金属加工工艺学 第一篇 金属材料的基础知识
金属工艺学教学大纲
适用专业：机械设计制造及其自动化学时：45学分：3一、内容简介本课程主要教学内容为热加工工艺基础，包括金属材料的主要性能，常用工程材料的选择，铸、锻、焊及切削加工的基本原理与工艺特点，毛坯的选择与结构工艺性分析，新材料、新技术、新工艺简介等。
二、本课程的目的和任务本课程是机械设计制造专业的一门重要技术基础课。
在金工实习的基础上，通过本课程的学习，使学生获得常用工程材料及材料成形的基础知识，培养工艺分析的初步能力，并为学习其它有关课程及以后从事机械设计和加工制造工作奠定必要的基础。
本课程的任务（1）熟悉常用工程材料的种类、牌号和性能，具有选用工程材料的初步能力；（2）掌握主要加工方法的基本原理和工艺特点，具有选择毛坯及工艺分析的初步能力；（3）了解与本课程有关的新材料、新工艺、新技术及发展趋势。
三、本课程与其它课程的关系学生在学习本课程之前应学过下列课程：（1）大学化学概论；（2）大学物理；（3）机械制图；并必须先完成金工实习。
本课程学习结束后，才能进入下列课程的学习阶段；（1）机械工程材料：（2）机械设计；（3）机械制造技术基础等。
本课程在培养学生综合素质、实践能力、创新意识和创新精神等方面发挥着其它课程不可替代的作用，学生应对本课程予以足够的重视。
四、本课程的基本要求通过对本课程的学习，使学生掌握金属工艺学的基本理论及基本知识，初步具备应用金属工艺学基本知识的能力，初步具备应用所学知识分析和解决实际问题的能力，并具有创新意识。
五、课程内容及学时安排理论教学内容绪论（2学时）第一篇金属材料基本知识（10学时）熟悉金属材料的主要性能；了解金属和合金的晶体结构和结晶；熟悉铁碳合金相图；熟悉钢的热处理工艺；熟悉常用机械工程材料的种类、性能、特点及应用。
第二篇铸造(8学时)熟悉合金的铸造性能及对铸件质量影响；了解常用铸造合金的熔炼及铸造特点；掌握砂型铸造和常用特种铸造方法的特点和应用；具有铸件结构设计的初步能力，了解铸造新工艺、新技术及其发展趋势。
金属材料基础知识(2020.3.2)
导电性好的金属，导热性就好；相反，导热性好的，导电性不一定好。？
热膨胀性
金属受热时体积发生胀大的性能。衡量热膨胀性的指标称为 热膨胀系数。
磁性
金属材料在磁场中受到磁化的性能。 根据金属材料在磁场中受到磁化程度的不同，分为铁磁性材 料、顺磁性材料、抗磁性材料三种。 铁磁性材料可用于制造变压器、电动机、测量仪表等。 抗磁性材料可用作要求避免电磁场干扰的零件和结构材料。
金属材料基础知识
二、钢材的分类、 常用钢材的表示方
碳素钢
法
1.钢材的分类
钢 材
合金钢
普通 碳素钢
优质 碳素钢
按合金 含量分
按用 途分
甲类钢 乙类钢 特类钢
按含碳 量分
工业纯铁C≤0.04% 低碳钢C＜0.25% 中碳钢C 0.25—0.6%
高碳钢C＞0.6%
按用 途分
碳素结构钢 易切钢 碳素工具钢
金属材料是现代机械制造业的基 本材料，广泛应用于制造各种生 产设备、工具、武器以及生活用 具，金属材料之所以获得广泛的 应用，是由于它具有许多良好的 性能。
金属材料在使用条件 下所表现出来的性能。
使用性能
金属 材料性能
物理性能 化学性能 机械性能
工艺性能
力学性能
金属材料在加工过程 中适应加工的能力。
金属材料基础知识
αk 值越大，材 料的韧性越好。
在小能量多次 冲击条件下， 其冲击抗力主 要取决于材料 的强度和塑性。
金属材料基础知识
5.疲劳强度
许多机械零件在工作过程中各点的应力随时间作周期性 的变化，这种随时间作周期性变化的应力称为交变应力(也 称循环应力)。在交变应力作用下，虽然零件所承受的应力 低于材料的屈服强度，但经过较长时间的工作而产生裂纹或 突然发生完全断裂的过程称为金属的疲劳。
金属材料基础知识(ppt 120页)
合金两类基本相：固溶体和金属化合物。
金属材料基础知识
固溶体：是一个（或几个）组元的原子（化 合物）溶入另一个组元的晶格中，而仍保持 另一组元的晶格类型的固态金属晶体，固溶 体分间隙固溶体和置换固溶体两种。
化合物：合金组元间发生化合作用，生成一 种具有金属性能的新的晶体固态结构。
硬度试验的方法很多，有压入硬度试 验法（如布氏硬度、洛氏硬度等）； 回跳硬度试验法(如肖氏硬度)等。
布氏硬度 HB
洛氏硬度HR 测量残余压入深度h 定义：每0.002mm相当于洛氏1度
洛氏硬度常用标尺有：B、C、A三种 ①HRB－－淬火钢球，中等载荷，测轻金属、未淬火钢 ②HRC－－金刚石圆锥，大载荷，测较硬、淬硬钢制品 ③HRA－－金钢石圆锥，小载荷，测硬、薄试件
