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工程材料课程复习资料
江苏科技大学工程材料课程复习提纲
二、复习内容
1、金属材料的主要力学性能、指标及其关系P8-13
2、材料的物理性能——材料固有的一些属性，如密度、熔点、热膨胀性、磁性、导电性与导热性等
材料的化学性能——材料在室温或高温下抵抗各种化学介质作用的能力，一般包括耐腐蚀性与高温抗氧化性等
材料的工艺性能——材料在各种加工过程中表现出来的性能，如铸造、锻造、热处理和切削加工等性能
3、P15-17常见金属晶体结构：
体心立方晶格、面心立方晶格、密排六方晶格;体心立方2个、面心立方4个、密排六方6个
4、结晶的过程由形成晶核和晶核长大两个阶段组成；（如何完成见P19；）
细晶粒组织的金属不仅强度高，塑性和韧性也好
5、什么是金属的同素异构转变？
以纯铁为例说明这一转变过程。
P201.4.2
6、P21-22
相：
在金属或合金中，凡成分相同、结构相同并与其它部分有界面分开的均匀组成部分，均称之为相。
合金：
通过熔炼，烧结或其它方法，将一种金属元素同一种或几种其它元素结合在一起所形成的具有金属特性的新物质，称为合金。
相分为2种：
固溶体：
合金的组元之间以不同的比例混合，混合后形成的固相的晶格结构与组成合金的某一组元的相同，这种相称为固溶体。
金属间化合物：
合金的组元间发生相互作用形成的一种具有金属性质的新相，称为金属间化合物。
它的晶体结构不同于任一组元，用分子式来表示其组成。
7、P29-39
a、铸铁是含碳量大于2.11%的铁碳合金；铸铁分为三类：
白口铸铁、灰口铸铁、麻口铸铁；根据灰口铸铁中石墨形态不同，分为：
灰铸铁：
片状石墨割断了基体的连续性，在尖端处易产生应力集中，因此力学性能不高，但铸造性能好、减磨减震性好、切削加工性好、缺口敏感性低，价格低廉，应用广泛。
球墨铸铁：
球状石墨，力学性能比灰铸铁高，石墨球越小、越分散，则强度、塑性与韧性越好；但铸造时易产生白口现象和缩松等缺陷。
蠕墨铸铁：
蠕虫状石墨，石墨片短而厚，端部较钝、较园，性能介于灰铸铁和球墨铸铁之间。
可锻铸铁：
团絮状石墨，力学性能优于灰铸铁，接近于球墨铸铁；但铸造性能优于球墨铸铁。
b、纯铁在室温下的晶体结构是体心立方晶格；
c、
（1）P30图1-40；
（2）45钢在平衡结晶过程中冷却到共析温度发生共析反应时，A、F、Fe3C含碳量分别为0.77%、0.0218%、6.69%。
GS、ES、PSK线的代号分别是A3、Acm、A1。
共析反应式AS770℃→P（FP+Fe3C），共晶反应式LC1148℃→Ld（AE+Fe3C）；
d、已知A（熔点600℃）与B（500℃）在液态无限互溶；在固态300℃时A溶于B的最大溶解度为30%，室温时为10%，但B不溶于A；在300℃时，含40%B的液态合金发生共晶反应。
现要求：
1）作出A-B合金相图；
2）分析20%A,45%A,80%A等合金的结晶过程，并确定室温下的组织组成物。
20%A合金如图①：
合金在1点以上全部为液相，当冷至1点时，开始从液相中析出α固溶体，至2点结束，2～3点之间合金全部由α固溶体所组成，但当合金冷到3点以下，由于固溶体α的浓度超过了它的溶解度限度，于是从固溶体α中析出二次相A，因此最终显微组织：
α+AⅡ
45%A合金如图②：
