機(jī)械制造技術(shù)第一章復(fù)習(xí)

機(jī)械制造技術(shù)第一章復(fù)習(xí)金屬的力學(xué)性能定義:

金屬材料的力學(xué)性能是指金屬材料在不同環(huán)境（溫度、介質(zhì)）下，承受各種外加載荷（拉伸、壓縮、彎曲、扭轉(zhuǎn)、沖擊、交變應(yīng)力等）時所表現(xiàn)出的力學(xué)特征。

指標(biāo):

彈性、剛度、強(qiáng)度、塑性、硬度、沖擊韌性、斷裂韌度和疲勞強(qiáng)度等。強(qiáng)度:

材料在載荷作用下抵抗永久變形和破壞的能力。硬度布氏硬度HB洛氏硬度HR維氏硬度HV銼刀法1.硬度(hardness):是指材料抵抗其他硬物體壓入其表面的能力。常用測量硬度的方法

晶體內(nèi)部的某些局部區(qū)域，原子的規(guī)則排列受到干擾而破壞，不象理想晶體那樣規(guī)則和完整。把這些區(qū)域稱為晶體缺陷。這些缺陷的存在，對金屬的性能（物理性能、化學(xué)性能、機(jī)械性能）將產(chǎn)生顯著影響，如鋼的耐腐蝕性，實際金屬的屈服強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于通過原子間的作用力計算所得數(shù)值。根據(jù)晶體缺陷的幾何形態(tài)特征，可將其分為以下三類：點(diǎn)缺陷、線缺陷、面缺陷2.晶體中的缺陷（三）、合金的晶體結(jié)構(gòu)

1.合金的基本概念

（1）.合金：由兩種或兩種以上的金屬元素或金屬元素與非金屬元素組成的具有金屬特性的物質(zhì)，稱為合金。

（2）.組元：組成合金的最基本的、獨(dú)立的物質(zhì)叫做組元。

（3）.合金系：由相同組元按不同比例配制的不同成分的合金系列，稱為合金系。

（4）相：.合金中，具有同一化學(xué)成分且結(jié)構(gòu)相同的均勻部分叫做相。合金中相與相之間有明顯的界面。液態(tài)合金通常都為單相液體。固態(tài)下，由一個固相組成時稱為單相合金，由兩個以上固相組成時稱為多相合金。

（5）.組織：泛指用金相觀察方法看到的由形態(tài)、尺寸不同和分布方式不同的一種或多種相構(gòu)成的總體。合金的性能一般都是由組成合金的各相成分、結(jié)構(gòu)、形態(tài)、性能和各相的組合情況——組織所決定的。

2.固態(tài)合金的結(jié)構(gòu)

由于組元間相互作用不同，固態(tài)合金的相結(jié)構(gòu)可分為固溶體和金屬化合物兩大類。

（1）.固溶體

合金在固態(tài)下，組元間能夠互相溶解而形成的均勻相稱為固溶體。

不管溶質(zhì)原子處于溶劑原子的間隙中或者代替了溶劑原子都會使固溶體的晶格發(fā)生畸變，使塑性變形抗力增大，結(jié)果使金屬材料的強(qiáng)度、硬度增高。這種通過溶入溶質(zhì)元素形成固溶體，使金屬材料的強(qiáng)度、硬度升高的現(xiàn)象，稱為固溶強(qiáng)化。

固溶強(qiáng)化是提高金屬材料力學(xué)性能的重要途徑之一。實踐表明，適當(dāng)控制固溶體中的溶質(zhì)含量，可以在顯著提高金屬材料的強(qiáng)度、硬度的同時，仍能保持良好的塑性和韌性。因此，對綜合力學(xué)性能要求較高的結(jié)構(gòu)材料，都是以固溶體為基體的合金。

（2）、金屬化合物

金屬化合物的晶格類型與形成化合物各組元的晶格類型完全不同，一般可用化學(xué)分子式表示。鋼中滲碳體（Fe3C）是由鐵原子和碳原子所組成的金屬化合物，它具有復(fù)雜的晶格形式。