在物质内部，凡是原子呈无序堆积状况的，称 为非晶体，例如普通玻璃、松香、树脂等， 都属于非晶体。相反，凡是原子作有序、有 规则排列的称为晶体。绝大多数金属和合金 都属于金属晶体。
金属材料基础知识
2、晶体结构
为了形象地表示晶体中原子排列的规律，可 以将原子简化成一个点，用假想的线将这些 点连结起来，就构成了有明显规律性的空间 格子。这种表示原子在晶体中排列规律的空 间格架，叫做晶格。晶格是由许多形状、大 小相同的最小几何单元重复堆积而成的。能 够完整地反映晶格特征的最小几何单元称为 晶胞。
b.工具钢：(a)碳素工具钢；(b)合金工具钢；(c)高速 工具钢。
c.特殊性能钢：(a)不锈耐酸钢；(b)耐热钢；(c)电热合 金钢；(d)电工用钢；(e)高锰耐磨钢。
金属材料基础知识
二、金属材料的性能 1、金属的物理性能 2、金属的化学性能 3、金属的力学性能 4、金属的工艺性能
金属材料基础知识
金属的冷热弯曲性能也取决于材料的塑性和强度。材料承受 弯曲而不出现裂纹的能力，称为弯曲性能。一般用弯曲角度 或弯心直径与材料厚度的比值来衡量弯曲性能。
电厂锅炉管道弯头和输粉管道弯头是经过冷热弯曲成型的。
(三)焊接性能
• 金属材料采用一定的焊接工艺、焊接材料及结构形式，优质焊 接接头的能力，称为金属的焊接性。
适用范围
HRC
120°金刚石圆 锥
150
HRB Φ1.588mm钢球
100
HRA
120°金刚石圆 锥
60
一般淬火钢等硬度较大材料
退火钢和有色金属等软材料
硬而薄的硬质合金或表面淬 火钢
3．维氏硬度（HV） 维氏硬度是用一定的载荷将锥面夹角为136°的正四棱锥金刚石压头压入试 样表面，保持一定时间后卸除载荷，试样表面就留下压痕，测量压痕对角线 的长度，计算压痕表面积，载荷F除以压痕面积S所得值即为维氏硬度。维氏 硬度用符号HV表示，计算公式如下：
1．拉伸试样
2．拉伸曲线
• 拉伸曲线表示试样拉伸过程中力和变形关系，可用应力－延伸率曲线表 示，纵坐标为应力R，R=F/S0，横坐标为延伸率ε，ε＝ΔL/L0。
拉伸曲线的形状与材料有关， 由图可见，在载荷小的oa阶 段，试样在载荷F的作用下 均匀伸长，伸长量与载荷的 增加成正比。如果此时卸除 载荷，试样立即回复原状， 即试样产生的变形为弹性变 形。当载荷超过b点以后， 试样会进一步产生变形，此 时若卸除载荷，试样的弹性 变形消失，而另一部分变形 则保留下来，这种不能恢复 的变形称为塑性变形。
(四)切削性能 金属材料承受切削加工的难易程度，称为切削性能。
金属的切削性能与材料及切削条件有关，如纯铁很பைடு நூலகம்易切削，但难以获得较高的光洁度； 不锈钢可在普通车床上加工，但在自动车床上，却难以断屑，属于难加工材料。通常，材 料硬度低时切削性能较好，但是对于碳钢来说，硬度如果太低时，容易出现“粘刀”现象， 光洁度也较差。一般情况下金属承受切削加工时的硬度在HB170一230之间为宜。
《金属工艺学》课后习题
第一章金属学基础知识1．什么是强度什么是塑性衡量这两种性能的指标有哪些各用什么符号表示金属材料在外力作用下抵抗永久变形和断裂的能力，称为强度。
常用的强度指标有弹性极限σe、屈服点σs、抗拉强度σb。
塑性是指金属材料在外力作用下产生永久变形而不破坏的能力。
常用的塑性指标有断后伸长率δ和断面收缩率Ψ。
2．什么是硬度HBS、HBW、HRA、HRB、HRC各代表用什么方法测出的硬度各种硬度测试方法的特点有何不同硬度是指材料抵抗局部变形，特别是塑性变形、压痕或划痕的能力。
HBS：用淬火钢球作压头时的布氏硬度。
不能测试太硬的材料，一般在450HBS以上的就不能使用。
通常用于测定铸铁、有色金属、低合金结构钢等材料的硬度。
HBW：用硬质合金球作压头的布氏硬度。
用于测试硬度在650HBW以下的材料。
HRA：洛氏硬度，表示试验载荷（60KG），使用顶角为120度的金刚石圆锥压头试压。
用于硬度极高的材料，例如硬质合金。
HRB：洛氏硬度，表示试验载荷（100KG），使用直径的淬火钢球试压。
用于硬度较低的材料，例如退火钢、铸铁等。
HRC：洛氏硬度，表示试验载荷（150KG），使用顶角为120度的金刚石圆锥头试压。
用于硬度很高的材料，例如淬火钢等。
3．简述各力学性能指标是在什么载荷作用下测试的。
静载荷作用下测试：强度、塑性、硬度。
动载荷作用下测试：冲击韧度、疲劳强度。
4．试对晶体、晶格、晶胞、单晶体和多晶体作简要解释。
晶体：物质的原子都是按一定几何形状有规则地排列的称为晶体。
晶格：用于描述原子在晶体中排列规律的空间架格称为晶格。
晶胞：能够完整地反映晶格结构特征的最小几何单元，称为晶胞。
单晶体：如果一块晶体内部的晶格位向（即原子排列的方向）完全一致，称这块晶体为单晶体。
多晶体：由许多晶格位向不同的晶粒集合组成的晶体称为多晶体。
