2023年工程材料及成形技術(shù)基礎(chǔ)課程

課程名稱：工程材料及成形技術(shù)基礎(chǔ)

總學(xué)時(shí)：64/48學(xué)時(shí)（理論學(xué)時(shí)56/40）

適用專業(yè)：機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化、機(jī)械電子工程/汽車服務(wù)工程

一、課程的性質(zhì)與任務(wù)

《工程材料及成型技術(shù)基礎(chǔ)》是研究機(jī)械零件的材料、性能及成形方法的綜合性課程，

是高等工科師范院校機(jī)械工程專業(yè)必修的專業(yè)基礎(chǔ)課，其內(nèi)容包括工程材料和成形技術(shù)基礎(chǔ)

兩部分。

本課程是在修完高等數(shù)學(xué)、大學(xué)物理（含實(shí)驗(yàn)）和機(jī)械制圖等課程的基礎(chǔ)上開設(shè)的。其

任務(wù)是使學(xué)生掌握工程材料及成形技術(shù)的基本知識(shí)，為后繼學(xué)習(xí)機(jī)械設(shè)計(jì)、模具制造工藝、

先進(jìn)制造技術(shù)和畢業(yè)設(shè)計(jì)等課程，培養(yǎng)專業(yè)核心能力；為今后從事職業(yè)學(xué)校機(jī)械類專業(yè)相關(guān)

課程的教學(xué)，奠定必要的專業(yè)基礎(chǔ)。

本課程教學(xué)開設(shè)了實(shí)驗(yàn)教學(xué)。通過實(shí)驗(yàn)教學(xué)，在鞏固和驗(yàn)證課程的基本理論知識(shí)的同時(shí)，

拓展學(xué)生的創(chuàng)新思維，著重培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐動(dòng)手能力和創(chuàng)新能力。

二、課程教學(xué)基本要求

1、獲得有關(guān)材料學(xué)的基本理論與工程材料的一般知識(shí)，掌握常用工程材料的成分、熱

加工工藝與組織、性能及應(yīng)用之間的相互關(guān)系，熟悉常用工程材料的種類、牌號(hào)與特點(diǎn)，使

學(xué)生具備合理選用工程材料、熱處理方法、妥善安排熱處理工藝路線的基本能力。

2、初步掌握工程材料主要成形方法的基本原理與工藝特點(diǎn)，獲得具有初步選擇常用工

程材料、成形方法的能力和進(jìn)行工藝分析的能力。

3、具有綜合運(yùn)用工藝知識(shí)，初步分析零件結(jié)構(gòu)工藝性的能力。

4、初步了解新材料、新技術(shù)、新工藝的特點(diǎn)和應(yīng)用。

四、本課程的教學(xué)內(nèi)容

緒論

一、材料科學(xué)的發(fā)展與地位：材料科學(xué)的發(fā)展通常是和人類文明聯(lián)系在一起的。

古代文明：人類的發(fā)展史上，最先使用的工具是石器；新石器時(shí)代（公元前6000年?公元

前5000年）燒制成陶器；東漢時(shí)期發(fā)明了瓷器;到了西漢時(shí)期，煉鐵技術(shù)又有了很大的提高，

采用煤作為煉鐵的燃料，這要比歐洲早1700多年。在河南鞏縣漢代冶鐵遺址中，發(fā)掘出20

多座冶鐵爐和鍛爐?爐型龐大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，并有鼓風(fēng)裝置和鑄造坑?？梢姰?dāng)年生產(chǎn)規(guī)模之壯

觀。

三次產(chǎn)業(yè)革命：

產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)迅猛發(fā)展是以新材料的發(fā)現(xiàn)為依托的。如：半導(dǎo)體材料等。

知識(shí)經(jīng)濟(jì)時(shí)代：

進(jìn)入21世紀(jì)，被稱為現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)四大支柱領(lǐng)域的材料、值思、能源和生物工程得

到了前所未有的重視和發(fā)展。材料作為人類生產(chǎn)和社會(huì)發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)，占有十分重要的地

位。

度鋼.衛(wèi)星材料分類：運(yùn)載火箭飛船殲10戰(zhàn)斗機(jī)

材料按工業(yè)工程來分類：機(jī)械工程材料，土建工程材料，電子材料等等；

本課程主要涉及的是機(jī)械工程材料

三、金屬材料及其學(xué)習(xí)方法金屬材料的性能均其化學(xué)成分、顯微組織及加工工藝之間的

關(guān)系.四、這門課的主要內(nèi)容：

工程材料:金屬材料（主要）、非金屬材料（次要）

主線：性能與化學(xué)成分、組織和熱處理工藝之間關(guān)系

成型技術(shù):鑄、鍛、焊；非金屬材料

實(shí)驗(yàn)：性能測試、材料熱處理

第一章工程材料結(jié)構(gòu)與性能

1.1材料原子（或分子）的相互作用

各種工程材料是由各種不同的元素組成，由不同的原子、離子或分子結(jié)合而成。原子、

離子或分子之間的結(jié)合力稱為結(jié)合鍵。一般可把結(jié)合鍵分為離子鍵、共價(jià)健、金屬鍵和分子

鍵四種。

一、離子鍵

當(dāng)周期表中相隔較遠(yuǎn)的正電性元素原子和負(fù)電性元素原子接觸時(shí)，前者失去最外層價(jià)電

子變成帶正電荷的正離子，后者獲得電子變成帶負(fù)電荷的滿殼層負(fù)離子。正離子和負(fù)離子由

靜電引力相互吸引；同時(shí)當(dāng)它們十分接近時(shí)發(fā)生排斥，引力和斥力相等即形成穩(wěn)定的離子鍵。

NaCl、CaO、AI2O3等由離子鍵組成。

離子鍵的結(jié)合力很大，因此離子晶體的硬度高，強(qiáng)度大，熱膨脹系統(tǒng)小，都是良好的絕

緣體。在離子鍵結(jié)合中，由于離子的外層電子比較牢固地被束縛，可見光的能量一般不足以

使其受激發(fā)，因而不吸收可見光，所以典型的離子晶體是無色透明的。

二、共價(jià)鍵

處于周期表中間位置的三、四、五價(jià)元素，原子既可能獲得電子變?yōu)樨?fù)離子，也可能丟

失電子變?yōu)檎x子。當(dāng)這些元素原子之間或與鄰近元素原子形成分子或晶體時(shí)，以共用價(jià)電

子形成穩(wěn)定的電子滿殼層的方式實(shí)現(xiàn)結(jié)合。這種由共用價(jià)電子對(duì)產(chǎn)生的結(jié)合鍵叫共價(jià)鍵。

