機(jī)械基礎(chǔ) 課件全套 周前 第0-16章 緒論、機(jī)械工程材料-壓力容器

緒論機(jī)械是機(jī)器與機(jī)構(gòu)的總稱。它是由力學(xué)原理組成的用于利用和轉(zhuǎn)換機(jī)械能的裝置。

機(jī)械的覆蓋面很大,無論是工業(yè)、農(nóng)業(yè),國防以及日常生活都離不開機(jī)械。

機(jī)械一般按其服務(wù)的對象分為工程機(jī)械、電力機(jī)械、冶金機(jī)械、石油機(jī)械及輕工機(jī)械等。

任何一種機(jī)械設(shè)備都是由各種材料加工成機(jī)械零件,再由若干個機(jī)械零件組成的機(jī)械設(shè)備。因此,研究機(jī)械應(yīng)從材料,加工工藝及機(jī)械原理等基礎(chǔ)知識開始。（1）本課程性質(zhì)和主要內(nèi)容從事各種專業(yè)的工程技術(shù)人員和科研人員都必須了解和熟悉有關(guān)的機(jī)械和裝備,從而才能夠正確地使用、管理、維護(hù)以及制造某些機(jī)械裝備。本門課程主要傳授機(jī)械設(shè)計與機(jī)械制造方面的有關(guān)基本知識和基本理論,培養(yǎng)和訓(xùn)練機(jī)械設(shè)計與計算的基本技能。因此,本課程是培養(yǎng)各類高級工程技術(shù)人員的重要技術(shù)基礎(chǔ)課程之一。

本課程主要包括以下4部分內(nèi)容:①機(jī)械工程材料與機(jī)械制造相關(guān)知識:主要介紹常用工程材料的種類,成分.性能、應(yīng)用;鋼的熱處理方法,零件常用加工方法.加工工藝等。②常用機(jī)構(gòu)與機(jī)械傳動:主要介紹常用機(jī)構(gòu)特點及應(yīng)用;機(jī)械傳動原理等。③聯(lián)接與軸系零部件:主要介紹螺紋聯(lián)接和軸系零部件。④其他部分:主要介紹壓力容器。(2)本課程教學(xué)的要求①通過學(xué)習(xí)常用的工程材料及鋼的熱處理,了解工程材料的成分、主要性能;熟悉常用工程材料的牌號,用途及選用原則;掌握普通的熱處理工藝以及如何用適當(dāng)?shù)臒崽幚砉に噥砀纳其摰男阅堋＂谕ㄟ^學(xué)習(xí)金屬的加工工藝,了解金屬加工的原理;熟悉常用的金屬加工工藝及設(shè)備。③通過學(xué)習(xí)機(jī)械原理及零件,熟悉常用機(jī)構(gòu)及機(jī)械的工作原理、結(jié)構(gòu)特點,培養(yǎng)具有設(shè)計和選用常用機(jī)構(gòu)的基本能力;熟悉并掌握常用零部件的工作原理、結(jié)構(gòu)特點和設(shè)計計算方法等。第1章

機(jī)械工程材料

機(jī)械工程材料是指在機(jī)械工程領(lǐng)域中用于制造工程構(gòu)件和機(jī)械零件的材料總稱。它在工業(yè),農(nóng)業(yè),國防等方面占有極其重要的地位。為了能正確地使用工程材料,就必須了解材料的性能和用途等。

按照材料的組成,可將機(jī)械工程材料分為金屬材料,陶瓷材料,高分子材料及復(fù)合材料4大類。

本章著重介紹機(jī)械工程材料的種類、成分.性能﹑組織結(jié)構(gòu)及用途等。1.1金屬材料的力學(xué)性能

金屬材料具有良好的導(dǎo)電性,導(dǎo)熱性,延展性及金屬光澤,是目前用量最大,應(yīng)用最廣泛的工程材料。

金屬材料分為黑色金屬和有色金屬兩類。

鐵及鐵合金稱為黑色金屬,即鋼鐵材料，其在機(jī)械產(chǎn)品中的用量已占整個用材的60%以上。

黑色金屬之外的所有金屬及其合金,稱為有色金屬。金屬材料的性能一般分為工藝性能和使用性能兩類。

工藝性能,是指金屬材料在所經(jīng)歷的冷,熱加工條件下表現(xiàn)出來的性能。它包括鑄造性能,焊接性能﹑鍛造性能、熱處理性能及切削加工性等。金屬材料工藝性能的好壞決定了它在制造過程中加工成形的適應(yīng)能力。

使用性能,是指金屬材料在使用條件下表現(xiàn)出來的性能,它包括力學(xué)性能、物理性能和化學(xué)性能等。金屬材料使用性能的好壞決定了它的使用范圍與使用壽命。機(jī)械零件在使用過程中將承受不同載荷的作用。金屬材料在載荷作用下抵抗破壞的性能,稱為力學(xué)性能。

金屬材料的力學(xué)性能是零件的設(shè)計和選材時的主要依據(jù)。

外加載荷性質(zhì)不同(如拉伸、壓縮,扭轉(zhuǎn),沖擊及循環(huán)載荷等),對金屬材料要求的力學(xué)性能也將不同。常用的力學(xué)性能包括強(qiáng)度﹑塑性、硬度、沖擊韌性及疲勞極限等。1.1.1彈性與剛度

評價材料力學(xué)性能最簡單和最有效的辦法就是測定材料的拉伸曲線。

將標(biāo)準(zhǔn)試樣(見圖1.1)施加一單軸拉伸載荷,使之發(fā)生變形直至斷裂,便可得到試樣伸長率(試樣原始標(biāo)距的伸長與原始標(biāo)距之比的百分率)隨應(yīng)力(試驗期間任一時刻的力除以試樣原始橫截面積之商)變化的關(guān)系曲線,稱為應(yīng)力-應(yīng)變曲線。

如圖1.2所示為低碳鋼的應(yīng)力-應(yīng)變曲線。圖1.2中,Oa'段為彈性變形階段,此時卸掉載荷,試樣恢復(fù)到原來尺寸。a'點所對應(yīng)的應(yīng)力為材料承受最大彈性變形時的應(yīng)力,稱為彈性極限。其中,0a部分為一斜直線,應(yīng)力與應(yīng)變呈比例關(guān)系,a點所對應(yīng)的應(yīng)力為保持這種比例關(guān)系的最大應(yīng)力,稱為比例極限。由于大多數(shù)材料的a’點和α點幾乎重合在一起,一般不作區(qū)分。

在彈性變形范圍內(nèi),應(yīng)力與伸長率的比值稱為彈性模量E。E實際上是0a'線段的斜率，其物理意義是產(chǎn)生單位彈性變形時所需應(yīng)力的大小。

材料受力時抵抗彈性變形的能力,稱為剛度。其指標(biāo)即為彈性模量,可通過增加橫截面積或改變截面形狀來提高零件的剛度。1.1.2強(qiáng)度與塑性(1)強(qiáng)度

材料在外力作用下抵抗塑性變形和斷裂的能力,稱為強(qiáng)度。

根據(jù)加載方式不同,強(qiáng)度指標(biāo)有許多種,如抗拉強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度﹑抗彎強(qiáng)度、抗剪強(qiáng)度及抗扭強(qiáng)度等。

其中,以拉伸試驗測得的屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度兩個指標(biāo)應(yīng)用最多。1)屈服強(qiáng)度Re

在圖1.2中,應(yīng)力超過c點后,材料將發(fā)生塑性變形。此時只產(chǎn)生塑性變形而應(yīng)力不增加,這種現(xiàn)象稱為屈服。此時,所對應(yīng)的應(yīng)力稱為屈服強(qiáng)度Re。

屈服強(qiáng)度反映材料抵抗永久變形的能力。它包含上屈服強(qiáng)度ReH和下屈服強(qiáng)度ReL。

實際上多數(shù)材料的屈服強(qiáng)度不是很明顯的,國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定材料在受拉發(fā)生微小塑性變形(εp=0.2%)時的應(yīng)力值稱為材料的規(guī)定非比例延伸強(qiáng)度。以Rp0.2表示。圖1.2中,b點所對應(yīng)的應(yīng)力為規(guī)定非比例延伸強(qiáng)度,如圖1.3所示。2)抗拉強(qiáng)度Rm

圖1.2中,ed段為均勻塑性變形階段。在這一階段,應(yīng)力隨應(yīng)變增加而增加,產(chǎn)生應(yīng)變強(qiáng)化。變形超過d點后,試樣開始發(fā)生局部塑性變形,即出現(xiàn)頸縮,隨應(yīng)變增加,應(yīng)力明顯下降，并迅速在e點斷裂。d點所對應(yīng)的應(yīng)力為材料斷裂前所承受的最大應(yīng)力,稱為抗拉強(qiáng)度Rm。

抗拉強(qiáng)度反映材料抵抗斷裂的能力,也是零件設(shè)計和評價材料的重要指標(biāo),即(2)塑性

塑性是指材料受力破壞前承受最大塑性變形的能力。其指標(biāo)為斷后伸長率和斷面收縮率。

試樣被拉斷后,標(biāo)距部分的殘余伸長與原始標(biāo)距之比的百分率,稱為伸長率A,即

試樣斷裂后,斷口處橫截面積的減少值與原始橫截面積的比值,稱為斷面收縮率Z,即式中S0——原始橫截面積,mm2;Su——斷后最小橫截面積,mm2。

顯然,A與Z值越大,材料的塑性越好。工程上以材料的伸長率或斷面收縮率確定材料的塑性。

塑性很差的材料稱為脆性材料。一般認(rèn)為,A<5%的材料稱為脆性材料。1.1.3硬度

硬度是指材料抵抗局部塑性變形的能力,現(xiàn)在多用壓入法測定,壓頭壓入金屬表面的壓痕小,表明材料抵抗變形的抗力大,其材料的硬度高。根據(jù)測量方法不同,常用的硬度指標(biāo)有布氏硬度、洛氏硬度等。(1)布氏硬度

