金属工艺学中考前重点小

金属工艺学中考前重点小结
一．硬度：指金属材料抵抗更硬物体压入其表面的能力，或者说是材料对局部塑性变形的抗力。

测量硬度的方法常见的有：1、布氏硬度2、洛氏硬度
1布氏硬度：
1）测定原理
在规定的载荷F（单位：N）作用下，把一定直径D的淬火钢球（或硬质合金球）压入试样的表面，保持一定时间t后卸载，试样上随即出现一个压痕。

以压痕表面积S上所承受载荷的大小，作为所测金属的布氏硬度值。

用符号HBS（或HBW）表示
实际试验方法：用专门的刻度放大镜测出压痕的平均直径d，再查布氏硬度值表，得到布氏硬度值
2）表示方法
数值1+HBS（HBW）+数值2+/+数值3+/+数值4
数值1------硬度值；
数值2------球体直径（mm）；
数值3------试验载荷（kgf）；
数值4------载荷保持时间（s）；若仅为10~15s时，可不标注；上述数值在表示时，其单位均不标出。

HBS------压头为钢球时；适于HB<450的材料。

HBW------压头为硬质合金球时；适于HB<650的材料。

3）特点与应用：测量准确，重复性强；但因压痕较大，有损表面，且工件过硬时，压头易变形，故不宜测量成品零件、薄片材料及高硬度的材料。

通常用于测定退火、正火、调质处理后的钢件，以及铸铁和有色金属等材料的硬度
2洛氏硬度
1）测定原理：洛氏硬度试验是用一定的载荷将顶角为120°的金刚石圆锥体或直径为1．588mm 的淬火钢球压入被测试样表面，根据压痕的深度确定它的硬度值。

洛氏硬度值可以从洛氏硬度计的刻度盘上直接读出。

实际试验方法：直接从洛氏硬度计上的刻度盘中读出，一般不需计算
压头的压痕越深，则刻度盘中的数值越小，材料越软。

常用的有A、B、C三种标尺，分别用HRA、HRB、HRC表示，其中HRC应用最广泛。

2）表示方法
数值+HR+标尺符号
数值------硬度值；
HR------洛氏硬度；
标尺符号------不同标尺的洛氏硬度。

3）特点与应用：操作简便、迅速，压痕较小，且测试硬度范围广，可测成品件或较薄的工件，以及从很软到很硬的材料；
但因压痕较小，当材料内部组织不均匀时，则测量值波动较大，不够精确，故在实际操作中，应在不同部位测量数次，然后取其平均值
一般生产中以HRC（用120 °金刚石圆锥体作压头，载荷为1500 N）用得最多，硬度值的有效范围为20～70HRC
二．碳钢的分类
2按平均含碳量分
1）低碳钢：含碳量0.008％～0.25％，塑性好，多用作冲压、焊接和渗碳工件
2）中碳钢：含碳量0.25％～0.60％，强度和韧性都较高，热处理后有良好的综合学性能，多用作要求良好韧性的各种重要零件
3）高碳钢：含碳量0.60％～1.4％，硬度较高，多用作工具
3按用途分类
1）碳素结构钢2）碳素工具钢3）专用钢
4按钢液脱氧程度分类
1）沸腾钢（F）2）镇静钢（Z）3）半镇静钢（b）4）特殊镇静钢（TZ）
优质碳素结构钢的编号方法
45——平均ωC为0.45％
65Mn——较高含锰量平均ωC为0.65％
两位数字表示钢的平均含碳量，以万分之几表示，化学元素符号Mn表示钢的含锰量较高
42、45号钢应用广
4碳对钢的性能影响
含量高，强度、硬度高，塑性、韧性低，当碳含量大于》0.9%强度下降，当含碳量低的碳钢其焊接性能和锻压性好
三．常见的金属晶格类型
1体心立方晶格面心立方晶格密排六方晶格
tn------实际结晶温度tn < t0的现象，称为过冷△t=t0—tn称为过冷度
一般而言，液态金属的冷却速度愈大，结晶时过冷现象愈显著，过冷度愈大。

2结晶实质——形成晶核，晶核长大形成晶核，晶核继续长大成新晶核，结晶结束
3晶核的形成------有自发晶核、非自发晶核
晶核的成长
两者并存，交替进行
所得金属材料为多晶体
4细化晶粒的措施：通过控制晶核的形成与长大来实现。

