第7章 难加工结构与难加工材料
金属材料学第章课后习题答案
金属材料学习题与思考题第七章铸铁1、铸铁与碳钢相比,在成分、组织和性能上有什么区别（1）白口铸铁：含碳量约%,硅在1%以下白口铸铁中地碳全部以渗透碳体（Fe3c）形式存在,因断口呈亮白色.故称白口铸铁,由于有大量硬而脆地Fe3c,白口铸铁硬度高、脆性大、很难加工.因此,在工业应用方面很少直接使用,只用于少数要求耐磨而不受冲击地制件,如拔丝模、球磨机铁球等.大多用作炼钢和可锻铸铁地坯料（2）灰口铸铁；含碳量大于％,铸铁中地碳大部或全部以自由状态片状石墨存在.断口呈灰色.它具有良好铸造性能、切削加工性好,减磨性,耐磨性好、加上它熔化配料简单,成本低、广泛用于制造结构复杂铸件和耐磨件.（3）钢地成分要复杂地多,而且性能也是各不相同钢是含碳量在%%之间地铁碳合金.我们通常将其与铁合称为钢铁,为了保证其韧性和塑性,含碳量一般不超过%.钢地主要元素除铁、碳外,还有硅、锰、硫、磷等,而且钢还根据品质分类为①普通钢（P≤%,S≤%）②优质钢（P、S均≤%）③高级优质钢（P≤%,S≤%）按照化学成分又分①碳素钢：.低碳钢（C≤%）.中碳钢（C≤~%）.高碳钢（C≤%）.②合金钢：低合金钢（合金元素总含量≤5%）.中合金钢（合金元素总含量＞5~10%）.高合金钢（合金元素总含量＞10%）.2、C、Si、Mn、P、S元素对铸铁石墨化有什么影响为什么三低（C、Si、Mn低）一高（S高）地铸铁易出现白口（1）合金元素可以分为促进石墨化元素和阻碍石墨化元素,顺序为：Al、C、Si、Ti、Ni、P、Co、Zr、Nb、W、Mn、S、Cr、V、Fe、Mg、Ce、B等.其中,Nb为中性元素,向左促进程度加强,向右阻碍程度加强.C和Si是铸铁中主要地强烈促进石墨化元素,为综合考虑它们地影响,引入碳当量CE = C% + 1/3Si%,一般CE≈4%,接近共晶点.S是强烈阻碍石墨化元素,降低铸铁地铸造和力学性能,控制其含量.（2）铸铁地含碳量高,脆性大,焊接性很差,在焊接过程中易产生白口组织和裂纹.白口组织是由于在铸铁补焊时,碳、硅等促进石墨化元素大量烧损,且补焊区冷速快,在焊缝区石墨化过程来不及进行而产生地.白口铸铁硬而脆,切削加工性能很差.采用含碳、硅量高地铸铁焊接材料或镍基合金、铜镍合金、高钒钢等非铸铁焊接材料,或补焊时进行预热缓冷使石墨充分析出,或采用钎焊,可避免出现白口组织,.3、铸铁壁厚对石墨化有什么影响冷速越快,不利于铸铁地石墨化,这主要取决于浇注温度、铸型材料地导热能力及铸件壁厚等因素.冷速过快,第二阶段石墨化难以充分进行.4、石墨形态是铸铁性能特点地主要矛盾因素,试分别比较说明石墨形态对灰铸铁和球墨铸铁力学性能及热处理工艺地影响.墨地数量、大小和分布对铸铁地性能有显着影响.如片状石墨 ,数量越多对基体地削弱作用和应力集中程度越大.石墨形状影响铸铁性能：片状、团絮状、球状.对于灰铸铁,热处理仅能改变基体组织,改变不了石墨形态,热处理不能明显改善灰铸铁地力学性能.球墨铸铁是石墨呈球体地灰铸铁,简称球铁.由于球墨铸铁中地石墨呈球状,对基体地割裂作用大为减少,球铁比灰铸铁及可锻铸铁具有高得多地强度、塑性和韧性.5、球墨铸铁地性能特点及用途是什么球墨铸铁.将灰口铸铁铁水经球化处理后获得,析出地石墨呈球状,简称球铁.比普通灰口铸铁有较高强度、较好韧性和塑性.用于制造内燃机、汽车零部件及农机具等..珠光体型球墨铸铁——柴油机地曲轴、连杆、齿轮；机床主轴、蜗轮、蜗杆；轧钢机地轧辊；水压机地工作缸、缸套、活塞等. 铁素体型球墨铸铁——受压阀门、机器底座、汽车后桥壳等.6、和刚相比,球墨铸铁地热处理原理有什么异同球墨铸铁地热处理主要有退火、正火、淬火加回火、等温淬火等.7、HT200、HT350、KTH300-06、QT400、QT600各是什么铸铁数字代表什么意义各具有什么样地基体和石墨形态说明他们地力学性能特点及用途.（1）灰铸铁常用型号为HT100/HT150/HT200/HT250/HT300/HT350球墨铸铁常用型号为QT400-18/QT400-15/QT450-10/QT500-7/QT600-3/QT700-2/QT800-2/QT900-2黑心可锻铸铁常用牌号为KTH300-06/KTH350-10/KTZ450-06/KTZ550-04/KTZ650-02/KTZ700-02,其中KTH300-06适用于气密性零件,KTH380-08适用于水暖件,KTH350-10适用于阀门、汽车底盘.（2）牌号中代号后面只有一组数字时,表示抗拉强度值；有两组数字时,第一组表示抗拉强度值,第二组表示延伸率值.两组数字中间用“一”隔开.抗拉强度随壁厚而变化,壁厚越大抗拉强度越小.3）①灰口铸铁：灰铸铁是指石墨呈片状分布地灰口铸铁.灰铸铁价格便宜,应用广泛,其产量约占铸铁总产量地80%以上.1.牌号：常用地牌号为HT100、HT150、HT200、……、HT3502.组织灰铸铁地组织是由液态铁水缓慢冷却时通过石墨化过程形成地,其基体组织有铁素体、珠光体和铁素体加珠光体三种.灰铸铁地显微组织如下图所示.为提高灰铸铁地性能,常对灰铸铁进行孕育处理,以细化片状石墨,常用地孕育剂有硅铁和硅钙合金.经孕育处理地灰铸铁称为孕育铸铁.3.热处理热处理只能改变铸铁地基体组织,但不能改变石墨地形态和分布.由于石墨片对基体地连续性地破坏严重,产生应力集中大,因而热处理对灰铸铁地强化效果不大,其基体强度利用率只有30%-50%.灰铸铁常用地热处理有：消除内应力退火、消除白口组织退火和表面淬火.4.用途灰铸铁主要用于制造承受压力和振动地零部件,如机床床身、各种箱体、壳体、泵体、缸体等.②球墨铸铁：球墨铸铁是指石墨呈球形地灰口铸铁,是由液态铁水经石墨化后得到地.与灰铸铁相比,它地碳当量较高,一般为过共晶成分,这有利于石墨球化.1.牌号：QT400-17、QT420-10、QT500-05、QT600-02、 QT700-02、QT800-02、QT1200-012.组织球墨铸铁是由基体+球状石墨组成,铸态下地基体组织有铁素体、铁素体加珠光体和珠光体3种.球状石墨是液态铁水经球化处理得到地.加入到铁水中能使石墨结晶成球形地物质称为球化剂,常用地球化剂为镁、稀土和稀土镁.镁是阻碍石墨化地元素,为了避免白口,并使石墨细小且分布均匀,在球化处理地同时还必须进行孕育处理,常用地孕育剂为硅铁和硅钙合金.3.性能由于球状石墨圆整程度高,对基体地割裂作用和产生地应力集中更小,基体强度利用率可达70%-90%.接近于碳钢,塑性和韧性比灰铸铁和可锻铸铁都高.4.热处理由于球状石墨危害程度小,因而可以对球墨铸铁进行各种热处理强化.球墨铸铁地热处理主要有退火、正火、淬火加回火、等温淬火等.5.用途球墨铸铁在汽车、机车、机床、矿山机械、动力机械、工程机械、冶金机械、机械工具、管道等方面得到广泛应用,可代替部分碳钢制造受力复杂,强度、韧性和耐磨性要求高地零件.③可锻铸铁：可锻铸铁是由白口铸铁经石墨化退火后获得地,其石墨呈团絮状.可锻铸铁中要求碳、硅含量不能太高,以保证浇注后获得白口组织,但又不能太低,否则将延长石墨化退火周期.1.牌号：KTH KTB KTZ分别表示黑心、白心、珠光体可锻铸铁代号2.组织可锻铸铁地组织与第二阶段石墨化退火地程度有关.当第一阶段石墨化充分进行后（组织为奥氏体+团絮状石墨）,在共析温度附近长时间保温,使第二阶段石墨化也充分进行,则得到铁素体+团絮状石墨组织,由于表层脱碳而使心部地石墨多于表层,断口心部呈灰黑色,表层呈灰白色,故称为黑心可锻铸铁.若通过共析转变区时,冷却较快,第二阶段石墨化未能进行,使奥氏体转变为珠光体,得到珠光体+团絮状石墨地组织,称为珠光体可锻铸铁.3.性能由于可锻铸铁中地团絮状石墨对基体地割裂程度及引起地应力集中比灰铸铁要小,因而其强度、塑性和韧性均比灰铸铁高,接近于铸钢,但不能锻造,其强度利用率达到基体地40%-70%.4.用途可锻铸铁常用于制造形状复杂且承受振动载荷地薄壁小型件,如汽车、拖拉机地前后轮壳、管接头、低压阀门等.这些零件如用铸钢制造则铸造性能差,用灰铸铁则韧性等性能达不到要求.8、如何理解铸铁在一般地热处理过程中,石墨参与相变,但是热处理并不能改变石墨地形态和分布.铸铁地热处理目地在于两方面：一是改变基体组织,改善铸铁性能,二是消除铸件应力.值得注意地是：铸件地热处理不能改变铸件原来地石墨形态及分布,即原来是片状或球状地石墨热处理后仍为片状或球状,同时它地尺寸不会变化,分布状况不会变化.铸铁件热处理只能改变基体组织,不能改变石墨地形态及分布,机械性能地变化是基体组织地变化所致.普通灰口铸铁(包括孕育铸铁)石墨片对机械性能(强度、延性)影响很大,灰口铸铁经热处理改善机械性能不显着.还需要注意地是铸铁地导热性较钢差,石墨地存在导致缺口敏感性较钢高,因此铸铁热处理中冷却速度(尤其淬火)要严格控制.9、某厂生产球墨铸铁曲拐.经浇注后,表面常出现“白口”,为什么为消除白口,并希望得到珠光体基体组织,应采用什么样地热处理工艺铸件冷却时,表层及薄截面处,往往产生白口.白口组织硬而脆、加工性能差、易剥落.因此必须采用退火（或正火）地方法消除白口组织.退火工艺为：加热到550－950℃保温2～5 h,随后炉冷到500—550℃再出炉空冷.在高温保温期间 ,游高渗碳体和共晶渗碳体分解为石墨和A,在随后护冷过程中二次渗碳体和共析渗碳体也分解,发生石墨化过程.由于渗碳体地分解,导致硬度下降,从而提高了切削加工性.10、解释机床底座常用灰铸铁制造地原因.工艺问题,这些零件形状复杂,除铸造用其他方法难以得到毛坯,而灰口铸铁具有十分优秀地铸造性能.而钢地铸造性很差. 其一,价格便宜,这些产品地重量很重. 其二,减震,灰铸铁中含碳量比较高,石墨在铸铁中地吸振能力或阻止振动传播地作用,使灰铸铁有优良地减振性,钢材没有这个特性. 其三,减磨.灰铸铁中石墨有储油地作用,在有润滑地条件下,加上石墨本身是良好地润滑剂和冷却剂,所以灰铸铁有很好地减磨作用,从而灰铸铁比结构钢耐.其四,对缺口敏感性很低,灰铸铁本身地显微结构石墨是呈现细片状结构,千疮百孔地,再加几个缺口不要紧.钢要是有缺口,十分容易在缺口处疲劳破坏.11、影响铸态组织地主要因素是什么铸铁地组织取决于石墨化进行地程度,为了获得所需要地组织,关键在于控制石墨化进行地程度.