机械制造基础 第2版 习题及答案 柳青松

第一章1-1说明下列符号的含义及其所表示的力学性能指标的物理意义：ReH、ReL、Rm、A、Z、HBW、HRC、αK、σD答：ReH-上屈服强度，是指试样发生屈服而力首次下降前的最大应力；ReL-下屈服强度，指在屈服期间，不计初始瞬时效应时的最小应力；Rm-抗拉强度，试样在拉断前相应最大力对应的应力，表示零件在外力作用下抵抗断裂的能力；断后伸长率，试样断后标距的残余伸长与原始标距之比的百分率；断面收缩率，指断裂后试样横截面面积的最大缩减量与原始横截面面积之比的百分率；HBW-布氏硬度，用硬质合金球作为压头，采用布氏硬度试验测出的硬度值；HRC-C标尺测定的洛氏硬度值，压头为金刚石圆锥，采用洛氏硬度试验测出的硬度值；αK-冲击韧度，冲击载荷试样被折断而消耗的单位横截面积上的\t"/item/%E5%86%B2%E5%87%BB%E9%9F%A7%E6%80%A7/_blank"冲击功，表示材料在冲击载荷作用下抵抗变形和断裂的能力；σD-光滑试样通过对称旋转弯曲疲劳试验测得的疲劳极限。1-2一根标准试样的直径为10mm、标距长度为50mm。拉伸试验时测出试样在26kN时屈服，出现的最大载荷为45kN。拉断后的标距长度为58mm，断口处直径为7.75mm。试计算ReH、ReL、Rm、A、Z。答：ReL=2600/π102ReH=Rm=4500/π102A=（58-50）/50x100%Z=（π102-π7.752）/π102x100%1-3下列情况应采用何种方法测量硬度？同时写出硬度值符号。⑴锉刀；⑵黄铜轴套；⑶供应状态的各种碳钢钢材；⑷硬质合金刀片；⑸耐磨工件的表面硬化层；⑹铸铁轴承座毛坯；⑺钳工用手锤锤头；⑻铝合金气缸体；⑼钢件表面很薄的硬化层。答：（1）采用洛氏硬度测量，硬度符号为HRC（2）采用布氏硬度测量，硬度符号为HB（3）采用布氏硬度测量，硬度符号为HB（4）采用洛氏硬度测量，硬度符号为HRA  （5）采用洛氏硬度测量，硬度符号为HRA（6）采用布氏硬度测量，硬度符号为HB（7）采用洛氏硬度测量，硬度符号为HRA（8）采用洛氏硬度测量，硬度符号为HRB（9）采用维氏硬度测量，硬度符号为HV。1-4比较铸铁和低碳钢拉伸力-伸长曲线的不同，并分析其原因。答：低碳钢拉伸有明显的屈服过程和屈服极限，铸铁没有。原因在于低碳钢的塑性较好，断裂前存在明显的塑性变形，而铸铁属于脆性材料，断裂之前不发生明显的塑性变形，所以不存在屈服现象。1-5甲、乙、丙、丁四种材料的硬度分别为40HRC、90HRB、700HV、230HBW，试比较这四种材料硬度的高低。答：根据硬度换算经验公式，90HRB≈16HRC，700HV≈50HRC,230HBW≈20HRC，所以四种材料的硬度由小到大依次为90HRB、230HBW、40HRC、700HV。1-6总结比较金属的各项力学性能指标，完成表1-4填写任务。表1-4金属常用力学性能指标的比对力学性能符号单位含义应用举例强度ReH、ReL、RmMPa材料在静载荷作用下抵抗塑性变形和断裂的能力缸盖螺栓的设计塑性A、Z%金属材料在断裂前产生塑性变形的能力锻压加工硬度HB、HR、HV衡量金属材料软硬程度，反映材料抵抗局部塑性变形的能力刀具要求具有足够的硬度冲击韧度α材料在冲击载荷作用下抵抗变形和断裂的能力压力机的冲头疲劳强度σD材料经无数次的应力循环仍不断裂的最大应力，用以表征材料抵抗疲劳断裂的能力齿轮1-7解释下列名词晶格、晶胞、晶粒、晶界、同素异构转变、合金、组元、相、组织、固溶体、金属化合物、机械混合物。答：晶格：把原子看成一个结点，用假想的线条把结点连接起来，构成一个有规律性的空间格架，称为晶格。晶胞：晶格中能够完全反映晶格特征的最小几何单元称为晶胞。晶粒：外形不规则的、呈颗粒状的小晶体称为晶粒。晶界：晶粒与晶粒之间的界面称为晶界。同素异构转变：当温度、压力等外界条件改变时，少数固态金属的晶体结构由一种晶格转变为另一种晶格的现象称为同素异构转变。合金：由两种或两种以上的金属元素（或金属元素和非金属元素）组成的具有金属特性的物质。组元：通常组元就是组成合金的元素，但稳定的化合物也可作为组元。相：成分相同、结构相同并与其他部分以界面分开的均匀组成部分，称为相。组织：由数量、大小、形状和分布方式不同的各种相所组成的，是各种晶粒的大小、形貌和分布情况。固溶体：当合金由液态结晶为固态后，组元间仍能相互溶解而形成的晶体相，称为固溶体。金属化合物：金属化合物是合金组元间发生相互作用而形成具有金属特性的一种新相，它使合金的强度、硬度和耐磨性增加，塑性和韧性下降。机械混合物：由固溶体与少量金属化合物构成，性能取决于各组成相的性能和相对量，还与组成相的形状、大小、分布有很大关系。1-8确定下列情况时相的数目：⑴金和银在高温状态下呈熔融状态。⑵锡在232℃正在结晶的时候。⑶铜和镍形成的固溶体。答：（1）1种（2）两种（3）1种1-9试比较纯铁在固态下不同范围内的晶体结构，为什么要进行“趁热打铁”？答：液态纯铁冷却到1538℃时，结晶成具有体心立方晶格的δ-Fe；继续冷到1394℃时发生同素异晶的转变，体心立方晶格δ-Fe转变为面心立方晶格γ-Fe；再继续冷却到912℃时，γ-Fe又转变为体心立方晶格的α-Fe。纯铁变为固态后发生了两次同素异构转变。纯铁在温度较高时，晶格类型为面心立方，较容易发生塑性变形，所以要“趁热打铁”。1-10纯金属的结晶过程与其冷却曲线有何关系？纯金属结晶后的晶粒大小能否均匀一致？答：冷却速度越快，过冷度越大。实际上，金属都是在过冷条件下结晶的，过冷是金属结晶的必要条件。由于纯金属结晶过程中晶核各方向长大速度不一样，所以结晶后的晶粒大小不是均匀一致的。1-11简述二元合金相图的作用与意义。答：合金相图又称合金平衡图或合金状态图,它表示平衡状态下合金系中不同成分合金同温度下由哪些平衡相(或组织)组成,以及合金相之间平衡关系的图形.根据合金相图,不仅可以看到不同成分的合金在室温下平衡组织,而且还可以了解它以极缓慢冷却速度冷却到室温所经历的各种同时相图还能预测合金性能的变化规律.第二章2-1晶粒大小对材料的力学性能有何影响?如何细化晶粒?答：晶粒大小对力学性能的影响很大，在室温下，一般情况是金属的晶粒越细，其强度、硬度越高；塑性、韧性越好，这种现象称为细晶强化。因此，细化晶粒是改善材料力学性能的重要措施。工业上常用的细化晶粒方法：1)增加过冷度2)变质处理3)附加振动2-2金属化合物在结构和性能方面与固溶体有何不同?答：金属化合物是合金组元间发生相互作用而形成具有金属特性的一种新相，晶体结构不同于任何一种组元，而固溶体保留了某一组元的晶格类型。金属化合物使合金的强度、硬度和耐磨性增加，塑性和韧性下降。2-3何谓铁素体、奥氏体、渗碳体、珠光体和莱氏体，它们在结构、组织形态和性能上各有何特点?答：铁素体：碳溶解于体心立方晶格α-Fe中形成的间隙固溶体称为铁素体（用F表示）。铁素体性能与纯铁相似，即具有良好的塑性和韧性，强度和硬度较低。铁素体的显微组织为多边形晶粒。奥氏体：奥氏体是碳溶解于γ-Fe中形成的间隙固溶体，用符号A表示。呈面心立方晶格，具有良好的塑性。渗碳体：由铁与碳形成的具有复杂晶格结构的金属化合物称为渗碳体，用符号Fe3C表示。熔点为1227℃，硬度高(950-1050HV)，断后伸长率和冲击韧度几乎为零。渗碳体是钢中的强化相，根据生成条件不同渗碳体有条状、网状、片状、粒状等形态珠光体：珠光体是铁素体和渗碳体的混合物，用符号P表示。其显微组织为由铁素体片与渗碳体片交替排列的片状组织，力学性能介于铁素体和渗碳体之间，有一定的强度和塑性，硬度适中，是一种综合力学性能较好的组织。莱氏体：莱氏体是奥氏体和渗碳体的混合物，用符号Ld表示，莱氏体的力学性能和渗碳体相似，硬度很高，塑性很差。2-4画出铁碳合金相图，说明图中特性点、线的意义，并填写各相区的组织。特性线分析：①ACD线液相线②AECF线固相线③共晶转变线ECF水平线（1148℃）为共晶转变线。具有共晶成分（Wc=4.3%）的液相在共晶温度（1148℃）时，要同时结晶出奥氏体与渗碳体的共晶体，即莱氏体。共晶反应式为LC恒温④共析转变线PSK水平线（727℃）为共析转变线或A1线。具有共析成分（Wc=0.77%）的奥氏体在共析温度（727℃）时，同时析出铁素体和渗碳体的机械混合物，称为珠光体（P）。共析反应式为A⑤ES线碳在奥氏体中的固溶线，通常称为Acm线。⑥GS线冷却时由奥氏体析出向铁素体的开始线，通常称为A3线。⑦PQ线碳在铁素体中的固溶线。⑧GP线该线是0＜Wc＜0.0218%的铁碳合金，缓慢冷却时，由奥氏体中析出铁素体的终了线。Fe-Fe3C相图中的特性点符号温度/℃碳的质量分数wc含义A15380纯铁的熔点C11484.30共晶点成分为C的液相，冷却到此温度时，发生共晶反应，LCD12276.69Fe3C的熔点E11482.11碳在γ-Fe中的最大溶解度F11486.69Fe3C的成分G9120α-Fe→γ-Fe同素异晶转变点(A33)K7276.69Fe3C的成分P7270.0218碳在α-Fe中的最大溶解度S7270.77共析点(A11)AQ(室温)(0.0008)碳在α-Fe中的溶解度

