金属工艺学课后答案.docx

1、金属工艺学课后答案1、说明S 、0.2 、b、1 、k、45-50HRC、300HBS的名称含义答案：见教材。45-50HRC表示洛氏硬度为45-50；300HBS表示布氏硬度为300.2、解释应力与应变的概念答：应力：物体由于外因(受力、湿度变化等)而变形时，在物体内各部分之间产生相互作用的内力，以抵抗这种外因的作用，并力图使物体从变形后的位置回复到变形前的位置。在所考察的截面某一点单位面积上的内力称为应力。应变：物体受力产生变形时，体内各点处变形程度一般并不相同。用以描述一点处变形的程度的力学量是该点的应变。为此可在该点处到一单元体，比较变形前后单元体大小和形状的变化。1、说明晶粒粗细对力

2、学性能的影响。一般情况下，晶粒越细小，金属材料的强度和硬度越高，塑性和韧性越好。因为晶粒越小，晶界越多。晶界处的晶体排列是非常不规则的，晶面犬牙交错，互相咬合，因而加强了金属间的结合力。工业中常用细化晶粒的方法来提高金属材料的机械性能，称为细晶强化。晶粒的大小与过冷度和变质处理密切相关：过冷度：过冷度越大，产生的晶核越多，导致晶粒越细小。通常采用改变浇注温度和冷却条件的办法来细化晶粒。变质处理：也叫孕育处理。金属液中晶核多，则晶粒细小。通常采用浇注前添加变质剂的办法来促进晶核产生，以拟制晶粒长大。2、你如何理解相与组织，指出Fe -C状态图中的相与组织。 相与组织相是指材料中结构相同、化学成分

3、及性能同一的组成部分，相与相之间有界面分开。“相”是合金中具有同一原子聚集状态，既可能是一单相固溶体也可能是一化合物；组织一般系指用肉眼或在显微镜下所观察到的材料内部所具有的某种形态特征或形貌图像，实质上它是一种或多种相按一定方式相互结合所构成的整体的总称。因此，相与组织的区别就是结构与组织的区别，结构描述的是原子尺度，而组织则指的是显微尺度。合金的组织是由相组成的，可由单相固溶体或化合物组成，也可由一个固溶体和一个化合物或两个固溶体和两个化合物等组成。正是由于这些相的形态、尺寸、相对数量和分布的不同，才形成各式各样的组织，即组织可由单相组成，也可由多相组成。相组成物与组织组成物是人们把在合金

4、相图分析中出现的“相”称为相组成物，出现的“显微组织”称为组织组成物。组织是材料性能的决定性因素。在相同条件下，不同的组织对应着不同的性能。Fe -C状态图中的相与组织1). 铁碳合金基本相铁素体 奥氏体 渗碳体2). 铁碳合金基本组织三种单相组织；三种双相组织 铁碳合金基本组织组 织定义符号C溶解度 /%结 构性能特点单项铁素体F00.02体心立方软、韧奥氏体A02.11面心立方塑性好渗碳体Fe3C=6.69斜方硬、脆双项珠光体P=0.77体心立方+斜方综合性能好高温莱氏体Ld=4.3面心立方+斜方硬、脆低温莱氏体Ld=4.3体心立方+斜方硬、脆3、说明F、A、 Fe 3C、P的名称、含碳量

5、、晶体类型及力学性能特征。 F：铁素体，含碳量0.006%0.0218% 体心立方晶格 力学性能特征见教材p16倒一段。 A：奥氏体，含碳量，端部发蓝处理（防锈）汽车钢板弹簧：油淬+中温回火其余见教材P35表1-8发动机曲轴：曲轴的热处理关键技术是表面强化处理。球墨铸铁曲轴一般均采用正火处理，为表面处理做好组织准备，表面强化处理一般采用感应淬火或氮化工艺+回火。锻钢曲轴则采用轴颈与圆角淬火工艺+回火。1、金属液态成形有何最突出的优点？通常有哪些液态成形方法？金属液态成形具有如下最突出的优点：（1）可制造出内腔、外形很复杂的毛坯。如各种箱体、机床床身、汽缸体、缸盖等。（2）工艺灵活性大，适应性广

6、。液态成型件的大小几乎不限，其重量可由几克到几百吨，其壁厚可由0.5mm到1m左右。工业上凡能溶化成液态的金属材料均可用于液态成型。对于塑性很差的铸铁，液态成型是生产其毛坯或零件的唯一的方法。（3）液态成型件成本较低。液态成型可直接利用废机件和切屑，设备费用较低。同时，液态成型件加工余量小，节约金属。通常的液态成形方法：通常分为两大类：砂型铸造成形工艺和特种铸造成形工艺（如：金属型铸造、熔模铸造、压力铸造、低压铸造、实型铸造、离心铸造等）2、金属铸造工艺性能主要以何种物理特性来表征？其影响因素如何？请分别予以分析？ 金属铸造工艺性能主要以液态金属的充型能力来表征。影响液态金属充型能力的因素有：

