金属工艺学

强度：是金属材料在力的作用下，抵抗塑形变形和断裂的能力。屈服点：拉伸试验中。载荷不增加，样品仍伸长时的应力。σs=Fs/A0σ0。2抗拉强度：金属材料断裂前所能承受的最大应力。σb=Fb/A0塑性：金属材料在力的作用下产生不可逆永久变形的能力。伸长率：试样拉断后，其标距的伸长与原始标距的百分比。δ=（L1-L0）/L0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截面积的比。ψ硬度：金属表面抗局部变形，特别是塑形变形、压痕、划痕的能力。布氏硬度（HB）淬火钢球（HBS）硬质合金球（HBS）洛氏硬度（HR）以120°金刚石圆锥体（A、C）或淬火钢球（B）为压头，维氏硬度（HV）1360正四棱锥体金刚石压头韧性：材料断裂前吸收的变形能量的能力称为韧性。冲击韧度：材料在冲击载荷作用抵抗变形和断裂的能力叫做冲击韧度。ak疲劳强度：金属材料在无数次重复或交变载荷作用下而不致引起断裂的最大应力，叫做疲劳强度。σ-1。提高疲劳强度的措施：除改善材料的形状结构，减少应力集中外，还要采取进行表面强化措施。如提高零件的表面质量（表面粗糙度）、喷丸处理等，同时应减少材料的内部缺陷，控制材料的内部质量。细化金属晶粒的方法：（1）增大过冷度；（2）变质处理；（3）振动铁碳合金的基本组织可分为固溶体（置换、间隙）、金属化合物、机械混合物碳含量：0.0218%以下工业纯铁。0.77%共析钢。2.11%钢和铸铁。4.3%共晶铸铁钢的热处理：钢在固态下通过加热、保温并以一定的速度冷却到室温，以改变钢的内部组织，从而获得所需性能。最高加热温度，保温时间，冷却速度目的：1、提高零件的强度、硬度、弹性、韧性。2、改善原材料的切削性能退火：将钢加热到适当温度，保温一定时间，随后缓慢冷却（随炉冷却）完全退火、球化退火、去应力退火(低温退火)、扩散退火退火目的:降低硬度,改善切削加工性；细化晶粒，提高塑性和韧性；消除内应力正火：将钢加热到一定温度（奥氏体区），保温后在空气中冷却正火目的：①细化晶粒，提高硬度。②对过共析钢进行正火，可减少或消除网状碳化物。③取代部分完全退火（正火操作简便，生产周期短，消耗少），对低碳钢、含碳较低的中碳钢可达到消除应力。④可作为淬火前的预备热处理，也可用于普通零件的最终热处理。正火比退火加热温度高。冷却速度快。退火强调软化，正火强调高效率。淬火：淬火是将钢加热到Ac3或Ac1以上30~50℃，保温后在淬火介质中快速冷却，以获得马氏体组织的热处理工艺。目的：为了提高钢的硬度和耐磨性。回火：回火是将淬火钢重新加热到某一温度，保温后再冷却至室温的热处理工艺。回火目的：（1）消除或降低内应力，降低脆性，防止变形和开裂。（2）稳定组织，稳定尺寸和形状，保证零件使用精度和性能。（3）通过不同的回火工艺，来调整零件的强度、硬度，获得所需要的韧性和塑性。碳素结构钢：C0.38%，F+P低碳钢为主牌号：Q+最低屈服点+等级（A,B普通,C,D优等）+脱氧：F沸腾bZ镇静。优质碳素结构钢（p、s0.035%）牌号：2位数,表示含碳量的万分数。65碳素工具钢C（0.7%-1.3%）牌号：T+含碳量的千分数。T10加A高级。合金钢：C0.2%,合金元素5%合金结构钢牌号：含碳量的万分数+合金金属+百分数。小于1.5%时不标含量。合金工具钢牌号：一位数字表示含碳千分数。大于1%则不写。其余同上。铸造：将液态金属浇注到铸型内，待冷却凝固后获得所需形状和性能的毛坯零件铸造优点：（1）适应范围广。（原料广、铸件大小不限、批量不限）（2）可制成形状复杂的毛坯或零件。（3）生产成本低。缺点：铸件内部组织粗大，有缩松、气孔等缺陷，导致铸件力学性能不高。铸造工序多，一些工艺过程还难以精确控制，使铸件质量不够稳定，废品率高。铸造性能包括合金的流动性、收缩性、偏析和吸气性能等影响充型能力主要因素：（1）合金自身的流动性。