金属工艺学
金属工艺学
判断题1、自由锻是锻造大件的唯一加工方法。
（√）2、在正确控制化学成分的前提下，退火是生产可锻铸铁件的关键，球化处理和孕育处理是制造球墨铸铁件的关键。
（√）3、工程材料包括金属材料、陶瓷材料、高分子材料和复合材料四大类。
（√）4、由于石墨的存在，可以把铸铁看成是分布有空洞和裂纹的钢（√）5、熔化焊的本质是小熔池熔炼与铸造，是金属熔化与结晶的过程。
（√）6、直流正接：焊件接正极，焊条接负极（厚板、酸性焊条）。
（√）7、电阻点焊是用圆柱电极压紧工件，通电、保压获得焊点的电阻焊方法。
（√）8、铜的电阻极小，不适于电阻焊接。
（√）9、反复弯折铁丝，铁丝会越来越硬，最后会断裂。
（√）10、冲裁变形过程可以分为：(1)弹性变形阶段；(2)塑性变形阶段；(3)断裂分离阶段（√）11、板料弯曲时应尽可能使弯曲线与坯料纤维方向平行。
（×）12、落料时，凹模基本尺寸应取工件尺寸公差范围内的较大的尺寸。
（×）13、粗基准是指粗加工时所使用的基准，精基准是指精加工时所使用的基准。
（×）14、高速钢虽然它的韧性比硬质合金高,但并不是现代高速切削的刀具材料。
（√）15、在一个工序中只可以有一次安装。
（×）16、刃倾角是主切削刃与基面间的夹角，有正、负。
（√）17、逆铣时刀齿从已加工表面开始进刀，刀具磨损较大，且影响已加工表面质量。
（√）18、零件在加工、和装配中，所依据的点、线或面称为工艺基准。
（√）19、合金收缩经历三个阶段。
液态收缩是铸件产生内应力、变形和裂纹的主要原因。
（×）20、焊接接头中的融合区和过热区是两个机械性较差的区。
（√）21、氩气为惰性气体，高温下不溶入液态金属，也不与金属发生化学反应，因此，氩气是一种理想的保护气体。
（√）22、拉深系数越大，变形程度越大；所以后续的拉深系数比前面的拉深系数小。
（×）23、冷热变形是以回复温度为界的。
（×）24、拉伸件中最危险的部位是直壁与底部的过渡圆角处，当拉应力超过材料的强度极限时，此处将被“拉裂”。
金属学及金属工艺学
金属学及金属工艺学概述金属学是研究金属材料的学科，涉及金属材料的结构、性能、加工和应用等方面。
金属工艺学是研究金属的加工和成型过程的学科，包括金属的切削、锻造、铸造、焊接等工艺。
金属是人类历史上最重要的材料之一，广泛应用于建筑、交通、机械、电子、化工等领域。
金属学和金属工艺学的研究对于开发新型金属材料、提高金属材料的性能和开发新型金属工艺具有重要意义。
金属学结构金属的结构主要由原子和晶格构成。
金属中的原子呈规则排列，并形成晶格结构。
金属的晶格结构决定了其性能、塑性和导电性能等特点。
金属的常见晶格结构有面心立方结构、体心立方结构和六方最密堆积结构。
不同的晶格结构会导致金属的性能差异，例如铜的面心立方结构使其具有良好的导电性能。
性能金属的性能包括力学性能、物理性能和化学性能等方面。
力学性能是指金属材料的抗拉强度、屈服强度、硬度和韧性等特性。
金属材料的力学性能对其在不同领域的应用具有重要影响。
物理性能是指金属材料的热膨胀系数、导热系数和电阻率等特性。
金属材料的物理性能决定了其在热传导和电传导方面的应用。
化学性能是指金属与其他物质的反应性。
金属在不同环境下可能会发生氧化、腐蚀、传递等化学反应，这些化学反应对金属材料的稳定性和耐久性有重要影响。
应用金属材料广泛应用于各个行业。
以钢铁为例，它是一种由铁和一定量的碳组成的金属材料，具有较高的强度和耐磨性，广泛用于建筑、汽车、船舶等领域。
铜是具有良好导电性能的金属材料，被广泛应用于电子、通信、电力等领域。
铝是一种轻、强、耐腐蚀的金属材料，广泛应用于航空、汽车、包装等领域。
其他金属材料如锌、镁、钛等也都具有特定的优良性能，在不同领域有重要应用。
金属工艺学切削工艺切削工艺是金属加工中常用的一种方式，通过切削加工来使金属材料得到所需形状和尺寸。
切削工艺包括车削、铣削、钻削、磨削等方法。
这些工艺依靠切削工具对金属材料进行削除和变形，从而得到所需的形状。
锻造工艺锻造工艺是将金属材料在受控温度和应力下进行塑性变形的加工方法。
金属工艺学
1．加工塑性材料时，不会产生积屑瘤。
（× ）2．顺铣法适合于铸件或锻件表面的粗加工。
（× ）3．拉削加工适用于单件小批零件的生产。
（× ）4．单件小批生产条件下，应采用专用机床进行加工。
（× ）5．插齿的生产率低于滚齿而高于铣齿。
（√ ）6．作为定位基准的点或线，总是以具体的表面来体现的。
（√ ）7．轴类零件如果采用顶尖定位装夹，热处理后需要研磨中心孔。
（√ ）8．生产率是单位时间内生产合格零件的数量。
（√ ）9．镗孔主要用于加工箱体类零件上有位置精度要求的孔系。
（√ ）10．剃齿必须在工件淬火之后进行。
（× ）1．钢的质量好坏是按其中的碳含量来区分的。
（× ）2．钢的质量好坏是按其中的合金元素含量来区分的。
（× ）3．钢的质量好坏是按其中的硫、磷含量来区分的。
（√ ）4．沸腾钢不能进行热处理。