合金在1点以上全部为液相，冷至1点时开始从液相中析出α固溶体，此时液相线成分沿线BE变化，固相线成分沿BD线变化，当冷至2点时，液相线成分到达E点，发生共晶反应，形成（A+α）共晶体，合金自2点冷至室温过程中，自中析出二次相AⅡ，因而合金②室温组织：
AⅡ+α+（A+α）
80%A合金如图③：
合金在1点以上全部为液相，冷至1点时开始从液相中析出A，此时液相线成分沿AE线变化，冷至2点时，液相线成分到达E点，发生共晶反应，形成（A+α）共晶体，因而合金③的室温组织：
A+（A+α）
8、常用金属材料的分类及牌号，如：
HT250T12AZG200-40045Q235-AFT8，等
见P36-40
9、常用热处理工艺过程、分类、特点及基本应用,加热和人一会冷却时组织转变特征等。
P50-57
10、铸造工艺基础，如：
铸造的性能、在铸造中三种凝固方式、缩孔、缩松、同时凝固、顺序凝固、充型能力、流动性，等
P79-87顺序凝固=定向凝固
11、常用、特种铸造方法、特点、比较、应用。
P119
12、金属的可锻性，变形条件、冲压的基本工序、拉延系数。
P126-129，P142-148
13、焊接的分类、治金工艺过程、特点，焊接接头的组织和性能、工艺可焊性、使用可焊性、金属材料的焊接性评价，常用焊接方法、特点、比较、应用。
P168-173，P179-181，P186-187，P170-179，
14-20、参见机械制造技术课程教材
14、
车床的分类及型号
目前我国将机床分为十一大类。
表4—1机床分类及代号
类别
车床
钻床
镗床
磨床
齿轮加工机床
螺纹加工机床
铣床
刨插床
拉床
锯床
其他机床
代号
C
Z
T
M
2M
3M
Y
S
X
B
L
G
Q
读音
车
钻
镗
磨
二磨
三磨
牙
丝
铣
刨
拉
割
其他
（二）按机床工作精度分类
1.普通机床。
指的是普通级别的机床，包括：
普通车床、钻床、镗床、铣床、刨插床等。
2.精密机床。
主要包括：
磨床、齿轮加工机床、螺纹加工机床和其他各种精密机床。
3.高精度机床。
主要包括：
坐标镗床、齿轮磨床、螺纹磨床、高精度滚齿机、高精度刻线机和其他高精度机床。
（三）按机床加工件大小和机床自身重量分类。
类别
机床本身重量（吨）
仪表机床
中、小型机床（一般机床）
＜10
大型机床
10～30
重型机床
30～100
特重型机床
＞ 100
（四）按机床通用性分类
1.通用机床（万能机床）。
这类机床的加工范围广泛，可以加工多种零件的不同工序。
由于其通用性范围较广，它的结构往往比较复杂。
适用于单件、小批生产。
例如，普通车床、卧式镗床、万能升降台铣床等均属于通用机床。
2.专门化机床（专门机床）。
这类机床专门用于加工不同尺寸的一类或几类零件的某一特定工序，如精密丝杠车床，凸轮轴车床，曲轴、连杆轴颈车床等都属于专门化机床，它适用于成批大量生产场合。
3.专用机床。
专门用以加工某一种零件的特定工序的机床称为专用机床。
专用机床加工范围小，被加工零件稍有一点变动就不能适应。
结构较通用机床简单，但生产率高，机床自动化程度往往也比较高。
所以，专用机床一般在成批大量生产中选用。
四、机床的型号编制
GB/T15375–94《金属切削机床型号编制方法》是现行机床型号编制标准。
其中规定，机床型号由汉语拼音字母和数字按一定的规律组合而成。
通用机床的型号由基本和辅助部分组成，中间用“/”隔开，读作“之”。
基本部分统一管理，辅助部分纳入型号与否由生产厂家自定。
在整个型号规定中，最重要的是类代号、组代号、主参数，以及通用特性代号、结构特性代号。
（一）机床的类代号：
表4—1