布氏硬度(HBW)的試驗原理如圖1.4所示。將直徑為D的硬質(zhì)合金球壓頭,在一定載荷Р的作用下壓入試樣表面,保持一定時間后卸除載荷。然后,采用帶刻度的專用放大鏡測出壓痕直徑d,并根據(jù)d的數(shù)值從專業(yè)的硬度表格中查出相應(yīng)的HBW值。布氏硬度習(xí)慣上只寫出硬度值而不必注明單位,符號HBW之前的數(shù)字表示硬度值,符號后面的數(shù)字按順序分別表示球體直徑、載荷及載荷保持時間(10~15s不標(biāo)注)。例如，500HBW5/750表示直徑為5mm的鋼球在7.35kN載荷作用下,保持10~15s測得的布氏硬度值為500。

布氏硬度的優(yōu)點是測量誤差小,數(shù)據(jù)穩(wěn)定;缺點是壓痕大,不能用于超薄件或成品件。

最常用的鋼球壓頭適于測定退火鋼、正火鋼、調(diào)質(zhì)鋼、鑄鐵及有色金屬的硬度。

(2)洛氏硬度

洛氏硬度(HR)的試驗原理是根據(jù)壓痕的深度來衡量硬度的,如圖1.5所示。

在初載荷和總載荷(初載荷與主載荷之和)的先后作用下,將硬質(zhì)合金球壓頭壓入試樣表面,保持一定時間后卸除主載荷,用測量的殘余壓痕深度增量(h1-h0)計算硬度值(h0為初載荷壓入的深度，h1為卸除主載荷后殘余壓痕的深度)。洛氏硬度用符號HR表示,根據(jù)壓頭類型和主載荷不同,分為9個標(biāo)尺。常用的標(biāo)尺為A、B、C,見表1.1l。符號HR前面的數(shù)字為硬度值,后面為使用的標(biāo)尺。例如,50HRC表示用C標(biāo)尺測定的洛氏硬度值為50。實際測量時,硬度值可直接從洛氏硬度計的表盤上直接讀出。

洛氏硬度的優(yōu)點是操作簡便、壓痕小,適用范圍廣。缺點是測量結(jié)果分散度大。1.1.4沖擊韌性

許多機(jī)械零件,構(gòu)件或工具在服役時,會受到?jīng)_擊載荷的作用,如活塞銷.沖模和鍛模等。材料抵抗沖擊載荷作用而不破壞的能力,稱為沖擊韌性。在如圖1.6所示的擺錘式?jīng)_擊試驗機(jī)上,用規(guī)定高度的擺錘對處于簡支梁狀態(tài)的缺口試樣進(jìn)行一次沖斷,可測得沖擊吸收能量(J),用K表示。

針對不同的缺口幾何形狀(V形和U形)以及不同的擺錘刀刃半徑(2或8分別表示擺錘刀刃半徑為2mm或8mm),測得沖擊吸收能量表示為KV2。1.1.5疲勞強(qiáng)度實際工作中的構(gòu)件常常是在交變載荷的作用下。所謂交變載荷,是指大小或方向隨時間而變化的載荷。在這種載荷的作用下,材料常常在遠(yuǎn)低于其屈服強(qiáng)度的應(yīng)力下發(fā)生斷裂,這種現(xiàn)象稱為疲勞。

材料承受的交變應(yīng)力σ與斷裂時應(yīng)力循環(huán)次數(shù)N之間的關(guān)系是隨交變應(yīng)力σ下降,N值增加。材料經(jīng)無數(shù)次應(yīng)力循環(huán)后仍不發(fā)生斷裂時的最大應(yīng)力,稱為疲勞極限。對于對稱循環(huán)交變應(yīng)力的疲勞極限用σ-1表示。實際中,作無限次應(yīng)力循環(huán)的疲勞試驗是不可能的。

對于鋼鐵材料，一般規(guī)定疲勞極限對應(yīng)的應(yīng)力循環(huán)次數(shù)為107,有色金屬為108。

金屬的疲勞強(qiáng)度與本身的質(zhì)量.零件表面狀況,結(jié)構(gòu)形狀及承受載荷的性質(zhì)等許多因素有關(guān)。提高零件的疲勞抗力,除應(yīng)合理選材外,還應(yīng)注意其結(jié)構(gòu)形狀,避免應(yīng)力集中,減少缺陷，還可采用提高表面光潔度和表面強(qiáng)化等方法。

1.2鐵碳合金相圖

鋼鐵合金是碳鋼和鑄鐵的統(tǒng)稱,是工業(yè)中應(yīng)用最廣的鐵碳合金。含碳量為0.0218%～2.11%的稱為碳鋼,大于2.11%的稱為鑄鐵。鐵碳合金相圖是研究鐵碳合金最基本的理論依據(jù),是研究碳鋼和鑄鐵的成分、溫度、組織及性能之間關(guān)系的理論基礎(chǔ),也是制訂熱加工、熱處理、冶煉和鑄造等工藝的依據(jù)。

鐵和碳可形成一系列穩(wěn)定化合物:Fe3C,Fe2C,FeC。它們都可作為純組元看待,但由于含碳量大于Fe3C成分(6.69%C)時,合金太脆,已無實用價值,因此,這里所討論的鐵碳合金相圖實際上是Fe-Fe3C相圖。12.1鐵碳合金的組元和相（1）純鐵及鐵基固溶體純鐵在固態(tài)下有

-Fe、

-Fe和

-Fe三種同素異構(gòu)體。通常所說的工業(yè)純鐵是指室溫下的

-Fe，其強(qiáng)度、硬度低，塑性、韌性好。鐵的3種同素異構(gòu)體都可以溶解一定量的碳形成間隙固溶體。1）鐵素體碳在

-Fe中的固溶體稱為鐵素體。用符號F或

表示。鐵素體為體心立方晶格，其溶碳能力很低，在727℃時最高，為0.0218%，而在室溫下僅為0.0008%。其性能與純鐵相似，即強(qiáng)度、硬度低，塑性、韌性高。2）奧氏體碳在

-Fe中的固溶體稱為奧氏體。用符號A或

表示。奧氏體為面心立方晶格，其溶碳能力比鐵素體高，1148℃時最大，為2.11%。

奧氏體強(qiáng)度低、塑性好，因而鋼材的熱加工都在奧氏體相區(qū)進(jìn)行。碳鋼室溫下的組織中無奧氏體，但當(dāng)鋼中含有某些合金元素時，可部分或全部變?yōu)閵W氏體組織。2）奧氏體碳在

-Fe中的固溶體稱為奧氏體。用符號A或

表示。奧氏體為面心立方晶格，其溶碳能力比鐵素體高，1148℃時最大，為2.11%。

奧氏體強(qiáng)度低、塑性好，因而鋼材的熱加工都在奧氏體相區(qū)進(jìn)行。碳鋼室溫下的組織中無奧氏體，但當(dāng)鋼中含有某些合金元素時，可部分或全部變?yōu)閵W氏體組織。（2）滲碳體滲碳體（即Fe3C）是鐵與碳的間隙化合物，含碳量為6.69%，用Fe3C或Cm表示。滲碳體的硬度很高（HB

800），塑性和韌性幾乎為零。滲碳體在鋼和鑄鐵中一般呈片狀、網(wǎng)狀或球狀存在。它的尺寸、形狀和分布對鋼的性能影響很大，是鐵碳合金的重要強(qiáng)化相。滲碳體是亞穩(wěn)相，在一定的條件下，它將發(fā)生分解：Fe3C