（√ ）5．沸腾钢也可以进行热处理。
（× ）6．一般进行热处理的钢都是镇静钢。
（√ ）7．把钢加热成为奥氏体后速冷到Ms线以上等温一段时间再冷却下来的热处理叫分级淬火。
（× ）8．把钢加热成为奥氏体后速冷到Ms线以上等温一段时间再冷却下来的热处理叫等温淬火。
（× ）9．铸件在凝固末期收缩受阻产生的裂纹叫热裂纹。
（√ ）10．铸件在固态收缩过程中，收缩应力超过合金在相应温度下的强度极限，则在应力集中的部位产生冷裂纹。
（√ ）11．铁水的流动性就是充满铸型的能力。
（× ）12．流动性差的金属铸造时易产生缩孔和缩松缺陷。
（√ ）13．含碳量﹪的灰口铸铁铁水的流动性最好。
（× ）14．铁水温度越高，流动性越好，铸件的成品率就越高。
（× ）15．铸钢由于熔点高，收缩率大，所以铸造性能差。
（√ ）16．铸铁中的碳元素是否能够石墨化，是由含C、Si量多少来决定。
（× ）17．铸造合金的铸造性能主要包括合金的流动性和合金的收缩。
《金属工艺学》课程笔记 (2)
《金属工艺学》课程笔记第一章绪论一、金属工艺学概述1. 定义与重要性金属工艺学是研究金属材料的制备、加工、性能、组织与应用的科学。
它对于工程技术的进步和工业发展至关重要，因为金属材料在建筑、机械、交通、电子、航空航天等几乎所有工业领域都有广泛应用。
2. 研究内容（1）金属材料的制备：包括金属的提取、精炼、合金化等过程，以及铸造、粉末冶金等成型技术。
（2）金属材料的加工：涉及金属的冷加工（如轧制、拉伸、切削）、热加工（如锻造、热处理）、特种加工（如激光加工、电化学加工）等。
（3）金属材料的性能：研究金属的物理性能（如导电性、热导性）、化学性能（如耐腐蚀性）、力学性能（如强度、韧性）等。
（4）金属材料的组织与结构：分析金属的晶体结构、相变、微观缺陷、界面行为等。
（5）金属材料的应用：研究金属材料在不同环境下的适用性、可靠性及寿命评估。
3. 学科交叉金属工艺学是一门多学科交叉的领域，它与物理学、化学、材料学、力学、热力学、电化学等学科有着紧密的联系。
二、金属工艺学发展简史1. 古代金属工艺（1）铜器时代：人类最早使用的金属是铜，掌握了简单的铸造技术。
（2）青铜器时代：铜与锡的合金，青铜，使得工具和武器的性能得到提升。
（3）铁器时代：铁的发现和使用，推动了农业和手工业的发展。
2. 中世纪至工业革命（1）炼铁技术的发展：如鼓风炉、熔铁炉的发明，提高了铁的产量。
（2）炼钢技术的进步：如贝塞麦转炉、西门子-马丁炉的出现，实现了钢铁的大规模生产。
3. 近现代金属工艺（1）20世纪初：金属物理和金属学的建立，为金属工艺学提供了理论基础。
（2）第二次世界大战后：金属材料的快速发展，如钛合金、高温合金的出现。
4. 当代金属工艺（1）新材料的开发：如形状记忆合金、超导材料、金属基复合材料等。
（2）新技术的应用：如计算机模拟、3D打印、纳米技术等。
三、金属工艺学在我国的应用与发展1. 古代金属工艺的辉煌（1）商周时期的青铜器：技术水平高超，工艺精美。
金属工艺学
金属工艺学1．将含碳质量分数小于2.11%的铁碳合金称为钢，含碳质量分数大于2.11%的铁碳合金称为生铁。
2．从加热状态看，可分为平衡加热和非平衡加热。
3．加热缺陷：①过热和过烧②氧化和脱碳③吸气及蒸发④应力和变形4．冷却分为平衡冷却和非平衡冷却5．缩孔和缩松。
液态金属在冷却中，随着温度的降低体积会减小，即产生收缩现象。
当收缩不能得到充分补充（称补缩）时，就会产生缩孔或缩松缺陷。
6．塑性变形：当外力增大，使金属内部应力超过该金属的屈服强度后，即使外力停止作用，金属的变形也不能消失。
7．热处理性：金属材料在改变温度过程中获得所需组织和性能的能力。
8．铸造性：①充型能力。
液态金属充填铸型型腔的能力。
②收缩。
铸件成形过程中，温度变化量很大，收缩现象必定明显表现出来。
③可锻性。
衡量材料通过塑性加工获得优质零件的难易程度的工艺性能。
9．铸造：将液体金属浇入铸型中，冷却凝固后获得铸件的工艺方法。
10．浇注位置：浇注时铸件在铸型中所处的空间位置。
11．分型面：铸型间的接触表面，它的存在有利于铸型的分开和合型。
12．分型面的确定应考虑如下几方面因素：①分型面的确定应能方便、顺利地取出模样或铸件，分型面一般选在铸件的最大截面处。
②分型面的确定应尽量与浇注位置一致，并应尽量满足浇注位置的要求。
③分型面应避免曲折，数量应少，最好是一个且为平面。
④应尽量使型腔全部或大部置于同一个砂型内，最好使型腔或使加工面与基准面位于下型中。
⑤应使型芯数量少，并便于安放和稳定。
13．铸件的孔形和各种内腔大都是靠型芯来成形的，因此型芯的主体轮廓与铸件的孔形或内腔应一致。
14．铸造方法：砂型铸造（普）和特种铸造15．铸造合金主要包括铸铁、铸钢、铸造铝合金、铸造铜合金16．铸铁：①白口铸铁。
大部分碳以化合物形态存在，因其断口呈银白色。
②普通灰口铸铁。
石墨呈片状存在的铸铁。
③可锻铸铁。
石墨呈团絮状存在的铸铁。
