《先进制造技术实验报告》由会员分享，可在线阅读，更多相关《先进制造技术实验报告（14页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、实验一材料成形技术机械工程材料种类很多，主要包括金属材料、非金属材料和复合材料。金属 材料又包括钢铁材料和非铁金属材料。由于金属材料来源丰富，性能优良，在现 代工业、农业、国防以及日常生活中得到广泛应用，所以是最重要的机械工程材 料，约占各种机械产品所用材料的90%以上。金属的力学性能是指金属材料抵抗各种外加载荷的能力，其中包括：弹性和刚度、 强度、塑性、硬度、冲击韧度、断裂韧度及疲劳强度等，它们是衡量材料性能极 其重要的指标。金属材料的物理、化学性能，1、物理性能：密度、外观、导热性能、光学性能、 磁性能、电性能、超导性能、形状记忆性能等，如电镀金利用金的外观、飞机用 铝合金利用密度、电热器
2、用铜制作利用导热导电、永磁材料利用磁性能等等2、 化学性能：耐热性、耐蚀性、耐晒性、催化特性、感光特性等，不锈钢利用耐蚀 性、高温合金利用耐热性等等。金属成形的原理利用金属的熔融/延展/可塑性使其形成我们需要的各种不同的现 状。金属材料成形的方式有：铸造 锻压 焊接铸造指熔炼金属、制造铸型并将熔融金属浇入铸型凝固后，获得具有一定形状、 尺寸和性能的金属零件或毛坯的成形方法。到进入20世纪之后，铸造的发展速度特别快，它的重要因素之一是产品技 术的进步，要求铸件各种机械物理性能就更好，同时还具有良好的机械加工性 能；另一个原因是机械工业本身和其他工业就如化工、仪表等的发展，给铸造业 创造了有利的物
3、质条件。就如检测手段的发展，保证了铸件质量的提高和稳定， 也给铸造理论的发展提供了条件；电子显微镜等的发明，还可以帮助人们深入到 金属的微观世界，探查金属结晶的奥秘，研究金属凝固的理论，指导铸造生产。I型（让液态金属成为固态铸件的容器）准备，铸型按所用材料可以分为 砂型、金属型、陶瓷型、泥型、石墨型等，按使用次数可以分为一次性型、半永 久型和永久型，铸型准备的优劣是影响着铸件质量的主要因素；有造金属的熔 化和浇注，铸造金属（铸造合金）主要是有各类铸铁、铸钢和铸造有色金属及合 金；I件处理和检验，铸件处理包括清除型芯和铸件表面异物、切除浇冒口、 铲磨毛刺和披缝等凸出物以及热处理、整形、防锈处理和
4、粗加工等。不过近年 来，随着铸造技术的迅速发展，制件的质量和性能已大大提高，应用越来越广 泛。铸造适于制造形状复杂、特别是内腔形状复杂的零件或毛坯，尤其是要求承 压、抗振或耐磨的零件。铸造是现代工业的基础，铸件在机械产品中占有很大的 比例。锻压是锻造和冲压的合称，是利用锻压机械的锤头、砧块、冲头或通过模具对坯料施加压 力，使之产生塑性变形，从而获得所需形状和尺寸的制件的成形加工方法。锻压的特点是： 锻压可以改变金属组织，提高金属性能。铸锭经过热锻压后，原来的铸态疏松、孔隙、 微裂等被压实或焊合；原来的枝状结晶被打碎，使晶粒变细；同时改 变原来的碳化物 偏析和不均匀分布，使组织均匀，从而获得内部
5、密实、均匀、细微、综合性能好、使 用可靠的锻件。锻件经热锻变形后，金属 是纤维组织；经冷锻变形后，金属晶体呈有 序性连接成形是将若干个构件连接为一体的成形方法，按连接的机理不同，可分为 焊接、胶接和机械连接等三大类。1. 焊接 即通过加热或加压，或两者并用,并且用或不用填充材料，使工件达到 结合的一种方法。根据焊接过程的特点不同，可将焊接方法分为熔焊、压焊、钎 焊等三大类。焊接省工省料、效率高，适于焊接的材料广泛，目前已基本取代铆 接成为金属连接成形的主要方法。但焊接部位可能产生气孔、裂纹等焊接缺陷, 焊件上常存在焊接应力和焊接变形，某些高熔点金属、活泼金属及异种材料焊接 尚有一定困难。焊接不
