1、金 属 工 艺 学 实 习( 非 机 类 )清 华 大 学 金 属 工 艺 学 教 研 室严 绍 华 张 学 政 主 编清 华 大 学 出 版 社( 京 ) 新 登 字 158 号内 容 简 介本 书 根 据 国 家 教 委 工 程 材 料 和 机 械 制 造 基 础 课 程 指 导 小 组 制 定 的 金 工 实 习 教 学 基 本 要 求 编 写 。 其 内 容包 括 钢 铁 的 基 本 知 识 、 铸 造 、 锻 压 、 焊接 、 切 削 加 工 的 基 本 知 识 、 车 工 、 铣 工 、 刨 工 、 磨 工 、 钳 工 、 零 件 加 工 工 艺 及 结 构 工 艺 性 等 九 章
2、 , 各 章 后 均 有 复 习思 考 题 。 内 容 力求 精 选 , 讲 求 实 用 , 图 文 并 茂 , 便 于 自 学 。本 书 可 作 为 高 等 工 科 院 校 非 机 类 专 业 及 部 分 理 科 专 业 学 生 的 金 工 实 习 教 材, 也 可 供 电 视 大 学 、 职 工 大 学 、 函 授 大 学 选 用及 有 关 专 业 的 工 程 技 术 人 员和 技 术 工 人 参 考 。书 名 : 金 属 工 艺 学 实 习 ( 非 机 类 )作 者 名 : 严 绍 华 等出 版 者 : 清 华 大 学 出 版 社 ( 北 京 清 华 大 学 校 内 , 邮 编 1000
3、84) htt p: / / w ww. tup. t singhua . edu . cn责 任 编 辑 : 魏 荣 桥印 刷 者 : 北 京 国 马 印 刷 厂 印 刷发 行 者 : 新 华 书 店 总 店 北 京 科 技 发 行 所开 本 : 787 1092 1/ 16 印 张 : 12.75 字 数 : 301 千 字版 次 : 1998 年 9 月 第 1 版 1998 年 9 月 第 1 次 印 刷书 号 : ISBN 7-302-00944-9/ T H 41印 数 : 42001 46000定 价 : 11.00 元前 言本 书 根 据 工 程 材 料 和 机 械 制 造 基
4、 础 课 程 指 导 小 组 制 定 的 金 工 实 习 教 学 基 本 要 求 , 结 合 我 校 多 年 来 金 工 实 习 教 学 实 践 , 在 我 校 原 金 属 工 艺 学 实 习 讲 义 基 础 上 经 修 订 而 成 。 金 工 实 习 是 工 科 高 等 院 校 中 对 学 生 进 行 工 程 训 练 的 重 要 实 践 环 节 之 一 , 它 是 一 门 传授 机 械 制 造 基 础 知 识 和 技 能 的 技 术 基 础 课 。 本 书 着 重 介 绍 金 属 的 主 要 成 形 方 法 和 加 工 方 法 、 毛 坯 制 造 和 零 件 加 工 的 一 般 工 艺 过
5、程 , 所 用 设 备 的 构 造 、 工 作 原 理 和 使 用 方 法 , 所 用 的材 料 、 工 具 、 附 件 与 刀 具 及 安 全 技 术 等 。本 书 编 写 中 力 求 突 出 重 点 和 讲 求 实 用 , 强 调 可 操 作 性 和 便 于 自 学 , 供 学 生 在 金 工 实 习 期 间 预 习 和 复 习 时 使 用 。 各 章 后 的 复 习 思 考 题 体 现 了 教 学 基 本 要 求 , 可 帮 助 学 生 明 确 实 习 要 求 和 掌 握 重 点 内 容 。本 书 由 清 华 大 学 金 属 工 艺 学 教 研 室 组 织 编 写 。 参 加 编 写 工
6、 作 的 教 师 有 : 严 绍 华 ( 第 一 、 四 章 ) 、 曹 聿 ( 第 二 章 ) 、 李 家 枢 ( 第 三 章 ) 、 张 学 政 ( 第 五 、 七 、 八 章 及 绪 论 ) 、 马 二 恩 ( 第 六 、 九 章 ) , 并 由 严 绍 华 担 任 绪 论 和 前 四 章 主 编 , 张 学 政 担 任 后 五 章 主 编 。 金 问 楷 、 龚 国 尚 等 同 志 分 别 对 本 书 讲 义 初 稿 进 行 了 审 阅 , 在 此 表 示 衷 心 的 感 谢 。本 书 可 作 为 高 等 工 科 院 校 本 科 非 机 类 专 业 及 部 分 理 科 专 业 学 生
