第一章 材料及基础知识
强度：材料在外力作用下，抵抗塑性变形和断裂的能力。工程材料上常用的金属材料的强度指标有屈服点（或强度）（σs）和抗拉强度（σb）等。
塑性：材料在外力作用下产生永久变形而不破外的性能。 表示材料的塑性指标是：伸长率σ和断面收缩率φ 塑性意义：1、使材料具有良好的成形性。 2、受到外力变形时，有强化作用。
硬度：金属材料抵抗局部变的能力。常用的硬度指标有：布氏硬度（HB）、洛氏硬度（HR）和维氏硬度（HV）
硬度是衡量金属材料软硬程度的一种性能指标，直接影响到材料的耐磨性。
硬度测试方法：压入法、划痕法、回弹高度等。
1、布氏硬度适用于测定硬度较低的材料。如经退火、正火、高温回火后的工件。布氏硬度一般只适用于测定硬度小于450HBS的金属材料。 2、洛氏硬度的应用：
HRA-主要测定硬度较高的薄壁零件，表面淬火件等。 HRB-一般用于测定硬度较低的金属材料，如有色金属。 HRC-一般经淬火后的零件和工具的硬度测定，应用最广。
冲击韧度：金属材料抵抗冲击载荷作用而不破坏的能力。常用一次摆锤冲击试验来测定 金属材料的冲击韧度（大能量，一次冲断），用ak来表示
冲击韧度:ak=Ak/A(J.C㎡)
Ak:折断试样所消耗的冲击功（J)。 A：试样断口处的原始截面积（mm）。
疲劳：工程上一些机件工作时受交变应力或循环应力作用，即使工作应力低于材料的屈服强度，但经过一定循环周次后，仍会发生断裂，这样的断裂现象称为疲劳。零件的疲劳断 裂过程可分为：裂纹产生、裂纹扩展、瞬间断裂三个阶段。
疲劳强度：金属材料在无数次重复或交变载荷作用下而不至于断裂的最大应力叫做疲劳强度，用σ表示。材料的疲劳强度通常在旋转对称弯曲疲劳试验机上测定。
金属的工艺性能：按工艺方法不同，可分为铸造性、可锻性、焊接性和切削交工性等。 纯金属铸锭的宏观组织通常由三个晶区所组成，即外表层的细晶区、中间的柱状晶区和心部
的等轴晶区。
2
合金是指两种或两种以上的金属，或金属与非金属，经熔炼或烧结，或用其他方法组合而成
的具有金属特性的物质。、
相是指合金中结构相同、成分和性能均一并以界面相互分开的组成部分。
冷塑性变形对性能的影响1、形成纤维组织；2、亚结构细化。塑性变形前，铸态金属的亚结构直径约为10-2 cm，冷塑性变形后，亚结构直径将细化至10-4~10-6 cm；3、形变织构。
在塑性变形过程中，随着金属内部组织的变化，金属的力学性能也将产生明显的变化，即随着变形程度的增加，金属的强度、硬度增加，而塑性、韧性下降，这一现象即为加工硬化或形变强化。
热处理是金属或合金在固态之下加热、冷却或保温到预定的温度，并在该温度下保持一段时间，然后以一定速度冷却到室温的一种加工工艺，其目的是改变金属或合金内部或表层的组织结构，以改善其性能。
两种冷却方式：等温冷却和连续冷却。 马氏体就是碳在α-Fe 中过饱和和间隙固溶体。 马氏体的硬度主要取决于其含碳量。
马氏体的强化机制主要包括碳原子的固溶强化相变强化以及时效强化。
贝氏体是铁素体和碳化物组成的双向组织，其中各项的形态、大小和分布都影响贝氏体
的性能。
退火工艺种类很多，如下：1、完全退火 2、不完全退火 3、球化退火 4、均匀化退火 5、
去应力退火和在结晶退火。
根据钢材的用途可以分为三类： 1、结构钢 2、工具钢 3、特殊性能钢 按化学成分分类：
碳素钢：①低碳钢，wc≤0.25%；②中碳钢，wc = 0.25% ~ 0.6%；③高碳钢， wc ＞ 0.6%。 合金钢：①低合金钢，合金元素总含量w≤5%;②中合金钢，合金元素总含量w=5% ~ 10%; ③高合金钢，合金元素总含量w＞10%。 渗碳钢20CrMnTi
调质钢（40Cr 中碳合金钢） 弹簧钢的代表钢型：60Si2Mn
高碳铬轴承钢的代表钢型： GCr15SiMn
刃具钢的工作条件及性能要求，1）很高的硬度与耐磨性；2）足够的红硬性；3）足够
