金属工艺标准学各章节习题集综合检验测试题(含规范标准答案).doc

-* 第一章 力学性能及工艺性能 习题答案 1．何谓金属的力学性能？金属的力学性能包括那些？ 答：力学性能又称机械性能，是指金属材料在外力（载荷）作用下所表现出的抵抗变形和破坏的能力。常用的力学性能有强度、塑性、硬度、冲击韧性和疲劳强度等。 2．何谓强度？衡量强度的常用指标有那些？各用什么符号表示？ 答：金属材料在外力作用下抵抗永久变形和断裂的能力，称为强度。工程上常用的强度指标有屈服强度和抗拉强度。屈服强度σs和抗拉强度σb 3．何谓塑性？衡量塑性的指标有哪些？各用什么符号表示？ 答：塑性是指断裂前材料产生永久变形的能力。常用的塑性指标是断后伸长率δ和断面收缩率Ψ。 4．某厂购进出一批40钢材，按国家标准规定，其力学性能指标应不低于下列数值：σS=340MPa,σb=540MPa，δ=19%，ψ=45%。验收时，用该材料制成d0=110－2m的短试样（原始标距为510－2m）作拉伸试验：当载荷达到28260N时，试样产生屈服现象；载荷加至45530N时，试样发生缩颈现象，然后被拉断。拉断后标距长为6.0510－2m，断裂处直径为7.310－3m。试计算这批钢材是否合格。 答; 实际σs = 360MPa >国家标准规定σS=340MPa 实际σb = 580MPa>国家标准规定σb=540MPa 实际δ＝21％ >国家标准规定δ=19% 实际ψ = 46.8％ >国家标准规定ψ=45% 因此，这批40钢材合格 5．何谓硬度？常用的硬度指标有哪三种？各用什么符号表示？HB与HRB有什么区别？ 答：硬度是指材料表面上抵抗局部变形或破坏的能力。常用的硬度指标有布氏硬度、洛氏硬度和维氏硬度。 布氏硬度HB，洛氏硬度HR，维氏硬度HV。HB是布氏硬度指标HRB洛氏硬度。 6．何谓疲劳破坏？其产生的原因是什么？ 答：材料在循环应力和应变作用下，在一处或几处产生局部永久性累积损伤，经一定循环次数后产生裂纹或突然发生完全断裂的过程称为疲劳破坏。一般认为是：由于材料内部有气孔、疏松、夹杂等组织缺陷，表面有划痕、缺口等引起应力集中的缺陷，导致产生微裂纹，随着循环次数的增加微裂纹逐渐扩展，最后造成工件突然断裂破坏 7．何谓金属的工艺性能？主要包括哪些内容？ 答：工艺性能是指金属材料对不同加工工艺方法的适应能力，它包括铸造性能、锻造性能、焊接性能、热处理性能和切削加工性能等。 8. 常用的金属晶格类型有哪几种？其晶胞特征怎样？。 答：常见的晶格类型有体心立方晶格、面心立方晶格和密排六方晶格三种。体心立方晶格的晶胞是一个立方体，立方体8个顶角和立方体中心各有1个原子，如图1.6所示。面心立方晶格的晶胞也是立方体，8个顶角和6个面的中心都各有1个原子，如图1.7所示。密排六方晶格的晶胞是一个正六方柱体，12个顶角和上、下面中心各有1个原子，晶胞内部还有3个原子，如图1.8所示。 9. 金属的实际晶体结构有何特点？ 答：1）金属的实际晶体结构多晶体结构。实际使用的金属材料，绝大部分并非理想的单晶体，而是由许多小晶体（晶粒）组成的多晶体。2）金属的实际晶体结构存在晶体缺陷。存在点缺陷、线缺陷与面缺陷。 10．何谓结晶？结晶过程的基本规律是什么？ 答：金属的结晶是金属原子的聚集状态由无规则的液态，转变为规则排列的固态晶体的过程。液态金属的结晶过程由晶核的形成和晶核长大两个环节组成。液态金属冷却到一定温度时，液体中有部分原子开始按一定规则排列，形成细小的晶胚，部分尺寸较大的晶胚形成继续结晶的核心，称之为晶核。晶核在冷却过程中不断集结液体中的原子而逐渐长大，同时新的晶核也不断形成和长大，直至由晶核长大形成的晶粒彼此接近，液态金属逐渐消失而完成结晶。 11. 结晶过程中如何控制晶粒大小？它有何作用？ 答：金属晶粒的大小产要取决于结晶过程中的形核率N（单位体积中单位时间形成的晶核数）和晶核长大速率G（单位时间内晶核长大的线速度）。形核率N大，则结晶后晶粒多、细；而长大速率G大，则晶核长大快，晶粒就粗大。 在一般冷却条件下，冷却速度提高，则过冷度大，而形核率和长大率均随过冷度增大而增大。由于 随过冷度增大形核率比长大率增加得快，因此最后结果是晶粒细化。 除了控制过冷度可以控制晶粒大小外，在结晶过程中进行变质处理，也是常用的控制手段。