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作　者：刘新，崔明铎　主编

出 版 社：清华大学出版社

出版时间：2011-7-1

页　数：300

字　数：475000

印刷时间：2011-7-1

开　本：16开

I S B N：9787302260837

定　价：￥32.00

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刘新、崔明铎主编的《工程训练通识教程》以传统机械制造方法为主，增加了数控加工、柔性制造系统（FMS）、快速成形技术、三坐标测量技术、气压传动、创新、陶艺及其他工程材料成形工艺等多种先进技术；充分体现工程训练教学内容的系统性。教材编写中强调“贴近实际、体现应用”，坚持科学性、系统性、先进性、实用性和可操作性，增加了相关技术领域最新进展的介绍。既注重学生获取知识、分析问题与解决工程技术实际问题能力的培养，又力求体现对学生工程素质和创新思维能力的培养，通过工程实训强化学生从事工程实践和创新的能力。

内容简介

刘新、崔明铎主编的《工程训练通识教程》是为开展通识教育需要并根据教育部制定并实施的“高等教育面向21世纪教学内容和课程体系改革计划”的精神，以及教育部、财政部关于实施高等学校本科教学质量与教学改革工程的意见（即质量工程），结合金工系列课程改革与实践教学基地建设，以扩大工程训练和增加科技创新教学内容为目的而组织编写的。

针对多数院校现有的教学条件，考虑继续发展的需要，本教材以传统机械制造方法为主，增加了数控加工、柔性制造系统（FMS）、快速成形技术、三坐标测量技术、气压传动、陶艺及其他工程材料成形工艺等多种先进技术，充分体现通识教育中工程技术教学内容的系统性。

《工程训练通识教程》可作为高等工科院校本专科、高职和成人教育等层次院校的通用教材，也可供其他有关专业的师生和工程技术人员参考。

前言

前言

自国家的“十五”规划开始，我国高等学校的教材建设就出现了生机蓬勃的局面，工程训练领域也是如此。面对高等学校高素质、复合型和创新型的人才培养目标，工程训练领域的教材建设需要在体系、内涵以及教学方法上深化改革。

以上情况的出现，是在国家相应政策的主导下，源于两个方面的努力： 一是教师在教学过程中，深深感到教材建设对人才培养的重要性和必要性，以及教材深化改革的客观可能性； 二是出版界对工程训练类教材建设的积极配合。在国家“十五”期间，工程训练领域有5部教材列入国家级教材建设规划； 在国家“十一五”期间，约有60部教材列入国家级“十一五”教材建设规划。此外，还有更多的尚未列入国家规划的教材已正式出版。对于国家“十二五”规划，我国工程训练领域的同仁，对教材建设有着更多的追求与期盼。

随着世界银行贷款高等教育发展项目的实施，自1997年开始，在我国重点高校建设11个工程训练中心的项目得到了很好的落实，从而使我国的工程实践教学有机会大步跳出金工实习的原有圈子。训练中心的实践教学资源逐渐由原来热加工的铸造、锻压、焊接和冷加工的车、铣、刨、磨、钳等常规机械制造资源，逐步向具有丰富优质实践教学资源的现代工业培训的方向发展。全国同仁紧紧抓住这百年难遇的机遇，经过10多年的不懈努力，终于使我国工程实践教学基地的建设取得了突破性进展。在2006—2009年期间，国家在工程训练领域共评选出33个国家级工程训练示范中心或建设单位，以及一大批省市级工程训练示范中心，这不仅标志着我国工程训练中心的发展水平，也反映出教育部对我国工程实践教学的创造性成果给予了充分肯定。

经过多年的改革与发展，以国家级工程训练示范中心为代表的我国工程实践教学发生了以下10个方面的重要进展：

（1） 课程教学目标和工程实践教学理念发生重大转变。在课程教学目标方面，将金工实习阶段的课程教学目标“学习工艺知识，提高动手能力，转变思想作风”转变为“学习工艺知识，增强工程实践能力，提高综合素质，培养创新精神和创新能力”； 凝练出“以学生为主体，教师为主导，实验技术人员和实习指导人员为主力，理工与人文社会学科相贯通，知识、素质和能力协调发展，着重培养学生的工程实践能力、综合素质和创新意识”的工程实践教学理念。

