金属工艺设计学复习要点.pdf
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1、.-第一篇第一篇金属材料材料导论金属材料材料导论第一章第一章金属材料的主要性能金属材料的主要性能第一节第一节 金属材料的力学性能金属材料的力学性能力学性能的定义:材料在外力作用下,表现出的性能。力学性能的定义:材料在外力作用下,表现出的性能。一、强度与塑性一、强度与塑性概念:应力;应变概念:应力;应变拉伸实验拉伸实验F F(N N)b bS Sk kF Fe eeSeSOO L L(mmmm)L Le e.-可修编.-1.1.强度:强度:定义:塑性变形、断裂的能力。定义:塑性变形、断裂的能力。衡量指标:屈服强度、抗拉强度。衡量指标:屈服强度、抗拉强度。(1 1)屈服点:)屈服点:定义:发生屈服
2、现象时的应力。定义:发生屈服现象时的应力。公式:公式:s sF Fs s/A/Ao o(MPaMPa)(2 2)抗拉强度:)抗拉强度:定义:最大应力值。定义:最大应力值。公式:公式:b bF Fb b/A/Ao o2.2.塑性:塑性:定义:发生塑性变形,不破坏的能力。定义:发生塑性变形,不破坏的能力。衡量指标:伸长率、断面收缩率。衡量指标:伸长率、断面收缩率。(1 1)伸长率:)伸长率:定义:定义:公式:(公式:(L L1 1L L0 0)/L/L0 0100100(2 2)断面收缩率:)断面收缩率:定义:定义:公式:(公式:(A A0 0A A1 1)/A/A0 0100100总结:、总结:
3、、越大,塑性越好,越易变形但不会断裂。越大,塑性越好,越易变形但不会断裂。.-可修编.-二、二、硬度硬度硬度:硬度:定义:抵抗更硬物体压入的能力。定义:抵抗更硬物体压入的能力。衡量:布氏硬度、洛氏硬度等。衡量:布氏硬度、洛氏硬度等。1.1.布氏硬度:布氏硬度:HBHB(1 1)应用)应用 X X 围:铸铁、有色金属、非金属材料。围:铸铁、有色金属、非金属材料。(2 2)优缺点:)优缺点:精确、方便、材料限制、非成品检验和薄片。精确、方便、材料限制、非成品检验和薄片。2.2.洛氏硬度:洛氏硬度:HRCHRC 用的最多用的最多一定锥形的金刚石(淬火钢球)一定锥形的金刚石(淬火钢球),在规定载荷和时
4、间后,测出的压痕深度,在规定载荷和时间后,测出的压痕深度差即硬度的大小(表盘表示)差即硬度的大小(表盘表示)。(1 1)应用)应用 X X 围:钢及合金钢。围:钢及合金钢。(2 2)优缺点:测成品、薄的工件,无材料限制,但不精确。)优缺点:测成品、薄的工件,无材料限制,但不精确。总结:数值越大,硬度越高。总结:数值越大,硬度越高。.-可修编.-第二章第二章 铁碳合金铁碳合金第一节第一节 纯铁的晶体结构及其同素异晶转变纯铁的晶体结构及其同素异晶转变一、金属的结晶一、金属的结晶结晶:液态金属凝结成固态金属的现象。结晶:液态金属凝结成固态金属的现象。实际结晶温度金属以实际冷却速度冷却结晶得到的结晶温
5、度实际结晶温度金属以实际冷却速度冷却结晶得到的结晶温度 TnTn。一、金属结晶的过冷现象:一、金属结晶的过冷现象:金属的实际结晶温度总是低于理论结晶温度,金属的实际结晶温度总是低于理论结晶温度,TnToTn 长大速率。长大速率。(2 2)变质处理变质处理(孕育处理)(孕育处理):在液态金属中,在液态金属中,加入一些细小的金属粉末加入一些细小的金属粉末(变(变质剂)质剂)(3 3)机械振动)机械振动(4 4)热处理)热处理(5 5)压力加工)压力加工二、纯金属的晶体结构二、纯金属的晶体结构纯金属的晶格类型:纯金属的晶格类型:1.1.体心立方晶格:纯铁(体心立方晶格:纯铁(-Fe-Fe)2.2.面