的塑形和韧性。 高速钢W6Mo5Cr4V2
模具钢的代表钢型： ①Cr12MoV ②热模具钢 5CrNiMo 金属腐蚀的形式有两种，一种是化学腐蚀；另一种是电化学腐蚀。
防腐措施：1、使金属表面形成保护膜；2、提高金属机体的电极电位；3、形成单相组
织。
第二章 铸造
铸造：熔炼金属，制造铸型，并将熔融金属浇入铸型，待冷却凝固后获得一定形状和性能铸件的毛坯或零件的工艺过程。
铸造工艺过程：金属熔炼、铸型制造、浇注凝固和落砂清理等。铸件的材质有碳素钢、合金钢、铸铁、铸造有色合金等。
铸造性能：金属在铸造成形过程中获得外形准确，内部完整铸件的能力。包括合金的流动性、收缩性、偏析和吸气性等性能的综合体现。
流动性：指熔融金属的流动能力，它是影响熔融金属的流动能力。它是影响熔融金属充型能力的因素之一。
流动性的影响因素主要包括合金的种类、成分、结晶特征及其它物理性能。
充型能力:考虑铸型及工艺因素影响的熔融金属流动性叫合金的充型能力，即液态合金充满铸型型腔，获得形状完整、轮廓清晰铸件的能力。
充型能力的影响因素：合金自身流动性、浇铸条件、铸型的充型条件、铸件结构。
铸造合金的收缩：铸造合金从液态冷却到室温的过程中，其体积和尺寸缩减的现象称为收缩。收缩是铸造合金的性能，是多种铸造缺陷（缩孔、缩松、残余内应力、变形、裂纹）产生的基本原因。
其收缩经历如下三个阶段： 1、液态收缩 2、凝固收缩 3、固态收缩
影响收缩的因素：合金的化学成分、浇注温度、铸型结构和铸型条件等。 缩孔总是出现在铸件上部或最后凝固的部位，其外形特征是：内表面粗糙，形状不规则，多近于倒圆锥形。
缩孔、疏松的防止措施： 1、采用定向凝固的原则
2、合理确定铸件的浇注位置、内浇道位置及浇注工艺
铸造应力的产生:铸造应力按其产生的原因可分为三种：热应力、固态相变应力、收缩应力。铸造应力它们的矢量和。铸造应力的防止和消除措施：
1、采用同时凝固的原则 2、提高铸型温度
3、改善铸型和型芯的退让性 4、进行去应力退火
热裂：热裂纹是在凝固末期固相线附近的高温下行成的，裂纹沿晶界产生和发展，故其
外形曲折短小，裂纹缝内表面呈氧化色。
冷裂：冷裂是铸件处于弹性状态时，铸造应力超过合金的强度极限而产生的。冷裂纹常常是穿过晶体而不是沿晶界断裂，裂纹细小，外形呈连续直线状或圆滑曲线状，且裂纹缝内干净，有时呈轻微氧化色。
防止热裂的方法：
1、选择结晶温度范围窄的合金生产铸件 2、减少铸造合金中的有害杂质 3、改善铸型和型芯的退让性
4、减少浇冒口对铸件收缩的阻碍，内浇口的设置应符合同时凝固原则 5、设法减少铸造应力和降低铸造合金的脆性 6、铸件在浇铸后，勿过早落砂
偏析：铸件中出现化学成分不均匀的现象称为偏析。铸件的偏析可分为晶内偏析、区域偏析和体积质量偏析三类。
晶内偏析的产生可采用扩散退火将其消除；区域偏析采用控制浇注温度、快速冷却等措施。
皮下气孔是球墨铸铁的主要铸造缺陷之一，其产生原因是铁液中逸出的镁和铁液表面的硫化镁，与铸件中的水蒸气发生化学反应，生成了氢和硫化氢等气体，这些气体侵入铸件表面，而形成了气孔缺陷。
根据碳在铸铁中的存在形式可分：白口铸铁、灰铸铁、麻口铸铁 根据铸铁中石墨形态可分：灰铸铁、蠕墨铸铁、可锻铸铁、球墨铸铁 灰铸铁具有如下的有点： 1、铸造性能好 2、切削加工性能好 3、良好的减振性 4、耐磨性比钢好 5、缺口敏感性低
砂型铸造主要工序包括：制造模样，制备造型材料、造型、造芯、合型、熔炼、浇注、落砂、清理与检验等。
铸造工艺设计是根据铸件结构特点、技术要求、生产批量、生产条件等，确定铸造方案和工艺参数，绘制图样和标注符号，编制工艺卡和工艺规程等。
铸造工艺图是表示铸型分型面、浇冒口系统、浇注位置、型芯结构尺寸、控制凝固措施（冷铁、保温衬板）等的图样。
铸造方法的确定：
1、浇注位置的选择 2、分型面的选择
起模斜度（拔模斜度）为使模样容易从铸型中取出或型芯自芯盒中脱出，平行于起模方向在模样或芯盒壁上的斜度称为起模斜度。