（2） 将机械和电子领域常规的工艺实习转变为在大工程背景下，包括机械、电子、计算机、控制、环境和管理等综合性训练的现代工程实践教学。

（3） 将以单机为主体的常规技术训练转变为部分实现局域网络条件下，拥有先进铸造技术、先进焊接技术和先进钣金成形技术，以及数控加工技术、特种加工技术、快速原型技术和柔性制造技术等先进制造技术为一体的集成技术训练。

（4） 将学习技术技能和转变思想作风为主体的训练模式转变为集知识、素质、能力和创新实践为一体的综合训练模式，并进而实现模块式的选课方案，创新实践教学在工程实践教学中逐步形成独有的体系和规模，并发展出得到广泛认可的全国工程训练综合能力竞赛。

（5） 将基本面向理工类学生转变为除理工外，同时面向经济管理、工业工程、工艺美术、医学、建筑、新闻、外语、商学等尽可能多学科的学生。使工程实践教学成为理工与人文社会学科交叉与融合的重要结合点，使众多的人文社会学科的学生增强了工程技术素养，不仅成为我国高校工程实践教学改革的重要方向，并开始纳入我国高校通识教育和素质教育的范畴，使愈来愈多的学生受益。

（6） 将面向低年级学生的工程训练转变为本科4年不断线的工程训练和研究训练，开始发展针对本科毕业设计，乃至硕士研究生、博士研究生的高层人才培养，为将基础性的工程训练向高层发展奠定了基础条件。

（7） 由单纯重视完成实践教学任务转变为同时重视教育教学研究和科研开发，用教学研究来提升软实力和促进实践教学改革，用科研成果的转化辅助实现实验技术与实验方法的升级。

（8） 实践教学对象由针对本校逐渐发展到立足本校、服务地区、面向全国，实现优质教学资源共享，并取得良好的教学效益和社会效益。

（9） 建立了基于校园网络的中心网站，不仅方便学生选课，有利于信息交流与动态刷新，而且实现了校际间的资源共享。

（10） 卓有成效地建立了国际国内两个层面的学术交流平台。在国际，自1985年在华南理工大学创办首届国际现代工业培训学术会议开始，规范地实现了每3年举办一届。在国内，自1996年开始，由教育部工程材料及机械制造基础课指组牵头的学术扩大会议（邀请各大区金工研究会理事长参加）每年举办一次，全国性的学术会议每5年一次； 自2007年开始，国家级实验教学示范中心联席会工程训练学科组牵头的学术会议每年两次； 各省市级金工研究会牵头举办的学术会议每年一次，跨省市的金工研究会学术会议每两年一次。

丰富而优质的实践教学资源，给工程训练领域的系列课程建设带来极大的活力，而系列课程建设的成功同样积极推动着教材建设的前进步伐。

面对目前工程训练领域已有的系列教材，本规划教材究竟希望达到怎样的目标？又可能具备哪些合理的内涵呢？个人认为，应尽可能将工程实践教学领域所取得的重大进展，全面反映和落实在具有下列内涵的教材建设上，以适应大面积的不同学科、不同专业的人才培养要求。

（1） 在通识教育与素质教育方面。面对少学时的工程类和人文社会学科类的学生，需要比较简明、通俗的“工程认知”或“实践认知”方面的教材，使学生在比较短时间的实践过程中，有可能完成课程教学基本要求。应该看到，学生对这类教材的要求是比较迫切的。

（2） 在创新实践教学方面。目前，我们在工程实践教学领域，已建成“面上创新、重点创新和综合创新”的分层次创新实践教学体系。虽然不同类型学校所开创的创新实践教学体系的基本思路大体相同，但其核心内涵必然会有较大的差异，这就需要通过内涵和风格各异的教材充分展现出来。