最具有代表性的共價(jià)晶體為金剛石。金剛石由碳原子組成，每個(gè)碳原子貢獻(xiàn)出4個(gè)價(jià)電

子與周圍的4個(gè)碳原子共有，形成4個(gè)共價(jià)犍，構(gòu)成正四面體：一個(gè)碳原子在中心，與它共

價(jià)的另外4個(gè)碳原子在4個(gè)頂角上。硅、銘、錫等元素也可構(gòu)成共價(jià)晶體。屬于共價(jià)晶體的

還有SiC、SbN4、BN等化合物。

三、金屬鍵

周期表中I、II、III族元素的原子在滿殼層外有一個(gè)或幾個(gè)價(jià)電子。原子很容易丟失其

價(jià)電子而成為正離子。被丟失的價(jià)電子不為某個(gè)或某兩個(gè)原子所專有或共有，而是為全體原

子所公有。這些公有化的電子叫做自由電子，它們在正離子之間自由運(yùn)動(dòng)，形成所謂電子氣。

正離子在三維空間或電子氣中呈高度對(duì)稱的規(guī)則分布。正離子和電子氣之間產(chǎn)生強(qiáng)烈的靜電

吸引力，使全部離子結(jié)合起來。這種結(jié)合力就叫做金屬鍵。

在金屬晶體中，價(jià)電子彌漫在整個(gè)體積內(nèi)，所有的金屬離子皆處于相同的環(huán)境之中，全部離

子（或原子）均可被看成是具有一定體積的圓球，所以金屬鍵無所謂飽和性和方向性。

金屬由金屬鍵結(jié)合，因此金屬具有下列特性：

1.良好的導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性。

金屬中有大量自由電子存在，當(dāng)金屬的兩端存在電勢差或外加電場時(shí)，電子可以定向地

流動(dòng)，使金屬表現(xiàn)出優(yōu)良的導(dǎo)電性。金屬的導(dǎo)熱性很好，一是由于自由電子的活動(dòng)性很強(qiáng)，

二是依靠金屬離子振動(dòng)的作用而導(dǎo)熱。

2.正的電阻溫度系數(shù)。

即隨溫度升高電阻增大。絕大多數(shù)金屬具有超導(dǎo)性，即在溫度接近于絕對(duì)零度時(shí)電

阻突然下降，趨近于零。

3.不透明并呈現(xiàn)特有的金屬光澤。

金屬中的自由電子能吸收并隨后輻射出大部分投射到表面的光能。

4.良好的塑性變形能力，金屬材料的強(qiáng)韌性好。

金屬鍵沒有方向性，原子間也沒有選擇性，所以在受外力作用而發(fā)生原子位置的相

對(duì)移動(dòng)時(shí)，結(jié)合鍵不會(huì)遭到破壞。

四、分子鍵

原子或分子之間是靠范特瓦爾斯力結(jié)合起來，這種結(jié)合鍵叫分子鍵。

在含氫的物質(zhì)，特別是含氫的聚合物中，一個(gè)氫原子可同時(shí)和兩個(gè)與電子親合能力大的、

半徑較小的原子（如F、0、N等）相結(jié)合，形成所謂氫鍵。氫健是一種較強(qiáng)的、有方向性的范

特瓦爾斯鍵。其產(chǎn)生的原因是由于氫原子與某一原子形成共價(jià)健時(shí)，共有電子向那個(gè)原子強(qiáng)

烈偏移，使氫原子幾乎變成一半徑很小的帶正電荷的核，因而它還可以與另一個(gè)原子相吸

引。

1.2晶體材料的原子排列

1.2.1理想晶體結(jié)構(gòu)

常見的金屬晶體結(jié)構(gòu)：

（b）晶胞（C）晶胞原子數(shù)

（1）體心立方晶格：體心立方晶胞示意圖

純鐵（912度以下）

Cr、M。、W、V、K等。⑵面心

Cu、A1、Au、

（3）排六方晶格

?Be、Mg^Zn（a）模型（b）

1.2.2實(shí)際晶體結(jié)構(gòu)面心立方國

1.單晶體與多晶體

單晶體：結(jié)晶方位完全一致的晶體稱為“單晶體”：（a）模型（b）晶胞⑹晶胞原子數(shù)

單晶體具有各向異性多晶體：實(shí)際金屬結(jié)構(gòu)是:密排六方晶胞示意圖

成的晶體結(jié)構(gòu)稱為多晶體。多晶體呈現(xiàn)各向同性

2.晶體缺陷（I）點(diǎn)缺陷：間隙原子；置換原子；（2）線缺陷：即位錯(cuò)，在晶體中，有一列或

若干列原子發(fā)生了有規(guī)律的錯(cuò)排現(xiàn)象。

（3）面缺陷：金屬中的晶界和亞晶界1.3合金的晶體結(jié)構(gòu)

1.3.1合金的相、組織及其關(guān)系

相是指合金中具有相同的物理、化學(xué)性能，并與其余部分以界面分開的物質(zhì)部分

固態(tài)合金中有兩類基本相：固溶體和金屬化合物

組織：將一小塊金屬材料用金相砂紙磨

光后進(jìn)行拋光，然后用侵蝕劑侵蝕，即

獲得一塊金相樣品。在金相顯微鏡下觀

察，可以看到金屬材料內(nèi)部的微觀形貌。

這種微觀形貌稱做顯微組織（簡稱組織）。

是合金的微觀形態(tài)。

?潛質(zhì)原子

1.3.2固溶體

o溶劑原子

置換固溶體

a）置換圈潛體b）畫璇固冷凝

間隙固溶體

1.3.3金屬間化合物：

金屬化合物一般熔點(diǎn)較高，硬度高，脆性大。合金中含有金屬化合物時(shí)，強(qiáng)度、硬度和

耐磨性提高，而塑性和韌性降低。

Fe3c是鋼鐵中的一種重要的間隙化合物，又稱為滲碳體.具有復(fù)雜的斜方晶格，它作

為強(qiáng)化相對(duì)鋼鐵材料的性能有重大的影響。

1.3.4合金性能

實(shí)際金屬的強(qiáng)化機(jī)制

1固溶體與固溶強(qiáng)化-------點(diǎn)缺陷

2位錯(cuò)強(qiáng)化----------------線缺陷

3細(xì)晶強(qiáng)化----------------面缺陷

4化合物與第二相強(qiáng)化-----體缺陷

1.4高聚物的結(jié)構(gòu)

1.4.1大分子鏈的結(jié)構(gòu)

線型結(jié)構(gòu)：線型結(jié)構(gòu)是由許多鏈節(jié)聯(lián)成

一條長鏈

體型結(jié)構(gòu)：體型結(jié)構(gòu)是分子鏈與分子鏈

之間有許多鏈節(jié)相互交聯(lián)在一起，形成網(wǎng)狀或

立體結(jié)構(gòu)a)線型

1.5陶瓷的結(jié)構(gòu)

