金属加工与实训课件.ppt

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1、金属加工与实训(基础常识与技能训练),金属加工与实训,项目3钢的热处理,项目1金属材料的力学性能,项目2常用工程材料,项目4金属热加工基础,项目5金属冷加工基础,项目1金属材料的力学性能,返回,项目1金属材料的力学性能,模块1拉伸曲线、塑性及强度,模块2硬度,模块3冲击韧性及其他力学性能,复习思考题,项目1金属材料的力学性能,1.掌握力学性能主要指标的符号及物理意义。 2.了解拉伸试件的拉伸曲线。,项目1金属材料的力学性能,1.能够对拉伸、硬度和冲击韧性进行测试并分析。2.掌握疲劳破坏等力学性能对实际生产的影响。,1.1.1拉伸曲线,模块1拉伸曲线、塑性及强度,项目1金属材料的力学性能,返回,

2、图1-2低碳钢的拉伸曲线,一般情况下，试验机都具有自动记录装置，可以把作用在试样上的力和伸长量描绘成拉伸图，也叫拉伸曲线。,项目1金属材料的力学性能,变性阶段,1)Op弹性变形阶段,2)p点后的水平或锯齿状线段屈服阶段,3)屈服后至m点强化阶段,4)mk缩颈阶段,模块1拉伸曲线、塑性及强度,模块1拉伸曲线、塑性及强度,项目1金属材料的力学性能,断后伸长率,断面收缩率,塑性是指断裂前材料产生永久变形的能力,1.1.2塑性,下屈服强度,上屈服强度,模块1拉伸曲线、塑性及强度,项目1金属材料的力学性能,屈服强度,抗压强度,强度,金属材料在外力作用下抵抗永久变形和断裂的能力，称为强度,1.1.3强度,

3、模块1拉伸曲线、塑性及强度,项目1金属材料的力学性能,图1-3所示为不同类型拉伸曲线的上屈服强度和下屈服强度,模块2硬度,项目1金属材料的力学性能,硬度是指材料表面上抵抗局部变形或破坏的能力。,返回,模块2硬度,项目1金属材料的力学性能,1.2.1布氏硬度,图1-4布氏硬度测量原理图,模块2硬度,项目1金属材料的力学性能,1.2.2洛氏硬度,表1-2常用的洛氏硬度试验条件及应用范围,模块2硬度,项目1金属材料的力学性能,1.2.3维氏硬度,模块3冲击韧性及其他力学性能,项目1金属材料的力学性能,1.3.1 冲击韧性,对于要承受冲击载荷的零件、机构，除应保证足够的静载力学性能，还必须有足够的承受

4、冲击动载的力学性能冲击韧性。,返回,模块3冲击韧性及其他力学性能,项目1金属材料的力学性能,1.3.1 冲击韧性,模块3冲击韧性及其他力学性能,项目1金属材料的力学性能,1.3.1 冲击韧性,模块3冲击韧性及其他力学性能,项目1金属材料的力学性能,1.3.2 其他力学性能,材料在循环应力和应变作用下，在一处或几处产生局部永久性累积损伤，经一定循环次数后产生裂纹或突然发生完全断裂的过程称为疲劳。,模块3冲击韧性及其他力学性能,项目1金属材料的力学性能,1.3.2 其他力学性能,工程规定，材料在指定循环基数下不产生疲劳断裂所能承受的最大应力，称为耐久极限应力。,模块3冲击韧性及其他力学性能,项目1

5、金属材料的力学性能,1.3.2 其他力学性能,金属材料的耐久极限应力Smax与抗拉强度Rm之间的近似关系,复习思考题,项目1金属材料的力学性能,1.什么是金属的力学性能？金属的力学性能包括哪些？ 2.大致绘制一条低碳钢的拉伸曲线，并指出拉伸时的几个阶段。 3.什么是塑性？衡量塑性的主要物理量有哪几种？分别写出它们的符号、单位及计算公式。 4.什么是强度？衡量强度的主要物理量有哪几种？分别写出它们的符号、单位及计算公式。 5.什么是硬度？常用硬度指标有哪几种？分别对应什么试验？ 6.什么是冲击韧性？写出冲击韧度的符号及单位。,返回,项目2常用工程材料,返回,项目2常用工程材料,模块1钢铁金属材料

6、,模块2非铁金属材料,模块3非金属材料,复习思考题,项目2常用工程材料,1.掌握非合金钢、合金钢与铸铁等钢铁材料的分类、牌号、性能及用途。 2.掌握铝及铝合金、铜及铜合金、钛及钛合金等常用非铁金属材料的分类、牌号、性能及用途。 3.了解高聚物材料、陶瓷材料及复合材料的分类、性能及用途。,项目2常用工程材料,1.能够按照加工工艺正确选用钢铁材料。 2.能够将典型非铁金属材料正确地应用在工程中。,项目2常用工程材料,模块1钢铁金属材料,2.1.1非合金钢,返回,项目2常用工程材料,模块1钢铁金属材料,2.1.1非合金钢,铁,碳,氧、氢、氮,硅、锰、硫、磷,非合金钢所含主要元素,项目2常用工程材料,

