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简介
这是一个关于环保设备公司PPT课件，包括了材料的力学性能，碳素钢，钢的热处理，合金钢，铸铁，有色金属及其合金，非金属材料，铸造，焊接，锻压等内容。绪 言 经过20多年的发展，中国环保产业已初具规模，一些技术、设备和服务项目已接近发达国家20世纪80年代的水平。我国的环保产业具有强大的市场需求和发展潜力，据初步估算，2006年全国环境保护相关产业从业单位约3.5万家，从业人员约300万人，年产值总额约6000亿元，实现利润约520亿元。日前，环保部副部长吴晓青在世界低碳与生态经济大会暨技术博览会上表示，我国正以环保服务业为龙头，大力发展环保产业，预计“十二五”期间环保投资将超3万亿元，环保产业将保持年均15-20%的复合增长率。根据即将出台的环保产业十二五规划，到十二五期末，国内节能环保产业总产值要达到4.5万亿元，增加值占GDP比重达到2%左右，产值年均增长15%以上。其中，核心领域的环保装备产业和环境服务业产值分别各达5000亿元，欢迎点击下载环保设备公司PPT课件。
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绪 言 经过20多年的发展，中国环保产业已初具规模，一些技术、设备和服务项目已接近发达国家20世纪80年代的水平。 我国的环保产业具有强大的市场需求和发展潜力，据初步估算，2006年全国环境保护相关产业从业单位约3.5万家，从业人员约300万人，年产值总额约6000亿元，实现利润约520亿元。 日前，环保部副部长吴晓青在世界低碳与生态经济大会暨技术博览会上表示，我国正以环保服务业为龙头，大力发展环保产业，预计“十二五”期间环保投资将超3万亿元，环保产业将保持年均15-20%的复合增长率。 根据即将出台的环保产业十二五规划，到十二五期末，国内节能环保产业总产值要达到4.5万亿元，增加值占GDP比重达到2%左右，产值年均增长15%以上。其中，核心领域的环保装备产业和环境服务业产值分别各达5000亿元。 环保设备是水污染治理设备、空气污染治理设备、固体废物处理与处置设备、物理性污染控制设备的总称。 其中水污染治理设备主要包括物理法、化学法、物理化学法、生物化学法及组合式处理装置； 空气污染治理设备包括尘粒污染及气态污染净化设备； 固体废物处理处置设备包括输送与存储、分选、破碎压实、焚烧热解、无害化处理及资源再利用设备； 物理性污染控制设备则主要包括噪声与振动控制装置和放射性与电磁波污染防护设备。 环保设备的特点： 1. 产品特异性大、专用性强，难以标准化生产； 2. 工作条件差，材料要求高，运行可靠性低； 3. 产品来源复杂，适用性不高、性能不够优化。 环保设备产品多脱胎于化工、水处理、矿业、动力等相关行业，由于使用场合并不完全相同，往往需要进行二次开发，这就大大影响了环保设备的使用和推广的范围和速度。第一篇 环保设备制造基础第一章 环保设备的常用材料第一节 材料的力学性能 目前的环保设备，主要由金属和非金属材料制成。 金属的力学性能主要包括金属的强度、塑性、硬度、韧性及疲劳强度等。 一、强度和塑性 强度是材料抵抗变形和断裂的能力，而塑性则是材料产生永久变形而不断裂的能力。它们可以通过拉伸试验来测定。 设备的设计、制造过程中选用的材料，包括金属和非金属，主要以力学性能作为设计依据，因此，熟悉和掌握工程材料的力学性能尤其重要。 1．拉伸试验与拉伸曲线 拉伸试验是确定材料机械性能的基本试验。 2．强度指标与塑性指标 (1)强度指标 A．屈服极限：在拉伸过程中，当载荷增大到Fs时，会出现短时间载荷保持不变而试样的变形却继续增加的现象，这种现象称为屈服现象。 材料产生屈服现象时相对应的应力，就是材料的屈服极限或屈服强度，用符号σs(MPa)表示。 B．强度极限：材料在拉断前所能承受的最大应力称为强度极限或抗拉强度，用符号σb (MPa)表示。 （2）塑性指标 材料塑性的好坏，用材料延伸率δ和断面收缩率ψ来衡量。 A．延伸率：延伸率就是试样拉断后标距长度的伸长量与原标距长度之比值的百分率，即 B．断面收缩率：断面收缩率是试件横截面积的最大缩减量与原始横截面积之比值的百分率。 二、硬度指标 硬度是衡量材料软硬程度的一种性能指标，是指材料表面抵抗其他更坚硬物体压入的能力，表征材料在一个小体积范围内抵抗弹性变形、塑性变形、断裂破坏的能力，是材料性能的一个综合物理量。 一般而言，材料的硬度越高，其耐磨性越好。故硬度值常作为衡量材料耐磨性的重要指标之一。 常用的硬度有布氏硬度、洛氏硬度、维氏硬度和肖氏硬度等。 1．布氏硬度HB 布氏硬度的试验原理如图1-3所示，它是在一定载荷作用下，将一定直径的压头压入材料表面，保持一定时间后卸荷。然后根据所用载荷的大小和所得压痕面积，算出压痕表面所承受的平均应力值。这个应力值就是布氏硬度值。 布氏硬度用符号HB表示： 洛氏硬度的优点是试验操作简便迅速，硬度值能从刻度盘直接读出；压痕较小，可直接检验成品零件及薄工件；测量的硬度范围大，可测极软到极硬的材料。 洛氏硬度的缺点是一次测量面积小，当材料内部组织不均匀时，测量值不够准确，因此实际测试时常在测试区域检测多点而取其平均值。洛氏硬度广泛应用于工厂热处理车间的质量检验。 三、韧性指标 冲击韧性指材料抵抗冲击载荷的性能，表征材料称受冲击载荷的能力。冲击韧性值常用材料在冲击力打击下遭到破坏时单位面积所吸收的功来表示。冲击韧度值用下式计算： 四、疲劳强度 疲劳强度指的是被测材料抵抗交变载荷的性能，表征材料承受交变载荷的能力。交变载荷就是大小或方向重复循环改变的负荷。 产生疲劳破坏的主要原因是材料夹杂、表面划痕及其它能引起应力集中的缺陷。这些缺陷导致微裂纹的产生，这种微裂纹又随应力循环次数的增加而逐渐扩展，使零件的有效截面不断减少，最终承受不了所加载荷而突然断裂。 为了提高零件的疲劳强度，除改善其形状结构、避免应力集中外，还可以通过降低零件表面粗糙度以及对零件表面进行强化处理来达到，如喷丸处理、表面淬火及化学热处理等。 铁碳合金 铁碳合金基本组织 铁碳合金中含有0.010~0.020%杂质称之为工业纯铁．工业纯铁虽然塑性、韧性、导磁性能良好，但强度不高，不适宜制作结构零件。 