1、工程實踐訓(xùn)練基礎(chǔ)工程實踐訓(xùn)練基礎(chǔ)（工程材料部分）（工程材料部分） 青島科技大學(xué)機電學(xué)院青島科技大學(xué)機電學(xué)院20201414年年1 12 2月月1 金屬制品的加工過程金屬制品的加工過程 鋼鐵材料：板、棒、型材 （來自煉鋼廠和軋zha鋼廠） 成型加工冷加工：車、銑、刨、磨、鉆等；（第五章第九章）熱加工：鑄造（第二章）、鍛壓（第三章）、焊接（第四章）等；提高機械零件材料的性能： 熱處理（第一章）。 2第第1章章 工程材料及熱處理工程材料及熱處理1.1 材 料 學(xué) 基 礎(chǔ) 按固態(tài)物質(zhì)內(nèi)原子的聚集狀態(tài)分為晶體：原子在三維空間中有規(guī)則地周期性重復(fù)排列，晶體有固定的熔點，如金屬。非晶體：原子在三維空間中沒有

2、規(guī)則地排列，非晶體沒有固定的熔點，是在一個溫度范圍內(nèi)熔化，如玻璃、松香、石蠟。 31.1.1金屬的晶體結(jié)構(gòu) 假定理想晶體中的原子都是固定不動的剛球，晶體由這些剛球堆垛而成。用連線將各原子連接成三維幾何排列形式，連線的交點稱作“結(jié)點”，晶體原子排列稱為晶格。 晶格的最基本的幾何單元為晶胞，晶胞的棱邊長度a、b、c 稱為晶格常數(shù)，棱邊間相互夾角為、表示（圖11）。 (a)(b)(c)42典型的金屬晶體結(jié)構(gòu) 常見的金屬晶體結(jié)構(gòu)有體心立方晶格、面心立方和密排立方晶格。1）體心立方晶格（圖l2） 晶胞的棱邊長度a=b=c，夾角均為90，晶胞內(nèi)有2個原子，原子半徑 。 體心立方晶格的金屬有Fe、Cr、V、

3、W等。 4/3ar 52）面心立方晶格（圖圖13） 晶胞棱邊長度a=b=c，夾角均為90，晶胞內(nèi)有4個原子，原子半徑 。 面心立方晶格的金屬有Fe、Cu、Ni、A1、Au等。4/2ar 63）密排六方晶格(圖14) 晶胞的12個角上各有一個原子，構(gòu)成六方體，上、下底面的中心各有一個原子，晶胞內(nèi)還有三個原子，晶胞內(nèi)有6個原子， 。晶格常數(shù)用柱體高度c和六邊形的邊長a兩個晶格常數(shù)來表示，c與a之比c/a = 1.633。 具有密排六方晶格的金屬有Mg、Zn等。 71.1.2 多晶體結(jié)構(gòu)及晶體缺陷1多晶體結(jié)構(gòu)和亞結(jié)構(gòu) 實際金屬是由許多大小不一、位向不一的多晶體（晶粒）組成，晶粒與晶粒之間的界面稱為晶

4、界(圖15)。多晶體顯示出各向同性。 82實際金屬晶體缺陷 實際金屬晶體局部原子排列的規(guī)則性偏離理想晶體的排列狀態(tài)，這種區(qū)域稱為晶體缺陷，晶體缺陷按其幾何形態(tài)特征分為：1）點缺陷 包括空位、間隙原子和置換原子等。點缺陷周圍的原子也偏離了原來的平衡位置，造成晶格畸變（圖16）。 92）線缺陷 一維尺寸相對很大的缺陷，這類缺陷也稱為位錯，基本類型有刃型位錯和螺型位錯兩種（圖17）。 (a)(a)(b)(b)103）面缺陷 二維尺寸相對比較大的缺陷，包括晶界、亞晶界和相界等（圖19）。 晶體缺陷處及其周圍均有明顯的晶格畸變產(chǎn)生，引起晶格能量的升高，使金屬的物理、化學(xué)和力學(xué)性能發(fā)生顯著變化。 111.