7、模块1钢铁金属材料,2.1.1非合金钢,0.25%0.60%强度和韧性都较高，热处理后有良好的综合力学性能，多用作要求良好韧性的各种重要工件,0.08%0.25%塑性好，多用作冲压、焊接和渗碳工件,0.60%1.40%硬度较高，多用作工具、模具和量具等工件,低碳钢,中碳钢,高碳钢,(1)非合金钢按钢中含碳量分类,1）非合金钢的分类,项目2常用工程材料,模块1钢铁金属材料,2.1.1非合金钢,(2)按钢中有害杂质元素硫和磷的含量分类,普通钢,优质钢,高级优质钢,项目2常用工程材料,模块1钢铁金属材料,2.1.1非合金钢,(3)非合金钢按用途分类,专用钢 包括锅炉钢、船用钢、易切钢等,碳素工具钢

8、主要用于各类刀具、量具和模具，如丝锥、板牙、刮刀、锯条、冲模等,碳素结构钢 主要用于建筑、桥梁等工程结构和各种零件,项目2常用工程材料,模块1钢铁金属材料,2.1.1非合金钢,沸腾钢沸腾钢脱氧不完全，组织不致密，成分不均匀，性能较差,镇静钢镇静钢脱氧完全，组织致密，成分较均匀，性能较好(优质钢和高级优质钢多为镇静钢，通常不再标注镇静钢代号),半镇静钢半镇静钢脱氧程度介于沸腾钢和镇静钢之间,(4)非合金钢按钢液脱氧程度分类,项目2常用工程材料,模块1钢铁金属材料,2.1.1非合金钢,2）非合金钢的牌号、性能及主要用途,世界各国都根据国情制定科学而简明的钢铁分类表示方法，通常都采用“牌号”来具体表

9、示钢的品种。通过牌号（钢号）一般能大致了解钢的类别、成分、冶金质量、性能特点、热处理要求和用途等。,项目2常用工程材料,模块1钢铁金属材料,2.1.1非合金钢,不同牌号的碳素结构钢的用途举例如下：,(1)碳素结构钢,项目2常用工程材料,模块1钢铁金属材料,2.1.1非合金钢,主要用做受力不大、形状较简单的冲击工具，如冲头、顶尖、铆钉模、铁锤、剪刀、木工工具等.,主要用做硬而耐磨但不受冲击的工具，如锉刀、刮刀、钻岩石的钻头、丝锥、钟表工具、医疗外科工具等.,碳素工具钢的工作温度较低，超过200 时，硬度和耐磨性急剧降低而丧失工作能力，所以只能制作各种形状简单而尺寸不大的手工工具。,T7T9,T1

10、0T13,注意,(2) 碳素工具钢,项目2常用工程材料,模块1钢铁金属材料,2.1.1非合金钢,铸钢一般用做形状较复杂而难于锻压成形，但又对强度、韧性要求较高的工件，如齿轮拨叉、大型齿轮、压力机械的机座等,铸钢熔铸时流动性差，收缩大，碳含量高时还易在凝固时造成应力裂纹（冷裂），因此，一般铸钢碳的质量分数小于0.6%。,(3)铸钢,项目2常用工程材料,模块1钢铁金属材料,2.1.2合金钢,为了提高非合金钢的使用性能，改善非合金钢的工艺性能，有意识地加入某些合金元素熔合而成的钢种称为合金钢。,项目2常用工程材料,模块1钢铁金属材料,2.1.2合金钢,项目2常用工程材料,模块1钢铁金属材料,2.1.

11、2合金钢,项目2常用工程材料,模块1钢铁金属材料,2.1.2合金钢,项目2常用工程材料,模块1钢铁金属材料,2.1.2合金钢,1）合金结构钢,合金结构钢,滚动轴承钢常用牌号有GCr9、GCr15等,合金弹簧钢常用牌号有60S62Mn、50CrVA等,合金调质钢常用牌号有40Cr、35CrMo等,合金渗碳钢常用牌号有20CrMnTi、20Cr等,低合金结构钢常用牌号有16Mn、15MnMo、14MnNb等,项目2常用工程材料,模块1钢铁金属材料,2.1.2合金钢,低合金结构钢多用于制造桥梁、车辆、船舶、锅炉、高压容器、油罐、油管等。,项目2常用工程材料,模块1钢铁金属材料,2.1.2合金钢,主要

12、用来制造承受强烈摩擦、磨损和冲击载荷的机械零件，如汽车、拖拉机变速齿轮、内燃机的凸轮、活塞销等,项目2常用工程材料,模块1钢铁金属材料,2.1.2合金钢,广泛用于制造各种重要机器零件，如齿轮、连杆、轴及螺栓等,项目2常用工程材料,模块1钢铁金属材料,2.1.2合金钢,主要用于制造各种弹簧等弹性零件,项目2常用工程材料,模块1钢铁金属材料,2.1.2合金钢,主要用来制造各种滚动轴承元件（滚珠、滚柱、滚针、轴承套等）以及其他各种耐磨零件,项目2常用工程材料,模块1钢铁金属材料,2.1.2合金钢,2）合金工具钢,项目2常用工程材料,模块1钢铁金属材料,2.1.3铸铁,铸铁是碳的质量分数大于2.11%

