這是一個關于環(huán)保設備公司PPT課件，包括了材料的力學性能，碳素鋼，鋼的熱處理，合金鋼，鑄鐵，有色金屬及其合金，非金屬材料，鑄造，焊接，鍛壓等內容。緒 言 經過20多年的發(fā)展，中國環(huán)保產業(yè)已初具規(guī)模，一些技術、設備和服務項目已接近發(fā)達國家20世紀80年代的水平。我國的環(huán)保產業(yè)具有強大的市場需求和發(fā)展?jié)摿Γ瑩?jù)初步估算，2006年全國環(huán)境保護相關產業(yè)從業(yè)單位約3.5萬家，從業(yè)人員約300萬人，年產值總額約6000億元，實現(xiàn)利潤約520億元。日前，環(huán)保部副部長吳曉青在世界低碳與生態(tài)經濟大會暨技術博覽會上表示，我國正以環(huán)保服務業(yè)為龍頭，大力發(fā)展環(huán)保產業(yè)，預計“十二五”期間環(huán)保投資將超3萬億元，環(huán)保產業(yè)將保持年均15-20%的復合增長率。根據(jù)即將出臺的環(huán)保產業(yè)十二五規(guī)劃，到十二五期末，國內節(jié)能環(huán)保產業(yè)總產值要達到4.5萬億元，增加值占GDP比重達到2%左右，產值年均增長15%以上。其中，核心領域的環(huán)保裝備產業(yè)和環(huán)境服務業(yè)產值分別各達5000億元，歡迎點擊下載環(huán)保設備公司PPT課件。

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緒 言 經過20多年的發(fā)展，中國環(huán)保產業(yè)已初具規(guī)模，一些技術、設備和服務項目已接近發(fā)達國家20世紀80年代的水平。 我國的環(huán)保產業(yè)具有強大的市場需求和發(fā)展?jié)摿�，�?jù)初步估算，2006年全國環(huán)境保護相關產業(yè)從業(yè)單位約3.5萬家，從業(yè)人員約300萬人，年產值總額約6000億元，實現(xiàn)利潤約520億元。 日前，環(huán)保部副部長吳曉青在世界低碳與生態(tài)經濟大會暨技術博覽會上表示，我國正以環(huán)保服務業(yè)為龍頭，大力發(fā)展環(huán)保產業(yè)，預計“十二五”期間環(huán)保投資將超3萬億元，環(huán)保產業(yè)將保持年均15-20%的復合增長率�！� 根據(jù)即將出臺的環(huán)保產業(yè)十二五規(guī)劃，到十二五期末，國內節(jié)能環(huán)保產業(yè)總產值要達到4.5萬億元，增加值占GDP比重達到2%左右，產值年均增長15%以上。其中，核心領域的環(huán)保裝備產業(yè)和環(huán)境服務業(yè)產值分別各達5000億元。 環(huán)保設備是水污染治理設備、空氣污染治理設備、固體廢物處理與處置設備、物理性污染控制設備的總稱。 其中水污染治理設備主要包括物理法、化學法、物理化學法、生物化學法及組合式處理裝置； 空氣污染治理設備包括塵粒污染及氣態(tài)污染凈化設備； 固體廢物處理處置設備包括輸送與存儲、分選、破碎壓實、焚燒熱解、無害化處理及資源再利用設備； 物理性污染控制設備則主要包括噪聲與振動控制裝置和放射性與電磁波污染防護設備。 環(huán)保設備的特點： 1. 產品特異性大、專用性強，難以標準化生產； 2. 工作條件差，材料要求高，運行可靠性低； 3. 產品來源復雜，適用性不高、性能不夠優(yōu)化。 環(huán)保設備產品多脫胎于化工、水處理、礦業(yè)、動力等相關行業(yè)，由于使用場合并不完全相同，往往需要進行二次開發(fā)，這就大大影響了環(huán)保設備的使用和推廣的范圍和速度。第一篇 環(huán)保設備制造基礎第一章 環(huán)保設備的常用材料第一節(jié) 材料的力學性能 目前的環(huán)保設備，主要由金屬和非金屬材料制成。 金屬的力學性能主要包括金屬的強度、塑性、硬度、韌性及疲勞強度等。 一、強度和塑性 強度是材料抵抗變形和斷裂的能力，而塑性則是材料產生永久變形而不斷裂的能力。它們可以通過拉伸試驗來測定。 設備的設計、制造過程中選用的材料，包括金屬和非金屬，主要以力學性能作為設計依據(jù)，因此，熟悉和掌握工程材料的力學性能尤其重要。 1．拉伸試驗與拉伸曲線 拉伸試驗是確定材料機械性能的基本試驗。 2．強度指標與塑性指標 (1)強度指標 A．屈服極限：在拉伸過程中，當載荷增大到Fs時，會出現(xiàn)短時間載荷保持不變而試樣的變形卻繼續(xù)增加的現(xiàn)象，這種現(xiàn)象稱為屈服現(xiàn)象。 材料產生屈服現(xiàn)象時相對應的應力，就是材料的屈服極限或屈服強度，用符號σs(MPa)表示。 B．強度極限：材料在拉斷前所能承受的最大應力稱為強度極限或抗拉強度，用符號σb (MPa)表示。 （2）塑性指標 材料塑性的好壞，用材料延伸率δ和斷面收縮率ψ來衡量。 A．延伸率：延伸率就是試樣拉斷后標距長度的伸長量與原標距長度之比值的百分率，即 B．斷面收縮率：斷面收縮率是試件橫截面積的最大縮減量與原始橫截面積之比值的百分率。 二、硬度指標 硬度是衡量材料軟硬程度的一種性能指標，是指材料表面抵抗其他更堅硬物體壓入的能力，表征材料在一個小體積范圍內抵抗彈性變形、塑性變形、斷裂破壞的能力，是材料性能的一個綜合物理量。 一般而言，材料的硬度越高，其耐磨性越好。故硬度值常作為衡量材料耐磨性的重要指標之一。 常用的硬度有布氏硬度、洛氏硬度、維氏硬度和肖氏硬度等。 1．布氏硬度HB 布氏硬度的試驗原理如圖1-3所示，它是在一定載荷作用下，將一定直徑的壓頭壓入材料表面，保持一定時間后卸荷。然后根據(jù)所用載荷的大小和所得壓痕面積，算出壓痕表面所承受的平均應力值。這個應力值就是布氏硬度值。 布氏硬度用符號HB表示： 洛氏硬度的優(yōu)點是試驗操作簡便迅速，硬度值能從刻度盤直接讀出；壓痕較小，可直接檢驗成品零件及薄工件；測量的硬度范圍大，可測極軟到極硬的材料。 洛氏硬度的缺點是一次測量面積小，當材料內部組織不均勻時，測量值不夠準確，因此實際測試時常在測試區(qū)域檢測多點而取其平均值。洛氏硬度廣泛應用于工廠熱處理車間的質量檢驗。 三、韌性指標 沖擊韌性指材料抵抗沖擊載荷的性能，表征材料稱受沖擊載荷的能力。沖擊韌性值常用材料在沖擊力打擊下遭到破壞時單位面積所吸收的功來表示。沖擊韌度值用下式計算： 四、疲勞強度 疲勞強度指的是被測材料抵抗交變載荷的性能，表征材料承受交變載荷的能力。交變載荷就是大小或方向重復循環(huán)改變的負荷。 產生疲勞破壞的主要原因是材料夾雜、表面劃痕及其它能引起應力集中的缺陷。