、缩 松、气孔、砂眼等铸造缺陷，因而铸件的机械性能一般不如锻件 合金的收

22、缩：体收缩 率是铸件产生缩孔或缩松的根本原因。线收缩率是铸件产生 应力、变形、裂纹 的根本原因。液态合金在冷凝过程中，若其液态收缩和凝固收缩所缩减的容积得不到补充，则在铸 件最后凝固的部位形成一些孔洞。大而集中的称为缩孔，细小而分散的称为缩松。防止铸件变形的方法：1）使铸件壁厚尽可能均匀；2 ）采用同时凝固的原则；3）采用反变形法。铸件的裂纹与防止1、 热裂 热裂的形状特征是：裂纹短、缝隙宽、形状曲折、缝内呈氧化色。热裂的防止： 应尽量选择凝固温度范围小，热裂倾向小的合金。 应提高铸型和型芯的退让性，以减小机械应力。 对于铸钢件和铸铁件，必须严格控制硫的含量，防止热脆性。2、冷裂冷裂的特征是：

23、裂纹细小，呈连续直线状，缝内有金属光泽或轻微氧化色。冷裂的防止：1）使铸件壁厚尽可能均匀；2 ）采用同时凝固的原则；3 ）对于铸钢件和铸铁件，必须严格控制磷的含量，防止冷脆性。金属型铸造-将液态金属 浇入金属型，获得铸件的生产方法。获得熔模铸造-在易熔模样表面包覆若干层耐火材料，待其硬化干燥后，将模样熔去制成中空型壳，经 浇注而获得铸件的一种成形工艺方法。低压铸造-是在0.20.7大气压的低压下将金属液注入型腔，并在压力下凝固成形，以获得铸件的方法。压力铸造-液态金属在高压作用下快速压入金属铸型 中，并在压力下结晶，以获得铸件的成形工艺方法。 连铸-是将熔融的金属，不断浇入一种叫做结晶器的特殊

24、金属型中，凝固（结壳）了的铸件连续不断地从结晶器的另一端拉出，以获得任意长或特定的长度的铸件。冒口 -是在铸型中设置的一个储存补缩用金属液的空腔。浇注系统-引导金属液进入铸型型腔的一系列通道的总称。型芯-功用是形成铸件的内腔、孔洞和形状复杂阻碍起模部分的外形。芯头的作用：1）定位作用；2）固定作用；3）排气作用。分型面一是指铸件组元间的结合面，即分开铸型便于起模的结合面。分型面的选择1. 分型面应选在铸件的最大截面处。2. 应尽量使铸件的全部或大部置于同一砂箱，以保证铸件的尺寸精度。3. 应尽量减少分型面的数量，并尽可能选择平面分型。4. 为便于造型、下芯、合箱及检验铸件壁厚，应尽量使型腔及主

25、要型芯位于下箱。铸件结构设计一、 铸件壁厚的设计 1合理设计铸件壁厚-在砂型铸造条件下，临界壁厚3 x最小壁厚 在最小壁厚和临界壁厚之间就是适宜的铸件壁厚。2 铸件壁厚应均匀、避免厚大截面二、铸件壁的连接1.铸件的结构圆角；2 .避免锐角连接3 .厚壁与薄壁间的联接要逐步过渡；4 .减缓筋、辐收缩的阻碍。三、铸件外形的设计 1 避免外部侧凹、凸起； 2 分型面应尽量为平直面；3 凸台、筋条的设计应便于起模。四、铸件内腔的设计1 应尽量减少型芯的数量，避免不必要的型芯。 2 便于型芯的固定、排气和清理。压力加工 : 是在外力作用下， 使金属坯料产生塑性变形， 从而获得具有一定形状、 尺寸和机械性

26、能的 原材料、毛坯或零件的加工方法。工业生产中所用不同截面的型材、 板材、线材等原材料大多是经过轧制、 挤压、 拉拔等方法生产的； 而各种机器零件的毛坯或成品，如轴、齿轮、连杆、汽车大梁、油箱等多数是采用自由锻、模锻和冲压 方法生产出来的。金属的可锻性 -是金属材料在压力加工时成形的难易程度。 用金属材料的塑性和变形抗力来衡 量，塑性愈大，变形抗力愈小，金属材料的可塑性愈好。1 . 可锻性的衡量指标1）塑性：材料的 塑性越好 ，其可锻性越好。2）变形抗力：材料的 变形抗力越小 ，其可锻性越好。2 . 影响可锻性的因素1）金属的本质 -化学成分： Me 越低，材料的可锻性越好。 组织状态：纯金属

