工程材料及成形工艺基础章节练习题及答案.docx

第一章金属材料的性能复习思考题1 .什么是塑性变形？什么是弹性变形？答：金属材料在外力作用下，发生不可逆的永久变形称为塑性变形。金属材料在外力作 用下，金属材料发生变形，失去外力金属材料又恢复到原来状态的变形叫弹性变形。2 . 40.2的含意是什么？为什么低碳钢不用此指标？答：的含意是对于高碳钢、铸铁、铜、铝等金属材料，没有明显的屈服现象，拉伸 曲线上没有小锯齿状平台，通常规定试样产生0.2%塑性变形时的应力作为其规定非比例延 伸强度，用/?的2表示。低碳钢有明显屈服现象，可以测定其上屈服强度ReH和下屈服强度 ReL，所以不用此指标。3 .抗拉强度与硬度之间有没有一定的关系？为什么？答：抗拉强度与硬度之间有一定的关系，低碳钢：用产2.7HBS、高碳钢：&e3.8HBS、 合金调质钢：Rm «4.3HBS 灰铸铁：产L0HBS。由于硬度和强度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，故二者之间有一定的关系。4 .冲击吸收能量K代表什么指标？为什么K不直接用于设计计算？答：K值是试验中测定的吸收能量，它反映的是材料在冲击载荷下弹性变形、塑性变形 和断裂过程中吸收能量的能力。也就是金属材料的冲击韧性。在冲击能量相对不太大的情况下,金属材料承受屡次重复冲击的能力，主要取决于强度, 而不是要求过高的冲击韧性。即冲击韧性较低而强度较高的材料寿命较长。因此，用K值 来衡量和设计这些机械零件是不太合适的，一般只用K值作为选择材料的参考。5 .某低碳钢拉伸试样，直径为10 mm,原始标距为50 mm,屈服阶段拉力值首次下降 前的最大拉力为18 840 N,屈服阶段不计初始瞬时效应时的最小拉力为18 740 N,屈服之后、 断裂前的最大拉力为35 320 N,拉断后将试样接起来，标距之间的长度为73 mm,断口处截 面平均直径为6.7 mm。问该低碳钢的Rm, Z?eH , R0 , Z, A各是多少？其硬度大约是多少？188403.14x<10?二240 MPa量的碳素结构钢机械零件以及建筑结构 中的螺纹钢、工字钢、槽 钢，钢筋等；08优质碳素结 构钢含碳量为0.08% 的优质碳素结构钢含碳量低，塑性、 焊接性好，S, P含量 低，非金属夹杂物也 较少。常用于冲压件、焊接 件、强度要求不高的零 件，例如机罩、焊接容器、 垫圈等45优质碳素结 构钢含碳量为0.45% 的优质碳素结构钢含碳量适中，调质 后具有良好的综合力 学性能。主要用于受力较大的 机械零件，如曲轴、连杆、 齿轮、机床主轴等T8碳素工具钢含碳量为0.8%的 碳素工具钢含碳量身，具有较 高的硬度和耐磨性。冲头木工工具、剪切金 属用剪刀等Q345低合金高强 度结构钢屈服强度不小于345 MPa的低合金 高强度结构钢高强度、高韧性和 良好的焊接性能和冷 成形性能。船舶，锅炉，压力容器， 石油储罐，桥梁，电站设 备，起重运输机械及其他 较高载荷的焊接结构件20Cr合金渗碳钢含碳量0.20%, 含Cr量小于1.5% 的合金渗碳钢经渗碳后直接淬火 或渗碳后二次淬火+ 低温回火。可得到表 层硬度局；而心部韧 性好的力学性能。截面在30 mm2以下载 荷不大的零件，如机床及 小汽车齿轮、活塞销等20CrMnTi合金渗碳钢含碳量0.20%, Cr、Mn、Ti含量均 小于1.5%的合金渗 碳钢汽车、拖拉机截面在 30 mm2以下，承受高速、 中或重载荷以及冲击、摩 擦的重要渗碳件，如齿 轮、轴、齿轮轴、爪形离 合器、蜗杆等40Cr合金调质钢含碳量0.40%, 含Cr量小于1.5% 的合金调质钢调质处理后可获得 强度、高韧性相结合 的良好综合力学性 能。汽车后半轴、机床齿 轮、轴、花键轴、顶尖套12Crl3不锈钢含碳量0.12%, Cr含量13%的马氏 体型不锈钢具有良好的力学性 能和加工工艺性能， 且具有良好的耐腐蚀 性能。制作抗弱腐蚀性介质、 能承受冲击载荷的零件， 如汽轮机叶片、水压机 阀、结构架、螺栓、螺帽 等。60Si2CrA合金弹簧钢含碳量0.6%,含 Si量2%,含Cr量 小于1.5%的优质合 金弹簧钢适当热处理后得到 弹性极限和屈服强度 高的性能。