（2）浇铸条件（浇铸温度、充型压力）（3）铸型填充条件（铸型材料、铸型温度、铸型中的气体等）（4）铸件结构（薄壁、结构复杂）等铸件的凝固方式：逐层凝固方式，糊状凝固方式中间凝固方式合金的结晶温度范围越窄，铸件的温度梯度越大→逐层凝固合金的收缩三个阶段：液态收缩，凝固收缩，固态收缩防止缩松缩孔。定向凝固。（冒口、冷铁、补贴）缺点浪费、内应力。防止变形：（1）尽可能使铸件的壁厚均匀或截面形状对称。（2）采取相应的工艺措施使其同时凝固（3）“反变形”法--模型制成与变形方向正好相反的形状以抵消其变形。（4）对于不允许发生变形的重要机件必须进行时效处理。热裂是在铸件凝固末期的高温下形成的裂纹。（凝固收缩大、铸型的退让性不好。是铸钢和铸铝常见的缺陷。）（短宽）冷裂是铸件凝固后，冷却到较低温度下形成的裂纹。（脆性材料）（细长）防止热裂方法：选择结晶温度范围窄的合金生产铸件。减少铸造合金中的有害杂质。改善铸型和型芯的退让性。减小浇、冒口对铸件收缩的阻碍。防止冷裂方法：减小铸造应力和降低铸造合金的脆性。勿过早落砂。顺序凝固与同时凝固工艺的比较。实现工艺的不同优缺点不同：顺序凝固可以有效地防止缩孔和缩松缺陷，但它又会使铸件各部分的温度差扩大，铸件易产生变形和裂纹，同时凝固的原则可降低铸件产生应力、变形和裂纹的倾向；只是产生缩孔或缩松缺陷。适用的材料不同：顺序凝固应用于必须补缩的场合。同时凝固原则只用于普通灰铸铁（产生缩孔和缩松的倾向小）和锡青铜铸件（倾向糊状凝固）灰铸铁：力学性能低。耐磨性与减震性好，缺口敏感性小。工艺性能好。牌号：HT+三位数字的最低抗拉强度（壁厚增加，抗拉强度降低）球墨铸铁：牌号QT最低抗拉强度-伸长率。可锻铸铁：牌号KTH（黑心、铁素基体）/KTZ（白心、珠光体基体）+同上蠕墨铸铁：牌号RuT最低抗拉强度铸钢：牌号ZG屈服点-抗拉强度最低值。铸钢的综合机械性能高于铸铁，焊接性能好，铸造性能差。铸造铝合金分为铝硅、铝铜、铝镁、铝锌合金型砂和芯砂应具备的性能强度透气性耐火性退让性手工造型优点(1)操作灵活，大小铸件均可适用；(2)对模样要求不高（一般木模，刮板）；(3)对砂箱要求不高。缺点：(1)生产效率低，工作环境差；(2)对工人的技术要求较高；(3)铸件的尺寸精度及表面质量较差。铸造的工艺参数收缩余量加工余量起模斜度最小铸出孔型芯头金属塑形变形的实质：晶内：滑移、孪生。晶间：滑动、转动。冷变形过程的特征：变形后具有加工硬化现象，强度、硬度升高，塑性和韧度下降。可提高产品性能，但变形程度不宜过大。热变形过程的特征：①加工硬化和再结晶过程同时存在，没有加工硬化痕迹，故变形抗力低，易于变形，能以较小的功完成较大的变形。②热变形使内部组织结构致密细小，力学性能特别是韧度明显改善和提高。因为金属材料内部的缩松、气孔或空隙被压实，粗大（树枝状）的晶粒组织结构被再结晶细化。③形成纤维组织，力学性能具有方向性。塑形变形组织结构变化：1.晶粒拉长（压扁）2.晶格与晶粒扭曲、变形，产生内应力。3.晶粒碎化可锻性衡量指标：金属的塑性和变形抗力影响金属可锻性的因素：1、金属的本质（内在因素）：化学成分、金属组织。2、加工条件：变形温度、应变速率、应力状态。锻造工艺参数：余块、机械加工余量、锻造公差。分模面。模锻斜度。模锻圆角半径。连皮厚度。焊接接头=焊缝+热影响区（熔合区，过热区，正火区，部分相变区）预防和减少焊接应力①选用塑性好的材料，要避免使焊缝密集交叉，避免焊缝截面过大和焊缝过长。②在施焊时应采用正确的焊接次序。③焊前对焊件进行适当预热，以减小焊件各部位之间的温差。④对于承受重载的重要构件、压力容器等，焊接以后可以采用去应力退火的方法。防止和消除焊接变形的方法(1)预防和减小焊接应力；(2)当对焊接变形有比较严格的限定时，在结构设计中，应采用对称结构、大刚度结构或焊缝对称分布结构。(3)正确选择焊接参数和焊接次序，既可使焊接温度分布均匀，也可使先、后的焊接变形相互抵消。(4)施焊中，采用反变形措施或刚性夹持法；(5)对于焊后变形量不大，但已经超过允许值的焊件，可以采用机械矫正法或火焰加热矫正法消除焊接变形。