5．常见金属晶格类型有哪几种试绘图说明。
①体心立方晶格②面心立方晶格③密排六方晶格6．晶体的各向异性是如何产生的为何实际晶体一般都显示不出各向异性在相同晶格中，由于不同晶面和晶向上的原子排列情况不同，因而原子间距不同，原子间相互作用的强弱不同，从而导致晶体的宏观性能在不同方向上具有不同数值，此现象称为晶体的各向异性。
金属工艺学知识点总结资料讲解
金属工艺学知识点总结资料讲解1.金属材料的分类和特性：-金属材料的分类：金属材料分为黑色金属和有色金属两大类。
黑色金属包括铁、钢和铸铁等，有色金属包括铜、铝、镁、锌、铅等。
-金属材料的特性：金属材料具有导电性、导热性、延展性、可塑性、机械性能好等特点，适用于各种加工工艺。
2.金属加工方法：-切削加工：包括车削、铣削、钻削、刨削等，通过切削废料的去除改变工件形状和尺寸。
-成形加工：包括锻造、拉伸、锤压、挤压等，通过对金属材料的塑性变形改变工件形状。
-组合加工：包括焊接、铆接、螺纹连接等，通过将多个部件组合在一起形成复杂的工件。
-热处理加工：包括淬火、回火、退火等，通过控制材料的结构和性能来改变其力学性能和使用性能。
3.金属成形工艺：-钣金工艺：包括剪切、冲裁、弯曲等，用于制造薄板金属构件。
-铸造工艺：包括砂铸、压铸、精密铸造等，通过将熔融金属注入模具中，得到所需形状的铸件。
-高温成形工艺：包括真空热压、粉末冶金等，通过在高温条件下对金属进行成形，得到复杂形状的工件。
-冷镦工艺：通过在室温下使用特殊的冷镦机械设备，将金属材料进行快速塑性变形，得到各种螺纹、螺栓等小尺寸工件。
4.金属热处理工艺：-淬火：通过将加热至临界温度的金属材料迅速冷却，使其得到高硬度和高强度。
-回火：在淬火后，将金属加热至适当温度，然后冷却，以减轻淬火后的脆性和应力。
-退火：将金属材料加热至一定温度，保持一段时间后缓慢冷却，以改善其组织和性能。
-焊后热处理：焊接后的金属材料会产生应力和变形，通过热处理可以消除这些问题，提高焊接接头的强度和耐腐蚀性。
5.金属表面处理工艺：-镀层：通过在金属表面镀上一层金属或非金属涂层，增加其耐腐蚀性、装饰性和机械性能。
-涂装：通过在金属表面涂上油漆、涂料等防护层，保护金属不受氧化、腐蚀等损害。
-喷砂：通过在金属表面喷射高压喷砂颗粒，清除污物和氧化层，改善表面质量和光泽度。
-抛光：通过机械或化学方法对金属表面进行抛光，使其光洁度达到要求，提高外观质量。
金属工艺学第一章 金属切削基础知识
主要的影响因素
切削速度 （切中碳钢） <5m/min不产生 5~50m/min形成
控 制 措 降低塑性 施
(正火、调质)
>100 m/min不形成 选用低速或高速
冷却润滑条件
300~500oC最易产 生 >500oC趋于消失
选用切削液
第三节 金属切削过程
三、切削力与切削功率
1、切削力的构成与分解
切削力的来源
热处理变形 不需要
用途
各种刀片
1200
（12~14）
高硬度钢材 精加工
人造金刚石
HV10000 (硬质合金为 HV1300~1800)
700~800
不宜加工钢铁材 料
第二节 刀具材料及刀具构造
三、刀具角度
各种刀具的切削部分形状
第二节 刀具材料及刀具构造
二、刀具角度
1、车刀切削部分的组成
三面
两刃 一尖
（2）作用 ①冷却 ②润滑
第三节 金属切削过程
五、刀具磨损和刀具耐用度
1、刀具磨损形式
（1）前刀面磨损 （2）后刀面磨损 (通常以后刀面磨损值VB表示刀具磨损程度) （3）前后刀面同时磨损
2、刀具磨损过程：
前面磨损、后面磨损、前后面同时磨损 。 刀具磨损过程： 初期磨损阶段、正常磨损阶段、急剧磨损阶段
刀尖高低对刀具工作角度的影响
车刀刀杆安装偏斜对刀具角度的影响
② 进给运动的影响
第二节 刀具材料及刀具构造
三、刀具结构
刀具的结构形式很多，有整体式、焊接式、机夹 不重磨式等。
目前一般整体式的多为高速钢车刀，其结构简单， 制造、使用都方便。而对于贵重刀具材料，如硬质合 金等，可采用焊接式或机夹不重磨式。焊接式车刀结 构简单、紧凑、刚性好，可磨出各种所需角度，应用 广泛。
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。
金属加工基础知识
金属加工基础知识一、金属加工的概述金属加工是将金属材料经过一系列的加工工艺，包括切削、成形、焊接等，将其加工成所需形状和尺寸的工件。
金属加工工艺广泛应用于制造业的各个领域，是现代工业生产的重要组成部分。
二、金属加工的分类根据加工方法的不同，金属加工可分为切削加工和非切削加工两大类。
1. 切削加工切削加工是指通过金属切削工具将所加工金属材料剪切、切削、刮削、抛光等加工方法，以达到所需要的形状、尺寸和表面质量。