具有足够 的疲劳强度和韧性， 能承受交变载荷和冲 击载荷的作用。用作承受高应力及 300350C以下的弹簧， 如汽轮机气封弹簧、破碎 机用弹簧等W18Cr4V高速工具钢W 含量 14%, Cr 含量4%, V含量小 于1.5%的高速工具 钢。具有良好的热硬 性。制造一般高速切削用 车刀、刨刀、钻头、铳刀 等。ZGMnl3耐磨钢Mn含量为13%水韧处理后具有较球磨机的衬板、挖掘机的高镒耐磨钢高的耐磨性和耐冲击 性能。的铲斗、各种碎石机的鄂 板、铁道上的道岔、拖拉 机和坦克的履带板等。HT100灰铸铁抗拉强度100 MPa的普通 灰铸铁抗拉强度低，具有 良好的减震性和耐磨 性。负荷小、对摩擦、磨损 无特殊要求的零件，例 如：盖、外罩、油盘、手 轮、支架、底板、重锤等QT600-3球墨铸铁抗拉强度 600 MPa,断后伸 长率3%的球墨 铸铁具有较高的强度和 良好的铸造性能。载荷大、受力复杂的零 件，如汽车、拖拉机曲轴、 连杆、凸轮轴，局部磨床、 铳床、车床的主轴、机床 涡杆、涡轮、轧钢机轧辐， 大齿轮，气缸体，桥式起 重机大小滚轮等KTH370-12可锻铸铁抗拉强度 370 MPa,断后伸 长率12%的黑 心可锻铸铁具有一定冲击韧性 和耐腐蚀性汽车、拖拉机上的前后 轮壳、差速机壳、转向节 壳、制动器等6 .为什么汽车变速齿轮常采用20CrMnTi钢制造，而机床上同样是变速齿轮却采用45 钢或40Cr钢制造？答：20CrMnTi是渗碳钢，45钢和40Cr钢属于调质钢，都经适当热处理后，渗碳钢与 调质钢相比，其强硬度和耐磨性高，当然本钱也高。因为汽车在运行过程中对变速齿轮的性能要求比机床高，要求齿轮具备高的耐磨性、疲 劳强度和冲击韧性，而20CrMnTi在制造齿轮时一般采取渗碳淬火和低温回火，可使齿轮齿 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，具有一 定的耐磨性，能承受较大的冲击载荷，可满足使用要求。7 .灰铸铁、球墨铸铁、蠕墨铸铁、可锻铸铁在组织上的根本区别是什么？答：根本区别在于：灰铸铁中的石墨称层片状，球墨铸铁中的石墨成球状，蠕墨铸铁中 的石墨成蠕虫状，可锻铸铁中的石墨成团絮状。8 .为什么一般机器的支架、机床床身常用灰铸铁制造？答：因为灰铸铁具备以下性能：良好的减振性，可有效降低加工过程中的冲击对加工质 量的影响。良好的耐磨性，可提高导轨等使用寿命。价格廉价，提高经济效益。9 .铝合金分为儿类？各类铝合金各自有何强化方法？答：铝合金依据其成分和工艺性能，可划分为变形铝合金和铸造铝合金两大类。变形铝合金分为防锈铝合金（LF）、硬铝合金（LY）、超硬铝合金（LC）和锻铝合金（LD） 四类。变形铝合金还可进一步划分成可热处理强化变形铝合金和不可热处理强化变形铝合金。铸造铝合金按成分不同可分为Al-Si, AlCu, AlMg, Al-Zn系四类。铸造铝合金和变形铝合金的界线并非是截然分开的，如铝硅铸造合金可轧制成薄板，变 形铝合金亦可浇注成铸件。10 .黄铜属于什么合金？普通黄铜与特殊黄铜有什么不同？答：黄铜是铜与锌的合金。黄铜分为普通黄铜和特殊黄铜。普通黄铜是Cu-Zn二元合 金。特殊黄铜是在Cu-Zn二元合金的基础上再加入AL Sn, Pb, Si, Mn, Ni等一些其他元 素的多元铜合金。（1）普通黄铜。普通黄铜的代号以“黄”字的汉语拼音字头“H”加上数字表示，数 字代表铜的质量分数；例如H62,表示铜的含量为62%,其余为含锌量。普通黄铜力学性能与锌的含量有关。当%n<32%时，其性能和纯铜相似，具有很高的 塑性和良好的抗腐蚀性；当卬2n =32%47%时，在低温下很脆，但在高温下具有良好的塑 性；当叫n>47%时，强度和硬度很低，工业上无应用价值。普通黄铜可以用来制造散热器、管材、板材，还可以用来制造汽车、拖拉机上的零件。 例如H68, H70,塑性好，适于冲压成形状复杂的工件，是制造弹壳的最好材料。H62, H59, 适宜热变形成形，通常是以棒材供应。（2）特殊黄铜。特殊黄铜的牌号以“H" +主元素符号+铜的质量分数+主元素的质 量分数来表示。如HMn58-2,表示含>1=58% ,咻仙=2% ,其余为Zn的特殊黄铜。