3Fe+C，所分解出的單質(zhì)碳稱為石墨，該分解反應(yīng)對鑄鐵有著重要意義。由于碳在

-Fe中的溶解度很低，所以常溫下碳在鐵碳合金中主要以滲碳體或石墨的形式存在。1.2.2鐵碳合金相圖的分析1.2.3典型鐵碳合金

鐵碳相圖上的合金,按成分可分為以下3類:(1)工業(yè)純鐵(＜0.0218%C)其顯微組織為鐵素體晶粒,工業(yè)上很少應(yīng)用。(2)碳鋼(0.0218%～2.11%C)其特點是高溫組織為單相A,易于變形,碳鋼又分為亞共析鋼(0.0218%～0.77%C),共析鋼(0.77%C)和過共析鋼(0.77%～2.11%C)。(3)白口鑄鐵(2.11%~6.69%C)其特點是鑄造性能好,但硬而脆,白口鑄鐵又分為亞共晶白口鑄鐵(2.11%～4.3%C),共晶白口鑄鐵(4.3%C)和過共晶白口鑄鐵(4.3%～6.69%C)。如圖1.8所示為典型鐵碳合金在鐵碳合金相圖中的位置圖。1.2.4鐵碳合金相圖在工程上的應(yīng)用鐵碳合金相圖在選擇和使用材料、金屬加工、熱處理以及選配合金鋼、合金鑄鐵等方面有重要的作用。(1)含碳量對鐵碳合金室溫平衡組織的影響從相的角度看，鐵碳合金在室溫下只有鐵素體和滲碳體兩個相，隨含碳量增加，滲碳體的量呈線性增加。但是從組織角度看，隨含碳量增加，組織中滲碳體不僅數(shù)量增加，而且形態(tài)也在變化，由分布在鐵素體基體內(nèi)的片狀（共析滲碳體）變?yōu)榉植荚趭W氏體晶界上的網(wǎng)狀(過共析鋼中的二次滲碳體)，最后形成萊氏體時，滲碳體已作為基體出現(xiàn)。(2)含碳量對力學(xué)性能的影響如前所述，鐵素體強(qiáng)度、硬度低，塑性好，而滲碳體則是硬而脆的相。亞共析鋼隨含碳量增加，珠光體量增加，由于珠光體的強(qiáng)化作用，鋼的強(qiáng)度、硬度升高，塑性、韌性下降，當(dāng)成分為0.77%C時,組織為100%的珠光體，鋼的性能即珠光體的性能。當(dāng)含碳量大于0.9%時，過共析鋼中的二次滲碳體在奧氏體晶界上形成連續(xù)網(wǎng)狀，因而強(qiáng)度下降，但硬度仍直線上升。含碳量大于2.11%，由于組織中出現(xiàn)以滲碳體為基的萊氏體，此時因合金太脆而使白口鑄鐵在工業(yè)上很少應(yīng)用。含碳量對平衡狀態(tài)下碳鋼力學(xué)性能的影響如圖1.9所示。(3)含碳量對工藝性能的影響鐵碳合金相圖是選擇熱加工工藝的重要依據(jù),在鑄造、軋鍛,焊接和熱處理方面應(yīng)用很廣。鐵碳合金相圖(與鑄鍛工藝的關(guān)系如圖1.10所示)，從圖中看出，鑄鐵的澆注溫度低。越是接近共晶點C的鐵碳合金結(jié)晶時，液相線溫度低，合金的流動性好；液固線距離近，偏析傾向小，所以鑄鐵的鑄造性能大大優(yōu)于鑄鋼。鐵碳合金相圖中有很廣闊的奧氏體區(qū)，面心立方晶格的高溫奧氏體有優(yōu)良的塑性和較低的強(qiáng)度，塑性變形抗力很低，是熱鍛、熱軋極好的組織，軋、鍛溫度一般選在圖中影線部分。鍛造的原則是始鍛(軋)溫度不宜過高，終鍛溫度不宜過低，以防止鍛(軋)造裂紋出現(xiàn)。

不同成分的鐵碳合金冷卻后組織不同，在焊接時要選擇不同的焊接工藝。如鍋爐中有大量不同材質(zhì)的管道，其中含碳量越低的鋼焊接性能越好，含碳量增加時，隨著焊件壁厚的增加，需要預(yù)熱和焊后退火處理。1.3碳鋼目前使用的金屬材料中,碳鋼占有重要的地位。這不僅因為它的價格較為低廉,冶煉較為容易,同時還能滿足大多數(shù)工程上的要求。工程上使用的碳鋼一般是指含碳量不超過1.4%且含有錳、硅、硫、磷等雜質(zhì)的鐵碳合金。1.3.1常存雜質(zhì)對碳鋼性能的影響

碳、錳、硅、硫、磷是碳鋼中的常存元素,統(tǒng)稱5大元素。在煉鋼時,要對它們的含量進(jìn)行分析和控制。碳在鋼中的影響已如前述。錳、硅、硫、磷則稱為常存雜質(zhì),它們的含量對碳鋼的性能也有較大的影響。(1)錳的影響錳作為煉鋼時的脫氧劑而殘存在鋼中。它以置換固溶體的形式溶入鐵素體,可提高鋼的強(qiáng)度。特別是它能與鋼中的硫,化合形成高熔點的MnS化合物,可消除硫的熱脆性,因此,錳是有益元素。在碳鋼中錳的含量一般不超過1.2%。(2)硅的影響

硅與錳相似,也是煉鋼脫氧時殘存在鋼中的。硅溶入鐵素體可起固溶強(qiáng)化的作用,但含量增多時使鋼變脆,碳鋼中硅的含量一般在0.4%以下。(3)硫的影響

硫是從礦石和燃料中帶來而殘存在鋼中。硫不溶于鐵,但容易以FeS

的形式與Fe形成低熔點共晶體并存在于晶界上,這種共晶體在985℃時熔化,使得在1100～1200℃軋,鍛鋼材時發(fā)生晶間開裂而報廢,稱為熱脆性,故硫是有害元素,在鋼中的含量要控制在0.055%以下。(4)磷的影響

磷也是礦石經(jīng)冶煉殘存在鋼中的有害雜質(zhì),它可溶入鐵素體中使鋼的韌性下降,并使鋼變脆,這種現(xiàn)象稱為冷脆性。磷在鋼中的含量被限制在0.045%以內(nèi)。除了以上4種常存雜質(zhì)外,還有氫,氧,氮等殘存于鋼中,這些氣體易于形成白點、氣孔和非金屬夾雜物。特別是氧化物夾雜,如SiO2、MnO等。這些缺陷存在均使鋼材質(zhì)量下降。對于重要的設(shè)備零件,如汽輪機(jī)輪轂、葉片等,要求非金屬夾雜物限定在一定范圍內(nèi)。1.3.2碳鋼的分類碳鋼的分類方法很多,通常按照鋼的含碳量、質(zhì)量和用途分類。(1)按含碳量分類①低碳鋼:含碳量不大于0.25%。②中碳鋼:含碳量為0.25%～0.6%。③高碳鋼:含碳量大于0.6%。(2)按鋼的質(zhì)量分類①碳素鋼:鋼中含S≤0.055%,P≤0.045%。②優(yōu)質(zhì)碳素鋼:鋼中含S≤0.040%,P≤0.040%。③高級優(yōu)質(zhì)碳素鋼:鋼中含S≤0.030%,P≤0.035%。(3)按鋼的用途分類①碳素結(jié)構(gòu)鋼:用于制造工程構(gòu)件及機(jī)械零件。一般為低、中碳鋼。②碳素工具鋼:用于制造各種工具、刀具,量具,模具等。一般屬于高碳鋼。1.3.3碳素結(jié)構(gòu)鋼

這類鋼的牌號是按照力學(xué)性能中的屈服強(qiáng)度分成5種來編號的,數(shù)字越大說明屈服強(qiáng)度值越高,碳鋼中的含碳量也越高;塑性也就越低。5種碳素結(jié)構(gòu)鋼的牌號及化學(xué)成分見表1.3。碳素結(jié)構(gòu)鋼用于制作螺栓﹑螺母、鋼板、圓鋼.鋼管以及各類型鋼,廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造及建筑等行業(yè)中。1.3.4優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼(1)正常含錳量的優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼(2)較高含錳量的優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼(3)優(yōu)質(zhì)鋼在優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼中,對于專門用途的優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼編號,是在鋼號前面或后面加一個表示用途的漢字或漢字的拼音符號。例如,作焊絲用的寫作HO8,鍋爐用的20號優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼可寫作20g(或20鍋),20g可用作鍋爐鋼板、壓力容器和鍋爐水冷壁管及小型汽包等。優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼的應(yīng)用很廣泛。低碳優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼可用作橋梁,起重及工程機(jī)械,鋼結(jié)構(gòu)件,還可滲碳后使用,制作機(jī)械零件;中碳優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼可經(jīng)調(diào)質(zhì)后制作軸.齒輪,溫度不超過450℃的汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子,聯(lián)軸器和汽缸緊固件;中,高碳優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼可用作各類彈簧.板簧和鋼絲繩等。優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼一般經(jīng)熱處理后使用,或在正火狀態(tài)下供應(yīng)。若是含S.P量更低的稱為高級優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼,就在鋼號后面加寫A字(或高字),如20A(或20高)。1.3.5碳素工具鋼

碳素工具鋼的含碳量一般為0.65%～1.35%。編號方法是用字母T(或碳)加數(shù)字表示，數(shù)字表示含碳量的千分之幾。例如,T8、T12(碳8,碳12)表示含碳量為0.8%,1.2%的碳素工具鋼。鋼號有T7,T8,….,T13(碳7,碳8,……,碳13)。碳素工具鋼含S,P量均較少,屬于優(yōu)質(zhì)鋼。若為高級優(yōu)質(zhì)碳素工具鋼,則在鋼號后面加寫A字(或高字),如T8A、T12A(碳8高,碳12高)。常用碳素工具鋼或高級優(yōu)質(zhì)碳素工具鋼的牌號,成分及用途見表1.5。1.4鋼的熱處理熱處理是指通過將鋼在固態(tài)下加熱、保溫和冷卻,以改變鋼的組織結(jié)構(gòu),從而獲得所需要性能的一種工藝。

熱處理是一種重要的加工工藝,在機(jī)械制造業(yè)已被廣泛應(yīng)用。通常用溫度-時間坐標(biāo)繪出熱處理工藝曲線,如圖1.11所示。熱處理區(qū)別于其他加工工藝如鑄造、壓力加工等的特點是只通過改變工件的組織來改變性能，而不改變其形狀。熱處理只適用于固態(tài)下發(fā)生相變的材料，不發(fā)生固態(tài)相變的材料不能用熱處理來強(qiáng)化。描述熱處理時鋼中組織轉(zhuǎn)變的規(guī)律稱為熱處理原理。根據(jù)熱處理原理制定的溫度、時間、介質(zhì)等參數(shù)稱為熱處理工藝。根據(jù)加熱、冷卻方式及鋼組織性能變化特點不同，將熱處理工藝分類如下：⑴普通熱處理：退火、正火、淬火和回火。⑵表面熱處理：表面淬火、化學(xué)熱處理。⑶其他熱處理：真空熱處理、形變熱處理、控制氣氛熱處理、激光熱處理等。根據(jù)在零件生產(chǎn)過程中所處的位置和作用不同，又可將熱處理分為預(yù)備熱處理與最終熱處理。