這些缺陷導致微裂紋的產生，這種微裂紋又隨應力循環(huán)次數(shù)的增加而逐漸擴展，使零件的有效截面不斷減少，最終承受不了所加載荷而突然斷裂。 為了提高零件的疲勞強度，除改善其形狀結構、避免應力集中外，還可以通過降低零件表面粗糙度以及對零件表面進行強化處理來達到，如噴丸處理、表面淬火及化學熱處理等。 鐵碳合金 鐵碳合金基本組織 鐵碳合金中含有0.010~0.020%雜質稱之為工業(yè)純鐵．工業(yè)純鐵雖然塑性、韌性、導磁性能良好，但強度不高，不適宜制作結構零件。 為提高純鐵的強度、硬度，常在純鐵中加入少量碳元素，由于鐵與碳的交互作用，形成下列五種基本組織：鐵素體、奧氏體、滲碳體、珠光體和萊氏體。 1. 鐵素體 碳溶于α-Fe中所形成的間隙固溶體稱為鐵素體。用符號F表不，它仍保持著α-Fe的體心立方晶格結構；因其晶格間隙較小，所以容碳能力很差，在727ºC時最大Wc僅0.0218%，室溫時降至0.0008%。 鐵素體由于溶碳量小，力學性能與純鐵類似．即塑性和沖擊韌性較好，而強度硬度較差。 2. 奧氏體 碳溶于γ-Fe中所形成的間隙固溶體，用符號A表示。它保特了γ-Fe的面心立方晶體結構。由于其晶格間隙較大，所以含碳能力比鐵素體強，在727ºC時Wc為0.77%， 1148ºC時Wc可達到2.11%。 奧氏體的強度、硬度較低，但具有良好塑性，是絕大多數(shù)鋼高溫進行壓力加工的理想組織結構。 3. 滲碳體 滲碳體是鐵和碳組成的具有復雜斜方結構的間隙化合物。用化學式Fe3C表示。滲碳體中碳的含量為6.69%，硬度很高（800HB），塑性和韌性兒乎為零。 4.珠光體 珠光體是鐵素體和滲碳體組成的機械混合物。用符號P表示；在緩慢冷卻的條件下，珠光體中Wc 為0.77%，力學性能介于鐵素體和滲碳體之間。即綜合性能良好。 5. 萊氏體 萊氏體是Wc為4.3%的合金。緩慢冷卻到1148ºC時從液相中同時結晶出奧氏體和滲碳體的共晶組織。用符號Ld表示。冷卻到727ºC時，奧氏體將轉變?yōu)橹楣怏w，稱為變態(tài)萊氏體。用符號Ld΄表示。 萊氏體中由于大量滲碳體的存在，其性能與滲碳體相似，即硬度高，塑性差。 第二節(jié) 碳素鋼 簡稱碳鋼，是含碳量小于2.11％的鐵碳合金，碳鋼的機械性能可以滿足一般機械和工具的要求，又有良好的工藝性能．且冶煉方便，價格便宜，因而在機械制造中得到了廣泛的應用。 實際使用的碳鋼中，除鐵、碳等元素外，還或多或少含有一些雜質，如硅、錳、硫、磷等，這些雜質對鋼的性能和質量有很大的影響。 一、常存雜質元素對碳鋼性能的影響 1．硅、錳的影響 硅和錳具有很好的脫氧能力，能還原鋼中的氧化鐵，改善鋼的質量。二者均能熔于鐵素體，使鋼的強度和硬度增加；錳還可以減少硫對鋼的有害作用，降低鋼的脆性。當含量不多，僅作為雜質存在（含硫0.17~0.37%，含錳0.5~0.8%）時，對鋼的性能影響并不顯著。 2．硫的影響 硫是生鐵和燃料中帶入鋼中的雜質。硫在鋼中與鐵化合成FeS(熔點1190℃)，F(xiàn)eS與Fe再形成低熔點(985℃)的共晶體．分布在晶界上。 當鋼加熱到1000一l200℃進行壓力加工時，由于分布在晶界上的低熔點共晶體己熔化，晶粒間的結合力被破壞，因而沿晶界發(fā)生破裂，這種現(xiàn)象稱為熱脆性。因此鋼中要嚴格控制含硫量，—般控制在Ms＜0.5％。 3．磷的影響 磷是由生鐵帶入鋼中的雜質，磷在鋼中能全部溶于鐵素體，使鋼的強度、硬度增加，但塑性和韌性顯著降低，尤其在低溫下更為嚴重。這種現(xiàn)象稱為冷脆。 鋼中的硫和磷是有害元素，應嚴格控制它們的含量。惟有在易切削鋼中，適當?shù)靥岣吡�、磷的含量，增加脆性，有利于切削時形成斷裂切屑，從而提高切削效率和延長刀具壽命。 二、碳素鋼的分類 碳素鋼的分類方法很多，常用的分類方法有以下幾種。 1．按鋼的含碳量分類 (1)低碳鋼：含碳量小于0.25%。 (2)中碳鋼：含碳量為0.25%~0.6%。 (3)高碳鋼：含碳量大于0.6%。 2．按鋼的質量分類 根據(jù)鋼中的有害雜質S、P含量的多少分類： (1)普通碳素鋼：鋼中的S、P含量分別不大于0.055%和0.045%。 (2)優(yōu)質碳素鋼：鋼中的S、P含量分別不大于0.045%和0.040%。 (3)高級優(yōu)質碳素鋼：鋼中的S、P含量很低，分別不大于0.03%和0.035%。 3. 按鋼的用途分類 (1)碳素結構鋼；主要用于制造各種機械零件和工程結構件的碳鋼，其含碳量一般小于O.7%。 (2)碳素工具鋼：主要用于制造各種刃具、模具和量具的碳鋼，其含碳量一般大于O.7%。 在實際使用中，鋼的分類命名往往是混合應用的。例如：結合質量和用途，可將鋼命名為優(yōu)質碳素結構鋼、高級優(yōu)質碳素工具鋼等。 三、碳素結構鋼 碳素結構鋼主要用于制造機械零件和工程結構件，常用于制造如齒輪、軸、螺母、彈簧等的機械零件，用于制作如橋梁、船舶、建筑等工程的結構件。 根據(jù)質量可分為碳素結構鋼和優(yōu)質碳素結構鋼。 1、碳素結構鋼 這類鋼的牌號由代號、屈服點數(shù)值、質量等級符號、脫氧方法符號四個部分按順序組成。如Q表示鋼材屈服點“屈”字漢語拼音首位字母，TZ為特殊鎮(zhèn)靜鋼“特鎮(zhèn)”兩字漢語拼音首位字母等。如Q235A表示屈服強度為235MPa、質量為A級的碳素鋼。 表1-2 碳素結構鋼的用途 2、優(yōu)質碳素結構鋼 優(yōu)質碳素結構鋼中有害雜質S、P含量極少，出廠時既保證化學成分，又保證機械性能，這類鋼大多數(shù)用于制造機械零件，可以進行熱處理以提高其機械性能。 優(yōu)質碳素結構鋼的牌號用兩位數(shù)字(表示鋼中的平均含碳量的萬分之幾)表示，如45鋼，表示平均含碳量為0.45%的優(yōu)質碳素結構鋼。08鋼，表示平均含碳量為0.08%的優(yōu)質碳素結構鋼。 15、20鋼主要用于滲碳件，經滲碳熱處理后，使工件表面有高硬度、高耐磨性，而心部仍保持很高的韌性。用于承受沖擊載荷及易磨損條件下工作的零件，也用于冷變形零件和焊接件。 30~55鋼屬中碳鋼，經調質熱處理后，有良好的綜合機械性能，主要用于受力零件，如軸類、連桿等。也可經表面淬火處理，提高其表面硬度和耐磨性，如齒輪類零件等。 60以上的鋼屬于高碳鋼，其強度、硬度較高，主要用于制造強度高、彈性好的零件，如彈簧、板簧等。 四、碳素工具鋼 碳素工具鋼是用于制造刀具、模具、量具及其它工具的鋼，因大多數(shù)工具都要求高硬度和高耐磨性，故碳素工具鋼的含碳量都大于0.7%，而且都是優(yōu)質或高級優(yōu)質鋼。 