Fe－Fe3C合金相图2-5根据相图，说明下列现象产生的原因，⑴在1100℃、ωc=0.4％碳钢能进行锻造，ωc=4.0％铸铁不能锻造。⑵钳工锯割工具钢T10、T12比锯割10、20结构钢费力，锯条易磨钝。⑶钢铆钉一般用低碳钢制作，锉刀一般用高碳钢制作。⑷钢适宜采用压力加工成形，而铸铁只能采用铸造成形。答：（1）因为碳钢在1100℃时变成单一奥氏体组织，易锻造成型。而铸铁在1100℃时不能变成单一奥氏体组织，它是奥氏体和渗碳体组成的机械混合物，锻造易开裂，故铸铁不能进行锻造，只能铸造。T10、T12钢属于碳素工具钢，含碳量为1.0%和1.2%，硬度高，较难锯割，而10、20结构钢的含碳量为0.1%和0.2%，硬度低，容易锯割。铆钉在工作过程中受剪切力作用，要求具有良好的塑性和强度，而低碳钢能够满足这个要求，锉刀属于工具，工作过程中要求具有高的硬度和耐磨性，高碳钢的含碳量高，硬度比低碳钢高，符合工具的使用性能。钢在加热到高温时，组织为单相奥氏体，面心立方晶格，具有很好的塑性和韧性，适合采用压力加工成形，而铸铁含碳量高，硬度高，只能采用铸造成形。2-6什么是共析转变?什么是共晶转变?答：共晶转变：具有共晶成分（Wc=4.3%）的液相在共晶温度（1148℃）时，要同时结晶出奥氏体与渗碳体的共晶体，即莱氏体。共晶反应式为LC恒温共析转变：具有共析成分（Wc=0.77%）的奥氏体在共析温度（727℃）时，同时析出铁素体和渗碳体的机械混合物，称为珠光体（P）。共析反应式为AS恒温2-7按碳的质量分数和室温平衡组织的不同铁碳合金可分为哪几种?答：在Fe-Fe3C相图上，碳的质量分数≤0.0218%的称为工业纯铁，室温组织为F。碳的质量分数在0.0218%~2.11%之间的合金称为钢。按照室温组织不同钢又分为共析钢（Wc=0.77%），亚共析钢（0.0218%<Wc<0.77%），过共析钢（0.77%<Wc<2.11%）。碳的质量分数在2.11%~6.69%之间的合金称为白口铸铁。按照室温组织不同又分为共晶白口铸铁（Wc=4.3%），亚共晶白口铸铁（2.11%<Wc2-8根据碳的质量分数和室温组织的不同，可将钢和铸铁分为哪几类?答：在Fe-Fe3C相图上，碳的质量分数≤0.0218%的称为工业纯铁，室温组织为F。碳的质量分数在0.0218%~2.11%之间的合金称为钢。按照室温组织不同钢又分为共析钢（Wc=0.77%），亚共析钢（0.0218%<Wc<0.77%），过共析钢（0.77%<Wc<2.11%）。碳的质量分数在2.11%~6.69%之间的合金称为白口铸铁。按照室温组织不同又分为共晶白口铸铁（Wc=4.3%），亚共晶白口铸铁（2.11%<Wc2-9简述亚共析钢、共析钢、过共析钢的结晶过程。答：亚共析钢：L-L+A-A-A+F-P+F共析钢：L-L+A-A-P过共析钢：L-L+A-A-A+Fe3CⅡ-P+Fe3CⅡ2-10铁碳合金相图有哪些具体用途?答：1）选材方面的应用2）铸造生产上的应用3）锻压生产上的应用4）热处理生产上的应用2-11碳的质量分数的变化对钢的性能有何影响?答：随着钢中碳的质量分数的增加，其组织中珠光体的数量不断减少，而网状二次渗碳体的数量相对增加。所以，强度、硬度上升，而塑性、韧性值不断下降。但是，当钢中Wc﹥0.9％时，二次渗碳体将沿晶界形成完整的网状形态，此时虽然硬度继续增高，但因网状二次渗碳体的割裂作用，使钢的强度呈迅速下降趋势。至于塑性和韧性，则随着碳的质量分数的增加而不断降低。2-12如何区分生活中遇到的钢件与铸铁件?有几种方法可以区分？答：钢件与铸件外观型状有所差别，铸件适合较复杂外观造型，外表粗糙度比钢件高。

敲击声音，钢件声音清脆略有回音，铸铁件声音沉闷。

看断口；钢件晶体细腻，银白色，铸铁晶体较粗，灰色，生活中常见的是灰铸铁。第三章3-1退火、正火和淬火有什么不同？答：退火：是将工件加热到适当温度，根据材料和工件尺寸采用不同的保温时间，然后进行缓慢冷却，目的是使金属内部组织达到或接近平衡状态，获得良好的工艺性能和使用性能，或者为进一步淬火作组织准备。正火：是将工件加热到适宜的温度后在空气中冷却，正火的效果同退火相似，只是得到的组织更细，常用于改善材料的切削性能，也有时用于对一些要求不高的零件作为最终热处理。淬火：是将工件加热保温后，在水、油或其它无机盐、有机水溶液等淬冷介质中快速冷却。淬火后钢件变硬，但同时变脆。3-2淬火后的钢材为什么要进行回火？碳素工具钢常采用何种回火方法？答：钢材在淬火过程中由于冷却速度过快，容易产生淬火内应力，导致工件产生变形和开裂，为了消除淬火内应力，淬火之后都要进行回火。碳素工具钢由于要保持高硬度和高耐磨性，所以通常采用低温回火。3-3为什么齿轮、凸轮轴、活塞销等承受冲击和交变载荷的机械零件要进行表面热处理？答：齿轮、凸轮轴、活塞销等承受冲击和交变载荷的机械零件使用要求表面具有高的强度、硬度、耐磨性和疲劳强度，而心部要有足够的塑性和韧度。从选材和普通热处理很难达到要求，表面热处理则容易满足它的要求。3-4某厂生产磨床,齿轮箱中的齿轮采用45钢制造,要求齿部表面硬度为52～58HRC,心部硬度为217～255HBWS，其工艺路线为：下料→锻造→热处理→机加工→热处理→机加工→成品。试问：⑴其中热处理各应选择何种工艺？目的是什么？⑵如改用20Cr代替45钢，所选用的热处理工艺应作哪些改变？答：（1）热处理工序分别为正火和调质，正火是为了降低硬度，消除锻造产生的应力和组织缺陷。调质是为了获得较好的综合力学性能，表面硬心部软。（2）如果改为20Cr，则热处理工艺改为渗碳+调质3-5简述目前常用的钢的表面热处理技术，并说明其应用范围。答：⑴钢的表面淬火①感应加热表面淬火感应加热表面淬火法的主要优点是：加热速度快，操作迅速，生产效率高；淬火后晶粒细小，力学性能好，不易产生变形及氧化脱碳。②火焰加热表面淬火火焰加热表面淬火是利用乙炔—氧或其他可燃气体火焰(约3000℃以上)，将工件表面迅速加热到淬火温度，然后立即喷水冷却的热处理工艺。⑵钢的化学热处理①钢的渗碳根据渗剂的不同，渗碳方法可分为固体渗碳、气体渗碳和液体渗碳三种。气体渗碳的生产率较高，渗碳热处理适用于表面要求高硬度、高耐磨性，而心部要求高韧性的零件。②钢的渗氮与渗碳相比，渗氮温度大大低于渗碳温度，工件变形小；渗氮层的硬度，耐磨性、疲劳度、耐蚀性及热硬性均高于渗碳层。但渗氮比渗碳层薄而脆，渗氮处理时间比渗碳长得多，生产效率低。③碳氮共渗碳氮共渗工艺与渗碳工艺相比，具有时间短、生产效率高、表面硬度高、变形小等优点，但共渗层较薄，主要用于形状复杂、要求变形小的小型耐磨零件。3-6一批45钢试样（尺寸Φ15x10mm），因其组织、晶粒大小不均匀，需采用退火处理。拟采用以下几种退火工艺:⑴缓慢加热至700℃，保温足够时间，随炉冷却至室温；⑵缓慢加热至840℃，保温足够时间，随炉冷却至室温；⑶缓慢加热至1100℃，保温足够时间，随炉冷却至室温；问上述三种工艺各得到何种组织？若要得到大小均匀的细小晶粒，选何种工艺最合适？答：（1）因其未达到退火温度，加热时没有经过完全奥氏体化，故冷却后依然得到组织、晶粒大小不均匀的铁素体和珠光体。