切削加工常见的工艺包括铣削、车削、钻削、磨削等。
2. 非切削加工非切削加工是指通过应用机械力、热力、化学力、电力等手段将金属材料进行塑性变形、热处理、喷涂等加工方法。
非切削加工常见的工艺包括锻造、挤压、模锻、焊接等。
三、常见的金属加工工艺1. 铣削铣削是将旋转的铣刀放置在工件上，通过切削运动将工件的表面削除，从而得到所需的形状。
铣削加工可以用于制作平面、曲线、斜面、孔等各种形状的零件。
2. 车削车削是将工件固定在旋转的主轴上，然后用刀具与工件相对旋转，通过切削去除工件上的材料以得到所需的形状。
车削加工常用于制造圆柱体、圆锥体、球面等形状的零件。
3. 钻削钻削是通过旋转的钻头将工件上的材料削除，以制造孔或加工螺纹等形状。
钻削可以用于各类金属材料的孔加工，是制造业中非常常见的一种加工方式。
4. 锻造锻造是将金属材料置于锻压机中，通过机械力使其受到压力和变形，从而达到所需尺寸和形状的加工方式。
锻造加工适用于制造各种大型零部件，具有良好的机械性能和表面质量。
5. 挤压挤压是将金属材料放置在挤压机中，通过施加压力使其通过模具的缝隙挤压，从而获得所需截面形状的加工方式。
挤压加工常用于铝合金门窗、铜管等的生产制造。
6. 焊接焊接是将两个或两个以上的金属材料通过加热或施加压力使其产生熔融，然后冷却固化以实现连接的加工方式。
焊接广泛应用于制造业中的工件连接，如钢结构、汽车零部件等。
四、金属加工中的注意事项金属加工过程中需要注意以下几点，以确保加工质量和安全性：1. 材料选择：根据加工零件的要求，选择合适的金属材料，包括其性能、热处理能力等。
金属材料的基础知识
抗拉强度: 在拉断前试样所能承受的最大应力 为该试样的抗拉强度，用符号σb 表示，计算公式为。
σb=
Fb So
二、 塑性
➢概念
塑性是指金属材料在外力作用下，产生永久性变形而不断裂的能 力。
➢ 衡量指标
伸长率：试样被拉断后，标距的伸长量与原始标距的百分比 称为伸长率，用符号δ表示。计算公式为：
δ= l1 l0 ×100% l0
δ ψ
性能指标
名称
抗拉强度 屈服点 规定残余伸长应力
伸长率 断面收缩率
硬度 冲击韧性
HBS(HBW) HRC HRB HRA 标尺洛氏硬度值 A标尺洛氏硬度值 维氏硬度值
冲击韧度
疲劳强度 σ-1
疲劳极限
单位 MPa MPa MPa
J/cm2 MPa
含义
试样拉断前所能承受的最大应力 拉伸过程中，力不增加（保持恒定）试 样仍能继续伸长时的应力 规定残余伸长率达0.2%时的应力
部永久性积累损伤经一定循环次数后产生裂纹或突发完全断 裂的过程称为金属疲劳。
五、疲劳强度
➢疲劳破坏可分为微观裂纹、宏 观裂纹和瞬时断裂三 个过程。
五、疲劳强度
➢疲劳曲线 ：疲劳曲线是指交变应力σ与循 环次数N的关系曲线，如下图所示。
常用金属材料的力学性能指标及其含义
力学性能
符号
强度 塑性
σb σs σ0.2
0.1
e 0.2
一、强度—拉伸曲线
1.弹性变形阶段 2.屈服阶段 3.强化阶段 4.缩颈阶段
低碳钢的应力-应变曲线
一、强度—衡量指标
屈服点： 用符号σs表示，计算公式为
σs=
Fs So
式中：Fb——试样断裂前所承受的最大拉力， 单位为N；
第一章金属材料的基础知识
在碳等元素氧化到规定范围后，钢液中 大量的氧在冷凝过程中将以FeO和Fe3O4等形 态析出，使钢的塑性差，轧制时易产生裂纹；
因此，炼钢的最后阶段必须加入脱氧剂 （锰铁、硅铁和铝）除氧。
Si + FeO = SiO2 +Fe Mn + FeO = MnO + Fe
2Al +3 FeO = Al2O3 +3 Fe 达到要求后，把钢液铸成钢锭ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ轧成钢材。
炼钢生铁和铸造生铁都属于铸铁。
铸铁是含碳量大于2.11%的铁碳合金。根 据碳在铸铁中存在的形式不同，铸铁分为 三种。
白口铸铁： 熔融状态的铁液，若快速冷 却Fe3C来不及分解而保留下来，铁的断口呈 白色。白口铁硬而脆、不宜加工一般用来 炼钢。故又称炼钢生铁。Fe-Fe3C状态图中 的亚共晶、共晶、过共晶合金即为此类铸 铁。
只有一种金属元素的物质叫纯金属
由两种或两种以上的金属元素（或 金属与非金属元素）熔合在一起形 成的具有金属特性的物质叫合金。
金属材料就是指金属及合金。
当各个金属原子相互在一起形成固体 时，各金属原子与其价电子脱离变成 正离子，按照一定的几何形式排列， 并在其占据的位置上作高频率的振动, 价电子呈自由电子的形式在各离子间 作高速穿梭运动，它们为整个金属公 有，形成“电子气”，金属固体就是 依靠这些公有化了的自由电子与各正 离子之间的引力结合而成。这种方式 叫“金属键”。
