材料成型工艺基础习题解答
材料成型工艺基础习题解答
第一章金属材料与热处理
1、常用的力学性能有哪些,各性能的常用指标是什么,
答:刚度:弹性模量E
强度:屈服强度和抗拉强度
塑性:断后伸长率和断面收缩率
硬度:
冲击韧性:
疲劳强度:
2、
4、金属结晶过程中采用哪些措施可以使其晶粒细化,为什么,
答:过冷细化:采用提高金属的冷却速度，增大过冷度细化晶粒。
变质处理:在生产中有意向液态金属中加入多种难溶质点(变质剂)，促使其非自发形核，以提高形核率，抑制晶核长大速度，从而细化晶粒。
7、
9、什么是热处理,钢热处理的目的是什么,
答:热处理:将金属材料或合金在固态范围内采用适当的方法进行加热、保温和冷却，以改变其组织，从而获得所需要性能的一种工艺。
热处理的目的:强化金属材料，充分发挥钢材的潜力，提高或改善工件的使用性能和加工工艺性，并且可以提高加工质量、延长工件和刀具使用寿命，节约材料，降低成本。
第二章铸造成型技术
2、合金的铸造性能是指哪些性能，铸造性能不良，可能会引起哪些铸造缺陷, 答:合金的铸造性能指:合金的充型能力、合金的收缩、合金的吸气性; 充型能力差的合金产生浇不到、冷隔、形状不完整等缺陷，使力学性能降低，甚至报废。合金的收缩
合金的吸气性是合金在熔炼和浇注时吸入气体的能力，气体在冷凝的过程中不能逸出，冷凝则在铸件内形成气孔缺陷，气孔的存在破坏了金属的连续性，减少了承载的有效面积，并在气孔附近引起应力集中，降低了铸件的力学性能。
6、什么是铸件的冷裂纹和热裂纹,防止裂纹的主要措施有哪些,
答:热裂是在凝固末期，金属处于固相线附近的高温下形成的。在金属凝固末期，固体的骨架已经形成，但树枝状晶体间仍残留少量液体，如果金属此时收缩，就可能将液膜拉裂，形成裂纹。冷裂是在较低温度下形成的，此时金属处于弹性状态，当铸造应力超过合金的强度极限时产生冷裂纹。
防止措施:热裂——合理调整合金成分，合理设计铸件结构，采用同时凝固原则并改善型砂的退让性。
冷裂——对钢材材料合理控制含磷量，并在浇注后不要过早落砂。凡能减少铸造内应力的因素，均能防止冷裂。
7、铸件的气孔有哪几种,析出气孔产生的原则是什么,下列情况咯容易产生那种气孔:化铝时铝料油污过多、起模时刷水过多、春砂过紧、型芯撑有锈。
11、金属型铸造和型砂铸造相比，在生产方法、造型工艺和铸件结构方面有和特点,适用何种铸件,为什么金属型未能取代砂型铸造,
13、在设计铸件的外形和内腔时，应考虑哪些问题,
答:外形:1、避免不必要的曲面和侧凹，减小分型面和外部型芯;
2、分型面应尽量平直;
3、凸台、筋条的设计应便于造型;
4、铸件应有合适的结构斜度。
内腔:1、尽量不用或少用型芯;
2、应使型芯安放稳定，排气畅通和清砂方便。
3、大件和形状复杂件可采用组合结构。
第三章压力加工成型技术
1、塑性变形的实质是什么,材料在塑性变形后组织和性能会发生什么变化, 答:塑性变形的实质是金属在外力作用下，发生不能自行恢复其原形和尺寸的变形。
在塑性变形的过程中，金属的结晶组织将发生变化，晶粒沿变形最大的方向延长，晶格和晶粒发生扭曲，同时晶粒破碎。
2、什么叫加工硬化现象,试分析它在生产中的利与弊.