預(yù)備熱處理是指為隨后的加工（冷拔、沖壓、切削）或進(jìn)一步熱處理做準(zhǔn)備的熱處理。

最終熱處理是指賦予工件所要求的使用性能的熱處理。1.4.1鋼在加熱時的轉(zhuǎn)變

加熱是熱處理的第一道工序。加熱分兩種:一種是在A1以下加熱,不發(fā)生相變;另一種是在臨界點(Ac1,Ac3,Accm)以上加熱,目的是為了獲得均勻的奧氏體組織,這一過程稱為奧氏體化。鋼在加熱時奧氏體的形成過程是一個形核和長大的過程。以共析鋼為例，其奧氏體化過程可簡單地分為四個步驟，如圖所示。1.4.2鋼在冷卻時的轉(zhuǎn)變

冷卻是熱處理更重要的工序,因為鋼的常溫性能與其冷卻后的組織直接有關(guān)。鋼在不同的過冷度下可轉(zhuǎn)變?yōu)椴煌慕M織,包括平衡組織和非平衡組織。(1)過冷奧氏體的轉(zhuǎn)變產(chǎn)物及轉(zhuǎn)變過程處于臨界點A1以下的奧氏體稱為過冷奧氏體。過冷奧氏體是非穩(wěn)定組織，遲早要發(fā)生轉(zhuǎn)變。隨過冷度不同，過冷奧氏體將發(fā)生三種類型轉(zhuǎn)變，即珠光體轉(zhuǎn)變、貝氏體轉(zhuǎn)變和馬氏體轉(zhuǎn)變?，F(xiàn)以共析鋼為例說明。1)珠光體轉(zhuǎn)變(a)光學(xué)顯微鏡下形貌400×(b)電子顯微鏡下形貌珠光體組織1)珠光體轉(zhuǎn)變(a)光學(xué)顯微鏡下形貌400×(b)電子顯微鏡下形貌索氏體組織1)珠光體轉(zhuǎn)變托氏體組織圖珠光體轉(zhuǎn)變過程示意圖2)貝氏體轉(zhuǎn)變(a)光學(xué)顯微鏡下形貌400×(b)電子顯微鏡下形貌

上貝氏體組織2)貝氏體轉(zhuǎn)變(a)光學(xué)顯微鏡下形貌400×(b)電子顯微鏡下形貌下貝氏體組織3)馬氏體轉(zhuǎn)變馬氏體晶格示意圖3)馬氏體轉(zhuǎn)變馬氏體形態(tài)與含碳量的關(guān)系馬氏體的硬度、韌性與含碳量的關(guān)系(2)過冷奧氏體的等溫轉(zhuǎn)變在熱處理中，通常有兩種冷卻方式，即等溫冷卻和連續(xù)冷卻，如圖所示。1.4.3鋼的退火與正火

機(jī)械零件的一般加工工藝路線為:毛坯(鑄、鍛)→預(yù)備熱處理→機(jī)加工→最終熱處理。退火與正火工藝主要用于預(yù)備熱處理,只有當(dāng)工件性能要求不高時才作為最終熱處理。(1)退火

將鋼加熱至適當(dāng)溫度保溫,然后緩慢冷卻(爐冷)的熱處理工藝,稱為退火。退火后的組織接近于鋼在平衡狀態(tài)下的組織。1)退火目的①調(diào)整硬度,便于切削加工。工件經(jīng)鑄造或鍛造等熱加工后,硬度常偏高或偏低,而且不均勻,嚴(yán)重影響切削加工。適當(dāng)?shù)耐嘶鹛幚砜墒构ぜ挠捕日{(diào)整為170～250HB,從而改善切削加工性能。②消除殘余內(nèi)應(yīng)力,防止在后續(xù)加工或熱處理中發(fā)生變形和開裂。

③細(xì)化晶粒,提高力學(xué)性能或為最終熱處理作組織準(zhǔn)備。2)退火工藝

退火的種類很多,常用的有完全退火,等溫退火.球化退火、均勻化退火、去應(yīng)力退火及再結(jié)晶退火。

①完全退火

是指將工件加熱到臨界溫度以上30～50℃保溫后緩冷的退火工藝。完全退火主要用于亞共析鋼,使中碳以上的鋼軟化以便于切削加工,并消除內(nèi)應(yīng)力。

②等溫退火

是指將亞共析鋼,共析鋼和過共析鋼加熱到臨界溫度以上30～50℃,保溫后快冷到某一溫度,在此溫度下停留,待相變完成后出爐空冷的退火工藝。③球化退火

是指將工件加熱到臨界溫度以上30～50℃充分保溫后緩冷,從而使珠光體中的滲碳體球狀化的退火工藝。球化退火主要用于共析鋼和過共析鋼,目的在于降低硬度,改善切削加工性能,并為后續(xù)熱處理作組織準(zhǔn)備。

④擴(kuò)散退火

又稱均勻化退火,是將鋼錠、鑄件或鍛坯加熱至略低于固相線的溫度下長時間保溫,然后緩慢冷卻以消除化學(xué)成分不均勻現(xiàn)象的熱處理工藝。⑤去應(yīng)力退火

是將鋼件加熱至500～600℃(低于A。點)溫度,適當(dāng)保溫,然后緩慢冷卻到室溫,這種退火處理稱為去應(yīng)力退火,又稱低溫退火。去應(yīng)力退火一般用于鑄件.鍛件及焊接件;目的是消除內(nèi)應(yīng)力,便于隨后的加工或者在以后的使用過程中不易變形或開裂。

⑥再結(jié)晶退火

是將經(jīng)過冷變形的工.件加熱到一定溫度(再結(jié)晶溫度以上),保溫一段時間然后緩慢冷卻的退火工藝。目的是消除冷變形引起的冷作硬化,恢復(fù)材料塑性以便進(jìn)一步的塑性加工;或者是保證一定的使用性能。(2)正火

將鋼件加熱到臨界溫度以上30～50℃,保溫一定時間,然后在空氣中冷卻至室溫,這種熱處理工藝稱為正火。

正火與退火的主要區(qū)別是冷卻速度較快,因此,奧氏體轉(zhuǎn)變成的珠光體片層就較薄,晶粒較細(xì),強(qiáng)度與硬度較高。

正火的主要目的是細(xì)化晶粒,消除鍛﹑軋和焊接件的組織缺陷,改善鋼的力學(xué)性能。正火主要用于以下3個方面:①作為普通結(jié)構(gòu)零件的最終熱處理。因為正火可消除鑄造或鍛造中產(chǎn)生的過熱缺陷,細(xì)化晶粒,提高鋼的強(qiáng)度﹑硬度和韌性,因此能滿足普通結(jié)構(gòu)件使用時的性能要求。

②用于改善低碳鋼的切削加工性能。一般認(rèn)為,金屬材料的硬度在160～230HB時切削加工性能較好。低碳鋼退火狀態(tài)的硬度普遍低于160HB,切削時易“黏刀”,零件的表面質(zhì)量也較差。正火后,可適當(dāng)提高其硬度,以改善切削加工性能。

③作為較為重要的零件預(yù)備性熱處理。合金結(jié)構(gòu)鋼在調(diào)質(zhì)前用正火來調(diào)整一下組織,以獲得均勻而細(xì)密的結(jié)構(gòu);過共析鋼在球化退火前用正火來消除組織中的網(wǎng)狀滲碳體。

1.4.4鋼的淬火與回火(1)淬火淬火是指將鋼加熱到臨界溫度以上30～50℃,保溫后以大于vk的速度冷卻,使奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體的熱處理工藝。

淬火的目的就是為了獲得馬氏體,提高鋼的力學(xué)性能。淬火是鋼的最重要的強(qiáng)化方法,也是應(yīng)用最廣的熱處理工藝之一。理想淬火介質(zhì)的冷卻曲線(見圖1.14)應(yīng)只在C曲線“鼻尖”處快冷,而在Ms附近盡量緩冷,以達(dá)到既獲得馬氏體組織,又減小內(nèi)應(yīng)力的目的。但目前還沒有找到這種理想的淬火介質(zhì)。常用的淬火介質(zhì)是水和油。淬火方法采用適當(dāng)?shù)拇慊鸱椒梢詮浹a(bǔ)冷卻介質(zhì)的不足。常用的淬火方法如圖所示。l)單介質(zhì)淬火法：操作簡單,易實現(xiàn)機(jī)械化,應(yīng)用較廣。2)雙介質(zhì)淬火法：主要用于形狀復(fù)雜的碳鋼工件及大型合金鋼工件。3)分級淬火法：顯著降低工件的內(nèi)應(yīng)力,減少變形或開裂的傾向。4)等溫淬火法：適用于形狀復(fù)雜及要求較高的小型件。(2)回火

回火是指將淬火鋼加熱到A，以下的某溫度保溫后冷卻的工藝。1)回火的目的①減少或消除淬火內(nèi)應(yīng)力,防止工件變形或開裂。②獲得工藝所要求的力學(xué)性能。③穩(wěn)定工件尺寸。④對于某些高淬透性的鋼,由于空冷即可淬火,如采用退火則軟化周期太長,而采用回火軟化則既能降低硬度,又能縮短軟化周期。淬火鋼不經(jīng)回火一般不能直接使用,為避免淬火件在放置過程中發(fā)生變形或開裂,鋼件經(jīng)淬火后應(yīng)及時進(jìn)行回火。2)回火的種類根據(jù)鋼的回火溫度范圍,可將回火分為以下3類:①低溫回火主要用于處理各種工具,模具.軸承及經(jīng)滲碳和表面淬火的工件。②中溫回火主要用于各類彈簧的處理。③高溫回火通常把淬火加高溫回火的熱處理工藝,稱為“調(diào)質(zhì)處理”,簡稱“調(diào)質(zhì)”。廣泛用于各種重要結(jié)構(gòu)件,如連桿.軸﹑齒輪等的處理,也可作為某些要求較高的精密零件,量具等的預(yù)備熱處理。1.4.5鋼的表面熱處理(1)表面淬火表面淬火是指在不改變鋼的化學(xué)成分及心部組織的情況下,利用快速加熱,將表層奧氏體化后進(jìn)行淬火,以強(qiáng)化零件表面的熱處理方法。1)表面淬火用材及預(yù)備熱處理2)表面淬火后的回火及組織3)表面淬火常用加熱方法：①感應(yīng)加熱②火焰加熱(2)化學(xué)熱處理

