第一章 材料及基礎知識

強度：材料在外力作用下，抵抗塑性變形和斷裂的能力。工程材料上常用的金屬材料的強度指標有屈服點（或強度）（σs）和抗拉強度（σb）等。

塑性：材料在外力作用下產(chǎn)生永久變形而不破外的性能。 表示材料的塑性指標是：伸長率σ和斷面收縮率φ 塑性意義：1、使材料具有良好的成形性。 2、受到外力變形時，有強化作用。

硬度：金屬材料抵抗局部變的能力。常用的硬度指標有：布氏硬度（HB）、洛氏硬度（HR）和維氏硬度（HV）

硬度是衡量金屬材料軟硬程度的一種性能指標，直接影響到材料的耐磨性。

硬度測試方法：壓入法、劃痕法、回彈高度等。

1、布氏硬度適用于測定硬度較低的材料。如經(jīng)退火、正火、高溫回火后的工件。布氏硬度一般只適用于測定硬度小于450HBS的金屬材料。 2、洛氏硬度的應用：

HRA-主要測定硬度較高的薄壁零件，表面淬火件等。 HRB-一般用于測定硬度較低的金屬材料，如有色金屬。 HRC-一般經(jīng)淬火后的零件和工具的硬度測定，應用最廣。

沖擊韌度：金屬材料抵抗沖擊載荷作用而不破壞的能力。常用一次擺錘沖擊試驗來測定 金屬材料的沖擊韌度（大能量，一次沖斷），用ak來表示

沖擊韌度:ak=Ak/A(J.C㎡)

Ak:折斷試樣所消耗的沖擊功（J)。 A：試樣斷口處的原始截面積（mm）。

疲勞：工程上一些機件工作時受交變應力或循環(huán)應力作用，即使工作應力低于材料的屈服強度，但經(jīng)過一定循環(huán)周次后，仍會發(fā)生斷裂，這樣的斷裂現(xiàn)象稱為疲勞。零件的疲勞斷 裂過程可分為：裂紋產(chǎn)生、裂紋擴展、瞬間斷裂三個階段。

疲勞強度：金屬材料在無數(shù)次重復或交變載荷作用下而不至于斷裂的最大應力叫做疲勞強度，用σ表示。材料的疲勞強度通常在旋轉對稱彎曲疲勞試驗機上測定。

金屬的工藝性能：按工藝方法不同，可分為鑄造性、可鍛性、焊接性和切削交工性等。 純金屬鑄錠的宏觀組織通常由三個晶區(qū)所組成，即外表層的細晶區(qū)、中間的柱狀晶區(qū)和心部

的等軸晶區(qū)。

2

合金是指兩種或兩種以上的金屬，或金屬與非金屬，經(jīng)熔煉或燒結，或用其他方法組合而成

的具有金屬特性的物質。、

相是指合金中結構相同、成分和性能均一并以界面相互分開的組成部分。

冷塑性變形對性能的影響1、形成纖維組織；2、亞結構細化。塑性變形前，鑄態(tài)金屬的亞結構直徑約為10-2 cm，冷塑性變形后，亞結構直徑將細化至10-4~10-6 cm；3、形變織構。

在塑性變形過程中，隨著金屬內(nèi)部組織的變化，金屬的力學性能也將產(chǎn)生明顯的變化，即隨著變形程度的增加，金屬的強度、硬度增加，而塑性、韌性下降，這一現(xiàn)象即為加工硬化或形變強化。

熱處理是金屬或合金在固態(tài)之下加熱、冷卻或保溫到預定的溫度，并在該溫度下保持一段時間，然后以一定速度冷卻到室溫的一種加工工藝，其目的是改變金屬或合金內(nèi)部或表層的組織結構，以改善其性能。

? 兩種冷卻方式：等溫冷卻和連續(xù)冷卻。 ? 馬氏體就是碳在α-Fe 中過飽和和間隙固溶體。 ? 馬氏體的硬度主要取決于其含碳量。

? 馬氏體的強化機制主要包括碳原子的固溶強化相變強化以及時效強化。

? 貝氏體是鐵素體和碳化物組成的雙向組織，其中各項的形態(tài)、大小和分布都影響貝氏體

的性能。

? 退火工藝種類很多，如下：1、完全退火 2、不完全退火 3、球化退火 4、均勻化退火 5、

去應力退火和在結晶退火。

? 根據(jù)鋼材的用途可以分為三類： 1、結構鋼 2、工具鋼 3、特殊性能鋼 ? 按化學成分分類：

碳素鋼：①低碳鋼，wc≤0.25%；②中碳鋼，wc = 0.25% ~ 0.6%；③高碳鋼， wc ＞ 0.6%。 合金鋼：①低合金鋼，合金元素總含量w≤5%;②中合金鋼，合金元素總含量w=5% ~ 10%; ③高合金鋼，合金元素總含量w＞10%。 ? 滲碳鋼20CrMnTi

