1、第1章金屬材料基本知識1.1金屬材料的力學性能力學性能是指材料在各種載荷作用下表現出來的抵抗力。主要的力學性能指標有強度、塑性、硬度、沖擊韌度、疲勞強度等。1.1.1強度強度是金屬材料在載荷作用下抵抗塑性變形或斷裂的能力。根據載荷作用方式的不同，強度可分為抗拉強度（Ob）、抗壓強度（Obc）、抗彎強度（obb）和抗剪強度（Ot）等抗拉強度指標是通過金屬拉伸試驗測定。1）拉伸曲線彈性變形階段。屈服階段。均勻塑性變形階段?？s頸階段。強度指標常用的強度指標有屈服點和抗拉強度。屈服點它是拉伸過程中，載荷不增加，試樣還繼續發生變形的最小應力?？估瓘姸人墙饘俨牧显诶瓟嗲八艹惺艿淖畲髴Α．斄慵诠ぷ鲿r

2、所受應力0Oe時，材料只產生彈性變形；當eS時，材料除產生彈性變形外，還產生微量塑性變形；當。oo時，零件產生裂紋,b甚至斷裂。1.1.2塑性塑性是金屬材料在載荷作用下產生塑性變形而不斷裂的能力，指標也是通過拉伸試驗測定。常用塑性指標是斷后伸長率和斷面收縮率斷后伸長率是指拉伸試驗拉斷后，標距長度的相對伸長值。斷面收縮率是指拉伸試樣拉斷后試樣截面積的收縮率。硬度硬度是指金屬材料抵抗外物壓入其表面的能力，即金屬材料抵抗局部塑性變形或破環的能力。1）布氏硬度將一定直徑的壓頭，在一定的載荷下垂直壓入試樣表面，保持規定的時間卸載，壓痕表面所承受的平均應力值稱為布氏硬度。以HB表示。當試驗壓頭為淬硬鋼球時

3、，硬度符號為HBS，適于測量布氏硬度小于450的材料。當試驗壓頭為硬質合金鋼球時，硬度符號為HBW，適于測量布氏硬度小于650的材料。HBS或HBW之前的數字為硬度值。2）洛氏硬度用規定的載荷，將頂角為120的圓錐形金剛石壓頭或直徑為1.588mm的粹火鋼球壓入金屬表面，取其壓痕深度計算硬度的大小，這和硬度稱為烙氏硬度HR。HRA主要用于測量硬質合金，表面淬火鋼等。HRB主要用于測量軟鋼、退火鋼、銅合金等。HRC主要用于測量一般淬火鋼件。3）維氏硬度用49981N的載荷，將頂角為136。的金剛石四方角錐體壓頭壓入金屬表面，以其壓痕面積除載荷所得的商稱為維氏硬度HV。沖擊韌度沖擊韌度是金屬材料抵

4、抗沖擊載荷作用而不破環的能力，通常用一次擺錘沖擊試驗來測定疲勞強度許多機械零件，例如軸、齒輪、軸承、彈簧等，在工作中承受的是交變載荷。在這種載荷作用下，雖然零件所受應力遠低于材料的屈服點，但在長期使用中往往會突然發生斷裂，這種破環過程稱為疲勞強度。1.2金屬與合金的晶體結構和結晶金屬的晶體構造1）晶體與非晶體自然界的固態物質，根據原子在內部的排列特征可分為晶體與非晶體。固態下原子在物質內部作有規則排列，即為晶體固態下物質內部原子呈無序堆積狀況，即為非晶體2）晶格與晶胞為了形象地描述晶體內部原子排列的規律，將原子抽象為幾何點，并用一些假想連線將幾何點在三維方向連接起來，這樣構成的空間格子稱為晶格

5、。晶格中原子排列具有周期性變化的特點，通常從晶格中選取一個能夠完整反映格特征的最小幾何單元，稱為晶胞。4）三種典型的金屬晶格類型體心立方晶格面心立方晶格密排六方晶格1.2.2金屬的結晶金屬的結晶一般是指金屬由液態轉變為固態的過程。1）純金屬的冷卻曲線。原理的在液態純金屬的緩慢冷卻過程中，每隔一定時間測量一次溫度，直到冷卻至室溫。將測量結果繪制在溫度一時間坐標上，便得到純金屬的冷卻曲線，即溫度隨時間而變化的曲線。2）結晶過程晶核的形成在過冷度存在的條件下，依靠產生微細小晶體形成晶體過程，稱為自發形核。在實際金屬中常有雜質的存在，這種依附于雜質或型壁而形成晶核的過程，稱為非自發形核。自發形核和非自

6、發形核在金屬結晶時是同時進行的，但非自發形核常起優先和主導作用。晶核的長大晶核形后，會吸附其周圍液態中的原子，不斷長大。晶核長大使液態金屬的相對量逐漸減少。3）晶體缺陷晶體缺陷按其幾何形態特征分為三類：點缺陷：最常見的點缺陷有空位、間隙原子、置換原子等。線缺陷：線缺陷主要指的是位錯。面缺陷：通常指的是晶界和亞晶界。4）晶粒大小及其控制為了細化晶體粒，改善其性能，常采用以下方法。增加過冷度。形核率和長大速率都隨過冷度增大而增大。變質處理。在液態金屬結晶前加入一此細小變質劑，使結晶時形核率N增加，而長大速率G降低，這種細化晶粒方法稱為變質處理。合金的晶體結構1）合金的基本概念合金：一種金屬元素與其

