金属工艺答案全解

试题选答1. 什么叫弹性变形？什么叫塑性变形？答：随外力消除而消失的变形称为弹性变形。

当外力去除时，不能恢复的变形称为塑性变形。

2. σ0.2的含义是什么？为什么低碳钢不用此指标？答：σ0.2为名义屈服强度（点），适用于没有明显屈服现象的金属材料。

低碳钢有明显的屈服现象，用σs表示。

3. 抗拉强度与硬度之间有没有一定的关系？为什么？答：有。

因为它们以不同形式反映了材料在外力作用下抵抗变形和断裂的能力。

只是反映的材料体积不同，σb反映的是被测材料整个体积内，而HRC反映被压处。

4. αk代表什么指标？为什么αk不用于设计计算？答：αk代表金属材料的冲击韧度，即试样缺口底部面积上的冲击吸收功，代表抵抗冲击载荷作用而不破坏的能力。

因为αk值的影响因素多，重复性差，且工件大多以小能量多次冲击下工作，此时的寿命主要取决于强度。

所以，不直接用于设计计算。

5. 金属的晶粒大小对其力学性能有何影响？如何控制液态金属的结晶过程，以获得细小晶粒？答：晶粒越细，晶界就越多，晶界处的晶格排列方向极不一致，犬牙交错、互相咬合, 从而增加了塑性变形的抗力，提高了金属的强度。

同时，金属的塑性和韧性也可得到提高。

采用快速冷却、人工精核、机械震动、超声波振动、电的磁搅拌等方法可获得细小晶粒。

6. 解释下列名词：合金、组元、相、组织、相图、固溶体、金属化合物、铁素体、奥氏体、渗碳体、珠光体、莱氏体、Fe3CⅠ、Fe3CⅡ、Fe3CⅢ、亚共析钢、共析钢、过共析钢。

答：合金:是由两种和两种以上的金属与非金属元素或金属与非金属元素组成的具有金属性质的物质。

组元:是组成合金的最基本的物质。

相：在金属或合金中，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。

组织：在显微镜下所观察到的晶粒的大小、形态和分布叫作显微组织。

相图：是指在平衡条件下，合金的成分、温度和组织之间关系的图形。

固溶体：组成合金的组元，在固态时相互溶解，所形成的单一均匀的物质。

金属化合物：合金组元之间发生相互作用而生成的晶格类型和性能不同于任一组元的物质。

铁素体：碳溶于α-Fe 中形成的固溶体。

奥氏体：碳溶于γ-Fe 中形成的固溶体。

渗碳体：铁与碳形成的金属化合物Fe3C。

珠光体：铁素体和渗碳体组成的两相混合物。

莱氏体：奥氏体和渗碳体组成的两相混合物。

Fe3CⅠ：从液体金属中直接结晶出的渗碳体称为一次渗碳体.Fe3CⅡ：从奥氏体中析出的渗碳体称为二此渗碳体.Fe3CⅢ：由铁素体中析出的渗碳体称为三次渗碳体.亚共析钢:含碳量为0.028℅─2.11℅之间的室温组织为F+P 的钢.共析钢: 含碳量为0.77℅、室温组织为P 的钢.过共析钢:含碳量大于0.77℅、室温组织为P+ Fe3CⅡ的钢。

7. 下列钢件应采用什么退火方法，并说明退火的目的。

(1)亚共析钢(Wc=0.35℅) 铸造齿轮：去应力退火；消除应力。

(2)锻造后产生过热组织(晶粒粗大)的亚共析钢(Wc=0.6℅)锻造毛坯：完全退火；细化晶粒。

(3)具有片状渗碳体的钢坯(Wc=1.2℅)：球化退火；使Fe3C 球化，降低HBS，提高切削加工性。

8. Wc=1.2℅的过共析钢正火的目的是什么?如何选择加热温度?答消除网状Fe3CⅡ，为球化退作组织准备，提高力学性能；A CCM+30—50℃。

9.确定下列铸件的分型面。

III A AIIIIV图（1）方案I:φ125 两圆台凸起妨碍拔模，轴头孔型芯头复杂，安放有困难；方案II:底部 A 处妨碍拔模，有错箱可能；方案III:仅有错箱可能，方案可行；方案IV:分型面处有圆弧，需要挖砂，顶部圆台妨碍拔模。