变质处理是在液态金属浇注前专门加入可成为非自发晶核的固态变质剂，增加晶核数，提高形核率，达到细化晶粒的目的。 此外，还有采用机械振动、超声振动和电磁振动等方法，使结晶过程中形成的枝晶折裂碎断，增加晶核数，达到细化晶粒的目的。 实际金属结晶后形成多晶体，晶粒的大小对力学性能影响很大。一般情况下，晶粒细小则金属强度、塑性、韧性好，且晶粒愈细小，性能愈好。 12. 金属铸锭组织有哪几个晶粒区？说明它们的形成过程？ 答：（1）表层细晶区 液态金属注入低温铸锭模时，接触金属模壁的液态金属层被激冷，很大的过冷度使形核率很大，同时金属模壁还能促进非自发晶核的产生，因此在铸锭表层形成等轴细晶粒区。 （2）柱状晶粒区 在表层细晶粒区形成的同时，模壁温度逐渐升高，使金属液的冷却速度逐渐降低，过冷度减小，形核率降低而长大率变化不大。由于垂直模壁方向散热较快，有利于散热反向的结晶，晶粒没此方向长大较快，因此形成垂直于模壁向内部金属液生长的柱状晶粒区。 （3）中心等轴晶粒区 随着柱状晶粒的形成，铸锭模内心部剩余金属液的散热冷却已无明显的方向性，趋于均匀冷却并处于相近的过冷状态，同进液态金属中的杂质和枝晶碎片也集聚到为这最后结晶的中心部分，在不大的过冷度下最后形成晶粒较为粗大的等轴晶粒区。 13. 什么叫同素异晶转变？试用纯铁为例作说明。 答：金属这种在固态时随温度变化而晶格类型发生变化的现象，称为同素异晶转变，也称同素异构转变。 液态铁Feδ-Feγ-Feα-Fe 。 14. 什么叫合金相图？有什么应用意义？ 答：合金相图又称合金状态或合金平衡图，是表示平衡条件下合金成分、温度和组织状态之间关系的图形。根据相图可以知道不同成分的合金，在不同温度下的相组织状态，温度变化时可能发生的转变，还可根据组织状态估测合金的性能，作为制订铸造、锻压、焊接和热处理等热加工工艺的主要依据。 15. 什么叫固溶强化？ 答：通过溶入溶质原子形成固溶体使晶格畸变，从而使固溶体的强度、硬度比溶剂要高的强化手段称固溶强化。 16. 铁碳合金中有哪些基本组织？其有何性能特点？分析含碳量为0.45%及1.2%的碳钢由液态缓冷至室温时的组织转变。 答：铁和碳相互作用而形成的基本组织有：铁素体、奥氏体、渗碳体、珠光体和莱氏体。 17. 默画Fe-Fe3C相图（简化），说明图中特性点、线的意义，产并填写各区域组织组成物。 答：见图1.14 18. 铁碳合金根据碳含量和室温组织不同，分为哪三种，其碳含量和组织有何不同？ 答：（1）工业纯铁。碳含量ωc≤0.218%的铁碳合金，室温组织为F（含很少的Fe3CⅢ）。 （2） 碳钢 碳含量0.0218＜ωc≤2.11%的铁碳合金，根据不同的室温组织又分为三种： 1）共析钢，ωc=0.77%，室温组织为P； 2）亚共析钢，0.0218＜ωc＜0.77%，室温组织为P+F； 3）过共析钢，0.77＜ωc≤2.11%，室温组织为P+ Fe3CⅡ。 （3）白口铁 碳含量2.11＜ωc≤6.69%的铁碳合金，根据不同的室温组织也可分为三种： 1）共晶白口铁，ωc=4.3%，室温组织为Ld‘； 2）亚共晶白口铁，2.11＜ωc≤4.3%，室温组织为P+Ld‘+Fe3CⅡ； 3）过共晶白口铁，4.3＜ωc≤6.69%，室温组织为Ld‘+Fe3CⅡ。 19. 为什么锻造和热轧时，一般钢材均加热到10000C—12500C范围？ 答：因为锻造和热轧时，需要材料具有良好的塑性。钢材加热到10000C—12500C范围，其组织主要为具有良好塑性的奥氏体组织。 20. 为什么形状复杂的冲压和铆钉等冷塑性变形加工的工件多低碳钢，而工、模具用高碳钢？ 答：低碳钢在常温含有大量的具有较好塑性的铁素体，适合形状复杂的冲压和铆钉等冷塑性变形加工。高碳钢在常温下含有大量的具有较高硬度的渗碳体，从而满足了工、模具的使用要求。 第二章 热处理基础 习题答案 1、何谓钢的热处理？热处理的分类？钢的热处理有何作用？ 答：钢的热处理，是将钢在固态下进行加热、保温和冷却，改变其内部组织，从而获得所需要结构与性能的一种工艺。根据加热和冷却方式的不同，热处理主要分为整体热处理、表面热处理和化学热处理三大类。通过热处理，能有效地改善钢的组织和力学性能，充分发挥钢材的潜力，改善工件的工艺性能、提高加工效率和加工质量，延长零件使用寿命。热处理在机械制造中有着重要作用。 2、共析钢在加热时组织转变的几个阶段？其影响因素？ 