1.7.工程材料的力學(xué)性能

常見的有強(qiáng)度(屈服強(qiáng)度、斷裂強(qiáng)度、疲勞強(qiáng)度等)、硬度、塑性、沖擊韌性和斷裂韌性

等。

強(qiáng)度：是指在外力作用下材料抵抗變形和斷裂的能力，是材料最重要、最基本的力學(xué)性能指

標(biāo)之一。

屈服強(qiáng)度：表示材料抵抗微量塑性的能力抗

拉強(qiáng)度：反映了材料產(chǎn)生最大均勻變形的抗

力

塑性：材料在外力作用下，產(chǎn)生塑性變形而

不斷裂的性能稱為塑性。

旌￡1^x100%=x100%

圖1.21低碳鋼的應(yīng)力一應(yīng)變曲線

硬度：在外力作用下材料抵抗局部

形的能力。

(1)布氏硬度：HB/HBS

⑵洛氏硬度：HRC/HRB/HRA

(3)維氏硬度：HV

國1.24洛氏便度酬定

國1.23布氏硬筐試驗(yàn)用理圖

SI.J5維氏硬度測試麻理

性能指標(biāo)工程意義：結(jié)合材料的拉伸試驗(yàn)引出材料的抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度的概念，這兩

個(gè)指標(biāo)在工程設(shè)計(jì)中的意義。一個(gè)是設(shè)計(jì)機(jī)械零件的強(qiáng)度指標(biāo)，一個(gè)是安全性指標(biāo)（配合延

伸率）。硬度是材料局部強(qiáng)度的指標(biāo)。疲勞是材料在循環(huán)作用下的安全指標(biāo)。斷裂韌性也是

材料安全性指標(biāo)，這一指標(biāo)更注重材料缺陷方面的安全性。

第二章金屬材料的凝固與固態(tài)相變

2.1純金屬的結(jié)晶

2.1.1凝固的基本概念

結(jié)晶：原子由近程有序狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)殚L程有序狀態(tài)的過程。

過冷度概念：理論結(jié)晶溫度To與開始結(jié)晶

溫度Tn之差叫做過冷度，用AT表示。

結(jié)晶的必要和充分條件是具有一定的過冷

度

2.1.2金屬的結(jié)晶

金屬的結(jié)晶過程：形核和長大兩個(gè)過程。

自發(fā)形核（均質(zhì)形核）、非自發(fā)形核（異質(zhì)形核）影響形核和長大的因素：（1）過冷度的影響

⑵難熔雜質(zhì)的影響晶粒大小及控制方法。

1）增大過冷度

2）變質(zhì)處理2.1.3材料的同素異構(gòu)現(xiàn)象

晶體的同素異構(gòu)：有些晶體隨著外界條件（如溫度、壓力）

的變化而具有不同類型的晶體結(jié)構(gòu)，稱為同素異構(gòu)現(xiàn)象。

1的4t912f

5-Fe1?-..........'y-Fe-a~Fe

（體心立方）（面心立方）（體心立方）

鐵發(fā)生同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變，不僅晶體結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，而且體積

也發(fā)生改變，這是鋼鐵可進(jìn)行熱處理主要原因。

2.2合金的凝固

2.2.1二元合金相圖與凝固時(shí)間

純鐵的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變

時(shí)間

b）

Cu-Ni合金勻晶相圖

1.勻晶相圖；

兩組元在液態(tài)和固態(tài)均能無限互溶所構(gòu)成的相圖稱為二元?jiǎng)蚓鄨D。

杠桿定律：

設(shè)合金的質(zhì)量為Q合金，其中Ni質(zhì)量分?jǐn)?shù)為b%,在T1溫度時(shí),L相中的Ni質(zhì)量分?jǐn)?shù)

為a%,a相中的Ni質(zhì)量分?jǐn)?shù)為c%。

則合金中含Ni的總質(zhì)量4相中含Ni的質(zhì)

量+a相中含Ni的質(zhì)量

因?yàn)椤Ａ罱?2

所以b%=QtQac%(a)

Qi_c-b

化簡后得&b-a

c-b為線段be的長度；b-a為線段ab的長度。

故得:

Qa.反

或Qt^-Q^bc

這個(gè)式子與力學(xué)中的杠桿定律相似，因而亦被稱作杠桿定律。由杠桿定律不難算出

合金中液相和固相在合金中所占的質(zhì)量分?jǐn)?shù)（即相對(duì)質(zhì)量）分別為：

—=￡%=—；-%-==—

acac

運(yùn)用杠桿定律時(shí)要注意，它只適用于相圖中的兩相區(qū)，并且只能在平衡狀態(tài)下使用。杠

桿的兩個(gè)端點(diǎn)為給定溫度時(shí)兩相的成分點(diǎn)，而支點(diǎn)為合金的成分點(diǎn)。

2.共晶相圖：

兩組元在液態(tài)無限互溶，在固態(tài)有限溶解（或不溶），并在結(jié)晶時(shí)發(fā)生共晶轉(zhuǎn)變所構(gòu)成的

相圖稱為二元共晶相圖

3

27

232

S金<>&c+鳳

悵共晶反應(yīng)式

照

pb102030405060708090Sn

Sn(%)----------?

2.2.2合金的性能與相圖的關(guān)系

1.合金的使用性能與相圖的關(guān)系；2.合金的工藝性能與相圖的關(guān)系

2.2.3鑄錠（件）的凝固

2.3鐵碳合金平衡態(tài)的相變基礎(chǔ)

2.3.1Fe—Fe3c相圖

1.鐵碳合金的相結(jié)構(gòu)與性能

2.相圖分析

3.相圖中重要三條水平線

2.3.2鐵碳合金在平衡狀態(tài)下的相變；

2.4鋼在加熱時(shí)的轉(zhuǎn)變

2.4.1鋼在實(shí)際加熱時(shí)的轉(zhuǎn)變點(diǎn)

2.4.2奧氏體的形成過程及影響因素

1.奧氏體的形成過程；2.奧氏體形成的影響因素

2.5鋼在冷卻時(shí)的轉(zhuǎn)變

鋼在奧氏體化后的冷卻過程決定了冷卻后鋼的組織類?

熱處理時(shí)常用的冷卻方式有兩種：

一是等溫冷卻；二是連續(xù)冷卻。

過冷奧氏體的轉(zhuǎn)變可分為三種基本類型，即珠光體型轉(zhuǎn)變（擴(kuò)

散型轉(zhuǎn)變）、貝氏體型轉(zhuǎn)變（過渡型或半擴(kuò)散型轉(zhuǎn)變）和馬氏體型轉(zhuǎn)