碳素工具鋼的牌號在漢語拼音字母“T”或漢字“碳”后面加上數(shù)字表示，數(shù)字表示鋼中平均含碳量的干分之幾，如T8鋼和碳8鋼，表示平均含碳量為wc＝0.8%的碳素工具鋼，若為高級優(yōu)質鋼，則在鋼后面再加字母“A”或漢字“高”。如T12A(或碳12高)，表示平均含碳量為wc＝1.2％的高級優(yōu)質碳素工具鋼。 五、鑄鋼 鑄鋼一般用于制造形狀復雜、機械性能要求較高的零件。由于零件的形狀復雜，很難用鍛造方法生產或機械加工成形。又由于機械性能要求較高，故不能用鑄鐵制造。 鑄鋼廣泛地用于制造重型機械的某些零件，如軋鋼機機架、水壓機橫梁、鍛錘砧座等。但由于鑄鋼的鑄造性能不佳，煉鋼設備昂貴，故近來有以球墨鑄鐵代替鑄鋼的趨勢。 鑄鋼的碳含量一般在wc＝0.20%-0.60%之間，若碳的含量過高，則鋼的塑性差，且鑄造時易產生裂紋。 工程用鑄鋼牌號的表示是在數(shù)字前冠以“ZG”(“鑄鋼”的漢語拼音前綴)，數(shù)字表示其機械性能指標。第一組數(shù)字代表屈服強度值，第二組數(shù)字代表抗拉強度值。 例如ZG200-400表示σs(或σ0.2)為200MPa，σb為400MPa的鑄鋼。第三節(jié) 鋼的熱處理一．概述 鋼的熱處理是指鋼在固態(tài)下采用一定的方式進行加熱．保溫和冷卻，從而改變材料整體或表面組織，獲得所需性能的工藝方法。 鋼經過熱處理后可提高材料的使用性能，延長零件的使用壽命，充分發(fā)揮材料性能的潛力，顯著提高經濟效益。 據(jù)統(tǒng)計，各類產品中需要熱處理的零件的比例大致為：機床約70％，汽車、拖拉機約80％，刀具、量具和模具的工作部分則為100％。 二．普通熱處理 普通熱處理包括退火、正火、淬火和回火等工藝，圖1-7所示為不同熱處理過程的工藝曲線。 1．退火 退火是將鋼件加熱到臨界點以上一定溫度，保溫后緩慢冷卻（一般是隨爐冷卻）的熱處理方法。其作用是降低硬度和脆性，細化晶粒，提高塑形和韌性，消除內應力，穩(wěn)定尺寸，減少加工和使用過程中的變形。 退火通常作為鑄件、鍛件和焊件切削加工前的預備熱處理。 退火工藝有完全退火、不完全退火、球化退火、等溫退火、擴散退火和去應力退火等。 2．正火 正火是將鋼加熱到臨界點以上30~50℃，保溫一定時間，然后以較快的速度，通常是在靜止空氣中冷卻，以得到片層間距較小的珠光體類組織的工藝。 正火的目的是提高低碳鋼的硬度，改善切削加工性能，細化晶粒，改善組織，為最后熱處理做準備，消除內應力并防止淬火中的變形開裂。 正火時鋼件在爐外冷卻，不占用設備，生產率較高。低碳鋼零件常采用正火代替退火，以改善切削加工性能。對于比較重要的零件，正火可作為淬火前的預備熱處理。普通零件常用正火作為最終熱處理。 3．淬火 淬火是將鋼加熱到臨界點以上一定溫度，保溫后在水、油或鹽溶液中快速冷卻以獲得馬氏體組織的熱處理工藝。其作用是提高鋼的強度和硬度，增加耐磨性。淬火常用工藝主要有： ① 單液淬火——可獲得馬氏體組織，提高工件硬度，強度和耐磨性；淬火與其后的回火工序相接合，可使工件獲得良好的綜合機械性能。一般用于處理直徑較小、形狀簡單的碳鋼和合金鋼件。 ② 雙液淬火——可獲得馬氏體組織，提高工件硬度、強度和耐磨性。減少淬火工件的內應力，避免變形和開裂。主要用于形狀比較復雜的碳素鋼（特別是高碳鋼）工件。 ③ 分級淬火——與雙液淬火類似，可比雙液淬火更有效地避免變形和開裂。適用于形狀復雜，直徑10mm左右的碳鋼和直徑20~30mm的合金鋼工件。 ④ 等溫淬火——可獲得下貝氏體組織，更有效地減少淬火工件的變形與開裂傾向。在相同硬度下，比其它淬火方法使工件有更高的塑形和韌性。一般用于形狀復雜且要求有較高硬度和沖擊韌性的工件，如彈簧、齒輪等。 4.回火 回火是將淬火后的工件加熱到一定溫度，保溫一定時間后，按一定方式冷卻至室溫的工藝。由于淬火工件脆性大，內應力大且尺寸不穩(wěn)定，所以一般要進行回火。 回火的目的一是減少內應力和降低脆性，減少工件的變形和開裂；二是調整工件的機械性能，通過回火來調整其硬度、強度、塑形和韌性；三是通過回火來使金相組織趨于穩(wěn)定，以便穩(wěn)定工件的尺寸，在以后使用中不致變形，還可改善某些合金鋼的切削性能。 采用不同的回火溫度，材料可得到不同的機械性能。 生產中將淬火后進行高溫回火（500~600℃，可獲得回火索氏體）的工藝稱為調質。調質后的材料可獲得好的綜合機械性能，常用于重要機械零件，如齒輪、傳動鈾、連桿等。 中溫回火（350~500℃，可獲得回火屈氏體），常用于需要提高彈性和韌性的工件，如彈簧、鍛造模具等。 低溫回火（150~250℃，可獲得回火馬氏體），適用于工作部分要求硬度高、耐磨性好的工件，如量具、模具、刀具等。 5．冷處理與時效處理 冷處理是將淬火后的工件置于0℃以下的低溫介質（一般在-30 ~ -150℃）中繼續(xù)冷卻，使淬火工件中的殘余奧氏體轉變?yōu)轳R氏體。主要用于高合金鋼、高碳鋼和滲碳鋼制造的精密零件。 冷處理的目的，是進一步提高淬火工件的硬度和耐磨性；穩(wěn)定工件尺寸，防止工件在使用過程中奧氏體發(fā)生分解而產生變形；提高鋼的鐵磁性。 時效處理有自然時效和人工時效兩種。 自然時效是將工件長時間（半年至一年甚至更長時間）放置在室溫或露天條件下，任其自由變形的方法。 人工時效是將工件加熱至一定溫度（鋼加熱至100~150℃，鑄鐵加熱至500~600℃），經較長時間（8~15小時）保溫后，緩慢冷卻至室溫的方法。 時效的目的是消除工件內應力，以減少工件在加工或使用中的變形。并可起到穩(wěn)定尺寸，長期保持幾何精度的作用。自然時效優(yōu)于人工時效，但周期太長，急用件一般采用人工時效的處理方式。 三．表面熱處理 1.表面淬火 這是一種僅對工件表層快速加熱．急驟冷卻的熱處理工藝。從而使工件表面產生高硬度的馬氏體，而心部則保持著塑形和韌性較好的原來組織。對于要求工件表層具有較高硬度和耐磨性，而心部又要求具有足夠塑性和韌性機械零件，就需要采用表面熱處理的方法來解決。 表面淬火常用的方法有火焰淬火、感應加熱淬火和電接觸加熱淬火等。 火焰加熱表面淬火是利用氧-乙炔火焰或氧-焦煤氣火焰快速將工件表面加熱至臨界溫度以上80~100℃，然后速冷。一般用于中碳鋼和中碳合金鋼要求耐磨的工件。 感應加熱表面表面淬火，有高、中、工頻及超高頻感應加熱等幾種。一般用于主軸、曲軸、活塞等工件。 電接觸加熱表面淬火，用一可移動的電極與工件接觸，通過低壓電流迅速加熱工件表面。一般用于大型鑄件，如機床導軌表面，內燃機汽缸套內壁等。 2.化學熱處理 鋼的化學熱處理是將工件放在含有滲入元素的活性介質中，進行加熱和保溫。 化學熱處理包括分解、吸收、擴散三個基本過程，并輔以催化劑或催滲劑以加速反應。 分解是指化學介質在一定溫度下，由于發(fā)生化學分解反應，生成能滲入工件表面的“活性原子”。 