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1、金属工艺学(上)第四版课后习题答案第一篇 金属材料导论第一章( p9)1、什么是应力?什么是应变?答:试样单位截面上的拉力,称为应力,用符号表示,单位是MPa。试样单位长度上的伸长量,称为应变, 用符号表示。2、画出低碳钢拉伸曲线图,并指出缩颈现象发 生在拉伸图上哪一点?若没有出现缩颈现象,是否表示试样没有发生塑性变形?答: b 点发生缩颈现象。若没有出现缩颈现象,试样并不是没有发生塑性变形,而是没有产生明显的塑性变形。3、将钟表发条拉直是弹性变形还是塑性变形?怎样判断它的变形性质?答:将钟表发条拉直是弹性变形,因为当时钟停止时,钟表发条恢复了原状,故属弹性变形。4、布氏硬度法和洛氏硬度法各有
2、什么优缺点? 各适用于何种场合。下列情况应采用哪种硬度法测定其硬度?答:布氏硬度法: (1)优点:压痕面积大,硬度值比较稳定,故测试数据重复性好,准确度较洛氏硬度法高。( 2)缺点:测试费时,且压痕较大,不适于成品检验。(3)应用:硬度值HB 小于450 的毛坯材料。洛氏硬度法: (1)优点:设备简单,测试简单、迅速,并不损坏被测零件。(2)缺点:测得的硬度值重复性较差,对组织偏析材料尤为明显。(3)应用:一般淬火件,调质件。库存钢材布氏硬度锻件布氏硬度硬质合金刀头洛氏硬度台虎钳钳口 洛氏硬度。5、下列符号所表示的力学性能指标的名称、含义和单位是什么?:强度,表示材料在外加拉应力的作用下,抵抗
3、塑性变形和断裂的能力,单位MPa。s: 屈服强度, 指金属材料开始发生明显塑性变形时的应力,单位MPa。b:抗拉强度,指金属材料在拉断前可能承受的最大应力,单位MPa。0.2:屈服强度,试样在产生0.2%塑性变形时的应力,单位MPa。-1:疲劳强度,表示金属材料在无数次的循环载荷作用下不致引起断裂的最大应力,单位MPa。:伸长率,试样产生塑性变形而发生破坏是的最大伸长量。k:冲击韧性,金属材料在一次性、大能量冲击下,发生断裂,断口处面积所承受的冲击功,单位是J/cm2 HRC :洛氏硬度,无单位。HBS:布氏硬度,无单位。表示金属材料在受外加压力作用下,抵抗局部塑性变形的能力。HBW:布氏硬度
4、,无单位。第二章( p26)1、金属的晶粒粗细对其力学性能有什么影响?答:晶粒越细小,b、HB、k 越高;晶粒越粗, b、HB,、k,、下降。2、什么是同素异晶转变?试画出纯铁的冷却曲线,并指出室温和1100时的纯铁晶格有什么不同?答:随温度的改变,固态金属晶格也随之改变的现象,称为同素异晶转变。纯铁的冷却曲线如图所示:室温纯铁晶格:面心立方体晶格1100纯铁晶格:体心立方晶格5、分析在缓慢冷却条件下,45 钢和 T10 钢的结晶过程和室温组织。答: 45 钢结晶过程:LL+AAA+FP+F 室温组织: P+F T10 钢的结晶过程:LL+AAA+ Fe3C P+ Fe3C 室温组织: P+
5、Fe3C 组织名称代表 符号含碳量 /% 组织类型力学性能特征铁素体F 0.0218 固溶体b、HB 低 k、高奥氏体A 0.772.11 固溶体一定的b、HB,较高的k、渗碳体Fe3C 6.69 化合物硬而脆, 0 珠光体P 0.77 混合物具有综合力学性能7、仓库中混存了相同规格的20 钢、 45 钢和T10 钢,请提出一种最为简单的区分方法。答: 20 钢、 45 钢、 T10 钢含碳量不同,硬度不同,故采用测定硬度法加以区别,T10 钢硬 度最高, 20 钢硬度最低。8、现需制造下列产品,试选用合适的钢号。答 : 六 角 螺 钉 Q235 车 床 主 轴 45 脸盆 Q235 钳工錾子
6、 T10 液化石油气罐 20 钢 锉 T10 自 行 车 弹 簧 60 门窗合页 Q235 活搬手 T8 第三章( P32)1 、什么是退火?什么是正火?两者的特点和用途有什么不同?答:将钢加热,保温,然后随炉冷却。将钢加热到Ac3 以上30 50或Accm 以上3050,保温后在空气中冷却。正火和退火的不同点:加热后钢的冷却方式不同。相同点: 将钢加热到奥氏体区,使钢进行重结晶,解决了铸件、锻件晶粒粗大、组织不均匀的问题。2、 亚共 析钢 的淬 火温 度为何 是Ac3( 3050)?过低或过高有什么弊端?答:淬火的目的是为了使钢获得高强度和高硬度。亚共析钢加热到Ac3 以上3050,使铁素体
7、充分转变,获得单一奥氏体,若淬火温度低于 Ac3 线,存在软组织铁素体,硬度下降;若淬火温度大大高于Ac3 线,奥氏体晶粒粗大,淬火后获得粗大的马氏体组织,使b、HB 下降。3、碳钢在油中淬火的后果如何?为什么合金钢通常不在水中淬火?答:碳钢在油中淬火,由于淬火冷却速度小于临界冷却速度,故不能获得单一的马氏体组织。合金钢淬火稳定性高,为了防止淬火变形和开裂,故合金钢一般在油中淬火而不在水中淬火。4、钢在淬火后为什么要回火?三种类型回火的用途有何不同?汽车发动机缸盖螺钉要采用哪种回火?答:淬火钢回火主要目的是消除淬火应力,降低钢的脆性,防止产生裂纹,同时使钢获得所需的力学性能。A)低温回火( 1