17．避免铸造缺陷的合理结构：①铸件壁厚应合理取值。
金属工艺学
结晶的必要条件：具有一定的过冷度过冷度△Ｔ：理论结晶温度(T0) 与实际结晶温度(Tn)之差。
细化晶粒的方法:增大过冷度变质处理（孕育处理）：增加外来晶核细化晶粒的方法振动结晶：将技晶打碎，成为新的晶粒。
同素异晶转变──随着温度的改变，固态金属的晶格也随之改变的现象。
§2.2 铁碳合金的基本组织组元：组成合金的元素，或独立的基本单元。
P15相：合金中具有相同成分和相同结构（相同聚集状态）的均匀部分。
组织：是指合金中一个或多个相的形貌及各相的分布状态。
P15 综合二、合金的结构固溶强化：因形成固溶体而引起合金强度、硬度升高的现象根据溶质原子在溶剂晶格中所占据的位置，可将固溶体分为：间隙固溶体──B存在A晶格的间隙中。
置换固溶体──B置换了晶格中A的位置。
铁碳合金中的固溶体P16金属化合物：金属化合物是各组元按一定整数比结合而成、并具有金属性质的均匀物质。
金属性质:是指具有良好的导电性和导热性及金属的光泽。
P17珠光体(P)──F和Fe3C组成片层相间的机械混合物共晶反应：一定成分的合金，在一定温度下，从液相中同时析出两种不同固相的过程。
共析反应：一定成分的合金，在一定温度下，同时从一种固相析出两种新固相的过程。
铁素体：含碳量的范围为小于0.020%C。
（工业纯铁）铁素体加珠光体：含碳量的范围为0.020～0.77%C。
（亚共析钢）珠光体：含碳量的范围为0.77%C。
（共析钢）珠光体加渗碳体：含碳量的范围为0.77～2.11%C（过共析钢）珠光体的性能随片间距减小其强度和硬度升高，而塑性和韧性有所降低。
临界冷却速度(VK)为过冷奥氏体获得全部马氏体(包括少量A ‘)的最低冷却速度。
P26完全退火[Ac3＋(30～50)℃] P26 应用：常用于中碳钢和高碳亚共析钢球化退火[Ac1＋(20～30)℃] 应用：主要用于过共析钢及合金工具钢。
去应力退火（低温退火）操作：将钢件随炉缓慢加热(100～150℃／h)至500～650℃(<Ａ1)，经一段时间保温后，随炉缓慢冷却(50～100℃／h) 至300 ～200℃以下出炉。
金属工艺学
⑤培养学生严谨的科学态 度，实践动手能力，以及 分析问题的能力。
基本要求
①基本掌握常用金属材料的牌 号、性能、用途、选用原则；
②掌握钢铁材料热处理的基本 原理，初步掌握普通热处理方 法的工艺特点和应用范围；
金属的可焊性，碳钢和合金 钢的焊接。④了解金属零 件铸造、压力加工和焊接 工艺的基本原理、特点和 应用范围；
金属五大机械性能指标 强度、塑性、硬度、韧 性和疲劳强度的概念、 测试方法和应用； 布氏硬度和洛氏硬度的测定 原理、方法、符号及应用
拉伸试验方法和拉伸曲 线图；多次冲击试验和 疲劳试验的概念。
金属的晶体结构与结晶
晶体结构的基本知识，金 属晶体结构常见的类型， 金属的实际晶体结构和缺 陷，金属的结晶过程，同 素异构转变，铸锭的组织 和缺陷。要求理解晶格、 晶胞、实际金属的多晶体 结构、结晶等概念
有色金属及其合金
铝及其合金、镁及其合 金、钛及其合金、铜及 其合金、滑动 轴承合 金的牌号、成分与用途。
典型零件的选材及热处理
机械零件选材的原则和选 材方法，零件热处理工序 位置及热处理技术条件的 标注，零件的材料和结构 形状对热处理变形与开裂 的影响，典型零件材料的 选用及工艺分析。
铸造
铸造工艺过程 铸件结构设计基本知识。
金属型、压力、熔模、 离心等特殊铸造方法的 特点和应用。
金属压力加工
金属压力加工基本原理； 锻件坯料的加热和锻件的
冷却，自由锻造，模型锻 造，板料冲压。简述了其 它压力加工方法。
金属的焊接
手工电孤焊焊接原理。 气焊火焰分类，气焊设备
和器具，气焊工艺。焊接 应力与变形产生的原因 金属的可焊性，碳钢和合 金钢的焊接。
金属工艺学
二、硬度：一个小的金属表面或很小的体积内抵抗弹性变形、塑性变形或抵抗破裂的一种抗力，是一个由材料的弹性、强度、塑性、韧性等一系列不同力学性能组成的综合性能指标，衡量金属软硬程序的一种性能指标；硬度所表示的量不仅决定于材料本身，而且还取决于试验方法和试验条件。
压入法是在规定的静态试验力作用下，将压头压入金属材料表面层，然后根据压痕的面积大小或深度测定其硬度值。
2.金属材料的性能
2.1 金属的力学性能
2.2 金属的物理性能与化学性能
2.3 金属的工艺性能
2.1 金属的力学性能
本节重点：金属材料的力学性能
主要内容：金属材料的力学性能,包括材料的强 度 、硬度、塑性、冲击韧性、疲劳 强度等。
本节难点：各性能指标的物理意义和测定方法
２、根据压头和试验力的不同，洛氏硬度常用A、B、C三种标尺。 ３、洛氏硬度的表示方法 人为规定一常数K减去压痕深度h的值作为洛氏硬度指标，并规定每0.002为一个洛氏硬度单位，用符号表示，刚洛氏硬度值为：
当使用金刚石压头时，K取0.2；使用钢球压头时，K取0.26。 洛氏硬度计算动画模拟
