热加工基础总复习题+答案.doc

第一章 铸 造一、名词解释铸造：将热态金属浇注到与零件的形状相适应的铸型型腔中冷却后获得铸件的方法。热应力：在凝固冷却过程中，不同部位由于不均衡的收缩而引起的应力。收缩：铸件在液态、凝固态和固态的冷却过程中所发生的体积缩小现象，合金的收缩一般用体收缩率和线收缩率表示。金属型铸造：用重力浇注将熔融金属浇人金属铸型而获得铸件的方法。流动性：熔融金属的流动能力，仅与金属本身的化学成分、温度、杂质含量及物理性质有关，是熔融金属本身固有的性质。二、填空题 1.常用的特种铸造方法有（熔模铸造），（金属型铸造）、（压力铸造），（低压铸造）和（离心铸造）。 2.铸件的凝固方式是按（凝固区域宽度大小）来划分的，有（逐层凝固）、（中间凝固）和（糊状凝固）三种凝固方式。纯金属和共晶成分的合金易按（逐层凝固）方式凝固。3.铸造合金在凝固过程中的收缩分三个阶段，其中（液态收缩和凝固收缩）收缩是铸件产生缩孔和缩松的根本原因，而（固态收缩）收缩是铸件产生变形、裂纹的根本原因。 4.按照气体的来源，铸件中的气孔分为（侵入性气孔）、（析出性气孔）和（反应性气孔）三类。因铝合金液体除气效果不好等原因，铝合金铸件中常见的“针孔”属于（析出性气孔）。 5.铸钢铸造性能差的原因主要是（熔点高，流动性差）和（收缩大）。6.影响合金流动性的内因有（液态合金的化学成分）外因包括（液态合金的导热系数）和（黏度和液态合金的温度）。7，铸造生产的优点是（成形方便）、（适应性强）和（成本较低）。缺点是（铸件力学性能较低）、（铸件质量不够稳定）和（废品率高）。三、综合分析题1.何谓合金的充型能力？影响充型能力的主要因素有哪些？P3答：液态合金充满型腔，获得形状完整、轮廓清晰的铸件的能力，称为液态合金的充型能力。 影响充型能力的主要因素为： (1)合金的流动性；(2)铸型的充型条件；(3)浇注条件；(4)铸件结构等。2.合金的充型能力不好时，易产生哪些缺陷？设计铸件时应如何考虑充型能力？答：合金的充型能力不好时(1)在浇注过程中铸件内部易存在气体和非金属夹杂物；（2)容易造成铸件尺寸不精确，轮廓不清晰；(3)流动性不好，金属液得不到及时补充，易产生缩孔和缩松缺陷。 设计铸件时应考虑每种合金所允许的最小铸出壁厚，铸件的结构尽量均匀对称。以保证合金的充型能力。3.为什么对薄壁铸件和流动性较差的合金，要采用高温快速浇注？答：适当提高液态金属或合金的浇注温度和浇注速度能改善其流动性，提高充型能力，因为浇注温度高，浇注速度快，液态金属或合金在铸型中保持液态流动的能力强。因此对薄壁铸件和流动性较差的合金，可适当提高浇注温度和浇注速度以防浇注不足和冷隔。4.缩孔和缩松产生原因是什么？如何防止？答：缩孔缩松产生原因：铸件设计不合理，壁厚不均匀；浇口、冒口开设的位置不对或冒口太小；浇注铁水温度太高或铁水成分不对，收缩率大等。主要原因是液态收缩和凝固态收缩所致。 防止措施：(1)浇道要短而粗；(2)采用定向凝固原则；(3)铸造压力要大；(4)铸造时间要适当的延长；（5)合理确定铸件的浇注位置、内浇口位置及浇注工艺。5.什么是定向凝固原则和同时凝固原则？如何保证铸件按规定凝固方式进行凝固？答：定向凝固（也称顺序凝固）就是在铸件上可能出现缩孔的厚大部位安放冒口，在远离冒口的部位安放冷铁，使铸件上远离冒口的部位先凝固，靠近冒口的部位后凝固。 同时凝固，就是从工艺上采取各种措施，使铸件各部分之间的温差尽量减小，以达到各部分几乎同时凝固的方法。 控制铸件凝固方式的方法：（1）正确布置浇注系统的引人位置，控制浇注温度、浇注速度和铸件凝固位置；(2)采用冒口和冷铁；(3）改变铸件的结构；(4)采用具有不同蓄热系数的造型材料。6.哪类合金易产生缩孔？哪类合金易产生缩松？