金属工艺学题库及答案

金属工艺学题库及答案一、填空题1.金属材料的性能包括使用性能和工艺性能，使用性能包括力学性能、物理性能和化学性能，工艺性能包括铸造性能、锻造性能、焊接性能和切削加工性能等。2.金属的晶体结构的基本类型有体心立方晶格、面心立方晶格和密排六方晶格。3.实际金属晶体的缺陷有点缺陷、线缺陷和面缺陷，其中点缺陷包括空位和间隙原子，线缺陷主要指位错，面缺陷包括晶界和亚晶界。4.铁碳合金的基本组织有铁素体、奥氏体、渗碳体、珠光体和莱氏体。5.钢的热处理工艺一般由加热、保温和冷却三个阶段组成，根据加热和冷却方法的不同，可分为整体热处理、表面热处理和化学热处理三大类。6.整体热处理包括退火、正火、淬火和回火，其中退火又可分为完全退火、不完全退火、球化退火、去应力退火等。7.钢的淬火加热温度，亚共析钢一般为Ac3以上30-50℃，过共析钢为Ac1以上30-50℃。8.常用的淬火冷却介质有油、水和盐水等，水的冷却能力较强，油的冷却能力较弱。9.回火可分为低温回火、中温回火和高温回火，低温回火主要用于工具、量具、滚动轴承等，中温回火主要用于弹簧等，高温回火可获得良好的综合力学性能，常用于重要的结构零件。10.表面热处理分为表面淬火和化学热处理，表面淬火又可分为感应加热表面淬火、火焰加热表面淬火等，化学热处理包括渗碳、渗氮、碳氮共渗等。11.铸造是将液态金属浇注到具有与零件形状相适应的铸型型腔中，待其冷却凝固后，获得零件或毛坯的方法。12.铸造工艺方法可分为砂型铸造和特种铸造，砂型铸造是最常用的铸造方法，特种铸造包括熔模铸造、金属型铸造、压力铸造、低压铸造等。13.铸件的凝固方式有逐层凝固、糊状凝固和中间凝固三种。14.铸件中的气孔主要有侵入气孔、析出气孔和反应气孔三种。15.锻造是利用外力使金属坯料产生塑性变形，以获得具有一定形状、尺寸和力学性能的锻件的加工方法。16.锻造比是衡量锻造时金属变形程度的指标，它等于锻造前的横断面积与锻造后的横断面积之比。17.自由锻造的基本工序有镦粗、拔长、冲孔、弯曲、扭转、错移等。18.模锻分为锤上模锻、压力机上模锻等，模锻件的精度和生产率比自由锻造高。19.焊接是通过加热或加压，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。20.焊接方法可分为熔焊、压焊和钎焊三大类，熔焊包括手工电弧焊、埋弧焊、气体保护焊等，压焊包括电阻焊、摩擦焊等，钎焊包括软钎焊和硬钎焊。21.手工电弧焊的焊接过程中，焊条由药皮和焊芯两部分组成，药皮的作用是保证焊缝质量、稳弧、造渣、脱氧等。22.切削加工是利用切削刀具从工件上切除多余材料，以获得符合要求的零件的加工方法。23.切削运动包括主运动和进给运动，主运动是使刀具和工件之间产生相对运动，以切除工件上多余材料的基本运动，进给运动是使新的金属不断投入切削的运动。24.切削用量三要素是指切削速度、进给量和背吃刀量。25.刀具材料应具备高硬度、高耐磨性、足够的强度和韧性、高耐热性等性能，常用的刀具材料有高速钢、硬质合金等。二、选择题1.下列金属材料中，属于有色金属的是（）A.碳钢B.合金钢C.铝合金D.铸铁答案：C。铝合金属于有色金属，碳钢、合金钢和铸铁都属于黑色金属。2.金属的晶体结构中，原子排列最紧密的是（）A.体心立方晶格B.面心立方晶格C.密排六方晶格D.以上都不对答案：B。面心立方晶格和密排六方晶格的原子排列紧密程度较高，但面心立方晶格的配位数为12，原子排列更紧密。3.铁素体的晶体结构是（）A.体心立方晶格B.面心立方晶格C.密排六方晶格D.以上都不对答案：A。铁素体是碳溶解在α-Fe中形成的间隙固溶体，α-Fe是体心立方晶格。