工程材料及成形工藝基礎(chǔ)李輝課后參考答案

項目11.彈性變形和塑性變形有什么不同？答：隨載荷的消失而消失的變形稱為彈性變形，不隨載荷的去除而消失的變形稱為塑性變形。2.材料的力學(xué)性能有哪些？答：強度、塑性、剛度、硬度、沖擊韌性和疲勞強度等。3.簡述低碳鋼的拉伸變形過程并畫出拉伸曲線，并指出強度和塑性的衡量指標(biāo)有哪些？各用什么符號表示?答：按國家標(biāo)準(zhǔn)（GB/T228.1-2010）制作標(biāo)準(zhǔn)拉伸試樣，在拉伸試驗機上緩慢的進行拉伸，使試樣承受軸向拉力，并引起試樣沿軸向伸長，直至試樣斷裂。Oab──彈性變形階段，bc──屈服階段，cdm──強化階段，mf──局部塑性變形（縮頸）階段。材料的強度指標(biāo)主要有屈服強度ReH、ReL和抗拉強度Rm。塑性的衡量指標(biāo)為斷后伸長率A和斷面收縮率Z。圖1-1低碳鋼的R-e曲線4.光明機械廠購進了一批40鋼，按國家規(guī)定，它的力學(xué)性能指標(biāo)應(yīng)不低于下列數(shù)值：下屈服強度ReL，335MPa；抗拉強度Rm，570MPa；斷后伸長率A，19%；斷面收縮率Z，45%。驗收時，將鋼材制成d0=10mm的短試樣做拉伸試驗，測得FeL=29980N，F(xiàn)m=46200N，Lu=60.1mm，du=7.4mm。試列式計算這批鋼材是否合格。(得數(shù)保留整數(shù))解：由題意可知：L0＝5d0＝5×10＝50(mm)(mm2)Su=π根據(jù)計算公式得：ReL'=Rm'=Z'A'計算結(jié)果顯示此材料的各項力學(xué)性能均優(yōu)于國標(biāo)，所以是合格的。5.零件工作時若要不發(fā)生明顯的塑性變形，所受應(yīng)力應(yīng)在什么范圍?答：當(dāng)材料單位面積上所受的應(yīng)力ReL<σ<ReH時，只產(chǎn)生微量的塑性變形。6.500HBW5/750，65HRC，500HV20各表示什么含義?答：500HBW5/750表示表示用直徑為5mm的硬質(zhì)合金球，在750kgf試驗力作用下保持20s測定布氏硬度值為500。65HRC表示在規(guī)定的實驗力作用下測得的洛氏硬度值為65，500HV20表示在規(guī)定的實驗力作用下保持20S得到的維氏硬度值為500。7.常用的硬度測定方法有哪些？各有什么特點？答：常用的硬度測定方法：布氏硬度、洛氏硬度、維氏硬度。布氏硬度試驗的優(yōu)點是壓頭直徑大，壓痕面積較大，硬度代表性好精度高于洛氏，低于維氏。此外布氏硬度值與抗拉強度值之間存在較好的對應(yīng)關(guān)系。通過測試布氏硬度可以間接得到材料近似的抗拉強度值，這一點在生產(chǎn)實際應(yīng)用中具有重大意義。布氏硬度試驗的缺點是壓痕較大，不宜測量薄件、成品件，不能測定硬度較高的材料。試驗過程比洛氏硬度試驗復(fù)雜，測量操作和壓痕測量都比較費時。洛氏硬度試驗的優(yōu)點是壓痕小，宜測量薄件、半成品、成品件的硬度；試驗操作簡單，可直接讀出硬度值；選用不同的標(biāo)尺，可測量從很軟到很硬的材料硬度，測試范圍大。布氏硬度試驗的缺點是壓痕小，硬度代表性不好，組織不均勻時測到的硬度值波動較大，需在材料的不同部位測四次以上并取平均值；測量范圍廣，但是由于所用標(biāo)尺不同，其硬度值之間不能比較。維氏硬度的優(yōu)點：相比于洛氏硬度，維氏硬度的優(yōu)點在于其硬度值與試驗力的大小無關(guān)；相比于布氏硬度，維氏硬度試驗測量范圍寬廣；維氏硬度試驗是常用硬度試驗方法中精度最高的。維氏硬度試驗的試驗力可以很小，壓痕非常小，特別適合測試薄小材料。維氏硬度試驗的缺點：試驗效率低，要求較高的試驗技術(shù)，對于試樣表面的光潔度要求較高，通常需要制作專門的試樣。8.下列情況采用什么方法測定硬度？寫出硬度符號。（1）鑄鐵缸蓋;（2）黃銅軸套;（3）表面淬火鋼;（4）硬質(zhì)合金刀片。答：鑄鐵缸蓋：布氏硬度，HBW黃銅軸套：布氏硬度，HBW表面淬火鋼：洛氏硬度，HRC硬質(zhì)合金刀片：維氏硬度，HV9.什么是沖擊韌性？其考核指標(biāo)是什么？答：金屬材料抵抗沖擊載荷作用而不破壞的能力稱為沖擊韌性，是用來評價材料在沖擊載荷作用下的脆斷傾向的。考核指標(biāo)是沖擊韌度值αK。10.什么是疲勞斷裂？疲勞斷裂有什么危害？答：疲勞斷裂是指零件在交變載荷作用下，雖然工作應(yīng)力遠低于材料的屈服強度，但經(jīng)較長時間工作后也會發(fā)生斷裂的現(xiàn)象。構(gòu)件的失效約80%是疲勞失效。疲勞斷裂前無論是韌性材料還是脆性材料均無明顯的塑性變形，是一種無預(yù)兆、突然發(fā)生的斷裂，危險性極大。11.金屬材料的工藝性能包括哪些方面?答：鑄造性能、鍛造性能（可鍛性）、焊接性能、切削加工性能、熱處理工藝性能等。項目21.常見的晶格類型有哪些？答：體心立方晶格、面心立方晶格和密排六方晶格。2.金屬的結(jié)晶過程實質(zhì)是什么？晶粒大小對金屬力學(xué)性能有何影響？實際生產(chǎn)中常用什么有效方法獲得細晶粒?答：結(jié)晶，一般指金屬自液態(tài)向固態(tài)過渡時晶體結(jié)構(gòu)形成的過程，或者說原子從不規(guī)則排列狀態(tài)過渡到規(guī)則排列狀態(tài)的過程。細晶粒金屬具有較高的綜合力學(xué)性能，即強度、硬度、塑性及韌性都比較好。生產(chǎn)上對控制金屬材料的晶粒大小相當(dāng)重視，通過采用適當(dāng)?shù)姆椒ǐ@得細小晶粒以提高材料的強度，這種強化金屬材料的方法稱為細晶強化。常用的細化晶粒方法有增加過冷度、變質(zhì)處理和振動處理三種。3.簡述純鐵的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變過程，并說明鐵元素的這一特性有什么意義。答：液態(tài)純鐵在1538℃結(jié)晶為具有體心立方晶格的δ-Fe，繼續(xù)冷卻到1394℃時發(fā)生同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變，由體心立方晶格的δ-Fe轉(zhuǎn)變?yōu)槊嫘牧⒎骄Ц竦摩?Fe；繼續(xù)冷卻到912℃時再次發(fā)生同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變，面心立方晶格的γ-Fe轉(zhuǎn)變?yōu)轶w心立方晶格的α-Fe，繼續(xù)冷卻，晶格類型不再發(fā)生變化。