【正文】 氫健是一種較強的、有方向性的范特瓦爾斯鍵。金剛石由碳原子組成，每個碳原子貢獻出4個價電子與周圍的4個碳原子共有，形成4個共價鍵，構(gòu)成正四面體：一個碳原子在中心，與它共價的另外4個碳原子在4個頂角上。如果使用普通鋼材，厚度至少要達到220毫米。通過實驗教學(xué)，在鞏固和驗證課程的基本理論知識的同時，拓展學(xué)生的創(chuàng)新思維，著重培養(yǎng)學(xué)生實踐動手能力和創(chuàng)新能力。在河南鞏縣漢代冶鐵遺址中，發(fā)掘出20多座冶鐵爐和鍛爐。一、離子鍵當(dāng)周期表中相隔較遠的正電性元素原子和負電性元素原子接觸時，前者失去最外層價電子變成帶正電荷的正離子，后者獲得電子變成帶負電荷的滿殼層負離子。正離子在三維空間或電子氣中呈高度對稱的規(guī)則分布。 (3)面缺陷：金屬中的晶界和亞晶界 合金的晶體結(jié)構(gòu) 合金的相、組織及其關(guān)系相是指合金中具有相同的物理、化學(xué)性能，并與其余部分以界面分開的物質(zhì)部分固態(tài)合金中有兩類基本相：固溶體和金屬化合物組織：將一小塊金屬材料用金相砂紙磨光后進行拋光, 然后用侵蝕劑侵蝕, 即獲得一塊金相樣品。 第二章 金屬材料的凝固與固態(tài)相變 純金屬的結(jié)晶 凝固的基本概念結(jié)晶：原子由近程有序狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)殚L程有序狀態(tài)的過程。 cb為線段 bc的長度。 或 過冷奧氏體的轉(zhuǎn)變可分為三種基本類型，即珠光體型轉(zhuǎn)變(擴散型轉(zhuǎn)變)、貝氏體型轉(zhuǎn)變(過渡型或半擴散型轉(zhuǎn)變)和馬氏體型轉(zhuǎn)變(無擴散型轉(zhuǎn)變)。 晶粒長大 冷變形和熱變形凡在金屬的再結(jié)晶溫度以下進行的塑性變形稱為冷加工；而在再結(jié)晶溫度以上進行的塑性變形稱為熱加工。 感應(yīng)加熱表面淬火感應(yīng)加熱是將鋼件置于通人交變電流的線圈中，由于電磁感應(yīng)，鋼件產(chǎn)生頻率相同、方向相反的交變電流?！?．05％范圍內(nèi)。造型費工，要求操作者的技術(shù)水平較高 主要用于單件、小批量生產(chǎn)帶有突出部分、難以起模的鑄件 用刮板代替模樣造型。依據(jù)鑄造工藝圖，結(jié)合所選造型方法，便可繪制出模樣圖及合箱圖。（二）鑄型分型面的選擇 鑄型分型面的選擇恰當(dāng)與否會影響鑄件質(zhì)量，使制模、造型、造芯、合箱或清理等工序復(fù)雜化，甚至還可增大切削加工的工作量。如圖710所示的輪形鑄件，由于輪的圓周面外側(cè)內(nèi)凹，在批量不大的生產(chǎn)條件下，多采用三箱造型。鑄鋼件因表面粗糙，余量應(yīng)加大；非鐵合金鑄件價格昂貴，且表面光潔，余量應(yīng)比鑄鐵小。對于零件圖上不要求加工的孔、槽以及彎曲孔等，一般均應(yīng)鑄出。分型面 進給箱體的分型面，有如圖132所示的三個方案供選擇：方案I：分型面在軸孔的中心線上。為了克服基準(zhǔn)面朝上的缺點，必須加大D面的加工余量。 2．制造型殼 在蠟?zāi)＝M表面浸掛一層以水玻璃和石英粉配制的涂料，然后在上面撒一層較細的硅砂，并放入固化劑（如氯化銨水溶液等）中硬化。圖719 垂直分型式金屬型圖720所示為鑄造鋁合金活塞用的垂直分型式金屬型，它由兩個半型組成。 低壓鑄造一、比壓30~70MPa，~。壓力下結(jié)晶，加上冷卻速度快，鑄件表層晶粒細密，其抗拉強度比砂型鑄件高25%~40%。流動性 液態(tài)合金充滿型腔，形成輪廓清晰、形狀和尺寸符合要求的優(yōu)質(zhì)鑄件的能力，稱為液態(tài)合金的流動性。幾種鑄造碳鋼的凝固收縮率見表 。