（2）因其在退火温度范围内，加热时全部转化为晶粒细小的奥氏体，故冷却后得到组织、晶粒均匀细小的铁素体和珠光体。

（3）因其加热温度过高，加热时奥氏体晶粒剧烈长大，故冷却后得到晶粒粗大的铁素体和珠光体。

要得到大小均匀的细小晶粒，选第二种工艺最合适。3-7有两个含碳量为1.2%的碳钢薄试样，分别加热到780℃和860℃并保温相同时间，使之达到平衡状态，然后以大于VK的冷却速度至室温。试问：⑴哪个温度加热淬火后马氏体晶粒较粗大？⑵哪个温度加热淬火后马氏体含碳量较多？⑶哪个温度加热淬火后残余奥氏体较多？⑷哪个温度加热淬火后未溶碳化物较少？答：（1）860℃马氏体晶粒较粗大（2））860℃马氏体含碳量较多（3）860℃（4）860℃3-8简述目前常用的钢的表面热处理技术，并说明其应用范围。答:同3-53-9简述钢的热处理新工艺的发展情况。答：1）可控气氛热处理2）真空热处理3）形变热处理4）激光热处理第4章1.解释下列名词碳素钢、低合金钢、合金钢、合金元素、合金结构钢、

合金工具钢、

轴承钢、不锈钢、耐热钢、热硬性、

回火稳定性、二次硬化答：碳素钢：是指wc<2.11%QUOTEQUOTE并含少量硅、锰、磷、硫等杂质元素的铁碳合金低合金钢：合金元素总的质量分数小于5%的合金钢。合金钢：为了提高钢的性能，常常在钢中加入一定量的合金元素，形成合金钢。合金元素：合金元素是在冶炼时为了改善钢的性能或使之具有某些特殊性能而有意加入的元素。常见的合金元素有硅、锰、铬、镍、钼、钨、钒、钛、硼、铝和稀土等。合金结构钢：主要用于制造重要的机械零件和工程结构件的合金钢合金工具钢：合金工具钢比碳素工具钢具有更高的硬度、耐磨性，特别是具有更好的淬透性、热硬性和回火稳定性等，因而可以制造截面大、形状复杂、性能要求高的工具。轴承钢：动轴承钢是用于制造滚动轴承的滚动体和轴承套的专用钢种，分为高碳铬轴承钢、渗碳轴承钢、不锈轴承钢和高温轴承钢四类。不锈钢：在腐蚀性介质中具有抗腐蚀性能的钢，一般称为不锈钢。耐热钢：耐热钢是指在高温下具有高的热化学稳定性和热强性的特殊钢。热化学稳定性是指金属在高温下对各种介质化学腐蚀的抗力。其中最主要的是抵抗氧化的能力，即抗氧化性。热强性是指金属在高温下的强度。热硬性：热硬性是指钢在较高温度下，仍能保持较高硬度的性能。回火稳定性：淬火钢在回火时，抵抗强度、硬度下降的能力称为回火稳定性。二次硬化：是指含有Cr，Mo，V，Ti，Nb等碳化物的合金钢，经淬火并在500-600℃之间回火时，不仅硬度不降低，反而升高到接近淬火钢的高硬度值的现象。何谓调质钢？为什么调质钢的碳的质量分数均为中碳？合金调质钢中常含哪些合金元素？它们在调质钢中起什么作用？

答：调质钢是指调质处理后使用的钢种。调质钢主要用于制造受力复杂的汽车、拖拉机、机床及其他机器的各种重要零件，如齿轮、连杆、螺栓、轴类件等。调质钢碳的质量分数为0.25~0.50%，碳低则强度不够，碳高则韧性不足。主加合金元素铬、镍、硅、锰、硼，以提高淬透性和耐回火性，并起固溶强化作用。钢按碳的质量分数可分为哪几类？其中碳的质量分数范围是怎样的？答：根据碳的质量分数分为低碳钢（wc£0.25%）、中碳钢（wc为0.25~0.6%）和高碳钢（wc>0.6%）一般用途的轴、齿轮，你会选择什么材料？答：一般用途的轴和齿轮，由于性能要求不高，速度低，载荷轻，选择优质碳素结构钢，例如45钢。火车、矿车等上用的弹簧，应选用什么材料？答：火车、矿车上的弹簧，承受较大的冲击载荷，一般选用合金弹簧钢，例如60CrMnA。机床床身一般用的是什么材料？答：机床床身一般采用灰铸铁，例如HT250。内燃机活塞、飞机蒙皮、民用制品等都是用的哪些牌号的铝合金？答：内燃机活塞一般用锻铝合金制造，牌号为2A70，飞机蒙皮采用硬铝合金制造，牌号为2A12，民用制品采用防锈铝合金制造，牌号为5A43。为什么比较重要的大截面的结构零件如重型运输机械和矿山机器的轴类，大型发电机转子等都必须用合金钢制造？与碳钢比较，合金钢有何优点？答：碳钢制成的零件尺寸不能太大，否则淬不透，出现内外性能不均，对于一些大型的机械零件，要求内外性能均匀，就不能采用碳钢制作，比较重要的大截面的结构零件如重型运输机械和矿山机器的轴类，大型发电机转子等都必须用合金钢制造。合金钢的优点： ⑴合金钢的淬透性高⑵合金钢回火抗力高碳钢淬火后，只有经低温回火才能保持高硬度，若其回火温度超过200℃，其硬度就显著下降。即回火抗力差，不能在较高的温度下保持高硬度，因此对于要求耐磨，切削速度较高，刃部受热超过200℃的刀具就不能采用碳钢制作而采用合金钢来制作。 ⑶合金钢能满足一些特殊性能的要求如耐热性、耐腐蚀性、耐低温性(低温下高韧性）。现有低碳钢和中碳钢齿轮各一个，为了使齿面具有高的硬度和耐磨性，试问各进行何种热处理?并比较它们经热处理后在组织和性能上有何不同?

答：低碳钢进行的热处理工艺：渗碳直接淬火+低温回火    表面组织为：回火M+碳化物 中碳钢进行的热处理工艺：调质处理+表面淬火+低温回火  组织为：回火M10.要制造齿轮、连杆、热锻模具、弹簧、冷冲压模具、滚动轴承、车刀、锉刀、机床床身等零件，试从下列牌号中分别选出合适的材料。

T10

65Mn

HT300

W6Mo5Cr4V2

GCr15Mo

40Cr

20CrMnTi

Cr12MoV

5CrMnMo答：齿轮：20CrMnTi渗碳钢；C%=0.2%,Cr,Mn,Ti<1.5%；渗碳＋淬火＋低温回火；组织为回火马氏体。 连杆：40Cr调质钢；C%=0.4%,Cr<1.5%；调质处理（淬火＋高温回火）；组织为回火索氏体。弹簧：65Mn弹簧钢；C%=0.65%,Mn<1.5%；淬火＋中温回火；组织为回火托氏体。冷冲压模具：Cr12MoV冷变形模具钢；C%>1%,Cr=12%,Mo,V<1.5%；淬火＋低温回火；组织为回火马氏体。滚动轴承：GCr15Mo轴承钢；C%＝1%,Cr=1.5%,Mo<1.5%；球化退火＋淬火＋低温回火；组织为回火马氏体。 车刀：W6Mo5Cr4V2高速钢；W%=6%,Mo%=5%,Cr%=4%,V%=2%；淬火＋560℃三次回火；组织为回火马氏体＋碳化物。 锉刀：T10碳素工具钢；C%＝1%；淬火＋低温回火；组织为回火马氏体＋碳化物。 热锻模具：5CrMnMo热变形模具钢；C%=0.5%,Cr,Mn,Mo<1.5%；淬火＋高温回火；组织为回火索氏体。11.识别下列各钢的种类,并指明符号的含义及主要用途：①65Mn

②1Cr18Ni9Ti

③GCr15

④T10

⑤20CrMnTi⑥9SiCr

⑦W18Cr4V

⑧ZG15

答：①65Mn弹簧钢 ②1Cr18Ni9Ti 奥氏体不锈钢，碳含量<0.1%，9%的镍  ③GCr15 滚动轴承钢1.5%铬 ④T10  碳素工具钢，T——工具（英文） ⑤20CrMnTi 合金渗碳钢，0.2%的碳  ⑥9SiCr  低合金刃具钢0.9的碳⑦W18Cr4V  高速钢18%钨⑧ZG15 铸钢ZG——铸钢（拼音）12.工具钢一般适宜制作什么刀具？请举例说明。答：碳素工具钢由于淬透性低、热硬性差，只能用于制造淬火变形要求不严的低速切削刀具。低合金工具钢广泛用于制造形状复杂、要求变形小的低速切削刃具，如丝锥、板牙等。高速钢常用来制造形状复杂的、切削速度较高的刀具，如钻头、铣刀、机用锯条等。普通高速钢的常用牌号有哪几种？其物理力学性能怎样？答：普通高速钢常用牌号有W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2、W9Mo3Cr4V，具有高的硬度和耐磨性，较好的强度和韧性。加工铸铁件，应选用那些硬质合金刀片？答：加工铸铁件时，一般选用K类硬质合金刀片，分组号为K01、K10、K20、K30、K40。加工不锈钢件，应选用那些硬质合金刀片？答：加工不锈钢件时，一般选用M类硬质合金刀片，分组号为M01、M10、M20、M30、M40。粗、精加工钢件和铸铁件时，应选用何种牌号的硬质合金？为什么？答：加工钢件用P类硬质合金，粗加工时用韧度高的P40，精加工时用硬度高的P01，铸铁件用K类硬质合金，粗加工时用韧度高的K40，精加工时用硬度高的K01。17.