鐵的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變是鐵的重要特性，是鋼和鑄鐵能通過熱處理改變組織和性能的前提。4.寫出鐵碳合金中幾類組織的名稱、符號、存在溫度區(qū)間和性能特點答：鐵素體F（α-Fe），727℃-室溫，塑性韌性好，強度硬度低；奧氏體A（γ-Fe），1538℃-727℃，強度硬度不高，塑性韌性好；滲碳體Fe3C，1227℃-室溫，硬度高，脆性大，塑性和韌性幾乎為零；珠光體P，727℃-室溫，綜合力學(xué)性能好；萊氏體Ld，1148℃-727℃，硬度高，脆性大，塑性和韌性幾乎為零。5.什么是鋼的共析轉(zhuǎn)變和共晶轉(zhuǎn)變？轉(zhuǎn)變的產(chǎn)物各是什么？寫出它們的轉(zhuǎn)變式。答：共析反應(yīng)—在一定的溫度下，由一定成分的固相同時結(jié)晶出一定成分的另外兩個固相的反應(yīng)。共析轉(zhuǎn)變：，轉(zhuǎn)變產(chǎn)物為P。共晶反應(yīng)—在一定的溫度下，由一定成分的液體同時結(jié)晶出一定成分的兩個固相的反應(yīng)。共晶轉(zhuǎn)變：，轉(zhuǎn)變產(chǎn)物為Ld。6.畫出簡化Fe－Fe3C狀態(tài)圖，說明圖中主要特性點、特性線的意義，填出各相區(qū)的相和組織。答：Fe－Fe3C狀態(tài)圖見教材。表1Fe－Fe3C狀態(tài)圖特征點的意義特性點溫度t/℃Wc含義A15380純鐵的熔點C11484.3%共晶點，Lc?LdD12276.69%滲碳體的熔點（計算值）E11482.11%碳在γ-Fe中的最大溶解度點G9120純鐵的同素異晶轉(zhuǎn)變點，α-Fe?γ-FeP7270.0218%碳在α-Fe中的最大溶解度點S7270.77%共析點，As?P表2Fe－Fe3C狀態(tài)圖特征線的意義特性線名稱含義ACD液相線此線以上為液相（L），緩冷至AC線時開始結(jié)晶出奧氏體，緩冷至CD線時開始結(jié)晶出滲碳體AECF固相線當(dāng)液態(tài)合金緩冷至此線時全部結(jié)晶完畢，此線以下為固相ECF共晶線凡Wc>2.11%的液態(tài)鐵碳合金合金緩冷至此線都發(fā)生共晶轉(zhuǎn)變，生成萊氏體（Ld）。共晶反應(yīng)式為：Lc?Ld(AE+Fe3C)PSK共析線

（A1線）凡Wc>0.0218%的鐵碳合金緩冷至此線都發(fā)生共析轉(zhuǎn)變，生成珠光體（P）。共析反應(yīng)式為：As?P(F+Fe3C)ESAcm線碳在γ-Fe中的溶解度曲線，奧氏體中的含碳量隨溫度的降低沿ES線從2.11%降低至0.77%(以析出滲碳體的方式降低含碳量)；緩慢加熱至此線時，所有滲碳體全部溶入奧氏體GSA3線

凡Wc<0.77%的鐵碳合金緩冷至此線時，都從奧氏體中析出鐵素體；緩慢加熱至此線時，鐵素體全部轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體PQ碳在α-Fe中的溶解度曲線，鐵素體中的含碳量隨溫度的降低沿PQ線從0.0218%降至0.0008%7.根據(jù)含碳量和室溫組織的不同，鐵碳合金可分為那幾類？其中鋼和白口鑄鐵又分別可分為幾類？寫出它們的含碳量范圍和室溫組織。答：見下表鐵碳合金類別化學(xué)成分Wc室溫平衡組織工業(yè)純鐵0～0.0218%FFe3CⅢ鋼共析鋼0.77%P亞共析鋼0.0218%～0.77%F+P過共析鋼0.77%～2.11%P+Fe3CII白口鑄鐵共晶白口鑄鐵4.3%Ld′亞共晶白口鑄鐵2.11%～4.3%P+Fe3CII+Ld′′過共晶白口鑄鐵4.3%～6.69%Ld′+Fe3CI8.什么是二次滲碳體？在什么溫度區(qū)間產(chǎn)生？過共析鋼平衡組織中的滲碳體是什么樣的形狀？它會對鋼的性能產(chǎn)生什么影響？答：從奧氏體中析出滲碳體稱為二次滲碳體Fe3CⅡ；在1148℃至室溫溫度區(qū)間內(nèi)產(chǎn)生；二次滲碳體一般以網(wǎng)狀形式沿奧氏體晶界分布，會對降低鋼的力學(xué)性能。9.試分析含碳量對鋼力學(xué)性能的影響。答：鐵碳合金的力學(xué)性能決定于鐵素體與滲碳體的相對量及它們的相對分布狀況。當(dāng)含碳量wC<0.9%時，隨碳含量的增加，鋼組織中滲碳體的相對量增多，鐵素體的相對量減少，使鋼的強度，硬度呈直線上升，而塑性、韌性隨之降低。當(dāng)含碳量wC>0.9%時，隨含碳量的繼續(xù)增加，硬度仍然增加，由于鋼中的二次滲碳體沿晶界析出并形成完整的網(wǎng)絡(luò)，導(dǎo)致鋼的脆性增加，強度開始明顯下降，塑性、韌性繼續(xù)降低。10.根據(jù)鐵碳相圖，將下列成分鐵碳合金在給定溫度下的組織填入表2-6內(nèi)。表2-5不同溫度含碳量鐵碳合金的組織碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)%溫度/℃顯微組織溫度/℃顯微組織0.25800A+F1000A0.77400P800A0.9700P+Fe3CⅡ1000A2.51000A+Fe3CⅡ+Ld1200L+A4.31000Ld1200L11.根據(jù)Fe-Fe3C合金相圖，解釋下列現(xiàn)象：（1）鋼鉚釘一般用低碳鋼制造；（2）在1100℃時，wC=0.4%的鋼能進行鍛造，而wC=4.0%的鑄鐵不能進行鍛造；（3）在室溫下，wC=0.8%的鋼比wC=0.4%的鋼硬度高、比wC=1.2%的強度高；（4）綁扎物件一般用鐵絲（鍍鋅低碳鋼絲），而起重機吊重物時都用鋼絲繩（60鋼（wC=0.6%）、65鋼、70鋼制成）；（5）鉗工鋸削70（wC=0.7%）、T10（wC=1.0%）、T12（wC=1.2%）鋼料比鋸削10（wC=0.1%）、20（wC=0.2%）鋼料費力，且鋸條易磨鈍。答：（1）低碳鋼塑性韌性好。（2）在1100℃時，wC=0.4%的鋼的組織是A，A塑性韌性好，能進行鍛造；而wC=4.0%的鑄鐵的組織中含有Ld，Ld塑性和韌性幾乎為零，不能進行鍛造。（3）含碳量越高，硬度越高，故wC=0.8%的鋼比wC=0.4%的鋼硬度高；當(dāng)含碳量超過0.9%，組織中有Fe3CⅡ沿晶界析出，導(dǎo)致鋼的強度下降，故wC=0.8%的鋼比wC=1.2%的強度高。（4）綁扎物件一般用鐵絲，鐵絲的塑性韌性好；起重機吊重物時都用鋼絲繩，鋼絲繩材料為高碳鋼強度高。（5）70（wC=0.7%）、T10（wC=1.0%）、T12（wC=1.2%）屬于高碳鋼，組織為P+Fe3CⅡ，硬度高，鋸條易磨鈍；10（wC=0.1%）、20（wC=0.2%）屬于低碳鋼，組織為F+P。