金属工艺学课后标准答案

金属工艺学课后答案

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σ表示，单位是MPa。

试样单位长度上的伸长量，称为应变，用符号ε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？

σ：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。

σs：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。

σb：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。

σ0.2：屈服强度，试样在产生0.2%塑性变形时的应力，单位MPa。

σ-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。

δ：伸长率，试样产生塑性变形而发生破坏是的最大伸长量。

αk：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。

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，σb、HB、αk 越高；晶粒越粗，σb、HB,、αk,、δ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

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：L→L+A→A→A+F→P+F

室温组织：P+F

T10 钢的结晶过程：L→L+A→A→A+ Fe3CⅡ→P+ Fe3CⅡ

室温组织：P+ Fe3CⅡ

组织名称代表符号含碳量/% 组织类型力学性能特征

铁素体 F 0.0218 固溶体σb、HB 低αk、δ高

奥氏体 A 0.77～2.11 固溶体一定的σb、HB，较高的αk、δ

渗碳体Fe3C 6.69 化合物硬而脆，δ≈0

珠光体P 0.77 混合物具有综合力学性能

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

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30～50℃或Accm以上30～50℃，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（30～50℃）℃？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30～50℃，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σb、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（150～250℃）：降低内应力和脆性，获得高硬度，高耐磨性。

（B）中温回火（350～500℃）：使钢获得高弹

性，高硬度，一定的韧性。（C）高温回火（500～650℃）：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σb、HB,、αk,、δ，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。

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150MPa~200MPa，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σb=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σb=220MPa，应选用HT200 ；壁厚25mm的铸件，要求σb=220MPa，应选

用HT250；壁厚52mm 的铸件，要求σb=220MPa，应选用HT300。

7、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QT700-2

2、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。

1、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。