5、1.3 二元合金相圖 凝固結(jié)晶：液態(tài)L 固態(tài)S 純金屬的冷卻曲線和過冷現(xiàn)象。 理論結(jié)晶溫度與實際結(jié)晶溫度的差T稱過冷度。過冷度大小與冷卻速度有關(guān)。121 合金的結(jié)構(gòu)1）合金的基本概念 在金屬中加入一種或幾種元素冶煉成合金。2）合金的相結(jié)構(gòu) 按合金組元原子之間相互作用的不同，合金在凝固時，不同原子可能出現(xiàn)不同的混合形式。13（1）固溶體 成分和性質(zhì)均勻的合金，保持晶格的元素稱為溶劑，溶入的元素稱為溶質(zhì)。固溶體主要有： 置換固溶體 溶劑晶格某些結(jié)點上的原子被溶質(zhì)原子所替代(圖1-11(b)，溶解度取決于二者原子直徑差和在周期表中相互位置的距離，如Si、Mn、Cr、Ni等溶入Fe。 間隙固溶體 溶質(zhì)

6、原子溶入與溶劑晶格空隙中（圖1-11(a)），如C、N溶入Fe。 14（2） 金屬化合物 合金元素按一定比例形成新的金屬化合物，如鐵與碳形成Fe3C（圖125）。 152合金的結(jié)晶與二元合金相圖1）二元合金相圖的基本知識 由兩種或兩種以上的組元按不同比例配制成一系列不同成分的所有合金稱為合金系，如Al-Si系合金。 合金相圖是表示在不同溫度下，合金系中合金的狀態(tài)、組織、溫度和成分之間的關(guān)系。 利用合金相圖可以知道各種成分的合金在不同的溫度下有哪些相，各相的相對含量以及變化規(guī)律。 合金相圖是制定合金鑄造、鍛造、焊接和熱處理工藝的重要依據(jù)。162）二元合金相圖的建立方法 熱分析法。圖1-12 建立

7、Cu-Ni狀態(tài)圖的示意圖173二元相圖的基本類型1）勻晶相圖 兩組元在液態(tài)和固態(tài)時都能無限互溶的一類相圖。 L 相圖分液相區(qū)L、單相區(qū)和液固兩相共存區(qū)L+（圖114）。 具有這類相圖的合金系有：CuNi、FeCr等。182）共晶相圖 二組元在液態(tài)能完全互溶，在固態(tài)僅能有限溶解。在發(fā)生共晶反應(yīng)時（圖117） L + 低于共晶成分的合金叫亞共晶，高于共晶成分的合金叫過共晶。 具有這類相圖的合金系有：PbSn、AlSi和CuAg等。 19（2）結(jié)晶過程分析 合金I和合金的結(jié)晶(圖1一16) 圖1-16 A-B合金、的結(jié)晶過程20 合金的結(jié)晶（共晶）（圖117） 圖1-17 A-B合金的結(jié)晶過程21

8、合金的結(jié)晶（亞共晶）和過共晶的結(jié)晶(圖118) 圖1-18 A-B合金的結(jié)晶過程223） 包晶相圖（略）4） 共析相圖 兩組元在固態(tài)轉(zhuǎn)變時，能發(fā)生共析反應(yīng)的相圖（圖121） + 低于共析成分的合金叫亞共析，高于共析成分的合金叫過共析。 23 共析反應(yīng)與共晶反應(yīng)的區(qū)別：（1）共析反應(yīng)是固體下的反應(yīng)，原子擴(kuò)散比液態(tài)難得多，所以共析反應(yīng)比共晶反應(yīng)更易于過冷。（2）由于共析反應(yīng)易于過冷，得到的兩相機械混合物(共析體)要比共晶體細(xì)。（3）共析反應(yīng)易產(chǎn)生較大的內(nèi)應(yīng)力。 241.1.4 鐵碳合金相圖 了解與掌握鐵碳合金相圖對于各種熱加工工藝的制訂具有重要的指導(dǎo)意義。1鐵碳合金的相結(jié)構(gòu)1）純鐵 鐵的密度為7.

9、87gm3，熔點為1538，具有同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變，由圖122可以看出，鐵在固態(tài)時隨溫度的變化有三種同素異構(gòu)體Fe、Fe和Fe。 純鐵雖有較好的塑性，但其強度、硬度差。 252）碳溶于鐵中形成固溶體（1）鐵素體 碳溶解于Fe中所形成的間隙固溶體稱為“鐵素體”，以符號F表示。鐵素體為體心立方結(jié)構(gòu)，室溫時碳在Fe中的溶解度僅為0.0008。（2）奧氏體 碳溶解于Fe中形成的間隙固溶體，稱為“奧氏體”，以符號A表示。奧氏體為面心立方結(jié)構(gòu)。在727C時，F(xiàn)e溶碳量為0.77，在1148C其最大溶碳量為2.11。 奧氏體是一種存在于高溫狀態(tài)下的組織，有良好的韌性和塑性，變形抗力小，易于鍛造成型。263）鐵與碳