項目31.熱處理工藝都是由哪三個階段組成的？每個階段的目的是什么?答：熱處理工藝都由加熱、保溫和冷卻三個階段組成。鋼的加熱目的是為了獲得奧氏體，保溫是為了使奧氏體成分均勻化，冷卻直接決定熱處理后材料的組織和性能。2.根據(jù)共析鋼的C曲線，寫出過冷奧氏體在A1線以下等溫轉(zhuǎn)變的產(chǎn)物類型。怎樣判斷連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變得到的產(chǎn)物？答：高溫轉(zhuǎn)變，A1-550℃，過冷A→P型組織；中溫轉(zhuǎn)變，550℃-MS，過冷A→貝氏體(B)；低溫轉(zhuǎn)變，MS-Mf，過冷A→馬氏體(M)。將代表連續(xù)冷卻的冷卻速度線畫在C曲線上，根據(jù)與C曲線相交的位置，就能估計出所得到的組織性能。3.何謂退火、正火？怎樣選擇正火和退火？答：退火是將鋼加熱到臨界點以上或在臨界點以下某一溫度保溫一定時間后，進行緩慢冷卻（爐冷、坑冷、灰冷）的熱處理工藝。正火是將鋼件加熱到Ac3或Accm以上30～50℃，保溫后從爐中取出在空氣中冷卻。退火與正火的加熱溫度、保溫時間都相似，目的也有相似之處，在實際生產(chǎn)中又可部分替代，選擇退火與正火應(yīng)考慮：（1）切削加工性能，對于低、中碳結(jié)構(gòu)鋼以正火作為預(yù)先熱處理比較合適，高碳結(jié)構(gòu)鋼和工具鋼則以退火為宜，故中碳以上的合金鋼一般都采用退火以改善切削性能。（2）從使用性能上考慮，如工件性能要求不太高，隨后不再進行淬火和回火，那么往往用正火來提高其機械性能；但若零件的形狀比較復(fù)雜，正火的冷卻速度快，有形成裂紋的危險，應(yīng)采用退火。（3）從經(jīng)濟上考慮，優(yōu)先考慮以正火代替退火。4.低碳鋼退火后切削加工時易出現(xiàn)粘刀現(xiàn)象，改用哪種熱處理方法可改善切削加工性能?答：改用正火，熱處理后組織為F和S，而退火組織為F+P，故改用正火硬度提高，可改善切削加工性能。5.淬火的目的是什么?為什么亞共析鋼的正常淬火溫度范圍為Ac3+(30～50)℃；而過共析鋼選擇Ac1+(30～50)℃?答：淬火的目的是提高鋼的強度和硬度。亞共析鋼的淬火加熱溫度一般為Ac3以上30-50℃，淬火后可獲得細小的均勻的馬氏體。如溫度過高則有晶粒粗化現(xiàn)象，淬火后獲得粗大的馬氏體，使鋼的脆性增大；如溫度過低則鐵素體未完全奧氏體化，淬火后有鐵素體出現(xiàn)，淬火硬度不足。過共析鋼的淬火加熱溫度則為Ac1以上30-50℃，能保證得到高的硬度和耐磨性。如果加熱溫度超過Accm將會使碳化物全部溶入奧氏體中，使奧氏體中的含碳量增加，淬火后殘余奧氏體量增多，降低鋼的硬度和耐磨性；同時淬火溫度過高，奧氏體晶粒粗化，淬火后易得到含有顯微裂紋的粗片狀馬氏體，使鋼的脆性增大。6.把兩個45鋼的退火態(tài)小試樣分別加熱到760℃和860℃快速水冷，所得組織分別是什么？哪個溫度下淬火硬度高?為什么?答：45鋼加熱到760℃得到A+F，快速水冷得到M+F；45鋼加熱到860℃得到A，快速水冷得到M。860℃條件下淬火硬度高，因為760℃條件下的淬火組織中含有F，降低鋼的整體硬度。7.何謂鋼的淬透性?何謂鋼的淬硬性？它們各自取決于什么因素？答：鋼的淬透性是指鋼淬火時獲得馬氏體淬硬層深度的能力，淬透性主要與鋼的臨界冷卻速度有關(guān)；淬硬性是指鋼在理想條件下淬成馬氏體組織所能達到的最高硬度，鋼的淬硬性主要決定于馬氏體的含碳量，即鋼的含碳量。8.常用的淬火方法有哪幾種?說明它們的主要特點及其應(yīng)用范圍。答：最常用的淬火方法有單液淬火法、雙液淬火法、分級淬火法和等溫淬火法四種。單液淬火法操作簡單，容易實現(xiàn)機械化，自動化，如碳鋼在水中淬火，合金鋼在油中淬火。缺點是不符合理想淬火冷卻速度的要求，水淬容易產(chǎn)生變形和裂紋，油淬容易產(chǎn)生硬度不足或硬度不均勻等現(xiàn)象。雙液淬火是將加熱的工件先在快速冷卻的介質(zhì)中冷卻到300℃左右，立即轉(zhuǎn)入另一種緩慢冷卻的介質(zhì)中冷卻至室溫，以降低馬氏體轉(zhuǎn)變時的應(yīng)力，防止變形開裂。分級淬火是將加熱的工件先放入溫度稍高于Ms（150~260℃）的硝鹽浴或堿浴中，保溫2～5min，使零件內(nèi)外的溫度均勻后，立即取出在空氣中冷卻。只適用于淬透性好的合金鋼或零件尺寸較小、形狀復(fù)雜、要求變形小、尺寸精度高的碳鋼工件，如模具、刀具等。將加熱的工件放入溫度稍高于Ms（260~400℃）的硝鹽浴或堿浴中，保溫足夠長的時間使其完成貝氏體轉(zhuǎn)變的熱處理工藝稱為等溫淬火。適用于尺寸較小，形狀復(fù)雜，要求變形小、具有高硬度和強韌性的工具、模具。9.何謂回火？回火的目的是什么？回火可分為哪幾類？各用于什么場合？答：鋼件淬火后，再加熱到A1以下某一溫度，保持一定時間，然后冷卻到室溫的熱處理工藝稱為回火。回火的目的：減小或消除淬火應(yīng)力，防止工件在使用或精加工時變形；穩(wěn)定尺寸和組織，保證精度；調(diào)整淬火鋼的硬度、強度和塑性、韌性，獲得良好的綜合使用性能。回火的分類：（1）低溫回火（150℃~250℃）。低溫回火的組織是回火馬氏體。與淬火馬氏體相比，回火馬氏體既保持了鋼的高硬度（58~64HRC）、高強度和良好耐磨性，又適當(dāng)提高了韌性。主要用于高碳鋼、合金工具鋼制造的刃具、量具、冷作模具及滾動軸承，滲碳、碳氮共滲和表面淬火件等要求表面耐磨的零件。（2）中溫回火（350℃~500℃）。中溫回火組織為回火托氏體。對于一般碳鋼和低合金鋼，中溫回火相當(dāng)于回火的第三階段，此時碳化物開始聚集，基體開始回復(fù)，淬火應(yīng)力基本消失。硬度為35～50HRC，具有高的彈性極限、屈服強度和韌性，主用于彈性件及熱作模具處理。（3）高溫回火（500℃~650℃）。高溫回火組織為回火索氏體。具有良好的綜合力學(xué)性能，硬度為25~40ＨRC，廣泛用于各種重要結(jié)構(gòu)件。10.化學(xué)熱處理的基本過程是由那幾個個階段組成？滲碳零件具有什么優(yōu)點？答：化學(xué)熱處理的三個基本過程由分解、吸收和擴散組成，滲碳零件必須用低碳鋼或低碳合金鋼來制造，如20、20Cr、20CrMnTi等。滲碳只提高零件表層的含碳量，因此滲碳后必須經(jīng)熱處理（淬火加低溫回火），使零件表面組織變?yōu)榧氠樆鼗瘃R氏體，獲得高硬度和耐磨性，而心部仍保有一定強度和良好的塑性、韌性。11.