金属工艺学复习(1)

第一章金属材料的性能

1、金属材料的力学性能主要有：强度、塑性、硬度、冲击韧性、疲劳强度等。

第二章金属的晶体结构

3、细化晶粒措施

①增大金属过冷度：增加冷却速度②变质处理：添加变质剂（孕育剂）③振动④搅拌

4、同素异构转化

概念：温度变化－－晶格类型变化。

意义：利用热处理，改善材料性能。

5、合金的金属结构

合金的组元主要有：固溶体（间隙固溶体、置换固溶体）和金属化合物两部分

6、固溶强化：随着溶质原子的增加，溶剂晶格产生畸变，使金属强度、硬度升高的现象。

第一、二章作业题

1、材料常用的塑性指标有（断后伸长率）和（断面伸长率）。

2、在外力作用下，材料抵抗（变形）和（断裂）的能力称为强度。

3、晶体与非晶体最根本的区别是__原子排列情况不同___。

4、体心立方晶格与面心立方晶格中，晶胞中原子数分别是__2__和__4___，致密度分别是__0.68 __

和__0.74___，γ-Fe属于___面心立方晶格_____结构。

5、实际金属中的晶体缺陷按几何形状分三类，其中常见的点缺陷包括__点缺陷___、___线缺陷___、

__面缺陷___ ；常见的线缺陷有_ 位错_，面缺陷主要指___晶界___、____亚晶界___。

6. 合金的晶体结构有__固溶体____和___金属化合物___两大类。

7、固溶体中根据溶质原子在溶剂晶格中所占的位置不同，将其分为___置换固溶体___和___间隙固溶体___

两大类。

是非题

1、实际晶体的缺陷总是使材料强度硬度下降，而不会使其提高。（×）

2、一般，金属的晶粒越细，强度越高，塑性越好。（√）

3、因为单晶体是各向异性的，所以实际应用的金属材料在各个方向上的性能也是不同的。（×）

4、亚共晶成分合金和过共晶合金的共晶转变温度相同。（√）

5、合金是指两种以上的金属元素组成的具有金属特性的物质。（×）

6、金属或合金中，凡成分相同、结构相同、并与其他部分有界面分开的均匀组成部分称为相。（√）

7、在实际生产中，冷却速度较快带来的枝晶偏析，不能通过工艺措施得以改善（×）。

选择题

A 1、在三种常见的金属晶体结构中，原子排列最疏松的是（）

A 体心立方晶格

B 面心立方晶格

C 密排六方晶格

C 2、实际晶体中的线缺陷表现为（）

A 空位

B 间隙原子

C 位错

D 晶界

A 3、为细化晶粒，浇注铸件时可采用（）措施。

A 加变质剂

B 低温浇注

C 以砂型代金属型

D 4、过冷度是金属结晶的驱动力，它主要取决于（）。

A 化学成分

B 加热温度C晶体结构 D 冷却速度

B 5、固溶体的晶格与（）相同。

A 溶液

B 溶剂

C 溶质

D 溶剂或溶质

C 6、当二元合金进行共晶反应时，其相组成是（）

A 单相组成

B 两相共存C三相共存D四相共存

B 7、二元共晶反应是指（）

A 在一定温度范围内，由一种液相生成一种固相

B 在一恒定温度下，由一种液相生成两种不同固相

C在一恒定温度下，由一种固相生成两种不同固相

D在一恒定温度下，由一种液相和一种固相生成另一种固相

第三章铁碳合金相图

1、铁碳合金的基本组织

组织名称符号表示形成条件组织类型溶碳能力性能显微组织

铁素体 F 碳溶于α—Fe 间隙固溶体727℃/0.0218% 强度、硬度不高，

塑性、韧性好

均匀明亮的多边形晶

粒

奥氏体 A 碳溶于γ—Fe 间隙固溶体1148℃/2.11% 强度、硬度不高，

塑性很好

多边形晶粒，晶界比F

平直

渗碳体Fe3C 铁与碳组成金属化合物含碳6.69% 硬度很高，极脆，

塑性几乎是零

渗碳体呈银白色光泽。

片状、网状、粒状

珠光体P 铁素体与碳素体组成两相混合物含碳0.77% 具有良好的综合

力学性能

呈层片状特征

