机械制造基础复习

机械制造基础复习江苏大学机械学院第一部分工程材料材料的力学性能新标准(GB/T228—2002)旧标准(GB/T228—1987)性能名称符号性能名称符号弹性极限Re弹性极限σe—屈服点σs上屈服强度ReH上屈服点σsU下屈服强度ReL下屈服点σsL抗拉强度Rm抗拉强度σb断后伸长率A，A11.2，Axmax断后伸长率δ5，δ10，δxmax断面收缩率Z断面收缩率Ψ一、静态力学性能力学性能：σ-ε曲线硬度：HB、HRC、HV二、动态力学性能аK、σ-1机械制造基础复习江苏大学机械学院第一部分工程材料–结构外来晶核（变质处理）提高冷却速度振荡结晶过程：形核、长大→晶粒大小控制→细晶强化结晶理想晶体→晶胞、晶面、晶向→三种晶格（纯）金属→晶体→组元+实际晶体→区别：缺陷→塑变基础其它元素→合金→固溶体（间隙固溶、置换固溶）晶格畸变碳弥散强化（第二相强化）→固溶强化铁碳合金钢铸铁铁素体（F）奥氏体（A）珠光体（P）•相图：结晶、溶解度、表象点信息（相、成分、相对量-杠杆定律）、三相反应机械制造基础复习江苏大学机械学院不同晶格类型中的滑移面体心立方晶格：六个滑移面、每滑移面上有两个滑移方向共有十二个滑移系面心立方晶格：四个滑移面、每个滑移面上有三个滑移方向共十二个滑移系密排六方晶格：只有一个滑移面，此面上有三个滑移方向晶体通过位错移动产生滑移机械制造基础复习江苏大学机械学院细晶强化多晶体滑移阻力大，故强度较单晶体高，且晶粒愈细，强度愈高，硬度愈大。另一方面，因晶粒愈细，变形被分散到更多的晶粒内进行，每晶粒变形也较均匀，所以塑性、韧性也愈好。机械制造基础复习江苏大学机械学院塑性变形对金属组织性能的影响1.冷变形强化冷变形强化属位错强化2.产生各向异性:纤维组织3.产生织构4.残余应力机械制造基础复习江苏大学机械学院回复与再结晶“回复和再结晶”过程的驱动力:点阵畸变能→冷塑性变形量1.回复:特征：显微组织无明显变化，晶粒仍保持伸长状；点阵畸变能大大降低，内应力显著减小，强度和硬度变化不大。应用：去应力退火。如电缆机械制造基础复习江苏大学机械学院2.再结晶再结晶通常是指经冷变形的金属在足够高的温度下加热时，通过新晶核的形成及长大，以无畸变的新晶粒逐渐取代变形晶粒的过程。过程：形核及长大条件：冷变形+足够高的温度特征：晶体缺陷基本消失，形成无畸变的新等轴晶粒；冷变形强化现象完全消除与重结晶区别：无晶体结构转变（不是重结晶）机械制造基础复习江苏大学机械学院晶粒长大冷塑性变形金属材料经再结晶后，一般可得到细而均匀的等轴状晶粒。如加热温度过高或时间过长，会出现晶粒长大或二次再结晶造成晶粒粗化，力学性能相应变坏。晶粒长大：靠晶界推移，晶粒相互吞并（大晶粒吞吃小晶粒）。晶粒越均匀，晶粒长大的倾向越小。影响再结晶后晶粒大小的因素退火加热温度;冷变形量;机械制造基础复习江苏大学机械学院热加工与冷加工的区别热加工与冷加工的区别是以金属材料的再结晶温度为分界。再结晶温度以下进行的塑性变形称为冷加工。再结晶温度以上进行的塑性变形加工称为热加工，热加工的下限温度一般应在再结晶温度以上一定范围。金属材料热加工时，在塑性变形的同时再结晶也随之发生，冷变形强化现象随即消除。热加工对材料的组织和性能的影响改善铸锭和坯料的组织和性能;产生流线组织机械制造基础复习江苏大学机械学院基本相：F、A、Fe3C（室温相？）基本组织：F、A、Fe3C、P、Ld机械制造基础复习江苏大学机械学院钢的热处理钢在加热时的转变非平衡冷却奥氏体化：A形核-A长大、残余Fe3C溶解-A均匀化俗称C曲线横向：A过冷区（反应物区）过渡区（转变区）产物区（P？、B？）纵向：高温区（扩散转变P）中温区（半扩散B）低温区（非扩散M？）