6、仅是传统制造领域的基本加工手段之一，而且在微电子工 业、表面工程、新材料工程中也发挥着独特的作用。2.胶接又称为粘接，是用胶粘剂将被粘物表面连接在一起的方法。胶接工艺简 便、生产效率高、成本低，在工业生产中应用越来越广泛。材料组织强度适用范围铸造组织疏松，晶粒较 大受制于工艺、材料 的限制，一般比塑 性成形差外形较复杂零件锻压组织致密，晶粒细 小力学性能好力学性能要求较 高的零件连接成形不改变零件组织连接强度可靠拆装频繁的部件金属热处理金属热处理是采用适当的方式对金属材料或工件进行加热、保温和冷却以获 得预期的组织结构与性能的工艺，热处理只改变金属材料的组织和性能，而不能 改变其形状和大小，这
7、是与铸造、锻造、焊接、切削加工等工艺的不同之处。经 过适当热处理，可改善或提高金属材料的力学性能与工艺性能，故热处理是挖掘 金属材料潜力的重要手段。钢的普通热处理1. 退火 即工件加热到适当温度，保持一定时间，然后缓慢冷却的热处理工艺。 其目的是降低硬度，提高塑性、韧性，以利压力加工或切削加工；细化晶粒、改 善组织、提高力学性能；消除内应力以减少工件变形并为以后的热处理作准备。 按退火目的和加热温度的不同，可将退火分为完全退火、球化退火和去应力退火 等。(1) 完全退火:即将工件完全奥氏体化后缓慢冷却,获得接近平衡组织的退火工 艺，其目的是通过完全重结晶，细化晶粒、改善组织，且降低硬度,以便于
8、切削加 工。完全退火主要用于亚共析钢和共析钢的铸件、锻件或热轧型材(有时也用于 焊接件),可作为不重要零件的最终热处理或重要零件的预先热处理。(2) 球化退火:指为使工件中的碳化物球化而进行的退火,主要用于过共析钢, 目的是使网状渗碳体球化，降低硬度和提高韧性，改善切削加工性能，并为淬火 作准备。(3) 去应力退火:即为去除工件塑性加工、切削加工或焊接造成的内应力及铸件 内存在的残余应力而进行的退火，主要用于消除铸件、锻件或焊接件的内应力及由粗切削加工所引起的内应力。2. 正火即工件加热到奥氏体化后，在静止的空气中冷却的热处理工艺。正火目 的与退火相似，但冷却速度比退火快，因此同样钢件在正火后
9、的强度、硬度比退 火后高，高碳钢更为显著。因为正火冷却速度较快、操作简便、生产率高，所以 在可能的条件下，应优先采用正火，如低碳钢多采用正火代替退火。3. 淬火 即工件加热到奥氏体化后，以适当方式冷却获得马氏体或贝氏体组织的 热处理工艺。淬火的目的主要是为了得到马氏体，以便通过回火获得所需的组织 和性能。4. 回火即工件淬硬后加热到Ac1以下的某一温度，保温一定时间然后冷却到 室温的热处理工艺。其目的是为了消除淬火时因冷却过快而产生的内应力及降低 淬火钢的脆性，并获得所需的组织和力学性能以及稳定工件的形状和尺寸。 按零件性能要求和加热温度不同，回火可分为低温回火、中温回火和高温回火等 三类。低
10、温回火：工件在250C以下进行的回火，回火组织为回火马氏体。低温回火 的目的是保持淬火后的高硬度（5862HRC）和耐磨性，且降低内应力和脆性，多 用于处理各种工具、量具、冷作模具、渗碳件和表面淬火件。 中温回火：即工件在250500C之间进行的回火，回火组织为回火托氏体。 中温回火的目的是降低硬度（3545HRC）,提高弹性、屈服强度和韧性，多用于 处理各种弹簧和锻模。 高温回火：即工件在500C以上进行的回火，回火组织为回火索氏体。高温回 火的目的是使硬度降得更低（2535HRC），得到强度、塑性、韧性都较好的综合 力学性能。多用于处理如轴、齿轮等重要的结构零件。工件淬火并高温回火的复 合
11、热处理工艺称为调质。钢的表面淬火与化学热处理有些零件的工作表面要求具有高的硬度和耐磨性，而心部要求有足够的韧 性和塑性，如齿轮、曲轴等，这些零件大多需要进行表面热处理。表面热处理分 为两类：1. 表面淬火指仅对工件表层进行的淬火工艺。按热源不同，表面淬火可分为感 应淬火、接触电阻淬火、火焰淬火、激光淬火、电子束淬火等。2. 化学热处理 将工件置于适当的活性介质中加热、保温，使一种或几种元素渗 入它的表层，以改变其化学成分、组织和性能的热处理。化学热处理的方法很多, 常见的有渗碳、渗氮、渗铝和渗铬等，用以调整零件表层的力学性能，或用以改善 一些价廉材料的性能，以代替某些比较贵重的材料。化学热处理
