工程材料与热加工基础教材
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中职工程材料与热加工基础(主编王会强郝建军 北理工版)课件：第8章 机械零件的失效选材及工程材料的应用(1)
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8.3典型零件的选材
• 另一种是由于外来硬质点进入相互啮合的齿面间，使 齿面产生机械 磨损，称为磨粒磨损。 • (3)对材料性能的要求。根据齿轮工作条件、失效形式，要求齿轮材 料必须具备以下主要性能：高的接触疲劳强度；高的弯曲疲劳强度， 特别是齿根处要有足够的强 度；有足够的塑韧性。 • 2.齿轮的选材 • (1)机床齿轮。机床齿轮的工作条件较好，载荷不大，转速中等，工 作平稳，稍 有强烈的冲击。除了要有高的接触疲劳强度、弯曲强度 、表面硬度与耐磨性等要求外，还应能保证高的传动精度和小的工作 噪声。一般情况下，可以选用45钢或40Cr、 40MnB中碳合金钢 制造，后者的淬透性更好。 • 机床齿轮的工艺路线一般为： • 下料→锻造→正火→机械粗加工→调质→机械精加工→高频淬火+
8.3典型零件的选材
• 8.3.1齿轮类零件的选材
• 1.齿轮的工作条件、主要失效形式及对材料性能的要求 • (1)齿轮的工作条件。机器中齿轮尽管很多，但其工作过程基本相同 ，只是受力 程度有所不同。齿轮工作时，通过齿面的接触传递动力 ，在啮合齿表面既有滚动又有 滑动，有高的接触载荷与强烈的摩擦 ；传递动力时，其轮齿似一受力的悬臂梁，接触 作用力在齿根处产 生很大的力矩，使齿根部承受较高的弯曲应力；换挡、启动和啮合 不均勻时，将承受较大冲击载荷。 • (2)齿轮的主要失效形式。在通常情况下齿轮的主要失效形式为断齿 、齿面损伤 (麻点剥落和磨损等)。 • ①断齿。除因超载而产生脆性折断外’大多数情况下，断齿是由弯曲 疲劳造成的。 当零件(或材料)所承受的重复应力较高(接近，甚至可 能超过材料的屈服强度)、 而频率较低(低于10/min次)时，其断 裂前
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工程材料与热加工
• (2)碳纤维增强复合材料
• 这种复合材料与玻璃钢相比，其抗拉强度高，弹性模量是玻璃
钢的4～6倍。玻璃钢在300℃以上，强度会逐渐下降，而碳纤维 的高温强度好。玻璃钢在潮湿环境中强度会损失15％，碳纤维 的强度不受潮湿影响。 • 此外，碳纤维复合材料还具有优良的减摩性、耐蚀性、导热性 和较高的疲劳强度。
胶
氯丁 橡胶
（ＣＲ）
２５～ ８００～ － ３５～ ２７ １０００ １３０
3．常用塑料的性能及应用
• (1)热塑性塑料
• ① 聚氯乙烯(PVC)
分为硬质和软质两种。硬质聚氯乙烯强度较高， 绝缘性和耐蚀性好，耐热性差，在－15～60℃温度范 围使用，用于做灯头、插座、开关阀门。软质聚氯乙 烯强度低于硬质聚氯乙烯，伸长率高，绝缘性较好， 耐蚀性好，用于农用和工业用包装薄膜、电线、电缆 的绝缘层，因其有毒，不能包装食品。 ②聚乙烯(PE) 按生产工艺不同，分为高压聚乙烯、低压聚乙烯。 高压聚乙烯化学稳定性高，柔软性、绝缘性、透明性、 耐冲击性好，宜吹塑成薄膜、软管、塑料瓶等。低压 聚乙烯硬度较高、耐蚀性、绝缘性好，用于制造腐蚀 设备的零件、电器绝缘材料。
聚氨 酯橡 胶
（UR）
300～８ 80 ００ ５０～5 －７ ００ 0～275 1００～5 － 50～
硅橡 胶
耐高温、耐低温性突出， 各种管接头， 耐臭氧、耐老化、电绝 高温使用的垫 缘、耐水性优良，无毒 圈、衬垫、密 无味。强度低、不耐油 封件，耐高温 的电线、电缆 包皮 耐腐蚀性突出、耐酸、 耐碱、耐强氧化剂能力 化工容器衬里、 发动机耐油、
8.2.3常用特种陶瓷
• 1结构陶瓷
氧化铝陶瓷
主要成分是Al2O3。强度比普通陶瓷高2～6倍，硬度高(仅低于金刚石)；耐 高温（陶瓷可在1400℃时长期使用，空气中使用温度最高为1980℃），高温 蠕变小；耐酸、碱和化学药品腐蚀，绝缘性好。脆性大，不能承受冲击。用 于制作高温容器(如坩埚)，内燃机火花塞；切削高硬度、大工件、精密件的 刀具；耐磨件(如拉丝模)；化工、石油用泵的密封环；高温轴承；纺织机用 高速导纱零件等。
工程材料与热加工基础
材料的发展
• 复合材料
• 由两种或两种以上材料组成， 其性能是它的组成材料所不 具备的。复合材料可以有非 同寻常的刚度、强度、高温 性能和耐蚀性。按基本材料 分类，它可分为金属基复合 材料、陶瓷基复合材料和聚 合物基复合材料等。复合材 料具有极其优异性能，质轻， 强度高，韧性好，可制作运 动器材，而在航空航天领域 更是无可替代。
材料的发展
• 高分子材料 • 又称聚合物，包括天然高
分子材料（木材、棉、麻等） 和合成高分子材料（塑料， 合成橡胶等）。其主要组分 高分子化合物是有许多结构 相同的结构单元相互连接而 成。它具有较高的强度、良 好的塑性、较强的耐腐蚀性、 绝缘性和低密度等优良性能。 高分子材料发明虽晚，但异 军突起，因其物美价廉，在 工程材料中应用越来越广。
《工程材料与热加工基础》
课程概论
机械制造基础 Ⅰ--工程材料 机械制造基础 Ⅱ--热加工工艺基础 Ⅲ--机械加工工艺基础
课程的性质和任务
• 工程材料与热加工基础是机械类、近机械类各专 业学生必修的一门技术基础课。
• 本课程的任务是: • l）工程材料的性能：以力学性能为主，还要考虑
物理性能、化学性能及工艺性能； • 2）金属学基本理论：使学生获得有关工程材料
零件的毛坯
• 焊接结构
• 焊接的实质是使两个分离的物体 通过加热或加压，或两者并用， 在用或不用填充材料的条件下借 助于原子间或分子间的联系与质 点的扩散作用形成一个整体的过 程。
汽车一厂车身车间POLO底盘焊接
材料的发展
• 金属材料
