金工實(shí)習(xí)理論

1、合金：由兩種或兩種以上金屬元素或金屬與非金屬元素相互熔合且具有金屬性質(zhì)的物質(zhì)。力學(xué)性能好（好用）；加工性能好（好做）；價(jià)格便宜。使用性能：力學(xué)性能、物理性能、化學(xué)性能常用的機(jī)械性能指標(biāo)有：強(qiáng)度、塑性、硬度、 沖擊韌性、疲勞強(qiáng)度等。強(qiáng)度：金屬材料在靜載荷的作用下，抵抗永久變形和斷裂的能力靜載荷：對(duì)材料緩慢施加的外力種類(lèi)：抗拉強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度、抗彎強(qiáng)度、抗扭強(qiáng)度、抗剪強(qiáng)度等塑性：材料在外力作用下產(chǎn)生塑性變形而不破壞的能力 伸長(zhǎng)率：試樣拉斷后其標(biāo)距長(zhǎng)度的相對(duì)伸長(zhǎng)值。 斷面收縮率：試樣拉斷后斷口處橫截面面積的相對(duì)收縮量。硬度：材料抵抗局部變形，特別是塑性變形、壓痕或劃痕的能力 。 a布氏硬度：HBS H

2、BW b洛氏硬度：HRC HRA HRB c 機(jī)械性能與硬度之間的關(guān)系：低碳鋼：b= 0.36HB；高碳鋼： b= 0.34HB；鑄鐵：b= 0.10HB。沖擊韌性：材料抵抗沖擊載荷的能力。疲勞強(qiáng)度：指材料在多次（107次或更高次數(shù)）交變載荷作用下而不引起斷裂的最大應(yīng)力。金屬及合金：物理性能：是指密度、熔點(diǎn)、熱膨脹性、導(dǎo)熱性、導(dǎo)電性和磁性等?；瘜W(xué)性能：主要是指耐腐蝕性。耐蝕性：金屬材料對(duì)周?chē)橘|(zhì)，如大氣、水汽及各種電介質(zhì)侵蝕的抵抗能力。 工藝性能：是指金屬材料適應(yīng)加工工藝要求的能力；按照工藝方法的不同有鑄造性能、鍛壓性能、焊接性能、切削加工性能等。它們往往是由材料的物理性能、化學(xué)性能、力學(xué)性能

3、綜合決定的。碳對(duì)碳鋼性能的影響含碳量升高，強(qiáng)度和硬度也升高，而塑性和韌性則降低，但當(dāng)含碳量超過(guò)0.9時(shí)，強(qiáng)度也開(kāi)始降低。含碳量低的碳鋼其焊接性能和鍛壓性能較好，反之則差。a碳素結(jié)構(gòu)鋼牌號(hào)：碳素結(jié)構(gòu)鋼的牌號(hào)是以鋼材厚度（或直徑）不大于16mm鋼的屈服點(diǎn)數(shù)值表示的，并且還有質(zhì)量等級(jí)和脫氧方法的細(xì)劃分。符號(hào)、代號(hào)的意義：Q鋼的屈服點(diǎn)“屈”字漢語(yǔ)拼音首位字母；A、B、C、D分別為質(zhì)量等級(jí)；F沸騰鋼；b半鎮(zhèn)靜鋼，小寫(xiě)b用以與質(zhì)量等級(jí)B級(jí)相區(qū)別；Z鎮(zhèn)靜鋼；TZ特殊鎮(zhèn)靜鋼。在牌號(hào)組成表示方法中，“Z”與“TZ”代號(hào)予以省略。牌號(hào)表示方法 由屈服點(diǎn)字母、屈服點(diǎn)數(shù)值、質(zhì)量等級(jí)符號(hào)、脫氧方法等四個(gè)部分按順序組成。