10、的化合物 當(dāng)碳在Fe或Fe中的溶解度達(dá)到飽和時，過剩的碳原子就和鐵原子化合，形成間隙化合物Fe3C，稱為“滲碳體”，以符號Cm表示。其晶格是復(fù)雜三斜晶格(圖125)。 滲碳體硬而耐磨，極脆，是鐵碳合金的重要強化相。 綜上所述，F(xiàn)eFe3C合金系中存在四個相，即液體(L)、鐵素體(F)、奧氏體(A)、Fe3C（Cm）。 272FeFe3C相圖分析 圖127是FeFe3C相圖，圖中各特性點的溫度、碳濃度及意義見表11。1）相圖中重要的點、線、區(qū)及其意義ABCD線：液相線AHJECF線：固相線。NJESGN區(qū)：奧氏體區(qū)(A)；GPQG區(qū)：鐵素體區(qū)(F或)；DFK區(qū)：滲碳體區(qū)(Fe3C)。28相圖中三

11、個基本轉(zhuǎn)變（1）包晶轉(zhuǎn)變：（2）共晶轉(zhuǎn)變： 反應(yīng)產(chǎn)物是奧氏體和滲碳體的混 合 物 ， 稱 為 ( 高 溫 ) 萊 氏 體（Ld）。（3）共析轉(zhuǎn)變： 反應(yīng)產(chǎn)物是鐵素體與滲碳體的混合物，稱為珠光體（P）。 17. 0149509. 053. 00ALCCFeALC311. 211483 . 40CFeFAC30218. 072777. 0029 相圖中三條重要的特性線（1）PK線（A1線）：共析線，珠光體轉(zhuǎn)變成奧氏體。（2）GS線（A3線）：奧氏體中析出鐵素體的開始線。（3）ES線（Acm線）：碳在奧氏體中的固溶線。隨溫度降低，從奧氏體中析出的滲碳體稱為二次滲碳體(Fe3C)。 這些線的溫度被稱為

12、臨界溫度。30 根據(jù)FeC相圖，按其含碳量及組織的不同，分為純鐵、鋼和鑄鐵三大類。工業(yè)純鐵： c0.0218，顯微組織為鐵素體。鋼：c在0.02182.11之間，高溫固態(tài)組織為奧氏體，塑性好宜鍛造。鑄鐵：c在2.116.69之間。 3含碳量對FeC合金組織及性能的影響 圖137是不同含碳量的鐵碳合金在平衡凝固時的顯微組織312）含碳量對力學(xué)性能的影響 由于鐵素體則是柔軟的韌性相，而Fe3C是硬脆的強化相。所以總的趨勢隨著碳含量的增加，F(xiàn)e-C合金的硬度增大，塑性下降。因為鋼的韌性是硬度和塑性的綜合指標(biāo)，所以在c 為0.8%時有一最大值（圖139）。 白口鑄鐵存在較多的滲碳體，硬而脆，難以切削加

13、工。 324相圖的應(yīng)用 FeFe3C相圖除可作為選材的重要依據(jù)外，還可作為制定鑄造、鍛壓、焊接、熱處理等熱加工工藝的依據(jù)。1）在鋼鐵材料選用方面的應(yīng)用 建筑結(jié)構(gòu)需用塑性、韌性好的材料，宜選用碳含量較低的鋼材；要求強度、塑性及韌性都較好的機械零件則應(yīng)選用碳含量適中的中碳鋼；各種工具要用硬度高和耐磨性好的材料，則應(yīng)該選擇碳含量較高的鋼種。2）在鑄造工藝方面的應(yīng)用 共晶成分的鐵碳合金凝固溫度區(qū)間小，結(jié)晶溫度較低，因此鑄鐵一般選用接近于共晶成分的合金。333）在熱鍛、熱軋工藝方面的應(yīng)用處于奧氏體狀態(tài)下鋼的強度較低，塑性較好，因此鍛造或軋制一般選在單相奧氏體區(qū)內(nèi)進(jìn)行，此時鋼的變形抗力較小，對設(shè)備的要求較

14、低。4）在熱處理工藝方面的應(yīng)用FeFe3C相圖對于制定熱處理工藝有著特別重要的意義。些熱處理工藝如退火、正火、淬火的加熱溫度都是依據(jù)FeFe3C相圖確定的。 341.2 熱處理工藝 提高金屬材料性能的方法1） 研制新材料2）進(jìn)行熱處理 熱處理是將金屬材料在固態(tài)通過加熱、保溫和冷卻過程，使其組織改變，獲得預(yù)期性能要求的工藝操作（圖140）。 根據(jù)熱處理時的加熱溫度、冷卻速度不同，分為退火、正火、淬火、回火四種熱處理工藝。退火和正火為鋼的預(yù)先熱處理，淬火和回火為最終熱處理。 351.2.1 退火及正火 退火：將鋼加熱到臨界溫度以上適當(dāng)溫度，保溫后緩慢冷卻，以獲得接近平衡組織的熱處理工藝。 正火：將