选材设计一个车床主轴。要求：该主轴受交变弯曲和扭转的复合应力，载荷和转速均不高，冲击载荷也不大，请选材（45钢、T8、20CrMnTi）并设计热处理工序。答：选择45号钢，调质处理。 加工路线为：正火——调质——高频淬火及低温回火18.什么是功能材料及理想材料？说出你知道的五种现代功能材料，并指出它们的作用范围。答：功能材料是指具有特殊的电、磁、光、热、声、力、化学性能和理化效应的各种新材料，用以对信息和能量的感受、计测、传导、输运、屏蔽、绝缘、吸收、控制、记忆、存储、显示、发射、转化和变换的目的。理想材料零件是一种按照零件的最佳使用功能要求来设计制造的，由单质材料、复合材料、功能梯度材料和按照一定规律分布的功能细结构材料甚至嵌入器件等构成的复杂非均匀材料零件。它之所以称之为“理想”，是因为其主体构成材料的设计制造无不以实现功能和结构的完美结合为目标。电功能材料:电功能材料是指主要利用材料的电学性能和各种电效应的材料。包括导电材料、超导电材料、电阻材料、电接点材料、电绝缘材料、电容器材料、电压材料、热释电材料和光导电材料等。电功能材料广泛用于电气工程、电子技术和仪器仪表诸领域。磁功能材料：主要利用材料的磁性能和磁效应，实现对能量和信息的转换、传递、调制、存储、检测等功能。它们广泛用于机械、电力、电子、电信、仪器、仪表等领域。光学功能材料：主要功能有光的发射和传输、光信息转换、存储、显示、计算和光的吸收。用于机械、电力、电子、电信、仪器、仪表等领域。具有独特热物理性能和热效应的材料称为热功能材料，用于制作发热、致冷、感温元件，或作为蓄热、传热、绝热介质，应用于各技术领域。当材料同时兼有优良的热传导、电导和适当的热膨胀特性和强度性能时，又可用来制作集成电路、电子元器件等的基板、引线框架、谐振腔、双金属片等。敏感材料：传感器通常由敏感元件和转换元件所组成。敏感材料按物理、化学和结构特性可分为半导体、陶瓷、有机聚合物、金属、复合材料等；多用于机械、电力、电子、电信、仪器、仪表等领域。什么是纳米材料？说出你知道的10种纳米材料，并指出它们的作用范围。答：纳米材料又称超微细材料，其粒子粒径范围在1～100nm之间，即指至少在一维方向上受纳米尺度(0.1~100nm)调制的各种固体超细材料。纳米TiO2粉体按一定比例加入到化妆品中，则可以有效地遮蔽紫外线。将金属纳米粒子掺杂到化纤制品或纸张中，可以大大降低静电作用。纳米陶瓷材料除保持传统性能外，还具有高韧性和延展性，TiO2陶瓷晶体材料能被弯曲，其塑性变形可达100％。将纳米大小的抗辐射物质掺入到纤维中，可制成防紫外线、电磁波辐射的“纳米服装”。纳米材料溶于纤维，不仅能吸收阻隔95％以上的紫外线和电磁波，而且具有无毒、无刺激，不受洗涤、着色和磨损影响，可做成衬衣、裙装、运动服等，保护人体皮肤免受辐射伤害。纳米银粉、镍粉轻烧结体作为化学电池、燃烧电池和光化学电池中的电极，可以增大与液体或气体之间的接触面积，增加电池效率，有利于电池的小型化。用拌入纳米微粒的水泥、混凝土建成的楼房，可以吸收降解汽车尾气，城市的钢筋水泥从此能像森林一样“深呼吸”。纳米膜能够探测到由化学和生物制剂造成的污染，并能够对这些制剂进行过滤，从而消除污染。数层纳米粒子包裹的智能药物进入人体后，可主动搜索并攻击癌细胞或修补损伤组织。20.塑料可以分为哪两大类？这种分类名称有什么含义？答：1）热塑性塑料这类塑料在加热时软化，温度升高至一定程度时呈熔融态，成为可流动的粘稠流体，借助模具和压力可制成一定形状的制品，冷却后可保持已成型形状。再次加热又可变软、熔融、重新塑制成型。它在加热、冷却成型过程中只有物理变化而无化学变化。这类塑料品种甚多，常用的有PE、PVC、PA、PS、PMMA、ABS、PC、PP等。热固性塑料这类塑料在第一次受热时软化，冷却后固化成型并呈现刚硬状态。重新加热时不再软化，当温度升高至一定数值时会发生分解。这是因为在塑制成型过程中塑料产生了化学变化，线形分子变成了体形分子，树脂转变为既不软化又不溶解，不再变化的形状，不再具有可塑性，其质地一般硬且脆。常用的热固性塑料有PF、UF、MF、EP、UP等。第5章5-1材料的选用应满足哪些要求，其相互之间的关系有哪些？答：（1）使用性能原则在选材时，首先要正确地判断零件要求哪方面的性能，然后再确定主要的性能指标。（2）工艺性能原则材料的工艺性能在某些情况下甚至成为选择材料的主导因素。（3）经济性能原则选材时应注意降低零件的总成本。（4）生命周期环境资源原则选择材料考虑材料成本时，还必须考虑机械产品的设计服役生命周期，服役周期的长短对材料成本有很大影响。在选用材料时，必须了解我国的资源和生产情况，从实际出发，全面考虑材料的使用性能、工艺性能、经济性及生命周期环境资源等方面的因素，以保证产品性能优良、成本低廉和经济效益最佳。5-2何为失效？失效的主要形式有哪些？答：零件在使用过程中，由于尺寸、形状或材料的组织与性能发生变化而失去原设计要求的效能，即为失效。一般机器零件常见的失效形式有以下三种：⑴断裂断裂是最严重的失效形式，特别是在没有明显塑性变形的情况下突然发生的脆性断裂，往往会造成灾难性事故。⑵表面损伤机械零件磨损过量后，工作表面就会恶化，甚至不能正常工作而报废。磨损不仅消耗材料，损坏机器，而且耗费大量能源。⑶过量变形不论哪种过量变形，都会造成零件(或工具)尺寸和形状的改变，影响它们的正确使用位置，破坏零件或部件间相互配合的关系，使机器不能正常工作，甚至造成事故。5-3零件选材的经济性应从哪些方面考虑？其经济性的主要特征有哪些？答：在保证使用性能的前提下，应尽可能选用价廉、货源充足、加工方便、总成本低的材料，以取得最大的经济效益，提高产品在市场上竞争力。在选用材料时，还应立足于本地或国内的资源，并考虑国内的生产和供应情况。对于同一家企业来说，所选用的材料种类、规格应尽量少而集中，以便于采购和管理，减少不必要的附加费用。5-4热处理技术条件应包含哪些指标？在零件工程图上应该如何标注？答：热处理技术条件包括零件最终的热处理方法、热处理后应达到的力学性能指标等。可以用已标准化的符号、代号标注，也可以用文字说明，文字说明一般写在图面右下角标题栏上方，与其他工艺的技术要求写在一起。特殊情况允许写在图面其他部位的空白处。5-5为何轴类零件的成型工艺一般选用锻造，而箱体类零件选用铸造？答：轴类零件承受交变的弯曲载荷、扭转载荷或拉—压载荷；轴上相对运动表面(如轴颈、花键部位)发生摩擦；因机器开—停、过载等，承受一定的冲击载荷。所以要求具有优良的塑性和韧性，一般选用中碳钢，通过锻造(尤其是模锻)可改善钢的组织并形成有益的锻造流线，故力学性能优良。箱体类零件一般受力比较复杂(拉压、弯曲、扭转可能同时存在)，有不规则的外形和内腔，且壁厚不均。要求具有良好的强度和刚度，所以选用含碳量高的铸铁铸造而成。5-6拖拉机齿轮箱中的齿轮与机床主轴箱中的减速器齿轮在热处理工艺有无区别，其原因主要为什么？答：拖拉机等车辆的齿轮工作条件比机床齿轮恶劣，特别是主传动系统中的齿轮更是如此，它们受力较大、易过载，起动、制动及变速时受到频繁的强烈冲击。故这类齿轮对材料的耐磨性、疲劳性能、心部强度和韧性等的要求均比机床齿轮高，通常选用合金渗碳钢(20Cr、20CrMnTi)制造，经渗碳淬火+低温回火处理后使用，其齿面硬度可达58～62HRC，心部硬度30～45HRC。一般来说，机床齿轮运行平稳、无强烈冲击，载荷术大，转速中等，工作条件相对较好，故对齿轮的表面耐磨性和心部韧性要求不太高。大多采用碳钢(40、45钢)制造，经正火或调质处理后再进行表面淬火+低温回火，其齿面硬度可达50HRC，齿心硬度为220～250HBW，可满足性能要求。第6章6-1何谓铸造？铸造生产的特点及其存在的主要问题是什么？试用框图表示砂型铸造的工艺过程。答：把熔化的金属液浇注到具有和零件形状相适应的铸型空腔中，待其凝固、冷却后获得毛坯（或零件）的方法称为铸造。优点：1) 能制造各种尺寸和形状复杂的铸件，特别是内腔复杂的铸件。如各种箱体、床身、机架等零件的毛坯。铸件的轮廓尺寸可小至几毫米，大至几十米；质量从几克至数百吨。可以说，铸造不受零件大小、形状和结构复杂程度的限制。2) 常用的金属材料均可用铸造方法制成铸件，有些材料（如铸铁、青铜）只能用铸造方法来制造零件。3) 铸造所用的原材料来源广泛，价格低廉，并可回收利用，铸造生产工艺设备费用小，因此铸件生产成本低。4) 铸件与零件的形状、尺寸很接近，因而铸件的加工余量小，可以节约金属材料，减少切削加工费用。5)铸造既可用于单件生产，也可用于批量生产，适应性广。但是，铸造生产工艺过程复杂，工序较多，常因铸型材料、模具、铸造合金、合金的熔炼与浇注等工艺过程难以综合控制，而出现缩孔、缩松、砂眼、冷隔、裂纹等铸造缺陷，因此铸件质量不够稳定，废品率较高；铸件内部组织粗大、不均匀，使其力学性能不及同类材料的锻件高，因此铸件多用于受力不大的零件。此外，目前铸造生产还存在劳动强度大、劳动条件差等问题。砂型铸造的工艺过程：6-2比较下列名词：⑴模样与铸型；⑵铸件与零件；⑶浇注位置与浇道位置；⑷分型面与分模面。