金属工艺学习题讲解

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第一章钢铁材料及热处理（p18）1、（1）将低碳钢的拉伸曲线绘制出来，包括横坐标、纵坐标及上面的特征点要标注出来。（2）应力—应变曲线（见课件）还是力—位移曲线（见教材图1-2）2、布氏硬度：用淬火钢球或硬质合金球压入试样表面，保持规定的时间后卸除压力，在试样表面留下压痕，单位压痕表面积上所承受的平均压力即为布氏硬度值。布氏硬度适宜测量：由于布氏硬度测量时采用较大直径的压头和压力，因而压痕面积大，能反映出较大范围内材料各组成相的综合平均性能，而不受个别相和微区不均匀性的影响，故布氏硬度分散性小，重复性好，特别适合测定像灰铸铁和轴承合金这样的具有粗大晶粒或粗大组成相的材料的硬度。洛氏硬度适宜测量：压痕小，对材料组织不均匀性敏感，测量结果分散，重复性差，不适用具有粗大不均匀组织材料的硬度测定。测量简单迅速，可测薄的和硬的材料。测定下列材料或零件的硬度宜采用何种硬度指标？热轧钢坯青铜铸件淬硬钢齿轮薄铝板灰铸铁3、这是基本功（1）40Cr（2）9SiCr （3）60Si2Mn（4）W18Cr4V（5）15MnTi（6）ZG230－450（7）ZG30MnSi1说明以上都是什么钢，其中合金元素的含量是多少？主要用途？（见课件）4、从共析钢、亚共析钢和过共析钢的角度来回答5、增加钢和灰铸铁的的比较灰铸铁的性能①力学性能较差（相比碳钢）②工艺性能铸造性能良好，切削加工性能良好，不能进行锻造，焊接性和热处理性能也差。③其它使用性能耐磨性好，减震性好，缺口敏感性小。6、见教材13页7、将亚共析钢加热到Ac3线以上20~30℃，经完全奥氏体化后保温再进行缓慢冷却，以获得近于平衡组织的热处理工艺。目的是细化晶粒、均匀组织、消除内应力、降低硬度和改善钢的切削加工性。低碳钢和过共析钢不宜，前者完全退火后硬度偏低，不利于切削加工；后者加热到Ac1以上奥氏体状态缓慢冷却退火时，有网状二次渗碳体析出，使强度、塑性和冲击韧性显著降低。 过共析钢若为层片状珠光体和网状二次渗碳体，不仅硬度高，难以进行切削加工，而且增大钢的脆性，容易产生淬火变形和开裂。退火的目的是使网状二次渗碳体和珠光体中的片状渗碳体发生球化，得到粒状珠光体。所以加热到Ac1线以上20~30℃，温度不高，保温时间也不能太长，可使未溶碳化物粒子和局部高碳区形成碳化物核心并局部聚集球化，得到粒状珠光体组织。如果加热温度过高到Accm以上，或保温时间过长，则大部分碳化物均已溶解，并形成均匀的奥氏体，随后又转变成片状珠光体，达不到碳化物球化的效果。8、过共析钢的加热温度限定在Ac1线以上30~50℃是为了得到细小的奥氏体晶粒和保留少量渗碳体质点，淬火后得到马氏体和其是均匀分布的粒状碳化物，从而不但使钢具有更高的强度、硬度和耐磨性，而且也具有较好的韧性。如果过共析钢淬火加热温度超过Ac cm，碳化物将全部溶入奥氏体中，使奥氏体的含碳量增加，淬火后残余奥氏体含量增多，会降低钢的硬度和耐磨性；另一方面，淬火温度过高，奥氏体晶粒粗化，含碳量又高，淬火后易得到含有显微裂纹的粗片状马氏体，使钢的脆性加大。过共析钢在淬火之前要进行球化退火，以便于机械加工并为淬火作好组织准备。但当共析钢中存在严重网状碳化物时，将达不到球化效果。通过正火处理可以消除网状碳化物。为此，正火加热时要保证碳化物全部溶入奥氏体中，采用较快的冷却速度抑制二次碳化物的析出，获得伪共析组织。正火（Accm以上）——球化退火——淬火（Ac1线以上）第二章铸造（P33）1、见课件1）可制成形状复杂，特别是具有复杂内腔的毛胚。如：箱体，床身，汽缸体等。2）适应性强：各种金属材料（钢铁及有色金属）都能铸造，生产批量不受限制，产品大小（可从几毫米到十几米）、重量（几克到几十吨）不受限制。3）成本低廉：一般铸造原材料来源广泛，铸造设备简单投资较少。铸件占机床总重量75%，但成本仅占15～30%。4）节约金属：铸件形状尺寸与零件很相近，可减少切削加工量。5）铸件的组织、力学性能较差。2、见课件 3、1个：砂型铸造40个：金属型铸造4、a)三箱造型：不适宜大批量生产，不适宜采用机器造型，分型面比较多b)整模造型：采用环状型芯可用二箱造型，增加了配制芯砂，芯盒制芯及下芯等工序。c)分模造型还可以用活块造型5、用实体模（木模或金属模）进行两箱造型参考图2-5（P23）6、下部改为开口式的空腔结构，可解决模芯的安放和清理问题或下部改为“工”字型，再增加加强筋。既避免了型芯又使强度和刚度变好。 7~10略第三章锻压（P53）u塑性成形过程中在不同的工序中所产生裂纹的具体原因及相应的裂纹形态也是不同的。