1）、增加过冷度；
2）、添加适量杂质；
3）、震动破碎（机械、超声波、电磁等）；
4）、采取热处理等工艺手段。

四．纯金属的同素异构转变
纯金属的同素异构转变；冷却凝固后，由于温度（或压力）的变化，金属的晶格类型也发生变化的现象
包含晶核的形成与长大长大时会放出潜热，因而是在恒温下进行的有过冷现象
五．铁碳合金的基本组织
1．铁素体：碳溶解在α-Fe中形成的间隙固溶体，通常用F表示。

它仍保持α-Fe的体心立方晶格结构。

F中铁溶解碳的能力很小，随温度的不同而不同。

在室温时的溶解度仅有0.0008％，
在600℃时的溶解度仅有0.008％，
在727 ℃时溶解度最大达0.0218％
2．奥氏体：碳溶解在γ-Fe中形成的间隙固溶体。

“A”表示。

它仍保持γ-Fe的面心立方晶格结构
在727 ℃时，ωC =0.77％。

在1148 ℃时，ωC最大达2.11％
稳定的奥氏体在钢内存在的最低温度是727 ℃
3．渗碳体：铁与碳形成稳定的金属化合物，“Fe3C”。

ωC = 6.69％，复杂的晶格形式。

渗碳体的硬度很高（HB= 800），而塑性极差，几乎为零，是一个硬而脆的组织
珠光体：由铁素体和渗碳体组成的机械混合物。

用“P”表示。

ωC =0.77％，呈层片状，即由硬的渗碳体片和软的铁素体片相间组成的混合物
铁碳合金状态图铁碳合金分类
五．钢的热处理
1.钢的热处理：是将钢在固态下进行加热、保温和冷却，改变其内部组织，从而获得所需要性能的一种金属加工工艺。

2退火
1）把钢加热到高于临界点温度Ac3 （亚共析钢）或Ac1 （过共析钢）以上20～30 C或低于临界点温度（Ac1 ）的某一温度，经保温后缓慢冷却（随炉冷却或在导热能力差的介质中冷却），以获得接近平衡组织(P)的工艺方法。

2）退火的目的：消除铸、锻件在冷却过程中由于冷速过快而形成的不平衡组织或硬皮；对过共析钢而言，是为了获得球化珠光体，均能达到降低硬度，便于切削加工的目的；
提高塑性和韧性，以利于冷变形加工；
细化晶粒、均匀组织，以提高力学性能；
消除工件加工过程中由于冷却不均、变形不均而造成的内应力，以防止变形或开裂。

3.正火
把工件加热到Ac3或Accm以上30℃～50℃，经适当的保温后，出炉空冷
正火的目的：1、提高机械性能2、改善切削性能3、为淬火做组织准备
4.正火与退火的选择
1)、使用性能
【1】对低、中碳钢，正火后的力学性能较好，若零件的性能要求不高，可采用正火作为最终热处理；
【2】对于结构复杂的零件，因正火冷速较快，工件有开裂的危险，故宜用退火。

2)、切削性能
【1】一般，低中碳钢应采用正火，高碳钢则应采用退火。

【2】实践证明，工件的硬度在HB＝170～230时，对切削加工最为有利。

过高，加工难；过低，“粘刀”
3)、经济角度
正火较退火生产周期短，生产率高，成本低，故条件允许时应优先采用正火
5.淬火
将钢加热到临界温度以上，经过保温A化后，再以大于临界冷却速度的冷却速度急速冷却下来，获得M组织的热处理加工方法。

淬火的目的：一般是为了获得M 组织，以提高钢的硬度、强度和耐磨性等。

但淬火M 的脆性很大，不能直接应用，还要通过回火来降低脆性，提高韧度。

6回火
将淬火后的钢件重新加热到临界温度以下某一温度，保温一段时间后，以一定方式进行冷却的热处理工艺。

淬火钢一般都要进行回火处理。

目的：1）减少和消除钢件淬火时产生的内应力，防止工件变形和开裂2）调整钢件的硬度，提高钢件的强度和韧性，以满足使用要求；3）稳定组织，以保证工件在使用过程中形状和尺寸不发生变化。