7、的 金 工 实 习 教 材 , 也 可 作 为 电 视 大 学 、 职 工 大 学 、 专 科 学 校 及 中 等 专 业 学 校 进 行 金 工 实 习 或 金 属 工 艺 学 教 学 的 参 考 书 。由 于 编 者 水 平 所 限 , 书 中 难 免 有 错 误 与 不 妥 之 处 , 恳 请 读 者 批 评 指 正 。编 者 三 、 硬 度 5 一 、 金属 型 铸 造 31四 、 冲 击 韧 性 8 二 、 压力 铸 造 32 1-2 钢 的 分 类 和 编 号 8 三 、 熔模 铸 造 33一 、 钢 的 分 类 8 四 、 离心 铸 造 34二 、 灰 铸 铁 11 3-1 概述
8、 38三 、 可 锻 铸 铁 11 3-2 坯 料 的 加 热 39一 、 冲 天 炉 的 构 造 25 4-1 概述 53二 、 冲 天 炉 用 炉 料 25 4-2 手 工 电 弧 焊 54目 录绪 论 1 分析 29第 一 章 钢 铁 的 基 本 知 识 4 1-1 金 属 材 料 的 力 学 性 能 4一 、 强 度 4二 、 塑 性 5一 、 落砂 29二 、 清理 29三 、 铸件 缺 陷 分 析 29 2-5 特 种 铸 造 31二 、 钢 的 编 号 9 1-3 常 用 铸 铁 10一 、 白 口 铸 铁 10 2-6 铸 件 结 构 特 点 35复 习 思 考 题 37第 三
9、 章 锻 压 38四 、 球 墨 铸 铁 11 1-4 热 处 理 基 本 概 念 12一 、 退 火 与 正 火 12二 、 淬 火 与 回 火 12三 、 表 面 热 处 理 13复 习 思 考 题 13第 二 章 铸 造 15 2-1 概 述 15 2-2 砂 型 的 制 造 16一 、 型 砂 16二 、 模 样 16三 、 造 型 17四 、 造 芯 21五 、 铸 造 工 艺 21 2-3 合 金 的 熔 炼 与 浇 注 25一 、 锻造 温 度 范 围 39二 、 锻造 加 热 炉 39三 、 钢的 加 热 缺 陷 40 3-3 自 由 锻 41一 、 自由 锻 锤 41二 、
10、自由 锻 的 基 本 工 序 及 其操作 42三 、 自由 锻 的 变 形 工 艺 45 3-4 胎 模 锻 47 3-5 板 料 冲 压 49一 、 冲床 49二 、 板料 冲 压 的 基 本 工 序 50三 、 冲模 51复 习 思 考 题 52第 四 章 焊 接 53三 、 冲 天 炉 的 熔 炼 过程 26四 、 浇 注 27五 、 中 频 感 应 电 炉 和坩 埚 炉 的熔 炼 27 2-4 铸 件 的 落 砂 、 清 理 及 缺 陷 一 、 手弧 焊 机 54二 、 电焊 条 56三 、 焊接 接 头 形 式 和 坡 口 57四 、 焊接 位 置 58五 、 焊接 工 艺 参 数
11、59六 、 焊 接 变 形 60 三 、 车床 的 传 动 系 统 102七 、 焊 接 缺 陷 及 其 检验 60 6-3 车 床 操 作 要 点 104八 、 手 弧 焊 安 全 技 术 62 一 、 工件 的 安 装 104 4-3 气 焊 与 气 割 63 二 、 车刀 的 安 装 105一 、 气 焊 设 备 63 三 、 刻度 盘 及 刻 度 盘 手 柄 的二 、 焊 丝 与 气 焊 熔 剂 67 使用 106三 、 氧 乙 炔 焰 67 四 、 车削 步 骤 106四 、 氧 气 切 割 68 五 、 粗车 和 精 车 107 4-4 其 他 焊 接 方 法 69 六 、 车床
12、操 作 注 意 事 项 108一 、 埋 弧 自 动 焊 69 6-4 基 本 车 削 工 作 109二 、 气 体 保 护 电 弧 焊 71 一 、 车端 面 109三 、 电 阻 焊 73 二 、 车外 圆 及 台 阶 109四 、 钎 焊 73 三 、 钻孔 和 镗 孔 110复 习 思 考 题 74 四 、 切槽 和 切 断 111五 章 切 削 加 工 的 基 本 知 识 75 五 、 车 锥 面 112 5-1 切 削 加 工 概 述 75 六 、 车回 转 成 形 面 115一 、 切 削 加 工 的 实 质和 分 类 75 七 、 车螺 纹 115二 、 机 床 的 切 削 运
