机械制造基础复习资料

江西省高等教育自学考试综合改革试点模具设计与制造专业机械制造基础课程复习辅导资料2008年12月前言教材建设是高等教育自学考试综合改革试点工作中间的重要组成部分，为了更好的开展江西省高等教育自学考试综合改革试点工作，方便广大考生参加江西省高等教育自学考试《机械制造基础》课程考试，我们编写了这本复习辅导资料。

资料中所涉及的复习要点及复习样题是基本的、主要的和全面的。

考生应认真对照资料进行复习，这不仅对于帮助考生参加考试，更重要的是对于帮助考生完整系统的消化相关课程的主要内容都是极为有利的。

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编者目录第一章工程材料学习要点及复习样题 (2)第二章铸造成形学习要点及复习样题第三章锻压成形学习要点及复习样题第四章焊接成形学习要点及复习样题第五章金属切削的基本原理学习要点及复习样题第六章金属切削机床概述学习要点及复习样题第七章车削加工学习要点及复习样题第八章铣削、刨削和拉削加工学习要点及复习样题第九章钻削和镗削加工学习要点及复习样题第十章磨削加工学习要点及复习样题《机械制造基础》课程考试大纲第一章工程材料学习要点及复习样题[学习要点]1.2 金属的结构及结晶1.2.1 晶体与非晶体(1)晶体：原子按一定规则排列的固体。

有固定熔点，具有各向异性。

(2)晶格：为了便于表明晶体内部的原则排列规律，把每个原子看成一个点，点与点之间用直线连接起来而形成的空间格子。

(3)晶胞：能完全反映晶格原子排列特征的最小几何单元。

(4)晶格常数：晶胞的棱边长度和棱边之间的夹角。

(5)常见金属晶体结构：体心立方、面心立方和密排六方晶格。

1.2.2实际金属结构(1)晶格缺陷类型点缺陷：晶格空位，间隙原子和置换原子。

线缺陷：位错。

面缺陷：晶界。

1.2.3金属的结晶(1)金属结晶的概念指金属由液态转变为固态晶体的过程。

即内部原子有不规则的排序转变到规则排列。

(2)金属结晶的过程金属的结晶过程是由晶核的产生和长大两个基本过程组成的。

(3)过冷现象、过冷度在实际结晶过程中，金属液只有冷却到理论结晶温度（熔点）以下的某个温度时才结晶的现象叫过冷现象。

理论结晶温度与实际结晶温度之差称过冷度。

(4)晶粒到小对力学性能的影响即控制方法晶粒组织的力学性能比粗晶粒组织的好。

方法：增加过冷度、变质处理和附加振动。

1.2.4 金属的同素异构同一种固态的纯金属在加热或冷却时由一种稳定状态变成另一种晶体结构不同的稳定状态的转变称为同素异构转变。

纯铁的同素异构1.3 二元合金合铁碳合金相图1.3.1 二元合金的晶体结构(1)合金的概念由两种或两种以上的金属元素或金属元素和非金属元素组成的具有金属性质的物质。

(2)组元的概念组成合金的元素，一般指化学元素，稳定化合物也可作为组元。

(3)相的概念及分类在物质中，凡是成分相同，结构相同，并与其他部分以界面分开的均匀组成部分，称为相。

分为两类：固溶体：溶质原子溶入金属溶剂中所组成的合金称为固溶体。

有间隙固溶体和置换固溶体。

金属化合物：合金中各组成元素原子按一定比例相互作用而生成的一种新的具有金属特性的物质。

1.3.2 铁碳合金相图(1)铁碳合金基本组织铁素体（F）：碳溶解在α-Fe中的间隙固溶。

塑性、韧性好，强度、硬度低。

奥氏体（A）：碳溶解在γ—Fe中的间隙固溶体。

塑性好。

渗碳体（Fe3C）：铁与碳形成的金属化合物。

硬度很高，塑性、韧性几乎为零。

珠光体（P）：是奥氏体发生共析转变所形成的铁素体与渗碳体的机械混合物。

力学性能介于铁素体与渗碳体之间。

莱氏体（Ld）：是液态铁碳合金发生共晶转变所形成的A与Fe3C的机械混合物。

硬度高，塑性差。

(2)铁碳状态图各特性点、线和区域主要点主要线：ABCD线：液相线，液相冷却至此开始析出，加热至此全部转化。

AHJECF线：固相线，液态合金至此线全部结晶为固相，加热至此开始转化。

GS线：A3线，A开始析出F的转变线，加热时F全部溶入AES线：Acm线，C在A中溶解度曲线ECF线：共晶线，含C量2.11-6.69%至此发生共晶反应，结晶出A与Fe3C混合物（莱氏体）。