为提高纯铁的强度、硬度，常在纯铁中加入少量碳元素，由于铁与碳的交互作用，形成下列五种基本组织：铁素体、奥氏体、渗碳体、珠光体和莱氏体。 1. 铁素体 碳溶于α-Fe中所形成的间隙固溶体称为铁素体。用符号F表不，它仍保持着α-Fe的体心立方晶格结构；因其晶格间隙较小，所以容碳能力很差，在727ºC时最大Wc仅0.0218%，室温时降至0.0008%。 铁素体由于溶碳量小，力学性能与纯铁类似．即塑性和冲击韧性较好，而强度硬度较差。 2. 奥氏体 碳溶于γ-Fe中所形成的间隙固溶体，用符号A表示。它保特了γ-Fe的面心立方晶体结构。由于其晶格间隙较大，所以含碳能力比铁素体强，在727ºC时Wc为0.77%， 1148ºC时Wc可达到2.11%。 奥氏体的强度、硬度较低，但具有良好塑性，是绝大多数钢高温进行压力加工的理想组织结构。 3. 渗碳体 渗碳体是铁和碳组成的具有复杂斜方结构的间隙化合物。用化学式Fe3C表示。渗碳体中碳的含量为6.69%，硬度很高（800HB），塑性和韧性儿乎为零。 4.珠光体 珠光体是铁素体和渗碳体组成的机械混合物。用符号P表示；在缓慢冷却的条件下，珠光体中Wc 为0.77%，力学性能介于铁素体和渗碳体之间。即综合性能良好。 5. 莱氏体 莱氏体是Wc为4.3%的合金。缓慢冷却到1148ºC时从液相中同时结晶出奥氏体和渗碳体的共晶组织。用符号Ld表示。冷却到727ºC时，奥氏体将转变为珠光体，称为变态莱氏体。用符号Ld΄表示。 莱氏体中由于大量渗碳体的存在，其性能与渗碳体相似，即硬度高，塑性差。 第二节 碳素钢 简称碳钢，是含碳量小于2.11％的铁碳合金，碳钢的机械性能可以满足一般机械和工具的要求，又有良好的工艺性能．且冶炼方便，价格便宜，因而在机械制造中得到了广泛的应用。 实际使用的碳钢中，除铁、碳等元素外，还或多或少含有一些杂质，如硅、锰、硫、磷等，这些杂质对钢的性能和质量有很大的影响。 一、常存杂质元素对碳钢性能的影响 1．硅、锰的影响 硅和锰具有很好的脱氧能力，能还原钢中的氧化铁，改善钢的质量。二者均能熔于铁素体，使钢的强度和硬度增加；锰还可以减少硫对钢的有害作用，降低钢的脆性。当含量不多，仅作为杂质存在（含硫0.17~0.37%，含锰0.5~0.8%）时，对钢的性能影响并不显著。 2．硫的影响 硫是生铁和燃料中带入钢中的杂质。硫在钢中与铁化合成FeS(熔点1190℃)，FeS与Fe再形成低熔点(985℃)的共晶体．分布在晶界上。 当钢加热到1000一l200℃进行压力加工时，由于分布在晶界上的低熔点共晶体己熔化，晶粒间的结合力被破坏，因而沿晶界发生破裂，这种现象称为热脆性。因此钢中要严格控制含硫量，—般控制在Ms＜0.5％。 3．磷的影响 磷是由生铁带入钢中的杂质，磷在钢中能全部溶于铁素体，使钢的强度、硬度增加，但塑性和韧性显著降低，尤其在低温下更为严重。这种现象称为冷脆。 钢中的硫和磷是有害元素，应严格控制它们的含量。惟有在易切削钢中，适当地提高硫、磷的含量，增加脆性，有利于切削时形成断裂切屑，从而提高切削效率和延长刀具寿命。 二、碳素钢的分类 碳素钢的分类方法很多，常用的分类方法有以下几种。 1．按钢的含碳量分类 (1)低碳钢：含碳量小于0.25%。 (2)中碳钢：含碳量为0.25%~0.6%。 (3)高碳钢：含碳量大于0.6%。 2．按钢的质量分类 根据钢中的有害杂质S、P含量的多少分类： (1)普通碳素钢：钢中的S、P含量分别不大于0.055%和0.045%。 (2)优质碳素钢：钢中的S、P含量分别不大于0.045%和0.040%。 (3)高级优质碳素钢：钢中的S、P含量很低，分别不大于0.03%和0.035%。 3. 按钢的用途分类 (1)碳素结构钢；主要用于制造各种机械零件和工程结构件的碳钢，其含碳量一般小于O.7%。 (2)碳素工具钢：主要用于制造各种刃具、模具和量具的碳钢，其含碳量一般大于O.7%。 在实际使用中，钢的分类命名往往是混合应用的。例如：结合质量和用途，可将钢命名为优质碳素结构钢、高级优质碳素工具钢等。 三、碳素结构钢 碳素结构钢主要用于制造机械零件和工程结构件，常用于制造如齿轮、轴、螺母、弹簧等的机械零件，用于制作如桥梁、船舶、建筑等工程的结构件。 根据质量可分为碳素结构钢和优质碳素结构钢。 1、碳素结构钢 这类钢的牌号由代号、屈服点数值、质量等级符号、脱氧方法符号四个部分按顺序组成。如Q表示钢材屈服点“屈”字汉语拼音首位字母，TZ为特殊镇静钢“特镇”两字汉语拼音首位字母等。如Q235A表示屈服强度为235MPa、质量为A级的碳素钢。 表1-2 碳素结构钢的用途 2、优质碳素结构钢 优质碳素结构钢中有害杂质S、P含量极少，出厂时既保证化学成分，又保证机械性能，这类钢大多数用于制造机械零件，可以进行热处理以提高其机械性能。 优质碳素结构钢的牌号用两位数字(表示钢中的平均含碳量的万分之几)表示，如45钢，表示平均含碳量为0.45%的优质碳素结构钢。08钢，表示平均含碳量为0.08%的优质碳素结构钢。 15、20钢主要用于渗碳件，经渗碳热处理后，使工件表面有高硬度、高耐磨性，而心部仍保持很高的韧性。用于承受冲击载荷及易磨损条件下工作的零件，也用于冷变形零件和焊接件。 30~55钢属中碳钢，经调质热处理后，有良好的综合机械性能，主要用于受力零件，如轴类、连杆等。也可经表面淬火处理，提高其表面硬度和耐磨性，如齿轮类零件等。 60以上的钢属于高碳钢，其强度、硬度较高，主要用于制造强度高、弹性好的零件，如弹簧、板簧等。 四、碳素工具钢 碳素工具钢是用于制造刀具、模具、量具及其它工具的钢，因大多数工具都要求高硬度和高耐磨性，故碳素工具钢的含碳量都大于0.7%，而且都是优质或高级优质钢。 碳素工具钢的牌号在汉语拼音字母“T”或汉字“碳”后面加上数字表示，数字表示钢中平均含碳量的干分之几，如T8钢和碳8钢，表示平均含碳量为wc＝0.8%的碳素工具钢，若为高级优质钢，则在钢后面再加字母“A”或汉字“高”。如T12A(或碳12高)，表示平均含碳量为wc＝1.2％的高级优质碳素工具钢。 五、铸钢 铸钢一般用于制造形状复杂、机械性能要求较高的零件。由于零件的形状复杂，很难用锻造方法生产或机械加工成形。又由于机械性能要求较高，故不能用铸铁制造。 铸钢广泛地用于制造重型机械的某些零件，如轧钢机机架、水压机横梁、锻锤砧座等。