答：（1）模样是用来形成铸型型腔的工艺装备，按组合形式，可分为整体模和分开模。铸型包括将熔化的金属倒入铸模，铸模的型腔提供了最终有用的形状，之后仅需根据具体应用进行加工和焊接。把熔化的金属液浇注到具有和零件形状相适应的铸型空腔中，待其凝固、冷却后获得毛坯（或零件）的方法称为铸造。所得到的金属零件或零件毛坯，称为铸件。铸件通常作为毛坯，经过机械加工制成零件。但是，随着铸造生产过程不断地完善以及新工艺、新技术不断被采用，铸件的精度及表面质量得到提高，使少余量和无余量铸造新工艺得到迅速发展，精密铸件可直接作为零件。（3）浇注位置是指浇注时铸件在型内所处的状态和位置。确定浇注位置是铸造工艺设计中重要的一环，关系到铸件的内在质量、铸件的尺寸精度及造型工艺过程的难易，因此，往往须制定出几种方案加以分析、对比，择优选用。浇道的位置及浇道的种类决定金属液在型腔中的流动方向和路径。（4）制造铸型时，为方便取出模样，将铸型做成几部分，其结合面称为分型面。选择时尽量做到既保证铸件质量，又简化操作工艺。分模面是指分开模具取出产品和浇注系统凝料的可分离的接触表面。一副模具根据需要可能有一个或两个以上的分模面，分模面可以是垂直于合模方向，也可以与合模方向平行或倾斜。6-3造型材料的性能要求主要有哪些？说出与型砂的性能有关的四种以上铸造缺陷。答：造型材料应具备以下性能：(1) 良好的可塑性造型材料在外力作用下容易获得清晰的型腔轮廓，外力去除后仍能保持其形状的性能称为可塑性。砂子本身几乎是没有塑性的，粘土却有良好的塑性，所以型砂中粘土的含量越多，塑性越高；一般含水（质量分数）8%时塑性较好(2) 足够的强度砂型承受外力作用而不易破坏的性能称为强度。铸型必须具有足够的强度，以便在修整、搬运及液体金属浇注时受冲力和压力作用而不致变形毁坏。型砂强度不足会造成塌箱、冲砂和砂眼等缺陷。(3) 良好的透气性型砂由于内部砂粒之间存在空隙能够通过气体的能力，称为透气性。当高温液体金属注入铸型后，会产生气体；砂型和型芯中也会产生大量气体。透气性差，部分气体留在铸件内部不能排出，于是造成气孔等缺陷。(4) 高的耐火度在高温液体金属作用下，型砂、芯砂不软化、不烧结的性能，称为耐火度。型砂耐火度不足会造成铸件粘砂，给切削加工带来困难。粘砂严重而难以清理的铸件可能成为废品。(5)良好的退让性铸件凝固后，冷却收缩时砂型和型芯的体积可以被压缩的性能，称为退让性。退让性差，阻碍金属收缩，使铸件产生内应力，甚至造成裂纹等缺陷。为了提高退让性，可在型砂中加入附加物，如草灰和木屑等，使砂粒间的空隙增加。由于型芯工作时四周被高温金属液包围，工作条件比型砂更为恶劣，所以，对芯砂除应具有更高的强度、耐火性、透气性和退让性外，还应具有较小的发气性、较低的吸湿性和较好的出砂性。与型砂的性能有关的铸造缺陷：塌箱、冲砂、砂眼、气孔和缩孔、粘砂、裂纹等。6-4金属的铸造性能主要用什么衡量？它们对铸件质量有何影响？答：合金的铸造性能是指铸造成形过程中获得外形准确、内部健全铸件的能力。主要有流动性、收缩、偏析、吸气性、氧化性等。其中流动性和收缩对合金的铸造性能影响最大，对于是否容易获得健全的铸件是非常重要的。 流动性对铸件质量的影响  金属浇注时，液态金属能够填满铸型是获得外形完整、尺寸精确、轮廓清晰铸件的基本条件，但是液态金属在填充过程中因散热而伴随着结晶现象，同时还存在着铸型对液态金属的阻力。如果金属的流动性不足，在金属还没填满铸型之前就停止流动，铸件将产生浇不足或冷隔现象。 合金的流动性是指液态金属本身的流动能力，直接影响到金属液的充型能力。流动性好的金属，充型能力强，能铸出形状复杂、轮廓清晰、尺寸精确、薄壁的铸件，避免出现冷隔、浇不到等缺陷；有利于金属液中夹杂物和气体的上浮与排除，减少气孔、夹渣等缺陷；有利于发挥冒口的补缩作用，防止铸件产生缩孔、缩松缺陷。因此，在进行铸件设计和制定铸造工艺时，必须考虑合金的流动性。 收缩对铸件质量的影响  液态收缩和凝固收缩表现为合金的体积缩小，用体积收缩率来表示，它是铸件产生缩孔和缩松的主要原因；固态收缩表现为铸件尺寸的缩小，是铸件变形、产生内应力、变形和裂纹的主要原因。6-5浇注系统的作用是什么？由哪几部分组成？答：浇注系统是为填充型腔和冒口而开设于铸型中的一系列通道。通常有浇口杯、直浇道、横浇道、内浇道和冒口组成。其作用是承接和导入金属液，控制金属液流动方向和速度，使金属液平稳地充满型腔；调节铸件各部分的温度分布；阻挡夹杂物进入型腔。合理的浇注系统对保证铸件质量，降低金属消耗有重要的意义。若浇注系统设置不合理，易产生冲砂、砂眼、渣眼、浇不足、气孔和缩孔等缺陷。6-6在设计铸件外形结构时应考虑哪些问题？为什么？答：铸件外形结构设计中应注意以下几方面： （1）外形力求简单平直  尽量采用规则的易加工平面、圆柱面等，避免不必要的曲面、内凹等，以便于制模和造型，简化铸造生产的各个工序。 （2）避免或减少活块  合理设计零件上的凸台、肋板，厚度应适当、分布应合理，以方便起模。 （3）尽量减少分型面的数量  分型面少且为平面可避免多箱造型和不必要的型芯，不仅可简化造型工艺，还能减少错型和偏芯，提高铸件精度。 （4）应设计结构斜度  在垂直于分型面的非加工面应设计适当的结构斜度，以便于起模，避免在起模时损坏型腔，提高铸件精度。一般手工造型木模的结构斜度为1°～3°。铸件垂直壁的高度增加，结构斜度减小；内壁的斜度大于外壁的斜度；木模或手工造型的斜度大于金属模或机器造型，有结构斜度的内腔，有时可采用吊砂或自带芯子。 （5）避免收缩受阻  铸件的结构应利于自由收缩，以免产生较大的铸造内应力，防止铸件开裂。 （6）避免过大水平面  过大的水平面不利于金属液的填充，易产生浇不到和冷隔；不利于排除气体和夹杂物；在大的水平面上方，铸型受金属液的烘烤易开裂使铸件产生夹砂缺陷。将大的水平面改为倾斜面，可防止产生上述缺陷。6-7结构斜度与起模斜度有何异同点？答：铸件的结构斜度是指铸件结构所具有的斜度。铸件上与分型面垂直的非加工面应设计结构斜度，以便于造型时易于取出模样。考虑到保持铸件的壁厚均匀，内、外壁应相应倾斜。 为使模样从铸型中取出或型芯从芯盒中脱出，平行于起模方向在模样（或芯盒）壁上所增加的斜度称为起模斜度。6-8在设计铸件内腔时应考虑哪些问题？为什么？答：（1）尽量少用或不用芯  铸件上的孔和内腔是用型芯来形成的，其数量的增加会使生产周期延长，成本增高，并使合型装配困难，降低铸件的精度，容易引起各种铸造缺陷。 （2）有利于芯的固定、排气和清理，防止产生偏芯、气孔等缺陷6-9在铸件壁的设计中应注意哪些问题？答：（1）铸件的壁厚应合理  铸件的壁厚应保证力学性能，便于铸造生产。铸件的壁不能太薄，否则会受金属流动性的影响，产生浇不到、冷隔等缺陷。 铸件的壁厚也不宜过大，否则会在壁的中心处形成晶粒粗大，产生缩孔、缩松等缺陷。每一种合金都有一个临界壁厚，当铸件的壁厚超过这个尺寸后，铸件的承载能力并不是按比例随之增加。铸造合金的临界壁厚可按其最小壁厚的三倍来考虑。为保证铸件强度和刚度，可在铸件的脆弱处增设加强筋。 （2）铸件的壁厚应均匀  铸件各部分壁厚相差过大，不仅容易在较厚处产生缩孔、缩松缺陷，还会使各部位冷速不均，铸造内应力增大，造成铸件开裂。 （3）铸件的壁间连接应合理  铸件的壁间连接应采用圆角过渡。铸件壁的交叉处热量蓄积较多，易形成缩孔和缩松，因此要避免交叉。对中小型铸件可采用交错接头，大型铸件可用环状接头。铸件壁间连接如出现小于90°的锐角，可采用过渡形式。 有时铸件的壁厚不可能完全一致，厚壁与薄壁的连接应采用逐渐过渡，以避免因壁厚突变而引起应力集中。6-10缩孔与缩松是怎样形成的？防止的措施有哪些？答：缩孔：在铸件厚断面内部、两交界的内部及厚断面与薄断面交接的内部或表面，形状不规则，孔内粗糙不平，晶粒粗大。 预防措施：厚度小且均匀的铸件要采用同时凝固，壁厚大且不均匀的铸件采用由薄向厚的凝固方法，合理放置冒口和冷铁。 缩松：在铸件内部微小而不连贯的缩孔，聚集在一处或多处，晶粒粗大，水压试验时渗水。 预防措施：壁间连接处尽量减少热节，尽量降低浇注温度和浇注速度。6-11如图6-39所示的支承台零件，采用HT150，生产50件，试确定铸造工艺，并绘出铸造工艺图和铸件图。答：略第7章7-1模型锻造与自由锻造相比有何区别？答：模型锻造是金属在外力作用下产生塑性变形并充满模膛而获得锻件的专方法。常用模锻设属备有模锻锤、热模锻压力机、平锻机和摩擦压力机等。与自由锻相比，模锻件尺寸精度高，机械加工余量小，锻件的纤维组织分布更为合理，可进一步提高零件的使用寿命。模锻生产率高，操作简单，容易实现机械化和自动化。但设备投资大，锻模成本高，生产准备周期长，且模锻件的质量受到模锻设备吨位的限制，因而适用于中、小型锻件(一般＜150kg)的成批和大量生产。7-2锻模结构由哪几部分组成？模膛作用是什么？答：锻模由上、下模组成，上模和下模分别安装在锤头下端和模座的燕尾槽内，用楔铁紧固。上、下模接触时，其接触面上下所形成的空间为模膛。预锻模膛的作用是使坯料变形到接近锻件的形状和尺寸，以保证终锻时坯料容易充满模膛而成形，并可减少终锻模膛磨损，提高使用寿命。