金属实用工艺学课后习题参考问题详解.doc
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1、word第一章(p11)1.什么是应力?什么是应变?答:应力是试样单位横截面的拉力;应变是试样在应力作用下单位长度的伸长量2缩颈现象 在拉伸实验中当载荷超过拉断前所承受的最大载荷时,试样上有部分开始变细,出现了“缩颈”。 缩颈发生在拉伸曲线上bk段。 不是,塑性变形在产生缩颈现象前就已经发生,如果没有出现缩颈现象也不表示没有出现塑性变形。 4. 布氏硬度法和洛氏硬度法各有什么优缺点?下列材料或零件通常采用哪种方法检查其硬度?库存钢材 硬质合金刀头锻件 台虎钳钳口洛氏硬度法测试简便,缺点是测量费时,且压痕较大,不适于成品检验。布氏硬度法测试值较稳定,准确度较洛氏法高。;迅速,因压痕小,不损伤零件
2、,可用于成品检验。其缺点是测得的硬度值重复性较差,需在不同部位测量数次。硬质合金刀头,台虎钳钳口用洛氏硬度法检验。库存钢材和锻件用布氏硬度法检验。12 / 125.下列符号所表示的力学性能指标名称和含义是什么? 抗拉强度 它是指金属材料在拉断前所能承受的最大应力. 屈服点 它是指拉伸试样产生屈服时的应力。 规定残余拉伸强度 疲劳强度 它是指金属材料在应力可经受无数次应力循环不发生疲劳断裂,此应力称为材料的疲劳强度。 应力 它指试样单位横截面的拉力。 冲击韧度 它是指金属材料断裂前吸收的变形能量的能力韧性。HRC 洛氏硬度 它是指将金刚石圆锥体施以100N的初始压力,使得压头与试样始终保持紧密接
3、触,然后,向压头施加主载荷,保持数秒后卸除主载荷。以残余压痕深度计算其硬度值。HBS 布氏硬度 它是指用钢球直径为10mm,载荷为3000N为压头测试出的金属的布氏硬度。HBW 布氏硬度 它是指以硬质合金球为压头的新型布氏度计。第二章(p23)(1)什么是“过冷现象”?过冷度指什么?答:实际结晶温度低于理论结晶温度(平衡结晶温度),这种线性称为 “过冷”。理论结晶温度与实际结晶温度之差,称为过冷度。(2)金属的晶粒粗细对其力学性能有什么影响?细化晶粒的途径有哪些?答:金属的晶粒粗细对其力学性能有很大影响。一般来说,同一成分的金属,晶粒愈细,其强度、硬度愈高,而且塑性和韧性也愈好。细化铸态晶粒的
4、主要途径是:(1)提高冷却速度,以增加晶核的数目。(2)在金属浇注之前,向金属液加入变质剂(孕育剂)进行变质处理,以增加外来晶核。此外,还可以采用热处理或塑性加工方法,使固态金属晶粒细化。(4)填表组织名称代表符号含碳量/%组织类型力学性能特征铁素体F0.006%0.0218%固溶体强度、硬度低,塑性、韧性好。奥氏体A0.77%2.11%固溶体强度、硬度不高,塑性优良渗碳体C0.%化合物硬度极高,塑性、韧性极低珠光体P或F+C0.77%机械混合物抗拉强度高,硬度较高,有一定的塑性和韧性(6)分析在缓慢冷却的条件下,亚共析钢和过过共析钢的结晶过程和室温组织?亚共析钢冷却到1点以后,开始从钢液中结
5、晶出奥氏体,直到2点全部结晶成奥氏体。当亚共析钢继续冷却到GS线上的3点之前,不发生组织变化。当温度降低到3点之后,将从奥氏体中逐渐析出铁素体。由于铁素体的含量很低,致使剩余奥氏体的含碳量沿着GS线增加。当温度下降到4点时,剩余奥氏体的含碳量已增加到S点的对应成分。即共析成分。到达共析温度4点以后,剩余奥氏体因发生共析反应装便成珠光体,而已析出的铁素体不再发生变化。4点一下其组织不变。因此,亚共析钢的室温组织由铁素体和珠光体构成。过共析钢冷却到1点以后,开始从钢液中结晶出奥氏体,直到2点全部结晶成奥氏体。当过共析钢继续冷却到GS线上的3点之前,不发生组织变化。当温度降低到ES线上3点之后,由于