15、鋼加熱到臨界溫度以上適當(dāng)溫度，保溫后以較快冷卻速度冷卻(通常為空氣中冷卻)，以獲得組織的熱處理工藝。 退火和正火的主要目的： 調(diào)整鋼件硬度以便進(jìn)行切削加工； 消除殘余應(yīng)力，以防鋼件的變形、開裂； 細(xì)化晶粒，改善組織以提高鋼的力學(xué)性能； 為最終熱處理(淬火回火)做好組織上的準(zhǔn)備。36 退火工藝（圖141）：1） 在臨界溫度(Ac1或Ac3)以上的退火：又稱相變重結(jié)晶退火，包括完全退火、均勻化退火和球化退火等；2）在臨界溫度以下的退火：包括軟化退火、再結(jié)晶退火及去應(yīng)力退火等。各種退火和正火的加熱溫度范圍。 371.2.2 淬火及回火工藝1淬火 將鋼加熱到Ac3或Ac1以上某一溫度，保持一定時間后以

16、適當(dāng)速度冷卻，獲得馬氏體或貝氏體組織的熱處理工藝。 淬火的目的是為了提高鋼的硬度等力學(xué)性能。381）淬火工藝（1）淬火加熱溫度的選擇 淬火加熱要保證獲得細(xì)小而均勻的奧氏體，使淬火后得到細(xì)小而均勻的馬氏體或貝氏體。 淬火加熱溫度（圖142）亞共析鋼： Ac3 十（3050）共析鋼、過共析鋼： Ac1十（3050）（2）淬火介質(zhì) 常用淬火介質(zhì)有水、油及水基淬火劑。392回火 把淬火鋼加熱到Ac1以下的某一溫度，保溫后進(jìn)行冷卻的熱處理工藝。 回火應(yīng)緊接著淬火后進(jìn)行，目的是：(1) 降低脆性，減少或消除內(nèi)應(yīng)力，防止工件變形或開裂。(2) 通過適當(dāng)回火溫度來調(diào)整硬度，獲得所需的塑性和韌性。(3) 穩(wěn)定工

17、件尺寸。402）回火種類及應(yīng)用（1）低溫回火 溫度為150C250C，組織為回火馬氏體。目的是降低淬火內(nèi)應(yīng)力和脆性，保持鋼在淬火后的高硬度和高耐磨性。用于處理各種刀具、模具、量具、滾動軸承等。（2）中溫回火 回火溫度為350C500，組織為回火托氏體，具有較高屈服強度和彈性極限，主要用于各種彈簧和熱作模具的處理。（3）高溫回火 回火溫度為500C650，組織為回火索氏體，使鋼具有良好的綜合力學(xué)性能。通常把淬火+高溫回火的熱處理工藝稱作“調(diào)質(zhì)處理”，用于處理螺栓、齒輪、軸類等各種重要的結(jié)構(gòu)零件。 41第第2章章 鑄造鑄造 將液態(tài)金屬澆注到具有與零件形狀、尺寸相適應(yīng)的鑄型型腔中，待其冷卻凝固，以獲

18、得毛坯零件的生產(chǎn)方法。 鑄造加工的優(yōu)越性：（1）可制成形狀復(fù)雜、特別是具有復(fù)雜內(nèi)腔的毛坯，如箱體、氣缸體等。（2）適應(yīng)范圍廣，如各種金屬材料、大小尺寸、不同批量都可生產(chǎn)。（3）鑄件加工余量小，生產(chǎn)成本低。 鑄造生產(chǎn)中，最基本的工藝方法是砂型鑄造，占90以上。 422.1 鑄造工藝基礎(chǔ)2.1.1 液態(tài)合金的充型 液態(tài)合金填充鑄型的過程，以獲得形狀完整、輪廓清晰鑄件的能力，充型能力主要受液態(tài)金屬流動性、鑄型性質(zhì)、澆注條件及鑄件結(jié)構(gòu)等因素的影響。431. 合金的流動性 液態(tài)合金的流動性通常以“螺旋形試樣”（圖21）長度來衡量。在相同的澆注條件下，合金的流動性愈好，所澆出的試樣愈長。 影響合金流動性的