终锻模膛的作用是使坯料达到锻件的形状和尺寸要求。7-3试述确定最佳分模面的原则。锻件圆角半径有何作用？答：最佳分模面选择原则是：应便于锻件从模膛中取出，一般分模面选在锻件最大尺寸的截面上；要保证金属易于充满模膛，有利于锻模制造，分模面应选在使模膛具有宽度最大和深度最浅的位置上；要保证便于发现上、下模错移现象，分模面应避免选在过渡面上；应便于制造模具，分模面最好是平面，且上、下模膛深浅基本一致；要保证锻件上所加的余块最少。凸圆角（大小用圆角半径r表示）可减少模膛相应凹角处的应力集中，避免锻模开裂。凹圆角（大小用圆角半径R表示）的存在可使锻造时金属易充满模膛，防止模膛相应凸角处被压塌和过早磨损。7-4板料冲压有哪些特点，在哪些生产部门得到广泛应用？答：板料冲压具有以下特点：①冲压件尺寸精度高、表面质量好、互换性好、材料利用率高。②因加工硬化的产生，使冲压件的强度和刚度好，有利于减轻结构重量。③冲压过程操作简单，易于实现机械化和自动化生产，生产效率高（一台冲床班产量可达30000个零件），成本低。④能生产出形状复杂的零件，冲压件一般不再进行切削加工，生产周期较短。板料冲压在工业生产中有着广泛的应用，特别是在航空航天、汽车、电器、仪表等行业占有极其重要的地位。7-5什么是冲裁工序？落料和冲孔有什么异同？答：冲裁是利用冲模将板料按封闭轮廓进行分离的工序。冲孔和落料都属于冲裁，在这两个过程中坯料的变形和模具结构完全一样，但是用途不同。冲孔时冲落部分为废料，留下的周边部分是成品；落料时冲下部分为成品，留下的周边部分是废品。7-6冲裁时，板料的变形过程怎样？冲裁件的断面有哪几部分组成，怎样形成的？答：在冲裁模中凸模和凹模都具有锋利的刃口，二者之间有一定的间隙z，当凸模压下时，首先使板料产生弹性变形，坯料的一部分相对于另一部分产生错移，凸模继续压入，压力增加，当板料内的应力达到屈服点时材料开始进入塑性变形阶段，当变形达到一定程度时，位于凸、凹模刃口处的材料由于加工硬化和应力集中现象加剧，开始出现微裂纹，并迅速扩大，直至上、下裂纹相交，板料即产生断裂分离。分离后的断口包括塌角、光亮带、断裂带和毛刺四个区域。光亮带表面光洁、尺寸精确，它是凸模因挤压切入材料在出现裂纹前形成的；断裂带、塌角、毛刺等区域都使断口表面质量下降。四个区域在断口上所占的比例与坯料的塑性、厚度，凸、凹模间隙，刃口的锋利程度等有关。7-7何谓冲裁间隙？它对冲裁件质量和模具有何影响，如何合理选择其大小？答：冲模中凸模和凹模都具有锋利的刃口，二者之间具有一定的间隙，称为冲裁间隙。间隙过大，凸模刃口附近的断裂纹较正常间隙时向内错开，因此光亮带小一些，断裂带和毛刺均较大；间隙过小，凸模刃口附近的断裂纹较正常间隙时向外错开，上下裂纹也不能很好重合，导致毛刺增大；同时由于凸模与被冲孔之间、凹模与落料件之间均有摩擦，因此当间隙较小时，摩擦较严重，会降低模具的使用寿命。合理的间隙值Z=mδ其中，m是与材料性能及厚度有关的系数。低碳钢、纯铁m=0.06~0.09，铜、铝合金，m=0.06~1；高碳钢，m=0.08~0.12.δ是材料厚度（mm）7-8什么是最小弯曲半径？弯曲时应怎样弯曲才能使弯曲半径较小而又不使板料破裂？答：材料在弯曲中不致发生破坏时弯曲半径的最小极限值称为最小弯曲半径。坯料塑性好，则最小弯曲半径可小些，同时应尽可能使弯曲线与坯料纤维方向（锻造流线）垂直。如果弯曲线与纤维方向平行，则易出现裂纹。7-9工件拉深时为什么在外缘（法兰部分）起皱，为什么会拉穿破裂？采取什么工艺措施来解决上述质量问题？答：起皱是由于法兰部分（当毛坯相对厚度较小时）在切向力作用下导致的结果。相对厚度越小，拉伸系数越小，越易起皱。为防止拉深过程中零件起皱，可采用压边圈的方法把坯料压住进行拉深7-10如图7-45所示的模锻件，在结构设计上有无不合理之处？若有请改正并说明理由。答：其结构不适于模锻的工艺要求。    零件轮辐过于扁薄，薄壁部分金属模锻时容易冷却，不易充满模膛。 非加工表面间所形成的角应按模锻圆角来进行设计。 零件上与锤击方向平行的非加工表面，应设计出模锻斜度。7-11图7-46所示三种连杆，试选择锤上模锻时最合适的分模面，并绘出相应的模锻件图。答：7-12如图7-47所示零件，若生产批量分别为单件、成批和大量生产时应选择何种锻造方法为好？说明理由。图图7-47答：（a）自由锻下料、拔长、局部拔长、切头（b）机上模锻下料、镦粗、预锻、终锻、冲孔（c）锤上模锻  下料—终锻—切飞边—冲孔连皮第8章8-1何谓焊接？它有哪些特点？主要分为哪几类？答：焊接是现代工业生产和工程建设中连接金属构件的重要方法。它是通过加热或加压（或两者并用），以及用或不用填充材料，使被焊金属原子之间相互溶解与扩散，从而实现连接的加工方法。焊接的主要特点(1)节省材料，减轻重量焊接的金属结构件可比铆接件节省材料10%~25%；采用点焊的飞行器结构，重量明显减轻，油耗降低，运载能力提高。(2)简化复杂零件和大型零件的制造过程焊接方法灵活，可化大为小，以简拼繁，加工快，工时少，生产周期短。许多结构都以铸焊、锻焊的形式组合，简化了加工工艺。(3)适应性强多样的焊接方法几乎可焊接所有的金属材料和部分非金属材料，可焊范围较广，而且连接性能较好。焊接接头可达到与工件金属等强度或相应的特殊性能。(4)满足特殊连接要求不同材料焊接在一起，能使零件的不同部分或不同位置具备不同的性能，达到使用要求，如防腐容器的双金属筒体的焊接、钻头工作部分与柄的焊接、水轮机叶片耐磨表面堆焊等。尽管如此，焊接加工在应用中仍存在一些不足之处。例如，不同焊接方法的焊接性能有较大差别，焊接接头的组织不均匀，焊接过程所造成的结构应力与变形以及各种裂纹问题等，都有待于进一步研究和完善。焊接方法的种类很多，按焊接过程的特点，可归纳为三大类，即熔焊、压焊和钎焊。8-2什么叫焊接电弧？焊接电弧基本构造及温度、热量分布怎样？答：焊接电弧是电极与工件之间的强烈而持久的气体放电现象。焊接电弧由阴极区、阳极区和弧柱区三部分组成。弧柱区温度最高，其中心温度可达5700℃以上。使用直流电源焊接时，阴极区放出的热量约占电弧总热量的38％，阳极区放出的热量约占电弧总热量的42％，弧柱区放出的热量约占电弧总热量的20％。8-3什么是直流弧焊机的正接法、反接法？应如何选用？答：用直流电焊机焊接时，由于正极和负极上的热量不同，有正接和反接两种接线方法。若把阳极接在工件上，阴极接在焊条上，则电弧热量大部分集中在工件上，使工件熔化，适于厚板焊接，称为正接法。反之，称为反接法，适于薄板和有色金属的焊接。但在使用碱性焊条时，均采用直流反接。8-4什么叫热影响区？低碳钢焊接热影响区的组织与性能如何？答：焊接热影响区是母材因受热的影响（但未溶化）而发生在金相组织和机械性能变化的区域。 低碳钢是亚共析钢，在焊接熔池冷却凝固的一次结晶完成后，在一定温度下将发生二次结晶即固态相变，这时的组织应该是铁素体加少量珠光体。其组织质量分数的不同和性能的不同取决于冷却速度，即冷却速度越大，铁素体含量越少，珠光体越高，硬度、强度也随之增高，且组织细小。反之，则组织变粗，铁素体越多，珠光体越少，硬度和强度降低。需要注意的是铁素体的形态，在不同冷却速度下也是不同的，且对性能有影响。8-5影响焊接接头性能的因素有哪些？如何影响？答：影响因素有很多，像焊接方法、焊材选用、工艺参数（电压、电流、焊速）、操作技能、焊接环境（风速、空气湿度）等等都会影响焊接接头的质量。8-6焊芯的作用是什么？焊条药皮有哪些作用？答：焊芯是焊条中被药皮包覆的金属芯，主要作用是导电，产生电弧，提供焊接电源；作为焊缝的填充金属，与熔化的母材共同形成焊缝。焊芯在焊缝中约占50%~70%，焊芯的化学成分和杂质直接影响到焊缝的质量。药皮是压涂在焊芯表面的涂料层，由矿石粉和铁合金粉等原料按一定比例配制而成。它的作用是利用渣、气对焊接熔池起机械保护作用；进行物理和化学反应去除杂质，补充有益元素，保证焊缝的成分和力学性能；具有良好的工艺性能，能稳定燃烧、飞溅少、焊缝成形好、易脱渣等。8-7怎样正确选择焊接规范？答：焊条电弧焊的焊接参数包括焊条直径、焊接电流、焊接电压、焊接速度和电弧长度等，其中焊条直径和焊接电流为主要参数。为了保证焊接质量和提高劳动生产率，必须选择合理的焊接规范。 1）焊条直径主要取决于被焊工件的厚度。 2）焊接电流的大小是影响焊缝质量和焊接生产率的主要因素。 3）电弧长度一般不超过2mm～4mm。焊接速度以保证焊缝尺寸符合设计图样要求为准。8-8什么是金属材料的焊接性？低碳钢的焊接性如何？答：焊接性是指金属材料在一定焊接工艺条件下，获得优质焊接接头的难易程度，也是指金属材料对焊接加工的适应性。它包括焊接接头的接合性能和使用性能两方面的内容。接合性能是指在一定焊接工艺条件下，形成焊接缺陷的敏感性，尤其是出现裂纹的可能性；使用性能是指在一定的焊接工艺条件下，焊接接头对使用要求的适应性，包括力学性能以及耐热、耐蚀等特殊性能。 对于低碳钢的焊接，在简单工艺条件下，应用任意一种焊接方法都能获得良好的焊接接头，说明低碳钢的焊接性好。