• 金属具有正的电阻温度系数，通常 有良好的导电性、导热性、延展性、 高的密度和高的光泽。包括纯金属 和以金属元素为主的合金。在工程 领域有把金属及其合金分为两类： （1）黑色金属，即铁和铁基合金 （钢铁及合金钢）；（2）有色金 属，黑色金属以外的所有金属及其 合金，常见有铝及铝合金，铜及铜 合金等。金属材料一般有良好的综 合机械性能（强度、塑性和韧性 等），是工程领域应用最广的材料。 金属材料是当今工程领域应用最广 的材料
工程材料及热加工工艺基础课件
拉伸试样的颈缩现象
指标
塑性—断裂前材料发生不可逆永久变形的能力
断后延伸率 d (L-L0)/ L0 断面收缩率y (A0-A)/A0
d 和y越高 材料的塑性越好
说明：
① 用断面缩率表示塑性比伸长率更接近真 实变形。
② 直径d0 相同时，l0，d。只有当l0/d0
为常数时，塑性值才有可比性。
当l0=10d0 时，伸长率用d 表示； 当l0=5d0 时，伸长率用d5 表示。显然d5>
刚度：材料受力时抵抗弹性变形的能 力。指标为弹性模量E。 E tg （MPa） 材料的E越大，刚度越大；
弹性模量的大小主要取决于材料的本性，除随温度升高而逐渐 降低外，其他强化材料的手段如热处理、冷热加工、合金化等 对弹性模量的影响很小。可以通过增加横截面积或改变截面形 状来提高零件的刚度。
二、强度与塑性
强度: 材料在载荷作用下抵抗永久变形和破坏的能力。
当承受拉力时，主要是屈服强度和抗拉强度。
屈服强度s：材料发生微量塑性变 形时的应力值。即在拉伸试验过程 中，载荷不增加，试样仍能继续伸 长时的应力。
条件屈服强度0.2：高碳钢等无屈服 点，国家标准规定以残余变形量为 0.2%时的应力值作为它的条件屈服 强度，以σ0.2来表示。 抗拉强度σb：试样在断裂前所能承受的最大应力，表示材 料抵抗断裂的能力。
▪金属基复合材料 ▪陶瓷基复合材料 ▪树脂基复合材料
Space
复合材料的应用领域
Commercial
Military
Helicopters
根据材料的性能分类
结构材料 是指具有抵抗外场作用而保持自己的形状、结构
不变的优良力学性能（强度和韧性等），用于结构目的的材 料。这种材料通常用来制造工具、机械、车辆和修建房屋、 桥梁、铁路等。是人们熟悉的机械制造材料、建筑材料，包 括结构钢、工具钢、铸铁、普通陶瓷、耐火材料、工程塑料 等传统的结构材料（一般结构材料）以及高温合金、结构陶 瓷等高级结构材料。
工程材料与热加工-铝及其合金
Si名义质量分数为12%的铸造铝合金代 Si名义质量分数为12%的铸造铝合金代 名义质量分数为12% 号及牌号表示。 号及牌号表示。
ZL 1 02
代号
序号， 序号，02 合金类别 铸铝
Z Al Si 12
牌号
质量分数 主加元素， 主加元素，Si 基本元素， 基本元素，Al 铸造
铸造铝合金的特点及用途
铝合金的强化
• 固溶热处理 塑性、韧性好，强 塑性、韧性好，
度、硬度没有立即提高
• 时效热处理 强度和硬度提高。 强度和硬度提高。
固溶热处理
放置一定时间
时效热处理
1.3常用铝合金及其应用 1.3常用铝合金及其应用
1.3.1变形铝合金 1.3.1变形铝合金 1.3.2铸造铝合金 1.3.2铸造铝合金
牌号 序号 改型情况 铝合金的组别
变形铝合金性能特点和应用 防锈铝合金：主要是Al-Mg系和Al-Mn系合金， 防锈铝合金：主要是Al-Mg系和Al-Mn系合金，大多 Al 系和Al 系合金 为单相合金，不可热处理强化，主要特点是抗蚀性， 为单相合金，不可热处理强化，主要特点是抗蚀性， 焊接和塑性好，并有良好的低温性能。 焊接和塑性好，并有良好的低温性能。 硬铝合金：主要是指Al-Cu-Mg系合金， 硬铝合金：主要是指Al-Cu-Mg系合金，合金含量越 Al 系合金 强度越高，而塑性韧性变差。LYl、LY10、 高，强度越高，而塑性韧性变差。LYl、LY10、 LY11 超硬铝合金：超硬铝属Al-Cu-Mg-Zn系合金（LC4、 超硬铝合金：超硬铝属Al-Cu-Mg-Zn系合金（LC4、 Al 系合金 LC6）是室温强度最高的铝合金。 LC6）是室温强度最高的铝合金。主要用于受力较 大的重要结构和零件 锻铝合金：主是指Al-Mg-Si-Cu系合金， LD5、 锻铝合金：主是指Al-Mg-Si-Cu系合金，如LD5、 Al 系合金 LD8等。其中合金元素较多，但含量较低，故有优 LD8等 其中合金元素较多，但含量较低， 良热塑性，热加工性能好；铸造性和耐蚀性较好， 良热塑性，热加工性能好；铸造性和耐蚀性较好， 力学性能可与硬铝相当。 力学性能可与硬铝相当。
ZL 1 02
代号
序号， 序号，02 合金类别 铸铝
Z Al Si 12
牌号
质量分数 主加元素， 主加元素，Si 基本元素， 基本元素，Al 铸造
铸造铝合金的特点及用途
铝合金的强化
• 固溶热处理 塑性、韧性好，强 塑性、韧性好，
度、硬度没有立即提高
• 时效热处理 强度和硬度提高。 强度和硬度提高。
固溶热处理
放置一定时间
时效热处理
1.3常用铝合金及其应用 1.3常用铝合金及其应用
1.3.1变形铝合金 1.3.1变形铝合金 1.3.2铸造铝合金 1.3.2铸造铝合金
牌号 序号 改型情况 铝合金的组别
变形铝合金性能特点和应用 防锈铝合金：主要是Al-Mg系和Al-Mn系合金， 防锈铝合金：主要是Al-Mg系和Al-Mn系合金，大多 Al 系和Al 系合金 为单相合金，不可热处理强化，主要特点是抗蚀性， 为单相合金，不可热处理强化，主要特点是抗蚀性， 焊接和塑性好，并有良好的低温性能。 焊接和塑性好，并有良好的低温性能。 硬铝合金：主要是指Al-Cu-Mg系合金， 硬铝合金：主要是指Al-Cu-Mg系合金，合金含量越 Al 系合金 强度越高，而塑性韧性变差。LYl、LY10、 高，强度越高，而塑性韧性变差。LYl、LY10、 LY11 超硬铝合金：超硬铝属Al-Cu-Mg-Zn系合金（LC4、 超硬铝合金：超硬铝属Al-Cu-Mg-Zn系合金（LC4、 Al 系合金 LC6）是室温强度最高的铝合金。 LC6）是室温强度最高的铝合金。主要用于受力较 大的重要结构和零件 锻铝合金：主是指Al-Mg-Si-Cu系合金， LD5、 锻铝合金：主是指Al-Mg-Si-Cu系合金，如LD5、 Al 系合金 LD8等。其中合金元素较多，但含量较低，故有优 LD8等 其中合金元素较多，但含量较低， 良热塑性，热加工性能好；铸造性和耐蚀性较好， 良热塑性，热加工性能好；铸造性和耐蚀性较好， 力学性能可与硬铝相当。 力学性能可与硬铝相当。