19、因素很多，但以化學(xué)成分的影響最為顯著。灰鑄鐵、硅黃銅的流動性最好，鑄鋼的流動性最差。 442.1.2 鑄件的收縮 鑄件在冷卻過程中，其體積或尺寸縮減的現(xiàn)象。收縮是鑄造產(chǎn)生縮孔、縮松、裂紋、變形等缺陷的根源。1. 影響收縮的因素 與其化學(xué)成分、澆注溫度、鑄件結(jié)構(gòu)和鑄型條件有關(guān)。452. 收縮對鑄件質(zhì)量的影響 1）鑄件的縮孔與縮松 液態(tài)合金在冷凝過程中，若其液態(tài)收縮和凝固收縮所縮減的容積得不到補足，則在鑄件最后凝固的部位形成一些孔洞，容積較大而集中的稱縮孔；細(xì)小而分散的稱縮松如圖23所示 縮松常分布在鑄件壁的軸線區(qū)域及厚大部位等，減小鑄件的有效面積，并產(chǎn)生應(yīng)力集中，降低其機械性能。 462） 鑄造

20、內(nèi)應(yīng)力、變形和裂紋 鑄件在凝固冷卻過程中，其固態(tài)收縮若受到阻礙，鑄件內(nèi)部將產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，甚至一直保留到室溫，稱為殘余內(nèi)應(yīng)力。鑄造內(nèi)應(yīng)力是鑄件產(chǎn)生變形和裂紋的基本原因。 4722 砂型鑄造 將液態(tài)金屬澆入砂型，冷卻后形成鑄件（圖28） 。 型（芯）砂通常是由石英砂、粘土（或其它粘結(jié)材料）和水按一定比例混制而成的。型（芯）砂要有一定的強度，透氣性、耐火性和退讓性。 砂型鑄造是目前最常用最基本的鑄造方法，價格低廉，操作方便靈活。不受鑄造合金種類、鑄件形狀和尺寸的限制，并適合于各種生產(chǎn)規(guī)模。482.2.2手工造型1手工造型工具 手工造型常用工具如圖29所示。 492.2.3機器造型 機器造型按緊實方式的

21、不同分四種基本方式：壓實造型（圖210）震擊造型（圖211）50拋砂造型（圖2-12） 射砂造型（圖213）512.2.4砂型鑄造常見缺陷 鑄件缺陷的種類也很多，產(chǎn)生的原因也很復(fù)雜表24是鑄件常見缺陷及其產(chǎn)生原因。 525323 特種鑄造（略） 幾種常用的特種鑄造方法，如熔模鑄造、全屬型鑄造、壓力鑄造、低壓鑄造、離心鑄造（圖218）等。 542.3.6 鑄造方法的選擇 表25 常用鑄造方法比較 5524 鑄件結(jié)構(gòu)工藝性 合理的鑄件結(jié)構(gòu)對簡化鑄造生產(chǎn)過程，減少鑄件缺陷，節(jié)省金屬材料，提高生產(chǎn)率和降低成本有重要意義。1.鑄件外型應(yīng)盡量簡單 在滿足零件使用要求的前提下，應(yīng)盡量簡化外形，減少分型面。圖

22、219a必須采用三箱造型；若改為b則只需有一個分型面。 562. 鑄件內(nèi)腔結(jié)構(gòu)應(yīng)符合鑄造工藝要求 鑄件的內(nèi)腔需用型芯來形成，應(yīng)盡量不用或少用型芯。圖222a采用方形空心截面，需用型芯，而圖b）改為工字型截面，可省掉型芯。 573鑄件的結(jié)構(gòu)斜度 鑄件上垂直于分型面的面要有一定的斜度，以利于起模。對不允許有結(jié)構(gòu)斜度的鑄件，應(yīng)在模樣上留出拔模斜度。 582.4.2 從避免產(chǎn)生鑄造缺陷分析 鑄件結(jié)構(gòu)不合理會引起鑄件缺陷，如縮孔、縮松、裂紋、變形等，因此設(shè)計鑄件結(jié)構(gòu)應(yīng)考慮如下幾個方面：1. 壁厚合理 在保證不產(chǎn)生其它缺陷的前提下，盡量減小鑄件壁厚，但有最小壁厚限制（表22）。為了保證鑄件的強度，可采加強

23、筋等結(jié)構(gòu)（圖225）。 592鑄件壁厚力求均勻 鑄件壁厚均勻能減少鑄造熱應(yīng)力，及因此而產(chǎn)生的變形和裂紋等缺陷。 鑄件上避免十字接頭結(jié)構(gòu)，以減少鑄件應(yīng)力集中（圖227）。 603. 鑄件壁的連接 鑄件拐彎處應(yīng)采用較大的圓角連接（圖229，圖230），以避免因應(yīng)力集中而產(chǎn)生開裂。 614. 避免較大水平面 澆注時，較大平面金屬液面上升較慢，長時間烘烤鑄型表面，使鑄件容易產(chǎn)生夾砂、澆不足等缺陷，也不利于夾渣、氣體的排除，應(yīng)盡量用傾斜結(jié)構(gòu)代替過大水平面（圖231）。 622.4.3鑄件結(jié)構(gòu)要便于后續(xù)加工 設(shè)計鑄件時要考慮后續(xù)可加工性，如圖232電機端蓋鑄件。 632.4.4組合鑄件的應(yīng)用 對于大型或形

