工程材料与热加工答案

第1章习题参考答案

自测题一、填空题

1. 强度、刚度、硬度、塑性、韧性

2. σe σs σb

3. 屈服点规定残余伸长率为0.2%时的应力值塑性变形

4. 断后伸长率断面收缩率断面收缩率

5. 应力场强度因子断裂韧度断裂

二、判断题1.（×）2.（×）3.（×）4.（×）习题与思考题

1.

①因为δ5=L1 L0L 5d0100%=1100%=25% L05d0

δ10=L1 L0L 10d0100%=1100%=25% L010d0

所以L1（5）=6.25d0同理L1（10）=12.5d0

②长试样的塑性好。

设长试样为A,短试样为B,已知δ

所以δ5B=δ10A，因为同一种材料，δ5〉δ10，5B=δ10A<δ5A,则δ5B<δ5A，即长试样的塑性好。

2.合格。

因为σs=FS21100268.79MP >225 MP aa S03.14 25

σb=Fb34500439.5 MP >372MPaa S03.14 25

L1 5d065 500100% 30%>27% 100%=505d0δ5=

S0 S152 32

ψ=100% 64%>55% 所以，该15钢合格2S03

3.

（1）洛氏硬度HRC；（2）洛氏硬度HRB；（3）洛氏硬度HRA；（4）布氏硬度HB；（5）维氏硬度HV。

第2章习题解答参考

自测题一、填空题

1. 体心立方晶格、面心立方晶格、密排六方晶格

2. （1）A （2）F （3）Fe3C （4）P （5）Ld （6）Ld'

3. F+P 大高低

4. 过冷过冷度细好

5. 固溶体金属化合物成分、组织、状态、温度

6.

二、判断题

1.（×）

2.（√）

3.（×）

习题与思考题

1.根据晶体缺陷的几何形态特征，实际金属晶体中存在有点、线、面缺陷。在这些缺陷处及其附近，晶格均处于畸变状态，使金属的强度、硬度有所提高。

2.(1）钢材加热到1000～1250℃时为单相奥氏体组织，奥氏体强度、硬度不高，塑性、韧性好，变形抗力小，适于热轧、锻造。

（2）铆钉是利用塑性变形来连接零件的。低碳钢组织中铁素体量多，其塑性、韧性好，铆接时易于操作；另外，组织中有一定量的珠光体，还有一定的强度，能承受一定的载荷。（3）在1100℃时，wc=0.4%的钢处于奥氏体状态，强度、硬度不高，塑性好，变形抗力小，能进行锻造；wc=4.2%的铸铁，在此温度下，其组织是奥氏体、渗碳体和莱氏体，渗碳体和莱氏体硬度大，塑性、韧性极差，所以不能锻造。

（4）当碳的质量分数＜0.9%时，随着碳的质量分数的增加，钢的强度、硬度升高，塑性、韧性下降，这是因为钢中的渗碳体量增多的缘故；当wc＞0.9%时，随着碳的质量分数

的增加，钢的硬度继续升高，塑性、韧性继续下降，钢的强度也随着下降，这是因为钢中渗碳体量增多，且形成较完整的网状分布在晶界上。所以室温下wc=0.9％的碳钢比wc=1.2％的碳钢强度高

（5）钳工锯条是用T10～T12钢制作的。70钢、T10钢、T12钢的组织都是由珠光体和渗碳体组成，碳的质量分数越高，渗碳体的量越多，硬度越高，越耐磨。70钢的硬度接近于锯条的硬度；T10、T12钢的硬度等于或高于锯条的硬度；而20钢、30钢的组织为铁素体加珠光体，硬度低，不耐磨，所以钳工锯削70钢、T10钢、T12钢比锯20钢、30钢费力，锯条易磨钝。

（6）绑扎物体的铁丝需要塑性好，易变形，。低碳钢丝（碳的质量分数在0.0218%～0.25%）室温下的组织为铁素体和珠光体，组织中铁素体的比例大，塑性、韧性高，绑扎物件时，易于操作，且能够绑扎紧固；而60钢、65钢、70钢等组织中珠光体的量多，所以强度、韧性高，适于作起重机吊重物用的钢丝绳。