工程材料与热加工
工程材料与热加工《工程材料与热加工》课程标准学时/学分：64/4课程类型：理论课程适用专业：焊接技术及自动化课程所属系部：机械工程系批准日期：2015年4月一、制定依据与课程定位（一）制定依据本课程标准依据安徽机电职业技术学院《焊接技术及自动化专业人才培养方案》而制定。
（二）课程定位本课程是高职焊接技术及自动化专业的综合性专业基础课。
是机械类专业课程的前导课程。
二、课程教学目标（一）知识目标1、理解相关力学性能的指标及应用；2、理解晶体结构与结晶的重要概念及实际金属的晶体结构，掌握纯铁的同素异晶转变及细化晶粒的方法；3、掌握铁碳合金的基本相及典型合金的结晶过程；理解铁碳合金成分、组织和性能之间的关系；4、了解热处理的基本过程、影响钢热处理质量的因素；掌握常用热处理的基本概念及应用；5、掌握钢的常用分类方法、我国钢的牌号的表示方法；理解夹杂物对金属性能的影响；了解合金元素在钢中的作用、合金元素对钢热处理的影响；了解特殊性能钢的牌号及用途；6、掌握铸铁的分类；了解铸铁石墨化过程及影响因素；7、了解铝合金、铜合金的分类及及性能和热处理特点；掌握滑动轴承合金的性能及组织特点；了解粉末冶金的生产过程及硬质合金的牌号（代号）及性能；8、了解非金属材料（高分子材料、陶瓷材料及复合材料）的性能及应用；9、了解砂型铸造工艺过程、手工造型方法；理解合金铸造性能；了解砂型铸造工艺设计基础；了解一些特种铸造方法；10、了解锻压生产的特点及应用；理解塑性变形的原理；掌握金属的可锻性；了解自由锻造、模锻、板料冲压工艺；11、掌握焊接实质、特点、分类；了解常用焊接方法常用金属材料的焊接；了解胶接工艺；12、掌握零件失效的概念、类型；掌握选择材料的原则、方法、过程。
（二）能力目标通过对《工程材料及热加工》理论和实践教学，应能使机械类专业的学生掌握工程材料及热加工应用的理论知识和应用技能。
通过教学应使学生获得以下工程材料及热加工应用的知识和能力。
《工程材料与热加工基础》第十章锻压生产
第一节 金属的锻造性能
一、金属的塑性变形概述 金属塑性变形的实质，对于单晶体是由于金属原子某晶面两侧受切应力
作用产生相对滑移，或晶体的部分晶格相对于某晶面沿一定方向发生切变， 即滑移理论和孪生理论。
二、热锻、冷锻、温锻、等温锻
从金属学的观点划分锻压加工的界限为再结晶温度。 1．热锻 在金属再结晶温度以上进行的锻造工艺称为热锻。在变形过程中 冷变形强化和再结晶同时存在，属于动态再结晶。 2．冷锻 在室温下进行的锻造工艺称为冷锻。冷锻可以避免金属加热出现 的缺陷，获得较高的精度和表面质量，并能提高工件的强度和硬度。但冷 锻变形抗力大，需用较大吨位的设备，多次变形时需增加再结晶退火和其 它辅助工序。目前冷锻主要局限于低碳钢、有色金属及其合金的薄件及小 件加工。 3．温锻 在高于室温和低于再结晶温度范围内进行的锻造工艺称为温锻。 与热锻相比，坯料氧化脱碳少，有利于提高工件的精度和表面质量；与冷 锻相比，变形抗力减小、塑性增加，一般不需要预先退火、表面处理和工 序间退火。温锻适用于变形抗力大、冷变形强化敏感的高碳钢、中高合金 钢、轴承钢、不锈钢等。 4．等温锻 在锻造全过程中，温度保持恒定不变的锻造方法称为等温锻。
避免锥形、楔形结构
三、自由锻零件结构工艺性
3、应避免圆柱面与圆柱面、圆柱面与棱柱面相交； 避免圆柱面与圆柱面、圆柱面与棱柱面相交
三、自由锻零件结构工艺性 4、零件上不允许有加强筋；
三、自由锻零件结构工艺性 5、对横截面尺寸相差很大或形状复杂的零件，应尽可能分别对其进 行锻造，然后用螺纹连接。
如下图：螺纹连接
（四）高合金钢的锻后冷却 由于高合金钢的导热性差，塑性低，终锻温度较高，如果冷却速度
快，会因热应力和组织应力使锻件出现裂纹。因此，终锻后应尽快采取 工艺措施保证锻件缓慢冷却。
工程材料与热加工基础课件
• 2. 焊前预热 焊前对焊件预热，可减少焊件各部分的温差， 对减小焊接应力与变形较为有效。重要焊件可整体预热， 还有局部预热即焊前选择焊件的合理部位局部加热使其伸 长，焊后冷却时，加热区与焊缝同时收缩。
• 3. 反变形法 根据实验或计算，确定工件焊后产生变形的方 向和大小，焊前将工件预先斜置或弯曲成等值反向角度， 以期达到焊后与所要求的工件角度正好吻合。
图11－3 平板焊接过程中的应力与变形形成原理示意图
• (二)焊接裂纹与焊接变形的形式 • 焊接时，在任何情况下焊接应力总是存在的。当焊接应力超过
该材料相应温度的屈服应力时，焊件将产生变形；超过材料的断 裂应力时，焊件将会产生裂纹甚至断裂。焊接裂纹包括纵向裂纹、 横向裂纹、内部裂纹、根部裂纹等；焊接变形的基本形式有角变 形、弯曲变形、波浪变形、收缩变形、扭曲变形、错边变形等， 见图11-4。
《工程材料与热加工基础》 第十一章 焊接
• 机械工程系
• 金工教研室
▪ 引言
• 1、何为焊接？ • 焊接是通过加热或加压，或两者并用，并且用或不用填充材料，
使工件达到结合的一种方法。 • 1）.熔焊 将待焊处母材金属熔化以形成焊缝的焊接方法称为熔焊。 • 2）.压焊 焊接过程中，必须对焊件施加压力（加热或加热），以完
图11-9 点焊
(三)胶接点焊
胶接点焊是以胶接加强电阻点焊强度的连接方法。它是近年来发 展起来的新工艺。与电阻点焊相比，胶接点焊接头的搭接抗剪强度可 提高3倍，疲劳强度可提高9倍。 (四)缝焊
