金属工艺学()(第二版)

前言 
“十二五”时期是我国全面建设小康社会的关键时期，也是贯彻落实《国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010~2020年）》的关键五年。普通高等学校在教育改革与发展过程中面临着前所未有的机遇和挑战。以加快转变经济发展方式为主线，推进经济结构战略性调整、建立现代产业体系，推进资源节约型、环境友好型社会建设，迫切需要进一步提高劳动者素质，调整人才培养结构，增加应用型、技能型、复合型人才的供给。近年来先后印发了《关于实施卓越工程师教育培养计划的若干意见》（教高［2011］1号）、《关于“十二五”普通高等教育本科教材建设的若干意见》（教高［2011］5号）、《关于 
“十二五”期间实施“高等学校本科教学质量与教学改革工程”的意见》（教高［2011］6号）、《关于全面提高高等教育质量的若干意见》（教高［2012］4号）等指导性意见，对全国高等专科类学校教学改革和发展方向提出了明确的要求。 
在上述大背景下，本书根据对高职高专教学改革的要求，邀请我校从事机械类专业教学一线的教师，结合多名教师的实践教学经验，按照《高职高专工程材料与成形工艺基础教学基本要求》[机械类专业适用]（1999），从培养21世纪高等技术应用性人才的角度编写并再次修改完善了这本专业基础教材，该教材是各类高等职业技术教育、高等专科学校机械类专业的专业基础教材。 
本教材是根据课程教学专业规范的要求编写的，适应新时期教学需要，既可以作为满足机械工程师后备人才的培养的基础教材，也可供相关工程技术人员参考使用。 
重新编写的教材具备如下特点： 
1. 采用了国家标准。 
2. 以机械工程知识和能力的培养为根本，与企业对机械工程师的能力目标紧密结合，力求满足学科、教学和社会三方面的需求。 
3. 在结构上和内容上体现思想性、科学性、先进性，把握行业人才要求，突出工程教育特色。 
4. 充分重视新材料、新工艺、新技术的引入。如增加了新型材料、新型工艺的介绍等。 
5. 注重对学生学以致用能力的培养，用一种典型机械零件作为工作项目引入，通过分析这个零件的工作条件、失效形式、性能要求，引导学生将所学理论应用到实际零部件的工艺设计和生产过程中。 
6. 建立金属材料与加工工艺和现代机械制造过程的密不可分的联系及重要性。 
本书由承德石油高等专科学校安少云副教授主编，承德石油高等专科学校贾志宁副教授主审。 
参加本书编写的有承德石油高等专科学校安少云（第1章、第4章、第6章、第7章、第11章），陈文娟（第2章、第3章、第5章、第9章），刘翔宇（第8章、第10章），王燕华也参加了部分编写工作，全书由安少云负责统稿。 
本书经过近六年的课堂教学实践，现对教材中的一些内容、格式、标准进行了进一步的完善和统一。本书编写得到了全国有关院校专家、老师的大力支持，并参考了有关文献资料，在此一并表示衷心的感谢。 
根据课程教学专业的进一步要求，编写组准备开发《金属工艺学》的其他配套教材（习题、课程设计和实践教材及数字化学习资源）。 

