机械制造基础知识点总结

现代机械制造基础以控制论和系统工程为先导，综合考虑物质流、信息流和能量流。

机械制造系统是离散的动态系统。

零件加工的方法：铸造、锻造、粉末冶金、钣金加工、焊接、切削与磨削、特种加工、热处理。

生产类型是指企业生产专业化程度的分类。

单件生产、成批生产、大量生产。

影响产品质量的主要因素：1.各个时期技术进步的程度。

2.生产管理的组织形式和方式。

3.产品设计质量的优劣。

4.员工的综合工作能力和敬业精神。

5.拥有的加工设备精度、检验手段的可靠程度和检验观念。

产品的经济性涉及的主要因素：1.产品的销售量与销售方式以及产品投入生产批次的大小。

2.产品设计的创新程度和设计方式、成本等。

3.组织产品生产使用车床、工具、员工的优化程度。

4.生产系统和经营思想与产品最佳效益的认知和贴合程度。

材料按物质结构分：金属材料、无机非金属材料、有机高分子材料、复合材料、陶瓷材料等。

金属材料的力学性能：强度、塑性、硬度、韧性、疲劳强度等。

强度：金属材料抵抗永久变形和断裂破坏的能力。

刚度：金属材料在受力时抵抗弹性变形的能力。

抗拉强度：金属在拉断前承受的最大拉应力。

伸长率是指试样拉断后其标距长度的相对伸长值。

δ=l−l0l0×100%断面收缩率是指试样拉断后断口处横截面积的相对收缩值。

ψ=S0−SS0×100%布氏硬度——不适于测量薄件和对表面要求严格的成品件，通常用于测定铸铁、有色金属、低合金结构钢。

HB=F（实验力N)A（压痕表面积mm2）×0.102 A=π2D(D−√D2−d2)（D钢球直径mm；d压痕直径mm）F：施加的实验力（N）洛氏硬度（HR）——操作简便、迅速，可直接读出。