但由于铸钢的铸造性能不佳，炼钢设备昂贵，故近来有以球墨铸铁代替铸钢的趋势。 铸钢的碳含量一般在wc＝0.20%-0.60%之间，若碳的含量过高，则钢的塑性差，且铸造时易产生裂纹。 工程用铸钢牌号的表示是在数字前冠以“ZG”(“铸钢”的汉语拼音前缀)，数字表示其机械性能指标。第一组数字代表屈服强度值，第二组数字代表抗拉强度值。 例如ZG200-400表示σs(或σ0.2)为200MPa，σb为400MPa的铸钢。第三节 钢的热处理一．概述 钢的热处理是指钢在固态下采用一定的方式进行加热．保温和冷却，从而改变材料整体或表面组织，获得所需性能的工艺方法。 钢经过热处理后可提高材料的使用性能，延长零件的使用寿命，充分发挥材料性能的潜力，显著提高经济效益。 据统计，各类产品中需要热处理的零件的比例大致为：机床约70％，汽车、拖拉机约80％，刀具、量具和模具的工作部分则为100％。 二．普通热处理 普通热处理包括退火、正火、淬火和回火等工艺，图1-7所示为不同热处理过程的工艺曲线。 1．退火 退火是将钢件加热到临界点以上一定温度，保温后缓慢冷却（一般是随炉冷却）的热处理方法。其作用是降低硬度和脆性，细化晶粒，提高塑形和韧性，消除内应力，稳定尺寸，减少加工和使用过程中的变形。 退火通常作为铸件、锻件和焊件切削加工前的预备热处理。 退火工艺有完全退火、不完全退火、球化退火、等温退火、扩散退火和去应力退火等。 2．正火 正火是将钢加热到临界点以上30~50℃，保温一定时间，然后以较快的速度，通常是在静止空气中冷却，以得到片层间距较小的珠光体类组织的工艺。 正火的目的是提高低碳钢的硬度，改善切削加工性能，细化晶粒，改善组织，为最后热处理做准备，消除内应力并防止淬火中的变形开裂。 正火时钢件在炉外冷却，不占用设备，生产率较高。低碳钢零件常采用正火代替退火，以改善切削加工性能。对于比较重要的零件，正火可作为淬火前的预备热处理。普通零件常用正火作为最终热处理。 3．淬火 淬火是将钢加热到临界点以上一定温度，保温后在水、油或盐溶液中快速冷却以获得马氏体组织的热处理工艺。其作用是提高钢的强度和硬度，增加耐磨性。淬火常用工艺主要有： ① 单液淬火——可获得马氏体组织，提高工件硬度，强度和耐磨性；淬火与其后的回火工序相接合，可使工件获得良好的综合机械性能。一般用于处理直径较小、形状简单的碳钢和合金钢件。 ② 双液淬火——可获得马氏体组织，提高工件硬度、强度和耐磨性。减少淬火工件的内应力，避免变形和开裂。主要用于形状比较复杂的碳素钢（特别是高碳钢）工件。 ③ 分级淬火——与双液淬火类似，可比双液淬火更有效地避免变形和开裂。适用于形状复杂，直径10mm左右的碳钢和直径20~30mm的合金钢工件。 ④ 等温淬火——可获得下贝氏体组织，更有效地减少淬火工件的变形与开裂倾向。在相同硬度下，比其它淬火方法使工件有更高的塑形和韧性。一般用于形状复杂且要求有较高硬度和冲击韧性的工件，如弹簧、齿轮等。 4.回火 回火是将淬火后的工件加热到一定温度，保温一定时间后，按一定方式冷却至室温的工艺。由于淬火工件脆性大，内应力大且尺寸不稳定，所以一般要进行回火。 回火的目的一是减少内应力和降低脆性，减少工件的变形和开裂；二是调整工件的机械性能，通过回火来调整其硬度、强度、塑形和韧性；三是通过回火来使金相组织趋于稳定，以便稳定工件的尺寸，在以后使用中不致变形，还可改善某些合金钢的切削性能。 采用不同的回火温度，材料可得到不同的机械性能。 生产中将淬火后进行高温回火（500~600℃，可获得回火索氏体）的工艺称为调质。调质后的材料可获得好的综合机械性能，常用于重要机械零件，如齿轮、传动铀、连杆等。 中温回火（350~500℃，可获得回火屈氏体），常用于需要提高弹性和韧性的工件，如弹簧、锻造模具等。 低温回火（150~250℃，可获得回火马氏体），适用于工作部分要求硬度高、耐磨性好的工件，如量具、模具、刀具等。 5．冷处理与时效处理 冷处理是将淬火后的工件置于0℃以下的低温介质（一般在-30 ~ -150℃）中继续冷却，使淬火工件中的残余奥氏体转变为马氏体。主要用于高合金钢、高碳钢和渗碳钢制造的精密零件。 冷处理的目的，是进一步提高淬火工件的硬度和耐磨性；稳定工件尺寸，防止工件在使用过程中奥氏体发生分解而产生变形；提高钢的铁磁性。 时效处理有自然时效和人工时效两种。 自然时效是将工件长时间（半年至一年甚至更长时间）放置在室温或露天条件下，任其自由变形的方法。 人工时效是将工件加热至一定温度（钢加热至100~150℃，铸铁加热至500~600℃），经较长时间（8~15小时）保温后，缓慢冷却至室温的方法。 时效的目的是消除工件内应力，以减少工件在加工或使用中的变形。并可起到稳定尺寸，长期保持几何精度的作用。自然时效优于人工时效，但周期太长，急用件一般采用人工时效的处理方式。 三．表面热处理 1.表面淬火 这是一种仅对工件表层快速加热．急骤冷却的热处理工艺。从而使工件表面产生高硬度的马氏体，而心部则保持着塑形和韧性较好的原来组织。对于要求工件表层具有较高硬度和耐磨性，而心部又要求具有足够塑性和韧性机械零件，就需要采用表面热处理的方法来解决。 表面淬火常用的方法有火焰淬火、感应加热淬火和电接触加热淬火等。 火焰加热表面淬火是利用氧-乙炔火焰或氧-焦煤气火焰快速将工件表面加热至临界温度以上80~100℃，然后速冷。一般用于中碳钢和中碳合金钢要求耐磨的工件。 感应加热表面表面淬火，有高、中、工频及超高频感应加热等几种。一般用于主轴、曲轴、活塞等工件。 电接触加热表面淬火，用一可移动的电极与工件接触，通过低压电流迅速加热工件表面。一般用于大型铸件，如机床导轨表面，内燃机汽缸套内壁等。 2.化学热处理 钢的化学热处理是将工件放在含有渗入元素的活性介质中，进行加热和保温。 化学热处理包括分解、吸收、扩散三个基本过程，并辅以催化剂或催渗剂以加速反应。 分解是指化学介质在一定温度下，由于发生化学分解反应，生成能渗入工件表面的“活性原子”。 吸收是指分解出的“活性原子”被吸收在工件表面，然后融入基体金属晶格中。 扩散是指表面吸收“活性原子”后，在一定的温度条件下，原子将沿着浓度梯度下降的方向做定向的扩散，从而获得一定厚度的扩散层。 根据渗入元素的不同，化学热处理可分为渗碳、渗氮（氮化）、氰化（碳、氮共渗）、渗金属等几种。 1。