7、合金的流动性，铸型性质，浇注条件，铸件结构等。 合金的流动性是指金属液的流动能力。流动性越好的金属液，充型能力越强。 铸型性质的影响： （1）铸型材料 铸型的蓄热系数大，充型能力越差。（2）铸型温度 铸型温度越高，充型能力越强。（3）铸型中的气体 浇注条件的影响 （1）浇注温度：一般T浇越高，液态金属的充型能力越强。（2）充型压力：压力越大，充型能力越强。（3）浇注系统结构 结构复杂，流动阻力大，充型能力差。铸件结构的影响：（1）铸件壁厚 厚度大，热量散失慢，充型能力就好。（2）铸件复杂程度 结构复杂，流动阻力大，充型困难。 3、铸造凝固方式，根据合金凝固特性分成哪几类？它们对铸件质量将分别产

8、生什么影响？铸造凝固方式，根据合金凝固特性分成逐层凝固、糊状凝固、中间凝固。合金的结晶温度范围愈小，凝固区域愈窄，愈倾向于逐层凝固；凝固区域愈宽，愈倾向于糊状凝固；对于一定成分的合金，结晶温度范围已定，凝固方式取决于铸件截面的温度梯度，温度梯度越大，对应的凝固区域越窄，越趋向于逐层凝固。对铸件质量影响较大的主要是液相和固相并存的凝固区域的宽窄，铸件的凝固与铸造缺陷的关系：一般说来，逐层凝固有利于合金的充型及补缩，便于防止缩孔和缩松；糊状凝固时，难以获得组织致密的铸件，如果凝固和收缩得不到合理的控制，铸件内部就会出现缩孔、缩松、铸造应力、变形、裂纹等缺陷。4、金属液态成形中，其收缩过程分为哪几个

9、相互联系的阶段，对铸件质量将产生什么影响？如何防止缩孔和缩松的产生？ 金属从液态冷却到室温，要经历三个相互联系的收缩阶段： 液态收缩从浇注温度冷却至凝固开始温度之间的收缩。 凝固收缩从凝固开始温度冷却到凝固结束温度之间的收缩。固态收缩从凝固完毕时的温度冷却到室温之间的收缩。收缩导致的铸件缺陷：(1)缩孔和缩松 缩松的形成是由于铸件最后凝固区域的收缩未能得到补足；或者因合金呈糊状凝固，被树枝状晶体分隔开的液体小区得不到补缩所致。缩松分为宏观缩松和显微缩松两种。【宏观缩松是用肉眼或放大镜可以看见的小孔 洞，多分布在铸件中心轴线处或缩孔下方。显微缩松是分布在晶粒之间的微小 孔洞，要用显微镜才能看见。

10、这种缩松分布更为广泛，有时遍及整个截面。显微缩松 难以完全避免，对于一般铸件多不作为缺陷对待；但对气密性、力学性能、物理性能 或化学性能要求很高的铸件，则必须设法减少。】不同的铸造合金形成缩孔和缩松的倾向不同。逐层凝固合金(纯金属、共晶合金或窄结晶温度范围合金)的缩孔倾向大，缩松倾向小；糊状凝固的合金缩孔倾向虽小，但极易产生缩松。由于采用一些工艺措施可以控制铸件的凝固方式，因此，缩孔和缩松可在一定范围内互相转化。缩孔和缩松的防止：实现“顺序凝固”使铸件从远离冒口的部分到冒口之间建立一个递增的温度梯度，凝固从远离冒口的部分开始，逐渐向冒口方向顺序进行，最后是冒口本身凝固。这样就能实现良好的补缩，

11、使缩孔移至冒口，从而获得致密的铸件。(2)铸造应力、变形和裂纹（见下一题）5、何谓铸件热应力和机械应力？它们对铸件质量将产生什么影响？如何防止铸件变形？铸件的固态收缩受到阻碍而引起的应力，称为铸造应力。热应力：由于铸件各部分冷却速度不同，以致在同一时期内收缩不一致，而且 各部分之间 存在约束作用，从而产生的内应力，称为热应力。铸件冷却至室温后，这种热 应力依然存在 ，故又称为残余应力。机械应力：是由于铸件的收缩受到机械阻碍而产生的，是暂时性的，只要机械阻碍一消除，应力也随之消失。铸造应力的存在会带来一系列不良影响，诸如使铸件产生变形、裂纹 ，降低承载能力，影响加工精度等。防止铸件变形的途径工艺