（3） 在先进技术训练方面。正如我们所看到的那样，机械制造技术中的数控加工技术、特种加工技术、快速原型技术、柔性制造技术和新型的材料成形技术，以及电子设计和工艺中的电子设计自动化技术（EDA）、表面贴装技术和自动焊接技术等已经深入到工程训练的许多教学环节。这些处于发展中的新型机电制造技术，如何用教材的方式全面展现出来，仍然需要我们付出艰苦的努力。

（4） 在以项目为驱动的训练方面。在世界范围的工程教育领域，以项目为驱动的教学组织方法已经显示出强大的生命力，并逐渐深入到工程训练领域。但是，项目训练法是一种综合性很强的教学组织法，不仅对教师的要求高，而且对经费的要求多。如何克服项目训练中的诸多困难，将处于探索中的项目驱动教学法继续深入发展，并推广开去，使更多的学生受益，同样需要教材作为一种重要的媒介。

（5） 在全国大学生工程训练综合能力竞赛方面。2009年和2011年在大连理工大学举办的两届全国大学生工程训练综合能力竞赛，开创了工程训练领域无全国性赛事的新局面。赛事所取得的一系列成功，不仅昭示了综合性工程训练在我国工程教育领域的重要性，同时也昭示了综合性工程训练所具有的创造性。从赛事的命题，直到组织校级、省市级竞赛，最后到组织全国大赛，不仅吸引了数量众多的学生，而且提升了参与赛事的众多教师的指导水平，真正实现了我们所长期企盼的教学相长。这项重要赛事，不仅使我们看到了学生的创造潜力，教师的创造潜力，而且看到了工程训练的巨大潜力。以这两届赛事为牵引，可以总结归纳出一系列有价值的东西，来推进我国的高等工程教育深化改革，来推进复合型和创造型人才的培养。

总之，只要我们主动实践、积极探索、深入研究，就会发现，可以纳入本规划教材编写视野的内容，很可能远远超出本序言所囊括的上述5个方面。教育部工程材料及机械制造基础课程教学指导组经过近10年努力，所制定的课程教学基本要求，也只能反映出我国工程实践教学的主要进展，而不能反映出全部进展。

我国工程训练中心建设所取得的创造性成果，使其成为我国高等工程教育改革不可或缺的重要组成部分。而其中的教材建设，则是将这些重要成果进一步落实到与学生学习过程紧密结合的层面。让我们共同努力，为编写出工程训练领域高质量、高水平的系列新教材而努力奋斗！

