《金属工艺学》教案

教案第一章金属材料结构与性能第一节概述工程金属材料包括纯金属与合金。所谓合金是由两种或两种以上的金属元素（或金属元素与非金属元素）组成的具有金属特性的材料。必须掌握材料的成分、处理、组织与其性能之间关系的知识。其中，“成分”是改变性能的基础，“处理”是改变性能的手段，而且“组织”是性能变化的根据。第二节金属材料的结构一、金属的结晶所有的纯金属及合金均属于晶体。原子在空间有规则地排列是晶体的特征。金属从液态到固态的凝固是一个结晶过程。结晶过程是一个晶体形成和成长过程。二、金属的晶体结构所谓晶体结构是指晶体中原子排列的方式。讲解晶格，晶胞，体心立方晶格，面心立方晶格和密排六方晶格（放多媒体课件）.三、合金的晶体结构1，固溶体2，金属化合物3，机械化合物讲清三者的区别和联系，及与性能的关系。第三节金属材料的机械性能一、静载荷下的机械性能材料拉伸试验。（放多媒体课件）1，应力——应变曲线。2，弹性与刚度3，强度4，塑性5，硬度（1）布氏硬度（2）洛氏硬度（3）维氏硬度二、动载荷下的机械性能1，冲击韧性第二章铁碳合金第一节概述钢和生铁都是铁碳合金，含碳小于2.11%的铁碳合金称为钢，大于2.11%的则称为生铁。铁碳合金状态图。（放多媒体课件）第二节铁碳合金基本组织性能一、铁碳溶于-F中的固溶体称为铁素体。碳溶于-F中的固溶体称为奥氏体。二、渗碳体第三节复杂结构的化合物铁碳合金状态图的分析1，选择1%，3%，5%含碳量的铁碳合金分析液态到固态的结晶过程。2，分析上述合金成分的固态相变3，分析亚共析钢、共析钢和过共析钢的形成和组织特征。第四节碳钢一、碳及杂质对钢性能的影响二、碳素钢的分类1，按钢的含碳量分类2，按钢的质量分类3，按钢的用途分类4，按钢的冶炼时脱氧程度的不同分类三、碳素结构钢1、普通碳素结构钢2、优质碳素结构钢四、碳素工具钢五、铸钢第五节铸铁1，石墨化概念介绍2，常见铸铁介绍（1）白口铸铁（2）灰铸铁（3）可锻铸铁（4）球墨铸铁（5）蠕动铸铁第三章钢的热处理第一节概述热处理就是将金属在固态下通过加热、保温和冷却的方式，改变合金的内部组织，从而获得所需性能的一种工艺方法。必须研究钢在加热（包括保温）和冷却过程中的组织转变的规律。第二节钢的热处理基本原理一、钢在加热时的组织转变1，奥氏体的转变温度2，奥氏体的形成（1）奥氏体晶核的形成（2）奥氏体晶核的长大（3）残余渗碳体的溶解（4）奥氏体均匀化三、钢在冷却时的组织转变（1）等温冷却（2）连续冷却第三节钢的普通处理一、退火1，退火的目的2，退火方法二、正火将钢加热到适当温度，保温适当时间，出炉后在空气中冷却的热处理工艺称为正火。正火的目的四、钢的淬火1，淬火加热温度2，淬火冷却方法3，淬透性和淬硬性五、淬水钢的回火回火的主要目的1，回火的种类及其应用（1）低温回火（150——250℃）（2）中温回火（350——500℃）（3）高温回火（500——650℃）2，回火脆性第四节钢的表面热处理一、表面淬火二、钢的化学热处理（1）渗碳（2）渗氮第五节钢的热处理新技术一、可控气氛热处理二、真空热处理三、形变热处理四、表面热处理第四章合金钢第一节概述合金钢是为改善和提高碳素钢的性能，在碳素钢的基础上添加一定的合金元素所炼制的一类钢。一、合金钢的分类二、合金钢的编号第二节合金元素在钢中的作用一、钢中的合金元素二、合金元素的作用1，合金元素固溶于铁素体2，合金元素溶解于奥氏体3，合金元素形成碳化物、非金属化合物4，合金元素改变相变温度5，合金元素改变共析点的位置。第三节合金结构钢一、低合金结构二、机器制造用合金结构钢1，合金渗碳钢典型用钢20CrMnTi2，调质钢典型用钢40Cr3，弹簧钢典型用钢60Si2Mn4，滚动轴承钢第四节合金工具钢一、刃具钢刃具钢是用来制造各种切削加工工具的钢种。二、模具钢模具钢是制造各种锻造、冲压或亚铸成型工件模具的钢种。三、量具钢量具钢是用来制造各种测量工具的钢种。