24、狀復(fù)雜的鑄件，可采用組合結(jié)構(gòu)（圖233）。 64 鑄造安全操作技術(shù)規(guī)則（1）要穿好工作服及防護(hù)用品；（2）造型時不要用嘴吹砂子；（3）澆注時不搞澆注的同學(xué)應(yīng)遠(yuǎn)離澆包；（4）不可用手、腳觸及未冷卻的鑄件；（5）不要在吊車下停留或行走；（6）清理鑄件時，要注意周圍環(huán)境，以免傷人。 65第第3章章 鍛壓鍛壓 對金屬材料施加外力，使其產(chǎn)生塑性變形，從而既改變尺寸、形狀，同時改善性能的一種材料成形加工方法。 與其它加工方法相比，鍛壓具有以下優(yōu)點：（1）力學(xué)性能高 消除鋼錠的缺陷，使組織致密。鍛造后形成的纖維組織可使金屬力學(xué)性能呈各向異性。（2）節(jié)約金屬 減少零件的切削加工量。由于力學(xué)性能的提高，塑性加工

25、可減小材料截面尺寸，減輕重量。（3）生產(chǎn)率高 與切削加工相比，塑性加工生產(chǎn)率高，特別適合大批量生產(chǎn)。（4）前期投入大 塑性加工需要專用設(shè)備和模具。66 常用的塑性加工方法：自由鍛、模鍛、擠壓、拉拔、軋制、板料沖壓（圖31）。671單晶體的塑性變形 單晶體塑性變形有滑移和孿生兩種方式。1）滑移 晶體內(nèi)一部分相對于另一部分，沿原子排列緊密的晶面作相對滑動（圖32）。 2）孿生（略）1 3.1 全屬的塑性變形理論3.1.1金屬塑性變形的實質(zhì)681 2. 多晶體的塑性變形 多晶體內(nèi)各晶粒之間的滑移面和滑移方向不同，故多晶體塑性滑移時的變形抗力要比單晶體高。 多晶體內(nèi)存在著大量晶界，晶界上的原子排列不規(guī)

26、則，晶格畸變嚴(yán)重，也是各種缺陷和雜質(zhì)原子富集的地方，對滑移起阻礙作用。晶粒越細(xì)，晶界就越多，對塑性變形的抗力也就越大，金屬的強度也越高。69 塑性變形時，隨變形程度增大，金屬的強度、硬度升高，而塑性和韌性下降（圖37），發(fā)生加工硬化現(xiàn)象。（1） 加工硬化可起到強化金屬性能的作用。（2） 加工硬化可使繼續(xù)塑性變形困難。實際生產(chǎn)中，常采用加熱的方法使金屬再次獲得良好塑性。這種工藝操作叫再結(jié)晶退火。 3.1.2.塑性變形對金屬組織及性能的影響703.3. 2 回復(fù)及再結(jié)晶（1）回復(fù)：冷變形金屬加熱時，內(nèi)應(yīng)力減少，加工硬化部分消除（圖38b）。回復(fù)溫度為： T回（0.20.3）T熔式中 T回金屬的回復(fù)

27、溫度（K）；T熔一金屬的熔點（K）。（2）再結(jié)晶：繼續(xù)升高溫度，破碎晶粒結(jié)晶成新晶粒，加工硬化現(xiàn)象全部消失（圖38C）。再結(jié)晶溫度為 T再 04T熔式中T再金屬的再結(jié)晶溫度（k）。7133. 冷變形和熱變形 金屬的塑性變形分為（1）冷變形：在再結(jié)晶溫度以下的變形，變形后的金屬具有加工硬化現(xiàn)象。冷變形能使金屬獲得較高的硬度和低的表面粗糙度。（2） 熱變形：在再結(jié)晶溫度以上的變形。變形產(chǎn)生的硬化會因再結(jié)晶軟化而消除，熱變形過程中金屬始終保持低的塑性變形抗力和良好的塑性。723.4 纖維組織 塑性變形過程中，金屬內(nèi)部的非金屬化合物夾雜隨著晶粒的變形被拉長。在再結(jié)晶時，金屬晶粒形狀恢復(fù)，而夾雜沿著被拉