12、方面a.使铸件按“同时凝固”原则进行凝固。为此，应将内浇道开设在薄壁处，在厚壁部位安放冷铁，使铸件各部分温差很小，同时进行凝固，由此热应力 可减小到最低限度。应该注意的是，此时铸件中心区域往往出现缩松，组织不够致密。b.提高铸型和型芯的退让性，及早落砂、打箱以消除机械阻碍，将铸件放入保温坑中缓冷，都可减小铸造应力。结构设计方面应尽量做到结构简单，壁厚均匀，薄、厚壁之间逐渐过渡，以减小各部分的温差，并使各部分能比较自由地进行收缩。 铸件产生热应力后，可用自然时效、人工时效等方法消除。1、 灰口铸铁和白口铸铁在组织和性能上有何区别？（1）组织区别：白口铸铁中的碳全部以渗透碳体（Fe3c）形式存在，

13、断口呈亮白色。灰口铸铁碳大部或全部以自由状态片状石墨存在，断口呈灰色。（2）性能区别：白口铸铁由于有大量硬而脆的Fe3c，故其硬度高、脆性大、韧性差，很难加工。灰口铸铁因石墨存在，具有良好铸造性能、切削加工性好，减震性、减磨性好。灰铸铁最适宜制造什么类型和用途的零件毛坯？根据牌号的不同可分别制造：（1）低负荷和不重要的零件，如防护罩、小手柄、盖板和重锤等；（2）承受中等负荷的零件，如机座、支架、箱体、带轮、轴承座、法兰、泵体、阀体、管路、飞轮和电动机座等；（3）承受较大负荷的重要零件，如机座、床身、齿轮、汽缸、飞轮、齿轮箱、中等压力阀体、汽缸体和汽缸套等；（4）承受高负荷、要求耐磨和高气密性的

14、重要零件，如重型机床床身、压力机床身、高压液压件、活塞环、齿轮和凸轮等。2、孕育铸铁将如何生产？孕育铸铁有何组织和性能特点？ 孕育铸铁生产：在浇注前向铁液中加入少量孕育剂（如硅铁和硅钙合金），形成大量的、高度弥散的难熔质点，成为石墨的结晶核心，促进石墨的形核，得到细珠光体基体和细小均匀分布的片状石墨。这种方法称为孕育处理，孕育处理后得到的铸铁叫做孕育铸铁。 孕育铸铁组织和性能特点：组织是细珠光体基体和细小均匀分布的片状石墨；性能特点：强度和韧性都优于普通灰铸铁，而且孕育处理使得不同壁厚铸件的组织比较均匀，性能基本一致。故孕育铸铁常用来制造力学性能要求较高而截面尺寸变化较大的大型铸件。3、铸铁石

15、墨化的意义是什么？影响铸铁石墨化的因素有哪些？（1）铸铁石墨化的意义：石墨化可将高硬度、性脆的白口铸铁转化为具有较高强度及其他性能的灰铸铁、球铁、可锻铸铁、蠕墨铸铁。（2）影响铸铁石墨化的因素： 铸铁的组织取决于石墨化进行的程度，为了获得所需要的组织，关键在于控制石墨化进行的程度。实践证明，铸铁化学成分、铸铁结晶的冷却速度及铁水的过热和静置等诸多因素都影响石墨化和铸铁的显微组织。4、（1）球墨铸铁是如何获得的？通过在浇注之前，往铁液中加入少量球化剂（通常为镁、稀土镁合金或含铈的稀土合金）和孕育剂（通常为硅铁），使铁水凝固后形成球状石墨而获得的。（2）球墨铸铁有何组织和性能特点？组织：珠光体+球

16、状石墨或铁素体+球状石墨；即P + F少+G球 或F + P少+G球性能：具有优良机械性能，球铁的强度和韧性比其他铸铁高。（3）说明球墨铸铁在汽车制造中的应用东风汽车公司采用铸态珠光体球铁制造曲轴，东风汽车公司与南京汽车厂分别用铸态铁素体球铁大量制造汽车底盘零件。5、对比分析铸钢和球墨铸铁在力学性能、铸造性能、生产成本以及应用上的区别。铸钢的综合机械性能好于球铁，尤其是抗拉强度和抗冲击性能。但球墨铸铁具有更高的屈服强度和较好的疲劳强度，其屈服强度最低为40k，而铸钢的屈服强度只有36k。球墨铸铁的耐腐蚀性和抗氧化性都超过铸钢。由于球墨铸铁的球状石墨微观结构，在减弱振动能力方面，球墨铸铁优于铸钢

17、；球墨铸铁铸造性能好于铸钢；球墨铸铁比铸钢生产成本低。球墨铸铁以其优良的性能，在使用中有时可以代替昂贵的铸钢，在机械制造工业中得到广泛应用，甚至能代替锻钢做成曲轴,齿轮等重要零件，抗蚀性能也优于普通铸钢，通常做阀门、减压阀。但在重型机械中用于制造承受大负荷的零件，如轧钢机机架、水压机底座等；在铁路车辆上用于制造受力大又承受冲击的零件如摇枕、侧架、车轮和车钩等，建议使用铸钢。6、简述铸造非铁合金的种类、性能和应用上的区别。（1）铸造铜合金用于生产铸件的铜合金。例如铸造铍青铜和铸造锡青铜，这类合金塑性极差，不能进行压力加工，有较高的力学性能和耐蚀性,耐磨性较好，可切削性能良好。铸造铍青铜主要用作防