4、例如：Q235A·F即表示屈服點(diǎn)數(shù)值為235 MPa的A級(jí)沸騰鋼。b優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼 使用時(shí)一般均需熱處理以提高其力學(xué)性能，常用來(lái)制造比較重要的零件。優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼的牌號(hào)以?xún)晌粩?shù)字表示，數(shù)字代表該鋼平均含碳量的萬(wàn)分?jǐn)?shù)。1025號(hào)鋼：含碳量低，強(qiáng)度低，塑性和韌性好，并且有良好的焊接性能，常用作承載不大、韌性要求高的零件，還常做沖壓件、焊接件。3055號(hào)鋼：經(jīng)熱處理后具有較高的強(qiáng)度和韌性，廣泛用來(lái)制造在機(jī)器結(jié)構(gòu)中受力的齒輪、軸、鍵、重要的螺釘?shù)取?0號(hào)以上的鋼：經(jīng)熱處理后具有高的強(qiáng)度、硬度和好的彈性，主要用來(lái)制造彈簧。c碳素工具鋼 這類(lèi)鋼用來(lái)制造低速切削刀具、量具和沖壓或冷拉模具。因此，必

5、須具有高的硬度和耐磨性，這只有在含碳量足夠高的鋼經(jīng)淬火后才能獲得，故碳素工具鋼都是高碳鋼牌號(hào)：由漢語(yǔ)拼音字母“T”和數(shù)字組成，數(shù)字表示平均含碳量的千分之幾。例如：T7表示平均含碳量為0.7%的碳素工具鋼。高級(jí)優(yōu)質(zhì)碳素工具鋼在牌號(hào)后而再附以字母“A”，如：T12A，即表示平均含碳量為1.2%的高級(jí)優(yōu)質(zhì)碳素工具鋼。晶體：晶體的原子在空間做有規(guī)則的排列非晶體：原子的排列是不規(guī)則的晶格：晶體中原子排列的格式。晶胞：晶格中的一個(gè)基本單元。純鐵在912以下也具有體心立方晶格結(jié)構(gòu)純鐵在9121394也具有面心立方晶格結(jié)構(gòu)。鎂、鋅等金屬具有密排六方晶格結(jié)構(gòu)結(jié)晶：原子由無(wú)序狀態(tài)排列的液體轉(zhuǎn)變?yōu)榘匆欢◣缀涡螤钆帕?/p>

6、的晶體，這個(gè)轉(zhuǎn)變過(guò)程叫結(jié)晶結(jié)晶過(guò)程：a產(chǎn)生細(xì)小的晶體（晶核）形核；自發(fā)形核和非自發(fā)形核。b晶核長(zhǎng)大，同時(shí)產(chǎn)生新的晶核；c形成晶粒。晶粒：晶體中晶格位向基本一致的區(qū)域。晶界：晶粒之間原子排列不規(guī)則的區(qū)域。多晶體結(jié)構(gòu)：由許多晶粒組成的結(jié)構(gòu)。晶粒越細(xì)小機(jī)械性能就越好結(jié)晶溫度: 純金屬是在一定的溫度下結(jié)晶平衡結(jié)晶溫度（理論結(jié)晶溫度）T0 ；純金屬的T0是一恒定值 實(shí)際結(jié)晶溫度Tn；其隨金屬的冷卻速度V冷變化而變化 過(guò)冷度T=T0-Tn V冷 Tn T 晶核增加，晶粒細(xì)化1538以上為液體，L1538-1394 具有體心立方晶格，-Fe1394-912 具有面心立方晶格, -Fe912 以下具有體心立方

7、晶格， -Fe同素異晶轉(zhuǎn)變：晶格類(lèi)型隨溫度改變而改變的現(xiàn)象。重結(jié)晶：固態(tài)下晶格類(lèi)型的轉(zhuǎn)變，亦存在生核和長(zhǎng)大的過(guò)程。組成合金的最基本的、能獨(dú)立存在的物質(zhì)，簡(jiǎn)稱(chēng)元在合金中凡是化學(xué)成份相同、晶格結(jié)構(gòu)相同，并有界面與其它部分分割開(kāi)的一個(gè)均勻區(qū)域，稱(chēng)為相。合金組織的種類(lèi)一）固溶體：組成合金的各組元在凝固后仍能保持溶解狀態(tài) 而形成均勻的固相叫固溶體。二）金屬化合物：合金的各組元相互化合而形成的一種新的晶體，它是單相組織。大都晶格復(fù)雜，熔點(diǎn)高，硬而脆。三）機(jī)械混合物：由兩種以上的相按一定比例混合而成（珠光體是兩相組織）間隙固溶體屬于有限固溶體，它的溶解度隨溫度的增加而增加固溶強(qiáng)化：晶格變形，導(dǎo)致金屬塑性變形