由于拉伸试样的原始标距与试样原始直径之间具有不同的比例，因此试样分为长试样和短试样，表示方法也不一样。 2、断面收缩率：断面收缩率是指试样拉断后缩颈处横截面积的最大缩减量与原始横截面积的百分比。断面收缩率用符号 表示， 值可用下式计算：
金属塑性的好坏，对零件的加工和使用都具有重要的意义。塑性好的材料不仅能够顺利地进行锻压、轧制等成形工艺，而且在使用时万一超载，由于塑性好，能避免突然断裂。所以大多断机械零件除要求较高的强度外，还都必须具有一定的塑性。
黑色金属：以铁或以铁为主面形成的物质。 黑色金属：除黑色金属以外的其他金属。
《金属工艺学》课件
金属工艺学可以根据加工对象和应用 领域分为多种分支，如铸造、锻造、 焊接、切削加工、热处理等。
金属工艺学的应用领域
机械制造业
航空航天业
金属工艺学在机械制造业中应用广泛，涉 及各种零件的加工、装配和维修。
航空航天器制造需要高精度和高性能的金 属材料和加工技术，金属工艺学在航空航 天业中发挥着重要作用。
汽车制造业
电子工业
汽车制造业需要大量金属材料和加工技术 ，包括车身、底盘、发动机等部件的制造 和装配。
电子工业中，金属材料广泛应用于电路板 、连接器、散热器等部件的制造。
金属工艺学的历史与发展
01
古代金属工艺
早在公元前，人类就开始使用金属材料，如青铜、铁等，用于制造工具
、武器和饰品。
02
工业革命时期的金属工艺
退火与正火工艺
退火工艺
退火是一种将金属加热到适当温度，保温一段时间，然后缓慢冷却至室温的热 处理工艺。其主要目的是消除金属内部的应力，提高其塑性和韧性，以便于进 一步加工。
正火工艺
正火是将金属加热到适当温度，保持一定时间后，在静止空气中冷却的热处理 工艺。其主要目的是细化金属的晶粒，提高其机械性能，如强度和韧性。
。
焊接缺陷及防止
03
焊接过程中可能出现气孔、夹渣、裂纹等缺陷，需采取相应措
施进行防止。
金属的切削加工工艺
切削加工原理
通过刀具对金属工件进行切削，以去除多余的金属材料，实现工 件形状和尺寸的加工。
切削加工方法分类
根据切削加工的特点和应用，可分为车削、铣削、钻削、磨削等 。
切削加工技术要求
切削加工过程中需要考虑刀具材料、切削液、切削参数等因素， 以确保加工质量和效率。
金属工艺学
第一章复习题1、为什么不宜用碳素工具钢制造拉刀和齿轮刀具等复杂刀具？为什么目前常采用高速钢制造这类刀具，而较少采用硬质合金？答:因为碳素工具钢耐热性较低，适合低速切削。
高速钢的耐热性、硬度和耐磨性虽低于硬质合金，但强度和韧度却高于硬质合金，工艺性较硬质合金好，而且价格较硬质合金低，适用高速刀具。
2、在一般情况下，K类硬质合金适于加工铸铁件，P类硬质合金适于加工钢件。
但在粗加工铸钢件毛坯时，却要选用K20类硬质合金，为什么？答：铸钢的毛坯表面粗糙度高，不易连续切削，易受冲击。
而K20耐冲击大，及抗磨损性，韧性更好，所以选用K20.3、选择下列刀具的材料：麻花钻、手用铰刀、整体圆柱铣刀、端铣刀刀齿、锉刀、机夹刀片。
答：高速钢，合金工具钢，高速钢，硬质合金，碳素工具钢，硬质合金。
4、切削用量指的是什么?包括哪些内容?答：切削用量是切削过程中的切削速度、进给量和吃刀量的总称。
5、常见的零件表面成形方法有哪些?各举两个例子.答: 1轨迹法:车外圆，刨平面 2成形法:车球面，拉孔 3展成法：插齿，锉削外圆弧面。
6、切削热对切削加工有什么影响？答：切削热传入工件，使工件温度升高，产生热变形，影响加工精度;传入刀具，使刀具温度升高，加剧刀具磨损，甚至使刀具丧失切削能力。
7、对刀具材料的性能有哪些基本要求？答：高硬度，高耐磨性，高耐热性，足够的强度和韧性，有一定的工艺性能。
8、在车外圆时，切削功率主要依据哪个切削分力来计算？为什么？答：切削力Fc，其数值大小一般是三个分力中最大的，消耗动力最多，占机床总功率的95%-99%。
9、高速钢和硬质合金在性能上的主要区别是什么？各适合做何种刀具？答：高速钢有很高的强度和韧性，制造钻头、铰刀、拉刀、铣刀等。
硬质合金：抗弯强度低，不能承受较大的冲击载荷，制造车刀、铣刀、刨刀的刀片等。
10、切削刚性较差的细长轴时，产生弯曲变形的原因是什么？如何改进？答：由于细长轴刚性较差，径向力将会把细长轴顶弯，使其在水平面内发生弯曲变形。
金属工艺学
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。
金属工艺学：研究制造金属机件的工艺方法得综合性技术学科。
金属材料的性能：1.力学性能：金属材料在受外力作用时所反映出来的性能。
强度、刚度、塑性、硬度、冲击韧性、疲劳强度。
2.物理、化学性能3.工艺性能：铸造性能：流动性、收缩性；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。
组元：组成合金最基本的独立物质。
化学元素或稳定化合物。
相：在金属或合金中，凡成分相同、结构相同并与其他部分有界面分开的均匀组成部分。
液相：在液态下，大多数合金的组元都能相互溶解成为均匀液体，故只有一个相称为液相。
