机械工程材料及成型工艺1-2作业答案

《机械工程材料及成型工艺1-2》作业答案作业一一、测量金属硬度常用的试验方法有哪些？并指出各自的优缺点？并回答下列问题：下列零件选择哪种硬度法来检查其硬度比较合适？（1）库存钢材；（2）硬质合金刀头；（3）锻件。答：测量金属硬度常用的试验方法有布氏硬度、洛氏硬度和维氏硬度。布氏硬度的优点是压痕面积大，不受微小不均匀硬度的影响，试验数据稳定，重复性能好，但是，由于压痕面积大，又不适合成品零件和薄壁器件的硬度试验。洛氏硬度测定操作迅速、简便，压痕面积小，适用于成品检验，硬度范围广，由于接触面积小，当硬度不均匀时，数据波动较大，需多打几个点取平均值。维氏硬度试验的压痕是正方形，轮廓清晰，对角线测量准确，因此维氏硬度试验是常用硬度试验方法中精度最高的，同时它的重复性好，这一点比布氏硬度优越，维氏硬度测量范围宽，可以从几个到三千个维氏硬度单位都可以测量，以及可以测量薄的零件，维氏硬度最大的优点是测量值与所加载荷无关。维氏硬度试验效率低，要求较高的试验技术，对于试样表面的光洁度要求较高，操作麻烦费时，通常在实验室使用较多。（1）库存钢材，由于牌号多，种类多，所以硬度值会分布在一个比较大的范围，用洛氏硬度较为合适；（2）硬质合金刀头，该材料硬度值高，一般洛氏硬度测量范围偏小，用维氏硬度较为合适；（3）锻件，由于锻件组织粗大，强度硬度偏低，用布氏硬度较为合适。二、测量硬度时，为什么要求两个压痕之间有一定的距离？如果两点距离太近，会对硬度有何影响？答：测量硬度时，为了排除材料硬度不均匀性的影响以及第一次测试部位及附近发生了变形的影响，两个压痕之间应有一定的距离。如果两点距离太近，第一次测试后发生变形的部位的硬度会高于原硬度，即发生加工硬化现象。三、可否通过增加零件的尺寸来提高其弹性模量，为什么？答：弹性模量主要取决于材料内部原子间的作用力，如材料的晶格类型、原子间距，其它工艺及尺寸对其影响极小，所以不能通过增加零件尺寸来提高其弹性模量。四、简述屈服强度的工程意义。答：屈服强度是工程上最重要的力学性能指标之一。其工程意义在于：①屈服强度是防止材料因过量塑性变形而导致机件失效的设计和选材依据；②根据屈服强度与抗拉强度之比（屈强比）的大小，衡量材料进一步产生塑性变形的倾向，作为金属材料冷塑性变形加工和确定机件缓解应力集中防止脆性断裂的参考依据。五、如何从材料的应力-应变曲线判断材料的韧性？答：材料的韧性即为冲击韧性，是指材料在冲击载荷下抵抗变形和断裂的能力，是表征冲击载荷试样被折断而消耗的冲击功Ak，单位为焦耳（J）。材料在静载下进行拉伸实验，拉断后外力对材料所做的功可以表征材料冲击韧性的大小，该大小用曲线下面盖住的面积来表示。作业二一、如果其他条件相同，比较下列条件下铸件的晶粒大小：（1）金属型铸件和砂型铸件；（2）高温浇注和低温浇注；（3）薄壁铸件和厚壁铸件；（4）结晶过程中附加振动和不加振动。答：（1）金属型铸件的晶粒细小。因为金属型铸型导热系数大，冷却速度快，过冷度大。（2）高温浇注晶粒粗大。因为高温浇注过热度大，冷却速度小，过冷度小。（3）薄壁铸件晶粒细小。薄壁铸件冷却速度大，过冷度大。（4）结晶过程中附加振动的晶粒细小。因为振动可以打碎粗大的晶粒。二、简述晶界的结构及特性？答：晶界的结构：多晶体中的晶粒间的过渡区称为晶界，晶界处原子排列十分混乱，晶格畸变程度较大。晶界特点：（1）晶界是晶体的一种面缺陷，除增大金属的塑性变形抗力外，还使硬度、强度增高，同时能够协调相邻晶粒间的塑性变形；（2）原子沿晶界的扩散速度比晶粒内部低；（3）晶界的电阻比晶粒内部高；（4）晶界的熔点较晶粒内部低；（5）晶界的腐蚀速度一般比晶粒内部快；（6）晶界的晶格畸变较大，晶界能较高，有自发地向低能量状态转化的趋势；（7）新相容易在晶界处形核。三、试解释细晶强化、固溶强化、弥散强化、形变强化基本含义（补充阐述其机理）。答：细晶强化：通过细化晶粒而使金属材料力学性能提高的方法称为细晶强化，机理：晶界是位错运动的最大阻碍之一，晶粒越细小，晶界越多对位错的阻碍作用就越明显，同时，晶界增多，对裂纹的形成和扩展起阻碍作用，晶粒细小在一定程度上减小了应力集中。固溶强化：随着溶质原子的增加，合金的强度、硬度增加的现象。机理：溶质原子溶入溶剂使固溶体的晶格发生畸变，产生附加应力场，阻碍位错的运动，溶质原子被吸附在位错线附加形成柯氏气团，起钉扎作用。弥散强化（第二相强化）：若合金中的第二相以细小弥散的微粒均匀分布在基体上，则可显著提高合金的强度，称为弥散强化。机理：高分散度的质点成为障碍物，阻碍滑移过程的位错运动，从而增加塑性变形的抗力，第二相质点越细、越多，位错线越不易弯曲，强化效果越好。形变强化（加工硬化、冷作硬化）：随着冷变形量的增加，材料的强度、硬度增加，塑性、韧性降低的现象。机理：冷变形使晶体中位错密度大量增加，位错相互缠结，亚结构的产生。四、金属铸件的晶粒往往粗大，能否通过再结晶退火来细化其晶粒？为什么？答：金属铸件在铸型中冷却，冷却速度一般较低，导致过冷度小，晶粒往往比较粗大，但是不能通过再结晶退火来细化晶粒，因为铸件没有经过冷塑性变形，不能发生再结晶过程；同时，铸件加热到再结晶温度不会发生组织转变，从热处理角度来看没有细化的条件。