3.碳的质量分数分别为0.2%、0.4%的碳钢，室温组织是铁素体和珠光体；

碳的质量分数为0.77%的碳钢，室温组织是珠光体；

碳的质量分数为1.3%的碳钢，室温组织是渗碳体和珠光体；

强度b：碳的质量分数为0.8%的碳钢强度最高，其次是碳的质量分数为1.3%的碳钢，再次为碳的质量分数为0.45%的碳钢，最后是碳的质量分数为0.2%的碳钢。

硬度值：碳的质量分0.3%的碳钢硬度最高，其次是碳的质量分数为0.8%的碳钢，再次为碳的质量分数为0.4%的碳钢，最后是碳的质量分数为0.2%的碳钢。

4. wc＝4.3%＞wc＝4.0%＞wc＝

5.2%

第三章习题解答参考

自测题

一、填空题 1. 弹性变形、塑性变形、断裂 2. 熔点、成分、预先变形程度 3. 加热温度和保温时间、杂质及合金元素、第二相质点、变形程度4. 残余应力、点阵畸变 5. 加热温度低于金属最低再结晶温度 6. 无加工硬化现象有加工硬化现象

二、判断题 1.（×） 2.（√） 3.（×） 4.（√） 5.（×） 6.（√）7.（√）三、选择题 1. C 2. A 3. B 4. C 5. A 6. C

习题与思考题

1.滑移是晶体的一部分沿着一定的晶面和晶向相对于另易部分作相对的滑动；孪生是在切应力作用下，晶体的一部分沿一定的晶面及晶向进行剪切变形。

(1) 滑移仅在晶体的表面上造成滑移台阶，晶体内部的晶格并不发生变化；孪生则使晶体中的一部分通过切变发生晶格位向的改变，与未变形部分形成对称。

(2) 滑移变形时，晶体的一部分相对于另一部分沿滑移方向位移的距离为原子间距的整数倍；而孪生时，在孪晶中每层原子沿孪生方向的相对位移距离则是原子间距的分数。

(3) 孪生所需的临界切应力比滑移大得多，且变形速度极快，故孪生变形仅在滑移系少而不易产生滑移的密排六方晶格金属中易于发生。在体心立方晶格金属中，则仅在室温以下或受冲击应力时才发生。在易于滑移的面心立方晶格金属中，一般不发生孪生。

2. 一般说来，随着温度的升高，冷塑性变形金属的组织与性能的变化一般要经历三个阶段，即回复，再结晶和晶粒长大。在此过程中，金属中的空位与间隙原子合并，晶格畸变和内应力完全消除；通过形核与长大的方式，晶粒由纤维状变为等轴状，直到金属内部变形晶粒为新的等轴晶粒完全取代；温度更高时，新形成的晶粒会继续长大，使组织达到稳定状态。冷塑性变形对金属性能的主要影响就是产生加工硬化。利用加工硬化可以提高金属强度、硬度、耐磨性。

3. 根据霍尔-派奇公式，晶粒直径越小，金属的屈服强度越高。当外加应力和其它条件一定时，位错数目与晶界到位错源的距离成正比，因此晶粒越小则应力集中越小。由于应力集中小，则需要在较大的外加应力下才能使相邻晶粒发生塑性变形。另一方面，因为晶粒越细，在一定体积内的晶粒数目越多，则在同样的变形量下，变形便分散在更多的晶粒内进行，同时每个晶粒内的变形也比较均匀，而不致产生应力过分集中的现象。此外，晶粒越细，晶界就越多越曲折，越不利于裂纹的传播，从而在断裂前可以承受较大的塑性变形，即表现出较高的塑性和韧性。

