第3章--金屬材料的制備與加工

1、2課程目錄課程目錄第一章第一章 緒論緒論第二章第二章 金屬材料的結構與性能金屬材料的結構與性能第三章第三章 金屬材料的制備與加工金屬材料的制備與加工第四章第四章 鋼鐵材料鋼鐵材料第五章第五章 有色金屬材料有色金屬材料第六章第六章 金屬功能材料金屬功能材料第七章第七章 新型金屬材料及技術新型金屬材料及技術33.1 金屬材料制備流程金屬材料制備流程3.2 金屬材料制備與加工技術金屬材料制備與加工技術3.2.1 鑄造鑄造3.2.4 軋制軋制3.2.7 機加工機加工3.3 金屬材料制備加工過程中的組織性能變化金屬材料制備加工過程中的組織性能變化第第三三章章 金屬材料的制備與加工金屬材料的制備與加工3.

2、2.2 鍛壓鍛壓3.2.5 擠壓擠壓3.2.8 粉末冶金粉末冶金3.2.3 焊接焊接3.2.6 拉拔拉拔43.1 金屬材料制備流程金屬材料制備流程探探礦礦（地質學）（地質學）采礦采礦（資源學）（資源學）選礦選礦（資源學）（資源學）提煉提煉（冶金學）（冶金學）材料制備材料制備與加工成型與加工成型（材料學）（材料學）選材選材制備毛坯制備毛坯預先熱處理預先熱處理機械加工機械加工最終熱處理最終熱處理檢驗檢驗 應應根據(jù)金屬零件根據(jù)金屬零件的性能要求、受載情況、服役的性能要求、受載情況、服役條件條件、工作環(huán)境等：工作環(huán)境等：選材選材：金屬材料種類繁多，性能不一，而且材料的發(fā)展日新月異，金屬材料種類繁多，性

3、能不一，而且材料的發(fā)展日新月異，而零件的性能要求、服役條件各不相同，再加上材料的資源、價格而零件的性能要求、服役條件各不相同，再加上材料的資源、價格等多方面考慮。等多方面考慮。金屬零件生產(chǎn)工藝過程：金屬零件生產(chǎn)工藝過程：5金屬零件生產(chǎn)工藝過程：金屬零件生產(chǎn)工藝過程：6毛坯制備毛坯制備機械機械加工加工傳統(tǒng)方法傳統(tǒng)方法現(xiàn)代方法現(xiàn)代方法液態(tài)成形液態(tài)成形塑性塑性成形成形連接連接成形成形粉末冶金成形粉末冶金成形型材等毛坯型材等毛坯車削、刨車削、刨 削、銑削、銑削、削、拉削、鏜削、磨削等拉削、鏜削、磨削等數(shù)控加工、電火花數(shù)控加工、電火花加工、激光加工等加工、激光加工等特種加工方法特種加工方法制備與加工：制

4、備與加工：一個具體零件的加一個具體零件的加工往往可用多種不同的加工方法，工往往可用多種不同的加工方法，而每種加工方法所能達到的加工精而每種加工方法所能達到的加工精度、加工質量、加工范圍、加工效度、加工質量、加工范圍、加工效率是不同的。率是不同的。金屬零件生產(chǎn)工藝過程：金屬零件生產(chǎn)工藝過程：7熱處理熱處理退火：加熱至某一溫度，然后緩慢冷卻（爐冷）退火：加熱至某一溫度，然后緩慢冷卻（爐冷）正火：加熱至某一溫度，然后中速冷卻（空冷）正火：加熱至某一溫度，然后中速冷卻（空冷）淬火：加熱至某一溫度，然后快速冷卻（水冷或油冷）淬火：加熱至某一溫度，然后快速冷卻（水冷或油冷）回火：淬火后重新加熱至某一溫度回

5、火：淬火后重新加熱至某一溫度預先熱處理：預先熱處理：為使切削加工能順利進行，可通過預先熱處理調整為使切削加工能順利進行，可通過預先熱處理調整硬度，為切削加工做好組織準備。硬度，為切削加工做好組織準備。最終熱處理：最終熱處理：使材料的性能達到要求。使材料的性能達到要求?！八陌鸦鹚陌鸦稹保?金屬零件生產(chǎn)工藝過程：金屬零件生產(chǎn)工藝過程：冶冶煉煉原原材材料料鑄件鑄件機加工機加工零件零件鑄錠鑄錠熱鍛熱鍛熱軋熱軋機加工機加工零件零件板、型、板、型、管、線材管、線材焊接焊接冷軋、冷軋、拔、沖拔、沖機加工機加工零件零件93.2 金屬材料制備與加工技術金屬材料制備與加工技術鑄造鑄造鍛壓鍛壓焊接焊接軋制軋制擠壓擠

