金 属 工 艺 学
金属工艺学是一门研究有关制造金属机件的工艺方法的综合性技术学科。
它主要研究：
各种工艺方法本身的规律性及其在机械制造中的应用和相互联系；
金属机件的加工工艺过程和结构工艺性；
工艺方法的综合比较等。
• 机械制造的基本工程
1、产品设计
总体设计 零部件设计
决定功能
选用材料
决定尺寸及结构细节
定出技术要求
绘出图纸
2、工艺准备
决定生产方案
制定工艺规程与工艺卡
设计并制造工艺装备
3、毛坯生产
铸件、 锻件、冲压件、焊接件、棒料、非金属材料、毛坯等。
4、切削加工
粗加工、半精加工、精加工、外构件、外协件
5、装配与调试
组件装配、部件装配、总装、调试
6、装箱出厂
• 机械制造的经济性原则
材料成本、工时成本
直接成本、间接成本
生产成本、利润、税金
• 现代先进加工工艺
1、采用物化知识的职能来代替人，使人从直接参加生产劳动变为主要负责控制生产。
2、采用先进工艺和高效专用设备，使工艺专业化。
3、机械加工技术柔性化，大量采用信息技术和计算机技术。
• 材料是可以直接制成成品的东西,如木料、石料、金属材料等。
• 工业生产中所使用的材料属于工程材料，主要包括金属材料、无机非金属材料、有机高分子材料和复合材料四大类。
• 金属材料是现代制造机械的最主要材料。
• 金属材料以合金为主，很少使用纯金属。
合金是以一种金属为基础，加入其它金属或非金属，经过熔炼、烧结或其它方法制成的具有金属特性的材料。
最常用的合金，有以铁为基础的铁碳合金；有以铜或铝为基础的铜合金和铝合金。
• 用来制造机器零件的金属或合金应具有如下性能：
1、优良的工艺性能，包括铸造性能、锻造性能、焊接性能、热处理性能、机加工性能等。
2、较好的使用性能，包括物理性能、化学性能、力学性能等。
§1-1 材料的性能
材料的性能以金属材料为例包括力学性能、物理性能、化学性能和工艺性能等。
一、金属材料的力学性能
力学性能是指金属材料在受外力作用时所反映出来的性能。
力学性能指标，是选择、使用金属材料的重要依据。
金属材料的力学性能主要有：强度、塑性、硬度、冲击韧度和疲劳强度等。
1、强度
强度是在外力作用下，材料抵抗塑性变形和断裂的能力。
按作用力性质不同，强度可分为屈服点（屈服强度）、抗拉强度、抗压强度、抗弯强度、抗剪强度等。
在工程上常用来表示金属材料强度的指标有屈服强度和抗拉强度。
（1）屈服点
当载荷增达到Fs时，拉伸曲线出现了平台，即试样所承受的载荷几乎不变，但产生了不断增加的塑性变形，这种现象称为屈服。
屈服点是指在外力作用下开始产生明显塑性变形的最小应力。用ós表示。
ós= （MPa）
式中：Fs—试样产生明显塑性变形时所受的最小载荷，即拉伸曲线中S点所对应的外力（N）
Ao—试样的原始截面积（mm2）
（2）抗拉强度
抗拉强度是金属材料断裂前所承受的最大应力，故又称强度极限。常用ób来表示。
ób= （MPa）
式中：Fb—指试样被拉断前所承受的最大外力，即拉伸曲线上B点所对应的外力（N）。
Ao—试样的原始横截面积（客从何处来 易中天mm2）
屈服强度和抗拉强度在设计机械和选择、评定金属材料时有重要意义，因为金属材料不能在超过其ós的条件下工作，否则会引起机件的塑性变形；金属材料也不能超过其 ób的条件下工作，否则会导致机件的破坏。
2、塑性
塑性是指金属材料在外力作用下产生永久变形而不致引起破坏的性能。在外力消失后留下来的这部分不可恢复的变形，叫做塑性变形。
金属材料的塑性通常用伸长率和断面收缩率来表示。
(1)伸长率δ
δ
= （L1-L0）/L0 ×100%
式中： L0—试样原标距的长度（mm）
L1—试样拉断后的标距长度（mm）
(2) 断面收缩率φ
化妆品种类 断面收缩率是指试样拉断后断面处横截面积的相对收缩值。
φ
= （A0-A1）/A0 ×100%
式中：A0—试样的原始截面积（mm2）
A1—试样断面处的最小截面积（mm2）
δ和φ
愈大，则塑性愈好。良好的塑性是金属材料进行塑性加工的必要条件。
3、硬度
金属材料抵抗其它更硬的物体压入其内的能力，叫硬度。