圖728 冷鐵的應(yīng)用熱節(jié)：畫“凝固等溫線法”和“內(nèi)切圓法”，近似找出縮孔的部位，如圖729所示。熱裂 高溫下的金屬強度很低，如果金屬的線收縮受到鑄型或型芯的阻礙，機械應(yīng)力超過該溫度下金屬的強度，便產(chǎn)生熱裂。(2)當(dāng)鑄件內(nèi)腔較復(fù)雜，需用型芯時，應(yīng)考慮型芯是否穩(wěn)固，排氣和清理是否方便 (3)若一些鑄件的內(nèi)腔結(jié)構(gòu)不利于型芯的穩(wěn)定、排氣和清理時，應(yīng)考慮增設(shè)工藝孔。珠光體越多，石墨分布越細小均勻，強度、硬度也越高，耐磨性越好。鑄鐵中的錳除與硫發(fā)生作用外，其余還可溶入鐵素體和滲碳體中，提高了基體的強度和硬度；但過多的錳則起阻礙石墨化的作用。用這種方法制成的鑄鐵稱為孕育鑄鐵。珠光體球墨鑄鐵與45號鍛鋼的力學(xué)性能比較見表 。%~%。（二）球墨鑄鐵 1．球墨鑄鐵的組織和性能特點 隨著化學(xué)成分、冷卻速度和熱處理方法的不同，球墨鑄鐵可得到不同的基體組織（F、F+P、P），如圖738所示。如冷硬鑄造軋輥、車輪時，就是采用局部金屬型（其余用砂型）以激冷鑄件上的耐磨表面，使其產(chǎn)生耐磨的白口組織。硫在鑄鐵晶界上形成低熔點（985℃）的共晶體（FeS+Fe），使鑄鐵具有熱脆性。表116 鑄鐵的常用成分范圍 組 元 wC wSi wMn wP wS wFe 成分（%） ~ ~ ~ ≤ ≤ 其余 分類：根據(jù)碳的存在形式的不同，鑄鐵可分為：白口鑄鐵、灰鑄鐵和麻口鑄鐵；根據(jù)鑄鐵中石墨形態(tài)的不同，灰鑄鐵又可分為：普通灰鑄鐵（簡稱灰鑄鐵）、可鍛鑄鐵、球墨鑄鐵和蠕墨鑄鐵；根據(jù)鑄鐵化學(xué)成分的不同，還可將鑄鐵分為：普通鑄鐵和合金鑄鐵。%、%時，因沖擊韌度急劇下降，冷裂傾向明顯增加。圖732 框架鑄件變形示意圖2．縮孔和縮松的防止防止縮孔：使鑄件實現(xiàn)“順序凝固”。幾種鐵碳合金的體積收縮率見表 。二、液態(tài)合金的收縮 （一）收縮的概念 液態(tài)合金在凝固和冷卻過程中，體積和尺寸減小的現(xiàn)象稱為合金的收縮。 1300 1300 1300 1800 1300 1000 600 鑄鋼 wC=% 應(yīng)用：汽車發(fā)動機缸體、缸蓋、活塞、葉輪等。（三）壓力鑄造的特點及其應(yīng)用壓鑄有如下特點： （1）壓鑄件尺寸精度高，表面質(zhì)量好，尺寸公差等級為IT11~IT13，~，可不經(jīng)機械加工直接使用，而且互換性好。（2）鑄件的晶粒較細，力學(xué)性能好。缺點：工序繁雜，生產(chǎn)周期長，原輔材料費用比砂型鑄造高，生產(chǎn)成本較高，鑄件不宜太大、太長，一般限于25kg以下。圖717 車床進給箱體鑄造工藝圖（局部） 特種鑄造（40min） 熔模鑄造熔模鑄造又名“失蠟鑄造”，是用易熔的蠟質(zhì)材料制作模型，用造型材料將其包覆若干層后形成型殼，再將其中蠟?zāi)Ｈ刍匠?，烘干后澆入金屬液而獲得鑄件的方法。圖716 車床進給箱體分型面的選擇方案上述諸方案各有其優(yōu)缺點，需結(jié)合具體生產(chǎn)條件，找出最佳方案。適用于成批、大量生產(chǎn)或重要鑄件的生產(chǎn) ⑦在完成鑄造工藝圖的基礎(chǔ)上，畫出鑄件圖 鑄 型 裝 配 圖 表示出澆注位置，型芯數(shù)量、固定和下芯順序，澆冒口和冷鐵布置，砂箱結(jié)構(gòu)和尺寸大小等 是生產(chǎn)準(zhǔn)備、合箱、檢驗、工藝調(diào)整的依據(jù) 適用于成批、大量生產(chǎn)的重要件，單件的重型鑄件 ⑧通常在完成砂箱設(shè)計后畫出 鑄造工藝卡片 說明造型、造芯、澆注、打箱、清理等工藝操作過程及要求 是生產(chǎn)管理的重要依據(jù) 根據(jù)批量大小填寫必要條件 ⑨綜合整個設(shè)計內(nèi)容 （五）實例分析 以C6140車床進給箱體為例分析毛坯的鑄造工藝方案如下：C6140車床進給箱體，該件質(zhì)量約35Kg，如圖131所示，該零件沒有特殊質(zhì)量要求的表面，僅要求盡量保證基準(zhǔn)面D不得有明顯鑄造缺陷，以便進行定位。