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1、数控系统机床结构编码器机械制造基础主讲人：目 录1熟悉金属材料的性能2认识非合金钢3选用钢的热处理方法4合金钢的选用5其他常用工程材料选用6典型零件的选材与热处理工艺8零件的锻压成型7零件的铸造加工目 录9零件的焊接加工10机械加工常用刀具选用11金属切削原理分析12常用金属切削机床13车削加工14铣削加工16其他切削加工方法15磨削加工02认识非合金钢认识非合金钢项目导读非合金钢除了含有碳元素外还具有的元素，如硅、锰、硫、磷等少量元素，它按碳的质量分数分类可分为低碳钢、中碳钢和高碳钢。其中它们的碳的质量分数分别为低0.60%。按主要质量等级可分为：普通、优质、特殊质量非合金钢，按非合金钢的用
2、途分类可以分为：碳素结构钢、碳素工具钢和铸钢。知识目标能力目标掌握金属材料的晶体结构、结晶过程、固溶体和金属化合物以及相关概念。掌握金属结构和识读铁碳合金相图。了解非合金钢的分类及编号方法。在设计机械零件和选材时，能够根据零件的工作环境，根据结构及成分对性能的影响，具备合理选材的初步能力。任务2.1 金属材料结构分析任务2.2 铁碳合金相图识读任务浏览任务2.3 非合金钢（碳钢）的选用任务任务2.1 2.1 金属材料结构分析金属材料结构分析2.1.2常见的晶格类型1.体心立方晶格 体心立方晶格的晶胞如图2-5所示。其晶胞是一个正方体，八个角上各有一个金属原子，立方体的中心还有一个原子，但属于单
3、个晶胞的原子数为2。体心立方晶格三个棱边长度相等，棱边的夹角相等且为90。属于这种晶格类型的金属有铬、钼、钒、钨和-铁等。2.面心立方晶格面心立方晶格的晶胞如图2-6所示。其晶胞也是一个正方体，八个角上各有一个金属原子，立方体的六个面上各有一个原子，属于单个晶胞的原子数为2。面心立方晶格三个棱边长度相等，棱边的夹角也相等且为90。属于这种晶格类型的金属有铝、铜、镍、铅和铁等。3.密排六方晶格密排六方晶格的晶胞如图2-7所示。它的晶胞是一个正六方柱体，在六方柱体的每个顶点和中心各有一个原子，晶胞内部还有三个原子。因此，属于一个晶胞的原子个数是6。晶胞的三个棱边a=bc,棱边夹角=90、=120。
4、【提示】由以上三种金属的晶体结构的特征可以看出：面心立方晶格和密排六方晶格中原子排列紧密程度完全一样，体心立方晶格中原子排列紧密程度要差些。因而在力学性能上，面心立方晶格与密排立方晶格强度、硬度要更高些。任务任务2.1 2.1 金属材料结构分析金属材料结构分析2.1.3金属的实际晶体结构1.单晶体与多晶体结构把晶体看成是由原子按一定几何规律作周期性排列而成的，即晶体内部的晶格位向是完全一致的，这种晶体称为单晶体。如图2-8所示工业纯铁的显微组织。每个晶粒内部尺寸和位向是有明显差别的，而晶粒与晶粒之间的界面称为晶界。由多晶粒组成的晶体结构称为多晶体。如图2-9所示。2.晶体缺陷我们将实际晶体中偏
5、离理想结构的区域称为晶体缺陷。根据几何形状特征，可将晶体缺陷分为点缺陷、线缺陷和面缺陷三类。（1）点缺陷最常见的点缺陷是空位和间隙原子，如图2-10所示。空位：在晶体晶格中，若某结点上没有原子，则这结点称为空位。间隙原子：位于晶格间隙之中的原子叫间隙原子。异类原子：任何纯金属中都或多或少会存在其他元素原子，这些原子称异类原子。（2）线缺陷线缺陷是指晶体内沿某一条线，附近原子的排列偏离了完整晶格形成的线性缺陷区，主要表现形式是各种位错。所谓位错是在晶体中某处有一列或若干列原子发生了某种有规律的错排现象。最常见的位错是刃型位错，如图2-11所示。刃型位错：在金属晶体中，晶体的一部分相对于另一部分出
6、现一个多余的半原子面。这个多余的半原子犹如切入晶体的刀片，刀片的刃口线即为位错线。螺型位错：晶体右边的上部原子相对于下部的原子向后错动一个原子间距，若将错动区的原子用线连接起来，则具有螺旋形特征，称为螺型位错。（3）面缺陷晶体缺陷呈面状分布，一般指的是晶界和亚晶界，如图2-12所示。晶界：实际上是不同位向晶粒之间原子无规则排列的过渡层。亚晶界：每个晶粒是由许多位相差很小的小晶块互相镶嵌而成的，这些小晶块称为亚组织。亚组织之间的边界称为亚晶界。任务任务2.1 2.1 金属材料结构分析金属材料结构分析2.1.4纯金属的结晶1.结晶的概念金属由液态转变为具有晶体结构的固态的过程称为结晶。下面我们以纯
