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第一章工程材料的应用基础§1、工程材料的力学性能强度:抗拉强度(弹性极限σe屈服强度σs抗拉强度σb)抗弯强度塑性:伸长率δ断面收缩率ψ硬度:布氏硬度（HBW）洛氏硬度（HR）维氏硬度（HV）肖氏硬度冲击韧度ak疲劳强度σr断裂韧度KIC§2材料学基础金属的单晶体结构：体心立方晶体结构面心立方晶体结构密排六方晶体结构晶体缺陷:点缺陷线缺陷面缺陷合金的组织结构:固溶体(置换固溶体间隙固溶体)金属间化合物机械混合物1.ACD以上为液相区L2.AESGA为奥氏体区A3.GPQG为铁素体区F4.DFK为渗碳体区Fe3CACD线—液相线AECF线—固相线AC—奥氏体开始析出线AE—奥氏体析出终了线CD—Fe3C析出开始线ECF—共晶线PSK线—共析线ES线—C在γ-Fe中的溶解度曲线。析出二次Fe3CⅡGS线—铁素体开始析出线GP线—铁素体析出终了线PQ线—碳在α-Fe中的溶解度曲线，析出三次渗碳体Fe3CⅢC—共晶点，1148℃4.3%C共晶点：发生共晶反应的点。共晶反应：在一定的温度下，由一定成分的液体同时结晶出一定成分的两个固相的反应。S—共析点，727℃0.77%C共析点：发生共析反应的点。共析反应：在一定的温度下，由一定成分的固相同时结晶出一定成分的另外两个固相的反应。§3钢的热处理热处理过程：加热、保温、冷却热处理的工艺参数有：加热温度保温时间冷却方式冷却方式：等温冷却方式和连续冷却方式。退火：将钢材或钢件加热到适当温度，保温一定时间后缓慢冷却以获得接近平衡状态组织的热处理工艺。相同成分条件下，粒状P强硬度较低，塑韧性较好.正火：将钢加热到Ac3线（亚共析钢）、Ac1线（共析钢）、Accm线（过共析钢）以上30-50℃，保温一定时间后，在空气中冷却的热处理工艺。获得的珠光体组织较细，强度、硬度较高；冷却速度快，生产效率高。淬火：提高钢的硬度和强度回火：消除淬火钢的残余内应力退火和正火区别:1、冷却方式：前者炉冷，后者空气中冷却正火冷却速度大于退火2、组织：前者接近平衡状态，后者较细珠光体。正火组织结构比退火细小3、性能：正火后零件强度、硬度略高；正火消除内应力效果不如退火。§4工程材料的分类、编号及用途碳钢:普通碳素结构钢优质碳素结构钢碳素工具钢合金结构钢合金工具钢(wc2.11%的铁碳合金)铸铁:灰铸铁可锻铸铁球墨铸铁(wc2.11%含有石墨的铁碳合金)1、普通碳素结构钢(牌号:QXXX-YZ)Z：F（沸腾钢），Z（镇静钢），TZ（特殊镇静钢）。2、优质碳素结构钢牌号：XX（两位数字），以平均万分数表示含碳量的万分之几。3、碳素工具钢牌号：TXXT：碳素工具钢；数字：名义千分数表示4、机器结构钢调质钢渗碳钢弹簧钢牌号：“数字+化学元素+数字”前面的数字表示钢的平均含碳量的万分之几,化学元素以其元素符号来表示,合金元素后面的数字表示合金元素的含量，一般以百分之几表示5、合金工具钢牌号与合金结构钢相似铸铁的基本性能：A.力学性能低。B.耐磨性能好。由于石墨本身有润滑作用。C.消振性能好。由于石墨可吸收振动能量。D.铸造性能好。E.切削性能好。F.成本低廉6、灰铸铁：碳以片状石墨存在。牌号：HTXXX“灰铁”汉语拼音首字母+数字（最低抗拉强度）。7、可锻铸铁：碳以团絮状石墨存在。牌号：KTXXX-XX两项数字分别表示最低抗拉强度和伸长率。8、球墨铸铁：碳以球状石墨存在。牌号：QTXXX-XX可锻铸铁牌号数字意义相同。第二章金属材料的成形工艺§1金属材料的液态成形工艺影响流动性的因素：（1）合金成分的影响(2)浇注条件(3)铸型特性凝固方式：逐层凝固、体积凝固、中间凝固合金收缩的三个阶段：液态收缩、凝固收缩、固态收缩收缩对铸件质量的影响及防止措施：影响：缩孔缩松（预防措施：顺序凝固）应力（设计上：尽量使铸件形状对称、壁厚均匀。工艺上：减少铸件冷却过程中各部位的温差，使各部位收缩一致，如将浇口开在薄壁处，在厚壁处安放冷铁，即采取同时凝固原则。