4. 由于晶粒由纤维状变为等轴状也是通过形核与长大的方式进行的，类似液体结晶和同素异晶转变，所以将这一过程称为再结晶。当变形量很大（＞95%）时，又会出现再结晶后晶粒粗大的现象，这个过程称为二次再结晶。二次再结晶并不是重新形核和长大的过程，而是以一次再结晶后的某些特殊晶粒作为基础而长大的，因此，严格说来它是在特殊条件下晶粒的长大过程，并非是再结晶。二次再结晶的重要特点是，在一次再结晶完成后，在继续保温或提高加热温度时，绝大多数晶粒长大速度很慢，只有少数晶粒长大的异常迅速，以致到后来造成晶粒大小越来越悬殊，从而就更加有利于大晶粒吞食周围的小晶粒，直至这些迅速长大的晶粒相互接触为止。

5. 再结晶的核心一般是在变形晶粒的晶界或滑移带、孪晶带等晶格畸变严重的地区形成的，然后晶核继续向周围长大形成了新的等轴晶粒，直到金属内部变形晶粒为新的等轴晶粒完全取代，再结晶过程随之完成。金属再结晶后，一般都得到细小均匀的等轴晶粒。但如果继续升高温度或延长保温时间，结晶形成的新晶粒又会逐渐长大。晶粒长大的实质是一个晶粒的边界向另一个晶粒中迁移，把另一个晶格的位向逐步改变成为与这个晶粒位向相同的位向，从而使另一个晶粒被这个晶粒“吞食”，形成一个大晶粒的过程。

6. 晶体在发生滑移变形时呈现出延性。第一块单晶体的基面与拉伸轴互相垂直，即滑移面上的分切应力为零，所以不发生滑移，拉伸时呈脆性；而在弯曲时滑移面上的切应力不为零，所以可以滑移变形，呈现延性。第二块单晶体的基面与拉伸轴平行，在拉伸和弯曲受力条件下，由于滑移面的面积很大，分切应力极其微小，不足以引起滑移变形，所以呈现出脆性。

第四章习题解答参考

自测题一、填空题 1. 碳在α-Fe中的过饱和Ms—Mf 2. 炉冷（缓冷）完全退火、球化退火、等温退火、去应力退火、扩散退火、再结晶退火 3. 空冷细化晶粒、调整硬度、消除应力4. 淬火高温回火良好的综合力学

二、判断题 1.（×） 2.（×） 3.（×） 4.（×） 5.（×）习题与思考题 1. （1）奥氏体的起始晶粒度：奥氏体化刚完成时的奥氏体晶粒度；实际晶粒度：给定温度下的奥氏体晶粒度；本质晶粒度：把钢加热到930℃±10℃保温8h，冷却后测得的晶粒度。（2）奥氏体：碳溶于γ-Fe中形成的间隙固溶体；过冷奥氏体：冷却到A1线以下暂存的奥氏体；残余奥氏体：冷却到Ms线以下存在的奥氏体。（3）珠光体：铁