吸收是指分解出的“活性原子”被吸收在工件表面，然后融入基體金屬晶格中。 擴散是指表面吸收“活性原子”后，在一定的溫度條件下，原子將沿著濃度梯度下降的方向做定向的擴散，從而獲得一定厚度的擴散層。 根據(jù)滲入元素的不同，化學熱處理可分為滲碳、滲氮（氮化）、氰化（碳、氮共滲）、滲金屬等幾種。 1。滲碳 滲碳是向工件表層滲入活性原子，從而獲得高碳的表面層，以提高工件的表面硬度和耐磨性，并提高工件的抗疲勞性能，而心部仍保持原來的韌性和塑性的熱處理工藝。 一般用于沖擊條件下工作的耐磨零件。滲碳工藝有氣體滲碳、固體滲碳和液體滲碳等。 2。滲氮（氮化） 滲氮就是讓氮以滲入元素進入鋼的表層，從而形成表層含氮量較高的的硬化層的熱處理工藝。滲氮工藝適用于含Cr、Mo、Al等元素的氮化專用鋼。其工藝有強化氮化、抗蝕氮化、軟氮化、離子氮化等。 氮化的目的在于使工件表面具有良好的紅硬性和一定的耐腐蝕性。一般用于在工件溫度較高和腐蝕性條件下工作的零件，以及耐磨性和疲勞強度要求高的機械零件及工模具。 氮化工藝由于生產周期較長，氮化層薄和對被氮化工件的原材料選擇嚴格，其應用受到一定的限制。 3。氰化（碳、氮共滲） 氰化是將碳、氮原子同時滲入鋼的表層，以提高工件表面的硬度、耐磨性、耐蝕性和疲勞強度、兼有滲碳和氮化共同作用的熱處理工藝。 氰化按使用介質分為氣體氰化、液體氰化、固體氰化三種。按溫度分為低溫氰化（500~600℃），用于提高高速鋼及高合金鋼的表面硬度、耐磨性及紅硬性；中溫硬化（800~870℃）和高溫氰化（900~950℃），用于提高結構鋼的表面硬度、耐磨性和耐疲勞性能。 4。滲金屬 滲金屬的基本原理與其他化學熱處理相似，由含有滲入金屬的介質分解產生活性原子，被吸收到金屬表層，然后由擴散作用逐漸向金屬內部滲入，只是金屬原子的擴散要在高溫（950~1050℃）下進行。 根據(jù)對性能的不同要求，選擇不同的滲入金屬。如滲鋁使工件獲得高溫下的抗氧化性；滲鋅提高工件在大氣中的抗腐蝕性；滲硅提高工件硬度和足夠的塑形及在某些介質中的抗蝕性；滲鉻用以抗腐蝕、抗高溫氧化和耐磨性，是各種滲金屬層中性能較全面的一種。第四節(jié) 合金鋼 合金鋼與碳鋼同屬于黑色合金。由于碳鋼的性能難以滿足工業(yè)生產對鋼的更高要求，于是人們向碳鋼中有目的地加入某些元素，使得到的多元合金具有所需的性能。這種在碳鋼中加入合金元素所得到的鋼種，稱為合金鋼。 與碳鋼相比．合金鋼的淬透性好、強度高，有的還有某些特殊的物理和化學性能。 向鋼中加入的合金元素可以是金屬元素，也可以是非金屬元素。 常用的有：錳(wc＞0.8%)、硅(wc＞0.4%)、鉻、鎳、鎢、鉬、釩、鈷、鈦、鈮、鋁、銅、硼、氮和稀土元素等，其中大多數(shù)元素（除鉻、鈦之外）在我國資源豐富。 一、合金鋼的分類合金鋼的分類方法很多，但最常用的是以下兩種： 1、按合金元素含量分類低合金鋼：合金元素總含量小于5％；中合金鋼：合金元素總含量為5％~10％；高合金鋼：合金元素總含量大于10％。 2、按主要用途分類（圖1-8） 二、合金鋼牌號表示方法 按照國家標準的規(guī)定，合金鋼的牌號采用“數(shù)字+合金元素符號+數(shù)字”的方法來表示： 1．合金結構鋼 前兩位數(shù)字表示鋼的平均含碳量，以萬分數(shù)計。合金元素符號后的數(shù)字為該元素平均含量的百分數(shù)，若合金元素含量小于1.5％時，編號中只注明元素符號，一般不標明含量；當含量在Wc＝1.5％~2.5%、2.5％~3.5％……時．則相應地用2，3，…來表示。例如60Si2Mn，表示平均含碳量為Wc＝0.6％、含硅量為WSi＝2％、含錳量為WMn＜1.5％的合金結構鋼。 高級優(yōu)質合金鋼鋼號末尾加“A”，如38CrMoAlA表示平均含碳量為Wc＝0.38％，含鉻量、含鉬量、含鋁量均為W＜1.5％的高級優(yōu)質合金結構鋼。 2、合金工具鋼 前一位數(shù)字表示鋼的平均含碳量，以千分數(shù)計；若含碳量超過1％時，一般不標出數(shù)字。合金元素及其含量的表示方法與合金結構鋼相同。例如9SiCr表示平均含碳量為Wc＝0.9％、含硅量和含鉻量均小于1.5％的合金工具鋼。Cr12表示平均含碳量為Wc≥1％，鉻含量為WCr＝12％左右的合金工具鋼。 3、特殊性能鋼 牌號表示法與合金工具鋼相同，只是當平均含碳量為Wc＜0.1％時用“0”表示；平均含碳量為Wc＜0.03％時用“00”表示。例如0Cr13，表示含碳量為Wc＜0.1％，含鉻量為WCr＝13％的不銹鋼。 4、高級優(yōu)質合金結構鋼、彈簧鋼 在其牌號尾部加符號“A”。合金工具鋼均屬高級優(yōu)質鋼，故不標A。 5、專門用途低合金鋼、合金結構鋼 在其牌號頭部(或尾部)另加代表該鋼用途的符號；例如，鉚螺用30CrMnSi鋼，表示為ML30CrMnSi。鍋爐用20鋼，其牌號表示為20G。 第五節(jié) 鑄鐵一．概述 鑄鐵是含碳量Wc＞2.11%(一般為2.5%~4.4%)的鐵碳合金，其雜質（硅、錳、硫、磷）的含量比鋼多。 鑄鐵具有良好的鑄造性、耐磨性和切削加工性，生產簡單、價格便宜；鑄鐵的缺點是可焊性差，機械強度低。工程中主要用來制造設備支架、外殼、床身、導軌、軸瓦等零件。 鑄鐵是鑄造生產中最重要的鑄造合金，在工程中應用極廣。據(jù)統(tǒng)計，鑄鐵件一般占機器總重量的40%~90%，而灰口鑄鐵件則占到鑄鐵件總數(shù)的80%左右。 鑄鐵的種類： （1）白口鑄鐵。這類鑄鐵中的碳絕大部分以滲碳體（Fe3C）的形式存在，因其斷口呈白亮色，故稱白口鑄鐵。其機械性能表現(xiàn)得太硬、太脆，很難進行切削加工，所以工程中很少使用。 （2）灰口鑄鐵。這類鑄鐵中的碳大部以片狀石墨形式存在，因其斷口呈暗灰色，故稱灰口鑄鐵。這種鑄鐵有較好的機械性能和工藝性能，應用較廣。其代號為HT。 （3）可鍛鑄鐵。鑄鐵中石墨呈團絮狀存在，它是用白口鑄鐵經長時間高溫退火后獲得的，因其塑性和韌性比灰口鑄鐵好，故稱可鍛鑄鐵，但實際上并不可鍛。代號為KT（基體為鐵素體）和KTZ（基體為珠光體）。 （4）球墨鑄鐵。鑄鐵中的石墨呈球狀存在，它是鐵水在澆注前經球化處理后獲得的。這種鑄鐵的強度高，鑄造性能好，具有重要的工業(yè)用途。其代號為QT。 （5）蠕墨鑄鐵。鑄鐵中石墨呈蠕蟲狀存在。 二、鑄鐵的石墨化及其影響因素 鑄鐵中的碳以滲碳體（Fe3C）或石墨（純碳）等不同形式存在。形成石墨的碳原子可以從液體中或奧氏體中直接析出，也可由滲碳體中分解析出。 鑄鐵中的碳以石墨形式析出的過程稱為石墨化。影響鑄鐵石墨化的因素雖然很多，但主要因素是鑄鐵的化學成分和冷卻速度。 碳和硅是促進石墨化元素。