6、心立方晶格;面心立方晶格;FeFe三、纯铁的同素异晶转变三、纯铁的同素异晶转变纯铁:纯铁:FeFe(912912)FeFe(13941394)-Fe-Fe(15381538)L L第二节第二节 铁碳合金的基本组织铁碳合金的基本组织.-可修编.-一、固溶体:一、固溶体:定义:溶质原子进入溶剂中,依然保持晶格类型的金属晶体。定义:溶质原子进入溶剂中,依然保持晶格类型的金属晶体。1.1.铁素体铁素体 F F:CCFeFe 中形成的固溶体。中形成的固溶体。2.2.奥氏体奥氏体 A A:CCFeFe 中形成的固溶体。中形成的固溶体。二、金属化合物二、金属化合物 FeFe3 3CC硬度极高,而塑性、韧性极
7、低。硬度极高,而塑性、韧性极低。三、机械混合物:三、机械混合物:1.1.珠光体珠光体 P P:F FFeFe3 3CC两相,机械混合物。两相,机械混合物。0.770.77CC。机械性能:机械性能:20202525、b b800800850MPa850MPa、.HBSHBS280280260260。-可修编.-第三节第三节 铁碳合金状态图铁碳合金状态图一、一、FeFeFeFe3 3CC 合金状态图的分析:合金状态图的分析:1.1.点(特性点)点(特性点):CC;E E;S S。2.2.线(特性线)线(特性线):(1 1)ECFECF(2 2)PSKPSK 线;线;(3 3)ESES 线;线;(4
8、 4)GSGS 线;线;3.3.分类:分类:含碳量分类:含碳量分类:钢:钢:0.02180.0218CC2.112.11钢分类:钢分类:共析钢:共析钢:亚共析钢:过共析钢。亚共析钢:过共析钢。二、三类钢在室温下的组织二、三类钢在室温下的组织第四节第四节 工业用钢简介工业用钢简介要求:要求:1.1.掌握碳钢的分类、牌号、性能和用途。掌握碳钢的分类、牌号、性能和用途。一、钢的分类一、钢的分类碳钢的分类、编号和用途:碳钢的分类、编号和用途:.-可修编.-分类:分类:低碳钢:低碳钢:0.250.25CC中碳钢:中碳钢:0.250.25C0.60%C0.60%高碳钢:高碳钢:0.600.60CC1.41
9、.4用途:用途:碳素结构钢:碳素结构钢:碳素工具钢:碳素工具钢:二、碳素钢:二、碳素钢:碳素钢分如下三类:碳素钢分如下三类:(1 1)普通碳素结构钢:)普通碳素结构钢:Q235AQ235A s s235MPa235MPa。通常用于制造型材、螺钉、铁钉、铁丝、建筑材料等。通常用于制造型材、螺钉、铁钉、铁丝、建筑材料等。(2 2)优质碳素结构钢:)优质碳素结构钢:(3 3).碳素工具钢:碳素工具钢:优质碳素工具钢:优质碳素工具钢:T T数字。数字。高级优质碳素工具钢:高级优质碳素工具钢:T T数字数字A A。举例:举例:T7T7、T8T8、。含义:。含义:0.70.7CC、0.800.80CC、三
10、、合金钢:三、合金钢:合金钢:低合金钢、合金钢。合金钢:低合金钢、合金钢。1.1.合金结构钢合金结构钢.-可修编.-起首两位数字表示平均含碳量的万分之几。起首两位数字表示平均含碳量的万分之几。例:例:12CrNi312CrNi3:0.120.12CC、Cr1.5Cr1.5、3 3NiNi第四章第四章 钢的热处理钢的热处理要求:要求:1.1.掌握普通热处理:退火、正火、淬火、回火的目的、种类、方法掌握普通热处理:退火、正火、淬火、回火的目的、种类、方法及应用。及应用。热处理:钢在固态热处理:钢在固态 X X 围内,通过围内,通过加热、保温、冷却,加热、保温、冷却,改变金属材料的内部改变金属材料的