改善铸型和砂芯的退让性，热处理）裂纹变形（减少铸造应力）顺序凝固原则：建立温度梯度，使铸件凝固按照薄壁—厚壁——冒口的顺序先后进行，让缩孔移入冒口，获得致密铸件。措施：在铸件的厚大部位加冷铁，并开冒口补缩。同时凝固原则：铸造各部分同时凝固无温差，使各部位收缩一致。措施：将浇口开在薄壁处，在厚壁处安放冷铁。碳当量：定义：把钢中合金元素的含量按其对某种性能(如焊接性、铸造工艺性等)的作用换算成碳的相当含量。铸铁：（1）灰铸铁：良好的铸造性能（2）球墨铸铁：铸造性能介于灰铸铁与铸钢之间流动性同灰铸铁缩孔和缩松倾向大球化处理易产生皮下气孔（3）可锻铸铁：流动性较差体积收缩和线收缩较大铸钢：铸造性能差，流动性比铸铁差，冷隔、浇不足、熔点高，易粘砂、收缩性大，缩孔、缩松、裂纹特种铸造应用：用于批量生产形状复杂、精度要求高或难以进行切削加工的小型零件（25kg以下）。如汽轮机叶片和叶轮、大模数滚刀等。§2金属材料的塑性成形工艺塑性变形机理：多晶体金属的塑性变形由晶内变形和晶间变形组成。加工硬化：金属在冷变形加工时，随着变形程度的增加，金属材料的强度和硬度不断提高，塑性和韧性不断下降的现象。回复：将冷成形后的金属加热至一定温度，原子活动能力增强，恢复到规则排列的位置，消除晶格畸变，加工硬化部分消除的现象，称为回复。再结晶：将冷成形后的金属加热至一定温度，以杂质或碎晶为核心重新生核、长大，形成等轴晶粒，从而消除加工硬化，使金属的组织和性能恢复到变形前的现象，称为再结晶。冷变形：金属在回复温度以下进行的塑性变形。热变形：在再结晶温度以上进行的塑性变形。温变形—高于回复温度，低于再结晶温度范围内进行的塑性变形。影响塑性成形性的因素：（1）材料性质（2）变形条件①变形温度②变形速度③应力状态自由锻基本工序：基本工序（镦粗、拔长、冲孔，切割、扭转、弯曲）辅助工序（压钳口、倒棱、压痕）修整工序（弯曲校正、平整、修鼓形等）冲压基本工序分离工序（使坯料的一部分相对另一部分产生分离的工序。）变形工序（使坯料的一部分相对另一部分产生相对位移而不破裂的工序。）拉深中的废品及防止①拉穿（拉裂）②起皱（边沿褶皱）防止拉深件出现拉穿的措施：①增大凸、凹模圆角半径②凸凹模间隙③拉深系数m：拉深件直径与坯料直径的比值②起皱（边沿褶皱）防止起皱的措施设置压边圈增加毛坯的相对厚度或拉深系数。（2）弯曲（3）胀形（4）翻边§3金属材料的连接工艺焊接：将同种或异种材质的工件，通过加热或加压或二者并用，使工件达到原子间的结合而形成永久性结合的连接方法。熔焊：将待焊处的母材金属熔化以形成焊缝的焊接方法。压焊：焊接过程必须对焊件施加压力（加热或不加热），以完成焊接的方法。钎焊：采用比母材金属熔点低的金属材料作为钎料，将焊件和钎料加热到高于钎料熔点、低于母材熔点，利用液态钎料润湿母材，填充接头间隙并与母材相互扩散实现连接的方法。焊接接头的组织结构和性能焊接接头：焊缝区（合金元素分布不均。杂质、气孔、裂纹易出现在中心部位，使焊缝塑性降低。渗合金：强度不低于母材）、熔合区（强度低、塑性差、脆性大，易产生焊接裂纹和脆性断裂，最薄弱环节之一）、热影响区（①过热区塑性、韧性显著下降②正火区优于母材③部分相变区低于正火区。）减少与消除焊接应力的措施a）选用塑性好的材料b）合理设计焊件结构减少焊缝数量、长度及截面尺寸，避免焊缝密集和交叉c）确定合理的焊接顺序，焊前预热、焊后去应力退火防止和减少焊接变形的措施a）合理设计焊件结构减少焊缝数量、长度及截面积；焊缝尽可能对称分布；厚大焊件开两面坡口；尽可能采用大尺寸板料及合适型材或冲压件代替板材拼焊，减少焊缝数量。b）确定合理焊接顺序先焊收缩量较大的焊缝；先焊工作时受力较大的焊缝，使其预承受压应力；c）反变形法d）焊接变形的校正焊接结构及工艺性1.焊缝位置应方便焊接操作和检验焊缝布置应考虑足够的焊接操作空间，便于施焊和检验。尽量使焊缝处于平焊位置；2.焊缝应尽量分散布置，避免密集和汇交3.焊缝布置应尽量对称4.