鑄鐵中碳、硅含量越高，石墨化越容易進行，越容易得到灰口組織，因此，灰口鑄鐵中碳和硅的含量都比較高（一般合碳量Wc＝2.7％~3.6％，含硅量Wsi=1.0％~2.2％)。 硫是強烈阻礙石墨化的元素，易使碳以滲碳體的形式存在，促使鑄鐵白口化，降低鐵水的流動性。其含量應盡可能降低（一般在0.15%以下）。 錳也是阻礙石墨化的元素，調整錳含量也可調整鑄鐵的組織。在鑄鐵中錳含量為0.8%~1.3%。 成份一定的鑄鐵，其石墨化的程度決定于冷卻速度。冷卻速度越慢，越有利于石墨化的進行。 三、灰口鑄鐵 灰口鑄鐵是應用最廣的一種鑄鐵。 （一）灰口鑄鐵的成分，組織和性能 灰口鑄鐵的化學成分—般為Wc=2.5%~4.0%， WSi=1.0%—3.0%，WMn=0.6%~1.3%，WS＜0.15%， WP＜0.30％。 灰口鑄鐵的組織由金屬基體和片狀石墨兩部分組成，由于石墨化進行的程度不同，可有三種不同基體組織的灰口鑄鐵：鐵素體灰口鑄鐵（鐵素體+片狀石墨）、鐵素體—珠光體灰口鑄鐵（鐵素體+珠光體+片狀石墨）、珠光體灰口鑄鐵（珠光體+片狀石墨）。 灰口鑄鐵的性能與它的組織密切相關。 灰口鑄鐵實質上是在鋼的基體上分布著大量片狀石墨。出于石墨的強度、硬度很低，塑性和韌性幾乎等于零，所以，石墨相當于鋼中分布著許多小的裂紋，減少了材料的受力面積，破壞了基體的連續(xù)性，石墨尖角處還會引起應力集中，嚴重降低了鑄鐵的抗拉強度。鑄鐵中石墨越多、分布越不均勻，鑄鐵的強度、塑性和韌性就越差，但石墨對抗壓強度和硬度影響不大。 石墨雖然降低了鑄鐵的力學性能，但出于石墨的存在，卻使鑄鐵獲得了鋼所不能及的其它一些優(yōu)良性能，比如良好的切削加工性、耐磨性、消震性、鑄造性以及小的缺口敏感性等。 灰鑄鐵的牌號以漢語拼音和機械性能數(shù)值來表示。 表1-4列出灰鑄鐵的牌號、性能和用途。 牌號中“HT”表示灰鑄鐵，“HT”是“灰鐵”兩字漢語拼音的第一個字母、其后的數(shù)字表示其最低抗拉強度。 灰鑄鐵共分為HT100、HTl50、HT200、HT250、HT300和HT350等6個牌號�；诣T鐵的牌號、性能及用途 （二）灰口鑄鐵的熱處理 1．消除應力退火 當鑄件形狀復雜、壁厚不均時，在冷卻凝固過程中，會產生很大的內應力。這樣的鑄件在切削加工之后，由于內應力的重新分布將引起變形，因此，對精度要求高或大型復雜的鑄鐵件，在切削加工之的，要進行消除應力退火。消除應力退火的工藝規(guī)范與鋼相同。 2．表面淬火 表面淬火的目的，是為了提高灰口鑄鐵的表面硬度和耐磨性。機床的導軌面、內燃機氣缸套內壁等，就常采用表面淬火處理。 四．球墨鑄鐵 （一）球墨鑄鐵的組織和性能 球墨鑄鐵按基體組織的承同可分為鐵素體球墨鑄件、鐵素體—珠光體球墨鑄鐵和珠光體球墨鑄鐵等。 內于球墨鑄鐵中的石墨呈球狀，不僅減少了應力集中，而且在同等的石墨體積下，對基體的割裂作用也降到最小，基體的性能得以充分發(fā)揮。所以，球墨鑄鐵的機械性能比灰口鑄鐵和可鍛鑄鐵都高。其抗拉強度、塑性、韌性與相應組織的鑄鋼差不多。 由于球墨鑄鐵中有石墨的存在，使它具有與灰口鑄鐵同樣良好的切削加工性、耐磨性、減震性和鑄造性能。 （二）球墨鑄鐵的牌號和用途 球墨鑄鐵的牌號以漢語拼音和兩組機械性能數(shù)值來表示。牌號中“QT”表示球墨鑄鐵，“Q”是“球鐵”兩字漢語拼音的第一個字母，其后的兩組數(shù)字，分別表示最低抗拉強度和最低伸長率。 球墨鑄鐵主要用于內燃機曲軸、輪軸、連桿、缸體、球磨機齒輪、起重機滾輪、農具犁鏵、耙片等。 QT400-17、QT420-10為鐵素體型球墨鑄鐵，用來制造受沖擊和要求較高韌性的零件。QT500-05為鐵索體-珠光體型球墨鑄鐵，用來制造較高強度的零件；QT600-02、QT700-02、QT800-02為珠光體型球墨鑄鐵，用來制造高強度零件。QTl200-0l是經等溫淬火，而獲得下貝氏體組織的球墨鑄鐵，用來制造承受高速重載荷的零件。 （三）球墨鑄鐵的熱處理 （1)退火。退火的主要目的是為了獲得鐵素體球墨鑄鐵，提高球墨鑄鐵的塑性和韌性，改善切削加工性，消除內應力。 (2)正火。球墨鑄鐵正火的目的是為了得到珠光體基體的球墨鑄鐵，從而提高其強度和耐磨性。 (3)調質。調質的目的是為了獲得回火索氏體基體的球墨鑄鐵，從而獲得具有較好綜合機械性能。一些受力復雜的零件，如柴油機曲軸、連桿等常采用調質處理，其方法與鋼的調質一樣，即淬火后高溫回火。 (4)等溫淬火。等溫淬火的目的是為了得到下貝氏體基體的球墨鑄鐵，從而獲得高強度、高硬度又有足夠韌性的較高綜合性能。一般常用于要求綜合機械性能較高，而外形又較復雜、熱處理容易變形和開裂的零件，如齒輪、滾動軸承套、凸輪軸等。 第六節(jié) 有色金屬及其合金 在工業(yè)生產中，金屬分為黑色和有色兩類。通常把鐵、鉻、錳稱為黑色金屬，此外的其它金屬統(tǒng)稱為有色金屬。有色金屬具有很多特殊性能，是許多新興產業(yè)部門賴以發(fā)展的重要戰(zhàn)略物資和工程材料。 有色金屬種類很多，常用的有鋁及鋁合金、銅及銅合金、鈦及鈦合金、滑動軸承合金、硬質合金等。除鋁、鎂、鈦等在地殼中的儲存量較豐富外，大多數(shù)有色金屬較為稀缺或生產成本較高。第七節(jié) 非金屬材料 非金屬材料從廣義上講是除金屬材料以外的其它一切材料。機械工業(yè)中使用的非金屬材料分為高分子材料、陶瓷和復合材料三大類。 一．高分子材料 有機高分子材料根據(jù)其性能及使用工況，通�？煞譃樗芰�、橡膠、合成纖維、涂料及膠粘劑等五類。 （一）塑料 塑料的主要成分是合成樹脂，加入適量的添加劑組成的。合成樹脂是由低分子化合物經聚合反應所獲得的高分子化合物，塑料的性能主要取決于樹脂。 1．塑料的分類。 塑料的種類很多，有多種不同的分類方法。工業(yè)上常用的分類方法如下。 （1）按使用性能可分為通用塑料和工程塑料。 通用塑料的價格低，產量高，約占塑料總產量3/4以上。如聚乙烯、聚氯乙烯等。 工程塑料是作為制造工程結構件的塑料，強度大、剛性高、韌性好。如聚酰胺、聚甲醛、聚碳酸酯等。（2）按受熱時的性能可分為熱塑性塑料和熱固性塑料。 熱塑性塑料加熱時軟化、熔融，可多次反復加熱使用。其成型工藝簡單，生產率高，且具有—定的力學性能。但其耐熱性較差．使用溫度一般低于120℃。聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、ABS、有機玻璃、尼龍等都是熱塑性塑料。 熱固性塑料在加熱軟化、塑制成型和冷卻固化后成為堅硬的制品，固化后的制品不能再軟化重塑。這類塑料受壓不易變形，能在較高溫度下使用，但其強度不高，脆性較大，成型工藝復雜。酚醛樹脂、氨基樹脂、環(huán)氧樹脂、有機硅樹脂和不飽和聚樹脂等都是熱固性塑料。 （二）橡膠 室溫時的彈性模量為0.1~1MPa的高分子材料稱為橡膠。