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1、江西省高等教育自学考试综合改革试点模具设计与制造专业机械制造基础课程复习辅导资料2008 年 12 月前 言教材建设是高等教育自学考试综合改革试点工作中间的重要组成部分，为了更好的开展江西省高等教育自学考试综合改革试点工作，方便广大考生参加江西省高等教育自学考试机械制造基础课程考试，我们编写了这本复习辅导资料。资料中所涉及的复习要点及复习样题是基本的、主要的和全面的。考生应认真对照资料进行复习，这不仅对于帮助考生参加考试，更重要的是对于帮助考生完整系统的消化相关课程的主要内容都是极为有利的。由于水平有限，再加之时间仓促，资料中难免有不足和错误之处，请提出宝贵意见，以备再版时更正。编者目 录 第
2、一章 工程材料学习要点及复习样题2 第二章 铸造成形学习要点及复习样题 第三章 锻压成形学习要点及复习样题 第四章 焊接成形学习要点及复习样题 第五章 金属切削的基本原理学习要点及复习样题 第六章 金属切削机床概述学习要点及复习样题 第七章 车削加工学习要点及复习样题 第八章 铣削、刨削和拉削加工学习要点及复习样题 第九章 钻削和镗削加工学习要点及复习样题 第十章 磨削加工学习要点及复习样题 机械制造基础课程考试大纲第一章 工程材料学习要点及复习样题 学习要点 1.1 金属材料的种类和性能性能名称意义表示方法强度指在外力作用下材料抵抗变形和破坏 的能力抗拉强度 Rm、抗压强度 bc、抗 弯强度
3、 bb、抗剪强度 b。硬度衡量材料软硬程度的指标布氏硬度（HBW） 、洛氏硬度（HR） 和维氏硬度（HV） 。塑性指在外力作用下材料产生永久变形而 不发生破坏的能力伸长率 A%和断面收缩率 Z%。冲击韧性指材料抵抗冲击力的能力冲击韧度 k疲劳强度指材料在多次交变载荷作用下而不致 引起断裂的最多应力1.2 金属的结构及结晶 1.2.1 晶体与非晶体 (1)晶体：原子按一定规则排列的固体。有固定熔点，具有各向异性。 (2)晶格：为了便于表明晶体内部的原则排列规律，把每个原子看成一个点，点与点之 间用直线连接起来而形成的空间格子。 (3)晶胞：能完全反映晶格原子排列特征的最小几何单元。 (4)晶格常
4、数：晶胞的棱边长度和棱边之间的夹角。(5)常见金属晶体结构：体心立方、面心立方和密排六方晶格。1.2.2 实际金属结构 (1)晶格缺陷类型 点缺陷：晶格空位，间隙原子和置换原子。线缺陷：位错。 面缺陷：晶界。 1.2.3 金属的结晶 (1)金属结晶的概念 指金属由液态转变为固态晶体的过程。即内部原子有不规则的排序转变到规则排列。 (2)金属结晶的过程 金属的结晶过程是由晶核的产生和长大两个基本过程组成的。 (3)过冷现象、过冷度 在实际结晶过程中，金属液只有冷却到理论结晶温度（熔点）以下的某个温度时才结 晶的现象叫过冷现象。理论结晶温度与实际结晶温度之差称过冷度。 (4)晶粒到小对力学性能的影
5、响即控制方法 晶粒组织的力学性能比粗晶粒组织的好。方法：增加过冷度、变质处理和附加振动。 1.2.4 金属的同素异构 同一种固态的纯金属在加热或冷却时由一种稳定状态变成另一种晶体结构不同的稳定 状态的转变称为同素异构转变。 纯铁的同素异构1.3 二元合金合铁碳合金相图 1.3.1 二元合金的晶体结构 (1)合金的概念 由两种或两种以上的金属元素或金属元素和非金属元素组成的具有金属性质的物质。 (2)组元的概念 组成合金的元素，一般指化学元素，稳定化合物也可作为组元。 (3)相的概念及分类 在物质中，凡是成分相同，结构相同，并与其他部分以界面分开的均匀组成部分，称为 相。分为两类： 固溶体：溶质