PSK 线：共析线，含C 量在0.0218-6.69%至此反生共析反应，产生出珠光体。

(3)铁碳合金的分类（4）共析钢、过共析钢、亚共析钢结晶过程1.4 钢的热处理1.4.1热处理是将钢在固态下施加不同的加热、保温和冷却，从而获得所需的组织结构和性能的工艺过程。

1.4.2钢在加热时的转变实际加热时各临界点位置分别用Ac 1、Ac 3、Ac cm 线表示，实际冷却时各临界点位置分别用Ar 1、Ar 3、Ar cm 线表示。

（1） 奥氏体的形成分为三个阶段：形成奥氏体晶核并逐步长大成晶粒，残余渗碳体继续溶入奥氏体，奥氏体均匀化。

（2） 奥氏体晶粒的长大：奥氏体晶粒形成后，继续加热或保温，小晶粒将合并为较粗大的晶粒。

1.4.3钢在冷却时的转变共析钢过冷奥氏体等温转变产物形成条件和力学性能含碳量小于0.02%的铁碳合金。

工业纯铁 钢白口铸铁共析钢： 含碳量为0.77%;亚共析钢：含碳量在0.02%—0.77%之间； 过共析钢：含碳量在0.77%—2.11%之间； 铁碳 合金共晶白口铸铁： 含碳量为4.3%;亚共晶白口铸铁：含碳量在2.11%—4.3%之间； 过共晶白口铸铁：含碳量在4.3%—6.69%之间；1.4.4常用的钢的热处理 （1）完全退火和等温退火完全退火：将工件加热到Ac3以上30～50℃，保温一定时间后，随炉缓慢冷却到600℃以下，然后在空气中冷却。

用于亚共析钢成分的碳钢和合金钢的铸件、锻件及热轧型材。

有时也用于焊接结构。

目的：细化晶粒，降低硬度，改善切削加工性能。

等温退火：将工件加热到Ac3以上30～50℃，保温一定时间后，先以较快的冷速冷到珠光体的形成温度等温，待等温转变结束再快冷。

（2）球化退火：将钢件加热到Ac1以上30～50℃，保温一定时间后随炉缓慢冷却至600℃后出炉空冷。

通过球化退火，使层状渗碳体和网状渗碳体变为球状渗碳体，球化退火后的组织是由铁素体和球状渗碳体组成的球状珠光体。

主要用于共析或过共析成分的碳钢及合金钢。

目的：在于降低硬度，改善切削加工性，并为以后淬火做准备。

（3）去应力退火：将工件随炉缓慢加热（100～150℃/h ）至500～650℃（A1以下），保温一段时间后随炉缓慢冷却。

主要用于消除铸件、锻件、焊接件、冷冲压件（或冷拔件）及机加工的残余内应力。

在去应力退火中不发生组织转变。

(4)正火:将工件加热到Ac3或Accm 以上30～50℃，保温后从炉中取出在空气中冷却。

与退火的区别是冷速快，组织细，强度和硬度有所提高正火的应用：a.用于普通结构零件，作为最终热处理，细化晶粒提高机械性能。

b.用于低、中碳钢作为预先热处理，获得合适的硬度便于切削加工。

c.用于过共析钢，消除网状Fe3C Ⅱ，有利于球化退火的进行。

(5) 淬火:淬火就是将钢件加热到Ac3或Ac1以上30～50℃，保温一定时间，然后快速冷却（一般为油冷或水冷），从而得马氏体的一种操作。

a.淬火冷却介质:最常用的冷却介质是水和油b.淬火方法:①单液淬火法（单介质淬火）将加热的工件放入一种淬火介质中一直冷到室温。

这种方法操作简单，容易实现机械化，自动化，如碳钢在水中淬火，合金钢在油中淬火。

但其缺点是不符合理想淬火冷却速度的要求，水淬容易产生变形和裂纹，油淬容易产生硬度不足或硬度不均匀等现象。

②双液淬火法（双介质淬火）将加热的工件先在快速冷却的介质中冷却到接近马氏体转变温度Ms时，立即转入另一种缓慢冷却的介质中冷却至室温，以降低马氏体转变时的应力，防止变形开裂。

