【正文】 有時(shí)稱(chēng)為液體碳氮共滲，也是一種結(jié)合了吸收碳和氮來(lái)獲得表面硬度的工藝，它主要用于不適合通常熱處理的低碳鋼。其硬度范圍為900到1,100布氏硬度，這遠(yuǎn)高于普通表面硬化所獲得的硬度。砂芯是插入鑄模的砂型，用于生成諸如孔或內(nèi)通道之類(lèi)的內(nèi)部特征。將澆注系統(tǒng)的垂直部分與澆注杯連接的是澆注口，澆注系統(tǒng)的水平部分稱(chēng)為澆道，最后到多點(diǎn)把熔化金屬導(dǎo)入型腔的稱(chēng)為閘道。安放砂芯來(lái)制成鑄件的凹形結(jié)構(gòu)或內(nèi)部特征。這樣就做成了能填充熔化金屬的鑄型。離心鑄造 離心鑄造()作為一個(gè)種類(lèi)包括了離心鑄造、半離心鑄造和離心法鑄造。這種工藝被用于制造車(chē)輪、管嘴及類(lèi)似的隨后可用機(jī)加工去除中心軸部分的零件。UNIT 4 引言 鍛造是一種重要的熱成型工藝。例如，棒料的直徑可以通過(guò)加熱和軸向錘擊而增大。，晶粒流動(dòng)的方向就是在塑性變形期間結(jié)晶排列的方向。 壓鍛：壓鍛通過(guò)壓力機(jī)緩慢的擠壓動(dòng)作將巨大的壓力傳遞給工件。? 鍛模設(shè)計(jì)的考慮因素? 如果可能分模面應(yīng)沿著單一平面，否則就順著零件輪廓方向。被壓實(shí)的材料置于爐內(nèi)燒結(jié)，在高溫下?tīng)t內(nèi)環(huán)境可控，金屬粉末熔合形成固體。? Powder Consolidation粉末合成 通過(guò)將大量的粉末放入模具成型為零件或物品，然后合成為內(nèi)有微粒的冶金結(jié)合物。必須采用不規(guī)則形狀粉末微粒為壓制零件提供足夠的未加工強(qiáng)度。再加熱并施加均衡壓力足以使容器和粉末都塑性變形。注塑壓力較低使得制作復(fù)雜零件成為可能，通過(guò)采用側(cè)面型芯和分離工具甚至可以帶有內(nèi)螺紋。當(dāng)前，大概所有主要處理設(shè)備的近一半是注塑成型機(jī)。像聚四氟乙烯之類(lèi)的聚合物就不能自由流動(dòng)得足以適合注塑成型。結(jié)晶質(zhì)聚合物通常也比非結(jié)晶質(zhì)聚合物更致密并且具有更好的機(jī)械性能。這概述了整個(gè)循環(huán)，但省略了許多對(duì)理解此工藝所必需的很重要細(xì)節(jié)。 注塑工必須認(rèn)識(shí)過(guò)快填充速度、不足注塑壓力、過(guò)高融化溫度和不充分?jǐn)D壓的危害性。 6. 廢料損失最小化：澆道、閘道和廢料通常可以重新研磨。因此了解金屬切削過(guò)程以充分利用它是重要的。 進(jìn)給率f可定義為每循環(huán)(每轉(zhuǎn)或每行程)切削刀具在通常為垂直于切削速度方向的次要相對(duì)運(yùn)動(dòng)。生成這類(lèi)切屑時(shí)，切屑沿刀具面幾乎沒(méi)有相對(duì)運(yùn)動(dòng)。? Cutting Tool Materials切削刀具材料 在工業(yè)中為了不同的應(yīng)用可以使用各種各樣的切削刀具材料。因而了解能在機(jī)加工作業(yè)中獲得怎樣的實(shí)際表面光潔度是重要的。通過(guò)一些研究已經(jīng)表明實(shí)際上冷卻只是改善切削作業(yè)的主要因素之一。砂輪完成實(shí)際磨削，而調(diào)節(jié)輪負(fù)責(zé)旋轉(zhuǎn)工件和產(chǎn)生縱向進(jìn)給。 砂輪的形狀和尺寸：根據(jù)砂輪的用途，它們的形狀和尺寸是不同的。