如何促进缩松向缩孔转化？答：逐层凝固的合金倾向于产生集中缩孔，如纯铁和共晶成分铸铁。糊状凝固的合金倾向于产生缩松，如结晶温度范围宽的合金。 促进缩松向缩孔转化的方法有： (1)提高浇注温度，合金的液态收缩增加，缩孔容积增加； (2)采用湿型铸造。湿型比干型对合金的激冷能力大，凝固区域变窄，使缩松减少，缩孔容积相应增加； (3)凝固过程中增加补缩压力，可减少缩松而增加缩孔的容积。7.图2-2-1是两种T型铸件，试分析铸件中热应力分布情况，并画出热应力引起的弯曲。 8.铸钢的铸造性能如何？铸造工艺上的主要特点是什么？P28答：铸造性能：钢液的流动性差；铸钢的体积收缩率和线收缩率大；易吸气氧化和粘砂；铸钢的铸造性能较差，易产生缩孔和裂纹等缺陷。 工艺特点：铸钢件在铸造工艺上必须首先考虑补缩问题，防止产生缩孔和裂纹等缺陷，铸件壁厚要均匀，避免尖角和直角结构，还可设置铸造小肋（防止铸件结构内侧因收缩应力而产生热裂）、提高型砂和型芯的退让性、多开内浇道、设置冒口和冷铁。9.金属型铸造为何能改善铸件的力学性能？灰铸铁件用金属型铸造时，可能遇到哪些问题？答：金属型铸造采用耐高温的金属做铸型，其型芯一般也用金属制成。故铸型和型芯都不具有退让性，且导热性好，铸件冷却速度快，所以组织细密，力学性能高。 浇不到、冷隔、裂纹等。10.压力铸造、低压铸造和挤压铸造的工艺特点及应用范围有何不同？P62答：11.下列铸件在大批量生产时，采用什么铸造方法为佳？带轮及飞轮：砂型铸造 大口径铸铁管：离心铸造 大模数齿轮滚刀：模锻 汽车喇叭：熔模铸造 汽轮机叶片：熔模铸造 车床床身：砂型铸造 缝纫机头：砂型铸造 铝活塞：金属性铸造 汽缸套：离心铸造 发动机缸体：砂型铸造12.图2-2-2为应力框铸件，凝固冷却后沿A-A线锯断，此时断口间隙大小会产生什么变？试分析原因。 15.何为铸件结构斜度？与起模斜度有何不同？图2-2-5所示结构是否合理？如何改进？答：铸件结构斜度为铸件上垂直于分型面的不加工表面，为起模方便和铸件精度所具有的斜度。铸件的结构斜度与起摸斜度不容混淆。结构斜度是在零件设计时直接在零件图上标出，且斜度值较大；起模斜度是在绘制铸造工艺图时，对零件图上没有结构斜度的立壁给予很小的起模斜度（0.53.0）图中内腔上方的小孔斜度不合理，模型不易从砂型中取出。 17为什么铸件会产生热裂纹？影响铸件产生热裂纹的主要因素是什么？答：收缩较大的金属（特别是铸钢件），由于高温时（即凝固期或刚凝固完毕时）的强度和塑性等性能低，是产生热裂的根本原因。影响热裂纹的主要因素有： (1)铸件材质 结晶温度范围较窄的金属不易产生热裂纹，结晶温度范围较宽的金属易产生热裂纹。灰铸铁在冷凝过程中有石墨膨胀，凝固收缩比白口铸铁和碳钢小，不易产生热裂纹，而白口铸铁和碳钢热裂倾向较大。硫和铁形成熔点只有985的低熔点共晶体并在晶界上呈网状分布，使钢产生“热脆”。 (2)铸件结构 铸件各部位厚度相差较大，薄壁处冷却较快，强度增加较快，阻碍厚壁处收缩，结果在强度较低的厚处（或厚薄相交处）出现热裂纹。 (3)铸型阻力铸型退让性差，铸件高温收缩受阻，也易产生热裂纹。 (4)浇冒口系统设置不当 如果铸件收缩时受到浇口阻碍；与冒口相邻的铸件部分冷凝速度比远离冒口部分慢，形成铸件上的薄弱区，也都会造成热裂纹。第二章 锻 压一、名词解释塑性变形：材料在外力的作用下发生的不可回复的变形。 加工硬化：金属的塑性变形导致其强度、硬度提高，而塑性和韧性下降的现象。 纤维组织：热加工时，铸态组织中的各种夹杂物，由于在高温下具有一定塑性，它们会沿着变形方向伸长，形成纤维分布，当再结晶时，这些夹杂物依然沿被伸长的方向保留下来，称为纤维组织。 可锻性：衡量材料能够进行压力加工难易程度的工艺性能，包括材料的塑性和变形抗力。 