金属材料
黑色金属：铁和以铁为基的合金，应用最广 有色金属：其余
材料性能
工艺性能：材料加工过程中反映性能
使用性能：使用条件下性能，力学物理化学性能
力学性能
强度：抵抗塑性形变和断裂能力，屈服强度和抗拉强度 硬度：抵抗更硬物体压入能力
布氏硬度：压头淬火钢球，不能太硬，压痕面积较大 洛氏硬度：硬度高，压痕小，热处理多用
维氏硬度：压头金刚石四棱锥体，对角线长度计算硬度值 韧性：冲击韧性、断裂韧性
钢的分类
碳素钢：碳质量分数小于2.11% 按成分分为低碳、中碳、高碳钢 按用途分为：
普通碳素结构钢：Q235A，Q表示屈服点，ABCD表示质量等级
优质碳素结构钢：45Mn，两位数字表示碳的平均质量分数的万分之几，锰的质
量分数在0.7%-1.2%时加Mn表示
碳素工具钢：T表示碳素工具钢，数字表示碳质量分数的千分之几，高精度、
高耐磨性
合金钢：在碳素钢基础上加入某些合金元素
合金结构钢：18Cr2Ni4WA，首两位数字表示碳质量分数万分之几，元素符号及
数字表示该元素平均含量百分之几，小于1.5%不标
合金工具钢：9SiCr，CrWMn，首位数字表示碳质量千分之几，高于1%不标 特殊性能钢：
铸铁：含碳大于2.11%铁碳合金，抗拉强度低，塑性和韧性差，优质耐磨性、减
震性、铸造性能和切削加工性，大量用于制造机器设备 按碳在铸铁中形态不同分类：
白口铸铁：碳多以Fe3C形式存在，断口银白色，硬脆难以加工
灰铸铁：片状石墨存在，断口灰色，应用广。HT150，数字表示最小抗拉强度，
铸造性、切削性、抗压强度好
可锻铸铁：团絮状石墨存在，力学性能优于灰铸铁但不能锻造。KTH330-08 球墨铸铁：球状石墨存在，熔炼中加球化剂和孕育剂。QT400-18，最小抗拉强
度值-最小伸长率
蠕墨铸铁：蠕虫状石墨存在。RuT300 合金铸铁：RTCr16，RT表示耐热铸铁
硫、磷在高温和低温下加大钢的脆性
热处理
将钢加热到一定温度，一定时间保温，以某种速度冷却下来。可提高使用性能，改善工艺性能。基本工艺方法有退火、正火、淬火、回火和化学热处理。在退火、正火及淬火时均不能任意提高加热温度，否则晶粒长大增加氧化脱碳和变形的倾向。
退火：加热到一定温度，保温后随炉冷却，降低硬度、消除内应力
完全退火：用于含碳量小于0.8%碳素钢，随炉缓慢冷却或埋在沙中冷却
球化退火：用于含碳量大于0.8%碳素工具钢、合金工具钢和轴承钢，打开炉
门较快冷却，并进行较长时间等温，碳化物自发趋于球状
去应力退火：
正火：加热到一定温度，空气中冷却，与退火相比珠光体较多，片层细密，细化晶粒，消除内应力，为淬火做准备
低碳钢：提高强度和硬度，改善切削加工性能
高碳钢：网状渗碳体严重的高碳钢球化退火前正火消除网状渗碳体 低中碳素钢正火作为预先热处理合适，高碳钢以球化退火为妥
淬火：加热到临界温度以上30~50度保温后放入不同冷却介质中快速冷却以获得马氏体组织。马氏体硬度随含碳量提高而提高
临界温度：钢在加热或冷却过程中发生组织转变的温度
保温时间：t=α*D，α为加热系数，D为工件有效厚度（mm）
冷却速度：应大于临界冷却速度，以保证获得马氏体组织，此前提下又应缓慢
冷却以减少内应力
冷却介质：碳钢用水或食盐水溶液，合金钢用油冷
回火：淬火后马氏体硬而脆，内应力大。回火将工件重新加热到临界点以下某一温度，长期保温后缓慢冷却，以消除内应力、防止开裂、调整硬度、提高韧性。随着回火温度的提高，钢的强度和硬度下降，塑性和韧性提高
低温回火：150~250度，降低脆性和内应力，提高韧性，保持高硬度，用于要
求高耐磨工件的各种工、模具
中温回火：350~500度，获得较高弹性极限及强度，用于各种弹簧
高温回火：500~650度，常将淬火及高温回火的复合热处理称调质处理，既有
一定强度硬度，又有一定塑性韧性，用于轴、齿轮、连杆等重要结 构零件
回火保温时间一般为1~2小时，可按式样有效厚度2min/mm，不足1h必须保温1h
表面淬火：仅对钢件表层进行淬火，表面硬而芯部韧
化学热处理：将钢件置于一定温度的活性介质中保温，使元素渗入表层，提高表面硬度、耐磨性和抗蚀性
铸造
熔炼金属，制造铸型，将熔融金属浇入铸型，凝固后获得铸件。铸件尺寸精度不高，表面粗糙的毛坯，需经切削加工后才能成为零件
特点
可制成形状和内腔复杂的铸件，特别是具有复杂内腔的中空毛坯 适应性强，可用于各种材料，灰口铸铁最普遍 生产成本低、原料价格低来源广
过程难控制，晶粒粗大，组织疏松，常有气孔、夹渣、砂眼等缺陷，力学性能不如锻件