13、 动 75 八 、 滚花 118三 、 切 削 用 量 三 要 素 76 6-5 车 床 附 件 119 5-2 切 削 刀 具 77 一 、 四爪 卡 盘 119一 、 刀 具 材 料 77 二 、 顶尖 、 拨 盘 和卡 箍 119二 、 刀 具 角 度 78 三 、 心轴 122三 、 刀 具 的 刃 磨 81 四 、 花盘 123 5-3 常 用 量 具 82 五 、 花盘 -弯 板 123一 、 游 标 卡 尺 82 六 、 中心 架 124二 、 百 分 尺 84 七 、 跟刀 架 124三 、 塞 规 与 卡 规 86 复 习 思 考 题 125四 、 百 分 表 86 第 七
14、章 铣 工 、 刨 工 和 磨 工 127五 、 刀 口 尺 87 7-1 铣工 127六 、 厚 薄 尺 88 一 、 铣工 概 述 127七 、 直 角 尺 88 二 、 普通 铣 床 127 5-4 零 件 技 术 要 求 简 介 88 三 、 铣刀 及 其 安 装 130一 、 表 面 粗 糙 度 88 四 、 工件 的 装 夹 132二 、 尺 寸 精 度 89 五 、 基本 铣 削 工 作 132三 、 形 状 精 度 90 六 、 齿形 加 工 简 介 137四 、 位 置 精 度 92 7-2 刨工 140复 习 思 考 题 94 一 、 刨工 概 述 140六 章 车 工 9
15、6 二 、 牛 头 刨 床 140 6-1 车 工 概 述 96 三 、 刨刀 及 其 安 装 142 6-2 普 通 车 床 97 四 、 工件 的 装 夹 143一 、 C6136 车 床 97 五 、 基本 刨 削 工 作 144二 、 C6132 车 床 99 六 、 刨削 类 机 床 145第第 7-3 磨 工 147 8-6 攻 螺 纹 和 套 螺 纹 169一 、 磨 工 概 述 147 一 、 攻螺 纹 169二 、 砂 轮 148 二 、 套螺 纹 169三 、 平 面 磨 床 及 其 工作 148 8-7 装配 170四 、 外 圆 磨 床 及 其 工作 151 一 、 装
16、配 的 作 用 170五 、 内 圆 磨 床 及 其 工作 简 介 154 二 、 装配 的 组 合 形 式 171复 习 思 考 题 155第 八 章 钳 工 157 8-1 钳 工 概 述 157一 、 钳 工 工 作 范 围 157二 、 钳 工 工 作 台 和 虎钳 157 8-2 划 线 158一 、 划 线 的 作 用 和 种类 158二 、 划 线 工 具 及 其 用途 158三 、 划 线 基 准 160四 、 划 线 操 作 160三 、 部件 装 配 举 例 172四 、 几种 典 型 装 配 工 作 174五 、 拆卸 工 作 176复 习 思 考 题 176第 九 章
17、零 件 加 工 工 艺 及 结 构 工 艺 性 177 9-1 机 械 加 工 方 法 的 选 择 177一 、 外圆 加 工 方 法 的 选 择 177二 、 孔加 工 方 法 的 选 择 178三 、 平面 加 工 方 法 的 选 择 179 9-2 典 型 零 件 的 加 工 工 艺 179 8-3 锯 切 161 一 、 零件 机 械 加 工 工 艺 的一 、 手 锯 161 制定 179二 、 锯 切 操 作 162 二 、 盘套 类 零 件 加 工 工 艺 181 8-4 锉 削 163 三 、 轴类 零 件 加 工 工 艺 184一 、 锉 刀 163 9-3 零 件 的 结 构
18、 工 艺 性 188二 、 锉 削 操 作 164 一 、 零件 结 构 工 艺 性 的 概 念 188 8-5 钻 孔 、 扩 孔 和 铰 孔 165 二 、 零件 结 构 的 切 削 加 工 工 艺一 、 钻 床 165 性 举 例 188二 、 钻 孔 166 三 、 零件 结 构 的 装 配 工 艺 性三 、 扩 孔 167 举例 195四 、 铰 孔 168 复 习 思 考 题 197 绪 论金 属 工 艺 学 实 习 是 一 门 传 授 机 械 制 造 基 础 知 识 的 实 践 性 很 强 的 技 术 基 础 课 , 是 工 科院 校 中 工 程 训 练 不 可 缺 少 的 重