清华大学傅水根2011年6月26日

目录

第一篇 金属材料及其热加工

第1章 金属材料及金属热处理

教学基本要求

1.1 金属材料的性能

1.2 铁碳合金状态图

1.3 金属热处理

1.4 常用金属材料

1.5 金属材料的选用

思考题

第2章 铸造

教学基本要求

安全技术

2.1 概述

2.2 造型材料和模样

2.3 手工造型和制芯

2.4 机器造型和制芯

2.5 合金的熔炼

2.6 特种铸造方法

思考题

第3章 锻压

教学基本要求

安全技术

3.1 概述

3.2 金属的加热和锻件的冷却

3.3 自由锻

3.4 模锻

3.5 冲压

3.6 压力加工新工艺简介

思考题

第4章 焊接

教学基本要求

安全技术

4.1 概述

4.2 焊条电弧焊

4.3 其他焊接方法

思考题

第二篇 金属材料冷加工工艺

第5章 切削基础知识

教学基本要求

5.1 切削的概念

5.2 零件的技术要求

5.3 常用量具

思考题

第6章 钳工

教学基本要求

安全技术

6.1 概述

6.2 划线

6.3 锯削

6.4 锉削

6.5 孔与螺纹加工

6.6 刮削

6.7 装配

思考题

第7章 车削

教学基本要求

安全技术

7.1 概述

7.2 普通车床

7.3 车刀

7.4 工件的安装及所用附件

7.5 基本车削工作

思考题

第8章 铣削

教学基本要求

安全技术

8.1 概述

8.2 铣床及其附件

8.3 铣刀和工件安装

8.4 铣削工艺

8.5 齿面加工简介

思考题

第9章 刨削

教学基本要求

安全技术

9.1 概述

9.2 刨床

9.3 刨刀

9.4 刨削工艺

9.5 拉削简介

思考题

第10章 磨削

教学基本要求

安全技术

10.1 概述

10.2 磨床

10.3 砂轮

10.4 磨削工艺

10.5 精整和光整加工

思考题

第11章 数控加工

教学基本要求

安全技术

11.1 概述

11.2 数控程序结构和指令

11.3 数控加工技术

思考题

第三篇 现代制造技术

第12章 现代加工技术

教学基本要求

安全技术

12.1 概述

12.2 电火花加工

12.3 电解加工

12.4 超声波加工

12.5 激光加工

12.6 离子束加工

思考题

第13章 快速成形技术

教学基本要求

安全技术

13.1 概述

13.2 熔融沉积快速成形

13.3 其他快速成形工艺简介

思考题

第14章 柔性制造系统

教学基本要求

14.1 概述

14.2 柔性制造系统的类型及其装备

14.3 柔性制造系统的控制系统

思考题

第15章 三坐标测量技术

教学基本要求

安全技术

15.1 概述

15.2 三坐标测量机

15.3 三坐标测量机测量系统

15.4 三坐标测量机控制系统

15.5 三坐标测量机软件系统

15.6 三坐标测量机的发展

思考题

第四篇 常用非金属材料成形

第16章 塑料成形基础

教学基本要求

16.1 概述

16.2 塑料的一次成形

16.3 塑料的二次成形

16.4 塑料的二次加工

思考题

第17章 无机非金属材料成形基础

教学基本要求

17.1 概述

17.2 粉体的制备技术

17.3 特种陶瓷成形工艺

17.4 特种陶瓷烧结

思考题

第18章 陶瓷工艺

教学基本要求

安全技术

18.1 概论

18.2 陶艺工具与材料

18.3 陶瓷成形工艺

18.4 陶瓷装饰技法

18.5 烧制

思考题

第五篇 气压传动

第19章 气压传动基础知识

教学基本要求

19.1 概述

19.2 气源装置与附件

