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2025环球网校监理工程师《金属结构及机电设备监理实务》精讲
第四节 锻造工艺
一、锻造工艺的含义
锻造是一种利用人力或机械对金属坯料施加冲击力和压力，使其产生塑性变形以获得具有一定机
械性能、一定形状和尺寸的加工方法。
通过锻造能消除金属在冶炼过程中产生的铸态疏松等缺陷，优化微观组织结构，同时由于保存了
完整的金属流线，锻件的机械性能一般优于同样材料的铸件。相关机械中负载高、工作条件严峻的重
要零部件，除形状较简单的可用轧制的板材、型材或焊接件外、多采用锻件。
二、锻造分类
（一）按变形温度
按变形温度，锻造可分为热锻（锻造温度高于坯料金属的再结晶温度）、温锻（锻造温度低于金
属的再结晶温度）和冷锻（常温）。钢的开始再结晶温度约为727℃，但普遍采用800℃作为划分线，
高于800℃的是热锻；在300~800℃之间称为温锻或半热锻。
【单选题】钢的锻造中，温度高于（ ）的是热锻。
A.727℃
B.300℃
C.800℃
D.827℃
答案：C
解析：钢的开始再结晶温度约为727℃，但普遍采用800℃作为划分线，高于800℃的是热锻；在
300~800℃之间称为温锻或半热锻。
（二）按坯料的移动方式
根据坯料的移动方式，锻造可分为自由锻、镦粗、挤压、模锻、闭式模锻、闭式镦锻。
（1）自由锻。利用冲击力或压力使金属在上下两个砧铁（砧块）间产生变形以获得所需锻件，
主要有手工锻造和机械锻造两种。
（2）模锻。模锻又分为开式模锻和闭式模锻，金属坯料在具有一定形状的锻模膛内受压变形而
获得锻件，又可分为冷镦、辊锻、径向锻造和挤压等。
（3）闭式模锻和闭式镦锻。由于没有飞边，材料的利用率就高。用一道工序或几道工序就可能
完成复杂锻件的精加工。由于没有飞边，锻件的受力面积就减少，所需要的荷载也减少。但是，应注
意不能使坯料完全受到限制，为此要严格控制坯料的体积，控制锻模的相对位置和对锻件进行测量，
努力减少锻模的磨损。
（三）按锻模的运动方式
根据锻模的运动方式，锻造可分为摆辗、摆旋锻、辊锻、楔横轧、辗环和斜轧等方式。将锻模的
运动方向和旋锻工序用计算机控制，就可用较低的锻造力获得形状复杂、精度高的产品，例如生产品
种多、尺寸大的汽轮机叶片等锻件。
（四）按滑块的运动方式
滑块垂直和水平运动（用于细长件的锻造、润滑冷却和高速生产的零部件锻造）方式之分，利用
补偿装置可以增加其他方向的运动。
三、锻件的特点
金属经过锻造加工后能改善其组织结构和力学性能。铸造组织经过锻造方法热加工变形后由于金
属的变形和再结晶，使原来的粗大枝晶和柱状晶粒变为晶粒较细、大小均匀的等轴再结晶组织，使钢
锭内原有的偏析、疏松、气孔、夹渣等压实和焊合，其组织变得更加紧密，提高了金属的塑性和力学
性能。
铸件的力学性能低于同材质的锻件力学性能。
四、锻造用料
锻造用料主要是各种成分的碳素钢和合金钢，其次是铝、镁、铜等及其合金。材料的原始状态有
棒料、铸锭、金属粉末和液态金属。金属在变形前的横断面积与变形后的横断面积之比称为锻造比。
一般的中小型锻件都用圆形或方形棒料作为坯料。铸锭仅用于大型锻件。
五、锻件成形
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锻件成形技术，是指锻件（零部件、工件）成形后，仅需要少量加工或不再加工，就可以用作机
械构件的成形技术。在生产实践中，人们习惯将精密锻造成形技术分为冷精锻成形、热精锻成形、温
精锻成形、复合成形、闭塞锻造、等温锻造、分流锻造等。
第五节 热处理
热处理是指金属材料在固态下，采用适当的方式通过加热、保温和冷却的手段，获得所需组织结
构与性能的一种金属热加工工艺。
一、工艺特点
热处理是机械制造中的重要工艺之一，与其他加工工艺相比，热处理一般不改变工件的形状和整
体的化学成分，而是通过改变工件内部的显微组织，或改变工件表面的化学成分，赋予或改善工件的
使用性能，其特点是改善工件的内在质量。
钢铁是机械工业中应用最广的材料，钢铁显微组织复杂，可以通过热处理予以控制，所以钢铁的