19、要 环 节 之 一 。 它 还 是 金 属 工 艺 学 讲 课 必 须 具 备 的 实 践 教 学 环 节 。一 、 金 属 工 艺 学 实 习 的 内 容金 属 工 艺 学 实 习 涉 及 一 般 机 械 制 造 生 产 的 全 过 程 。 机 械 制 造 过 程 如 图 0-1 所 示 , 根 据 设 计 图 纸 和 工 艺 文 件 , 将 原 材 料 用 铸 造 、 锻 造 、 冲 压 、 焊 接 等 方 法 制 成 零 件 的 毛 坯 ( 或 半 成图 0-1 机 械 制 造 过 程品 、 成 品 ) , 再 经 切 削 加 工 制 成 零 件 , 最 后 将 零 件 装 配 成 合
20、格 的 机 械 产 品 。 现 将 机 械 制 造 过 程 中 的 主 要 工 艺 方 法 简 介 如 下 :铸 造 铸 造 是 把 熔 化 的 金 属 浇 注 到 具 有 和 零 件 形 状 相 适 的 铸 型 空 腔 中 , 待 其 冷 却 凝 固 后 获 得 铸 件 毛 坯 的 方 法 。 铸 造 的 主 要 优 点 是 可 以 生 产 形 状 复 杂 、 特 别 是 内 腔 复 杂 的 毛 坯 。 铸 造 的 应 用 十 分 广 泛 , 在 一 般 机 器 设 备 中 , 铸 件 约 占 总 重 量 的 40 90% ; 在 金 属 切 削 机 床 中 占 70 80% , 在 一 些
21、 重 型 机 械 、 矿 山 设 备 中 占 85% 以 上 。锻 造 锻 造 是 将 金 属 加 热 到 一 定 温 度 、 利 用 冲 击 力 或 压 力 使 其 产 生 塑 性 变 形 而 获 得 锻 件 毛 坯 的 加 工 方 法 。 锻 件 的 组 织 比 铸 件 致 密 , 力 学 性 能 高 , 但 锻 件 形 状 所 能 达 到 的 复 杂 程 度 不 如 铸 件 , 锻 造 零 件 的 材 料 利 用 率 也 较 低 。 各 种 机 械 中 受 力 复 杂 的 重 要 零 件 , 如 主 轴 、 传 动 轴 、 齿 轮 、 凸 轮 、 叶 轮 、 叶 片 等 , 大 都 采
22、用 锻 件 。冲 压 冲 压 是 利 用 装 在 冲 压 机 床 上 的 冲 模 , 对 金 属 板 料 加 压 , 使 之 产 生 变 形 或 分 离 , 从 而 获 得 零 件 或 毛 坯 的 加 工 方 法 。 冲 压 件 具 有 重 量 轻 、 刚 性 好 、 精 度 高 等 优 点 , 各 种 机 械 中 的 板 料 成 形 件 和 电 器 、 仪 表 及 生 活 用 品 中 的 金 属 制 品 , 绝 大 多 数 都 是 冲 压 件 。焊 接 焊 接 是 利 用 加 热 或 加 压 ( 或 两 者 并 用 ) 使 两 部 分 分 离 的 金 属 形 成 原 子 间 结 合 的 一
23、种 不 可 拆 卸 的 连 接 方 法 。 焊 接 具 有 连 接 质 量 好 、 节 省 金 属 、 生 产 率 高 等 优 点 。 焊 接 可 制 造 金 属 结 构 件 , 如 机 架 、 锅 炉 、 桥 梁 、 船 体 等 ; 也 可 制 造 零 件 毛 坯 , 如 某 些 机 座 、 箱 体 等 。下 料 下 料 是 将 各 种 型 材 利 用 机 锯 、 气 割 或 剪 切 获 得 零 件 坯 料 的 一 种 方 法 。1切 削 加 工 切 削 加 工 是 用 切 削 工 具 从 毛 坯 或 型 材 坯 料 上 切 去 多 余 的 材 料 , 获 得 几 何 形 状 、 尺 寸 及
24、 表 面 粗 糙 度 等 方 面 均 符 合 图 纸 要 求 的 零 件 的 方 法 。 切 削 加 工 又 分 为 钳 工 和 机 械 加 工 ( 简 称 机 工 ) 两 大 部 分 。 钳 工 一 般 是 用 手 工 工 具 对 工 件 进 行 加 工 的 , 其 基 本 操 作 包 括 划 线 、 錾 削 、 锯 切 、 锉 削 、 钻 孔 、 铰 孔 、 攻 螺 纹 、 套 螺 纹 、 刮 削 和 研 磨 等 。 机 工 是 由 工 人 操 纵 机 床 进 行 切 削 加 工 的 , 常 见 的 有 车 削 、 钻 削 、 镗 削 、 铣 削 、 刨 削 和 磨 削 等 。 切 削 加