自由锻：只用简单的通用性的工具，或在锻造设备上的上、下砧间直接使坯料变形而获得所需几何形状及内部质量的锻件的加工方法。二、填空题 1.影响合金锻造性能的内因有（化学成分）和（组织结构）两方面，外因包括（变形温度）、（变形速度）、（应力状态）和（润滑条件）。 2.冲压的基本工序包括（变形）和（分离）两大类。 3.绘制自由锻件图时应考虑（加工余量）、（公差）和（余块）等工艺参数问题。 4.锻压生产的实质是（利用金属在固态下的塑性成形），所以只有（塑性好的）材料适合于锻造。 5.模型锻造的基本方法包括（锤上模锻）和（其他设备上模锻）锻造。6.热变形是指（金属再结晶）温度以上的变形。 7.金属的锻造性能决定于金属的（塑性）和变形的（变形抗力）。 8.锻造时，金属允许加热到的最高温度称（始锻温度），停止锻造的温度称（终锻温度） 9深腔件经多次拉深变形后应进行（再结晶退火）热处理。 10.自由锻锻造设备有（空气锤）、（蒸汽空气锤）和（压力机）三大类。 11.锻压加工方法的主要优点是（力学性能高、节约金属、生产率高、适应性广），主要缺点是（结构工艺性要求高、尺寸精度低、初期投资费用高）。 12冲孔和落料的加工方法相同，只是作用不同，落料冲下的部分是（工件），冲孔冲下的部分是（废料）。 13.金属在加热时可能产生的缺陷有（过热）、（过烧）和（氧化）等。 14.冲裁时板料分离过程分为（弹性变形阶段）、（塑性变形阶段）和（断裂分离阶段）三个阶段。 15. 20钢的锻造性能比T10钢（好），原因是（T10钢是结构钢，塑性差）。三、综合分析题3碳钢在锻造温度范围内变形时，是否会产生冷变形强化？答：碳钢在锻造温度范围内变形时，若采用高速锤锻造，产生加工硬化的速率高而发生再结晶的速率较低时，也可能会产生冷变形强化。4.热变形对金属组织和性能有什么影响？答：热变形使得金属的晶粒细化，组织致密，强度、塑性及韧性都得到提高。同时金属中出现流线组织，且表现为各向异性。5.塑性差的金属材料进行锻造时，应注意什么问题？答：加热升温速度要慢，采用压力机上锻造，对坯料施加静压力，降低变形速度，使再结晶能充分的进行，防止产生加工硬化。6.模锻的设备主要有哪些？其特点及应用范围如何？答：模锻的设备主要有以下几种。 (1)模锻锤：对金属主要施加冲击力。变形速度快，锻件质量高，材料的利用率高，并且成本较低，适合大批量生产。 (2)压力机：对金属主要施加静压力，金属在模膛内流动缓慢，在垂直于力的方向上容易变形，有利于对变形速度敏感的低塑性材料的成形，并且锻件内外变形均匀，锻造流线连续，锻件力学性能好。10.锤上模锻能否直接锻出通孔？如何锻出通孔？答：不能直接锻出通孔，要留冲孔连皮，锻造后用切边压力机切除。11.在曲柄压力机上能否实现拔长、滚挤等变形工序？并简述理由。答：不可以。曲柄压力机工作时滑块行程较小，在滑块的一个往复行程中完成一个工件的变形，故不适于加工长轴类锻件。拔长、挤压等制坯工序需在其他设备上完成。12.用什么方法能保证将厚度为1. 5mm,直径为250mm的低碳钢钢板加工成直径为50mm的筒形件？答：采用多次拉深。在拉深工序间安排退火处理，以消除加工硬化现象。在多次拉深过程中，拉伸系数不断增大，确保筒形件质量和生产顺利进行。13.比较落料和拉深工序凸凹模结构及其间隙有什么不同？答：落料是分离工序，凹模与凸模边缘是锋利的刃口，而拉伸是变形工序，凸凹模边缘为圆角。落料的凸凹模间隙小于板的厚度，且凸凹模间隙要求合适，这样上下裂纹重合一致，冲裁力、卸料力和推件力适中，模具才具有足够的寿命，落料的尺寸几乎与模具一致，且塌角、毛刺和斜度均很小。过大或过小的间隙都会影响模具的使用寿命和零件的质量。 拉伸的凸模和凹模间隙比落料时凸凹模的间隙大，一般大于板料的厚度。