熔模铸造、壳型铸造、陶瓷型铸造、金属型铸造、压力铸造、低压铸造、离心铸造、密封铸造、连续铸造等，人们把这些铸造方法统称为“特种铸造”。
熔模铸造的工艺过程包括：蜡模制造、结壳、脱蜡、焙烧和浇注等。 金属型铸造的工艺特点： 1、金属型预热
2、刷涂料 3、浇注
4、开型时间的控制 金属型铸造有如下优点：
1、金属型铸件冷却快，组织致密，力学性能高 2、铸件的精度和表面质量较高
3、浇冒口尺寸较小，液体金属耗量较少 4、节约造型材料
金属型铸造的主要缺点是金属型无透气和退让性、铸件冷却度大、容易产生浇不到、冷隔、裂纹等缺陷。
压力铸造有以下优点：
1、铸件的尺寸精度最高，表面粗糙度Ra值最小 2、铸件强度和表面硬度都较高
3、生产效率很高，生产过程易于机械化和自动化 压铸的主要缺点是：
1、铸造缺陷多，压铸件也不能进行热处理 2、压铸型寿命很低
3、设备投资大，生产准备周期长 所谓铸造工艺性，是指铸造成形的可行性和经济性。良好的铸件结构应与相应材料的铸造性能及铸造工艺相适应。
铸件结构的铸造工艺性包括： 1、铸件结构的合理性 2、铸件结构的工艺性
3、铸件结构对铸造方法的适应性
第三章 锻压
锻压是对坯料施加外力，使其产生塑性变形、改变尺寸、形状及改善功能，是锻造和冲压的总称，包括轧制、挤压、拉拔等。
锻压的目的：
1、改变工件的外形与尺寸 2、改善性能
金属的形变强化（加工硬化、冷作硬化）：
1、形变强化：冷变形金属随着形变量增加，强度、硬度提高而塑性降低的现象，称为形变强化。
2、原因：金属晶体组织发生了变化。
3、实际意义：形变强化可提高金属强度，电阻有所增大，抗蚀性降低。 多晶体的塑性变形相比单晶体要考虑的两个因素： 1、晶界
2、晶体位相的不同
塑性变形后金属组织结构变化： 1、晶粒拉长--组织纤维
2、晶格畸变、晶粒碎化、位错密度增加--加工硬化 3、形成形变织构
热加工的特点; 1、可改善缺陷 2、形成热加工流线 3、形成带状组织
金属的锻造性能是指金属经受锻压加工时成形的难易程度的工艺性能。其优劣常用塑性和变形抗力综合衡量。塑性高、变形抗力小则锻造性能好。它决定于金属的本质和变形条件。
回复：加工硬化是金属处于不稳定状态。将冷成形后的金属加热至一定温度后，使原子回复到平衡位置，晶内残余应力大大减小的现象，称为回复。
特点：使晶格畸变减轻或消除，但晶粒的大小和形状并无改变。消除了晶格扭曲及大部分内应力，力学性能变化不大，强度硬度稍有降低。
残余应力：宏观内应力、微观内应力、晶格畸变的应力。 冷变形：再结晶温度以下的变形。只有加工硬化现象，可使金属获得较高的硬度和精度，提高产品性能，但形变程度不宜过大。
热变形：再结晶温度以上的变形。加工硬化和再结晶过程同时存在，没有加工硬化痕迹。 金属的可锻性（塑性加工性能）：衡量金属通过塑性加工获得优质零件难易程度的工艺性能。
衡量指标：金属的塑性和变形抗力。
自由锻的基本工序：用来改变坯料的形状和尺寸的主要工序，主要包括锻粗、拔长、冲孔、弯曲、扭转、错移、切割
辅助工序：为了完成基本工序而进行的预先变形工序（基本工序前）。主要包括压钳口、倒棱、压肩等
修整工序：用来提高锻件尺寸及位置精度的工序（基本工序后）。主要包括校正、滚圆、平整等。
冲压的基本工序：
1、分离工序：落料、冲孔、切断、修整 2、变形工序：拉伸、弯曲、翻边、成形
第四章 焊接 焊接性能：是指材料在限定的施工条件下焊接成规定设计要求的构件，并满足预定服役要求。焊接可分为三大类:熔焊、压焊和钎焊。
低碳钢的热影响区可分为：熔合区、过热区、正火区和部分相变区。 焊接应力与变形：焊接时，焊件的不均匀局部加热和冷却是导致焊接应力和变形产生的根本原因。
焊接变形的基本形式：
1、收缩（纵向、横向）变形 2、 角变形 3、弯曲变形 4、波浪变形 5、扭曲变形
6、错边（长度方向、厚度方向）变形