6、奥氏体的溶碳能力不断的降低,将由奥氏体中不断以Fe3C形式,沿着奥氏体晶界析出多余的碳。由于析出含碳量较高的Fe3C,剩余奥氏体的含碳量将沿着它的溶解度曲线降低。当温度降低到共析温度的4点时,奥氏体达到共析成分,并转变为珠光体。此后继续降温,组织不再发生变化。因此,过共析钢的室温组织由珠光体和二次渗碳体组成。40,第三章(p29)1.什么是退火?什么是正火?各自的特点和用途退火是将钢加热,保温,然后随炉或或埋入灰中使其缓慢冷却的热处理工艺。分为(1)完全退火,(2)球化退火,(3)去应力退火。 正火是将钢加热到Ac3以上30-50C(亚共析钢)或Accm以上30-50C(过共析钢),保温后在空
7、气中冷却的热处理工艺。 正火和完全退火的作用相似,也是将钢加热到奥氏体区,使钢进行重结晶,从而解决铸钢件,锻件的粗大晶粒和组织不均问题。但正火比退火的冷却速度稍快,形成了索氏体组织。索氏提比珠光体的强度,硬度稍高,但韧性并未下降。 正火主要用于:(1)取代部分完全退火。(2) 用于普通结构件的最终热处理。(3)用于过共析钢,以减少或消除二次渗碳体呈网状析出。2亚共析钢的淬火温度如何选择?温度过高过低的弊端?答:加热到Ac3以上3050摄氏度,并保温!温度过低,因未能完全形成奥氏体,致使淬火的组织中除马氏体外,还残存少量的铁素体,使钢的硬度不足;若加热温度过高,因奥氏体晶粒长大,淬火后的马氏体组
8、织也粗大,增加了钢的脆性,致使钢件裂纹和变形的倾向加大.3.碳钢在油中淬火,后果如何?为什么合金钢通常不在水中淬火?后果是获得的碳钢中含有过冷奥氏体,这样就导致碳钢硬度不够。因为合金钢淬透性较好,以在油中淬火为宜,这样获得的钢硬度和韧性都较好。4.钢在淬火后为什么应立即回火?三种回火的用途有何不同?立即回火的主要目的是消除火应力,以降低钢的脆性,防止产生裂纹,同时也使钢获得所需的力学性能。低温回火目的是降低淬火钢的应力和脆性,但基本保持淬火所获得高硬度和高耐磨性。中温回火目的是使钢获得高弹性,较高硬度和一定的韧性。高温回火淬火并高温回火的复合热处理工艺称为调质处理。调制处理使钢的韧性显著提高,
9、因此调质处理的钢获得强度及韧性都较好的力学性能。6.生活中的“手缝针”,汽车齿轮应该采用哪种热处理?为什么?应选化学热处理中的渗碳热处理。渗碳件渗碳后,经淬火和低温回火后,表层硬度高,因而耐磨,而心部仍是低碳钢,故保持良好的塑性和韧性,适用于齿轮和手缝针。7、在普通热处理中,加热后进行保温的目的是什么?感应加热表面淬火是否需要保温?化学热处理的保温有何特点?为什么? 答:普通热处理中保温的目的:使工件表层和心部的温度一致,使相变充分完成。 感应加热表面淬火不需要保温。 化学热处理保温特点:保温时间较长。目的:使工件表层增碳,使渗碳层深度增加。第四章(p35)15、40是优质碳素结构钢,其中15