渗碳 渗碳是向工件表层渗入活性原子，从而获得高碳的表面层，以提高工件的表面硬度和耐磨性，并提高工件的抗疲劳性能，而心部仍保持原来的韧性和塑性的热处理工艺。 一般用于冲击条件下工作的耐磨零件。渗碳工艺有气体渗碳、固体渗碳和液体渗碳等。 2。渗氮（氮化） 渗氮就是让氮以渗入元素进入钢的表层，从而形成表层含氮量较高的的硬化层的热处理工艺。渗氮工艺适用于含Cr、Mo、Al等元素的氮化专用钢。其工艺有强化氮化、抗蚀氮化、软氮化、离子氮化等。 氮化的目的在于使工件表面具有良好的红硬性和一定的耐腐蚀性。一般用于在工件温度较高和腐蚀性条件下工作的零件，以及耐磨性和疲劳强度要求高的机械零件及工模具。 氮化工艺由于生产周期较长，氮化层薄和对被氮化工件的原材料选择严格，其应用受到一定的限制。 3。氰化（碳、氮共渗） 氰化是将碳、氮原子同时渗入钢的表层，以提高工件表面的硬度、耐磨性、耐蚀性和疲劳强度、兼有渗碳和氮化共同作用的热处理工艺。 氰化按使用介质分为气体氰化、液体氰化、固体氰化三种。按温度分为低温氰化（500~600℃），用于提高高速钢及高合金钢的表面硬度、耐磨性及红硬性；中温硬化（800~870℃）和高温氰化（900~950℃），用于提高结构钢的表面硬度、耐磨性和耐疲劳性能。 4。渗金属 渗金属的基本原理与其他化学热处理相似，由含有渗入金属的介质分解产生活性原子，被吸收到金属表层，然后由扩散作用逐渐向金属内部渗入，只是金属原子的扩散要在高温（950~1050℃）下进行。 根据对性能的不同要求，选择不同的渗入金属。如渗铝使工件获得高温下的抗氧化性；渗锌提高工件在大气中的抗腐蚀性；渗硅提高工件硬度和足够的塑形及在某些介质中的抗蚀性；渗铬用以抗腐蚀、抗高温氧化和耐磨性，是各种渗金属层中性能较全面的一种。第四节 合金钢 合金钢与碳钢同属于黑色合金。由于碳钢的性能难以满足工业生产对钢的更高要求，于是人们向碳钢中有目的地加入某些元素，使得到的多元合金具有所需的性能。这种在碳钢中加入合金元素所得到的钢种，称为合金钢。 与碳钢相比．合金钢的淬透性好、强度高，有的还有某些特殊的物理和化学性能。 向钢中加入的合金元素可以是金属元素，也可以是非金属元素。 常用的有：锰(wc＞0.8%)、硅(wc＞0.4%)、铬、镍、钨、钼、钒、钴、钛、铌、铝、铜、硼、氮和稀土元素等，其中大多数元素（除铬、钛之外）在我国资源丰富。 一、合金钢的分类合金钢的分类方法很多，但最常用的是以下两种： 1、按合金元素含量分类低合金钢：合金元素总含量小于5％；中合金钢：合金元素总含量为5％~10％；高合金钢：合金元素总含量大于10％。 2、按主要用途分类（图1-8） 二、合金钢牌号表示方法 按照国家标准的规定，合金钢的牌号采用“数字+合金元素符号+数字”的方法来表示： 1．合金结构钢 前两位数字表示钢的平均含碳量，以万分数计。合金元素符号后的数字为该元素平均含量的百分数，若合金元素含量小于1.5％时，编号中只注明元素符号，一般不标明含量；当含量在Wc＝1.5％~2.5%、2.5％~3.5％……时．则相应地用2，3，…来表示。例如60Si2Mn，表示平均含碳量为Wc＝0.6％、含硅量为WSi＝2％、含锰量为WMn＜1.5％的合金结构钢。 高级优质合金钢钢号末尾加“A”，如38CrMoAlA表示平均含碳量为Wc＝0.38％，含铬量、含钼量、含铝量均为W＜1.5％的高级优质合金结构钢。 2、合金工具钢 前一位数字表示钢的平均含碳量，以千分数计；若含碳量超过1％时，一般不标出数字。合金元素及其含量的表示方法与合金结构钢相同。例如9SiCr表示平均含碳量为Wc＝0.9％、含硅量和含铬量均小于1.5％的合金工具钢。Cr12表示平均含碳量为Wc≥1％，铬含量为WCr＝12％左右的合金工具钢。 3、特殊性能钢 牌号表示法与合金工具钢相同，只是当平均含碳量为Wc＜0.1％时用“0”表示；平均含碳量为Wc＜0.03％时用“00”表示。例如0Cr13，表示含碳量为Wc＜0.1％，含铬量为WCr＝13％的不锈钢。 4、高级优质合金结构钢、弹簧钢 在其牌号尾部加符号“A”。合金工具钢均属高级优质钢，故不标A。 5、专门用途低合金钢、合金结构钢 在其牌号头部(或尾部)另加代表该钢用途的符号；例如，铆螺用30CrMnSi钢，表示为ML30CrMnSi。锅炉用20钢，其牌号表示为20G。 第五节 铸铁一．概述 铸铁是含碳量Wc＞2.11%(一般为2.5%~4.4%)的铁碳合金，其杂质（硅、锰、硫、磷）的含量比钢多。 铸铁具有良好的铸造性、耐磨性和切削加工性，生产简单、价格便宜；铸铁的缺点是可焊性差，机械强度低。工程中主要用来制造设备支架、外壳、床身、导轨、轴瓦等零件。 铸铁是铸造生产中最重要的铸造合金，在工程中应用极广。据统计，铸铁件一般占机器总重量的40%~90%，而灰口铸铁件则占到铸铁件总数的80%左右。 铸铁的种类： （1）白口铸铁。这类铸铁中的碳绝大部分以渗碳体（Fe3C）的形式存在，因其断口呈白亮色，故称白口铸铁。其机械性能表现得太硬、太脆，很难进行切削加工，所以工程中很少使用。 （2）灰口铸铁。这类铸铁中的碳大部以片状石墨形式存在，因其断口呈暗灰色，故称灰口铸铁。这种铸铁有较好的机械性能和工艺性能，应用较广。其代号为HT。 （3）可锻铸铁。铸铁中石墨呈团絮状存在，它是用白口铸铁经长时间高温退火后获得的，因其塑性和韧性比灰口铸铁好，故称可锻铸铁，但实际上并不可锻。代号为KT（基体为铁素体）和KTZ（基体为珠光体）。 （4）球墨铸铁。铸铁中的石墨呈球状存在，它是铁水在浇注前经球化处理后获得的。这种铸铁的强度高，铸造性能好，具有重要的工业用途。其代号为QT。 （5）蠕墨铸铁。铸铁中石墨呈蠕虫状存在。 二、铸铁的石墨化及其影响因素 铸铁中的碳以渗碳体（Fe3C）或石墨（纯碳）等不同形式存在。形成石墨的碳原子可以从液体中或奥氏体中直接析出，也可由渗碳体中分解析出。 铸铁中的碳以石墨形式析出的过程称为石墨化。影响铸铁石墨化的因素虽然很多，但主要因素是铸铁的化学成分和冷却速度。 碳和硅是促进石墨化元素。铸铁中碳、硅含量越高，石墨化越容易进行，越容易得到灰口组织，因此，灰口铸铁中碳和硅的含量都比较高（一般合碳量Wc＝2.7％~3.6％，含硅量Wsi=1.0％~2.2％)。 硫是强烈阻碍石墨化的元素，易使碳以渗碳体的形式存在，促使铸铁白口化，降低铁水的流动性。其含量应尽可能降低（一般在0.15%以下）。 