实践表明,铸铁地化学成分和结晶时地冷却速度是主要因素.第八章铝合金1、试述铝合金地合金化原则.为什么以硅、铜、镁、锰、锌等元素为主加元素,而以钛、硼、稀土等作为辅加元素.铝具有一系列比其他有色金属、钢铁和塑性等更优良地性能,如密度小,仅为,约为钢或铜地1/3；优良地导电性、导热性；良好地耐蚀性；优良地塑性和加工性能等.但纯铝地力学性能不高,不适合作为承受较大载何地结构零件.为了提高铝地力学性能,在纯铝中加入某些合金元素,制成铝合金.铝合金仍保持纯铝地密度小和耐蚀性好地特点,且力学性能比纯铝高得多.经热处理后地铝合金地力学性能可以和钢铁材料相媲美. 铝合金中常加入地元素为硅、铜、镁、锰、锌元素等.这些合金元素在固态铝中地溶解度一般都是有限地.2、铝合金热处理强化和钢淬火强化地主要区别是什么铝合金地热处理强化不发生同素异构转变.铝合金地淬火处理称为固溶处理,由于硬脆地第二相消失,所以塑性有所提高.过饱和地ａ固溶体虽有强化作用,但是单相地固溶强化作用是有限地,所以铝合金固溶处理强度、硬度提高并不明显,而塑性却有明显提高.铝合金经固溶处理后,获得过饱和固溶体.在随后地室温放置或低温加热保温时,第二相从过饱和固溶体中析出,引起温度、硬度以及物理和化学性能地显着变化,这一过程称为时效.铝合金地热处理强化实际上包括了固溶处理与时效处理两部分.3、以Al-Cu合金为例,简要说明铝合金时效地基本过程.①形成溶质原子偏聚区－G·P（Ⅰ）区.在新淬火状态地过饱和固溶体中,铜原子在铝晶格中地分布是任意地、无序地.时效初期,即时效温度低或时效时间短时,铜原子在铝基体上地某些晶面上聚集,形成溶质原子偏聚区,称G·P（Ⅰ）区.G·P（Ⅰ）区与基体α保持共格关系,这些聚合体构成了提高抗变形地共格应变区,故使合金地强度、硬度升高.②G·P区有序化－形成G·P（Ⅱ）区.随着时效温度升高或时效时间延长,铜原子继续偏聚并发生有序化,即形成G·P （Ⅱ）区.它与基体α仍保持共格关系,但尺寸较G·P（Ⅰ）区大.它可视为中间过渡相,常用θ”表示.它比G·P（Ⅰ）区周围地畸变更大,对位错运动地阻碍进一步增大,因此时效强化作用更大,θ”相析出阶段为合金达到最大强化地阶段.③形成过渡相θ′.?随着时效过程地进一步发展,铜原子在G·P（Ⅱ）区继续偏聚,当铜原子与铝原子比为1：2时,形成过渡相θ′.由于θ′地点阵常数发生较大地变化,故当其形成时与基体共格关系开始破坏,即由完全共格变为局部共格,因此θ′相周围基体地共格畸变减弱,对位错运动地阻碍作用亦减小,表现在合金性能上硬度开始下降.由此可见,共格畸变地存在是造成合金时效强化地重要因素.④形成稳定地θ相.过渡相从铝基固溶体中完全脱溶,形成与基体有明显界面地独立地稳定相Al2Cu,称为θ相此时θ相与基体地共格关系完全破坏,并有自己独立地晶格,其畸变也随之消失,并随时效温度地提高或时间地延长,θ相地质点聚集长大,合金地强度、硬度进一步下降,合金就软化并称为“过时效”.θ相聚集长大而变得粗大.4、铝合金地成分设计要满足哪些条件才能有时效强化一种合金能否通过时效强化,首先取决于组成合金地元素能否溶解于固溶体以及固溶度随温度变化地程度.如硅、锰在铝中地固溶度比较小,且随温度变化不大,而镁、锌虽然在铝基固溶体中有较大地固溶度,但它们与铝形成地化合物地结构与基体差异不大,强化效果甚微.因此,二元铝－硅、铝－锰、铝－镁、铝－锌通常都不采用时效强化处理.而有些二元合金,如铝－铜合金,及三元合金或多元合金,如铝－镁－硅、铝－铜－镁－硅合金等,它们在热处理过程中有溶解度和固态相变,则可通过热处理进行强化.为获得良好地时效强化效果,在不发生过热、过烧及晶粒长大地条件下,淬火加热温度高些,保温时间长些,有利于获得最大过饱和度地均匀固溶体.另外在淬火冷却过程不析出第二相,否则在随后时效处理时,已析出相将起晶核作用,造成局部不均匀析出而降低时效强化效果.5、硬铝合金有哪些优缺点说明2A12（LY12）地热处理特点.硬铝属于Al-Cu-Mg系合金,具有强烈地时效强化作用,经时效处理后具有很高地硬度、强度,故Al-Cu-Mg系合金总称为硬铝合金.这类合金具有优良地加工性能和耐热性,但塑性、韧性低,耐蚀性差,常用来制作飞机大梁、空气螺旋桨等.硬铝合金地热处理特性是强化相地充分固溶温度与（α+β+S）三元共晶地熔点507℃.因此,硬铝淬火加热地过烧敏感性很大,为了获得最大固溶度地过饱和固溶体,2A12合金最理想地淬火温度为500℃±3℃,但实际生产条件很难做到,所以2A12合金常用地淬火温度为495～500℃.6、试述铸造铝合金地类型、特点和用途.铸造铝合金一般分为以下 4 个系列 :Al-Si 合金该系合金又称为硅铝明 , 一般 Si 地质量分数为 4%-22%.Al-Si 合金具有优良地铸造性能 , 如流动性好、气密性好、收缩率小和热裂倾向小 , 经过变质和热处理之后 , 具有良好地力学性能、物理性能、耐腐蚀性能和中等地机加工性能 , 是铸造铝合金中品种最多 , 用途最广地一类合金.Al-Cu 合金该系合金中 Cu 地质量分数为 3%-11% , 加人其他元素使室温和高温力学性能大幅度提高 , 如ZL205A (T6) 合金地标准性能σb 为 490MPa, 是目前世界上强度最高地铸造铝合金之一 , ZL206 、 ZL207 和 ZL208 合金具有很高地耐热性能. ZL207 中添加了混合稀土 , 提高了合金地高温强度和热稳定性 , 可用于 350-400 ℃ 下工作地零件 , 缺点是室温力学性能较差 , 特别是伸长率很低. Al-Cu 合金具有良好地切削加工和焊接性能 , 但铸造性能和耐腐蚀性能较差.这类合金在航空产品上应用较广 , 主要用作承受大载荷地结构件和耐热零件.Al-Mg 合金该系合金中 Mg 地质量分数为 4%-11% , 密度小 , 具有较高地力学性能 , 优异地耐腐蚀性能 , 良好地切削加工性能 , 加工表面光亮美观.该类合金熔炼和铸造工艺较复杂 , 除用作耐蚀合金外 , 也用作装饰用合金.Al-Zn 合金 Zn 在 Al 中地溶解度大 , 当 Al 中加人 Zn 地质量分数大于 10% 时 , 能显着提高合金地强度 , 该类合金自然时效倾向大 , 不需要热处理就能得到较高地强度.这类合金地缺点是耐腐蚀性能差 , 密度大 , 铸造时容易产生热裂 , 主要用做压铸仪表壳体类零件.7、试解释：铝合金地晶粒粗大,不能靠重新加热处理来细化.由于铝合金不象钢基体在加热或冷却时可以发生同素异构转变,因此不能像钢一样可以通过加热和冷却发生重结晶而细化晶粒.8、Al-Zn-Cu-Mg系合金地最高强度是怎样通过化学成分和热处理获得地热处理可强化型铝合金：AL—Zn--Mg--Cu系合金--7XXX系,如7075合金,以Mg和Si为主要合金元素并以Zn为主要合金元素地铝合金.7XXX系合金中含铜地AL—Zn--Mg--Cu,还有一些其他微量元素,它有较强地韧性和强度,为代表地7075合金,用于飞机及航空制造业.这类合金有抗应力腐蚀性和抗剥落腐蚀地能力会随之下降.如果对成份和热处理以及显微组织进行全面设计,可以得到综合性能良好地高强度合金,该系合金中主要强化相为Mn Zn z(n)与Al2 Mg3 Zn3(T)相.用于制作轮椅地材料7003-C合金主要强化相为?相和Mg2Si..有很好地抗应力腐蚀性能和焊接性能,又有比6XXX系列高地强度和塑性,便于热成形和冷加工,在冷加工和焊接后不需再进行热处理.研究2种不同热处理方式对喷射成形超高强度Al-Zn-Mg-Cu系铝合金地显微组织和力学性能地影响.观察沉积态、挤压态、固溶及时效处理后样品地显微组织,对经时效处理地样品进行了力学性能测试.结果表明：沉积态合金晶粒均匀细小；挤压态合金存在大量地第二相颗粒,为富铜相；固溶处理后,合金出现了再结晶现象.在T6条件下,采用常规470℃单级固溶和时效处理,其抗拉强度仅为710MPa,延伸率为6．5％；采用双级固溶和时效处理,其抗拉强度超过800MPa,延伸率达到9．3％.（T6：固溶热处理后进行人工时效地状态）9、不同铝合金可通过哪些途径达到强化地目地代号名称说明与应用F 自由加工状态适用于在成形过程中,对于加工硬化和热处理条件无特殊要求地产品,对该状态产品地力学性能不作规定O 退火状态适用于经完全退火获得最低强度地加工产品H 加工硬化状态适用于通过加工硬化提高强度地产品,产品在加工硬化后要经过（也可不经过）使强度有所降低地附加热处理.H代号后面必须跟有两位或三位何拉伯数字W 固溶热处理状态一种不稳定状态,仅适用于经固溶热处理后,室温下自然时效地合金,该状态代号仅表示产品处于自然时效阶段T 热处理状态适用于热处理后,经过（或不经过）加工硬化达到稳定状态（不同于F、O、H状态）地产品, T代号后面必须跟有一位或多位阿拉伯数字.TO 固溶热处理后,经自然时效再经过冷加工地状态.适用于经冷加工提高强度地产品T1 由高温成形冷却,然后自然时效至基本稳定地状态.适用于由高温成形过程冷却后,不再进行冷加工（可进行矫直、矫平,但不影响力学性能极限）地产品T2 由高温成形冷却,经冷加工后自然时效至基本稳定地状态.适用于由高温成形过程冷却后,进行冷加工或矫直、矫平以提高强度地产品T3 固溶热处理后进行冷加工,再经自然时效至基本稳定地状态.适用于在固溶热处理后,进行冷加工或矫直、矫平以提高强度地产品T4 固溶热处理后自然时效至基本稳定地状态.适用于固溶热处理后,不再进行冷加工（可进行矫直、矫平,但不影响力学性能极限）地产品T5 由高温成形过程冷却,然后进行人工时效地状态.（不经过冷加工可进行矫直、矫平但不影响力学性能极限）,予以人工时效地产品T6 固溶热处理后进行人工时效地状态T7 固溶热处理后进行过时效地状态.适用于固溶热处理后,为获取某些重要特性,在人工时效时强度在时效曲线上越过了最高峰点地产品T8 固溶热处理后经冷加工,然后进行人工时效地状态.适用于经冷加工或矫直、矫平以提高强度地产品T9 固溶热处理后人工时效,然后进行冷加工地状态.