化學(xué)熱處理是指將工件置于特定介質(zhì)中加熱保溫,使介質(zhì)中活性原子滲入工件表層,從而改變工件表層化學(xué)成分和組織,進(jìn)而改變其性能的熱處理工藝。根據(jù)滲入的元素不同,化學(xué)熱處理可分為滲碳、氮化、多元共滲及滲其他元素等。化學(xué)熱處理由以下3個基本過程組成①介質(zhì)(滲劑)的分解,即加熱時介質(zhì)中的化合物分子發(fā)生分解并釋放出活性原子。②工件表面的吸收,即活性原子向固溶體中溶解或與鋼中某些元素形成化合物。③原子向內(nèi)部擴(kuò)散,即溶入的元素原子在濃度梯度的作用下由表層向鋼內(nèi)部的擴(kuò)散。1.5合金鋼

合金鋼是以鐵和碳元素為基礎(chǔ),為了滿足某方面的性能要求,有目的加入一些其他元素冶煉而成的鋼。這種有目的加入的元素,稱為合金元素。

常用的合金元素有鉻、錳、硅、鉬、鎢、釩.鈦.記、硼.鎳、誥.稀土等。合金元素加入后,可提高鋼的力學(xué)性能,改善鋼的工藝性能。有些合金元素的含量達(dá)到一定時,還可使鋼具有某些特殊的力學(xué)性能或某些特殊的物理化學(xué)性能。1.5.1合金元素對鋼的影響(1)合金元素在鋼中的存在形式及對性能的影響1)合金元素溶入鐵素體2)形成碳化物(2)合金元素對鋼熱處理的影響1)合金元素對奧氏體化的影響2)合金元素對過冷奧氏體轉(zhuǎn)變的影響3)合金元素對回火轉(zhuǎn)變的影響1.5.2合金鋼的分類及編號方法(1)合金鋼的分類合金鋼的種類繁多,通常按鋼的成分和用途來進(jìn)行分類。1)按化學(xué)成分分類①按合金元素總含量的多少,可分為低合金鋼(合金元素含量小于5%),中合金鋼(合金元素含量為5%-10%)及高合金鋼(合金元素含量大于10%)。②按加入的合金元素品種,可分為錳鋼﹑鉻鋼﹑鉻鉬鋼等。2)按用途分類①合金結(jié)構(gòu)鋼合金結(jié)構(gòu)鋼又分為兩類:一類為建筑及工程結(jié)構(gòu)用鋼,即普通低合金鋼;另一類為機(jī)器制造用鋼,分為滲碳鋼,調(diào)質(zhì)鋼、彈簧鋼及滾動軸承鋼等。②合金工具鋼合金工具鋼又分為3類:刃具鋼(包括低合金刃具鋼及高速鋼),模具鋼(包括熱模具鋼和冷模具鋼)量具鋼。③特殊性能鋼特殊性能鋼又按所具有的特殊物理、化學(xué)和力學(xué)性能,分為磁鋼、不銹鋼、耐熱鋼、耐磨鋼等。(2)合金鋼的編號方法我國合金鋼的牌號是按照合金鋼的用途和化學(xué)成分,用數(shù)字和元素的化學(xué)符號相結(jié)合的方法來表示的。1)合金結(jié)構(gòu)鋼這類鋼的編號是;兩位數(shù)字+元素符號+數(shù)字。兩位數(shù)字表示鋼中平均含碳量的萬分?jǐn)?shù);元素符號是指所含的合金元素;數(shù)字表示該元素在鋼中平均含量的百分?jǐn)?shù)。合金元素在鋼中的平均含量小于1%或1.5%時,鋼號中只標(biāo)明元素符號,不標(biāo)數(shù)字。如果數(shù)字為2或3,則表示該元素的平均含量為1.5%-2.5%或2.5%-3.5%,以此類推。例如：40Mn2表示鋼中平均含碳量為0.4%,平均含錳量為2%;20Cr3MoWV表示鋼中平均含碳量為0.2%,平均含鉻量為3%,鉬、鎢、釩元素的含量均小于1.5%。

合金結(jié)構(gòu)鋼中,滾動軸承鋼的編號有些特殊,是用“G”字起首,不標(biāo)含碳量,而標(biāo)所含鉻的元素符號Cr及其平均含量的千分?jǐn)?shù)。

例如,CCrl5表示含碳量0.95%-1.05%,含鉻量1.3%-1.65%的滾動軸承鋼。2)合金工具鋼這類鋼的編號是:一位數(shù)字(或無數(shù)字)+元素符號+數(shù)字。一位數(shù)字表示含碳量的千分?jǐn)?shù),合金元素及其含量的表示方法與合金結(jié)構(gòu)鋼相同。如果合金工具鋼中的含碳量大于或等于1.0%,用來表示含碳量的數(shù)字就省略,否則易與合金結(jié)構(gòu)鋼的鋼號混淆。

高合金工具鋼中的高速鋼,其含碳量雖小于1%,但在鋼號中也不標(biāo)出含碳量的數(shù)字。3)特殊性能鋼特殊性能鋼一般可分為高合金與低合金兩大類。

高合金的特殊性能鋼的鋼號表示方法與合金工具鋼相似。

例如要2Crl3表示鋼中平均含碳量為0.2%,平均含鉻量為13%;又如，1Cr18Ni9Ti表示鋼中平均含碳量0.1%,平均含鉻量為18%,平均含鎳量為9%,含鈦量小于1%。在某些情況下,高合金特殊性能鋼的含碳量,在鋼號中也不標(biāo)出,而直接寫出所含的合金元素及其含量。1.5.3合金結(jié)構(gòu)鋼用于制造各種機(jī)械零件以及用于制造各種工程結(jié)構(gòu)的鋼,稱為結(jié)構(gòu)鋼。合金結(jié)構(gòu)鋼中常用的合金元素為錳、硅、鉻、鎳、鎢、鉬、釩.鈦等。錳、鉻,鎳等元素對提高鋼的綜合力學(xué)性能起著主要作用,可稱為主加元素。鎢、鉬、釩.鈦等元素加入后能提高鋼的淬透性,細(xì)化晶粒,為進(jìn)一步改善鋼的性能起著輔助作用,可稱為輔加元素。

合金結(jié)構(gòu)鋼按成分以及用途的不同,又可分為普通低合金鋼,滲碳鋼、調(diào)質(zhì)鋼、彈簧鋼及滾動軸承鋼等。1.5.4工具鋼

工具鋼又可分為刃具鋼、量具鋼,模具鋼等。

工具鋼的用途不同,對力學(xué)性能的要求也不同。工具鋼的含碳量一般較高,為0.65%-1.5%,主要加入的元素有鉻、鎢、鉬、釩等。鉻是最基本的加入元素,能有效地提高鋼的淬透性,從而增加鋼的硬度和耐磨性。鎢、鉬、釩都是碳化物形成元素,加入后通過彌散硬化,可顯著地提高鋼的熱硬性和耐磨性。(1)刃具鋼

刃具鋼主要是指制造車刀、銑刀、鉆頭、絲錐、板牙等切削刀具的鋼種。

刃具在工作中受到很大的切削力、振動、摩擦及切削熱的作用。

因此,刃具鋼應(yīng)具有高硬度、高耐磨性,并能在高溫狀態(tài)下維持其高硬度,即有熱硬性。此外,刃具鋼還應(yīng)有足夠的強(qiáng)度和韌性,以免在切削過程中發(fā)生斷裂或崩刃。合金刃具鋼按其成分和性能分為低合金刃具鋼和高速鋼。(2)量具鋼

量具鋼用于制造各種測量工具,如卡尺、千分尺、塊規(guī)、塞規(guī)及螺旋測微儀等。

測量工具的工作面應(yīng)有高的硬度和耐磨性,并要求熱處理時變形小,使用過程中尺寸穩(wěn)定。

量具鋼無專用鋼種。精度要求一般,形狀簡單的量具可用TIOA、T12A、9SiCr等鋼制造。板形量規(guī)(樣板、卡板)可用60Mn、65Mn合金彈簧鋼來制造。精度要求較高的量規(guī),則用低合金刃具鋼CrMn

、SiMn或滾動軸承鋼GCr15來制造。(3)模具鋼

模具鋼是用以制造各種冷熱模具的鋼種,分為冷作模具鋼和熱作模具鋼。1)冷模具鋼用于制造金屬在冷態(tài)下成型的模具,如冷沖模,冷剪切模,冷彎模冷擠壓模等。2)熱模具鋼用于制造金屬在高溫狀態(tài)下成型的模具,如鑄模,鍛模,熱擠壓模等。

熱模具鋼一般是含碳量為0.3%-0.6%的中碳合金鋼。鋼中的主要合金元素有鉻、錳、鎳,硅等。適中的含碳量是保證鋼具有較高的強(qiáng)度和韌性;合金元素用以保證鋼具有較高的淬透性,從而提高鋼的硬度和抗熱疲勞的能力。1.6鑄鐵