答：钢从室温缓慢加热，最后转变为奥氏体的过程，称为钢的奥氏体化。共析钢加热前原始组织为珠光体，加热到Ac1以上温度时，珠光体转变为奥氏体。奥氏体化过程包括奥氏体的形核、长大、残余渗碳体的溶解和奥氏体均匀化四个阶段。奥氏体化的速度，取决于奥氏体的形核率和长大率，主要的影响因素是加热温度、加热速度、化学成分和原始组织状态。 3、什么叫过冷奥氏体？共析钢过冷奥氏体等温转变的产物？ 答：奥氏体在A1线以上温度为稳定组织，而冷却至A1以下而尚不及转变的奥氏体，处于不稳定的过冷状态，通常称这种不稳定的过冷状态奥氏体为“过冷奥氏体”。 共析钢过冷奥氏体等温转变的产物可分为三个转变区。（1）高温转变区（珠光体型转变区）：过冷奥氏体在A1线至5500C温度范围的转变产物为铁素体和渗碳体片层相间的珠光体型组织。其中：A1~6500C范围为粗片珠光体组织（P）；6500C~6000C范围为细珠光体组织，称索氏体（S）；6000C~5500C范围为极细珠光体组织，称托氏体（T）。（2）中温转变区（贝氏体型转变区）：过冷奥氏体在5500C至Ms线温度范围的产物为贝氏体型组织，是过饱和铁素体和渗碳体组成的多相复合组织。当转变温度为5500C~3500C时，为板条状过饱和铁素体之间分布着细小片状渗碳体的羽毛状组织，称为上贝氏体（B上），而在3500C~Ms线范围内，转变产物为针片状的下贝氏体（B下）。（3）低温转变区（马氏体型转变区）：当奥氏体被连续急冷Ms线以下温度时，由于过冷度很大，原子扩散困难，过冷奥氏体发生特殊的马氏体转变，转变产物为马氏体。 4、何谓退火？退火的目的？常用的退火方法的哪些？ 答：退火是将钢加热到适当温度，保温后缓冷，以获得接近于平衡组织的热处理工艺。退火的具体目的，主要是：降低硬度，提高材料的塑性，匀化钢材的组织，以利切削加工；消除残余应力，以防变形、开裂；细化晶粒、改善组织，以提高力学性能，并为最后热处理作好组织准备。钢的退火方法很多，常用的有完全退火、等温退火、球化退火、均匀化退火和去应力退火等。 5、何谓正火？正火的目的？正火和退火有何异同？ 正火是将钢加热到Ac3或Acm以上300C~500C，保温后在空气中冷却的热处理工艺。加热到Ac3以上1000C~1500C，保温后空冷的正火，称高正火。 正火的目的（1）改善切削加工性，主要是针对低碳钢和低合金钢退火后硬度偏低，切削加工时易“粘刀”，通过正火可使硬度适当提高，改善其切削加工性能。（2）预备热处理，由于正火冷却速度较大，渗碳体从奥氏体晶界析出时来不及形成网状渗碳体，同时还有利于片状珠光体细化，因此常用作中碳钢和合结构钢重要零件的球化热处理等之前的预备热处理，保证良好的组织和性能。（3）最终热处理，对于性能要求不很高的普通结构钢工件和形状复杂、大型工件的淬火易变形开裂，可用正火作为最终热处理，以获得晶粒较细、力学性能较高的组织。 正火与退火相比，因其冷速较快，所以组织较细密，强度和硬度比较高，而且操作简便、生产者生产周期短，生产效率高，生产成本较低，故应用广泛。正火的目的是匀化晶粒、调整硬度、消除网状渗碳体，并为后续加工和球化退火、淬火等热处理作好组织准备。 6、何谓淬火？常用的淬火方法的哪些：何谓淬透性？何谓淬硬性？ 答：淬火是将钢加热到Ac1（亚共析钢和过共析钢）以上温度保温后快速冷却，以获得马氏体组织的热处理工艺。 常用的淬火方法有：（1）单液淬火，（2）双液淬火，（3）分级淬火，（4）等温淬火。 淬透性是衡量钢在淬火后获得淬硬层深度大小的一个重要工艺性能指标。 淬硬性是钢在理想条件下进行淬火硬化所能达到的最高硬度的能力 7、何谓回火？回火的目的？回火的分类及其应用？ 答: 回火是将淬火后的工件再加热到Ac1以下某一温度，保温后冷却至室温的热处理工艺。 回火的目的是稳定组织、消除应力、调整硬度和提高塑性、韧度。 根据不同的回火温度，分为低温回火、中温回火和高温回火三种。 （1） 低温回火（1500C~2500C），低温回火后的组织为回火以氏体，硬度一般为（58~64）HRC，主要用于高碳钢或合金钢的刃具、量具、模具、轴承以及渗碳件淬火后的回火处理。其目的是降低淬火应力和脆性，保持钢淬火后的高硬度和耐磨性。 （2）中温回火（3500C~5000C），中温回火后的组织为回火托氏体，硬度为（35~50）HRC，主要用于各种弹簧和模具的回火处理，其目的是保证钢的高弹性极限和高的屈服点、良好的韧度和较高的硬度。 （3）高温回火（5000C~6500C），高温回火后的组织为回火索氏体。硬度为（25~35）HRC，主要用于各种重要的结构件，特别是交变载荷下工作的连杆、螺柱、齿轮和轴类工件。也可用于量具、模具等精密零件的预备热处理。其主要目的是获得强度、塑性和韧度均较高的良好综合力学性能。通常将淬火后再进行高温回火这种复合热处理工艺称为调质处理。 8、何谓调质处理？调质处理后工件的力学性能有何特点？ 答：通常将淬火后再进行高温回火这种复合热处理工艺称为调质处理。调质处理后工件具有强度、塑性和韧度均较高的良好综合力学性能。 9、哪些零件需要表面热处理？常用的表面热处理方法有哪些？ 答：要求表面具有高的强度、硬度、耐磨性和疲劳强度，而心部由要有足够的塑性和韧性的零件需要表面热处理。 钢的表面热处理主要有表面淬火、物理气相沉积、化学气相沉积、等离子化学气相沉积等。其中表面淬火较为常用。 10、何谓表面淬火？表面淬火适应于什么钢？ 答：表面淬火是一种不改变表层化学成分，而改变表层组织的局部热处理方法。表面淬火，是通过快速加热，使钢件表层奥氏体化，然后迅速冷却，使表层形成一定深度的淬硬组织——马氏体，而心部仍保持原来塑性、韧度较好的组织（退火、正火或调质处理组织）的热处理工艺。 表面淬火适应于中碳钢和中碳合金钢工件。 11、何谓化学热处理？化学热处理的目的？常用的化学热处理有哪些？ 答：化学热处理是将钢件置于活性介质中加热并保温，使介质分解析出的活性原子渗入工作表层，改变表层的化学成分、组织和性能的热处理工艺。 化学热处理的目的是提高工作表面的硬度、耐磨性、疲劳强度、耐热性、耐蚀性和抗氧化性能等。 常用的化学热处理有渗碳、渗氮、碳氮共渗和渗金属等。 12、用低碳钢和中碳钢制造齿轮，为了获得表面具有高的硬度和耐磨性，心部具有一定的强度和韧度，各应采用何种热处理？热理后组织和性能有何差别？ 答：低碳钢制造的齿轮可采用表面渗碳。中碳钢制造的齿轮表面淬火。 13、形状复杂、变形量大的低碳钢薄壁工件，常要进行多次冲压才能完成成形，并在每次冲压后通常进行什么热处理？为什么？ 答：每次冲压后可做去应力退火，消除每次冲压后的残余应力，以防变形、开裂。 14、选择下列淬火钢件的回火温度 （1）45钢的轴类零件（要求具有良好的综合力学性能）； （2）60钢弹簧； （3）T12钢锉刀。 答：（1）45钢的轴类零件的回火温度为5000C~6500C，（2）60钢弹簧回火温度为3500C~5000C，（3）T12钢锉刀1500C~2500C。 15、现有T12钢制造的丝锥，成品硬度要求60HRC以上，加工工艺路线为：轧制——热处理（1）——机加工——热处理（2）——机加工。试写出上述热处理工序的具体内容及其作用。 答：热处理（1）球化退火，热处理（2）为淬火后再低温回火。 16、热处理的操作要领？箱式电阻炉加热操作的步骤？ 答：热处理的操作要领：（1）须进行操作前的准备工作，如检查设备是否正常、确认工件及相应的工艺。 （2）工件要正确捆扎、装炉。工件装炉时，工件间要留有间隙，以免影响加热质量。（3）工件淬火冷却时，应根据工件不同的成分和其力学性能不同的要求来选择冷却介质。如钢退火时一般是随炉冷，淬火冷却时碳素钢则一般在水中冷却，而合钢一般在油中冷却。冷却时为防止冷却不均匀，工件放入淬火槽里后要不断地摆动，必要时淬火槽内的冷却介质还要进行循环流动。（4）工件淬入淬火槽中时要注意淬入的方式，避免由此引起的变形和开裂。如对厚薄不均的工件，厚的部分应先浸入；对细长的、薄而平的工件应垂直浸入；对有槽的工件，应槽口向上浸入。（5）热处理后的工件出炉后要进行清洗或喷丸，并检验硬度和变形。 箱式电阻炉加热操作的步骤：1. 操作前准备工作（1）开炉前仔细检查电气仪表是否正常。（2）检查可控气氛原料是否齐备。2. 操作程序（1）操作时，必须两人以上配合。（2）装好工件，小心置入炉膛。（3）调好仪表，启动电气加热。（4）按工艺加热到适宜温度保温后出炉 第三章 钢铁金属材料 本章习题 1、硅、锰、磷、硫对碳钢的力学性能有哪些影响？ 答：硅和锰是炼钢后期在脱氧和合金化时，加入钢液而残留钢中，是有益元素。当硅和锰的含量不多时，对钢的性能影响不大。磷和硫是钢中的有害元素。磷会形成硬脆化合物Fe2P，造成“冷脆”；硫与铁生成FeS，并形成Fe-FeS二元低熔点共晶体，造成“热脆”危害，严重影响性能，必须严格控制。