金屬化合物的性能不同于任一組元，其溶點(diǎn)一般較高、硬而脆。當(dāng)它呈細(xì)小顆粒均勻分布在固溶體基體上時，將使合金的強(qiáng)度、硬度和耐磨性明顯提高，這一現(xiàn)象稱為彌散強(qiáng)化。金屬化合物在合金中常作為強(qiáng)化相存在，它是許多合金鋼、有色金屬和硬質(zhì)合金的重要組成相。（3）.機(jī)械混合物：絕大多數(shù)合金的組織都是固溶體與少量金屬化合物組成的混合物，其性質(zhì)取決于固溶體與金屬化合物的數(shù)量、大小、形態(tài)和分布狀況。

鋼鐵材料是現(xiàn)代工業(yè)中應(yīng)用最廣泛的金屬材料，主要由鐵和碳兩種元素組成，統(tǒng)稱為鐵碳合金。四、鐵碳合金相圖(一）、鐵碳合金的組織1.鐵素體(F)

:碳溶于α–Fe中的間隙固溶體。2.奧氏體(A):碳溶于γ-Fe中形成的間隙固溶體。3.滲碳體(Fe3C):

鐵與碳形成的金屬化合物。4.珠光體

(P):鐵素體和滲碳體組成的機(jī)械混合物。5.萊氏體(Ld):

奧氏體和滲碳體組成的機(jī)械混合物。

鋼的熱處理是指通過對鋼鐵材料在固態(tài)下進(jìn)行加熱、保溫、冷卻的工藝方法使其內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，從而獲得所需性能的一種加工工藝。

一、鋼鐵材料的熱處理

1.熱處理的定義:3.熱處理的主要目的:改變鋼的性能。4.熱處理的應(yīng)用范圍:整個制造業(yè)。5.熱處理的分類熱處理普通熱處理表面熱處理退火;正火;淬火;回火;表面淬火

化學(xué)熱處理感應(yīng)加熱淬火火焰加熱淬火滲碳;滲氮;碳氮共滲;1.定義：

退火——將鋼加熱到AC3（亞共折鋼）或AC1（過共折鋼）以上20~50℃或低于AC1的某一溫度，保溫一定時間，然后緩慢冷卻下來（爐冷、砂冷等）的熱處理方法。2.目的：①細(xì)化晶粒調(diào)整組織，消除缺陷，為后續(xù)熱處理作好組織準(zhǔn)備。②降低硬度（便于切削加工）③消除內(nèi)應(yīng)力（以及加工硬化）、（可防變形和開裂），穩(wěn)定尺寸；

(一）、退火

軟化(二）、正火1.定義:

將鋼加熱到AC3線以上（亞共析鋼）或Acm線以上（過共析鋼）30～50℃,保溫后在空氣中冷卻。

正火得到的組織接近于平衡狀態(tài)的組織，但它的V正比V退稍快，所以得到組織較細(xì)。（如：S體），因而HB、σ比退火鋼高。對于過共析鋼，正火可抑制或消除網(wǎng)狀Fe3C。

強(qiáng)化(三）、鋼的淬火硬化淬火是將鋼加熱到AC3線以上（亞共析鋼）或Acm線以上（過共析鋼）30～50℃,保溫后快速冷卻。

碳鋼在水中冷卻合金鋼在油中冷卻

1.定義:

7.鋼的淬硬性

(1).定義:是指鋼在淬火后所能達(dá)到的最

高硬度。(2).影響鋼的淬硬性的因素:主要取決于

馬氏體的含碳量。8.鋼的淬透性

(1).定義:是指鋼在淬火時所能得到的淬硬層(馬氏體組織占50%處)的深度。(2).影響鋼的淬透性的因素:主要是臨界淬火冷卻速度VK的大小,

VK越大,鋼的淬透性越小。(三）、鋼的回火1.定義:

把淬火后的鋼件再加熱到AC1點(diǎn)以下的某一溫度，保溫一定時間，然后冷卻到室溫的熱處理工藝。2.目的:

消除淬火應(yīng)力,降低脆性;穩(wěn)定工件尺寸;穩(wěn)定組織；調(diào)整淬

火零件的力學(xué)性能。提高韌

性。

3、回火的分類和應(yīng)用低溫回火（150~250℃）：性能：具有高的硬度(58~64HRC)和高的耐磨性，內(nèi)應(yīng)