答:金属材料在再结晶温度以下塑性变形时强度和硬度升高，而塑性和韧性降
低的现象。
加工硬化给金属件的进一步加工带来困难。如在冷轧钢板的过程中会愈轧愈硬以致轧不动，因而需在加工过程中安排中间退火，通过加热消除其加工硬化。又如在切削加工中使工件表层脆而硬，从而加速刀具磨损、增大切削力等。但有利的一面是，它可提高金属的强度、硬度和耐磨性，特别是对于那些不能以热处理方法提高强度的纯金属和某些合金尤为重要。
3、在1000摄氏度时拉制钨丝和在400摄氏度时锻造45钢，是热变形还是冷
变形,为什么,
4、纤维组织是怎么形成的,怎样合理利用它,用什么样的加工方法可以改变纤
维组织, 答:金属在外力作用下发生塑性变形时，晶粒沿变形方向伸长，分布在晶界上的夹杂物也沿着金属的变形方向被拉伸或压扁，成为条状。在再结晶时，金属晶粒恢复为等轴晶粒，而夹杂物依然呈条状保留下来，这样就形成了纤维组织(锻造流线)。
6、始锻温度过高或终锻温度过低在铸造时会引起什么后果,写出45钢的锻造温度范围. 答:始锻温度过高(不出现过热和过烧的前提下)可使金属的塑性提高，变形抗力下降，终锻温度过低，除了使合金塑性下降、变形抗力增大之外，还会引起不均匀变形并获得不均匀的晶粒组织。45钢锻造温度范围800——1250.
12、间隙对冲裁件断面质量有何影响,间隙过小会对冲裁产生什么影响, 答:间隙过大时，剪裂纹比正常间隙时远离凸模刃口，材料收拉伸力较大，光亮带变小，毛刺、塌角、斜度也都增大，间隙太小时，凸模刃口附近的裂纹比正常间隙向外错开一段距离，这样，上下裂纹中间的材料随着冲裁过程的进行被第二次剪切，并在断面上形成第二光亮带，毛刺也增大。在冲裁过程中，间隙越小，会使凸模与被冲的孔之见，凹模与落料件之间的摩擦越严重。
13、表示弯曲与拉伸变形程度大小的物理量是什么,生产中如何控制,
第四章焊接成型技术
1.什么叫焊接电弧,P159试述电弧的构造和温度分布。P159
答:A 焊接电弧是在电极与工件之间的气体介质中长时间而稳定的放电现象，即在局部气体介质中有大量电子(或离子)流通过的导电现象。
B焊接电弧由阴极区、阳极区、弧柱区三部分组成。
在焊接电弧中，电弧热量在阳极区产生的较多，约占总热量的42%;阴极区因放出大量电子需消耗一定能量，所以产生的热量就较少，约占38%;其余20%左右是在弧柱中产生的。 3.试述焊芯和药皮的组成与作用。P160~161如何合理选用电焊条,P163 答:
A焊芯:焊芯具有较低的含碳量和一定的含锰量，硅、硫和磷的含量都很低。
焊芯起导电和填充焊缝金属的作用。
药皮:焊条药皮的组成物按其作用分为稳弧剂、造气剂、造渣剂、脱氧剂、合金剂、稀渣剂、黏结剂等。
焊条药皮主要起保证焊接顺利进行以及保证焊缝质量的作用。其组成物的作用主要有:提高电弧燃烧的稳定性;防止空气对溶化金属的有害作用;保证焊缝金属的脱氧、去硫和渗入合金元素，提高焊缝金属的力学性能。
B焊条的选用通常是根据焊件的化学成分、力学性能、抗裂性。耐蚀性及高温性能等要求，选用相应的焊条种类，再考虑焊接结构形状、工作条件、焊接设备条件等来选择具体的焊条型号。在确定了焊条牌号后，还应根据焊接件厚度、焊接位置等条件选择焊条直径。一般是焊接件愈厚，焊条直径应愈大。
6.何谓焊接热影响区,P172低碳钢焊接时热影响区分为哪些区段,各区段的组织和性能对焊接接头有何影响,P173
答:
A焊接热影响区时指焊缝两侧受到热的影响而发生组织和性能变化的区域。 B 焊接热影响区分为熔合区、过热区、正火区、部分变相区。
熔合区:成分及组织极不均匀，组织中包括未熔化但受热而长大的粗大晶粒和部分铸态组织，导致强度、塑性和韧性极差。这一区域很窄，但它对接头的性能起着决定性的不良影响。过热区:仅靠熔合区，为粗大晶粒的过热组织，致使塑性、冲击韧性显著下降，易产生裂纹。正火区:金属发生重结晶，冷却后得到均匀细小的正火组织，金属力学性能良好，一般优于母材。