锰也是阻碍石墨化的元素，调整锰含量也可调整铸铁的组织。在铸铁中锰含量为0.8%~1.3%。 成份一定的铸铁，其石墨化的程度决定于冷却速度。冷却速度越慢，越有利于石墨化的进行。 三、灰口铸铁 灰口铸铁是应用最广的一种铸铁。 （一）灰口铸铁的成分，组织和性能 灰口铸铁的化学成分—般为Wc=2.5%~4.0%， WSi=1.0%—3.0%，WMn=0.6%~1.3%，WS＜0.15%， WP＜0.30％。 灰口铸铁的组织由金属基体和片状石墨两部分组成，由于石墨化进行的程度不同，可有三种不同基体组织的灰口铸铁：铁素体灰口铸铁（铁素体+片状石墨）、铁素体—珠光体灰口铸铁（铁素体+珠光体+片状石墨）、珠光体灰口铸铁（珠光体+片状石墨）。 灰口铸铁的性能与它的组织密切相关。 灰口铸铁实质上是在钢的基体上分布着大量片状石墨。出于石墨的强度、硬度很低，塑性和韧性几乎等于零，所以，石墨相当于钢中分布着许多小的裂纹，减少了材料的受力面积，破坏了基体的连续性，石墨尖角处还会引起应力集中，严重降低了铸铁的抗拉强度。铸铁中石墨越多、分布越不均匀，铸铁的强度、塑性和韧性就越差，但石墨对抗压强度和硬度影响不大。 石墨虽然降低了铸铁的力学性能，但出于石墨的存在，却使铸铁获得了钢所不能及的其它一些优良性能，比如良好的切削加工性、耐磨性、消震性、铸造性以及小的缺口敏感性等。 灰铸铁的牌号以汉语拼音和机械性能数值来表示。 表1-4列出灰铸铁的牌号、性能和用途。 牌号中“HT”表示灰铸铁，“HT”是“灰铁”两字汉语拼音的第一个字母、其后的数字表示其最低抗拉强度。 灰铸铁共分为HT100、HTl50、HT200、HT250、HT300和HT350等6个牌号。灰铸铁的牌号、性能及用途 （二）灰口铸铁的热处理 1．消除应力退火 当铸件形状复杂、壁厚不均时，在冷却凝固过程中，会产生很大的内应力。这样的铸件在切削加工之后，由于内应力的重新分布将引起变形，因此，对精度要求高或大型复杂的铸铁件，在切削加工之的，要进行消除应力退火。消除应力退火的工艺规范与钢相同。 2．表面淬火 表面淬火的目的，是为了提高灰口铸铁的表面硬度和耐磨性。机床的导轨面、内燃机气缸套内壁等，就常采用表面淬火处理。 四．球墨铸铁 （一）球墨铸铁的组织和性能 球墨铸铁按基体组织的承同可分为铁素体球墨铸件、铁素体—珠光体球墨铸铁和珠光体球墨铸铁等。 内于球墨铸铁中的石墨呈球状，不仅减少了应力集中，而且在同等的石墨体积下，对基体的割裂作用也降到最小，基体的性能得以充分发挥。所以，球墨铸铁的机械性能比灰口铸铁和可锻铸铁都高。其抗拉强度、塑性、韧性与相应组织的铸钢差不多。 由于球墨铸铁中有石墨的存在，使它具有与灰口铸铁同样良好的切削加工性、耐磨性、减震性和铸造性能。 （二）球墨铸铁的牌号和用途 球墨铸铁的牌号以汉语拼音和两组机械性能数值来表示。牌号中“QT”表示球墨铸铁，“Q”是“球铁”两字汉语拼音的第一个字母，其后的两组数字，分别表示最低抗拉强度和最低伸长率。 球墨铸铁主要用于内燃机曲轴、轮轴、连杆、缸体、球磨机齿轮、起重机滚轮、农具犁铧、耙片等。 QT400-17、QT420-10为铁素体型球墨铸铁，用来制造受冲击和要求较高韧性的零件。QT500-05为铁索体-珠光体型球墨铸铁，用来制造较高强度的零件；QT600-02、QT700-02、QT800-02为珠光体型球墨铸铁，用来制造高强度零件。QTl200-0l是经等温淬火，而获得下贝氏体组织的球墨铸铁，用来制造承受高速重载荷的零件。 （三）球墨铸铁的热处理 （1)退火。退火的主要目的是为了获得铁素体球墨铸铁，提高球墨铸铁的塑性和韧性，改善切削加工性，消除内应力。 (2)正火。球墨铸铁正火的目的是为了得到珠光体基体的球墨铸铁，从而提高其强度和耐磨性。 (3)调质。调质的目的是为了获得回火索氏体基体的球墨铸铁，从而获得具有较好综合机械性能。一些受力复杂的零件，如柴油机曲轴、连杆等常采用调质处理，其方法与钢的调质一样，即淬火后高温回火。 (4)等温淬火。等温淬火的目的是为了得到下贝氏体基体的球墨铸铁，从而获得高强度、高硬度又有足够韧性的较高综合性能。一般常用于要求综合机械性能较高，而外形又较复杂、热处理容易变形和开裂的零件，如齿轮、滚动轴承套、凸轮轴等。 第六节 有色金属及其合金 在工业生产中，金属分为黑色和有色两类。通常把铁、铬、锰称为黑色金属，此外的其它金属统称为有色金属。有色金属具有很多特殊性能，是许多新兴产业部门赖以发展的重要战略物资和工程材料。 有色金属种类很多，常用的有铝及铝合金、铜及铜合金、钛及钛合金、滑动轴承合金、硬质合金等。除铝、镁、钛等在地壳中的储存量较丰富外，大多数有色金属较为稀缺或生产成本较高。第七节 非金属材料 非金属材料从广义上讲是除金属材料以外的其它一切材料。机械工业中使用的非金属材料分为高分子材料、陶瓷和复合材料三大类。 一．高分子材料 有机高分子材料根据其性能及使用工况，通常可分为塑料、橡胶、合成纤维、涂料及胶粘剂等五类。 （一）塑料 塑料的主要成分是合成树脂，加入适量的添加剂组成的。合成树脂是由低分子化合物经聚合反应所获得的高分子化合物，塑料的性能主要取决于树脂。 1．塑料的分类。 塑料的种类很多，有多种不同的分类方法。工业上常用的分类方法如下。 （1）按使用性能可分为通用塑料和工程塑料。 通用塑料的价格低，产量高，约占塑料总产量3/4以上。如聚乙烯、聚氯乙烯等。 工程塑料是作为制造工程结构件的塑料，强度大、刚性高、韧性好。如聚酰胺、聚甲醛、聚碳酸酯等。（2）按受热时的性能可分为热塑性塑料和热固性塑料。 热塑性塑料加热时软化、熔融，可多次反复加热使用。其成型工艺简单，生产率高，且具有—定的力学性能。但其耐热性较差．使用温度一般低于120℃。聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、ABS、有机玻璃、尼龙等都是热塑性塑料。 热固性塑料在加热软化、塑制成型和冷却固化后成为坚硬的制品，固化后的制品不能再软化重塑。这类塑料受压不易变形，能在较高温度下使用，但其强度不高，脆性较大，成型工艺复杂。酚醛树脂、氨基树脂、环氧树脂、有机硅树脂和不饱和聚树脂等都是热固性塑料。 （二）橡胶 室温时的弹性模量为0.1~1MPa的高分子材料称为橡胶。橡胶在较小的外力作用下就能产生很大的弹性变形，具有优良的伸缩性和可贵的积储能量的能力。