工件装配成搭接接头、对接接头、T形接头、角接接头等接头形 式（如图3-11所示），并置于两滚轮电极之间，滚轮加压工件并转动， 连续或断续送电，形成一条连续焊缝的电阻焊方法称为缝焊，见图310。 缝焊主要应用于焊缝较规则，有密封要求的3mm以下薄壁结构，
• 3. 反变形法 根据实验或计算，确定工件焊后产生变形的方 向和大小，焊前将工件预先斜置或弯曲成等值反向角度， 以期达到焊后与所要求的工件角度正好吻合。
图11－3 平板焊接过程中的应力与变形形成原理示意图
• (二)焊接裂纹与焊接变形的形式 • 焊接时，在任何情况下焊接应力总是存在的。当焊接应力超过
该材料相应温度的屈服应力时，焊件将产生变形；超过材料的断 裂应力时，焊件将会产生裂纹甚至断裂。焊接裂纹包括纵向裂纹、 横向裂纹、内部裂纹、根部裂纹等；焊接变形的基本形式有角变 形、弯曲变形、波浪变形、收缩变形、扭曲变形、错边变形等， 见图11-4。
《工程材料与热加工基础》 第十一章 焊接
• 机械工程系
• 金工教研室
▪ 引言
• 1、何为焊接？ • 焊接是通过加热或加压，或两者并用，并且用或不用填充材料，
使工件达到结合的一种方法。 • 1）.熔焊 将待焊处母材金属熔化以形成焊缝的焊接方法称为熔焊。 • 2）.压焊 焊接过程中，必须对焊件施加压力（加热或加热），以完
图11-9 点焊
(三)胶接点焊
胶接点焊是以胶接加强电阻点焊强度的连接方法。它是近年来发 展起来的新工艺。与电阻点焊相比，胶接点焊接头的搭接抗剪强度可 提高3倍，疲劳强度可提高9倍。 (四)缝焊
工件装配成搭接接头、对接接头、T形接头、角接接头等接头形 式（如图3-11所示），并置于两滚轮电极之间，滚轮加压工件并转动， 连续或断续送电，形成一条连续焊缝的电阻焊方法称为缝焊，见图310。 缝焊主要应用于焊缝较规则，有密封要求的3mm以下薄壁结构，
工程材料与热加工技术课件
焊接技术应用
焊接技术广泛应用于机械、建筑、船舶、航空等制造业领域，是 实现金属结构连接的重要工艺方法之一。
热处理技术
热处理技术定义
热处理技术是一种通过加热、保温和冷却金属材料，改变其内部组 织结构，从而获得所需性能的工艺过程。
热处理技术分类
热处理技术可分为退火、正火、淬火、回火等不同类型，根据材料 和性能要求选择合适的热处理方法。
回火
将淬火后的金属加热至低于临界点温度，保温一段时间后冷却，以 稳定组织、降低内应力并提高韧性。
金属材料的腐蚀与防护
腐蚀类型
金属材料的腐蚀可分为化学腐蚀和电化学腐蚀。化学腐蚀是 指金属与周围介质直接发生化学反应而引起的腐蚀；电化学 腐蚀则是金属与电解质溶液发生原电池反应而引起的腐蚀。
腐蚀防护
为了防止金属材料的腐蚀，可采取表面涂层、电化学保护和 改变金属内部结构等措施。常用的表面涂层材料有油漆、镀 锌、镀铬等；电化学保护包括阳极保护和阴极保护。
热加工技术如热处理、锻造、焊接等在汽车零部件制造中起到关键作用，确保零部 件的强度和稳定性。
新能源领域的应用
新能源领域对高效、环保的材 料需求迫切，工程材料与热加 工技术在新能源领域中具有广 阔的应用前景。
太阳能光伏产业中，高效率光 伏材料的研发和生产过程中涉 及多种工程材料与热加工技术 。
风力发电领域中，大型风电叶 片的制造需要高性能复合材料 和先进的热加工技术。
中。
高强度轻质合金、复合材料等高 性能材料在飞机机身、机翼、发 动机等关键部位得到广泛应用。
热加工技术如熔炼、铸造、焊接 等在航空航天领域中起到至关重 要的作用，确保零部件的精度和
可靠性。
汽车工业的应用
汽车工业对材料性能和加工工艺要求严格，工程材料与热加工技术在汽车制造中占 据重要地位。
焊接技术广泛应用于机械、建筑、船舶、航空等制造业领域，是 实现金属结构连接的重要工艺方法之一。
热处理技术
热处理技术定义
热处理技术是一种通过加热、保温和冷却金属材料，改变其内部组 织结构，从而获得所需性能的工艺过程。
热处理技术分类
热处理技术可分为退火、正火、淬火、回火等不同类型，根据材料 和性能要求选择合适的热处理方法。
回火
将淬火后的金属加热至低于临界点温度，保温一段时间后冷却，以 稳定组织、降低内应力并提高韧性。
金属材料的腐蚀与防护
腐蚀类型
金属材料的腐蚀可分为化学腐蚀和电化学腐蚀。化学腐蚀是 指金属与周围介质直接发生化学反应而引起的腐蚀；电化学 腐蚀则是金属与电解质溶液发生原电池反应而引起的腐蚀。
腐蚀防护
为了防止金属材料的腐蚀，可采取表面涂层、电化学保护和 改变金属内部结构等措施。常用的表面涂层材料有油漆、镀 锌、镀铬等；电化学保护包括阳极保护和阴极保护。
热加工技术如热处理、锻造、焊接等在汽车零部件制造中起到关键作用，确保零部 件的强度和稳定性。
新能源领域的应用
新能源领域对高效、环保的材 料需求迫切，工程材料与热加 工技术在新能源领域中具有广 阔的应用前景。
太阳能光伏产业中，高效率光 伏材料的研发和生产过程中涉 及多种工程材料与热加工技术 。
风力发电领域中，大型风电叶 片的制造需要高性能复合材料 和先进的热加工技术。
中。
高强度轻质合金、复合材料等高 性能材料在飞机机身、机翼、发 动机等关键部位得到广泛应用。
热加工技术如熔炼、铸造、焊接 等在航空航天领域中起到至关重 要的作用，确保零部件的精度和
可靠性。
汽车工业的应用
汽车工业对材料性能和加工工艺要求严格，工程材料与热加工技术在汽车制造中占 据重要地位。
工程材料及热加工工艺基础教学大纲