纯金属：一般有光泽，易导电和传热有延展性的一类物质。
固溶体：在合金结晶时所形成的固相晶体结构与合金的某一组元晶体结构相同的固相。
金属化合物：在合金结晶时所形成的固相晶体结构与合金的各组元晶体结构均不相同的固相08优质碳素钢中的低碳钢冲压件45优质碳素钢中的中碳钢小轴T10A碳素工具钢手工锯条Q235碳素结构钢螺栓Q345常用低合金结构钢桥梁构件W18Cr4V高速钢车刀头20CrMnTi合金渗碳钢汽车变速箱齿轮60Si2Mn合金弹簧钢弹簧HT200普通灰铸铁机床床身QT600-2球墨铸铁小型内燃机曲轴ZGMn13耐磨钢坦克履带KTH370-12黑心可锻铸铁建筑扣件钢的热处理：把钢加热到一定温度并保温一定时间，然后以不同的速度冷却，从而改变钢的组织和性能的操作。
普通热处理：1.退火：将刚加热到一定温度并保温一定时间后，缓慢冷却，以获得达到或接近平衡状态组织的热处理工艺。
完全退火、等温退火、球化退火、扩散退火、去应力退火。
2.正火：将钢加热至Ac3或Accm以上30-50度，保温一定时间出炉空冷的热处理工艺。
3.淬火：将钢加热到临界温度Ac3或Accm以上30-50度，保温一段时间，使之全部或部分奥氏体化，然后以大于临界冷却速度快冷到Ms以下进行马氏体（或贝氏体）转变的工艺。
金属工艺学
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，例如钢号45，其平均含碳量为0.45%的优质碳素结构钢。 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
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。 例如：F和Fe3C以片层相间的形式混合,C=0.77%。 F Fe3C 这是钢中的一种重要组织，叫做珠光体（P）。 珠光体是两相组织。
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”，
b.按钢的质量分类
ws≤0.045% wP ≤0.045% 优质钢： ws≤0.035% wP ≤0.035% 特殊优质钢： ws≤0.020% wP ≤0.020%
普通钢： 结构钢： 工具钢： 沸腾钢： 镇静钢：
c.按钢的用途分类
d.按脱氧程度分类
半镇静钢： 特殊镇静钢：
金属工艺学
第四节 铸件的质量控制
• 由于铸造工序繁多，影响铸件质量的因素 复杂，难以综合控制，因此，铸件缺陷几 乎难以完全避免，废品率较其他金属加工 方法高。 • 表2-2列出了铸件缺陷名称及分类
铸件缺陷名称及分类
类别 名称 气孔 类别
形 状 、 尺 寸 和 重 量 不 合 格
名称 多肉 浇不足
类别
表 面 缺 陷 成分、 组织 和 性能 不 合 格
• •
• •
• 铸件质量与其凝固方式密切相关。 • 逐层凝固时，合金的充型能力强，便于防 止缩孔和缩松； • 糊状凝固时，难以获得结晶紧实的铸件； • 在常用合金中，灰铸铁、铝硅合金等倾向 于逐层凝固，易于获得紧实铸件；球墨铸 铁、锡青铜、铝铜合金等倾向于糊状凝固， 为获得紧实铸件常需采用适当的工艺措施， 以便补缩或减少其凝固区域 。
常用的铸造方法
• 砂型铸造 占铸件总产量的90%； • 特种铸造：熔模铸造、金属型铸造、压力 铸造、离心铸造等。
第一章 铸造工艺基础
• 铸造生产过程复杂，影响铸件质量的因素 很多，废品率一般较高。 • 影响铸件质量的因素不仅与铸型工艺有关， 还与铸型材料、铸造合金、熔炼、浇注等 有关。 • 下面先讨论合金的铸造性能与铸件缺陷的 形成和防止，为合理选择铸造合金和铸造 方法打下基础。
一、 内应力的形成
• 1. 热应力 • 它是由于铸件的壁厚不均匀、各部分的冷 却速度不同，以致在同一时期内铸件各部 分收缩不一致而引起的。 • 分析热应力的形成。
• 由上分析，热应力使铸件的厚壁或心部受拉伸， 薄壁或表层受压缩。 • 铸件的壁厚差别愈大、合金线收缩率愈高、弹性 模量愈大，热应力愈大。 • 预防热应力的基本途径是尽量减少铸件各个部位 间的温度差，使其均匀地冷却。 • 采用同时凝固原则，可减少铸造内应力，防止铸 件的变形和裂纹缺陷，又可避免设冒口而省工省 料。其缺点是铸件容易出现缩孔或缩松。如灰铸 铁、锡青铜
金属工艺学
绪论金属工艺学是一门研究有关制造金属机件的工艺方法的综合性技术学科. 主要内容:1 常用金属材料性能2 各种工艺方法本身的规律性及应用.3 金属机件的加工工艺过程、结构工艺性。
热加工：金属材料、铸造、压力加工、焊接目的、任务：使学生了解常用金属材料的性质及其加工工艺的基础知识，为学习其它相关课程及以后从事机械设计和制造方面的工作奠定必要的金属工艺学的基础。
[以综合为基础，通过综合形成能力]第一篇金属材料第一章金属材料的主要性能两大类：1 使用性能：机械零件在正常工作情况下应具备的性能。