适用于检验成品、小件、薄件，在钢件热处理质量检验中应用最多。

维氏硬度——精确，不适合成批生产的常规检查。

HV=FA=1.8544×0.102Fd2冲击韧度：金属材料抵抗冲击载荷作用下断裂的能力。

a K(J/cm2)=A K(折断试样所消耗的冲击功J) A0（试样缺口出的原始截面积cm2）材料承受多次重复冲击的能力，主要取决于强度、塑性。

而不是冲击韧度。

疲劳强度：技术材料在经受无数次重复或交变载荷作用而不发生疲劳破坏的最大应力。

断裂韧度：材料抵抗裂纹失稳扩展的能力。

体心立方晶格：a=b=c，α=β=γ=90°，包含2个原子。

高强度、硬度、熔点，一定的冷脆性，具有一般的韧性和塑性。

铬、钼、钨等。

面心立方晶格：包含4个原子。

具有良好的塑性和韧性，没有低温脆性，良好的低温合金材料的基础。

金、银、铜、铝等。

密排六方晶格：a=b≠c，α=β= 90°，γ=120°，包含6个原子。

强度低，塑性、韧性较差，很少做重要结构材料。

铍、镁、锌、镉等。

过冷现象：金属的实际结晶温度低于其理论结晶温度的现象。

二者之差（∆T），称为过冷度。

金属结晶的冷却速度越大，则过冷度越大，金属在结晶时产生的晶核就越多，每个晶核生长的时间越小，获得的晶粒也就越细。

同素异构转变：固态金属由一种晶格转变为另一种晶格的变化过程。

固溶体：置换固溶体、间隙固溶体固溶强化：固溶体中由于溶质原子与溶剂原子的尺寸不同，固溶体会因为溶质原子的融入而造成晶格畸变。

溶质的含量越大，溶剂金属的晶格的畸变越大，使晶面间的相对滑移阻力增加，因而固溶体的强度、硬度比溶剂有所提高，塑性和韧性稍有下降。

金属化合物：在合金中，当溶质含量超过固溶体的溶解能力，由于各组元之间的相互作用将形成金属化合物。

铁碳合金的几种相结构：1）液相：高温下铁和碳的溶液。

2）δ相：碳在δ-Fe中的固溶体。

体心立方晶格。

1394～1538℃。

3）铁素体相：碳在α-Fe中溶解所形成的固溶体。

体心立方晶格。

3）奥氏体相：碳在γ-Fe中溶解所形成的股容易。

面心立方晶格。

是热变形加工所需要的相。

4）渗碳体相：铁与碳形成的稳定化合物Fe3C。

含碳量6.69%。

熔点1227℃。

晶格复杂，无同素异构转变。

数量、形态、大小、分布对钢的性能起很大作用。

含量适当、分布合理时，可提高合金的强度。

高温长期保存可以分解成铁和石墨。

钢中杂质元素的影响：硅：提高强度、硬度、弹性。

降低塑性、韧性，0.4%。

锰：提高强度、硬度，0.8%。

硫：有害，1000～1200℃进行加工时导致钢沿晶界开裂（钢的热脆性）。

磷：有害，室温下，塑性和韧性急剧降低，使钢的脆性转化温度升高，低温更严重（冷脆性）。

氧、氢、氮：有害，氧——力学性能降低，特别是疲劳强度，氢——脆性增加，氮——“蓝脆”现象。

碳素钢：在Fe-Fe3C状态图中碳的含量在0.02%～2.11%范围内的铁碳合金。

·低碳钢＜0.25% 塑性和可焊性较好，强度较低。

·中碳钢0.25%～0.6% 塑性和可焊性较差，热处理后强度和硬度显著提高。

·高碳钢＞0.6% 塑性和可焊性很差，热处理后有很高的强度和硬度。

铸铁：含碳量大于2.11%的铁碳合金铜+锌=黄铜；铜+镍=白铜；其他铜合金称为青铜热处理只改变组织和性能，不改变形状和尺寸奥氏体化：把钢加热到临界温度之上，使钢在室温下的组织全部或部分转变为奥氏体。

退火：将钢的加热到临界点A1以上或以下某温度，保温一段时间，然后随炉缓慢冷却，使其组织结构达到平衡状态的热处理工艺。

·完全退火：用于亚共析钢。

改善组织、细化晶粒、降低硬度、消除内应力。

·等温退火：对于亚共析钢，可替代完全退火；对于共析钢、过共析钢，可替代球化退火。

·球化退火：用于共析钢、过共析钢及合金工具钢。

降低硬度，提高塑韧性，改善切削加工性能，使钢中碳·化物球化，为淬火做组织准备。

·均匀化退火：消除某些具有化学成分偏析的铸钢及锻轧件。

因加热温度高，晶粒粗大，需要完全退火细化。

·去应力退火：无相变退火，消除工件在铸、锻、焊、热轧、冷拉及切削加工中的残余内应力，稳定尺寸，防止后续工序中工件变形和开裂正火：将刚加热到A C3或A cm以上30～50℃，保温一段时间，然后在空气中冷却到室温并使组织结构达到或接近平衡状态的热处理操作。