同时，橡胶还有良好的耐磨性、隔音性和阻尼特性。在机械工程中常用作密封件、减震防震件、传动件及运输胶带等。 橡胶可分为天然橡胶及合成橡胶两大类，合成橡胶又可分为通用橡胶和特种橡胶。天然橡胶是从热带的橡胶树的浆汁中制取的，主要成分是聚异戊二烯。天然橡胶的弹性和力学性能较高，但产量远不能满足现代工业的需要。所以，目前广泛应用的是通过化学合成的方法制取的合成橡胶。 二．陶瓷材料 陶瓷是一种无机非金属材料，工业陶瓷有普通陶瓷与特种陶瓷两大类。机械制造业中陶瓷可用作结构材料与工具。 普通陶瓷是以粘土、长石、石英等为原料．经过原料加工、成形与高温烧结而制取的。广泛使用的日用陶瓷、建筑陶瓷、电绝缘陶瓷、化工陶瓷和多孔陶瓷即同此类。 特种陶瓷采用纯度较高的人工合成原料（如AI2O3、Si3N4、SiC等），经过成形和高温烧结而成。特种陶瓷的力学、物理与化学性能优于普通陶瓷，可满足多种工程结构和工具材料的需要。 陶瓷材料与工程金属相比，具有硬度高、耐磨性好、高温强度高、化学稳定性好和抗酸碱盐及其它介质腐蚀的能力强、绝缘性能优越等特点。所以，陶瓷在工业上具有十分广泛的用途。 陶瓷材料广泛用于电器、化工、环保、建筑等行业，如用于受力不大、工作温度低于200℃，且在酸碱介质中工作的容器、反应塔、管道等；用于精密和高硬材料切削的刀具；高温轴承和热电偶套管、燃气轮机转子叶片；火箭尾管喷嘴等。 陶瓷材料的缺点是塑性极低，强度不高，易发生脆性断裂，导热性能较差。 三．复合材料 复合材料是由两种以上物理与化学性质不同的材料组合而成。它保留了组成材料各自的优点，获得单一材料无法具备的优良综合性能，其性能指标甚至有可能超过各组成材料性能的总和，是人们按照性能要求而专门设计的新型材料。 人工合成的复合材料一般是由高韧性、低强度的基体材料与硬度高、脆性大的增强材料所构成。复合材料与单一材料比较，具有强度高、弹性模量高、抗疲劳性好、减震性能强、高温性能好和断裂安全性高等优点。 常见的复合材料有纤维增强复合材料、颗粒增强复合材料和层状复合材料。 第二章 材料成型基础第一节 铸 造 一．概 述 将熔化的金属浇注到铸型的型腔中，待其冷却后得到毛坯或直接得到零件的加工方法称为铸造。 由铸造得到的毛坯或零件称为铸件。 (一)铸造工艺的特点 1．能铸出形状复杂的零配件，如箱体、壳体、支座等； 2．铸件重量和大小几乎不受限制，生产适应性强，灵活性好； 3．铸造设备投资少，原材料来源广泛，铸件成本较低； 4．铸件形状和尺寸与零件较接近，故可节约铸造金属，减少机械加工量； 5．铸造组织粗大，内部常有气孔、缩孔、沙眼等缺陷，综合机械性能差； 6．砂型铸造精度低、表面粗糙、质量不够稳定、废品率较高； 7．工人劳动条件较差。 鉴于铸造生产的许多优点，因此在机械设备中，铸件占有较大的比重，一般约占整台设备的40%~80%左右。 随着精密铸造技术的发展，铸件表面质量有了很大的提高，新型铸造合金的成功应用，使铸件的机械性能得到显着提高，使用范围正在日益扩大。 （二）铸造的分类 铸造分砂型铸造和特种铸造两大类。习惯上将砂型铸造以外的所有铸造方法都归入特种铸造。 1．砂型铸造 当直接形成铸型的原材料主要为沙子，且液态金属完全靠重力充满整个铸型时，称为砂型铸造。 图2-1所示为砂型造型过程。 砂型铸造—般可分为手工砂型铸造和机器砂型铸造。前者适用于单件小批量生产及复杂和大型铸件的生产，后者只适用于成批大量生产。 2．特种铸造 凡不同于砂型铸造的所有铸造方法，统称为特种铸造。如金属型铸造、压力铸造、熔模铸造和低压铸造等。 由于砂型铸造目前仍然是国内外应用最广泛的铸造方法，所以，本章只对砂型铸造作重点介绍（主要是手工砂型铸造）。 二．砂型铸造的造型工艺（一）砂型铸造的工艺过程 砂型铸造的工艺过程主要由造砂型、造型芯、砂型及型芯的烘干、合箱、浇注、落砂与清理和检验几部分组成，如图2-2所示。 （二）制造模型 制造砂型前首先要制造模型。模型一般包括模样和芯盒，其外形或内腔与零件相似，只是留有加工余量。为了制造砂型的需要，可做成整体、也可做成分体。材料一般用木材，称为木模。批量较大时，也可用金属，称为金属模。 （ 三）制造砂型 制造砂型是铸造生产中一项极重要的工艺过程。砂型质量的好坏，对于铸件质量起着决定性的影响。通常，铸件废品中约有60%是由砂型的缺陷引起的。 1．造型材料 制造砂型的造型材料包括型砂、芯砂及涂料等。它们的质量对于铸件的质量有很大影响。型砂和芯砂主要由石英砂（SiO2）、粘结剂（粘土和膨润土）及水和附加物（煤粉、木屑等）按比例混合而成。 型（芯）沙应具备的主要性能有： 1）强度 砂型在承受外力作用下不易破坏的性能； 2）透气性 型（芯）砂的砂粒间存在空隙而具有能使气体透过的能力； 3）耐火性 型砂在高温金属液的作用下不软化、不熔融、不烧结的性能； 4）容让性 砂型和型芯体积可以被压缩，不阻碍铸件冷却时自由收缩的性能。 此外，还应考虑其型（芯）砂的流动性、可塑性、回用性、发气性等。 2．造型方法 造型是砂型制造过程中的重要工序，由于铸件的形状、尺寸、数量、使用要求等各不相同，因此，造型方法也各不相同。目前主要采用的造型方法如下： 1）整模造型 模型为整体且放在一个砂箱内，分型面为平面。该造型方法简单，铸件精度较高。适用于形状简单、最大截面在端部的铸件。 2）分模造型 砂箱造型中使用最广泛的一种。模型分为两半，造型时分别位于上下砂箱内，分模面为零件最大截面。该造型方法也较简便，适用于形状较为复杂的铸件。 3）挖砂造型 有的铸件虽无平整表面，但又要求整模造型时，可将下半个铸型中阻碍起模的型砂挖掉，以便造好上半个铸型后能顺利地起出模型。该方法技术要求高、生产效率低，仅适于单件生产。 4）活块造型 有的铸件上有一些小的凸台等，妨碍起模，可做成活块，在模型主体起出后仍留在铸型内，然后自侧面取出。该方法要求操作技术高、且生产率低，仅适于单件、小批量生产。 5）三箱造型 当铸型有两个分型面时，可采用三个砂箱造型。三箱造型较为复杂，生产率较低，技术要求高，仅适用于单件和小批量生产。当铸件形状特殊，需要两个以上的分型面时，还可应用更多的砂箱来造型。 6）刮板造型 有些大尺寸的旋转体铸件，当生产数量少时，可采用刮板造型。该方法的特点是节省模型材料，但生产率低、技术水平要求高。 此外，还有地面造型、组型造型等。 