包括：机械性能、物理、化学性能2 工艺性能：铸造性能、锻造性能、焊接性能、热处理性能、切削性能等。
第一节金属材料的机械性能指力学性能---受外力作用反映出来的性能。
一弹性和塑性：1弹性：金属材料受外力作用时产生变形，当外力去掉后能恢复其原来形状的性能。
力和变形同时存在、同时消失。
如弹簧：弹簧靠弹性工作。
2 塑性：金属材料受外力作用时产生永久变形而不至于引起破坏的性能。
（金属之间的连续性没破坏）塑性大小以断裂后的塑性变形大小来表示。
塑性变形：在外力消失后留下的这部分不可恢复的变形。
3 拉伸图金属材料在拉伸过程中弹性变形、塑性变形直到断裂的全部力学性能可用拉伸图形象地表示出来。
以低碳钢为例ζbζkζsζeε（Δl）将金属材料制成标准式样。
在材料试验机上对试件轴向施加静压力P，为消除试件尺寸对材料性能的影响，分别以应力ζ（即单位面积上的拉力4P/πd2）和应变（单位长度上的伸长量Δl/l0）来代替P和Δl，得到应力——应变图1）弹性阶段oeζe——弹性极限2）屈服阶段：过e点至水平段右端ζs——塑性极限，s——屈服点过s点水平段——说明载荷不增加，式样仍继续伸长。
（P一定，ζ=P/F一定，但真实应力P/F1↑ 因为变形，F1↓）发生永久变形3）强化阶段：水平线右断至b点P↑变形↑ζb——强度极限，材料能承受的最大载荷时的应力。
金属工艺学
晶粒的大小主要取决于形核速率N和长大速率G细化晶粒方法：提高冷却速度、变质处理、附加振动.合金是指由两种或两种以上金属元素经一定方法合成而得到的具有金属特征的物质。
组元是指组成合金的最基本而独立的物质。
合金系：由若干给定组元以不同配比可配制处一系列不同成分、不同性能的合金，构成了一个合金系列，简称合金系。
相是指金属或合金中化学成分、晶体结构及原子聚集状态相同，并与其他部分有明显界面分开的均匀组成部分。
组织泛指用金相观察方法看到的由形态、尺寸及分布方式不同的一种或多种相构成的总体。
相是组织的基本单元，组织是相的综合体。
合金中两个组元在液态和固态下都互相溶解，共同形成均匀的固相，这类相称为固溶体。
只有各组元的晶格类型相同、原子半径相差不大时，才有可能形成无限固溶体。
二元合金的相状态决定于温度和成分。
共析转变是指在一定温度下，由一定成分的固相同时析出两个成分和结构完全不同的新固相的过程。
金属在固态下随着温度的变化，晶格由一种类型转变称为另一种类型的过程，称为同素异晶转变或同素异构转变。
工业纯铁：0.0008%<Wc<0.0218%，室温组织为铁素体和三次渗碳体。
非合金钢：0.0218%<Wc<2.11%，根据室温组织不同，又可分为以下三种：亚共析钢：0.0218%<Wc<0.77%，室温组织为铁素体和珠光体。
共析钢：Wc=0.77%，室温组织为珠光体。
过共析钢：0.77%<Wc≤2.11%，室温组织为珠光体和二次渗碳体。
白口铸铁：2.11%<Wc<6.69%，分为三种：亚共晶白口铸铁：2.11%<Wc<4.3%，珠光体，二次渗碳体，低温莱氏体。
共晶白口铸铁：Wc=4.3% 低温莱氏体过共晶白口铸铁：4.3%<Wc<6.69% 一次渗碳体低温莱氏体。
奥氏体的形成：奥氏体形核、奥氏体晶核的长大及残余渗碳体溶解，奥氏体成分均匀化。
金属工艺学
1、金属液态成形有何最突出的优点？通常有哪些液态成形方法？金属液态成形具有如下最突出的优点：（1）可制造出内腔、外形很复杂的毛坯。
如各种箱体、机床床身、汽缸体、缸盖等。
（2）工艺灵活性大，适应性广。
液态成型件的大小几乎不限，其重量可由几克到几百吨，其壁厚可由0.5mm到1m左右。
工业上凡能溶化成液态的金属材料均可用于液态成型。
对于塑性很差的铸铁，液态成型是生产其毛坯或零件的唯一的方法。
（3）液态成型件成本较低。
液态成型可直接利用废机件和切屑，设备费用较低。
同时，液态成型件加工余量小，节约金属。
通常的液态成形方法：通常分为两大类：砂型铸造成形工艺和特种铸造成形工艺（如：金属型铸造、熔模铸造、压力铸造、低压铸造、实型铸造、离心铸造等）2、金属铸造工艺性能主要以何种物理特性来表征？其影响因素如何？请分别予以分析？金属铸造工艺性能主要以液态金属的充型能力来表征。
影响液态金属充型能力的因素有：合金的流动性，铸型性质，浇注条件，铸件结构等。
合金的流动性是指金属液的流动能力。
流动性越好的金属液，充型能力越强。
铸型性质的影响：（1）铸型材料铸型的蓄热系数大，充型能力越差。
（2）铸型温度铸型温度越高，充型能力越强。
（3）铸型中的气体浇注条件的影响（1）浇注温度：一般T浇越高，液态金属的充型能力越强。
（2）充型压力：压力越大，充型能力越强。
（3）浇注系统结构结构复杂，流动阻力大，充型能力差。
铸件结构的影响：（1）铸件壁厚厚度大，热量散失慢，充型能力就好。
（2）铸件复杂程度结构复杂，流动阻力大，充型困难。
3、铸造凝固方式，根据合金凝固特性分成哪几类？它们对铸件质量将分别产生什么影响？铸造凝固方式，根据合金凝固特性分成逐层凝固、糊状凝固、中间凝固。
