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1、习题集简答题部分答案第一部分 工程材料1什么是工程材料？按其组成主要分为哪些类型? 答：工程材料主要指用于机械工程和建筑工程等领域的材料。按其组成主要分为：金属材料、高分子材料、无机非金属材料、复合材料。2金属的实际晶体中存在哪些晶体缺陷？它们对性能有什么影响？答：在实际金属中存在的缺陷有点缺陷（空位和间隙原子）、线缺陷（位错）和面缺陷（晶界）3 种类型。一般情况下，晶体缺陷的存在可以提高金属的强度，但是晶体缺陷的存在常常降低金属的抗腐蚀性能。3什么是细晶强化？生产中主要采取哪些措施细化晶粒？答：一般情况下金属的强度、塑性和韧性都随晶粒的细化而提高，称细晶强化。因此，在生产中常采取增加冷却速度
2、和变质处理来细化晶粒以改善力学性能。生产中主要采取以下 3 种措施细化晶粒：（1）增加冷却速度可增大过冷度，使晶核生成速率大于晶粒长大速率，因而使晶粒细化。但增加冷却速度受铸件的大小、形状的限制。（2）变质处理是在液态金属中加少量变质剂(又称孕育剂)作为人工晶核，以增加晶核数，从而使晶粒细化。（3）在结晶过程中采用机械振动、超声波振动和电磁振动，也有细化晶粒的作用。4什么是金属的热处理？有哪些常用的热处理工艺？答：金属热处理就是通过加热、保温和冷却来改变金属整体或表层的组织，从而改善和提高其性能的工艺方法。金属热处理工艺可分为普通热处理（主要是指退火、正火、淬火和回火等工艺）、表面热处理（包括
3、表面淬火和化学热处理）和特殊热处理（包括形变热处理和真空热处理等）。5钢退火的主要目的是什么？常用的退火方法有哪些？答：钢退火的主要目的是：细化晶粒，均匀组织，提高机械性能；降低硬度，改善切削加工性； 消除残余内应力，避免钢件在淬火时产生变形或开裂；提高塑性、韧性 ，便于塑性加工 为最终热处理做好组织准备。常用的退火方法有完全退火、等温退火、球化退火、去应力退火、扩散退火、再结晶退火。6钢正火的主要目的是什么？正火与退火的主要区别是什么？如何选用正火与退火？答：钢正火的主要目的是细化晶粒，改善组织，提高力学性能；调整硬度，便于进行切削加工（HB)；消除残余内应力，避免钢件在淬火时产生变形或开裂
4、；为球化退火做好组织准备。正火与退火的主要区别是冷却速度不同。正火与退火的选用：不同的退火方法有不同的应用范围和目的，可根据零件的具体要求选用；正火可用于所有成分的钢，主要用于细化珠光体组织其室温组织硬度比退火略高，比球化退火更高；一般来说低碳钢多采用正火来代替退火。为了降低硬度，便于加工，高碳钢应采用退火处理。7淬火的目的是什么？常用的淬火方法有哪几种？答：淬火是将钢奥氏体化后快速冷却获得马氏体组织的热处理工艺。淬火的目的主要是为了获得马氏体，提高钢的硬度和耐磨性。它是强化钢材最重要的热处理方法。常用的淬火方法有：单液淬火、双液淬火、分级淬火和等温淬火。8. 淬火后，为什么一般都要及时进行回
5、火？回火后钢的力学性能为什么主要是决定于回火温度而不是冷却速度？答：淬火钢一般不宜直接使用，必须进行回火以消除淬火时产生的残余内应力，提高材料的塑性和韧性，稳定组织和工件尺寸。由于回火后钢的力学性能取决于回火后的组织与结构，而回火后的组织与结构是由回火温度而不是由冷却速度决定的。9回火的目的是什么？常用的回火操作有哪些？试指出各种回火操作得到的组织、性能及应用范围。答：回火的目的是：消除淬火时产生的残余内应力；提高材料的塑性和韧性，获得良好的综合力学性能；稳定组织和工件尺寸。常用的回火方法有以下三种：（1）低温回火（250以下）组织：回火组织为回火马氏体。性能：基本上保持了淬火后的高硬度（一般