莱氏体

Ld高温莱氏体

奥氏体与渗碳体组成两相混合物

塑性、韧性很差

硬而脆

L’d低温莱氏体

2、铁碳合金相图

①铁碳相图中特征点的含碳量速记：

韩探亮（含碳量）爬山，携带四个蛋（0.00057％）；日食一半（0.0218％），爬至E点（2.11％）已无蛋；到达西天（C点），食点山（4.3％）

②共晶反应

对于W c在（2.11--6.69）％之间的铁碳合金

都要在恒温下进行此反应，直到液相完全消失。

③共析反应：一种固相同时析出两种固相；

共析反应是共晶反应的特例。

对于w c大于0.0218％的铁碳合金，都在恒

温下要进行此反应。

④铁碳合金相图

第三章作业题

填空

1）碳在α-Fe中形成的间隙固溶体称为铁素体，具有体心晶体结构，在727 ℃碳的最大溶解度最大，为0.0218 ％。

2）珠光体本质是铁素体和碳素体组成的机械混合物，高温莱氏体是奥氏体和渗碳体组成的机械混合物。

3) 固溶体出现枝晶偏析后，可用扩散退火加以消除。

4）铁碳相图中，存在着三种重要的固相，说明它们的本质和晶体结构。如F是碳在α－Fe 中的间隙固溶体，体心立方结构。A是碳在γ—Fe中的间隙固溶体；面心立方结构；Fe3C 是碳与铁形成的金属化合物。

5）铁碳合金相图中，共晶线是指L冷却到ECF线均发生共晶转变；共析线是指A冷却到PSK线温度是均发生共析转变；ES线含义是C在γ—Fe中的溶解度曲线；GS线是指F析出开始线。6）固溶强化是指合金元素固溶于基体金属造成一定程度的晶格畸变从而使金属强度提高，造成强化的原因是由于溶质原子的溶入溶剂的晶格发生畸变，使得晶体滑移，阻力增大从而体现出强度、硬度升高的固溶强化效果。

3、选择题

C 1）铁素体的力学性能特点是（）

A 有良好的硬度和强度B有良好的综合力学性能

C有良好的塑性和韧性D有良好的耐磨性

B 2）含碳量4.3％的铁碳合金具有（）

A 良好的锻造性

B 良好的铸造性

C 良好的焊接性

D 良好的热处理性

C 3）在二元合金中，铸造性能最好的合金具有（）。

A 共析成分合金

B 固溶成分合金

C 共晶成分合金

C 4）在固溶体结晶过程中，产生枝晶偏析的原因是由于（）。

A 液、固相线间距很小，冷却缓慢

B 液、固相线间距大，冷却缓慢

C 液、固相线间距大，冷却速度也大

第四章钢的热处理

1、热处理原理:将钢在固态下加热到一定的温度，经过保温，然后以适当的速度冷却。一般不改变工件的形状和整体的化学成分，而改变工件内部组织，从而得到所需性能的工艺方法。

2、钢的奥氏体化（P A）:

①原理：钢件热处理时，首先要加热到临界点以上。使室温组织转变为均匀的奥氏体。

②转变阶段：奥氏体晶核的形成—奥氏体晶核的长大—残余渗碳体的溶解—奥氏体成分的均匀化

③奥氏体的转变产物：

高温转变产物－珠光体、索氏体、托氏体，

中温转变产物－上贝氏体、下贝氏体，

低温转变产物－马氏体

3、钢的冷却方式

等温冷却：快冷到A1以下－保温（发生组织转变）－然后再冷却下来。

连续冷却: 在连续冷却过程中发生组织转变。水冷、油冷、炉冷、空冷。

5、几种热处理方法

工具类：球化退火+淬火+低温回火

弹簧：淬火+中温回火

中碳钢、合金调质钢制造的曲轴和轴：淬火+高温回火（调质处理）

不受冲击齿轮：淬火+高温回火（调质处理）

合金渗碳钢制造的受冲击齿轮：渗碳+淬火+低温回火

第四章作业

1）碳钢马氏体组织形态主要有（板条状马氏体）和（片状马氏体）两种，其中（板条状马氏体）强韧性较好。

2）热处理时，确定钢的加热温度的理论依据是(铁碳合金相图)。

3）按温度划分，淬火钢的回火可分为（低温回火）（中温回火）和（高温回火）三类，低温回火的组织是（回火马氏体），其性能特点（高硬度、高耐磨性），适用于制作（量具，模具，滚动轴承）等零件。