14.试述冲裁间隙对冲裁件的质量和冲模寿命的影响。答：当落料件的凸凹模间隙过小时，上下裂纹向外错开。凸凹模受到金属的挤压作用增大，从而摩擦力增大，加剧了凸、凹模的磨损，降低了模具寿命。但零件光面宽度增加，塌角、毛刺、斜度等都有所减小，工件质量较高。当间隙过大时，上、下裂纹向内错开。断面光面减小，塌面与斜度增大，形成厚而大的拉长毛刺，且难以去除，同时冲裁的翘曲现象严重。但是，推件力与卸料力大为减小，甚至为零，材料对凸、凹模的磨损大大减弱，所以模具寿命较高。落料的凸凹模间隙合适时，上下裂纹重合一致，冲裁力、卸料力和推件力适中，模具具有足够的寿命，切断面的塌角、毛刺和斜度均很小，零件的尺寸几乎与模具一致。15冲压模的种类有哪些？指出各自的特点及应用范围。答：(1)简单冲模：结构简单，容易制造，适用于冲压件的小批量生产； (2)连续冲模：可以循环多次冲模，生产效率高，易于实现自动化。但要求定位精度高，制造复杂，成本较高； (3)复合冲模：最大特点是模具中有一个凸凹模。适用于产量大、精度高的冲压件，但模具制造复杂、成本高。17.指出下列自由锻件（如图2-2-14所示）结构工艺性的不合理处，并提出改进意见。答：(a) , (d)自由锻不能锻出曲面相交的复杂结构；(b)自由锻应避免锥体结构(c)自由锻不能锻出凹凸不平的辐板；(e)自由锻应避免加强筋结构。辐板处应该加厚。模锻件应避免高筋和凸起结构。第三章 焊 接一、名词解释 热影响区：焊缝两侧，由于焊接热的作用组织和性能发生变化的区域。 焊接：通过加热或加压，或两者并用，并且用或不用填充材料，使焊件达到原子结合的一种加工方法。 焊接电弧：焊件与焊条之间（或二电极之间，电极与焊件之间）的气体介质产生的强烈而持久的放电现象。 酸性焊条：指焊条熔渣的成分主要是酸性氧化物（如TiO2、Fe2 O3）的焊条。 焊接性：指金属材料对焊接加工的适应性，即金属材料在一定焊接工艺条件下（焊接方法、焊接材料、焊接工艺参数和结构形式等），获得优质焊接接头的难易程度。二、填空题 1.按焊接过程的特点，焊接方法可归纳为（熔化焊）、（压力焊）和（钎焊）三大类。 2.焊接电弧由（阴极区）、（阳极区）和（弧柱区）三部分组成，其中（弧柱区）区的温度最高。 3.焊条是由（焊芯）和（药皮）两部分组成。 4.焊接接头的基本形式有（对接）、（搭接）、（角接）和（T型接头）四种。其中（对接）接头最容易实现，也最容易保证质量，有条件时应尽量采用。 5.为防止普通低合金钢材料焊后产生冷裂纹，焊前应对工件进行（预热）处理，采用（碱性焊条）焊条，以及焊后立即进行（去应力退火）。 6.为减少焊接应力，在焊接时通常采用的工艺措施有（选择合理的焊接次序）、（焊前预热）、（采用小电流，快速焊）、（锤击或碾压焊缝）和（焊后热处理）等。 7焊接变形的基本形式有（收缩变形）、（角变形）、（弯曲变形）、（波浪变形）和（扭曲变形）。 8手工电弧焊时，焊条的焊芯在焊接过程中的作用是（电极）和（填充金属）。 9.低碳钢的热影响区可分为（熔合区）、（过热区）、（正火区）和（部分相变区）区等，其中(熔合区)和（过热区）区对焊接接头质量影响最大。 10，焊缝位置的布置原则包括（焊缝位置应便于操作）、（焊缝尽量分散，避免密集交叉）、（焊缝尽量对称分布）、（焊缝布置应避开最大应力与应力集中位置）和（焊缝应尽量远离机械加工面）五个方面。 11手工电弧焊是以（电弧）做热源，其特点是（手工电弧焊灵活，可以进行全位置施焊，可焊任意形状的焊缝，可以焊接较薄较小的工件，但是，手工电弧焊生产率低，太厚或太薄的工件捍接时质量难以保证，焊接质量受操作者的技术水平限制，质量不稳定）。 12.请按化学性质对以下焊条进行分类： （1）E4315（酸性）；（2）E5015（碱性）。