工程材料作業(yè)及答案匯總

1、1.1 4簡答及綜合分析題（1）金屬結(jié)晶的基本規(guī)律是什么？條件是什么？簡述晶粒的細(xì)化方法。(2) 什么是同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變？（1）金屬結(jié)晶的基本規(guī)律：形核、長大；條件是具有一定的過冷度；液態(tài)金屬晶粒的細(xì)化方法：增大過冷度、變質(zhì)處理、附加振動；固態(tài)金屬晶粒的細(xì)化方法：采用熱處理、壓力加工方法。(2) 金屬同素異構(gòu)性（轉(zhuǎn)變）：液態(tài)金屬結(jié)晶后獲得具有一定晶格結(jié)構(gòu)的晶體，高溫狀態(tài)下的晶體，在冷卻過程中晶格發(fā)生改變的現(xiàn)象。1.2 4簡答及綜合分析題（4）簡述屈服強(qiáng)度的工程意義。（5）簡述彈性變形與塑性變形的主要區(qū)別。(4)答：屈服強(qiáng)度是工程上最重要的力學(xué)性能指標(biāo)之。其工程意義在于：屈服強(qiáng)度是防止材料因過最塑性

2、變形而導(dǎo)致機(jī)件失效的設(shè)計和選材依據(jù)；根據(jù)屈服強(qiáng)度與抗拉強(qiáng)度之比(屈強(qiáng)比)的大小，衡量材料進(jìn)一步產(chǎn)生塑性變形的傾向，作為金屬材料冷塑性變形加工和確定機(jī)件緩解應(yīng)力集中防止脆性斷裂的參考依據(jù)。(5) 答：隨外力消除而消失的變形稱為彈性變形。當(dāng)外力去除時，不能恢復(fù)的變形稱為塑性變形。1.3 4簡答題（6）在鐵碳相圖中存在三種重要的固相，請說明它們的本質(zhì)和晶體結(jié)構(gòu)(如，相是碳在Fe中的固溶體，具有體心立方結(jié)構(gòu))。相是 ；相是 ；Fe3C相是。(7)簡述FeFe3C相圖中共晶反應(yīng)及共析反應(yīng)，寫出反應(yīng)式，標(biāo)出反應(yīng)溫度。（9）在圖32 所示的鐵碳合金相圖中，試解答下列問題： 圖32 鐵碳合金相圖（1）標(biāo)上各點

3、的符號；（2）填上各區(qū)域的組成相（寫在方括號內(nèi)）； （3）填上各區(qū)域的組織組成物（寫在圓括號內(nèi)）；（4）指出下列各點的含碳量：E( ）、C( ）、P( ）、S( ）、K( ）；（5）在表3-1中填出水平線的溫度、反應(yīng)式、反應(yīng)產(chǎn)物的名稱。 表3-1（6）答：碳在Fe中的固溶體，具有體心立方結(jié)構(gòu)；碳在Fe中的固溶體，具有面心立方結(jié)構(gòu)；Fe和C形成的金屬化合物，具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)。（7）答：共析反應(yīng)：冷卻到727時具有S點成分的奧氏體中同時析出具有P點成分的鐵素體和滲碳體的兩相混合物。0.8F0.02+Fe3C6.69 共晶反應(yīng)：1148時具有C點成分的液體同時結(jié)晶出具有E點成分的奧氏體和滲碳體的兩相混合

4、物。L4.32.14+Fe3C6.69（9）解答：( 1 )， ( 2 ) ， ( 3 ）如圖3-1 中所示。圖3-1 ( 4 ) E (2.11%)；C ( 4.3%)；P(0.0218%)；S(0.77%)；K(6.69%) ( 5 ) 表3-11.4 (3)試分析石墨形態(tài)對鑄鐵性能的影響。（6）寫出下列各牌號材料的類別、成分或含義(3)答 石墨強(qiáng)度、韌性極低，相當(dāng)于鋼基體上的裂紋或空洞，它減小基體的有效截面，并引起應(yīng)力集中。普通灰鑄鐵和孕育鑄鐵的石墨呈片狀，對基體的嚴(yán)重割裂作用使其抗拉強(qiáng)度和塑性都很低。球墨鑄鐵的石墨呈球狀，對基體的割裂作用顯著降低，具有很高的強(qiáng)度，又有良好的塑性和韌性，