25、 工 在 机 械 制 造 中 占 有 十 分 重 要 的 地 位 , 几 乎 所 有 的 机 器 零 件 都 要 经 过 切 削 加 工 。热 处 理 在 毛 坯 制 造 和 切 削 加 工 过 程 中 常 常 要 对 工 件 进 行 热 处 理 。 热 处 理 是 将 固 态 金 属 在 一 定 的 介 质 中 加 热 、 保 温 后 以 某 种 方 式 冷 却 , 以 改 变 其 整 体 或 表 面 组 织 , 从 而 获 得所 需 性 能 的 工 艺 方 法 。 通 过 热 处 理 可 以 提 高 金 属 材 料 的 强 度 和 硬 度 , 或 者 改 善 材 料 的 塑 性 和 韧 性
26、 等 , 以 充 分 发 挥 金 属 材 料 的 潜 力 。 机 器 中 很 多 零 件 要 经 过 热 处 理 , 例 如 机 床 上 有80% 左 右 的 零 件 要 进 行 热 处 理 。 钢 的 常 用 热 处 理 方 法 有 退 火 、 正 火 、 淬 火 、 回 火 和 表 面 热 处 理 等 。装 配 装 配 是 将 零 件 按 装 配 工 艺 要 求 组 装 起 来 , 并 经 过 调 试 和 检 验 等 使 之 成 为 合 格 产 品 的 过 程 。通 常 把 铸 造 、 锻 造 、 焊 接 和 热 处 理 称 为 热 加 工 , 切 削 加 工 和 装 配 称 为 冷 加
27、工 。 金 属 工 艺 学 实 习 的 主 要 内 容 如 下 :1. 钢 铁 的 基 本 知 识 ;2. 冷 热 加 工 的 主 要 加 工 方 法 、 加 工 工 艺 以 及 所 用 设 备 、 附 件 、 工 具 、 量 具 和 刀 具 的 使用 方 法 ;3. 零 件 的 一 般 结 构 工 艺 性 问 题 。 实 习 在 工 厂 内 按 工 种 进 行 。 教 学 环 节 有 实 际 操 作 、 现 场 表 演 、 专 题 课 、 综 合 训 练 和 教 学实 验 等 。 其 中 实 际 操 作 是 实 习 的 主 要 环 节 , 通 过 实 际 操 作 获 得 各 种 加 工 方
28、法 的 感 性 知 识 , 初 步 学 会 使 用 有 关 的 设 备 和 工 具 ; 现 场 表 演 在 实 际 操 作 的 基 础 上 进 行 , 以 扩 大 必 要 的 工 艺 知 识 面 ; 专 题 课 是 就 某 些 工 艺 问 题 安 排 的 专 题 讲 解 ; 综 合 训 练 是 运 用 所 学 知 识 和 技 能 , 独 立 分 析 、 解 决 一 个 具 体 的 工 艺 问 题 , 并 亲 自 付 诸 实 践 的 一 种 综 合 性 练 习 ; 教 学 实 验 以 介 绍新 技 术 新 工 艺 为 主 , 目 的 是 扩 大 知 识 面 和 开 阔 视 野 。二 、 金 属
29、工 艺 学 实 习 的 目 的 要 求学 习 工 艺 知 识 , 培 养 实 践 能 力 , 训 练 良 好 作 风 , 这 既 是 金 属 工 艺 学 实 习 的 目 的 , 也 是 对 金 属 工 艺 学 实 习 的 三 项 基 本 要 求 。1. 学 习 工 艺 知 识工 科 院 校 的 学 生 , 除 了 应 具 备 较 强 的 基 础 理 论 知 识 和 本 专 业 的 技 术 知 识 外 , 还 必 须 具 备 一 定 的 机 械 制 造 过 程 的 基 本 工 艺 知 识 。 这 对 机 械 类 专 业 是 如 此 , 对 电 类 和 大 多 数 其 他 类 型 的 专 业 也
30、是 如 此 , 因 为 在 技 术 科 学 领 域 中 , 无 论 从 事 哪 种 专 业 , 都 与 机 械 有 着 或 多 或 少的 联 系 , 都 不 可 避 免 地 要 和 机 械 打 交 道 。 例 如 , 无 线 电 、 计 算 机 等 专 业 所 设 计 和 使 用 的 各 种 电 子 、 电 器 元 件 及 设 备 , 均 要 用 机 械 来 制 造 , 许 多 电 子 、 电 器 设 备 本 身 还 包 含 着 机 械 部 分 ; 化 工 专 业 的 化 工 设 备 , 也 大 都 是 机 械 设 备 ; 自 动 控 制 专 业 的 各 种 控 制 系 统 都 必 须 与 作