變（無擴(kuò)散型轉(zhuǎn)變）。

2.5.1過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變圖

C曲線的左邊一條線為過冷奧氏體轉(zhuǎn)變開始線,右邊一條線為

過冷奧氏體轉(zhuǎn)變終了線。該曲線下部還有兩條水平

線，分別表示奧氏體向馬氏體轉(zhuǎn)變的開始溫度Ms線和轉(zhuǎn)變結(jié)束溫時(shí)間（s）

b）共折碳弱

度Mf線。

1.含碳量的影響

2.合金元素的影響

3奧氏體化溫度和保溫時(shí)間的影響

2.5.2過冷奧氏體連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變圖

2.5.3過冷奧氏體的轉(zhuǎn)變產(chǎn)物及性能

珠光體類型組織、貝氏體類型組織和馬氏體類型

第三章金屬材料的塑性變形

3.1單晶體和多晶體的塑性變形

3.1.1單晶體的塑性變形

單晶體的塑性變形有兩種，即滑移和季生。

滑移是指在切應(yīng)力作用下，晶體的一部分沿一定晶面（滑移面）和晶向（滑移方向）相對(duì)于

另一部分發(fā)生的滑動(dòng)。

滑移是通過位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)的。

攣生是指在切應(yīng)力作用下，晶體的一部分沿一定的晶面（攣晶面）和晶向（攣晶方向）

相對(duì)于另一部分所發(fā)生的切變表現(xiàn)為各向同性特性

3.1.2多晶體金屬塑性變形的特點(diǎn)

1.晶粒取向?qū)λ苄宰冃蔚挠绊?.晶界對(duì)塑性變形的影響

細(xì)晶強(qiáng)化是金屬的一種很重要的強(qiáng)韌化手段。表現(xiàn)為各向異性特性。大量的圖標(biāo)見講稿。

3.2金屬的形變強(qiáng)化

3.2.1形變強(qiáng)化現(xiàn)象

金屬經(jīng)過冷態(tài)下的塑性變形后其性能發(fā)生很大的變化，最明顯的特點(diǎn)強(qiáng)度隨塑性變形的

增加而大為提高，其塑性卻隨之有較大的降低：這種現(xiàn)象稱為“形變強(qiáng)化”,也稱為加工硬化

或冷作硬化。

3.2.2塑性變形后金屬的組織結(jié)構(gòu)變化

3.2.3塑性變形產(chǎn)生的殘余應(yīng)力

3.3塑性變形金屬在加熱時(shí)組織和性能的變化

3.3.1回復(fù)

加工硬化后的金屬，在加熱到一定溫度后.原子獲得熱能，使原子得以恢復(fù)正常排列，

消除了晶格扭曲.可使加工硬化得到部分消除。這一過程稱為“回復(fù)”，這時(shí)的溫度稱為回復(fù)

溫度。

3.3.2再結(jié)晶

當(dāng)溫度繼續(xù)升高到該金屬熔點(diǎn)熱力學(xué)溫度的04倍時(shí)，金屬原子獲得更多的熱能，則開始以

某些碎晶或雜質(zhì)為核心結(jié)晶成新晶粒，從而消除了殘余應(yīng)力和加工硬化現(xiàn)象。這個(gè)過程稱為

再結(jié)晶，這時(shí)的溫度稱為最低再結(jié)晶溫度

利用金屬的形變強(qiáng)化可提高金屬的強(qiáng)度，這是工業(yè)生產(chǎn)中強(qiáng)化金屬材料的一種手段。在塑性

加工生產(chǎn)中，加工硬化給金屬繼續(xù)進(jìn)行塑性變形帶來困難，應(yīng)加以消除。常采用加熱的方法

使金屬發(fā)生再結(jié)晶，從而再次獲得良好塑性。

3.3.3晶粒長大

3.3.4冷變形和熱變形

凡在金屬的再結(jié)晶溫度以下進(jìn)行的塑性變形稱為冷加工；而在再結(jié)晶溫度以上進(jìn)行的塑

性變形稱為熱加工。熱加工通常不會(huì)帶來強(qiáng)化效果。

3.5金屬纖維組織及其應(yīng)用

為了獲得具有最好力學(xué)性能的零件，在設(shè)計(jì)和制造零件時(shí)，都應(yīng)使零件在工作中產(chǎn)生的

最大正應(yīng)力方向與纖維方向一致，最大切應(yīng)力方向與纖維方向垂直，并使纖維分布與零件的

輪廓相符合，盡量使纖維組織不被切斷。

3.4塑性加工性能及影響因素

3.4.1塑性加工性能及其指標(biāo)

塑性加工性能常用金屬的塑性和變形抗力來綜合衡量。

3.4.2塑性加工性能的影響因素

1.金屬的本質(zhì)：2,加工條件：

第四章金屬材料熱處理

金屬材料的熱處理是金屬材料在固態(tài)下，通過適當(dāng)?shù)姆绞竭M(jìn)行加熱、保溫和冷卻.改變

材料內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)，從而改善材料性能的一種工藝方法，也稱之為金屬材料的改性處理。

4.1退火與正火

在機(jī)械零件或工具的加工制造過程中，退火與正火常作為預(yù)備熱處理。

4.1.1退火

退火是將鋼加熱到預(yù)定溫度，保溫一定時(shí)間后緩慢冷卻（通常隨爐冷卻），獲得接近于平

衡組織的熱處理工藝。

1.完全退火28

2.球化退火Io2

3.擴(kuò)散退火（均勻化退火）IO2o

4.去應(yīng)力退火P9oo

S8oo

4.1.2正火

7oo

正火是將鋼加熱到Ac3（亞共析鋼）或Accm（共析

6oo

和過共析鋼）5oo

以上30—50℃，保溫適當(dāng)時(shí)間后在靜止空氣中冷卻4OO

的熱處理工藝。

4.2鋼的淬火

淬火是將鋼加熱到Ac3或Acl以上30~50度,經(jīng)過保溫后在冷卻介質(zhì)中迅速冷卻的熱處

理工藝。

目的：淬火可以使鋼件獲得馬氏體和貝氏體組織，以提高鋼的力學(xué)性能。

淬火是強(qiáng)化鋼件的最主要的而且是最常用的熱處理方法。

亞共析鋼的淬火加熱溫度為加熱到Ac3以上

30~50度。淬火后的組織為均勻細(xì)小的馬氏

體。過共析鋼的淬火加熱溫度為Acl以上

30~50度,淬火后的組織為均勻細(xì)小的馬氏

體和粒狀二次滲碳體，有利于增加鋼的硬度

和耐磨性。

4.2.2淬火冷卻介質(zhì)