28、長的方向保留下來，形成了纖維組織。 纖維組織使金屬在性能上具有方向性，在冷加工和使用金屬材料時，應(yīng)注意材料的纖維方向，以獲得最好的機械性能。733.1.3金屬的鍛造性能 指金屬經(jīng)受塑性加工時成形的難易程度。金屬的鍛造性能決定于金屬的本質(zhì)和變形條件。（1）金屬的本質(zhì)1）化學(xué)成分 純金屬的鍛造性能好于合金，合金元素（碳）含量越高，鍛造性越差。鋼中硫、磷雜質(zhì)使鍛造性能變差。2）金屬組織 純金屬與固溶體具有良好的鍛造性能。粗晶結(jié)構(gòu)鍛造性能不如細(xì)晶粒結(jié)構(gòu)。74（2）變形條件1）變形溫度 加熱溫度越高，金屬塑性越好，因此加熱可改善金屬的鍛造性能，尤其是加熱到奧氏體，鍛造性能大大提高。但溫度過高，會使金屬產(chǎn)

29、生氧化、脫碳、過燒現(xiàn)象。鋼的始鍛溫度和終鍛溫度是鍛造的重要工藝參數(shù)（圖39）。 2）變形速度（略） 3）應(yīng)力狀態(tài)（略）753.2鍛造 利用工（模）具，在外力作用下使金屬材料產(chǎn)生塑性變形，從而獲得一定尺寸、形狀和質(zhì)量的鍛件。鍛造分為3.2.1自由鍛造11自由鍛設(shè)備及工具 自由鍛造最常用的設(shè)備有空氣錘、蒸汽空氣錘和水壓機。761） 鐓粗（圖314）。2）拔長（圖315）。 3）沖孔 （圖317）。 771 3自由鍛件的結(jié)構(gòu)工藝性 盡量避免鍛件上有錐體、斜面、曲線等復(fù)雜結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)。783.2.2模鍛 利用模具使毛坯變形而獲得鍛件的鍛造方法。 模鍛精度高，流線組織合理，力學(xué)性能高，生產(chǎn)率高，金屬消耗少，

30、可鍛出較復(fù)雜鍛件。11 . 錘上模鍛 在蒸汽空氣錘、高速錘等模鍛錘上進(jìn)行（圖323）。 形狀較復(fù)雜的鍛件需要幾次模鍛才能完成（圖324）。 2 胎模鍛（略） 79 33 板料沖壓 利用沖模使板料分離或變形，以獲得零件的加工方法。沖壓通常在室溫下進(jìn)行，故稱冷沖壓。 板料沖壓的特點：1）可以制出形狀復(fù)雜的零件，廢料較少。2）產(chǎn)品具有足夠高的精度和較低的表面粗糙度，互換性能好。3）能獲得質(zhì)量輕、材料消耗少、強度和剛度較高的零件。4）操作簡單，生產(chǎn)率高，易實現(xiàn)機械化自動化。5）模具制作成本高。 803.3.1板料沖壓基本工序 沖壓生產(chǎn)中常用的設(shè)備有沖床（圖329）。81 沖壓生產(chǎn)的基本工序有分離工序和

31、變形工序兩大類。（1） 沖裁 使坯料按封閉輪廓分離的工序，主要用于落料和沖孔（圖330）。（2） 修整 利用修整模沿沖裁件外緣或內(nèi)孔去除多余金屬（圖331）。 823.3.2變形工序（1）彎曲（圖332） （2）拉深（圖333） 83（3）沖壓件工藝過程舉例 汽車消音器零件的沖壓工序（圖335）一次拉深 二次拉深 三次拉深 沖孔 筒底和外緣翻邊843.3.3沖壓件結(jié)構(gòu)工藝性 沖壓件設(shè)計原則： 1） 對沖裁件的要求（1）外形力求簡單、規(guī)則、對稱（圖336）。（2）應(yīng)避免長槽與細(xì)長懸臂結(jié)構(gòu)（圖337）。 （3）孔與孔以及孔與零件邊緣距離不宜過近（圖338）。 852）對彎曲件的要求（1） 應(yīng)盡量對