? 調(diào)質鋼（40Cr 中碳合金鋼） ? 彈簧鋼的代表鋼型：60Si2Mn

? 高碳鉻軸承鋼的代表鋼型： GCr15SiMn

? 刃具鋼的工作條件及性能要求，1）很高的硬度與耐磨性；2）足夠的紅硬性；3）足夠

的塑形和韌性。 ? 高速鋼W6Mo5Cr4V2

? 模具鋼的代表鋼型： ①Cr12MoV ②熱模具鋼 5CrNiMo ? 金屬腐蝕的形式有兩種，一種是化學腐蝕；另一種是電化學腐蝕。

? 防腐措施：1、使金屬表面形成保護膜；2、提高金屬機體的電極電位；3、形成單相組

織。

第二章 鑄造

鑄造：熔煉金屬，制造鑄型，并將熔融金屬澆入鑄型，待冷卻凝固后獲得一定形狀和性能鑄件的毛坯或零件的工藝過程。

鑄造工藝過程：金屬熔煉、鑄型制造、澆注凝固和落砂清理等。鑄件的材質有碳素鋼、合金鋼、鑄鐵、鑄造有色合金等。

鑄造性能：金屬在鑄造成形過程中獲得外形準確，內(nèi)部完整鑄件的能力。包括合金的流動性、收縮性、偏析和吸氣性等性能的綜合體現(xiàn)。

流動性：指熔融金屬的流動能力，它是影響熔融金屬的流動能力。它是影響熔融金屬充型能力的因素之一。

流動性的影響因素主要包括合金的種類、成分、結晶特征及其它物理性能。

充型能力:考慮鑄型及工藝因素影響的熔融金屬流動性叫合金的充型能力，即液態(tài)合金充滿鑄型型腔，獲得形狀完整、輪廓清晰鑄件的能力。

充型能力的影響因素：合金自身流動性、澆鑄條件、鑄型的充型條件、鑄件結構。

鑄造合金的收縮：鑄造合金從液態(tài)冷卻到室溫的過程中，其體積和尺寸縮減的現(xiàn)象稱為收縮。收縮是鑄造合金的性能，是多種鑄造缺陷（縮孔、縮松、殘余內(nèi)應力、變形、裂紋）產(chǎn)生的基本原因。

其收縮經(jīng)歷如下三個階段： 1、液態(tài)收縮 2、凝固收縮 3、固態(tài)收縮

影響收縮的因素：合金的化學成分、澆注溫度、鑄型結構和鑄型條件等。 縮孔總是出現(xiàn)在鑄件上部或最后凝固的部位，其外形特征是：內(nèi)表面粗糙，形狀不規(guī)則，多近于倒圓錐形。

縮孔、疏松的防止措施： 1、采用定向凝固的原則

2、合理確定鑄件的澆注位置、內(nèi)澆道位置及澆注工藝

鑄造應力的產(chǎn)生:鑄造應力按其產(chǎn)生的原因可分為三種：熱應力、固態(tài)相變應力、收縮應力。鑄造應力它們的矢量和。鑄造應力的防止和消除措施：

1、采用同時凝固的原則 2、提高鑄型溫度

3、改善鑄型和型芯的退讓性 4、進行去應力退火

熱裂：熱裂紋是在凝固末期固相線附近的高溫下行成的，裂紋沿晶界產(chǎn)生和發(fā)展，故其

外形曲折短小，裂紋縫內(nèi)表面呈氧化色。

冷裂：冷裂是鑄件處于彈性狀態(tài)時，鑄造應力超過合金的強度極限而產(chǎn)生的。冷裂紋常常是穿過晶體而不是沿晶界斷裂，裂紋細小，外形呈連續(xù)直線狀或圓滑曲線狀，且裂紋縫內(nèi)干凈，有時呈輕微氧化色。