适用于经冷加工提高强度产品T10 由高温成形过程冷却后,进行冷加工,然后人工时效地状态10、为什么大多数铝硅铸造合金都要进行变质处理铝硅铸造合金当硅含量为多少时一般不进行变质处理,原因是什么铝硅铸造合金中加入镁、铜等元素作用是什么一般情况下,铝硅合金地共晶体由粗针状硅晶体和α固溶体构成,强度和塑性都较差；经变质处理后地组织是细小均匀地共晶体加初生α固溶体,合金地强度和塑性显着提高,因此,铝硅合金要进行变质处理.铸造硅铝合金一般需要采用变质处理,以改变共晶硅地形态.常用地变质剂为钠盐.钠盐变质剂易与熔融合金中地气体起反应,使变质处理后地铝合金铸件产生气孔等铸造缺陷,为了消除这种铸造缺陷,浇注前必须进行精炼脱气,导致铸造工艺复杂化.故一般对于Si小于7%--8%地合金不进行变质处理.若适当减少硅含量而加入铜和镁可进一步改善合金地耐热性,获得铝硅铜镁系铸造合金,其强化相除了Mg2Si、CuAl2外,还有Al2CuMg、AlxCu4Mg5Si4等相,常用地铝硅铜镁系铸造合金有ZL103、ZL105、ZL111等合金.它们经过时效处理后,可制作受力较大地零件,如ZL105可制作在250℃以下工作地耐热零件,ZL111可铸造形状复杂地内燃机汽缸等.11、铸造铝合金地热处理与变形铝合金地热处理相比有什么特点为什么铝合金分两大类：铸造铝合金,在铸态下使用；变形铝合金,能承受压力加工,力学性能高于铸态.可加工成各种形态、规格地铝合金材.主要用于制造航空器材、日常生活用品、建筑用门窗等.铝合金按加工方法可以分为变形铝合金和铸造铝合金.变形铝合金又分为不可热处理强化型铝合金和可热处理强化型铝合金.不可热处理强化型不能通过热处理来提高机械性能,只能通过冷加工变形来实现强化,它主要包括高纯铝、工业高纯铝、工业纯铝以及防锈铝等.可热处理强化型铝合金可以通过淬火和时效等热处理手段来提高机械性能,它可分为硬铝、锻铝、超硬铝和特殊铝合金等. 铝合金可以采用热处理获得良好地机械性能,物理性能和抗腐蚀性能. 铸造铝合金按化学成分可分为铝硅合金,铝铜合金,铝镁合金和铝锌合金.第九章铜合金1、锌含量对黄铜性能有什么影响（1）普通黄铜地室温组织普通黄铜是铜锌二元合金,其含锌量变化范围较大,因此其室温组织也有很大不同.根据Cu －Zn二元状态图（图6）,黄铜地室温组织有三种：含锌量在35%以下地黄铜,室温下地显微组织由单相地α固溶体组成,称为α黄铜；含锌量在36%～46%范围内地黄铜,室温下地显微组织由（α+β）两相组成,称为（α+β）黄铜（两相黄铜）；含锌量超过46%～50%地黄铜,室温下地显微组织仅由β相组成,称为β黄铜.（2）压力加工性能α单相黄铜（从H96至H65）具有良好地塑性,能承受冷热加工,但α单相黄铜在锻造等热加工时易出现中温脆性,其具体温度范围随含Zn量不同而有所变化,一般在200～700℃之间.因此,热加工时温度应高于700℃.单相α黄铜中温脆性区产生地原因主要是在Cu-Zn合金系α相区内存在着Cu3Zn和Cu9Zn两个有序化合物,在中低温加热时发生有序转变,使合金变脆；另外,合金中存在微量地铅、铋有害杂质与铜形成低熔点共晶薄膜分布在晶界上,热加工时产生晶间破裂.实践表明,加入微量地铈可以有效地消除中温脆性.两相黄铜（从H63至H59）,合金组织中除了具有塑性良好地α相外,还出现了由电子化合物CuZn为基地β固溶体.β相在高温下具有很高地塑性,而低温下地β′相（有序固溶体）性质硬脆.故（α+β）黄铜应在热态下进行锻造.含锌量大于46%～50%地β黄铜因性能硬脆,不能进行压力加工.（3）力学性能黄铜中由于含锌量不同,机械性能也不一样.对于α黄铜,随着含锌量地增多,σb和δ均不断增高.对于（α+β）黄铜,当含锌量增加到约为45%之前,室温强度不断提高.若再进一步增加含锌量,则由于合金组织中出现了脆性更大地r相（以Cu5Zn8化合物为基地固溶体）,强度急剧降低.（α+β）黄铜地室温塑性则始终随含锌量地增加而降低.所以含锌量超过45%地铜锌合金无实用价值.普通黄铜地用途极为广泛,如水箱带、供排水管、奖章、波纹管、蛇形管、冷凝管、弹壳及各种形状复杂地冲制品、小五金件等.随着锌含量地增加从H63到H59,它们均能很好地承受热态加工,多用于机械及电器地各种零件、冲压件及乐器等处.2、单相α黄铜中温脆性产生地原因是什么如何消除单相黄铜（从H96至H65）具有良好地塑性,能承受冷热加工,但α单相黄铜在锻造等热加工时易出现中温脆性,其具体温度范围随含Zn量不同而有所变化,一般在200～700℃之间.因此,热加工时温度应高于700℃.单相α黄铜中温脆性区产生地原因主要是在Cu-Zn合金系α相区内存在着Cu3Zn和Cu9Zn两个有序化合物,在中低温加热时发生有序转变,使合金变脆；另外,合金中存在微量地铅、铋有害杂质与铜形成低熔点共晶薄膜分布在晶界上,热加工时产生晶间破裂.实践表明,加入微量地铈可以有效地消除中温脆性.3、什么是黄铜地“自裂”产生地原因是什么通常采用什么方法消除。
机械行业难加工材料与结构的加工技术(ppt 80页)
外型面难加工结构件主要有：薄壁件、叶片、涡轮盘 、微小微细零件外型面及其它特殊复杂的型面。
内型面难加工结构主要有：蜂窝结构、阵列孔、有特 殊要求的小孔、窄缝及其它特殊复杂的形腔结构。
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难加工材料的加工技术
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难加工材料与结构概述－分类
（4）低温性能好 钛合金在低温和超低温下能保 持力学性能。
（5）化学活性大 钛的化学活性大，与大气中的 O2、N2、H2、CO、CO2、水蒸气、氨气等均产 生剧烈的化学反应。
（6）导热性差 钛的导热系数低，约为Ni的1/4， Fe的1/5，Al的1/14
（1）钛合金具有密度小、强度高、能耐各种酸、碱、 海水、大气等介质的腐蚀等一系列优良的力学、物理 性能，因此在航空、航天、核能、船舶、化工、冶金 、医疗器械等工业中得到了越来越广泛的应用。
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难加工材料与结构概述－应用
1.钛合金
记忆钛合金镜架
钛合金刀具
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2.主要内容：
1）难加工材料
1）难加工材料的分类
2）难加工材料的应用
2） 难加工结构
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难加工材料与结构概述－分类
1.钛合金 2.高温合金 3.不锈钢 4.高强度钢与超高强度钢 5.复合材料 6.硬脆性材料
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难加工材料与结构概述－应用
2.高温合金
低膨胀、恒弹性、高弹 性高温合金
精密合金高温合金不锈钢棒
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电大《数控加工工艺》第五至八章课后题
第5章数控车削加工工艺作业答案思考与练习题1、普通车床加工螺纹与数控车床加工螺纹有何区别？答：普通车床所能车削的螺纹相当有限,它只能车等导程的直、锥面公、英制螺纹,而且一台车床只能限定加工若干种导程的螺纹.数控车床不但能车削任何等导程的直、锥和端面螺纹,而且能车增导程、减导程与要求等导程与变导程之间平滑过渡的螺纹,还可以车高精度的模数螺旋零件〔如圆柱、圆弧蜗杆〕和端面〔盘形〕螺旋零件等.数控车床可以配备精密螺纹切削功能,再加上一般采用硬质合金成型刀具以与可以使用较高的转速,所以车削出来的螺纹精度高、表面粗糙度小.2、车削螺纹时,为何要有引入距离与超越距离？答：在数控车床上车螺纹时,沿螺距方向的Z向进给应和车床主轴的旋转保持严格的速比关系,因此应避免在进给机构加速或减速的过程中切削,为此要有引入距离和超越距离.3、车削加工台阶轴、凹形轮廓时,对刀具主、副偏角有何要求？答：加工阶梯轴时,主偏角≥90°；加工凹形轮廓时,若主、副偏角选得太小,会导致加工时刀具主后刀面、副后刀面与工件发生干涉,因此,必要时可作图检验.4、加工路线的选择应遵循什么原则？答：加工路线的确定首先必须保持被加工零件的尺寸精度和表面质量,其次考虑数值计算简单、走刀路线尽量短、效率较高等.因精加工的进给路线基本上都是沿其零件轮廓顺序进行的,因此确定进给路线的工作重点是确定粗加工与空行程的进给路线.模拟自测题一、单项选择题1、车削加工适合于加工〔 A 〕类零件.〔A〕回转体〔B〕箱体〔C〕任何形状〔D〕平面轮廓2、车削加工的主运动是〔A 〕.〔A〕工件回转运动〔B〕刀具横向进给运动〔C〕刀具纵向进给运动〔D〕三者都是3、车细长轴时,使用中心架和跟刀架可以增加工件的〔C 〕.〔A〕韧性〔B〕强度〔C〕刚性〔D〕稳定性4、影响刀具寿命的根本因素是〔A 〕.〔A〕刀具材料的性能〔B〕切削速度〔C〕背吃刀量〔D〕工件材料的性能5、车床切削精度检查实质上是对车床〔D 〕和定位精度在切削加工条件下的一项综合检查.〔A〕坐标精度〔B〕主轴精度〔C〕刀具精度〔D〕几何精度6、数控车床的自转位刀架,当手动操作换刀时,从刀盘方向观察,只允许刀盘〔B 〕换刀.〔A〕逆时针转动〔B〕顺时针转动〔C〕任意转动〔D〕由指令控制7、数控车削用车刀一般分为三类,即〔D 〕.〔A〕环形刀、盘形刀和成型车刀〔B〕球头刀、盘形刀和成型车刀〔C〕鼓形刀、球头刀和成型车刀〔D〕尖形车刀、圆弧形车刀和成型车刀8、制订加工方案的一般原则为先粗后精、先近后远、先内后外,程序段最少,〔A 〕与特殊情况特殊处理.〔A〕走刀路线最短〔B〕将复杂轮廓简化成简单轮廓〔C〕将手工编程改成自动编程〔D〕将空间曲线转化为平面曲线9、影响数控车床加工精度的因素很多,要提高加工工件的质量,有很多措施,但〔A 〕不能提高加工精度.〔A〕将绝对编程改变为增量编程〔B〕正确选择车刀类型〔C〕控制刀尖中心高误差〔D〕减小刀尖圆弧半径对加工的影响10、车削时为降低表面精糙度,可采用〔B 〕的方法进行改善.〔A〕增大主偏角〔B〕减小进给量〔C〕增大副偏角〔D〕减小刀尖圆弧半径11、车削中刀杆中心线不与进给方向垂直,对刀具的〔 B 〕影响较大.