力↓脆性↓韌性↑。用途：用于耐磨件，量具、工具以及滲碳或表面淬火的工件。

高溫回火（500~650℃）：中溫回火（350~500℃）：性能：內(nèi)應(yīng)力↓↓脆性↓↓HB↓（35~45HRC）σe↑用途：多用于彈性零件。性能：完全消除內(nèi)應(yīng)力，綜合性能好，硬度20~35HRC。用途：受力較復(fù)雜的重要件，如機(jī)器的主軸、齒輪等。淬火+高溫回火稱為調(diào)質(zhì)處理一、非合金鋼（碳素鋼）

非合金鋼（碳素鋼）簡稱碳鋼是指wc<2．11%，并含有少量Si、Mn、S、P等雜質(zhì)元素的鐵碳合金，在施行新的鋼分類標(biāo)準(zhǔn)以前稱為碳素鋼(簡稱碳鋼)，它是各個工業(yè)部門中普遍使用的材料。實際使用的碳鋼含碳量≦1.4%.3.按用途分碳鋼碳素結(jié)構(gòu)鋼碳素工具鋼普通碳素結(jié)構(gòu)鋼0.15%≦ωc≦0.60%優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼鑄造碳鋼普通含錳量的優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼含錳量較高的優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼0.65%≦ωc≦1.35%Q235A20、45、6565MnT8、T10AZG230—450二、低合金鋼和合金鋼1.按合金元素含量分合金鋼低合金鋼中合金鋼高合金鋼合金元素總含量﹤5%合金元素總含量5%～10%合金元素總含量＞10%普通低合金鋼、合金滲碳鋼、合金調(diào)質(zhì)鋼

彈簧鋼滾動軸承鋼、易切削鋼為了提高碳鋼的性能，在碳鋼中有意識地加入一些合金元素而形成的鋼種，稱為合金鋼。２.按用途分合金鋼合金結(jié)構(gòu)鋼合金工具鋼低合金結(jié)構(gòu)鋼優(yōu)質(zhì)合金結(jié)構(gòu)鋼特殊性能鋼合金滲碳鋼合金調(diào)質(zhì)鋼合金彈簧鋼滾動軸承鋼(用來制造滾動軸承的專用合金結(jié)構(gòu)鋼)合金刃具鋼低合金工具鋼高速鋼合金模具鋼冷作模具鋼熱作模具鋼合金量具鋼不銹鋼耐熱鋼耐磨鋼

鑄鐵是指由鐵、碳、硅組成的合金系的總稱，在這些合金中，碳和硅的含量較高，并含有較多的錳、硫、磷等雜質(zhì)。（一)、鑄鐵的分類1．白口鑄鐵2．麻口鑄鐵3．灰口鑄鐵（1）灰鑄鐵碳主要以片狀石墨形式出現(xiàn)的鑄鐵；三、鑄鐵

（2）.可鍛鑄鐵碳主要以團(tuán)絮狀石墨形式出現(xiàn)的鑄鐵；

（3）.球墨鑄鐵碳主要以球狀石墨形式出現(xiàn)的鑄鐵；

（4）.蠕墨鑄鐵碳主要以蠕蟲狀石墨形式出現(xiàn)的鑄鐵。鑄鐵的石墨化

鑄鐵中石墨的形成過程稱為鑄鐵的石墨化。影響鑄鐵石墨化的因素較多，其中化學(xué)成分和冷卻速度是影響石墨化的主要因素。1．化學(xué)成分的影響

碳和硅都是強(qiáng)烈促進(jìn)石墨化的元素；磷也是促進(jìn)石墨化的元素，但其作用較弱；硫是強(qiáng)烈阻礙石墨化的元素2．冷卻速度的影響

冷卻速度快，鑄鐵容易產(chǎn)生白口鑄鐵組織；

冷卻速度慢，碳原子擴(kuò)散充分，有利于石墨化過程充分進(jìn)行，鑄鐵容易獲得灰口鑄鐵組織。

鋁合金的熱處理退火時效強(qiáng)化回歸1.退火1）.形變鋁合金的退火:

*消除應(yīng)力,硬度不變。*消除加工硬化降低硬

度,便于冷塑性加工。2）.鑄造鋁合金的退火:消除應(yīng)力;