编者 
2015年3月 

版前言 
随着社会的进步和科学技术的快速发展，社会大生产对人才的要求发生了较大的变化，特别是加入WTO 后，我国要建立新型工业化社会，成为世界制造中心，培养高级技能型应用型专门人才已成为高职高专教育重要而紧迫的任务。根据社会急需的生产、经营与管理的高级技能型应用型专门人才的要求，聘请教育专家和学者，结合国内外人才培养的先进经验和高职高专教育的目前实际状况，在机械职业教育教学指导委员会的配合下，制订了高职高专机械类专业人才培养的教学方案，并开发了教学计划与教学大纲。本教材就是依据该方案和教学计划及大纲，在机械职业教育教学指导委员会帮助与指导下，编写的机械类专业技术基础课程的专用教材，供本科机械类专业及高职高专机械类各个专业使用，也可供机械类专业技术人员参考。 
本教材坚持以服务为宗旨，以就业为导向的指导思想，以能力为本位，以培养学生的创新精神和实践能力为核心，坚持以人为本，始终贯彻“实际、实用、实效”的原则，依据机械类专业的培养目标，将机械制造的主干课程进行了有机的综合，打破了传统的学科性的课程体系，并且每章配有相应的思考题与习题，使学生每学完一章后，都能对所学知识进行总结和应用，对分析问题和解决问题能力培养进行综合训练，从而突出了综合能力的培养，以适应社会新形势对高等技能型应用性专门人才的需要。 
本书具有以下特点： 
（1）综合性　对机械加工知识和能力培养的课程进行了有机的综合化处理，体现了多方位知识的相互交叉和融合，突出综合职业能力的培养。 
（2）实用性　本教材以各个机械类应用型专业面向的岗位和岗位群职业能力的要求为依据，确定课程的结构和内容，所涵盖的知识具有现实的应用性。 
（3）先进性　教材更多地吸收了当前新知识、新技术、新工艺的内容，有效地拓展了学生的知识空间。 
（4）创造性　教材每章后面设有思考题和习题，激发学生的学习兴趣，开拓学生思路，从而培养学生的实践能力和创新精神。 
（5）广泛性　本教材涵盖了金属材料与各种机械加工工艺所涉及的全部内容，具有实用性和实效性，因此，适用于机械加工领域的各种人员进行参考。 
本教材共分11章，重点介绍了金属材料基本知识与实际生产中的选材原则，机械和建筑工程以及机械零件的材料及加工工艺基本知识和基本理论以及先进加工的方法等。 
本教材由承德石油高等专科学校安少云任主编，陈文娟与刘翔宇任副主编，蔡广新任主审。参加编写的有安少云(前言，绪论，第1章，第4章，第6章，第11章)，陈文娟（第2章，第3章，第5章，第10章)，刘翔宇(第7～9章)。刘艳军、王雍军也参与了部分编写工作。 
本教材在编写过程中得到了我校各级部门的大力支持和帮助，并提出了很好的意见和建议，在此一并表示谢意! 
由于编者水平有限，书中不足之处在所难免，恳请读者提出宝贵意见，以便今后加以修改与提高。 

编者 
2010年2月 

《金属工艺学》以金属材料与加工工艺为主线，将金属学、金属材料及热处理工艺、金属材料冷热加工成形工艺等有机地结合起来，形成了新的教学内容体系，注重培养学生的全面素质和综合职业能力。本书是在各院校课程综合化教学改革成功经验的基础上编写的一本专业教材，共分11章，重点介绍金属材料的基本知识和机械行业实用原则、机械零部件制造工艺的基本知识和基本理论、新型功能材料的开发与应用、典型机械零件的加工工艺的基本知识和方法等。 本教材主要供高职高专机械设计与制造、汽车与汽贸、热能工程、数控技术等机械类专业使用，也可供其他机械类专业技术人员参考。

安少云，承德石油高等专科学校，副教授， 主编安少云副教授毕业于北京理工大学，获得工学硕士学位，从事“金属工艺学”课程的教学近25年，积累了丰富的教学经验。 参加了机械系试点专业“机械制造”专业的教学改革，建立了一主线，两体系，三循环，重实践的教学改革模式，按照该模式对相关专业基础和专业课程进行了大幅度的教学改革，取得了显著成果，2003年被命名为示范专业。2006年，承德石油高等专科学校被确定为百所高等职业教育示范校之一，“机械制造及加工工艺”被确定为重点建设专业。选题小组参加了该专业的建设工作，设计了“教学做一体化”的课程改革模式，取得了突出进展。选题长期从事金属材料及性能方面的科研工作，与承德江钻石油机械厂等3个企业长期合作，为企业产品的设计和质量提高做出了突出贡献。选题小组主持的“形状记忆合金在消防设备中的应用项目”通过鉴定，并正在努力向产品转化。