4.2.3淬火冷卻方法

1.單介質(zhì)淬火法

2.雙介質(zhì)淬火

3馬氏體分級(jí)淬火

4.貝氏體等溫淬火

5.冷處理

4.3鋼的表面淬火

表面淬火方法是將淬火零件表層金屬迅速加熱至相變溫度以上.而心部末被加熱.然后

迅速冷卻，使零件表層獲得馬氏體而心部仍為原始組織的“外硬內(nèi)韌”狀態(tài)。

表面淬火法所用零件材料的含碳量：0.40%—0.50%。

4.3.1感應(yīng)加熱表面淬火

感應(yīng)加熱是將鋼件置于通人交變電流的線圈中，由于電磁感應(yīng)，鋼件產(chǎn)生頻率相同、方

向相反的交變電流。由于集膚效應(yīng)，集中在鋼件表層的高密度電流.在具有較大電阻的鋼件

表層呈渦旋流動(dòng)并產(chǎn)生熱效應(yīng)，將鋼件表層迅速加熱至淬火溫度.而鋼件中心電流幾乎為

零.溫度變化很小，這時(shí)經(jīng)噴水冷卻.鋼件表面快冷淬火，得到一定深度的馬氏體層。低溫

回火。

4.3.2火焰加熱表面淬火

火焰加熱表面淬火法是用乙快一氧或其他可燃?xì)怏w燃燒時(shí)形成的高溫火焰將工件表面

加熱到相變溫度以上，然后立即噴水淬火冷卻的方法。

4.4鋼的回火

回火就是把經(jīng)過淬火的零件重新加熱到低于Acl,的某一溫度，適當(dāng)保溫后，冷卻到室

溫的熱處理工藝。

4.4.1回火目的

4.4.2回火組織轉(zhuǎn)變及性能變化

1.鋼在回火時(shí)的組織轉(zhuǎn)變

2.回火后的組織和性能

(1)回火馬氏體(250°C以下)是由淬火馬氏體分解的極細(xì)小的高度彌散的e碳化物分布在

針狀的低過飽和固溶體基體上，并保持共格關(guān)系。(2)回火托氏體(350、450℃)是由高度彌

散的滲碳體分布在鐵索體基礎(chǔ)上（3）回火索氏體（500~650°C）是由較細(xì)的滲碳體顆粒分布

在鐵索體基體上。

硬度和強(qiáng)度隨回火溫度升高而下降.其塑性和韌性隨回火溫度升高而提高。其原因是由于

回火溫度的提高，產(chǎn)生馬氏體分解.滲碳體析出和聚集長大，固溶強(qiáng)化消失，彌散強(qiáng)化減弱，

內(nèi)應(yīng)力消除。

4.4.3回火工藝及應(yīng)用

1.低溫回火2.中溫回火3.高溫回火

4.4.4回火脆性

第一類回火脆性；第二類回火脆性

4.5鋼的淬透性

鋼的淬透性；

淬透層的深度；

鋼的淬硬性

鋼的淬透性的影響因素：影響鋼的淬透性主要是鋼的臨界冷卻速度

淬透性與選材的關(guān)系。

4.7鋼的化學(xué)熱處理

化學(xué)熱處理是將鋼件置于一定溫度的活性介質(zhì)中保溫，使介質(zhì)中的一種或幾種元素原子

滲入工件表面，以改變鋼件表層化學(xué)成分和組織，進(jìn)而達(dá)到改進(jìn)表面性能，滿足技術(shù)要求的

熱處理工藝。

化學(xué)熱處理基本過程：

①化學(xué)介質(zhì)的分解即活性原子的產(chǎn)生；②活性原子被鋼件表面吸收和溶解；③活性原子由

表面向內(nèi)部擴(kuò)散，形成一定的擴(kuò)散層。

4.7.1滲碳

將鋼放入滲碳的介質(zhì)中加熱并保溫，使活性碳原子滲入鋼的表層的工藝稱為滲碳。注意

和表面淬火的區(qū)別

1.滲碳方法；2.滲碳工藝參數(shù)

滲碳時(shí)主要工藝參數(shù)是加熱溫度和保溫時(shí)間。加熱溫度高可以使?jié)B碳速度加快，但溫度過

高會(huì)使鋼件品粒粗大，滲碳溫度一般在900~950度。而滲碳后零件表面含碳量最好在

0.85%,?1.05%范圍內(nèi)。

滲碳后的組織常用于滲碳的鋼為低碳鋼和低碳合金鋼，如20.20Cr.20CrMnTi,12CrNi3

等。滲碳后緩冷組織自表面至心部依次為：過共析組織（珠光體+碳化物）、共析組織（珠光

體）、亞共析組織（珠光體+鐵素體）的過渡區(qū)，直至心部的原始組織。

3.滲碳后的熱處理

滲碳后的工件表面為過共析鋼組織，其硬度和耐磨性滿足不了零件要求，必須進(jìn)行淬火和

低溫回火。

滲碳件在淬火后必須要進(jìn)行低溫回火，回火溫度為150?200度，以減少應(yīng)力和脆性?；?/p>

火后零件表面組織為回火馬氏體和滲碳體

4.7.2滲氮

滲氮是在一定溫度下（一般在Ac1,溫度下）使活性氯原子滲人工件表面的化學(xué)熱處理工藝

4.8熱處理零件的結(jié)構(gòu)工藝性及技術(shù)條件標(biāo)注

第六章金屬材料

6.1工業(yè)用鋼概述

6.1.1鋼中雜質(zhì)

鐳、硅、硫、磷在鋼中的分布、對(duì)性能的影響。

6.1.2鋼的分類與編號(hào)

1.鋼的分類：（lOmin）

1）.按化學(xué)成分分類；2）.按質(zhì)量分類；3）按用途分類

2.鋼的編號(hào)（20min）

按碳含量、合金元素的種類和數(shù)量以及質(zhì)量級(jí)別來編號(hào):

1.普通碳素結(jié)構(gòu)鋼Q253-A.F

2.優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼45、40Mn

3.碳素工具鋼T8或T10A

4.鑄造碳鋼

3.合金鋼的編號(hào)

1）.低合金結(jié)構(gòu)鋼Q353-C

2）.合金結(jié)構(gòu)鋼60Si2Mn

3）.合金工具鋼5CrMnMo

4）.特殊性能鋼

6.2合金元素在鋼中的作用

6.2.1合金元素對(duì)鋼中基本相的影響（15min）

1.形成合金鐵素體

2.形成碳化物

6.2.2合金元素對(duì)鐵碳相圖的影響（lOmin）

6.2.3合金元素對(duì)熱處理及性能的影響（15min）

1.對(duì)鋼在加熱時(shí)奧氏體化的影響

2.對(duì)過冷奧氏體分解的影響

3.對(duì)回火轉(zhuǎn)變的影響

6.3結(jié)構(gòu)鋼

6.3.1普通結(jié)構(gòu)鋼（lOmin）

普通碳素結(jié)構(gòu)鋼和低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼

1.成分特點(diǎn)

2.熱處理特點(diǎn)

普通結(jié)構(gòu)鋼使用時(shí)一般不進(jìn)行熱處理，大多數(shù)是在熱軋狀態(tài)下或熱軋后正火狀態(tài)下使用。

其組織為鐵素體和少量珠光體

普通碳素結(jié)構(gòu)鋼：一般工程用熱軋鋼板、鋼帶、型鋼、棒鋼等

低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼：這類材料是用來制造橋梁、船舶、大型鋼結(jié)構(gòu)

6.3.2優(yōu)質(zhì)結(jié)構(gòu)鋼（40min）

硫、磷含量均控制在0.035%以下

1.性能要求

2.成分特點(diǎn)

3.熱處理特點(diǎn)

幡機(jī)器零件制造工藝流程一般為：下料毛坯成形（通常為鍛造）一?預(yù)備熱處理

粗加工—?最終熱處理—>精加工—裝配。

6.4工具鋼

6.4.1性能要求

6.4.2成分特點(diǎn)

6.4.3鍛造及熱處理特點(diǎn)

6.5特殊性能鋼

特殊性能鋼是指具有特殊的物理、化學(xué)性能的鋼，如不銹鋼、耐熱鋼和耐磨鋼等

6.5特殊性能鋼

特殊性能鋼是指具有特殊的物理、化學(xué)性能的鋼，如不銹鋼、耐熱鋼和耐磨鋼等.