《工程材料及热加工工艺基础》课程教学大纲一、课程基本信息课程编号Z5903B001 课程名称工程材料及热加工工艺基础课程英文名称Basic Engineering Materials Termal Machining总学时数56授课学时50实践学时实验学时6习题课学时设计学时学分 3开课单位机电工程学院适用专业机械设计制造及自动化专业先修课程工程制图（Ⅰ）、工程训练（Ⅰ）、公差与技术测量课程类别专业主干课选用教材或参考资料教材：1. 工程材料及机械制造基础——工程材料（第二版）东南大学戴枝荣、张远明主编高等教育出版社2. 《金属工艺学》（上册、第五版）高等教育出版社邓文英主编参考书：1. 《机械制造基础》（上）清华大学出版社京玉海、罗丽萍主编2. 《机械制造基础学习指导与习题》重庆大学出版社京玉海主编本课程任务和目的本课程是一门实践性很强的技术基础课，其任务和目的是使学生获得常用工程材料及热加工工艺的基础知识，培养工艺实践的初步能力，为学习其他有关课程，并为以后从事涉及机械设计和加工制造方面的工作奠定必要的基础。
制订单位机电工程学院工程训练中心制订时间2008年课程组成员罗丽萍、京玉海、郑志强、郭烈恩、朱政强审核人批准人二、课程内容及基本要求㈠绪论1、了解机械制造的一般概念2、了解机械零件加工过程3、了解工程材料及热加工基础的任务、目的和要求4、了解课程的性质、特点和学习方法5、了解机械制造的发展趋势㈡工程材料1、工程材料概述⑴了解材料发展概况和工程材料的分类；⑵熟悉金属材料各项力学性能（强度、硬度、塑性、韧性等）的具体指标的物理意义及表示符号等；⒀一般了解金属材料的物理性能、化学性能、工艺性能的含义。
2、晶体结构与结晶⑴了解晶体的三大特点，熟悉三种常见金属晶体结构的分类、原子数、致密度、原子半径；⑵理解结晶的基本概念，清楚金属结晶的一般规律；⑶熟悉晶粒大小对金属性能的影响和控制晶粒大小的措施；⑷了解金属同素异晶转变的概念与结晶的区别，熟悉纯铁在不同温度下的晶体结构；⑸熟悉三种合金的结构，含分类、晶格类型特点及力学性能特点；⑹了解相图、相、合金及组元的概念。
工程材料与热加工基础刘强
《工程材料与热加工基础》课程设计说明书学校南京航空航天大学学院航空宇航学院专业飞行器设计与工程学号011010316姓名刘强指导老师潘蕾完成日期2012年6月20日目录第一篇任务书第二篇零件设计一、铸造课程设计（支座）1、零件名称2、零件简图3、技术要求和生产性质4、零件的选材分析5、毛坯选择分析6、浇注位置及分形面的选择7、铸件的铸造工艺图二、锻造课程设计（传动轴）1、零件名称2、零件简图3、技术要求和生产性质4、零件的选材分析5、毛坯选择分析6、工艺流程三、焊接零件的设计（乙炔气瓶）1、零件名称2、零件简图3、技术要求和生产性质4、零件的选材分析5、焊接方法的选择6、焊接结构的工艺性设计7、生产工艺流程第三篇课程设计感想与体会第四篇参考资料第一篇任务书《工程材料与热加工基础》课程设计学生姓名刘强院系航空宇航学院飞行器设计与工程学号011010316 指导老师潘蕾下达时间2012.6.17 完成时间2012.6.201．课程设计的目的：《工程材料与热加工基础》是工程类专业必修的一门工艺性、实践性很强的综合性技术基础课，其内容包括工程材料学、铸造、锻压、焊接等。
为提高学生的工程实践能力和综合运用所学知识分析解决实际问题的能力，在学习该课程后进行一周的课程设计。
其目的是：1）通过课程设计的实践，使学生进一步加深了解和巩固课程所学的有关知识，提高学生综合运用所学知识分析解决实际问题的能力。
2）通过课程设计使学生初步达到在一般机械设计中能合理选择材料、选择毛坯生产方法，并能合理安排典型零件的热处理工艺、零件制造工艺流程及结构工艺性分析。
2．课程设计的主要内容：本课程设计包括典型零件的材料选择，热处理工艺路线的安排，零件毛坯生产方法选择[主要包括铸造（液态成型）、压力加工（塑性成形）和焊接（连接成型）三种成型方法]。
课程设计的要求：1)学生根据课程设计指导书中规定的零件或由任课教师指定的零件，任选三个零件（包括铸件、锻件和焊接件各一个），分析各个零件的工作条件、受力状况、失效形式等，合理选择各零件所用材料、选择毛坯生产方法，并能合理安排零件的热处理工艺、制造工艺流程，按设计指导书中要求进行结构工艺性分析与工艺设计。
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m坯=m锻+m烧+m芯+m切
式中m坯--坯料重量；
m锻--锻件重量；
m烧--加热时坯料表面氧化烧损的重量。与所用加热设备类型等因
素有关，可参考相关资料；
m芯m切 --冲孔时的芯料重量；
m切 --锻造中被切掉的金属重量。
2．坯料尺寸 根据计算出的坯料重量即可计算杯料的体积，最后 依据选择的坯料截面尺寸确定其长度。
（二）模锻及锻模模膛
多模膛模锻时，按其模膛的结构和功用可分为制坯模膛和模锻模膛两 类。
1. 制坯模膛 用以初步改变毛坯形状、合理分配金属，以适应锻件横 截面积和形状的要求，使金属能更好地充满模锻模膛的工序称为制坯工序。 如下图所示：
2. 模锻模膛
2. 模锻模膛 模锻模膛又可分为预锻膛和终锻模膛。 （1）预锻模膛 为了改善终锻时金属的流动条件，避免产生充填不满和折 迭，使锻坯最终成形前获得接近终锻形状的模膛，它可提高终锻模膛的寿 命。其结构比终锻模膛高度大、宽度小、无飞边槽，模锻斜度和圆角大。 （2）终锻模膛 模锻时最后成形用的模膛，和热锻件图上相应部分的形状、 尺寸一致。模膛周围设飞边槽，通孔锻件需留冲孔连皮。
第一节 金属的锻造性能
一、金属的塑性变形概述 金属塑性变形的实质，对于单晶体是由于金属原子某晶面两侧受切应力
作用产生相对滑移，或晶体的部分晶格相对于某晶面沿一定方向发生切变， 即滑移理论和孪生理论。
二、热锻、冷锻、温锻、等温锻
从金属学的观点划分锻压加工的界限为再结晶温度。 1．热锻 在金属再结晶温度以上进行的锻造工艺称为热锻。在变形过程中 冷变形强化和再结晶同时存在，属于动态再结晶。 2．冷锻 在室温下进行的锻造工艺称为冷锻。冷锻可以避免金属加热出现 的缺陷，获得较高的精度和表面质量，并能提高工件的强度和硬度。但冷 锻变形抗力大，需用较大吨位的设备，多次变形时需增加再结晶退火和其 它辅助工序。目前冷锻主要局限于低碳钢、有色金属及其合金的薄件及小 件加工。 3．温锻 在高于室温和低于再结晶温度范围内进行的锻造工艺称为温锻。 与热锻相比，坯料氧化脱碳少，有利于提高工件的精度和表面质量；与冷 锻相比，变形抗力减小、塑性增加，一般不需要预先退火、表面处理和工 序间退火。温锻适用于变形抗力大、冷变形强化敏感的高碳钢、中高合金 钢、轴承钢、不锈钢等。 4．等温锻 在锻造全过程中，温度保持恒定不变的锻造方法称为等温锻。