焊缝布置应避开最大应力和应力集中位置5.焊缝布置应避开机械加工表面第四章切削加工§1切削加工的基础知识切削加工：使用切削工具（刀具、磨具和磨料），在工具和工件的相对运动中，把工件上多余的材料切除，使工件获得规定的几何参数（尺寸、形状、位置）和表面质量的加工方法。主运动：使刀具和工件之间产生相对运动，促使刀具接近工件实现切削的运动。进给运动：使刀具与工件之间产生附加的相对运动，加上主运动，即可连续地切除余量。切削用量：切削速度vc进给量f背吃刀量ap刀具切削部分的组成：三个刀面：（1)前刀面(2)主后刀面(3)副后刀面两个刀刃：(1)主切削刃(2)副切削刃一个尖：刀尖车刀切削部分的主要角度：刀具静止参考系：刀具设计、制造、刃磨和测量几何参数时用的参考系。主要包括基面、切削平面、正交平面、假定工作平面等刀具工作参考系：用于规定刀具切削加工时几何参数的参考系。①主偏角κr②副偏角κ’r③前角γ0④后角α0⑤刃倾角λs积屑瘤：在一定范围的切削速度下切削塑性金属形成带状切屑时，常发现在刀具前刀面靠近切削刃的部位粘附着一小块很硬的金属楔块，这就是积屑瘤，或称刀瘤。切屑：当刀具刚与工件接触时，接触处的压力使工件产生弹性变形和塑性变形，最后被切离工件本体并沿前刀面流出，形成切屑。种类：带状切屑挤裂切屑崩碎切屑积屑瘤对切削加工的影响1）积屑瘤的硬度比工件材料的硬度高，能代替切削刃进行切削，保护切削刃。2）增大了刀具的实际工作前角，使切削轻快。3）积屑瘤的顶端伸出切削刃外，且不断地产生和脱落，使实际吃刀量和切削厚度不断变化，影响尺寸精度，还会导致切削力的变化，引起振动。4）积屑瘤碎片粘附在工件已加工表面上，增大表面粗糙度和导致刀具磨损。精加工时避免积屑瘤产生。粗加工时可利用积屑瘤。积屑瘤的控制①加工时控制切削速度，避开产生积屑瘤的切削速度区；②增加刀具前角以减小切削变形，降低切屑接触区压力；③使用润滑性能良好的切削液，减小摩擦；④用适当的热处理方法提高工件材料的硬度，降低塑性，减小加工硬化倾向。切削力的影响因素①工件材料②切削用量③刀具角度切削热来源：切屑变形所产生的热量；切屑与刀具前刀面之间的摩擦；工件与刀具后刀面之间的摩擦。影响：传入切屑及介质中的热量越多，对加工越有利。传入工件的切削热，使工件产生热变形，影响加工精度，特别是加工薄壁零件、细长零件和精密零件时，热变形的影响更大。影响切削温度的主要因素有：工件材料、切削用量、刀具角度、切削液§1回转面的加工外圆面的加工：车削、磨削、光整加工孔：钻、扩、铰、镗、拉、磨、研磨、珩磨§2平面的加工：车、刨、铣、拉、磨、研磨§3特形表面的加工：成形面：成形刀具、刀具和工件作特定的相对运动螺纹加工：攻螺纹和套螺纹、车、铣、磨、搓、滚压齿轮加工：铣、滚、插、剃、磨零件表面的常规加工方法特点：提高了螺纹的强度。滚压螺纹切削的纤维组织连续，提高了其抗剪强度；螺纹滚压后，由于表面变形强化及表面粗糙度值降低，还可提高螺纹的疲劳强度。滚压螺纹比切削螺纹的生产率高。加工方案的分析与选择根据零件具体表面的加工要求、零件的结构特点及材料性质等因素选用加工方法；选择基本原则：保证加工质量的前提下使生产成本较低。选择各表面的加工方法时，应遵循下述基本原则：首先选定最终加工方法，然后逐一选定各前道工序的加工方法。按加工方法的应用特点选择，即所选的加工方法的经济精度及表面粗糙度与加工表面的精度要求和表面粗糙度要求适应。保证加工表面的形状精度要求和位置精度要求。与零件的切削加工性相适应。与生产类型相适应。结合本企业的实际生产条件。§3机械加工工艺过程基本概念工艺过程：在生产过程中，直接改变生产对象的形状、尺寸、表面质量、性质及相对位置等，使其成为成品或半成品的过程。工序：一个或一组工人在同一机床或同一工作地点，对一个或同时对几个工件所连续完成的那一部分工艺过程。安装一道工序中，工件每经一次装夹后所完成的那部分工序。工位一次装夹后，工件在加工过程中相对于刀具作若干次位置的改变，工件在机床上占据每一个位置所完