18、爆工具、模具、海底电缆中继器的结构件、焊接电极等。铸造锡青铜，铸造铝青铜，铸造黄铜主要用作轴瓦、轴套、衬套、轴承、齿轮、管件等。 （2）铸造铝合金据主要合金元素差异有四类铸造铝合金。铝硅系合金，也叫“硅铝明”或“矽铝明”。有良好铸造性能和耐磨性能，热胀系数小，在铸造铝合金中品种最多，用量最大的合金，含硅量在1025。有时添加0.20.6镁的硅铝合金，广泛用于结构件，如壳体、缸体、箱体和框架等。有时添加适量的铜和镁，能提高合金的力学性能和耐热性。此类合金广泛用于制造活塞等部件。铝铜合金，含铜4.55.3合金强化效果最佳，适当加入锰和钛能显著提高室温、高温强度和铸造性能。主要用于制作承受大的动、静

19、载荷和形状不复杂的砂型铸件。铝镁合金，密度最小(2.55g/cm3)，强度最高(355MPa左右)的铸造铝合金，含镁12，强化效果最佳。合金在大气和海水中的抗腐蚀性能好，室温下有良好的综合力学性能和可切削性，可用于作雷达底座、飞机的发动机机匣、螺旋桨、起落架等零件，也可作装饰材料。铝锌系合金，为改善性能常加入硅、镁元素，常称为“锌硅铝明”。在铸造条件下，该合金有淬火作用，即“自行淬火”。不经热处理就可使用，以变质热处理后，铸件有较高的强度。经稳定化处理后，尺寸稳定，常用于制作模型、型板及设备支架等。7、举例列表说明各种铸造合金牌号、组织 、主要力学性能及其应用。从教材或课件上的找几种铸造合金（

20、灰铸铁、球铁、可锻铸铁、蠕墨铸铁、铸钢、铸造铜合金、铸造铝合金）列表。1砂型铸造的关键技术包含哪些内容？ 合金的熔炼、造型（制芯）方法的选择、型（芯）砂的制备、分型面的选择、工艺参数的确定、浇注位置的确定、浇注系统设计、铸造工艺图的绘制等。2. 举例说明铸件浇注位置和分型面的选择原则及应用。 浇注位置的选择： 定义-浇注位置是指浇注时铸件在铸型中所处的空间位置。一般原则：（1）. 质量要求高的重要加工面、受力面应该朝下（2）. 厚大部分放在上面或侧面（3）. 大而薄的平面朝下，或侧立、倾斜（4）. 应充分考虑型芯的定位、稳固和检验方便应用举例参见教材或课件 分型面的选择原则 定义-分型面是指铸

21、型之间的结合面； 一般原则：（1）便于起模（2）减少分型面和活块的数量（3）重要加工面应位于同一砂型中（4）尽量采用平直的分型面（5）减少砂芯数量，同时注意下芯、合型及检验的方便应用举例参见教材或课件3. 用示意图说明铸造型芯和芯头的作用。 为使型芯准确牢固地安放在砂型中，并顺利排除型芯内的气体，型芯通常都带有芯头部分，下芯时芯头放入砂型上形状相应的芯座中。根据型芯所处的位置不同，芯头分为垂直芯头和水平芯头两大类(分别见图1-1、图1-2)。 垂直型芯一般都有上、下芯头(见图1-1(a)。为了型芯安放和固定的方便，下芯头要比上芯头高一些，斜度要小些，并且要在芯头和芯座之间留一定间隙。截面较大、

22、高度不大的型芯可只有下芯头或全无芯头(见图1-1(b)，(c)。 水平型芯一般也有两个芯头。当型芯只有一个水平芯头，或虽有两个芯头仍然定位不稳而易发生转动或倾斜时，还可采用联合芯头、加长或加大芯头、安放型芯撑支撑型芯等措施(见图1-2)。 上述各工艺参数(芯头高度、斜度，芯头间距等)的确定均可参考有关手册。 图1-1垂直芯头的形式图1-2 水平芯头的形式(a)一般形式；(b)只有下芯头；(c)无芯头 (a)一般形式；(b)联合芯头；(c)加长芯头；(d)芯头加型芯撑4. 说明浇注系统的组元及其应用？ 浇注系统的作用是：控制金属液充填铸型的速度及充满铸型所需的时间;使金属液平稳地进入铸型,避免紊流和对铸型