影响C曲线的因素：含碳量的影响、合金元素的影响（合金元素只有固溶于奥氏体中时才能起上述作用）原始组织的影响、加热温度和保温时间的影响总之，A越稳定，C曲线越右机械制造基础复习江苏大学机械学院珠光体、贝氏体、马氏体转变的异同点相变类型主要异同珠光体转变贝氏体转变马氏体转变转变温度范围A1~550℃550℃~MsMs~Mf扩散性具有铁原子和碳原子的扩散碳原子扩散铁原子不扩散无扩散组成相两相组织A→F+Fe3C两相组织A→α-Fe（C）+Fe3C（约350℃以上）A→α-Fe（C）+FexC（约350℃以下）单相组织A→α-Fe(C)合金元素的分布合金元素扩散重新分布合金元素不扩散合金元素不扩散相变的完全性相变可在恒温下进行到底相变温度可在恒温下充分进行，相变的完全程度与转变温度有关，温度越低，转变越不充分，有残余奥氏体存在。主要在连续冷却过程中进行，相变具有不完全性。机械制造基础复习江苏大学机械学院第一部分工程材料–热处理（四把火）1钢的普通热处理：退火和正火、淬火与回火名称、工艺(温度)、组织、性能、应用、举例目的及必要条件退火软化正火常化（以正代退、以正火代调质、先正后退）淬火强硬化回火韧化（淬火后）机械制造基础复习江苏大学机械学院淬火+低温回火：目的：降低组织应力，保留较高硬度，组织：回火马氏体应用：耐磨件淬火+中温回火目的：高弹、韧、疲劳性，组织：回火托氏体应用：弹性元件、热锻模淬火+高温回火（调质）目的：综合力学性能组织：回火索氏体应用：重要零件•S与S回?•T与T回?•B上与B下?•M高与M低?钢的淬硬性：主要取决于钢的含碳量钢的淬透性：主要取决于合金元素含量机械制造基础复习江苏大学机械学院钢的淬硬性：主要取决于钢的含碳量钢的淬透性：主要取决于合金元素含量耐回火性：尤以Si、Cr、Mo等作用较显著回火脆性：第一类回火脆性：各种钢和冷却方法，不可修复，避开第二类回火脆性：含Mn、Si、Ni等合金钢，快冷不出现，可修复。二次硬化：含Mo、W、V、Cr等较多的钢机械制造基础复习江苏大学机械学院第一部分工程材料–常用工程材料1.钢→结构钢→普通结构钢渗碳钢优质结构钢→调质钢弹簧钢碳素工具钢滚动轴承钢工具钢→普通低合金工具钢→刃具钢高速钢冷作模具钢模具钢热作模具钢碳钢的特点低碳钢：塑、韧，适用于各种冷、热加工与焊接；中碳钢：可得到各种性能的较佳配合，淬火效果也显著优于低碳钢，在制造齿轮、轴、弹簧等机械结构零件等方面得到广泛的应用；高碳钢：硬度、耐磨性较高，有一定淬火效果，可用于制作刃、模、量具机械制造基础复习江苏大学机械学院2.铸铁铸铁→灰口铸铁（C→G、G+Fe3C）C存在形式白口铸铁（C→Fe3C）→G的形貌灰铸铁（片状G）蠕墨铸铁（虫状G）球墨铸铁（球状G）可锻铸铁（团状G）孕育铸铁（细片状G）普通灰铸铁（厚片状G）影响铸铁组织和性能的因素化学成分、冷却速度、提高灰铸铁强度有两个基本途径：1.改变石墨的数量、形状、大小和分布；2.改善基体组织，在石墨的影响减少之后，以期充分发挥金属基体的作用。机械制造基础复习江苏大学机械学院钢种成分热处理组织性能应用举例常用钢号C%Me%渗碳钢1.0~0.25↗淬透性：Mn、Ni、Cr、B（Si→脱碳）细晶：V、Ti、Mo渗碳钢+淬火+低温回火表：M回高心：S/M回低外强内韧冲击+耐磨件；汽车、拖拉机调速齿轮20Cr、20Mn2B、20CrMnTi调质钢0.25~0.55↗淬透性（强F）：Mn、Ni、Cr、Si、B防二回脆：Mo、W；细晶：V、Ti调质/正火（+表淬+低回/+氮化）S回/S(表：M回;心：S回/S)综合（表硬+综合）重要零件；机床主轴、变速齿轮45、40Cr42CrMo弹簧钢0.60~0.900.45~0.70↗淬透性：Mn、Cr、Si(↗σb)防Mn过热、Si脱碳：Mo、W、V热成型：淬火+中回冷成型：去应力/淬火+中回T回冷硬/T回/B下高弹性（韧、疲劳）弹性元件、热锻模65、T8、65Mn、60Si2Mn轴承钢0.95~1.10（淬硬性）Cr：0.50~1.65（淬透性）淬火+低温回火M回+K高硬、耐磨滚动轴承元件GCr9GCr15机械制造基础复习江苏大学机械学院钢种成分热处理组织性能应用举例常用钢号C%Me%工艺热处理最终热处理刃具钢碳素工具钢≥0.7球化退火（先