4.下列热处理工艺中，属于整体热处理的是（）A.感应加热表面淬火B.渗碳C.完全退火D.碳氮共渗答案：C。完全退火属于整体热处理，感应加热表面淬火属于表面热处理，渗碳和碳氮共渗属于化学热处理。5.钢的淬火目的是为了获得（）A.珠光体B.贝氏体C.马氏体D.铁素体答案：C。淬火是将钢加热到临界温度以上，保温一定时间后迅速冷却的热处理工艺，目的是获得马氏体组织，提高钢的硬度和耐磨性。6.下列铸造工艺方法中，生产率最高的是（）A.砂型铸造B.熔模铸造C.压力铸造D.金属型铸造答案：C。压力铸造是在高压下将液态金属快速压入铸型型腔中，生产率较高，砂型铸造生产率相对较低，熔模铸造生产周期较长，金属型铸造生产率也不如压力铸造。7.自由锻造时，使坯料高度减小、横断面积增大的工序是（）A.镦粗B.拔长C.冲孔D.弯曲答案：A。镦粗是使坯料高度减小、横断面积增大的工序，拔长是使坯料长度增加、横断面积减小的工序，冲孔是在坯料上冲出通孔或盲孔的工序，弯曲是使坯料产生弯曲变形的工序。8.下列焊接方法中，属于压焊的是（）A.手工电弧焊B.埋弧焊C.电阻焊D.气体保护焊答案：C。电阻焊属于压焊，手工电弧焊、埋弧焊和气体保护焊都属于熔焊。9.切削加工时，主运动通常只有（）A.一个B.两个C.三个D.多个答案：A。切削加工时，主运动通常只有一个，它是切除工件上多余材料的基本运动。10.下列刀具材料中，硬度最高的是（）A.高速钢B.硬质合金C.陶瓷D.金刚石答案：D。金刚石的硬度最高，其次是陶瓷、硬质合金，高速钢的硬度相对较低。三、判断题1.金属材料的力学性能是指金属材料在受力作用时所表现出来的性能，如强度、硬度、塑性、韧性等。（）答案：√。力学性能是金属材料在受力作用时的重要性能指标。2.晶体和非晶体的主要区别在于晶体具有规则的几何外形，而非晶体没有。（）答案：×。晶体和非晶体的主要区别在于晶体具有固定的熔点和规则的原子排列，而非晶体没有固定熔点，原子排列无序。3.铁碳合金中，随着含碳量的增加，硬度升高，塑性和韧性降低。（）答案：√。含碳量增加，渗碳体含量增多，硬度升高，塑性和韧性降低。4.退火和正火的主要区别在于冷却速度不同，退火的冷却速度较慢，正火的冷却速度较快。（）答案：√。退火一般是随炉冷却，正火是在空气中冷却，正火冷却速度快。5.铸件的凝固方式主要取决于合金的结晶温度范围和铸件的温度梯度。（）答案：√。合金结晶温度范围和铸件温度梯度影响铸件的凝固方式。6.自由锻造可以锻造形状复杂的锻件。（）答案：×。自由锻造适合锻造形状简单的锻件，模锻更适合锻造形状复杂的锻件。7.焊接过程中，焊缝金属的组织和性能与母材相同。（）答案：×。焊缝金属在焊接过程中经历了快速加热和冷却，组织和性能与母材有差异。8.切削用量三要素中，对刀具耐用度影响最大的是切削速度。（）答案：√。切削速度对刀具耐用度影响最大，其次是进给量和背吃刀量。9.金属型铸造可以铸造各种形状和尺寸的铸件。（）答案：×。金属型铸造有一定的局限性，不适合铸造形状特别复杂和大型的铸件。10.渗氮处理的零件比渗碳处理的零件具有更高的硬度和耐磨性，且渗氮温度低，变形小。（）答案：√。渗氮处理能使零件获得高硬度、高耐磨性，且渗氮温度低，变形小。四、简答题1.简述金属材料的强化方法有哪些？答：金属材料的强化方法主要有以下几种：（1）固溶强化：通过溶入某种溶质元素形成固溶体而使金属的强度、硬度提高的现象。溶质原子的存在会阻碍位错的运动，从而提高材料的强度。（2）细晶强化：通过细化晶粒来提高金属材料的强度和韧性。晶粒越细，晶界越多，位错运动受到的阻碍越大，同时细晶粒还能使材料在断裂时产生更多的裂纹扩展路径，提高韧性。