此外， 对于铸造生产的黄铜，其代号前需加“铸”字的汉语拼音字头“Z”。特殊黄铜按加入的元素不同，分为铅黄铜、铝黄铜、硅黄铜、镒黄铜等；按其生产方法 不同可分为塑性成形黄铜和铸造黄铜两种。塑性成形黄铜加入的合金元素较少，塑性好，有 足够的变形能力。可用来制造齿轮、蜗轮、汽车、拖拉机及船舶上的许多零件，铸造黄铜中 那么加入了较多的合金元素，使其具有较高的强度和较好的铸造性能。11 .什么叫热固性塑料？什么叫热塑性塑料？答：热塑性塑料为线型结构分子链，加热时会软化、熔融，冷却时会凝固，变硬。此过 程可以反复进行。典型的品种有聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚团胺（尼龙）、 有机玻璃（聚甲基丙烯酸甲酯）等。这类塑料强度较高，成型工艺性能良好，可反复成型、 再生使用。但耐热性与刚性较差。热固性塑料为密网型结构分子链，其形成是固化反响的结果。具有线型结构的合成树脂， 初加热时软化、熔融，进一步加热、加压或加入固化剂，通过共价交联而固化。固化后再加热， 那么不再软化、熔融。品种有酚醛塑料、氨基塑料、环氧树脂、不饱和聚酯树脂、有机硅树脂等 构成的塑料。这类塑料具有较高的耐热性与刚性；但脆性大，不能反复成型与再生使用。12 .何谓复合材料？它有哪些性能特点？答:复合材料是由两种或两种以上物理、化学性质不同的物质，经人工合成的多相固体材料。其性能特点是：比模量高、比强度大，具有良好的抗疲劳性能，良好的破断平安性，优良 的高温性能和良好的减振性。第六章铸造成形复习思考题1 .试说明铸造在机械制造生产中的地位。答：机器零件的生产通常包括制造毛坯和对毛坯的切削加工两局部。制造毛坯的方法有 铸造成形、塑性成形和焊接成形等。铸造成形在机器制造业中应用极其广泛，现代各种类型 的机器设备中铸件所占的比重很大。据统计，在机器设备中铸件所占的比例很大，如汽车中 铸件的重量约占2030%,拖拉机中铸件重量约占5070%以上，机床中铸件重量约占70 90%,而铸件本钱仅占机器设备总本钱的2030%。因此，铸造成形在机械制造生产中，具 有重要的基础地位。2 .型砂和芯砂应具有哪些性能？这些性能对铸件质量有哪些影响？答：型砂是由石英砂、粘结剂（包括粘土、水玻璃和有机树脂等）和其他附加物按一定 比例配合，经过混制后得到的具有一定性能的混合料。型砂的性能对铸件质量具有重要影响。 型砂应具备以下主要性能要求。（1）透气性。假设型砂透气性差，局部气体留在金属液内不能排出，凝固后铸件便会出 现气孔缺陷。（2）强度。假设型砂的强度不够时，容易造成塌箱、冲砂等问题。（3）耐火度。假设型砂的耐火度缺乏，砂粒会粘附在铸件外表上形成一层硬皮，难清除 干净，造成切削加工困难，严重时可使铸件报废。（4）退让性。假设型砂的退让性差，铸件收缩时会受到较大的阻碍，将产生较大的收缩 应力，可能导致铸件变形或开裂等铸造缺陷。3 .简述各主要造型方法的特点和应用。答：砂型铸造的造型方法分为手工造型和机器造型两大类。（1）手工造型。手工造型是传统的造型方法，紧实型砂、起模、下芯、合型等一系列 过程都由手工完成。手工造型的优点是操作灵活、适应性强、生产准备工作简单。缺点是铸 件质量很大程度上取决于工人技术水平，不稳定；工人的劳动强度大，生产效率低。目前手 工造型主要用于单件、小批量，新产品试制等。（2）机器造型是将造型过程中的填砂、紧实型砂、起模等主要工序实现了机械化。与 手工造型相比，它具有生产率高、铸型质量好，便于组织自动化流水线生产，工人劳动强度 低等优点。但机器造型的设备和工艺装备费用高、生产准备周期长，因此适用于成批、大量 生产。4 .以下铸件在大批量生产时，应选用哪种铸造方法？（1）铝活塞；（2）摩托车汽缸体；（3）缝纫机头；（4）大模数齿轮铳刀；（5）汽缸套；（6）汽轮机叶片；（7）车床床身；（8）大口径铸铁管答：铝活塞一金属型铸造；摩托车气缸体一低压铸造；缝纫机头一砂型铸造；大模数齿轮铁刀一熔模铸造；气缸套f离心铸造； 汽轮机叶片f熔模铸造；车床床身一砂型铸造；大口径铸铁管一离心铸造。5 .什么是合金的流动性？为什么应尽量选择共晶成分或结晶温度范围摘要的合金作为 铸造合金？答：液态合金本身的流动能力，称为合金的流动性。