6.6鑄鐵

6.6.1鑄鐵的石墨化（20min）

6.6.2常用鑄鐵（50min）

1.鑄鐵的組織、分類與牌號(hào)

鑄鐵的性能除了與成分及基體組織有關(guān)外，更主要的是取決于石墨的形態(tài)（形狀、大小、數(shù)

量、分布等），因此，工業(yè)鑄鐵一般根據(jù)石墨的形態(tài)來進(jìn)行分類。

2.成分特點(diǎn)

3.鑄鐵性能特點(diǎn)

4.熱處理特點(diǎn)

5.鑄鐵的應(yīng)用

6.6.3合金鑄鐵（20min）

1.耐磨鑄鐵

2.耐熱鑄鐵

3.耐蝕鑄鐵

6.7鋁及其合金

6.7.1純鋁

6.7.2鋁合金的分類

形變鋁合金和鑄造鋁合金兩大類

形變鋁合金又可分為防銹鋁合金、硬鋁合金、超硬鋁合金和鍛造鋁合金。

鋁硅鑄造鋁合金：又稱為硅鋁明

6.8銅及其合金

6.8.1純銅

6.8.2黃銅

黃銅是以鋅作為主要合金元素的銅合金.通常把銅鋅二元合金稱為普通黃銅，用“黃”字漢語

拼音字首“H”表示，其后附以數(shù)字表示平均含銅量。

6.8.3青銅

6.9軸承合金

錫基軸承合金

6.10新型金屬材料

形狀記憶合金

第七章鑄造（金屬液態(tài)成形）

7.1砂型鑄造（60min）

砂型鑄造的工藝過程包括：混砂、造型和造芯、烘干、合箱、熔化與澆注、鑄件的清理

和檢驗(yàn)等工序。

液態(tài)成形（鑄造）的優(yōu)點(diǎn)：

（1）適應(yīng)性廣，工藝靈活性大（材料、大小、形狀幾乎不受限制）

（2）最適合形狀復(fù)雜的箱體、機(jī)架、閥體、泵體、缸體等

（3）成本較低（鑄件與最終零件的形狀相似、尺寸相近）

主要問題：組織疏松、晶粒粗大，鑄件內(nèi)部常有縮孔、縮松、氣孔等缺陷產(chǎn)生，導(dǎo)致鑄

件力學(xué)性能，特別是沖擊性能較低。

分類：鑄造從造型方法來分，可分為砂型鑄造和特種鑄造兩大類。

其中砂型鑄造工藝如圖7-1所示。

圖7-1砂型鑄造工藝流程圖

7.1.1造型方法

造型是砂型鑄造的重要工序，有手工造型和機(jī)器造型兩類。

1.手工造型

手工造型特點(diǎn)：操作方便靈活、適應(yīng)性強(qiáng)，模樣生產(chǎn)準(zhǔn)備時(shí)間短。但生產(chǎn)率低，勞動(dòng)強(qiáng)

度大，鑄件質(zhì)量不易保證。只適用于單件小批量生產(chǎn)。

各種常用手工造型方法的特點(diǎn)及其適用范圍見下表：

表常用手工造型方法的特點(diǎn)和應(yīng)用范圍

造型方法主要特點(diǎn)適用范圍

適用于各種生產(chǎn)

鑄型由上型和下型組成，造型、

批量，各種大、中、

起模、修型等操作方便

小鑄件

鑄型由上、中、下三部分組成,

主要用于單件、

中型的高度須與鑄件兩個(gè)分型面的

小批量生產(chǎn)具有兩

間距相適應(yīng)。三箱造型費(fèi)工，應(yīng)盡

個(gè)分型面的鑄件

量避免使用

在車間地坑內(nèi)造型，用地坑代

常用于砂箱數(shù)量

替下砂箱，只要一個(gè)上砂箱，可減

不足，制造批量不大

少砂箱的投資。但造型費(fèi)工，而且

的大、中型鑄件

要求操作者的技術(shù)水平較高

收福遭T套0

鑄型合型后，將砂箱脫出，重

新用于造型。澆注前，須用型砂將主要用在生產(chǎn)小

脫箱后的砂型周圍填緊，也可在砂鑄件，砂箱尺寸較小

i,fb；3；'TTrr型上加套箱

底悔

修■值型

模樣是整體的，多數(shù)情況下，

適用于一端為最

檄建慧派?型腔全部在下半型內(nèi)，上半型無型

大截面，且為平面的

腔。造型簡單，鑄件不會(huì)產(chǎn)生錯(cuò)型

鑄件

缺陷

模樣是整體的，但鑄件的分型

面是曲面。為了起模方便，造型時(shí)用于單件或小批

用手工挖去阻礙起模的型砂。每造量生產(chǎn)分型面不是

一件，就挖砂一次，費(fèi)工、生產(chǎn)率平面的鑄件

低

為了克服挖砂造型的缺點(diǎn)，先

用于成批生產(chǎn)分

將模樣放在一個(gè)預(yù)先作好的假箱

型面不是平面的鑄

按上，然后放在假箱上造下型，省去

件

模用入，他的成5!底悔〈保兩〉挖砂操作。操作簡便，分型面整齊

樣分?原皇

特

將模樣沿最大截面處分為兩

征常用于最大截面

半，型腔分別位于上、下兩個(gè)半型

區(qū)在中部的鑄件

內(nèi)。造型簡單，節(jié)省工時(shí)

分

活缺毒量

鑄件上有妨礙起模的小凸臺(tái)、

主要用于單件、

肋條等。制模時(shí)將此部分作成活塊,

小批量生產(chǎn)帶有突

在主體模樣起出后，從側(cè)面取出活

出部分、難以起模的

塊。造型費(fèi)工，要求操作者的技術(shù)

鑄件

水平較高

用刮板代替模樣造型。可大大主要用于有等截

降低模樣成本，節(jié)約木材，縮短生面的或回轉(zhuǎn)體的大、

產(chǎn)周期。但生產(chǎn)率低，要求操作者中型鑄件的單件或

的技術(shù)水平較高小批量生產(chǎn)

2.機(jī)器造型：機(jī)器造型是指用機(jī)械設(shè)備實(shí)現(xiàn)幽和起摸的造型方法。

機(jī)器造型特點(diǎn)：

大批量生產(chǎn)砂型的主要方法，能夠顯著提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，改善勞動(dòng)條件，并提高鑄件的