如形状复杂的碳钢工件常采用水淬油冷的方法，即先在水中冷却到300℃后在油中冷却；而合金钢则采用油淬空冷，即先在油中冷却后在空气中冷却。

③分级淬火法将加热的工件先放入温度稍高于Ms的盐浴或碱浴中，保温2～5min，使零件内外的温度均匀后，立即取出在空气中冷却。

这种方法可以减少工件内外的温差和减慢马氏体转变时的冷却速度，从而有效地减少内应力，防止产生变形和开裂。

但由于盐浴或碱浴的冷却能力低，只能适用于零件尺寸较小，要求变形小，尺寸精度高的工件，如模具、刀具等。

④等温淬火法将加热的工件放入温度稍高于Ms的盐浴或碱浴中，保温足够长的时间使其完成B转变。

适用于尺寸较小，形状复杂，要求变形小，具有高硬度和强韧性的工具，模具等。

c.钢的淬透性和淬硬性：淬透性是指钢在淬火时获得淬硬层的能力。

淬硬性是指钢在淬火时的硬化能力。

淬透性好，淬硬性不一定好，同样淬硬性好，淬透性亦不一定好。

(6)回火是将淬火钢重新加热到A1点以下的某一温度，保温一定时间后，冷却到室温的一种操作。

钢的回火按回火温度范围可分为以下三种：a.低温回火：回火温度范围150～250℃。

零件内应力和脆性有所降低，但保持了马氏体的高硬度和高耐磨性。

主要应用于高碳钢或高碳合金钢制造的工、模具、滚动轴承及渗碳和表面淬火的零件。

b.中温回火：回火温度范围为350～500℃。

零件具有一定的韧性和较高的弹性极限及屈服强度。

主要应用于各类弹簧和模具等。

c.高温回火：回火温度范围为500～650℃。

零件具有强度、硬度、塑性和韧性都较好的综合力学性能。

广泛应用于汽车、拖拉机、机床等机械中的重要结构零件，如轴、连杆、螺栓等。

淬火＋高温回火又称调质处理。

（6）钢的表面淬火仅对工件表层进行淬火的工艺，称为表面淬火。

它是利用快速加热使钢件表面奥氏体化，而中心尚处于较低温度即迅速予以冷却，表层被淬硬为马氏体，而中心仍保持原来的退火、正火或调质状态的组织。

表面淬火一般适用于中碳钢（WC=0.4～0.5%）和中碳低合金钢（40Cr、40MnB等），也可用于高碳工具钢，低合金工具钢等。

目前应用最多的是感应加热和火焰加热表面淬火。

1.5 碳钢碳钢是指含碳量小于2.11%的铁碳合金。

1.5.1碳钢的分类碳钢的分类方法有多种，常见的有以下三种。

（1）按钢的含碳量多少分类：低碳钢，含碳量<0.25%；中碳钢，含碳量为0.25%～0.60%；高碳钢，含碳量>0.60%。

（2）按钢的质量（即按钢含有害元素S、P的多少）分类：普通钢，钢中S、P含量分别≤0.055%和0.045%；优质钢，钢中S、P含量均≤0.040%；高级优质钢，钢中S、P含量分别≤0.030%和0.035%。

（3）按钢的用途分类：结构钢，主要用于制造各种工程构件和机械零件；工具钢，主要用于制造各种工具、量具和模具等。

（4）按脱氧程度分类：沸腾钢：脱氧程度低，用F表示；镇静钢：脱氧程度高，用Z表示；半镇静钢：介于沸腾钢和镇静钢之间，用b表示。

1.5.2碳钢的牌号（1）碳素结构钢碳素结构钢的牌号由屈服点“屈”字汉语拼音第一个字母Q、屈服点数值、质量等级符号（A、B、C、D）及脱氧方法符号（F、b、Z）等四部分按顺序组成。