〔A〕前、后角〔B〕主、副偏角〔C〕后角〔D〕刃倾角二、判断题〔正确的打√,错误的打×〕1、数控车床适宜加工轮廓形状特别复杂或难于控制尺寸的回转体类零件、箱体类零件、精度要求高的回转体类零件、特殊的螺旋类零件等.〔×〕2、车削力按车床坐标系可以分解为Fx、Fy、Fz三个分力,其中Fy消耗功率最多.〔√〕3、车内螺纹前的底孔直径必须大于或等于螺纹标准中规定的螺纹小径.〔√〕4、车削偏心工件时,应保证偏心的中心与车床主轴的回转中心重合.〔√〕5、机床坐标系和工件坐标系之间的联系是通过对刀来实现的.〔√〕6、数控车床常用的对刀方法有试切对刀法、光学对刀法、ATC自动对刀法等,其中试切法可以得到更加准确和可靠的结果.〔√〕7、可转位式车刀用钝后,只需要将刀片转过一个位置,即可使新的刀刃投入切削.当几个刀刃都用钝后,更换新刀片.〔√〕8、车削螺纹时,进给速度值为螺纹的螺距值.〔×〕9、当表面粗糙度要求较高时,应选择较大的进给速度.〔×〕10、螺纹车削时,主轴转速越高越好.〔×〕三、简答题1、数控车削加工的主要对象是什么？答：〔1〕轮廓形状特别复杂或难于控制尺寸的回转体零件〔2〕精度要求高的回转体零件〔3〕带特殊螺纹的回转体零件2、数控车削加工工艺分析的主要内容有哪些？答：分析零件图纸、确定工件在车床上的装夹方式、各表面的加工顺序和刀具的进给路线以与刀具、夹具和切削用量的选择等.3、制订零件车削加工工序顺序应遵循哪些原则？答：先粗后精、先近后远、内外交叉、基面先行.4、轮廓粗车加工路线有哪些方式？答：①利用数控系统具有的封闭式复合循环功能控制车刀沿着工件轮廓线进行进给的路线；②三角形循环进给路线；③矩形循环进给路线5、常用数控车削刀具的种类有哪些？各有何特点？答：数控车削常用车刀一般分尖形车刀、圆弧形车刀和成型车刀等三类.a. 尖形车刀它是以直线形切削刃为特征的车刀.这类车刀的刀尖〔同时也为其刀位点〕由直线形的主、副切削刃构成.b. 圆弧形车刀它是以一圆度误差或线轮廓误差很小的圆弧形切削刃为特征的车刀.该车刀圆弧刃上每一点都是圆弧形车刀的刀尖,因此,刀位点不在圆弧上,而在该圆弧的圆心上c. 成型车刀成型车刀俗称样板车刀,其加工零件的轮廓形状完全由车刀刀刃的形状和尺寸决定.6、数控车床常用对刀方法有哪些？答：定位对刀法、光学对刀法、ATC对刀法和试切对刀法.四、分析题〔略〕第6章数控铣削加工工艺作业答案思考与练习题1、铣削加工时,零件的哪些几何要素对刀具形状与尺寸有限制？答：过渡圆角、倒角、槽宽等.2、采用球头铣刀和鼓形铣刀加工变斜角平面哪个加工效果好？为什么？答：由于鼓形铣刀的鼓径可以做得比球头铣刀的球径大,所以加工后的残留面积高度小,加工效果比球头刀好.3、试述两轴半、三轴联动加工曲面轮廓的区别和适用场合？答：两轴半坐标加工曲面的刀心轨迹是一条平面曲线,切削点轨迹为一条空间曲线,从而在曲面上形成扭曲的残留沟纹.适用于曲率变化不大和精度要求不高的曲面的粗加工三坐标联动加工的切削点轨迹是平面曲线,可获得较规则的残留沟纹,但刀心轨迹是一条空间曲线.适用于曲率变化较大和精度要求较高的曲面的精加工4、孔系加工时,传动系统反向间隙对孔定位精度有何影响？如何避免？答：影响孔距尺寸精度.对于孔位置精度要求较高的零件,在精镗孔系时,镗孔路线一定要注意各孔的定位方向一致,即采用单向趋近定位点的方法,以避免传动系统反向间隙误差或测量系统的误差对定位精度的影响.5、简述立铣刀与键槽铣刀的区别？答：立铣刀端部无切削刃,不能直接切入工件实体,必须从工件侧面下刀；键槽铣刀端部有切削刃,可以直接切入工件实体.模拟自测题一、单项选择题1、端铣时应根据〔B 〕选择铣刀的直径.〔A〕背吃刀量〔B〕侧吃刀量〔C〕切削厚度〔D〕切削宽度2、用立铣刀加工内轮廓时,铣刀半径应〔A 〕工件内轮廓最小曲率半径〔A〕小于或等于〔B〕大于〔C〕与内轮廓曲率半径无关〔D〕大于或等于3、机械零件的真实大小是以图样上的〔 B 〕为依据.〔A〕比例〔B〕尺寸数值〔C〕技术要求〔D〕公差X围4、加工机座、箱体、支架等外形复杂的大型零件上直径较大的孔,特别是有位置精度要求的孔和孔系,应该采用〔 C 〕.〔A〕钻孔〔B〕铰孔〔C〕镗孔〔D〕磨孔5、下列叙述中,〔B 〕适宜采用数控铣床进行加工.〔A〕轮廓形状特别复杂或难于控制尺寸的回转体零件〔B〕箱体零件〔C〕精度要求高的回转体类零件〔D〕特殊的螺旋类零件6、〔 C 〕是孔加工的标准刀具.〔A〕成形车刀〔B〕拉刀〔C〕麻花钻〔D〕插齿刀7、在三坐标数控铣床上,加工变斜角零件的变斜角面一般应选用〔C 〕.〔A〕模具铣刀；〔B〕球头铣刀；〔C〕鼓形铣刀；〔D〕键槽铣刀.8、铲齿铣刀的后刀面是经过铲削的阿基米德螺旋面,其刃磨部位是〔 A 〕〔A〕前刀面〔B〕后刀面〔C〕前刀面和后刀面9、铣床上用的分度头和各种虎钳都是〔 B 〕夹具.〔A〕专用〔B〕通用〔C〕组合〔D〕随身10、铣削加工时,为了减小工件表面粗糙度Ra的值,应该采用〔 A 〕.〔A〕顺铣〔B〕逆铣〔C〕顺铣和逆铣都一样〔D〕依被加工材料决定11、采用立铣刀铣削平面零件外轮廓时,应沿切削起始点的延长线或〔B 〕方向切入,以避免在切入处产生刀具刻痕.〔A〕法向〔B〕切向〔C〕法向和切向均可12、铰孔时对孔的〔 C 〕纠正能力较差.〔A〕表面粗糙度〔B〕尺寸精度〔C〕位置精度〔D〕形状精度13、周铣时用〔 C 〕方式进行铣削,铣刀的耐用度较高,获得加工面的表面粗糙度值也较小.〔A〕对称铣〔B〕逆铣〔C〕顺铣〔D〕立铣14、在铣床上,铰刀退离工件时应使铣床主轴〔B〕.〔A〕正转〔顺时针〕〔B〕逆时针反转〔C〕停转15、铰削塑性金属材料时,若铰刀转速太高,容易出现〔 A 〕现象.〔A〕孔径收缩〔B〕孔径不变〔C〕孔径扩X二、判断题〔正确的打√,错误的打×〕1、在铣床上加工表面有硬皮的毛坯零件时,应采用顺铣方式.〔×〕2、用立铣刀加工平面轮廓时,铣刀应沿工件轮廓的切向切入,法向切出.〔×〕3、铰孔时,无法纠正孔的位置误差.〔√〕4、轮廓加工完成时,应在刀具离开工件之前取消刀补.〔×〕5、钻削加工时,轴向力主要是由横刃刃产生.〔√〕6、盲孔铰刀端部沉头孔的作用是容纳切屑.〔√〕7、在相同加工条件下,顺铣的表面质量和刀具耐用度都比逆铣高.〔√〕8、由于铰削余量较小,因此铰削速度和进给量对铰削质量没有影响.〔×〕9、圆周铣削时的切削厚度是随时变化的,而端铣时切削厚度保持不变.〔×〕10、用端铣刀铣平面时,铣刀刀齿参差不齐,对铣出平面的平面度好坏没有影响.〔√〕11、精铣宜采用多齿铣刀以获得较理想加工表面质量.〔√〕12、使用螺旋铣刀可减少切削阻力,且较不易产生振动.〔√〕13、铣削封闭键槽时,应采用立铣刀加工.〔×〕14、可转位面铣刀直径标准系列的公比为1.5.〔×〕三、简答题1、数控铣削加工的主要对象是什么？答：〔1〕平面轮廓零件〔2〕变斜角类零件〔3〕空间曲面轮廓零件〔4〕孔〔5〕螺纹2、数控铣削加工零件图与其结构工艺性分析包括哪些内容？答：①分析零件的形状、结构与尺寸的特点.②检查零件的加工要求.③在零件上是否存在对刀具形状与尺寸有限制的部位和尺寸要求.④对于零件加工中使用的工艺基准应当着重考虑.⑤分析零件材料的种类、牌号与热处理要求.⑥当零件上的一部分内容已经加工完成,这时应充分了解零件的已加工状态.⑦构成零件轮廓的几何元素〔点、线、面〕的给定条件是否充分.3、数控铣削加工工艺路线拟定主要包括哪些内容？答：〔1〕加工方法的选择〔2〕工序的划分〔3〕加工顺序的安排〔4〕加工路线的确定4、确定铣削加工路线时,重点应考虑哪些问题？答：①应能保证零件的加工精度和表面粗糙度要求.②应使走刀路线最短,减少刀具空行程时间,提高加工效率.③应使数值计算简单,程序段数量少,以减少编程工作量.5、数控铣削加工对刀具的基本要求有哪些？答：①铣刀刚性要好②铣刀的耐用度要高四、分析题〔略〕第7章加工中心加工工艺作业答案思考与练习题1、试述加工中心的工艺特点有哪些？答：①可减少工件的装夹次数②可减少机床数量,并相应减少操作工人,节省占用的车间面积.③可减少周转次数和运输工作量,缩短生产周期.④在制品数量少,简化生产调度和管理.⑤使用各种刀具进行多工序集中加工.⑥若在加工中心上连续进行粗加工和精加工,夹具既要能适应粗加工时切削力大、高刚度、夹紧力大的要求,又须适应精加工时定位精度高,零件夹紧变形尽可能小的要求.⑦应尽量使用刚性好的刀具,并解决刀具的振动和稳定性问题.⑧多工序的集中加工,要与时处理切屑.⑨在将毛坯加工为成品的过程中,零件不能进行时效,内应力难以消除.⑩技术复杂,对使用、维修、管理要求较高,要求操作者具有较高的技术水平.加工中心一次性投资大.2、在加工中心上加工零件时,如何划分加工阶段？答：一般情况下,在加工中心上加工的零件已在其它机床上经过粗加工,加工中心只是完成最后的精加工,所以不必划分加工阶段.但对加工质量要求较高的零件,若其主要表面在上加工中心加工之前没有经过粗加工,则应尽量将粗、精加工分开进行.对加工精度要求不高,而毛坯质量较高,加工余量不大,生产批量很小的零件或新产品试制中的零件,利用加工中心良好的冷却系统,可把粗、精加工合并进行.但粗、精加工应划分成两道工序分别完成.粗加工用较大的夹紧力,精加工用较小的夹紧力.3、孔加工进给路线如何确定？答：孔加工时,一般是先将刀具在xy平面内快速定位到孔中心线的位置上,然后再沿z向〔轴向〕运动进行加工.刀具在xy平面内的运动为点位运动,确定其进给路线时重点考虑：a. 定位迅速,空行程路线要短；b. 定位准确,避免机械进给系统反向间隙对孔位置精度的影响；c. 当定位迅速与定位准确不能同时满足时,若按最短进给路线进给能保证定位精度,则取最短路线.反之,应取能保证定位准确的路线.刀具在z向的进给路线分为快速移动进给路线和工作进给路线.刀具先从初始平面快速移动到R平面,然后按工作进给速度加工.对多孔加工,为减少刀具空行程进给时间,加工后续孔时,刀具只要退回到R平面即可4、如何确定零件在加工中心工作台上的最佳位置？答：根据机床行程,考虑各种干涉情况,优化匹配各部位刀具长度而确定的.5、采用刀具预调仪有何好处？答：简化刀具预调和刀具测量,克服了机上测量的缺点,大大提高了刀具预调和测量的速度.