（3）加工硬化：金属材料在塑性变形过程中，随着变形程度的增加，强度和硬度提高，塑性和韧性下降的现象。加工硬化是由于位错密度增加，位错之间相互作用加剧，阻碍了位错的进一步运动。（4）弥散强化：通过在金属基体中引入细小弥散的第二相粒子来提高材料的强度。第二相粒子可以阻碍位错的运动，提高材料的强度和硬度。（5）相变强化：通过热处理等方法使金属发生相变，形成强度和硬度较高的组织，如淬火形成马氏体等。2.简述砂型铸造的工艺过程。答：砂型铸造的工艺过程主要包括以下几个步骤：（1）模样和芯盒准备：根据零件的形状和尺寸制作模样和芯盒，模样用于形成铸件的外形，芯盒用于制作型芯，以形成铸件的内腔等。（2）型砂和芯砂配制：型砂和芯砂是铸造用的造型材料，需要根据铸件的要求选择合适的原材料，并进行配制，使其具有良好的强度、透气性、退让性等性能。（3）造型和造芯：造型是用型砂制造铸型的过程，可分为手工造型和机器造型。造芯是用芯砂制造型芯的过程。（4）合型：将铸型的上型和下型以及型芯组合在一起，形成完整的铸型型腔。（5）熔炼和浇注：将金属材料在熔炉中加热熔化，达到合适的温度和成分后，将液态金属浇注到铸型型腔中。（6）落砂和清理：铸件冷却凝固后，将铸型破坏，取出铸件，去除铸件表面的型砂、浇冒口等，进行清理和检验。3.简述自由锻造的特点和应用范围。答：自由锻造的特点和应用范围如下：特点：（1）设备通用性强：自由锻造使用的设备如空气锤、蒸汽-空气锤、水压机等，通用性好，可锻造多种形状和尺寸的锻件。（2）灵活性大：可以根据需要对坯料进行各种变形，适用于单件、小批量生产。（3）精度较低：锻件的形状和尺寸精度相对较低，加工余量较大。（4）生产率较低：与模锻相比，自由锻造的生产率较低。应用范围：主要用于生产单件、小批量的大型锻件，如轴类、齿轮、套筒等零件的毛坯，以及一些形状简单的模具、工具等。4.简述焊接接头的组成和各部分的组织特点。答：焊接接头由焊缝、熔合区和热影响区组成。（1）焊缝：焊缝是由熔池金属凝固后形成的。焊缝金属是由填充金属和部分母材熔化混合而成，其组织特点是在快速冷却条件下形成的铸态组织，晶粒比较细小。（2）熔合区：熔合区是焊缝和母材的交界区，该区域加热温度处于固相线和液相线之间，部分金属熔化，部分未熔化。组织不均匀，存在严重的化学成分不均匀，力学性能较差，是焊接接头中的薄弱环节。（3）热影响区：热影响区是指焊缝两侧因焊接热作用而发生组织和性能变化的区域，可分为过热区、正火区和部分相变区。-过热区：加热温度很高，奥氏体晶粒急剧长大，形成粗大的过热组织，塑性和韧性明显降低。-正火区：加热温度在Ac3以上至1100℃左右，金属发生重结晶，冷却后得到均匀细小的正火组织，力学性能较好。-部分相变区：加热温度在Ac1-Ac3之间，只有部分铁素体和珠光体转变为奥氏体，冷却后组织不均匀，力学性能也较差。5.简述切削加工时刀具磨损的原因和形式。答：刀具磨损的原因主要有以下几种：（1）磨料磨损：切屑、工件表面的硬质点等在刀具表面摩擦，造成刀具磨损。（2）粘结磨损：在高温高压下，切屑与刀具表面粘结，当切屑流动时，粘结部分被撕裂带走，造成刀具磨损。（3）扩散磨损：在高温下，刀具和工件材料中的合金元素相互扩散，改变了刀具材料的成分和性能，导致刀具磨损。（4）氧化磨损：在高温下，刀具材料与周围介质中的氧发生化学反应，形成氧化膜，氧化膜被切屑和工件带走，造成刀具磨损。刀具磨损的形式主要有：（1）前刀面磨损：切削塑性材料时，切屑与前刀面接触，在高温高压下，前刀面容易发生磨损，形成月牙洼。（2）后刀面磨损：切削脆性材料或在切削厚度较小时，后刀面与工件加工表面接触，产生磨损，后刀面磨损后形成后角为零的棱面。