實(shí)際上，所有砂輪的磨削性能都必須定期地通過(guò)使用硬質(zhì)合金滾輪或金剛石修整器修整而被恢復(fù)，以求很準(zhǔn)確地把砂輪加工成要求的形狀，并去除已磨鈍的磨粒。研磨使表面不規(guī)則最小化，因而增加了有效接觸面積。 金屬表面的平滑是電解拋光主要的和最有優(yōu)勢(shì)的效應(yīng)之一。與之相反，即使化學(xué)反應(yīng)很快，但解吸附很慢，則總?cè)コ室膊粔蚝谩? 一旦通上電流，來(lái)自溶液的正的金屬離子被吸引到帶負(fù)電的陰極并沉淀在其上。陽(yáng)極通常為被鍍金屬(假定該金屬能在電解液中腐蝕)。 化學(xué)機(jī)械拋光是一種復(fù)雜的多相工藝。 在電解拋光中，金屬是逐個(gè)離子地從被拋光金屬物體表面去除的。首先，它通過(guò)去除所有機(jī)加工痕跡能產(chǎn)生較好的表面光潔度。所以，粗粒砂輪用于粗加工，而細(xì)粒砂輪則用于最后精加工。在粘合劑中磨粒之間的孔隙使磨粒能象獨(dú)立的單刃切削刀具一樣工作。通過(guò)砂輪的橫向進(jìn)給能得到任意所需的切削深度。：臥式磨床主軸或立式磨床主軸。 冷卻作用：最初設(shè)想切削液僅僅是通過(guò)冷卻特性來(lái)改善切削作業(yè)。 6. 熱特性—因?yàn)榇罅康臒岙a(chǎn)生在切削區(qū)，刀具材料應(yīng)當(dāng)具有較高的熱傳導(dǎo)性以在最短的時(shí)間內(nèi)散發(fā)熱量，否則刀具溫度會(huì)升高，壽命會(huì)減少。 在第二種模型()中讓剪力區(qū)分布于一個(gè)范圍，速度和剪應(yīng)力的轉(zhuǎn)變能說(shuō)明得更符合實(shí)際。如同后面將要看到的那樣，金屬切削力學(xué)極大地依賴(lài)于所產(chǎn)生切屑的形狀和尺寸。的后角。 (1)在美國(guó)，每年花在機(jī)加工及其相關(guān)作業(yè)上的費(fèi)用都多于千億美元。 4. 非常復(fù)雜的形狀也能成型：模具的進(jìn)步很大程度上是可靠的。另一方面，大多數(shù)注塑件的融化前部橫向運(yùn)動(dòng)部分能導(dǎo)致在主要方向性上有層理的表面下橫向方向性，產(chǎn)生需要的雙軸方向性效應(yīng)。? Cycle of Operation作業(yè)循環(huán) 往復(fù)螺旋注塑成型機(jī)被認(rèn)為由兩部分組成：一個(gè)固定注塑端和一個(gè)活動(dòng)夾具端。結(jié)晶質(zhì)聚合物具有規(guī)則的分子排列及明顯的熔點(diǎn)。注塑成型工程師的目標(biāo)很簡(jiǎn)單：在最少?gòu)U料的情況下取得最小循環(huán)時(shí)間，在有保證的情況下獲得指定產(chǎn)品性能，將由停工或其它原因產(chǎn)生的生產(chǎn)成本最小化，還有穩(wěn)定地增加專(zhuān)門(mén)知識(shí)和競(jìng)爭(zhēng)力。? Advantages 優(yōu)點(diǎn)? 良好的公差和表面光潔度? 高度復(fù)雜的形狀能快速制作? 能制作多孔零件和難以加工材料(如粘結(jié)氧化物)? 金屬中的氣孔可用其它材料/金屬填充? 表面能具有較高的耐磨性? 孔隙率可以控制? 較低損耗? 容易自動(dòng)化? 物理性能可以控制? 零件之間的變化較小? 難以機(jī)加工的金屬能被容易使用? 無(wú)需熔化金屬? 不需要很多/任何修整作業(yè)? 允許加工復(fù)雜形狀的大體積產(chǎn)品? 