19.3 执行元件

19.4 控制元件与基本回路

思考题

第20章 气压传动实训

教学基本要求

安全技术

20.1 气压传动基础知识实训的目的与内容

20.2 气源装置与气动辅助元件的实训目的与内容

20.3 气动执行元件的实训目的与内容

20.4 气动控制元件及控制回路的实训目的与内容

思考题

第六篇 创新的概念与实践

第21章 导论

教学基本要求

21.1 创新及相关概念

21.2 创新研究的基本内容

思考题

第22章 创新思维

教学基本要求

22.1 概述

22.2 方向性思维

22.3 动态性思维

22.4 逻辑思维

22.5 形象思维

思考题

第23章 创新技法

教学基本要求

23.1 检核表法

23.2 智力激励法

23.3 列举法

23.4 其他创新法

思考题

第24章 创新实践

教学基本要求

24.1 科学发现

24.2 技术创新实务

24.3 创新者的心理品质与个性

思考题

参考文献

部分章节

第一篇金属材料及其热加工第1章金属材料及金属热处理教学基本要求(1) 了解常用金属材料的种类、牌号、性能和用途。(2) 了解退火、正火、淬火、回火及材料表面处理的目的和方法。(3) 进行几种常见热处理操作。工程材料选用的是否合适，对机器设备的可靠性和使用寿命有直接影响，与机器设备的制造工艺、成本和生产效率也直接相关。工程技术人员在进行机器设备的设计、制造、使用或维修时，都必须了解材料的性能、牌号及其用途，才能正确地选用材料。1.1金属材料的性能金属材料的性能包括使用性能和工艺性能。使用性能反映材料在使用过程中所表现出来的特性，如物理性能、化学性能、力学性能等。通常情况下，以材料的力学性能作为主要依据来选用金属材料。金属的力学性能是指金属在力的作用下所显示的与弹性和非弹性反应相关或涉及应力-应变关系的性能。金属力学性能所用的指标和依据称为金属的力学性能判据。主要力学性能有强度、塑性、硬度、韧性等。1.1.1强度GB/T 228—2002《金属材料室温拉伸试验方法》规定了金属材料的强度和塑性的拉伸试验方法、测定方法与要求。试验过程为： 准备试样(见图1-1)，在拉伸试验机上加载，试样在载荷作用下发生弹性变形、塑性变形直至最后断裂。在拉伸中，试验机自动记录每一瞬间的载荷和伸长量之间的关系，并绘出拉伸曲线图(纵坐标为载荷，横坐标为伸长量)或应力-应变曲线图(见图1-2)。由计算机控制的具有数据采集系统的试验机可直接获得强度和塑性的试验数据。图1-1拉伸试样图图1-2所示为退火低碳钢单向静载拉伸应力-应变曲线。其中abcd段为屈服变形阶段，dB为均匀塑性变形阶段，B为试样屈服后所能承受的最大应力(Rm)点，Bk是颈缩阶段。曲线图可直接反映出材料的强度与塑性的性能高低。图1-2退火低碳钢拉伸曲线图强度是材料抵抗塑性变形和破坏的能力。按外力的作用方式不同，可分为抗拉强度、抗压强度、抗弯强度和剪切强度等。当承受拉力时，强度特性指标主要是屈服强度和抗拉强度。1. 屈服强度屈服强度是指当金属材料呈现屈服现象时，在试验期间达到塑性变形而力不增加的应力点，应区分上屈服强度和下屈服强度。测定上屈服强度用的力是试验时在拉伸曲线图上读取的曲线首次下降前的最大力。测定下屈服强度用的力是试样屈服时，不计初始瞬时效应时的最小力(见图1-2)。上屈服强度和下屈服强度都是用载荷(力)除以试样原始横截面积(S0)所得到的应力值表示的，其符号分别为ReH(MPa)和ReL(MPa)(见图1-2)。有些金属材料的拉伸曲线上没有明显的屈服现象，如高碳钢和脆性材料等，可采用规定非比例延伸强度Rp，如通常规定非比例延伸率为0.2%时对应的应力值作为规定非比例延伸强度，用符号Rp0.2(MPa)表示。2. 