防止熱裂的方法：

1、選擇結晶溫度范圍窄的合金生產(chǎn)鑄件 2、減少鑄造合金中的有害雜質 3、改善鑄型和型芯的退讓性

4、減少澆冒口對鑄件收縮的阻礙，內(nèi)澆口的設置應符合同時凝固原則 5、設法減少鑄造應力和降低鑄造合金的脆性 6、鑄件在澆鑄后，勿過早落砂

偏析：鑄件中出現(xiàn)化學成分不均勻的現(xiàn)象稱為偏析。鑄件的偏析可分為晶內(nèi)偏析、區(qū)域偏析和體積質量偏析三類。

晶內(nèi)偏析的產(chǎn)生可采用擴散退火將其消除；區(qū)域偏析采用控制澆注溫度、快速冷卻等措施。

皮下氣孔是球墨鑄鐵的主要鑄造缺陷之一，其產(chǎn)生原因是鐵液中逸出的鎂和鐵液表面的硫化鎂，與鑄件中的水蒸氣發(fā)生化學反應，生成了氫和硫化氫等氣體，這些氣體侵入鑄件表面，而形成了氣孔缺陷。

根據(jù)碳在鑄鐵中的存在形式可分：白口鑄鐵、灰鑄鐵、麻口鑄鐵 根據(jù)鑄鐵中石墨形態(tài)可分：灰鑄鐵、蠕墨鑄鐵、可鍛鑄鐵、球墨鑄鐵 灰鑄鐵具有如下的有點： 1、鑄造性能好 2、切削加工性能好 3、良好的減振性 4、耐磨性比鋼好 5、缺口敏感性低

砂型鑄造主要工序包括：制造模樣，制備造型材料、造型、造芯、合型、熔煉、澆注、落砂、清理與檢驗等。

鑄造工藝設計是根據(jù)鑄件結構特點、技術要求、生產(chǎn)批量、生產(chǎn)條件等，確定鑄造方案和工藝參數(shù)，繪制圖樣和標注符號，編制工藝卡和工藝規(guī)程等。