31、 为 执 行 机 构 的 机 械 装 置 相 联 系 。 因 此 , 具 备 一 定 的 机 械 制 造 工 艺 的 基 本 知 识 , 对 某 些 后 续 课 程2的 学 习 、 毕 业 设 计 和 今 后 的 工 作 , 都 将 大 有 益 处 。2. 培 养 实 践 能 力对 于 理 工 科 院 校 的 毕 业 生 , 具 有 一 定 的 动 手 能 力 , 具 备 向 实 践 学 习 、 运 用 所 学 知 识 和 技 能 去 独 立 分 析 、 亲 自 解 决 一 般 工 艺 技 术 问 题 的 能 力 , 是 十 分 重 要 的 。 由 于 金 属 工 艺 学 实 习 是 一 门
32、实 践 性 很 强 的 课 程 , 直 接 参 加 工 厂 的 生 产 实 践 , 接 触 机 械 制 造 的 生 产 过 程 , 操 纵 各 种 机 器 设 备 , 使 用 各 种 工 具 , 为 培 养 实 践 能 力 创 造 了 良 好 的 条 件 和 环 境 。 例 如 , 机 工 实 习 可 培 养 操 纵 机 器 设 备 的 能 力 , 铸 工 、 钳 工 实 习 可 培 养 手 工 使 用 工 具 的 能 力 , 综 合 训 练 环 节 可 培 养 独 立 分 析 、 解 决 实 际 问 题 的 能 力 。3. 训 练 良 好 作 风作 为 一 个 工 程 技 术 人 员 , 在
33、 政 治 思 想 素 质 方 面 应 具 有 坚 定 正 确 的 政 治 方 向 , 艰 苦 奋 斗 的 创 业 精 神 , 团 结 勤 奋 的 工 作 态 度 和 严 谨 进 取 的 科 学 作 风 。 由 于 金 属 工 艺 学 实 习 是 在 生 产 实 践 的 特 殊 环 境 下 进 行 的 , 是 学 生 第 一 次 接 触 工 人 群 众 , 第 一 次 用 自 身 的 劳 动 为 社 会 创 造 物 质 财 富 , 第 一 次 通 过 理 论 和 实 践 的 结 合 来 检 验 自 身 的 学 习 效 果 , 第 一 次 以 劳 动 者 的 身 份 在 组 织 纪 律 和 作 风
34、 上 约 束 自 己 , 必 然 在 思 想 观 念 和 作 风 上 产 生 较 大 的 影 响 。 在 实 习 中 , 要 自 觉 地 进 行 思 想 和 作 风 方 面 的 锻 炼 , 向 实 际 学 习 , 向 工 人 群 众 学 习 , 培 养 劳 动 观 点 , 加 深 对 理 论 联 系 实 际 重 要 性 的 认 识 , 加 强 组 织 性 和 纪 律 性 , 训 练 良 好 的 作 风 , 努 力 提 高 自 己 的 全面 素 质 。3第 一 章 钢 铁 的 基 本 知 识 1-1 金 属 材 料 的 力 学 性 能钢 铁 是 机 械 制 造 中 应 用 最 广 泛 的 金 属
35、 材 料 , 它 不 仅 具 备 机 械 零 件 在 使 用 过 程 中 所 需的 性 能 , 如 力 学 性 能 、 物 理 性 能 、 化 学 性 能 等 , 而 且 具 有 加 工 制 造 过 程 中 所 应 有 的 工 艺 性 能 , 如 铸 造 性 能 、 锻 造 性 能 、 焊 接 性 能 、 切 削 加 工 性 能 等 。金 属 材 料 的 力 学 性 能 是 指 金 属 材 料 在 外 力 作 用 下 所 表 现 出 来 的 特 性 , 包 括 强 度 、 塑 性 、 硬 度 、 韧 性 等 。一 、 强 度金 属 材 料 在 外 力 作 用 下 抵 抗 永 久 变 形 和 断
36、 裂 的 能 力 , 称 为 强 度 。 按 照 外 力 作 用 的 方 式 不 同 , 强 度 可 分 为 抗 拉 强 度 、 抗 压 强 度 、 抗 弯 强 度 和 抗 剪 强 度 等 。 工 程 上 常 用 来 表 示 金 属 强 度 的 指 标 有 屈 服 点 和 抗 拉 强 度 。为 了 测 定 金 属 材 料 的 屈 服 点 和 抗 拉 强 度 可 进 行 拉 伸 试 验 。 首 先 , 将 标 准 拉 伸 试 样 ( 图 1-1a ) 安 装 在 拉 伸 试 验 机 的 两 个 夹 头 上 , 然 后 缓 慢 增 加 拉 力 , 试 样 逐 渐 发 生 拉 伸 变 形 , 直 至
37、 试 样 被 拉 断 为 止 ( 图 1-1c) 。图 1-1 拉 伸 试 样 图 1-2 低 碳 钢 的 拉 伸 曲 线以 试 样 所 受 拉 力 P 为 纵 坐 标 , 试 样 伸 长 L 为 横 坐 标 , 根 据 试 验 中 两 者 变 化 数 据 , 可 以 绘 出 拉 伸 曲 线 图 。 通 常 , 拉 伸 曲 线 由 拉 伸 试 验 机 自 动 绘 出 。 图 1-2 为 低 碳 钢 的 拉 伸 曲 线 。当 金 属 材 料 受 外 力 作 用 时 , 其 内 部 产 生 与 外 力 相 平 衡 的 内 力 。 单 位 截 面 上 的 内 力 称 为 应 力 。从 图 1-2 中