6、壓拉拔拉拔機加工機加工粉末冶金粉末冶金103.2.1 鑄造鑄造p 定義：定義：將熔化好的液態(tài)金屬注入鑄型獲取鑄件的方法叫將熔化好的液態(tài)金屬注入鑄型獲取鑄件的方法叫鑄造，它是鑄造，它是零件毛坯最常用的生產(chǎn)工藝之一零件毛坯最常用的生產(chǎn)工藝之一。p 分類：分類：砂型砂型鑄造鑄造特種鑄造特種鑄造熔模鑄造熔模鑄造熔模石膏型鑄造熔模石膏型鑄造金屬型鑄造金屬型鑄造壓力鑄造壓力鑄造鑄造鑄造11鑄造的優(yōu)點：鑄造的優(yōu)點：適于做復雜外形，特別是復雜內腔的毛坯。適于做復雜外形，特別是復雜內腔的毛坯。對材料的適應性廣，鑄件的大小幾乎不受限制。對材料的適應性廣，鑄件的大小幾乎不受限制。成本低，原材料來源廣泛，價格低廉，一

7、般不需要昂成本低，原材料來源廣泛，價格低廉，一般不需要昂貴的設備。貴的設備。是某些塑性很差的材料（如鑄鐵等）制造毛坯或零件是某些塑性很差的材料（如鑄鐵等）制造毛坯或零件的唯一成型工藝。的唯一成型工藝。12鑄造的缺點：鑄造的缺點：工藝過程比較復雜，一些工藝過程還難以控制。工藝過程比較復雜，一些工藝過程還難以控制。零件內部組織的均勻性、致密性一般較差。零件內部組織的均勻性、致密性一般較差。易出現(xiàn)縮孔、縮松、氣孔、砂眼、夾渣、夾砂、裂紋易出現(xiàn)縮孔、縮松、氣孔、砂眼、夾渣、夾砂、裂紋等缺陷，產(chǎn)品質量不夠穩(wěn)定。等缺陷，產(chǎn)品質量不夠穩(wěn)定。由于鑄件內部晶粒粗大，組織不均勻，且常伴有缺陷，由于鑄件內部晶粒粗大

8、，組織不均勻，且常伴有缺陷，其力學性能比同類材料的塑性成形件要低。其力學性能比同類材料的塑性成形件要低。13砂型鑄造：砂型鑄造：砂型鑄造工藝流程砂型鑄造工藝流程 定義：定義：在在砂型砂型中生產(chǎn)鑄件的鑄造方法。中生產(chǎn)鑄件的鑄造方法。14砂型鑄造：砂型鑄造：砂型鑄造示意圖砂型鑄造示意圖15砂型鑄造：砂型鑄造：型砂（最常用的是硅砂型砂（最常用的是硅砂+粘土）粘土）砂型與鑄件實物圖砂型與鑄件實物圖砂型的制備砂型的制備鋼、鐵和大多數(shù)有色合金鑄件都可用砂型鑄造方法獲得。由于砂型鑄造鋼、鐵和大多數(shù)有色合金鑄件都可用砂型鑄造方法獲得。由于砂型鑄造所用的造型材料價廉易得，鑄型制造簡便，對鑄件的單件生產(chǎn)、成批生所

9、用的造型材料價廉易得，鑄型制造簡便，對鑄件的單件生產(chǎn)、成批生產(chǎn)和大量生產(chǎn)均能適應，長期以來，一直是鑄造生產(chǎn)中的基本工藝。產(chǎn)和大量生產(chǎn)均能適應，長期以來，一直是鑄造生產(chǎn)中的基本工藝。16熔模鑄造（失蠟鑄造）：熔模鑄造（失蠟鑄造）： 定義：定義：是指將易熔材料制成模樣，在模樣表面包是指將易熔材料制成模樣，在模樣表面包覆若干層耐火材料制成型殼，再覆若干層耐火材料制成型殼，再將模樣熔化將模樣熔化排出型排出型殼，從而獲得無分型面的鑄型，經(jīng)高溫焙燒后即可殼，從而獲得無分型面的鑄型，經(jīng)高溫焙燒后即可填砂澆注的鑄造方案。由于模樣廣泛采用蠟質材料填砂澆注的鑄造方案。由于模樣廣泛采用蠟質材料來制造，故常將熔模鑄造