6、原子溶入金属溶剂中所组成的合金称为固溶体。有间隙固溶体和置换固溶 体。 金属化合物：合金中各组成元素原子按一定比例相互作用而生成的一种新的具有金属特 性的物质。 1.3.2 铁碳合金相图(1)铁碳合金基本组织 铁素体（F）：碳溶解在 -Fe 中的间隙固溶。塑性、韧性好，强度、硬度低。 奥氏体（A）：碳溶解在 Fe 中的间隙固溶体。塑性好。 渗碳体（Fe3C）：铁与碳形成的金属化合物。硬度很高，塑性、韧性几乎为零。 珠光体（P）：是奥氏体发生共析转变所形成的铁素体与渗碳体的机械混合物。力学性 能介于铁素体与渗碳体之间。 莱氏体（Ld）：是液态铁碳合金发生共晶转变所形成的 A 与 Fe3C 的机械
7、混合物。硬度 高，塑性差。 (2)铁碳状态图各特性点、线和区域主要点特性点温度含义A1538纯铁熔点C1148共晶点D1227渗碳体熔点E1148C 在 -Fe 中最大溶解度G912纯铁的同互异晶转变点P727C 在 -Fe 中最大溶解度S727共析点Q室温室温时 C 在 -Fe 中最大溶解 度主要线： ABCD 线：液相线，液相冷却至此开始析出，加热至此全部转化。 AHJECF 线：固相线，液态合金至此线全部结晶为固相，加热至此开始转化。 GS 线：A3 线，A 开始析出 F 的转变线，加热时 F 全部溶入 A ES 线：Acm 线，C 在 A 中溶解度曲线 ECF 线：共晶线，含 C 量
8、2.11-6.69%至此发生共晶反应，结晶出 A 与 Fe3C 混合物（莱氏体） 。 PSK 线：共析线，含 C 量在 0.0218-6.69%至此反生共析反应，产生出珠光体。 (3)铁碳合金的分类含碳量小于0.02%的铁碳合金。工业纯铁钢白口铸铁共析钢： 含碳量为0.77%; 亚共析钢：含碳量在0.02%0.77%之间； 过共析钢：含碳量在0.77%2.11%之间；铁碳合金（4）共析钢、过共析钢、亚共析钢结晶过程1.4 钢的热处理 1.4.1 热处理是将钢在固态下施加不同的加热、保温和冷却，从而获得所需的组织结构和 性能的工艺过程。 1.4.2 钢在加热时的转变 实际加热时各临界点位置分别用
9、 Ac1、Ac3、Accm线表示，实际冷却时各临界点位置分别用 Ar1、Ar3、Arcm线表示。 （1）奥氏体的形成分为三个阶段：形成奥氏体晶核并逐步长大成晶粒，残余渗碳体继 续溶入奥氏体，奥氏体均匀化。 （2）奥氏体晶粒的长大：奥氏体晶粒形成后，继续加热或保温，小晶粒将合并为较粗 大的晶粒。 1.4.3 钢在冷却时的转变共晶白口铸铁： 含碳量为4.3%; 亚共晶白口铸铁：含碳量在2.11%4.3%之间； 过共晶白口铸铁：含碳量在4.3%6.69%之间；共析钢过冷奥氏体等温转变产物形成条件和力学性能类型名称形成条件力学性能粗大片状珠光体约 700650强度、硬度、塑性、韧性一般细珠光体（索氏体
10、）约 650600强度、硬度、塑性、韧性较粗大片状好珠光 体形 组织极细珠光体（托氏体）约 600550强度、硬度、塑性、韧性较索氏体好上贝氏体约 550350脆性大，基本无实用价值贝氏 体形 组织下贝氏体约 350左右具有较好的综合力学性能板条马氏体奥氏体中含碳量 小于 0.3%有较高的塑性和韧性马氏体形 组织片状马氏体奥氏体中含碳量11.4%应力大，塑性、韧性较差1.4.4 常用的钢的热处理 （1）完全退火和等温退火 完全退火：将工件加热到 Ac3 以 上 3050，保温一定时间后，随 炉缓慢冷却到 600以下，然后在空 气中冷却。用于亚共析钢成分的碳钢 和合金钢的铸件、锻件及热轧型材。
11、有时也用于焊接结构。 目的：细化晶粒，降低硬度，改 善切削加工性能。 等温退火：将工件加热到 Ac3 以 上 3050，保温一定时间后，先 以较快的冷速冷到珠光体的形成温度 等温，待等温转变结束再快冷。 （2）球化退火：将钢件加热到 Ac1 以上 3050，保温一定时间后随 炉缓慢冷却至 600后出炉空冷。通 过球化退火，使层状渗碳体和网状渗 碳体变为球状渗碳体，球化退火后的 组织是由铁素体和球状渗碳体组成的球状珠光体。 主要用于共析或过共析成分的碳钢及合金钢。目的：在于降低硬度，改善切削加工性， 并为以后淬火做准备。 （3）去应力退火：将工件随炉缓慢加热（100150/h）至 500650（