12、是发展最快的热 处理技术，并促进了表面工程技术的发展。实验二焊接技术焊接即通过加热或加压，或两者并用，并且用或不用填充材料，使工件达到 结合的一种方法。根据焊接过程的特点不同，可将焊接方法分为熔焊、压焊、钎 焊等三大类。焊接省工省料、效率高，适于焊接的材料广泛，目前已基本取代铆接成为金 属连接成形的主要方法。但焊接部位可能产生气孔、裂纹等焊接缺陷，焊件上常 存在焊接应力和焊接变形，某些高熔点金属、活泼金属及异种材料焊接尚有一定 困难。焊接不仅是传统制造领域的基本加工手段之一，而且在微电子工业、表面 工程、新材料工程中也发挥着独特的作用。熔焊是将待焊处的母材金属熔化以形成焊缝的焊接方法。常用的熔
13、焊方法有气 焊、电弧焊、电渣焊等。熔焊是最基本的焊接方法，在焊接生产中占主导地位。常用的熔焊方法有电弧焊、电渣焊、堆焊等。1电弧焊即利用电弧作为热源的熔焊方法，简称弧焊。电弧焊热量集中、 温度高、设备较简单、使用方便 是目前应用最广泛的焊接方法。常用的电弧焊 方法有焊条电弧焊、埋弧焊和气体保护焊等。2电渣焊即利用电流通过液体熔渣产生的电阻热进行焊接的方法，焊接时 焊接接头处于垂直位置，两侧装有水冷滑块，焊接时电流通过液体熔渣产生大量 的电阻热，可使渣池温度高达18001900C。高温使进入渣池的焊丝和接缝边缘 的金属熔化且在渣池下形成熔池。随着熔池与渣池逐渐升高，两侧水冷式滑块也 同步上升，熔
14、池下部受强制冷却凝固成连续的焊缝。电渣焊适用于焊接厚度30mm以上的厚板或大截面结构，可焊接碳钢、合金 钢、铝等金属材料，在重型机械、船舶、压力容器等制造业中应用普遍。3堆焊即为增大或恢复焊件尺寸，或使焊件表面获得具有特殊性能的熔敷 金属而进行的焊接。常用的堆焊材料有合金钢、合金铸铁、钻基和镍基合金、碳 化钨等，多制成焊条、焊丝、铸条或粉状。堆焊几乎可采用任何一种熔焊方法，尤其以焊条电弧堆焊和氧乙炔焰堆焊 操作简便，应用最多。堆焊可提高零件的使用寿命，易于调节熔敷金属的成分和 组织，可获得耐磨、耐蚀、耐热等特殊性能；熔敷速度快、效率高，且可利用已 有的焊接设备。但堆焊往往具有异种金属焊接的特点
15、，难度较大，技术要求较高, 且易产生焊接应力和变形。堆焊是一种重要的表面工程技术，广泛用于各种机械 零件和工具、模具的制造和修复。压焊即焊接过程中，必须对焊件施加压力（加热或不加热），以完成焊接的方法, 常用的压焊方法有电阻焊、摩擦焊等。常用的压焊方法有电阻焊和摩擦焊等。1电阻焊即焊件组合后通过电极施加压力，利用电流通过接头的接触面及 邻近区域产生的电阻热进行焊接的方法，可分为电阻点焊、缝焊和对焊等类型。(1) 电阻点焊：即焊件装配成搭接接头，并压紧在两电极之间，利用电阻热 熔化母材金属，形成焊点的电阻焊方法。焊接时先加压使焊件紧密贴合，通电后 在焊件贴合处产生的电阻热使该处金属熔化，同时焊接
16、区受压产生塑性变形，以 阻止熔融金属流失，并使导电顺利。断电后继续保持或加大压力，使熔融金属在 压力下凝固，以形成组织致密的焊点(熔核)。与铆接和其它焊接方法相比，电阻点焊接头质量高，内应力与变形小，不需 填充材料，生产率高，劳动条件好。但所需设备功率大，接头无损检验困难，且非 导电材料无法焊接。电阻点焊适用于薄板、网和空间构架等的焊接，焊件厚度一 般为0.36mm,钢筋和棒料直径可达25mm。(2) 缝焊：指将焊件装配成搭接或对接接头，并置于两滚轮电极之间，滚轮 对焊件加压并转动，连续或断续通电，形成一条连续焊缝的电阻焊方法。缝焊原理及特点和点焊基本相同，但生产率更高，且焊缝可具有密封性。缝 焊适宜焊接厚度0.22mm、焊缝较规则的钢件和轻合金焊件，常用于焊接各类 有密封要求的薄板容器，
