工程材料基础
第七章金属材料主要性能
7-6名词解释
晶格：表示原子排列规则的空间格子
晶胞：组成晶格的最基本几何单位
晶格常数：晶胞中各棱边长度（埃）
晶粒：由一个晶核长成的小颗粒晶体
晶界：晶粒与晶粒之间的界面
过冷度：理论结晶温度与实际结晶温度之间的温度差，过冷现象：金属实际结晶温度一般低于他的理论结晶温度
重结晶：把金属从一种固体晶态转变为另一种固体晶态的过程
合金：以一种金属元素为基础，加入其他金属或非金属元素，经融合而形成具有金属特性的物质
组元：组成合金的元素
相：凡化学成分和晶格结构相同，并与其它界面分开的均匀组织
固溶体：溶质原子溶入溶剂，晶格类型保持溶剂类型
金属化合物：合金各组元之间发生化学作用形成的具有金属特征的新物质
7-18铁碳图的应用
1在铸造中应用
（1）确定钢和铸铁浇铸温度
（2）判断其流动性好坏和收缩大小
2 在锻造中应用
确保钢在奥氏体区适当温度范围内变形
3 在热处理工艺依据
7-30随着碳质量分数的增加，碳钢力学性能的变化？
钢的特性主要取决于碳与铁含量的比重。
一般来说，碳含量越少，钢越柔韧，低于一定比例就变成生铁了，含量越高，同时柔韧度也随之降低，变得越来越脆。
其塑性降低，锻造性变差。
7-34牌号表示
Q235AF 屈服强度数值为235Mpa的A级沸腾钢
20：含碳量为0.2%的优质碳素结构钢
45：含碳量为0.45%的优质碳素结构钢
Q345：屈服强度为345Mpa的低合金高强度结构钢
40cr：平均碳的质量分数为0.4%，铬的平均质量分数小于1.5%的合金结构钢
10si2MnA：平均碳质量分数为0.1%，硅质量分数为2%，锰的质量分数小于1.5%的高级优质合金结构钢
T10A：含碳量为1.0%的高级优质碳合金工具钢
9SiCr：含碳量为0.9%硅，铬质量分数小于1.5%的合金工具钢
W18Cr4V：含碳量大于1.0%,钨质量分数为18%,铬质量分数为4%，矾质量分数小于1.5%的合金工具钢
12Cr18Ni9:含碳量为0.12%，铬质量分数为18%，镍质量分数为9%的不锈钢
重点：
过冷度越大，晶粒越细
从内部看，结晶就是液体到固体的过程
冲击韧性：金属抵抗冲击载荷的能力
常见晶格：体心立方，面心立方，密排立方
力学性能：强度，硬度，塑性和韧性
工艺性能：锻造，铸造，焊接和热处理，切削加工性能
晶粒粗细与冷却速度和孕育与否有关
耐磨=硬度
结晶过程=形核+长大
液态金属结晶时，冷却速度越快，过冷度越大晶粒越多
比较晶体和非晶体
①均是固态结构
②晶体原子按一定顺序呈有规则的排列，各项异性，非晶体检测无序
③晶体具有一定熔点
共析＞珠光体
共晶＞莱氏体
钢的热处理
调质处理：淬火高温回火。
重要零件的热处理方法
碳素工具钢：淬火+低温回火
正火目的：细化晶粒
退火：降低硬度
淬火得到马氏体，提高硬度
回火：降低脆性
第一章铸造
1-9铸件翘曲变形的原因，防止措施注明：拉厚慢收缩，压薄快伸长，向薄弯。
残余应力的分布规律一般是厚壁或冷却慢的部分存在拉应力，薄壁或冷却快的部分形成压应力铸件变形的主要原因是残留应力的存在和铸件的应力松弛特性，即应力随时间减小的现象。
铸件各部分的松弛程度不同，表现为不均匀的塑性变形，因而造成翘曲变形。
（书）
铸造应力大于铸件屈服强度所产生的变形（课件）
防治措施：
1防止产生铸造应力
2采用反变形工艺
3加大机加工余量
4采用早落砂和及时焖火工艺
1-17铸件结构工艺性。
指从制造工艺的便利程度，成本高低，缺陷概率等角度评价和机械设计方案的一个指标。
简化工艺的要求：
1对外形的要求
避免外形有侧凹
使分型面为平面，去掉不必要的外圆角
避免凸台、加强筋的设置妨碍起模
减少分型面数目
在铸件不加工面上设计结构斜度
2对内腔要求
尽可能少用或不用芯子
需芯子时，考虑芯子稳固、排气和清理
1-18见图
重点：
浇注位置确定
1重要面置于下型或侧立
2大平面朝下以免出现气孔和夹沙缺陷
3大面积薄面置于下型或侧立
4厚大部分置于顶面或侧面
5减少砂芯数目
分型面确定：