允許非傳統(tǒng)合金結(jié)合? 對(duì)最終密度能很好地控制? Disadvantages 缺點(diǎn)? 如果存放不當(dāng)金屬粉末質(zhì)量很快降低? 安裝和調(diào)整的成本較高? 零件尺寸受壓力機(jī)和所用粉末壓縮的限制? 銳角和變厚度較難加工? 不適合模壓的東西不可能生產(chǎn)UNIT 6 注塑成型()是將熱塑性塑料制成最終形狀的主要工藝，并且越來(lái)越多地用于熱硬化性塑料、纖維填充合成物和人造橡膠。 粉末鍛造零件通常不像冷擠壓和燒結(jié)零件那樣接近最終尺寸或形狀。因?yàn)槌叽绲淖兓梢酝ㄟ^(guò)了解并調(diào)節(jié)擠壓及燒結(jié)參數(shù)進(jìn)行控制，所以零件尺寸幾乎無(wú)需校正就能滿(mǎn)足尺寸公差。即大約是理論密度的90%。單一元素粉末，例如鐵與2%的銅(重量百分比) 混合均勻，經(jīng)部分燒結(jié)后銅微粒粘附到鐵微粒上而沒(méi)有產(chǎn)生充分?jǐn)U散的粉末卻保留了粉末的形態(tài)。 制造良好的鍛件必須有合適的滑潤(rùn)劑。)的零件能使材料損耗最小化。完成的產(chǎn)品是鍛模的粗糙近似物。由于較高的壓力和擠壓作用，它比落錘鍛造噪聲及振動(dòng)都小得多。錘鍛的基本操作之一就是通過(guò)錘擊使金屬伸長(zhǎng)，促成其變細(xì)變長(zhǎng)。 重量限制從400g(1lb)到數(shù)噸。采用這種工藝制造的典型零件有：管子、鍋爐、壓力容器、飛輪、汽缸襯墊和其它軸對(duì)稱(chēng)零件。雖然通常尺寸的鑄件重量范圍為200g到約8kg(7oz到15lb)，但實(shí)際可從幾克到35kg ( to 80lb)。 制作鑄型的型模采用石蠟或其它一些能被融化掉的材料做成。10. 在零件開(kāi)始凝固其內(nèi)部形成固態(tài)金屬的小型樹(shù)枝狀結(jié)晶期間金屬性能被確定，同時(shí)也產(chǎn)生了內(nèi)應(yīng)力。這些砂芯用粘結(jié)砂做成，等鑄件完成后將被打碎取出。通過(guò)設(shè)計(jì)拔模斜度—型模垂直相交表面的微小角度偏移量—來(lái)使取出型模變得容易。將熔化的金屬倒入由型砂(天然的或人造的)做成鑄模腔。液體滲氮時(shí)在氰化物溶液中加入比氰化及滲碳都較多的氮和較少的碳。碳氮共滲 碳氮共滲，有時(shí)也稱(chēng)為干法氰化或滲碳氮化，是一種表面硬化工藝。所獲得的球狀結(jié)構(gòu)改善了鋼的可切削性。這兩種分別被稱(chēng)為奧氏體回火和馬氏體回火的工藝，能使產(chǎn)品具有特定所需的物理性能。通過(guò)回火，硬度和脆性可以降低到使用條件所需要的程度。如果工件形狀不規(guī)則，為了消除翹曲和開(kāi)裂最根本的是加熱速率要緩慢。 過(guò)共析鋼是含碳量大于共析量的鋼?？刂七@一由于奧氏體和鐵素體的碳溶解性完全不同而產(chǎn)生的反應(yīng)，使得通過(guò)熱處理能獲得很大范圍的特性。 鏈內(nèi)結(jié)構(gòu)：原子鏈的化學(xué)結(jié)構(gòu)對(duì)性能也有很大影響。微粒加強(qiáng)型復(fù)合材料的一個(gè)例子是機(jī)動(dòng)車(chē)胎，它就是在聚異丁烯人造橡膠聚合物基材中加入了碳黑微粒。全內(nèi)反射現(xiàn)象與核心玻璃的高純度一樣，使光線(xiàn)幾乎無(wú)強(qiáng)度損耗傳遞長(zhǎng)距離成為可能。照此定義，陶瓷材料也應(yīng)包括玻璃；然而許多材料科學(xué)家添加了“陶瓷”必須同時(shí)是晶體物組成的約定。