7、他金屬或非金屬元素，經熔練、燒結或與其他方法結合具有金屬特性的物質，稱為合金。組元：組成合金的最基本的獨立物質稱為組元。合金系：由兩個或兩個以上組元按不同比例配制成一系列不同成分的合金，稱為合金系。相：合金中具有同一聚集狀態、同一結構和性質的均勻組成部分稱為相。組織：用肉眼或借助顯微鏡觀擦到材料具有獨特微觀形貌特征的部分稱為組織。2）合金的組織通常固態時合金中形成固溶體、金屬化合物、機械混合物三類組織。固溶體合金由液態結晶為固態時，一組元溶解在另一組元中，形成均勻的相稱為固溶體。固溶體可分為置換固溶體和間隙固溶體。溶劑結點上的部分原子被溶質原子所替代而形成的固溶體，稱為置換固溶體。溶質原子溶入

8、溶劑晶格之中而形成的固溶體，稱為間隙固溶體。無論是置換固溶體還是間隙固溶體，都是均勻的單相組織，晶格類型保持溶劑的晶格類型。但由于溶質原子的溶入使晶格畸變?；兊拇嬖谑刮唤柽\動阻力增加，從而提高了合金的強度和硬度，而塑性下降，這種現象稱為固溶強化。金屬化合物：合金組元間發生相互作用而形成一種具有金屬特性的物質，稱為金屬化合物。機械混合物：兩種以上按一定質量分數組合成的物質稱為機械混合物。鐵碳合金1）鐵碳合金基本組織純鐵的同素異構轉變：金屬這種在固態下晶格類型隨溫度（壓力）變化的特性稱為同素異構轉變鐵碳合金的組本組織鐵碳合金中含有質量分數為0.10%0.20%雜質的稱之為工業純鐵。由鐵和碳的交互

9、作用，可形成下列五種基本組織：鐵素體、奧氏體、滲碳體、珠光體和萊氏體。鐵素體：鐵素體是碳溶于a-Fe中所形成的間隙固溶體，用符號F表示，它仍保持a-Fe的體心立方晶格結構。奧氏體：奧氏體是碳溶于Y-Fe中所形成的間隙固溶體。用符呈A表示，它保持Y-Fe的面心立方晶格結構滲碳體：滲碳體是鐵和碳組成的具有復雜斜方結構的間隙化合物，用化學式Fe3C表示，滲碳體中碳的質量分數為6.69%。珠光體：珠光體是鐵素體和滲碳體組成的機械混合物，用符號P表示萊氏體：萊氏體是甲C為4.3%的合金，緩慢冷卻到1148C時從液相中同時結晶出奧氏體和滲碳體的共晶組織，用符號Ld表示。2）含碳量對鐵碳合金組和力性能的影響

10、規律是。含碳量對平衡組織的影響鐵碳合金在室溫的組織都是由鐵素體和滲碳體組成。含碳量對力學性能的影響隨著鋼中含碳量增加，鋼的強度、硬度升高，而塑性和韌性下降。這是由于組織中滲碳體量不斷增多，鐵素體不斷減少的緣故。第2章鋼的熱處理鋼的熱處理是將鋼在固態下進加熱、保溫和冷卻。以改變其內部組織，從而獲得所需要性能的一種工藝方法。鋼的熱處理方法主要有退火、正火、淬火、回火和表面熱處理等多種。2.1鋼在加熱和冷卻時的組織轉變鋼在加熱時的組織轉變。熱處理加熱的最主要目的就是為了得到奧氏體，因此這種加熱轉變過程稱為鋼的奧氏體化。但隨著加熱溫度的升高和保溫時間的延長，奧氏體晶粒就會自發地長大。奧氏體晶粒愈粗大，

11、冷卻轉變產物的組織愈粗大，冷卻后鋼的力學性能愈差，特別是沖擊韌度明顯降低，所以在粹火加熱時總是希望得到細小的奧氏體晶粒。在加熱溫度相同時，加熱速度愈快，保溫時間愈短，奧氏體晶粒愈小。鋼在冷卻時的組織轉變冷卻過程是熱處理的關鍵工序，其冷卻轉變溫度決定了冷卻后的組織和性能。1）過冷奧氏體的等溫冷卻轉變。在不同的過冷度下，反映過冷奧氏體轉變產物與時間關系的曲線稱為過冷奧氏體等溫轉變的動力學曲線。稱為C曲線。3種不同的轉變，即珠光體轉變（550度以上），貝氏本轉變（220度以上）和馬氏體轉變（220度以下）2）過冷奧氏體的連續卻轉變。在共析碳鋼的連續冷卻轉變過程中，只發生珠光體和馬氏體轉變而不發生貝氏

