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1、复习,金属工艺学A,考试题型及分数分布情况,一、名词解释（每小题2分，共10分）二、填空题（本题20分，每空0.5分）三、选择题（本题10分，每小题1分）四、判断题（本题10分，每小题1分）五、综合题（本题20分）六、修改零件结构，使之符合工艺性要求（本题30分，每小题3分）,金属材料,金属材料的主要性能,金属材料的力学性能强度：材料在外力作用下抵抗变形和断裂的能力称为材料的强度。,=(L-L0)/L0%,=F/S,弹性极限,屈服点,抗拉强度,塑性：塑性是指金属材料产生塑性变形而不破坏的能力伸长率：断面收缩率：硬度：金属材料受压时抵抗局部变形，特别是塑性变形、压痕的能力 冲击韧度：材料在冲击载
2、荷作用下抵抗变形和断裂的能力 ak=冲击破坏所消耗的功Ak/标准试样断口截面积F ；(J/cm)疲劳强度：金属材料在交变应力作用下,强度(strength): 材料在载荷作用下抵抗变形和破坏的能力。,种类: 抗拉强度、抗压强度、抗弯强度、抗剪强度、抗扭强度等。,(2)屈服强度( yield strength): 屈服点S,其中：Fs：试样屈服时的载荷(N)S0：试样原始横截面积(mm2),(3)条件屈服强度(塑性变形量为0.2%),(4)抗拉强度(tensile strength )：试样在断裂前所能承受的最大应力。,其中：F0.2试样0.2%残余塑性变形时载荷(N)S0试样原始横截面( mm
3、2),其中：Fb试样断裂前的最大载荷(N)S0试样原始横截面积( mm2),塑性(plasticity)：是指材料在载荷作用下产生塑性变形而不被破坏的能力。(1)断面收缩率(percentage reduction in area):是指试样拉断处横截面积Sk的收缩量与原始横截面积S0之比。,(2)伸长率(延伸率) specific elongation:是指试样拉断后的标距伸长量Lk与原始标距L0之比。, 10% 属塑性材料,试样冲断时所消耗的冲击功Ak为:,Ak = mgH mgh (J),冲击韧性值ak就是试样缺口处单位截面积上所消耗的冲击功。,金属的同素异构转变,金属的同素异构转变的慨
4、念金属在固态下，随着温度的改变其晶体结构发生变化的现象。金属的同素异构转变的意义可以用热处理的方法即通过加热、保温、冷却来改变材料的组织，从而达到改善材料性 能的目的。,铁碳合金的基本组织,铁素体：碳溶解在-Fe中的间隙固溶体( F）。塑性（=45-50%）、韧性好，强度、硬度低。 -Fe；体心立方/(bcc) 奥氏体：碳溶解在-Fe中的间隙固溶体（A）。塑性好。-Fe；面心立方/(fcc) 渗碳体：铁与碳形成的金属化合物（Fe3C）。硬度很高（HBW=800），塑性、韧性几乎为零。珠光体：是奥氏体发生共析转变所形成的铁素体与渗碳体的共析体，铁素体和渗碳体的机械混合物（P）。莱氏体：是液态铁碳
5、合金发生共晶转变所形成的奥氏体与渗碳体的共晶体（Ld）。硬度高，塑性差。多晶体内的晶粒愈小，则金属的强度高塑性高。,固溶体( solid solution ),固溶体：由两种组元相互溶解后所组成的新的物质仍然保持其中某一组元的晶体结构。固溶体指溶质原子溶入溶剂晶格而保持溶剂晶格类型的金属晶体 置换固溶体：A组元的原子取代了B组元的原子。当A、 B两个组元的原子直径相差不大时，两个组元可以以任何比例溶解，形成无限固溶体，反之则为有限固溶体。,间隙固溶体：A组元溶入B组元的的间隙中。因间隙有限,故只能形成有限固溶体。例如：C溶入-Fe或-Fe 所形成的铁素体、奥氏体。,铁碳合金状态图分析,L,L+