（3）边界磨损：在刀具的主切削刃和副切削刃与工件接触的边界处，由于温度、应力等因素的变化，容易产生边界磨损。五、综合分析题1.分析一根45钢制造的轴类零件，要求表面具有高的硬度和耐磨性，心部具有良好的综合力学性能，应采用何种热处理工艺，并说明理由。答：对于45钢制造的轴类零件，要求表面具有高的硬度和耐磨性，心部具有良好的综合力学性能，可采用调质处理后再进行表面淬火的热处理工艺。理由如下：首先进行调质处理，即淬火加高温回火。45钢淬火加热温度一般在Ac3以上30-50℃，淬火后获得马氏体组织，硬度很高，但脆性较大。高温回火可使淬火马氏体分解，消除内应力，获得回火索氏体组织，这种组织具有良好的综合力学性能，能满足轴类零件心部的性能要求。然后进行表面淬火，如感应加热表面淬火。表面淬火是将零件表面快速加热到淬火温度，然后迅速冷却，使表面获得高硬度的马氏体组织，而心部仍保持调质处理后的回火索氏体组织。这样可以使轴类零件表面具有高的硬度和耐磨性，心部具有良好的综合力学性能，满足零件的使用要求。2.分析在铸造生产中，如何防止铸件产生缩孔和缩松缺陷。答：缩孔和缩松是铸件常见的缺陷，为防止铸件产生缩孔和缩松缺陷，可采取以下措施：（1）合理选择合金成分：选择结晶温度范围窄的合金，使铸件以逐层凝固方式进行凝固，有利于减少缩松的产生。例如，共晶成分合金的结晶温度范围窄，倾向于逐层凝固，缩松较少。（2）采用顺序凝固原则：顺序凝固是指在铸件上建立一个从远离冒口的部分到冒口之间逐渐递增的温度梯度，使铸件按照远离冒口的部分先凝固，然后向冒口方向顺序凝固，最后冒口凝固。这样可以使缩孔集中在冒口内，通过切除冒口来消除缩孔。可通过在铸件上设置冒口、冷铁等工艺措施来实现顺序凝固。（3）改善铸型的冷却条件：提高铸型的冷却速度，使铸件的凝固时间缩短，减少缩松的形成。例如，采用金属型铸造代替砂型铸造，金属型的冷却速度较快。（4）进行孕育处理：在液态金属中加入孕育剂，细化晶粒，使缩松分散成细小的缩松，减少缩松的危害。（5）提高浇注温度和浇注速度：适当提高浇注温度和浇注速度，可使液态金属的流动性增加，有利于补缩，减少缩孔和缩松的产生。但浇注温度和速度不宜过高，以免产生其他缺陷。3.分析在焊接过程中，如何防止焊接变形和焊接应力的产生。答：为防止焊接变形和焊接应力的产生，可采取以下措施：防止焊接变形：（1）设计合理的焊接结构：在设计焊接结构时，应尽量减少焊缝的数量和长度，合理安排焊缝的位置和方向，避免焊缝过于集中。例如，采用对称结构的焊缝布置，可使焊接变形相互抵消。（2）采用合适的焊接工艺：选择合适的焊接方法、焊接参数和焊接顺序。例如，采用小电流、快速焊的方法，可减少焊接热输入，降低焊接变形。焊接顺序应尽量使焊缝能够自由收缩，如先焊短焊缝，后焊长焊缝。（3）进行反变形：在焊接前，根据预测的焊接变形方向和大小，将焊件预先反向变形，以抵消焊接后的变形。（4）刚性固定法：在焊接时，将焊件固定在刚性平台或夹具上，限制焊件的变形。但刚性固定法会增加焊接应力。防止焊接应力：（1）采用合理的焊接顺序：合理安排焊接顺序，使焊缝能够自由收缩，减少焊接应力的产生。例如，先焊收缩量大的焊缝，后焊收缩量小的焊缝。（2）预热和缓冷：在焊接前对焊件进行预热，可降低焊接区与周围金属的温差，减少焊接应力。焊接后进行缓冷，可使焊缝金属有足够的时间进行组织转变，减少内应力。（3）锤击焊缝：在焊接过程中，用小锤轻轻锤击焊缝，使焊缝金属产生塑性变形，抵消部分焊接应力。（4）消除应力处理：焊接后可采用去应力退火等热处理方法，消除焊接应力。将焊件加热到一定温度，保温一段时间后缓慢冷却，可使焊接应力大大降低。4.分析在切削加工中，如何提高刀具的耐用度。答：提高刀具耐用度可从以下几个