27、和固溶体具有良好的可锻性。2）变形条件变形温度：T温越高，材料的可锻性越好。变形速度： V变越小，材料的可锻性越好。 应力状态：三向压应力一塑性最好、变形抗力最大。三向拉应力 塑性最差、变形抗力最大。生产中常以改变变形条件 （ 变形温度 , 变形速度 , 应力状态 ）做为手段，来提高金属材料的可锻性 ，以 利于金属坯料的压力加工成形。力学性能高 1）组织致密； 2）晶粒细化； 3 ）压合铸造缺陷； 4 ）使纤维组织合理分布。金属材料的 冷加工硬化现象 就是在加工过程中，金属内部位错密度增大而引起的金属材料硬化。 金属在塑性变形过程中，钢的组织和性能都会发生变化。其中最重要的是加工硬化。加工硬化

28、也称形变强化或冷作硬化 。它是金属在塑性变形过程中，随着亚晶粒的增多和位错密度的增加，位错间 的交互作用增强，位错滑移发生困难，使金属塑性变形的抗力增大，其强度和硬度显著升高，塑性和 韧性下降。金属的加工硬化现象是 工业生产中用以 提高金属强度、硬度和耐磨性的重要手段之一。 冷变形金属若要在消除残余内应力的同时仍保持冷变形强化状态的话，就可以采取回复处理， 进行一次 250300'C 的低温退火。当冷变形金属加热温度高于回复阶段温度后，原子的扩散能力进一步增强，塑性变形时被破碎、 拉长的晶粒全部被转变成均匀细小的等轴晶粒，位错密度降低，内应力完全消除，使冷变形造成的加 工硬化消失，金属

29、的性能又恢复到金属变形前的性能。这个过程称为“ 再结晶 ”或 再结晶退火 。再结 晶不发生相变。各种纯金属的最低再结晶温度与其熔点之间存在如下关系： T再=（0.350.40）T熔 金属在再结晶温度以下的塑性变形称为 冷加工 ；金属在再结晶温度以上的塑性变形称为 热加工 。 自由锻 : 将金属坯料放在上、下砥铁之间，施以冲击力和静压力，使其产生变形的加工方法.模锻 : 将金属坯料放在具有一定形状的锻模模膛内，施以冲击力或静压力而使金属坯料产生变形的 加工方法 .轧制:金属坯料在一对回转轧辊的孔隙 （或孔型 ）中，靠摩擦力的作用连续进入轧辊而产生变形的加工方法。挤压 : 将金属坯料放入挤压筒内，

30、用强大的压力使坯料从模孔中挤出而变形的加工方法称为。拉拔 : 将金属坯料拉过拉拔模的模孔而变形的加工方法。板料冲压 : 利用冲模使板料产生分离或变形的加工方法 .冲裁- 使坯料沿封闭轮廓分离的工序。 （落料-冲下的为工件 ，以凹模为设计基准。 冲孔- 冲下的为废料，以凸模为设计基准 ）。拉深- 使坯料在凸模的作用下压入凹模，获得空心体零件的冲压工序。压力加工方法的主要优点 在于通过金属材料的塑性变形改善金属的内部组织。 金属材料经过塑性变 形后，能压合铸坯的内部缺陷 （ 如微裂纹、缩松、气孔等 ） ，使其组织致密，通过再结晶可使晶粒细化， 提高金属的机械性能， 从而在保证机械零件强度和韧性的前

31、提下， 减少零件的截面尺寸和重量， 节省金 属材料和加工工时。压力加工方法的不足之处 ，是压力加工只适用于加工塑性金属材料， 对于脆性材料如铸铁、 青铜等 则无能为力；而且不适于加工形状太复杂的零件。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。金属焊接 是借助原子间的结合，使分离的两部分金属形成不可拆卸的连接的工艺方法。焊接过程中必须采用加热、加压或同时加热又加压等手段促进金属原子接触、扩散、结晶，以达 到焊接的目的。 金属焊接按其过程特点可分为三大类。1熔焊： 将工件需要焊接的部位加热至熔化状态，一般须填充金属并形成共同的熔池