部分变相区:珠光体和部分铁素体发生重结晶使晶粒细化，而部分铁素体未发生重结晶，得到较粗大的铁素体晶粒。由于晶粒大小不一，致使力学性能比母材稍差。焊接热影响区宽度愈小，焊接接头的力学性能愈好。
7.金属材料的焊接性能是指什么,P174如何衡量钢材的焊接性能,P174 答:A金属焊接性能是金属材料的工艺性能之一，是金属材料对焊接加工的适用程度。它主要是指在一定的焊接工艺条件下，获得优质焊接接头的难易程度，以及在使用过程中安全运行的能力。
B可以根据钢材的化学成分来估算其焊接性好坏。通常把钢中的碳和合金元素的含量按其对焊接性影响的程度，换算成碳的相当含量，其总称为碳当量。
8.分析高强度低合金结构钢的焊接特点。P176为防止其产生焊接缺陷，应采取哪些措施,P176
答:A高强度低合金结构钢的焊接性较差，主要表现在:一方面热影响区的淬硬倾向明显，热影响区易产生马氏体组织，硬度增高，塑性和韧性下降;另一方面，焊接接头产生冷裂纹的倾向加剧。
B因此，对强度级别较高的低合金钢焊接时，焊前一般均需预热，预热温度大于150?C。焊
后还应进行热处理，以消除内应力。优先选用抗裂性好的低氢型焊条;焊接时，要选择合适的焊接规范以控制热影响区的冷却速度。
9.焊接应力与变形产生的原因是什么,P177如何防止和减少焊接应力与变
形,P178~P179 答:A焊接过程中对焊件进行局部的不均匀加热，是产生焊接应力的根本原因。另外，焊缝金属的收缩、金属组织的变化以及焊件的刚性约束等都会引起焊接应力的产生。焊接应力是产生变形的主要原因。
B
1) 在设计焊接结构时，应选用塑性好的材料，避免焊缝密集交叉，焊缝截面过大及焊缝过
长。
2) 在施焊中要选择正确的焊接次序，以防止焊接应力及裂纹。
3) 焊前对焊件进行预热，可减弱焊件各部分温差，从而显著减小焊接应力。
4) 焊接中采用小能量焊接方法或对红热状态的焊缝进行锤击，亦可减小焊接应力。 5) 消除焊接应力最有效的方法是焊后进行去应力退火。此外还可采用震动法来消除焊接应
力。
12.焊接接头的基本形式有哪几种,P183为什么厚板焊接时要开坡口,常见的坡口形式有哪几种,P185
答:A有对接、角接、搭接、T形接。
B为了焊透和避免产生应力集中等缺陷。
C常见的坡口形式有:不开坡口(I形坡口)、Y形坡口、双Y形坡口(X形坡口)、U形坡口等。
13焊接结构设计要求,
答:设计时的要点是:避免焊缝过于集中和接近;采用的焊缝布置方案应具有最小的焊接残余应力和最小的焊接变形;避免采用刚性拘束过大的焊缝;焊缝位置应便于施焊和便于自动化焊接;焊缝尺寸应尽可能小;承受动载的结构要注意焊缝外形的平缓过渡，在拉应力区不要随意焊接其他附件;在结构外型上避免轮廓线的不连续、截面尺寸的急剧改变和带有缺口等。
焊接结构的抗疲劳和脆断问题也很重要。
或者参考书上的内容，综合整理后:
在设计焊接结构时，应选用塑性好的材料，避免焊缝密集交叉，焊缝截面过大及焊缝过长。焊缝应尽量避开应力集中的部位及加工表面;焊缝的布置应便于操作。
第五章粉末冶金及其成型
2.粉末冶金包括哪些工艺过程,P195
答:主要包括粉末混合、压制成型、烧结和后处理。
3.压坯中密度分布不均匀的状况及其产生的原因是什么,P198改善压坯密度分布的措施有哪些,P198
答:A在单向压制时，压坯沿其高度方向上的密度的分布是不均匀的。
原因:在压制过程中，除通过上模冲施加的压制压力外，还有侧压力、摩擦力、内应力等，各力对压坯分别产生不同作用。其中克服摩擦力的压力损失时模压中造成压柸密度分布不均匀的主要原因。
B
1. 降低压坯的高径比可以减少密度差。
2. 采用摩擦系数小的模壁可以改善压坯的密度分布。
3. 通过双向压制可以很大的改善压坯中的密度分布的不均匀性。
4. 粉末冶金制品的结构工艺性有哪些,P206~209
答:
1. 避免模具出现脆弱的尖角。
2. 避免模具和压坯出现局部薄壁。
3. 锥面和斜面需有一小段平直带。
4. 需要有脱模锥角或圆角。
5. 适应压制方向的需要
6. 压制工艺:
1. 避免垂直于压制方向的孔
2. 避免退刀槽