8-9埋弧焊与焊条电弧焊相比具有哪些特点？埋弧焊为什么不能代替焊条电弧焊？答：埋弧自动焊与焊条电弧焊相比，具有如下优点： （1）生产率高  埋弧焊采用大电流焊接（焊接电流可达800～1000A），电弧热量集中，焊缝的熔深大，较厚的工件不开坡口也能焊透，不需换焊条，生产效率高。 （2）焊接质量好  熔池、焊缝受到焊剂和渣壳的可靠保护，焊接热量集中，焊接速度快，焊件变形小，因而焊缝质量和性能得到提高，焊缝表面成形美观，工件变形小。 （3）节省金属材料与电能  焊缝可以不开或少开坡口，因此可节省填充金属。另外，由于热量损失、金属烧损和飞溅都少，节省了电能的消耗。 （4）改善了工人的劳动条件  埋弧自动焊焊接过程的机械化，大大降低了工人的劳动强度，且埋弧自动焊是在焊剂层下燃烧，无弧光，放出的气体少，劳动条件得到很大改善。埋弧自动焊缺点是：对于短焊缝、曲折焊缝及薄板焊接困难；设备费用较贵；焊接过程看不到电弧，不能及时发现问题。 埋弧自动焊常用于成批生产，焊缝在水平位置上，被焊工件厚度为6～60mm的长直焊缝及较大直径的环形焊缝。在桥梁、造船、锅炉、压力容器、冶金机械制造等工业中广泛应用。8-10气体保护焊可为哪几种？试述每种方法的原理、特点及其应用范围？答：根据所用保护气体不同，常见的气体保护焊有氩弧焊和二氧化碳气体保护焊等。氩弧焊氩弧焊又称氩气体保护焊，是在普通电弧焊的原理的基础上，利用氩气对金属焊材的保护，通过高电流使焊材在被焊基材上融化成液态熔池，使被焊金属和焊材达到冶金结合的一种焊接技术，由于在高温熔融焊接中不断送上氩气，使焊材不能和空气中的氧气接触，从而防止了焊材的氧化，因此可以焊接铜、铝、合金钢等有色金属。二氧化碳气体保护焊是利用CO2气体（有时采用CO2+O2的混合气体）作为保护介质的熔化极气体保护焊。由于CO2是氧化性气体，在电弧高温作用下能分解为CO和[O]，使钢中的C、Mn、Si及其合金元素烧损，降低焊缝的力学性能，且能导致气孔和金属的飞溅，故它不适用于焊接有色金属和高合金钢。在焊接低碳钢和普通低合金钢时，应采用含有较高Si和Mn等合金元素的焊丝来实现脱氧和渗合金作用。8-11气体保护焊时为什么要提前供气和滞后停气？答：提前供气为了排除焊口的氧气，在焊接前提早形成气体保护圈，以避免焊初氧化皮的产生；滞后停气也是同理，防止金属高温氧化。8-12什么是钎焊？钎焊的分类及特点？答：钎焊是一种靠熔化的钎料或液相把母材连接起来的方法，母材不熔化，钎料与母材界面上发生溶解、浸润、扩散、化合之类的相互作用。钎料是一种纯金属或合金，其熔点低于母材。根据钎料的熔点不同，钎焊一般分为软钎焊和硬钎焊。⑴软钎焊钎料熔点低于450℃，接头强度较低，一般低于70MPa，所以只用于钎焊受力不大、工作温度较低的工作。常用的钎料是锡铅合金，俗称锡焊。软钎焊广泛用于印刷电路板与电子元器件等的焊接。⑵硬钎焊钎料熔点高于450摄氏度，接头强度较高，在200MPa以上。常用的钎料有镍基、银基、铜基钎料等。硬钎料主要用于受力相对较大或工作温度较高的钢铁、铜合金以及异种材料工件的焊接，如自行车三角架、硬质合金刀片和刀杆的焊接。8-13常见焊接缺陷有哪些？采用什么方法克服？答：常见焊接缺陷有以下几种： （1）未焊透与未熔合 未焊透是指焊接时接头根部未完全焊透的现象。未熔合是指熔焊时，焊缝与母材之间或焊缝与焊缝之间未完全熔化结合的现象。 产生的主要原因有：焊接电流过小；焊接速度过快；未开坡口或坡口角度太小；钝边太厚，间隙过窄；焊条直径选择不当，焊条角度不对等。 （2）气孔与夹渣 气孔是指焊接时，熔池中的气泡在凝固时没能逸出而残留下来所形成的空穴。夹渣是指焊后残留在焊缝中的焊渣。 其产生的主要原因有：被焊工件焊前清理不干净；焊接材料化学成分不对；焊接速度过快、电流过小；操作不当等。 （3）咬边咬边是指沿焊趾的母材部位产生的沟槽或凹陷。咬边减弱了母材的有效承载截面，并且在咬边处形成应力集中。 产生的主要原因有：焊接电流过大，焊接速度太快，运条方法不当；焊条角度不对，电弧长度不合适。 （4）裂纹 焊接裂纹是危害最大的缺陷，分为热裂纹和冷裂纹。热裂纹是指冷却到固相线附近在高温时产生的裂纹，裂纹有氧化色泽，一般发生在焊缝，有时也发生在焊缝附近的热影响区。冷裂纹是指在焊接接头冷却到200℃～300℃以下形成的裂纹。 产生的主要原因有：焊接材料化学成分不当，工件含碳、硫、磷较高；焊接措施和顺序不正确；熔化金属冷却速度过快；被焊工件设计不合理，焊缝过于集中，焊接应力过大等。 （5）烧穿 烧穿是指焊接过程中，熔化金属自坡口背面流出，形成穿孔的缺陷。 产生的主要原因有：焊接电流过大；电弧在焊缝某处停留时间过长；焊接速度过慢；被焊工件间隙大，操作不当等。 （6）焊瘤 焊瘤是指焊接过程中，熔化金属流淌到焊缝之外未熔化的母材上所形成的金属瘤。 产生的主要原因有：电弧过长；操作不熟练，运条不当；立焊时，焊接电流过大等。8-14如何选择焊接方法？下列情况应选用什么焊接方法？并简述理由。⑴低碳钢桁架结构，如厂房屋架。⑵纯铝低压容器。⑶低碳钢薄板（厚1mm）皮带罩。⑷供水管道维修。答：焊接方法的选择： （1）焊条电弧焊应用：广泛用于造船、锅炉及压力容器、机械制造、建筑结构、化工设备等制造维修行业中。适用于（上述行业中）各种金属材料、各种厚度、各种结构形状的焊接。   （2）埋弧焊（自动焊）应用：广泛用于造船、锅炉、桥梁、起重机械及冶金机械制造业中。凡是焊缝可以保持在水平位置或倾斜角不大的焊件，均可用埋弧焊。板厚需大于5毫米（防烧穿）。焊接碳素结构钢、低合金结构钢、不锈钢、耐热钢、复合钢材等。   （3）二氧化碳气体保护焊（自动或半自动焊）应用：主要焊接低碳钢及低合金钢。适于各种厚度。广泛用于汽车制造、机车和车辆制造、化工机械、农业机械、矿山机械等部门。   （4）MIG/MAG焊（熔化极惰性气体保护焊）应用：几乎能焊所有的金属材料，主要用于有色金属及其合金，不锈钢及某些合金钢（太贵）的焊接。最薄厚度约为1毫米，大厚度基本不受限制。   （5）TIG焊（钨极惰性气体保护焊）应用：几乎可焊所有金属材料，常用于不锈钢，高温合金，铝、镁、钛及其合金，难熔活泼金属（锆、钽、钼、铌等）和异钟金属的焊接。焊接厚度一般在6毫米以下的焊件，或厚件的打底焊。   （6）等离子弧焊应用：     1）穿透型（小孔型）等离子弧焊：可单面焊双面成形，最适于焊接3～8毫米不锈钢，12毫米以下钛合金，2～6毫米低碳钢或低合金结构钢以及铜、黄铜、镍及镍合金的对接焊。（板太厚，受等离子弧能量密度的限制，形成小孔困难；板太薄，小孔不能被液态金属完全封闭，固不能实现小孔焊接法。）     2）熔透型（溶入型）等离子弧焊：主要用于薄板（0.5～2.5毫米以下）的焊接、多层焊封底焊道以后各层的焊接及角焊缝的焊接。     3）微束等离子弧：主要用于焊接1毫米以下的超薄、超小、精密的焊件。 以上是常用的几种熔焊方法，各有优点和不足，选择焊接方法时，要考虑的因素比较多，如：焊件材料的种类、板厚、焊缝在空间的位置等。选焊接方法的原则是：在保证焊接接头质量的前提下，用总成本低的焊接方法。 低碳钢桁架结构，如厂房屋架；用焊条电弧焊。 纯铝低压容器；用氩弧焊。 低碳钢薄板（厚1mm）皮带罩；用钎焊。 供水管道维修。用缝焊。第9章一、选择题1.在车外圆时，工件的回转运动属于主运动，刀具沿工件轴线的纵向移动属于进给运动。2.积屑瘤发生在第Ⅱ变形区，加工硬化发生在第Ⅲ变形区。3.哪种切屑屑形不属于可接受的屑形带状切屑。4.加工塑性材料、软材料时前角大些；加工脆性材料、硬材料时前角小些。5.高速钢刀具切削温度超过550～600时工具材料发生金相变化，使刀具迅速磨损，这种现象称为相变磨损。二、填空题1.切削用量三要素是切削速度Vc、进给量f、背吃刀量ap（切削深度）2.刀具材料种类繁多，当前使用的刀具材料分4类：工具钢，硬质合金，陶瓷，超硬刀具材料。一般机加工使用最多的是高速钢和硬质合金3.切削力由于大小与方向都不易确定，为便于测量、计算和反映实际作用的需要，将合力F分解为3个分力：切削力Fc（主切削力Fz），背向力Fp（切深抗力Fy），进给力Ff（进给抗力Fx）。4．切削液的作用有冷却作用、润滑作用、排屑和洗涤作用、防锈作用。5．在切削过程中，当系统刚性不足时为避免引起振动，刀具的前角应大些，主偏角应大些。6.外圆车削时，在刀具4个标注角度中，对切削温度影响较大的角度是γ和Kr三、判断题1.车外圆时，切削刃上各点的切削速度相同。（x）2.工件材料相对加工性指标Kr越小，材料的切削加工性越好，材料越容易加工。（x）4.高速切削时，切削液对表面粗糙度影响不明显。（√）5．背向力Fp（切深抗力Fy）不消耗功率。（√）6.刀具的寿命等于刀具的耐用度（耐用度指一次刃磨到下一次刃磨的切削时间）。（x）7.钨钴类硬质合金（YG）因其韧性、磨削性能和导热性好，主要用于加工脆性材料，有色金属及非金属。(√)8.刀具寿命的长短、切削效率的高低与刀具材料切削性能的优劣有关。（√）9.积屑瘤的产生在精加工时要设法避免，但对粗加工有一定的好处。