通常钢材的质量等级以硫、磷含量的控制来划分。 2、现有Q195、Q235B、Q255B三种碳素结构钢，分别用于制造铁钉、铆钉和高强销钉，如何合理选材？ 答：Q195用于制造铁钉，Q235B用于制造铆钉、Q255B用于制造高强销钉。 3、现有08F、45、65三种优质碳素结构钢，欲制造仪表板、汽车弹簧、变速箱传动轴等零件，如何选材？ 答：08F用于制造仪表板，45用于制造变速箱传动轴等零件，65用于制造汽车弹簧。 4、说明下列牌号属于哪一类钢，并说明其符号及数字含义，说明它们的主要用途。 答：Q235A为碳素结构钢，σs数值为235Mpa，常用于薄板、中板、钢筋、钢管、铆钉、螺柱、连杆、小轴、法兰、机壳和焊接结构件等。 08F为优质碳素结构钢，ωc =0.08%,这类钢主要用于轧制薄板、冲压件、焊接结构件和容器等。 20为优质碳素结构钢，ωc =0.2%,这类钢主要用于承受冲击载荷、表面要求耐磨而强度要求不太高的零件，如活塞销、齿轮、小轴等。 45为优质碳素结构钢，ωc =0.45%,这类钢强度和韧度均较好，经过热处理，特别是调质处理后，性能可有显著提高，广泛用作各种重要机械零件，如主轴、齿轮、键、连杆等；也可以进行表面淬火处理，用作表面耐磨零件。 T8为碳素工具钢，ωc =0.8%，这类钢主要用作受力不大、形状较简单的冲击工具，如冲头、顶尖、铆钉模、铁锤、剪刀、木工工具等。 T12A为碳素工具钢，ωc =1.2%，这类钢主要用作硬而耐磨，但不受冲击的工具，如锉刀、刮刀、钻岩石钻头、丝锥、钟表工具、医疗外科工具等。 ZG25为铸钢，ωc =0.25%，这类钢主要用作形状较复杂而难于锻压成形，但对强度、韧度要求又较高的齿轮拨叉等。 ZG200—400为铸钢， σs =200Mpa σb=400Mpa, 这类钢主要用作形状较复杂而难于锻压成形，但对强度、韧度要求又较高的大型齿轮、压力机械机座等。 5、何谓合金钢？合金钢中经常加入的合金元素有哪些？主要起什么作用？ 答：合金钢，是指为改善钢的组织、性能，在冶炼时特意加入合金元素的钢。 合金元素中经常加入的合金元素有锰（Mn）、硅(Si)、铬（Cr）、镍（Ni）、钼（Mo）、钨（W）、钛（Ti）、硼（B）、铝（Al）、铌（Nb）、锆（Zr）等。 主要起如下作用: 1). 强化 2). 稳定组织、细化晶粒 3). 提高淬透性 4). 提高抗氧化和耐蚀能力 6、合金结构钢按其按合金元素含量,可以分为哪几类？ 答: （1）低碳合钢 钢中合金元素总含量ωMe≤5%。（2）中合金钢 钢中合金元素总含量ωMe=5%~10%。 （3）高合金钢 钢中合金元素总含量ωMe＞10%。 7、合金工具钢按其用途,可分为哪几类？ 答：（1）合金结构钢 主要用于强度、塑性和韧度要求较高的建筑、工程结构和各种机械零件。（2）合金工具钢 主要用于硬度、耐磨性和热硬性等要求高的各种刀具、工具和模具。（3）特殊性能钢 包括要求特殊物理、化学或力学性能的各种不锈钢、耐热钢、耐磨钢、磁钢、超强钢等。 8、高速工具钢的成分和用途是什么？常用的高速工具钢有哪些？ 答; 高速工具钢碳含量为0.7%~1.65%，合金元素含量为10%~25%。高速工具钢的主加合金元素为Cr、W、Mo、V等. 高速工具钢是用于制造中、高速切削刀具。广泛用作各种中、高速切削车刀、铣刀、钻头、齿轮刀具和拉刀等。 常用的高速工具钢有W18Cr4V(18-4-1)、W6Mo5Cr4V2(6-5-4-2)、W9Mo3CrV(9-3-4-1)等。 9、不锈钢分为哪几类？各有何性能特点和用途？ 答：常用的不锈钢分为马氏体型、铁素体型和奥氏体型三类。 （1）马氏体型不锈钢主要为铬不锈钢，铬含量为12%~18%，，碳含量较高（ωc=0.10%~0.40%），主要用于制造力学性能要求较高、并能耐腐蚀工件，如汽轮机叶片、喷嘴、阀座、医疗器械、量具等。常用的钢号有1Cr13、2Cr13、3Cr13、7Cr17等，使用时需经淬火和回火热处理。（2）铁素体型不锈钢亦属铬不锈钢，但铬含量较高，一般为17%~32%，而碳含量较低，一般小于0.12%。其铁素体单相组织具有良好的抗高温氧化和大气、盐水、硝酸的腐蚀，但强度较低，因此主要用作耐蚀性要求较高而强度要求不高的零部件，如化工食品设备、管道、容器、热交换器等。