12、體轉變。過冷奧氏體在連續卻過程中不發生分解而全部過冷到馬氏體區的最小冷卻速度，稱為馬氏體臨界冷卻速度，用uK表示。鋼的退火和正火退火和正火經常作為鋼的預先熱處理工序，安排在鑄造和焊接之后或粗加工之前。鋼的退火退火是將鋼材（或鋼件）加熱到適當溫度，保溫一定時間，隨后緩慢冷卻，以獲得接近平衡狀態組織的熱處理工藝。退火的主要目的是：1）降低或調整硬度，以便于切削加工。2）消除或降低殘余應力，以防變形、開裂。3）細化晶粒、改善組織，提高力學性能，并為最終熱處理作好組織準備。完全退火是把鋼加熱到完全奧氏體化，保溫后隨后之緩慢冷卻的退火工藝。鋼的正火將鋼材或鋼件加熱到Ac3（或Acm）以上3050C，保溫

13、適當的時間后，在靜止的空氣中冷卻的熱處理工藝，稱為正火。正火的冷卻速度比退火的冷卻速度較快1）低碳鋼可通過正火處理提高強度和硬度，以改善切削加工性能。2）中碳鋼進行正火處理可直接用于對性能要求不高的零件的最終熱處理或代替完全退火。2.3鋼的淬火和回火淬火和回火稱為最終熱處理，以提零件的性能，充分發揮鋼的潛力。2.3.1鋼的粹火將鋼件加熱到Ac1（或Ac3）以上3050C，保溫一定的時間，然后以大于臨界冷卻速度冷卻，以獲得馬氏體或貝氏體組織的熱處理工藝，稱為淬火。淬火質量取決于淬火三要素，即加熱溫度，保溫時間和冷卻速度。1）淬火加熱溫度。亞共析鋼T=Ac3+（3050C）全部轉成奧氏體共析、過共

14、析鋼T=Ac1+（3050C）部分轉成奧氏體2）淬火冷卻介質及冷卻方法。碳素鋼的常用冷卻介質是水溶液，而合金鋼常用油作為冷卻介質。3）鋼的淬硬性與淬透性鋼的淬硬性是指在規定條件下，決定鋼材淬硬化所能達到的最高硬度。鋼的淬透性是指在規定條件下，決定鋼材淬硬深度和硬度分布的特性。2.3.2鋼的回火工件淬火后通常獲得馬氏體加殘余奧氏體組織，這種組織不穩定，存在很大的內應力，因此必須回火?；鼗馂閮H能消除應力，穩定工作尺寸，而且能獲得良好的性能組合鋼件淬硬后，再加熱到Acl點以下某一溫度，保溫一定時間后冷卻到室溫的熱處理工藝，稱為回火。分為低溫回火，中溫回火，高溫回火三種。1）低溫回火（150250C）

15、低溫回火的組織為回火馬氏體，硬度一般為60HRC,主要用于高碳鋼和合金鋼。2）中溫回火（350500C）中溫回火后的組織為回火托氏體，硬度為3545HRC,主要用于各種彈簧和模具。3）高溫回火（500650C）高溫回火后的組織為回火索氏體，硬度為2833HRC,主要用于各種重要的結構件，特別是交變載荷下工作的連桿，螺柱，齒輪和軸類工件。2.4鋼的表面熱處理2.4.1鋼的表面淬火表面淬火是一種不改變層化學成分，而改變表層組織的局部熱處理方法。常用的有感應加熱表面淬火法和火焰加熱表面淬火法兩種。1）感應加熱表面淬火感應加熱表面淬火，是利用電磁感應、集膚效應、渦流和電阻熱等電磁原理，使工件表層快速加

16、，并快速冷卻的熱處理工藝。2）火焰加熱表面淬火火焰加熱表面淬火是利用乙炔氧或其它可燃氣體火焰（約3000C以上），將工件表面迅速加熱到淬火溫度，然后立即噴水冷卻的熱處理工藝。2.4.2鋼的化學熱處理化學熱處理是將工件置于一定溫度的活性介質中保溫，使一種或幾種元素滲入它的表層，以改變其化學成分，組織和性能的熱處理工藝。1）鋼的滲碳為了增加鋼件表層的含碳量和一定的碳濃度梯度，將鋼件在滲碳介質中加熱并保溫，使碳原子滲入表面層的化學熱處理工藝稱為滲碳。2）鋼的滲氮在一定溫度下（一般在鋼的臨界點溫度以下）使活性氮原子滲入鋼件表面的化學熱處理工藝稱為滲氮。3）碳氮共滲碳氮共滲是在一定溫度下同時將碳、氮滲入

17、工件表層奧氏體中并以滲碳為主的化學熱處理工藝。鋼的熱處理新工藝簡介。1）強韌化處理。2）形變熱處理。3）真空熱處理。4）激光熱處理。第3章常用工程材料3.1工業用鋼3.1.2碳素鋼碳素鋼簡稱碳鋼，它是含碳量小于2的鐵碳合金。碳鋼可分為碳素結構，優質碳素結構鋼，碳素鑄鋼和碳素工具鋼。1）碳素結構鋼。碳素結構鋼的硫、磷的質量分數較高（PW0.045,SW0.055）,大部分用于工程構，小部分用于機械零件。以Q235鋼在工業上應用最多。（Q195、Q215、Q255、Q275）2）優質碳素結構鋼這類鋼的硫、磷的質量分數0.035%,廣泛用于較重要的機械零件。以45號鋼應用最廣。（08、10、15、2