均勻成分;2.時效強(qiáng)化1）.定義:

在固溶處理后的合金隨時間延續(xù)而發(fā)生進(jìn)一步強(qiáng)化的現(xiàn)象。2）.種類自然時效人工時效五、常用非金屬材料非金屬材料指工程材料中除金屬材料以外的其他一切材料。非金屬材料的原料來源廣泛，自然資源豐富，成形工藝簡單，具有一些特殊性能，應(yīng)用日益廣泛，已成為機(jī)械工程材料中不可缺少的重要組成部分。在機(jī)械工程中常用的非金屬材料主要包括高分子材料、陶瓷材料和復(fù)合材料一）、高分子材料

高分子材料是以高分子化合物為主要組成部分的材料。高分子化合物是指相對分子質(zhì)量(分子量)很大的化合物，其分子量一般在5000以上。

高分子化合物包括有機(jī)高分子化合物和無機(jī)高分子化合物兩類。有機(jī)高分子化合物又分為天然的和合成的。

機(jī)械工程中使用的高分子材料主要是人工合成的有機(jī)高分子聚合物（簡稱高聚物），例如塑料、合成橡膠、合成纖維、涂料和膠接劑等。高聚物是通過聚合反應(yīng)以低分子化合物結(jié)合形成的高分子材料（一）、工程塑料

（二）、橡膠二）、陶瓷材料（一）、陶瓷的分類與性能1．陶瓷的分類

按原料不同，陶瓷分為普通陶瓷和特種陶瓷；按用途不同分為日用陶瓷和工業(yè)陶瓷。

普通陶瓷又稱傳統(tǒng)陶瓷，其原料是天然的硅酸鹽產(chǎn)物，如粘土、長石、石英等。這類陶瓷又稱硅酸鹽陶瓷，例如日用陶瓷、建筑陶瓷、絕緣陶瓷、化工陶瓷等。

特種陶瓷又稱近代陶瓷，其原料是人工合成的金屬氧化物、碳化物、氮化物、硅化物、硼化物等。特種陶瓷具有一些獨(dú)特的性能，可滿足工程結(jié)構(gòu)的特殊需要。

三）、復(fù)合材料定義：由兩種或兩種以上性質(zhì)不同的物質(zhì)，經(jīng)人工組合而成的多相固體材料，稱為復(fù)合材料。

鑄造成形工藝1.定義：

鑄造是把液態(tài)金屬澆鑄到與鑄件形狀尺寸相適應(yīng)的鑄型內(nèi)凝固獲得鑄件的工藝方法。

（二）鑄造合金的收縮

定義：合金從液態(tài)冷卻到室溫體積減小的現(xiàn)象。

液態(tài)收縮—凝固收縮———固態(tài)收縮

收縮過程金屬液體積減小，型腔內(nèi)液面下降

縮孔、疏松內(nèi)應(yīng)力、變形裂紋

用型砂緊實成型的鑄造方法稱為砂型鑄造。砂型鑄造是應(yīng)用最廣泛的一種鑄造方法，其主要工序包括：制造模樣，制備造型材料、造型、造芯、合型、熔煉、澆注、落砂、清理與檢驗等。

一）、造型二、砂型鑄造用造型混合料及模樣等工藝裝備制造鑄型的過程稱為造型。造型是砂型鑄造的最基本工序，通常分為手工造型和機(jī)器造型兩大類。

（一）、手工造型

手工造型是全部用手工或手動工具完成的造型工序。手工造型操作靈活、適應(yīng)性廣、工藝裝備簡單、成本低，但其鑄件質(zhì)量差、生產(chǎn)率低、勞動強(qiáng)度大、技術(shù)水平要求高，所以手工造型主要用于單件小批生產(chǎn)，特別是重型和形狀復(fù)雜的鑄件。1.手工造型方法分類

根據(jù)砂型的不同特征，手工造型方法可分為：兩箱造型、三箱造型、脫箱造型、地坑造型、組芯造型；根據(jù)模樣的不同特征，手工造型方法可分為：整模造型、分模造型、挖砂造型、假箱造型、活塊造型、刮板造型。各種手工造型方法的示意圖如圖1-15所示。2.各種手工造型方法的主要特征及其適