10、是低碳钢,40是中碳钢,15、40表示刚中平均含碳量为万分之15和万分之40;Q195是碳素结构钢、Q345是低合金高强钢,Q表示屈服点,、345表示钢厚度小于16mm时最低屈服点;CrWMn是合金工具钢,40Cr、60Si2Mn是合金结构钢,40、60表示含碳量的万分数,CrWMn、40Cr、60Si2Mn元素符号及其后数字表示所含合金元素及其平均含量的百分数。(2)比较碳素工具钢和合金工具钢,他们的适合场合有何不同?答:碳素工具钢常用于制造锻工、钳工工具和小型模具,且零件不宜过大和复杂。合金工具钢主要用于刀具、量具、模具等,适合制造形状复杂、尺寸较大、切削速度较高或是工作温度较高的工具和模
11、具。第二篇 铸造第一章 铸造工艺基础 1、为什么铸造是毛坯生产中的重要方法?结合具体示例分析之。 答:因为铸造具有如下特点:(1)可制成形状复杂的外形和腔的毛坯。如箱体,汽缸体等。 2)适用围广,工业上常用的金属材料都可铸造成型且生产批量、铸造尺寸大小不受限制。 3)设备成本低,产品成本低,加工余量小,制造成本低.2、什么是液态合金的充型能力?它与合金的流动性有何关系?不同化学成分的合金为何流动性不同?为什么铸钢的充型能力比铸铁差? 答:液态合金充满铸型型腔,获得形状完整,轮廓清晰铸件的能力,称为液态合金的充型能力。合金的流动性愈好,充型能力愈强,愈便于浇铸出轮廓清晰,簿而复杂的铸件。铸钢和铸
12、铁的化学成分不同,凝固方式不同,具有共晶成分的铸铁在结晶时逐层凝固,已结晶的固体表面较光滑,对金属液的流动阻力小,故流动性好,充型能力强;而铸钢在结晶时为糊状凝固或中间凝固,初生的树枝状晶体阻碍了金属溶液的流动,故流动性差,充型能力差,所以铸钢的充型能力比铸铁差。 4、既然提高浇注温度可提高液态合金的充型能力,但为什么又要防止浇注温度过高? 答:因为浇注温度过高,铸件易产生缩孔、缩松、粘砂、气孔、粗晶等缺陷,故在保证充型能力足够的前提下,浇注温度不宜过高。 5、缩孔和缩松对铸件质量有何影响?为何缩孔比缩松较容易防止? 答:缩孔和缩松使铸件的力学性能下降,缩松还可使铸件因渗漏而报废。 缩孔集中在
13、铸件上部或者最后凝固的部位,而缩松却分布于铸件整个截面。所以,缩孔比缩松较易防止.6、区分以下名词: 缩孔:呈倒锥形,腔粗糙,位于铸件上部中心处。 缩松:呈小圆柱形,腔光滑,位于铸件中心截面处或分布于整个截面。 浇不足:没有获得形状完整的铸件。 冷隔:获得了形状完整的铸件,但铸件最后凝固处有凝固线。 出气口:位于型芯的中心部位,使型芯中的气体逸出。 冒口:位于上砂箱,使金属在浇注时型腔中的气体逸出。 定向凝固:在铸件厚大部位,安放浇口和冒口,使铸件远离冒口处先凝固,尔后是靠近冒口部位凝固,最后才是冒口本身凝固。 逐层凝固:纯金属或共晶成分的合金在凝固过程中不存在固、液并存区,当温度下降时固体层
14、不断加厚,液体层不断减少,直至铸件的中心,这种凝固方式称逐层凝固。 7、什么是定向凝则?什么是同时凝则?各需用什么措施来实现?上述两种凝则各适用于哪种场合? 答:定向凝则:在铸件厚大部位安放浇口和冒口,使铸件远离冒口处先凝固,尔后是靠近冒口部位凝固,最后才是冒口本身凝固。 实现措施:安放冒口和冷铁。 应用场合:收缩大的合金,如铝青铜、铝硅合金和铸钢件。 同时凝则:在铸件薄壁处安放浇口,厚壁处安放冷铁,使铸件各处冷却速度一致,实现同时凝固。 实现措施:浇口开在铸件壁薄处并在铸件壁厚处安放冷铁。 应用场合:灰铸铁、锡青铜等收缩小的合金。第二章 常用金属铸件的生产 1、试从石墨的存在分析灰铸铁的力学