（二）模锻及锻模模膛
（二）模锻及锻模模膛 要求模具在高温下具有足够的强度、韧性、硬度和耐磨性，良好
的导热性、抗热疲劳性、回火稳定性和抗氧化性。尺寸较大的模具还 应具有高的淬透性和较小的变形。常用5CrNiMo、5CrMnMo钢等热锻模 具材料制作锻模。
锤上模锻使用的锻模是由带燕尾的上、下模组成，分别用镶条固 定在锤头和模座上。上、下模接触时，其接触面上所形成的空间为模 膛。具有一个模膛的锻模称为单模膛模锻，具有两个以上模膛的锻模 称为多模膛模锻。
（二）变形条件
3．应力状态 采用不同的变形方法，在金属中产生的应力状态是不同 的。应力状态对于塑性的影响为：压应力数目越多，塑性越好；拉应 力数目越多，塑性越差；应力状态对于变形抗力的影响为：同号应力 状态下的变形抗力大于异号状态下的变形抗力。所以，在选择变形方 法时，对于塑性高的金属，变形时出现拉应力有利于减少能量消耗； 对于塑性低的金属应尽量采用三向压应力以增加塑性，防止裂纹。 4．坯料表面质量 表面粗糙或有划痕、微裂纹、粗大夹杂都会在变形 过程中产生应力集中，使缺陷扩展甚至开裂。故塑性加工前应对坯料 表面进行清理消除缺陷，有时甚至需要进行表面预切削去掉坯料的表 层金属。
锻造比对锻件的锻透程度和力学性能有很大影响。当锻造比达到2时， 随着金属内部组织的致密化，锻件纵向和横向的力学性能均有显著提高； 当锻造比为2-5时，由于流线化的加强，力学性能出现各向异性，纵向性 能虽仍略提高，但横向性能开始下降，锻造比超过5后，因金属组织的致 密度和晶粒细化度均已达到最大值，纵向性能不再提高，横向性能却急剧 下降。因此，选择适当的锻造比相当重要。一般，碳素结构钢取2-3，合 金结构钢取3-4。对于某些高合金工具钢和特殊性能的合金钢，为促进合 金碳化物分布的均匀化，击碎钢中的碳化物，常采用较大的锻造比，如高 速钢取5-12，不绣钢取4-6。
第二节 自由锻
只用简单的通用性工具，或在锻造设备的上、下砧间直接 使坯料变形而获得所需的几何形状及内部质量的锻件，这种方 法称为自由锻。
一、自由锻设备 根据对坯料作用力的性质不同，自由锻设备可分为产生冲击力 的锻锤和产生静压力的压力机两大类。
二、自由锻工艺规程的制订
（一）绘制锻件图 锻件图是根据零件图绘制的。自由锻件的锻件图是在零件图的基础上考 虑了加工余量、锻造公差、工艺余块等之后绘制的图。模锻件的锻件图 还应考虑分模面的选择、模锻斜度和圆角半径等。 锻件图的绘制方法如下：
三、锻造流线和锻造比
锻造时，金属的脆性杂质被打碎，顺着金属主要伸长方向呈碎粒状或 链状分布；塑性杂质随着金属变形沿主要伸长方向呈带状分布，这样热锻 后的金属组织就具有一定的方向性，通常称为锻造流线，又叫纤维组织。
锻造比是锻造时变形程度的一种表示方法。通常用变形前后的截面比、 长度比或高度比来表示。
避免锥形、楔形结构
三、自由锻零件结构工艺性
3、应避免圆柱面与圆柱面、圆柱面与棱柱面相交； 避免圆柱面与圆柱面、圆柱面与棱柱面相交
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
三、自由锻零件结构工艺性 4、零件上不允许有加强筋；
三、自由锻零件结构工艺性 5、对横截面尺寸相差很大或形状复杂的零件，应尽可能分别对其进 行锻造，然后用螺纹连接。
如下图：螺纹连接
1）锻件的形状用粗实线，同时用假想线（双点划线）描绘出零件 的形状。
2）锻件的尺寸和公差标注在尺寸线的上面，零件的尺寸和公差用 括号标注在尺寸线的下面或侧面。
3）图上无法标注的技术要求，如锻造温度范围、锻造比、氧化缺 陷、脱碳层深度等以技术条件方式用文字说明。
（二）计算坯料的重量和尺寸
1．坯料重量 坯料的重量为锻件的重量与锻造时各种金属损耗的 重量之和，可按下式进行计算：
（四）高合金钢的锻后冷却 由于高合金钢的导热性差，塑性低，终锻温度较高，如果冷却速度
快，会因热应力和组织应力使锻件出现裂纹。因此，终锻后应尽快采取 工艺措施保证锻件缓慢冷却。
第三节 模 锻
模型锻造 利用模具使毛坯变形而获得锻件的锻造方法称为 模锻。
特点：与自由锻相比，模锻具有锻件精度高、流线组织 合理、力学性能高等优点，而且生产率高，金属消耗少，并 能锻出自由锻难以成形的复杂锻件。受设备吨位的限，模锻 件不能太大，一般重量不超过 150kg。 分类：按模具类型模锻可分为开式模锻（有飞边模锻）、闭 式模锻（无飞边模锻）和多向模锻等；按设备类型模锻可分 为锤上模锻、胎模锻、压力机上模锻等。
5．弯曲类锻件 包括各种具有弯曲轴线的锻件，如吊钩、弯杆、 曲柄、轴瓦盖等，基本工序是拔长、弯曲。
6．复杂形状锻件 包括阀体、叉杆、十字轴等，锻造难度大， 应根据锻件形状特点，采用适当工序组合锻造。
三、自由锻零件结构工艺性
1、零件结构应尽可能简单、对称、平直； 2、应避免零件上的锥形、楔形结构；如图2-3所示。
四、高合金钢锻造特点
（一）高合金钢的组织和再结晶特点 1．金属组织结构复杂、塑性低； 2．再结晶温度高，再结晶速度低，变形抗力大。
（二）高合金钢的加热特点 1．导热性差； 2．锻造温度范围窄。
四、高合金钢锻造特点
（三）高合金钢锻造操作特点 1．备料； 2．控制变形量，增大锻造比； 3．变形要均匀； 4．避免出现拉应力。
五、金属的塑性变形规律
1．体积不变条件 由于塑性变形时金属密度的变化很小，所以可认为变形前后的体积相等。 此假设称为体积不变条件。 2．最小阻力定律 最小阻力定律是描述塑性变形流动规律的一种理论，如果物体在变形过 程中其质点有向各种方向移动的可能性时，则物体各质点将向着阻力最 小的方向移动。一般，金属内某一质点流动阻力最小的方向是通过该质 点向金属变形部分的周边所作的法线方向。