III图（2）两方案均可行，但I 方案存在错箱可能。

该零件不算太高，故方案II 稍好，从冒口安放来看，II 方案容易安放（在中间）。

III图（3）方案I：分型面为曲面，不利于分型。

方案II：分型面在最大截面处，且为平面，方案可行。

II I图（4）两方案均可，但型芯头形状不同。

中心孔应铸出，以防缩孔。

但因孔较小，型芯较细，应采用油砂芯为好，干强度高且容易清理，内孔光滑。

10.下列铸件有哪几种分型面？大批量生产中应选哪一种？为什么？III图（5）应采用方案I，方案II 型芯稳定，但φ40 凸台妨碍拔模。

III图（6）大批量生产条件中应采用II 方案，在一个砂型中同时铸出偶数个铸件，两两相对安放，每两个件用一个型芯，可避免型芯处于悬臂状态。

11、说明结构斜度、拔模斜度及其区别。

下面铸件结构是否合理？应如何改正？在零件设计中所确定的非加工表面斜度为结构斜度。

而在绘制铸造工艺图中加在垂直分型面的侧面所具有的斜度称为拔模斜度，以使工艺简化和保证铸件质量。

图中铸件之孔和外圆面应具有斜度才合理。

如果外表面加工则在加上加工余量后再加上部分金属使其具有斜度。

图（7）12. 确定下图铸件的热节部位，在保证尺寸H 和孔径的前提下，如何使铸件的壁厚尽量均匀？a) 热节示意图（8）b) 修改方案图（9 ）图a)所示是该铸件热节部位，图b)所示是在保证尺寸H 和孔径的前提下，为使铸件的壁厚尽量均匀而进行的修改。

13. 下图三通铜铸件采用金属型铸造时，哪处结构不合理？请修改之。

图（10）该铸件采用金属型铸造时，采用金属型芯则内孔设计不合理，可以设计成垂直径内孔，如果内孔无需加工时，内孔应设计出锥度，有利于抽芯。

答：因为： m == = 0.2 < 0.5 （m 为拉深系数）14.绘制锻件图应考虑的几个主要因素是什么？答：对自由锻件而言，应考虑：①敷料；②锻件余量；③锻件公差。

对模锻件而言，应考虑：①分模面；②余量、公差和敷料；③模锻斜度；④模锻圆角半 径。

15．与自由锻相比，模锻具有哪些优点？答：模锻具有锻件精度高、结构更复杂、表面粗糙度低、生产效率以及要求操作者技术水平低等优点。

但是模锻不能锻造巨型锻件，而且模具成本高，不适应单件小批量生产。

16．用φ50 冲孔模具来生产φ50 落料件能否保证冲压件的精度？为什么？ 答：不能保证冲压件的精度，落料件的直径大于 50mm 。

因为凹模的尺寸决定落料件尺寸，此题中使用的凸模直径为 50mm ，而凹模的直径为 50+Z mm （Z 为凸凹模之间的间隙），所以落料件的直径大于 50mm 。

17．用φ250×1.5 板料能否一次拉深直径为φ50 的拉深件？应采取哪些措施才能保证正常 生产？d 50D 250所以此件不能一次拉深成形。

应采取的措施是：①多次拉深（可安排 4~5 次）；②多次拉深后，对工件进行退火处理，保 证足够的塑性；③加润滑剂，来减少摩擦阻力。

18．熔焊、压焊和钎焊的实质有何不同？解：熔焊的实质是金属的熔化和结晶，类似于小型铸造过程。

压焊的实质是通过金属欲焊部位的塑性变形，挤碎或挤掉结合面的氧化物及其他杂质， 使其纯净的金属紧密接触，界面间原子间距达到正常引力范围而牢固结合。

钎焊的实质使利用液态钎料润湿母材，填充接头间隙，并与母材相互扩散实现连接焊件。

19．焊条药皮由什么组成？各有什么作用？解： 1）稳弧剂主要使用易于电离的钾、钠、钙的化合物，如碳酸钾、碳酸钠、大理石、长石和钾（或钠）水玻璃等，以改善引弧性能，提高电弧燃烧的稳定性。