13、、含杂质比钢多的铁碳合金。,项目2常用工程材料,模块1钢铁金属材料,2.1.3铸铁,项目2常用工程材料,模块1钢铁金属材料,2.1.3铸铁,图2-1 片状石墨(灰铸铁),图2-2 团絮石墨(可煅铸铁),项目2常用工程材料,模块1钢铁金属材料,2.1.3铸铁,图2-3 球状石墨 (球墨铸铁),图2-4 蠕虫状石墨 (蠕墨铸铁),项目2常用工程材料,模块2非铁金属材料,2.2.1铝及铝合金,返回,项目2常用工程材料,模块2非铁金属材料,2.2.1铝及铝合金,项目2常用工程材料,模块2非铁金属材料,2.2.1铝及铝合金,1.工业纯铝,项目2常用工程材料,模块2非铁金属材料,2.2.1铝及铝合金,项目

14、2常用工程材料,模块2非铁金属材料,2.2.1铝及铝合金,2.铝合金,为了改善纯铝强度低的缺点，人们在纯铝中加入铜、锌、锰、硅、镁等合金元素形成的合金，称为铝合金。,定义,铝合金在保留纯铝比重小、塑性好、导电导热性好及耐腐蚀的优点外，还具有较高的强度。如果再经过冷加工或热处理，它的抗拉强度将进一步提高。,特点,铝合金广泛应用于飞机制造、汽车零件、焊材和建筑结构装饰等领域。,应用,2.铝合金,锰,项目2常用工程材料,模块2非铁金属材料,2.2.1铝及铝合金,锌,镁,铜,镍,钛,铬,铝合金,主要加入元素,硅,辅助加入元素,铸造铝合金,变形铝合金,项目2常用工程材料,模块2非铁金属材料,2.2.1铝

15、及铝合金,1） 铸造铝合金,用来制作铸件的铝合金称为铸造铝合金,密度小，具有良好的铸造性能、耐蚀性和切削加工性能，生产工艺和设备简单，成本低，应用广泛，强度高，塑性强,项目2常用工程材料,模块2非铁金属材料,2.2.1铝及铝合金,铸造铝合金,按其所加入的合金元素的种类分类,项目2常用工程材料,模块2非铁金属材料,2.2.1铝及铝合金,项目2常用工程材料,模块2非铁金属材料,2.2.1铝及铝合金,常用铸造铝合金的牌号、性能及应用,项目2常用工程材料,模块2非铁金属材料,2.2.1铝及铝合金,常用铸造铝合金的牌号、性能及应用,项目2常用工程材料,模块2非铁金属材料,2.2.1铝及铝合金,常用铸造铝

16、合金的牌号、性能及应用,项目2常用工程材料,模块2非铁金属材料,2.2.1铝及铝合金,常用铸造铝合金的牌号、性能及应用,项目2常用工程材料,模块2非铁金属材料,2.2.1铝及铝合金,1）变形铝合金,变形铝合金根据其性能和使用特点分类,其牌号我国最新的标准是GB/T 3190-2008惯用旧标准GB/T 3190-1982,项目2常用工程材料,模块2非铁金属材料,2.2.1铝及铝合金,常用变形铝合金的新旧牌号、性能及应用,项目2常用工程材料,模块2非铁金属材料,2.2.1铝及铝合金,常用变形铝合金的新旧牌号、性能及应用,项目2常用工程材料,模块2非铁金属材料,2.2.2铜及铜合金,项目2常用工程

17、材料,模块2非铁金属材料,2.2.2铜及铜合金,1.工业纯铜,项目2常用工程材料,模块2非铁金属材料,2.2.2铜及铜合金,2） 纯铜的牌号,项目2常用工程材料,模块2非铁金属材料,2.2.2铜及铜合金,基于纯铜的性能特点，它主要用于制作各种导电材料、导热材料、防磁器械及配制各种铜合金加工产品，如电器开关、垫圈、管道等。,项目2常用工程材料,模块2非铁金属材料,2.2.2铜及铜合金,2.铜合金,项目2常用工程材料,模块2非铁金属材料,2.2.2铜及铜合金,按照合金的化学成分分类,项目2常用工程材料,模块2非铁金属材料,2.2.2铜及铜合金,1）黄铜,黄铜是指以铜和锌为主的铜合金，是应用最广的重

18、要有色金属材料。,项目2常用工程材料,模块2非铁金属材料,2.2.2铜及铜合金,牌号用“H+数字”来表示，其中“H”为“黄”字汉语拼音的首字母，“数字”代表铜的质量分数。,制作冷轧板材、冷拉线材、管材和形状复杂的深冲零件，还用于镀层、艺术装饰品、奖章、散热器的制作和电器上要求导电、耐蚀及适当强度结构的制作等。,牌号用“H+主要加入元素符号+铜的含量+主要加入元素的含量”表示,为改善普通黄铜的力学性能、耐蚀性能或某些工艺性能，而在其中加入其他合金元素的黄铜，称为特殊黄铜或复杂黄铜。,项目2常用工程材料,模块2非铁金属材料,2.2.2铜及铜合金,特殊黄铜,项目2常用工程材料,模块2非铁金属材料,2

19、.2.2铜及铜合金,2）青铜,项目2常用工程材料,模块2非铁金属材料,2.2.2铜及铜合金,3）白铜,以镍为主要合金元素的铜合金称为白铜。特殊白铜是在普通白铜中加入锌、铝、铁、锰等元素组成的合金。,白铜的牌号用“B+主要加入元素符号+数字”表示，其中“B”为“白”字的汉语拼音的首字母，“数字”依次表示镍及其他元素的质量分数。,具有较好的强度和塑性，能进行冷、热变形，耐蚀性和耐热性很好，电阻率较高。其主要用于制造船舶仪器零件、化工机械零件及医疗器械等,项目2常用工程材料,模块2非铁金属材料,2.2.3钛及钛合金,钛合金按其退火后的组织分类,项目2常用工程材料,模块2非铁金属材料,2.2.3钛及钛