第五节特殊性能钢一、不锈钢二、耐热钢第五章有色金属第一节概述工业上使用的金属材料，可分为黑色金属及有色金属两大类。黑色金属主要是指钢与铸铁；有色金属是指非铁金属及其合金，如铝、铜、镁、锌、钛等金属及其合金。第二节铜及铜合金一、工业纯铜二、钢合金第三节铝及铝合金一、工业纯铝二、铝合金1，铝合金的分类2，常用铝合金第四节滑动轴承合金第六章非金属材料非金属材料是指金属材料以外其他材料的总称。第一节高分子材料高分析材料是指以高分子化合物为主要成分的材料。一、高分子化合物的组成二、高分子化合物的合成1，加聚反应。由一种或几种单体聚合生成高聚物的反应称为加聚反应。2，缩聚反应。由一种或几种单体聚合生成高聚物的同时还生成如H2O，HX等副产物的反应称之为缩聚反应。三、高分子化合物的结构与性能1，大分子链的形成2，大分子的聚集态结构3，高分子化合物的力学状态四、高分子材料的命名五、高分子材料的分类1，按性能和用途分类2，按聚合反应的类型分类六、常用的高分子材料1，塑料（1）塑料的组成（2）塑料的分类2，橡胶3，合成纤维4，胶粘剂第二节陶瓷材料一、陶瓷材料的组织、结构特点二、陶瓷的基本性能三、常用的工业陶瓷第三节复合材料一、复合材料的性能特点二、复合材料的分类三、纤维增强复合材料四、层状复合材料五、颗粒复合材料第七章材料的选用第一节概述第二节工程材料选用原则一、引言二、材料选用的一般原则1，材料的使用性2，材料的工艺性第三节典型零件选材实例一、齿轮类零件的选材1，调质钢2，渗碳钢二、轴承零件的选材三、箱体和支架类零件的选材四、常用工具的选材1、锉刀2、手工锯条3、钳工锤4、麻花钻第八章材料新进展第一节概述1，材料被看作是人类社会进化的里程碑石器时代、青铜器时代、铁器时代2．新材料是当代社会经济的先导3．新材料是科技进步的关键第二节新型金属材料一、非晶态金属1，非晶态的发明人美国P杜维茨，时间1960年2，非晶态的概念和特征，金属玻璃3，非晶态的性能特点强韧兼备的力学性能高导磁、低铁损的软磁特性耐强酸、强碱腐蚀的化学特性二、形状记忆合金1，形状记忆合金的概念2，形状记忆合金的应用工程应用医学应用智能应用三、超塑性合金1，超塑性合金概念v:100m/sδ：300%以上2，超塑性合金的特性成型压力大大减少成型性能大大改善产品质量大大提高四、超高温合金3，超高温合金概念700℃，承受150——200MPa，在燃烧气氛中100h4，超高温合金的应用五、贮氢合金1、贮氢合金的发展2、贮氢合金的应用前景第三节纳米材料一、纳米材料的发展二、纳米材料的结构和性能三、纳米技术的应用介绍国家纳米技术发展规划介绍浙江省“十五”纳米技术重大专项及示范工程计划纳米技术在化纤用布后整理中的应用研究纳米技术在棉纺织品整理中的应用研究纳米技术在羊毛织物后整理中的应用纳米技术在注塑模具上的研究纳米CaCO3在U-PVC型材中的应用研究纳米技术在助动车蓄电池中的应用研究纳米技术在汽车面漆中的应用研究纳米技术在快淬NbFeB永磁材料中的应用多相纳米微晶玻璃的制备及应用研究纳米技术在频率压电陶瓷及器件制备中的应用研究第九章铸造成型第一节概述一、铸造的概念铸造是熔炼金属、制造铸型，并将熔融的金属浇入铸型，凝固后获得一定形状和性能铸件的成形方法。二、分类：1、砂型铸造2、特种铸造三、砂型铸造的生产过程四、铸型的组成五、铸造的特点1、适用范围广2、可进行批量生产、加工成本低缺点：铸造缺陷，质量稳定性差，劳动条件差。§2砂型铸造一、型砂的性能与组成1.性能（1）、透气性（2）、型砂强度（3）、耐火性（4）、可塑性（5）、退让性2、组成原砂(SiO2)粘结剂：粘土、水玻璃、桐油、合脂附加物和水：煤粉、木屑等二、手工造型造型：用造型混合材料及摸样等制造铸型的过程即用工具将型砂舂实在砂箱内的模样周围，并取出模样的一系列操作方法。分类：整模造型、分模造型、挖砂造型、活块造型、多箱造型、刮板造型等。