8、阻力增加，故材料強(qiáng)度增加，硬度增加；溶質(zhì)濃度增加，晶格畸變?cè)阼F碳合金中，碳存在形式：（1）以石墨形態(tài)而獨(dú)立存在；（2）溶解于鐵的晶格中；（3）和鐵形成化合物。（1）液相 （L）：高溫下，碳均勻地溶解在鐵水中，用L表示（2）鐵素體（F）：碳溶于-Fe所形成的間隙固溶體，其結(jié)構(gòu)為體心立方晶格。在727有最大的溶解度0.0218%，室溫下的溶解度僅為0.0008%，是一種軟而韌的相（3）奧氏體（A）：碳溶于-Fe所形成的間隙固溶體，結(jié)構(gòu)為面心立方晶格。在1148時(shí)有最大的溶解度2.11%，在727 時(shí)其溶碳量下降到0.77%。也是一種軟而韌的相（4）滲碳體（Fe3C）: 是一種硬而脆的相。滲碳體中碳

9、的含量為6.69%，硬度高、強(qiáng)度低、塑性差，不能單獨(dú)使用，而是與鐵素體等組成機(jī)械混合物（5）珠光體（P）：由F與Fe3C相間排列而形成的機(jī)械混合物，碳的含量為0.77%， b=800MPa =2025% 180HB，其綜合力學(xué)性能好。（6）萊氏體：高溫下是A與Fe3C組成的機(jī)械混合物（Ld）， 727以下則是由P與Fe3C組成的機(jī)械混合物（Ld'），wc=4.3%，性能硬而脆，700HB =0%。熱處理：加熱、保溫和冷卻。原理：同素異晶轉(zhuǎn)變，固溶強(qiáng)化。 普通熱處理：退火、正火、淬火、回火表面熱處理：火焰加熱 、感應(yīng)加熱表面淬火等化學(xué)熱處理：滲碳、滲氮、碳氮共滲等。鋼的退火-軟化，將鋼加

10、熱到適當(dāng)溫度，保持一定時(shí)間，然后緩慢冷卻的熱處理工藝。目的：降低硬度，便于切削加工（適宜的加工硬度為170HB230HB）；細(xì)化晶粒，均勻鋼的組織和成分，改善鋼的力學(xué)性能；消除內(nèi)應(yīng)力，以防止變形和開(kāi)裂；為最終熱處理做好組織準(zhǔn)備鋼的正火-強(qiáng)化，將鋼加熱到AC3或Accm以上3050，保溫后在空氣中冷卻的工藝。 目的：細(xì)化晶粒，提高力學(xué)性能；提高硬度，以利切削加工；消除過(guò)共析鋼中的網(wǎng)狀二次滲碳體鋼的淬火-硬化，將鋼件加熱到AC3或Ac1線以上某一溫度，保溫一定時(shí)間，然后快速冷卻以得到馬氏體（M）組織的熱處理工藝。 目的：獲得M體組織，提高鋼的硬度和耐磨性，為最終熱處理做準(zhǔn)備。鋼的回火：淬火后的鋼件