20、合金,型钛合金,当温度在400 以下时,它的综合性能较好,组织稳定,焊接性好,焊缝韧性高,但强度不高,也不能热处理强化.,通常用于制造350 以下经冲压或焊接成形的零件。,项目2常用工程材料,模块2非铁金属材料,2.2.3钛及钛合金,型钛合金,型钛合金能进行热处理强化，焊接性及压力加工性也比较好，但综合性能不稳定，冶炼工艺也较复杂，所以目前不常用。,项目2常用工程材料,模块2非铁金属材料,2.2.3钛及钛合金,+型钛合金,+型钛合金的力学性能变化范围宽，可适应各种不同的用途。它可进行热处理强化，并且工艺性较好，便于压力成形，但是，它的焊接性差，高温下具有较大的热强度。因此，它常用来制造400

21、以下长期工作的零件。,项目2常用工程材料,模块2非铁金属材料,2.2.4轴承合金,轴承合金是指具有良好耐磨性和减摩性，并用于制造轴承的铸造合金。,轴承合金,生产实践中常用的轴承合金,项目2常用工程材料,模块2非铁金属材料,2.2.4轴承合金,轴承合金牌号,加入元素的名义百分含量不小于1,该数字用整数表示;加入元素的名义百分含量小于1,一般不标数字,必要时可用一位小数表示。,主要加入元素后面跟有表示其名义百分含量的数字,用“Z+基体元素符号+主要加入元素符号+主要加入元素含量+辅助加入元素符号+辅助加入元素含量”表示,项目2常用工程材料,模块2非铁金属材料,2.2.4轴承合金,锡基轴承合金以锡为

22、基体元素，加入锑、铜等元素组成的合金.常用的牌号有ZSnSb11Cu6,项目2常用工程材料,模块2非铁金属材料,2.2.4轴承合金,铅基轴承合金,铅基轴承合金是以铅为基体元素的合金,最常用的牌号有ZPbSb16Sn16Cu2.,铸造性能和耐磨性较好（但比锡基轴承合金低），价格较便宜,制造承受中、低载荷的轴承，如汽车、拖拉机曲轴的轴承等,项目2常用工程材料,模块2非铁金属材料,2.2.5硬质合金,硬质合金是将难熔金属的碳化物（如WC、TiC、TaC等）粉末和黏结剂（如钴、镍）粉末混合，经压制成形、烧结而成的一种粉末冶金材料。,项目2常用工程材料,模块2非铁金属材料,2.2.5硬质合金,(1)硬度

23、高，热硬性好，耐磨性好。,(2)抗压强度高。,(3)良好的导热性、耐蚀性和抗氧化性。,(4)硬质合金的韧性差。,硬质合金的性能特点,项目2常用工程材料,模块2非铁金属材料,2.2.5硬质合金,根据GB/T 18376.12008、GB/T 18376.22001、GB/T 18376.32001分为三类,硬质合金,切削工具用硬质合金,地质、矿山工具用硬质合金,耐磨零件用硬质合金,项目2常用工程材料,模块2非铁金属材料,2.2.5硬质合金,K,P,M,长切削或短切削加工用硬质合金,长切削加工用硬质合金,短切削加工用硬质合金,项目2常用工程材料,模块2非铁金属材料,2.2.5硬质合金,耐磨零件用硬

24、质合金,项目2常用工程材料,模块3非金属材料,陶瓷材料，如日用陶瓷、金属陶瓷等。,目前，在机械工业中使用最广泛的非金属材料分为三大类：,返回,项目2常用工程材料,模块3非金属材料,2.3.1 高聚物材料,1. 塑料,塑料是以合成树脂为主要成分，再加入改善其工艺性能和使用性能的各种添加剂而合成的有机高分子化合物。塑料的类型和基本性能取决于树脂。添加剂直接影响塑料的物理、力学、化学性能等。,项目2常用工程材料,模块3非金属材料,2.3.1 高聚物材料,塑料按树脂的性质分类,项目2常用工程材料,模块3非金属材料,2.3.1 高聚物材料,塑料按塑料使用范围分类,项目2常用工程材料,模块3非金属材料,2

25、.3.1 高聚物材料,塑料的特性和用途,塑料与金属材料相比,具有密度小、比强度高、化学稳定性好、绝缘性好等特点,还可减振、耐磨、隔音。 塑料主要用于制造薄膜、电线电缆的绝缘层、管道、中空制品、机械零件(如轴承、齿轮、蜗轮、密封圈、阀门等)、电器设备外壳与外罩等。,项目2常用工程材料,模块3非金属材料,2.3.1 高聚物材料,2. 橡胶,项目2常用工程材料,模块3非金属材料,2.3.1 高聚物材料,工业橡胶根据材料的来源分类,丁腈橡胶,项目2常用工程材料,模块3非金属材料,2.3.2陶瓷材料,陶瓷是以天然硅酸盐矿物或人工合成的氧化物、碳化物、氮化物等为原料,经粉碎、成形、烧结而成的无机非金属材料