绪论 1 
第1章 金属材料的力学性能 3 
1.1 强度、刚度和塑性 3 
1.2 硬度 6 
1.3 冲击韧性 7 
1.4 疲劳 9 
思考题与习题 10 
第2章 金属的微观结构 11 
2.1 材料的结合方式 11 
2.2 金属材料的晶体结构 12 
2.3 材料的凝固 17 
思考题与习题 18 
第3章 铁碳合金相图 19 
3.1 二元合金相图的建立 19 
3.2 铁碳合金相图 20 
思考题与习题 27 
第4章 钢的热处理工艺 28 
4.1 钢在加热时的转变 28 
4.2 钢在冷却时的转变 30 
4.3 钢的热处理工艺 34 
4.4 表面热处理 39 
思考题与习题 43 
第5章 金属材料 44 
5.1 合金元素在钢中的作用 44 
5.2 非合金钢 46 
5.3 合金钢 51 
5.4 铸铁 63 
5.5 非铁金属材料 69 
思考题与习题 76 
第6章 新型金属材料功能及应用 77 
6.1 磁性材料 78 
6.2 纳米材料 80 
6.3 形状记忆合金 81 
6.4 高温合金 85 
6.5 防振合金 87 
6.6 功能材料在未来的应用 88 
思考题与习题 90 
第7章 金属的铸造成型 91 
7.1 铸造工艺基础 91 
7.2 常用铸造合金 98 
7.3 砂型铸造工艺 102 
7.4 特种铸造 109 
7.5 常用铸造工艺方法比较 114 
7.6 铸件结构工艺性 115 
7.7 型芯设计 118 
7.8 浇注系统设计 119 
7.9 冒口和冷铁设计 121 
7.10 典型铸件的铸造工艺设计举例 122 
思考题与习题 125 
第8章 金属的锻压成形 127 
8.1 锻压工艺基础 127 
8.2 自由锻 132 
8.3 模型锻造 140 
8.4 板料冲压 147 
8.5 其他压力加工方法 156 
8.6 压力加工新工艺 158 
思考题与习题 160 
第9章 金属的焊接成形 162 
9.1 概述 162 
9.2 焊接成形基础 164 
9.3 电弧焊基本知识 169 
9.4 焊条电弧焊 170 
9.5 埋弧焊 174 
9.6 气体保护电弧焊 180 
9.7 压力焊 186 
9.8 钎焊 189 
9.9 其他焊接方法 190 
9.10 焊接结构及工艺性 191 
9.11 焊接应力与变形 195 
思考题与习题 197 
第10章 金属的冷加工工艺 198 
10.1 切削加工基本知识 198 
10.2 车削加工 202 
10.3 铣削、刨削与磨削加工 208 
思考题与习题 214 
第11章 典型零件的加工工艺分析及热处理工艺设计 215 
11.1 金属材料成为机器的制造过程简述 215 
11.2 金属零件选材的一般原则 219 
11.3 机械加工工艺过程的制订简介 223 
11.4 热处理零件的结构工艺性 225 
11.5 典型零件的选材及加工工艺与热处理工艺分析 226 
思考题与习题 229 
参考文献 230

《金属工艺学》以金属材料与加工工艺为主线，将金属学、金属材料及热处理工艺、金属材料冷热加工成形工艺等有机地结合起来，形成了新的教学内容体系，注重培养学生的全面素质和综合职业能力。本书是在各院校课程综合化教学改革成功经验的基础上编写的一本专业教材，共分11章，重点介绍金属材料的基本知识和机械行业实用原则、机械零部件制造工艺的基本知识和基本理论、新型功能材料的开发与应用、典型机械零件的加工工艺的基本知识和方法等。 本教材主要供高职高专机械设计与制造、汽车与汽贸、热能工程、数控技术等机械类专业使用，也可供其他机械类专业技术人员参考。

安少云，承德石油高等专科学校，副教授， 主编安少云副教授毕业于北京理工大学，获得工学硕士学位，从事“金属工艺学”课程的教学近25年，积累了丰富的教学经验。 参加了机械系试点专业“机械制造”专业的教学改革，建立了一主线，两体系，三循环，重实践的教学改革模式，按照该模式对相关专业基础和专业课程进行了大幅度的教学改革，取得了显著成果，2003年被命名为示范专业。2006年，承德石油高等专科学校被确定为百所高等职业教育示范校之一，“机械制造及加工工艺”被确定为重点建设专业。选题小组参加了该专业的建设工作，设计了“教学做一体化”的课程改革模式，取得了突出进展。选题长期从事金属材料及性能方面的科研工作，与承德江钻石油机械厂等3个企业长期合作，为企业产品的设计和质量提高做出了突出贡献。选题小组主持的“形状记忆合金在消防设备中的应用项目”通过鉴定，并正在努力向产品转化。