11、内部组织,改变材料的力学性能。组织,改变材料的力学性能。分类:分类:.-可修编.-普通热处理:退火、正火、淬火、回火。普通热处理:退火、正火、淬火、回火。热处理热处理第二节第二节 退火和正火退火和正火一、退火:一、退火:把钢加热到一定温度,保温一定时间,然后缓慢冷却(炉冷)的热处理工把钢加热到一定温度,保温一定时间,然后缓慢冷却(炉冷)的热处理工艺法。艺法。目的:提高钢的塑性和韧性;消除钢的内应力;均匀组织;目的:提高钢的塑性和韧性;消除钢的内应力;均匀组织;为随后的热处理做准备。为随后的热处理做准备。退火的种类:退火的种类:(1 1)完全退火:)完全退火:(亚共析钢)(亚共析钢)A AC3C
12、3+30+305050组织分析:组织分析:P PF FA AA AP PF F(重结晶退火)(重结晶退火)。(2 2)球化退火:)球化退火:(过共析钢)(过共析钢)A AC1C1+20+203030二、正火:二、正火:A AC3C3线或线或 A ACCmCCm线以上线以上 30305050经过保温后,随空气冷却的一种工艺。经过保温后,随空气冷却的一种工艺。第三节第三节淬火和回火淬火和回火.-可修编.-一、淬火:一、淬火:在固态在固态 X X 围内,把钢加热到一定的温度保温一定时间,以大于或等于临界围内,把钢加热到一定的温度保温一定时间,以大于或等于临界冷却速度冷却下来的一种热处理工艺。冷却速度
13、冷却下来的一种热处理工艺。)目的:获得马氏体组织,从而提高钢的硬度和耐磨性。目的:获得马氏体组织,从而提高钢的硬度和耐磨性。二、回火:二、回火:定义:将淬火后的钢加热到定义:将淬火后的钢加热到 A Ac1c1以下某一温度,保温一定时间,然后冷却以下某一温度,保温一定时间,然后冷却的一种工艺。的一种工艺。目的:降低材料的脆性、消除内应力;目的:降低材料的脆性、消除内应力;获得要求的力学性能;获得要求的力学性能;稳定工件尺寸;稳定工件尺寸;降低合金钢的硬度,使之易被切削。降低合金钢的硬度,使之易被切削。(1 1)低温回火()低温回火(150150250250):应用于需要高硬度,高耐磨的材料零件。
14、例如:刃具、量具、模具、滚动应用于需要高硬度,高耐磨的材料零件。例如:刃具、量具、模具、滚动轴承等。轴承等。(2 2)中温回火中温回火(350350500500):应用于需要较高弹性、应用于需要较高弹性、韧性的材料零件等。韧性的材料零件等。例如:弹簧、板簧、发条、冲击工具等。例如:弹簧、板簧、发条、冲击工具等。(3 3)高温回火)高温回火(500500650650)组织:组织:应用于受交变载荷作用的材料应用于受交变载荷作用的材料零件等。例如:轴、丝杠、齿轮、连杆等。零件等。例如:轴、丝杠、齿轮、连杆等。.-可修编.-淬火高温回火:淬火高温回火:调质调质处理。处理。第二篇第二篇 铸造铸造第一章第
15、一章铸造工艺基础铸造工艺基础第二节第二节 铸件的凝固与收缩铸件的凝固与收缩一、铸件的凝固方式一、铸件的凝固方式1.1.逐层凝固:逐层凝固:2.2.糊状凝固:糊状凝固:3.3.中间凝固:大多数的凝固均是这样。中间凝固:大多数的凝固均是这样。二、铸造合金的收缩二、铸造合金的收缩合金的收缩经历三阶段:每个收缩阶段会形成什么缺陷合金的收缩经历三阶段:每个收缩阶段会形成什么缺陷(1 1)液态收缩液态收缩(2 2)凝固收缩凝固收缩(3 3)固态收缩固态收缩三、铸件中的缩孔与缩松三、铸件中的缩孔与缩松1.1.缩孔与缩松的形成缩孔与缩松的形成.-可修编.-(1 1)缩孔缩孔 它是集中在铸件上部或最后凝固部位容