钢中不含有特意加入的金属元素，除铁碳外， 有少量硅、锰、磷、硫等杂质元素。
合金钢：
在碳素钢的基础上，为改善钢的性能冶炼时 特意加入一种或多种合金元素炼成的钢。
3.按冶炼方法分类： 按炉别分：
转炉钢 转炉为梨形容器，因装料和出钢时需倾转炉体而得名。
金属工艺学知识点总结
第一篇金属材料的基本知识第一章金属材料的主要性能金属材料的力学性能又称机械性能，是金属材料在力的作用所表现出来的性能.零件的受力情况有静载荷，动载荷和交变载荷之分。
用于衡量在静载荷作用下的力学性能指标有强度,塑性和硬度等;在动载荷和作用下的力学性能指标有冲击韧度等；在交变载荷作用下的力学性能指标有疲劳强度等。
金属材料的强度和塑性是通过拉伸试验测定的。
P6低碳钢的拉伸曲线图1，强度强度是金属材料在力的作用下，抵抗塑性变形和断裂的能力.强度有多种指标,工程上以屈服点和强度最为常用。
屈服点:δs是拉伸产生屈服时的应力。
产生屈服时的应力=屈服时所承受的最大载荷/原始截面积对于没有明显屈服现象的金属材料，工程上规定以席位产生0.2％变形时的应力，作为该材料的屈服点。
抗拉强度：δb是指金属材料在拉断前所能承受的最大应力。
拉断前所能承受的最大应力=拉断前所承受的最大载荷/原始截面积2，塑性塑性是金属材料在力的作用下，产生不可逆永久变形的能力。
常用的塑性指标是伸长率和断面收缩率。
伸长率:δ试样拉断后,其标距的伸长与原始标距的百分比称为伸长率。
伸长率=(原始标距长度－拉断后的标距长度）÷拉断后的标距长度×100%伸长率的数值与试样尺寸有关，因而试验时应对所选定的试样尺寸作出规定,以便进行比较。
同一种材料的δ5 比δ10要大一些.断面收缩率:试样拉断后，缩颈处截面积的最大缩减量与原始横截面积的百分比称为断面收缩率,以ψ表示。
收缩率=（原始横截面积－断口处横截面积)÷原始横截面积×100％伸长率和断面收缩率的数值愈大,表示材料的塑性愈好.3，硬度金属材料表面抵抗局部变形（特别是塑性变形、压痕、划痕)的能力称为硬度.金属材料的硬度是在硬度计上测出的。
常用的有布氏硬度法和洛氏硬度法。
1，布氏硬度（HB)是以直径为D的淬火钢球HBS或硬质合金球HBW为压头,在载荷的静压力下,将压头压入被测材料的表面，停留若干秒后卸去载荷，然后采用带刻度的专用放大镜测出压痕直径d，并依据d的数值从专门的表格中查出相应的HB值.布氏硬度法测试值较稳定，准确度较洛氏法高。
金属工艺学习题答案
第二篇 铸 造
第一章 铸造工艺基础
第二篇 铸 造
第一章 铸造工艺基础
见教材 P48
（5）缩孔和缩松有何不同？为何缩孔比缩松较容易防止？
答：缩孔：呈倒圆锥形，内腔粗糙，是集中在铸件上部或最后凝固部位容积较大的 孔洞。 缩松：呈小圆柱形，内腔光滑，分散在铸件某区域的细小缩孔。
邓文英等 金属工艺学
目 录
第 一 篇 金属材料的基本知识 ......................................................................................... 2
第一章 金属材料的主要性能 ................................................................................... 2
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邓文英等 金属工艺学
（3）对于具有力学性能要求的零件，为什么在零件图上通常仅标注其硬度要求，而 极少标注其他力学性能要求？
答：①在零件图上，除了用视图表达出零件的结构形状和用尺寸标明零件的各组成 部分的大小及位置关系外，通常还标注有相关的技术要求。
②零件图上的技术要求一般有以下几个方面的内容：零件的极限与配合要求；零件 的几何公差；零件上各表面的粗糙度；对零件材料的要求和说明；零件的热处理、表面 处理和表面修饰的说明；零件的特殊加工、检查、试验及其它必要的说明；零件上某些 结构的统一要求，如圆角、倒角尺寸等。
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第一篇 金属材料的基本知识
第一章 金属材料的主要性能
第 一 篇 金属材料的基本知识 第一章 金属材料的主要性能
金属工艺基础(3篇)
第1篇一、引言金属工艺是一种以金属为原料，通过物理或化学手段改变金属材料的形状、尺寸、性能等，使其满足特定用途的技术。
金属工艺在国民经济中占有重要地位，广泛应用于机械制造、航空航天、建筑、交通运输等领域。
本文将从金属工艺的基本概念、金属材料的分类、金属工艺的基本过程、金属加工方法等方面进行阐述。