橡膠在較小的外力作用下就能產生很大的彈性變形，具有優(yōu)良的伸縮性和可貴的積儲能量的能力。同時，橡膠還有良好的耐磨性、隔音性和阻尼特性。在機械工程中常用作密封件、減震防震件、傳動件及運輸膠帶等。 橡膠可分為天然橡膠及合成橡膠兩大類，合成橡膠又可分為通用橡膠和特種橡膠。天然橡膠是從熱帶的橡膠樹的漿汁中制取的，主要成分是聚異戊二烯。天然橡膠的彈性和力學性能較高，但產量遠不能滿足現(xiàn)代工業(yè)的需要。所以，目前廣泛應用的是通過化學合成的方法制取的合成橡膠。 二．陶瓷材料 陶瓷是一種無機非金屬材料，工業(yè)陶瓷有普通陶瓷與特種陶瓷兩大類。機械制造業(yè)中陶瓷可用作結構材料與工具。 普通陶瓷是以粘土、長石、石英等為原料．經過原料加工、成形與高溫燒結而制取的。廣泛使用的日用陶瓷、建筑陶瓷、電絕緣陶瓷、化工陶瓷和多孔陶瓷即同此類。 特種陶瓷采用純度較高的人工合成原料（如AI2O3、Si3N4、SiC等），經過成形和高溫燒結而成。特種陶瓷的力學、物理與化學性能優(yōu)于普通陶瓷，可滿足多種工程結構和工具材料的需要。 陶瓷材料與工程金屬相比，具有硬度高、耐磨性好、高溫強度高、化學穩(wěn)定性好和抗酸堿鹽及其它介質腐蝕的能力強、絕緣性能優(yōu)越等特點。所以，陶瓷在工業(yè)上具有十分廣泛的用途。 陶瓷材料廣泛用于電器、化工、環(huán)保、建筑等行業(yè)，如用于受力不大、工作溫度低于200℃，且在酸堿介質中工作的容器、反應塔、管道等；用于精密和高硬材料切削的刀具；高溫軸承和熱電偶套管、燃氣輪機轉子葉片；火箭尾管噴嘴等。 陶瓷材料的缺點是塑性極低，強度不高，易發(fā)生脆性斷裂，導熱性能較差。 三．復合材料 復合材料是由兩種以上物理與化學性質不同的材料組合而成。它保留了組成材料各自的優(yōu)點，獲得單一材料無法具備的優(yōu)良綜合性能，其性能指標甚至有可能超過各組成材料性能的總和，是人們按照性能要求而專門設計的新型材料。 人工合成的復合材料一般是由高韌性、低強度的基體材料與硬度高、脆性大的增強材料所構成。復合材料與單一材料比較，具有強度高、彈性模量高、抗疲勞性好、減震性能強、高溫性能好和斷裂安全性高等優(yōu)點。 常見的復合材料有纖維增強復合材料、顆粒增強復合材料和層狀復合材料。 第二章 材料成型基礎第一節(jié) 鑄 造 一．概 述 將熔化的金屬澆注到鑄型的型腔中，待其冷卻后得到毛坯或直接得到零件的加工方法稱為鑄造。 由鑄造得到的毛坯或零件稱為鑄件。 (一)鑄造工藝的特點 1．能鑄出形狀復雜的零配件，如箱體、殼體、支座等； 2．鑄件重量和大小幾乎不受限制，生產適應性強，靈活性好； 3．鑄造設備投資少，原材料來源廣泛，鑄件成本較低； 4．鑄件形狀和尺寸與零件較接近，故可節(jié)約鑄造金屬，減少機械加工量； 5．鑄造組織粗大，內部常有氣孔、縮孔、沙眼等缺陷，綜合機械性能差； 6．砂型鑄造精度低、表面粗糙、質量不夠穩(wěn)定、廢品率較高； 7．工人勞動條件較差。 鑒于鑄造生產的許多優(yōu)點，因此在機械設備中，鑄件占有較大的比重，一般約占整臺設備的40%~80%左右。 隨著精密鑄造技術的發(fā)展，鑄件表面質量有了很大的提高，新型鑄造合金的成功應用，使鑄件的機械性能得到顯著提高，使用范圍正在日益擴大。 （二）鑄造的分類 鑄造分砂型鑄造和特種鑄造兩大類。習慣上將砂型鑄造以外的所有鑄造方法都歸入特種鑄造。 1．砂型鑄造 當直接形成鑄型的原材料主要為沙子，且液態(tài)金屬完全靠重力充滿整個鑄型時，稱為砂型鑄造。 圖2-1所示為砂型造型過程。 砂型鑄造—般可分為手工砂型鑄造和機器砂型鑄造。前者適用于單件小批量生產及復雜和大型鑄件的生產，后者只適用于成批大量生產。 2．特種鑄造 凡不同于砂型鑄造的所有鑄造方法，統(tǒng)稱為特種鑄造。如金屬型鑄造、壓力鑄造、熔模鑄造和低壓鑄造等。 由于砂型鑄造目前仍然是國內外應用最廣泛的鑄造方法，所以，本章只對砂型鑄造作重點介紹（主要是手工砂型鑄造）。 二．砂型鑄造的造型工藝（一）砂型鑄造的工藝過程 砂型鑄造的工藝過程主要由造砂型、造型芯、砂型及型芯的烘干、合箱、澆注、落砂與清理和檢驗幾部分組成，如圖2-2所示。 （二）制造模型 制造砂型前首先要制造模型。模型一般包括模樣和芯盒，其外形或內腔與零件相似，只是留有加工余量。為了制造砂型的需要，可做成整體、也可做成分體。材料一般用木材，稱為木模。批量較大時，也可用金屬，稱為金屬模。 （ 三）制造砂型 制造砂型是鑄造生產中一項極重要的工藝過程。砂型質量的好壞，對于鑄件質量起著決定性的影響。通常，鑄件廢品中約有60%是由砂型的缺陷引起的。 1．造型材料 制造砂型的造型材料包括型砂、芯砂及涂料等。它們的質量對于鑄件的質量有很大影響。型砂和芯砂主要由石英砂（SiO2）、粘結劑（粘土和膨潤土）及水和附加物（煤粉、木屑等）按比例混合而成。 型（芯）沙應具備的主要性能有： 1）強度 砂型在承受外力作用下不易破壞的性能； 2）透氣性 型（芯）砂的砂粒間存在空隙而具有能使氣體透過的能力； 3）耐火性 型砂在高溫金屬液的作用下不軟化、不熔融、不燒結的性能； 4）容讓性 砂型和型芯體積可以被壓縮，不阻礙鑄件冷卻時自由收縮的性能。 此外，還應考慮其型（芯）砂的流動性、可塑性、回用性、發(fā)氣性等。 2．造型方法 造型是砂型制造過程中的重要工序，由于鑄件的形狀、尺寸、數(shù)量、使用要求等各不相同，因此，造型方法也各不相同。目前主要采用的造型方法如下： 1）整模造型 模型為整體且放在一個砂箱內，分型面為平面。該造型方法簡單，鑄件精度較高。適用于形狀簡單、最大截面在端部的鑄件。 2）分模造型 砂箱造型中使用最廣泛的一種。模型分為兩半，造型時分別位于上下砂箱內，分模面為零件最大截面。該造型方法也較簡便，適用于形狀較為復雜的鑄件。 3）挖砂造型 有的鑄件雖無平整表面，但又要求整模造型時，可將下半個鑄型中阻礙起模的型砂挖掉，以便造好上半個鑄型后能順利地起出模型。該方法技術要求高、生產效率低，僅適于單件生產。 4）活塊造型 有的鑄件上有一些小的凸臺等，妨礙起模，可做成活塊，在模型主體起出后仍留在鑄型內，然后自側面取出。該方法要求操作技術高、且生產率低，僅適于單件、小批量生產。 5）三箱造型 當鑄型有兩個分型面時，可采用三個砂箱造型。三箱造型較為復雜，生產率較低，技術要求高，僅適用于單件和小批量生產。當鑄件形狀特殊，需要兩個以上的分型面時，還可應用更多的砂箱來造型。 6）刮板造型 有些大尺寸的旋轉體鑄件，當生產數(shù)量少時，可采用刮板造型。該方法的特點是節(jié)省模型材料，但生產率低、技術水平要求高。 此外，還有地面造型、組型造型等。 3．