类别
车床
钻床
镗床
磨床
齿轮加工机床
螺纹加工机床
铣床
刨插床
拉床
锯床
其他机床
代号
C
Z
T
M
2M
3M
Y
S
X
B
L
G
Q
读音
车
钻
镗
磨
二磨
三磨
牙
丝
铣
刨
拉
割
其他
（二）机床通用特性、结构特性代号
1.通用特性代号。
当某类型机床（除普通型外）还有某种通用特性时，则在类代号之后加通用特性代号予以区分。
表4—2机床通用特性代号
通用特性
高精度
精密
自动
半自动
数控
加工中心（自动换刀）
仿形
轻型
加重型
简式或经济型
柔性加工单元
数显
高速
代号
G
M
Z
B
K
H
F
Q
C
J
R
X
S
读音
高
密
自
半
控
换
仿
轻
重
简
柔
显
速
2.结构特性代号。
对主参数值相同，而结构、性能不同的机床，在型号中增加结构特性代号予以区分，并用汉语拼音字母表示。
结构特性代号用汉语拼音字母表示，如A、D、E、L、N、P、R、S、T、U、V、W、X、Y等字母。
当不够用时可将两个字母组合起来使用。
如AD、AE等。
当型号中有通用特性代号时，结构特性代号排在通用代号之后；当型号无通用特性代号时，结构特性代号排在类代号之后。
（三）机床的组、系代号
在同类机床中，主要布局和使用范围基本相同的机床即为一组；在同一组机床中，其主参数相同，主要结构及布局型式相同的机床即为同一系。
每类机床分为10个组，每个组又分为10个系（系列）。
机床的组用一位阿拉伯数字表示，位于类代号或通用特性代号之后；机床系也用一位阿拉伯数字表示，位于组代号之后。
表4—3金属切削机床类、组划分表
O
1
2
3
4
5
6
7
8
9
车床C
仪表车床
单轴自动车床
多轴自动、半自动车床
回轮、转塔车床
曲轴及凸轮轴车床
立式车床
落地及卧式车床
仿形及多刀车床
轮、轴、辊、锭及铲齿车床
其他车床
钻床Z
坐标镗钻床
深孔钻床
摇臂钻床
台式钻床
立式钻床
卧式钻床
铣钻床
中心孔钻床
其他钻床
镗床T
深孔镗床
坐标镗床
立式镗床
卧式铣镗床
精镗床
汽车、拖拉机修理用镗床
其他镗床
磨床
M
仪表磨床
外圆磨床
内圆磨床
砂轮机
坐标磨床
导轨磨床
刀具刃磨床
平面及端面磨床
曲轴、凸轮轴、花键轴及轧辊磨床
工具磨床
2M
超精机
内圆珩磨机
外圆及其他珩磨机
抛光机
砂带抛光及磨削机床
刀具刃磨及研磨机床
可转位刀片磨削机床
研磨机
其他磨床
3M
球轴承套圈沟磨床
滚子轴承套圈滚道磨床
轴承套圈超精机
叶片磨削机床
滚子加工机床
钢球加工机床
气门、活塞及活塞环磨削机床
汽车、拖拉机修磨机床
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
齿轮加工机床Y
仪表齿轮加工机
锥齿轮加工机
滚齿机及铣齿机
剃齿及珩齿机
插齿机
花键轴铣床
齿轮磨齿机
其他齿轮加工机
齿轮倒角及检查机
螺纹加工机床
套丝机
攻丝机
螺纹铣床
螺纹磨床
螺纹车床
铣床X
仪表铣床
悬臂及滑枕铣床
龙门铣床
平面铣床
仿形铣床
立式升降台铣床
卧式升降台铣床
床身铣床
工具铣床
其他铣床
刨插床B
悬臂刨床
龙门刨床
插床
牛头刨床
边缘及模具刨床
其他刨床
拉床L
侧拉床
卧式外拉床
连续拉床
立式内拉床
卧式内拉床
立式外拉床
键槽、轴瓦及螺拉床
其他拉床
锯床G
砂轮片锯床
卧式带锯床
立式带锯床
圆锯床
弓锯床
铿锯床
其他机床Q
其他仪表机床
管子加工机床
木螺钉加工机床
刻线机床
切断机床
多功能机床
例如：
C6落地及卧式车床，