二、金属材料的分类1. 金属材料按化学成分可分为：纯金属、合金。
（1）纯金属：如铁、铜、铝等，具有良好的导电性、导热性、延展性等特点。
（2）合金：由两种或两种以上金属或金属与非金属熔合而成的具有金属特性的物质。
合金的性能优于纯金属，如强度、硬度、耐磨性等。
2. 金属材料按用途可分为：结构材料、功能材料。
（1）结构材料：用于承受载荷、传递力的材料，如钢、铝、钛等。
（2）功能材料：具有特殊功能的材料，如导电、导热、磁性、光学等，如铜、镍、银等。
三、金属工艺的基本过程金属工艺的基本过程包括：材料准备、工艺设计、加工、检验、装配、调试等。
1. 材料准备：根据设计要求，选择合适的金属材料，进行下料、切割、表面处理等。
2. 工艺设计：根据产品结构、性能要求，确定加工工艺、加工方法、加工参数等。
3. 加工：按照工艺设计，对材料进行加工，如切削、锻造、焊接、热处理等。
4. 检验：对加工后的产品进行尺寸、形状、性能等方面的检验，确保产品质量。
5. 装配：将各个零部件按照设计要求进行组装，形成完整的金属制品。
6. 调试：对装配后的产品进行性能调试，确保产品达到设计要求。
四、金属加工方法1. 切削加工：利用刀具与工件之间的相对运动，对工件进行去除材料的过程。
切削加工包括车削、铣削、刨削、磨削等。
2. 锻造加工：利用高温加热和锤击等手段，使金属产生塑性变形，从而改变其形状、尺寸和性能的过程。
锻造加工包括自由锻造、模锻、挤压等。
3. 焊接加工：利用高温熔化金属，使两个或多个金属工件连接在一起的过程。
焊接加工包括气焊、电弧焊、激光焊等。
重庆科技学院金属工艺学题库
第一篇 金属材料的基本知识
（1）合金结构钢，平均碳含量0.2％，各合金元素平均含量1％。 （2）细化均匀组织，改善锻造后组织，提高其切削加工性；工 艺是加热到850℃左右，空气冷却。 （3）表面获得高碳，保证经淬火后得到高硬度、高耐磨性。对 应组织为A＋K.。 （4）齿表面获得高硬度、高耐磨性，其对应的组织为：高碳M ＋碳化物＋残余A；齿心部分强度、韧性较好，对应的组织 为低碳M＋F＋T。 （5）减少淬火应力，稳定组织，相应组织为：齿面M回＋K＋ AR,心部为M回＋F＋T。
金属工艺学复习提要（上）
重庆科技学院 机械与动力工程学院
第一篇 金属材料的基本知识
金属材料的性能
静载荷：常用的强度、塑性、硬度指标。 动载荷：冲击韧度。 交变载荷：疲劳强度。
第一篇 金属材料的基本知识
铁碳合金 金属的结晶： 纯金属的结晶冷却曲线； 过冷度的概念； 结晶过程； 晶粒细化方法。
第一篇 金属材料的基本知识
工业用钢 化学成分对碳钢性能的影响； 钢牌号的含义。
经过第一篇的学习，应该对材料的性能有 一定了解，并能进行材料选择，改性及 组织分析。
第一篇 金属材料的基本知识
一、名词解释
1、过冷度 、 2、同素异晶转变 、 3、合金 、 4、相 、 5、固溶体 、 6、马氏体 、 7、非自发形核 自发形核 、非自发形核/自发形核 8、正火 、
第一篇 金属材料的基本知识
四、问答 1、请为：25钢、T8、T12的强度、塑性、硬 度排序，并说明理由。 2、金属晶粒粗细对其力学性能有何影响？铸 造过程中细化晶粒的方法有哪些？
第一篇 金属材料的基本知识
3、车床主轴要求轴颈部位的硬度为56～58HRC，其余 地方为20～24HRC，整体强度σb=760~800Mpa.其加工 路线如下：下料 锻造 正火 机加工（粗） 调质 机加工（精） 轴颈表面淬火 低温回火 磨加工。 请说明： （1）主轴应采用何种材料； （2）正火的目的和大致热处理工艺； （3）表面淬火的目的和大致热处理工艺； （4）低温回火的目的和大致热处理工艺； （5）轴颈表面组织和其余地方的组织。
金属材料学第一章
△R,%
14.2
7.1
0.8
3.1
—
0.8
2.4
0.8
注：1、电子结构是3d层电子结构；2、原子半径是配位数12的数值
（1）Ni、Co、Mn与γ-Fe的点阵结构相同，原 子半径和电子结构相似--与γ-Fe无限互溶。
（2）Cr、V 与α-Fe的点阵结构，原子半径和 电子结构相似---与α-Fe无限互溶。
（a）Fe-C-Mn系 （b）Fe-C-Cr系 图1-3 M对Fe-C相图的影响
（2）对临界点的影响 A形成元素，随Me元素的增加，A1线下降； F形成元素，随Me元素的增加，A1线上升。
图1-4Me对共析温度的影响
图1-5 M对共析含碳量的影响
思考题： 1、40，40Mn2，哪个淬火温度？ 2、40，40Cr 哪个淬火温度高？ 3、40,40Cr,40CrMnMo这三种钢 P量排序？ 4、65Mn在820-840℃温度淬火， 变形量大，硬度低，出现开裂 现象，解释原因？