合金的结晶温度范围愈小，凝固区域愈窄，愈倾向于逐层凝固；凝固区域愈宽，愈倾向于糊状凝固；对于一定成分的合金，结晶温度范围已定，凝固方式取决于铸件截面的温度梯度，温度梯度越大，对应的凝固区域越窄，越趋向于逐层凝固。
金属工艺学
金属工艺学引言金属工艺学是研究金属在工艺过程中的性质和加工方法的学科。
在现代社会中，金属是一种广泛应用于制造业的材料，几乎所有的行业都需要使用金属制品，例如汽车、航空航天、建筑、电子等。
因此，理解金属工艺学对于各行各业的从业人员来说都是非常重要的。
金属的分类根据其化学性质和物理性质的不同，金属可以分为不同的类别。
常见的金属包括铁、铜、铝、锌等。
不同的金属具有不同的特性，例如电导率、熔点、硬度等。
这些特性决定了金属在工艺过程中的使用方式和加工方法。
金属的加工方法金属的加工方法可以分为三大类：可塑性加工、断裂性加工和焊接。
下面将详细介绍这些加工方法。
可塑性加工可塑性加工是指通过力的作用将金属材料变形成所需形状的一种加工方法。
常见的可塑性加工方法包括锻造、压力加工和挤压。
锻造是一种将金属材料加热至高温后，通过锤击或压力使其产生塑性变形的加工方法。
压力加工是将金属材料置于两个模具之间，施加压力使其产生塑性变形的加工方法。
挤压是指将金属材料通过挤压机器，使其通过模具形成所需的形状。
断裂性加工断裂性加工是指通过撕裂或切割金属材料将其变形成所需形状的一种加工方法。
常见的断裂性加工方法包括剪切、冲压和锯切。
剪切是通过剪切机或剪刀将金属材料剪断成所需的形状。
冲压是通过冲床和模具将金属材料冲压成所需的形状。
锯切是使用锯片将金属材料切割成所需的形状。
焊接焊接是将两个金属材料通过热源加热至熔点后，使其熔化并流动到一起的加工方法。
焊接方法有很多种，包括电弧焊、气焊、激光焊等。
焊接通常用于将两个金属材料连接在一起，形成更大的结构。
金属的表面处理除了加工方法外，金属的表面处理也是金属工艺学中的重要内容。
金属的表面处理可以改变其外观、耐腐蚀性和精度。
常见的金属表面处理方法有抛光、喷涂、电镀等。
抛光抛光是通过研磨和打磨等步骤，使金属表面变得光滑并提高装饰效果的方法。
抛光可以使用不同的研磨材料和设备进行，常见的研磨材料有砂纸、砂轮和砂布等。
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超声加工概况和未来展望
摘要：本文简述了超声加工技术发展、应用特点和应用分类，介绍了超声加工用某些新型超声振动系统及其应用，概述了超声加工某应用中的基础研究、设备研制和应用研究的情况，指出了超声加工技术的发展前景。
关键词 :金属切削加工；超声波加工；振动系统；超声复合加工；
超声波通常是指振动频率大于20kHz的纵波,在媒介中传播时会与媒介相互作用,产生机械效应、空化效应、热效应、化学效应[1]。
超声加工（USM－Ultrasonic Machining）有时也称超声波加工。
它是利用超声振动的工具，带动工件和工具间的磨料悬浮液，冲击和抛磨工件的被加工部位，使其局部材料被蚀除而成粉末，以进行穿孔、切割和研磨等，以及利用超声波振动使工件相互结合的加工方法。
它不仅能加工硬质合金和淬火钢等硬脆金属材料，而且更适合于加工玻璃、陶瓷、半导体锗和硅片等不导电的非金属硬脆材料，同时还可以用于清洗、焊接和探伤等。
超声加工的应用可以追溯到上世纪上半叶，1927年美国物理学家R.W.伍德和A.L.卢米斯最早作了超声加工试验，利用强烈的超声振动对玻璃板进行雕刻和快速钻孔，但当时并未应用在工业上。
1951年，美国的A.S.科恩制成第一台实用的超声加工机。
50年代中期，日本、苏联将超声加工与电加工（如电火花加工和电解加工等）、切削加工（如磨削和车削等）结合起来，开辟了复合加工的领域。
这种复合加工的方法能改善电加工或金属切削加工的条件，提高加工效率和质量。
1964年，英国又提出使用烧结或电镀金刚石工具的超声旋转加工的方法，克服了一般超声加工深孔时加工速度低和精度差的缺点。
超声加工在几十年里的到了迅猛发展，尤其是在难加工材料领域解决了很多关键的工艺问题，取得了良好的效果。
难加工材料促进了超声加工技术的发展，从而进一步促进了新材料的发展，可以预测，超声加工技术的应用将会越来越广泛。
超声加工实际是一种变相的机械加工，其工作原理是工具作超声频振动，工具冲击磨粒，而使被加工工件的材料受到破坏。
由超声发生器产生的高频电振荡（频率一般为16～25千赫，焊接频率可更高）施加于超声换能器上，将高频电振荡转换成超声频振动。
超声振动通过变幅杆放大振幅（双振幅为20～80微米），并驱动以一定静压力压在工件表面上的工具产生相应频率的振动。
工具端部通过磨料不断地捶击工件，使加工区的工件材料粉碎成很细的微粒，为循环的磨料悬浮液带走，工具便逐渐进入到工件中，加工出与工具相应的形状。
超声加工具有切削力小、设备简单等特点，且可以与其他多种加工方法结合，因此利用超声辅助的磨削、铣削加工被认为是适合硬脆材料的有效加工手段［2-3］。