6、为5864 HRC）和高耐磨性。应用：主要用于高碳工具钢、模具、滚动轴承、渗碳、表面淬火的零件及低碳马氏体钢和中碳低合金超高强度钢。（2）中温回火（350500 ）组织：回火组织为回火屈氏体。性能：回火屈氏体的硬度一般为3545 HRC，具有较高的弹性极限和屈服极限。它们的屈强比（sb）较高，一般能达到07以上，同时也具有一定的韧性。应用：主要用于各种弹性元件。（3）高温回火（500650）组织：回火组织为回火索氏体。性能：其综合力学性能优良，在保持较高强度的同时，具有良好的塑性和韧性。硬度一般为2535 HRC。应用：广泛用于综合力学性能要求高的各种机械零件，例如轴、齿轮坯、连杆、高强度螺栓
7、等。10什么是调质处理？调质的主要目的是什么？钢在调质后是什么组织？答：通常在生产中将各种钢件淬火及高温回火的复合热处理工艺称为调质处理。调质的主要目的是提高零件的综合机械性能。钢在调质后的组织是：回火索氏体 11说明下列零件毛坯进行正火的主要目的及正火后的组织：（l）20 钢锻造的齿轮毛坯；（2）45 钢锻造用的机床主轴毛坯；（3）T12 轧制而成的锉刀毛坯（组织为网状 FeC和片状珠光体） 。答：（1） 20 钢齿轮正火后的组织为：S+F目的：提高硬度，避免粘刀，改善切削加工性。（2） 45 钢锻造用的机床主轴毛坯正火后的组织为：S+F目的：（正火代替完全退火，节约时间和能源）细化晶粒，改
8、善组织，改善机械性能。（3） T12 钢轧制而成的锉刀毛坯正火前的组织为网状 Fe3C和片状珠光体，正火后的组织为：S+ Fe3C目的：细化晶粒，改善组织，减少或消除网状渗碳体，为后续工序（球化处理）做好组织准备。12指出下列工件的淬火及回火温度，并说明其回火后获得的组织及其大致硬度。（l）45 钢小轴（要求综合性能）；（2）60 弹簧钢；（3）T12 锉刀。答：工 件 淬火温度 回火温度 回火后的组织 回火后的硬度45 钢小轴 Ac3 + 3050500650 S回 HRC 253560 弹簧钢 Ac3 + 3050350500 T回 HRC 4550T12 锉刀 Ac1 + 3050150
9、250 M回 HRC 556513. 45钢轴的生产工艺过程如下，试说明其中各热处理工序的目的。锻造 正火 粗加工 调质 精加工局部表面淬火 + 低温回火 磨削 答：正火：消除锻造时产生的内应力或调整材料的硬度，使其便于切削加工。调质处理：提高材料的综合机械性能。局部表面淬火 + 低温回火：局部表面淬火是为了局部提高材料表面的硬度，从而提高其耐磨性；低温回火是为了消除残余内应力，防止工件变形开裂，同时保持材料淬火后的高硬度。14. 用 45 钢制车床主轴，要求轴颈部位硬度为 5658HRC，其余地方为 2024 H RC ，其加工工艺路线为：锻造正火机械加工轴颈表面淬火低温回火磨加工。请说明以
10、下问题。（1）正火的目的及大致热处理工艺参数。（2）表面淬火及低温回火的目的。（3）使用状态下轴颈及其他部位的组织。答: （ 1）正火的目的是改善切削加工性 ，保证主轴心部的力学性能。加热到 850，保温一定的时间，出炉后在空气中冷却。（2）表面淬火的目的是获得马氏体组织，提高主轴的硬度和耐磨性；低温回火的目的是消除淬火应力，保持高的淬火硬度。（3）使用状态下轴颈表面的组织是回火马氏体 M 回，轴颈心部的组织是回火索氏体和铁素体 S 回+F,其他部位的组织是索氏体和铁素体 S+F。17、试分析下列零件的工作条件和主要力学性能要求，选择相应的材料(写出 23 种材料的牌号)：（1）弹簧 （2）汽
11、车变速箱小齿轮 （3）机床传动用大齿轮 （4）轻载载货汽车发动机曲轴 （5）钳工用的锉刀 （6）高速切削刀具 （7）机床主轴 （8）机床床身 答: （1）弹簧: 60、65、70、65Mn、60Si2MnA （2）汽车变速箱小齿轮：40、45、40Cr、40Mn、20Cr 、20CrMnTi、 35CrMo （3）机床传动用大齿轮： 35、45、50、HT200、HT250、 HT300、HT350（4）轻载载货汽车发动机曲轴：40Cr、35CrMo、QT600-3、QT700-2、QT800-2 （5）钳工用的锉刀：T10、T11、T12、T13 （6）高速切削刀具 ：W18Cr4V、W6M