合金元素：为了改善和提高钢的力学性能和 使之获得某些特殊的物理、化学性能而专 门加入的元素。 合金钢：在化学成分上有目的加入合金元 素，用以保证一定的生产和加工工艺及力 学性能要求的铁基合金，称合金钢。
钢中常常加入的合金元素有：
第二周期：B、C、N 第三周期：Al、Si 第四周期：Ti、V、Cr、Mn、Co、Ni、Cu 第五周期：Zr、Nb、Mo 第六周期：W 第七周期：稀土Re
复杂点阵结构：M23C6，M7C3，M3C 特点：硬度、熔点较低，稳定性较差；
简单点阵结构：MC，M2C。又称间隙相 特点：硬度高，熔点高，稳定性好。
M6C型不属于金属型碳化物，复杂结构， 性能特点接近于简单点阵结构
金属工艺学 笔记
《金属工艺学》（第一篇）复习要点《金属工艺学》是广播电视中专机械制造工艺专业所开设的一门必修技术基础课程。
学习《金属工艺学》（第一篇）的主要目的是为了帮助学生对常用金属材料的成分、结构、组织和机械性能之间的关系有基本了解，能够初步做到合理选用金属材料和安排机械零件的生产工艺过程。
并为今后学习其它课程和从事生产技术工作打下必要的基础。
一、讲究方法《金属工艺学》（第一篇）是一门技术基础课程，课程中涉及的基础理论多，知识面宽。
它要求学生具备物理、化学、材料力学和机械加工工艺学等方面的基础知识。
电中的学生在学习时普遍感到：书上的名词术语多，抽象复杂难学，学习时无兴趣，面对考试感到心中无底。
因此，讲究学习方法尤为重要。
只要掌握正确的学习方法，就能逐渐培养起学习兴趣，取得较理想的效果。
⒈明确课程特点，掌握内在规律每门课程均有自身内在的规律和特点。
对课程的特点和内在规律进行分析探讨，就能提高和加深对课程的理解和掌握。
本课程是一门主要研究金属材料的宏观性能和材料内部微观结构组织之间关系的学科。
在机械制造工业中，要求我们所选的金属材料必须满足两个方面的要求。
一是所选材料必须满足在服役条件下的使用性能要求（如机械性能、物理性能和化学性能）；二是所选材料还必须具有良好的可加工工艺性能，经过必要的工艺加工，获得所需的尺寸和形状，达到设计的要求。
所谓宏观性能，就是指材料的使用性能和加工工艺性能。
本课程的显著特点是自始至终都在强调和探讨金属材料的宏观性能同金属材料内部的微观结构和显微组织之间的关系，同时还讨论了改变内部结构组织的两个影响因素问题，即材料的成分（内部因素）和加工工艺条件（外界因素）问题。
归纳起来，就是“一个观点，两条线”。
一个观点阐明了材料的宏观性能与它的微观组织结构之间的因果关系。
第一条线是指材料的内在因素成分——宏观性能之间的关系。
从这个观点出发可以研究各种系列合金的配制问题。
例如，共晶白口铁与45号碳钢同是铁碳合金，为什么共晶白口铁的冲击韧性和塑性明显差。
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第二章 铁 碳 合 金
• 铁碳合金根据含碳量的不同可分为: 生铁： 2.11%≤C<5%.
碳钢 ： C<2.11%; （铸铁2.8%≤C≤4.0%)
图 3 3 4 0 钢
第一节 纯铁的晶体结构与同素异晶转变
• 金属（纯铁、铜、 铝等）都是晶体
• 晶体——原子按一定的次序作有规则 的排列。如金刚石、石墨等。
=（A0 –A1）/A0×100%
式中 A0—试样的原始截面积，mm²； A1—试样拉断后,断口处横截面积，mm²；
说明：δ、ψ值愈大，表明材料的塑性愈好。
二、硬度（HB、HR）
硬度:是材料抵抗更硬的物体压入其内的能力。
它是材料性能的一个综合的物理量，表示金属 材料在一个小的体积范围内抵抗弹性变形、塑性 变形或破断的能力。是衡量金属软硬的指标。直 接影响金属材料的耐磨性。
牌
力学性能
号
σb/
σs
δ%
HBS HRC αk
MPa
Q235-A 400 235 26
610
16
45钢
ZG310-570 570 310 15
229 55（淬 火）
30
ZAlSi2
145
4
50
HT250 250
QT700-2 700 420 2
270
应 用
工程结构 轴、杆
铸钢件 活塞 气缸体 曲轴
复习题
1.强度指标，单位：MPa(N/mm2）
F
强度: 材料在外力作用下，抵 抗塑性变形和断裂的能力。
σs —— 屈服强度(屈服点）
σb —— 抗拉强度
σ0.2——名义屈服强度
（名义屈服点）
低碳钢拉伸试验图
屈服强度和抗拉强度
在工程上常用屈服强度和抗拉强度来表示金属材料的强度 指标。其计算公式为： ☆屈服强度（屈服点）——拉伸试样产生屈服时的应力
2. 塑性指标
塑性: 材料在外力作用下，产生 永久变形而不引起破坏的能力。
☆ 伸长率：试样拉断后,其标距 的伸长与原始标距的百分比.