常用的钢号有1Cr17、1Cr17Mo、00Cr27Mo等，一般在退火状态下使用。（3）奥氏体不锈钢属铬镍不锈钢，铬含量为17%~19%，镍含量为8%~9%，组织基本为奥氏体，耐蚀性高于铬不锈金钢，具有良好的塑性和低温韧度，没有磁性，但强度不高，切削加工性差。主要用作在各种腐蚀介质中工作的工件，如化工容器、管道、医疗器械以及抗磁仪表、建筑造型装饰等。常用的钢号有1Cr18Ni9、2Cr18Ni9、0Cr18Ni11Ti等。 10、根据碳在铸铁中的存在形成不同，铸铁可分为哪几类？ 答：铸铁中由于碳的存在形式不同而有不同的组织，因而性能和用途也各不相同。通常可分为白口铸铁、灰铸、球墨铸铁、可锻铸铁、蠕墨铸铁和合金铸铁等几种。 11、说明下列牌号属于哪上类铸铁？并说明其符号及数字的含义说明它们的用途。 HT250 QT400—15 KTZ550—04 RaT300 答：HT250为灰铸铁 σb≥250Mpa用于制造内燃机汽缸、活塞、油缸、泵体、划线平台、皮带轮和化工容器等。 QT400—15 为球墨铸铁 σb≥420Mpa，断后伸长率δ≥15% ，用于制造柴油机曲轴、凸轮轴、阀体、传动轴、螺旋伞齿轮等。 KTZ550—04为珠光体可锻铸铁，σb≥550Mpa，断后伸长率δ≥4%，用于制造各种管接头、低压阀门及汽车、拖拉机、农机零件等 RaT300为）蠕墨铸铁，σb≥300Mpa，用于生产汽缸盖、钢锭模、液压阀、制动盘、钢珠研磨盘等。 12、试述铜合金的分类？说明黄铜的用途？ 答：常用的铜合金有黄铜、青铜和白铜等。 黄铜有良好的力学性能、耐蚀性和工艺性能，价格较纯铜便宜，广泛用于制造机器零件、电气元件和生活用品，如散热器、油管、垫片、螺钉等。常用的黄铜有H68、H62等。 13、试述铝合金的分类？说明防锈铝合金的用途？ 答：铝合金通常按形成工艺分为铸造铝合金和形变铝合金两大类。 防锈铝合金主要用作容器管道、铆钉及承受中等载荷的零件与制品。 14、硬质合金有哪些特点？常用的硬质合金的种类及用作刀具材料的用途？ 答：硬质合金有如下特点（1）硬度、耐磨性和红硬性高（2）强度、弹性模量高（3）耐蚀性、抗氧化性好 （4）线膨胀系数小（5）成型制品不再加工、重磨 常用硬质合金，按成分和性能特点分为三类：钨钴类、钨钛钴类、钨钛钽铌类。 钨钴类硬质合金适于黑色金属、有色金属的短切屑加工和非金属材料的加工，钨钛钴类硬质合金适于钢等黑色金属的长切屑加工，钨钛钽铌类硬质合金对于不锈钢等难加工材料的加工寿命，较其他硬质合金长得多。 15、工业中常用的非金属材料有哪些？陶瓷材料有哪些用途？ 答：工业中常用的非金属材料有高分子材料、陶瓷材料和复合材料三大类。 陶瓷的应用广泛。普通陶瓷可以制作生活用品、建筑材料和耐腐蚀的容器和管道。特种陶瓷可以制作火花塞、坩埚热是偶套管、高温电炉坩埚、刀具材料、耐腐蚀、耐高温制品。 16、材料的鉴别方法有那些？火花鉴别法的原理是什么？ 答：材料鉴别的方法很多，有火花鉴别、色标鉴别、断口鉴别、音响鉴别和化学分析、金相检验等。 火花鉴别法的原理是是钢被砂轮磨削后，被砂轮磨削下来具有高温的钢颗粒飞出时，在空气中被剧烈地氧化而发光，从而形成明亮流线束，同时微粒熔化，其中的碳被氧化成CO气体爆裂而形成爆花。不同成分钢的火花特征不同，据此可以大致确定钢的化学成分。 第四章 铸造 习题答案 1.铸造是利用金属在液态时容易成型的原理来生产金属制品的一种加工工艺。首先，把金属或合金的原材料熔配成具有一定的化学成分和一定温度的熔液，然后在重力或外力作用下将它浇注到铸型型腔中，经凝固冷却后便形成所需要的铸件。铸造是多工部、多工序的生产过程。主要工序有制模、砂处理(砂型铸造)、造型与制芯、浇注、清砂与清理等。 2.铸型主要包括外型和型芯两大部分。在砂型铸造中，外型也叫砂型，用来形成铸件的外部轮廓；型芯也叫砂芯，用来形成铸件的内腔。从广义上讲，砂型也包括砂芯。砂型铸造的生产过程：首先根据零件图制成模样，并用模样和配制的型砂制成砂型；然后把熔化好的金属液浇入型腔，待金属液在型腔内凝固后，将砂型破坏，取出铸件；最后清理铸件上的附着物，经过检验合格，就可获得所需要的铸件。 3.为获得优质铸件，混制的型砂应满足强度、透气性、可塑性、退让性和耐火性等方面的性能要求。型砂是由原砂、旧砂、粘结剂、水和附加物按一定比例混制而成的造型材料。