26、。陶瓷材料发展迅速,广泛应用于机械制造、建筑装修和医学等领域,如用于机械加工的陶瓷刀具、建筑装修用的地板砖、医学用的陶瓷假牙等,项目2常用工程材料,模块3非金属材料,2.3.2陶瓷材料,常用的陶瓷材料,普通陶瓷,氧化铝陶瓷,氮化硅陶瓷,碳化硅陶瓷,项目2常用工程材料,模块3非金属材料,2.3.2陶瓷材料,电绝缘,耐磨耐腐蚀,强度高,工程陶瓷的优点,项目2常用工程材料,模块3非金属材料,2.3.2陶瓷材料,2. 功能陶瓷材料,功能陶瓷是指在微电子、光电子和自动化技术以及生物医学、能源和环保工程等基础产品领域中所用的陶瓷材料, 功能陶瓷以其独特的声、光、热、电、磁等物理特性和生物、化学以及适当的力

27、学等特性,在相应的工程和技术领域中起着关键作用。,项目2常用工程材料,模块3非金属材料,2.3.3复合材料,金属基体材料,复合材料按基体分类,非金属基体材料,复合材料,项目2常用工程材料,模块3非金属材料,2.3.3复合材料,复合材料按增强剂的种类和形状分类,纤维增强复合材料,颗粒增强复合材料,叠层复合材料,其中应用最广、发展最快的是纤维增强复合材料,项目2常用工程材料,模块3非金属材料,2.3.3复合材料,结构复合材料,复合材料按性能分类,功能复合材料,目前应用较多的是结构复合材料,近年在功能复合材料的研究开发方面发展迅速。,项目2常用工程材料,模块3非金属材料,2.3.3复合材料,纤维增强

28、复合材料是复合材料中发展最快、应用最广的一类,纤维增强复合材料,碳纤维,玻璃纤维,金属纤维,硼纤维,项目2常用工程材料,模块3非金属材料,2.3.3复合材料,碳纤维增强复合材料是以碳纤维为增强剂,以树脂、石墨、陶瓷或金属为基体组成的复合材料。 碳纤维是高强度、高弹性模量的增强相,通常以人造纤维为原料,在高温下隔绝空气碳化而制得。,碳纤维增强复合材料,项目2常用工程材料,模块3非金属材料,2.3.3复合材料,2. 颗粒增强复合材料,颗粒增强复合材料是以一种或多种增强颗粒均匀分散在基体材料中组成的复合材料。,金属陶瓷就是将陶瓷颗粒散布在金属基体中的颗粒增强复合材料。,项目2常用工程材料,模块3非金

29、属材料,2.3.3复合材料,3. 叠层复合材料,用层叠法增强的复合材料可使其强度、刚度、耐磨、耐蚀、绝热、隔音及减轻自重等性能得到改善。,叠层复合材料是由两层或多层不同材料,通过黏结剂或中间层材料层叠组合制成的复合材料。,项目2常用工程材料,模块3非金属材料,2.3.3复合材料,夹层复合材料,塑料金属多层复合材料,双层金属复合材料,叠层复合材料,复习思考题,项目2常用工程材料,1.指出下列材料牌号的含义：Q235AF, 08F, 50A, 50MnE, T8MnA, Y35MnS。 2.低合金钢是如何分类的？ 3.简述下列牌号各表示什么含义：HT150, KT350-10, RuT300。 4

30、.请说出3A21、2A12、ZAlSi7Mg牌号的含义及用途。 5.什么是硬质合金？其性能如何？ 6.PE、PVC、PS、ABS表示什么塑料？ 7.陶瓷材料有哪些性能特点？ 8.什么是复合材料？它有什么性能特点？,返回,项目3钢的热处理,返回,项目3钢的热处理,模块1钢的热处理基础,模块2退火与正火,模块3淬火与回火,模块4表面热处理与化学热处理,模块5热处理新技术简介,复习思考题,项目3钢的热处理,1.掌握钢的热处理目的、分类、工艺曲线及钢的加热与冷却。 2.掌握退火与正火、淬火与回火的热处理工艺。 3.了解常用表面热处理与化学热处理工艺。 4.了解热处理新技术的现状与发展。,项目3钢的热处

31、理,1.能够了解常用的热处理设备与热处理操作方法。 2.能够了解热处理工艺在生产中的应用,积累生产经验。,项目3钢的热处理,模块1钢的热处理基础,3.1.1钢的热处理概述,返回,项目3钢的热处理,模块1钢的热处理基础,3.1.1钢的热处理概述,2. 钢的热处理分类,项目3钢的热处理,模块1钢的热处理基础,3.1.1钢的热处理概述,3. 热处理工艺曲线,项目3钢的热处理,模块1钢的热处理基础,3.1.2钢的加热与冷却,1.钢的临界加热温度,图3-3钢在加热和冷却时各临界点的实际温度,项目3钢的热处理,模块1钢的热处理基础,3.1.2钢的加热与冷却,2.钢的奥氏体化过程,图3-4共析钢奥氏体化过程