尺寸精度、表面質(zhì)量，使加工余量減小。

1).基本原理圖7-2所示為頂桿起模式震壓造型機(jī)的工作過程。

圖7-2震壓造型機(jī)的工作過程

填砂一震擊緊砂一輔助壓實(shí)一起模

2).工藝特點(diǎn)機(jī)器造型工藝是采用模底板進(jìn)行兩箱造型。

模底板是將模樣、澆注系統(tǒng)沿分型面與底板聯(lián)結(jié)成一個(gè)整體的專用模具。造型后，底板

形成分型面，模樣形成鑄型空腔。

3.造芯

用途：當(dāng)制作空心鑄件，或鑄件的外壁內(nèi)凹，或鑄件具有影響起模的外凸時(shí)，經(jīng)常要用

到型芯，制作型芯的工藝過程稱為造芯。型芯可用手工制造，也可用機(jī)器制造。形狀復(fù)雜的

型芯可分塊制造，然后粘合成形。

注意：為了提高型芯的剛度和強(qiáng)度，需在型芯中放入芯骨；為了提高型芯的透氣性，需在型

芯的內(nèi)部制作通氣孔；為了提高型芯的強(qiáng)度和透氣性，一般型芯需烘干使用。

7.1.2砂型鑄造工藝

目的：為了獲得健全的合格鑄件，減小鑄型制造的工作量，降低鑄件成本，在砂型鑄造

的生產(chǎn)準(zhǔn)備過程中，必須合理地制訂出鑄造工藝方案，并繪制出鑄造工藝圖。

鑄造工藝圖：在零件圖中用各種工藝符號(hào)表示出鑄造工藝方案的圖形，其中包括：鑄件

的澆注位置；鑄型分型面；型芯的數(shù)量、形狀、固定方法及下芯次序；加工余量；起模斜度；

收縮率；澆注系統(tǒng)；冒口；冷鐵的尺寸和布置等。鑄造工藝圖是指導(dǎo)模樣(芯盒)設(shè)計(jì)、生

產(chǎn)準(zhǔn)備、鑄型制造和鑄件檢驗(yàn)的基本工藝文件。依據(jù)鑄造工藝圖，結(jié)合所選造型方法，便可

繪制出模樣圖及合箱圖。圖7-3為支座的鑄造工藝圖、模樣圖及合箱圖。

。）零件出?）令箱用

圖7-3支座的鑄造工藝圖、模樣圖及合型圖

a）零件圖b）鑄造工藝圖（左）和模樣圖（右）c）合型圖

（-）澆注位置的選擇

澆注位置：澆注時(shí)鑄件在鑄型中所處的位置，選擇原則如下：

1.鑄件的重要加工面應(yīng)朝下或位于側(cè)面

圖7-4所示為車床床身鑄件的澆注位置方案。由于床身導(dǎo)軌面是重要表面，不允許有明

顯的表面缺陷，而且要求組織致密，因此應(yīng)將導(dǎo)軌面朝下澆注。

圖7-4車床床身的澆注位置

圖7-5為起重機(jī)卷揚(yáng)筒的澆注位置方案。采用立式澆注，由于全部圓周表面均處于側(cè)立

位置，其質(zhì)量均勻一致、較易獲得合格鑄件。

上

x-、

中

▲

▼下

圖7-5卷揚(yáng)筒的澆注位置

1.鑄件的大平面應(yīng)朝下

型腔的上表面除了容易產(chǎn)生砂眼、氣孔、夾渣等缺陷外，大平面還常容易產(chǎn)生夾砂缺陷。

因此，對(duì)平板、圓盤類鑄件的大平面應(yīng)朝下。

2.面積較大的薄壁部分置于鑄型下部或使其處于垂直或傾斜位置

可以有效防止鑄件產(chǎn)生澆不足或冷隔等缺陷。圖7-6為油盤鑄件的合理澆注位置。

圖7-6薄壁件的澆注位置

3.對(duì)于容易產(chǎn)生縮孔的鑄件，應(yīng)將厚大部分放在分型面附近的上部或側(cè)面

以便在鑄件厚壁處直接安置冒口，使之實(shí)現(xiàn)自下而上的定向凝固。如前述之鑄鋼卷揚(yáng)筒,

澆注時(shí)厚端放在上部是合理的；反之，若厚端在下部，則難以補(bǔ)縮。

(-)鑄型分型面的選擇

鑄型分型面的選擇恰當(dāng)與否會(huì)影響鑄件質(zhì)量，使制模、造型、造芯、合箱或清理等工序

復(fù)雜化，甚至還可增大切削加工的工作量。

分型面的選擇原則：

1.便于起模，使造型工藝簡化盡量使分型面平直、數(shù)量少，避免不必要的活塊和型

芯。

圖7-7為一起重臂鑄件，按圖中所示的分型面為一平面，故可采用較簡便的分模造型;

如果選用彎曲分型面，則需采用挖砂或假箱造型，而在大量生產(chǎn)中則使機(jī)器造型的模底板的

制造費(fèi)用增加。

圖7-7起重臂的分型面

應(yīng)盡量使鑄型只有一個(gè)分型面，以便采用工藝簡便的兩箱造型。多一個(gè)分型面，鑄型就

增加一些誤差，使鑄件的精度降低。圖7-8a所示的三通，其內(nèi)腔必須采用一個(gè)T字型芯來

形成，但不同的分型方案，其分型面數(shù)量不同。當(dāng)中心線ab呈垂直時(shí)（圖7-8b）,鑄型必須

有三個(gè)分型面才能取出模樣，即用四箱造型。當(dāng)中心線cd呈垂直時(shí)（圖7-8c）,鑄型有兩個(gè)