4）共析钢加热时A形成是由（奥氏体晶核的形成）（奥氏体晶核的长大）（残余渗碳体的溶解）（奥氏体成分均匀化）等四个基本过程组成。

5）共析钢制成的销子，采用何种热处理可得以下组织：

珠光体：退火；托氏体+索氏体：正火；下贝氏体：等温淬火；回火索氏体：调质处理，马氏体+ 残余奥氏体：淬火

1、扩散退火的主要目的是（C）

A 消除加工硬化

B 降低硬度方便切削

C 消除或改善枝晶偏析 D消除或降低残余应力

2、钢经调质处理后的室温组织是（D）

A 回火马氏体

B 回火贝氏体

C 回火托氏体

D 回火索氏体

3、具有良好综合力学性能的组织是（Ｂ）

A 上贝氏体

B 下贝氏体

C 奥氏体

D 马氏体

4、现制造一传动轴，要求其整个截面上具有良好的综合力学性能，应采用（A）。

A 调质处理

B 淬火＋低温回火

C 正火处理

D 淬火＋中温回火

5、弹簧的最终热处理工艺一般是（A）。

A 淬火＋中温回火

B 淬火＋低温回火

C 去应力退火

D 淬火＋高温回火

6、锉刀的热处理工艺应采用（C）工艺。

A 调质处理

B 淬火＋中温回火

C 淬火＋低温回火

D 扩散退火

7、马氏体是

(B)。

A 碳在α-Fe

中的固溶体

B 碳在α-Fe

中的过饱和固

溶体

C 碳在γ-Fe

中的固溶体

D 碳在γ-Fe

中的过饱和固

溶体

3、简答题：用

C曲线，描述共析钢等温冷却转变的温度及组织（见上图）

第五章机械工程材料1、钢材

3、铝合金

①纯铝合金化：向铝中加入Mg、Cu、Si、Sn、Zn、Mn等合金元素，改变其组织性能，从而使强度得到提高。

②部分铝合金用途：飞机翼梁—腹板为硬铝合金；飞机主起落架—超硬铝合金；

活塞裙部—铝硅合金；汽缸头—铝-铜合金；鼓风机用密封件—铝-镁合金

4、铜合金

①黄铜=铜+锌（Cu-Zn），用来制造散热器、管材、板材

②白铜=铜+镍（Cu-Ni），海水或蒸汽中使用的精密仪器、仪表，低温热电偶、热电偶补偿导线等

第五章作业题

1）工业上应用的黄铜是（ A ）。

A．铜锌合金 B．铜镍合金 C．铜铅合金 D．铜锡合金

2）白口铸铁中，碳以——的形式存在，这种铸铁可用来制造——（A）。

A．渗碳体，犁铧 B．渗碳体，管接头C．片状石墨，机座 D．球状石墨，曲轴

3）20CrMnTi钢是合金渗碳钢，常用的热处理工艺应选用（ A ）。

A渗碳＋淬火＋低温回火 B渗碳＋淬火＋中温回火C．淬火＋低温回火D．淬火＋中温回火4）机床床身应选用（ C ）材料。

A．Q235钢 B. T8A C. HT250 D. Q345

5) 现需要制造一直径25mm的连杆，要求整个截面上具有良好的综合力学性能，应采用（A ）

A．40Cr钢，经调质处理B．60Si2Mn钢，经淬火＋低温回火

C．45钢，经正火处理D．20Cr钢，经淬火＋中温回火

6）弹簧钢的最终热处理工艺一般是（B ）。

A．淬火＋低温回火B．淬火＋中温回火C．去应力退火D．淬火＋高温回火

7）现需要制造一把锉刀，应选用（C ）。

A．45钢，经调质处理B．9SiCr钢，经淬火+中温回火

C．T12钢，经淬火＋低温回火D．Q235钢，经调质处理

5. 为什么汽车变速齿轮常采用20CrMnTi制造，而机床上的变速齿轮却采用45钢或40Cr制造？

答：因为汽车在运行过程中对变速齿轮的冲击比机床要大，要求齿轮具备耐磨性、疲劳强度、冲击韧性，采用20CrMnTi属于合金渗碳钢，在做齿轮时一般采取渗碳、淬火和低温回火，可使齿面具有高硬度、高耐磨性和高的疲劳性能，心部保持良好的强韧性。机床齿轮传递动力不大，转速中等，工作平稳，无强烈冲击。45或40Cr调质处理后有较高的综合力学性能，改善齿心的强韧性，能承受较大的弯曲载荷和冲击载荷，可满足使用要求。

6. 为什么一般机器的支架和机床床身常采用灰铸铁制造？

答：1）良好的减振性：石墨阻止振动传播；

2）缺口敏感性低：层片状的石墨减少了其他缺口对力学性能影响的敏感性；

3）耐磨性：半干摩擦时，石墨充当润滑剂，润滑摩擦时，石墨脱落留下的显微凹坑可储油，灰铸铁有很好的耐磨性。

4）价格便宜,这些产品的重量很重.