与退火作用相似，冷却速度不。

淬火：将钢加热到临界点A C1或A C3以上的某一个温度，保持一段时间，然后快速冷却到室温而获得马氏体组织或贝氏体组织的热处理操作。

提高钢的硬度。

关键是淬火温度的确定与淬火冷却介质的选择。

·单液淬火：放入一种淬火介质中连续冷却到室温。

操作简单、应用广泛。

水淬容易变形和开裂，油淬容易硬度不足。

·双液淬火：水淬（M S）油）冷。

冷却条件理想、操作复杂。

水淬空冷、油淬空冷等。

·分级淬火：将工件奥氏体化后，放入温度稍高于M S温度的冷却介质中2～5min，取出空冷。

工件内外温差小，产生内应力小，变形轻微，有效防止开裂。

适于尺寸小工件。

·等温淬火：将工件奥氏体化后，快冷到贝氏体转变区，保持足够长的时间，使过冷奥氏体转变为下贝氏体，取出空冷。

强度高，塑性韧性好，淬火应力小，变形小。

适于形状复杂尺寸较小的工件。

回火：将淬火后的钢加热到A C1以下温度，保持一段时间，再冷至室温的热处理工艺。

为了消除因淬火是冷却过快二产生的内应力，降低淬火钢的脆性，稳定工件的组织和尺寸。

·低温回火（150～250℃）得到回火马氏体组织。

降低钢中残余应力和脆性，保持钢在淬火后得到的高硬度和高耐磨性。

刀具、量具、冷冲磨具、滚动轴承及精密偶件。

·中温回火（350～500℃）得到回火托氏体组织。

较高的弹性极限、屈服极限和一定的塑性、韧性。

各种弹簧钢及热锻模的处理。

·高温回火（500～650℃）得到索氏体组织。

强度、塑性、韧性都较好。

传动轴、齿轮、连杆等。

调制处理=淬火+高温回火表面淬火：快速加热和立即激冷是表面产生强化。

适合中碳钢。

球墨铸铁工艺性最好。

·感应加热表面淬火电磁感应迅速加热，喷水冷却。

加热快，脆性小，不易脱氧脱碳，变形小，生产率高。

·火焰加热表面淬火氧炔焰加热，水或乳化液冷却。

设备简单、成本低。

适用于单件、小批生产，或大型零件和需要局部淬火的零件。

·电接触加热表面淬火提高工件表面的耐磨性、抗擦伤能力，设备及工艺费用低，工件变形小，不需回火。

机床导轨、气缸套等形状简单的工件。

化学热处理：将工件置于一定温度的活性介质中保温，使一种或几种元素渗入到他的表层，以改变表层化学成分、组织和性能的热处理工艺。

·渗碳介质：气体、液体、固体、真空。

主要工艺参数：加热温度和保温参数。

低碳钢渗碳后淬火低温回火，使工件“表硬心韧”。

·渗氮更高的表面硬度、耐磨性、疲劳强度、红硬性及抗咬合性，耐蚀性。

工件变形小。

高速转动的精密齿轮和高精度机床主轴。

热处理工艺与零件结构：避免厚薄悬殊，避免尖角和棱角，增加工艺肋，采用组合结构（各部分工作条件要求不同，热处理时容易变形和开裂，分别加工、热处理再镶拼起来，制造简单，合格率高）。

表面工程：热喷涂技术、气相沉淀技术、高能束表面改性等。

铸造的优点：可以生产形状复杂，特别是具有复杂内腔的毛坯或零件；几乎不受毛坯重量、尺寸、材料种类以及生产批量的限制；铸造所用原材料来源广泛，并可直接利用废件、废料，成本较低。

影响合金充型能力主要因素：·合金的流动性：合金的种类（熔点、热导率、合金液的粘度等物理性质），合金成分。

（以“螺旋形流动性试样”的长度来衡量）·浇注条件：浇注温度（温度越高，粘度越低，流动时间增长，充型能力增强），充型压力（压力越大，充型能力越好）。

·铸型填充条件：蓄热能力、温度、铸型中的气体、铸件结构。

铸件的凝固方式：逐层凝固方式（纯铜、纯铝、灰铸铁、低碳钢），糊状凝固（球墨铸铁、高碳钢、锡青铜），中间凝固（中碳钢、白口铸铁）。

影响合金凝固的因素：合金凝固温度范围，逐渐温度梯度。

铸件的收缩三个阶段：液态收缩—（液相线温度）—凝固收缩—（固相线温度）—固态收缩。

液态收缩和凝固收缩是铸件产生缩孔、缩松的基本原因；固态收缩是铸件产生应力、裂纹和变形等缺陷的主要原因影响收缩的因素：化学成分（不同合金收缩率不同，铸铁最大，灰口铸铁最小）；浇注温度（温度越高，过热度越大，液态收缩量越大）；铸件结构与铸型条件。

收缩对铸件质量的影响：1.缩孔与缩松；2.铸造应力变形；3.铸件的裂纹。

缩孔与缩松：液态合金在冷凝的过程中，若其液态收缩和凝固收缩所减少的体积得不到及时的补充，则在逐渐最后的凝固部位形成一些不规则的孔洞，大而集中的称为缩孔，细小而分散的称为缩松。

·对质量的影响：使铸件力学性能、气密性和物理化学性能大大降低，以至成为废品。

·防止措施：合理选择铸造合金（共晶或接近共晶成分的合金，易形成缩孔而不易形成缩松，合理设置冒口将缩孔转移至冒口）；采用顺序凝固原则，用冒口补缩；满足充型能力的前提下，尽量降低浇注温度和速度，是防止产生缩孔的有效措施之一。