共晶成分或结晶间隔窄的合金，按逐层凝固方式结晶，结晶前沿比拟平滑，对金属的流 动阻力小，流动性好。流动性好的合金，充填铸型的能力强。在相同的铸造工艺条件下，流 动性好的铸造合金，有利于充满铸型，可得到形状、尺寸准确，轮廓清晰的致密铸件；有利 于使铸件在凝固期间产生的缩孔得到合金液的补缩;有利于使铸件在凝固末期受阻而出现的 热裂得到合金液的充填而弥合。6 .铸件产生缩孔和缩松的原因是什么？防止产生缩孔的主要工艺措施有哪些？答：合金的液态收缩和凝固收缩是铸件产生缩孔和缩松缺陷的基本原因。基本条件是逐 层凝固。为了防止铸件产生缩孔缺陷，铸造工艺中常采取定向凝固的方法对铸件进行有效补缩。 所谓定向凝固就是在铸件上可能出现缩孔的厚大部位，通过安放冒口或冒口加冷铁的组合, 使铸件远离冒口的部位先凝固，然后是靠近冒口部位凝固，最后冒口凝固。按照这样的凝固 顺序，后凝固部位液态合金的补充先凝固部位的收缩，前边的总收缩最后集中到冒口中形成 缩孔。冒口是铸件之外的局部，去除后便得到了致密的铸件。7 .“定向凝固原那么”和“同时凝固原那么”分别可以防止哪种铸造缺陷？各需采取哪些工艺 措施才能实现？答：定向凝固原那么解决的是缩孔、缩松缺陷；同时凝固原那么解决的是铸造应力缺陷。定向凝固就是在铸件上可能出现缩孔的厚大部位，通过安放冒口或冒口加冷铁的组合， 使铸件远离冒口的部位先凝固，然后是靠近冒口部位凝固，最后冒口凝固。同时凝固原那么是将内浇道设置在薄壁部位，浇入铸型中的金属液都从这里流过，薄壁部 位铸型被加热的时间长，温度高于其它部位，并且这里液态合金的温度也高于其它部位，因 此减缓了薄壁局部的冷却速度。在最厚大部位设置一个冷铁，加速了厚壁局部的冷却速度， 因此使铸件各部位实现了同时凝固。8 .“高温出炉、低温浇注”具体是指什么？答：高温出炉是为了使液态合金中的渣、气等在浇包中有充分的上浮排除时间，有利于 提高铸件的力学性能。低温浇注是为了减少液态收缩，尽量减少缩孔和缩松。9 .什么是铸件的热裂和冷裂？它们各自的产生条件是什么？应如何防止？答：根据铸件裂纹产生的原因和温度范围，分为热裂和冷裂两种。热裂是在凝固的末期，固相线附近出现的。此时，由于铸件中结晶的骨架已经形成并开 始收缩，但晶粒间还有一定量的液态合金，合金的强度和塑性极低，收缩稍受阻碍即可开裂。热裂是铸钢件、可锻铸铁件和某些有色合金铸件中最常见的铸造缺陷。其特征是：断面 严重氧化，无金属光泽，裂口沿晶粒边界产生和开展，外观形状不规那么。冷裂是铸件处于弹性状态时，铸造应力超过合金的强度极限时产生的。其特征是：外形 呈连续直线状或圆滑曲线，而且常常是穿过晶粒延伸到整个断面，裂口处外表干净，具有金 属光泽或呈轻微氧化色。冷裂往往出现在铸件受拉伸的部位，特别是应力集中的地方。10 .什么是铸件的结构斜度？它与起模斜度有何不同？图6-45中的铸件结构是否合理? 如不合理如何改进？图6-45题图答：铸件的结构斜度，是在铸件的结构设计时，在垂直于分型面的直壁上设计出来的斜 度。直壁高度越小，角度越大。铸件的结构斜度与起模斜度不容混淆。前者，是零件结构的一局部；后者，是在绘制铸 造工艺图时，在垂直于分型面的外表上设置的斜度。这个铸件的结构设计不合理。铸件上与分型面垂直的外壁没有设计出结构斜度，不便于 起模。上外表的孔壁虽然设计了结构斜度，但方向搞反了。改成反斜度，也就是变成上小下口大，便于起模，也便于用砂跺来成形孔，降低生产本钱。11 .图6-46中的铸件结构有何缺点？应该如何改进？答：铸件上的凸台是孤立的，在造型时或者采用活块造型，或者增加一个外砂芯，使铸 造工艺复杂，生产本钱提高。不合理。将铸件上的凸台上延到与分型面相连接，那么造型时就没有这些麻烦了。简化了造型工艺, 结构就合理了。12 .为什么铸件要设计出结构圆角？图6-47中铸件的哪些圆角不合理？应如何改进？答：铸件的结构圆角，也就是在铸件壁的转角处设计成圆角连接。采用直角连结存在如 下问题：（1）直角连接处会形成金属的积聚，易产生缩孔、缩松；（2）在载荷的作用下，直 角连接处的内侧易产生应力集中；（3）在合金结晶过程中，沿着散热反方向形成垂直于型壁 的柱状晶，在转角处的对角线上形成整齐的分界线，削弱转角处的力学性能。当铸件采用圆角结构时，可以有效克服上述缺点。