由于型芯工作时四周被高温金属液包围，工作条件比砂型更为恶劣，所以，芯砂除应具有更高的强度、耐火性、透气性和退让性外，还应具有较小的发气性、较低的吸湿性和较好的出砂性。 4.为了改善和提高型砂的性能，有时还需加入煤粉以防止铸件表面粘砂，加入木屑、焦炭粒可以改善其退让性、透气性。 5.整模造型操作简便，制得的型腔形状和尺寸精度较好，适用于形状简单而且最大截面在一端的铸件。分模造型操作简便，是应用最广的一种造型方法，常应用于筒类、管类、阀体等形状比较复杂的、各种生产批量的铸件。挖砂造型它的特点是：模样形状较为复杂，分型面是曲面，合箱操作难度较大；要求准确挖至模样的最大截面处，比较费工时，生产率低，要求操作工人技术水平高。它仅适用于单件、小批生产。当成批生产时，可用假箱造型或成形模板造型来代替挖砂造型。 6.型芯的主要作用是形成铸件的内腔，有时也可用来形成铸件难以起模部分的局部外形，如凸台、凹槽等。芯头是指伸出铸件以外，不与金属接触的砂芯部分，它主要用于定位和固定砂芯，使砂芯在铸型中有准确的位置。 7.一般的浇注系统由四部分组成，即浇口杯（盆）、直浇道、横浇道和内浇道。浇口杯（盆）的作用是：承接来自浇包的金属液流并引入直浇道，防止金属液过浇而溢出；避免金属液直冲直浇道，减小液流对铸型的冲击。直浇道是浇注系统中的垂直通道，其作用是从浇口杯（盆）向下引导金属液进入横浇道，并提供足够的压力，使金属液在重力作用下能克服流动过程中的各种阻力，充满型腔的各个部位。一般直浇道的高度应比铸型内型腔顶点高100～200mm。横浇道是浇注系统中的水平通道，用以连接直浇道和内浇道，并将金属液平稳而均匀地分配给各个内浇道。横浇道与铸型型腔的连接部分称为内浇道，其作用是引导金属液进入型腔。 8.合金的铸造性能是指合金在铸造中表现出来的综合工艺性能，包括流动性、吸气性、收缩、成分偏析、氧化等。其中流动性和收缩性对合金的铸造性能影响最大，对于是否容易获得合格的铸件是非常重要的。合金的流动性越好，金属液充填铸型的能力就越强，就越容易得到轮廓清晰、壁薄而形状复杂的铸件。合金的流动性好，还有利于金属液中的气体、渣、砂等杂物的上浮和排除，易于对金属液在凝固过程中所产生的收缩进行补充。 9.浇注温度升高，过热度增大，金属液的流动时间就延长，粘度就降低，流速就增加。铸铁的浇注温度每提高10℃，流动性指标增长100mm。型腔过窄，直浇道过低，内浇道面积过小或布置不合理，型砂含水过多或透气性不足，铸型排气不畅，铸型材料导热性过大等，均会降低合金流动性。为了改善铸型的充填条件，铸件设计时必须保证铸件的壁厚大于规定的“最小壁厚”，并在工艺上采取相应的措施，如加高直浇道，扩大内浇道截面，增加通气道等。碳、硅含量越多，硫含量越少，则析出的石墨越多，凝固收缩越小。浇注温度越低，过热度越小，液态收缩就越小。发生矛盾时应根据合金成分及铸件的结构特点确定适当的浇注温度，以全面保证铸件的质量。 10.铸造时，金属液在铸型内的凝固过程中，若其收缩得不到补充，在铸件最后凝固的地方将形成孔洞。大而集中的孔洞称为缩孔，小而分散的孔洞，称为缩松。 收缩是合金的物理本性，是不可避免的，但只要合理控制铸件的凝固，使之实现定向凝固，是可以获得没有缩孔的致密铸件的。所谓定向凝固，就是采取一些工艺措施，使铸件远离冒口的部位先凝固，尔后是靠近冒口的部位凝固，最后才是冒口本身凝固，将缩孔转移到冒口中去。 11.铸件凝固后，温度继续下降，产生固态收缩，尺寸缩小。当线收缩受到阻碍时，便在铸件内部产生应力。这种内应力有的仅存在于冷却过程中，有的一直残留到室温，故称为残余应力。铸造内应力是导致铸件变形、也是产生裂纹的主要因素。 铸造内应力简称铸造应力，按产生的机理分为收缩应力、热应力和金相组织体积变化产生的相变应力。 预防热应力、减小铸件变形的基本途径是尽量减小铸件各部分的温度差，使其均匀冷却。为此，设计铸件时，应尽量使其壁厚均匀，并采用同时凝固原则，即采取措施使铸件各个部分凝固时没有大的温差。另外，不允许变形的重要铸件必须采用时效方法有效地去除残余应力。 12.当铸造内应力超过金属的强度极限时，铸件便产生裂纹。裂纹是一种严重的铸件缺陷，必须设法防止。 铸件所产生的热应力和收缩应力的总和，若大于该温度下合金的强度，则产生冷裂。冷裂是在较低温度下形成的，并常出现在受拉伸的部位，其裂缝细小，呈连续直裂状，缝内干净，有时呈轻微氧化色。 