5、其綜合機(jī)械性能接近于鋼。蠕墨鑄鐵的石墨形態(tài)為蠕蟲狀，雖與灰鑄鐵的片狀石墨類似，但石墨片的長厚比較小，端部較鈍，對基體的割裂作用減小，它的強(qiáng)度接近于球墨鑄鐵，且有一定的韌性，較高的耐磨性?？慑戣T鐵的石墨呈團(tuán)絮狀，對基體的割裂作用較小，具有較高的強(qiáng)度、一定的延伸率。6）解答：牌號類別成分或數(shù)字含義Q345低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼345表示鋼的屈服點值為345MPa20Cr滲碳鋼Wc0.2，Cr < 1.5%T10A高級優(yōu)質(zhì)碳素工具鋼Wc1Q235AA級碳素結(jié)構(gòu)鋼235表示鋼的屈服點值為235MPaHT200灰鑄鐵200表示灰鑄鐵抗拉強(qiáng)度為200 MPaGCr15SiMn滾動軸承鋼Cr=1.5%,

6、Si、Mn<1.5, Q235-AF普通碳素結(jié)構(gòu)鋼屈服強(qiáng)度為235MPa的A級沸騰鋼QT6003球墨鑄鐵b600Mpa、3%T8 碳素工具鋼含碳量為0.8%1.5(1) (1)臨界冷卻速度VK指的是什么?它和鋼的淬透性之間有什么關(guān)系?(2)簡述正火與退火熱處理的主要區(qū)別，并說明正火熱處理的主要應(yīng)用場合。(7) 試比較20CrMnTi與T12鋼的淬透性與淬硬性。（9）將5mm的T8鋼試樣加熱奧氏體化后，采用什么工藝可得到下列組織，請寫出工藝名稱并在C曲線上(圖51)畫出工藝曲線示意圖。 A珠光體、B索氏體、C下貝氏體、D托氏體+馬氏體、E·馬氏體+少量殘余奧氏體。A 采用工藝為：

7、B 采用工藝為：C 采用工藝為：D 采用工藝為：E 采用工藝為：圖51 T8鋼的C曲線（26）45鋼的過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變曲線如圖5-3所示，問：（1）、指出圖中各點處的組織；(2)四條冷卻曲線代表的熱處理方式；（3）若最終得到的組織是：托氏體+馬氏體+和殘余奧氏體，請在C曲線上繪出曲線示意圖。（4）在圖上畫出此鋼的臨界冷卻速度Vk示意圖及說明Vk的含義？圖5-31)答：VK指的是淬火時只發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變的最小冷卻速度，一般VK值越小鋼的淬透性越好。(2)答：正火和退火的主要區(qū)別在于正火的冷卻速度稍快，所以獲得的組織比退火細(xì)，強(qiáng)度和硬度高于退火。正火的主要應(yīng)用場合如下： i對力學(xué)性能要求不高的零件

8、可以作為最終熱處理； i i低碳鋼正火后可獲得合適的硬度，改善了切削加工性能；i i i過共析鋼退火前進(jìn)行一次正火，可消除網(wǎng)狀的二次滲碳體，以保證球化退火時滲碳體全部球化。(7) 答：20CrMnTi是一種中淬透性合金滲碳鋼，其中有提高淬透性的元素Mn、Cr、Ni等，因此淬透性較好。又因這種材料的含碳量較低，淬火后獲得的馬氏體少，所以，淬硬性差一些。而T12鋼是一種工具鋼，含碳量高淬硬性好，淬透性差一些。（9）解答：A退火，B正火；C等溫淬火，D淬火(油淬)，E淬火(水淬)，工藝曲線如下圖所示。（26）答：（1）1點：P+F+A；2點：F+A；3點：B下A。（2） 等溫退火正火 等溫淬火 淬火

9、（單液）。（3）如圖 （4）如圖，獲得全部馬氏體組織時（淬火熱處理）的最小冷卻速度1.5(2) （23）加工45鋼機(jī)床主軸工藝路線如下：下料鍛造熱處理1粗加工熱處理2精加工熱處理3 磨削加工。請問三個熱處理各是何工藝？其目的是什么？（24）用45鋼制造某機(jī)床主軸，采用以下工藝路線是否合理？為什么？如不正確請改正。鍛造粗車退火精車磨削淬火+高溫回火檢驗入庫。（25）擬用T10制造形狀簡單的車刀，工藝路線為：鍛造熱處理1機(jī)加工熱處理2磨加工（1）試寫出各熱處理工序的名稱并指出各熱處理工序的作用；（2）指出最終熱處理后的顯微組織及大致硬度；（27）將5mm的T8鋼加熱至760并保溫后經(jīng)不同冷卻方式得