三、综合分析题1.焊缝形成过程对焊接质量有何影响？试说明其原因。答：（1）在焊缝的成形过程中，熔融金属的保护对焊接质量有直接的影响，若保护不良，空气中的氧、氮、氢会溶人液态金属中，引起气孔、夹渣、裂纹，损害金属的性能；（2）焊接过程中的热循环对焊接质量有影响，熔池金属由于温度过高，合金元素可能发生蒸发或氧化，热影响区可能因过热导致晶粒粗大，使性能降低，不均匀的温度分布，还会引起焊接变形和焊接应力，降低焊接质量； （3）焊缝的形状不规则，会造成应力集中，降低焊接质量； （4）焊接过程中，坡口间隙大小，焊接规范参数的变化，坡口表面的清洁程度等对焊接质量也会产生较大的影响。2.熔焊、压焊、钎焊三者的主要区别是什么？何种最常用？答：熔化焊接是指焊接过程中，金属发生局部熔化，进行了化学冶金反应；压力焊是指在焊接过程中，施加了压力作用，金属主要靠塑性变形来实现连接的；钎焊时，被焊接的金属不熔化，利用熔点比被焊金属低的钎料熔化填满缝隙，形成焊缝。其中熔化焊最常用3.直流电弧的极性指的是什么？了解直流电弧极性有何实用意义？答：直流电弧的极性是指工件与电弧阴极或阳极的接法，正接是将工件接阳极，焊条接阴极，这时电弧的热量主要集中在焊件上，有利于加快焊件熔化，保证足够几的熔深，适用于焊接较厚的工件；反接是将工件接阴极，焊条接阳极，适用于焊接有色金属及薄钢板。4.电弧焊电源与一般电力电源的主要区别何在？为什么要有这种区别？答：一般电力电源要求电源电压不随负载的变化而变化，而焊接电源要求其电压随负载增大而迅速降低，即具有陡降的特性以满足焊接的要求。6.当采用光焊芯焊接时，焊缝区域发生了怎样的冶金反应？答：当采用光焊芯焊接时，焊缝区域发生的冶金反应有金属的氧化、氢、氮的溶解等。7钎焊和熔焊的主要区别在哪里？与熔焊相比，钎焊有哪些主要优缺点？适用于什么情况？答：钎焊是利用熔点比母材低的钎料熔化填满缝隙形成焊接接头，母材不熔化；熔化焊是用焊条或焊丝（或不用），母材发生局部熔化形成焊接接头。 钎焊的优点：生产率高、焊接变形小、焊件尺寸精确、可焊接异种金属、易于实现机械化和自动化；缺点：焊缝强度低。 适合于焊接小而薄，且精度要求高的零件，广泛应用于机械、仪表、电子、航空、航天等部门。8.为表2-2-2所列产品选择焊接方法。9.为表2-2-3所列的各项选择适宜的焊接方法。10.产生焊接应力和变形的主要原因是什么？焊接应力与变形对焊接结构各有哪些影响？并定性说明焊接残余应力分布的一般规律。答：焊接应力和变形产生的主要原因是焊接过程中，对焊件的不均匀加热和冷却。 焊接应力对结构的质量、使用性能（如静载强度、疲劳强度等）和焊后机械加工精度有很大影响。 焊接变形会给装配工作带来很大困难，降低焊接结构的使用性能，矫正要用较多时间，甚至使焊接结构报废。 焊接残余应力分布的一般规律是焊缝及两侧为拉应力，远离焊缝处为压应力。11.焊接铜、铝及其合金时，要考虑的主要问题各是什么？选用何种焊接方法最佳？为什么？答：焊接铜及铜合金需要考虑的主要问题有：焊接裂纹，产生气孔，焊不透，焊接变形。选择能量集中的焊接方法，如氢弧焊、等离子弧焊、电子束焊、激光焊。 焊接铝及铝合金需要考虑的主要问题有：合金的氧化，气孔的产生， 焊接裂纹，焊接变形，未熔合。氬弧焊最佳12.什么是酸性焊条和碱性焊条？从焊条的药皮组成、焊缝力学性能及焊接工艺等方面比较其差异及适用性。答：酸性焊条是指焊条药皮熔渣中的主要成分是酸性氧化物，氧化性较强，易烧损合金元素，对焊件上的油污、铁锈不敏感，焊接工艺性能好，熔渣熔点低，流动性好，易脱渣，焊缝成形好，但难以有效清除熔池中S、P杂质，热裂倾向大；常用于一般钢结构的焊接。 