11、再加熱到AC1 點(diǎn)以下的某一溫度，保溫一定時(shí)間，然后冷卻到室溫的熱處理工藝。 目的：穩(wěn)定組織；消除應(yīng)力；提高韌性。結(jié)構(gòu)鋼：兩位數(shù)字+合金元素符號(hào)+數(shù)字工具鋼和特殊性能鋼：一位數(shù)字+合金元素符號(hào)+數(shù)字 鑄造：熔煉金屬，制造鑄型，并將熔融金屬澆入鑄型，冷凝后得到所需形狀和性能鑄件的成形方法 1.砂型鑄造 2.特種鑄造 ：金屬型鑄造；壓力鑄造；離心鑄造；熔模鑄造；陶瓷型鑄造鑄造性能是合金的流動(dòng)性、收縮性、偏析性和吸氣性等性能的綜合體現(xiàn)。金屬型鑄造（永久型鑄造）將液體金屬澆入金屬鑄型以獲得鑄件的工藝過(guò)程。壓力鑄造在高壓（505000MPa）下，快速將液態(tài)或半液態(tài)金屬壓入金屬型中，以得到鑄件。是對(duì)砂型鑄

12、造造型材料和澆注方法的改革。離心鑄造將液體金屬澆入高速旋轉(zhuǎn)的鑄型中，使金屬在離心力的作用下充填鑄型和結(jié)晶。熔模鑄造*合金的流動(dòng)：液體合金本身的流動(dòng)能力 a合金的流動(dòng)性越好，就越能容易澆注出輪廓清晰、薄而復(fù)雜的鑄件；b 有利于夾雜物和氣體的上浮和排除，減少夾雜和氣孔缺陷；c 有利于凝固過(guò)程中的補(bǔ)縮，減少縮孔和縮松。*流動(dòng)性的影響因素：a合金的種類(lèi)；b合金的化學(xué)成分和結(jié)晶特征：純金屬和共晶成分的金屬流動(dòng)性最好；結(jié)晶溫度范圍越寬，流動(dòng)性越差c合金的物理性能：粘度、結(jié)晶潛熱、導(dǎo)熱系數(shù)等。充型能力：合金充滿(mǎn)型腔，形成輪廓清晰、形狀正確的優(yōu)質(zhì)鑄件的能力。鑄造合金的收縮：鑄件在凝固和冷卻的過(guò)程中，其體積和尺

13、寸減小的現(xiàn)象。鑄造內(nèi)應(yīng)力可分為三類(lèi)：熱應(yīng)力、機(jī)械應(yīng)力和相變應(yīng)力。偏析：鑄件中化學(xué)成分不均勻的現(xiàn)象。鑄件結(jié)構(gòu)的合理性1、鑄件應(yīng)有合理的壁厚2、壁厚力求均勻：避免金屬堆積，產(chǎn)生縮孔、縮松、應(yīng)力。3、壁的連接：連續(xù)過(guò)渡，圓角連接，切忌尖角。4、盡量避免過(guò)大的水平面5、避免變形和裂紋壓力加工的分類(lèi)（軋制 、擠壓、拉拔、自由鍛、模鍛、沖壓）*常用的鍛造方法：自由鍛（手工/機(jī)械）、模鍛、胎模鍛沖壓生產(chǎn)當(dāng)板料厚度S<810mm時(shí)，通常不加熱，稱(chēng)之為冷沖壓；當(dāng)板料厚度S>810mm時(shí)，則需采用熱沖壓。沖壓生產(chǎn)的基本工序有兩大類(lèi)：分離工序和變形工序分離工序：使板料的一部分與另一部分相互分離的工序。種

14、類(lèi)：剪裁（切斷）：切口是不封閉的或是敞開(kāi)的。 沖裁：切口封閉，其包括兩類(lèi)：沖孔（帶孔的板料是成品， 沖下的部分是廢料）和落料（帶孔的板料是廢料，沖下的部分是成品）。焊接，就是在兩塊金屬之間，用局部加熱或加壓等手段，借助于金屬內(nèi)部原子的結(jié)合力，使分離的金屬連接成牢固整體的一種工藝方法焊接方法的分類(lèi)：熔化焊、壓力焊和釬焊焊接的接頭處叫焊縫，靠近焊縫的半熔化區(qū)叫熔合區(qū)，臨近熔合區(qū)的是熱影響區(qū)常用焊接方法：焊條電弧焊、埋弧自動(dòng)焊、氣體保護(hù)焊（氬/二氧化碳）、電渣焊、電阻焊、摩擦焊、釬焊焊接變形矯正的方法：機(jī)械矯正、火焰加熱矯正焊條由焊絲（導(dǎo)電、填充焊縫金屬）和藥皮（主要是保證焊縫質(zhì)量，保護(hù)、穩(wěn)弧、脫氧