18、0、60、65）3）碳素鑄鋼碳素鑄鋼是冶煉后直接鑄造成毛坯或零件的,適用于形狀復雜且韌性、強度要求較高的零件。甲c一般在0.15%0.60%。形號例如：ZG200-400（ZG230-450、ZG270-500、ZG310-570）4）碳素工具鋼碳素工具鋼的含量為0.7%1.3%形號例如：T12（T7、T8、T8Mn、T9、T10、T13）合金鋼所謂合金鋼是為了改善或提高鋼的性能,在碳鋼基礎上特意地加入一種或數種合金元素所制成的鋼,常用的合金元素有Si、Cr、Mn、Ni、W、Mo、Ti和V等。合金鋼根據用途不同可分為三類：合金結構鋼,合金工具鋼和特殊性能鋼。1）合鋼結構鋼普通低合金鋼低合金鋼是

19、在低碳鋼的基礎上，加入少量合金元素發展起來的。具有良好的焊接性，較好的韌性，塑性，強度顯著高于相同碳量的碳鋼。主要牌號：Q295,Q345,Q390、Q420等，其中Q345鋼應用最廣泛主要用于：大橋,巨輪,壓力容器滲碳鋼滲碳鋼主要用于制造高耐磨性,并承受動載荷的零件。主要牌號：15、20Cr、20CrMnTi、18Cr2Ni4W主要用于：齒輪,活塞。調質鋼調質鋼為中碳成分,經淬火和高溫回火調質處理后,且有高強度和良好韌性,即具有良好的綜合力學性能。主要牌號：45、40Cr、35SiMn、38CrMoAlA主要用于：傳動軸、曲軸。彈簧鋼彈簧鋼采用中高碳成分以保證強度,通過淬火中溫回火的熱處理,

20、以滿足高彈性極限,疲勞極限和足夠韌性的要求。主要牌號：65、65Mn、60Si2Mn、50CrVA滾動軸承鋼滾動軸承鋼是制造各類滾動軸承的滾動體內、外套圈的專用鋼。主要牌號:GCr9、GCr152）合金工具鋼合金工具鋼主要用于制造刃具、模具和量具等。刃具鋼：刃具切削時受切削力作用且切削發熱，還會有一定的沖擊和震動。主要牌號:Cr06、9SiCr。模具鋼：冷模具鋼（Cr12、Cr12MoV等）熱模具鋼（5CrMnMo、5CrNiMo等量具鋼：要求較高的硬度（不小于56HRC）和耐磨性。CrWMn的淬透性較高，GCr15耐磨性、尺寸穩定性較好，多用于制造高精度塊規，螺旋塞頭、千分尺。3）特殊性能鋼

21、不銹鋼：馬氏體型不銹鋼（Cr13型，1Cr13應用最廣）鐵素體型不銹鋼（Cr17型，1Cr17應用最廣）、奧氏體型不銹鋼（18-8型，1Cr18Ni9Ti應用最廣）耐熱鋼：耐熱鋼常分為熱化學穩定鋼（3Cr18Ni25Si2等）和熱強鋼（Cr12型、Cr13型、1Cr18Ni9Ti、1Cr17等）。耐磨鋼3.2鑄鐵鑄鐵是指Wc為2%4%的鐵碳合金，并且還含有較多的Si、Mn、S、P等鑄鐵的石墨化鑄鐵的石墨化就是鑄鐵中碳原子析出和形成成石墨的過程。1）鑄鐵冷卻和加熱時的石墨化過程。鑄鐵冷卻時的石墨化過程應包括：從液體中析出一次石墨；由共晶反應而生成的共晶石墨，由奧氏體中析出二次石墨，由共析反應而生

22、成的共析石墨。鑄鐵加熱時的石墨化過程：亞穩定的滲碳體，當在比較高的溫度下長時間加熱時會發生分解，產生石黑化，即Fe3C3Fe+Co。2）影響鑄鐵石墨化的因素化學成分的影響碳、硅、磷對石墨化有不同的影響。其中，碳、硅、磷是促進石墨化的元素，錳、硫是阻礙石墨化的元素。冷卻速度的影響鑄件冷卻速度越緩慢，越有利于石墨化過程充分進行。常用鑄鐵1）灰鑄鐵：灰鑄鐵牌號是由“HT”灰鑄鐵的組織是由片狀石墨和鋼的基體兩部分組成。鋼的基體則可分為鐵素體、鐵素體+珠光體。珠光體三種。灰鑄鐵的性能與普通碳鋼相比，具有力學性能低，耐磨性與消震性好和工藝性能好等特性。常用的灰鑄鐵牌號是：HT150、HT200。2）球墨鑄