鑄造收縮率K表達式為：式中 ——模樣或芯盒工作面的尺寸，單位為mm；——鑄件的尺寸，單位為mm。 當(dāng)改用方案II時，可省去活塊，僅在A處稍加挖砂即可。圖76為油盤鑄件的合理澆注位置。注意：為了提高型芯的剛度和強度，需在型芯中放入芯骨；為了提高型芯的透氣性，需在型芯的內(nèi)部制作通氣孔；為了提高型芯的強度和透氣性，一般型芯需烘干使用。每造一件，就挖砂一次，費工、生產(chǎn)率低 用于單件或小批量生產(chǎn)分型面不是平面的鑄件 為了克服挖砂造型的缺點，先將模樣放在一個預(yù)先作好的假箱上，然后放在假箱上造下型，省去挖砂操作。液態(tài)成形（鑄造）的優(yōu)點： （1）適應(yīng)性廣，工藝靈活性大（材料、大小、形狀幾乎不受限制）（2）最適合形狀復(fù)雜的箱體、機架、閥體、泵體、缸體等（3）成本較低（鑄件與最終零件的形狀相似、尺寸相近）主要問題：組織疏松、晶粒粗大，鑄件內(nèi)部常有縮孔、縮松、氣孔等缺陷產(chǎn)生，導(dǎo)致鑄件力學(xué)性能，特別是沖擊性能較低。 滲碳將鋼放入滲碳的介質(zhì)中加熱并保溫，使活性碳原子滲入鋼的表層的工藝稱為滲碳。淬火后的組織為均勻細小的馬氏體。 再結(jié)晶，金屬原子獲得更多的熱能，則開始以某些碎晶或雜質(zhì)為核心結(jié)晶成新晶粒，從而消除了殘余應(yīng)力和加工硬化現(xiàn)象。 運用杠桿定律時要注意, 它只適用于相圖中的兩相區(qū), 并且只能在平衡狀態(tài)下使用。一個是設(shè)計機械零件的強度指標(biāo)，一個是安全性指標(biāo)（配合延伸率）。、W、V、K等。絕大多數(shù)金屬具有超導(dǎo)性，即在溫度接近于絕對零度時電阻突然下降，趨近于零。三、金屬鍵周期表中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ族元素的原子在滿殼層外有一個或幾個價電子。 －－低合金高強度鋼 。具有綜合運用工藝知識，初步分析零件結(jié)構(gòu)工藝性的能力。初步了解新材料、新技術(shù)、新工藝的特點和應(yīng)用。二、材料分類： 材料按工業(yè)工程來分類：機械工程材料，土建工程材料，電子材料等等；本課程主要涉及的是機械工程材料三、金屬材料及其學(xué)習(xí)方法金屬材料的性能均其化學(xué)成分、顯微組織及加工工藝之間的關(guān)系． 四、這門課的主要內(nèi)容： 工程材料：金屬材料（主要）、非金屬材料（次要） 主線：性能與化學(xué)成分、組織和熱處理工藝之間關(guān)系 成型技術(shù)：鑄、鍛、焊；非金屬材料實驗： 性能測試、材料熱處理 第一章 工程材料結(jié)構(gòu)與性能 材料原子(或分子)的相互作用 各種工程材料是由各種不同的元素組成，由不同的原子、離子或分子結(jié)合而成。原子很容易丟失其價電子而成為正離子。3. 不透明并呈現(xiàn)特有的金屬光澤。（2）面心立方晶格Cu、AAu、（3） 排六方晶格?Be、Mg、Zn 實際晶體結(jié)構(gòu)1． 單晶體與多晶體單晶體：結(jié)晶方位完全一致的晶體稱為“單晶體”： 單晶體具有各向異性多晶體：實際金屬結(jié)構(gòu)是有許多單晶體組成：晶粒。硬度是材料局部強度的指標(biāo)。因為 杠桿的兩個端點為給定溫度時兩相的成分點, 而支點為合金的成分點。這個過程稱為再結(jié)晶，這時的溫度稱為最低再結(jié)晶溫度利用金屬的形變強化可提高金屬的強度，這是工業(yè)生產(chǎn)中強化金屬材料的一種手段。