金属工艺学课后题答案

5a2c1、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σ表示，单位是MPa。试样单位长度上的伸长量，称为应变，用符号ε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？σ：强度，表示材料在外加拉应力的作用下，抵抗塑性变形和断裂的能力，单位MPa。σs：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。σb：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。σ0.2：屈服强度，试样在产生0.2%塑性变形时的应力，单位MPa。σ-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。δ：伸长率，试样产生塑性变形而发生破坏是的最大伸长量。αk：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/cm2HRC：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，无单位。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，σb、HB、αk越高；晶粒越粗，σb、HB,、αk,、δ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：L→L+A→A→A+F→P+F室温组织：P+FT10钢的结晶过程：L→L+A→A→A+Fe3CⅡ→P+Fe3CⅡ室温组织：P+Fe3CⅡ组织名称代表符号含碳量/%组织类型力学性能特征铁素体F0.0218固溶体σb、HB低αk、δ高奥氏体A0.77～2.11固溶体一定的σb、HB，较高的αk、δ渗碳体Fe3C6.69化合物硬而脆，δ≈0珠光体P0.77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。(T10是最常见的一种碳素工具钢，韧度适中，生产成本低，经热处理后硬度能达到60HRC以上，但是，此钢淬透性低，且耐热性差（250℃），在淬火加热时不易过热，仍保持细晶粒。韧性尚可，强度及耐磨性均较T7-T9高些，但热硬性低，淬透性仍然不高，淬火变形大。适用范围：这种钢应用较广，适于制造切削条件较差、耐磨性要求较高且不受突然和剧烈冲击振动而需要一定的韧性及具有锋利刃口的各种工具，如车刀、刨刀、钻头、丝锥、扩孔刀具、螺丝板牙、铣刀手锯锯条、还可以制作冷镦模、冲模、拉丝模、铝合金用冷挤压凹模、纸品下料模、塑料成型模具、小尺寸冷切边模及冲孔模，低精度而形状简单的量具（如卡板等），也可用作不受较大冲击的耐磨零件等45号钢为优质碳素结构用钢用于制造齿轮、齿条、链轮、轴、键、销、蒸汽透平机的叶轮、压缩机泵的零件等)20钢的20是指含碳量，含碳量为0.2%，属于低碳钢。钢中可分为低碳钢、中碳钢和高碳钢。低碳钢--含碳量一般小于0.25%；中碳钢--含碳量一般在0.25～0.60%之间；高碳钢--含碳量一般大于0.60%。钢中除含有碳(C)元素和为脱氧而含有一定量硅(Si)(一般不超过0.40%),锰(Mn)(一般不超过0.80%,较高可到1.20%)合金元素外,不含其他合金元素(残余元素除外)。钢中含碳量低于2.1%为钢，含碳量高于2.1%为铁。钢中含碳量越高其韧性越差，钢中含碳量越高其韧性越好。补充：（1）20钢特性与15钢基本相似，但强度稍高。用途：适用于制造汽车、拖拉机及一般机械制造业中制作不太重要的中小型渗碳碳氮共渗等零件，如汽车上的手刹蹄片、杠杆轴、变速箱速叉、传动被动齿轮及拖拉机上凸轮轴、悬挂平衡器轴、平衡器内外衬套等；在热轧或正火状态下用于制造受力不大，而要求韧性高的各种机械零件；在重、中型机械制造业中，如锻制或压制的拉杆、钩环、杠杆、套筒、夹具等。在汽轮机和锅炉制造业中多用于压力≤6N/平方，温度≤450℃的非腐蚀介质中工作的管子、法兰、联箱及各种紧固件；在铁路、机车车辆上用于制造十字头、活塞等铸件。（2）25钢特性与20钢相近，强度稍高，含碳量介于低、中碳之间，太具有一定的强度，较好的塑性、韧性、焊接性及冷冲压性能，可切削性尚好，淬硬性、淬透性不高，但小截面零件，经淬火及低、中温回火后能获得较好的强度和韧性，无回火脆性，一般在热轧或正火后使用。用途：在一般机械制造业中适于制作焊接结构件以及经锻造、热冲压和机械制造业中适于制作焊接结构件以及经锻造、热冲压和机械加工而不受高应力的零件，如轴、辊子、连接器及紧固件等；在锅炉制造业中用于制作压力600N/mm2，温度450℃的锅炉上零件等。（3）30钢特性：与低碳钢相比，强度、硬度均较高，具有较好的韧性、焊接性尚好，此钢大多在正火状态下使用，也可进行调质处理。用途：适用于采用热锻、热压及切削加式方法，制造截面较小，受力不大工作温度≤150℃的零件，如丝杆、拉杆、轴键、吊环、齿轮、套筒等；切削性能良好，广泛应用于自动机床上加工的螺栓、螺钉等；也适用于制造需冷顶锻零件及焊接件；还可用作渗碳、碳氮共渗等零件。（35）钢特性与30钢相近，有较好塑性和适当的强度，可切削性好，焊接性尚可（当含碳量在上限时，焊接性差），冷变形塑性高，可在冷态下拉丝和局部镦粗，板材可进行冷冲压，钢的淬透性低，水中临界淬透直径一般在10~23mm,截面尺寸50mm时，调质与正火状态的力学性能相近，故截面尺寸较大的零件，如曲轴、转轴、杠杆、连杆、横梁、轮圈以及自动机床上加工的螺栓、螺钉等；也可不经热处理制造截荷不大的紧固件，如锅炉中用作温度450℃的螺栓、螺母等。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——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——T81、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30～50℃，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（30～50℃）℃？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30～50℃，使铁素体充分转变，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σb、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（150～250℃）：降低内应力和脆性，获得高硬度，高耐磨性。（B）中温回火（350～500℃）：使钢获得高弹性，高硬度，一定的韧性。（C）高温回火（500～650℃）：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σb、HB,、αk,、δ，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。第二章铸造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，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