C5立式车床；
其中，C51单柱立式车床，
C52双柱立式车床。
（四）机床主参数的代号
反映机床规格大小的主要数据称为第一主参数，简称主参数。
不同的机床，主参数内容各不相同。
机床的主参数用阿拉伯数字表示。
在组系代号后面的数字，一般表示机床的主参数或主参数的1/10或1/100。
表4—4常见机床主参数及折算系数
机床名称
主参数名称
主参数折算系数
普通车床
自动车床、六角车床
立式车床
床身上最大工件回转直径
最大棒料直径或最大车削直径
最大车削直径
1/lO
1/l
1/lOO
立式钻床、摇臂钻床
卧式镗床
最大钻孔直径
主轴寅径
1/l
1/10
牛头刨床、插床
龙门刨床
最大刨削或插削长度
工作台宽度
1/lO
1/100
卧式及立式升降台铣床
龙门铣床
工作台工作面宽度
工作台工作面宽度
1/lO
1/JOO
外圆磨床、内圆磨床
平面磨床
砂轮机
最大磨削外径或孔径
：
[作台工作面的宽度或直径
最大砂轮宜径
1/l0
1/lO
1/l0
齿轮加工机床
（大多数是）最大工件真径
1／lO
其中，拉床的主参数是额定拉力。
（五）主轴数及第二主参数
机床主轴数应以实际数据列入型号，位于主参数之后，用乘号“×”分开。
第二主参数是指最大跨距、最大工件长度、最大模数等。
在型号中表示第二主参数，一般折算成两位数为宜。
（六）机床的重大改进顺序号
当机床结构、性能有重大改进和提高，并需按新产品重新设计、试制和鉴定时，才在机床型号之后按A、B、C……等汉语拼音字母的顺序选用加入型号的尾部，以区别原机床型号。
重大改进设计不同于完全的新设计，它是在原有的机床基础上进行改进设计，因此，重大改进后的产品应代替原来的产品。
（七）其他特性代号
其他特性代号，置于辅助部分之首。
其他特性代号主要用以反映各类机床的特性。
（八）企业代号及其表示方法
机床型号举例：
CA6140A
C车床（类代号）
A结构特性代号
6组代号（落地及卧式车床）
1系代号（普通落地及卧式车床）
40主参数（最大加工件回转直径400mm）
A第一次重大改进（重大改进顺序号）
XKA5032A
X铣床（类代号）
K数控（通用特性代号）
A（结构特性代号）
50立式升降台铣床（组系代号）
32工作台面宽度320mm（主参数）
A第一次重大改进（重大改进顺序号）
MGB1432
M磨床（类代号）
G高精度（通用特性代号）
B半自动（通用特性代号）
14万能外圆磨床（组系代号）
32最大磨削外径320mm（主参数）
C2150×6
C车床（类代号）
21多轴棒料自动车床（组、系代号）
50最大棒料直径50mm（主参数）
6轴数为6（第二主参数）
MB8240
最大回转直径为400mm的半自动曲轴磨床
根据加工需要，经变换的第一种半自动曲轴磨床，其型号为MB8240/1；
变换的第二种型式的型号为MB8240/2，依此类推。
二、机床的运动
1、运动分析。
零件的形状很多，组成表面包括：
平面、圆柱面、圆锥面及成形面。
零件表面的形成不外乎一条线为母线，绕另一条线导线移动或或转动而形成。
2、工作运动。
1）主运动
由机床或人力提供的主要运动，它提供切削刀具（工具）与工件之间产生相对运动，从而使刀具前刀面接近工件。
说明：
主运动是切下切屑所需要的最基本的运动，是切削加工中速度最高、消耗功率最多的运动，如车削时工件的旋转，牛头刨床刨削时刨刀的往复移动等。
一台机床主运动一般只有一个。
2）进给运动