6、A,A,A+Fe3C,F+A,A+Fe3C+Ld,P+Fe3C+Ld,P+Fe3C,P,P+F,Ld,Ld,L+Fe3C,Ld+Fe3C,Ld+Fe3C,LdP+Fe3C+Fe3C,转变,铁碳合金状态图分析,渗碳体的熔点,共晶点,共析线,共析点,纯铁的熔点1538,共晶线,ACD线液相线,AECF线固相线,碳在奥氏体中的最大溶解度,A3线,Acm,A1线,912,铁碳合金相图,用相组成物填写相区?,两种反应,1148 ,共晶反应一定成分的液相在一定的温度下同时结晶出两种成分和结构均不相同的固相的反应。,L 4.3%c,A2.11%c+Fe3C6.69%c,共析反应一定成分的固相在一定的温度下同
7、时析出两种成分和结构均不相同的新的固相的反应。,A2.11%c,727 ,F0.02%c+Fe3C6.69%c,共析反应的产物即珠光体（P）,共晶反应的产物即莱氏体（Ld）,共析钢和亚共析钢的结晶过程分析,A奥氏体,P珠光体,F铁素体,室温组织?,过共析钢结晶过程分析,共晶生铁结晶过程分析,热处理的主要目的：改变钢的性能。,热处理的应用范围：整个制造业。,热处理的分类,退火和正火退火将钢加热、保温，然后随炉冷却或埋入灰中缓慢冷却。目的：降低硬度，便于机加工。细化晶粒，提高塑性和韧性。消除应力。,应用：铸件、锻件、焊接及其它毛坯的热处理。1.完全退火：将亚共析钢加热到Ac3线以上20-30，保温
8、后缓慢冷却。 2.球化退火: 将过共析钢加热到Ac1线以上20-30，保温后缓慢冷却。3.低温退火: 将钢加热到Ac1线以下，保温后缓慢冷却。4.再结晶退火：消除冲压件冷变形所产生的加工硬化（再结晶温度以上150-250），降低硬度，恢复塑性。,碳钢在加热和冷却时的临界点位置,淬火和回火将钢加热到Ac3或Ac1 线以上30-50，保温后在淬火介质中快速冷却（-Fe向a-Fe同素异晶转变），以获得马氏体（M)组织（碳在a- Fe中的严重过饱和固溶体）。 马氏体形成过程中将伴随着体积膨胀，造成淬火内应力，应采取以下措施：（1）严格控制淬火加热温度 温度低，硬度低；温度高，晶粒粗大，应力大，易 产生
9、裂纹。（2）合理选择淬火介质 淬透性好，选油淬。（3）正确选择淬火方法 采用水油双介质淬火法。过共析钢的淬火加热温度范围？,铸造,型砂,型砂主要由原砂、粘结剂和水等组成应具备透气性强度耐火性可塑性退让性等基本性能。,合金的收缩,合金的收缩过程:合金从液态冷却至室温的过程中，其体积或尺寸缩减的现象。合金的收缩给液态成形工艺带来许多困难，会造成许多铸造缺陷。（如：缩孔、缩松、裂纹、变形等）。,合金收缩的三个阶段,液态收缩,凝固收缩,固态收缩,什 么 结 果 ？,合金的收缩阶段-液态收缩；-凝固收缩；-固态收缩,常用合金流动性举例,其中：普通灰口铸铁流动性最好,影响凝固的主要因素,合金的结晶温度范围
10、：合金的结晶温度范围越小，凝固区域越窄，越趋向于逐层凝固，易产生缩孔。在铁碳合金中普通灰铸铁为逐层凝固，高碳钢为糊状凝固，易产生缩松。铸造合金的结晶间隔越大，则流动性越差，具有共晶成分的合金流动性最好。,结论：纯金属、共晶成分（逐层凝固）和凝固温度范围窄的合金易产生缩孔凝固区域较宽（糊状凝固）的合金易产生缩松,缩松的形成过程,缩松的形成原因：铸件最后凝固的收缩未能得到补充，或者结晶温度范围宽的合金呈糊状凝固，凝固区域较宽，液、固两相共存，树枝晶发达，枝晶骨架将合金液分割开的小液体区难以得到补缩所致。,(b),(a),(c),(d),(e),(f),铸件的浇注位置是指浇注时铸件在铸型中所处的位置
11、。避免出现过大的水平面缺陷分析：薄壁罩壳铸件，当其壳顶呈水平面时，因薄壁件金属液散热冷却快，渣、气易滞留在顶面，易产生浇不足、冷隔、气孔和夹渣缺陷。实例：,(a)锥顶结构,(b)平顶结构,(a),(b),(a)薄壁水平面,(b)薄壁倾斜面,(a),(b),白口铸铁：,灰口铸铁：,麻口铸铁：,P+Fe3C+Le,P+Fe3C+G+Le,珠光体灰口铸铁：,铁素体灰口铸铁：,珠光体+铁素体灰口铸铁：,P+G片,P+F+G片,F+G片,化学成分：C是形成石墨的元素Si是促进形成石墨的元素通常C%、Si%越高，越容易石墨化,影响石墨化的因素化学成分,影响石墨化的因素冷却速度,冷却速度：减小冷却速度可以促
