金属工艺习题答案

难题精解1.金属材料随所受外力的增加，其变形过程一般分为几个阶段？各阶段的特点是什么？答：金属材料随所受外力的增加，其变形过程一般分为三个阶段。第一阶段，弹性变形阶段。该阶段变形与外力成正比，试样只产生弹性变形，即当外力去掉后，试样就恢复到原始长度。第二阶段，塑性变形阶段。该阶段随外力的增加，试样变形量先缓慢增加后急剧增加，外力去掉后，变形不能恢复到原始长度，即变形不随外力的消失而消失。第三阶段，断裂阶段。该阶段在最大载荷以后，变形集中在试样的某一部位上，试样在此部位上产生缩颈现象，由于承载面积减小，试样很快被拉断。2.σ0.2的含义使什么？为什么低碳钢不用此指标？答：对于塑性较差的高碳钢、铸铁等材料，在拉伸实验时没有明显的屈服现象，为了确定其屈服强度，通常规定产生0.2%塑性变形时所对应的应力作为名义屈服强度，用σ0.2表示。低碳钢在拉伸实验中有明显的屈服现象，在拉伸图中直接就可读出其屈服强度值，所以，低碳钢不用σ0.2来表示它的屈服强度指标。3.什么叫同素异构转变？试举例说明。答：金属在固态下随温度变化而发生的晶格形式的转变称为同素异构转变。例如纯铁的同素异构转变，在1538~1394℃铁为体心立方晶格，叫做δ铁；在1394~912℃时，铁为面心立方晶格，叫做γ铁；在912℃以下时，铁又为体心立方晶格，称为α铁。4.为什么采用金属型铸造和变质处理都可以细化晶粒？答：金属型铸造时，结晶冷却速度快，过冷度大，形核率高，成长率低，细化了晶粒；变质处理是在液态金属中加入某些高熔点的物质，以起外来晶核的作用，从而细化了晶粒。5.对比铁素体、渗碳体和珠光体的组织和性能特点。答:铁素体：碳溶解在α―Fe中的固溶体。具有较好的塑性和韧性，但强度和硬度均不高。渗碳体：又铁和6.69%的碳形成的金属化合物。具有较高的硬度，但塑性极差几乎为零，是一个硬而脆的组织。珠光体：是铁素体和渗碳体组成的机械混合物。其力学性能取决于铁素体和铁素体和渗碳体所占比例的多少，珠光体所拥渗碳体量越多，强度、硬度越高。6.分析在缓慢冷却条件下0.4%C、0.77%C的结晶过程和室温组织。答:0.4%C在缓慢冷却过程中，开始从合金液中结晶出奥氏体，奥氏体的数量随温度的下降而逐渐增多；当温度降到固相线上时，合金液全部转变为奥氏体。当温度降到GS线上时，从奥氏体中开始不断析出铁素体；当温度降到PSK线上时，剩余的奥氏体发生共析反应生成珠光体，当温度降到室温时其组织为铁素体和珠光体。0.77%C，在缓慢冷却过程中，当冷却到液相线上，开始从合金液中结晶出奥氏体。当温度降到固相线时，所有奥示体发生共析反应得到珠光体。在室温时，其组织为珠光体。7.在铁碳合金相图，A1、A3和Acm各表示什么？答：A1表示PSK线即共析反应线，开始发生组织结构的最低温度线。A3表示GS线即从奥氏体中开始析出铁素体线。Acm表示ES线即从奥氏体中开始析出二次渗碳体。①②③④奥氏体形核；奥氏体长大；渗碳体的溶解；奥氏体均匀化。8.试分析45号钢在退火、淬火和高温回火后的组织和性能？答：退火后组织F+P，由铁素体和珠光体综合起来决定其力学性能：淬火和高温回火即调制处理后的组织是回火索氏体，具有优良综合力学性能。9.锯条、车床主轴和汽车板簧各应进行哪些热处理工艺？试分析其原因。答：①锯条：淬火和低温回火。因为锯条属于高碳钢工具类型的钢，只有通过淬火和低温回火才能保证钢具有较高硬度和耐磨性，即保证了其使用性能要求。②车床主轴：淬火和高温回火（调制处理）。轴在使用中要求有一定的强度和硬度同时又有好的塑性和韧性，通过调制处理可以达到获得优良综合力学性能目的。③汽车弹簧：淬火+中温回火。