鑄鐵是含碳量大于2.11%并含有較多硅,錳、硫、磷等元素的多元鐵基合金。

鑄鐵具有許多優(yōu)良的性能及生產(chǎn)簡便,成本低廉等優(yōu)點,因而是應(yīng)用最廣泛的材料之一。

例如,機(jī)床床身、內(nèi)燃機(jī)的汽缸體,缸套、活塞環(huán)及軸瓦.曲軸等都是由鑄鐵制造的。1.6.1鑄鐵的石墨化過程鑄鐵中的碳除少量固溶于基體中外,主要以化合態(tài)的滲碳體(Fe3C)和游離態(tài)的石墨(C)兩種形式存在。石墨是碳的單質(zhì)態(tài)之一,其強(qiáng)度、塑性和韌性都幾乎為零。滲碳體是亞穩(wěn)相，在一定條件下將發(fā)生分解:Fe3C3Fe+C,形成游離態(tài)石墨。鑄鐵中的石墨可在結(jié)晶過程中直接析出,也可由滲碳體加熱時分解得到。鑄鐵中的碳原子析出形成石墨的過程,稱為石墨化。1.6.2鑄鐵的特點由于工業(yè)上使用的鑄鐵主要是灰口鑄鐵,因此,下面介紹的內(nèi)容專指灰口鑄鐵。(1)鑄鐵的組織特點鑄鐵的組織是由基體和石墨組成的,基體組織有3種,即鐵索體、珠光體和鐵素體加珠光體。鑄鐵的基體是鋼的組織,因此,鑄鐵的組織實際上是在鋼的基體上分布著不同形態(tài)石墨的組織。(2)鑄鐵的性能特點1)力學(xué)性能低2)耐磨性好

3)消振性能好4)鑄造性能好5)切削性能好1.6.3常用鑄鐵的分類與牌號表示方法

鑄鐵是根據(jù)石墨的形態(tài)進(jìn)行分類的。鑄鐵中石墨的形態(tài)有片狀、團(tuán)絮狀、球狀及蠕蟲狀4種。其所對應(yīng)的鑄鐵分別為灰鑄鐵.可鍛鑄鐵球墨鑄鐵及蠕墨鑄鐵。(1)灰鑄鐵

灰鑄鐵是指石墨呈片狀分布的灰口鑄鐵。灰鑄鐵價格便宜,應(yīng)用廣泛,其產(chǎn)量占鑄鐵總產(chǎn)量的80%以上。

灰鑄鐵的牌號由“HT+數(shù)字"組成。其中,"HT”是“灰鐵”二字是漢語拼音字頭,數(shù)字表示直徑30mm單鑄試棒的最低抗拉強(qiáng)度值。例如,HT150是指最低抗拉強(qiáng)度不小于150MPa的灰口鑄鐵。(2)可鍛鑄鐵可鍛鑄鐵是由白口鑄鐵經(jīng)石墨化退火獲得的,其石墨呈團(tuán)絮狀?？慑戣T鐵的組織與石墨化退火的程度和方式有關(guān)。當(dāng)石墨化充分進(jìn)行,則得到鐵素體加團(tuán)絮狀石墨組織,由于表層脫碳而使心部的石墨多于表層,斷口心部呈灰黑色,表層呈灰白色，故稱為黑心可鍛鑄鐵。

可鍛鑄鐵的牌號由“KT+數(shù)字-數(shù)字”組成。其中,“KT”是“可鐵”二字是漢語拼音字頭，KTH、KTB、KTZ分別為黑心、白心、珠光體可鍛鑄鐵代號;第一組數(shù)字表示最低抗拉強(qiáng)度值;第二組數(shù)字表示最低延伸率值。例如,KTH330-08是最低抗拉強(qiáng)度不小于330MPa,延伸率不小于8%的鐵素體黑心可鍛鑄鐵。(3)球墨鑄鐵

球墨鑄鐵是指石墨呈球形的灰口鑄鐵,是由液態(tài)鐵水經(jīng)石墨化后得到的。球墨鑄鐵是由基體和球狀石墨組成的。鑄態(tài)下的基體組織有鐵素體、鐵素體加珠光體和珠光體3種。球狀石墨是液態(tài)鐵水經(jīng)球化處理得到的。加入鐵水中能使石墨結(jié)晶成球形的物質(zhì),稱為球化劑。常用的球化劑為鎂、稀土和稀土鎂。

球墨鑄鐵的牌號由“QT+數(shù)字-數(shù)字"組成。其中,“QT”是“球鐵”二字的漢語拼音字頭，第一組數(shù)字表示最低抗拉強(qiáng)度值;第二組數(shù)字表示最低延伸率值。例如,QT400-15是最低抗拉強(qiáng)度不小于400MPa,延伸率不小于15%的鐵素體基體球墨鑄鐵。(4)蠕墨鑄鐵

蠕墨鑄鐵是20世紀(jì)60年代發(fā)展起來的一種新型鑄鐵。與球墨鑄鐵類似,蠕墨鑄鐵是液態(tài)鐵水經(jīng)蠕化處理和孕育處理得到的。常用蠕化劑有稀土硅鐵鎂合金,稀土硅鐵合金,稀土硅鐵鈣合金等。蠕墨鑄鐵的顯微組織由基體與蠕蟲狀石墨組成。其基體組織與球墨鑄鐵類似。蠕墨鑄鐵的牌號由“RuT+數(shù)字”組成。其中,"RuT”是“蠕鐵”二字的漢語拼音字頭,數(shù)字表示最低抗拉強(qiáng)度值。

例如,RuT340是最低抗拉強(qiáng)度不小于340MPa

的蠕墨鑄鐵。第2章焊接

2.1概述

焊接是現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)中廣泛應(yīng)用的一種金屬連接方法。它是通過對分離的材料進(jìn)行加熱或加壓(或兩者并用),并且用(或不用)填充材料,使焊件形成原子(分子)間結(jié)合的一種連接方法。

焊接實現(xiàn)的連接是不可拆卸的永久性連接,被連接的焊件材料可以是同種金屬或異種金屬,也可以是金屬與非金屬等。

在工業(yè)上應(yīng)用最廣泛的是金屬焊接。(1)焊接的特點與其他類似的材料加工工藝(如鑄造、鍛壓、鉚接)相比,焊接具有以下特點:①焊接可將不同類型、不同形狀及尺寸的金屬材料連接起來。②焊接接頭是通過原子間結(jié)合力實現(xiàn)的連接,整體性好,剛度大,在外力作用下不像機(jī)械聯(lián)接(如鉚接,銷子聯(lián)接等)那樣產(chǎn)生較大的變形,而且焊接結(jié)構(gòu)具有良好的氣密性,水密性，這是其他連接無法比擬的。③焊接加工一般不需要大型、貴重設(shè)備,因此,它是一種投資少、見效快的加工方法。

④利用焊接進(jìn)行加工時,可將結(jié)構(gòu)復(fù)雜的大型構(gòu)件分解為許多小型零部件分別加工,然后再將這些零部件焊接起來,這樣就簡化了金屬結(jié)構(gòu)的加工工藝、縮短了加工周期。

在機(jī)械制造工業(yè)中,廣泛應(yīng)用焊接技術(shù)制造各種金屬結(jié)構(gòu)件,如廠房屋架.橋梁、船體,汽車、飛機(jī)、鍋爐、壓力容器.管道及其他行業(yè)中。(2)焊接的種類

焊接方法的種類很多,按焊接過程的特點不同,可分為熔焊,壓焊和釬焊3大類。1)熔焊

熔焊方法的特點是將焊件連接處局部加熱到熔化狀態(tài),然后冷卻凝固成一體,不加壓力完成焊接。

工業(yè)生產(chǎn)中,常用的熔焊方法有手工電弧焊、氣焊、埋弧焊、CO2氣體保護(hù)焊及氬弧焊等。2)壓力焊

壓力焊是指在焊接過程中必須對焊件施加壓力(加熱或不加熱)完成焊接的方法,如電阻焊,摩擦焊、氣壓焊等。3)釬焊

釬焊是指利用熔點比金屬低的填充金屬(稱為釬料)加熱熔化后,填入接頭間隙與固態(tài)的母材金屬通過擴(kuò)散實現(xiàn)連接的一類焊接方法,如軟釬焊﹑硬釬焊等。2.2手工電弧焊

手工電弧焊是用電弧熱來熔化金屬,用手工操縱焊條進(jìn)行焊接的電弧焊方法。它是熔化焊中最基本的一種焊接方法,也是目前焊接生產(chǎn)中使用最廣泛的焊接方法。2.2.1手工電弧焊原理及焊接電弧(1)手工電弧焊原理如圖2.1所示

手工電弧焊的焊接過程如圖2.2所示。

(2)手工電弧焊焊接電弧當(dāng)使用直流電源進(jìn)行焊接時,焊接電弧是由陰極區(qū)、弧柱和陽極區(qū)3部分組成,如圖2.3所示。2.2.2手工電弧焊焊接電源手工電弧焊機(jī)有交流和直流兩種。(1)交流弧焊機(jī)

交流弧焊機(jī)是一個特殊的變壓器,由固定鐵芯,可移動鐵芯和繞在鐵芯上的線圈組成。

如圖所示為BXI-330型交流弧焊機(jī)外形圖。

交流弧焊機(jī)具有構(gòu)造簡單,質(zhì)量輕、成本低、效率高及維修方便等優(yōu)點,但電弧穩(wěn)定性較差。(2)直流弧焊機(jī)

常用的直流手工電孤焊機(jī)有焊接整流器和逆變直流焊機(jī)。1)焊接整流器

焊接整流器是由變壓器,整流器及為獲得所需外特性的調(diào)節(jié)裝置,指示裝置等組成的。它把電網(wǎng)交流電經(jīng)降壓整流后獲得直流電,并能滿足對焊接所需電源的要求,大多數(shù)弧焊整流器可遠(yuǎn)距離調(diào)節(jié)焊接工藝參數(shù),能自動補(bǔ)償電網(wǎng)電壓波動對輸出電壓和電流的影響。2)逆變直流焊機(jī)