另外，铸造圆角还可防止金属液流将 型腔尖角冲毁，以及美化铸件外形和防止划伤人体等。铸件的分型面尽量平直图6-47所示铸件上的圆角设计不合理。铸件的上外表有圆角，不是最大截面。假设将分型面设置在上外表，那么要挖砂造型。假设采 用与上外表相符合的曲面，那么会给制作模样和造型都带来很多麻烦。因此不合理。合理的设计是将铸件上外表的圆角去掉，改为把与上外表垂直的直壁设计成结构斜度, 保证上外表为最大截面，这样分型面就可以设置在上外表，结构就合理了。13 .铸件、模样、零件三者在尺寸上有何关系？并分析这种尺寸关系的原因。答：铸件的尺寸加上该铸造合金的线收缩量即为模样的尺寸。零件的尺寸加上切削加工 余量即为铸件的尺寸。14 .为什么空心球难以铸造？应采用什么措施才能将空心球铸造出来？试用图表示。答：因为空心球的空心是封闭的，如不采取特殊工艺措施，是没方法铸出的。铸造时，可预先设计出工艺孔，等铸出铸件后，再想方法将工艺孔堵住，就得到了空心 孔了。kz 枷15 .某厂批量生产一种薄壁灰铸铁件，投产以来质量基本稳定，但最近突然出现浇缺乏、 冷隔等缺陷增多的现象，试分析其原因。答：铸件出现浇缺乏、冷隔缺陷，可能有以下一些原因：(1)化学成分控制可能出现偏差，比方有利于提高合金流动性的碳、硅含量偏低，或 降低合金流动性的硫含量偏高。(2)熔炼工艺可能出现问题，如合金氧化严重，渣量偏多等。(3)浇注温度可能过低，导致充型能力缺乏。16 .为什么要规定铸件最小壁厚？灰铸铁件的壁厚过大或局部过薄会出现哪些问题？答：每种铸造合金都有其适宜的壁厚，选择得当，既能保证铸件的力学性能，又能防止 某些铸造缺陷的产生。如果铸件的壁厚太厚，那么容易在中间出现缩孔缩松缺陷。但铸件的壁厚不能太薄，否那么 容易出现浇缺乏和冷隔缺陷。17 .用内接圆法确定图6-48中铸件的热节部位。在保证尺寸H的前提下，如何使铸件 的壁厚尽量均匀？图6-48题图答:缩松图6-52题图18 .铸造技术开展的新成果对你有何启示？答：针对铸造中存在的问题，如：铸造成形的工艺过程比拟复杂，有的还难以精确控制； 铸件内部晶粒粗大、组织不均匀、不致密，导致同一材质铸件的力学性能比锻件的低；有些结 构的铸件，即使严格控制，也很难防止缩孔、缩松等。铸造新技术都有了比拟好的解决方案。如铸造成形数值模拟技术，就是利用计算机仿真技术，对铸造过程进行数值模拟，如 通过对温度场、流动场、应力场等进行数值模拟，来预测可能产生的铸造缺陷和部位，进而 优化铸造工艺设计。这，大大缩短了新产品的开发周期，降低了试制本钱。再比方半固态金属铸造技术，就是利用机械力、或电磁力的搅拌作用来细化晶粒，利用 压力充型和凝固来消除缩孔和缩松，从而得到了晶粒细小、组织致密的高质量铸件的技术。第七章锻压成形复习思考题1 .什么是锻压成形？答：锻压成形是在外力作用下使金属坯料产生塑性变形，从而获得具有一定形状、尺寸 和力学性能的毛坯或零件的加工方法。2 .加工硬化对工件性能及加工过程有什么影响？答：金属经过冷塑性变形其内部组织的晶格扭曲，晶粒破碎，使得进一步滑移困难，改 变了其力学性能。随变形程度增大，金属的强度和硬度上升，而塑性和韧性下降，这种现象 称为加工硬化。加工硬化现象在工业生产中具有重要的意义。生产上常用加工硬化来强化金 属，提高金属的强度、硬度及耐磨性。尤其是纯金属、某些铜合金及镶铝不锈钢等难以用热 处理强化的材料，加工硬化更是唯一有效的强化方法。加工硬化也有其不利的一面。在冷轧薄钢板、冷拔细钢丝及深拉工件时，由于产生加工硬 化，金属的塑性降低，进一步冷塑性变形困难，故必须采用中间热处理来消除加工硬化现象。3 .纤维组织对金属材料有什么影响？纤维组织的存在使金属的力学性削弱还是加强？ 举例说明生产中如何合理利用纤维组织？答：铸锭经塑性变形后，各晶粒沿变形方向伸长，当变形程度很大时，多晶体晶粒显著 地沿同一方向拉长，这种被拉长的呈纤维状的晶粒组织，称为纤维组织。由于纤维组织的形成，使得金属材料出现各向异性。在纵向（平行纤维方向）上塑性和 韧性增加；横向（垂直纤维方向上）的数值那么降低。纤维组织不能用热处理方法消除，只能 用塑性成形工艺使其合理分布，使零件具有较好的力学性能。