橄欖球運(yùn)動(dòng)員據(jù)此相信他的面罩不會(huì)裂成碎片。某些金屬能被磁化，例如鐵、鈷和鎳。 工程材料還能進(jìn)一步細(xì)分為：①金屬材料②陶瓷材料③復(fù)合材料 ④聚合材料，等等。然而，諸如鋁和鎂之類(lèi)的一些金屬則具有低密度，并被用于既需要金屬特性又要求重量輕的場(chǎng)合。例如，往鋁里加少量鐵可使其更強(qiáng)。 光導(dǎo)纖維有三層：核心由高折射指數(shù)高純光傳輸玻璃制成，中間層為低折射指數(shù)玻璃，是保護(hù)核心玻璃表面不被擦傷和完整性不被破壞的所謂覆層，外層是聚合物護(hù)套，用于保護(hù)光導(dǎo)纖維不受損。纖維復(fù)合材料的制造者往往旋轉(zhuǎn)纖維層以防模量產(chǎn)生方向變化。 結(jié)晶度：聚合物可以是晶體狀的或非結(jié)晶質(zhì)的，但它們通常是晶體狀和非結(jié)晶質(zhì)結(jié)構(gòu)的結(jié)合物(半晶體)。鐵碳狀態(tài)圖中靠近三角區(qū)和含碳量高于2%的那些部分對(duì)工程師而言不重要，因此將它們刪除。由截線(xiàn)及杠桿定律分析可知，低碳鐵素體成核并長(zhǎng)大，剩下含碳量高的奧氏體。 在任何熱處理作業(yè)中，加熱的速率都是重要的。在這種情況下不管零件尺寸如何，其表面總歸有一定深度被硬化。通常的做法是將鋼加熱到所需溫度并且僅保溫到正好使其均勻受熱。大多數(shù)商業(yè)鋼材在軋制或鑄造后都要退火。然后重新加熱到高于外層轉(zhuǎn)變溫度再淬火以生成堅(jiān)硬、細(xì)致的組織結(jié)構(gòu)。在鋼中含鋁1%%被證明特別合適，它能與氨氣結(jié)合形成很穩(wěn)定堅(jiān)固的成分。 通過(guò)鑄造加工，鑄件可以做成很接近它們的最終尺寸。型砂通過(guò)振動(dòng)和機(jī)械方法壓實(shí)。 一般而言，砂型鑄造作業(yè)的典型階段包括()：1. 制作型模。8. 將金屬緩慢而連續(xù)地注滿(mǎn)型模。復(fù)雜的形狀能被高精度地制造。 澆鑄可采用重力、壓力或真空條件來(lái)實(shí)現(xiàn)。表面粗糙度的有效值(均方根)(~.)。然而由于型模的消耗特性，型模成本可能較高。 錘鍛中常用的開(kāi)式模鍛與閉式模鍛是有區(qū)別的。對(duì)后者而言，例如現(xiàn)代噴氣飛機(jī)零件，使用能產(chǎn)生50,000噸以上壓力的巨型液力鍛壓機(jī)。 這導(dǎo)致有利的晶粒流使零件堅(jiān)固。 純型/近似純型鍛 ：采用純型鍛或近似純型鍛，產(chǎn)生材料損耗的主要形式是飛邊以及隨后的機(jī)加工。? 鍛模磨損公差為側(cè)向公差(平行于分模面)，對(duì)銅合金大約為+% ，對(duì)鋁和鋼大約為+%。如果用單一元素粉末生產(chǎn)均勻材料需要很高溫度和較長(zhǎng)燒結(jié)時(shí)間，也可用預(yù)先合金。Cold Uniaxial Pressing冷單向擠壓 單一元素金屬，或極小顆粒的預(yù)先合金粉末與潤(rùn)滑劑(一般是鋰硬脂酸鹽，%)混合，然后在金屬模具中施加壓力[比如600MPa (87,000lb/)]擠壓。根據(jù)不同材料的化學(xué)成分，燒結(jié)的環(huán)境包括真空狀態(tài)也各不相同。當(dāng)為了提供足夠的機(jī)械性能而致密化是必須時(shí)，可以采用熱鍛或粉末鍛造技術(shù)。另一種方法是先抽真空然后再充滿(mǎn)。(一臺(tái)能力為10,000噸用于成型264加侖高密度聚乙烯垃圾箱的機(jī)械也已制成)。