由机床或人力提供的运动,它使刀具与工件之间产生附加的相对运动,加上主运动,即可不断地或连续地切除切屑,并获得具有所需几何特征的已加工表面
说明：
进给运动是使工件切削层不断投入切削,从而加工出完整表面所需的运动,如车削时车刀的连续直线移动,牛头刨床刨水平面时工件的间歇移动等.一台机床的进给运动可以是一个,也可以是多个。
车床：
工件为主运动，刀具为进给运动。
钻床：
主运动和进给运动，都由刀具完成；钻头的旋转是主运动；钻头的轴向直线运动是进给运动。
牛头刨床：
适于刨削长度不超过1000mm的中小型工件。
主运动：
刀具随滑枕做往复直线运动。
进给运动：
工件随工作台做水平横向间歇运动。
龙门刨床：
主运动是工件随着工作台的直线往复运动，进给运动是刀架带着刨刀作横向或垂直的间歇运动。
龙门刨与龙门铣的区分--龙门刨的主运动是工件随工作台的直线运动；龙门铣的主运动是刀具的旋转运动。
插床其实是一个立式刨床，插床代号为B50，在结构上和牛头刨属于同一类。
主运动：
插刀随滑枕垂直方向的往复直线运动。
进给运动：
工件在纵向、横向以及圆周方向的间歇运动。
拉床：
利用拉刀加工内外成形表面。
主运动：
拉刀的直线运动，由拉床上的液压装置驱动。
进给运动：
依靠拉刀的结构来实现。
铣床是利铣刀在工件上加工各种表面的机床。
铣刀旋转为主运动加工各种表面，工件或铣刀的移动为进给运动。
龙门铣床与龙门刨床相似，龙门铣床主轴箱带动铣刀旋转为主运动，工作台纵向往复运动是进给运动。
磨制机床：
通常，磨具旋转为主运动。
组合机床：
主运动：
刀具旋转；进给运动：
工件运动或刀具既作旋转主运动，又作进给运动。
16、
二.切削用量
1.切削用量
在切削加工过程中的切削速度、进给量和背吃刀量（切削深度）是完成切削工作具备的三要素,总称为切削用量三要素。
①切削速度vc ②进给量f ③背吃刀量（切削深度）ap
1）切削速度
在进行切削加工时，刀具切削刃上的某一点相对于待加工表面在主运动方向上的瞬时速度（m/s或m/min），用Vc表示。
公式：
主运动为旋转运动时:
m/s或m/min
主运动为往复运动时:
m/s或m/min
式中 d－工件或刀具上某一点的回转直径（mm）
n－工件或刀具的转速（r/s或r/min）
（2）进给速度、进给量和每齿进给量
进给速度vf是单位时间的进给量
mm/s或mm/min
进给量是工件或刀具每回转一周时两者沿进给运动方向的相对位移，单位是mm/r（毫米/转）。
对于铣刀、铰刀、拉刀、齿轮滚刀等多刃切削工具，在它们进行工作时，还应规定每一个刀齿的进给量fz，即后一个刀齿相对于 前一个刀齿的进给量，单位是mm/z（毫米/齿）。
（3）背吃刀量
对于车削和刨削加工来说，背吃刀量ap为工件上已加工表面和待加工表面间的垂直距离，单位为mm。
外圆柱表面车削的深度可用下式计算：
mm
对于钻孔工作 ap=dm/2 mm
上两式中 dm——已加工表面直径（mm）
dw——待加工表面直径（mm）
一.刀具材料
1.对刀具材料的基本要求
刀具材料是指切削部分的材料。
它在高温下工作，并要承受较大的压力、摩擦、冲击和振动等，因此应具备以下基本性能。
（1）较高的硬度刀具材料的硬度必须高于工件材料的硬度，常温硬度一般在60HRC以上。
（2）有足够的强度和韧性，以承受切削力、冲击和振动。
（3）有较好的耐磨性，以抵抗切削过程中的磨损，维持一定的切削时间。
（4）较高的耐热性，以便在高温下仍能保持较高硬度，又称为红硬性或热硬性。
（5）有较好的工艺性，以便于制造各种刀具。