10、到，問：（1）、指出圖5-4中各冷卻方式得到的最終組織；(2) 寫出其中3、5二曲線代表的熱處理方式；（3）在圖上畫出此鋼的臨界冷卻速度Vk示意圖并說明Vk的含義？圖5-4（28）用T10A鋼制作冷沖模，其工藝路線如下：鍛造熱處理1機(jī)加工熱處理2精磨(1)寫出各熱處理名稱及作用；(2)指出各次熱處理后的組織。（31）共析鋼加熱到相變點以上，用圖5-5所示的冷卻曲線冷卻，各應(yīng)得到什么組織？各屬于何種熱處理方法？圖5-5（23）答:熱處理1為正火(退火),其目的為:消除鍛造應(yīng)力，均勻組織，改善切削加工性。 熱處理2為調(diào)質(zhì), 其目的為:使具有較高的綜合力學(xué)性能。 熱處理3  :為高頻或中頻

11、淬火及低溫回火獲得表面高硬度、高耐磨性和高的疲勞強(qiáng)度。（24）答: 不合理，退火是為消除鍛造應(yīng)力，改善組織，利于切削加工，而調(diào)質(zhì)處理應(yīng)安排在精車和磨削之前，以使工件達(dá)到所需表面質(zhì)量。應(yīng)改為：鍛造退火粗車調(diào)質(zhì)精車局部表面淬火+低溫回火磨削檢驗入庫。（25）答：（1）工藝路線為：鍛造退火機(jī)加工淬火后低溫回火磨加工。退火處理可細(xì)化組織，調(diào)整硬度，改善切削加工性；淬火及低溫回火可獲得高硬度和耐磨性以及去除內(nèi) S P B下 TMA MA 應(yīng)力。（2）終熱處理后的顯微組織為回火馬氏體 ，大致的硬度60HRC。（27）解：（1） （2）曲線3： 等溫淬火 曲線5： 淬火（單液）。（3）Vk如圖，Vk-獲得全

12、部馬氏體組織時（淬火熱處理）的最小冷卻速度。 Vk（28）解答：熱處理1：為球化退火，組織為粒狀P，硬度較低，切削性能好。熱處理2：為淬火+低溫回火，組織為M回+碳化物+A殘，具有較高硬度。(31) 答：a -M 十A ' ，單液淬火；b -M 十A ' ，分級淬火；C -T + M + A ' ，油中淬火；d B下，等溫淬火；e-S ，正火；f-P ，退火；g-P ，等溫退火。第二章 （2）分析圖2-2所示鑄件結(jié)構(gòu)工藝性，若不合理請改進(jìn)。 (a) (b)圖2-1 鑄件結(jié)構(gòu)工藝性（7）改進(jìn)圖2-3所示鑄件的結(jié)構(gòu)，并簡要說明修改的理由。圖2-3 鑄件結(jié)構(gòu)改錯（8）簡述分型

13、面的選擇原則，試分析圖2-4所示鑄件哪一種分型面合理，并說明理由。 (a) (b)圖2-4 鑄件分型面的選擇（27）大批量生產(chǎn)下列鑄件，材料均為HT200。試判斷它們的結(jié)構(gòu)是否合理？若不合理，請簡要說明理由并在原圖上修改。(2)答：圖21中左圖中零件應(yīng)使其壁厚均勻，右圖中零件下方存在內(nèi)凹不利于造型。改進(jìn)后的結(jié)構(gòu)如下圖所示。圖21 改進(jìn)后的結(jié)構(gòu)示意圖（7）解答：鑄件(a)側(cè)壁有凹入部分，將妨礙起模，如要順利起模，必須另加兩個較大的外部芯子，這增加了鑄造工藝的復(fù)雜性，因此，應(yīng)將鑄件(a)的結(jié)構(gòu)改成下圖中左圖結(jié)構(gòu)。鑄件結(jié)構(gòu)設(shè)計時，應(yīng)盡量使其能自由收縮，以減小應(yīng)力，避免裂紋。鑄件(b)的輪輻呈偶數(shù)，雖

14、然制模和刮板造型時分割輪輻簡便，但當(dāng)合金的收縮較大，輪緣與輪輻尺寸比例不當(dāng)時，常因收縮不一致，熱應(yīng)力過大，并且由于每條輪輻與另條成直線排列，收縮時互相牽制、彼此受阻，因此鑄件無法通過變形白行緩解，易于產(chǎn)生裂紋。因此，鑄件(b)的輪輻應(yīng)采用彎曲輪輻(如下圖中的右圖)或?qū)⑵鋫€數(shù)改成奇數(shù)，這樣可通過輪輻本身或輪緣的微量變形緩解內(nèi)應(yīng)力，避免裂紋的產(chǎn)生。（8）解答：分型面選擇原則： (1)便于起模，使造型工藝簡單； 分型面應(yīng)選在鑄件的最大截面處，以保證從鑄型中取出模樣而不損壞鑄型；分型面應(yīng)盡量采用直平面，避免曲面分型；盡量減少分型面數(shù)量；應(yīng)盡量減少芯子和活塊的數(shù)量，以簡化制模、造型、合型等工序。 (2)