10、稱為來制造，故常將熔模鑄造稱為“失蠟鑄造失蠟鑄造”。 優(yōu)點優(yōu)點： 熔模鑄件有著很高的尺寸精度和表面光潔度，可大量熔模鑄件有著很高的尺寸精度和表面光潔度，可大量節(jié)省機床設備和加工工時，大幅度節(jié)約金屬原材料。節(jié)省機床設備和加工工時，大幅度節(jié)約金屬原材料。 可以鑄造各種合金的復雜鑄件，如噴氣式發(fā)動機的葉可以鑄造各種合金的復雜鑄件，如噴氣式發(fā)動機的葉片，以及各種鏤空件等。片，以及各種鏤空件等。17熔模鑄造（失蠟鑄造）：熔模鑄造（失蠟鑄造）：18熔模石膏型鑄造：熔模石膏型鑄造： 定義：定義：將熔模組裝，并固定在專供灌漿用的砂箱將熔模組裝，并固定在專供灌漿用的砂箱平板上，在真空下把平板上，在真空下把石膏漿

11、料石膏漿料灌入，待漿料凝結后灌入，待漿料凝結后經(jīng)干燥即可脫除熔模，再經(jīng)烘干、焙燒成為石膏型，經(jīng)干燥即可脫除熔模，再經(jīng)烘干、焙燒成為石膏型，在在真空下澆注真空下澆注獲得鑄件。獲得鑄件。 工藝特點工藝特點： 石膏漿料的流動性很好，又在真空下灌注成型，其充型性優(yōu)良，石膏漿料的流動性很好，又在真空下灌注成型，其充型性優(yōu)良，復模性優(yōu)異，型精確、光潔，復模性優(yōu)異，型精確、光潔，可灌注大型復雜鑄件用型可灌注大型復雜鑄件用型。 石膏型的熱導率很低，充型時合金液流動保持時間長，石膏型的熱導率很低，充型時合金液流動保持時間長，適宜生產(chǎn)適宜生產(chǎn)薄壁復雜件薄壁復雜件。但鑄型激冷作用差，當鑄件壁厚差異大時，厚大處容。但

12、鑄型激冷作用差，當鑄件壁厚差異大時，厚大處容易出現(xiàn)縮松、縮孔等缺陷。易出現(xiàn)縮松、縮孔等缺陷。 石膏型透氣性極差，鑄件石膏型透氣性極差，鑄件易形成氣孔、澆不足等缺陷易形成氣孔、澆不足等缺陷，應注意合，應注意合理設置澆注及排氣系統(tǒng)。理設置澆注及排氣系統(tǒng)。19金屬型鑄造（硬模鑄造）：金屬型鑄造（硬模鑄造）： 定義：定義：將液體金屬澆入將液體金屬澆入金屬鑄型金屬鑄型，以獲得鑄件的，以獲得鑄件的一種鑄造方法。一種鑄造方法。 優(yōu)缺點優(yōu)缺點： 其機械性能比砂型鑄件高，耐蝕性和硬度也顯著提高其機械性能比砂型鑄件高，耐蝕性和硬度也顯著提高 鑄件的精度和表面光潔度比砂型鑄件高，而且質量和尺寸穩(wěn)定鑄件的精度和表面光

13、潔度比砂型鑄件高，而且質量和尺寸穩(wěn)定 鑄件的液體金屬耗量減少，一般可節(jié)約鑄件的液體金屬耗量減少，一般可節(jié)約1530% 不用砂或者少用砂，一般可節(jié)約造型材料不用砂或者少用砂，一般可節(jié)約造型材料80100% 金屬型鑄造制造成本高金屬型鑄造制造成本高 金屬型不透氣，而且無退讓性，易造成鑄件澆不足、開裂等缺陷金屬型不透氣，而且無退讓性，易造成鑄件澆不足、開裂等缺陷 工藝要求高，對鑄件質量影響甚為敏感，需要嚴格控制工藝要求高，對鑄件質量影響甚為敏感，需要嚴格控制20壓力鑄造：壓力鑄造： 定義：定義：在在高壓高壓作用下，使液態(tài)或半液態(tài)金屬以較作用下，使液態(tài)或半液態(tài)金屬以較高的速度充填壓鑄型（壓鑄模具）型腔