12、o5Cr4V2（7）机床主轴：45、40Cr、35CrMo （8）机床床身：HT200、HT250、HT200、HT350 第七章 铸造2合金的液态收缩、凝固收缩以及固态收缩与铸件中孔洞的产生以及铸造内应力的产生直接相关。请问：（1）铸件中产生缩孔和缩松的主要原因是什么？生产工艺上有哪些预防措施？（2）铸件产生铸造内应力的主要原因是什么？如何减小或消除铸造内应力？答：(1)铸件中产生缩孔和缩松的主要原因是合金的液态收缩和凝固收缩。在实际生产中，通常采用顺序凝固原则，并设法使分散的缩松转化为集中的缩孔，再使集中的缩孔转移到冒口中，最后将冒口去除，即可获得完好铸件。即通过设置冒口和冷铁，使铸件从远
13、离冒口的地方开始凝固并逐渐向冒口推进，冒口最后凝固。(2)铸件产生铸造内应力的主要原因是合金的固态收缩。为了减小铸造内应力，在铸造工艺上可采取同时凝固原则。所谓同时凝固原则，就是采取工艺措施保证铸件结构上各部分之间没有温差或温差尽量小，使各部分同时凝固。此外，还可以采取去应力退火或自然时效等方法，将残余应力消除。3. 什么是砂型铸造的手工造型和机器造型，各有什么特点？答:（1）手工造型：指全部用手工或手动工具完成的造型工序。手工造型按起模特点分为整模、挖沙、分模、活块、假箱、三箱等造型方法。手工造型方法比较灵活，适应性较强，生产准备时间短，但生产率低、劳动强度大，铸件质量较差。因此，手工造型多
14、用于单件小批量生产。（2）机器造型：指用机器完成全部或至少完成紧砂和起模操作的造型工序。机器造型可大大提高生产率和铸件尺寸精度，降低表面粗糙度，减少加工余量，并改善工人的劳动条件，目前正日益广泛地应用于大批量生产中。4、什么是铸造工艺图？其主要包含哪些内容？答：铸造工艺图是在零件图上用各种工艺符号表示出铸造工艺方案的图形，是在对铸件进行工艺分析的基础上，来确定出铸件的浇注位置、分型面、型芯的数量、形状及其固定方法、加工余量、拔模斜度、收缩率、反变形量、浇注系统、冒口、冷铁的尺寸及布置、砂箱的形状及尺寸等。5、什么是分型面？分型面选择一般性的原则是什么？答：分型面是指两半铸型相互接触的表面。在选
15、择铸型分型面时应考虑如下原则：（1）分型面应选在铸件的最大截面上，并力求采用平面。（2）应尽量减少分型面的数量，并尽量做到只有一个分型面。 （3）应尽可能减少活块和型芯的数量，注意减少砂箱高度。（4）尽量把铸件的大部分或全部放在一个砂箱内，并使铸件的重要加工面、工作面、加工基准面及主要型芯位于下型内。6、什么是特种铸造？常用的特种铸造方法有哪些？答：通常把不同于普通砂型铸造的其它铸造方法统称为特种铸造。常用的特种铸造方法有：熔模铸造、金属型铸造、压力铸造、离心铸造、低压铸造、陶瓷型铸造等。第八章 压力加工1、什么是压力加工？压力加工方法主要有哪些？主要用途是什么？ 答：压力加工是使金属坯料在外
16、力作用下产生塑性变形，从而获得具有一定形状、尺寸和性能的毛坯或零件的加工方法。压力加工方法主要有：轧制、挤压、拉拔、自由锻造、模型锻造和板料冲压等。其中，轧制、挤压和拉拔方法以生产原材料为主；自由锻造、模型锻造和板料冲压方法以生产毛坯为主。2、压力加工与其他成形方法比较有哪些特点？答：（1）能改善金属的组织，提高金属的力学性能。压力加工能消除金属铸锭内部的气孔、缩孔和树枝状晶等缺陷，并由于金属的塑性变形和再结晶，可是粗大晶粒细化，得到致密的金属组织，从而提高金属的力学性能；（2）可提高材料的利用率。压力加工主要是靠金属在塑性变形时改变形状，使其体积重新分配，不需要切除金属，因而材料的利用率高；（3）