某汽車齒輪選用20CrMnTi制造，其工藝路線為：下料→鍛造→正火①→切削加工→滲碳②→淬火③→低溫回火④→噴丸→磨削請說明①、②、③、④四項熱處理工藝的目的及大致工藝參數(shù)。答：①正火Ac3+30-50℃，正火的目的是細化晶粒，均勻組織，調(diào)整硬度。②滲碳900-950℃，滲碳只提高零件表層的含碳量，滲碳后必須經(jīng)熱處理（淬火加低溫回火），使齒輪表面組織變?yōu)榧氠樆鼗瘃R氏體，獲得高硬度和耐磨性，而齒輪心部仍保有一定強度和良好的塑性、韌性。③淬火Ac3+30-50℃，獲得馬氏體組織，提高硬度。④低溫回火150℃-250℃，提高鋼的硬度、強度和耐磨性，改善鋼的韌性。12.寫出具有網(wǎng)狀滲碳體的過共析鋼鍛造冷作模具毛坯在加工過程中的熱處理工藝。答：預(yù)備熱處理：正火后球化退火，正火清除網(wǎng)狀滲碳體；最終熱處理：淬火和低溫回火。13.指出下列鐵碳合金工件的淬火及回火溫度，并說明回火后得到的組織和大致硬度。①Wc=0．45％鋼制小軸(要求綜合力學(xué)性能好)；②Wc=0．60％鋼制彈簧；③Wc=1．2％鋼制銼刀。答：①淬火Ac3+(30～50)℃，高溫回火（500℃-650℃），高溫回火組織為S回，硬度為25-40ＨRC。②淬火Ac3+(30～50)℃，中溫回火（350℃-500℃），中溫回火組織為T回，硬度為35-50HRC。③淬火Ac1+(30～50)℃，低溫回火（150℃-250℃），低溫回火的組織是M回，硬度為58-64HRC。項目41．碳素結(jié)構(gòu)鋼、優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼、碳素工具鋼各自有何性能特點？非合金鋼共同的性能不足是什么？答：碳素結(jié)構(gòu)鋼：有較高的塑性，又有適中的強度，可焊性好；優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼：有害雜質(zhì)S、P含量低，常用來制造各種較重要的機械零件；碳素工具鋼：含碳量高，強度硬度高，制作各種工具。非合金鋼共同的性能不足：碳鋼的淬透性低、回火抗力差、碳鋼不能滿足一些特殊性能的要求。2．合金元素提高鋼的耐回火性，使鋼在使用性能方面有何益處？答：在回火溫度相同時，合金鋼的硬度及強度比相同含碳量的碳鋼高。而回火至相同硬度時，合金鋼的回火溫度高，內(nèi)應(yīng)力的消除比較徹底，因此，其塑性和韌性比碳鋼好。這種性能對高速切削刀具及熱變形模具等非常重要，可以使它們在高溫工作時依然保持高硬度，滿足性能需求。3．為什么合金滲碳鋼一般采用低碳，合金調(diào)質(zhì)鋼采用中碳，而合金工具鋼采用高碳成分？答：滲碳鋼一般不直接使用，需要滲碳后淬火+低溫回火后使用。滲碳提高表層含碳量，再通過熱處理，表面強度硬度提高。而材料內(nèi)部還是原始的低碳成分，可以保證材料整體的韌性；

調(diào)質(zhì)鋼采用中碳，內(nèi)外強度、韌性相差無幾，直接調(diào)質(zhì)后使用；工具鋼采用合金工具鋼采用高碳成分，是為了確?；w高硬度，滿足工具高硬度、強度、耐磨性的性能需求。4．指出下列每個牌號鋼的類別、含碳量、熱處理工藝和主要用途：Q235，45，T8，Q345，20CrMnTi，40Cr，60Si2Mn，GCr15，9SiCr，CrWMn，W18Cr4V，Cr12MoV，5CrMnMo，12Cr18Ni9，42Cr9Si2，ZGMn13答：Q235碳素結(jié)構(gòu)鋼，<0.25%，正火，建筑構(gòu)件、橋梁45優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼，0.45%，調(diào)質(zhì)處理，主軸、齒輪T8碳素工具鋼，0.8%，淬火+低回，木工鋸條、沖頭、銼刀Q345普低鋼，0.18-0.2%，正火，船舶、壓力容器、橋梁20CrMnTi合金滲碳鋼，0.2%，滲碳后淬火+低回，齒輪、軸40Cr調(diào)質(zhì)鋼，0.4%，調(diào)質(zhì)處理，汽車后半軸、機床齒輪60Si2Mn彈簧鋼，0.6%，淬火+中回，汽車板簧、螺旋彈簧GCr15滾動軸承鋼，0.95-1.05%，淬火+低回，軸承9SiCr合金刃具鋼，0.9%，淬火+低回，絲錐、板牙CrWMn量具鋼，0.90-1.05%，淬火+低回，游標(biāo)卡尺、精密量具W18Cr4V高速工具鋼，0.7-0.8%，高溫淬火+三次低回，高速切削刀具Cr12MoV冷作模具鋼，1.45-1.7%，淬火+低回，冷沖模5CrMnMo熱作模具鋼，0.5-0.6%，淬火+中回，壓鑄模、鍛模12Cr18Ni9奧氏體不銹鋼，0.12%，固溶處理，醫(yī)療器械、管道42Cr9Si2耐熱鋼，0.42%，淬火+高回，汽輪機轉(zhuǎn)子、葉片ZGMn13耐磨鋼，0.9-1.3%，水韌處理，挖掘機、拖拉機、坦克的履帶板5．為什么汽車變速齒輪常采用20CrMnTi鋼制造，而機床上同樣是變速齒輪卻采用45鋼或40Cr鋼制造？答：汽車變速齒輪常采用20CrMnTi鋼制造，20CrMnTi屬于合金滲碳鋼，滲碳后淬火+低回，可以保證表層高硬度，心部高韌性；而機床上同樣是變速齒輪卻采用45鋼或40Cr鋼制造，45鋼或40Cr鋼屬于調(diào)質(zhì)鋼，經(jīng)過調(diào)質(zhì)處理后綜合力學(xué)性能好。6．試為下列機械零件或用品選擇適用的鋼種及牌號：地腳螺栓，儀表箱殼，小柴油機曲軸，木工鋸條，油氣儲罐，汽車齒輪，機床主軸，汽車發(fā)動機連桿，汽車發(fā)動機螺栓，汽車板簧，拖拉機軸承，板牙，高精度塞規(guī)，大型冷沖模，胎模鍛模，硝酸槽，手術(shù)刀，內(nèi)燃機氣閥，大型粉碎機顎板答：地腳螺栓Q235（碳素結(jié)構(gòu)鋼），儀表箱殼ZG200-400（鑄造用鋼），小柴油機曲軸45（優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼），木工鋸條T10（碳素工具鋼），油氣儲罐Q345（普低鋼），汽車齒輪20CrMnTi（合金滲碳鋼），機床主軸40Cr（合金調(diào)質(zhì)鋼），汽車發(fā)動機連桿35CrMo（合金調(diào)質(zhì)鋼），汽車發(fā)動機螺栓40Cr（合金調(diào)質(zhì)鋼），汽車板簧60Si2Mn（合金彈簧鋼），拖拉機軸承GCr15（滾動軸承鋼），板牙9SiCr（合金刃具鋼），高精度塞規(guī)CrWMn（合金量具鋼），大型冷沖模Cr12MoV（冷作模具鋼），胎模鍛模5CrMnMo(熱作模具鋼)，硝酸槽10Cr17（不銹鋼），手術(shù)刀12Cr18Ni9（不銹鋼），內(nèi)燃機氣閥42Cr9Si2（耐熱鋼），大型粉碎機顎板ZGMn13（耐磨鋼）7．