32、示意图,项目3钢的热处理,模块1钢的热处理基础,3.1.2钢的加热与冷却,奥氏体晶核的形成,奥氏体晶核的长大,残余渗碳体的溶解,奥氏体均匀化,共析钢奥氏体化过程,项目3钢的热处理,模块1钢的热处理基础,3.1.2钢的加热与冷却,3.钢在冷却时的组织转变,图3-5两种冷却方式示意图1等温冷却; 2连续冷却,项目3钢的热处理,模块2退火与正火,钢的退火与正火是常用的两种基本热处理工艺,主要用来处理工件毛坯,为以后切削加工及最终热处理做准备。因此,退火与正火通常又称为预备热处理。对一般铸件及性能要求不高的工件,退火和正火可作为最终热处理。,返回,项目3钢的热处理,模块2退火与正火,3.2.1退火,1

33、.退火的目的,项目3钢的热处理,模块2退火与正火,3.2.1退火,2.退火的种类,项目3钢的热处理,模块2退火与正火,3.2.1退火,2.退火的种类,项目3钢的热处理,模块2退火与正火,3.2.2正火,将钢材或钢件加热到Ac3(或Accm )以上3050, 保温适当的时间后,在静止的空气中冷却的热处理工艺,称为正火。,项目3钢的热处理,模块2退火与正火,3.2.2正火,图3-6几种退火和正火的加热范围及工艺曲线,项目3钢的热处理,模块3淬火与回火,3.3.1淬火,淬火是将钢加热到Ac3(亚共析钢)或Ac1(共析钢和过共析钢)温度以上,保温后快速冷却,以获得马氏体组织的热处理工艺.,淬火,淬火的

34、主要目的是获得马氏体,提高钢的硬度和耐磨性,是强化钢材最重要的工艺方法。,1.淬火的目的,返回,项目3钢的热处理,模块3淬火与回火,3.3.1淬火,2.淬火的工艺,淬火温度,淬火冷却介质,常用的冷却介质有水和油。,水,油,项目3钢的热处理,模块3淬火与回火,3.3.1淬火,图3-7常用淬火方法示意图1单液淬火; 2双液淬火; 3分级淬火; 4等温淬火,项目3钢的热处理,模块3淬火与回火,3.3.1淬火,单液淬火是适用于形状简单的工件的淬火方法,单液淬火,双液淬火是适用于形状较为复杂的高碳钢和尺寸较大的合金钢工件的淬火方法。,双液淬火,项目3钢的热处理,模块3淬火与回火,3.3.1淬火,分级淬火

35、是适用于形状复杂而尺寸较小的工件的淬火方法。,分级淬火,等温淬火是适用于要求韧度高、变形小而形状复杂的小型工件(如模具、成形刀具等)的淬火方法。,等温淬火,项目3钢的热处理,模块3淬火与回火,3.3.1回火,1.回火的目的2.回火时组织的变化,项目3钢的热处理,模块3淬火与回火,3.3.1回火,低温回火,中温回火,高温回火,按回火温度范围不同分类,项目3钢的热处理,模块4表面热处理与化学热处理,表面热处理是指为改变工件表面的组织和性能,仅对表面进行热处理的一种工艺. 其中,表面淬火是最常用的一种表面热处理方式,表面淬火是指仅对工件表面进行淬火的工艺,其目的是使工件表面获得高的硬度和耐磨性,而心

36、部保持良好的塑性和韧性。,返回,项目3钢的热处理,模块4表面热处理与化学热处理,3.4.1感应加热表面淬火,图3-8感应加热表面淬火示意图1钢; 2感应线圈; 3淬火喷水管; 4加热淬火层,项目3钢的热处理,模块4表面热处理与化学热处理,3.4.2化学热处理,渗碳,渗氮,碳氮共渗,化学热处理的方法,化学热处理过程,项目3钢的热处理,模块4表面热处理与化学热处理,3.4.2化学热处理,1.渗碳,1)气体渗碳工艺及组织,2)渗碳后的热处理,项目3钢的热处理,模块4表面热处理与化学热处理,3.4.2化学热处理,2.渗氮,1)工艺,(1)渗氮温度一般为500600。渗氮时间长,一般为2050 h。,(

37、2)改善机加工性能和获得均匀的回火索氏体组织,保证较高的强度和韧性。,2)组织和性能,(1)钢件渗氮后具有很高的耐磨性和热硬性。(2)渗层体积增大,使疲劳强度大大提高(3)渗氮温度低,零件变形小。(4) 耐蚀性好,在水中、过热蒸汽和碱性溶液中均很稳定。,项目3钢的热处理,模块4表面热处理与化学热处理,3.4.2化学热处理,3. 碳氮共渗,1)工艺,高温碳氮共渗主要是渗碳,但氮的渗入使碳浓度很快提高,从而使共渗温度降低和时间缩短。碳氮共渗后淬火,再低温回火.,2)碳氮共渗后的性能,(1)碳氮共渗及淬火后,得到的是含氮马氏体,耐磨性比渗碳更好。(2)共渗层具有比渗碳层更高的压应力,因而疲劳强度更高

38、,抗蚀性也较好。,项目3钢的热处理,模块5 热处理新技术简介,热处理技术,热处理技术发展的趋势主要是以保证和提高机械产品质量为根本目的,不仅能节约能源,还能实现安全无公害生产。,返回,项目3钢的热处理,模块5 热处理新技术简介,1.可控气氛热处理,项目3钢的热处理,模块5 热处理新技术简介,(1)不致产生氧化、脱碳,表面光洁,力学性能较好。,(2)靠辐射传热,升温缓慢,截面温差小,热处理后变形小。,(3)可去除金属内部溶解的气体,从而提高金属的韧性。,(4)节省能源,减少污染,劳动条件好。,(5)设备比较复杂,造价较高,目前多用于工模具、精密零件的热处理。,真空热处理的主要特点,项目3钢的热处