在此情況下作為交聯(lián)的化學(xué)連結(jié)是硬化機(jī)制。熱塑性塑料帶載運(yùn)行溫度可從質(zhì)量上定義為熱偏差溫度。? 減小閘道尺寸：閘道越大則固化時(shí)間越長(zhǎng)并會(huì)使方向性增加。? Advantages 優(yōu)點(diǎn) 1. 高生產(chǎn)率：例如，一張CD盤(pán)在高融體流動(dòng)指數(shù)生產(chǎn)控制中只需10~12s一個(gè)循環(huán)就能生產(chǎn)出來(lái)。 5. 零件設(shè)計(jì)有時(shí)不能很好地適應(yīng)有效率的成型。 2. 后角：這是機(jī)加工面與被稱(chēng)為后側(cè)面的刀具底面夾角。 屈服能導(dǎo)致塑性變形，在這種情況下材料變形層沿著與最大剪應(yīng)力方向一致的滑移面被其它層所取代。 雖然第一種模型()從分析的角度看是方便的，但實(shí)際上是不可能存在的。這個(gè)要求對(duì)如銑削之類(lèi)的間斷切削更有用。? Cutting Fluids 切削液 切削液(經(jīng)常誤稱(chēng)為冷卻液)的功能如下：? 冷卻刀具和工件 減少摩擦 保護(hù)工件不生銹 改善表面光潔度 防止切屑瘤的形成 從切削區(qū)沖掉切屑 然而，在金屬切削作業(yè)中切削液的主要功能是控制總熱量。顯然，磨床根據(jù)結(jié)構(gòu)和功能的不同有所區(qū)別，使用何種形式的磨床主要取決于被磨削表面的幾何形狀和物理性質(zhì)。 內(nèi)表面磨削：內(nèi)表面磨削用于相對(duì)較短的孔。時(shí)，即砂輪和調(diào)節(jié)輪軸線(xiàn)平行時(shí)，則工件沒(méi)有縱向進(jìn)給。當(dāng)磨削象鑄鐵類(lèi)低拉伸強(qiáng)度材料時(shí)，一般采用碳化硅砂輪，而磨削合金鋼、淬火鋼等高強(qiáng)度金屬則要用氧化鋁砂輪。研磨微粒嵌入研具內(nèi)，或者可以通過(guò)液體攜帶。Electropolishing電解拋光 電解拋光是一種與電鍍相似的電化學(xué)工藝，但過(guò)程與電鍍正好相反。在化學(xué)機(jī)械拋光過(guò)程中，旋轉(zhuǎn)晶片面向下壓在旋轉(zhuǎn)、有回彈力的拋光襯墊上，而同時(shí)含有研磨微粒和化學(xué)反應(yīng)物的拋光液流過(guò)晶片與襯墊之間。 電鍍?cè)谕ǔ榉墙饘偃萜?一般是塑料)的電鍍槽中進(jìn)行。所用的金屬和應(yīng)用系統(tǒng)都可以變化，但大多數(shù)應(yīng)用都是在要求改善抗腐蝕或耐磨性能的表面涂上薄層。UNIT 10 進(jìn)行表面工程或表面處理的目的是：(1)控制摩擦和磨損，(2)改善抗腐蝕性，(3)改變物理性能，例如，傳導(dǎo)率、電阻系數(shù)和反射率，(4)修改尺寸，(5)變更外觀，例如顏色和粗糙程度，(6)降低成本。電阻在膜最薄處最小，導(dǎo)致最大金屬分解率。研磨去除了微觀峰頂從而產(chǎn)生相對(duì)平坦的平臺(tái)。 粘合劑：磨?？捎枚喾N不同方法粘結(jié)在一起。3)用于圓柱面和端面磨削的直凹輪。因此調(diào)節(jié)輪的圓周速度可以分解為兩個(gè)分量，即工件回轉(zhuǎn)速度和縱向進(jìn)給。實(shí)際上，圓柱面磨削能通過(guò)采用下列任意方法來(lái)實(shí)現(xiàn)：橫向方法：這種方法中砂輪與工件均旋轉(zhuǎn)且采用線(xiàn)性縱向進(jìn)給以保證能磨削