23、鐵：球墨鑄鐵牌號由“QT”球墨鑄鐵中石墨呈球狀。球墨鑄鐵兼有鋼的高強度和灰鑄鐵的優良鑄造性能，是一種有發展途的鑄造合金，用來制造受力復雜、力學性能要求高的鑄件。常用的球墨鑄鐵牌號是：QT400-15、QT600-3。3）蠕墨鑄鐵：蠕墨鑄鐵的牌號“RuT”其中碳主要以蠕蟲狀形態存在，其中墨形狀介于片狀和球狀之間。4）可鍛鑄鐵：可鍛鑄鐵的牌號“KT”及其后的H（表示黑心可鍛鑄鐵）或Z（表示珠光體可鍛鑄鐵）可鍛鑄鐵的石墨呈團絮狀。常用的可鍛鑄鐵牌號是：KTH350-10、KTH450-06。3.2.3合金鑄鐵常用合金鑄鐵有耐磨鑄鐵、耐熱鑄鐵、耐蝕鑄鐵。3.3其他合金3.3.1鋁及其合金1）工業純鋁：

24、工業上使用的純鋁，其純度為99.7%98%。工業純鋁的牌號為：1070A、10601050A。鋁具有面心立方晶格，無同素異構轉變，熔點為600C2）鋁合金的分類及熱處理特點3）第4章.鑄造成形概述4.1.1鑄造成形的實質將熔化的金屬或合金澆注到鑄型中，經冷卻凝固后獲得一定形狀和性能的零件或毛坯的成形方法稱為鑄造。4.1.2鑄造成形的主要特點及應用成形方便、適應性強。生產成本低。鑄造生產的缺點。鑄件組織粗大，內部常出現縮孔、縮松、氣孔、砂眼等缺陷，其力學性能不如同類材料的鍛件高。4.2鑄造成形工藝基礎合金的鑄造性能主要是指流動性、收縮性、偏析和吸氣性等。4.2.1合金的流動性和充型能力流動性概念

25、液態金屬的流動能力稱為流動性。若流動性不好，充型能力就差，鑄件容易產生澆不到、冷隔、夾渣、氣孔和縮松等缺陷。影響流動性的因素。1）不同的鑄造合金具有不同的流動性。灰鑄鐵流動性最好，硅黃銅、鋁硅合金次之，而鑄鋼的流動性最差。2）同種合金中，成份不同的合金具有不同的結晶特點，流動性也不同。合金結晶溫度范圍愈寬，液相線和固相線距離愈大，凝固層內表面愈參差不齊，這樣流動阻為就愈大，流動性就愈差。此外，合金液的粘度，結晶潛熱、熱導率等物理性能也對流動性有影響。合金的充型能力。合金的充型能力是指液態合金充滿鑄型腔，獲得形狀完整、輪廓清晣鑄件的能力。若充型能力不足，易產生澆不到、冷隔等缺陷，造成廢品。影響充

26、型能力的影素。（1）鑄型的影響。1）鑄型的蓄熱能力，即鑄型從金屬液中吸收和儲存熱量的能力。2）鑄型溫度，提高鑄型溫度，減少鑄型和金屬液之間的溫差，減緩冷卻速度，可提高合金的充型能力。3）鑄型中的氣體，在金屬液的熱作用下，型腔中的氣體膨脹、型砂中的水分汽化、有機物燃燒，都將增加型腔內的壓力。（2）澆注條件的影響。澆注條件主要是指澆注溫度和充型壓力。1）澆注溫度對合金的充型能力有著決定性的影響。2）充型壓力，液態合金在流動方向上所受的壓力越大，其充型能力就越好。4.2.2合金的收縮合金收縮過程的三個階段（1）液態收縮（2）凝態收縮（3）固態收縮影響合金的收縮因素1）不同種類的合金，其收縮率不同。2

27、）由于鑄件在鑄型中各部分冷卻速度不同，彼此相互制約，對其收縮產生阻力。3）澆注溫度愈高，液態收縮愈大?？s孔和縮松的形成及防止。（1）縮孔與縮松的形成縮孔是指鑄件在凝固過程中，由于補縮不良產生的孔洞?？s孔的形狀極不規則，孔粗糙并帶有枝狀晶，常出現在鑄件最后凝固的部位。縮松是指鑄件斷面上出現的分散而細小的縮孔，有時借助放大鏡才能發現。鑄件有縮松的部位，在氣密性試驗時可能滲漏。（2）縮孔與縮松的防止1）合理選擇鑄造合金。生產中應盡量采用接近共晶成分或結晶范圍窄的合金。2）合理選擇凝固原則。鑄件的凝固原則分為“定向凝固”和“同時凝固”兩種。（3）鑄造內應力、變形與裂紋。1）鑄造內應力按其產生原因，可分

28、為熱應力、固態相變應力和收縮應力3種。減小和消除鑄造內應力的方法有：采用同時凝固的原則，通過設置冷鐵、布置澆口位置等工藝措施，使鑄件各部分在凝固過程中溫差盡可能小；提高鑄型溫度，使整個鑄件緩冷，發減小鑄型各部分溫度差；改善鑄型和型芯的退讓性，避免鑄件在凝固后的冷卻過程中受到機械阻礙，進行去應力退火，是一種消除鑄造內應力最徹底的方法。2）當鑄件中存在內應力時，如內應力超過合金的屈服點，常使鑄件產生變形。3）當鑄件的內應力超過了合金的強度極限時，鑄件便會產生裂紋。裂紋是鑄件的嚴重缺陷。防止裂紋的主要措施是：合理的設計鑄件結構，合理選用型砂和芯砂的粘結劑與添加劑，以改善其退讓性；大的型芯可制成中空的