39、理,模块5 热处理新技术简介,项目3钢的热处理,模块5 热处理新技术简介,4.形变热处理,1),2),低温形变热处理,高温形变热处理,复习思考题,项目3钢的热处理,1.什么是钢的热处理？常用热处理方法有哪些？ 2.什么是退火？完全退火的目的是什么？ 3.什么是正火？ 4.淬火方法分哪几类？各有什么特点？ 5.按回火温度不同,回火分哪几种？ 6.说明感应加热表面淬火的特点及其应用。 7.什么是钢的化学热处理？ 8.渗碳的目的是什么？渗碳后需要进行哪些热处理？,返回,项目4金属热加工基础,返回,项目4金属热加工基础,模块1焊接,模块2铸造,模块3锻压,复习思考题,项目4金属热加工基础,1.掌握焊条

40、电弧焊的常用设备、焊接工艺和基本操作。2.掌握气焊的常用设备和基本操作。3.掌握砂型铸造的工艺基础知识和铸造过程。4.了解锻压的分类和特点。5.掌握自由锻的常用设备、基本工序和操作。6.掌握胎膜锻的类型和工艺缺陷。7.了解冲压的常用设备和基本工序。8.了解其他常用焊接方法、特种铸造方法和锻压的新工艺。,项目4金属热加工基础,1.能够熟练运用焊条电弧焊的方法焊接工件。2.能够进行铸造工艺的初步设计。3.能够对毛坯进行简单的锻压操作。,项目4金属热加工基础,模块1 焊接,(1)熔焊,(2)压焊,(3)钎焊,按焊接工艺过程和母材金属所处的表面状态,把焊接方法分为如下三大类:,返回,项目4金属热加工基

41、础,模块1 焊接,4.1.1焊条电弧焊,项目4金属热加工基础,模块1 焊接,4.1.1焊条电弧焊,焊条电弧焊的优势,焊条电弧焊所需设备简单,操作方便、灵活,适应性强,适用于厚度2 mm以上的各种金属材料和形状结构的焊接,特别适用于结构复杂、焊缝短小、弯曲或各种空间位置焊缝的焊接,是目前生产中应用最多、最普遍的金属焊接方法。,焊条电弧焊的缺点,焊条电弧焊的主要缺点是生产率较低,焊接质量不够稳定,对操作人员的技术水平要求较高。,项目4金属热加工基础,模块1 焊接,4.1.1焊条电弧焊,1)焊接设备,(1)交流弧焊机。,(2)整流弧焊机.,项目4金属热加工基础,模块1 焊接,4.1.1焊条电弧焊,图

42、4-2焊接设备,项目4金属热加工基础,模块1 焊接,4.1.1焊条电弧焊,图4-3焊钳,图4-4头盔式面罩,2)焊接工具,项目4金属热加工基础,模块1 焊接,4.1.1焊条电弧焊,3)焊条,焊条由焊芯和药皮组成,是手工电弧焊所用的焊接材料,图4-5焊条的结构1焊条夹持端; 2药皮; 3焊芯; d焊条直径; L焊条长度,项目4金属热加工基础,模块1 焊接,4.1.1焊条电弧焊,焊芯为一金属棒,是组成焊缝金属的主要材料, 焊芯的直径称为焊条直径,最小为1.6 mm,最大为8 mm;焊芯的长度即为焊条的长度。,表4-1焊条的直径及长度规格 单位：mm,项目4金属热加工基础,模块1 焊接,4.1.1焊

43、条电弧焊,酸性焊条,按药皮熔渣的性质不同分类,碱性焊条,项目4金属热加工基础,模块1 焊接,4.1.1焊条电弧焊,项目4金属热加工基础,模块1 焊接,4.1.1焊条电弧焊,根据GB/T 51171995的规定,碳钢焊条型号的编制以英文字母“E”加四位数字来表示。,E + 第一位数字 第二位数字 第三维数字 第四位数字,表示焊条,表示焊缝金属的最低抗拉强度值,表示焊接位置,若为”0”或”1”表示焊条适合全位置焊接,若为”2”表示焊条适用于平焊;,表示焊接电流种类和药皮类型,若为“03”表示可以交、直流两用,钛钙型药皮,若为“05”表示只能用直流电源,低氢型药皮。,项目4金属热加工基础,模块1 焊

44、接,4.1.1焊条电弧焊,图4-6焊接电弧,1)焊接电弧,2)焊接过程,项目4金属热加工基础,模块1 焊接,4.1.1焊条电弧焊,图4-7直流弧焊机的接线法,项目4金属热加工基础,模块1 焊接,4.1.1焊条电弧焊,3)焊接接头形式,图4-8焊接接头形式,项目4金属热加工基础,模块1 焊接,4.1.1焊条电弧焊,4)焊接坡口形式,图4-9常见的坡口形式,项目4金属热加工基础,模块1 焊接,4.1.1焊条电弧焊,5)焊接位置,图4-10焊接位置,6)焊接工艺参数,项目4金属热加工基础,模块1 焊接,4.1.1焊条电弧焊,表4-2焊条直径的选择 单位：mm,项目4金属热加工基础,模块1 焊接,4.