3．浇铸系统 为了将液体金属引进铸型，在铸型中所开设的通道，称为浇铸系统。 如图2-3所示，浇铸系统一般包括：外浇口、直浇口、横浇口、内浇口、排气口等。 对浇铸系统的要求是能平稳地将液体金属导入并充满型腔，避免冲击型壁和型芯，同时能防止熔渣等进入型腔并能调节铸件凝固顺序。浇铸系统若选择得不合理，铸件便易产生冲砂、砂眼、浇不足、气孔和缩孔等缺陷。 三、合金的铸造性能与铸件的结构工艺性（一）合金的铸造性能 合金在铸造成型过程中所表现的工艺性能称为铸造性能。主要有流动性、收缩性和偏析倾向等。 合金的流动性 流动性指液态金属充填铸型的能力。流动性越好，充填能力越强，越能铸出轮廓清晰、壁薄而形状复杂的零件。若流动性差，则会产生浇不足或冷隔等缺陷。 影响合金流动主要因素有合金的成分、浇铸温度及铸型的充填条件等。 1）合金的成分 成分不同的铸造合金，具有不同的结晶温度，其流动性也不相同。在常用铸造合金中，灰口铸铁和硅黄铜的流动性最好，球墨铸铁和铝合金次之，铸钢则最差。 2）浇铸温度 浇铸温度对合金的流动性具有决定性的影响。浇铸温度高，液态合金所含的热量便多，在同样的冷却条件下，保持液态的时间也长。但浇铸温度过高会导致合金收缩量增加，吸气增多，氧化现象加重。因而铸件容易产生缩孔（松）、气孔、粘沙等缺陷。故浇铸温度应适当控制。 3）充填条件 型腔过窄、浇口布置不合理、截面积太小、铸型排气不畅等，均会恶化液态金属的充填条件，减低合金的流动性。 合金的收缩性 收缩性是指铸件从液态冷却到固态成型过程中，其体积或尺寸缩小的程度。收缩共经历三个阶段： 液态收缩 从浇铸温度冷却到液相线温度的收缩； 凝固收缩 从液相线温度冷却到固相线温度的收缩； 固态收缩 从固相线温度冷却到室温的收缩。 液态收缩和凝固收缩是铸件产生缩孔、缩松的基本原因。液态合金在凝固过程中体积缩减，若其收缩得不到补充，在铸件的最后凝固部位将形成孔洞。称之为缩孔（孔洞集中时）或缩松（孔洞分散时）。 铸件在凝固以后的继续冷却过程中，若固态收缩受到阻碍，其内部将会产生铸造内应力。铸造应力是产生裂纹、变形、残余内应力等缺陷的主要原因。 此外，收缩还与合金的金相组织有关。合金不同，其收缩率也不相同。铁碳合金中，铸钢收缩率最大，灰口铸铁最小。 (二)铸件的结构工艺性 铸件的结构工艺性，是指铸件结构设计的合理性。铸件结构应考虑如下原则： 铸件的外形力求简单，尽量少用曲面．尤其是非圆曲面，降低模型制作难度； 应使铸件结构具有最少的分型面，并尽量使分型面成平直面； 尽量避免或减少型芯和活块造型，简化造型工艺； 垂直于分型面的不加工表面，应具有结构斜度，以便于起出木模； 应设计合理而均匀的壁厚，避免壁厚过薄影响液体流动或过厚形成缩孔； 铸件壁的转角处和过渡处都应具有适当的结构园角，但阻碍拔模或抽芯的地方，不得有园角； 若必须采用不同壁厚，壁厚应逐步过渡，过渡处应有结构园弧，以改善液态合金的的流动性和减少连接处或过渡处的收缩应力； 铸件壁要避免交叉和锐角连结，减小铸件热节和提高合金的流动性； 铸件应尽量能自由收缩，避免冷却时收缩受阻而产生裂纹； 结构形状复杂的铸件应设计成组合铸件，即将其整体分解成若干个形状简单的小铸件，经机械加工其连接面后，再通过焊接或螺钉将其组合成整体。 第二节 焊接一、概述 焊接，就是在两块金属之间，通过局部加热、加压等手段，使分离金属借助原子间的结合与扩散作用而连接成牢固整体的一种加工方法。 焊接在现代工业生产中具有十分重要的作用，在工程机械、环保设备、建筑、车辆、造船、容器、石化、电子、原子能、航天航空及各种尖端科学技术领域中部得到广泛的应用。 焊接还可以用于修补铸件与锻件缺陷，修复局部磨损零件，这在生产中具有很好的经济价值。 焊接的优点： 减轻结构重量，节约材料和工时；能化大为小或拼小成大，可制造双金属结构；生产效率高，便于实现机械化和自动化。 焊接的缺点： 焊接是一个不均匀的加热和冷却过程，焊接件会产生应力和变形等。因此在焊接过程中，必须采取一定的工艺措施予以防止。 焊接分类 1）熔化焊 利用局部加热的方法，将焊件的结合处加热到熔化状态，并加入填充金属，凝固后彼此结合在一起。常见的有电弧焊、气焊等。 2）压力焊 在两块金属接头处，施加一定的压力，使金属接触处产生塑性变形或局部熔化，使焊件结合起来。如接触焊、摩擦焊等都属于此类。 3) 钎焊 将填充焊件的熔点低的钎料和焊件一起加热，使钎料熔化，焊件不熔化，钎料熔化后填满焊件连接处的间隙，待钎料凝固后，两焊件就被连接起来。 常用的焊接方法根据不同板厚和不同材料所选用的焊接方法 二、手工电弧焊 (一)焊接电弧 焊接电弧是一种强烈而持久的气体放电现象，能产生大量的热能和强烈的光辉。 通常，气体是不导电的，但在一定的电场和温度条件下，可以使气体离解而导电。 焊接电弧就是将电弧空间的气体电离，使中性分子或原子离解成带正电荷的正离子和带负电荷的电子（或负离子），这两种带电质点分别向着电场的两极方向运动，使局部气体空间导电，形成电弧。 焊接时，将焊条擦划或垂直敲击焊件．然后将焊条很快提起，使之拉开后保持2—4mm的距离，以引出电弧。 由于弧柱区产生高温（弧柱区温度可达5000—8000℃）而使焊条和焊件同时熔化，形成熔池，随着电弧沿焊接方向移动，熔池金属迅速冷却而凝固成焊缝。 使用直流电源焊接时，焊接电弧的组成如图。 （二）电焊机 （1）直流电焊机。 直流电焊机的直流电由焊接发电机（由交流电动机和直流发电机组成）产生，也可通过弧焊整流器得到。由于直流电焊机的电弧稳定性好，可适应各种焊条，适合于焊接薄板、铸铁、合金钢、有色金属及其它重要焊件。 直流焊接有正、反接法可供选择，焊件接电源阳极而焊条接阴极，是正接法，可焊接要求不太高的较厚焊件；焊件接电源阴极而焊条接阳极，是反接法，可焊接重要的较薄焊件。 （2）交流电焊机。 交流电焊机实际上是—种满足焊接要求的特殊降压变压器，其空载电压一般为50~80V，工作电压—般为16~35V，电流调节范围—般为45~320A。虽然交流电焊机的稳定性较差，但由于结构简单、维修保养容易、效率高等优点，因而被广泛 应用。 交流焊接无正、反接法之分。 （三）电焊条 手工电弧焊的焊条由焊条芯和药皮组成。 （1）焊条芯。主要起填充焊缝金属和传导电流的作用。焊条芯的化学成分直接影响焊缝的质量。当焊接材料不同时，应采用相应钢种的焊条芯。