其原那么是：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。4 .如图7-54所示的钢制挂钩，拟用铸造、锻造、板料切割这三种工艺制造。试问用哪 种工艺制得的挂钩承载力最大？为什么？图7-54钢制挂钩答：用锻造方法生产的挂钩承载最大。因为锻造方法可使晶粒细化、组织致密，同时 纤维组织分布和挂钩轮廓一致。而铸造方法晶粒粗大，不均匀，还可能存在一些铸造缺陷， 板料切割会使纤维组织被切断。5 .某厂生产直径f l 10 mm、高20 mm的齿轮毛坯，现提出三种制坯方案： 用直径f 110mm的棒料直接下料，得到高20mm的毛坯；用厚20mm的板料通过气割下料，得 到直径f 110 mm的毛坯， 用直径f 90 mm棒料进行适当长度的下料,经锻粗后制得毛坯。 请问哪种方法最正确？并简述理由。答：用f 90mm棒料下料适当长度经徽粗后而得毛坯方法最合适，因为徽粗方法可使晶 粒细化、组织致密，且纤维不会被切断。而其它两种方法会使纤维组织被切断，且没有进一 步细化晶粒过程。6 .冷变形和热变形有何区别？试述它们各自在生产中的应用。答：金属在不同温度下变形后的组织和性能不同，因此塑性变形又分为冷变形和热变形。金属在再结晶温度以下的塑性变形叫冷变形。冷变形中位错密度上升，发生加工硬化， 使金属的强度、硬度提高，塑性和韧性降低。冷变形能使金属获得较高的尺寸精度和外表质 量。冷变形工艺在工业生产中应用也很广泛，如板料冲压、冷挤压、冷锻和冷轧等。金属在再结晶温度以上的塑性变形叫热变形。热变形中再结晶软化占优势，完全消除 了加工硬化效应，使金属的塑性显著提高，变形抗力显著降低，可用较小的能量获得较大的 变形量。热变形工艺在工业生产中广泛应用，如热锻、热轧、热挤压等。7 .铅在室温下的变形、鸨在的950C的变形分别属于什么变形？并简述理由。答:铅在室温下的变形属热变形:T变=20 + 273 = 293K, T再=0.4x(327.5 + 273) = 240.2K , 因为T变T再，故是热变形。鸨在950C的变形属于冷变形，因为：T变=950 + 273 = 1223K, T再=0.4x(3390+ 273) = 1465.2 K,因为再，故是冷变形。8,什么是金属的可锻性？影响可锻性的因素有哪些？答：金属材料的可锻性是指其经受塑性成形加工的难易程度，可用金属材料的塑性和变 形抗力来衡量。塑性愈大，变形抗力愈小，金属的可锻性愈好。金属的可锻性，一般取决于 金属的本质和塑性成形的条件。金属本质又包括金属的成分、组织；塑性成形的条件又包括IlSoIlSo18740=239 MPa3.14x<10?<6.7?s -s兀万一兀方Z 二一X1OO% = )X 100% = 55%Sofio?兀I 一 /73-50A= 11 9x100%=xl00% = 46%Lo50因为是低碳钢：/?in « 2.7HBS2.7 2.72.7 2.7HBS = & =里= 167变形温度、变形速度和应力状态。9 .为什么碳钢的终锻温度一般选在800左右？答：钢的锻造温度范围，是指开始锻造温度（始锻温度）与结束锻造温度（终锻温度） 之间的一段温度区间。假设在锻造温度范围内具有良好的塑性和较低的变形抗力，即能锻出优 质锻件。一般来讲，碳钢的锻造温度范围，根据铁碳合金相图便可直接确定。就碳钢而言，锻造温度在4或线以上其组织为单一的奥氏体，塑性好，宜于进行 锻造。假设锻造温度过低，那么塑性会明显下降，变形抗力增加，加工硬化现象严重，容易产生 锻造裂纹。因此，一般碳钢的始锻温度比AE线低200。（2左右，终锹温度约为800。（2左右。10 .如图7-55所示分别为三种形状不同的连杆，试选择锤上模锻时的分模面位置。三答：各图分模面如图中A-A所示。其中7-55 （c）图会产生错模力，一般会造成锻件尺 寸不准确，严重时会损坏模具。可用在锻模上加锁扣或一模两锻（对称布置两个锻件）的方 法抵消错模力。11 .材料的回弹现象对冲压工艺生产有什么影响？答：由于弯曲过程中有弹性变形，当外力去除后会使弯曲角度增大，即出现回弹现象。 一般回弹角为0。10。为保证零件的尺寸精度，一般设计模具时其角度比零件角度小一个 回弹角度。12 .工件拉深时为什么会出现起皱和拉穿现象？