鑄造工藝圖是表示鑄型分型面、澆冒口系統(tǒng)、澆注位置、型芯結構尺寸、控制凝固措施（冷鐵、保溫襯板）等的圖樣。

鑄造方法的確定：

1、澆注位置的選擇 2、分型面的選擇

起模斜度（拔模斜度）為使模樣容易從鑄型中取出或型芯自芯盒中脫出，平行于起模方向在模樣或芯盒壁上的斜度稱為起模斜度。

熔模鑄造、殼型鑄造、陶瓷型鑄造、金屬型鑄造、壓力鑄造、低壓鑄造、離心鑄造、密封鑄造、連續(xù)鑄造等，人們把這些鑄造方法統(tǒng)稱為“特種鑄造”。

熔模鑄造的工藝過程包括：蠟模制造、結殼、脫蠟、焙燒和澆注等。 金屬型鑄造的工藝特點： 1、金屬型預熱

2、刷涂料 3、澆注

4、開型時間的控制 金屬型鑄造有如下優(yōu)點：

1、金屬型鑄件冷卻快，組織致密，力學性能高 2、鑄件的精度和表面質量較高

3、澆冒口尺寸較小，液體金屬耗量較少 4、節(jié)約造型材料

金屬型鑄造的主要缺點是金屬型無透氣和退讓性、鑄件冷卻度大、容易產(chǎn)生澆不到、冷隔、裂紋等缺陷。

壓力鑄造有以下優(yōu)點：

1、鑄件的尺寸精度最高，表面粗糙度Ra值最小 2、鑄件強度和表面硬度都較高

3、生產(chǎn)效率很高，生產(chǎn)過程易于機械化和自動化 壓鑄的主要缺點是：

1、鑄造缺陷多，壓鑄件也不能進行熱處理 2、壓鑄型壽命很低

3、設備投資大，生產(chǎn)準備周期長 所謂鑄造工藝性，是指鑄造成形的可行性和經(jīng)濟性。良好的鑄件結構應與相應材料的鑄造性能及鑄造工藝相適應。

鑄件結構的鑄造工藝性包括： 1、鑄件結構的合理性 2、鑄件結構的工藝性

3、鑄件結構對鑄造方法的適應性

第三章 鍛壓

鍛壓是對坯料施加外力，使其產(chǎn)生塑性變形、改變尺寸、形狀及改善功能，是鍛造和沖壓的總稱，包括軋制、擠壓、拉拔等。

鍛壓的目的：

1、改變工件的外形與尺寸 2、改善性能

金屬的形變強化（加工硬化、冷作硬化）：

1、形變強化：冷變形金屬隨著形變量增加，強度、硬度提高而塑性降低的現(xiàn)象，稱為形變強化。

2、原因：金屬晶體組織發(fā)生了變化。

3、實際意義：形變強化可提高金屬強度，電阻有所增大，抗蝕性降低。 多晶體的塑性變形相比單晶體要考慮的兩個因素： 1、晶界

2、晶體位相的不同

塑性變形后金屬組織結構變化： 1、晶粒拉長--組織纖維

2、晶格畸變、晶粒碎化、位錯密度增加--加工硬化 3、形成形變織構

熱加工的特點; 1、可改善缺陷 2、形成熱加工流線 3、形成帶狀組織

金屬的鍛造性能是指金屬經(jīng)受鍛壓加工時成形的難易程度的工藝性能。其優(yōu)劣常用塑性和變形抗力綜合衡量。塑性高、變形抗力小則鍛造性能好。它決定于金屬的本質和變形條件。

回復：加工硬化是金屬處于不穩(wěn)定狀態(tài)。將冷成形后的金屬加熱至一定溫度后，使原子回復到平衡位置，晶內(nèi)殘余應力大大減小的現(xiàn)象，稱為回復。

特點：使晶格畸變減輕或消除，但晶粒的大小和形狀并無改變。消除了晶格扭曲及大部分內(nèi)應力，力學性能變化不大，強度硬度稍有降低。

殘余應力：宏觀內(nèi)應力、微觀內(nèi)應力、晶格畸變的應力。 冷變形：再結晶溫度以下的變形。只有加工硬化現(xiàn)象，可使金屬獲得較高的硬度和精度，提高產(chǎn)品性能，但形變程度不宜過大。

熱變形：再結晶溫度以上的變形。加工硬化和再結晶過程同時存在，沒有加工硬化痕跡。 金屬的可鍛性（塑性加工性能）：衡量金屬通過塑性加工獲得優(yōu)質零件難易程度的工藝性能。

衡量指標：金屬的塑性和變形抗力。

自由鍛的基本工序：用來改變坯料的形狀和尺寸的主要工序，主要包括鍛粗、拔長、沖孔、彎曲、扭轉、錯移、切割

輔助工序：為了完成基本工序而進行的預先變形工序（基本工序前）。主要包括壓鉗口、倒棱、壓肩等

修整工序：用來提高鍛件尺寸及位置精度的工序（基本工序后）。主要包括校正、滾圓、平整等。

沖壓的基本工序：

1、分離工序：落料、沖孔、切斷、修整 2、變形工序：拉伸、彎曲、翻邊、成形

第四章 焊接 焊接性能：是指材料在限定的施工條件下焊接成規(guī)定設計要求的構件，并滿足預定服役要求。焊接可分為三大類:熔焊、壓焊和釬焊。

低碳鋼的熱影響區(qū)可分為：熔合區(qū)、過熱區(qū)、正火區(qū)和部分相變區(qū)。 焊接應力與變形：焊接時，焊件的不均勻局部加熱和冷卻是導致焊接應力和變形產(chǎn)生的根本原因。

焊接變形的基本形式：

1、收縮（縱向、橫向）變形 2、 角變形 3、彎曲變形 4、波浪變形 5、扭曲變形

6、錯邊（長度方向、厚度方向）變形

藥皮的作用：

1、幫助引弧，使電弧穩(wěn)定。

2、產(chǎn)生熔渣和氣體，保護熔池金屬不被氧化。 3、向焊渣內(nèi)涔入合金元素，提高焊縫強度。

激光加工是用高強度、高亮度、方向性好、單色性好的相干光。 工件組合后通過電極施加壓力，利用電流通過接頭的接觸面及鄰近區(qū)域產(chǎn)生的電阻熱進行焊接的方法稱為電阻焊。