12、进石墨化， 易得到粗大的石墨片和铁素体基体增大冷却速度则阻碍石墨化，此时只有部分碳以细石墨片析出，而另一部分碳则以渗碳体析出， 得到铸光体基体,三角试样断口组织,拔模斜度与结构斜度,拔模斜度：铸件上垂直分型面的各个侧面应具有斜度，以便于把模样（或型芯）从型砂中（或从芯盒中）取出，并避免破坏型腔（或型芯）。此斜度称为拔模斜度。结构斜度：凡垂直分型面的非加工表面都应设计出斜度，以利于造型时拔模，并确保型腔质量。结构斜度是在零件图上非加工表面设计的斜度，一般斜度值比较大。拔模斜度是在铸造工艺图上方便起模，在垂直分型面的各个侧面设计的工艺斜度，一般斜度比较小。有结构斜度的表面，不加工艺斜度。,球墨铸铁
13、件主要特点,石墨成球状，对基体的割裂作用已降到最低，力学性能比灰铸铁有显著提高。,可通过热处理改善金属基体，进一步提高性能。这一点与灰铸铁不同。,球墨铸铁较灰铸铁易产生缩孔、缩松、皮下气孔、夹渣等缺陷。,石墨析出时，发生膨胀，应适当提高铸型刚度。,球墨铸铁件生产中应注意的问题,控制原铁液的化学成分，与一般灰铸铁基本相同；具有高C高Si，中Mn,低S、P特点。控制磷、硫含量，可减少铸件产生裂纹缺陷出现的可能性。,较高的铁液温度，以防止球化处理、孕育处理后铁液温度过低，产生浇不足等缺陷,球化处理、孕育处理。,若分型面是一曲面，则必须用挖砂造型,应尽量使分型面是一个平直的面,起重机臂铸件的分型方案a
14、)平面分型 b)曲面分型（起重机臂大批量生产，材料KTH550-04 ）,铸造结构工艺性便于起模,内腔设计少用芯，安芯排气与清理，事先考虑想仔细,改进前,改进后,改进后,改进前,改进前,改进后,思考题为防止铸件缺陷产生，试修改图示铸钢机架的结构。（孔的尺寸、形状不能变）,凸肋设计避活块,(a),(b),a)改进前；b)改进后,去掉凸台，避免活块减少型芯的数量，避免不必要的型芯直分型，防挖砂,凸台,型芯,分型面为曲面，需挖砂造型,压力加工,金属塑性成型：利用金属在外力作用下所产生的塑性变形来获得具有一定形状、尺寸和力学性能的原材料、毛坯或零件的生产方法也称为压力加工。常用的压力加工方法可分为：轧
15、制挤压拉拔锻造冲压等五大类。,金属塑性成型方法,金属塑性成型方法主要分为无模自由成型(也称为自由锻)和模膛塑性成型(也称为模锻)。自由锻造优点：1.使用的工具简单、通用；2.生产准备周期短，灵活性大，所以使用范围广，特别适用于单件、小批量生产。3.自由锻是大型件唯一的锻造方法。自由锻工序：基本工序；辅助工序（在前）；精整工序（在后）自由锻造缺点： 1.生产效率低，对操作工人的技艺要求高，工人的劳动强度大；2.锻件精度差，后续机械加工量大；国外工业发达国家的中小型自由锻件在其锻件总产量的比重只有20%40%。,冷变形强化（加工硬化）：在冷变形时，随着变形程度的增加，金属材料的所有强度指标（弹性极限、比例极限、屈服点和强度极限）和硬度都有所提高，但塑性和韧性有所下降。回复：冷变形后的金属加热至一定温度后，因原子的活动能力增强，使原子回复到平衡位置，晶粒残余应力大大减小。 回复温度：T回=(0.250.3)T熔再结晶：当温度升高到该金属熔点的0.4倍时（ T再=0.4T熔），金属原子获得更多的热能，使塑性变形后金属被拉长了的晶粒重新生核、结晶，变为变形前晶格结构相同的新等轴晶粒。变形温度在再结晶温度以上时，变形产生的加工硬化被随即发生的再结晶所抵消，变形后金属具有再结晶的等轴晶粒组织，而无任何加工硬化痕迹，这种变形称为热变形。,