采用刀具预调仪可以提高加工中心的产量,还可以检测刀尖的角度、圆角和刃口情况等.模拟自测题一、单项选择题1、加工中心和数控铣镗床的主要区别是加工中心〔 A 〕.〔A〕装有刀库并能自动换刀〔B〕加工中心有二个或两个以上工作台〔C〕加工中心加工的精度高〔D〕加工中心能进行多工序加工2、立式加工中心是指〔 C 〕的加工中心.〔A〕主轴为水平〔B〕主轴为虚轴〔C〕主轴为垂直〔D〕工作台为水平3、在加工中心上加工箱体,一般一次安装能〔 A 〕.〔A〕加工多个表面〔B〕只能加工孔类〔C〕加工全部孔和面〔D〕只能加工平面4、公制普通螺纹的牙形角是〔 C 〕.〔A〕55˚；〔B〕30˚；〔C〕60˚；〔D〕45˚.5、精加工<30以上孔时,通常采用〔 A 〕〔A〕镗孔；〔B〕铰孔；〔C〕钻孔；〔D〕铣孔.6、采用刀具预调仪对刀具组件进行尺寸预调,主要是预调整〔 B 〕.〔A〕几何角度〔B〕轴向和径向尺寸〔C〕粗糙度〔D〕锥度7、加工中心加工时,零件一次安装应完成尽可能多的零件表面加工,这样有利于保证零件各表面的〔 B 〕.〔A〕尺寸精度；〔B〕相互位置精度；〔C〕表面粗糙度；〔D〕形状精度.8、加工中心通常按工序集中原则划分工序,〔 D 〕不是工序集中原则的优点.〔A〕提高生产效率〔B〕缩短工艺路线〔C〕保证各加工表面间相互位置精度〔D〕优化切削用量9. 精镗位置精度要求较高的孔系零件时,应采用〔 A 〕的方法确定镗孔路线,以避免传动系统反向间隙对孔定位精度的影响.〔A〕单向趋近定位点〔B〕反向趋近定位点〔C〕双向趋近定位点〔D〕任意方向趋近定位点10、加工中心上加工螺纹时,〔B 〕以下螺纹不宜采用机用丝锥攻丝方法加工.〔A〕M10 〔B〕M6 〔C〕M20 〔D〕M30.二、判断题〔正确的打√,错误的打×〕1、加工中心是一种带有刀库和自动刀具交换装置的数控机床.〔√〕2、主轴在空间处于水平状态的加工中心叫卧式加工中心,处于竖直状态的叫立式加工中心.〔√〕3、数控加工中心的工艺特点之一就是"工序集中〞.〔√〕4、基准重合原则和基准统一原则发生矛盾时,若不能保证尺寸精度,则应遵循基准重合原则.〔√〕5、铣削封闭键槽时,应采用键槽铣刀加工.〔√〕6、轮廓加工完成时,一般应在刀具将要离开工件之时取消刀补.〔×〕7、立铣刀铣削平面轮廓时,铣刀半径应≥工件最小凹圆弧半径.〔×〕8、镗孔时,无法纠正孔的位置误差.〔×〕9、因加工中心加工精度高,所以零件设计基准与定位基准即使不重合,也不用进行尺寸链换算.〔×〕10、对于同轴度要求很高的孔系加工,可以采取刀具集中原则.〔×〕三、简答题1、加工中心的主要加工对象是什么？答：〔1〕既有平面又有孔系的零件〔2〕复杂曲面类零件〔3〕外形不规则零件〔4〕周期性投产的零件〔5〕加工精度要求较高的中小批量零件〔6〕新产品试制中的零件2、在加工中心上加工的零件,其结构工艺性应满足哪些要求？答：在加工中心上加工的零件,其结构工艺性应具备以下几点要求.①零件的切削加工量要小.②零件上光孔和螺纹的尺寸规格尽可能少.③零件尺寸规格尽量标准化,以便采用标准刀具.④零件加工表面应具有加工的方便性和可能性.⑤零件结构应具有足够的刚性,以减少夹紧变形和切削变形.3、加工中心加工零件时,如何选择定位基准.答：①尽量选择零件上的设计基准作为定位基准.②一次装夹就能够完成全部关键精度部位的加工.③既加工基准又完成各工位的加工时,其定位基准的选择需考虑完成尽可能多的加工内容.④当零件的定位基准与设计基准难以重合时,应通过尺寸链的计算,严格规定定位基准与设计基准间的公差X围,确保加工精度.4、加工中心安排加工顺序时,应遵循什么原则？答：①同一加工表面按粗加工、半精加工、精加工次序完成,或全部加工表面按先粗加工,然后半精加工、精加工分开进行.加工尺寸公差要求较高时,考虑零件尺寸、精度、零件刚性和变形等因素,可采用前者；加工位置公差要求较高时,采用后者.②对于既要铣面又要镗孔的零件,先铣面后镗孔.③相同工位集中加工,应尽量按就近位置加工,以缩短刀具移动距离,减少空运行时间.④某些机床工作台回转时间比换刀时间短,在不影响精度的前提下,可以采取刀具集中工序.⑤考虑到加工中存在着重复定位误差,对于同轴度要求很高的孔系,就不能采取刀具集中原则.⑥在一次定位装夹中,尽可能完成所有能够加工的表面.5、刀具预调仪的作用是什么？其种类有哪些？答：机外测量刀具的直径尺寸和长度尺寸.刀具预调仪按功能可分为：镗铣类、车削类和综合类等三类；按精度分类有：普通级和精密级.①镗铣类刀具预调仪主要用于测量镗刀、铣刀与其它带轴刀具切削刃的径向和轴向坐标位置.②车削类刀具预调仪主要用于测量车削刀具切削刃的径向和轴向坐标位置.③综合类刀具预调仪既能测量带轴刀具、又能测量车削刀具切削刃的径向和轴向坐标位置.四、分析题〔略〕数控线切割加工工艺作业答案思考与练习题1、简述数控线切割加工原理.答：利用移动的细金属丝〔铜丝或钼丝〕作为工具电极〔接高频脉冲电源的负极〕,对工件〔接高频脉冲电源的正极〕进行脉冲火花放电而切割成所需的工件形状与尺寸.2、简述数控线切割加工的特点与其应用领域.答：数控线切割加工的特点：①加工用一般切削方法难以加工或无法加工的形状复杂的工件；②切割用的刀具简单,大大降低生产准备工时；③利用计算机辅助自动编程软件,可方便地加工复杂形状的直纹表面；④有利于材料的利用,适合加工细小零件；⑤可以完全或短时间不考虑电极丝损耗对加工精度的影响；⑥可方便地调整凹凸模具的配合间隙,依靠锥度切割功能,有可能实现凹凸模一次加工成形；⑦对于粗、中、精加工,只需调整电参数即可,操作方便、自动化程度高；⑧加工对象主要是平面形状,台阶盲孔型零件还无法进行加工.但是当机床上加上能使电极丝作相应倾斜运动的功能后,可实现锥面加工；⑨当零件无法从周边切入时,工件上需钻穿丝孔;⑩电极丝在加工中不接触工件,两者之间的作用力很小,因而不要求电极丝、工件与夹具有足够的刚度抵抗切削变形;电极丝材料不必比工件材料硬,可以加工用一般切削方法难以加工或无法加工的金属材料和半导体材料；与一般切削加工相比,线切割加工的效率低,加工成本高,不适合形状简单的大批零件的加工；应用领域：①加工模具②加工电火花成形加工用的电极③加工零件3、电极丝直径与松紧度对线切割加工有何影响？答：①电极丝直径的影响：电极丝直径对加工精度的影响较大.若电极丝直径过小,则承受电流小,切缝也窄,不利于排屑和稳定加工,不可能获得理想的切割速度.因此在一定X围内,加大电极丝的直径对提高切割速度是有利的.但电极丝直径超过一定程度时,会造成切缝过大,加工量增大,反而又影响切割速度,因此电极丝直径不宜过大.此外,电极丝直径对切割速度的影响还受脉冲参数等综合因素的制约②电极丝松紧程度的影响：如果上丝过紧,电极丝超过弹性变形的限度,由于频繁地往复、弯曲、摩擦和放电时的急热、急冷变化的影响,容易造成疲劳断丝.若上丝过松,在切割较厚工件时,由于电极丝的跨距较大,造成其振动幅度较大,同时在加工过程中受放电压力的作用而弯曲变形,导致电极丝切割轨迹落后并偏离工件轮廓,即出现加工滞后现象,从而造成形状与尺寸误差.模拟自测题一、单项选择题1、若线切割机床的单边放电间隙为0.02mm,钼丝直径为0.18mm,则加工圆孔时的间隙补偿量为<B >.〔A〕0.10mm 〔B〕－0.11mm〔C〕0.20mm〔D〕0.21mm2、线切割机床不能加工材料为< B >.〔A〕合金钢〔B〕非金属〔C〕碳素钢〔D〕不锈钢3、电极丝直径d与拐角半径R、放电间隙<的关系为〔 A 〕.〔A〕d≤2〔R-<〕〔B〕d≥2〔R-<〕〔C〕d≤〔R-<〕〔D〕d≥〔R-<〕4、脉冲宽度加大时,线切割加工的表面粗糙度〔 A 〕〔A〕增大〔B〕减小〔C〕不确定〔D〕不变5、下列叙述中,〔 A 〕不是线切割加工的特点.〔A〕要求刀具有足够的刚度〔B〕刀具简单〔C〕材料利用率高〔D〕可以加工高硬度金属材料二、判断题〔正确的打√,错误的打×〕1、电极丝过松会造成工件形状与尺寸误差.〔√〕2、线切割加工的表面粗糙度主要取决于单个脉冲放电能量大小,与走丝速度无关.< ×>3、线切割加工时,凹角处可以清角.〔×〕4、在相同表面粗糙度的情况下,用线切割加工的零件的耐磨性比机械加工的好.〔√〕5、线切割加工时,工件的变形与切割路线有关.〔√〕三、简答题1、数控线切割加工的主要工艺指标有哪些？答：〔1〕切割速度〔2〕表面粗糙度〔3〕电极丝损耗量〔4〕加工精度2、影响线切割加工指标的电参数有哪些？答：①脉冲宽度②脉冲间隔③开路电压④放电峰值电流⑤放电波形⑥极性⑦变频、进给速度3、数控线切割加工对工件装夹的基本要求是什么？答：①工件的装夹基准面应清洁无毛刺.②夹具精度要高.③装夹工件的位置要有利于工件的找正,并能满足加工行程的需要,工作台移动时,不得与丝架相碰.④装夹工件的作用力要均匀,不得使工件变形或翘起.⑤批量加工时最好采用专用夹具,以提高效率.⑥细小、精密、薄壁工件应固定在辅助工作台或不易变形的辅助夹具上.徐宏海：预祝大家顺利通过考试――希望大家好好复习,预祝大家顺利通过考试。
第七章功能转换材料
金属棒中，两端温度不同，电子扩散形成的电动势
即汤姆逊电动势。发生在同种金属两端之间。
AB (T1)
Ek
(T )
dT dl
l
0 Ek dl
T2 (T )dT
T1
A
B
回路总电动势：
AB (T1T2 ) AB (T1) AB (T2 )
T2 T1
A (T )dT
T1 T2
B
(T
金属棒 ab ，两端 T1 T2
a
I T1
T1 T2
b
T2
流过电流，棒吸热，电流反向时放热。称为汤姆逊效应。
原因：棒ab存在电动势（汤姆逊电动势）
温度高处（a）电子动能较大， a
向低温处扩散，形成电动势。非 静电力（扩散力）做负功，吸热；
T1
Ek
电流反向时，非静电力做正功，
放热。
E b
T2
还有：硫化镉，鍗化镉，砷化镓
3、光电子发射应用
光电管是利用光电子发射（外光电效应）制成。用 于光控继电器（自动报警器等）、光电光度计（光电 流反应入射光强度）
光电倍增管（非常弱的光照，产生很大电流），在 工程、天文、军事上有重要应用。
电视摄像管
7-4 热电材料
一、热电效应（温差电效应）
用不同导体构成回路，两接头保持温差，则闭合
InAs,InSb,GaAs,GaSb,Ge,Si.