32、稱，彎曲半徑不能太小(r0.5t)，彎曲邊不宜過短（H2t），拐彎處離孔不宜太近（krd/2）（圖339）。（2）坯料纖維方向應(yīng)與彎曲線方向垂直（圖340）。 863）對拉深件的要求（1）外形應(yīng)簡單、對稱，不宜過高。（2）轉(zhuǎn)角處圓角半徑不宜太小（圖341）。 87（1）采用沖壓與焊接復(fù)合結(jié)構(gòu)理（圖342）。 （2）采用沖口工藝減少組合件（圖343） 4）改進(jìn)結(jié)構(gòu)，簡化工藝，節(jié)省材料88 鍛壓安全操作技術(shù)規(guī)則（1）車間所有機械及電氣設(shè)備，未經(jīng)允許一律不許亂動；（2）不可用手或腳去接觸未冷的金屬料；（3） 要穿戴好工作服及防護(hù)用品；（4）隨時檢查錘柄是否松動，鍛壓工具是否有裂紋或損壞現(xiàn)象；（5）料

33、頭飛出方向不許站人。89第第4章章 焊焊 接接 通過適當(dāng)?shù)氖侄危箖蓚€分離的金屬物體之間產(chǎn)生原子間結(jié)合而連接成一體的永久連接方法。表4l是常用的焊接方法。9041 手工電弧焊（圖 4l） 利用電弧產(chǎn)生的熱量來局部熔化被焊工件及填充金屬，冷卻凝固后形成牢固接頭。 手弧焊設(shè)備簡單，操作靈活方便，適用于碳鋼、不銹鋼、鑄鐵、銅、鋁及其合金等材料的焊接。在焊接生產(chǎn)中占很重要的地位。 914.1.1手弧焊設(shè)備 為焊接電弧提供電能的設(shè)備叫電弧焊機。手工電弧焊機分交流（弧焊變壓器，圖4-2）和直流兩種。 電焊機輸出空載電壓為6080V，焊接電流調(diào)整范圍為20500A，焊接電流連續(xù)可調(diào)。 采用直流焊接時，若工件

34、接正極，焊條接負(fù)極，稱為直流正接。反之，稱為直流反接。 924.1.2焊條1焊條的組成及其作用 焊條由焊芯和藥皮組成。（1）焊芯：起導(dǎo)電和填充金屬作用，碳鋼焊條用H08A做焊芯。不銹鋼焊條用不銹鋼焊絲做焊芯。常用焊芯直徑有2.5mm、3.2mm、4mm、5mm等。（2）藥皮：藥皮組成物按其作用有：穩(wěn)弧劑、造氣劑、造渣劑、脫氧劑、合金劑、粘結(jié)劑等，對保證焊縫質(zhì)量極為重要。 932焊條的種類、型號和牌號（1）按用途分：碳鋼焊條、低合金焊條、不銹鋼焊條等。（2）按熔渣性質(zhì)分：酸性焊條和堿性焊條。堿性焊條適用于對焊縫塑性、韌性要求高的重要結(jié)構(gòu)。（3）焊條型號：國家標(biāo)準(zhǔn)，如E4303、E5015等。E焊

35、條；43熔敷金屬抗拉強度最小值（kgfmm2）；0，1可用于全位置焊接；03鈦鈣型藥皮，交、直流，15低氫鈉型藥皮，直流反接。（4）焊條牌號：焊條行業(yè)統(tǒng)一的焊條代號。如J422、J507等。J結(jié)構(gòu)鋼焊條，42，50焊縫金屬抗拉強度等（ kgfmm2），2鈦鈣型藥皮，交、直流；7低氫鈉型藥皮，直流反接。 943焊條的選用 原則是要求焊縫和母材具有相同水平的使用性能。如結(jié)構(gòu)鋼焊接時應(yīng)按“等強度”原則選用和母材抗拉強度相同的焊條。對重要結(jié)構(gòu)應(yīng)選用堿性焊條。 焊接不銹鋼時，應(yīng)選用和母材化學(xué)成分相同的焊條。954.1.3手弧焊工藝1接頭和坡口型式 根據(jù)焊件的結(jié)構(gòu)形狀、厚度及使用條件不同，選擇不同的接頭和坡口型式（圖44）。2焊縫的空間位置 根據(jù)焊縫所處空間位置的不同可分為平焊縫、立焊縫、橫焊縫和仰焊縫（圖45）。 963焊接工藝參數(shù) 主要的焊接工藝參數(shù)有（1） 焊條直徑 （表42）：為了提高生產(chǎn)率，應(yīng)盡量選用直徑較大的焊條。 97（2）焊接電流 電流過小，電弧不穩(wěn)，會造成未焊透、夾渣等焊接缺陷，生產(chǎn)率低；電流過大易使焊條藥皮發(fā)紅失效并產(chǎn)生咬邊、燒穿等焊接缺陷。一般 I（ 3555）d式中：I焊接電流 (A)，d焊條直徑（mm） 在保證焊接質(zhì)量的前提下盡量采用較大