正后退）淬火+低温回火M回+Fe3CⅡ粒+A残高硬低红硬手动工具200℃T7、T8、T10、T12低合金工具钢0.75~1.5Mn、Cr、Si、Mo、W、V球化退火（先正后退）淬火+低温回火M回+K粒+A残高硬较高红硬250~300℃低速工具较复杂工具9CrSi、9Mn2V、CrWMn高速钢0.70~1.25Cr（↗淬）；Mo、W、V（二次硬化+细晶）球化退火（先正后退）锻透1200~1300淬火+3×560℃回火M回+K粒+A残高硬、高红硬（600℃）高速、大载复杂刀具W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2冷模Cr12系列1.0~2.0（→↗K+M）高达12%Cr：↗淬+难溶KMo、W、V（Cr）：二次硬化球化退火（先正后退）锻透980℃淬+180℃回1100℃淬+2×520℃回M回+K粒+A残高硬重载、复杂冷冲模Cr12Cr12MoV热模热锻模0.3~0.6↗淬：Mn、Ni、Cr二硬（回脆）：Mo、W、V完全退火淬火+中、高回火M回+K粒较高硬较高红硬热锻模5CrMnMo5CrNiMo热压模1050~1150℃淬+2~3×560~600℃回火（二硬）M回+K粒较高硬高红硬压铸模3Cr2W8V机械制造基础复习江苏大学机械学院第二部分铸造-工艺基础流动性→三种凝固：逐层凝固、糊状凝固、中间凝固充型能力浇注条件（浇注温度和充型压力）铸型条件（简化浇注系统、铸型蓄热能力、铸型温度、铸型中的气体）铸件结构工艺基础：三个阶段：液态收缩（体收缩）、凝固收缩、固态收缩第一、二阶段是产生缩孔和缩松的主要原因第三阶段是产生铸造应力和变形开裂的主要原因收缩影响因素：过热度、凝固收缩和凝固温度范围收缩缺陷：缩孔和缩松（热节）、变形和裂纹（应力的形成、分布、变形及其防止）相关缺陷：浇不足、冷隔；补缩不良→缩孔、缩松；粘度增加→气孔、渣孔。缩孔、缩松的措施：定向（顺序）凝固、减小热节防止铸造应力和变形的措施：壁厚均匀、结构对称、同时凝固、反变形、时效处理机械制造基础复习江苏大学机械学院比较项目砂型铸造金属型铸造熔模铸造压力铸造低压铸造离心铸造适合金属任意不限,以有色为主不限,多为铸钢有色合金有色合金铸钢、铸铁、铜合金铸件大小不限中、小铸件25kg,小铸件10kg，可用于中型铸件中、小铸件不限尺寸精度IT14-16IT12-14IT11-14IT11-13IT12-14决定于铸型材料Ra/μm50-12.512.5-6.312.5-3.23.2-1.612.5-3.2同上投产的最小批量（件）单件700-1000100010001000100-1000铸件内部质量结晶粗结晶细结晶粗表层细,内部有孔洞结晶细结晶细铸件加工余量大小小或不加工小或不加工较小较大生产率低中中高低中最高中中高应用举例机床床身、箱体、支座轴承盖铝活塞、轴套、气缸盖、水暖器材等叶片、仪器元件、切削刀具仪器仪表零件、缸套等气缸体、缸盖、曲轴箱、纺织机零件等各种铸铁管、套筒、滑动轴承机械制造基础复习江苏大学机械学院铸造工艺设计浇注位置：三下一上分型面：便于起模、大部分一箱、一型内不过高、少用砂芯且便于安放和检验工艺参数的确定绘制铸造工艺图首先从保证铸件质量出发确定浇注位置，再从简化工艺出发确定分型面。铸件结构工艺性铸造工艺对铸件结构的要求合金铸造性能对铸件结构的要求铸造方法对铸件结构的要求外形简单少用活块和芯壁厚合理、均匀壁与壁的连接避免收缩受阻避免大平面机械制造基础复习江苏大学机械学院第三部分压力加工-工艺基础工艺基础塑性变形单晶体的弹性变形单晶体的塑性变形→滑移，滑移系、滑移面、滑移方向塑性变形的本质→滑移的机理：位错实际金属的塑性变形关键：晶界的存在及各晶粒位向不同细晶强化对金属组织性能的影响各向异性冷变形强化纤维组织织构残余应力（宏观内应力、微观内应力和点阵畸变）回复与再结晶驱动力:点阵畸变能冷塑性变形量过程:形核及长大与重结晶区别：无晶体结构转变影响因素：温度、冷变形量热加工与冷