化學(xué)成分和冷卻速度對鑄鐵石墨化有何影響？阻礙石墨化的元素主要有哪些？答：碳與硅是強烈促進石墨化的元素。鑄鐵的碳、硅含量越高，石墨化進行得越充分。硫是強烈阻礙石墨化的元素，并降低鐵水的流動性，使鑄鐵的鑄造性能惡化，其含量應(yīng)盡可能降低。錳也是阻礙石墨化的元素。但它和硫有很大的親和力，在鑄鐵中能與硫形成MnS，減弱硫?qū)κ挠泻ψ饔?。冷卻速度對鑄鐵石墨化的影響也很大。冷卻越慢，越有利于石墨化的進行。阻礙石墨化的元素：S、Mn。8．為什么一般機器的支架、機床床身常用灰鑄鐵制造？答：機器的支架、機床床身常用灰鑄鐵制造，灰鑄鐵鑄造性能好，可以成形內(nèi)外形狀復(fù)雜的鑄件。9．灰鑄鐵、球墨鑄鐵、蠕墨鑄鐵、可鍛鑄鐵在組織上的根本區(qū)別是什么？試述石墨對鑄鐵性能特點的影響。答：灰鑄鐵組織-鋼基體（F、F+P、P）+片狀G球墨鑄鐵組織-鋼基體（F、F+P、P、回火S、下B)+球狀G蠕墨鑄鐵組織-鋼基體+蠕蟲狀G可鍛鑄鐵組織-鋼基體+團絮狀G鑄鐵的性能主要決定于基體的性能和石墨的數(shù)量、形狀、大小及分布狀況。基體組織主要影響灰鑄鐵的強度、硬度、耐磨性及塑性。由于石墨本身的強度、硬度和塑性都很低，因此灰鑄鐵中存在的石墨，就相當(dāng)于在鋼的基體上布滿了大量的孔洞和裂縫，割裂了基體組織的連續(xù)性，減小了基體金屬的有效承載面積；而且在石墨的尖角處易產(chǎn)生應(yīng)力集中，造成鑄件局部損壞，并迅速擴展形成脆性斷裂。這就是灰鑄鐵的抗拉強度和塑性比同樣基體的鋼低得多的原因。若片狀石墨愈多，愈粗大，分布愈不均勻，則強度和塑性就愈低。石墨存在的優(yōu)點：優(yōu)良的鑄造性能；良好的吸振性；較低的缺口敏感性；良好的切削加工性；良好的減摩性。10．鋁合金分為幾類？各類鋁合金各自有何強化方法？鋁合金淬火與鋼的淬火有何異同？答：鋁合金通常按成型工藝分為變形鋁合金和鑄造鋁合金。變形鋁合金按照性能特點和用途分為：防銹鋁、硬鋁、超硬鋁、鍛鋁四種。強化方法：防銹鋁-加工硬化，硬鋁-固溶處理+自然時效，超硬鋁、鍛鋁-固溶處理+人工時效；鑄造鋁合金-淬火+時效。鋁合金沒有同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變，所以為了提高鋁合金強度，只能夠采用固溶處理+時效的方式，也有稱為鋁合金固溶淬火的，其實與鋼的淬火不是同一含義。

11．指出下列代號、牌號合金的類別、主要合金元素及主要性能特征。3A21，7A04，ZL102，ZL203，H68，HPb59-1，ZCuZn16Si4，QSn4-3，QBe2，ZCuSn10Pbl，ZSnSb11Cu6答：3A21防銹鋁，Mn，塑性好、耐蝕性高7A04超硬鋁，Zn、Mg、Cu，強度高、塑性較差ZL102鑄造鋁合金，Si，鑄造性能好ZL203鑄造鋁合金，Cu，鑄造性能好H68黃銅，Zn，較高的強度、塑性好、可進行冷熱加工HPb59-1復(fù)雜黃銅，Pb，與普通黃銅相比，具有更高的強度硬度耐磨性ZCuZn16Si4鑄造銅合金，Zn，鑄造性能好QSn4-3青銅，Sn，鑄造性能﹑減摩性能好QBe2青銅，Be，鑄造性能﹑減摩性能好ZCuSn10Pbl錫青銅，Sn，硬度高，耐磨性極好ZSnSb11Cu6軸承合金，Sb，硬度適中，耐磨性極好項目5習(xí)題答案1.簡述各類非金屬材料的性能特點和應(yīng)用。答：塑料的特點：質(zhì)輕、比強度高、化學(xué)穩(wěn)定性好、優(yōu)異的電絕緣性、減摩耐磨性好、工藝性好、耐熱性差。塑料的應(yīng)用：聚酰胺（PA）：制作高溫下耐磨的零件、絕緣材料和宇宙服等；ABS：齒輪、軸承、小轎車車身及檔泥板、熱空氣調(diào)節(jié)導(dǎo)管等；聚甲醛（POM）：軸承、襯墊、齒輪、葉輪、管道、化學(xué)容器；聚碳酸酯（PC）：絕緣件、儀表外殼、擋風(fēng)玻璃、座艙罩等；聚四氟乙烯（PTFE）:化工管道、電氣設(shè)備、腐蝕介質(zhì)過濾器等；酚醛塑料（PF）:插頭、開關(guān)、電話機、儀表盒、汽車剎車片；氨基塑料（UF）：顏色鮮艷的日用品、裝飾品及電氣設(shè)備；環(huán)氧塑料（EP）：塑料模具、精密量具、灌封電器、配制飛機漆。橡膠的特點：在很寬的溫度范圍內(nèi)（-50～150℃）具有高彈性，優(yōu)良的伸縮性和可貴的積儲能量的能力，良好的隔音性、阻尼性、耐磨性和撓性，優(yōu)良的電絕緣性、不透水性和不透氣性，一定的強度和硬度。橡膠的應(yīng)用：天然橡膠可做輪胎，膠帶、膠管、膠鞋等，通用合成橡膠，丁苯橡膠用作輪胎、膠帶、膠管等，順丁橡膠做輪胎和膠鞋、膠輥、膠帶等耐磨性制品，二元乙丙橡膠可做輪胎、蒸汽膠管、耐熱運輸帶、密封圈等，氯丁橡膠（CR）做耐熱運輸帶，耐油、耐化學(xué)腐蝕膠管和容器襯里、膠輥、密封條等；特種合成橡膠，丁腈橡膠可做火箭、導(dǎo)彈的密封墊圈、化工設(shè)備中的襯里等，硅橡膠可做飛機和宇航中的密封件、薄膜膠管、電線、電纜等，氟橡膠可做火箭、導(dǎo)彈的密封墊圈、化工設(shè)備中的襯里等。陶瓷的特點：彈性模量是各種材料中最高的，具有剛度大、硬度高，優(yōu)良的耐磨性，熔點高、抗氧化性和耐熱性都比金屬材料好、高溫強度好、抗蠕變能力強、具有良好的耐蝕性。缺點是很難產(chǎn)生塑性變形，脆性大，裂紋敏感性強、熱穩(wěn)定性很低。陶瓷的應(yīng)用：氧化物陶瓷，如Al2O3、SiO2、MgO、ZrO2等，做高耐火度結(jié)構(gòu)材料；碳化物陶瓷主要有SiC、WC、B4C、TiC等，做加熱元件、石墨表面保護層以及砂輪和磨料等；氮化物陶瓷，最廣泛的是Si3N4，做耐磨減摩材料、高溫結(jié)構(gòu)材料、耐腐蝕材料；硼化物陶瓷，主要有TiB2、Mo2B、WB6、ZrB2等，做高溫軸承、內(nèi)燃機噴嘴等。2.什么是梯度功能材料？簡述梯度功能材料的應(yīng)用前景。答：梯度功能材料是兩種或多種材料復(fù)合且成分和結(jié)構(gòu)呈連續(xù)梯度變化的一種新型復(fù)合材料，是應(yīng)現(xiàn)代航天航空工業(yè)等高技術(shù)領(lǐng)域的需要，為滿足在極限環(huán)境下能反復(fù)地正常工作而發(fā)展起來的一種新型功能材料。雖然梯度功能材料的最先研制目標(biāo)是獲得緩和熱應(yīng)力型超耐熱材料，如用于火箭燃燒空器、飛機渦輪發(fā)動機、高效燃氣輪機等的超耐熱結(jié)構(gòu)件中，其耐熱性、復(fù)用性和可靠性是以往使用的陶瓷涂層復(fù)合材料無法比擬的。