抗拉强度抗拉强度是指试样被拉断前的最大承载能力(Fm)除以试样原始横截面积(S0)所得到的应力值，用符号Rm(MPa)表示(见图1-2)。屈服强度、抗拉强度是在选定金属材料及机械零件强度设计时的重要依据。1.1.2塑性材料在外力作用下，产生塑性变形而不断裂的性能称为塑性。塑性大小常用断后伸长率(A)和断面收缩率(Z)表示： A=Lu-L0L0×100%，Z=S0-SuS0×100%式中，Lu为试样拉断后的标距长度(见图1-1)，mm； Su为试样拉断后的最小横截面积(见图1-1)，mm2。A和Z的值越大，材料的塑性越好。应当说明的是： 仅当试样的标距长度、横截面的形状和面积均相同时，或当选取的比例试样的比例系数k相同时，断后伸长率的数值才具有可比性。金属材料应具有一定的塑性才能顺利承受各种变形加工，有一定塑性的金属零件可以提高零件使用的可靠性，不致出现突然断裂。目前，还有许多金属材料的力学性能名词符号是沿用旧标准GB/T 228—1987标注的，为方便使用，表1-1列出了关于金属材料强度与塑性的新、旧标准名词和符号对照表。表1-1金属材料强度与塑性的新、旧标准名词和符号对照表新标准（GB/T 228—2002)旧标准（GB/T 228—1987)性能名称符号性能名称符号断面收缩率Z断面收缩率ψ断后伸长率AA11.3断后伸长率δ5δ10屈服强度—屈服强度σa上屈服强度ReH上屈服强度σaU下屈服强度ReL下屈服强度σaL规定非比例延伸强度Rp例如Rp0.2规定非比例延伸强度σp例如σp0.2抗拉强度Rm抗拉强度σb1.1.3硬度硬度是指材料抵抗局部变形，特别是塑性变形、压痕或划痕的能力。硬度是衡量金属软硬程度的性能指标，常用的硬度判据有布氏硬度和洛氏硬度两种。布氏硬度用符号HBW表示，洛氏硬度常用符号HRA、HRB和HRC等表示，其中HBW值和HRC值在生产中常用来表示材料（或零部件）的硬度。硬度值的大小是在硬度计上通过硬度试验法测得的。布氏硬度适用于测量较软的金属或未经淬火的钢件，其值有效范围小于650HBW； HRC适用于测定经热处理淬硬的钢件，有效范围在20HRC～70HRC。表示方法为数字在前，硬度符号在后，如160HBW～180HBW（规定差值30），46HRC～50HRC（规定差值5）。数字越大，材料硬度越高。1.1.4韧性韧性是指金属在断裂前吸收变形能量和断裂能量的能力。金属韧性常用冲击吸收能量（k）表示，它是通过冲击试验确定的，其值越大，材料韧性越好。实践证明，材料的多次重复冲击抗力取决于材料强度与韧性的综合力学性能，冲击能量高时，主要决定于材料的韧性； 冲击能量低时，主要决定于强度。1.1.5疲劳材料在循环应力或应变作用下，在一处或几处产生局部永久性累积损伤，经一定循环次数后产生裂纹或突然发生完全断裂的过程，称为疲劳。金属疲劳的判据是疲劳强度。在工程上，疲劳强度是指在一定的应力循环次数（一般规定： 钢铁材料的应力循环次数取107，有色金属取108）下不发生断裂的最大应力。光滑试样对称弯曲疲劳强度用符号σ-1表示。由于疲劳断裂前无明显的塑性变形，断裂是突然发生的，危险性很大。影响金属疲劳强度的因素很多，如零件外形、受力状态、表面质量和周围介质等。合理设计零件结构、避免应力集中、降低表面粗糙度值以及进行表面强化等，可以提高工件的疲劳强度。1.2铁碳合金状态图铁碳合金状态图是人类经过长期生产实践并大量科学实验后总结出来的，是表示平衡状态下，不同成分的铁碳合金在不同温度时具有的状态或组织的图形，是研究钢和生铁的基础，它对于了解钢铁材料的性能、加工、应用等具有重要的指导意义。铁和碳可以形成一系列化合物，考虑到工业上的使用价值，目前应用的铁碳合金状态图是Fe-Fe3C部分（wC<6.69%）。如图1-3所示为简化的Fe-Fe3C状态图。(亦称铁碳相图)。