32、，待冷却凝固后， 使分离工件连接成整体的焊接工艺称为熔焊。有电弧焊（手工电弧焊、埋弧自动焊、气体保护焊） 、电渣 焊、电子束焊、激光焊、等离子弧焊等。2. 压焊： 在压力 （或同时加热 ）作用下，被焊的分离金属结合面处产生塑性变形 （ 有的伴随有熔化结晶 过程） 而使金属连接成整体的工艺称为压焊。有电阻焊、摩擦焊、冷压焊、超声波焊、爆炸焊、高频 焊、扩散焊等。3钎焊： 熔点低于被焊金属的钎料熔化后，填充到被焊金属结合面的空隙之中，钎料凝固而将两部分金属连接成整体的焊接工艺称为钎焊。有软钎焊、硬钎焊（钎料的熔点在450 C以上）。焊接技术的 优点 ：一是相同结构 采用焊接工艺与铆接相比， 可以节

33、省金属材料、 节省制造工时， 接头密封性好。以焊代铆，不钻孔，不用辅助材料，节省划线、钻孔等工序。二是对某些结构可以来 用铸焊或锻焊联合结构， 取代整铸或整锻结构， 从而做到以小拼大， 以简拼繁， 它不仅节省金属材料， 还简化了坯料准备工艺， 从而降低了制造成本。 三是便于制造双金属结构， 如切削刀具的切削部分 （刀 片） 与夹固部分 （刀柄与刀体 ） 可用不同材料制造后焊接成整体。也可用此法制造电气工程中使用的过 渡接头 （如铝和铜 ） 等。 重量轻、加工装配简单。焊接应力变形大，接头易产生裂纹、夹渣、气孔等缺陷。焊接接头金属组织与性能1. 焊接热循环2. 焊接接头金属组织与性能的变化1）焊

34、缝区 熔池金属冷却结晶所形成的铸态组织。2）焊接热影响区焊缝两侧的母材，由于焊接热的作用， 其组织和性能发生变化的区域 。 熔合区：是焊缝和母材金属的交界区。（0.1-1mm）加热温度：T液T固强度、塑性、韧性极差，是裂纹和局部脆断的发源地。 过热区：在热影响区内具有过热组织或晶粒显著粗大的区域。（1-3mm）加热温度：T固1100 C 塑性和韧性很低，是裂纹的发源地。 正火区：在热影响区内相当于受到正火处理的区域。（1.2-4mm）加热温度：1100 C Ac3 ；力学性能优于母材。 部分相变区：在热影响区内发生部分相变的区域。加热温度：Ac3ACi ；力学性能较母材稍差。力学性能最差的区域

35、：熔合区和过热区。3）减小和消除焊接热影响区的方法：小电流、快速焊接；采用先进的焊接方法；焊前预热、焊后热处理（正火）。碳钢的焊接1低碳钢的焊接C<0.25% ; Ce <0.4% ;焊接性良好。2. 中碳钢的焊接C<0.250.60% ; Ce <0.4%Ce =0.4%0.60%焊接性由良好<差。问题：焊缝区易产生热裂纹；热影响区易产生冷裂纹。措施：焊前预热（150250 C ），焊后缓冷。选用低氢型焊条。焊件开坡口，且采用细焊条、小电流、多层焊。3. 高碳钢的焊接00.60% ； CE >0.60% ；焊接性差。问题：焊缝区易产生热裂纹；热影响区易产生

36、冷裂纹。措施：焊前预热（250350 C ），焊后缓冷。选用低氢型焊条。焊件开坡口，且采用细焊条、小电流、多层焊。避免选用高碳钢作为焊接结构件。金属材料的焊接性1. 金属材料的焊接性指被焊金属采用一定的焊接方法、焊接材料、工艺参数及结构形式条件下，获得优质焊接接头的难易程度。 工艺焊接性：焊接接头产生工艺缺陷的倾向。焊接性尤其指出现各种 裂纹的可能性。 使用焊接性：焊接接头在使用中的可靠性。 包括力学性能及其它特殊性能。2. 影响焊接性的因素1）焊接方法；2）焊接材料；3）焊件化学成分；4）工艺参数。3. 焊接性的评定方法-碳当量估算法C 影响最显著一基本兀素其它元素一 折合成碳的相当含量对焊

37、接性的影响Ce = C+Mn/6+Cr+Mo+W5+Ni+Cu/15Ce<0.4% 具有良好的焊接性；Ce=0.4%0.6% 焊接性较差；Ce>0.6% 焊接性差。三、材料与成形工艺选择部分机械零件的失效形式丧失其所规定的功能即每种机械零件都具有一定的功能，比如承受载荷、传递力或能量等，如果 发生了失效。主要有三类(1) 过量变形失效-是指零件在工作过程中受力产生的变形量超过了允许值，从而使机器设备无法正常工作或虽能正常工作但达不到预期的效果的现象。(2) 断裂失效-零件在工作的过程中发生断裂的现象称断裂失效。(3表面损伤失效-主要是指零件表面的磨损、接触疲劳和腐蚀。材料表面处理