它把單相(或三相)交流電經(jīng)整流后,由逆變器轉(zhuǎn)變?yōu)閹装僦翈兹f赫茲的中頻交流電,降壓后輸出交流或直流電(逆變式弧焊機(jī)既可以輸出交流電,又可輸出直流電。但目前常用后種形式,故又可把它稱為逆變式弧焊整流器)。整個過程由電子電路控制,它具有高效節(jié)能、質(zhì)量輕,體積小等優(yōu)點,可應(yīng)用于各種弧焊方法,是一種很有前途的普及型弧焊電源。直流弧焊機(jī)焊接時,電弧穩(wěn)定,宜在焊接質(zhì)量要求高或焊接薄件、有色金屬、鑄鐵及特殊性能鋼時采用。2.2.3焊條1)焊條的組成及作用焊條是由焊芯和藥皮所組成,如圖2.5所示。焊接時,焊芯是形成焊縫金屬的主要材料，它既用作電極,同時又作為填充焊縫的金屬。它的化學(xué)成分和非金屬夾雜物的多少將直接影響焊縫的質(zhì)量。我國生產(chǎn)的電焊條,基本上以HO8A鋼作焊芯,牌號中“H”表示焊條用鋼,“A”表示高級優(yōu)質(zhì),焊條直徑是用焊芯的直徑來表示的,常用的直徑為2.5～6mm,長度一般為250～450mm。2)焊條的種類焊條按焊件材料的不同,可分為若干類,如碳鋼焊條、低合金鋼焊條、不銹鋼焊條,堆焊焊條、鑄鐵焊條、銅及銅合金焊條、鋁及鋁合金焊條及其他焊條等。焊接結(jié)構(gòu)生產(chǎn)中應(yīng)用最廣的是結(jié)構(gòu)鋼焊條(包括碳鋼和低合金鋼焊條)。

各類焊條按國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定有一定的型號。GB5117規(guī)定碳鋼焊條的型號是以字母E后加上4位數(shù)字來表示。字母E代表焊條,4位數(shù)字中的前兩位數(shù)字表示焊縫金屬的抗拉強(qiáng)度最小值,第三位數(shù)字表示適用的焊接位置,最后一位數(shù)字表示藥皮類型及電源種類。

例如，“E4303”中E表示焊條,E字后面的兩位數(shù)字43代表熔敷金屬抗拉強(qiáng)度最小值分別為420MPa(43kg/mm2),焊條型號中第三數(shù)字表示適用的焊接位置,"0”和“1”表示適用于全位置焊接,第四位數(shù)字表示藥皮類型和焊接電源種類,"3”表示鈦鈣型藥皮,用交流或直流正,反接焊接電源均可。常用碳鋼焊條的型號及用途見表2.1。

3)焊條的選用

焊條的種類、規(guī)格很多，合理選用焊條是保證焊接質(zhì)量、提高生產(chǎn)率、降低成本和改善勞動條件的重要因素。選用焊條時，主要應(yīng)考慮如下3點：①滿足化學(xué)成分的要求②滿足等強(qiáng)度的要求③考慮焊件形狀、受力狀況和結(jié)構(gòu)重要性來選用焊條2.2.4手工電弧焊工藝(1)接頭形式和坡口形狀

根據(jù)產(chǎn)品的使用條件和焊件的厚度,手工電弧焊常采用的焊接接頭形式有對接接頭、T形接頭、角接接頭及搭接接頭等,如圖2.6所示。

對接接頭是指兩焊件表面構(gòu)成大于135°,小于180°夾角的接頭;

搭接接頭是指兩焊件部分重疊構(gòu)成的接頭;

角接接頭是指兩焊件端部構(gòu)成大于30°,小于135°夾角的接頭;

T形接頭是指一焊件之端面與另一焊件表面構(gòu)成直角或近似直角的接頭。焊件較薄時,在焊件接頭處只要留出一定的間隙,采用單面焊或雙面焊,就可保證焊透。

焊件較厚時,為了保證焊透,焊接前要把焊件的待焊部位加工成所需的幾何形狀,即需要開坡口。

對接接頭常見的坡口形式有I形坡口、Y形坡口、雙Y形坡口及帶鈍邊U形坡口等。各種坡口形狀如圖2.6所示。(2)焊接的空間位置

熔焊時,焊件接縫所處的空間位置稱為焊接位置。它有平焊位置、立焊位置、橫焊位置及仰焊位置等。對接接頭和角接接頭的各種焊接位置如圖2.7所示。平焊位置易于操作,生產(chǎn)效率高,勞動條件好,焊接質(zhì)量容易保證。因此,焊件應(yīng)盡量放在平焊位置施焊,立焊位置和橫焊位置次之,仰焊位置最差。

(3)焊接工藝參數(shù)

手工電弧焊的焊接工藝參數(shù)主要有：焊條直徑、焊接電流、焊接速度和弧長等。正確選擇工藝參數(shù)是保證施焊質(zhì)量和提高生產(chǎn)率的重要因素。1)焊條直徑

通常在保證焊接質(zhì)量的前提下,盡可能選用大直徑焊條以提高生產(chǎn)率。選擇焊條直徑時，主要依據(jù)焊接的厚度,同時考慮接頭形式,焊接位置和焊接層數(shù)等因素。厚焊件可選用大直徑焊條,薄焊件應(yīng)選用小直徑焊條,可參考表2.2選取。

表2.2依據(jù)焊件厚度選取焊條直徑

2）焊接電流

主要根據(jù)焊條直徑來選擇。對平焊低碳鋼和普通低合金結(jié)構(gòu)鋼焊件，焊條直徑為3～6mm時，可由下列經(jīng)驗公式算出：焊件厚度(mm)<22～34～66～10>10

焊條直徑(mm)233～44～55～6I=Kd式中：I-焊接電流：A；d-焊條直徑，mm；K-經(jīng)驗系數(shù)，常取30～50(A／mm）

K值當(dāng)操作熟練，焊件較厚、氣候寒冷時，宜取上限；反之取下限。

此外，焊接的空間位置不同，對焊接電流也應(yīng)作如下的修正：立焊和橫焊要比平焊減少10～15％；仰焊比平焊減少15～20％。3)電弧電壓

電弧電壓由電弧長度決定。電弧長,則電弧電壓高;反之,則低。手工電弧焊時,電弧長度是指焊芯熔化端到焊接熔池表面的距離。若電弧過長,電弧飄擺,燃燒不穩(wěn)定,熔深減小,熔寬加大,并且容易產(chǎn)生焊接缺陷;

若電弧太短,熔滴過渡時可能經(jīng)常發(fā)生短路,使操作困難。正常的電弧長度是小于或者等于焊條直徑,即所謂短弧焊。4)焊接速度

焊接速度是指單位時間內(nèi)焊接電弧沿焊件接縫移動的距離。手工電弧焊時,一般不規(guī)定焊接速度,而由焊工憑經(jīng)驗掌握。2.3氣焊與氣割

氣焊與氣割是利用可燃?xì)怏w在純氧中燃燒時所釋放出來的熱量作為熱源進(jìn)行焊接或切割金屬的加工工藝方法。它具有設(shè)備簡單.操作方便、質(zhì)量可靠,成本低及實用性強(qiáng)等特點。2.3.1氣焊

氣焊是利用氧氣和可燃?xì)怏w(一般是乙炔,故又稱氧-乙炔焊)混合燃燒時產(chǎn)生的大量熱量,將焊件和焊絲局部熔化,再經(jīng)冷卻結(jié)晶后使焊件連接在一起的方法。所用的設(shè)備有氧氣瓶、乙炔氣瓶、減壓器、回火保險器,焊炬及橡皮管等,如圖2.8所示。(1)氧氣瓶

氧氣瓶是貯存高壓氧氣的容器。純氧氣的純度不低于98.5%,貯氣的最高壓力為15MPa,容積40L。瓶體漆成天藍(lán)色,并漆有“氧氣"黑色字樣。瓶上裝有瓶閥,打開瓶閥瓶內(nèi)的氧氣即流入減壓器。(2)乙炔氣瓶

乙炔氣瓶是貯存高壓乙炔氣的容器。貯氣的最高壓力1.5MPa,乙炔瓶體漆成白色,"乙炔”字樣漆成紅色。瓶上裝有瓶閥,打開瓶閥瓶內(nèi)的乙炔氣即流入減壓器。乙炔瓶安全且衛(wèi)生,正在逐步取代乙炔發(fā)生器。(3)減壓器減壓器的作用是把高壓氧氣壓力降低至氣焊時所需的工作壓力(0.3-0.4MPa),并維持穩(wěn)定不變。(4)回火保險器回火保險器是一種安全裝置。其作用是防止火焰沿乙炔管道倒流(回火)至乙炔瓶內(nèi)而產(chǎn)生爆炸事故。(5)焊炬

焊炬的作用是將氧氣和乙炔氣以一定比例混合,并通過焊嘴口噴出,點燃后,就產(chǎn)生氣焊時所需的火焰。

如圖2.9所示為低壓式焊炬外形和原理示意圖。它的工作原理是:打開氧氣調(diào)節(jié)閥,氧氣經(jīng)噴射管從噴射孔快速射出,并在噴射孔外圍形成真空而造成負(fù)壓(吸力);再打開乙炔調(diào)節(jié)閥,乙炔即聚集在噴射孔的外圍;由于氧射流負(fù)壓的作用,乙炔很快被氧氣吸入混合室和混合氣體通道,并從焊嘴噴出。調(diào)節(jié)氧氣調(diào)節(jié)閥和乙炔調(diào)節(jié)閥,即可得到不同比例的混合氣和流速。