但從梯度功能的概念出發(fā)，通過金屬、陶瓷、塑料、金屬間化合物等不同物質(zhì)的巧妙梯度復(fù)合，梯度功能材料在核能、電子、光學(xué)、化學(xué)、電磁學(xué)、生物醫(yī)學(xué)乃至日常生活領(lǐng)域也都有著巨大的潛在應(yīng)用前景。3.高熵合金與傳統(tǒng)合金有什么不同？答：高熵合金與傳統(tǒng)合金有不同的特點：高熵合金具有單一的晶體結(jié)構(gòu)；高熵合金在鑄態(tài)和完全回火態(tài)會析出納米相結(jié)構(gòu)甚至非晶質(zhì)結(jié)構(gòu)；熱力學(xué)相對穩(wěn)定性；固溶強化機制顯著；具有較高的熱穩(wěn)定性以及抗高溫氧化的能力。項目6習(xí)題答案1．鑄造生產(chǎn)的特點是什么？舉出1～2個生產(chǎn)、生活用品的零件是鑄造生產(chǎn)的，并進行分析。答：可生產(chǎn)形狀任意復(fù)雜的制件，特別是內(nèi)腔形狀復(fù)雜的制件；適應(yīng)性強；成本低；廢品率高、表面質(zhì)量較低、勞動條件差。鑄造產(chǎn)品：下井蓋、汽缸體、汽缸蓋、蝸輪葉片、床身件。2．合金的鑄造性能有哪些？其影響因素是什么？答：鑄造性能包括合金的流動性、充型能力、收縮性、偏析等，流動性與合金的化學(xué)成分、物理性能有關(guān)；充型能力與合金的化學(xué)成分、澆鑄溫度、鑄型填充條件、鑄件結(jié)構(gòu)有關(guān)；鑄件的收縮率、偏析與其化學(xué)成分、澆鑄溫度、鑄件結(jié)構(gòu)和鑄型條件有關(guān)。3．何謂鑄造應(yīng)力？產(chǎn)生的主要原因是什么？答：鑄件在固態(tài)收縮階段若收縮受阻，使在鑄件內(nèi)部產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，稱為鑄造應(yīng)力。包括熱應(yīng)力和機械應(yīng)力。熱應(yīng)力是由于鑄件各部分冷卻速度不同，以致在同一時間內(nèi)鑄件各部分收縮不一致，在鑄件內(nèi)部產(chǎn)生了相互制約的內(nèi)應(yīng)力。機械應(yīng)力時鑄件在凝固收縮時受到鑄型或型芯的機械阻礙而形成的內(nèi)應(yīng)力。4．為什么鑄鐵的收縮比鑄鋼小？鑄鐵與鑄鋼的收縮都分三個階段嗎，為什么？答：因為鑄鋼在冷卻時是從液體轉(zhuǎn)變?yōu)轶w心立方結(jié)構(gòu)的高溫鐵素體，溫度再下降之后變?yōu)槊嫘牧⒎降膴W氏體，此時由于原子密度增大而發(fā)生收縮現(xiàn)象，而鑄鐵是由液體直接結(jié)晶成面心立方的奧氏體加滲碳體，然后冷卻成體心立方的鐵素體加滲碳體，所以鑄鐵的收縮比鑄鋼小。收縮分三個階段：液態(tài)收縮、凝固收縮、固態(tài)收縮。5．常用的手工造型有哪些？手工造型和機器造型各自的應(yīng)用范圍是什么？答：常用的手工造型有整模造型、分模造型、挖砂造型、假箱造型、活塊造型、三箱造型、刮板造型。手工造型，操作靈活，工藝裝備簡單，但生產(chǎn)效率低，勞動強度大，僅適用于單件小批量生產(chǎn)；機器造型生產(chǎn)效率高，鑄件質(zhì)量穩(wěn)定可靠，適合成批大量生產(chǎn)。6．簡述分型面的確定原則。答：盡量使鑄件全部或大部分放在同一砂箱中；應(yīng)使鑄件的加工基準(zhǔn)面處于同一砂型中；應(yīng)盡量使分裂面平直，數(shù)量少，避免不必要的活塊和型芯等，以便于起模，使造型工藝簡化；盡量使型腔及主要型芯位于下型，以便造型、下芯、合型、檢驗鑄件壁厚。7．鑄造工藝參數(shù)主要包括哪些內(nèi)容？答：鑄造收縮率、加工余量、起模斜度、型芯頭、最小鑄出孔及槽。8．簡述鑄件工藝對零件結(jié)構(gòu)的要求。答：減少和簡化分型面；鑄件外形應(yīng)力求簡單；應(yīng)有一定的結(jié)構(gòu)斜度；鑄件結(jié)構(gòu)必須考慮型芯裝配的穩(wěn)定性，排汽的可能性和鑄件的清理，以避免偏芯，氣孔等缺陷。9.簡述特種鑄造的種類。答：熔模鑄造、金屬型鑄造、壓力鑄造、低壓鑄造、離心鑄造。10．簡述鑄造技術(shù)的發(fā)展趨勢。答：機械化、自動化技術(shù)的發(fā)展；特種鑄造工藝的發(fā)展；特殊性能合金進入應(yīng)用；計算機在鑄造中的應(yīng)用；新的造型材料的開發(fā)和應(yīng)用項目7習(xí)題答案1.什么是鍛壓?鍛壓包括哪些加工方法？答：鍛壓是對金屬材料施加外力,使其產(chǎn)生塑性變形或分離，以獲得一定形狀、尺寸、性能的工件和毛坯的成形加工方法。包括鍛造（自由鍛、模鍛、胎模鍛）、沖壓、擠壓、軋制、拉拔等。2.金屬塑性變形的本質(zhì)是什么？塑性變形會對金屬的性能產(chǎn)生什么影響？答：金屬塑性變形的實質(zhì)是晶體內(nèi)部位錯滑移的結(jié)果。冷塑性變形對金屬組織和性能影響：組織的變化-晶粒形狀的變化、晶粒內(nèi)產(chǎn)生亞結(jié)構(gòu)、晶粒位向改變（變形織構(gòu)）；性能的變化-強度提高，塑性下降，形成加工硬化。熱塑性變形對金屬組織和性能影響：組織的變化-焊合鑄造缺陷、晶粒細化、形成帶狀組織；性能的變化-提高金屬致密度和機械性能。3.金屬材料的冷加工和熱加工是怎么劃分的？它們各有什么特點？答：以金屬的再結(jié)晶溫度為界限，將金屬的塑性變形加工分為冷加工和熱加工兩種。變形溫度低于回復(fù)溫度時，金屬在變形過程中只有加工硬化而無回復(fù)與再結(jié)晶現(xiàn)象，變形后的金屬只具有加工硬化組織，這種加工稱為冷加工。變形溫度在再結(jié)晶溫度以上時，變形產(chǎn)生的加工硬化被隨即發(fā)生的再結(jié)晶所抵消，變形后金屬具有再結(jié)晶的等軸晶粒組織，而無任何加工硬化痕跡，這種加工稱為熱加工。4.寫出影響金屬可鍛性的因素。答：金屬的內(nèi)在因素（化學(xué)成分和組織狀態(tài)）、金屬的變形條件（變形溫度、變形速度和應(yīng)力狀態(tài)）5.什么是金屬的鍛造溫度范圍？確定金屬的鍛造溫度范圍有什么實際意義?答：鍛造溫度范圍指始鍛溫度與終鍛溫度間的溫度范圍，以合金狀態(tài)圖為依據(jù)。對于始鍛溫度的選擇，原則是在不出現(xiàn)過熱和過燒的前提下，盡量提高始鍛溫度。終鍛溫度即停止鍛造的溫度，對于鍛件質(zhì)量有很大影響，終鍛溫度太高，停鍛后晶粒會重新長大，降低鍛件力學(xué)性能；太低，再結(jié)晶困難，冷變形強化現(xiàn)象嚴(yán)重，變形抗力太大，甚至產(chǎn)生鍛造裂紋，也易損壞設(shè)備和工具。