8、50 250) :降低内应力和脆性,获得高硬度,高耐磨性。(B)中温回火 (350500) : 使钢获得高弹性,高硬度,一定的韧性。(C)高温回火(500650) :使钢获得综合力学性能。汽车发动机缸盖螺钉承受交变载荷作用,因此需要有较高的 b、HB,、k,、,故采用高温回火。5、锯条、大弹簧、车床主轴、汽车变速箱齿轮的最终热处理有何不同?最终组织各是什么?答:锯条:淬火后低温回火,组织:M 回大弹簧:淬火后中温回火,组织:T 回车床主轴:淬火后高温回火,组织:S 回汽车变速箱齿轮:渗碳、淬火后低温回火, 组织:M 回6、现用T10 钢制造钢挫,请填写工艺路线方框图中热处理工序名称。答:锻造球
9、化退火机加工淬火低温回火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。第二篇铸造第一章( P43)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内腔的毛坯。如箱体, 汽缸体等。2)适用范围广,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
10、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,已结晶的固体内表面较光滑,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。3、某定型生产的薄铸铁件
11、,投产以来质量基本稳定,但最近一时期浇不足和冷隔缺陷突然增多,试分析其原因?答:薄铸铁件产生浇不足和冷隔缺陷的主要原因是流动性和浇注条件,在浇注条件保持不变的条件下,铸件浇不足和冷隔缺陷增多,主要是流动性下降造成的,影响合金流动性的的主要因素是合金的化学成分,因此,很可能是坯料的化学成分发生了变化,远离了共晶成分点。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
12、能下降,缩松还可使铸件因渗漏而报废。缩孔集中在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,内腔粗糙,位于铸件上部中 心处。缩松:呈小圆柱形,内腔光滑,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
13、中不存在固、液并存区,当温度下降时固体层不断加厚,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、什么是定向凝固原则?什么是同时凝固原则?各需用什么措施来实现?上述两种凝固原则各适用于哪种场合?答:定向凝固原则: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。同时凝固原则: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。9、某铸件时常
14、产生裂纹缺陷,如何区分其裂纹性质?如果属于热裂,该从那些方面寻找产生原因?答:铸件中裂纹分热裂纹和冷裂纹二种,由于形成温度不同,故形状特征也不同。热裂纹缝隙宽,形状曲折,缝内呈氧化色;冷裂纹细小,呈连续直线状,缝内呈轻微氧化色。如果属于热裂纹应采取的措施: (a) 降低合金中的硫含量;(b)使用具有共晶成分的合金,使铸件结晶时,固、液二相区间小; ( c)提高铸型的退让性。第二章( P54)1、试从石墨的存在分析灰铸铁的力学性能和其性能特征。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
15、、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。3、灰铸铁最适合于制造哪类铸件?并举车床零件的例子来说明。并说明选用灰铸铁而不选
16、用铸钢的原因. 答:灰铸铁最适合制造承受压应力的静止件。如车床的床身、轨道等。灰铸铁流动性好,收缩率低,便于铸出外形复杂的铸件且抗压强度高;而铸钢铸造性能差,主要用于制造形状复杂,强度和韧性要求都高的零件。4、 HT100,HT150,HT200,HT300 的显微组织有何不同 ?为什么 HT150,HT200 灰铸铁应用最广? 答: HT100 的显微组织:铁素体+片状石墨HT150 的显微组织:珠光体+铁素体 +片状石墨HT200 的显微组织:珠光体+片状石墨HT300 的显微组织:珠光体+细小片状石墨因 为HT150 和HT200 的 最 小 抗拉 强 度值 为150MPa200MPa,对承受中等载荷的零件都 能满足要求,故应用很广泛。5、某产品灰铸铁件壁厚有5mm,25mm ,52mm 三种,力学性能全部要求b=220MPa,若全部选用 HT200 是否正确?答:不正确。因为铸件壁厚不同,冷却速度不同,晶