应采取什么措施解决这些质量问题？答：在拉深过程中，零件最容易出现的缺陷是起皱、拉穿。拉穿主要出现在直壁与底之间的过渡圆角部位。由于在拉深过程中这个部位会受到拉 应力的作用。起皱是由于法兰局部（当毛坯相对厚度3/。较小时）在切向力作用下导致的结果。为 了防皱，可用压边圈把坯料压紧。13 .成批大量生产外径为40 mm、内径为20 mm、厚度为2 mm的垫圈时，应选用何种 模具结构进行冲制才能保证孔与外圆的同心度？答：最好采用连续冲模或复合冲模的方法以保证同心度。第八章焊接成形1 .名词解释：焊接、焊接电弧、热影响区、焊接性。答：（1）焊接是指通过加热或加压或两者并用，使被焊材料到达原子间的结合，形成永 久性连接的工艺。（2）焊接电弧是在两个电极之间的气体介质中，强烈而持久的气体放电现象。（3）热影响区是在焊接过程中母材金属因受热的影响（但未熔化）而发生金相组织和 力学性能变化的区域。（4）金属焊接性是指材料对焊接加工的适应性，即在一定的焊接工艺条件下获得优质 焊接接头的难易程度。2 .常用电弧的引燃方法有哪些？接触引弧和非接触引弧。3 ,熔化焊的焊接接头包括哪几局部？答：焊接接头包括焊缝金属、熔合区和热影响区三局部。4 .焊接应力的产生原因是什么？消除焊接应力的方法有哪些？答：（1）在焊接过程中，不均匀的局部加热是焊件产生焊接应力与变形的根本原因。（2） 消除应力的方法： 焊前预热和焊后热处理； 加热减应区法； 选择合理的焊接次序 及工艺参数； 焊后锤击或碾压焊道、拉伸或振开工件。5 .试分析厚件多层焊时，为什么有时要用小锤对红热状态的焊缝进行敲击？答：每焊完一道焊缝后，当焊缝仍处于高温时，用小锤对焊缝进行均匀适度的锤击，能 使缝焊金属在高温塑性较好时得以延伸，补偿局部收缩，可大大减小焊接应力和变形，以避 免裂纹的产生。6 .焊接变形的基本形式有哪些？如何矫正？答：（1）收缩变形、角变形、弯曲变形、扭曲变形、波浪变形。（2）机械矫正法、火焰 加热矫正法。7 .常见的焊接缺陷有哪些？答：裂纹、气孔、未焊透和未熔合、烧穿、咬边、焊瘤等。8 .简述焊条的组成及各局部的作用。答：（1）焊芯：作为电极传导焊接电流，产生电弧；焊芯作为填充金属，与熔化 的母材金属形成焊缝。（2）药皮：机械保护作用；冶金处理作用；改善焊接工艺性能。9 .试从焊接质量、生产率、焊接材料、本钱和应用范围等方面，比拟以下焊接工艺。（1）焊条电弧焊；（2）埋弧焊； （3）氤弧焊；（4） C02气体保护焊答：各焊接工艺的比拟下表所示。焊接工艺焊接质量生产率焊接材料应用范围适焊材料焊条电弧焊不稳定较低焊条单件、小批，尤 其是短焊缝和不规 那么焊缝不限制埋弧焊高高焊丝和焊剂中厚板材的长 直焊缝或大直径 的环缝碳素结构钢、低合 金结构钢、不锈钢、 耐热钢等熔化极氨弧焊高高瀛气、焊丝适合焊接较厚（25mm以下）的 工件有色金属、不锈 钢、耐热钢和高强度 合金钢CO2气体保护焊高高CO2气、焊丝造船、机车及车 辆、工程机械碳素结构钢、低合 金结构钢10 .厚薄不同的钢板搭接，是否可以进行电阻点焊？点焊对工件厚度有何要求？答：板厚不同，热容量、导热距离不同，形成熔核偏移，导致结合面上的熔核直径减小， 影响强度性能。当熔核偏移严重，如熔核仅位于一板内时，导致焊接失败。点焊主要用于 4mm以下的薄板结构和钢筋构件。11 .钎焊和熔焊实质差异是什么？说明钎焊的适用范围？答：（1）差异： 钎焊是将焊件没有熔化但是钎料熔化了，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的方法叫钎焊。熔化焊是将焊件和焊条 加热到熔化状态，形成熔池，然后冷却结晶成为一体的焊接方法。（2）软钎焊适合于仪表、电器零件、电机以及导线焊接；硬钎焊用于受力较大或工作 温度较高的工件的焊接，如硬质合金刀具、钻探钻头、换热器、自行车架、导管、滤网等的 焊接。12 .为什么铸铁焊接比低碳钢焊接困难得多？答：铸铁焊接时易生成白口组织和淬硬组织，难以机加工；铸铁强度低，塑性差，焊接 接头易出现裂纹；焊接时易生成co和CO2气体，由于冷却速度快，熔池中的气体来不及逸 出将形成气孔。13 .等离子弧与一般电弧有何异同？答：等离子弧仍是一种气体放电现象，是电弧的一种特殊形式。