药皮的作用：
1、帮助引弧，使电弧稳定。
2、产生熔渣和气体，保护熔池金属不被氧化。 3、向焊渣内涔入合金元素，提高焊缝强度。
激光加工是用高强度、高亮度、方向性好、单色性好的相干光。 工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称为电阻焊。
电阻焊使用低电压、大电流。分为对焊、点焊和缝焊。
摩擦焊是利用焊件表面相互摩擦所产生的热，使断面达到热塑性状态，然后迅速顶锻，完成焊接的一种压焊方法。
钎焊是硬钎焊和软钎焊的总称。采用比母材熔点低的金属材料钎作料，将焊件和钎料加热到高于钎料熔点、低于母材融化温度，利用液态钎料润湿母材，填充接头间隙并与母材相互扩。散实现连接焊件的方法。
焊接性受材料、1焊接方法、构件类型及使用要求四个因素的影响。 焊接奥氏体不锈钢的主要问题是晶界腐蚀和热裂纹。由于不锈钢在500℃~800℃范围内长时间停留，晶界处将析出碳化铬，引起晶界贫铬区，使接头丧失耐蚀性能。因此，应选择适当的焊接材料及采用小电流、快速焊、强制冷却等措施以防止晶界腐蚀。热裂纹是由于晶界处易形成低熔点硫、磷等共晶，且此类钢本身热导率较小，仅为低碳钢的1/3左右，而线膨胀系数大，约比低碳钢大50%，故在焊接时易形成较大拉应力。应严格控制硫、磷等杂质的含量。
机器零件的毛坯主要有四种：型材、铸件、锻压件、焊接件。 常用毛坯的检验方法： 1、外观检查
2、内部质量检验：气密性检验、耐压检验、探伤检验（磁粉探伤、超声波探伤、射线探伤）。
第五章 材料冷加工部分
1. 切削加工时使用切削工具（包括刀具、磨具和磨料），在工具和工件上的相对运动中，
把工件上多余的材料层切除，使工件获得规定的几何参数（形状、尺寸、位置）和表面质量的加工方法。
2. 机工的主要加工方法有车、钻、刨、铣、磨及齿轮加工等，所用机床相应为车床、钻床、
刨床、铣床、磨床及齿轮加工机床等。
3. 机器零件的形状由下列几种表面组成，即外圆面、内圆面（孔）、平面和成形面。
4. 切削用量用来衡量切削运动量的大小。切削用量包括切削速度、进给量和被吃刀量三要
素。
5. 刀具材料的基本要求：1.较高的硬度 2.足够的强度和韧度 3.较好的耐磨性 4.较高的耐
热性 5.较好的工艺性
6. 切削加工中常用的刀具材料有：碳素工具钢、合金工具钢、高速钢、硬质合金及陶瓷材
料等。
7. 车刀切削部分由三个面组成，即前面、主后面、和副后面。
8. 刃磨后的刀具自开始切削直到磨损量达到磨钝标准所经历的实际切削时间，称为刀具耐
磨度，用T表示。
9. 切削加工的几个主要技术经济指标，即产品质量、生产率和经济性。 10. 精度包括：尺寸精度、形状精度、位置精度。
11. 已加工表面质量（也称表面完整性）包括表面粗糙度、表层加工硬化的程度和深度、表
层剩余应力的性质和大小。
12. 按加工方式、加工对象或主要用途分为12大类，即车床、钻床、镗床、磨床、齿轮加
工机床、螺纹加工机床、铣床、刨插床、拉床、特种加工机床、锯床和其他机床等。 13. 机床由如下几个主要部分组成：1.主传动部件 2.进给传动部件 3.工件安装装置 4.
刀具安装装置 5.支承件 6.动力源
14. 机床的传动，有机械、液压、气动、电气等多种传动形式。
15. 数控机床加工主要有如下优点：1.柔性（可变性、适应性）大 2.利用率高 3.加工质量
稳定 4.生产率高 5.减轻劳动强度，改善劳动条件 6.利于生产管理现代化。 16. 常见的刨床类机床有牛头刨床、龙门刨床和插床等。
17. 砂轮的组成要素包括磨料、粒度、结合剂、硬度、组织以及形状和尺寸等。
18. 所谓零件结构的工艺性良好，是指所设计的零件，在保证使用要求的前提下能较经济、
高效、合格地加工出来。
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