45、1.1焊条电弧焊,3.焊条电弧焊的基本操作,STEP 06,STEP 05,运条,STEP 04,灭弧(熄弧),STEP 03,焊缝的起头、连接和收尾,STEP 02,STEP 01,焊接接头处的清理,操作姿势,引弧,项目4金属热加工基础,模块1 焊接,4.1.1焊条电弧焊,STEP 02,操作姿势,图4-11焊接时的操作姿势,项目4金属热加工基础,模块1 焊接,4.1.1焊条电弧焊,STEP 03,引弧,图4-12引弧方法,项目4金属热加工基础,模块1 焊接,4.1.1焊条电弧焊,运条,STEP 04,图4-13运条的基本动作1向下送进; 2沿焊接方向移动; 3横向摆动,图4-14平焊的焊条

46、角度,(1)焊条的前移运动。,项目4金属热加工基础,模块1 焊接,4.1.1焊条电弧焊,(2)焊条的送进运动。,(3)焊条的摆动。,图4-15运条轨迹,项目4金属热加工基础,模块1 焊接,4.1.1焊条电弧焊,图4-16灭弧,STEP 05,灭弧(熄弧),项目4金属热加工基础,模块1 焊接,4.1.1焊条电弧焊,STEP 06,焊缝的起头、连接和收尾,图4-17焊缝的起头,图4-18焊接接头的几种情况,项目4金属热加工基础,模块1 焊接,4.1.1焊条电弧焊,图4-19焊段收尾方法,一般收尾动作有如下几种： (1)划圈收尾法。 (2)反复填补法。 (3)后移收尾法。,当一条焊缝焊完后,把收尾处

47、的弧坑填满称为焊缝的收尾,项目4金属热加工基础,模块1 焊接,4.1.2气焊,图4-20气焊的示意图1焊炬; 2焊缝; 3熔池; 4工件; 5焊丝,项目4金属热加工基础,模块1 焊接,4.1.2气焊,1.气焊常用设备,图421气焊设备及其连接1焊炬; 2乙炔瓶; 3回火保险器; 4乙炔减压器;5氧气减压器; 6氧气瓶,项目4金属热加工基础,模块1 焊接,4.1.2气焊,项目4金属热加工基础,模块1 焊接,4.1.2气焊,2)乙炔瓶,图4-22乙炔瓶,项目4金属热加工基础,模块1 焊接,4.1.2气焊,6)焊炬,图4-23射吸式焊炬的外形1焊嘴; 2混合管; 3乙炔阀门; 4手柄; 5氧气阀门,

48、项目4金属热加工基础,模块1 焊接,4.1.2气焊,2.气焊的基本操作,5)熄火,2)调节火焰,4)施焊方法,1)点火,3)焊接方向,项目4金属热加工基础,模块1 焊接,4.1.2气焊,2)调节火焰,图4-24气焊火焰与温度分布 1焰心; 2内焰; 3外焰,(2)碳化焰。,(1)中性焰。,(3)氧化焰。,项目4金属热加工基础,模块1 焊接,4.1.2气焊,4)施焊方法,图4-25焊嘴倾角与工件厚度的关系,项目4金属热加工基础,模块1 焊接,4.1.3其他焊接方法简介,1.埋弧焊,图4-27埋弧焊的工作原理1焊阀; 2焊丝; 3电弧; 4熔渣; 5熔池;6焊缝; 7工件; 8渣壳,项目4金属热加

49、工基础,模块1 焊接,4.1.3其他焊接方法简介,图4-28二氧化碳气体保护焊的焊接过程1工件; 2二氧化碳气体; 3送丝滚轮; 4焊丝;5导电嘴; 6喷嘴;7电弧; 8熔滴; 9熔池; 10焊缝,2.二氧化碳气体保护焊,3.电阻焊,项目4金属热加工基础,模块1 焊接,4.1.3其他焊接方法简介,图4-29电阻焊的基本方法,项目4金属热加工基础,模块1 焊接,4.1.3其他焊接方法简介,项目4金属热加工基础,模块1 焊接,4.1.3其他焊接方法简介,图4-30电渣焊示意图1工件; 2焊缝; 3熔化金属; 4熔渣; 5熔嘴; 6焊丝; 7送丝轮; 8电源,4.电渣焊 5.钎焊6.氩弧焊7.真空电

50、子束焊8.激光焊接与切割 1)激光焊接 2)激光切割,项目4金属热加工基础,模块1 焊接,4.1.3其他焊接方法简介,图4-31氩弧焊示意图1熔池; 2喷嘴; 3钨极; 4气体;5焊缝; 6焊丝; 7送丝滚轮,项目4金属热加工基础,模块2 铸造,4.2.1砂型铸造,返回,项目4金属热加工基础,模块2 铸造,4.2.1砂型铸造,1.型砂与芯砂2.铸型的构造与作用,图4-33常用两箱造型的铸型示意图1上砂箱; 2型腔; 3上型芯头; 4通气孔; 5冒口; 6外浇口; 7直浇道; 8横浇道; 9型砂; 10内浇道; 11冷铁; 12下型芯头; 13分型面; 14下砂箱,下型,型芯,浇注系统,上型,铸