第五章小测题

第七章铸造成形

1、铸造成形优点：①生产成本低②工艺灵活性大

4、砂型铸造

①“一强三性”即一定的强度（单位面积上承受的最大的力）、透气性（让气体透过并逸出的能力）、耐火性（抵抗高温热作用的能力）退让性（减少应力）。

②砂型铸造工艺过程

③砂型铸造分类：手工造型和机器造型。

④手工造型的优缺点与适用范围

优点：操作灵活、适应性强、生产准备工作简单。

缺点：铸件质量不稳定，生产效率低，工人劳动强度大

范围：单件、小批量，新产品试制。

⑤机器造型的优缺点与适用范围

优点：生产效率高，产品质量稳定，便于组织自动化流水线生产，工人劳动强度低

缺点：费用高，生产准备周期长

范围：适用于中、小型铸件的成批、大批量生产

⑥对砂芯的技术要求：1.在型芯上开通气孔和气道2.在型芯里放置芯骨3.上涂料及烘干

铸造名称熔模铸造压力铸造离心铸造

特点铸件精度高，表面光

洁；能够铸造各种合

金铸件；铸件形状可

以比较复杂；铸件质

量不宜太大

铸件尺寸精度

高；铸件的强度

和表面硬度高；

可压铸形状复杂

的薄壁铸件，可

嵌铸其他材料；

生产效率高

工艺过程简单；铸件力学性能

高；便于铸造双金属铸件；铸

件内表面质量差，孔的尺寸不易

控制

适用范围主要用于制造形状

复杂、精度要求较高

的小型零件，如涡轮

机叶片和叶轮、高速

钢刀具等

有色金属的薄壁

小件的大批量生

产如照相机壳

体，汽车喇叭等

主要用于制造铁管、缸套和滑动

轴承

第七章作业

1.形状复杂的高熔点难切削合金精密铸件的铸造应采用（B）。

A 金属型铸造

B 熔模铸造

C 压力铸造

2.下列哪种铸造方法生产的铸件不能进行热处理，也不适合在高温下使用（C ）。

A 金属型铸造

B 熔模铸造

C 压力铸造

3. 为了消除铸造热应力，在铸造工艺上应保证（B）。

A 顺序（定向）凝固

B 同时凝固

C 内浇口开在厚壁处。

4.铸型中凡能增加合金流动阻力和冷却速度，降低流速的因素，均能降低合金的（A ）。

A 流动性

B 收缩性

C 粘度

1．为什么选择共晶成分的合金作铸造合金？

流动性：共晶成分的合金，结晶温度低，保持液态的时间长，流动性好。

收缩性：共晶合金在恒温下结晶，通常是逐层凝固，倾向于形成集中缩孔，缩孔易于检查和修补，便于采取工艺措施来防止。

2、采取什么工艺措施，可以消除铸造缩孔？

定向凝固的原则，利用冒口和冷铁，消除缩孔。

3．有一测试铸造应力用的应力框铸件，如图1-1所示，凝固冷却后，用钢

锯沿A-A线将φ30的立柱锯断，此时断口间隙的大小会发生什么变化？为

什么？

1）变大。

因为凝固冷却后，铸件ф30的粗杆处于拉应力状态，铸件ф10的细杆处于

压应力状态。当沿A-A锯断后，粗杆给予细杆的压力被释放，所以断口间隙

会变大。

第七章小测

1、铸件在凝固和冷却过程中，不同部位由于温差造成不均衡收缩而引起的应力，称为铸造热应力，它的分布情况是薄壁或表层受压应力，厚壁或心部受拉应力

2、衡量合金的铸造性能的指标是流动性和收缩性。