15、性能和其性能特征。 答:石墨的强度、硬度、塑性很低,石墨分布于金属基体,使金属基体承载的有效面积下降。灰铸铁中石墨呈片状,尖角处存在应力集中现象。因此,灰铸铁的抗拉强度、塑性、韧性几乎为零。石墨越多,越粗大,分布越不均匀,灰铸铁的力学性能越差。但由于片状石墨的存在使灰铸铁具有如下性能特征:(a)优良的减振性;(b)良好的耐磨性c)小的缺口敏感性;(d)较高的抗压强度2、影响铸铁石墨化的主要因素是什么?为什么铸铁的牌号不用化学成分来表示? 答:影响铸铁石墨化的主要因素是:(1)化学成分;(2)冷却速度。 铸铁的化学成分接近共晶成分,但碳在铸铁中的存在形式不同,使铸铁的力学性能也不相同。在选择铸铁
16、材料时需考虑的是铸铁材料的力学性能。所以,铸铁的牌号用力学性能来表示,而不用化学成分表示。 7、为什么球墨铸铁是“以铁代钢”的好材料?球墨铸铁是否可以全部取代可锻铸铁?为什么? 答:因为球墨铸铁的力学性能几乎与 45 调质钢的力学性能一致,并且球墨铸铁还可以利用各种热处理改善基体组织,以满不同零件使用性能的要求。所以,球墨铸铁是“以铁代钢”的好材料。 不可以。 因为球墨铸铁的流动性较差,很难制造形状复杂的薄壁小件。第三章 砂型铸造2、浇注位置的选择原则是什么?答:浇注位置的选择原则是:(1)铸件的重要加工面朝下;(2)铸件的大平面朝下;3)铸件面积较大的薄壁部分置于铸型下部或垂直位置;(4)收
17、缩大的铸件厚壁部分位于铸型上部,以实现定向凝固。 3、铸型分型面的选择原则是什么? 答:铸型分型面的选择原则是:(1)铸件的最大截面,且最好是平直面 ;(2)尽量使铸件的全部或大部分置于同一个砂箱 (3)尽量使型腔及主要型芯位于下砂箱。4、铸件的工艺参数包括哪几项容? 答:铸件的工艺参数包括(1)铸件的机械加工余量和最小铸孔;(2) 铸件的起模斜度和收缩率;(3)型心头尺寸。第五章 特种铸造 1、 什么是熔模铸造?试用方框图表示其大致工艺过程? 答:熔模铸造就是用蜡质制成模样,在模样上涂挂耐火材料,经硬化后,再将模样融化排出型外,从而获得无分型面的铸型。 其工艺过程:蜡模制造型壳制造焙烧浇注
18、2、 为什么熔模铸造是最有代表性的精密铸造方法?它有哪些优越性? 答:因为熔模铸造铸型精密,型腔表面极为光滑,故铸件的精度高,表面质量高;铸型无分型面,可制造外形复杂、难以切削的小零件,故熔模铸造是最有代表性的精密铸造方法。 熔模铸造的优越性(1)铸件精度高(IT11IT14)表面粗糙度值低(Ra253.2um)(2)铸型预热后浇注,故可生产形状复杂的薄壁小件(Smin=0.7mm )(3)型壳用高级耐火材料制成,故能生产出高熔点的黑色金属铸件(4)生产批量不受限制,适于单件、成批、大量生产。3、 金属型铸造有何优越性?为什么金属型铸造未能广泛取代砂型铸造? 答:金属型铸造的优越性:(1)可“
19、一型多铸”,便于实现机械化和自动化生产,生产率高(2)铸件表面精度高(IT12IT16),粗糙度值低(Ra2512.5um);(3)组织致密,铸件力学性能高;(4)劳动条件得到显著改善。 金属型铸造成本高,周期长,工艺要求严格,铸件易出现浇不足、冷隔、裂纹等缺陷,易产生白口现象,外形不易复杂,所以金属型铸造不宜生产铸铁件,而广泛应用于铜、铝合金铸件的大批量生产,故它不能取代砂型铸造。 4、为什么用金属型生产灰铸件常出现白口现象?该如何预防和消除其白口组织? 答:因为金属型导热快,故灰铸件中易出现白口组织。预防措施:铸型预热;合适的出型时间;采用高碳、高硅铁水消除白口组织的措施:利用出型时铸件的
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