分型面，必須采用三箱造型。當(dāng)中心線ab和cd都呈水平位置時(shí)（圖7-8d）,因鑄型只有一

個(gè)分型面，采用兩箱造型即可。顯然，圖7-8d是合理的分型方案。

圖7-9所示支架分型方案是避免用活塊的例子。按圖中方案I,凸臺(tái)必須采用四個(gè)活塊

制出，而下部兩個(gè)活塊的部位較深，取出困難。當(dāng)改用方案H時(shí)，可省去活塊，僅在A處

稍加挖砂即可。

圖7-9支架的分型方案

鑄件的內(nèi)腔一般是由型芯形成的，有時(shí)可用型芯簡化模樣的外形，制出妨礙起模的凸臺(tái)、

側(cè)凹等。但制造型芯需要專門的工藝裝備，并增加下芯工序，會(huì)增加鑄件成本。因此，選擇

分型面時(shí)應(yīng)盡量避免不必要的型芯。

如圖7-10所示的輪形鑄件，由于輪的圓周面外側(cè)內(nèi)凹，在批量不大的生產(chǎn)條件下，多

采用三箱造型。但在大批量生產(chǎn)條件下，采用機(jī)器造型，需要改用圖中所示的環(huán)狀型芯，使

鑄型簡化成只有一個(gè)分型面，這種方法盡管增加了型芯的費(fèi)用，但可通過機(jī)器造型所取得的

經(jīng)濟(jì)效益得到補(bǔ)償。

圖7-10使用型芯減少分型面

2.盡量使鑄件全部或大部置于同一砂箱，以保證鑄件精度如圖7-11所示。

3.盡量使型腔及主要型芯位于下型這樣便于造型、下芯、合箱和檢驗(yàn)鑄件壁厚。但

下型型腔也不宜過深，并盡量避免使用吊芯和大的吊砂。如圖7-12所示。

注意：選擇分型面的上述諸原則，對(duì)于某個(gè)具體的鑄件來說難以全面滿足，有時(shí)甚至互

相矛盾。因此，必須抓住主要矛盾、全面考慮，至于次要矛盾，則應(yīng)從工藝措施上設(shè)法解決。

（三）工藝參數(shù)的確定

在鑄造工藝方案初步確定之后，還必須選定鑄件的機(jī)械加工余量、起模斜度、收縮率、

型芯頭尺寸等具體參數(shù)。

1.加工余量和最小鑄出孔在鑄件上為切削加工而加大的尺寸稱為機(jī)械加工余量。

數(shù)值取決于：鑄件生產(chǎn)批量、合金的種類、鑄件的大小、加工面與基準(zhǔn)面之間的距離及

加工面在澆注時(shí)的位置等。采用機(jī)器造型，鑄件精度高，余量可減??；手工造型誤差大，余

量應(yīng)加大。鑄鋼件因表面粗糙，余量應(yīng)加大；非鐵合金鑄件價(jià)格昂貴，且表面光潔，余量應(yīng)

比鑄鐵小。鑄件的尺寸愈大或加工面與基準(zhǔn)面之間的距離愈大，尺寸誤差也愈大，故余量也

應(yīng)隨之加大。澆注時(shí)鑄件朝上的表面因產(chǎn)生缺陷的機(jī)率較大，其余量應(yīng)比底面和側(cè)面大?；?/p>

鑄鐵的機(jī)械加工余量見下表。

灰鑄鐵的機(jī)械加工余量（mm）

鑄件最大澆注時(shí)加工面與基準(zhǔn)面之間的距離

尺寸位置<5050-120120~260260~500500-800800~1250

頂面3.5~4.54.0~4.5

<120

頂面4.0?5.04.5~5.05.0~5.5

120?260

頂面4.5?6.05.0~6.06.0?7.06.5~7.0

260-500

7.5~9.0

頂面5.0?7.06.0?7.06.5~7.07.0?8.0

500?800

6.5~7.0

頂面6.0~7.06.5~7.57.0-8.07.5~8.08.0~9.08.5-10

800-1250

鑄件的孔、槽：一般來說，較大的孔、槽應(yīng)當(dāng)鑄出，以減少切削加工工時(shí)，節(jié)約金屬材

料，并可減小鑄件上的熱節(jié)；較小的孔則不必鑄出，用機(jī)加工較經(jīng)濟(jì)。最小鑄出孔的參考數(shù)

值見下表。對(duì)于零件圖上不要求加工的孔、槽以及彎曲孔等，一般均應(yīng)鑄出。

表鑄件毛坯的最小鑄出孔（mm）

最小鑄出孔的直徑d

生產(chǎn)批量

灰鑄鐵件鑄鋼件

大量生產(chǎn)12-15一

成批生產(chǎn)15?3030?50

單件、小批量生產(chǎn)30?5050

2.起模斜度為了使模樣（或型芯）易于從砂型（或芯盒）中取出，凡垂直于分型面

的立壁，制造模樣時(shí)必須留出一定的傾斜度，此傾斜度稱為起模斜度，如圖7-13所示。

在鑄造工藝圖上，加工表面上的起模斜度應(yīng)結(jié)合加工余量直接表示出，而不加工表面上

的斜度（結(jié)構(gòu)斜度）僅需用文字注明即可。

3.收縮率鑄件冷卻后的尺寸比型腔尺寸略為縮小，為保證鑄件的應(yīng)有尺寸，模樣

尺寸必須比鑄件放大一個(gè)該合金的收縮率。鑄造收縮率K表達(dá)式為：

K=G二"x100%

4

式中上橫——模樣或芯盒工作面的尺寸，單位為mm；

%---鑄件的尺寸，單位為mm。

通常，灰鑄鐵的鑄造收縮率為0.7%~1.0%,鑄造碳鋼為1.3%~2.0%,鑄造錫青銅為

1.2%~1.4%?

4.型芯頭型芯頭可分為垂直芯頭和水平芯頭兩大類，如圖7-14所示。

圖7-14型芯頭的構(gòu)造

a）垂直芯頭b）水平芯頭

（四）鑄造工藝設(shè)計(jì)的一般程序

鑄造工藝設(shè)計(jì)：在生產(chǎn)鑄件之前，編制出控制該鑄件生產(chǎn)工藝的技術(shù)文件。鑄造工藝設(shè)

計(jì)主要是畫鑄造工藝圖、鑄件毛坯圖、鑄型裝配圖和編寫工藝卡片等，它們是生產(chǎn)的指導(dǎo)性

文件，也是生產(chǎn)準(zhǔn)備、管理和鑄件驗(yàn)收的依據(jù)。因此，鑄造工藝設(shè)計(jì)的好壞，對(duì)鑄件的質(zhì)量、

生產(chǎn)率及成本起著決定性的作用。

一般大量生產(chǎn)的定型產(chǎn)品、特殊重要的單件生產(chǎn)的鑄件，鑄造工藝設(shè)計(jì)訂得細(xì)致，內(nèi)容

涉及較多。單件、小批生產(chǎn)的一般性產(chǎn)品，鑄造工藝設(shè)計(jì)內(nèi)容可以簡化。在最簡單的情況下，

只須繪制一張鑄造工藝圖即可。

鑄造工藝設(shè)計(jì)的內(nèi)容和一般程序見表。

表鑄造工藝設(shè)計(jì)的內(nèi)容和一般程序

項(xiàng)目內(nèi)容用途及應(yīng)用范圍設(shè)計(jì)程序

①產(chǎn)品零件的技術(shù)條件

和結(jié)構(gòu)工藝性分析

在零件圖上用規(guī)定

②選擇鑄造及造型方法

的紅、蘭等各色符號(hào)表

鑄是制造模樣、模底板、芯盒

示出：澆注位置和分型

造等工裝以及進(jìn)行生產(chǎn)準(zhǔn)備和驗(yàn)③確定澆注位置和分型面

面，加工余量，收縮率，

工收的依據(jù)

起模斜度，反變形量，

④選用工藝參數(shù)

澆、冒口系統(tǒng)，內(nèi)外冷

圖適用于各種批量的生產(chǎn)

鐵，鑄肋，砂芯形狀、

⑤設(shè)計(jì)澆冒口、冷