碱性焊条是指焊条药皮熔渣中的主要成分是碱性氧化物和铁合金，氧化性弱，脱S、P能力强，抗裂性好，对油污、水锈等的敏感性较大，易产生气孔，焊条的焊接工艺性差，一般要求直流反接，主要用于重要构件的焊接（如压力容器）。13.高强度低合金结构钢焊接后产生冷裂纹的主要原因是什么？如何防止？答：高强度低合金结构钢焊接后产生冷裂纹的主要原因是： (1)焊接中，坡口、焊丝表面不清洁，焊条、焊剂烘干不够，使接头含氢超过临界含氢量； (2)焊接接头拘束度太大，产生较大的应力； (3)焊后接头冷却速度过大，产生淬硬组织。防止措施：(1)焊接坡口、焊丝表面清理干净，焊条、焊剂按要求严格烘干；(2)选择韧性好的低氢型焊条。11.中碳钢、强度较高的低合金结构钢的焊接性能低于低碳钢，主要表现在哪里？它们在焊接时，工艺上和焊条选择上有何共同特点？焊前预热和焊后缓冷起何作用？若某碳钢与某低合金结构钢的力学性能相同，宜选哪一种材料作焊接结构？答：中碳钢、强度较高的低合金结构钢的焊接性能低于低碳钢，主要表现在：中碳钢、强度较高的低合金结构钢的碳当量大于低碳钢的碳当量；共同点：焊接方法上没有特殊要求，常用的焊接方法有手工电弧焊、埋弧自动焊、CO2焊、电阻焊。 （1）低碳钢焊接时，在零度以下低温焊接厚件时，须预热焊件，厚度超过50mm，焊后须进行热处理，以消除内应力；在焊条选择上，一般选择酸性焊条，对重要结构构件，应选择低氢型焊条（E5o15、ESO16等）。 （2）中碳钢、强度较高的低合金结构钢焊接时，需要采取特殊的工艺措施。通常选用抗裂性好的低氢型焊条，焊前预热、焊后缓冷和进行去应力退火；采用细焊条、小电流、开坡口、多层焊，焊条要烘干，坡口处应清理干净。 焊前预热和焊后缓冷的作用：焊前预热可以减少焊件各部位的温差，降低焊接应力，有利于防止焊接裂纹的产生；焊后缓冷可以避免接头淬硬组织的产生，降低焊接接头的焊接应力，防止焊接裂纹的产生。 若某碳钢与某低合金结构钢的力学性能相同，宜选某低合金结构钢材料做焊接结构。第四章 毛坯件件选择与检验1.为什么齿轮多用锻件，而带轮和飞轮多用铸件？答：齿轮因受力大且复杂应选用锻件，带轮和飞轮受力不大且结构简单，因此可选用铸件。2选择毛坯的三项原则相互关系如何？答：选择毛坯的三项原则是零件的使用性原则、材料的工艺性原则、经济性原则4.为什么说毛坯材料确定后，毛坯的种类也就基本上确定了？答：材料确定后，材料的工艺性即已确定，一般应采用工艺性较好的成形方法进行毛坯的成形，因此毛坯的种类也就基本确定。5.请为下列零件选择合适的毛坯生产方法：发动机活塞、汽轮机叶片、 机床主轴、机床床身、 大口径铸铁污水管、锅炉筒体、子弹弹壳重要齿轮、汽车油箱、船体、成批大量生产的垫片；成批大量生产的变速箱体；单件生产的机架；形状简单、承载能力较大的轴；家庭用的液化气钢瓶；大批量生产的直径相差不大的轴；汽车发动机上的曲轴。金属工艺学上、下册习题集（一）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，无单位。（二）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3、填表：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b、HB 低 k、 高奥氏体A0.772.11固溶体一定的 b、HB，较高的 k、渗碳体Fe3C6.69化合物硬而脆，0珠光体P0.77混合物具有综合力学性能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+FT10 钢的结晶过程：LL+AAA+ Fe3CP+ Fe3C 室温组织：P+ Fe3C6、填表钢号所属类别大致含碳量/%性能特征用途Q235-A普通碳素体结构钢0.170.25一定的 