素体和渗碳体层片相间组成的混合物；索氏体：细的珠光体；托氏体：极细的珠光体。（4）淬透性：钢淬火时形成马氏体的能力；淬硬性：钢在理想条件下，进行淬火硬化所能达到的最高硬度；淬硬层深度：从工件表面向里至半马氏体区的垂直距离。2. 奥氏体晶核的形成，奥氏体晶粒的长大，残余渗碳体的溶解，奥氏体成分的均匀化 5. 硬度2>1，3>2，3>4，是因为组织的不同，1是F+P，2是M+F+A＇，3是M+A＇，4是M+T+A＇。 6. （1）正火+球化退火，淬火低温回火。正火的主要作用：消除网状渗碳体，细化晶粒，减少应力；球化退火得到球状珠光体，降低硬度，改善切削加工性；淬火低温回火是提高硬度和耐磨性，消除淬火应力和脆性。（2）淬火：加热温度760～780℃，冷却方式：水冷；低温回火温度：150～250℃，组织为回火马氏体+残余奥氏体+渗碳体+少量下贝氏体7. （1）再结晶退火，目的是降低硬度，组织是：F+P （2）去应力退火，目的是区应力，组织是：F+P （3）完全退火：目的是细化晶粒，组织是：F+P （4）球化退火：目的是降低硬度和脆性，组织是：P球状+Fe3C球状8. 渗碳是靠提高钢表面碳的质量分数、表面淬火是靠改变钢的表面组织来提高钢的性能。9. （1）调质：获得良好的综合力学性能；表面高频淬火和低温回火，使表面具有一定的硬度和耐磨性，而心部具有良好的强韧性。（2）不能，因为15钢的碳的质量分数低于45钢，硬度和强度均达不到要求。（3）渗碳、淬火、低温回火。10. ①A+P ②P ③M+ A' ④M+ A' ④?②11. （1）45钢（2）正火的加热温度840±10℃，空冷，目的是细化晶粒，消除应力，改善切削加工性；表面淬火的加热温度比正常淬火温度高30—200℃（淬火温度为830～850℃），水冷，目的是提高表面硬度和耐磨性；低温回火的加热温度150～250℃，空冷，目的是消除应力和脆性，保持淬火后的高硬度。（3）轴径表面组织是回火马氏体、残余奥氏体和少量的下贝氏体，心部和其他未表面淬火部分的组织是铁素体和索氏体。12

第5章习题解答参考

自测题

一、名词解释

1.浇注时向铁液中加入少量孕育剂（如硅铁、硅钙合金等），改变铁液的结晶条件，以得到细小、均匀分布的片状石墨和细小的珠光体组织的方法，称为孕育处理。

2.淬火钢在回火时，抵抗软化（强度、硬度下降）的能力称为回火稳定性。钢在回火时出现硬度回升的现象，称为二次硬化。

3.铸铁中的碳以石墨的形式析出的过程称为石墨化。

4.使白口铸铁的渗碳体分解得到团絮状石墨的退火。二、填空题

1. 高速工具造成二次硬化提高淬透性形成硬度极高的细小碳化物淬火+三次回火减少热应力使大量难溶合金碳化物充分溶入奥氏体中产生二次硬化，消除残余奥氏体，将前一次回火过程中形成的马氏体转变成回火马氏体

2. 化学成分冷却速度三、判断题

1.（×）

2.（√）

3.（×）

4.（×）

5.（×）

6.（×）

7.（×）

8.（×）

9.（×）10.（√）11.（√）四、选择题

1. A

2. C

3. A、C

4. C

5. C 五、综合练习题

分数越高，淬火硬度越高。T13钢的质量分数远大于30钢，且存在着渗碳体，淬火回火后，硬度高于62HRC， 30钢盐液淬火低温回火后硬度达不到要求。

（3）不可以。因为：弹簧的工作要求是具有高的弹性极限、屈服点及高的疲劳强度和足够的塑性和韧性。20钢碳的质量分数是0.2%，65钢碳的质量分数是0.65%，所以20钢淬火中温回火后弹性极限、强度、韧性均达不到要求。

（4）不可以。载货汽车变速箱传动齿轮的工作要求是轮齿表面硬而耐磨，并具有高的强度和韧性。用40Cr钢调质处理后高频表面淬火+低温回火，表面硬度能达50～56HRC。合金渗碳钢20CrMnTi经渗碳淬火低温回火后，齿面可获得（58～63HRC）的高硬度，而心部的低碳回火马氏体组织也比40Cr调质组织回火

习题与思考题

1.

（1）高速工具钢中加入的多种合金元素溶入奥氏体后，使过冷奥氏体稳定性增加，奥氏体等温转变曲线位置右移，钢的临界冷却速度减小到空冷的速度，所以空冷即可获得马氏体组织。

（2）高锰耐磨钢在高压、大冲击条件下表面发生形变强化，并伴随着马氏体转变，而心部仍保持原来的奥氏体组织，呈现出优良的耐磨性和良好的韧性。

2.