3. 避免深槽
4. 避免螺纹
5. 避免倒锥
第六章高分子材料及其成型
3.线型非结晶态高分子化合物和线型结晶态高分子化合物分别呈现哪些聚集状态,P214~215塑料制品的成型的使用分别在什么状态,为什么,P215 答:A线型非结晶态高分子化合物:玻璃态、高弹态、黏流态
线型结晶态高分子化合物:晶态、高弹态、黏流态。
B塑料制品的成型在黏流态。塑料等制品在黏流态下，外力作用下的形变在去除外力后不能再恢复原状，具有可塑性的特性。
塑料制品的使用在玻璃态。在这一区段，由于温度低，受到外力时只能使高分子的链段和链节作轻微的伸缩与震动，导致了较小变形的产生。这种变形是可逆的，当外力去除后，变形即可消失而恢复原状。
5. 工程塑料由哪些基本组分组成,各组分的主要作用是什么,P217~218 答:
A 合成树脂:是塑料的主要成分，使塑料具有成型性能。
添加剂:为了改善塑料的使用性能或成型工艺性能。
B
1. 填充剂:主要起增强作用，可以提高塑料的力学性能、热学性能、电学性能和降
低成本。
2. 增塑剂:用于提高塑料的可塑性和柔软性。
3. 固化剂:与树脂发生化学反应，在聚合物中生成横跨链，形成不溶的三维交叉联
网结构，使树脂在成型时，由线型结构转变为体型结构，形成坚硬的塑料。
4. 稳定剂:防止塑料制品老化，提高树脂在受热、光、氧化等作用时的稳定性，延
长其寿命
5. 着色剂:使塑料制品具有各种美丽的色泽以满足使用要求。
6. 润滑剂:使塑料在加工成型时易于脱模和表面光亮美观。
7. 抗静电剂:提高塑料表面的电导率，使塑料能迅速放电，防止静电积聚。
8. 其他添加剂:保证塑料的使用性能和良好的加工性能。
5.工程塑料与钢铁材料相比较有哪些突出的性能特点,P220
答:工程塑料相对于金属来说，具有密度小、比强度高、耐腐蚀、电绝缘性能好、透光、隔热、消音、吸震等优点，也有强度低、耐热性差、容易蠕变和老化等缺点。 13.橡胶有什么用途,P244
答:橡胶材料和制品的应用十分广泛，可应用于国防、交通运输、机械制造、医药卫生、农业和日常生活等各个方面，其品种多达数万种，对国民经济及国防、军工的发展具有重要价
值。
14.橡胶为什么要硫化,P247
答:橡胶硫化的目的在于使橡胶具有足够的强度、耐久性以及抗剪切和其他变形能力，减少橡胶的可塑性。
塑料的成型工艺性能,P246
答:橡胶的成型性能主要包括流动性、流变性、硫化性能和热物理性能。流动性:是指在一定的温度与压力下橡胶充满整个模腔的能力。
流变性:胶料的黏度随剪切速率升高而降低的特性。
硫化性能:硫化时速度的快慢、交联率的高低、焦烧安全性和存放稳定性的好坏等方面的性能。
热物理性能:热物理性能的优劣直接影响橡胶制品的性质。
塑料件的结构设计要求,P234~239
答:
1. 塑料制品壁厚的设计:应考虑热塑性与热固性塑料成型方法的差别，确定出各种塑料应
具有的合适的壁厚。
2. 塑料制品圆角的设计:除使用要求尖角外，所有内外表面的连接处都应采用圆角过渡。
3. 加强筋设计:
1. 加强筋与塑件壁连接处应采用圆弧过渡。
2. 加强筋的厚度不应大于塑件壁厚。
3. 加强筋的高度应低于塑件高度0.5mm以上。
4. 加强筋不应设置在大面积塑件中间，并且加强筋分布应相互交错。 4. 拔模斜度的设计:塑件拔模斜度取决于塑件的形状和壁厚以及塑料的收缩率。
5. 塑料制品上金属嵌件的设计:防止成型工艺中塑料制品内部存在应力集中，引起熔融物
料渗入模内。
第七章工业陶瓷及其成型
1，试述陶瓷的概念，性能及分类,
答:概念:传统意义上的陶瓷是指所有以黏土为主要原料与其他天然矿物经过粉碎混炼—成形—煅烧等过程而制成的各种制品。广义的陶瓷概念是用陶瓷生产方法制造的无机非金属固体材料(属二氧化硅酸盐)和制品的统称。
性能:a陶瓷材料的弹性模量和硬度在各类材料中最高
b陶瓷材料具有很高的熔点，抗氧化性和耐热性好，和抗蠕变能力强
c陶瓷材料的导电性变化范围很广泛，大多数是绝缘体，
d陶瓷的结构组织很稳定具有较好的耐腐蚀性