7、金属结晶为例来了解下这个过程。纯金属由液态转向固态的冷却过程，可用冷却过程中所测得的温度与时间的关系曲线冷却曲线(T-t)来表示。如图2-13所示。2.金属结晶的过程液态纯金属在冷却到结晶温度时，其结晶过程是：先在液体中产生一批晶核，已形成的晶核不断长大，并继续产生新的晶核，直到全部液体转变成固体为止。下面是金属结晶的微观过程，如图2-14所示。结晶的过程实际分为以下两个过程：（1）形核形核方式分为：均匀形核(自发形核、均质形核)：依靠稳定的原子集团相起伏；非均匀形核(非自发形核、异质形核)：晶核依附于液态金属中现成的微小固体杂质质点的表面形成。（2）长大晶核向液体中温度较低的方向发展长大，由
8、小变大长成晶粒的过程。在晶核开始长大的初期，原子排布比较规则。随着晶核长大和晶体棱角的形成，棱角处散热条件优于其他部位，因此优先长大，如图2-15所示。其生长方式像树枝状一样，因而称为枝晶。3.晶粒大小与金属力学性能的关系在常温下，细晶粒金属比粗晶粒金属具有更高的强度、硬度、塑性和韧性。因而，我们可以采取以下方法获得细晶粒：（1）增加过冷度：过冷度增加，形核速率远远大于长大速率；（2）变质处理：实际就是增加非均匀形核；（3）机械方法：如振动或搅拌。任务任务2.1 2.1 金属材料结构分析金属材料结构分析按溶质原子所占溶剂晶格中的位置的不同,固溶体可分为置换固溶体与间隙固溶体两种。置换固溶体。溶
9、质原子代替溶剂原子占据溶剂晶格中的某些结点位置而形成的固溶体，称为置换固溶体，如图2-18(a)所示。间隙固溶体。溶质原子分布于溶剂的晶格间隙中所形成的固溶体，称为间隙固溶体，如图2-18(b)所示。固溶体的性能由于溶质原子的溶入，晶格发生了畸变，变形抗力增大，因而固溶体的强度和硬度高于纯组元，塑性则较低。晶格畸变增大位错运动的阻力，使金属的滑移变形变得更加困难，从而提高合金的强度和硬度。这种通过形成固溶体使金属强度和硬度提高的现象称为固溶强化。（2）金属化合物（中间相）中间相是由金属与金属，或者金属与类金属元素之间形成的化合物，这些化合物结构一般比较复杂，而且具有金属特性，所以也称为金属间化
10、合物。它包括正常价化合物、电子化合物（电子相）和间隙化合物等。如图2-19所示。2.1.6合金的相结构任务任务2.2 2.2 铁碳合金相图识读铁碳合金相图识读2.2.1二元合金相图的建立描述合金的结晶过程可用“二元相图”解释，如图2-20所示。用热分析法绘制CuNi相图。成分为70Cu+30Ni 合金，“1”点以上为液体，“L”到“1”点开始结晶出固体“”，“1”到“2”间为两相区，“L+”到“2”点时全为固体“”，“2”点以下为固体。AB上线为液相线，AB下线为固相线。由图2-21所示，当合金以极缓慢速度冷至1点时，开始从液相中析出，随着温度不断降低，相不断增多，而剩余的液相L不断减少，当结
11、晶终了时，获得与原合金成分相同的相固溶体。任务任务2.2 2.2 铁碳合金相图识读铁碳合金相图识读2.2.2铁碳合金相图2.铁碳合金相图分析铁碳合金相图是在极缓慢加热（或冷却）条件下，铁碳合金成分、温度与组织或状态之间关系的图形，相图的组元为Fe和Fe3C。如图2-26所示为简化后的Fe-Fe3C相图。任务任务2.3 2.3 非合金钢（碳钢）的选用非合金钢（碳钢）的选用2.3.1杂质元素对钢性能的影响1.硅的影响硅能溶于铁素体中，消除FeO对钢的不良影响，产生固溶强化，是钢中有益元素。2.锰的影响锰也能溶于铁素体中改善钢的质量，产生固溶强化，形成合金渗碳体，起强化作用，减少硫对钢的有害作用，是
12、钢中有益元素。3.磷的影响磷在钢中是有害元素。磷在常温下能全部溶入铁素体中，使钢的强度、硬度提高，但同时会使塑性和韧性显著降低，在低温时表现尤其明显，因而，含磷较多时在低温状态下常有严重的脆化现象，称为冷脆。4.硫的影响硫在钢中是有害元素。硫和磷也是从原料及燃料带入钢中的。在固态时硫不溶于铁，以FeS的形式存在。FeS常与Fe形成低熔点共晶体分布在晶界上，在高温进行压力加工时，由于分布在晶界上的低熔点共晶体熔化，使钢沿晶界处开裂，这种现象称为热脆。任务任务2.3 2.3 非合金钢（碳钢）的选用非合金钢（碳钢）的选用2.3.2非合金钢的分类1.碳的质量分数（1）低碳钢（c0.25）（2）中碳钢（0.25c0.6）（3）高碳钢（c0.6）2.主要质量等级分类（1）普通质量非合金钢（p0.05,s0.045）定义：质量无特殊规定的一般用途的非合金钢。包括：一般用途碳素结构钢 A、B级；碳素钢筋钢；铁道用一般碳素钢。（2）优质非合金钢（p0.035,s0.035）定义：除普通质量非合金钢和特殊质量非合金钢以外的非合金钢。包括：优质碳素结构钢；工程结构用碳素钢。（3）特殊质量非合金钢（p0.030,s0.030）定义：特别严格控制质量和性能的非合金钢。数控系统机床结构编码器本项目学习结束THANKSLOGO诚信立足创新致远追求卓越本项目学习结束THANKS