6.一些普通鍛造成形效果不好的金屬，改用擠壓成形后可達到加工目的，解釋其中的原因。答：擠壓具有比鍛造更為強烈的三向壓應(yīng)力狀態(tài)，金屬可以發(fā)揮其最大的塑性，如對于塑性變形能力較差的鎂合金來說，通過擠壓工藝，可有效細化鎂合金的晶粒組織，提高鎂合金的強度和塑性。7.什么是鍛造？鍛造有哪些方法？鍛件與鑄件相比有哪些特點?答：鍛造是一種利用鍛壓機械對金屬坯料施加壓力，使其產(chǎn)生塑性變形以獲得具有一定機械性能、一定形狀和尺寸鍛件的加工方法。鍛造方法：自由鍛、模鍛、胎膜鍛。鍛件與鑄件相比有以下特點：（1）鍛件的力學(xué)性能優(yōu)于鑄件。鍛造可以改善金屬的內(nèi)部組織，提高材料的力學(xué)性能?？蓧汉吓髁现性械臍饪?、疏松、微裂紋等鑄態(tài)缺陷，提高金屬的致密度，顯著細化晶粒，并使內(nèi)部雜質(zhì)呈流線型分布。（2）材料的利用率和生產(chǎn)率高。金屬材料經(jīng)鍛壓加工后，力學(xué)性能提高，可減少材料的截面尺寸；同時其外形尺寸與零件相近，減少了加工余量，可節(jié)約金屬材料。鍛壓成形特別是模鍛比切削加工成形有很高的生產(chǎn)率。8.什么是自由鍛？自由鍛的工序有哪些？答：自由鍛指將金屬坯料放在鍛造設(shè)備的上下砧鐵之間，施加沖擊力或壓力，使之產(chǎn)生自由變形而獲得所需形狀和內(nèi)部質(zhì)量的鍛件的成形方法。根據(jù)作用與變形要求的不同，可分為基本工序、輔助工序和精整工序?；竟ば虬ㄧ叴?、拔長、沖孔、彎曲、切割、扭轉(zhuǎn)、錯移等，最常用的是鐓粗、拔長、沖孔；輔助工序如壓鉗口、倒棱和切肩；精整工序如修整鼓形、平整端面、校直彎曲。9.鐓粗和拔長各用于哪些鍛件的鍛造？答：軸、桿類零件：鐓粗、拔長筒類零件：鐓粗、在芯軸上拔長盤類、環(huán)類零件：鐓粗（拔長及鐓粗）10.分析自由鍛、模鍛、胎模鍛各自的特點。答：自由鍛的優(yōu)點：自由鍛靈活性大，工具簡單且通用性強，生產(chǎn)周期短，成本低；可鍛造各種重量的鍛件，對大型鍛件，它是唯一方法；自由鍛比模鍛所需的設(shè)備噸位小。自由鍛的缺點：鍛件的形狀和尺寸完全靠鍛工的操作技術(shù)來保證，尺寸精度低，加工余量大，材料消耗多；鍛件形狀比較簡單，生產(chǎn)率低，勞動強度大，只適用于單件或小批量生產(chǎn)。模鍛的優(yōu)點：生產(chǎn)率較高；表面粗糙度小，精度高；鍛造流線分布符合外形結(jié)構(gòu)，力學(xué)性能高；模鍛件尺寸精確，加工余量小，降低成本；可以鍛造形狀比較復(fù)雜的鍛件；操作簡單。缺點：受模鍛設(shè)備噸位的限制，模鍛不能生產(chǎn)大中型鍛件；模鍛的設(shè)備投資大，鍛模成本高，生產(chǎn)周期長。胎模鍛優(yōu)點：與自由鍛相比，胎模鍛鍛件的形狀較為復(fù)雜，尺寸精確，生產(chǎn)效率高，擴大了生產(chǎn)的范圍。相比于模鍛，胎模鍛不需昂貴的模鍛設(shè)備，可利用自由鍛設(shè)備組織生產(chǎn)；胎模結(jié)構(gòu)較簡單，制造成本低于模鍛。缺點：胎模易損壞，較其它模鍛方法生產(chǎn)的鍛件精度低，勞動強度大。11.沖壓是什么？沖壓有哪幾類工序？答：沖壓是利用沖模使板料產(chǎn)生變形或分離，從而獲得具有一定形狀和尺寸的零件的工藝方法。沖壓有兩大類基本工序：分離工序和變形工序。分離工序如沖裁（落料和沖孔）、剪切和修整等工序。變形工序主要有拉深、彎曲、脹形、翻邊等。12.落料和沖孔有什么不同？答：落料時被分離部分為成品，周邊是廢料；沖孔時，被分離的部分為廢料，周邊是成品。13.有搭邊排樣和無搭邊排樣各有什么優(yōu)缺點？答：采用有搭邊排樣法，可以獲得較光潔的沖壓件切口以及減少毛刺；當(dāng)沖壓件切口精度要求不高時，可采用無搭邊排樣法，以最大限度地節(jié)約材料。14.如何防止坯料在拉伸時被拉裂？答：拉深時，為了防止坯料被拉裂，凸模和凹模邊緣需加工成圓角，其間隙一般稍大于板料厚度。拉伸前，應(yīng)在板料上或凹模的工作部分刷涂潤滑劑。在拉深過程中，由于坯料邊緣在切線方向受到壓縮，因而可能產(chǎn)生波浪形，最后形成折皺。拉深坯料厚度越小，拉深深度越深，越易產(chǎn)生折皺。為了防止皺折產(chǎn)生，必須用壓板把坯料壓緊后再拉深。如果是深杯狀，不能一次拉成，可進行多次拉深。多次拉深時，需要進行中間退火（再結(jié)晶退火），以消除前幾次拉深變形所產(chǎn)生的加工硬化，便于后續(xù)拉深的順利進行。15.為下列制品選擇鍛造方法。家用爐鉤（單件），自行車大梁（大批量），活動扳手（大批量），萬噸輪船傳動軸（單件），起重機吊鉤（成批）。答：家用爐鉤（單件）：自由鍛自行車大梁（大批量）：模鍛活動扳手（大批量）：模鍛萬噸輪船傳動軸（單件）：自由鍛起重機吊鉤（成批）：模鍛16.現(xiàn)代塑性加工有哪些新技術(shù)？答：高速高能成形、少無切削成形、超塑性成形微成形和內(nèi)高壓成形等。項目8習(xí)題答案1．什么是金屬的焊接？焊接的種類有哪些？答：焊接就是通過適當(dāng)?shù)奈锢砘瘜W(xué)過程（加熱或者加壓，或者兩者同時進行，用或不用填充材料）使兩個分離的固態(tài)物體產(chǎn)生原子（分子）間結(jié)合力而連接成一體的連接方法。焊接的方法種類很多，按照焊接過程的特點可分為三大類：熔焊如氣焊(氣體火焰為熱源)、電弧焊（電弧為熱源）、電渣焊（熔渣電阻熱為熱源）、激光焊（激光束為熱源）、電子束焊（電子束為熱源)等；壓焊（固態(tài)焊）如電阻焊、摩擦焊、擴散焊以及高頻焊等；釬焊如軟釬焊和硬釬焊。2．什么叫焊接電??？電弧中各區(qū)的溫度有多高？答：在焊條末端和工件兩極之間的氣體介質(zhì)中，產(chǎn)生強烈而持久的放電現(xiàn)象。陰極區(qū)：2400～3200℃，弧柱區(qū)：6000～8000℃陽極區(qū)：4000℃。3．焊接接頭有幾部分構(gòu)成？整個焊接接頭的薄弱地帶在哪？答：焊接接頭由焊縫區(qū)、熔合區(qū)和熱影響區(qū)組成。(1）焊縫區(qū)。焊縫是指焊件經(jīng)焊接后所形成的結(jié)合部分。焊縫組織是從液體金屬結(jié)晶的鑄態(tài)組織，晶粒粗大，成分偏析，組織不致密?？赏ㄟ^化學(xué)成分的嚴(yán)格控制使碳、硫、磷含量都較低并含有一定合金元素，使焊縫金屬的力學(xué)性能不低于母材。（2）熔合區(qū)。焊接接頭中焊縫向熱影響區(qū)過渡的區(qū)域，焊接時溫度范圍在液相線與固相線之間。