29、或內部填以焦炭；嚴格限制鋼和鑄鐵中硫的含量；選用收縮率小的合金等。4.3鑄造成形方法4.3.1砂型鑄造砂型鑄造是實際生產中應用最廣泛的一種鑄造方法，主要工序為制造模樣、制備造型材料、造型、造芯、合型、溶煉、燒注、落砂清理與檢驗。制造模樣在設計和制造模樣與芯盒時，必須考慮下列問題。1）分型面的擇選2）起模斜度的確定。3）鑄件收縮量的確定。4）加工余量的確定5）選擇合適的鑄造圓角。6）設置芯座頭。造型造型是砂型鑄造的最基本工序，通常分為手工造型和機器造型兩種（1）手工造型（2）機器造型1）機器造型按照不同的緊砂方式分為震實、壓實、震壓、拋砂、射砂造型等多種方法，其中震壓式造型和射砂造型應用最廣。2

30、）機器造型采用單面模樣來造型，其特點是上、下型以各自的模板，分別在兩臺配對的造型機上造型，造好的上、下半型用箱錐定位而合型。造芯造芯也可分為手工造芯和機器造芯。澆注系統澆注時，金屬液流入鑄型所經過的通道稱為澆注系統。砂型和砂芯的干燥及合箱干燥砂型和砂芯的目的是為了增加砂型和砂芯強度、透氣性，減少澆注時間可能產生的氣體。澆注1）澆注溫高度的高低對鑄件的質量影響很大。2）較快的燒注速度，可使金屬液更好地充滿鑄型，鑄件各部溫差小，冷卻均勻，不易產生氧化和吸氣。鑄件的落砂和清理（1）落砂（2）去除燒冒口（3）表面清理鑄件檢驗及鑄件常見缺陷。鑄件清理后應進行質量檢驗根據產品要求的不同，檢驗的項目主要有：

31、外觀、尺寸、金相組織、力學性能、化學成分和內部缺陷等。鑄件的修補。（1）氣焊和電焊修補。（2）金屬噴鍍。（3）浸漬法（4）填膩修補（5）金屬液熔補4.3.2特種鑄造常用的特種鑄造有：金屬型鑄造、熔模鑄造、離心鑄造，壓力鑄造和低壓鑄造。金屬型鑄造（1）金屬型鑄造的工藝特點1）保持鑄型合理的工作溫度，其目的是減緩鑄型對金屬的激冷作用，減少鑄件缺陷，延長鑄型壽命。2）控制型時間，鑄件宜早些從鑄型中取出，以防產生裂紋、白口組織和造成鑄件取出困難。3）為防止鑄鐵產生白口組織，其壁厚不易過薄，并控制鐵液中3C、3si不高于6%。（2）金屬型鑄造的特點及應用范圍。1）實現“一型多鑄”，不僅節約了工時，提高了

32、生產率，而且還可省了大量的造型材料，同時便于實現機械化。2）鑄件尺寸精度高，表面質量好。3）鑄件機械性能高。金屬型鑄造的缺點是制造金屬型的成本高，周期長、不適用于小批量生產。金屬型鑄造主要造用于大批量生產形狀不太復雜、壁厚較均勻的有色金屬鑄件，如發動機中的鋁活塞、氣缸蓋、油泵殼體等。熔模鑄造熔模鑄造是用易熔材料（如蠟料）制成模樣，然后在表面涂覆多層耐火材料，待硬化干燥后，將蠟模熔去，而獲得具有與蠟模形狀相應空腔的型殼，再經焙燒后進行澆注而獲得鑄件一種方法。（1）熔模鑄造的工藝過程。1）母模2）壓形3）制造蠟模4）結殼5）焙燒6）澆注7）鑄件清理及熱處理。（2）熔模鑄造的特點及適用范圍。熔模鑄造

33、的特點是鑄件的精度及表面質量高，減少了切削加工工作量，實現了少、無切削加工，節約了金屬材料；能鑄造各種合金鑄件，尤其是鑄造那些熔點高、難切削加工和用別的加工方法難以成型的合金，以及生產形狀復雜的薄壁鑄件；可單件也可大批量生產。但是熔模鑄造生產工序繁多，生產周期長，工藝過程復雜，影響鑄件質量的因素多，必須嚴格控制才能穩定生產。離心鑄造離心鑄造的特點及應用范圍：由于鑄件結晶過程是在離心力作用下進行的，因此金屬中的氣體、熔渣等夾雜物由于密度較小而集中在鑄件內表層，金屬的結晶則從外向內呈向性結晶，因而鑄件表層結晶細密，無縮孔、縮松、氣孔、夾渣等缺陷，力性能良好。離心鑄造的不足之處在于：鑄件的內孔不夠準