電阻焊使用低電壓、大電流。分為對焊、點焊和縫焊。

摩擦焊是利用焊件表面相互摩擦所產(chǎn)生的熱，使斷面達到熱塑性狀態(tài)，然后迅速頂鍛，完成焊接的一種壓焊方法。

釬焊是硬釬焊和軟釬焊的總稱。采用比母材熔點低的金屬材料釬作料，將焊件和釬料加熱到高于釬料熔點、低于母材融化溫度，利用液態(tài)釬料潤濕母材，填充接頭間隙并與母材相互擴。散實現(xiàn)連接焊件的方法。

焊接性受材料、1焊接方法、構件類型及使用要求四個因素的影響。 焊接奧氏體不銹鋼的主要問題是晶界腐蝕和熱裂紋。由于不銹鋼在500℃~800℃范圍內(nèi)長時間停留，晶界處將析出碳化鉻，引起晶界貧鉻區(qū)，使接頭喪失耐蝕性能。因此，應選擇適當?shù)暮附硬牧霞安捎眯‰娏?、快速焊、強制冷卻等措施以防止晶界腐蝕。熱裂紋是由于晶界處易形成低熔點硫、磷等共晶，且此類鋼本身熱導率較小，僅為低碳鋼的1/3左右，而線膨脹系數(shù)大，約比低碳鋼大50%，故在焊接時易形成較大拉應力。應嚴格控制硫、磷等雜質的含量。

機器零件的毛坯主要有四種：型材、鑄件、鍛壓件、焊接件。 常用毛坯的檢驗方法： 1、外觀檢查

2、內(nèi)部質量檢驗：氣密性檢驗、耐壓檢驗、探傷檢驗（磁粉探傷、超聲波探傷、射線探傷）。

第五章 材料冷加工部分

1. 切削加工時使用切削工具（包括刀具、磨具和磨料），在工具和工件上的相對運動中，

把工件上多余的材料層切除，使工件獲得規(guī)定的幾何參數(shù)（形狀、尺寸、位置）和表面質量的加工方法。

2. 機工的主要加工方法有車、鉆、刨、銑、磨及齒輪加工等，所用機床相應為車床、鉆床、

刨床、銑床、磨床及齒輪加工機床等。

3. 機器零件的形狀由下列幾種表面組成，即外圓面、內(nèi)圓面（孔）、平面和成形面。

4. 切削用量用來衡量切削運動量的大小。切削用量包括切削速度、進給量和被吃刀量三要

素。

5. 刀具材料的基本要求：1.較高的硬度 2.足夠的強度和韌度 3.較好的耐磨性 4.較高的耐

熱性 5.較好的工藝性

6. 切削加工中常用的刀具材料有：碳素工具鋼、合金工具鋼、高速鋼、硬質合金及陶瓷材

料等。

7. 車刀切削部分由三個面組成，即前面、主后面、和副后面。

8. 刃磨后的刀具自開始切削直到磨損量達到磨鈍標準所經(jīng)歷的實際切削時間，稱為刀具耐

磨度，用T表示。

9. 切削加工的幾個主要技術經(jīng)濟指標，即產(chǎn)品質量、生產(chǎn)率和經(jīng)濟性。 10. 精度包括：尺寸精度、形狀精度、位置精度。

11. 已加工表面質量（也稱表面完整性）包括表面粗糙度、表層加工硬化的程度和深度、表

層剩余應力的性質和大小。

12. 按加工方式、加工對象或主要用途分為12大類，即車床、鉆床、鏜床、磨床、齒輪加

工機床、螺紋加工機床、銑床、刨插床、拉床、特種加工機床、鋸床和其他機床等。 13. 機床由如下幾個主要部分組成：1.主傳動部件 2.進給傳動部件 3.工件安裝裝置 4.

刀具安裝裝置 5.支承件 6.動力源

14. 機床的傳動，有機械、液壓、氣動、電氣等多種傳動形式。

15. 數(shù)控機床加工主要有如下優(yōu)點：1.柔性（可變性、適應性）大 2.利用率高 3.加工質量

穩(wěn)定 4.生產(chǎn)率高 5.減輕勞動強度，改善勞動條件 6.利于生產(chǎn)管理現(xiàn)代化。 16. 常見的刨床類機床有牛頭刨床、龍門刨床和插床等。

17. 砂輪的組成要素包括磨料、粒度、結合劑、硬度、組織以及形狀和尺寸等。

18. 所謂零件結構的工藝性良好，是指所設計的零件，在保證使用要求的前提下能較經(jīng)濟、

高效、合格地加工出來。