組織粗大，強度低，塑性、韌性極差，產(chǎn)生裂紋和脆性破壞，其性能往往是焊接接頭中最差的，使焊接接頭的強度、塑性和韌性都下降。（3）熱影響區(qū)。熱影響區(qū)可分為過熱區(qū)、正火區(qū)、部分相變區(qū)和再結(jié)晶區(qū)。=1\*GB3①過熱區(qū)。具有過熱組織特征，冷卻后晶粒粗大，塑性和沖擊韌性明顯下降，是熱影響區(qū)中力學(xué)性能最差的部位。=2\*GB3②正火區(qū)。熱影響區(qū)中具有正火組織的區(qū)域，加熱時金屬發(fā)生重結(jié)晶，轉(zhuǎn)變?yōu)榧毿〉膴W氏體晶粒；冷卻后晶粒細化得到均勻而細小的鐵素體和珠光體組織，力學(xué)性能得到改善，其性能優(yōu)于母材。=3\*GB3③部分相變區(qū)。只有部分組織發(fā)生相變，珠光體和部分鐵素體發(fā)生重結(jié)晶，部分鐵素體不發(fā)生相變；冷卻后晶粒大小不均，因而力學(xué)性能比正火區(qū)稍差。=4\*GB3④再結(jié)晶區(qū)。由于經(jīng)過塑性變形的母材組織發(fā)生了再結(jié)晶，加工硬化完全消失，強度降低，塑性稍有改善。如果母材焊前未經(jīng)過塑性變形，則焊后熱影響區(qū)中無再結(jié)晶區(qū)。整個焊接接頭的薄弱地帶在熔合區(qū)和過熱區(qū)。4．什么是焊接應(yīng)力與變形？焊接變形的基本形式有哪些？答：焊接過程結(jié)束，焊件冷卻后殘留在焊件中的內(nèi)應(yīng)力叫做焊接應(yīng)力，也叫焊接殘余應(yīng)力。焊接過程中，焊件產(chǎn)生了不同程度的變形，焊接過程結(jié)束，焊件冷卻后殘留在焊件上的變形叫做焊接變形，也叫焊接殘余變形。焊接變形的基本形式有：=1\*GB3①收縮變形。即焊件沿焊縫的縱向和橫向尺寸減少，是由于焊縫區(qū)的縱向和橫向收縮引起的。=2\*GB3②角變形。即相連接的構(gòu)件間的角度發(fā)生改變，一般是由于焊縫區(qū)的橫向收縮在焊件厚度上分布不均勻引起的。=3\*GB3③彎曲變形。即焊件產(chǎn)生彎曲。通常是由焊縫區(qū)的縱向或橫向收縮引起的。=4\*GB3④扭曲變形。即焊件沿軸線方向發(fā)生扭轉(zhuǎn)，與角焊縫引起的角度形沿焊接方向逐漸增大有關(guān)。=5\*GB3⑤失穩(wěn)變形（波浪變形）。一般是由沿板面方向的壓應(yīng)力作用引起的。5．電焊條由哪些部分組成？酸性焊條和堿性焊條有何不同？焊接時怎樣合理選用焊條？答：電焊焊條由焊條芯和藥皮兩部分組成。藥皮熔渣中酸性氧化物比堿性氧化物多的焊條為酸性焊條。堿性焊條因藥皮中含有較多的大理石和螢石，并含有較多的鐵合金作為脫氧劑和合金劑，焊接時大理石分解成氧化鈣和大量的二氧化碳作為保護氣體。選用焊條通常是根據(jù)焊件化學(xué)成分、力學(xué)性能、抗裂性、耐腐蝕性、以及耐高溫性能等要求選用相應(yīng)的焊條種類。焊條的選取原則：（1）低碳鋼、普通低合金鋼構(gòu)件。焊縫與母材等強度。注意：鋼材按屈服強度定等級，結(jié)構(gòu)鋼焊條的等級是指焊縫金屬抗拉強度最低保證值。（2）同一強度等級酸堿性焊條的選用。堿性焊條：要求塑性好、沖擊韌性高、抗裂性好、低溫性好。酸性焊條：受力不復(fù)雜，母材質(zhì)量較好，盡量選用較便宜的酸性焊條。（3）低碳鋼與低合金鋼焊接，按接頭中強度較低者選焊條。（4）鑄鋼易裂一般應(yīng)選堿性，且采用適當(dāng)工藝，如預(yù)熱。（5）特殊性能要求鋼，選相應(yīng)焊條，以保證焊縫主要化學(xué)成分、性能與母材相同。6．埋弧焊有哪些特點？有哪些局限性?答：埋弧焊的特點：（1）生產(chǎn)效率高。埋弧焊所用的焊接電流可大到1000A以上，因而電弧的熔深能力和焊絲熔敷效率都比較大。（2）焊接質(zhì)量好。一方面由于埋弧焊的焊接參數(shù)通過電弧自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)能夠保持穩(wěn)定，對焊工操作技術(shù)要求不高，因而焊縫成形好、成分穩(wěn)定；另一方面也與采用熔渣進行保護，隔離空氣的效果好有關(guān)。（3）勞動條件好。埋弧自動焊時，沒有刺眼的弧光，也不需要焊工手工操作。這既能改善作業(yè)環(huán)境，也能減輕勞動強度。（4）埋弧焊適應(yīng)性較差。通常只適于焊接長直的平焊縫或較大直徑的環(huán)焊縫，不能焊空間位置及不規(guī)則焊縫。這也是埋弧焊的局限性。（5）設(shè)備費用一次性投資大。7．氬弧焊的種類和焊接特點有哪些？答：氬弧焊按照電極的不同分為熔化極氬弧焊和非熔化極氬弧焊兩種。非熔化極氬弧焊的非熔化極通常是鎢極所以也叫鎢極氬弧焊。氬弧焊的特點：（1）用氬氣保護可焊接化學(xué)性質(zhì)活潑的非鐵金屬及其合金或特殊性能鋼，如不銹鋼等；（2）電弧燃燒穩(wěn)定，飛濺小，表面無焊渣，焊縫成形美觀，焊接質(zhì)量好；（3）電弧在氣流壓縮下燃燒，熱量集中，焊縫周圍氣流冷卻，熱影響區(qū)小，焊后變形小，適宜薄板焊接；（4）明弧可見，操作方便，易于自動控制，可實現(xiàn)各種位置焊接；（5）氬氣價格較貴，焊件成本高。8．簡述電阻焊的種類和優(yōu)缺點。答：電阻焊方法共有點焊、縫焊、凸焊、對焊4種。電阻焊的優(yōu)點：（1）熔核形成時，始終被塑性環(huán)包圍，熔化金屬與空氣隔絕，冶金過程簡單。（2）加熱時間短，熱量集中，故熱影響區(qū)小，變形與應(yīng)力也小，通常在焊后不必安排校正和熱處理工序。（3）不需要焊絲、焊條等填充金屬，以及氧、乙炔、氫等焊接材料，焊接成本低。（4）操作簡單，易于實現(xiàn)機械化和自動化，改善了勞動條件。（5）生產(chǎn)率高，且無噪聲及有害氣體，在大批量生產(chǎn)中，可以和其他制造工序一起編到組裝線上。但閃光對焊因有火花噴濺，需要隔離。電阻焊的缺點：（1）目前還缺乏可靠的無損檢測方法，焊接質(zhì)量只能靠工藝試樣和工件的破壞性試驗來檢查，以及靠各種監(jiān)控技術(shù)來保證。（2）點、縫焊的搭接接頭不僅增加了構(gòu)件的重量，且因在兩板焊接熔核周圍形成夾角，致使接頭的抗拉強度和疲勞強度均較低。（3）設(shè)備功率大，機械化、自動化程度較高，使設(shè)備成本較高、維修較困難，并且常用的大功率單相交流焊機不利于電網(wǎng)的平衡運行。9．簡述釬焊的分類和應(yīng)用。答：釬焊分為軟釬焊和硬釬焊。軟釬焊指使用軟釬料進行的釬焊，釬焊接頭強度低（小于70Mpa）；硬釬焊指使用硬釬料進行的釬焊，釬焊接頭強度較高（大于200Mpa）。