壁厚差别大、形状复杂的铸件，尤其是大而薄的铸件，易发生冷裂。凡能减小铸造内应力或降低合金脆性的因素，都能防止冷裂的发生。钢和铸铁中的磷明显降低合金的冲击韧度，增大脆性，因此，在金属熔炼中必须加以限制。 13.分型面是指两半铸型的接触表面。挖砂时，必须挖到模样的最大截面处。分型面应平整光滑。为避免上型的吊砂过陡，分型面的坡度应尽量小。 14.a)三箱造型：它的特点是：中箱的上、下两面均为分型面，且中箱高度应与中箱中的模样高度相近，模样必须采用分模。三箱造型操作较复杂，生产率低，故只适用于单件、小批生产。b)整模造型：造型时模样全部放在一个砂箱内，有一个平整的分型面。整模造型操作简便，制得的型腔形状和尺寸精度较好，适用于形状简单而且最大截面在一端的铸件。c)分模造型：特点是：模样在最大截面处分成两半，两半模样分开的平面（即分模面）常常作为造型时的分型面。造型时，两半模样分别在上、下两个砂箱中。分模造型操作简便，是应用最广的一种造型方法，常应用于筒类、管类、阀体等形状比较复杂的、各种生产批量的铸件。还可采用刮板造型。 15.铸件的结构工艺性是指进行铸件结构设计时，不仅要考虑能否满足使用性能的要求，还必须考虑该结构是否符合铸造工艺和合金铸造性能的要求。 合金铸造性能对铸件结构的要求 ： 1）铸件的壁厚应合理 首先保证合金流动性的要求，然后再考虑尽量不使铸件的壁厚过大。 2）铸件各处壁厚应尽量均匀 热节处则容易形成缩孔、缩松、晶粒粗大等缺陷。 3）壁间连接要合理 （1）要有结构圆角。 （2）壁的厚薄交界处应合理过渡。 （3）壁间连接应避免交叉和锐角。 4）铸件的厚壁处应考虑补缩方便 5）铸件应尽量避免大的水平面 6）避免铸件收缩时受阻 铸造工艺对铸件结构的要求 1）简化铸件结构，减少分型面。 2）尽量使分型面平直。 3）尽量避免造型时取活块。 4）尽量减少或不用型芯。 5）垂直壁考虑结构斜度。 6）考虑型芯的固定、出气和清理。 16.简化铸件结构，减少分型面。尽量使分型面平直。 17. 铸件各处壁厚应尽量均匀。垂直壁考虑结构斜度。考虑型芯的固定、出气和清理。壁间连接要合理。 18.铸件壁厚过薄易产生浇不到、冷隔等缺陷；过厚易在壁中心处形成粗大晶粒，并产生缩孔、缩松等缺陷。因此，铸件壁厚应在保证使用性能的前提下合理。铸件各部位壁厚若相差过大，由于各部位冷却速度不同，易形成热应力而使厚壁与薄壁连接处产生裂纹，同时在厚壁处形成热节而产生缩孔、缩松等缺陷，如壁厚均匀，可避免上述缺陷。 16.内圆弧径约为H1，外圆弧径约为2H1。 17.孔中部直径取大一些。 18.金属型铸造的特点： 1）与砂型铸造相比，生产效率高，成本低，便于机械化和自动化生产。 2）铸件精度高，表面质量较好，精度可达IT12～IT14，表面粗糙度Ra=12.5～6.3μm，减少了铸件的机械加工余量。 3）由于铸件冷却速度快，晶粒细，故铸件的力学性能好。 4）金属型的制造成本高，周期长，不适合于单件、小批生产；铸件冷却速度快，不适合于浇注薄壁铸件，铸件形状不宜太复杂。 目前，金属型铸造主要用于中、小型非铁合金铸件的大量生产，如铝活塞、汽缸体、缸盖、油泵体等，有时也用来生产一些铸铁件和铸钢件。 19.压力铸造的特点及应用范围： 1）可以制造出形状复杂的薄壁件，铝合金的最小壁厚为0.5mm，最小孔径为0.7mm，可以直接铸出螺纹、齿形、花纹和图案等。压铸尺寸精度为IT11～IT13，表面粗糙度为Ra=3.2～0.8μm，一般不需要切削加工。 2）压铸件在高压作用下快速结晶，因而结晶组织细密，力学性能高，抗拉强度比砂型铸件提高25%～40%。 3）压铸的生产率在各种铸造方法中是最高的。 4）压铸件在压力下快速凝固，铸件内的小气孔较多。因此，压铸件不宜进行大余量的切削加工，以免气孔外露；也不宜进行热处理或在高温下工作，以免气体受热膨胀，表面鼓泡。 5）压力铸造设备投资大，铸型结构复杂，制造周期长，成本高，仅适用于大量生产。 6）压力铸造不适合于钢、铸铁等高熔点合金的铸造。 目前，压力铸造主要用于大量生产的铝、镁、锌、铜等非铁合金薄壁、形状复杂的中小型铸件，在汽车、拖拉机、仪表、电信器材、医疗器械、航空等部门都得到了广泛的应用。随着真空压铸、加氧压铸、半液态压铸等技术的开发与应用，压铸的应用范围将日益扩大。 熔模铸造主要用来生产形状复杂、精度要求较高或难以切削