分类:传统陶瓷和特种陶瓷
2，陶瓷成型的坯料有哪几类,
答:按照成型的方法的不同通常可分为塑性坯料、注浆坯料、半干压坯料、干压坯料和热压铸坯料。
3，陶瓷的生产过程包括哪几个过程,
答:坯料的制备，成型，坯体的干燥，烧结，后续加工。
第八章复合材料及其成型
1，何谓复合材料,他有什么特点,为什么具有广阔的应用前景,
答:定义:复合材料就是将两种或两种以上的不同性质的材料组合在一起，构成的性能比其组成材料优异的一类新型材料。
特点:复合材料具有高强轻质，比强度高，刚度高，耐疲劳，抗断裂性能高，减震性能好，抗蠕变性能强，等一系列优良性能，此外还有，抗震，耐腐蚀，稳定安全的特点。由于复合材料具有上述优良的性能，因此具有广阔的应用前景。
2，金属基复合材料的性能特点是什么,有那些成型方法,
答:性能特点:金属基复合材料的性能特点有低密度，高的比强度，高的比刚度，优良的抗高温性能和抗腐蚀能力以及较高的抗磨性。
成型方法:粉末冶金法，铸造法，加压浸渍法，挤压法，扩散结合法，熔融金属渗透法，等离子喷涂法。
3，聚合物基复合材料的手糊工艺有哪些步骤,操作时应注意那些事项, 答:a，先在涂有脱模剂的模具上均匀涂上一层树脂混合液，再将剪裁成一定形状和尺寸的纤维增强织物，按品质要求铺设到模具上，用刮刀或毛刷，压辊，使其平整并均匀浸透树脂，排除气泡，多次重复以上步骤层层铺贴，直至所需层数，然后，固化成型，脱模修整获得制品。
b(注意事项不知道)
第九章快速成型技术简介
1，简述快速成型技术的含义及其常用方法,
答:定义:快速成型技术是二十世纪八十年代末九十年代初兴起并迅速发展起来的新的先进制造技术，直接根据CAD模型，不需机加工设备或者模具即可快速制造形状极为复杂的工件的方法。
常用方法:a，光固化成型工艺 b，叠层制造成型工艺 c，选择性激光烧结成型工艺 d，熔融堆积成型工艺 e，三维印刷成型工艺
2，说明分层实体制造快速成型工艺的原理及特点,
答:原理:将片材表面先涂一层热熔胶，并卷套在纸辊上，并跨过支承辊缠绕到收纸辊上，将需进行快速成型产品的CAD图形输入计算机的成型系统，用切片软件进行切片处理，得到沿产品高度方向的一系列横截面轮廓线。步进电机带动收纸辊使纸卷移动一段距离。工作台上升与纸卷接触热压辊滚压纸面，加热纸背面的热熔胶，并使这一层纸与上一层纸粘合，co2激光器发射的激光束跟踪零件的二维截面轮廓数据，进行切割，并将轮廓外的废纸料切割出方形小格，以便成型过程完成后易于剥离涂料，每切割玩一个截面，工作台连同被切割出的轮廓层自动下降一定距离，然后步进电机再次驱动收纸辊将纸移到第二个需要切割的截面，重复进行，直至成型。特点:该方法只需切割片材上的轮廓截面，不用扫描整个截面，成型速度快，适合制造大型零件，成型时不需支撑装置。但零件的进度不高，设备副咱，成本较高，并且成型材料性能较差。
3，快速成型技术有哪些应用,
答:a新兴产品的开发b快速模具的制造c医学仿生制造
第十章成型材料与方法选择
1，选择材料成型方法的原则是什么,
答:a满足使用性能要求 b适应成型工艺要求 c经济性原则 d环保节能原则 e 利用新工艺，新技术，新材料
2，材料选择与成型方法选择之间有何关系,
答:材料的选择主要依据是零件的力学性能，使用寿命等，而成型方法选择的主要依据是零件的材料类别、功能、使用要求及其结构形状、尺寸技术要求等，由此观之，成型方法与材料的选择相适应。(这是我自己组织的，仅供参考～～)
3，为什么齿轮多用锻件，而带轮，飞轮多用铸件,
答:锻件材质精绝，加工出来工件精密度就较高，而且锻件的强度高，耐冲击。铸件多用于加工精度不高，加工工序少的零件，且铸件的加工缺陷较多，其强度差。通常对齿轮的强度，韧性，以及齿面的硬度和磨损性及传动精度都有一定的要求，而带轮飞轮受力不大且结构简单，因而齿轮多用锻件，带轮飞轮多用铸件。(这是我自己组织的，仅供参考～～)
4，在什么情况下采用焊接方法制造箱体类零件,
答:对于不易整体成型的大型机架可采用焊接成型方法完成。