（1）不可以。因为：齿轮的工作要求是齿面要有一定的硬度和耐磨性，并且还要具有一定的强韧性以承受工作中的振动和冲击，Q235是碳素结构钢，其硬度不大于165HBS，且不能热处理强化;45钢是优质非合金结构钢,经调质、齿面高频淬火+低温回火后，表面硬度可达到54～61HRC，心部硬度可达到220～250 HBS。

（2）不可以。因为：锉刀的工作要求是硬而耐磨，硬度不小于62HRC。30钢碳的平均质量

分数为0.3%，T13钢碳的平均质量分数为1.3%，碳的质量索氏体的强韧性好。

3.

不锈钢不是在任何介质中都不锈。其抗腐蚀能力的大小是随其钢质本身化学组成、加工状态、使用条件及环境介质类型而改变的。当不锈钢表面形成的氧化膜遭到破坏，就会生锈。（1）外科手术刀—3Cr13（2）汽轮机叶片—1Cr11MoV（3）硝酸槽—1Cr18Ni9（4）食品设备容器—1Cr17

4.

热硬性：材料在高温下保持高硬度的能力。

二次硬化是钢在回火时出现的硬度回升现象。有二次硬化的钢热硬性高。

W18Cr4V钢在550～570℃回火时可以产生二次硬化，同时还可以消除大量的残余奥氏体，将前一次回火过程中形成的马氏体转变成回火马氏体，降低应力，提高强韧性。不属于调质，因为调质组织中有回火索氏体。

5.

强度由高及低：1Cr13、1Cr18Ni9Ti、1Cr17

耐腐蚀性由高及低：1Cr18Ni9T、1Cr17、1Cr13

因为：1Cr13是马氏体不锈钢，1Cr18Ni9Ti是奥氏体不锈钢，1Cr17是铁素体不锈钢。

6.

淬透性由高及低：20CrMnTi、40Cr、T12。

淬硬性由高及低：T12、40Cr、20CrMnTi。

因为：淬透性主要取决于合金元素， 20CrMnTi是中淬透性的、40Cr是低淬透性的，T12淬透性很差。淬硬性主要取决于碳的质量分数，碳的质量分数越高，淬硬性越高，T12的碳的质量分数是1.2%；40Cr的碳的质量分数是0.4%；20CrMnTi的碳的质量分数是0.2%。

7.

不能。因为W18Cr4V钢含有较多的合金元素，只有加热到高温（1200℃），才能使大量难溶合金碳化物充分溶入奥氏体中，淬火后得到高硬度的马氏体，回火后产生二次硬化，得到高的热硬性。

第6章习题解答参考

自测题 1. 铸造铝铝和硅 2. 软基体上均匀分布着硬质点硬基体上均匀分布着软质点3. 固溶+时效 4. H70 ZAlMg10 QSn4-3 QBe2 粉末冶金粉末冶金减摩

习题与思考题 1. 组成：一种或几种难熔碳化物的粉末为主要成分，加入起粘接作用的金属粉末。性能：高的抗压强度、耐蚀性和抗氧化性，硬度高，热硬性高，耐磨性好。抗弯强度较低，韧性差，线膨胀系数小，导热性差。制造工艺：粉末冶金法。磨P01等材料制成的刀具时，不能用水冷却。因为P01线膨胀系数小，导热性差，水的冷却速度较快，用水冷却，会产生很大的热应力，容易产生裂纹。 2. 黄铜H62中锌的质量分数大约为38%，黄铜H68中锌的质量分数大约为32%。根据锌的质量分数对黄铜的组织和力学性能的影响线图可知：当锌的质量分数大于32%时，随着锌的质量分数的增加，黄铜的塑性下降，强度仍然升高，当锌的质量分数大约达到45%时，强度为最高值。所以H62的强度高于H68，塑性低于H68。