38、主要分两类：表面强化和表面防护。常用的工艺方法有：表面热处理、气相沉积、热喷涂、堆焊、氧化磷化处理、电镀化学镀、涂装等。 预处理-一般包括除油、除锈、粗化、活化和抛光。除油-目的是去除材料表面的油脂和污物，常用碱性除油工艺。除锈-目的是去除金属材料表面的氧化物，从而显露出清净金属表面。常用方法有化学法(如酸洗)和 机械法(如打磨、切削和喷砂)。常用表面强化性处理方法1、热喷涂一将喷涂材料加热熔化，以高速气流雾化成极细颗粒，并以一定速度喷射到事先准备好的工 件表面上，形成涂层。2、堆焊和喷焊 堆焊：将合金丝或焊条熔化堆结在工件表面形成冶金结合层的方法。喷焊：是对经预热的自溶性合金粉末涂层再加热至

39、10001300 C,颗粒熔化生成涂层，使颗粒间和基体表面达到良好结合的方法。3、 电火花表面强化技术是通过火花放电的作用，把作为电极的导电材料熔渗进金属工件的表层，形成合金化的表面强化层，使工件的物理化学和机械性能得到改善的工艺.4、气相沉积 是利用气相中发生的物理、化学反应，生成的反应物在工件表面形成一层具有特殊性能 的金属或化合物的涂层 。常用表面防护性处理方法钢铁的氧化处理:将钢铁零件 浸在浓碱溶液中煮沸 ，在金属表面生成稳定的四氧化三铁(FesO)的过程。因四氧化三铁氧化膜呈蓝黑色，所以又称其为“发蓝”。发蓝是提高黑色金属防护能力的一种简便而又经济的方法。钢铁的磷化处理：是将零件 浸

40、入磷酸盐溶液中化学处理，在金属表面生成难溶于水的磷酸盐膜的过程。简称“磷化”。磷化也是金属氧化方法之一，因此磷酸盐膜也是一种化学转化膜。磷化是钢铁表面 防护的常用方法之一，应用愈来愈广泛。有色金属如锌、铝、铜、锡等都可以进行磷化处理。铝及铝合金零件在电解液中进行电化学氧化，其工艺象电镀的逆过程，因零件作为阳极，故也称铝阳极氧化。铝及铝合金的化学氧化是不用外来电流而仅把工件置入适当溶液中，使其表面生成人工氧化膜。一般是将铝件浸在含有碱溶液和碱金属的铬酸盐溶液中，铝和溶液互相作用。很快便生成Al 2O3和Al(OH) 3的薄膜铝及铝合金氧化膜的着色铝及铝合金经氧化处理后，得到新鲜的氧化膜层，它具有

41、多孔性、吸附能力强，容易染上各种颜色，具有良好的装饰效果。镀层装饰技术能在制品表面形成具有金属特性的镀层，这是一种较典型的表面装饰技术。金属镀层 不仅能提高制品的耐蚀性和耐磨性，而且能够增强制品表面的色彩、光泽和肌理的装饰效果，因此能 保护和美化表面，由于有优异的镀层，常常使制品的品位和档次得到提高。按镀层的表面状态可分成镜面镀层和粗面镀层两类。按镀层装饰技术可分为电镀、化学镀、真空蒸发沉积镀、气相镀等。镀层装饰的金属有Cu、Ni、Cr、Fe、Zn、Sn、Al、Pb、Au、Ag、Pt及其合金。电镀-是将金属工件浸入要镀金属盐溶液中并作为阴极，通以直流电，在直流电场作用下，金属盐 溶液中的阳离子

42、在工件表面上沉积形成电镀层。化学镀 是一种在无外加电流的情况下 ,利用还原剂在具有催化活性的表面进行氧化还原反应而沉积 出镀层的方法。溶液中一般含有 主盐 ，提供形成镀层的主要成分； 还原剂 ，还原主盐中的离子； 络合 剂，拓宽镀液工作的 pH值范围，提高沉积速度，改善镀层光洁致密性，防止镀液中沉淀的析出，增加其 稳定性并延长使用寿命； 稳定剂 ，抑制镀液自发分解；和 缓冲剂 。涂料及其涂装工艺 涂料旧称油漆 。准确的名称 应为“有机涂料 ”， 简称涂料 。所谓涂料 就是涂敷在物体表面， 经过物理变化、 化学变化、 能够形成具有一定附着力和机械强度的 薄膜， 起着装饰、 保护及其他作用的液体或