回火的种类与应用
低温回火
回火温度——在150～250℃之间
性能——经低温回火后能消除因淬火而产生的内应力，并保持淬火钢的高硬度 （56HRC ～65HRC ）、 高耐磨性，同时提高其韧性。

应用——主要适用于刀具、量具、模具以及其他耐磨零件、渗碳工件等。

中温回火
回火温度——在350～450℃之间
性能——经中温回火后能获得高的弹性和强度，并具有一定韧性，硬度一般为35HRC ～50HRC 。

应用——主要用于各种弹性零件及热锻模等。

高温回火
回火温度——在500～650℃之间。

性能——具有良好的综合力学性能，即具有理想的塑性、韧性和强度之间的配合。

硬度可达25 HRC ～40 HRC 。

应用——各种重要零件，特别是在交变应力作用下的零件，必须进行调质处理，如汽车中的半轴、连杆、螺栓、齿轮等。

马氏体（M ）——碳在α-Fe 中的过饱和固溶体，它保留了奥氏体中溶解在γ –Fe 中的所有碳。

六．合金钢的牌号
“数字十化学元素符号十数字”
钢的平均含碳量 钢中的主要合金元素 平均百分含量少于1.5％时不标出
1、结构钢以万分之一为单位的数字（两位数
2、工具钢和特殊性能钢以千分之一为单位的数字（一位数）
工具钢的碳含量超过1％时，碳含量不标出。

特殊性能钢的碳含量小于0.08％时，标为0；碳含量小于0.03％时，标为00 。

七铸铁分类
1灰铸铁 定义：石墨的力学性能极差，使铸铁的抗拉强度比钢低很多，伸长率接近于零 片状石墨
铸铁中石墨含量愈多，愈粗大，力学性能愈差
性能：因为石墨存在，又使铸铁具有一些优点：
1）减振性比钢好
2）石墨能起润滑作用，提高了耐磨性和切削加工性
⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎨⎧⎪⎪⎭⎪⎪⎬⎫：游离态石墨蠕墨铸铁
球墨铸铁可锻铸铁灰铸铁白口铸铁：金属化合物C Fe 3
3）有良好的铸造性能，收缩小，不易产生铸造缺陷
2球墨铸铁
定义：铁液经过球化处理，而不是在凝固后经过热处理，使石墨大部分或全部呈球状，少量为团絮状铸铁石墨呈球状
性能：基体强度利用率高达70％～90％，其抗拉强度、塑性、韧性高，可与钢相媲美
模样及芯盒注意事项
分型面必须使模样能从砂型中取出，使造型方便并能保证铸件的质量
起模斜度起模方便壁愈高，斜度愈小
加工余量其大小依铸造方法、合金种类、加工精度、铸件的形状和尺寸决定。

预先增加而在机械加工时切去的金属层厚度
圆角便于造型，防止浇注时产生冲砂及铸件冷缩时产生应力集中(有缩孔、裂纹、粘砂等缺陷) 芯头为了准确和方便地下芯子，在垂直放置芯子时，芯头应做出一定的斜度
收缩余量为了补偿铸件收缩，模样比铸件图纸尺寸增大的数值
孔（或槽）铸件上较小的孔（槽）不易保证质量，不铸出。

八．型砂及芯砂
1常用的造型材料：由硅砂、水、粘结剂和其他附加物混制而成的
性能要求：可塑性、强度、透气性、耐火性、退让性
2芯砂的性能要求比型砂的要高原因：因承受液态金属的高温包围与冲刷力的作用
挖砂造型分层面在最大截面
3浇注系统浇口杯直浇道横浇道内浇道
1）浇口杯用以承接并导入熔融金属，可以减缓浇注时液体金属对铸型的冲击，并使熔渣浮于表面
2）直浇道使液体金属产生一定的静压力。

加长直浇道可提高熔融金属的充型能力与流速3）横浇道连接直浇道和内浇道，主要有阻止熔渣流入型腔的作用，并分配熔融金属流入内浇道
两箱造型时，横浇道一般开在上型的底部（位置选择）
5）内浇道引导液体金属进入型腔，控制液态金属流入型腔的方向与速度，调节铸件各部分的冷却速度
内浇道可沿芯子的切线方向引入液体金属，或型腔周边均布多个内浇道（位置选择）4.常见缺陷
气孔渣眼偏芯浇不足缩孔变形粘砂砂眼错箱冷隔裂纹
5砂型铸造工艺过程
由零件开始制芯盒，模样，制砂，之后制芯，制备型砂，其次浇注熔融金属，清理后得到铸件6特种铸造
1）压力铸造
压力铸造（简称压铸）是将熔融金属在高压作用下迅速压入金属铸型，并在压力作用下冷凝获得铸件的方法。