铸造生产方法分为砂型制造和特种制造
型（芯）砂
性能要求：
强度：型砂在外力作用下不变形，不破坏的能力，保证砂型在铸造过程、搬运
及承受液体冲刷时不被破坏，若强度过高，又会使铸型太硬阻碍铸型收 缩，使产生内应力，甚至开裂，透气性退让性差
透气性：紧实砂样的孔隙度，透气性不好无法排出气体会产生气孔等缺陷。用
圆形、粒大且均匀的沙粒，制造紧实适宜的砂型
耐火性：抵抗高温液体金属热作用能力，Si02越多，耐火性越好，不宜烧结
黏砂，型砂粒度大耐火性也好
可塑性：塑成一定形状的能力，有利于制造形状复杂的砂型和起模 退让性：当铸件冷却收缩时型砂的体积可以被压缩而不阻碍铸件收缩的能力称
为退让性，退让性不好会产生内应力、变形和裂纹等缺陷
芯砂的性能要求比普通型砂综合性能高，型砂中加入木屑增加其退让性和透气性
铸造工艺
工艺参数的确定：
收缩余量：补偿铸件收缩，模样比铸件图纸尺寸增大的数值 加工余量：预先增加而在机械加工时切除的金属层厚度，过大浪费过小无法满
足工艺要求
起模斜度：为使模样容易从铸型中取出，平行于起模方向在模样上的斜度，其
大小与壁的高度、造型方法、模样材料及表面粗糙度有关
铸孔、槽及型芯头：孔很深，孔径很小及狭槽不铸出，灰铸铁最小铸出孔直径
30~35mm，铸钢50mm
铸造圆角：铸件两壁之间应为圆角连接，防止冲砂及尖角处产生缩孔、应力、
裂纹等缺陷，方便起模，增加铸件强度。圆角半径一般为转角处两 壁平均厚度的1/4左右
造型工艺
分型面：上下砂型接触表面
分型面应选择在模样最大截面处
使重要的加工面朝下或处于垂直位置，浇筑时渣子、气泡等总是浮在上面， 上表面缺陷较多而下表面侧表面质量较好
使铸件全部或大部在同一砂型内，减少错箱和提高铸件精度
浇筑系统：液体金属流入铸型型腔的通道，应能平稳将液体金属引入铸型，有
利于挡渣排气，控制铸件凝固顺序
外浇口：缓冲液体金属浇入时冲击力并分离熔渣，漏斗形用于中小型，盆型
用于大铸件
直浇道：利用其高度使金属液产生一定静压力而迅速充满型腔 横浇道：位于内浇道之上，起挡渣作用
内浇道：直接和型腔相连，控制金属液流入的位置、速度和方向
冒口：以补充液体金属凝固时收缩所需的金属液，兼有排气、浮渣及观察液体流动情况的作用，一般放在壁厚顶部
熔炼
熔炼设备：铸铁冲天炉，铸钢电弧炉，有色金属坩埚炉（如铜合金）
冲天炉： 金属料：
新生铁：高炉生铁 回炉铁：降低铸件成本 废钢：降低铁水含碳量
铁合金：调整铁水化学成分配置合金铸铁 燃料：焦炭，铁焦比为10:1
溶剂：造渣、提高炉渣流动性，降低熔点，加入量为层焦重量25%~45%，常用
石灰石、萤石
特种铸造
金属型铸造：将液体金属浇入金属铸型，可反复使用，铸件公差等级为IT14-IT12
级，表面粗糙度Ra16.3-Ra12.5μm。冷却速度快易出现白口组织导致切削困难，冲型能力下降易产生浇不足缺陷，不适合薄壁铸件
熔模铸造（失蜡铸造）：用易熔材料制造模样，熔出模样后高温焙烧即可浇注，
无切削加工铸造方式，适于铸型复杂难切削加工的零件
压力铸造：熔融金属在高压下高速冲型，并在压力下凝固，可铸造形状复杂、壁
薄的铸件
离心铸造：离心力作用下凝固成形，组织细密无气孔、缩孔、渣眼等缺陷。铸造
空心旋转体铸件不需要型芯和浇注系统，铸件不需冒口补缩，但内孔精度不高
造型操作
准备造型工具：模样与砂箱内壁及顶部留有30-100mm距离，称为吃砂量
捣砂：将型砂分次加入，每次加50-70mm，用力大小适中，太紧气体不易排出，
太小易塌箱。下箱应比上箱紧，上箱受到金属液压强小，下箱逸出气体少 撒分型砂 扎通气孔
开外浇口：挖成60°锥形，浇口面修光，如挖的大浅成碟形浇筑时液体飞溅伤
人
做合箱线 起模：用笔蘸水刷在模样周围型砂上增加强度，起模前用小锤敲打起模针底部使
模样松动 修型 合箱
造型方法
手工造型：
整模两箱造型：分型面是平直面，最大截面在端部 分模两箱造型：在最大截面处分成两半，模样最大截面不在端部如做成整模造
型时无法取出
挖砂造型和假箱造型：挖去阻碍起模的型砂，并以此做另一砂型，此时分型面
是曲面。挖砂深度应达到模型的最大截面。假箱只用于造型， 不参与浇注，可多次使用。挖砂单件、假箱多件
活块造型、刮板造型、三箱造型 机器造型
造芯：形成铸件内腔 放芯骨 开通气道
刷涂料：提高耐火度，防止铸件黏砂 烘干：提高型芯的强度和透气性
浇注：将液体金属浇入铸型的过程
浇注用包：浇包是用来承装金属液进行浇注的工具