14、，并在壓力高的速度充填壓鑄型（壓鑄模具）型腔，并在壓力下成型和凝固而獲得鑄件的方法。下成型和凝固而獲得鑄件的方法。 優(yōu)缺點優(yōu)缺點： 產(chǎn)品質量好產(chǎn)品質量好 生產(chǎn)效率高生產(chǎn)效率高 經(jīng)濟效果優(yōu)良經(jīng)濟效果優(yōu)良 易產(chǎn)生氣孔易產(chǎn)生氣孔 對內凹復雜的鑄件較為困難對內凹復雜的鑄件較為困難 對于高熔點合金，壓鑄型壽命較低對于高熔點合金，壓鑄型壽命較低 不宜小批量生產(chǎn)不宜小批量生產(chǎn)213.2.2 鍛壓鍛壓p 定義：定義：是是鍛造和沖壓的合稱鍛造和沖壓的合稱，利用鍛壓機械的錘頭、砧，利用鍛壓機械的錘頭、砧塊、沖頭或通過模具對坯料施加壓力，使之產(chǎn)生塊、沖頭或通過模具對坯料施加壓力，使之產(chǎn)生塑性變塑性變形形，從而獲得所

15、需形狀和尺寸的制件的成形加工方法。，從而獲得所需形狀和尺寸的制件的成形加工方法。p 分類：分類：熱鍛壓：熱鍛壓：金屬再結晶溫度以上鍛壓金屬再結晶溫度以上鍛壓溫鍛壓：溫鍛壓：常溫和再結晶溫度之間鍛壓常溫和再結晶溫度之間鍛壓鍛壓鍛壓冷鍛壓：冷鍛壓：常溫鍛壓常溫鍛壓等溫鍛壓：等溫鍛壓：鍛壓時坯料溫度保持恒定值鍛壓時坯料溫度保持恒定值22鍛壓的特點：鍛壓的特點： 鍛壓可以改變金屬組織，鍛壓可以改變金屬組織，提高金屬性能提高金屬性能。 鍛壓可使金屬塑性流動而制成鍛壓可使金屬塑性流動而制成所需形狀所需形狀的工件，的工件，且鍛壓出的且鍛壓出的工件尺寸精確工件尺寸精確，有利于組織批量生產(chǎn)。，有利于組織批量生產(chǎn)

16、。鑄錠經(jīng)過熱鍛壓后，原來的鑄態(tài)疏松、孔隙、微裂等鑄錠經(jīng)過熱鍛壓后，原來的鑄態(tài)疏松、孔隙、微裂等被壓實或焊合；原來的枝狀結晶被打碎，使晶粒變細；被壓實或焊合；原來的枝狀結晶被打碎，使晶粒變細；同時改變原來的碳化物偏析和不均勻分布，使組織均同時改變原來的碳化物偏析和不均勻分布，使組織均勻，從而獲得內部密實、均勻、細微、綜合性能好、勻，從而獲得內部密實、均勻、細微、綜合性能好、使用可靠的鍛件。鍛件經(jīng)熱鍛變形后，金屬是纖維組使用可靠的鍛件。鍛件經(jīng)熱鍛變形后，金屬是纖維組織；經(jīng)冷鍛變形后，金屬晶體呈有序性?？?；經(jīng)冷鍛變形后，金屬晶體呈有序性。23鍛壓現(xiàn)場圖：鍛壓現(xiàn)場圖：2009年年5月月18日，中國二重

17、集團，用世界最大的日，中國二重集團，用世界最大的1.6萬噸級萬噸級自由鍛造水壓機，成功鍛造出自由鍛造水壓機，成功鍛造出CPR1000核電機組核電機組1150MW半轉速汽輪發(fā)電機轉子。半轉速汽輪發(fā)電機轉子。該轉子直徑該轉子直徑2050毫米，總長毫米，總長16400毫米，毛坯重毫米，毛坯重310噸，采用國內第一支實重噸，采用國內第一支實重560噸特大型鋼噸特大型鋼錠鍛制。錠鍛制。110萬千瓦以上級核電機組特大型半速整鍛轉子，萬千瓦以上級核電機組特大型半速整鍛轉子，是當前世界大型鍛件和極限制造領域高難產(chǎn)品，以前全世是當前世界大型鍛件和極限制造領域高難產(chǎn)品，以前全世界只有日本制鋼所（界只有日本制鋼所（

18、JSW）一家能夠生產(chǎn)。）一家能夠生產(chǎn)。24253.2.3 焊接焊接p 定義：定義：是一種以是一種以加熱、高溫或者高壓的方式接合加熱、高溫或者高壓的方式接合金屬或金屬或其他熱塑性材料的制造工藝及技術。其他熱塑性材料的制造工藝及技術。p 分類：分類：熔焊熔焊釬焊釬焊焊接焊接壓焊壓焊在焊接過程中將工件接口加熱至熔化狀態(tài)，在焊接過程中將工件接口加熱至熔化狀態(tài)，不加壓力完成焊接的方法。不加壓力完成焊接的方法。在加壓條件下，使兩工件在固態(tài)下實現(xiàn)原子在加壓條件下，使兩工件在固態(tài)下實現(xiàn)原子間結合，又稱固態(tài)焊接。間結合，又稱固態(tài)焊接。使用比工件熔點低的金屬材料作釬料，將工使用比工件熔點低的金屬材料作釬料，將工件