图1-3简化的Fe-Fe3C状态图1.2.1铁碳合金的基本组织1. 铁素体（F）铁素体是α铁中溶入一种或多种溶质元素构成的固溶体。其性能与纯铁相似，即强度、硬度低，塑性、韧性好。正常浸蚀后在显微镜下呈白亮色，在钢中的形态多为不规则的多边形块，在接近共析成分的钢中，往往呈网状或断续网状。2. 奥氏体（A）奥氏体是γ铁中溶入碳和（或）其他元素构成的固溶体。其强度和硬度比铁素体高，塑性、韧性也好。因此，钢材多数加热到奥氏体状态进行锻造。高温显微镜下（727℃以上）才能观察到奥氏体组织，其晶粒呈多边形，且晶界较铁素体平直。3. 渗碳体（Fe3C）渗碳体是晶体结构属于正交系、化学式为Fe3C的金属化合物，是钢和铸铁中常见的固相。其硬度高，塑性、韧性差、脆性大，渗碳体在钢和铸铁中可呈片状、球状和网状分布，主要起强化作用，它的形态、大小、数量和分布对钢和铸铁的性能有很大影响。4. 珠光体（P）珠光体是铁素体薄层（片）与碳化物（包括渗碳体）薄层（片）交替重叠组成的共析组织。其性能介于铁素体和渗碳体之间，强度较高，硬度适中，有一定的塑性。5. 莱氏体（Ld）莱氏体是铸铁或高碳高合金钢中由奥氏体（或其转变的产物）与碳化物（包括渗碳体）组成的共晶组织。莱氏体冷却到727℃以下时，其中的奥氏体又转变成珠光体，莱氏体成为珠光体和渗碳体的复合物，称为低温（变态）莱氏体（Ld′），其力学性能与渗碳体相近。组织特征为： 白亮的渗碳体为基体，上面分布着许多粒状、条状或不规则形状的黑色珠光体。1.2.2Fe-Fe3C状态图的图形分析图1-3中的纵坐标表示温度，横坐标表示碳（或渗碳体）的质量分数。横坐标的左端表示100%的铁； 右端wC=6.69%(或100%的Fe3C)。横坐标上的任一点均代表一种成分的铁碳合金。1. Fe-Fe3C状态图中的特性点Fe-Fe3C状态图中特性点的温度、成分及含义见表1-2。2. Fe-Fe3C状态图中的特性线Fe-Fe3C状态图中的特性线是不同成分合金具有相同物理意义的相变点连接线，其名称及含义见表1-3。表1-2简化的Fe-Fe3C状态图特性点特性点温度t/℃wC/%含义A15380 纯铁的熔点C11484.3 共晶点D12276.69 渗碳体的熔点E11482.11 碳在γ-Fe中的最大溶解度G9120 纯铁的同素异构转变点P7270.0218 碳在α-Fe中的最大溶解度S7270.77 共析点Q6000.0057600℃时碳在α-Fe中的溶解度表1-3简化的Fe-Fe3C状态图特性线特性线名称含义ACD线液相线在此线以上各成分的铁碳合金均处于液相，当缓冷至此线时开始结晶AECF线固相线任一成分的铁碳合金缓冷至此线时全部结晶为固相，加热到此温度线时，固相开始熔化ECF水平线共晶线wC>2.11%的铁碳合金缓冷至此线时，均发生共晶转变，生成莱氏体PSK水平线共析线（A1线）wC>0.0218%的铁碳合金，缓冷至此线时，均发生共析转变，生成珠光体GS线A3线wC<0.77%的铁碳合金，缓冷时，将从奥氏体中析出铁素体的开始线； 缓慢加热时，铁素体转变为奥氏体的终了线ES线Acm线碳在奥氏体中的溶解度曲线。wC>0.77%的铁碳合金，由高温缓冷时，从奥氏体中析出二次渗碳体的开始温度线； 缓慢加热时，二次渗碳体溶入奥氏体的终了线3. Fe-Fe3C状态图中的相区简化的Fe-Fe3C状态图中有4个单相区，即在液相线以上的液相区、位于AESGA范围的奥氏体区、GPQ范围的铁素体区和DFK渗碳体线。在单相区之间为过渡的二相区，如相组成L+A、L+Fe3CⅠ和A+F等。1.2.3Fe-Fe3C状态图的应用〖*2〗1. 材料选择在设计零件时可根据铁碳相图选择材料。如若需要塑性、韧性高的材料，如建筑结构、各种容器和型材等，应选择低碳钢(wC为0.10%～0.25%)； 若需要塑性、韧性和强度都相对较高的材料，如各种机器零件应选择中碳钢(wC为0.30%～0.55%)等。