34、確，內表面質量較差，但這并不妨礙一般管道使用要求。壓力鑄造壓力鑄造的特點是能得到致密的細晶粒鑄件，其強度比砂型鑄造提高了25%-30%，鑄件質量高，可以不經切削加工直接使用；可以壓形狀復雜的薄壁鑄件，生產效率高，是所有鑄造方法中生產效最高的。由于壓鑄設備和壓鑄費用高，壓鑄型制造周期長，故只適用于大批量生產，另外鐵合金熔點高，壓型使用壽命短，故目前鐵合金難以用于實際生產。低壓鑄造特點1）低壓鑄造設備簡單，便于操作，容易現實機械化和自動化。2）具有較強的適應性，適用于金屬型、砂型、熔模型等多種鑄型。3）液體自上而下平穩地充填鑄型，型腔中液流方向與氣體排出的方向一致，因而避免了液體金屬對型壁和型芯的

35、沖刷作用，以及卷入氣體和氧化夾雜物，從而防止了鑄件產生氣孔和非金屬夾雜物等缺陷。4）由于提高了充型能力，有利于形成廓清晰、表面光潔的鑄件，這對于大型薄壁鑄件尤為有利。5）由于省去了補縮冒口，使金屬的利用率提高到90%-98%.鑄造成形工藝設計及鑄件結構工藝性鑄造成形工藝設計鑄造成形工藝設計主要包括選擇分型面、確定澆注位置、確定主要工藝參數和繪制鑄造工藝圖等。選擇分型面1）便于起模。2）簡單、最少。3）盡可能使鑄件的全部或大部分置于同一砂型中。4）盡量使型腔及主要型芯位于下型，以便于造型、下芯、合型和檢驗壁厚。5）盡量減小型芯和活塊的數量，以簡化制模、造型、合型等工藝。確定澆注位置。1）鑄件的重

36、要加工面或主要工作面應朝下。2）鑄件的寬大平面應朝下。3）鑄件上薄壁而大的平面應朝下或垂直、傾斜，以防止產生冷隔或澆不到等缺陷。4）對于容易產生縮孔的鑄件，應使鑄件載面較厚的部分放在分型面附近的上部或側面，以便在鑄件厚壁處直接安裝冒口，使之實現自上而下的定向凝固。確定主要工藝參數。1）確機械加工余量2）確定鑄件收縮率3）確定起模斜度。4）確定鑄造圓角。5）確定型芯頭6）最小鑄出孔及槽零件結構的鑄造工藝性鑄造性能對結構的要求（1）鑄件壁厚要合理，壁厚過小，易產生澆不到、冷隔等缺陷。（2）鑄件壁厚應均勻。（3）鑄件的連接應采用逐步過渡連接。1）結構圓角。鑄件壁間連件應盡可能設計成結構圓角，以避免形

37、成金屬的聚集產生縮孔、應力集中等缺陷。2）接頭結構。接頭結構應避免金屬聚集，產生縮孔。中、小型鑄件的肋可選用環狀接頭。鑄件壁間連接應避免形成銳角。鑄件薄、厚壁連接應采取逐步過渡。3）大平面傾斜結構。鑄件的大平面設計成傾斜結構形式，有利于金屬填充和氣體夾雜物的排除。4）減少變形和自由收縮結構。壁厚均勻的細長鑄件、面積較大的平板鑄件等都容易產生變形。為減少變形，可采用對稱式結構或增設加強肋。鑄造工藝對結構的要求。1）分型面應簡單、最少。2）芯應最少。3）避免使用活塊。4）結構斜度。第5章.鍛壓成形5.1鍛壓概述5.1.1鍛壓成形的實質鍛壓是指在加壓設備及工（模）具的作用下，使坯料或鍛錠產生局部或全

38、部的塑性變形，以便獲得一定幾何尺寸、形狀和質量的鍛件的加工方法。5.1.2鍛壓成形的主要工藝特點及應用鍛件的組織性能好。成形困難，對料材的適應性差。鍛壓成形的應用，（應用廣泛，如汽車、國防工業等）5.2鍛壓成形工藝基礎金屬塑性變形的實質。金屬塑性變形是金屬晶體每個晶粒內部的變形和晶粒間的相對移動、晶粒轉動的綜合結果。冷變形強化。金屬在塑性變形過程中，隨著變化程度的增加，強度和硬度提高而塑性和韌性下降的現象稱為冷變形強化或加工硬化?；貜团c再結晶。對加工硬化組織進行加熱，變形金屬將相繼發生回復、再結晶和晶粒長大3個價段的變化。金屬的冷加工和熱加工。（1）冷加工：金屬在再結晶溫度以下進行的塑性變形稱

39、為冷加工。（2）熱加工：熱加工是在結晶溫度以上進行的，變形后只有再結晶組織而無冷變形強化現象。鍛造流線及及鍛造比（1）鍛造流線：加熱工后的金屬組織就具有一定方向性，通常稱為鍛造流線。鍛造流線的合理分布：使零件工作時的正應力與流線方向一致，切應力與流線方向垂直，這樣才能發揮材料的潛力。使鍛造流線與零件的輪廓相符合而不切斷，是鍛壓形成工藝設計的一條原則。（2）鍛造比：在鍛壓生產中，金屬的變形程度常以鍛造比Y來表示，即以變形前后的載面比、長度或高度比表示。影響金屬鍛造性能的因素。（1）化學成分及組織1）一般來說，純金屬的鍛造性能好于合金。2）純金屬與固溶體鍛造性能好，金屬化合物鍛造性能差，粗晶粒組織