它是材料性能的一个综合的物理量。表示金属材料在一个小的体积范围内抵抗弹性变形、塑性变形或破断的能力。
金属材料的硬度可用专门仪器来测试，常用的有布氏硬度机、洛氏硬度机等。
（1）布氏硬度（HB）
用布氏硬度机测试出来的硬度叫布氏硬度。
布氏硬度的特点：
布氏硬度因压痕面积较大，HB银行年终工作总结值的代表性较全面，而且实验数据的重复性也好，但由于淬火钢球本身的变形问题，不能试验太硬的材料，一般在HB450以上的就不能使用。
由于压痕较大，成品检验也有困难。
通常用于测定铸铁、有金属、低合金结构钢等材料的硬度。
(2) 洛氏硬度（HR）
在洛氏硬度机上测试出来的硬度叫洛氏硬度。
洛氏硬度的特点：
洛氏硬度HR可以用于硬度很高的材料，而且压痕很小，几乎不损伤工件表面，故在钢件热处理质量检查中应用最多。
但洛氏硬度由于压痕较小，硬度代表性就差些，如果材料中有偏析或组织不均的情况，则所测硬度值的重复性也差。
4、冲击韧度（ak）
金属材料抵抗冲击载荷作用而不破坏的能力叫做冲击韧度。常用一次摆锤冲击试验来测定金属材料的冲击韧度。
ak = AK/A0 （J·cm-2）
耿美文 式中：Ak—折断试样所消耗的冲击功（J）
Ao—试样断口处的原始截面积（mm2）
5、疲劳强度
当金属材料在无数次重复或交变载荷作用下而不致引起断裂的最大应力，叫做疲劳强度。
材料的疲劳强度通常在旋转对称弯曲疲劳试验机上测定。
无数次应力循环，对于钢材为107，有金属和某些超高强度钢常取108。
产生疲劳破坏的原因，一般认为是由于材料有杂质、表面划痕及其它能引起应力集中的缺陷。
二、金属材料的物理、化学及工艺性能
1、物理性能
金属材料的物理性能主要有：密度、熔点、热膨胀性、导电性和导热性等。
2、化学性能
它是金属材料在室温或高温时抵抗各种化学作用的能力，主要是指抵抗活泼介质的化学侵蚀能力，如耐酸性、耐碱性、抗氧化性等。
3、工艺性能
工艺性能是物理、化学、力学性能的综合。按工艺方法的不同，可分为铸造性能、可锻性、焊接性和切削加工性等
§1-2 金属的结构与结晶
一、晶体与晶格
固体物质按其原子排列的特征，可分为晶体和非晶体。
非晶体的原子作不规则的排列，如松香、玻璃、沥青等。
晶体的原子则按一定次序作有规则的排列，如金刚石、石墨及固态金属和合金。
两者的性能差异：晶体具有一定的凝固点和熔点，非晶体没有；晶体具有各向异性，非晶体各向同性等。
采用骤冷的工艺可将一些特殊成分的液态金属制成非晶体金属。它没有通常的晶体结构、没有晶界、枝晶等，也完全避免偏析，而具有高的强度、硬度和一定的韧性，还有优异的耐腐蚀性。
晶体中原子排列情况
晶体中原子在空间中是按一定规律堆砌在一起的。
• 晶格
为了便于表明晶体内部原子排列的规律，有必要把原子抽象化，把每个原子看成一个点，这个点代表原子的振动中心。把这些点用直线连接起来，便形成一个空间格子，叫做晶格。
• 结点
晶格中每个点叫结点。
• 晶胞
晶格的最小单元叫做晶胞，它能代表整个晶格的原子排列规律。
在研究各种金属的晶体结构时，一般取出它的晶胞来研究就可以了。
• 晶格常数
晶胞中各棱边的长度叫做晶格常数，其大小用Å来度量（1 Å =10-8cm）。
• 最常见的晶格类型：
1、体心立方晶格
a）其晶胞形状为立方体，a=b=c，á=â=ã=90°
b）原子分布在立方晶体的各个结点及中心。
c）每个体心立方晶胞中仅包含2个原子。
属于这类金属的有：á -Fe、Mn、Cr、V、W、Mo、K、Na等。
2此致敬礼、面心立方晶胞
a）其晶胞为立方体。
b）原子分布在立方体的各个结点及各面的中心处。
c）每个晶胞中含有全国自主择业信息平台4个原子。
3、密排六方晶格
a）其晶胞形状为六方柱体。
b）原子分布在各个结点及上下两个正六方面的中心，另外在六方柱体中心还有三个原子。
属于这类金属的有：Mg、Zn、Cd、Be等。
二、多晶体结构与晶体缺陷
1、多晶体结构
工业上使用的金属都是由许多小晶体组成的多晶体，每个小晶体称为晶粒。
如果一整块金属仅由一个晶粒组成，则称为单晶体。
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