白口生铁的性能是硬而脆，具有很好的耐磨能力，可制造拉丝模等工件。2. 铸造工艺根据合金在铸造时对流动性的要求，可通过铁碳合金相图，确定钢铁合适的浇注温度，一般在液相线以上50～100℃。共晶成分的铸铁，无凝固温度区间，且液相线温度最低，流动性好，分散缩孔少，铸造性能良好，在生产中广泛应用。在铸钢生产中常选用含碳量不高的中、低碳钢，其凝固温度区间较小，但液相线温度较高，过热度较小，流动性差，铸造性能不好。因此铸钢件在铸造后必须经过热处理，以消除组织缺陷。3. 锻造工艺图1-4Fe-Fe3C相图与铸锻工艺关系在塑性变形中，处于奥氏体状态的钢，其强度低、塑性好、锻造性好。因此，都要把钢加热到高温单相A区进行塑性变形。但始锻温度不宜太高，以免钢材氧化严重； 终锻温度不能过低，以免钢材塑性变差产生裂纹。可根据图1-4选择合适的塑性变形温度。4. 焊接工艺在焊接工艺方面，根据状态图可以了解各种铁碳合金的焊接性，焊接性主要与wC有关，wC较低的铁碳合金（如低碳钢）焊接性好。因此，正确选择焊接材料，了解焊接时不同温度下组织的变化，采取相应的工艺措施等，都具有一定的意义。5. 热处理工艺Fe-Fe3C相图对于热处理工艺有着很重要的意义，是确定钢的各种热处理(退火、正火、淬火等)加热温度的理论依据。1.3金属热处理1.3.1热处理的概念金属热处理是将固态金属或合金采用适当的方法进行加热、保温和冷却，获得所需要的组织结构与性能的工艺。热处理的基本工艺过程可用温度-时间关系曲线表示，如图1-5所示。钢加热和冷却时的温度变化曲线见图1-6。金属热处理可分为整体热处理、表面热处理和化学热处理。整体热处理包括退火、正火、淬火和回火等； 表面热处理和化学热处理主要有表面淬火、渗碳和渗氮等工艺。热处理可以用于消除上一工艺过程所产生的金属材料内部组织结构上的某些缺陷，改善切削性能，还可以进一步提高金属材料的性能，从而充分发挥材料性能的潜力。因此，大部分重要的机器零件都要进行热处理。图1-5热处理工艺曲线图1-6钢加热和冷却时的温度变化曲线1.3.2常用热处理方法1. 退火退火是将金属和合金加热到适当温度，保温一定时间，然后缓慢冷却的热处理工艺。根据钢的成分和性能要求的不同，退火可分为以下几种。（1） 完全退火： 将铁碳合金完全奥氏体化，随之缓慢冷却，获得接近平衡状态组织的退火工艺。完全退火的目的是通过完全重结晶细化晶粒，降低硬度，改善切削性能。完全退火主要用于亚共析钢的铸、锻件。（2） 球化退火： 使钢件中碳化物球状化而进行的退火工艺。球化退火的目的是使过共析钢中网状碳化物球状化，降低硬度，提高韧性，改善切削性能，为淬火作组织准备。（3） 去应力退火： 为了去除由于塑性变形加工、焊接等造成的以及铸件内存在的残余应力而进行的退火。去用力退火主要用于消除铸件、锻件、焊接件和切削件的残余应力。 2. 正火正火是将钢材或钢件加热到Ac3或Accm以上30～50℃，保温适当的时间后，在静止空气中冷却的热处理工艺。把钢件加热到Ac3以上100～150℃的正火则称为高温正火。正火的作用与退火类似，但正火时的冷却速度比退火快。同样的钢件在正火后的强度和硬度要比退火工件稍高，但消除残余应力不如退火彻底。因正火冷却较快、操作简便、生产率高，在可能的情况下应优先采用正火。低碳钢多采用正火代替退火。3. 淬火和回火淬火是将钢件加热到Ac3或Ac1以上某一温度，保持一定时间，然后以适当的速度冷却获得马氏体和（或）贝氏体组织的热处理工艺。其目的在于提高钢件的硬度和耐磨性，通过淬火加不同回火以获得各种需要的性能，是钢的重要的强化方法。工件淬火冷却时所用的介质叫做淬火介质。根据钢的种类不同,淬火介质有所不同，常用的淬火介质有水和油两种。水便宜，冷却能力较强，一般碳素钢工件多用它作为淬火介