19、和釬料加熱到高于釬料熔點、低于工件熔件和釬料加熱到高于釬料熔點、低于工件熔點的溫度，利用液態(tài)釬料潤濕工件，填充接點的溫度，利用液態(tài)釬料潤濕工件，填充接口間隙并與工件實現(xiàn)原子間的相互擴散，從口間隙并與工件實現(xiàn)原子間的相互擴散，從而實現(xiàn)焊接的方法。而實現(xiàn)焊接的方法。26焊接工藝：焊接工藝：電弧焊電弧焊激光激光焊焊熔焊熔焊電渣焊電渣焊電子束焊電子束焊等離子弧焊等離子弧焊手弧焊手弧焊氣體保護焊氣體保護焊埋弧焊埋弧焊電阻焊電阻焊擴散焊擴散焊壓焊壓焊摩擦焊摩擦焊爆炸焊爆炸焊超聲波焊超聲波焊高頻焊高頻焊軟釬焊（軟釬焊（T450）27焊接接頭與焊縫：焊接接頭與焊縫：28焊接現(xiàn)場圖：焊接現(xiàn)場圖：293.2.4

20、軋制軋制p 定義：定義：將金屬坯料通過將金屬坯料通過一對旋轉軋輥的間隙一對旋轉軋輥的間隙，因受軋輥，因受軋輥的的壓縮成型作用壓縮成型作用使材料截面減小、長度增加的壓力加工使材料截面減小、長度增加的壓力加工方法。方法。p 應用：應用：是是生產(chǎn)鋼材最常用的生產(chǎn)方式生產(chǎn)鋼材最常用的生產(chǎn)方式，主要用來生產(chǎn)板，主要用來生產(chǎn)板材、型材、管材。材、型材、管材。p 分類：分類：冷軋：冷軋：在再結晶溫度以下進行的軋制在再結晶溫度以下進行的軋制軋制軋制熱軋：熱軋：在再結晶溫度以上進行的軋制在再結晶溫度以上進行的軋制30軋制示意圖：軋制示意圖：31軋機與軋輥：軋機與軋輥：32熱軋的特點：熱軋的特點： 熱軋時金屬塑性

21、高，變形抗力低，大大減少了金屬變形的熱軋時金屬塑性高，變形抗力低，大大減少了金屬變形的能量消耗。能量消耗。 熱軋能改善金屬及合金的加工工藝性能，即將鑄態(tài)組織轉熱軋能改善金屬及合金的加工工藝性能，即將鑄態(tài)組織轉變?yōu)樽冃谓M織，提高合金的加工性能。變?yōu)樽冃谓M織，提高合金的加工性能。 熱軋生產(chǎn)效率高，而且為提高軋制速度、實現(xiàn)軋制過程的熱軋生產(chǎn)效率高，而且為提高軋制速度、實現(xiàn)軋制過程的連續(xù)化和自動化創(chuàng)造了條件。連續(xù)化和自動化創(chuàng)造了條件。 熱軋鋼材內部的非金屬夾雜物被壓成薄片，出現(xiàn)分層（夾熱軋鋼材內部的非金屬夾雜物被壓成薄片，出現(xiàn)分層（夾層）現(xiàn)象，降低厚度方向拉伸性能。層）現(xiàn)象，降低厚度方向拉伸性能。 不

22、均勻冷卻造成殘余應力，組織和性能不夠均勻。不均勻冷卻造成殘余應力，組織和性能不夠均勻。 尺寸較難控制，表面粗糙，往往作為冷軋加工的坯料。尺寸較難控制，表面粗糙，往往作為冷軋加工的坯料。33冷軋的特點：冷軋的特點： 通常冷軋是指在熱軋板卷的基礎上進行再次加工軋通常冷軋是指在熱軋板卷的基礎上進行再次加工軋制，制，一般流程是熱軋一般流程是熱軋酸洗酸洗磷化磷化皂化皂化冷軋冷軋。 冷軋成品為軋硬卷，由于冷軋成品為軋硬卷，由于連續(xù)冷變形引起的冷作硬連續(xù)冷變形引起的冷作硬化化使軋硬卷的強度、硬度上升、韌塑指標下降，因此使軋硬卷的強度、硬度上升、韌塑指標下降，因此沖壓性能將惡化，只能用于簡單變形的零件。沖壓性