（

√）

10.背吃刀量ap增大一倍时，切削力FC也增大一倍；当进给量f增大一倍时，切削力FC也增大一倍。（x）11.主运动是消耗功率最大的运动，一般情况下主运动可以两个或三个。（x）12.当粗加工、强力切削或承冲击载荷时，要使刀具寿命延长，必须减少刀具摩擦，所以后角应取大些。（x）13.积屑瘤的材料是一种既不同于工件也不同于刀具材料的新的合金。（√）14.背向力Fp是引起机床切削振动，影响加工精度的主要原因，它不消耗功率。（√）15.切削加工时，产生的热量越多，切削温度越高。（x）四、简答题1.试述刀具材料应该具有的性能有哪些？答：1刀具材料应具备高硬度2高耐磨性3足够的强度与韧性4高的耐热性5良好的散热性和耐热冲击性能6刀具材料还需有较好的工艺性与经济性。刀具前角有什么作用？如何选择前角？答：前角的功用： ○1前角增大时切削刃锋利，切屑流出阻力小、摩擦力小，切削变形小，因此，切削力和功率小，切削温度低，刀具磨损少，加工表面质量高。 ○2过大的前角，使刀具的刚性和强度差，热量不易传散，刀具磨损和破损严重，刀具寿命低。 前角合理选择原则： ○1根据被加工材料选择 加工塑性材料、软材料时前角大些，加工脆性材料、硬材料时前角小些。 ○2根据加工要求选择 精加工到的前角较大；粗加工和断续切削时前角较小；加工成形面前角应小，这是为了能减小刀具的刃形误差对零件加工精度的影响。 ○3根据刀具材料选择 刀具韧性好，强度高时可选前角较大；刀具的硬度高，抗弯强度较低的，前角较小。后角的功用是什么？怎样合理选择？答：后角主要影响刀具后面与加工表面的摩擦、加工精度、刀具刃口强度和耐用度。 精加工时，为防止挤压摩擦，应选用较大的后角；粗加工时，为增加刀头强度，应选用较小的后角。积屑瘤是如何形成的？它对切削过程有何影响？若要避免产生积屑瘤要采取哪些措施？答：当加工塑性材料时，温度达到一定值，压力又较高时，由于粘结和加工硬化便形成了积屑瘤；积屑瘤影响切削的平稳性、加工精度、加工表面质量；控制措施为降低材料塑性，选用高的或低的切削速度，选用较大的前角，以及切削液。以车刀为例，什么叫前刀面？什么叫后刀面？什么叫副后刀面？什么叫主刀刃？什么叫副刀刃？答：切屑流出时经过的刀面为前刀面；与过渡表面相对的刀面为后刀面；与过渡表面相对的刀面称为副后刀面；前刀面与后刀面汇交的边缘称为主刀刃；前刀面与副后刀面汇交的边缘称为副刀刃；金