金属工艺学各章习题答案Word下载.docx

1、国家标准规定b=540MPa实际21 国家标准规定=19%实际 = 46.8 国家标准规定=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？HB与HRB有什么区别？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？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，

2、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？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？。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、3个原子，如图1.8所示。9. 金属的实际晶体结构有何特点？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？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

4、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？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

5、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？（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

6、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。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Fe-Fe-Fe-Fe 。14. 什么

7、叫合金相图？有什么应用意义？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？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。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。

8、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。见图1.1418. 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？（1）工业纯铁。碳含量c0.218%的铁碳合金，室温组织为F（含很少的Fe3C）。（2） 碳钢 碳含量0.0218c2.11%的铁碳合金，根据不同的室温组织又分为三种：1）共析钢，c=0.77%，室温组织为P；2）亚共析钢，0.0218c0.77%，室温组织为P+F；3）过共析钢，0.77c2.11%，室温组织为P+ Fe3C。（3）白口铁 碳含量2.11c6.69%的铁碳合金，根据不同的室温组织也可分为三种：1）

9、共晶白口铁，c=4.3%，室温组织为Ld； 2）亚共晶白口铁，2.11c4.3%，室温组织为P+Ld+Fe3C；3）过共晶白口铁，4.3c6.69%，室温组织为Ld+Fe3C。19. 为什么锻造和热轧时，一般钢材均加热到10000C12500C范围？因为锻造和热轧时，需要材料具有良好的塑性。钢材加热到10000C12500C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？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

10、、模具的使用要求。 第二章习题答案1、何谓钢的热处理？热处理的分类？钢的热处理有何作用？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？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

11、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？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：A16500C范围为粗片珠光体

12、组织（P）；6500C6000C范围为细珠光体组织，称索氏体（S）；6000C5500C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5500C3500C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3500CMs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、

13、何谓退火？退火的目的？常用的退火方法的哪些？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300C500C，保温后在空气中冷却的热处理工艺。加热到Ac3以上1000C1500C，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，

14、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

15、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？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

16、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（1500C2500C），低温回火后的组织为回火以氏体，硬度一般为（5864）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（3500C5000C），中温回火后的组织为回火托氏体，硬度为（3550）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（5000C6500C），高温回火后的组织为回火索氏体。

17、硬度为（2535）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？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？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

18、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？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？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、

19、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？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？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。（1）45钢的轴类零件

20、的回火温度为5000C6500C，（2）60钢弹簧回火温度为3500C5000C，（3）T12钢锉刀1500C2500C。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。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？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

21、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。

22、（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本章习题1、硅、锰、磷、硫对碳钢的力学性能有哪些影响？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？Q195用于制造铁钉，Q23

23、5B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？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。Q235A为碳素结构钢，s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，c =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，c =0.2%,这类钢主要用于承受冲击载荷、表面要求耐磨而强度

24、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，c =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，c =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，c =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，c =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

25、要求又较高的齿轮拨叉等。ZG200400为铸钢， s =200Mpa b=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？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

26、合金元素含量,可以分为哪几类？ （1）低碳合钢 钢中合金元素总含量Me5%。（2）中合金钢 钢中合金元素总含量Me=5%10%。（3）高合金钢 钢中合金元素总含量Me10%。7、合金工具钢按其用途,可分为哪几类？（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？ 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

27、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？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（c=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、

28、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，

29、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？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 QT40015 KTZ55004 RaT300HT250为灰铸铁 b250Mpa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。 QT40015 为球墨铸铁 b420Mpa，断后伸长率15% ，用于制造柴油机曲轴、凸轮轴、阀体、传动轴、螺旋伞齿轮等。 KTZ55004为珠光体可锻铸铁，b550Mpa，断后伸长率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，b300Mpa，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？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