15、應(yīng)盡量使鑄件的全部或大部置于同一砂箱中，或使主要加工面與加工基準(zhǔn)面處于同一砂型中，以避免產(chǎn)生錯箱、披縫和毛刺，降低鑄件精度，增加清理工作量； (3)應(yīng)盡量使型腔和主要芯處于下型，以便于造型、下芯、合箱及檢驗型腔尺寸。圖中所示分型面中：(a)是不合理的，鑄件分別處于兩個砂箱中；(b)是合理的，鑄件處于同一個砂箱中，既便于合型，又可避免錯型。（27）答：鑄件A：A、上部太厚，易產(chǎn)生縮孔；B、應(yīng)設(shè)置適當(dāng)鑄造圓角，避免沖砂和應(yīng)力集中。鑄件B：A、側(cè)面凸臺妨礙起模；B、分型面上有結(jié)構(gòu)圓角。修改見圖。第三章 (1) 分析如圖31所示自由鍛件的結(jié)構(gòu)工藝性，并對其不合理之處進(jìn)行改進(jìn)。圖31 自由鍛制坯結(jié)構(gòu)工藝

16、性(2) 如圖32所示零件，采用自由鍛制坯，試改進(jìn)零件結(jié)構(gòu)不合理之處。圖32 自由鍛制坯結(jié)構(gòu)工藝性（4）拉深時為什么會起皺和拉裂?如何避免?（11）齒輪零件圖3-6如下（次要尺寸從略），錘上模鍛制坯。從其結(jié)構(gòu)上看，有哪些不妥之處？為什么？應(yīng)如何改進(jìn)（就在圖上進(jìn)行修改）？圖3-6(12) 指出圖3-7自由鍛件結(jié)構(gòu)工藝性的不合理之處，并提出改進(jìn)意見。圖3-7(1)答：不合理。因為圖中有斜面或錐面，鍛件上不應(yīng)有錐體或斜體結(jié)構(gòu)，改后如圖。 (2)答：肋板和凸臺結(jié)構(gòu)不利于自由鍛造成形。改進(jìn)方案為：在去除肋板的同時，為保證強(qiáng)度和剛度可適當(dāng)增加圓筒壁厚；此外，將凸臺結(jié)構(gòu)改為沉頭孔結(jié)構(gòu)，在自由鍛中不成形留待切

17、削加工成形。(4)答：拉深時起皺和拉裂是由拉深過程中產(chǎn)生的應(yīng)力引起的，當(dāng)法蘭處的切向壓應(yīng)力達(dá)到一定數(shù)值時，法蘭部分便會失穩(wěn)而發(fā)生起皺現(xiàn)象；當(dāng)筒壁與筒底的過渡部分即“危險斷面”內(nèi)應(yīng)力達(dá)到該處材料的抗拉強(qiáng)度時，就會導(dǎo)致拉裂現(xiàn)象產(chǎn)生。避免起皺現(xiàn)象，往往可采用增加壓邊圈的方法來解決；避免拉裂現(xiàn)象，可以從圓角半徑、凸凹模間隙、拉深系數(shù)、潤滑等方面加以控制。（11）解答：不合適。齒輪輻板太薄，需加厚以便金屬充填；輪轂外徑不加工，應(yīng)有設(shè)計斜度，以便鍛件脫模；尖角處須倒圓，既利于金屬塑性流動，又不易使模具損壞。改進(jìn)后結(jié)構(gòu)見下圖。（12）答：(a）、（d）鍛件：自由鍛不能鍛出曲面相交的復(fù)雜結(jié)構(gòu)；對（a）鍛件，將

18、其設(shè)計成兩個簡單件構(gòu)成的組合件，鍛造后再用焊接或機(jī)械連接方法將它們連成整體件；對（d)鍛件，在自由鍛工藝設(shè)計時將曲面相交設(shè)計成平面相交、凹處用敷料填平。(b）鍛件：自由鍛應(yīng)避免錐體結(jié)構(gòu)和斜面；在自由鍛工藝設(shè)計時將錐體設(shè)計成圓柱體。(C）鍛件：自由鍛不能鍛出凹凸不平的輻板；在自由鍛工藝設(shè)計時用敷料將輻板凹處填平。(e）鍛件：自由鍛應(yīng)避免加強(qiáng)筋結(jié)構(gòu)；在自由鍛工藝設(shè)計時去掉加強(qiáng)筋，通過增加壁厚以提高強(qiáng)度和剛度。第四章 (2)如圖41所示焊接件，試改進(jìn)零件結(jié)構(gòu)不合理之處。 (a) (b)圖41 焊接件結(jié)構(gòu)工藝性(3)比較如圖42所示的焊接件，試說明采用不同的焊接順序?qū)附幼冃蔚挠绊憽?(a) (b)圖42