23、能將惡化，只能用于簡單變形的零件。 由于冷軋產(chǎn)品的硬度很高（由于冷軋產(chǎn)品的硬度很高（HRB90），機械加工），機械加工性能極差，因此往往后續(xù)性能極差，因此往往后續(xù)還需要進行退火處理還需要進行退火處理。34軋制現(xiàn)場圖：軋制現(xiàn)場圖：353.2.5 擠壓擠壓p 定義：定義：用用沖頭或凸模對放置在凹模中的坯料加壓沖頭或凸模對放置在凹模中的坯料加壓，使之，使之產(chǎn)生產(chǎn)生塑性流動塑性流動，從而獲得相應于模具的型孔或凹凸模形，從而獲得相應于模具的型孔或凹凸模形狀的制件的一種壓力加工方法。狀的制件的一種壓力加工方法。p 應用：應用：廣泛用于生產(chǎn)鋁銅等廣泛用于生產(chǎn)鋁銅等有色金屬有色金屬的的管材管材和和型材型材等。

24、等。p 分類：分類：冷擠壓冷擠壓：常溫下進行的擠壓：常溫下進行的擠壓擠壓擠壓熱擠壓：熱擠壓：在再結晶溫度以上進行的擠壓在再結晶溫度以上進行的擠壓溫擠壓：溫擠壓：在室溫和再結晶溫度之間進行的擠壓在室溫和再結晶溫度之間進行的擠壓36擠壓示意圖：擠壓示意圖：擠壓示意圖擠壓示意圖（a）正擠壓法；（）正擠壓法；（b）型、棒材反向擠壓法；）型、棒材反向擠壓法；（c）管材正擠壓法；（）管材正擠壓法；（d）管材反向擠壓法）管材反向擠壓法擠壓模具與擠壓模具與擠壓型材擠壓型材373.2.6 拉拔拉拔p 定義：定義：用用外力作用于被拉金屬的前端外力作用于被拉金屬的前端，將金屬坯料，將金屬坯料從小從小于坯料斷面的?？?/p>

25、于坯料斷面的?？字欣觯垣@得相應的形狀和尺寸的中拉出，以獲得相應的形狀和尺寸的制品的一種塑性加工方法。由于拉拔多在制品的一種塑性加工方法。由于拉拔多在冷態(tài)冷態(tài)下進行，下進行，因此也叫因此也叫冷拔冷拔或或冷拉冷拉。p 特點：特點： 尺寸精確，表面光潔尺寸精確，表面光潔 工具、設備簡單工具、設備簡單 連續(xù)高速生產(chǎn)斷面小的長制品連續(xù)高速生產(chǎn)斷面小的長制品 道次變形量與兩次退火間的總變形量有限道次變形量與兩次退火間的總變形量有限 長度受限制長度受限制38拉拔現(xiàn)場圖：拉拔現(xiàn)場圖：銅管拉拔機及其產(chǎn)品銅管拉拔機及其產(chǎn)品393.2.7 機加工機加工p 定義：定義：是機械加工的簡稱，是指通過機械精確加工去除是

26、機械加工的簡稱，是指通過機械精確加工去除材料的加工工藝。材料的加工工藝。p 分類：分類：主要有主要有手動加工手動加工和和數(shù)控加工數(shù)控加工兩大類。兩大類。p 具體包括：具體包括：車、銑、鉆、刨、磨、剪、鋸等。車、銑、鉆、刨、磨、剪、鋸等。磨床磨床40機加工設備：機加工設備：銑床銑床車床車床車刀車刀413.2.8 粉末冶金粉末冶金p 定義：定義：采用金屬粉末（或金屬粉末與非金屬粉末的混合采用金屬粉末（或金屬粉末與非金屬粉末的混合物）作為原料，經(jīng)過成形和燒結，制取金屬材料、復合物）作為原料，經(jīng)過成形和燒結，制取金屬材料、復合材料以及各種類型制品的工業(yè)技術。材料以及各種類型制品的工業(yè)技術。p 優(yōu)點：優(yōu)