气体电离形成电弧，电弧通过细孔喷嘴时，弧柱截面缩小，产生机械压缩效应。向喷嘴 内通入高速保护气流（如敏气、氮气等），此冷气流均匀地包围着电弧，使弧柱外围受到强烈冷 却，于是弧柱截面进一步缩小，产生了热压缩效应。带电离子在弧柱中的运动可看成是无数 根平行的通电“导体”，其自身磁场所产生的电磁力使这些“导体”互相吸引靠拢，电弧受到 进一步压缩，这种作用称为电磁压缩效应。这三种压缩效应作用在弧柱上，使弧柱被压缩得 很细，电流密度极大提高，能量高度集中，弧柱区内的气体完全电离，从而获得等离子弧。14 .真空电子束焊和激光焊的热源分别是什么？请说明两者的适用范围？答：（1）电子束焊是指利用在真空中高速运动着的电子束流轰击工件，由动能转化为热 能进行熔化焊接的方法。特点：焊接质量高；工艺适应性强；焊件变形小；设备比拟复杂；焊前对焊件的清理和 装配要求严格。适用范围：主要用于铝、铝等难熔金属，银、错、钛、铝、镁等活性金属，异种钢及航 天、核电制品中某些精度要求高的构件焊接。(2)激光焊是以聚焦的高能量密度激光束作为能源轰击焊接件接缝所产生热量进行焊接o 特点：能量密度大；灵活性大；焊接速度快，焊接生产率高；焊接设备复杂，投资较大。 适用范围：已广泛用于汽车工业、机械工业、航空航天、电子工业等领域，如焊接微型、 精密焊件和热敏感材料的焊件。第九章非金属材料成形复习思考题1 .常用的塑料成形工艺有哪些？注射成形、挤出成形工艺各有何特点？答：常用的塑料成形方法有注射成形、挤出成形、压制成形和吹塑成形。（1）注射成形具有生产周期短，生产效率高，注射成形能一次成形空间几何形状复杂、 尺寸精度高、带有金属或非金属嵌件的塑料制品。（2）挤出成形的特点是生产过程是连续的，生产效率高，应用范围广。（3）与注射成形相比，压制成形生产过程容易控制，使用的设备和磨具简单，较易成 形大件制品。但它的生产周期长，效率低，较难实现自动化，不易成形形状复杂的零件。（4）吹塑成形也称中空成形，属于塑料的二次加工，源于古老的玻璃吹瓶工艺，是制 造空心塑料制品的方法。2 .常用的塑料成形工艺各适合于何种形状的塑料制件？答：（1）注射成形适用于多品种塑料的成形，生产过程易于实现自动化，是一种比拟先 进的成形工艺。（2）挤出成形是热塑料成形中用途最广、占比重最大的一种加工方法，又称剂塑成形。（3）压制成形主要用于压制形状简单、尺寸精度要求不高的制件。（4）吹塑成形，是制造空心塑料制品的方法。3 .橡胶材料的主要特点是什么？答：橡胶与塑料的不同之处是橡胶在室温下处于高弹性。在较小的载荷作用下，能产生 很大的变形，当载荷取消后又能很快恢复到原来状态，是常用的弹性材料、密封材料、减震 防振材料和传动材料。4 .橡胶的压制成形与传递成形各有何特点？答：橡胶注射成形是利用注压机的压力，将胶料直接由机筒注入模腔，完成成形并进行 硫化的生产方法。这种方法工序简单，提高了机械化、自动化程度，减轻了劳动强度，并大 大提高了产品质量。压制成形时将混炼过的、经加工成一定形状或称重过的半成品胶料直接放入敞口的模具 型腔中，然后将模具闭合，送入平板硫化机中加压、加热，胶料在加热和压力作用下硫化成 形。压制成形模具有结构简单，通用性强，实用性广，操作方便，在整个橡胶模具压制品的 生产中占有较大的比例。5陶瓷材料的成形工艺主要有哪几类？各有何主要特点？答：陶瓷的成形方法主要有注浆成形、可塑性成形、压制成形等。（1）传统的注浆成形是指在石膏模的毛细管力作用下，含一定水分的粘土泥浆脱水硬 化、成坏的过程。传统的注浆法成形周期长，劳动强度大，不适合连续化自动化生产。近年 来各种强化注浆的方法、自动化管道注浆、成组浇注等工艺开展很快、缩短了生产周期，提 高了坯体质量，是陶瓷注浆成形进入了新的阶段。(2)可塑成形是对具有一定可塑变形能力的泥浆进行加工成形的方法。可塑成形的方 法主要有滚压成形和塑压成形。(3)压制成形是将含有一定水分的粒状粉料填充到模型之中，施加压力，使之成为具 有一定形状和强度的陶瓷坯体的成形方法。压制成形的优点，是生产过程简单、坯体收缩小、 致密度高、产品尺寸精确、且对坯料可塑性要求不高；缺点是对形状复杂的制品难以成形, 故压制成形多用来成形扁平状制品。6 .复合材料的成形工艺有何特点？答：