16、积较大的孔洞。它是集中在铸件上部或最后凝固部位容积较大的孔洞。(2 2)缩松缩松 分散在铸件某区域内的细小缩孔。分散在铸件某区域内的细小缩孔。2.2.缩孔和缩松的防止缩孔和缩松的防止(1 1)定向凝固:设置冒口。定向凝固:设置冒口。(2 2)安放冷铁。安放冷铁。第三节第三节 铸造内应力、变形和裂纹铸造内应力、变形和裂纹一、内应力的形成一、内应力的形成1.1.热应力热应力减少热应力的基本途径是尽量减少各个部位间的温度差,使其均匀地冷减少热应力的基本途径是尽量减少各个部位间的温度差,使其均匀地冷却。却。2.2.机械应力机械应力它是合金的固态收缩受到铸型或型芯的机械阻碍而形成的内应力。它是合金的固态
17、收缩受到铸型或型芯的机械阻碍而形成的内应力。二、铸件的变形与防止二、铸件的变形与防止防止铸件变形的措施:防止铸件变形的措施:使铸件壁厚均匀、形状对称,采用同时凝固和反变形。使铸件壁厚均匀、形状对称,采用同时凝固和反变形。.-可修编.-也可采用时效处理:自然时效和人工时效。也可采用时效处理:自然时效和人工时效。第二章第二章常用合金铸铁的生产常用合金铸铁的生产第一节第一节 铸铁件生产铸铁件生产灰铸铁的分类:灰铸铁的分类:灰口铸铁:灰口铸铁:CC 以片状石墨形式存在,以片状石墨形式存在,GG片片。可锻铸铁:可锻铸铁:CC 以团絮石墨状形式存在,以团絮石墨状形式存在,GG絮絮。球墨铸铁:球墨铸铁:CC
18、 以球状石墨形式存在,以球状石墨形式存在,GG球球。蠕墨铸铁:蠕墨铸铁:一、灰铸铁一、灰铸铁2.2.影响铸铁组织和性能的因素(影响铸铁组织和性能的因素(GG石墨)石墨)(1 1)化学成分:)化学成分:(2 2)冷却速度:)冷却速度:3.3.灰铸铁的孕育处理(变质处理)灰铸铁的孕育处理(变质处理):变质剂:硅铁:变质剂:硅铁 7575。孕育处理组织性能孕育处理组织性能4.4.灰铸铁的牌号灰铸铁的牌号(1 1)灰铸铁的牌号)灰铸铁的牌号 HT250HT250:二、可锻铸铁牌号二、可锻铸铁牌号三、球墨铸铁牌号三、球墨铸铁牌号四、蠕墨铸铁牌号四、蠕墨铸铁牌号.-可修编.-第三章第三章 砂型铸造砂型铸造
19、第一节第一节 造型方法的选择造型方法的选择一、手工造型一、手工造型1.1.单件、小批生产:单件、小批生产:2.2.成批生产成批生产二、机器造型二、机器造型第二节第二节 浇注位置和分型面的选择浇注位置和分型面的选择浇注位置是指浇注时铸型分型面所处的空间位置,而铸型分型面是指铸型浇注位置是指浇注时铸型分型面所处的空间位置,而铸型分型面是指铸型组元间的结合面。组元间的结合面。一一 铸件浇注位置选择原则铸件浇注位置选择原则:1 1 铸件重要的加工面应朝下,铸件重要的加工面应朝下,若做不到若做不到,可放侧面或倾斜可放侧面或倾斜2 2 铸件的大平面应朝下铸件的大平面应朝下3 3 面积大的薄壁部分放下面或侧
20、面面积大的薄壁部分放下面或侧面有利于金属充填有利于金属充填,防止浇不足防止浇不足 4 4 易形成缩孔的铸件易形成缩孔的铸件,厚的部分放在铸型上部或侧面厚的部分放在铸型上部或侧面,便于安置冒口便于安置冒口,以补缩以补缩.-可修编.-二二 铸型分型面的选择原则铸型分型面的选择原则分型面选择的合理可以简化造型操作分型面选择的合理可以简化造型操作,提高劳动生产率提高劳动生产率.1 1 便于起模便于起模,故分型面应选择在铸件最大截面处故分型面应选择在铸件最大截面处2 2 应尽量减少分型面和活块数量应尽量减少分型面和活块数量(中小件中小件)3 3 应尽量使铸件的重要加工面或大部分加工面和加工基准面位于同一
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