b、HB,较高的 k、 螺钉45优质碳素中碳钢0.45具有综合力学性能主轴T10A碳素工具钢1.0b、HB 较高,k,、 较低锉刀16Mn16 锰钢0.16较高的 b，HB,k, 建筑用钢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（三）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 3050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（150250）：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：纯金属或共晶成分的合金在凝固过程中不存在固、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。8、试用下图轨道铸件分析热应力的形成原因，并用虚线表示铸件的变形方向。答：由于铸件的壁厚不均匀，各部分的冷却速度不同，在同一时期铸件各部分收缩不一致，铸件内部各处存在的应力状态也不同。铸件冷却至室温，壁厚处留存残余拉应力，导致 压缩变形；壁薄处留存残余压应力，导致拉伸变形，变形方向如图所示。9、某铸件时常产生裂纹缺陷，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。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、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 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，晶粒大小不同，故力学性能也不相同。壁厚 5mm 的 铸件，要求b=220MPa，应选用 HT200 ；壁厚 25mm 的铸件，要求b=220MPa，应选 用 HT250； 壁厚 52mm 的铸件，要求b=220MPa， 应选用 HT3007、为什么球墨铸铁是“以铁代钢”的好材料？球墨铸铁是否可以全部取代可锻铸铁？为什 么？答：因为球墨铸铁的力学性能几乎与 45 调质钢的力学性能一致，并且球墨铸铁还可以利用 各种热处理改善基体组织，以满足不同零件使用性能的要求。所以，球墨铸铁是“以铁代 钢”的好材料。不可以。 因为球墨铸铁的流动性较差，很难制造形状复杂的薄壁小件。8、制造铸铁件、铸钢件和铸铝件所用的熔炉有何不同？所用的型砂又有何不同？为什么？ 答：铸铁件所用熔炉为：冲天炉 ，燃料：焦碳。铸铝件所用熔炉为：炼钢炉，如电弧炉、感应炉，燃料：电。 铸钢件所用熔炉为：坩埚炉 ， 燃料：焦碳。 铸铁件所用型砂：SiO2 湿砂，颗粒细小，以提高砂的粘度。铸钢件所用型砂：颗粒大而均匀的硅砂，以提高砂的耐火性、抗粘砂性及透气性。铸铝件所用型砂：细小的红砂，使铸件的表面光洁。9、下列铸件宜选用哪类铸造合金？并写出牌号。车床床身：灰铸铁 HT200自来水管道弯头：黑心可煅铸铁KTH350-10摩托车汽缸体：铸造铝硅合金ZAlSi12火车轮：孕育铸铁HT300减速器涡轮：铸造锡青铜ZCuSn10Pb1汽缸套：铸造黄铜ZCuZn38压气机曲轴：球墨铸铁QT700-2P552、浇注位置的选择原则是什么？答：浇注位置的选择原则是：（1）铸件的重要加工面朝下；（2）铸件的大平面朝下；（3）铸件面积较大的薄壁部分置于铸型下部或垂直位置；（4）收缩大的铸件厚壁部分位于铸型上部，以实现定向凝固。3、铸型分型面的选择原则是什么？ 答：铸型分型面的选择原则是：（1）铸件的最大截面，且最好是平直面 ；（2）尽量使铸件的全部或大部分置于同一个砂箱 ；（3）尽量使型腔及主要型芯位于下砂箱。