金属工艺学复习

金属工艺学复习

第一篇金属材料基础知识

●力学性能（机械性能）：强度与塑性、硬度、韧性、疲劳强度

●同素异晶转变：随着温度的改变，固态金属晶格也随之改变的现象。

●固溶体：铁碳合金都是间隙固溶体

铁素体：α铁基，低温，含碳量低，特征是强度、硬度低，塑性、韧性好

奥氏体：γ铁基，较高温，含碳较高，强度及硬度不高，塑性优良，锻造常用●化合物：渗碳体Fe3C : 硬而脆

●机械混合物：珠光体P：F+Fe3C，0.77C，力学性能好，塑性韧性一般；

莱氏体L：含碳4.3%，渗碳体含量多，硬脆高温莱氏体奥氏体+渗碳体Ld（A+Fe3C），

727C以上低温莱氏体珠光体+渗碳体Ld’（P +Fe3C），727C以下。

●热处理：普通热处理：退火、正火、淬火、回火等；

表面热处理：表面淬火、化学热处理（渗碳、氮化等）

●1）退火：将工件加热到高于AC3或AC1温度以上，保温一定时间，随后以足够缓慢的

速度冷却，使钢得到接近平衡组织的热处理工艺。

目的：1调整硬度，便于切削加工。2消除内应力，防止加工中变形。3细化晶粒，为最终热处理作组织准备。

完全退火：加热到AC3以上，得到均一奥氏体组织后再缓冷转变为珠光体组织的过程。

不完全退火：加热到Ac1以上，得到奥氏体加未溶碳化物或铁素体，再缓冷进行组织转变的过程。

球化退火：将钢加热到Ac1以上20～30℃，保温一段时间，然后缓慢冷却，得到在铁素体基体上均匀分布的球状或颗粒状碳化物的组织。目的：使钢中碳化物球化而进行的退火工艺。球化退火主要适用于过共析钢

2）正火：将钢加热到AC3或Accm以上，保温一定时间，在静止的空气中冷却，得到细珠光体类型组织的热处理工艺。

目的：对于低、中碳钢(≤0.6C%)，目的与退火的相同调整硬度利于切削、消除内应力、细化晶粒。1要改善切削性能，调整硬度利于切削、消除内应力、细化晶粒。低碳钢用正火，中碳钢用退火或正火，高碳钢用球化退火。2对于过共析钢，用于消除网状二次渗碳体，为球化退火作组织准备。

3）淬火：将钢加热到Ac3或Ac1以上，保温一定时间，以一定的速度冷却，得到马氏体或下贝氏体组织的热处理工艺。淬火目的是为获得马氏体组织，提高钢的性能。

完全淬火：加热到Ac1以上，进行淬火的过程。

不完全淬火：加热到Ac1以上，得到奥氏体加未溶碳化物或铁素体，再淬火的过程。

4）回火：指将淬火钢重新加热到相变点以下的某温度保温后冷却的工艺。

回火的目的：1减少或消除淬火内应力, 防止变形或开裂。2获得所需要的力学性能。

淬火钢一般硬度高，脆性大，回火可调整硬度、韧性。3稳定尺寸。

●表面淬火：将钢件表面层加热到临界点以上温度并急速冷却。

表面淬火目的：1使表面具有高的硬度、耐磨性和疲劳极限；2心部在保持一定的强度、硬度的条件下，具有

足够的塑性和韧性。即表硬里韧，适用于承受弯曲、扭转、摩擦和冲击的零件。

●化学热处理：将钢件置于一定介质中加热、保温，使介质中活性原子渗入工作表层，以

改变表层的化学成分组织，具有某些特殊的机械和物化性能。

与表面淬火相比优点：1化学热处理不仅改变钢的表层组织，还改变其化学成分。2化学热处理也是获得表硬里韧性能的方法之一。3根据渗入的元素不同，化学热处理可分为渗碳、氮化、多元共渗、渗其他元素等。