确定合金浇注温度的原则是高温出炉低温浇注

3、下列铸件大批量生产时，采用什么铸造方法为佳？

第八章作业

1、设计冲孔凸模时，其凸模刃口尺寸应该是（ A ）。（Z为单边间隙)

A. 冲孔件尺寸

B.冲孔件尺寸+2Z

C.冲孔件尺寸－2Z

D.冲孔件尺寸－Z

2、生产大型锻件的塑性成形方法是（A ）。

A．自由锻造B．模锻C．板料冲压D．轧制

3、弯制V形件时，模具角度和工件角度相比（B ）

A 增加一个回弹角

B 减少一个回弹角

C 不考虑回弹角

D 减少一个收缩量

4、用下列方法生产的钢齿轮，使用寿命最长强度最好的是（D ）

A 精密铸造

B 利用厚板切削

C 利用圆钢直接加工

D 锻造

5、在多工序冷拔钢丝过程中，插有再结晶退火工序，目的是消除（C ）

A 纤维组织

B 回弹现象

C 加工硬化

D 化学成分偏析

6、冲裁工序中，落下部分为工件的工序称为（B ），落下部分为废料的工序称为（A ）。

A 冲孔

B 落料

C 胀形

D 拉深

7、铁丝在室温下反复折弯，会越变越硬，直至断裂；而铅丝在室温下反复折弯，则始终处于软态，其原因是（ C ）。

A．铅不发生加工硬化和再结晶，铁发生加工硬化，不发生再结晶；

B．铁不发生加工硬化和再结晶，铅发生加工硬化，不发生再结晶；

C．铅发生加工硬化和再结晶，铁发生加工硬化，不发生再结晶；

D．铁发生加工硬化和再结晶，铅发生加工硬化，不发生再结晶；

8、大批量生产外径为50mm,内径为25mm，厚为2mm的垫圈时，为保证孔与外圆的同轴度应选用（ C ）进行冲压。

A．简单冲模＋连续冲模 B．连续冲模 C．复合冲模 D．简单冲模＋复合冲模

三、简答题

1、成批生产如图所示的普通垫片时，应选用何种冲模进行冲裁，能保证外圆与

孔的同轴度？

答：复合冲模

2、如图所示为一螺杆毛坯，可用锻造、切削加工、铸造三种方法制造。其中哪

种方法制得的螺杆力学性能最好？为什么？

答：（1）细化晶粒、改善组织，提高力学性能；（2）压合铸造缺陷；（3）使纤维组

织不被切断，并与零件外形轮廓相符合。

第八章小测

1、常用的塑性成型工艺有轧制、挤压、拉拔、锻造、板料冲压等。

2、冲压的基本工序包括分离工序、变形工序两大类。

3、热变形是指再结晶温度以上的变形。

4、金属的可锻性是指金属经受塑性成型加工的难易程度。金属的塑性越好，可锻性越好，变形抗力越小，可锻性越好。

5、加工硬化是指金属经过冷塑性变形其内部组织的晶格扭曲，晶粒破碎，使得近一步滑移困难，改变了其力学性能。强度很硬度上升，塑性和韧性下降。

6、合理利用纤维组织的原则是使零件工作时承受正应力的方向与纤维方向重合。切应力方向与纤维方向垂直，最好是纤维的分布与零件的外形轮廓相符合，而不被切断。

7、金属的塑性变形分为热变形和冷变形，通过计算说明金属钨在1000℃的变形是哪类变形？（钨的熔点是3380℃）

解：

钨的热力学温度是：0.4×T熔=0.4×（3380+273）=1461.2K

T再=1461.2—273=1188.2℃

因为T再＞T变

所以钨在1000℃的变形是冷变形