38、 可 以 看 出 , 当 外 力 小 于 P e 时 , 试 样 的 变 形 属 于 弹 性 变 形 , 即 外 力 去 除 后 ,试 样 将 恢 复 到 原 始 长 度 ; 外 力 超 过 P e 后 , 试 样 除 发 生 弹 性 变 形 外 , 还 发 生 部 分 塑 性 变 形 ,4F2这 时 , 外 力 去 除 后 试 样 不 能 恢 复 到 原 始 长 度 。 当 外 力 增 大 到 P s 时 , 在 S 点 的 曲 线 几 乎 呈 水 平 线 段 , 这 说 明 拉 力 虽 不 增 加 , 伸 长 量 却 继 续 增 加 , 这 种 现 象 称 为 “屈 服 ”。 它 表 明
39、材 料 开 始 发 生 明 显 的 塑 性 变 形 。 材 料 产 生 屈 服 现 象 时 的 应 力 , 又 称 为 屈 服 点 。 可 通 过 下 式 计 算 :P s s =0式 中 P s 试 样 产 生 屈 服 现 象 时 的 拉 力 , N ; F 0 试 样 原 始 横 截 面 积 , m2 ; s 屈 服 点 , Pa 。当 外 力 超 过 P s 后 , 随 外 力 增 大 , 塑 性 变 形 明 显 增 大 。 当 外 力 增 加 到 P b 时 , 试 样 局 部 开 始 变 细 , 出 现 了 “缩 颈 ”( 图 1-1b) , 由 于 截 面 缩 小 , 使 试 样
40、继 续 变 形 所 需 的 外 力 下 降 。 到 P k 时 , 试 样 在 缩 颈 处 断 裂 。 试 样 在 拉 断 前 所 能 承 受 的 最 大 标 称 拉 应 力 , 称 为 抗 拉 强 度 。 可 用 下 式 表 示 : b = P b F0式 中 P b 试 样 在 拉 断 前 的 最 大 拉 力 , N ; F 0 试 样 原 始 横 截 面 积 , m2 ; b 抗 拉 强 度 , Pa 。屈 服 点 或 抗 拉 强 度 是 机 械 零 件 设 计 和 选 材 的 主 要 依 据 之 一 。二 、 塑 性金 属 材 料 在 外 力 作 用 下 产 生 不 可 逆 永 久 变
41、 形 的 能 力 称 为 塑 性 。 常 用 的 塑 性 指 标 有 伸 长 率 和 断 面 收 缩 率 。 = L 1 - L 0 100%L 0 = F 0 - F 1 100%F 0式 中 L 0 试 样 原 始 标 距 长 度 , mm;L 1 试 样 拉 断 后 标 距 长 度 , mm;2F 0 试 样 原 始 横 截 面 积 , m 。F 1 试 样 断 裂 处 的 横 截 面 积 , m 。伸 长 率 的 大 小 与 试 样 尺 寸 有 关 。 为 了 方 便 比 较 , 必 须 采 用 标 准 试 样 尺 寸 。 通 常 规 定 试 样 标 距 长 度 等 于 其 直 径 的
42、 5 倍 或 10 倍 , 测 得 的 伸 长 率 分 别 用 5 或 10 表 示 。良 好 的 塑 性 是 材 料 能 进 行 各 种 压 力 加 工 ( 如 冲 压 、 挤 压 、 冷 拔 、 热 轧 、 锻 造 等 ) 的 必 要 条 件 。 此 外 , 零 件 使 用 时 , 为 了 避 免 由 于 超 载 引 起 突 然 断 裂 , 也 需 具 有 一 定 的 塑 性 。三 、 硬 度硬 度 是 指 金 属 材 料 抵 抗 外 物 压 入 其 表 面 的 能 力 , 其 大 小 在 硬 度 计 上 测 定 。 常 用 的 硬 度 指 标 有 布 氏 硬 度 、 洛 氏 硬 度 和
43、维 氏 硬 度 等 。51. 布 氏 硬 度布 氏 硬 度 试 验 是 用 直 径 为 D 的 钢 球 或 硬 质 合 金 球 作 压 头 , 在 压 力 P 作 用 下 压 入 试 样 表 面 ( 图 1-3a ) , 经 规 定 的 保 持 时 间 后 , 卸 除 压 力 , 测 量 压 痕 直 径 d ( 图 1-3b) 。根 据 压 力 、 压 痕 平 均 直 径 , 用 下 式 可 求 出 布 氏 硬 度 值 HBS( H BW ) 。HBS( HBW ) = PF =2P D ( D - D2 - d 2 )式 中 P 压 力 , kgf;F 压 痕 的 面 积 , mm2 ;D