15、、脫硫磷、滲合金）兩部分組成*焊條的型號(hào)E（表示碳鋼焊條）43（焊縫金屬抗拉強(qiáng)度的最小值）1（表示焊接位置）6（焊接電流種類(lèi)和藥皮類(lèi)型）表示為碳鋼焊條，焊縫b430MPa，用于全位置焊接，藥皮為低氫鉀型，交流或直流反接。焊條的牌號(hào)J（表示焊條的大類(lèi)（結(jié)構(gòu)鋼焊條）42（焊縫金屬抗拉強(qiáng)度的最小值（ b420MPa ）2（藥皮類(lèi)型和電流種類(lèi)（鈦鈣型，交、直流）切削加工分類(lèi)：1)鉗工：工人手持工具完成的切削加工（鋸、銼、刮、鏨削、劃線）2）機(jī)械加工（機(jī)加工：工人操作機(jī)床完成的切削加工）（車(chē)削、鉆削、刨削、銑削和磨削）切屑是加工過(guò)程各種物理量的綜合反映。*切屑的種類(lèi) 1) 帶狀切屑2) 節(jié)狀切屑3) 崩

16、碎切屑切削力:刀具切削時(shí)必須克服的力(主切削力Fc 、進(jìn)給力Ff 、背向力Fp)切削運(yùn)動(dòng)：1. 主運(yùn)動(dòng)：主運(yùn)動(dòng)是使刀具和工件之間產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，促使刀具前刀面接近工件而實(shí)現(xiàn)切削的運(yùn)動(dòng)，也是切削運(yùn)動(dòng)中速度最高，消耗功率最多的運(yùn)動(dòng)。（特點(diǎn)：1.切削速度最高 2.消耗機(jī)床功率最多 3.只有一個(gè)） 2. 進(jìn)給運(yùn)動(dòng)：進(jìn)給運(yùn)動(dòng)是使刀具與工件之間產(chǎn)生附加的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，與主運(yùn)動(dòng)配合，即可連續(xù)地切除切屑，獲得具有所需幾何特性的已加工表面（特點(diǎn)：1.切削速度低2.消耗機(jī)床功率的一小部分3.可能有一個(gè)，也可能有多個(gè)。）刀具材料的耐熱性由差到好的順序是： 碳素工具鋼合金工具鋼高速鋼硬質(zhì)合金*零件的加工質(zhì)量 1.加工精度（

17、尺寸、形狀、位置）2.表面質(zhì)量（表面粗糙度、已加工表面的加工硬化、殘余應(yīng)力） 生產(chǎn)率：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)生產(chǎn)的零件數(shù)，用“R0”表示，若生產(chǎn)一個(gè)零件所需要的總時(shí)間tw,則R0 = 1 / tw tw由三部分組成：tw = tm + tc + t0 tm 機(jī)加工時(shí)間，即一個(gè)零件的總切削時(shí)間；tc 輔助時(shí)間：加工準(zhǔn)備時(shí)間。包括刀具刃磨，裝卸刀具，裝卸工件，對(duì)刀，調(diào)整機(jī)床，空移刀具，工件測(cè)量等；t0 其他時(shí)間：包括擦拭機(jī)床，清掃切屑，工間休息。 *提高生產(chǎn)率的途徑：（減少零件加工的基本工藝時(shí)間tm，輔助時(shí)間tc，其他時(shí)間t0）（1）采用先進(jìn)的毛坯制造方法，減少余量；（2）選擇盡量大的切削用量（粗加工：f ap；精加工Vc）； （3）采用先進(jìn)的自動(dòng)化程度高的工夾量具； （4）采用先進(jìn)的自動(dòng)化加工機(jī)床（如數(shù)控機(jī)床，加工中心）；（5）采用提高刀具耐用度的措施減少刃磨，換刀等時(shí)