澆鑄系統(tǒng) 為了將液體金屬引進鑄型，在鑄型中所開設的通道，稱為澆鑄系統(tǒng)。 如圖2-3所示，澆鑄系統(tǒng)一般包括：外澆口、直澆口、橫澆口、內澆口、排氣口等。 對澆鑄系統(tǒng)的要求是能平穩(wěn)地將液體金屬導入并充滿型腔，避免沖擊型壁和型芯，同時能防止熔渣等進入型腔并能調節(jié)鑄件凝固順序。澆鑄系統(tǒng)若選擇得不合理，鑄件便易產生沖砂、砂眼、澆不足、氣孔和縮孔等缺陷。 三、合金的鑄造性能與鑄件的結構工藝性（一）合金的鑄造性能 合金在鑄造成型過程中所表現(xiàn)的工藝性能稱為鑄造性能。主要有流動性、收縮性和偏析傾向等。 合金的流動性 流動性指液態(tài)金屬充填鑄型的能力。流動性越好，充填能力越強，越能鑄出輪廓清晰、壁薄而形狀復雜的零件。若流動性差，則會產生澆不足或冷隔等缺陷。 影響合金流動主要因素有合金的成分、澆鑄溫度及鑄型的充填條件等。 1）合金的成分 成分不同的鑄造合金，具有不同的結晶溫度，其流動性也不相同。在常用鑄造合金中，灰口鑄鐵和硅黃銅的流動性最好，球墨鑄鐵和鋁合金次之，鑄鋼則最差。 2）澆鑄溫度 澆鑄溫度對合金的流動性具有決定性的影響。澆鑄溫度高，液態(tài)合金所含的熱量便多，在同樣的冷卻條件下，保持液態(tài)的時間也長。但澆鑄溫度過高會導致合金收縮量增加，吸氣增多，氧化現(xiàn)象加重。因而鑄件容易產生縮孔（松）、氣孔、粘沙等缺陷。故澆鑄溫度應適當控制。 3）充填條件 型腔過窄、澆口布置不合理、截面積太小、鑄型排氣不暢等，均會惡化液態(tài)金屬的充填條件，減低合金的流動性。   合金的收縮性 收縮性是指鑄件從液態(tài)冷卻到固態(tài)成型過程中，其體積或尺寸縮小的程度。收縮共經歷三個階段： 液態(tài)收縮 從澆鑄溫度冷卻到液相線溫度的收縮； 凝固收縮 從液相線溫度冷卻到固相線溫度的收縮； 固態(tài)收縮 從固相線溫度冷卻到室溫的收縮。 液態(tài)收縮和凝固收縮是鑄件產生縮孔、縮松的基本原因。液態(tài)合金在凝固過程中體積縮減，若其收縮得不到補充，在鑄件的最后凝固部位將形成孔洞。稱之為縮孔（孔洞集中時）或縮松（孔洞分散時）。 鑄件在凝固以后的繼續(xù)冷卻過程中，若固態(tài)收縮受到阻礙，其內部將會產生鑄造內應力。鑄造應力是產生裂紋、變形、殘余內應力等缺陷的主要原因。 此外，收縮還與合金的金相組織有關。合金不同，其收縮率也不相同。鐵碳合金中，鑄鋼收縮率最大，灰口鑄鐵最小。 (二)鑄件的結構工藝性 鑄件的結構工藝性，是指鑄件結構設計的合理性。鑄件結構應考慮如下原則： 鑄件的外形力求簡單，盡量少用曲面．尤其是非圓曲面，降低模型制作難度； 應使鑄件結構具有最少的分型面，并盡量使分型面成平直面； 盡量避免或減少型芯和活塊造型，簡化造型工藝； 垂直于分型面的不加工表面，應具有結構斜度，以便于起出木模； 應設計合理而均勻的壁厚，避免壁厚過薄影響液體流動或過厚形成縮孔； 鑄件壁的轉角處和過渡處都應具有適當?shù)慕Y構園角，但阻礙拔�；虺樾镜牡胤剑�不得有園角； 若必須采用不同壁厚，壁厚應逐步過渡，過渡處應有結構園弧，以改善液態(tài)合金的的流動性和減少連接處或過渡處的收縮應力； 鑄件壁要避免交叉和銳角連結，減小鑄件熱節(jié)和提高合金的流動性； 鑄件應盡量能自由收縮，避免冷卻時收縮受阻而產生裂紋； 結構形狀復雜的鑄件應設計成組合鑄件，即將其整體分解成若干個形狀簡單的小鑄件，經機械加工其連接面后，再通過焊接或螺釘將其組合成整體。 第二節(jié) 焊接一、概述 焊接，就是在兩塊金屬之間，通過局部加熱、加壓等手段，使分離金屬借助原子間的結合與擴散作用而連接成牢固整體的一種加工方法。 焊接在現(xiàn)代工業(yè)生產中具有十分重要的作用，在工程機械、環(huán)保設備、建筑、車輛、造船、容器、石化、電子、原子能、航天航空及各種尖端科學技術領域中部得到廣泛的應用。 焊接還可以用于修補鑄件與鍛件缺陷，修復局部磨損零件，這在生產中具有很好的經濟價值。 焊接的優(yōu)點： 減輕結構重量，節(jié)約材料和工時；能化大為小或拼小成大，可制造雙金屬結構；生產效率高，便于實現(xiàn)機械化和自動化。 焊接的缺點： 焊接是一個不均勻的加熱和冷卻過程，焊接件會產生應力和變形等。因此在焊接過程中，必須采取一定的工藝措施予以防止。 焊接分類 1）熔化焊 利用局部加熱的方法，將焊件的結合處加熱到熔化狀態(tài)，并加入填充金屬，凝固后彼此結合在一起。常見的有電弧焊、氣焊等。 2）壓力焊 在兩塊金屬接頭處，施加一定的壓力，使金屬接觸處產生塑性變形或局部熔化，使焊件結合起來。如接觸焊、摩擦焊等都屬于此類。 3) 釬焊 將填充焊件的熔點低的釬料和焊件一起加熱，使釬料熔化，焊件不熔化，釬料熔化后填滿焊件連接處的間隙，待釬料凝固后，兩焊件就被連接起來。 常用的焊接方法根據(jù)不同板厚和不同材料所選用的焊接方法 二、手工電弧焊 (一)焊接電弧 焊接電弧是一種強烈而持久的氣體放電現(xiàn)象，能產生大量的熱能和強烈的光輝。 通常，氣體是不導電的，但在一定的電場和溫度條件下，可以使氣體離解而導電。 焊接電弧就是將電弧空間的氣體電離，使中性分子或原子離解成帶正電荷的正離子和帶負電荷的電子（或負離子），這兩種帶電質點分別向著電場的兩極方向運動，使局部氣體空間導電，形成電弧。 焊接時，將焊條擦劃或垂直敲擊焊件．然后將焊條很快提起，使之拉開后保持2—4mm的距離，以引出電弧。 由于弧柱區(qū)產生高溫（弧柱區(qū)溫度可達5000—8000℃）而使焊條和焊件同時熔化，形成熔池，隨著電弧沿焊接方向移動，熔池金屬迅速冷卻而凝固成焊縫。 使用直流電源焊接時，焊接電弧的組成如圖。 （二）電焊機 （1）直流電焊機。 直流電焊機的直流電由焊接發(fā)電機（由交流電動機和直流發(fā)電機組成）產生，也可通過弧焊整流器得到。由于直流電焊機的電弧穩(wěn)定性好，可適應各種焊條，適合于焊接薄板、鑄鐵、合金鋼、有色金屬及其它重要焊件。 直流焊接有正、反接法可供選擇，焊件接電源陽極而焊條接陰極，是正接法，可焊接要求不太高的較厚焊件；焊件接電源陰極而焊條接陽極，是反接法，可焊接重要的較薄焊件。 （2）交流電焊機。 交流電焊機實際上是—種滿足焊接要求的特殊降壓變壓器，其空載電壓一般為50~80V，工作電壓—般為16~35V，電流調節(jié)范圍—般為45~320A。雖然交流電焊機的穩(wěn)定性較差，但由于結構簡單、維修保養(yǎng)容易、效率高等優(yōu)點，因而被廣泛 應用。 交流焊接無正、反接法之分。 （三）電焊條 手工電弧焊的焊條由焊條芯和藥皮組成。 （1）焊條芯。主要起填充焊縫金屬和傳導電流的作用。焊條芯的化學成分直接影響焊縫的質量。