44、球 体 直 径 , mm ;d 压 痕 平 均 直 径 , mm;H BS( H BW ) 布 氏 硬 度 值 , k gf / mm2 。压 头 为 钢 球 时 用 H BS, 适 用 于 布 氏 硬 度 值 在 450 以 下 的 材 料 ; 压 头 为 硬 质 合 金 球 时用 H BW , 适 用 于 布 氏 硬 度 值 在 650 以 下 的 材 料 。 表 示 布 氏 硬 度 值 时 , 在 符 号 H BS 或 H BW 之 前 为 硬 度 值 , 符 号 后 面 按 一 定 顺 序 用 数 值 表 示 试 验 条 件 ( 球 体 直 径 、 压 力 大 小 和 保 持 时 间
45、等 ) 。 如 160 HBS 10/ 1000/ 30 表 示 用 直 径 10 mm 的 钢 球 在 1000 kgf 压 力 作 用 下 保 持30 s 测 得 的 布 氏 硬 度 值 为 160。 当 保 持 时 间 为 10 15 s 时 , 不 标 注 。a ) b)图 1-3 布 氏 硬 度 试 验 原 理2. 洛 氏 硬 度洛 氏 硬 度 试 验 是 用 顶 角 为 120的 金 刚 石 圆 锥 或 直 径 1. 588 mm 的 钢 球 作 压 头 , 在 初载 荷 P 0 及 总 载 荷 P ( 初 载 荷 P 0 + 主 载 荷 P 1 ) 分 别 作 用 下 压 入 被
46、 测 材 料 表 面 ( 图 1-4a 、 b) , 然 后 卸 除 主 载 荷 , 在 初 载 荷 下 测 量 压 痕 深 度 残 余 增 量 e 计 算 硬 度 值 ( 图 1-4c) 。 试 验 时 , 可 通 过 洛 氏 硬 度 计 上 的 刻 度 盘 直 接 读 出 洛 氏 硬 度 值 。根 据 所 用 的 压 头 和 载 荷 不 同 , 洛 氏 硬 度 有 几 种 硬 度 标 尺 , 常 用 的 有 A、 B、 C 三 种 标 尺 。 洛 氏 硬 度 值 用 符 号 H R 表 示 , 符 号 后 面 加 字 母 表 示 所 使 用 的 标 尺 , 硬 度 值 写 在 符 号 H
47、R 前 面 。 例 如 , 60 HR C 表 示 用 C 标 尺 测 定 的 洛 氏 硬 度 值 为 60( 见 表 1-1) 。62a ) b) c)图 1-4 洛 氏 硬 度 试 验 原 理表 1-1 三 种 洛 氏 硬 度 标 尺 的 试 验 条 件 和 应 用 范 围符 号 压 头 初 载 荷kgf( N )主 载 荷kgf( N )测 量 范 围 应 用 范 围H RA 顶 角 120金 刚 石 圆 锥 10( 98.1) 50( 490.3) 20 88 硬 质 合 金 或 表 面 处 理 过 的 零 件 等H RB 直 径 1.588 mm 钢球 10( 98.1) 90( 8
48、82.6) 20 100 退 火 钢 、 灰 铸铁 及 有 色 金 属 等H RC 顶 角 120金 刚 石 圆 锥 10( 98.1) 140( 1373) 20 70 淬 火 钢 、 调 质钢 等注 : 三 种 标 尺 的 硬 度 值 H RA 、 HR B、 H RC 的 计 算 公 式 如 下 :H R A( H R C) = 10 0 - e 0 . 0 0 2m mH R B = 13 0 - e 0 . 00 2m m式 中 e 卸 除 主 载 荷 后 , 在 初 载 荷 下 的 压 痕 深 度 残 余 增 量 , m m 。3. 维 氏 硬 度维 氏 硬 度 的 试 验 原 理 基 本 上 和 布 氏 硬 度 相 同 , 所 不 同 的 是 维 氏 硬 度 试 验 的 压 头 是 顶角 为 136的 金 刚 石 正 四 棱 锥 体 , 且 所 加 压 力 较 小 。 试 验 时 , 在 压 力 P 作 用 下 , 被 测 材 料 表 面 上 压 出 一 个 对 角 线 长 度 为 D 的 方 形 压 痕 。 维 氏 硬 度 值 ( H V ) 为 压 痕 单 位 面 积 上
