金属材料与工艺.pdf

I 职业教育改革创新规划教材 金属材料与工艺 主 编 顾鹏展 副主编 尹文新 参 编 杜金鑫 马作正 赵俊德 II 内 容 简 介 本书主要讲授金属材料基础知识与热处理基本工艺，以及机械制造工艺基础相关理论知识，着重于与材料选用有关的机械制造基本能力的培养。主要内容包括金属材料的性能、铁碳合金、钢的热处理、其他常用金属和当今前沿金属材料介绍、金属毛坯制造工艺、零件切削加工工艺等相关知识。选材少而精，重点突出，主次分明，通俗易懂，采用新的国家标准，理论联系实际，便于教学，利于自学，符合中职教育教学特点。本书既可作为中等职业院校焊接技术类相关专业的课程教学用书，也可作为相关行业从业人员的培训和参考用书，尤其可供焊接行业从业人员参考。未经许可，不得以任何方式复制或抄袭本书之部分或全部内容。版权所有，侵权必究。图书在版编目（CIP）数据 金属材料与工艺/顾鹏展主编.北京：电子工业出版社,2017.7 ISBN 978-7-121-31947-1.金.顾.金属材料职业教育教材 金属加工工艺职业教育教材.TG 中国版本图书馆 CIP 数据核字（2017）第 139702 号 策划编辑：张 凌 责任编辑：张 凌 特约编辑：王 纲 印 刷：装 订：出版发行：电子工业出版社 北京市海淀区万寿路 173 信箱 邮编：100036 开 本：7871 092 1/16 印张：12.5 字数：320 千字 版 次：2017 年 7 月第 1 版 印 次：2017 年 7 月第 1 次印刷 定 价：29.60 元 凡所购买电子工业出版社图书有缺损问题，请向购买书店调换。若书店售缺，请与本社发行部联系，联系及邮购电话：（010）88254888，88258888。质量投诉请发邮件至 ，盗版侵权举报请发邮件至 。本书咨询联系方式：（010）88254583，。III 随着现代科技的发展，金属材料不断推陈出新，机械加工方法和手段也越来越多，对机械加工技术人员特别是焊接技术人员要求也越来越高。为了适应中等职业院校对机械类专业教学的要求，全面提高教学质量，培养具有专业知识和实践能力的新一代焊接技术人员，使他们对金属材料及加工工艺有比较全面的了解，熟悉相关知识，提高分析和操作加工能力；同时为了满足广大机械加工行业在职人员的培训需求，特编写此书。本书在内容选材上，更加符合当前技能人才培养的需要，更好地反映新知识、新技术、新设备、新材料。同时结合教学改革要求，在教材中融入先进的教学理念和教学方法，注意将抽象的理论知识形象化、生动化，注重加强实践性教学环节，以及构建“做中学”、“学中做”的学习过程，充分体现中职教学特色。在编写中，以够用为度，适用为主，应用为本，使学生毕业后既能胜任岗位要求，又能适应焊接技术行业的变化和发展需求。本书选材少而精，重点突出，主次分明，通俗易懂，采用新的国家标准，理论联系实际，便于教学，利于自学，符合中职教育教学特点。本书适用于 92 学时的教学，学时分配建议如下：章 次 内 容 学 时 绪论 绪论 1 第 1 章 金属的结构与结晶 4 第 2 章 金属材料的性能 6 第 3 章 铁碳合金 10 第 4 章 钢的热处理 8 第 5 章 合金钢 6 第 6 章 铸铁 4 第 7 章 有色金属与硬质合金 7 第 8 章 锻造和铸造 9 第 9 章 车削 10 第 10 章 钳加工 10 第 11 章 铣削、刨削与镗削 10 第 12 章 磨削 5 机动 24 本书由南阳技师学院顾鹏展担任主编（绪论、第 14 章），尹文新担任副主编（第 5 章），IV 参加编写的还有杜金鑫（第 6、7 章）、马作正（第 8 章）、赵俊德（第 912 章）。本书在编写过程中得到了有关单位的大力支持和帮助，编者参考了许多专家学者的著作和文献，在此，一并表示衷心感谢。本书既可作为中等职业院校焊接技术类相关专业的课程教学用书，也可作为相关行业从业人员的培训和参考用书，尤其可供焊接行业从业人员使用。