金屬材料知識在生產中的應用

金屬材料由于具有不同的優異性能，被廣泛地用于生活和生產當中，是現代工業和科學技術領域不可缺少的重要材料。機械專業技校生，未來作為一名機械專業技術工人，從手中使用的工具，到加工各種零件，每天都要與各種各樣的金屬材料打交道。為了能夠正確地認識和使用金屬材料，合理選用加工方法和切削用量，加工出合格零件，就需熟悉金屬材料的牌號，了解它們的性能與變化規律，為機械專業理論學習和技能訓練起到事半功倍的效果。

1.掌握碳素鋼、合金鋼牌號，可很好識別刀具材料性能。如鉗工生產實習的手用刀具：鋸條、銼刀、絲錐、板牙、刮刀、等都是碳素工具鋼。有較高硬度與耐磨性，但紅硬性較差，在生產上切削速度低、切削產生熱量小、效率低。如機床生產的機用刀具：車刀、銑刀、鉆頭、鏜刀等一般由高速鋼、合金刃具鋼、硬質合金組成，它們具有高硬度、高耐磨性、高熱硬性及足夠的強度和韌性。在生產上切削速度高、切削產生熱量大、效率高。如圖所示：

2.掌握純鐵，鋼、鑄鐵、合金鋼材料是什么標準來分類，如何真正理解它們的聯系與區別，從而在正確了解材料性質與生產用途不同。

(1)含碳量小于0.0218％鐵碳合金稱為純鐵。鈍鐵具有良好塑性和韌性，硬度和強度低。同時純鐵具有同素異構轉變性質，固態下隨溫度變化，由一種品格轉變為另外一種晶格。通過同素異構轉變，可使金屬在固態下重組晶粒，獲得所需性能。也就是說，可不改變零件尺寸、形狀的情況下使其內部組織結構和性能發生變化。

(2)把含碳量大于0.0218％而小于2.11％的鐵碳合金稱為鋼。按鋼的含碳量分類，可分為低碳鋼、中碳鋼、高碳鋼。低碳鋼：C≤0.25％，在生產上用于塑性、韌性及焊接性能好，但強度、硬度要求不高零件。中碳鋼：C=0.25％～0.6‰在生產上用于機器的主軸或車輛的轉軸要求有較好的綜合性能。高碳鋼：C≥0.6‰車刀、鉆頭、銑刀選用高碳鋼。

(3)把含碳量大于2.11％鐵碳合金稱為鑄鐵。可鍛鑄鐵具有鐵水處理簡單、質量穩定、容易組織流水生產、低溫韌性好等優點，廣泛應用于管道配件和汽車行業，常用于制造形狀復雜、承受沖載荷的薄壁、中小型零件。

(4)在碳素鋼的基礎上有目的加入一種或數種合金元素稱為合金鋼。合金鋼具有較高的力學性能、淬透性和回火穩定性等，有的還具有耐熱、耐酸、耐蝕特性能，在機械制造中得到廣泛應用。合金鋼按用途分為：合金結構鋼、合金工具鋼、特殊性能鋼。合金結構鋼用于制造各類工程結構件和各種機器零件的鋼，如齒輪，曲軸，軸承、直升機旋翼軸。合金工具鋼：分為合金刃具鋼、合金量具鋼，合金模具鋼，用于制造刀具、量具、模具，如銑刀、熱鍛模、百分表、千分尺等。特殊性能鋼：分為不銹鋼，耐熱鋼、耐磨鋼，生產中用于汽輪機葉片、鋼爐、挖掘機的鏟斗。

3.在識別刀具與工件材料性能基礎上，能做到合理選擇切削用量，提高生產效率、保證產品質量、降低生產成本、延長刀具壽命。選擇切削用量要根據不同的加工條件和加工要求，從以下幾個方面分析：(1)生產效率 背吃刀量ap、進給量礙口切削速度Vc增大，切削時間減小。一般情況下，特別是粗加工時，應盡量優先增大ap，以求一次走刀切除全部加工余量。(2)機床功率 增大進給量f使切削力增加較少，功率增加較少，所以，在粗加工時盡量增大f是合理的。(3)刀具耐用度 對刀具耐用度影響最大是切削速度Vc，影響最小是背吃刀量ap。過高切削速度會由于經常磨刀、換刀而增加費用，提高加工成本。(4)表面粗糙度在理想的條件下，提高切削速度能降低表面粗糙度值，提高背吃刀量對表面粗糙度影響較小。所以，加工表面粗糙度主要限制的進給量f的提高。

根據以上原則，具體分析如下：如手用刀具2號中齒銼刀，它的牌號是T12、T13是碳素工具鋼，它的切削用量為：切削速度控制140次／分鐘、銼削余量0.2～0.5、尺寸精度0.05～0.2、表面粗糙度Ra25～6.3。如機用刀具10鉆頭，它的牌號是W18Cr4V，是高速鋼，它的切削用量為：ap=5、Vc=50m／min、f=0.2mm／r，這樣在加工過程中就能準確控制切削用量，提高產品質量有了保證。

4.熱處理主要知識點在生產加工工藝上具體應用。

(1)要消除材料內應力，降低材料硬度，提高塑性、改善切削性能，防止工件變形與開裂，就要用到退為或正火，它們加工工序位置處于鑄造或鍛造之后，粗加工之前。對于力學性能不太高零件，正火還可作為最終熱處理。

(2)淬火的目的是得到馬氏體組織，提高產品強度和硬度，并保持一定的韌性，是決定產品最終質量的關鍵。回火的目的降低鋼的脆性和內應力，防止變形或開裂，穩定鋼的結晶組織，保證工件不再發生形狀和尺寸的改變，獲得不同機械性能。它們加工工序位置一般為粗加工之后，精加工之前。同時淬火和回火是結合在一起使用，淬火+長時間低溫回火常用在合金量具鋼，以穩定量具的尺寸。淬火+中溫回火(高溫回火)常用在熱作模具鋼，以保證其具有足夠的韌性。

(3)鋼的化學熱處理有：鋼的滲碳、鋼的滲氮。滲碳的目的：提高工件表層的含碳量，滲碳后的工件需經淬火及低溫回火，才能使零件表面具有高的硬度和耐磨性，從而達到以零件“外硬內韌”性能要求，它加工工序位置在機械加工之后。鋼的滲氮目的：提高零件表面的硬度、耐磨性，耐蝕性及疲勞強度。滲氮層還具有滲碳層所沒有的耐蝕性，可防止蒸汽、堿性溶液的腐蝕，它加工工序位置在機械精加工之后，精磨或研磨之前。常用在復雜的精密零件，如精密絲杠、精密機床主軸。

教師在金屬材料教學過程中，要著重突出生產應用教學。首先學生要學會對各材料牌號能準確無誤讀出來，這樣學生真正了解零件圖、裝配圖材料所標注符號含義，這是學生進行生產加工前提條件；其次學生能對使用的刀具、加工材料力學性能特點和用途有清楚認識，在加工過程中如何控制切削用量保證產品質量和提高生產效率；如何用不同刀具加工不同材料，避免刀具過早磨損；如何準確裝、夾避免加工零件變形。再次學生要了解熱處理工序位置在鑄造、鍛造、機械粗加工、機械精加工具體先后位置，同時注意各熱處理具體操作要點及結合起來使用方法。如果教師踏踏實實按照以上要點進行理論與實踐的實物教學、工藝教學，學生就會在金屬材料知識學習中學到很多知識，并且在生產實踐中很好、很快用上，從而實現金屬材料知識學習真正目的。