光电探测器（光敏器件），光电导摄像管，固体图 像传感器。 2、结型光电二极管 （1）高速响应的光电探测器
对非结型光电探测器，光电子在外电路中产生光电 流的响应慢。光照停止时，载流子平均寿命内仍存在 光电子，故有延迟光电流产生。
对结型光电二极管，光电子主要产生于结中吸收区内。
材料断口分析(第7-8章)
对断口形貌有一全面了解，用于分析断裂原因， 但不能判明断口的精细结构 可确定裂纹起点及扩展途径，为微观分析确定最 重要途径 除上述功能外，利用其焦深浅和易调动焦距可测 定凹凸高度差，疲劳条纹间距，裂纹形态，但对 断口形貌难作详细观察。分辨率＞0.2μ
透射电子显微镜
1千-几十万 焦深大，能观察其一次复型或二次复型凹凸不平 的表面，分辨率高，成象质量好，不必破坏断口。 但不能在低倍下作扫描观察 5-20万 可直接扫描断口，也可以用复型法观察，放大倍 数可在一定范围内连续变化，高低倍比较具有方 便、直接快速的优点。但分辨率不如TEM，样 品尺寸受限制，有时要破坏
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一、轧制时的断裂
板材端部呈圆形 轧件通过辊缝时，沿宽向各点均有横向流动的趋势， 由于受到摩擦阻力的影响，中心部分宽展远小于边 部，此时中心部分厚度的减少将转化为长度的增加 而边部厚度的减少则有部分转化为宽展，所以板材 端部呈圆形。
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边裂：
◆ 由于轧件为一整体，边部受附加拉应力作用，产生边部周期性裂纹 ◆轧辊控制不当（凸辊型） ◆坯料形状不良（凸形横截面） 劈裂：板材两侧强烈的附加拉应力所引起 防止措施：◆适宜的良好辊型和坯料尺寸形状 ◆合理的轧制工艺规程（控制压下量、润滑、调整张力） ◆包覆侧边
预防措施：
增加L/h值，即道次压下量。随L/h增加，变形逐渐向内部深入，当达到 一定值后，轧件中间部位便由原来的纵向拉应力变为压应力
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二、挤压（拉拔）时的断裂 挤压表面裂纹
由于挤压筒和模壁摩擦力的阻碍作用，使边部金属流动滞后中心部金 属，造成了边部受拉，中心受压的附加应力分布。摩擦阻力越大，此 种现象就越严重，当摩擦力很大时，就会造成金属挤压制品的表面裂 纹，严重时会出现竹节状或棘棒状。 拉拔与挤压类似，但基本应力为拉应力，这就加剧了边部裂纹。
《金属材料与热处理》教材习题答案：第七章 有色金属及硬质合金
《金属材料与热处理》教材习题答案第七章有色金属及硬质合金1.纯铜的性能有何特点？纯铜的牌号如何表示？答：铜的密度为8.96 ×103 kg/m3，熔点为1083℃，其导电性和导热性仅次于金和银，是最常用的导电、导热材料。
它的塑性非常好，易于冷、热压力加工，在大气及淡水中有良好的抗蚀性能，但纯铜在含有二氧化碳的潮湿空气中表面会产生绿色铜膜，称为铜绿。
纯铜强度低，虽然冷加工变形可提高其强度，但塑性显著降低，不能制作受力的结构件。
按化学成分不同可分为工业纯铜和无氧铜两类，我国工业纯铜有三个牌号：即一号铜（99.95%Cu）、二号铜（99.90%Cu），三号铜（99.7%Cu），其代号分另为T1、T2、T3；无氧铜，其含氧量极低，不大于0.003%，其代号有TU1、TU2，“U”是“无”字汉语拼音字首。
2.铜合金有哪几类？它们是根据什么来区分的？答：常用的铜合金有黄铜、青铜、白铜三大类。
黄铜是以锌为主加合金元素的铜合金，白铜是以镍为主加合金元素的铜合金，除了黄铜和白铜外，所有的铜基合金都称为青铜。
按主加元素种类的不同，青铜又可分为锡青铜、铝青铜、硅青铜和铍青铜等。
3.锌的含量对黄铜的性能有何影响？答：锌含量在32％以下时，随锌含量的增加，黄铜的强度和塑性不断提高，当锌含量达到30％一32％时，黄铜的塑性最好。
当锌含量超过39％以后，强度继续升高，但塑性迅速下降。
当锌含量大于45％以后，强度也开始急剧下降，所以工业上所用的黄铜Zn含量一般不超过47％。
4.青铜按生产方式分为哪两类？它们的牌号如何表示？答：按生产方式也可分为压力加工青铜和铸造青铜两类。
压力加工青铜的代号由“Q”＋主加元素的元素符号及含量＋其他加人元素的含量组成，如QSn4一3。
铸造青铜的牌号表示方法由“ZCu”+主加元素符号+主加元素含量+其他加入元素的元素符号及含量组成。
如ZCuSn5Pb5Zn5等。
5.含锡量对锡青铜的性能有何影响？答：锡含量较小时，随着锡含量的增加，青铜的强度和塑性增加，当锡含量超过5%~6%时，其塑性急剧下降，强度仍然高。
机械制造工艺教案第七章4-6节(已排)
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（3）时效处理 时效处理有人工时效和自然时效两 种，目的都是为了消除毛坯制造和机械加工中产 生的内应力。精度要求一般的铸件，只需进行一 次时效处理，安排在粗加工后较好，可同时消除 铸造和粗加工所产生的应力。有时为减少运输工 作量，也可放在粗加工之前进行。精度要求较高 的铸件，则应在半精加工之后安排第二次时效处 理，使精度稳定。精度要求很高的精密丝杆、主 轴等零件，则应安排多次时效处理。对于精密丝 杠、精密轴承、精密量具及油泵油嘴配件等，为 了消除残余奥氏体，稳定尺寸，还要采用冰冷处 理（冷却到－70～－80℃，保温1～2h），一般在 回火后进行。
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（4）表面处理 某些零件为了进一步提高表面的抗蚀能力， 增加耐磨性，常采用表面处理工序，使零件表面覆盖一层 金属镀层、非金属涂层和氧化膜等。金属镀层有镀铬、镀 锌、镀镍、镀铜及镀金、银等；非金属涂层有涂油漆、磷 化等；氧化膜层有钢的发蓝、发黑、钝化，铝合金的阳极 氧化处理等。零件的表面处理工序一般都安排在工艺过程 的最后进行。表面处理对工件表面本身尺寸的改变一般可 以不考虑，但精度要求很高的表面应考虑尺寸的增大量。 当零件的某些配合表面不要求进行表面处理时，则应进行 局部保护或采用机械加工的方法予以切除。
3
（2）加工表面的技术要求是决定表面加工方法的首 要因素，此外还应包括由于基准不重合而提高对某 些表面的加工要求，以及由于被作为精基准而可能 对其提出的更高加工要求。 （3）加工方法选择的步骤总是首先确定被加工零件 主要表面的最终加工方法，然后再选择前面一系列 工序的加工方法和顺序。可提出几个方案进行比较， 选择其中一个比较合理的方案。例如加工一个直径 为φ25H7和表面粗糙度为Ra0.8μm的孔，可有四种 加工方案：①钻孔-扩孔-粗铰-精铰；②钻孔-粗镗半精镗-磨削；③钻孔-粗镗-半精镗-精镗-精细镗； ④钻-拉。应根据零件加工表面的结构特点和产量 等条件，再确定采用其中一种加工方案。主要表面 的加工方法选定以后，再选定各次要表面的加工方 法。
第七章 金属切削加工基础知识 1
2．进给运动:由机床或人力提供的运动,它使刀具
与工件间产生附加的相对运动,进给运动将使被切
削金属层不断地投入切削,以加工出具有所需几何 特性的已加工表面.(车削外圆时,进给运动是刀具 的纵向运动;牛头刨床刨削时,进给运动是工作台 的移运.)
3.主运动和进给运动的合成: 当主运动和进给运动 同时进行时，切削刃
互接触的表面上承受了很大的压力和强烈的摩
擦、刀具在高温下进行切削的同时，还承受着
切削力、冲击和振动，因此要求刀具切削部分
的材料应具备以下性能：
1.高硬度：刀具材料必须具有高于工件材料的硬
度，常温硬度应在HRC60以上。
2.耐磨性：耐磨性表示刀具抵抗磨损的能力，通
常刀具材料的硬度越高，耐磨性越好。
第七章 金属切削加工基础知识
要求目的：理解零件加工质量的概念、掌握切削
运动和金属切削刀具的基本知识、认识金属切削
过程的基本规律。
重点、难点：切削运动和切削刀具。
7.1 加工质量
金属切削加工（或冷加工）是指用切削工具从坯
料或工件上切除多余材料，以获得所要求的几何 形状、尺寸精度和表面质量的零件的加工方法。
公差、形状公差和位置公差来表示。
1.尺寸精度:是指加工表面本身的尺寸（如圆柱面
的直径）和表面间的尺寸（如孔间距离等）的精
确程度。尺寸精度的高低，用尺寸公差的大小来 表示。 为了实现互换性和满足各种使用要求，国家标准 GB1800-79规定，尺寸公差分为20个公差等级，即
IT01、IT0、IT1、IT2„„、IT18。从IT01 ~IT18，
Vc (m / min 或m / s)
式中：d——工件直径，㎜ n——工件或刀具每分钟（秒）转数（r/min或r/S）
第7章-环境材料
2007年太湖蓝藻事件
从2007年5月29日开始，无锡市太湖区域大规模爆发蓝藻，导致 自来水无法饮用。中国科学院的研究的结果显示: 工业污染增加、 农业面源污染扩大、城市生活污水直接入湖和渔业养殖规模急速 扩张是造成太湖水环境恶化的主要原因。
“这个事件反映出太湖已经非常脆弱了，自我调节能力已经严重 丧失，人类过度地使用自然必然遭到自然的报复。”
本章主要内容
1
环境材料概述
2
环境材料的研究内容
3
环境材料的设计
4 环境材料的评价判据与方法
5
金属材料的生态化改造
6
金属环境材料
7.1 环境材料概述
材料, 为人类文明做出重大贡献, 却也严重 破坏了人类家园。从原材料的开采、提炼、生产、 加工、使用一直到废弃的过程, 无不以资源和能 源的极大消耗, 生态环境的严重污染为代价。
7.5 金属材料的生态化改造
双辊薄带连铸工艺示意图
7.5 金属材料的生态化改造
（4）金属材料表面优化: 缘由: 金属材料因表面受腐蚀、磨损而失效导致金属材料制品
部分甚至全部功能丧失，造成金属资源和能源的损失。 金属材料表面优化技术的评价: 引入环境负荷的概念: ELV=R+E+P 其中: ELV－环境负荷值，单位g/cm2； R－表面处理过程中
（2）在评价范围上, LCA只考虑已经发生了或一定会发生的 环境影响因素, 没有考虑可能发生的环境风险和危害。
（3）在评估方法上, LCA既包括客观成分, 也包括主观假设 等成分, 如计算方法模型、权重的选择等, 都需要详细说明。
第七章 船体构件加工
第七章船体构件加工(6学时)教学要求：理解船体构件的边缘加工、船体板材构件的成形加工、船体型材构件的成形加工。
重点：火焰切割。
难点：船体板材构件的水火成形加工。
教学内容：钢材经过预处理和号料画线后，按其要求制造成各种各样的船体结构构件，这个工艺过程称为船体构件加工。
船体构件加工的方法，按加工时钢材的温度情况可分为冷加工和热加工两大类。
冷加工是指钢材在再结晶温度（Fe-C状态图中的二次结晶温度,即同素异晶转变温度约727℃)以下时，对其施加一定的外力而发生断裂或塑变的工艺过程；热加工则是将钢材加热到Fe-C状态图中的二次结晶温度以上，利用船体结构钢材在高温时易与氧气燃烧和强度降低塑性增高的特性，进行分离或塑变的工艺过程。
船体构件加工的方法,从其构件特点和加工要求来看，可分为边缘加工和成形加工两大类，这样分类有利于了解船体构件加工工艺的特点。
现将部分常见船体构件按形状特征的分类列于表7-1中，船体构件中加工方法分类见图7-1所示。
随着船体建造工艺的发展，船体构件的加工技术也有很大发展，主要趋向是：加工设备高效化，辅助工作机械化，工艺操作流水化，加工机床数控化。
本章主要介绍船体构件的边缘加工和成形加工。
第一节船体构件的边缘加工船体构件的边缘加工是指进行边缘的切割和焊接坡口加工的统称。
船体构件的边缘可分为直线边缘和曲线边缘，较厚的船体构件焊接前需在边缘开坡口，其坡口形式按焊接规范要求可分为I型、V型、K型、X型和U型等。
船体构件边缘加工的工艺方法是机械剪切、刨边(或铣边)和气割。
一、船体构件的边缘切割的机械加工1.机械剪切原理剪切工件的过程是将材料放在剪刃之间，由外力（人工、机械、液压等）带动两刃作相对运动，从而对材料施加一定的剪力，当剪力超过材料的强度极限时，材料就发生变形，最终沿刃口断裂分离。
2.机械剪切的特点适应性强(适应中、低碳钢、铝、铜、不锈钢)；加工经济、损耗小；加工速度快、成本低；加工时有扭转、弯曲变形；剪切曲线时效率低；噪音大，劳动强度大。
《机械设计基础》第7章 蜗杆传动
tanγ= z1/q d1 = q m q是d1与m的比值，不一定是整数。 m一定时，q越小（或d1越小）导程角γ越大，传动效率 越高，但蜗杆的强度和刚度降低。 设计蜗杆传动，在刚度准许的情况下，要求传动效率高 时q选小值；要求强度和刚度大时q选大值。
蜗杆直径系数q
q = d1/m
P1----蜗杆传动输入功率，kW；ks----为散热系数，根据箱体周围通风 条件，一般取ks =10～17[w/(m2·℃)]；自然通风良好地方取大值，反 之取小值； η----传动效率；A----散热面积m2。 t0----周围空气温 度℃ 通常取20℃； [t1]----许可的工作温度，通常取70～90℃。
齿圈与轮芯用铰制孔螺栓联接。由于装拆方便，常用尺寸较大或磨损后 需要更换蜗轮齿圈的场合.