编 者 V 绪论1 第一单元 金属材料与热处理 第 1 章 金属的结构与结晶4 1.1 金属的晶体结构4 1.1.1 晶体与非晶体4 1.1.2 金属的晶格类型4 1.1.3 单晶体与多晶体5 1.1.4 晶体的缺陷6 1.2 纯金属的结晶7 1.2.1 纯金属的结晶过程7 1.2.2 晶粒大小对金属材料的影响8 1.2.3 同素异构转变9 第 2 章 金属材料的性能 11 2.1 金属材料的物理性能 11 2.1.1 密度 11 2.1.2 熔点 12 2.1.3 热膨胀性 12 2.1.4 导热性 13 2.2 金属材料的力学性能 14 2.2.1 强度和塑性 14 2.2.2 硬度 17 2.2.3 冲击韧性和疲劳强度 19 2.3 金属材料的工艺性能 20 2.3.1 铸造性能 21 2.3.2 锻压性能 22 2.3.3 焊接性能 23 2.3.4 切削加工性能及热处理性能 23 第 3 章 铁碳合金 25 3.1 合金及其组织 26 3.1.1 合金的基本概念 26 3.1.2 合金的组织 26 VI 3.2 铁碳合金的基本组织与性能 28 3.2.1 铁素体 28 3.2.2 奥氏体 28 3.2.3 渗碳体 29 3.2.4 珠光体 29 3.2.5 莱氏体 29 3.3 铁碳合金相图 30 3.3.1 铁碳合金相图的组成 31 3.3.2 Fe-Fe3C 相图中特性点、线的含义 31 3.3.3 铁碳合金的分类 33 3.3.4 铁碳合金的成分、组织与性能的关系 33 3.3.5 Fe-Fe3C 相图的应用 33 3.4 碳素钢 35 3.4.1 钢中常存元素及其对性能的影响 35 3.4.2 碳素钢的分类 35 3.4.3 碳素钢牌号及用途 36 第 4 章 钢的热处理 41 4.1 热处理的原理及分类 41 4.2 钢在加热及冷却时的组织转变 42 4.2.1 钢在加热时的组织转变 42 4.2.2 钢在冷却时的组织转变 43 4.3 热处理的基本方法 47 4.3.1 退火与正火 47 4.3.2 淬火与回火 49 4.4 钢的表面热处理 54 4.4.1 表面淬火 54 4.4.2 化学热处理 55 第 5 章 合金钢 61 5.1 合金钢的分类和牌号 61 5.1.1 合金钢的分类 61 5.1.2 合金钢的牌号 62 5.2 合金结构钢 63 5.2.1 低合金结构钢 63 5.2.2 合金渗碳钢 64 5.2.3 合金调质钢 65 5.2.4 合金弹簧钢 66 5.2.5 滚动轴承钢 66 5.3 合金工具钢 68 5.3.1 合金刃具钢 68 5.3.2 合金模具钢 70 VII 5.3.3 合金量具钢 71 5.4 特殊性能钢 72 5.4.1 不锈钢 72 5.4.2 耐热钢 74 5.4.3 耐磨钢 74 第 6 章 铸铁 76 6.1 铸铁的特点与分类 76 6.1.1 铸铁的石墨化 76 6.1.2 铸铁的组织与性能的关系 77 6.1.3 铸铁的分类 78 6.2 常用铸铁简介 78 6.2.1 灰铸铁 78 6.2.2 可锻铸铁 80 6.2.3 球墨铸铁 82 6.2.4 蠕墨铸铁 83 6.2.5 合金铸铁 84 6.2.6 常用铸铁的热处理 84 第 7 章 有色金属与硬质合金 86 7.1 铜及铜合金 86 7.1.1 纯铜（Cu）86 7.1.2 铜合金 87 7.2 铝及铝合金 91 7.2.1 铝及铝合金的性能特点 92 7.2.2 铝及铝合金的分类、代号、牌号和用途 92 7.3 钛及钛合金 95 7.3.1 纯钛（Ti）96 7.3.2 钛合金 96 7.3.3 钛的三大功能 97 7.4 硬质合金 97 7.4.1 硬质合金的性能特点 98 7.4.2 常用的硬质合金 98 第二单元 金 属 工 艺 第 8 章 锻造与铸造 102 8.1 锻造102 8.1.1 坯料的加热102 8.1.2 自由锻103 8.1.3 