27、點：粉末冶金技術具備粉末冶金技術具備顯著節(jié)能、省材、性能優(yōu)異、顯著節(jié)能、省材、性能優(yōu)異、產(chǎn)品精度高且穩(wěn)定性好產(chǎn)品精度高且穩(wěn)定性好等一系列優(yōu)點，非常適合于大批等一系列優(yōu)點，非常適合于大批量生產(chǎn)。另外，部分用傳統(tǒng)鑄造方法和機械加工方法無量生產(chǎn)。另外，部分用傳統(tǒng)鑄造方法和機械加工方法無法制備的材料和復雜零件也可用粉末冶金技術制造。法制備的材料和復雜零件也可用粉末冶金技術制造。p 應用：應用：鐵石刀具、硬質合金、磁性材料等。鐵石刀具、硬質合金、磁性材料等。42粉末冶金生產(chǎn)工藝流程圖：粉末冶金生產(chǎn)工藝流程圖：433.3 金屬材料制備加工過程中的組織金屬材料制備加工過程中的組織性能變化性能變化性能性能組織

28、組織結構結構制備制備加工加工使役行為使役行為44鑄態(tài)組織：鑄態(tài)組織：金屬材料凝固過程示意圖金屬材料凝固過程示意圖（形核（形核+長大）長大）鑄錠三晶區(qū)組織形成過程示意圖鑄錠三晶區(qū)組織形成過程示意圖 45鑄態(tài)組織特點及對性能的影響：鑄態(tài)組織特點及對性能的影響：p 組織特點：組織特點： 組織不均勻，存在三晶區(qū)，即組織不均勻，存在三晶區(qū)，即外層細晶區(qū)外層細晶區(qū)、中間柱狀中間柱狀晶區(qū)晶區(qū)和和中心粗大等軸晶區(qū)中心粗大等軸晶區(qū) 往往會有縮孔、氣孔、夾雜物等鑄造缺陷往往會有縮孔、氣孔、夾雜物等鑄造缺陷p 性能特點：性能特點： 強度、硬度低強度、硬度低 塑性較好塑性較好 耐腐蝕性較差耐腐蝕性較差46焊接組織：焊

29、接組織：奧氏體不銹鋼的焊接接頭組織奧氏體不銹鋼的焊接接頭組織47焊接組織特點及對性能的影響：焊接組織特點及對性能的影響：p 組織特點：組織特點： 焊接接頭包括焊接接頭包括焊縫焊縫、熔合區(qū)熔合區(qū)和和熱影響區(qū)熱影響區(qū)p 性能特點：性能特點： 焊縫強度不低于母材，但易產(chǎn)生裂紋焊縫強度不低于母材，但易產(chǎn)生裂紋 熔合區(qū)很窄，但組織性能最差，強度低，塑性差，是熔合區(qū)很窄，但組織性能最差，強度低，塑性差，是產(chǎn)生裂紋及局部脆斷的發(fā)源地產(chǎn)生裂紋及局部脆斷的發(fā)源地 熱影響區(qū)組織不均勻，緊靠熔合區(qū)的過熱區(qū)晶粒粗大，熱影響區(qū)組織不均勻，緊靠熔合區(qū)的過熱區(qū)晶粒粗大，塑形和韌性均下降，也易產(chǎn)生裂紋；正火區(qū)力學性能塑形和韌

30、性均下降，也易產(chǎn)生裂紋；正火區(qū)力學性能優(yōu)于母材；最靠近母材的部分相變區(qū)力學性能比正火優(yōu)于母材；最靠近母材的部分相變區(qū)力學性能比正火區(qū)稍差區(qū)稍差48冷加工組織：冷加工組織：冷加工變形前（左）后（右）組織示意圖冷加工變形前（左）后（右）組織示意圖49冷加工組織特點及對性能的影響：冷加工組織特點及對性能的影響：p 組織特點：組織特點： 晶粒被拉長，呈纖維狀或竹節(jié)狀晶粒被拉長，呈纖維狀或竹節(jié)狀 位錯纏結，形成胞狀組織和亞結構，使一個晶粒分割位錯纏結，形成胞狀組織和亞結構，使一個晶粒分割成許多位向差很小的亞晶粒，晶粒尺寸減小成許多位向差很小的亞晶粒，晶粒尺寸減小 出現(xiàn)變形織構（出現(xiàn)變形織構（擇優(yōu)取向擇優(yōu)

31、取向，即位向有序化），即位向有序化）p 性能特點：性能特點： 晶格畸變，強度硬度提高（晶格畸變，強度硬度提高（冷作硬化冷作硬化），塑性下降），塑性下降 呈各向異性，沿纖維方向力學性能優(yōu)于垂直方向呈各向異性，沿纖維方向力學性能優(yōu)于垂直方向 導電導熱性下降，化學活性提高，耐蝕性降低導電導熱性下降，化學活性提高，耐蝕性降低50冷加工變形金屬的加熱：冷加工變形金屬的加熱：冷加工變形金屬在加熱過程中組織變化示意圖冷加工變形金屬在加熱過程中組織變化示意圖51回復的定義與機理：回復的定義與機理：p 定義：定義：原子回到穩(wěn)定的平衡位置的過程。原子回到穩(wěn)定的平衡位置的過程。p 機理：機理： 低溫回復：低溫回復：