43、粉末状的 有机高分子胶体混合物的总称 。所形成的薄膜称为 涂膜 或漆膜。涂料的性质 即色彩、光泽、涂膜的硬度、附着性、耐蚀性、耐候性等。涂料的作用 : 对于工业产品来说，涂料具有保护作用、装饰作用、特殊作用三大功能。1保护作用 :涂料在产品表面所形成的一层硬薄膜能够将物质与空气、水分、阳光、微生物以及其它腐 蚀介质隔离开， 既可防止产品表面化学性锈蚀或腐朽变质， 起到一种屏蔽作用， 又可避免产品表面直接 受到机械外力的摩擦和冲击碰撞而损坏，起到一定的机械保护作用。2装饰作用 :涂料的装饰作用主要是通过 色彩、光泽 、纹理三个方面实现的。3特殊作用 :在一些特定的场合涂料具有其特殊的作用。如电器

44、的绝缘往往借助于绝缘漆 ；为了防止海洋微生物的粘附， 保护船底的光滑平整，使用船底 防污漆 ；高温条件下的超温报警可用 示温涂料 ；在战 场上为了伪装武器设备，则用 伪装涂料 ；其它诸如 导电涂料 、防红外线涂料 、反雷达涂料 等的功能， 均属涂料的特殊作用。材料与成形工艺的选择一般可遵循四条基本原则： 使用性能足够、工艺性能良好、经济性合理和环保性原则。 根据使用性能选材 ：根据工作条件、失效 （ 丧失正常工作能力 ）形式，提出对使用性能的要求，作 为选材的主要依据 ，保证产品内在质量。金属制品的失效形式有 变形、断裂和表面损伤 三种基本类型。根据工艺性能选材： 满足零件 工艺性能 的要求，

45、提高加工成品率；铸造性能： 金属构件中，承载不大，受力简单而结构复杂，尤其有复杂内腔结构的，选择铸造成型。锻造性能： 承载较大、受力复杂的构件进行锻造成型。焊接性能 ：一般体积较大，要求气密性好，能承受一定的压力，如容器、输送管道、蒸汽锅炉等产 品及工程结构，采用焊接成形。切削加工 : 材料的切削加工性能是指材料进行切削加工时的难易程度。 评价材料的切削加工性能可以 从切削后工件的表面粗糙度、 切削速度、 断屑能力及刀具磨损等方面加以考虑。 金属的硬度对其切削加 工性能有较大的影响。经验证明，当材料硬度处于170230HBS 时切削加工性能最好。硬度低时切削速度低，断屑能力差；硬度高时，对刀具

46、的磨损较严重。热处理工艺性 : 对大多数金属材料来说，热处理是保证材料达到最终使用性能要求的重要工艺手段。 如果材料的热处理工艺性能不好， 容易产生严重的变形与开裂， 使所有的前期加工报废， 造成极大的浪 费与损失。热处理工艺性包括淬硬性、淬透性、变形开裂倾向、回火稳定性、回火脆性等，对于要求截 面力学性能均匀的零件，通常考虑淬透性更多一些。一般含Mn 、 Cr、Ni 、B 等合金元素的合金钢淬透性比较好， 可以用在一些尺寸较大的重要零件上。 碳钢的淬透性较差， 只适合制作尺寸较小， 形状简单、 强韧性要求不高的零件。 热处理时的变形与开裂是一个比较复杂的问题。 除了与热处理工艺有关外， 也

47、应从零件的结构设计方面加以考虑，比如零件上应避免尖角或截面突变，应采用封闭、对称式结构等。选材的经济性原则： 满足使用性能和工艺性能要求的条件下， 符合造型要求， 避稀贵就价廉、 避远 就近、尽量采用标准化、系列化材料 ， 降低成本，获得大的经济效益。环保性原则 以无毒无害材料代替有毒有害材料；尽可能循环重复利用，废弃物综合利用；减少材 料成形过程及废物对环境的污染。合理选择毛坯在机器制造业中常用的毛坯有铸件、锻件、焊接件、各种轧制型材件及粉末坯件。在满足使用性能要求的前提下，选择零件毛坯的形式时主要考虑零件的外形尺寸特点、加工工艺性及生产批量等方面，使其易于加工效率高、材料与能源消耗少，总的加工成本低等。一般形状复杂的零件，如箱体等