模锻106 8.1.4 锻件的锻后冷却107 8.1.5 自由锻工艺108 VIII 8.1.6 自由锻的常见缺陷109 8.2 铸造110 8.2.1 铸造基础110 8.2.2 砂型铸造111 8.2.3 铸造工艺116 8.2.4 特种铸造118 第 9 章 车削 122 9.1 车床122 9.1.1 卧式车床122 9.1.2 车削运动122 9.1.3 车削的加工范围及特点125 9.1.4 切削用量126 9.2 车床的工艺装备127 9.2.1 车床夹具127 9.2.2 车刀和刀具材料129 9.3 车削工艺131 9.3.1 分析图样132 9.3.2 制定加工工艺132 9.3.3 齿轮轴的车削加工132 第 10 章 钳加工134 10.1 划线 134 10.1.1 常用划线工具135 10.1.2 划线基准的选择136 10.1.3 划线步骤及工艺136 10.2 孔加工 138 10.2.1 钻床138 10.2.2 钻孔139 10.2.3 扩孔139 10.2.4 锪孔140 10.2.5 铰孔140 10.3 螺纹加工 142 10.3.1 攻螺纹142 10.3.2 套螺纹144 10.4 平面与曲面加工 145 10.4.1 锯削与錾削146 10.4.2 锉削147 10.4.3 刮削149 10.4.4 研磨151 第 11 章 铣削、刨削与镗削154 11.1 铣削 154 IX 11.1.1 铣床与铣刀154 11.1.2 铣床的加工范围与特点158 11.1.3 铣削方法159 11.1.4 工件的装夹160 11.1.5 典型零件的铣削161 11.2 刨削与镗削 163 11.2.1 刨床与插床164 11.2.2 镗削166 11.2.3 刨削、插削与镗削的典型零件加工168 第 12 章 磨削170 12.1 磨床 170 12.1.1 常用磨床170 12.1.2 磨削的主要加工内容173 12.1.3 磨削的工艺特点173 12.2 砂轮 174 12.2.1 砂轮的组成174 12.2.2 砂轮的标记174 12.3 磨削工艺 178 12.3.1 在外圆磨床上磨外圆178 13.3.2 在外圆磨床上磨内圆180 12.3.3 在外圆磨床上磨外圆锥181 12.3.4 在平面磨床上磨平面181 12.3.5 齿轮轴的磨削工艺182 附录 压痕直径与布氏硬度对照表184 附录 黑色金属硬度及强度换算表186 附录 常用钢的临界点187 X 1 绪论绪论 在人类使用的众多材料中，金属材料由于特有的多种优异性能，被广泛地应用于生活和生产当中，是现代工业和科学技术领域不可缺少的重要材料。作为一名机械行业的技术工人，从手中的工具到加工的零件，每天都要与各种各样的金属材料打交道，为了能够正确地认识和使用金属材料，合理选用金属材料，适当确定热处理工艺，确定不同金属材料的加工方法，充分发挥材料的潜力，提高产品零件的质量，节省金属材料，就必须熟悉金属材料的牌号，了解它们的性能和变化规律。因此，我们需要比较深入地学习和了解金属材料的相关知识，金属材料与热处理正是这样的一门研究金属材料的成分、组织、热处理与金属材料性能之间的关系和变化规律的学科。金属材料在现代工农业生产中占有极其重要的地位。不仅在机械制造、交通运输、国防科技等各个部门需要使用大量的金属材料，而且在人们日常生活的用品中也离不开金属材料。金属材料的品种繁多，工程上常用的金属材料有钢铁、有色金属及其合金、粉末冶金材料等。各种材料的性能主要是指使用性能和加工工艺性能。金属材料在使用条件下所表现的性能称为使用性能，它包括材料的物理、化学和机械性能。金属材料在冷、热加工的过程中所表现的性能称为加工工艺性能，它包括铸造性能、压力加工性能、焊接性能、热处理性能、切削加工性能等。金属材料作为应用最为广泛的工程材料，利用各种手段对金属材料进行加工从而得到所需产品的过程，称为机械制造。机械制造包