過共析鋼的淬火加熱溫度為Ac1以上30~50度，淬火后的組織為均勻細小的馬氏體和粒狀二次滲碳體，有利于增加鋼的硬度和耐磨性。 注意和表面淬火的區(qū)別1．滲碳方法；2．滲碳工藝參數(shù)滲碳時主要工藝參數(shù)是加熱溫度和保溫時間。分類：鑄造從造型方法來分，可分為砂型鑄造和特種鑄造兩大類。操作簡便，分型面整齊 用于成批生產(chǎn)分型面不是平面的鑄件 將模樣沿最大截面處分為兩半，型腔分別位于上、下兩個半型內(nèi)。目的：為了獲得健全的合格鑄件，減小鑄型制造的工作量，降低鑄件成本，在砂型鑄造的生產(chǎn)準(zhǔn)備過程中，必須合理地制訂出鑄造工藝方案，并繪制出鑄造工藝圖。圖76 薄壁件的澆注位置3．圖79 支架的分型方案鑄件的內(nèi)腔一般是由型芯形成的，有時可用型芯簡化模樣的外形，制出妨礙起模的凸臺、側(cè)凹等。 加工余量和最小鑄出孔 在鑄件上為切削加工而加大的尺寸稱為機械加工余量。 500~800 頂面 底、側(cè)面 ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ 通常，%~%，%~%，%~%。它的材料為鑄造性能優(yōu)良的灰鑄鐵（HT150），勿需考慮補縮。大批量生產(chǎn)條件下，為減少切削加工工作量，九個軸孔需要鑄出。圖718 熔模鑄造示意圖（一）熔模鑄造的工藝過程1．制造蠟?zāi)? 蠟?zāi)２牧铣Ｓ?0%石蠟和50%硬脂酸配制而成。產(chǎn)品：生產(chǎn)汽輪機及燃氣輪機的葉片，泵的葉輪，切削刀具，以及飛機、汽車、拖拉機、風(fēng)動工具和機床上的小型零件。（3）可實現(xiàn)一型多鑄，提高了勞動生產(chǎn)率，且節(jié)約造型材料。（2）可以壓鑄壁薄、形狀復(fù)雜以及具有很小孔和螺紋的鑄件，、。 金屬或合金的鑄造性能一、金屬或合金的流動性及充型 液態(tài)合金充滿型腔是獲得形狀完整、輪廓清晰合格鑄件的保證，鑄件的很多缺陷都是在此階段形成的。 鋁硅合金（硅鋁明） 鎂合金（含Al和Zn） 錫青銅（wSn≈10%，wZn≈2%） 硅黃銅（wSi=%~%） 砂型 砂型 金屬型（300℃） 砂型 砂型 砂型 1600 1640 680~720 700 1040 1100 100 200 700~800 400~600 420 1000 2.收縮能使鑄件產(chǎn)生縮孔、縮松、裂紋、變形和內(nèi)應(yīng)力等缺陷。常用鑄造合金的線收縮率見表 。順序凝固：在鑄件可能出現(xiàn)縮孔的厚大部位，通過安放冒口等工藝措施，使鑄件上遠離冒口的部位最先凝固（圖18I），爾后是靠近冒口的部位凝固（圖727 Ⅱ、Ⅲ），冒口本身最后凝固。 圖733 T型梁鑄鋼件變形示意圖反變形法：有效地防止變形的產(chǎn)生，如圖115所示。 鑄件結(jié)構(gòu)工藝性 鑄件工藝對鑄件結(jié)構(gòu)的要求外形、內(nèi)腔、斜度1．對鑄件外形的要求：(1)避免鑄件外形側(cè)凹；(2)鑄件外形應(yīng)去掉不必要的外圓角，使分型面為 平面。（一）灰鑄鐵 1．灰鑄鐵的顯微組織和性能特點 金屬基體（F、F+P、P）與片狀石墨（G）所組成，如圖735所示。此外，硫還使鑄鐵鑄造性變壞（如降低鐵液流動性、增大鑄件收縮率等），%~%以下，高強度鑄鐵則應(yīng)更低。壁厚的影響：在鑄型材料相同的條件下，壁厚不同的鑄件因冷卻速度的差異，鑄鐵的組織和性能也隨之而變，因此，必須按照鑄件的壁厚選定鑄鐵的化學(xué)成分和牌號。圖738 球墨鑄鐵的顯微組織a）鐵素體球墨鑄鐵 b）鐵素體+珠光體球墨鑄鐵 c）珠光體球墨鑄鐵 球墨鑄鐵的石墨呈球狀，它對基體的割裂作用減至最低限度，基體強度的利用率可達70%~90%，因此球墨鑄鐵具