●调质处理：淬火加高温回火的热处理，改善力学性能。

第二篇铸造

●充型：液态合金填充铸型的过程。

影响充型能力的主要因素

1)合金的流动性

2)浇注条件：浇注温度、充型压力

3)铸型填充条件：铸型材料、铸型温度、铸型中气体、铸件结构

●流动性好的合金有利于将杂质气体上浮并排除，还有利于补缩。

●铸件的凝固方式：铸件凝固过程中，断面上一般存在三个区域，即固相区、凝固区和液

相区，其中对铸件质量影响较大的主要是液相和固相并存的凝固区的宽窄。

1)逐层凝固：纯金属或共晶成分合金凝固过程中不存在液、固并存现象，液固界限清楚

分开，称为逐层凝固

2)糊状凝固：若合金的结晶温度范围很宽，温度分布较平坦(内外温度较小)，整个断面

内均为液固并存，先呈糊状而后固化，称为糊状凝固。

3)中间凝固：介于逐层凝固和糊状凝固之间

●收缩的三个阶段：

1)液态收缩：浇注温度->凝固开始温度间的收缩；

2)凝固收缩：凝固开始温度->凝固终止温度间的收缩；分为状态改变和温度下降两部分，

是缩松、缩孔的基本原因。

3)固态收缩：固相线温度->室温时的收缩，是铸造应力和变形、裂纹基本原因

●缩孔：中在铸件上部或最后凝固部位容积较大的孔洞，缩孔多呈倒圆锥形。

凝固收缩越大，浇注温度越高，铸件越厚；则缩孔的容积越大。

●缩松：分散在铸件某区域内的细小缩孔；

分为宏观缩松及显微缩松两种；

逐层凝固合金缩孔倾向大；糊状凝固缩松倾向大。

●缩孔、缩松的防止

1)顺序凝固，实现顺序凝固，就可实现“补缩”

2)设置“冒口”

3)铸件某些厚大部位设置“冷铁”

4)冒口与冷铁增加成本，促进变形及裂纹倾向，仅用于必须补缩，如铝青铜、铸钢等；

5)倾向于糊状凝固的合金，整个截面上有树枝状晶架，难以避免显微缩松。

6)选用近共晶成分或结晶温度范围较窄的合金生产铸件较为科学。

●内应力：热应力和机械应力（时效）

●热应力的产生原因：

1)由于铸件壁厚不均匀，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；

2)厚壁或心部受拉，薄壁或表层受压；

3)铸件的壁厚差别愈大，线收缩率愈大，弹性模量愈大，热应力愈大

预防热应力的途径：减小各个部分间的温差，均匀地冷却。但同时凝固不太适合糊状凝固特性合金，因为易产生心部缩松缩孔。

●灰口铸铁：碳主要以石墨形式存在。少量碳溶于铁素体，断口呈灰色。

1)灰铸铁石墨呈片状

2)可锻铸铁石墨呈团絮状

3)球墨铸铁石墨呈球状

4)蠕墨铸铁石墨呈蠕虫状

砂型铸造及结构设计

●浇注位置原则：

1)重要的面应朝下；

2)铸件的大平面应朝下；

3)为防止铸件薄壁部分产生浇不足或冷隔缺陷。应将面积较大的薄壁部分置于下部或使

其处于垂直或倾斜位置；

4)对容易产生缩孔的铸件，应使厚的部分放在铸型的上部或侧面以便在铸件厚壁处直接

安置冒口，实现定向（顺序）凝固。

●确定分型面：应能方便、顺利地取出模样或铸件，一般选在铸件的最大截面处。

1)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；

2)分型面应避免曲折，数量应少，最好是一个，且为平面；

3)应使型腔全部或大部分置于同一个砂型内，位于下型中；

4)应使型芯数量少，并便于安放和稳定。

●避免铸造缺陷的合理结构

1)铸件壁厚的合理设计：铸件壁厚力求均匀，避免局部过厚形成热节的结构；

2)铸件的各壁之间应均匀过渡，两个非加工表面所形成的内角应设计成圆角；

3)避免铸件产生翘曲变形和大的水平平面结构；