40、的金屬比晶粒細小而又均勻組織的金屬難鍛造。3）細晶組織的鍛造性能優于粗晶組織。（2）工藝條件主要是指變形溫度、變形速度和應力狀態的影響。1）變形溫度對塑性及變形抗力影響很大。2）變形速度對鍛造性能的影響有兩個方面：一方面當變形速度較大時，由于再結晶過程來不及完成，冷變形強化不能及時消除，而使鍛造性能變差，所以，一些塑性較差的金屬，如高合金鋼或大型鍛件，宜采用較小的變形速度，設備選用壓力機而不用鍛錘；另一方面，當變形速度很高時，變形功轉化的熱來不及散發，鍛造溫度升高，又能改善鍛造性能，但這一效應除高速鍛錘或特殊成形工藝以外難以實現。3）應力狀態金屬在擠壓變形時，呈三向受壓狀態，表現出良好的鍛造性

41、能；在拉拔時則呈二向受壓一向受拉的狀態，鍛造性能下降。5.3鍛壓成形的方法5.3.1自由鍛自由鍛工序：可分為基本工序、輔助工序和修整工序三大類。1）基本工序：如拔長、鐓粗、沖孔、切割和扭轉等，實際生產中常用的是：拔長、鐓粗、沖孔3個基本工序。2）輔助工序：如壓鉗口、壓肩、鋼錠倒棱等。3）修整工序：如校正、滾圓、平整等。自由鍛工藝規程的制訂。制定工藝規程、編寫工藝卡是進行自由鍛生產必不可少的技術準備工作，是組織生產過程、規定操作規范、控制和檢查產品質量依據。自由鍛工藝規程的主要內容：根據零件圖繪制鍛件圖，計算坯料的質量和尺寸，確定鍛造工序，選擇鍛造設備，確定坯料加熱規范和填寫工藝卡片等。（1）繪

42、制鍛件圖1）某些零件上精細結構，鍵槽、齒槽、退刀槽以及小孔、不通孔、臺階等，難以用自由鍛出，必須暫時添加一部分金屬以簡化鍛件形狀。2）由于自由鍛造的精度較低，表面質量較差，一般需要進一步切削加工，所以零件表面要留加工余量。3）鍛件公差是鍛件名義尺寸的允許變動量。零件結構的鍛壓工藝性（1）鍛壓性能對結構的要求。不同的金屬材料的鍛壓性能不同，對結構的要求也不同。5.3.2模型鍛造模鍛的特點（1）模鍛的優點。與自由相比1）生產較率高，一般比自由鍛高10倍以上。2）鍛件的尺寸和精度比較高，機械加工余量較小，節省加工工件時，材料利用率高。3）可以鍛造形狀復雜的鍛件。4）鍛件內部流線分布合理。5）操作簡便

43、，勞動強度低。（2）模鍛的缺點。1）模鍛生產由于受到模鍛設備噸位的限制，鍛件質量不能太大，一般在150Kg發下。2）制造鍛模比較困難，成本很高。錘上模鍛鍛?？煞譃槟ｅ懩Ｌ藕椭婆髂Ｌ艃深?。模鍛模膛可分為終鍛模膛和預鍛模膛兩種。1）終鍛模膛的作用是使坯料最后變形到鍛件所要求的形狀和尺寸，因此它的形狀應和鍛件形狀相同。2）預鍛模膛的作用是使坯料變形到接近于鍛件的形狀和尺寸，這樣再進行終鍛時金屬容易充滿終鍛模膛，同時減少終鍛模膛的磨損，延長了鍛模的使用壽命，預鍛模膛的尺寸和形狀與終鍛模膛的相近似，只是模鍛斜度和圓角半徑稍大，沒有飛邊槽。制坯模膛有以下幾種：1）拔長模膛，用它來減少坯料某部分的橫截面積，

44、以增加該部分的長度。2）滾壓模膛，用它來減少坯料某部分的橫載面積，以增加另一部分的橫載面積，使其按模鍛件形狀來分布。3）對于彎曲的桿狀鍛件需用彎曲模膛來彎曲坯料。4）切斷模膛，它由上模與下模間設在鍛模角上的一刃口組成，用它從坯料上切下鍛好的鍛件，或從鍛件上切下鉗口。胎模鍛常用的胎模結構主要有以下三種類型。（1）扣模，（2）套筒模、（3）合模壓力機上模鍛用于模鍛生產的壓力機有摩擦壓力機、平鍛機等。（1）摩擦壓力機上模鍛摩擦壓力機是靠飛輪、螺桿和滑塊向下運動所積蓄的能量使坯料變形，有以下特點。1）適應性好，行程和鍛壓力可自由調節，因而可實現輕打、重打，可在一個模膛內進行多次鍛打。2）滑塊運行速度低，鍛件頻率低，金屬變形過程中的再結晶可以充分進行。3）摩擦壓力機承受偏心載荷能力低，通常只適用于單模膛模鍛。4）生產率低，主要用于中小鍛件的批量生產。5）摩擦壓力機結構簡單、造價低、使用維修方便，適用于中小型工廠的模鍛生產。（2）曲柄壓力機上模鍛。1）曲柄壓