热处理是金属热处理的主要内容。
二、处理工艺
1.热处理的工艺过程
热处理的工艺过程一般包括加热、保温、冷却三个过程，有时只有加热和冷却两个过程。
加热是热处理的重要工序之一。金属通常应在可控气氛或保护气氛中、熔融盐中和真空中加热，
也可用涂料或包装方法进行保护加热。
2.热处理的工艺变化
金属热处理工艺大体可分为整体热处理、表面热处理和化学热处理三大类。根据加热介质、加热
温度和冷却方法的不同，每一大类又可区分为若干不同的热处理工艺。同一种金属采用不同的热处理
工艺，可获得不同的组织，从而具有不同的性1.车车是主要用车床的车刀对旋转的工件进行车削加
工的工艺。在车床上还可用钻头、扩孔钻、铰刀、能。钢铁是工业上应用最广的金属，而且钢铁显微
组织也最为复杂，因此钢铁热处理工艺种类繁多。
3.热处理的工艺手段
热处理是对工件整体加热，然后以适当的速度冷却，获得需要的金相组织，以改变其整体力学性
能的金属热处理工艺，大体来说，它可以保证和提高工件的各种性能，如耐磨、耐腐蚀等，还可以改
善毛坯的组织和应力状态，以利于进行各种冷、热加工。退火、正火、淬火、回火是整体热处理中的
“四把火”，其中的淬火与回火关系密切，常常配合使用，缺一不可。“四把火”随着加热温度和冷
却方式的不同，又演变出不同的热处理工艺。
为了获得一定的强度和韧性，把淬火和高温回火结合起来的工艺，称为调质。某些合金淬火形成
过饱和固溶体后，将其置于室温或稍高的适当温度下保持较长时间，以提高合金的硬度、强度或电性
磁性等。
把压力加工形变与热处理有效而紧密地结合起来，使工件获得很好的强度、韧性配合的方法称为
形变热处理；在负压气氛或真空中进行的热处理称为真空热处理，它不仅能使工件不氧化、不脱碳，
保持处理后工件表面光洁，提高工件的性能，还可以通入渗剂进行化学热处理。
表面热处理是只加热工件表层，以改变其表层力学性能的金属热处理工艺。为了只加热工件表层
而不使过多的热量传入工件内部，使用的热源须具有高的能量密度，即在单位面积的工件上给予较大
的热能，使工件表层或局部能短时或瞬时达到高温。表面热处理的主要方法有火焰淬火和感应加热热
处理，常用的热源有氧乙炔或氧丙烷等火焰、感应电流、激光和电子束等。
化学热处理与表面热处理不同之处是后者改变了工件表层的化学成分。化学热处理是将工件放在
含碳、氮或其他合金元素的介质（气体、液体、固体）中加热，保温较长时间，从而使工件表层渗入
碳、氮、硼和铬等元素。
通常情况下热处理采用的手段有以下几种方式：
（1）退火：指金属材料加热到适当的温度，保持一定的时间，然后缓慢冷却的热处理工艺。退
火的目的：主要是降低金属材料的硬度，提高塑性，以利切削加工或压力加工，减少残余应力，提高
组织和成分的均匀化，或为后道热处理做好组织准备等。
（2）正火：指将钢材或钢件加热到钢的组织转变的上临界点温度以上30~50℃，达到奥氏体化
后，保持适当时间，在静止的空气中冷却的热处理的工艺。正火的目的：主要是提高低碳钢的力学性
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能，改善切削加工性，细化晶粒，消除组织缺陷，为后道热处理做好组织准备等。
（3）淬火：指将钢件加热到Ac3或Acl（钢的下临界点温度）以上某一温度，保持一定的时间，
然后以适当的冷却速度，获得马氏体（或贝氏体）组织的热处理工艺。常见的淬火工艺有盐浴淬火、
马氏体分级淬火、贝氏体等温淬火、表面淬火和局部淬火等。淬火的目的：使钢件获得所需的马氏体
组织，提高工件的硬度、强度和耐磨性，为后道热处理做好组织准备等。
（4）回火：指钢件经淬硬后，再加热到Acl以下的某一温度，保温一定时间，然后冷却到室温
的热处理工艺。常见的回火工艺有：低温回火、中温回火、高温回火和多次回火等。回火的目的：主
要是消除钢件在淬火时所产生的应力，使钢件除具有高的硬度和耐磨性外，还具有所需要的塑性和韧
性等。
（5）调质：指将钢材或钢件进行淬火及高温回火的复合热处理工艺。使用于调质处理的钢称调
质钢。它一般是指中碳结构钢和中碳合金结构钢。