三、机器造型实质：紧砂、起模气动微振压实造型机造型垂直分型无箱射压造型多触头高压造型真空密封造型四、制芯作用：芯子的作用主要是用来形成铸件的内腔，有时也用来获得铸件的局部外形，简化分型面和模样外型，方便铸造与起模。1、制芯工艺要求（a）安放芯骨——提高型砂的强度和刚度（b）通气道——顺利排除砂心中的气体（c）刷涂料——提高砂芯的耐火度2、制芯方法§3铸造工艺概念：在零件图上以规定的红、蓝等色符号表示铸造工艺内容所得的图形，决定了铸件的形状、尺寸、生产方法和工艺过程。一、分型面分开铸型，便于取模的接合面确定原则：模样的最大截面处数量尽量少减少芯子和活块的数量重要面朝下使铸件在一个砂型内二、模样1、加工余量2、起（拔）模斜度3、铸造圆角4、不铸出孔槽5、芯头6、收缩率三、浇注系统§4特种铸造一、熔模精密铸造在易熔模样表面包覆若干层耐火涂料，得其硬化干燥后，将模样熔去而制成型壳，经浇注而获得铸件的一种方法，由于模样大多用蜡质材料制作，又称“失蜡铸造”。二、金属型铸造（永久型铸造）三、压力铸造将熔融金属在压铸机中以高速射入金属铸型内，并在压力下结晶的铸造方法。四、离心铸造将金属液浇入旋转的铸型中，使其在离心力作用下成形关凝固的方法。第十章锻压成型锻压基础知识1、金属的塑性变形2、单晶体的塑性变形（1）滑移（2）孪生3、多晶体的塑性变形4、塑性变形后金属的组织和性能回复、再结晶、热加工概念5、金属的可锻性可锻性：1、金属的本质：（1）化学成分（2）组织2、变形条件：（1）变形温度（2）变形速度（3）应力状态锻造一、自由锻造自由锻的特点和应用自由锻设备（1）空气锤（2）蒸汽——空气锤（3）水压机自由锻工序及锻件工艺过程镦粗、拔长、弯曲、冲孔、切割、扭转和错移等二、胎模锻胎模锻造是介于自由锻和模锻之间的锻造方法。工艺特点：三、模锻是在专用模锻设备上，利用锻模使材料在冲击力或压力的作用下而变形，从而获得锻件的方法。锤上模锻锻模结构：（1）终锻模膛（2）预锻模膛（3）制陪坯模膛板料冲压4、板料冲压的特点5、板料冲压的基本工序1．分离工序（1）剪切2．（2）落料和冲孔3．变形工序（1）弯曲（2）拉深（3）成形（4）翻边其他压力加工方法6、精密模锻7、轧制1．纵轧2.横轧3.斜轧8、挤压1.正挤压2.反挤压3.复合挤压4.径向挤压9、超塑性变形超塑性是指在某种金属或合金在特定条件下，即低的形变速率、一定的变形温度和均匀的细晶粒度，相对延伸率超过100%以上的特定，如钢超过500%，纯钛超过300%，锌铝合金超过1000%。第十一章焊接成型第一节概述焊接方法：压力焊、钎焊、熔化焊第二节熔焊基础一、焊接电弧焊接电弧形成焊接电弧构造（1）阴极区（2）阳极区（3）弧柱区二、焊接冶金过程金属熔池体积小熔池温度高三、电焊条焊条的组成及其作用。电焊条有焊芯和药皮两部分组成。（1）改善焊接工艺性（2）机械保护作用（3）冶金处理作用四、焊接接头组织与性能1.焊缝2.熔合区3．热影响区（1）过热区（2）正火区（3）部分相变区五、焊接应力和变形焊接应力与变形产生的原因焊接变形的基本形式（1）收缩变形（2）角变形（3）弯曲变形（4）波浪变形（5）扭曲变形焊接变形的防止和矫正（1）措施：结构、反变形法、刚性固定、合理顺序（2）方法：结构、预热、锤击焊缝、去应力退火,减少和消除焊接残余应力的措施第三节常见焊接方法1、常见焊接方法气体保护电弧焊（1）氩弧焊（2）二氧化碳气体保护焊2．埋弧自动焊3、压力焊4、钎焊第十二章切削加工第1节概述第2节加工质量的概念主要指标：加工精度和表面粗糙度1、加工精度加工精度是指零件在加工之后，其尺寸、形状、位置参数的实际数值与它的理想数值相符合的程度尺寸精度。尺寸精度是指实际尺寸的制造准确度。尺寸公差分为20级：即IT01、IT1至IT18，等级依次降低。2．表面形状及位置精度（1）形状（2）位置各种形状和位置公差的标准公差值一般分为1—12级（圆度、圆柱度分别为0—12级，1级最高，12级最低）一般零件通常只规定尺寸公差，对要求较高的零件，除了规定尺寸公差以外，还规定其所需要的形状公差