焊条的直径是用焊条芯的直径来表示的。目前以直径3~5mm，长度为350~450mm的焊条应用最广。 （2）药皮。药皮是焊芯表面上的涂料层，其主要作用是提高焊接电弧的稳定性，防止空气对熔化金属的有害作用，保证焊缝金属的脱氧和加入合金元素，以便提高焊缝金属的机械性能。 （3）焊条的分类。 手工电弧焊条按用途分为碳钢焊条、低合金钢焊条、不锈钢焊条、堆焊焊条、铸铁焊条、镍及镍合金焊条、铜及铜合金焊条、铝及铝合金焊条、特殊用途焊条等九类。按焊条药皮熔化后的特性分成了酸性焊条和碱性焊条两类。 ①.酸性焊条：特点是电弧稳定，易脱渣，金属飞溅少；但焊缝冲击韧度差，合金元素烧损多。适合于焊接低碳钢和不重要的结构件。 ②.碱性焊条：特点是合金化效果好，抗裂性能好，直流反接，电弧稳定性差，飞溅大，脱渣性差。主要用于焊接重要的结构件，如压力容器等。 常用的酸性焊条有E4303（旧牌号为J422）、E500l（J503）等；常用的碱性焊条有E4315（J427）、E5015（J507）等。型号中E表示焊条；后面的第一、二位数字代表焊缝金属抗拉强度最小值；第三位数字表示焊接方位；第三和第四位数字组合，表示焊接电流种类和药皮类型。 例E4313焊条。其中E表示焊条、43表示熔敷金属抗拉强度最小值、1表示焊条适用于全位置焊接、最后的3表示焊条药皮为钛钙型，可采用交流或直流正、反接电源焊接。 焊条应保存在干燥通风的仓库内，防止受潮变质。若发现焊条芯生锈、药皮变质等，则应降级使用，严重的应予报废。 （四）焊接工艺 1．接头形式 2．焊缝的空间位置 根据焊缝的空间位置，可分为平焊、立焊、横焊和仰焊四种，如图2-9，一般应尽量采取易于操作的平焊。 3．焊接规范 （1）焊条直径的选择。 根据焊件的机械性能、化学成分选出相应的焊条后，再根据焊件厚度、接头型式及焊缝位置等来选择焊条直径。一般说来，焊件厚度越大，所选的焊条直径越粗。对于多层焊．焊第一层时应采用直径较小的焊条，以后各层可根据焊件的厚度来选用较大直径的焊条。 （2）焊接电流的确定 增大焊接电流能提高生产率。但电流过大易造成焊缝咬边、烧穿等缺陷。而电流过小也易造成夹渣、未焊透等缺陷，且降低生产率，故焊接电流必须选用得当。 焊接电流的选用主要根据焊条的直径和焊缝的位置来决定。焊接低碳钢时，焊接电流与焊条直径的关系一般可按下列经验公式计算： I＝(30~50)d (A) 式中 I——焊接电流，A； d——电焊条直径，mm。 （3）焊接速度。 焊接速度指焊条沿焊接方向移动的速度。在保证焊透、焊缝高低及宽窄一致的前提下，应尽量快速施焊。 焊件越薄，则焊速应越大，这主要靠焊工根据具体情况凭经验灵活掌握。 三 焊接质量及其控制 1．焊接应力与变形 焊接过程中，焊件受到的是不均匀、不一致的局部加热和冷却，从而引起不均匀的膨胀与收缩，导致焊接应力的产生。当焊接应力大于焊件材料的屈服强度时，焊件就会发生变形。 焊接变形包括内部收缩变形和外部挠曲变形两种。如图2-10，内部收缩变形有纵向收缩、横向收缩和回转收缩；外部挠曲变形有角变形、纵向弯曲变形和扭曲变形等。 防治和减少焊接变形，主要从两个方面采取措施：一是合理设计焊接结构，二是采取合理的焊接工艺。 在进行焊接结构设计时，其遵循的基本原则是： 1. 尽量减少焊缝数量； 2. 不同厚度工件焊接时，接头要逐渐过渡； 3. 焊缝应避免交叉； 4. 焊缝应尽可能分散和对称； 5. 焊缝布置应尽可能避开最大应力或应力集中部位; 6. 焊缝应尽量远离已加工表面； 7. 焊缝位置应开敞以便于操作； 8. 焊缝应尽量布置在水平位置上，并尽量减少焊件翻转。 采取合理的焊接工艺包括： 1）正确选择焊接程序，使焊件能自由膨胀和收缩； 2）采用对称焊和跳焊的方法，缩短焊缝长度，将变形量降低到最低； 3）采用反变形的方式，抵消焊后变形； 4）刚性固定，强制减少焊接变形； 5）焊后捶击，延伸焊缝，消除变形应力； 6）预热焊件，使焊接区和加热区同时加热和冷却，降低焊接应力。第三节 锻压一、概 述 锻压是指锻造和板料冲压。 锻造属固态金属质量不变工艺，是压力加工的一种。它是指固态金属在外力作用下，产生塑性变形，从而获得具有—定形状、尺寸和机械性能的毛坯或零件的加工方法。 板料冲压是指板料在冲床压力作用下，利用装在冲床上的冲模使其变形或分离，从而获得毛坯或零件的加工方法。 压力加工的主要方法有：轧制、挤压、拉拔、自由锻、模锻和板料冲压等。如图2-11所示。 二、锻 造 锻造就是将固态金属坯料放在砧铁间或锻模腔内，借助锻压机械外力的作用而产生塑性变形的加工方法。 按加工方式的不同，锻造主要分为自由锻造和模型锻造两大类。 在锻造时使用通用的工具，不用锻模，金属变形较自由，称为自由锻造。 如果锻造时使用锻模，金属的变形受到锻模腔槽的限制，称为模型锻造。 三．板料冲压 板料冲压大多数情况是在常温下进行的，所以又称冷冲压。冲压的原材料是板料、带料、板条等。为了进行冲压加工，特别是制造中空杯状等零件时，必须有足够的塑性。通常用低碳钢、高塑性合金钢、铜、镁、铝及其合金等。非金属板料如石棉板、纤维板等亦广泛地采用冲压加工。 冲压加工在工业中得到广泛的应用，例如环保设备壳体、化工机械中的部分容器、汽车外壳、自行车链轮、电机的硅钢片、弹壳以及大量日常用品等，据统计，汽车中的冲压件占50％~75％，电子、仪表产品中占70％~80％。 （一）板料冲压设备 常用的板料冲压设备有剪床（剪板机）和冲床（冲压机）。 1．剪床 剪床的作用是把板料裁剪成一定尺寸的坯料，以供下一步冲压工序之用。剪床上下刃之间的夹角约2°~8°，整个剪切过程沿斜面进行，这就降低了剪切钢板时剪刃所需的压力。其结构见图2-12。 2．冲床 冲床是冲压生产的主要设备，可用于工件的切断、落料、冲孔和弯曲等工序。图2-13为开式单柱冲床。 （二）板料冲压的基本工序 板料冲压的工序很多，其基本工序大致可分为两大类。 分离工序 使坯料的一部分与另一部分相互分离的工序，如剪切、落料、冲孔和修整等。 变形工序 使坯料的一部分相对另一部分产生位移而不破裂的工序，如弯曲、拉伸、成型和翻边等。 当板料弯曲半径较大时，如环保设备的筒体和管道等，常用卷板机或滚弯机进行弯曲。如图2-15所示为三轴卷板机的工作原理示意图。
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