（三）锤上模锻工艺规程的制订
1.绘制模锻锻件图 模锻锻件图是制造和检验终锻模膛的依据。这是以零件图为
锻造比越大，锻造流线越明显；锻造流线的稳定性很高，不能用热处 理方法消除，只有经过锻压使金属变形，才能改变其方向和形状。
四、金属的锻造性能
是指金属经受锻压加工时成形的难易程度的工艺性能。其优劣常用 塑性和变形抗力综合衡量。塑性高、变形抗力小则锻造性能好。它决定 于金属的本质和变形条件。 （一）金属的本质 1．化学成分 纯金属一般具有良好的锻造性能。碳钢随碳的质量分数的 增加，锻造性能逐渐变差。合金元素的加入会劣化锻造性能 2．金属组织 纯金属及固溶体锻造性能好，而碳化物的锻造性能差。铸 态柱状晶组织和粗晶结构不如细小而又均匀晶粒结构的金属锻造性能好。
（二）变形条件
1．变形温度 变形温度低，金属的塑性差、变形抗力大，不但锻压困难， 而且容易开裂。提高金属变形时的温度，可使原子动能增加，原子间的 结合力消弱，使塑性提高，变形抗力减小。 锻造温度范围是指锻件由始锻温度到终锻温度的间隔。锻造温度范围的 确定以合金状态图为依据。 2．变形速度 变形速度指单位时间内的变形程度，变形速度低时，金属 的回复和再结晶能够充分进行，塑性高、变形抗力小；随变形速度的增 大，回复和再结晶不能及时消除冷变形强化，使金属塑性下降，变形抗 力增加，锻造性能变差。常用的锻压设备不可能超过临界变形速度。
一．锤上模锻
（一）模锻锤 锤上模锻所用设备主要是蒸汽-空气模锻锤，模锻锤的吨位为1t-16t。
选择模锻锤的锻造能力有经验类比法和查表法。 1．经验类比法 模锻锤吨位可用公式：G=（3.5-6.3）KA 式中G-模锻锤吨位（kg）； A-锻件总变形面积，包括锻件投影面积、冲孔连皮面积及飞边面积
（cm2）； K-钢种因数，可查阅相关资料。 2．查表法 (模锻锤吨位亦可查阅相关资料。)
式中m坯--坯料重量；
m锻--锻件重量；
m烧--加热时坯料表面氧化烧损的重量。与所用加热设备类型等因
素有关，可参考相关资料；
m芯m切 --冲孔时的芯料重量；
m切 --锻造中被切掉的金属重量。
2．坯料尺寸 根据计算出的坯料重量即可计算杯料的体积，最后 依据选择的坯料截面尺寸确定其长度。
（二）模锻及锻模模膛
多模膛模锻时，按其模膛的结构和功用可分为制坯模膛和模锻模膛两 类。
1. 制坯模膛 用以初步改变毛坯形状、合理分配金属，以适应锻件横 截面积和形状的要求，使金属能更好地充满模锻模膛的工序称为制坯工序。 如下图所示：
2. 模锻模膛
2. 模锻模膛 模锻模膛又可分为预锻膛和终锻模膛。 （1）预锻模膛 为了改善终锻时金属的流动条件，避免产生充填不满和折 迭，使锻坯最终成形前获得接近终锻形状的模膛，它可提高终锻模膛的寿 命。其结构比终锻模膛高度大、宽度小、无飞边槽，模锻斜度和圆角大。 （2）终锻模膛 模锻时最后成形用的模膛，和热锻件图上相应部分的形状、 尺寸一致。模膛周围设飞边槽，通孔锻件需留冲孔连皮。
第一节 金属的锻造性能
一、金属的塑性变形概述 金属塑性变形的实质，对于单晶体是由于金属原子某晶面两侧受切应力
作用产生相对滑移，或晶体的部分晶格相对于某晶面沿一定方向发生切变， 即滑移理论和孪生理论。
二、热锻、冷锻、温锻、等温锻
从金属学的观点划分锻压加工的界限为再结晶温度。 1．热锻 在金属再结晶温度以上进行的锻造工艺称为热锻。在变形过程中 冷变形强化和再结晶同时存在，属于动态再结晶。 2．冷锻 在室温下进行的锻造工艺称为冷锻。冷锻可以避免金属加热出现 的缺陷，获得较高的精度和表面质量，并能提高工件的强度和硬度。但冷 锻变形抗力大，需用较大吨位的设备，多次变形时需增加再结晶退火和其 它辅助工序。目前冷锻主要局限于低碳钢、有色金属及其合金的薄件及小 件加工。 3．温锻 在高于室温和低于再结晶温度范围内进行的锻造工艺称为温锻。 与热锻相比，坯料氧化脱碳少，有利于提高工件的精度和表面质量；与冷 锻相比，变形抗力减小、塑性增加，一般不需要预先退火、表面处理和工 序间退火。温锻适用于变形抗力大、冷变形强化敏感的高碳钢、中高合金 钢、轴承钢、不锈钢等。 4．等温锻 在锻造全过程中，温度保持恒定不变的锻造方法称为等温锻。
（二）模锻及锻模模膛
（二）模锻及锻模模膛 要求模具在高温下具有足够的强度、韧性、硬度和耐磨性，良好
的导热性、抗热疲劳性、回火稳定性和抗氧化性。尺寸较大的模具还 应具有高的淬透性和较小的变形。常用5CrNiMo、5CrMnMo钢等热锻模 具材料制作锻模。
锤上模锻使用的锻模是由带燕尾的上、下模组成，分别用镶条固 定在锤头和模座上。上、下模接触时，其接触面上所形成的空间为模 膛。具有一个模膛的锻模称为单模膛模锻，具有两个以上模膛的锻模 称为多模膛模锻。
（二）变形条件
3．应力状态 采用不同的变形方法，在金属中产生的应力状态是不同 的。应力状态对于塑性的影响为：压应力数目越多，塑性越好；拉应 力数目越多，塑性越差；应力状态对于变形抗力的影响为：同号应力 状态下的变形抗力大于异号状态下的变形抗力。所以，在选择变形方 法时，对于塑性高的金属，变形时出现拉应力有利于减少能量消耗； 对于塑性低的金属应尽量采用三向压应力以增加塑性，防止裂纹。 4．坯料表面质量 表面粗糙或有划痕、微裂纹、粗大夹杂都会在变形 过程中产生应力集中，使缺陷扩展甚至开裂。故塑性加工前应对坯料 表面进行清理消除缺陷，有时甚至需要进行表面预切削去掉坯料的表 层金属。
锻造比对锻件的锻透程度和力学性能有很大影响。当锻造比达到2时， 随着金属内部组织的致密化，锻件纵向和横向的力学性能均有显著提高； 当锻造比为2-5时，由于流线化的加强，力学性能出现各向异性，纵向性 能虽仍略提高，但横向性能开始下降，锻造比超过5后，因金属组织的致 密度和晶粒细化度均已达到最大值，纵向性能不再提高，横向性能却急剧 下降。因此，选择适当的锻造比相当重要。一般，碳素结构钢取2-3，合 金结构钢取3-4。对于某些高合金工具钢和特殊性能的合金钢，为促进合 金碳化物分布的均匀化，击碎钢中的碳化物，常采用较大的锻造比，如高 速钢取5-12，不绣钢取4-6。