特点1、可制出表面质量好、形状复杂的薄壁铸件2、晶粒细密，强度较高；3、生产率高。

缺点1、气体难排（充型快→气孔）2、壁厚（冷凝快→缩孔、缩松）3、塑性较低4、设备费用较高、压铸机功率与金属型材料性能有限。

2）金属型铸造
将液体金属在重力作用下浇入用金属制成的铸型获得铸件的方法称金属型铸造。

特点优点：1、一型多铸，生产率较高；2、铸件晶粒细密，力学性能高；3、表面质量好。

缺点：1、金属型制造成本高；2、不宜生产大型复杂的薄壁铸件；3、铸铁件表层易得到白口组
织。

3）离心铸造
将液体金属浇入以一定速度旋转的铸型中，在离心力的作用下凝固成形的铸造方法。

特点优点：1、铸件内部组织致密，无缩孔、气孔、夹渣等缺陷，力学性能较高；2、生产成本较低（无型芯与浇注系统）；3、提高了金属液的充型能力，可铸出流动性较差的合金铸件、薄壁铸件和双金属铸件。

缺点：1、内孔不够准确，内表面质量较差；2、易产生比重偏析。

7合金的铸造性能
流动性和充型能力影响因素
1）化学成分
不同合金灰铸铁流动性最好而铸钢的流动性最差
同种合金：纯金属、处于共晶成分的合金流动性好
凝固温度范围越窄的合金流动性好
Si 、P可提高铁水的流动性
2）铸型条件
铸型的蓄热能力铸型的热导率和质量热容愈大，对液态合金的激冷作用愈强，合金的充型能力就愈差
铸型温度提高铸型温度，减少铸型和金属液之间的温差，减缓冷却速度，可提高合金液的充型能力
铸型透气性铸型结构
8浇注条件
浇注温度浇注温度对合金的充型能力有着决定性的影响在保证充型能力足够的前提下，尽量降低浇注温度
充型压力液态合金在流动方向上所受的压力愈大，其充型能力愈好。

浇注系统结构愈复杂，充型能力愈差。

收缩性影响收缩的因素化学成分浇注温度铸件结构和铸型条件
吸气性、偏析性
9收缩过程
液态收缩——从浇注温度到凝固开始温度之间的收缩
凝固收缩——从开始凝固到凝固结束之间的收缩
固态收缩——从凝固结束冷却到室温之间的收缩。

化学成分铸钢的收缩最大，灰铸铁最小。

浇注温度铸件结构和铸型条件
10收缩过程中缺陷的形成、危害与预防措施
1）缩孔和缩松
2）铸造内应力、变形和裂纹热应力固态相变应力收缩应力
减小和消除铸造内应力的方法：采用同时凝固的原则提高铸型温度改善铸型和型芯的退让性
进行去应力退火
11铸件结构工艺性
铸件的外形
1、外形力求简单，避免不必要的型芯
2、减少突出部分、利于造型
3、分型面要少而简单
4、铸件能自由收缩，避免过大的内应力
5、应避免铸件在水平位置设置大平面
6、对细长件和薄件应设加强筋
7．应有一定的结构斜度
12铸件的内腔
1、尽量不用或少用型芯
2、有利于型芯稳固和排气等
3、增设工艺孔
13铸件壁厚和壁的连接
1．铸件壁厚要合理壁厚过小，易产生浇不足、冷隔等缺陷。

壁厚过大，会引起晶粒粗大，易产生缩孔、缩松
2．铸件壁厚应均匀壁厚处易形成金属积聚的热节，凝固收缩时在热节处易形成缩孔、缩松因冷却速度不同，各部分不能同时凝固，易形成热应力，并有可能使厚壁与薄壁连接处产生裂纹。

3．铸件的连接和圆角
14机械加工对铸件结构的要求
1）应便于定位、夹紧、加工和测量
2）加工表面的几何形状应力求简单，且尽可能布置在同一个平面上
3）应避免在曲面或斜壁上钻孔，在钻孔处应铸有平台。