當焊接材料不同時，應采用相應鋼種的焊條芯。焊條的直徑是用焊條芯的直徑來表示的。目前以直徑3~5mm，長度為350~450mm的焊條應用最廣。 （2）藥皮。藥皮是焊芯表面上的涂料層，其主要作用是提高焊接電弧的穩(wěn)定性，防止空氣對熔化金屬的有害作用，保證焊縫金屬的脫氧和加入合金元素，以便提高焊縫金屬的機械性能。 （3）焊條的分類。 手工電弧焊條按用途分為碳鋼焊條、低合金鋼焊條、不銹鋼焊條、堆焊焊條、鑄鐵焊條、鎳及鎳合金焊條、銅及銅合金焊條、鋁及鋁合金焊條、特殊用途焊條等九類。按焊條藥皮熔化后的特性分成了酸性焊條和堿性焊條兩類。 ①.酸性焊條：特點是電弧穩(wěn)定，易脫渣，金屬飛濺少；但焊縫沖擊韌度差，合金元素燒損多。適合于焊接低碳鋼和不重要的結構件。 ②.堿性焊條：特點是合金化效果好，抗裂性能好，直流反接，電弧穩(wěn)定性差，飛濺大，脫渣性差。主要用于焊接重要的結構件，如壓力容器等。 常用的酸性焊條有E4303（舊牌號為J422）、E500l（J503）等；常用的堿性焊條有E4315（J427）、E5015（J507）等。型號中E表示焊條；后面的第一、二位數(shù)字代表焊縫金屬抗拉強度最小值；第三位數(shù)字表示焊接方位；第三和第四位數(shù)字組合，表示焊接電流種類和藥皮類型。 例E4313焊條。其中E表示焊條、43表示熔敷金屬抗拉強度最小值、1表示焊條適用于全位置焊接、最后的3表示焊條藥皮為鈦鈣型，可采用交流或直流正、反接電源焊接。 焊條應保存在干燥通風的倉庫內，防止受潮變質。若發(fā)現(xiàn)焊條芯生銹、藥皮變質等，則應降級使用，嚴重的應予報廢。 （四）焊接工藝 1．接頭形式 2．焊縫的空間位置 根據(jù)焊縫的空間位置，可分為平焊、立焊、橫焊和仰焊四種，如圖2-9，一般應盡量采取易于操作的平焊。 3．焊接規(guī)范 （1）焊條直徑的選擇。 根據(jù)焊件的機械性能、化學成分選出相應的焊條后，再根據(jù)焊件厚度、接頭型式及焊縫位置等來選擇焊條直徑。一般說來，焊件厚度越大，所選的焊條直徑越粗。對于多層焊．焊第一層時應采用直徑較小的焊條，以后各層可根據(jù)焊件的厚度來選用較大直徑的焊條。 （2）焊接電流的確定 增大焊接電流能提高生產率。但電流過大易造成焊縫咬邊、燒穿等缺陷。而電流過小也易造成夾渣、未焊透等缺陷，且降低生產率，故焊接電流必須選用得當。 焊接電流的選用主要根據(jù)焊條的直徑和焊縫的位置來決定。焊接低碳鋼時，焊接電流與焊條直徑的關系一般可按下列經驗公式計算： I＝(30~50)d (A) 式中 I——焊接電流，A； d——電焊條直徑，mm。 （3）焊接速度。 焊接速度指焊條沿焊接方向移動的速度。在保證焊透、焊縫高低及寬窄一致的前提下，應盡量快速施焊。 焊件越薄，則焊速應越大，這主要靠焊工根據(jù)具體情況憑經驗靈活掌握。 三 焊接質量及其控制 1．焊接應力與變形 焊接過程中，焊件受到的是不均勻、不一致的局部加熱和冷卻，從而引起不均勻的膨脹與收縮，導致焊接應力的產生。當焊接應力大于焊件材料的屈服強度時，焊件就會發(fā)生變形。 焊接變形包括內部收縮變形和外部撓曲變形兩種。如圖2-10，內部收縮變形有縱向收縮、橫向收縮和回轉收縮；外部撓曲變形有角變形、縱向彎曲變形和扭曲變形等。 防治和減少焊接變形，主要從兩個方面采取措施：一是合理設計焊接結構，二是采取合理的焊接工藝。 在進行焊接結構設計時，其遵循的基本原則是： 1. 盡量減少焊縫數(shù)量； 2. 不同厚度工件焊接時，接頭要逐漸過渡； 3. 焊縫應避免交叉； 4. 焊縫應盡可能分散和對稱； 5. 焊縫布置應盡可能避開最大應力或應力集中部位; 6. 焊縫應盡量遠離已加工表面； 7. 焊縫位置應開敞以便于操作； 8. 焊縫應盡量布置在水平位置上，并盡量減少焊件翻轉。 采取合理的焊接工藝包括： 1）正確選擇焊接程序，使焊件能自由膨脹和收縮； 2）采用對稱焊和跳焊的方法，縮短焊縫長度，將變形量降低到最低； 3）采用反變形的方式，抵消焊后變形； 4）剛性固定，強制減少焊接變形； 5）焊后捶擊，延伸焊縫，消除變形應力； 6）預熱焊件，使焊接區(qū)和加熱區(qū)同時加熱和冷卻，降低焊接應力。第三節(jié) 鍛壓一、概 述 鍛壓是指鍛造和板料沖壓。 鍛造屬固態(tài)金屬質量不變工藝，是壓力加工的一種。它是指固態(tài)金屬在外力作用下，產生塑性變形，從而獲得具有—定形狀、尺寸和機械性能的毛坯或零件的加工方法。 板料沖壓是指板料在沖床壓力作用下，利用裝在沖床上的沖模使其變形或分離，從而獲得毛坯或零件的加工方法。 壓力加工的主要方法有：軋制、擠壓、拉拔、自由鍛、模鍛和板料沖壓等。如圖2-11所示。 二、鍛 造 鍛造就是將固態(tài)金屬坯料放在砧鐵間或鍛模腔內，借助鍛壓機械外力的作用而產生塑性變形的加工方法。 按加工方式的不同，鍛造主要分為自由鍛造和模型鍛造兩大類。 在鍛造時使用通用的工具，不用鍛模，金屬變形較自由，稱為自由鍛造。 如果鍛造時使用鍛模，金屬的變形受到鍛模腔槽的限制，稱為模型鍛造。 三．板料沖壓 板料沖壓大多數(shù)情況是在常溫下進行的，所以又稱冷沖壓。沖壓的原材料是板料、帶料、板條等。為了進行沖壓加工，特別是制造中空杯狀等零件時，必須有足夠的塑性。通常用低碳鋼、高塑性合金鋼、銅、鎂、鋁及其合金等。非金屬板料如石棉板、纖維板等亦廣泛地采用沖壓加工。 沖壓加工在工業(yè)中得到廣泛的應用，例如環(huán)保設備殼體、化工機械中的部分容器、汽車外殼、自行車鏈輪、電機的硅鋼片、彈殼以及大量日常用品等，據(jù)統(tǒng)計，汽車中的沖壓件占50％~75％，電子、儀表產品中占70％~80％。 （一）板料沖壓設備 常用的板料沖壓設備有剪床（剪板機）和沖床（沖壓機）。 1．剪床 剪床的作用是把板料裁剪成一定尺寸的坯料，以供下一步沖壓工序之用。剪床上下刃之間的夾角約2°~8°，整個剪切過程沿斜面進行，這就降低了剪切鋼板時剪刃所需的壓力。其結構見圖2-12。 2．沖床 沖床是沖壓生產的主要設備，可用于工件的切斷、落料、沖孔和彎曲等工序。圖2-13為開式單柱沖床。 （二）板料沖壓的基本工序 板料沖壓的工序很多，其基本工序大致可分為兩大類。 分離工序 使坯料的一部分與另一部分相互分離的工序，如剪切、落料、沖孔和修整等。 變形工序 使坯料的一部分相對另一部分產生位移而不破裂的工序，如彎曲、拉伸、成型和翻邊等。 當板料彎曲半徑較大時，如環(huán)保設備的筒體和管道等，常用卷板機或滾彎機進行彎曲。如圖2-15所示為三軸卷板機的工作原理示意圖。  kTr紅軟基地

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