1重要加工和基准面同一个砂箱
2减少分型面和活块数目
3减少砂芯数目
4采用平直分型面
砂型铸造优点：操作灵活成本低
冒口避免疏松，缩孔
减少铸造热应力的方法：
同时凝固原则，改善铸型和砂型退让性，去应力退火
顺序凝固：消除缩孔
工艺参数确定：
机加工余量
拔模斜度
铸造圆角
铸造收缩率
第二章金属塑性成形
2-3冷变形强化对金属组织和性能有何影响？如何利用。
组织：
晶粒形状改变
晶格扭曲
滑移面上出现细碎晶
应用：
冷轧，冷拔和冷挤压低碳钢，纯铜和防锈铝
2-5铸造流线对金属力学性能有何影响。
铸造流线的形成使金属的力学性能表现为各向异性，即不同方向上的力学性能有所不同。
在铸造过程中，如能使铸造流线沿铸件轮廊分布，并在切削加工过程中保持流线的完整和连续，可以提高零件的承载能力。
2-7
自由锻工艺规程
1绘制锻件图：在零件图上表示出
敷料,尺寸公差,机加工余量
2确定变形工步
锻件必需基本，辅助和精整工序
确定所需工具
各工步顺序和所达尺寸要求
3坯料重量和尺寸计算
⑴重量
G坯=G锻+G锻损=G锻+G锻烧+G锻芯+G锻切
⑵尺寸
4选定设备
5确定锻造温度范围
2-14
预锻作用和用途：减少终锻时的变形量，提高锻件精度，减小终锻模腔的磨损，延长模具寿命，用于形状复杂的锻件
终锻：用于锻件的最终成形
飞边槽的作用：限制金属流出，使之首先充满模腔，仓部用以容纳更多金属
重点：
加工硬化可以通过再结晶方法部分或全部消除
锻造比大于１
锻压改变坯料尺寸性能改善内部组织，提高其性能
平行纤维方向塑性韧性增加垂直方向降低
加工硬化：塑性变形程度增大，金属强度和硬度升高，塑性韧性下降
金属可锻性：塑性和变形抗力
冷塑性变形：产生回复和再结晶
塑性变形实质：滑移和孪晶
自由锻不适合面：斜面，锥面，不规则面
预锻模腔没有有飞边槽，过渡圆角大
模腔分类：模锻模腔（预锻，终锻）制坯模腔（弯曲，延伸，滚压，切断）
第三章焊接与切割
3﹣1何为焊接
焊接：经加热或加压，使两部分金属靠的足够近，实现原子间的结合。
分类：熔焊，压焊，钎焊。
3-2焊接接头
熔焊接头包括焊缝区，融合区，热影响区。
薄弱区在融合区和热影响区的过热区。
靠近焊缝的过热区，力学性能下降严重
重点：
焊接矫正：机械矫正，热矫正
焊接应力产生原因：局部不均匀加热和不自由收缩
热影响区：过热区，正火区，部分向相变区
消除焊接应力：去应力退火
药皮的作用：改善焊接工艺，提供机械保护，冶金处理
阻止空气入侵焊缝：药皮，焊剂保护气体
焊条：焊芯，药皮
焊接应力分布：
焊缝处受拉应力，远离焊缝处压应力
减少焊接应力工艺措施
焊前预热，反变形法，锤击焊缝
第六章毛坯选择
6﹣2选择毛坯类型及其成形方法的基本原则，之间关系。
⑴适用性：满足零件使用要求
⑵经济性：满足使用要求前提下，尽量选成本低毛坯
⑶可行性
适用性原则是第一位的生产条件。
6-4
轴杆类零件大都是各类机械中重要的受力和传动零件，所以选择具有良好综合力学性能的锻件。
机架类零件特点是形状不规则，结构比较复杂，工作条件也相差很大，所以选择以耐压，耐磨，减振性能好，且价格较低的灰铸件作为毛坯。
金属切削基本知识
零件表面：外圆面，孔，平面，成型面
切削运动：主运动和进给运动
切削用量：切削速度，进给量，背吃刀量
刀具材料应具备的性能
⑴较高的硬度
⑵足够的强度和韧度
⑶较好的耐磨性
⑷较高的耐热性
⑸较好的工艺性
刀具：切削部分和夹持部分组成
刀具切削部分是3面2刃1尖组成
前刀面，主后刀面，副后刀面，主切削刀，副切削刀，刀尖
主要包括基面、切削平面和正交平面
主偏角Kr 在基面中测量的主切削平面与进给方向间的夹角。
副偏角Kr’在基面中测量的副切削平面与进给反方向间的夹角。
前角在正交平面中测量的前刀面与基面间的夹角。
后角在正交平面中测量的后刀面与切削平面间的夹角。
刃倾角在切削平面中测量的主切削刃与基面间的夹角
工作角度考虑的刀具安装的影响以及进给运动的影响。
A.刀尖安装的高低
B.刀杆中心线安装的偏斜
C.进给运动（横向进给）。