通过该热处理可使板簧具有高的弹性极限和屈服极限值，同时还具有较好的韧性。10.钢中常存杂质元素主要有哪些？对钢的性能有何影响？衡量钢质量的主要标准是什么？答：钢中常存元素：S、P、Si、Mn；S、P是有害元素易引起钢的热脆和冷脆；Si、Mn是有益元素可提高钢的性能。依据钢中含S、P量的高低作为划分钢质量的标准，随S、P量愈低，钢的质量愈好。11.随着含碳量的增加，碳素钢的强度、硬度、塑性和韧性怎样变化？试述理由？答：随着含碳量的增加，碳素钢的强度在含碳量小于1.0%时逐渐增大，但含碳量大于1.0%时开始逐渐降低，出现极大点。硬度随着含碳量增加逐渐增大；塑性、韧性随含碳量增加逐渐降低。原因：亚共析钢随含碳量的增加，珠光体的量增多，铁素体量减少，因而钢的强度、硬度上升，而塑性、韧性下降。含碳量超过共析成分时，因出现网状二次渗碳体，随着含碳量增加，尽管硬度直线上升，但由于脆性增大，强度反而下降。12.试述共析钢在加热时的组织转变过程。答：组织转变过程分为四个过程：13.既然提高浇注温度可提高合金的充型能力，但为什么又要防止浇注温度过高?怎样理解“高温出炉低温浇注”?答：浇注温度过高会使金属液体的吸气量和总收缩量增大，铸件容易产生气孔、缩孔、缩松、热裂、粘砂、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。此外为熔炼出高质量的液态金属出炉温度要高，这样便于气体的逸出和熔渣的上浮，避免产生冷隔和浇不足等缺陷。14.试分析下图轨道铸件热应力形成的原因，各部分应力属什么性质？并用虚线表示铸件的变形方向。答：采用热节圆的分析方法，将下图轨道划分为两部分进行分析。上部为厚杆，下部为薄杆。由于该铸件壁厚不均匀，各部分冷却速度不同，以致在同一时期内铸件各部分收缩不一致而造成厚部受拉应力，薄部受压应力。15.孕育处理的实质是什么？孕育铸铁和普通灰铸铁在性能和制造方法上有何差别？怎样才能取得较好的孕育效果？答：孕育铸铁的实质是使基体组织、石墨片形状、共晶团得到细化，从而强度得到提高。与普通灰铸铁相比；孕育铸铁的力学性能，尤其是强度硬度比灰铸铁有显著提高。此外孕育铸铁的组织和性能的均匀性较高，壁厚敏感性小，冷却速度对其组织和性能的影响较小，这就使得在铸件厚大截面上的性能较均匀。在制造方法上，前者的出炉铁水不经任何处理直接浇注，后者是要进行孕育处理而获得。为了取得较好的孕育效果，原始铁水要低碳彽硅，这种低碳彽硅的铁水再经孕育处理便可获得较好的孕育效果。具体方法：为获得低碳彽硅铁水，在冲天炉的炉料中加入25~50%的废钢。出炉铁水温度要高些（1400~1450℃）。为防止孕育衰退孕育处理后的铁水应在20分钟内浇完。孕育剂采用（75%Si）硅铁，块度3~10mm,加入量为铁水重量的0.25~0.6%。孕育处理时，将硅铁均匀地加入铁水槽中，由出炉的高温铁水冲入铁水包中，经搅拌扒渣后浇入铸型16.铸钢的铸造性能如何？铸造工艺上主要特点是什么？答：钢的浇注温度高、比重大、流动性差，熔炼时容易氧化和吸气。钢的体积收缩率均为铸铁的3倍，铸造困难，容易产生浇不足、气孔、缩孔、缩松、热裂、粘砂等铸造缺陷。铸造工艺主要特点：对型芯纱的耐火度、强度、透气性和退让性都比较高。采用大颗且均匀的石英砂，为防止粘砂，铸型表面还要涂以石英砂或锆砂粉涂料。采用干型或水玻璃快干型，多加冒口和冷铁进行补缩，对于薄壁件或易产生裂纹的铸钢件，可采用同时凝固原则，并开设多道内浇口使钢水迅速、均匀地充满铸型。17．区分冷变形和热变形。概念金属在再结晶温度以下的变形金属在再结晶温度以上的变形特点1．变形过程中无再结晶现象，变形后的金属有加工硬化现象2．