（6）渗碳：是指使碳原子渗入到钢表面层的过程。也是使低碳钢的工件具有高碳钢的表面层，
再经过淬火和低温回火，使工件的表面层具有高硬度和耐磨性，而工件的中心部分仍然保持着低碳钢
的韧性和塑性。
4.热处理变形的预防
精密复杂模具的变形原因往往是复杂的，但是只要掌握其变形规律，分析其产生的原因，采用不
同的方法预防模具的变形是能够减少的，也是能够控制的。
第六节 电镀工艺
电镀就是利用电解原理在某些金属表面镀上一薄层其他金属或合金的过程，是利用电解作用使金
属或其他材料制件的表面附着一层金属膜的工艺从而起到防止金属氧化（如锈蚀），提高耐磨性、导
电性、反光性、抗腐蚀性（硫酸铜等）及增进美观等作用。
一、工作原理
电镀原理包含四个方面：电镀液、电镀反应、电极与反应原理、金属的电沉积过程。电镀过程是
镀液中的金属离子在外电场的作用下，经电极反应还原成金属原子，并在阴极上进行金属沉积的过程。
在盛有电镀液的镀槽中，经过清理和特殊预处理的待镀件作为阴极，用镀覆金属制成阳极，两极
分别与直流电源的正极和负极连接。电镀液由含有镀覆金属的化合物、导电的盐类、缓冲剂、pH调
节剂和添加剂等的水溶液组成。通电后，电镀液中的金属离子在电位差的作用下移动到阴极上形成镀
层。阳极的金属形成金属离子进入电镀液，以保持被镀覆的金属离子的浓度。
二、电镀方式
电镀分为挂镀、滚镀、连续镀和刷镀等方式，主要与待镀件的尺寸和批量有关。
挂镀适用于一般尺寸的制品，如汽车的保险杠，自行车的车把等。滚镀适用于小件，如紧固件、
垫圈、销子等。连续镀适用于成批生产的线材和带材。刷镀适用于局部镀或修复。
镀层分类：
（1）若按镀层的成分则可分为单一金属镀层、合金镀层和复合镀层三类。
（2）若按用途分类，可分为如下几类。
1）防护性镀层：如Zn、Ni，Cd、Sn和Cd-Sn等镀层，作为耐大气及各种腐蚀环境的防腐蚀镀层。
2）防护性装饰镀层：如Cu-Ni-Cr、Ni-Fe-Cr复合镀层等，既有装饰性又有防护性。
3）装饰性镀层：如Au、Ag以及Cu，仿金镀层、黑铬、黑镍镀层等。
4）修复性镀层：如电镀Ni、Cr、Fe层进行修复一些造价颇高的易磨损件或加工超差件。
5）功能性镀层：如Ag、Au等导电镀层；Ni-Fe，Fe-Co、Ni-Co等导磁镀层；Cr、Pt-Ru等高温
抗氧化镀层；Ag、Cr等反光镀层；黑铬、黑镍等防反光镀层；硬铬、Ni-SiC等耐磨镀层；Ni-VIEE、
Ni-C（石墨）减磨镀层等；Pb、Cu、Sn、Ag等焊接性镀层；防渗碳镀Cu等。
第七节 机械加工
机械加工是指通过一种机械设备对工件的外形尺寸或性能进行改变的过程。
一、加工方式
按加工方式可分为车、钳、铣（xǐ）、刨（bào）、磨、镗（tāng）等。
1.车
车是主要用车床的车刀对旋转的工件进行车削加工的工艺。
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2.钳
钳工、削加工、机械装配和修理作业中的手工作业，因常在钳工台上用虎钳夹持工件操作而得名。
3.铣
铣是主要用铣床的铣刀在工件上加工各种表面的工艺。它可以加工平面、沟槽，也可以加工各种
曲面、齿轮等。
4.刨
刨是用刨床的刨刀对工件的平面、沟槽或成形表面进行刨削的工艺。
5.磨
磨是利用磨床的磨具对工件表面进行磨削加工的工艺。
6.镗
镗是一种用刀具扩大孔或其他圆形轮廓的内径车削工艺，其应用范围一般从半粗加工到精加工，
所用刀具通常为单刃镗刀（称为镗杆）。
二、加工余量
由毛坯变成成品的过程中，在某加工表面上切除的金属层的总厚度称为该表面的加工总余量。每
一道工序所切除的金属层厚度称为工序间加工余量。
在工件上留加工余量的目的是切除上一道工序所留下来的加工误差和表面缺陷，如铸件表面冷硬
层、气孔、夹砂层，锻件表面的氧化皮、脱碳层、表面裂纹，切削加工后的内应力层和表面粗糙度等，
从而提高工件的精度。其选取原则是在保证质量的前提下，使余量尽可能小。一般说来，越是精加工，
工序余量越小。
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