u在塑性成形中产生裂纹原因可归结为力学因素和组织因素一、由于原材料中的缺陷，如各种冶金缺陷、夹杂物等；二、塑性成形本身的原因，如加热不当、变形不当或冷却不当等。ul、形成裂纹的力学分析能否产生裂纹，与应力状态、变形积累、应变速度及温度等很多因素有关材料断裂（产生裂纹）形式一般有两种：（l）由外力直接引起的裂纹（2）由附加应力及残余应力引起的裂纹由于不均匀变形所形成的很大内应力，往往导致裂纹。当附加应力超过该部分材料强度极限时便引起裂纹。矩形断面坯料拔长时能产生横向裂纹。这种裂纹多发生在送进量L相对于坯料高度h较小的情况下（L＜0.5h）。（3）由温度应力（热应力）及组织应力引起的裂纹u当加热或冷却时由于坯料内温度不均匀造成热胀 或冷缩不均匀而引起的内应力称为温度应力，也称为热应力。u总的规律是在降温较快（或加热较慢）处受拉应力，在降温较慢或升温较快处受压应力。u当组织转变不同时发生时所产生的内应力称为组织应力。u总的规律是每一瞬间进行增加比容的转变区受压应力，进行减少比容的转变区受拉应力。u2．形成裂纹的组织分析u塑性成形中的裂纹一般发生在组织不均匀或带某些缺陷的材料中。金属的晶界往往是缺陷比较集中的地方。塑性成形件中的裂纹一般产生于晶界或相界处。下面从三个方面分析塑性成形件中产生裂纹的组织因素。（l）材料中由冶金和组织缺陷处应力集中而产生裂纹u在原材料的冶金和组织缺陷处，如缩孔、偏析、疏松、夹杂物等的尖角处，在第二相和基体相的交界处，特别是第二相的尖角处容易产生应力集中。在应力集中处较早达到金属的屈服强度，引起塑性变形，当变形量超过材料的极限变形程度和应力超过材料的极限强度时便产生微观裂纹，进而发展成宏观裂纹。（2）第二相及夹杂物本身的强度低和塑性低而产生裂纹1）晶界为低熔点物质u塑性成形过程中常见的铜脆、热脆和锡脆等皆是由于在晶界的剪切和迁移中微观裂纹首先于晶界处的低熔点物质本身中发生、发展而形成的。2）晶界存在脆性的第二相或非金属夹杂物u脆性物质包括：碳化物、氧化物、氮化物。硅酸盐、硼化物及金属间化合物等。u 当晶界剪切和迁移时，上述脆性物质有不同程度的破碎，当晶界脆性物质的破碎得不到及时修复时，微观裂纹便在此处发生和发展。3）第二相为强度低于基体的韧性相（3）第二相及非金属夹杂与基体之间在力学性能和理化性能上有差异而产生裂纹u在这种情况下，微观裂纹往往产生在它们交界处，这是它们之间结合力较弱的缘故。2．防止产生裂纹的原则措施裂纹的产生与材料的塑性和受力情况有关。为防止裂纹的产生，总的原则从提高变形体的塑性入手。防止产生裂纹的原则措施从下列因素来考虑：ul）增加静水压力。u2）对选择和控制合适的变形温度和变形速度。u3）采用中间退火，以便消除变形过程中产生的硬化、变形不均匀、残余应力等。u4）提高原材料的质量。1、2（从工艺操作的角度来回答）外部裂纹：①锻造温度过低或一次压下量过大（造成不均匀变形所形成的很大内应力，往往导致裂纹。）②弯曲歪斜的坯料如不及时校直而继续镦粗时，就会使弯曲更加严重，以致无法再镦。这时再校直就会从弯曲处严重拉裂，造成表面裂纹。③脆性的第二相或非金属夹杂物内部裂纹：①锻造温度过低②变形量过大③由于偏心压下等导致中心部有大拉应力作用 3、从金属沿横向流动还是纵向流动的角度回答扩孔：减小空心坯料的壁厚而增大其内、外径的锻造工序。锻造各种圆环锻件时需要扩孔工序。常用的扩孔方法有冲头扩孔（用于扩孔量不大的场合）和芯棒扩孔（用于锻造扩孔量大的薄壁环形锻件，其实质是将坯料沿圆周方向拔长）两种。4、拔长时，每次送进量不能过大，以砧铁宽度的0.3~0.7倍为宜，若进给量过大，金属主要沿宽度方向流动，拔长效率反而下降，锻件表现出现不平整。（见书P38）5、6坯料加热时．其表面与心部之间存在温差，因而体积膨胀不一致，造成热应力过大，则易产生裂纹。为防止裂纹的产生，要严格制定和遵守正确的加热速度。如采用不适当加热方法往往使在内部产生的宏观裂纹扩展到表面。由干急冷导致热应力过大造成表面裂纹。 7、冲孔前一般要进行镦粗请自己修改锻件尺寸，查阅相关文献 8、落料时，凹模的尺寸近似等于工件的尺寸，凸模的尺寸近似等于工件的尺寸减去间隙值。且凹模和凸模工作部分有锋利的刃口，凹模和凸模的间隙为板料厚度的5%~10%。板料厚度为2mm时，凹模和凸模的间隙为0.1~0.2mm。对拉深模来说，凹模和凸模的工作部分应做成圆角，此外凹模和凸模的配合间隙也要调整，如对于壁厚不减薄的拉深，凹模和凸模应有比板厚稍大的单边间隙。还要将凹模的直径变小才行。若筒形件的内径为φ150mm,除了圆角以外，凹模的直径能满足间隙要求吗？9、 P669、