浇铸式：（图7-10c） 该型式仅用于成批生产的蜗轮。齿圈最小厚度c=2m，但不小于10 mm
§7-4 蜗杆传动的强度 计算 蜗杆传动的受力分析
蜗轮旋转方向的判定
蜗轮旋转方向，按照蜗杆的螺旋线旋向和旋转方
蜗杆传动的特 点
§7-2 蜗杆传动的主要参数和几何尺 寸 概念（图7-6）
连心线：蜗杆轴线与蜗轮轴线的公垂线。 中间平面：圆柱蜗杆轴线和连心线构成的平面。 所以中间平面内蜗杆与蜗轮的啮合相当于渐开线 齿轮与齿条（直线）的啮合
规定：设计计算以中间平面参数及其几何尺寸关系为准。 主要参数
1.模数m和压力角α；2.传动比i，蜗杆头数z1和蜗 轮齿数z2 ； 3.蜗杆导程角γ； 4.蜗杆分度圆直径d1和蜗杆直径系数q ；5.中心距a。
5.中心距a。
标准蜗杆传动其中心距计算公式：
a=
d1+d2 2
= m (q+z2) 2
[工学]材料加工原理第7章-加工引起的内应力和冶金质量问题
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1、微观偏析
2、宏观偏析
18
1、微观偏析
微观偏析是指微小范围（约一个晶粒范围）内的化学 成分不均匀现象，按位置不同可分为：
晶内偏析（枝晶偏析） 晶界偏析 微观偏析的影响因素与消除措施
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晶内偏析
晶内偏析是在一个晶粒内出现的成分不均匀现 象，常产生于具有结晶温度范围、能够形成固溶 体的合金中。
固溶体合金按树枝晶方式生长时，先结晶的枝
负偏析
图7-5 铸锭产生V形和逆V形 30 偏析部位示意图
二、非金属夹杂物
1、夹杂物的来源及分类 2、夹杂物对金属性能的影响
31
1、夹杂物的来源及分类
外来夹杂 主要 来源 内生夹杂
炉料中的杂质
焊材、母材中的杂质
熔炼过程反应产物 与周围介质（气、固、 液态）间的反应产物
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2、夹杂物对金属性能的影响
框形铸件中的动态应力分析
7
2、分析下列铸件内的纵向残余应力：
厚壁筋板内拉伸应力 薄壁筋板内压缩应力
中心近轴线部位受拉 外部近圆周部位受压
8
例2、金属框架的局部加热与冷却
只对框架的中心杆件加热， 如果加热产生的应力超过 如果加热温度不高，加热 但实际上，框架两侧的杆件 两侧的杆件不加热，中心杆由 于温度上升而伸长，但其伸长 材料的屈服极限，则中心杆 阻碍着中心杆件的收缩，从 过程中的应力值始终低于 受到两侧杆件的阻碍而不能自 件将产生压缩塑性变形；当 而使中心杆件受到拉应力的 由进行，故中心杆件受压缩作 材料的屈服极限，则框架 用，产生压应力；
焊接熔池凝固时，随着柱状晶体的长大和固-液界面的
推进，会将溶质或杂质赶向焊缝中心。当焊接速度较大 时，成长的柱状晶会在焊缝中心相遇，在中心形成正偏 析。在拉伸应力作用下，焊缝极易产生纵向裂纹。
机械制造工艺学课件第7章 精密、超精密及微细加工工艺
第7章 精密、超精密及微细加工工艺
➢ 精密、超精密磨削和磨料加工
超精密磨削和磨料加工是利用细粒度的磨粒和微 粉主要对黑色金属、硬脆材料等进行加工，可分为固 结磨料和游离磨料两大类加工方式。
固结磨料加工主要有：超精密砂轮磨削和超硬材 料微粉砂轮磨削、超精密砂带磨削、ELID 磨削、双 端面精密磨削以及电泳磨削等。
第7章 精密、超精密及微细加工工艺
第7章 精密、超精密及微细加工工艺
7.1 概述
现代制造业持续不断地致力于提高加工精度和加
工表面质量，主要目标是提高产品性能、质量和可靠性
，改善零件的互换性，提高装配效率。超精密加工技术
是精加工的重要手段，在提高机电产品的性能、质量和
发展高新技术方面都有着至关重要的作用，因此，该技
第7章 精密、超精密及微细加工工艺
游离磨料类加工是指在加工时磨粒或微粉成游离状态，如研磨时的研磨 剂、抛光时的抛光液，其中的磨粒或微粉在加工时不是固结在一起的。 游离磨料加工的典型方法是超精密研磨与抛光加工。
① 超精密研磨技术
研磨是在被加工表面和研具之间置以游离磨料和润滑液，使被加工表面
和研具产生相对运动并加压，磨料产生切削、挤压作用，从而去除表面
7
第7章 精密、超精密及微细加工工艺
② 超精密砂带磨削技术 随着砂带制作质量的迅速提高，砂带上砂粒的等高性和 微刃性较好，并采用带有一定弹性的接触轮材料，使砂 带磨削具有磨削、研磨和抛光的多重作用，从而可以达 到高精度和低表面粗糙度值。
砂带磨削机构示意图
8
第7章 精密、超精密及微细加工工艺
③ ELID（电解在线修整）超精密镜面磨削技术
术是衡量一个国家先进制造技术水平的重要指标之一，
特种加工技术第7章快速成型技术
7.1 光敏树脂液相固化成型 成型原理 成型特点 成型工艺 基本应用
SLA工艺是基于液态光敏树脂的光聚合原理的。这种液态材料在波长325 nm 和功率30 mW的紫外线照射下发生光聚合反应，分子量急剧增大从液态转变为固 态。 在液槽3中盛满了光敏树脂4，氦-镉激光器或氩离子激光器1发出的紫外激光 束，在控制系统的控制激光偏转镜下，按零件的各分层截面信息在光敏树脂表面 进行逐层扫描，使被扫描区域的树脂薄层产生光聚合反应而固化，形成零件的一 个薄层。一层固化完毕后，升降的工作台2下移一个层厚距离（约0.1 mm），以 使原先固化好的树脂表面再敷上一层新的液态树脂，刮板将粘度较大的树脂液面 刮平，然后进行下一层的扫描，新固化的一层牢固地粘接在前一层上，如此重复 直至整个零件制造完毕，得到一个三维实体原型6。 当实体原型完成后，首先将实体取出，并将多余的树脂排净，去掉支撑后进 行清洗，然后再将实体原型放在紫外激光下进行整体固化。刮板的作用是能将所
优点
选择性激光粉末烧结成型的特点
缺点
1）可加工的材料种类多。这种方法可采用加热 1）表面粗糙。SLS的原材料是 时粘度降低的任何粉末材料，通过材料或各类 粉末，过程是粉末烧结，所以 含粘结剂的涂层颗粒制造出任何造型。 原型表面质量较低。 2）制造工艺简单。可用多种材料，按采用的原 2）烧结过程会发出异味。粉末 料不同，可以直接生产复杂形状的原型、型腔 材料在激光的加热下熔化，其 模三维构建或部件及工具。例如，制造概念原 中的高分子会发出一些异味。 型，可按照最终产品模型的概念原理、熔模铸 3）辅助工艺复杂。SLS技术视 造原型及其他少量母模生产、直接制造金属注 所用的材料而异，有时需要比 塑模等。 较复杂的辅助工艺，例如聚酰 3）高精度。依赖于材料种类和粒径、产品的几 胺粉末的烧结，为了避免激光 何形状复杂程度，该工艺一般±0.05-2.5 mm的 扫描烧结过程在材料因高温引 公差，当粉末粒径<0.1 mm时，原型精度=±1%。起燃烧，必须引入阻燃气体； 4）无需支撑。未烧结的粉末对工件的悬臂或薄 而为了使粉末材料可靠烧结， 壁等有支撑作用。 需要将工作空间和粉末等都加 5）材料利用率高。由于不需要支撑、不需要基 热到规定的温度；还有在烧结 底、也不会出现废料，所以材料的利用率高， 完去除粉末的过程中需要防止 接近100%，而且SLS用的粉末价格普遍较低。 引起粉尘污染。
机械加工工艺培训课程
⑴ 夹具的选择； ⑵ 刀具的选择； ⑶ 量具的选择；
七）、工艺文件的编制
1. 机械加工工艺过程卡片
用于单件、小批生产中。
2. 机械加工工序卡片
用于大批大量生产中。
3. 机械加工工艺（综合）卡片 用于成批生产中。
4.3 工件的安装
定位 + 夹紧 = 安装
1）. 直接安装法
工件直接安装在机床工作台或通用夹具上。 找正比较费时，定位精度的高低主要取决于所有工具 或仪表的精度，以及工人的技术水平。
所以：定位精度不易保证，生产率低，仅适用于单件小批量生产。
2）. 专用夹具安装法
工件安装在为其加工专门设计和制造的夹具上中。
所以：定位精度高，生产率高，适用大批量生产。
4.5 典型零件工艺过程
单件、小批量生产：
工艺内容 工序 安装 工步
加工内容
①车端面；②打中心孔；
1
2
4 ③调头，车另一断面；④打中心孔。
七) 工艺文件的编制
一)、对加工零件进行工艺分析
1. 检查零件的图纸是否完整正确； 2. 审查零件材料的选择是否恰当； 3. 审查零件的结构工艺性； 4. 分析零件的技术要求；
二)、选择毛坯
1. 确定毛坯的种类；
毛坯 — 锻件、铸件、型材、焊接件等。
2. 确定毛坯的形状；
圆形、方形、异型
三)、确定加工余量
新设计和扩建工厂（车间）时，生产所需要的设备的种类和数量、机床的布置、
车间的面积、生产工人的工种、等组长和数量以及辅助部门的安排等，都是以工艺规 程为基础，根据生产类型来确定的。
设计 （图纸）
工艺编制
夹具设计 （决策）
工艺范围
机械行业难加工材料与结构的加工技术
机械行业难加工材料与结构的加工技术在机械行业中，难加工材料和结构的加工技术是一个非常重要的领域。
难加工材料通常指那些具有较高硬度、强度和耐磨性的材料，如高温合金、陶瓷材料、硬质合金等。
而难加工结构则是指那些拥有复杂形状、几何结构困难、精度要求高的工件。
为了克服这些困难，机械行业开发了一系列的加工技术。
一种常见的难加工材料加工技术是电火花加工。
电火花加工利用电弧放电的高温高能量特性，在工件表面形成微小的坑洞或沟槽，进而去除材料。
这种加工技术适用于高硬度的材料，如陶瓷和硬质合金。
然而，由于在加工过程中材料的熔化和再凝固，导致工件表面粗糙度较高，因此通常需要进行后续的研磨和抛光。
另一种难加工材料加工技术是超声波加工。
超声波加工利用高频声波产生的波动能量，对工件表面施加正交力，从而去除材料。
这种加工技术适用于高韧性和高强度的材料，如钛合金和不锈钢。
超声波加工具有高效、精确、不产生热影响等优点，因此在航空航天和医疗器械等领域得到广泛应用。
此外，对于难加工结构的加工技术，激光加工是一种常用的方法。
激光加工利用高能量激光束对工件表面进行加热和熔化，然后通过气体喷吹或机械力去除熔化的材料。
激光加工可以实现对复杂形状的加工，并具有高精度和无接触的特点。
然而，由于激光加工过程中会产生大量的热，因此需要对工件进行冷却，以防止过热造成的变形和损伤。