2）造渣剂 其组成是金红石、大理石、钛百粉、长石、菱苦土、钛铁矿、锰矿等，其 主要作用是在焊接过程中形成具有一定物化性能的熔渣覆盖于熔池的表面，不让大气侵入熔 池，且有冶金作用。

3）造气剂 用糊精、淀粉、纤维素等有机物，或碳酸钙等无机物做造气剂。

这些物质 在电弧热的作用下分解出CO 和H 2等气体包围在电弧与熔池周围，起到隔绝大气、保护熔滴 和熔池的作用，并影响熔滴过渡。

4）脱氧剂起脱硫作用。

5）合金剂主要应用锰铁、硅铁、钛铁、铝铁和石墨等，脱去熔池中的氧。

锰铁还兼主要应用锰铁、硅铁、铬铁、钼铁、钒铁和钨铁等铁合金，向熔池中渗入合金元素，使焊缝得到必要的化学成分。

6）粘结剂常使用钾、钠水玻璃。

将上述各种药皮成分按配比制成粉末，有粘结剂调和后牢固地涂在焊芯上，从而制成焊条。

20．焊接接头有几个区域？各区域的组织性能如何？解：焊接接头包括焊缝、熔合区和热影响区三部分。

（1）焊缝焊缝金属的结晶形成柱状的铸态组织，由铁素体和少量珠光体组成。

焊接时，熔池金属受电弧吹力和保护气体的吹动，使熔池底壁的柱状警惕成长受到干扰，因此，柱状晶体呈倾斜层状，晶粒有所细化。

又因焊接材料的渗合金作用，焊缝金属中锰和硅等合金元素的含量可能比母材金属高，所以焊缝金属的性能不低于母材。

（2）熔合区该区被加热到固相线和液相线之间，熔化的金属凝固成铸态组织，而未熔化的金属因加热温度过高而成为过热的粗晶粒，致使该区强度、塑性和韧性都下降，并引起应力集中，是产生裂纹、局部脆性破坏的发源地。

在低碳钢焊接接头中，熔合区虽然很窄，但在很大程度上决定着焊接接头的性能。

（3）热影响区部分相变区。

由于焊缝附近各点受热情况不同，热影响区又分为过热区、正火区和1）过热区焊接热影响区中，具有过热组织火晶粒明显粗大的区域，称为过热区。

过热区被加热到A C3以上100～200℃至固相线温度区间，奥氏体晶粒急剧长大，形成过热组织，因而该区的塑性及韧性降低。

对于易淬火硬化的钢材，此区脆性更大。

2）正火区该区被加热到A C3至A C3以上100～200℃之间，金属发生重结晶，冷却后得到均匀而细小的铁素体和珠光体组织（正火组织），其力学性能优于母材。

3）部分相变区该区被加热到A C1～A C3之间的温度范围内，材料产生部分相变，即珠光体和部分铁素体发生重结晶，使晶粒细化；部分铁素体来不及转变，具有较粗大的晶粒，冷却后致使材料晶粒大小不均，因此，力学性能稍差。

21．阐述产生焊接应力和变形的原因。

如何防止和减小焊接变形？解：金属材料具有热胀冷缩的基本属性。

由于焊件在焊接过程中是局部受热且各部分材料冷却速度不同，因而导致焊件各部分材料产生不同程度的变形，引起了应力。

焊接时局部加热是焊件产生应力与变形的根本原因。

防止与减小焊接变形的工艺措施（1）反变形法用试验或计算方法，预先确定焊后可能发生变形的大小和方向，在焊前将工件安置在与变形相反的位置上，以抵消焊后所发生的变形。

（2）加余量法根据经验，在焊件下料时加一定余量，通常为工件尺寸的0.1%～0.2%，（以补充焊后的收缩，特别是横向收缩。

（3）刚性夹持法焊前将焊件固定夹紧，焊后变形即可大大缩小。

但刚性夹持法只适用于塑性较好的低碳钢结构，对淬硬性较大的钢材及铸铁不能使用，以免焊后产生裂纹。

（4）选择合理的焊接顺序如果在构件的对称两侧都有焊缝，应设法使两侧焊缝的收缩互相抵消或减弱。

22．减小焊接应力的工艺措施有那些？解： 1）选择合理的焊接顺序 焊接平面形工件上的焊缝，应保证焊缝的纵向余横向能比较自由地收缩，如收缩受阻，焊接应力就要加大。