第二节 自由锻
只用简单的通用性工具，或在锻造设备的上、下砧间直接 使坯料变形而获得所需的几何形状及内部质量的锻件，这种方 法称为自由锻。
一、自由锻设备 根据对坯料作用力的性质不同，自由锻设备可分为产生冲击力 的锻锤和产生静压力的压力机两大类。
二、自由锻工艺规程的制订
（一）绘制锻件图 锻件图是根据零件图绘制的。自由锻件的锻件图是在零件图的基础上考 虑了加工余量、锻造公差、工艺余块等之后绘制的图。模锻件的锻件图 还应考虑分模面的选择、模锻斜度和圆角半径等。 锻件图的绘制方法如下：
三、锻造流线和锻造比
锻造时，金属的脆性杂质被打碎，顺着金属主要伸长方向呈碎粒状或 链状分布；塑性杂质随着金属变形沿主要伸长方向呈带状分布，这样热锻 后的金属组织就具有一定的方向性，通常称为锻造流线，又叫纤维组织。
锻造比是锻造时变形程度的一种表示方法。通常用变形前后的截面比、 长度比或高度比来表示。
避免锥形、楔形结构
三、自由锻零件结构工艺性
3、应避免圆柱面与圆柱面、圆柱面与棱柱面相交； 避免圆柱面与圆柱面、圆柱面与棱柱面相交
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
三、自由锻零件结构工艺性 4、零件上不允许有加强筋；
三、自由锻零件结构工艺性 5、对横截面尺寸相差很大或形状复杂的零件，应尽可能分别对其进 行锻造，然后用螺纹连接。
如下图：螺纹连接
1）锻件的形状用粗实线，同时用假想线（双点划线）描绘出零件 的形状。
2）锻件的尺寸和公差标注在尺寸线的上面，零件的尺寸和公差用 括号标注在尺寸线的下面或侧面。
3）图上无法标注的技术要求，如锻造温度范围、锻造比、氧化缺 陷、脱碳层深度等以技术条件方式用文字说明。
（二）计算坯料的重量和尺寸
1．坯料重量 坯料的重量为锻件的重量与锻造时各种金属损耗的 重量之和，可按下式进行计算：
（四）高合金钢的锻后冷却 由于高合金钢的导热性差，塑性低，终锻温度较高，如果冷却速度
快，会因热应力和组织应力使锻件出现裂纹。因此，终锻后应尽快采取 工艺措施保证锻件缓慢冷却。
第三节 模 锻
模型锻造 利用模具使毛坯变形而获得锻件的锻造方法称为 模锻。
特点：与自由锻相比，模锻具有锻件精度高、流线组织 合理、力学性能高等优点，而且生产率高，金属消耗少，并 能锻出自由锻难以成形的复杂锻件。受设备吨位的限，模锻 件不能太大，一般重量不超过 150kg。 分类：按模具类型模锻可分为开式模锻（有飞边模锻）、闭 式模锻（无飞边模锻）和多向模锻等；按设备类型模锻可分 为锤上模锻、胎模锻、压力机上模锻等。
5．弯曲类锻件 包括各种具有弯曲轴线的锻件，如吊钩、弯杆、 曲柄、轴瓦盖等，基本工序是拔长、弯曲。
6．复杂形状锻件 包括阀体、叉杆、十字轴等，锻造难度大， 应根据锻件形状特点，采用适当工序组合锻造。
三、自由锻零件结构工艺性
1、零件结构应尽可能简单、对称、平直； 2、应避免零件上的锥形、楔形结构；如图2-3所示。
四、高合金钢锻造特点
（一）高合金钢的组织和再结晶特点 1．金属组织结构复杂、塑性低； 2．再结晶温度高，再结晶速度低，变形抗力大。
（二）高合金钢的加热特点 1．导热性差； 2．锻造温度范围窄。
四、高合金钢锻造特点
（三）高合金钢锻造操作特点 1．备料； 2．控制变形量，增大锻造比； 3．变形要均匀； 4．避免出现拉应力。
五、金属的塑性变形规律
1．体积不变条件 由于塑性变形时金属密度的变化很小，所以可认为变形前后的体积相等。 此假设称为体积不变条件。 2．最小阻力定律 最小阻力定律是描述塑性变形流动规律的一种理论，如果物体在变形过 程中其质点有向各种方向移动的可能性时，则物体各质点将向着阻力最 小的方向移动。一般，金属内某一质点流动阻力最小的方向是通过该质 点向金属变形部分的周边所作的法线方向。
（三）锤上模锻工艺规程的制订
1.绘制模锻锻件图 模锻锻件图是制造和检验终锻模膛的依据。这是以零件图为
锻造比越大，锻造流线越明显；锻造流线的稳定性很高，不能用热处 理方法消除，只有经过锻压使金属变形，才能改变其方向和形状。
四、金属的锻造性能
是指金属经受锻压加工时成形的难易程度的工艺性能。其优劣常用 塑性和变形抗力综合衡量。塑性高、变形抗力小则锻造性能好。它决定 于金属的本质和变形条件。 （一）金属的本质 1．化学成分 纯金属一般具有良好的锻造性能。碳钢随碳的质量分数的 增加，锻造性能逐渐变差。合金元素的加入会劣化锻造性能 2．金属组织 纯金属及固溶体锻造性能好，而碳化物的锻造性能差。铸 态柱状晶组织和粗晶结构不如细小而又均匀晶粒结构的金属锻造性能好。
（二）变形条件
1．变形温度 变形温度低，金属的塑性差、变形抗力大，不但锻压困难， 而且容易开裂。提高金属变形时的温度，可使原子动能增加，原子间的 结合力消弱，使塑性提高，变形抗力减小。 锻造温度范围是指锻件由始锻温度到终锻温度的间隔。锻造温度范围的 确定以合金状态图为依据。 2．变形速度 变形速度指单位时间内的变形程度，变形速度低时，金属 的回复和再结晶能够充分进行，塑性高、变形抗力小；随变形速度的增 大，回复和再结晶不能及时消除冷变形强化，使金属塑性下降，变形抗 力增加，锻造性能变差。常用的锻压设备不可能超过临界变形速度。
一．锤上模锻
（一）模锻锤 锤上模锻所用设备主要是蒸汽-空气模锻锤，模锻锤的吨位为1t-16t。
选择模锻锤的锻造能力有经验类比法和查表法。 1．经验类比法 模锻锤吨位可用公式：G=（3.5-6.3）KA 式中G-模锻锤吨位（kg）； A-锻件总变形面积，包括锻件投影面积、冲孔连皮面积及飞边面积
（cm2）； K-钢种因数，可查阅相关资料。 2．查表法 (模锻锤吨位亦可查阅相关资料。)