总之，难加工材料和结构的加工技术对于机械行业具有重要的意义。
通过电火花加工、超声波加工和激光加工等方法，可以克服难加工材料和结构带来的困难，实现高效、精确和符合工程要求的加工目标。
难加工材料和结构的加工技术是机械行业中的一个重要领域，因为这些材料和结构在很多行业中都有广泛的应用，包括航空航天、汽车制造、能源等。
这些材料和结构具有较高的硬度、强度和耐磨性，对于传统的加工方法来说，加工难度较大。
为了克服这些困难，机械行业发展了一系列的加工技术。
首先，电火花加工是一种常用的加工技术，适用于难加工材料的加工。
第7章回复和再结晶
第7章回复和再结晶第7章回复和再结晶⾦属发⽣冷塑性变形后，其组织和性能发⽣了变化，为了使冷变形⾦属恢复到冷变形前的状态，需要将其进⾏加热退⽕。
为什么将冷变形⾦属加热到适当的温度能使其恢复到冷变形前的状态呢？因为冷变形⾦属中储存了部分机械能，使能量升⾼，处于热⼒学不稳定的亚稳状态，它有⾃发向热⼒学更稳定的低能状态转变的趋势。
然⽽，在这两种状态之间有⼀个能量升⾼的中间状态，成为⾃发转变的障碍，称势垒。
如果升⾼温度，⾦属中的原⼦获得⾜够的能量（激活能），就可越过势垒，转变成低能状态。
研究冷变形⾦属在加热过程中的变化有两种⽅法。
1）以⼀定的速度连续加热时发⽣的变化；2）快速加热到某⼀温度，在保温过程中发⽣的变化。
通常采⽤。
P195图1为将冷变形⾦属快速加热到0.5T m附近保温时，⾦相组织随保温时间的变化⽰意图。
可以将保温过程分三个阶段：1）在光学显微组织发⽣改变前，称回复阶段；2）等轴晶粒开始产⽣到变形晶粒刚消失之间，称再结晶阶段；3）晶粒长⼤阶段。
7-1 回复⼀、回复的定义冷变形⾦属加热时，在光学显微组织发⽣改变前所产⽣的某些亚结构和性能的变化称回复。
⼆、回复对性能的影响内应⼒降低，电阻降低，硬度和强度下降不多（基本不变）。
三、回复的机制回复的机制根据温度的不同有三种：（⼀）低温回复机制冷变形⾦属在较低温度范围就开始回复，主要表现为电阻下降，但机械性能⽆变化。
由此认为低温回复的机制是：过量点缺陷减少或消失。
（⼆）中温回复机制温度范围⽐低温回复稍⾼。
中温回复的机制是：位错发⽣滑移，导致位错的重新组合，及异号位错相遇抵消。
发⽣中温回复时，在电镜组织中，位错组态有变化；但位错密度的下降不明显。
若两个异号位错不在同⼀滑移⾯上，在相遇抵消前，要通过攀移或交滑移，这需要更⼤的激活能，只能在较⾼的温度才能发⽣。
（三）⾼温回复机制发⽣⾼温回复时，电镜组织的特征是亚晶粒呈等轴状，即⽆变形的亚晶粒。
于是，提出了⾼温回复的多边化机制（P197图5）。
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热压氮化硼及其复合材料
南京航空航天大学机电学院机械制造及其自动化系
(6) 硬脆性材料
硬脆性材料具有高强度、高硬度、高脆性、耐磨损和 腐蚀、隔热、低密度和膨胀系数及化学稳定性好等特 点，是一般金属材料无法比拟的。 自然和人工硬脆性材料 金属和非金硬脆性材料； 导电和非导电硬脆性材料； 晶体和非晶体硬脆性材料；
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影响切削加工性的主要因素
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1. 难加工材料的分类
钛合金 高温合金 不锈钢 高强度钢与超高强度钢 复合材料 硬脆性材料
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(1) 钛合金
钛的同素异构体： α钛：六方晶格结构 β钛：体心立方晶格结构 钛的合金：改变相变温度及相分含量，添加适当的合 金元素而得到不同类型的钛合金 α相钛合金：TA，加工性能最好 β相钛合金：TB，加工性能最差 α+β相钛合金：TC
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(3) 不锈钢
不锈钢是指在大气中或在某些腐蚀性介质中具有一定 耐腐蚀能力的钢种。 马氏体不锈钢 铁素体不锈钢 奥氏体不锈钢 奥氏体-铁素体不锈钢 沉淀硬化型不锈钢
不锈钢阀门
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(4) 高强度钢与超高强度钢
复合材料是由两种或两种以上的 物理和化学性质不同的物质人工 制成的多相组成固体材料，是由 增强相和基体相复合而成的，并 形成界面相。 增强相是承载相， 基体相是连接相， 界面相是传递载荷， 三者的不同组分和不同复合工艺 使复合材料具有不同的性能。
碳纳米管－氧化铝纳 米复相陶瓷
南京航空航天大学机电学院机械制造及其自动化系
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2. 钛合金的加工
① 车削：切削温度高，工件回弹大 ② 铣削：顺铣改善切屑粘结 ③ 磨削：磨削比低，与砂轮发生化学反应 ④ 高速切削：PCD刀具及高效冷却方式 ⑤ 电解：
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7.2.2 高温合金的加工 1. 高温合金加工特性
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(1) 钛合金的性能
比强度高 热强度、高温强度高 抗蚀性好 低温性能好 化学活性大 导热性差 弹性模量小
记忆钛合金镜架
钛合金刀具
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(2) 高温合金
以铁、镍、钴、钛等为基的多组元复杂合金，能在 600～1000℃的高温氧化环境及燃气腐蚀条件下工作 ，而且还可以在一定应力作用下长期工作，有优良的 热强性能、热稳定性能和热疲劳性能。
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7.2 难加工材料的加工
1. 钛合金加工 2. 高温合金加工 3. 不锈钢加工 4. 高强度钢和超高强度钢的加工 5. 复合材料加工 6. 脆性材料加工
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7.2.1钛合金的机械加工 1. 钛合金切削过程的特点
①变形特点：变形系数接近1 剪切变形大，压缩变形小 变形程度不均匀，产生周期性集中剪切变形 ② 切屑形状 节状切屑，背面呈锯齿形 ③ 切削形成的过程 微小破裂；收到压缩；产生 集中剪切 ④ 热导率低，切削温度高 ⑤ 刀具以前刀面磨损为主
复合材料的性能与种类
复合材料的性能 改善或克服组成材料的弱点， 充分发挥其优点； 它可按构件结构和受力要求， 给出预定的、分布合理的配套 性能，进行材料的最佳设计； 单一组成材料不具备的性能。 复合材料的种类： 聚合物为基体，其中以树脂为 基体的居多； 金属或合金或陶瓷为基体。
陶瓷刀具
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7.1.3 难加工结构
所谓难加工结构是指在常规机床上加工时精度难以保 证或必须采用多轴联动才能加工出的结构。 难加工结构：外型面和内型面难加工结构。 外型面难加工结构：薄壁件、叶片、涡轮盘、微小微 细零件外型面及其它特殊复杂的型面。 内型面难加工结构：蜂窝结构、阵列孔、有特殊要求 的小孔、窄缝及其它特殊复杂的形腔结构。
高强度和超高强度钢为具有 一定合金含量的结构钢。经 过调质处理（淬火和中温回 火），可获高强度。 高强度钢：σb>1.2GPa、 σs>1GPa 超高强度钢：σb>1.5GPa、 σs>1.3GPa 硬度在35～50HRC之间。
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(5) 复合材料
1.
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3. 高温合金加工刀具
无涂层硬质合金刀具 2. 涂层硬质合金刀具 3. 陶瓷刀具 4. 立方氮化硼（CBN）刀具
1.
南京航空航天大学机电学院机械制造及其自动化系
7.2.3 不锈钢的加工 1. 不锈钢的相对加工性
切削力大 切削温度高 加工硬化严重 刀具易磨损 切屑不易卷曲和折断 容易粘刀和形成积屑瘤 线膨胀系数较大
1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.
切削加工性差 切削变形大 加工硬化倾向大 切削力大 切削温度高 刀具易磨损 表面质量和精度不易保证
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2. 改善高温合金切削加工性的措施
尽量在硬化期前加工合金 2. 使用锋利的锐角切刃的刀具 3. 使用强度高的几何外形刀具 4. 采取提高刚度措施的刀具 5. 防止工件偏移 6. 在钻削加工中，采用较大的导程角 7. 当走刀次数较大时，改变切削深度
低膨胀、恒弹性、高弹性高温合金
精密合金高温合金不锈钢棒
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高温合金分类
基体合金元素：铁基、镍基和钴基 合金强化类型：固溶强化型，时效沉积强化 成形方式：变形合金、铸造合 金和粉末冶金合金。 使用特性：高强度合金、高屈服强度合金、抗松弛合 金、低膨胀合金、抗热腐蚀合金等
第七章 难加工材料与结构的 加工技术
7.1 概述 7.2 难加工材料的加工技术 7.3 难加工结构的加工技术工
南京航空航天大学机电学院机械制造及其自动化系
7.1 概述 7.1.1材料的切削加工性
定义：一定条件下工件材料切削加工的难易程度 材料可加工性的衡量： 刀具耐用度 已加工表面的完整性 切屑的控制 通常使用刀具耐用度作为衡量切削加工性的指标
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