＝L1－L0＝L10％ 0
L0
L0
应用中：δ10——试样 L0=10d0
δ5 ——试样 L0=5d0
☆断面收缩率: 试样拉断后,缩颈处截
面积的最大缩减量与原 始横截面积的百分比
第一节 金属材料的力学性能
一、强度和塑性
拉伸试验（GB6397-1986）
低碳钢拉伸试验图分析
F
变形阶段的分析： 弹性变形阶段
塑性变形阶段 (屈服) 断裂阶段 (颈缩)
应力与应变概念
应力： 试样单位横截面上的拉力
＝
P F0
＝ 4P
d02
N/mm2；MPa
应变：试样单位长度上的伸长量
＝L1－L0＝L10％0 L0 L0
金属加工工艺学 第一篇 金属材料的 基础知识
主要内容包括:
☆ 金属材料的主要性能 ☆ 铁碳合金 ☆ 钢的热处理 ☆ 工业用钢
材料与性能要求
• 四大工程材料：钢铁、铝及铝合金、 塑料、水泥
• 力学性能—— 强度、塑性、 硬度、 冲击韧性(度)、疲劳强度
• 物化性能——密度、耐腐蚀性等
• 工艺性能——加工成形的难易程度
主载荷: 140kgf、50kgf、90kgf 、
特点：优点 测试简便、迅速、因压痕小、不损伤 零件，适合成品检验。
缺点 测得的硬度值重复性较差，需在不同的 部位测量数次。
适用范围：用于测定硬质材质（20－70 HRC） 如:淬火钢、调质钢等。
三、韧性
金属在断裂前吸收的变形能量的能力——韧性。 其常用指标为------冲击韧度（ak ）
ak 值 对组织缺陷很敏感，因此，冲击试验在生产上用来 检验冶炼、热加工、热处理工艺质量的有效方法。
四、 疲劳强度 ——（σ-1 ） （σ-1≈0.5σb）
金属材料在无数次重复或交变载荷的作用下而不致 引起断裂的最大应力—疲劳强度。
在机械零件中有许多零件，如连杆、齿轮、弹簧、 曲轴等，是在交变载荷的作用下工作的。这种受交变应 力的零件，发生断裂时的应力。远低于该材料的屈服强 度，这种破坏现象叫做疲劳破坏。据统计，约有80%的 机件失效都可归咎于疲劳破坏。
金属材料所承受循环应力（）与其断裂前的应力循 环次数（N）有如图所示的疲劳曲线关系。
疲劳曲线
当应力降至某值后，
疲劳曲线成为水平，
即表示该材料可能经受无 数次应力循环而仍不发生 疲劳断裂，这个应力叫做 疲劳强度极限。。
用应力循环基数表示：
钢为107
非铁合金和某些高强为108
5、几种常用金属材料的力学性能
适用范围：用于测定软材质（HBS≤450） 如:灰口铸铁、软钢和非铁合金等。
HBW--- 以硬质合金球为压头的新型布氏硬度计
2、洛氏硬度HRC （120。金刚石压头、 140kgf ）
用于测定硬质表面,材料（20－70 HRC） 测试原理图：
Fห้องสมุดไป่ตู้
HRC测定
压头直径: 120。金刚石压头、
￠1.5875mm钢球、 ￠3.175mm钢球
1. 解释应力与应变的概念
2. 说明σS 、σ0.2 、σb、σ－1 、δ％、αk、4550HRC、300HBS的名称和含义
3. 查阅有关资料列表统计如下材料的力学性 能指标值：Q215-A; 35; T10; HT300; QT450-10; ZG340-640(ZG55）; ZCuSn10Pb1(10-1锡青铜); ZAlSi7Mg(ZL101) 。
常用的有布氏硬度和洛氏硬度
1. 布氏硬度HBS（以淬火钢球为压头）
用于测定软材质（HBS≤450）
测试原理图：
HBS测定
压头直径:￠10mm、 ￠5mm、 ￠2.5mm
载荷: 30000N、 7500N 、1870N
特点：优点：测量值较稳定、准确度较洛氏硬度高 缺点：测量费时，且压痕较大， 不适合成品检验。
s=Fs /A0 ( MPa ) ☆ 抗拉强度——拉伸试样在拉断前所承受的最大应力
b = Fb/ A0 ( M Pa ) Fs—试样产生屈服时所承受的最大载荷,N Fb—-试样在拉断前所能承受 的最大载荷, N
A0——试样原始截面积,mm²
金属不能在超过其 s 、 b 的条件下工作。因此作为强度 设计的依据.
计算公式： ak =Ak/S(J / cm)
用单位面积上的冲击功来表示
ak—冲击韧度 Ak—冲断试样所消耗的冲击功，J; S—试样缺口处的横截面积，cm。
冲击值一般作为选材的参考，不直接用于强度计算。 试验表明：在冲击能量不大的情况下，金属材料承受多次 重复冲击的能力，主要决定于强度，而不是要求过高的冲 击韧度。