焊炬均備有5個大小不同的焊嘴,可供焊接不同厚度的工件使用。二、焊絲和焊劑(一)焊絲氣焊時，要用焊絲作為填充金屬，接頭的質(zhì)量直接和焊絲的成分有關(guān)。焊接低碳鋼時，一般用H08A作為焊絲，重要接頭可選用H08MnA焊絲。焊接有色金屬及鑄鐵時，選用和焊件化學(xué)成分相同或者含有其它元素的合金焊絲。氣焊用的焊絲規(guī)格，一般直徑為2～4mm。(2)焊劑

氣焊時,焊劑的選擇要根據(jù)焊件的成分及其性質(zhì)而定,主要是為了去除氧化物,改善熔池金屬的流動性等。

一般碳素結(jié)構(gòu)鋼氣焊時不需要焊劑,而不銹鋼、合金鋼、鑄鐵和有色金屬焊接時,必須使用焊劑才能保證焊接質(zhì)量。

焊劑的選用應(yīng)根據(jù)焊件材料而定。2.3.3氣焊工藝(1)氣焊火焰

常用的氣焊火焰是乙炔與氧混合燃燒所形成的火焰,也稱氧-乙炔焰。根據(jù)氧與乙炔混合比的不同,氧-乙炔焰可分為中性焰,碳化焰(也稱還原焰)和氧化焰3種。其溫度分布如圖所示。1)中性焰

氧氣與乙炔的混合比為1.1—1.2時燃燒所形成的火焰,稱為中性焰,又稱正常焰(見圖2.10(a))。它由焰芯,內(nèi)焰和外焰3個部分組成。中性焰的最高溫度在內(nèi)焰處,距焰心前2—4mm處，為3050—3150℃。2)氧化焰

當(dāng)氧氣與乙炔的混合比值大于1.2時,火焰為氧化焰(見圖2.10(b))。焰芯、內(nèi)焰和外焰都比中性焰短,且輪廓不明顯,噪聲也大。3)碳化焰

當(dāng)氧氣與乙炔氣的混合比值小于1.0時,火焰為碳化焰(見圖2.10(c))。(2)氣焊工藝

氣焊的接頭形式和焊接空間位置等工藝問題的考慮與手工電弧焊基本相同。氣焊盡可能用對接接頭,厚度大于5mm的焊件須開坡口以便焊透。焊前接頭處應(yīng)清除鐵銹、油污、水分等。氣焊工藝參數(shù)主要是指焊嘴大小,焊絲直徑、焊炬傾斜角度及焊接速度等。焊嘴及其傾斜角度的選擇是根據(jù)焊件材料和焊件厚度而定。焊接厚度大,熔點高,導(dǎo)熱性好的金屬材料,應(yīng)選用較大的焊嘴孔徑和傾角;反之,選用較小的焊嘴孔徑和傾角。傾角最大為90°,即焊炬與焊件相垂直。焊接方法有左焊法和右焊法，如圖所示。2.3.4氣割

氣割是根據(jù)高溫的金屬能在純氧中燃燒的原理來進(jìn)行的。氣割時,首先用中性焰將被切割的金屬割件預(yù)熱到燃燒點(如低碳鋼約為1300℃),然后噴出高壓切割氧氣,直接使預(yù)熱金屬燃燒,強(qiáng)烈氧化生成的熔渣當(dāng)即被高壓氧氣流吹走(見圖2.11),同時燃燒放出大量的熱又預(yù)熱待切割的金屬,隨著割炬不斷均勻地向前移動,割件被切出平整的切口。手工氣割所用的割炬如圖2.12所示。與焊炬比較,割嘴結(jié)構(gòu)不同于焊嘴,增加了輸送切割氧氣的管道和閥門。

根據(jù)氣割原理,金屬材料能否氣割取決于下列條件:①金屬的燃點應(yīng)低于其熔點,否則金屬先熔化(變成熔割),使切口凹凸不平。在鐵碳合金中,碳的含量對燃點有很大影響,隨著含碳量的增加,合金的燃點升高,故含碳量越大,氣割越困難。②燃燒生成的氧化物其熔點應(yīng)低于金屬本身的熔點,以便氧化物熔化后被吹掉;有些金屬由于形成氧化物的熔點比金屬熔點高,故不易或不能氣割。

③金屬氧化物應(yīng)易熔化和流動性好,否則不易被氧氣流吹走,難于切割。

④金屬燃燒時應(yīng)放出足夠的熱量,以加熱待切割的金屬,有利于切割過程連續(xù)進(jìn)行。

⑤金屬導(dǎo)熱性要低,否則預(yù)熱的熱量和切割中所發(fā)出的熱量會迅速擴(kuò)散,不利于預(yù)熱到燃燒點,使切割處熱量不足,切割困難。2.4其他常用焊接方法(1)氬弧焊

氬弧焊是以氬氣作為保護(hù)氣體的電弧焊。按所用的電極不同,可分為不熔化電極(鎢極)和熔化電極兩種,如圖2.13所示。(2)二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊是利用CO2作為保護(hù)氣體的一種熔化極氣體保護(hù)電弧焊,簡稱CO2氣體保護(hù)焊或CO2焊。焊絲作電極并兼作填充金屬。它由焊接電源﹑焊槍、送絲機(jī)構(gòu)、供氣系統(tǒng)及控制系統(tǒng)組成,如圖2.14所示。2.5焊接結(jié)構(gòu)工藝性

在設(shè)計焊接結(jié)構(gòu)時,不僅要滿足結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和使用工作條件等要求,還要考慮焊接工藝的特點,這樣才能獲得優(yōu)質(zhì)的產(chǎn)品。焊接結(jié)構(gòu)工藝性設(shè)計應(yīng)考慮以下方面:2.5.1焊件材料的選用①在滿足結(jié)構(gòu)使用要求的前提下,應(yīng)盡量選擇焊接性較好的材料。一般碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于0.25%的碳素鋼和碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于0.20%的低合金結(jié)構(gòu)鋼都具有良好的焊接性,應(yīng)盡量采用;

碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于0.50%的碳素鋼和碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于0.40%的合金鋼焊接性不好，應(yīng)盡量避免采用。同一構(gòu)件焊接時,應(yīng)盡量選用同種金屬材料。

②焊接結(jié)構(gòu)應(yīng)盡量采用工字鋼.槽鋼﹑角鋼及鋼管等型材或沖壓件,以減少焊縫數(shù)量.簡化工藝。③焊件最好采用相等的厚度,否則接頭處要逐漸過渡,如表2.4,圖2.15,圖2.16所示。④不宜采用薄而帶銳角的板料,在端部應(yīng)盡量使角度變緩。2.5.2焊縫位置的安排合理安排焊縫的位置見表2.5。2.6常見的焊接缺陷及焊接質(zhì)量檢驗

金屬結(jié)構(gòu)中如果存在著焊接缺陷，將會直接影響到它的安全使用，甚至給生命財產(chǎn)帶來不可彌補(bǔ)的損失，如鍋爐爆炸、橋梁斷裂等。因此，必須建立嚴(yán)格的檢驗制度，及時發(fā)現(xiàn)缺陷，并找出產(chǎn)生原因，以便采用有效的措施，確保焊接質(zhì)量。2.6.1焊接接頭的缺陷及其產(chǎn)生原因焊接生產(chǎn)中，常見的焊接缺陷及其產(chǎn)生的原因見表2.6。2.6.2焊接質(zhì)量檢驗焊接檢驗是對焊接生產(chǎn)質(zhì)量的檢驗。它是指根據(jù)產(chǎn)品的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)要求，對焊接生產(chǎn)過程中的原材料、半成品、成品的質(zhì)量以及工藝過程進(jìn)行檢查和驗證。其目的是保證產(chǎn)品符合質(zhì)量要求，防止廢品的產(chǎn)生。焊接檢驗方法分破壞性檢驗和非破壞性檢驗兩類。(1)破壞性檢驗破壞性檢驗是指從焊件或試件上切取試樣，或以產(chǎn)品（或模擬體）的整體破壞做試驗，以檢驗其各種力學(xué)性能、化學(xué)成分和金相組織的試驗方法。其主要內(nèi)容如下：1)焊縫金屬及焊接接頭力學(xué)性能試驗它包括拉伸試驗、彎曲試驗、沖擊試驗、硬度試驗、斷裂韌度試驗及疲勞試驗等。2)焊接金相檢驗它包括宏觀組織檢驗和顯微組織檢驗。3)斷口分析它包括宏觀斷口分析和微觀斷口分析。4)化學(xué)分析與試驗它包括焊縫金屬化學(xué)成分分析、擴(kuò)散氫測定和腐蝕試驗等。(2)非破壞性檢驗非破壞性檢驗是指不破壞被檢對象的結(jié)構(gòu)與材料的檢驗方法，如外觀檢驗、水壓檢驗、致密性試驗及無損檢驗等。1)外觀檢驗外觀檢驗是用肉眼或用低倍放大鏡觀察焊件，以發(fā)現(xiàn)表面缺陷以及測量焊縫的外形尺寸的方法。2)水壓試驗水壓試驗用來檢查受壓容器的強(qiáng)度和焊縫致密性。試驗壓力根據(jù)容器設(shè)計工作壓力確定。3)致密性試驗致密性試驗主要用于檢查不受壓或壓力很低的容器、管道的焊縫是否存在滲漏性缺陷。常用方法有氣壓試驗和煤油試驗等。4)磁粉探傷磁粉探傷是利用磁粉在處于磁場中的焊接接頭中的分布特征，檢查磁性材料的表面微裂紋和近表面缺陷。檢查時，要將被檢驗的焊件放置磁場中，撒上磁粉（鐵粉），無缺陷處磁力線在焊件表面的分布是均勻的。當(dāng)有缺陷時，缺陷處的磁力線會發(fā)生彎曲，表面形成漏磁。根據(jù)磁粉吸附位置、形狀和數(shù)量來判斷缺陷處的位置、性質(zhì)和大小。5)射線探傷射線探傷是用