工艺性包括锻造、轧制、焊接、切削加工、磨削加工和热处理性能等。
目前尚没有一种刀具材料能全面满足上述要求。
因此，必须了解常用刀具材料的性能和特点，以便根据工件材料的性能和切削要求，选用合适的刀具材料。
2.常用的刀具材料
目前在切削加工中常用的刀具材料有：
碳素工具钢、合金工具钢、高速钢、硬质合金及陶瓷材料等。
（1）碳素工具钢
含碳量较高的优质钢，淬火后硬度较高、价廉，但耐热性较差。
（2）合金工具钢
在碳素工具钢中加入少量的Cr、W、Mn、Si等元素，形成合金工具钢。
常用来制造一些切削速度不高或手工工具，如锉刀、锯条、铰刀等。
目前生产中应用最广的刀具材料是高速钢和硬质合金。
（3）高速钢
它是含W、Cr、V等合金元素较多的合金工具钢。
它的耐热性、硬度和耐磨性虽低于硬质合金，但强度和韧度却高于硬质合金，工艺性较硬质合金好，而且价格也比硬质合金低。
W18Cr4V是国内使用最为普遍的刀具材料，广泛地用于制造各种形状较为复杂的刀具，如麻花钻、铣刀、拉刀、齿轮刀具和其他成形刀具等。
（4）硬质合金
它是以高硬度、高熔点的金属碳化物（WC、TiC等）作基体，以金属Co等作粘结剂，用粉末冶金的方法而制成的一种合金。
特点：
它的硬度高，耐磨性好，耐热性高，允许的切削速度比高速钢高数倍，但其强度和韧度均较高速钢低，工艺性也不如高速钢。
用途：
常制成各种型式的刀片，焊接或机械夹固在车刀、刨刀、端铣刀等的刀体（刀杆）使用。
国产的硬质合金一般分为两大类：
一类是由WC和Co组成的钨钻类（YG类）；一类是由WC、TiC和Co组成的钨钛钻类（YT类）。
YG类硬质合金韧性较好，但切削韧性材料时，耐磨性较差，因此它适于加工铸铁、青铜等脆性材料。
常用的牌号有YG3、YG6、YG8等，其中数字表示Co的含量的百分率。
Co的含量少者，较脆较耐磨。
YT类硬质合金比YG类硬度高、耐热性好，并且在切削韧性材料时较耐磨，但韧性较小，故适于加工钢件。
常用的牌号有YT5、YT15、YT30”等，其中数字表示TiC合量的百分率。
TiC的含量越多、韧性越小，而耐磨性和耐热性越高。
（5）陶瓷材料
它的主要成分是Al2O3，刀片硬度高、耐磨性好、耐热性高，允许用较高的切削速度，加之Al2O3的价格低廉，原料丰富，因此很有发展前途。
但陶瓷材料性脆怕冲击，切削时容易崩刃。
我国制成的AM、AMF、AMT、AMMC等牌号的金属陶瓷，其成分除Al2O3外，还含有各种金属元素，抗弯强度比普通陶瓷刀片为高。
3.其他新型刀具材料简介
（1）高速钢的改进
（2）硬质合金的改进（3）人造金刚石硬度接近10000HV，而硬质合金仅达1000～2000HV，耐热性为700～800℃。
聚晶金刚石大颗粒可制成一般切削工具，单晶微粒主要制成砂轮。
金刚石除可以加工高硬度而且耐磨的硬质合金、陶瓷、玻璃等外，还可以加工有色金属及其合金。
金刚石不宜于加工铁族金属，这是由于铁和碳原子的亲和力较强，易产生粘结作用加快刀具磨损。
（4）立方氮化硼（CBN）硬度（7300～9000HV）仅次于金刚石。
但它的耐热性和化学稳定性都大大高于金刚石，能耐1300～1500℃的高温，并且与铁族金属的亲和力小。
因此，它的切削性能好，不但适于非铁族难加工材料的加工，也适于铁族材料的加工。
CBN和金刚石刀具脆大，故使用时机床刚性要好，主要用于连续切削，尽量避免冲击和振动。
刀具磨损和刀具耐用度
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