变形过程不宜过大3．可使金属获得较高的硬度，强度和低粗糙度值1．金属具有再结晶组织，无加工硬化痕迹2．金属可以较小的获得较大的变形18．铅在20℃，钨在1100℃时变形，各属于哪种变形？答：∵T再Pb=0.4*(327+273)℃=240K=－33℃＜20℃∴20℃时变形铅是热变形又∵T再w=0.4*（3380+273）℃=1461.2K=1188.2℃＞1100℃∴1100℃变形钨是冷变形。19．纤维组织的存在对金属力学性能有哪些影响？在零件设计中应注意哪些问题？答：纤维组织使金属在性能上具有各向异性。金属在平行纤维方向上，塑性和韧性提高，垂直纤维方向上，塑性和韧性下降。注意：设计和制造零件时，应使①.零件在工作中产生的最大正应力方向与纤维方向重合；②.最大切应力方向与纤维方向垂直；③.纤维分布与零件的轮廓相符合，尽量不切断纤维组织。20.用φ250mm*1.5mm的坯料能否一次拉深成直径为φ50mm的拉深件？应采取哪些措施才能保证正常生产？答：∵由φ250→φ50mm时，拉深系数为m=d/D=50/250=0.2＜0.5~0.8∴不能一次拉深成形。措施⑴多次拉深，⑵.中间穿插再结晶退火，以保证其内应力消除；①m≥0.5~0.8；②消除加工硬化，保证其塑性。21.板料弯曲时为什么会产生弹复现象？如何保证弯曲精度？答：在弯曲结束后，由于弹性变形的恢复，坯料会略弹回一点，使被弯曲的角度增大。为保证其弯曲精度，设计模具时应使其角度比成品件角度小一个回弹角。22.焊接电弧概念，温度分布，直交流焊机效果？答：焊接电弧是两极间强烈而持久的放电现象。用钢焊条焊钢工件。阳极区2600K，阴极区2400K，弧柱区6000~8000K。直流焊机施焊，阳极温度高于阴极，有正接和反接两种接线法，分别用于焊接不同工件。交流焊机施焊，两极温度都在2500K左右，不存在正、反接。23.何谓电弧焊的冶金特点？焊缝中的氢、氧、氮有何危险？这些气体从何而来？如何控制?答：冶金特点：①温度高②冷却快焊缝中的氢，可大量溶于液态金属，导致焊缝气孔和脆化冷裂。焊缝中的氧，易与金属发生物理化学反应，使焊缝金属含氧量增加，导致强度、塑性、韧性下降。焊缝中的氮高温时溶于液体金属，温度下降时，形成气孔。还可与金属铁形成氮化物，导致含N量上升塑性和韧性剧烈下降。控制：①造成保护，防止空气中有害气体侵入焊接区。②清除有害元素，通过药皮进行拖氧、去氢等。③清理工件表面的锈、水、油污，烘干焊条等。24.何谓焊接热影响区？低碳钢的焊接热影响区分那些区域？答：所谓焊接热影响区是指受焊接热循环的影响，焊缝附近的母材组织和性能发生变化的区域。低碳钢热影响区包括：熔合区、过热区、正火区和部分相变区。25.焊接应力与变形产生的原因是什么？有何不利影响？答：焊接过程中对焊件进行局部的不均匀的加热，产生焊接应力和变形。不利影响：应力＞工件σs→变形，应力＞工件σs→裂纹存在残余应力的工件加工后→变形。应力与工作载荷叠加→新的塑性变形、裂纹。26.埋弧自动焊和手工电弧焊相比有何特征？为什么？答：特点：①生产率高。②可节约焊接材料和电能。③质量好且稳定。④改善劳动条件。原因：①移动部分速度可调，可节省换焊条时间。②无焊条头，厚度＜12mm。不开坡口，∴节约材料。电弧在焊剂层下燃烧，热量散失少，∴节约电能。③电弧在焊剂层下燃烧，且有气渣泡保护，有害气体不宜侵入。焊接电流、送丝速度、小车速度调好后，不再改变。∴质量稳定。④看不到弧光，焊接烟尘小。应用：①长而直的焊缝②大直径的环状焊缝（a）（b）焊缝与加工表面太近。∴不合理。修改：让其远离加工表面。（c）焊缝密集交叉，使热影响区增大，组织恶化。