超声加工具有如下的特点[4]：
（1）适合于加工各种硬脆材料，特别是不导电的非金属材料。
（2）由于工具可用较软的材料，做成较复杂的形状，故不需要使工具和工件做比较复杂的相对运动，因此超声加工机床的结构比较简单，只需一个方向轻压进给，操作、维修方便。
（3）工件表面的宏观切削力很小，切削应力、切削热很小，不会引起变形及烧伤，表面粗燥度也较好。
目前超声加工主要应用于：超声切削加工、超声磨削加工、超声光整加工、超声塑性加工、磨料冲击加工、超声焊接等，随着超声加工研究的不断深入，它的应用范围还将继续扩大。
超声磨削加工是一种复合特种加工过程，其利用工件的脆性，使用电镀金刚石的工具磨头以超声频（20kHz左右)和一定的振幅振动，并加以高速旋转，通过磨削液中的磨粒对工件进行高速撞击、超声波空化、电镀金刚石砂轮磨粒的磨削，达到材料去除的目的。
其优点是是加工效率高，缺点是加工变质层深。
超声光整加工的应用目前包括超声珩磨、超声珩齿、超声抛光、超声研磨、电火花超声复合加工、超声强化等等。
已有研究证明：将电解加工、机械研磨及超声加工相复合形
成一种新型的光整加工技术——电化学超精密研磨，选取适当的工艺参数进行光整加工，
可以获得表面粗糙度Ra0.025mm，效率较普通研磨提高10倍以上。
超声塑性加工的独特优点[5]，人们已在许多工艺中进行了超声应用研究，如管料拉拔、棒料拉丝、板材成形与深拉深、挤压成形、粉末成形、冲裁、镦铆等。
其优点有：降低成型力、降低流动应力、减少磨具与工件间的摩擦、能获得较好的制品表面质量和高的尺寸
精度。
超声焊接包括超声金属焊接和超声塑料焊接。
超声金属焊接是在外接静压力作用下，
在两个相互紧压在一起的金属表面分界面上，引入超声振动，经过一段时间，就能把它们焊接起来。
其特点有：可进行点焊、连续焊、焊接速度快；超声焊接焊点强度高；金属超
声焊接不需使用焊条，焊接区不通电，不直接对被焊金属加热；由于超声波发生器是功率
电子线路，易于实现电气控制，能很好地和计算机配合进行焊接控制从而达到高精度的焊接，并且易于实现焊接的信息化与自动化。
超声清洗的原理主要是基于超声频振动在液体中产生的交变冲击波和空化作用[6]。
超
声波在清洗液中传播时，液体分子往复高频振动产生交变的冲击波。
当声强达到一定数值时，液体中急剧生长微小空化汽泡并瞬间强烈闭合，产生微小冲击波使被清洗物表面的污
物遭到破坏，并从被清洗表面脱落下来。
即使被清洗物表面有窄缝、细小的孔、弯孔，也
会被很容易的清洗干净。
随着传统加工技术和高新技术的发展，超声振动切削技术的应用日益广泛，振动切削
研究日趋深入，主要表现在以下几个方面［7］。
(1) 研制和采用新的刀具材料
(2) 研制和采用高效的振动切削系统
(3) 对振动切削机理深入研究
(4) 超声椭圆振动切削的研究与推广
(5) 超声铣削加工技术
由于新材料(尤其是难加工材料)的涌现和对产品质量与生产效益的要求不断提高,新的加工方法也不断出现,可预见,超声复合加工将日益显现出其独特的威力,并将更广阔地拓展其应用领域。
目前，超声波、电火花、机械三元复合加工技术的研究较快的发展。
随着压
电材料及电力电子技术的发展,微细超声、旋转超声、超声复合等加工技术已成为当前超声加工研究的热点。
综上所述表明,超声加工技术发展所取得的成果是可喜的［8］。
一方面,脆硬材料加工的
客观需要推动和促进了超声加工技术的发展。
另一方面,超声加工技术提供的强有力的加工手段又促进了新材料的发展。
随着硬脆材料应用范围不断扩大,超声加工及其复合加工技术的研究不断深入,其工艺必将日趋完善,展望未来,超声加工技术的发展前景是美好的。
参考文献：
[1]Suslick K S,Price G J.Applications of ultrasound to materials chemistry [J].Annu.Rev.Mater.Sci.,1999,29(1):295-326.
［2］程学艳，郭文娟，林彬，等．超声波加工机床及其发展［Ｊ］．新技术新工艺，２００４（１０）：４０－４２．
［3］陈怀民．超声电火花复合加工在模具制造中的应用［Ｊ］．模具工业，２００９，３５（９）：６２－６５．
[4]周忆,米林,廖强,等.基于超声研磨的超精密加工[J].航空精密制造技术,2003,39(1):1-
4.
[5] Reimund Neugebauer,Andrea Stoll.Ultrasonic application in drilling[J]. Journal of Materials Processing Technology,2004(149):633-639
[6] 王军,庞楠,郑焕文.工程陶瓷超声波磨削加工技术[J].金刚石与磨料磨具工
程,2000(3):32-34
［7］吕正兵，徐家文.工程陶瓷超声加工的基础实验研究［J］.电加工与模具，2004（2）：57－60
［8］范国良，陈传梁.超声加工概况和未来展望［J］.电加工，1994（6）：7－11.。