12、A1 以下） ，保温 一段时间后随炉缓慢冷却。 主要用于消除铸件、锻件、焊接件、冷冲压件（或冷拔件）及机加工的残余内应力。 在去应力退火中不发生组织转变。 (4)正火:将工件加热到 Ac3 或 Accm 以上 3050，保温后从炉中取出在空气中冷却。与 退火的区别是冷速快，组织细，强度和硬度有所提高 正火的应用： a.用于普通结构零件，作为最终热处理，细化晶粒提高机械性能。b.用于低、中碳钢作为预先热处理，获得合适的硬度便于切削加工。 c.用于过共析钢，消除网状 Fe3C，有利于球化退火的进行。 (5) 淬火:淬火就是将钢件加热到 Ac3 或 Ac1 以上 3050，保温一定时间，然后快速冷
13、却（一般为油冷或水冷） ，从而得马氏体的一种操作。 a.淬火冷却介质:最常用的冷却介质是水和油 b.淬火方法: 单液淬火法（单介质淬火） 将加热的工件放入一种淬火介质中一直冷到室温。这种方法操作简单，容易实现机械 化，自动化，如碳钢在水中淬火，合金钢在油中淬火。但其缺点是不符合理想淬火冷却速 度的要求，水淬容易产生变形和裂纹，油淬容易产生硬度不足或硬度不均匀等现象。 双液淬火法（双介质淬火） 将加热的工件先在快速冷却的介质中冷却到接近马氏体转变温度 Ms 时，立即转入另一 种缓慢冷却的介质中冷却至室温，以降低马氏体转变时的应力，防止变形开裂。如形状复 杂的碳钢工件常采用水淬油冷的方法，即先在水
14、中冷却到 300后在油中冷却；而合金钢 则采用油淬空冷，即先在油中冷却后在空气中冷却。 分级淬火法 将加热的工件先放入温度稍高于 Ms 的盐浴或碱浴中，保温 25min，使零件内外的温 度均匀后，立即取出在空气中冷却。这种方法可以减少工件内外的温差和减慢马氏体转变 时的冷却速度，从而有效地减少内应力，防止产生变形和开裂。但由于盐浴或碱浴的冷却 能力低，只能适用于零件尺寸较小，要求变形小，尺寸精度高的工件，如模具、刀具等。 等温淬火法 将加热的工件放入温度稍高于 Ms 的盐浴或碱浴中，保温足够长的时间使其完成 B 转变。 适用于尺寸较小，形状复杂，要求变形小，具有高硬度和强韧性的工具，模具等。
15、c.钢的淬透性和淬硬性：淬透性是指钢在淬火时获得淬硬层的能力。淬硬性是指钢在 淬火时的硬化能力。淬透性好，淬硬性不一定好，同样淬硬性好，淬透性亦不一定好。 (6)回火是将淬火钢重新加热到 A1 点以下的某一温度，保温一定时间后，冷却到室温的一 种操作。 钢的回火按回火温度范围可分为以下三种： a.低温回火：回火温度范围 150250。零件内应力和脆性有所降低，但保持了马氏 体的高硬度和高耐磨性。主要应用于高碳钢或高碳合金钢制造的工、模具、滚动轴承及渗 碳和表面淬火的零件。 b.中温回火：回火温度范围为 350500。零件具有一定的韧性和较高的弹性极限及 屈服强度。主要应用于各类弹簧和模具等。
16、c.高温回火：回火温度范围为 500650。零件具有强度、硬度、塑性和韧性都较好 的综合力学性能。广泛应用于汽车、拖拉机、机床等机械中的重要结构零件，如轴、连杆、 螺栓等。淬火高温回火又称调质处理。 （6）钢的表面淬火 仅对工件表层进行淬火的工艺，称为表面淬火。它是利用快速加热使钢件表面奥氏体 化，而中心尚处于较低温度即迅速予以冷却，表层被淬硬为马氏体，而中心仍保持原来的 退火、正火或调质状态的组织。 表面淬火一般适用于中碳钢（WC=0.40.5%）和中碳低合金钢（40Cr、40MnB 等） ，也 可用于高碳工具钢，低合金工具钢等。目前应用最多的是感应加热和火焰加热表面淬火。 1.5 碳钢 碳钢是指含碳量小于 2.11%的铁碳合金。1.5.1 碳钢的分类 碳钢的分类方法有多种，常见的有以下三种。 （1）按钢的含碳量多少分类： 低碳钢，含碳量0.25%； 中碳钢，含碳量为 0.25%0.60%；