4、铸件的工艺参数包括哪几项内容？ 答：铸件的工艺参数包括（1）铸件的机械加工余量和最小铸孔；（2） 铸件的起模斜度和收缩率；（3）型心头尺寸。P801、 什么是熔模铸造？试用方框图表示其大致工艺过程？答：熔模铸造就是用蜡质制成模样，在模样上涂挂耐火材料，经硬化后，再将模样融化排出型外，从而获得无分型面的铸型。 其工艺过程：蜡模制造型壳制造焙烧浇注2、 为什么熔模铸造是最有代表性的精密铸造方法？它有哪些优越性？ 答：因为熔模铸造铸型精密，型腔表面极为光滑，故铸件的精度高，表面质量高；铸型无分型面，可制造外形复杂、难以切削的小零件，故熔模铸造是最有代表性的精密铸造方法。 熔模铸造的优越性：（1）铸件精度高（IT11IT14），表面粗糙度值低（Ra253.2um）；（2）铸型预热后浇注，故可生产形状复杂的薄壁小件(Smin=0.7mm ) ；（3）型壳用高级耐火材料制成，故能生产出高熔点的黑色金属铸件；（4）生产批量不受限制，适于单件、成批、大量生产。3、 金属型铸造有何优越性？为什么金属型铸造未能广泛取代砂型铸造？ 答：金属型铸造的优越性：（1）可“一型多铸”，便于实现机械化和自动化生产，生产率高；（2）铸件表面精度高（IT12IT16），粗糙度值低（Ra2512.5um）；（3）组织致密，铸件力学性能高；（4）劳动条件得到显著改善。 金属型铸造成本高，周期长，工艺要求严格，铸件易出现浇不足、冷隔、裂纹等缺陷，易 产生白口现象，外形不易复杂，所以金属型铸造不宜生产铸铁件，而广泛应用于铜、铝合 金铸件的大批量生产，故它不能取代砂型铸造。4、为什么用金属型生产灰铸件常出现白口现象？该如何预防和消除其白口组织？ 答：因为金属型导热快，故灰铸件中易出现白口组织。预防措施：铸型预热；合适的出型时间；采用高碳、高硅铁水。 消除白口组织的措施：利用出型时铸件的自身余热及时退火。5、 压力铸造有何优缺点？它与熔模铸造的使用范围有何不同？ 答：压力铸造的优点：（1）铸件的精度高（IT11IT 13），表面粗糙度值低（Ra6.31.6um），铸件不经机加工可直接使用；（2）可压铸形状复杂的薄壁件、小孔、螺纹、齿轮等；（3）铸件在高压下快速冷却成型，晶粒层致密，力学性能高（4）在铸造行业，生产率最高。 压力铸造的缺点：（1）设备昂贵，生产成期长，成本高；（2）压铸高熔点合金如铜、钢、铸铁等压型寿命很低；（3）压型速度极快，型腔中气体很难逸出，铸件中容易产生气孔，缩松；（4）不能用热处理方法提高力学性能。 应用：低熔点有色金属，如铝、镁、锌合金。6、 低压铸造的工作原理与压力铸造有何不同？为什么重要的铝合金铸件经常采用低压铸 造？答：低压铸造是使液态合金在较低压力（2070KPa）下，自下而上地填充型腔，并在压力 下结晶形成铸件。因此与压力铸造相比，所受压力大小不同，液态金属流动方向不同。 因为低压铸造充型平稳，液流和气流的方向一致，故气孔，夹渣等缺陷少；组织致密， 铸件力学性能高；充型能力强，有利于形成轮廓清晰、表面光洁的铸件，故重要的铝合 金铸件常采用低压铸造。7、 什么是离心铸造？它在圆筒形或圆环形铸件生产中有哪些优越性？成形铸件采用离心 铸造有什么好处？答：将液态合金浇入高速旋转的铸型，使金属液在离心力作用下充填铸型并结晶，这种 铸造方法称做离心铸造。 优越性：（1）利用自由表面产生圆筒形成环行铸件，可省去型芯和浇注系统，省工，省 料，降低铸件成本。（2 ）液态金属中气体和熔渣在离心力的作用下向铸件内腔移动而排除，所以 铸件极少有缩孔，缩松，气孔，夹渣等缺陷。（3）便于制造双金属铸件 成形铸件采用离心铸造可使金属液充型能力的提高，铸件组织致密。8、 下列铸件在大批量生产时，以什么铸造方法