32、空位消失空位消失 中溫回復：中溫回復：位錯的滑移、對消位錯的滑移、對消 高溫回復：高溫回復：位錯的滑移和攀移，形成多邊化亞晶粒位錯的滑移和攀移，形成多邊化亞晶粒多邊化前（左）后（右）刃型位錯排列情況示意圖多邊化前（左）后（右）刃型位錯排列情況示意圖52回復過程中金屬材料組織性能變化：回復過程中金屬材料組織性能變化：p 組織變化：組織變化： 晶粒外形、位向不變晶粒外形、位向不變 消除大部分內應力，彈性應變基本得以消除（消除大部分內應力，彈性應變基本得以消除（去應力去應力退火退火），但晶間、晶內微裂紋未予修復），但晶間、晶內微裂紋未予修復p 性能變化：性能變化： 力學性能變化不大力學性能變化不大

33、恢復部分物理化學性能，電阻率下降，耐蝕性提高恢復部分物理化學性能，電阻率下降，耐蝕性提高53再結晶的定義與機理：再結晶的定義與機理：p 定義：定義：隨加熱溫度升高，在形變金屬的基體上出現(xiàn)無應變隨加熱溫度升高，在形變金屬的基體上出現(xiàn)無應變的新晶粒，直至全部基體都被這些新晶粒所取代的過程。的新晶粒，直至全部基體都被這些新晶粒所取代的過程。p 機理：機理：形核形核+長大（長大（應變能轉化成界面能應變能轉化成界面能）再結晶過程示意圖再結晶過程示意圖54再結晶過程中金屬材料組織性能變化：再結晶過程中金屬材料組織性能變化：p 組織變化：組織變化： 纖維狀的變形晶粒全部轉變?yōu)榧毿〉牡容S晶纖維狀的變形晶粒全部

34、轉變?yōu)榧毿〉牡容S晶 內應力全部消除，化學成分均勻化，修復了顯微裂紋內應力全部消除，化學成分均勻化，修復了顯微裂紋p 性能變化：性能變化： 強度下降，塑性提升強度下降，塑性提升 消除了各向異性消除了各向異性55正常晶粒長大的定義與機理：正常晶粒長大的定義與機理：p 定義：定義：在晶粒界面曲率的驅動下，金屬依靠晶界的移動，在晶粒界面曲率的驅動下，金屬依靠晶界的移動，大晶粒吞并小晶粒，而使得晶粒尺寸均勻變大的過程。大晶粒吞并小晶粒，而使得晶粒尺寸均勻變大的過程。p 機理：機理：晶界能晶界能是晶粒長大的推動力。是晶粒長大的推動力。正常晶粒長大過程示意圖正常晶粒長大過程示意圖56反常晶粒長大的定義與機理

35、：反常晶粒長大的定義與機理：p 定義：定義：有時候會有少數(shù)晶粒吞并周圍其他小晶粒而急劇長有時候會有少數(shù)晶粒吞并周圍其他小晶粒而急劇長大，而其他晶粒仍保持細小，最后小晶粒被大晶粒吞并，大，而其他晶粒仍保持細小，最后小晶粒被大晶粒吞并，整個金屬的晶粒都變得十分粗大，超過原始晶粒尺寸幾十整個金屬的晶粒都變得十分粗大，超過原始晶粒尺寸幾十倍甚至上百倍，這稱為倍甚至上百倍，這稱為反常晶粒長大反常晶粒長大或者或者二次再結晶二次再結晶。p 機理：機理：存在雜質或第二相粒子阻礙晶界運動存在雜質或第二相粒子阻礙晶界運動反常晶粒長大示意圖反常晶粒長大示意圖57晶粒長大過程中金屬材料組織性能變化：晶粒長大過程中金屬材料組織性能變化：p 組織變化：組織變化： 正常晶粒長大：晶粒尺寸均勻增大（正常晶粒長大：晶粒尺寸均勻增大（拋物線定律拋物線定律） 反常晶粒長大：晶粒尺寸變得不均勻，出現(xiàn)大晶粒，反常晶粒長大：晶粒尺寸變得不均勻，出現(xiàn)大晶粒，但平均晶粒