第7章习题参考答案

自测题 1. 树脂填料、增塑剂、固化剂、稳定剂2. 生胶粘结其它配合剂主要性能3. 天然硅酸盐矿物加工、成型、烧结4. 两个或两个以上粘结材料不同习题与思考题 1. 塑料是以聚合物（通称树脂）为基础，再加入适量的添加剂组成的在玻璃状态下使用的、具有塑性的高分子材料。塑料的组成及作用：（1）树脂树脂也叫粘料，是塑料的主要组分。它决定了塑料的类型（热塑性或热固性）和塑料的基本性能（物理性能、化学性能、电性能和力学性能等）。（2）添加剂改善塑料的某些性能常用的有以下几种：填料（填充剂）改善塑料的某些性能（如强度等）扩大应用范围，减少树脂的用量降低成本；增塑剂提高树脂可塑性和柔软性；固化剂在热固性树脂成型时使线性结构转化为体型结构；稳定剂（防老剂）防止塑料在加工和使用中受到热、光、

氧气等的作用或在其他条件下过早老化，延长其使用寿命；润滑剂防止塑料在成型过程中粘在模具或其他设备上并使制品表面光亮美观；着色剂使塑料制品具有美观的颜色并适合某些使用要求。 2. 塑料按性质分为热塑性塑料和热热固性塑料。热塑性塑料受热软化熔融，可塑造成形，冷却后成形固化，此过程可反复进行而基本性能不变。热固性塑料加热时软化，可塑造成形，一经固化再加热不再软化也不溶于溶剂，只能塑制一次。 3. 橡胶是以高分子化合物为基础，在很宽的温度范围内具有高弹性的材料。橡胶的特性：橡胶最显著的性能特点就是在很宽的温度范围内（-50~150℃）具有高弹性。同时橡胶具有优良的伸缩性和可贵的积储能量的能力，良好的隔音性、阻尼性、耐磨性和挠性，优良的电绝缘性、不透水性和不透气性，一定的强度和硬度。但一般橡胶的耐蚀性较差，易老化。 4. 陶瓷是各种无机非金属材料的总称，是古老的手工业制品之一也是最新科学技术的产物。陶瓷是以地球上最富有的元素（如硅、铝、氧、镁、钙、钠等）制得的，是现代工业中很有发展前途的一类材料。陶瓷的性能：陶瓷的弹性模量是各种材料中最高的，因此刚度大、硬度高，具有优良的耐磨性。陶瓷的致命弱点是很难产生塑性变形，脆性大，裂纹敏感性强，是典型的脆性材料。陶瓷材料的熔点高，抗氧化性和耐热性都比金属材料好的多，高温强度好，抗蠕变能力强，具有良好的耐蚀性，但热稳定性很低。大多数陶瓷都是良好的绝缘体，许多陶瓷还可以作半导体材料和超导材料。一些陶瓷还具有独有的光学性能。 5. 复合材料是由两个或两个以上独立的物相，包含粘结材料（基体）和颗粒、纤维或片状材料（增强体）以微观或宏观形式所组成的固体材料，并且具有与其组成物质不同的性能。性能特点：比强度和比模量高，抗疲劳性能和抗断裂性能好，耐磨、减振性能好，高温性能好

第8章习题解答参考

自测题

一、填空题 1 砂型铸造特种铸造铸件形状复杂不均匀一般复杂压2. 好小浇不足和冷隔缩松与缩孔最好最差 3. 型芯 4. 差好重要加工面厚大部位5. 补缩上或侧 6. 均匀浇不足和冷隔晶粒粗大、易出现缩松、缩孔

二、判断题 1.（√） 2.（×） 3.（×） 4.（×） 5.（√） 6.（×）

三、选择题 1. A 2. C 3. C 4. B 5. C 6. B

习题与思考题 1. 砂型铸造主要包括以下几个工序：模样与芯盒准备、型砂与芯砂配制—造型、造芯—熔炼、浇注—落砂、清理—检验入库。 2. 根据型砂中采用粘结剂种类的不同，型砂可分为粘土砂、树脂砂、水玻璃砂、油砂等。粘土砂是最早使用的型砂；树脂砂是目前广泛应用的型砂，树脂粘结剂主要品种有酚醛树脂、呋喃树脂和尿烷树脂等。目前铸造生产线上造型主要采用粘土砂和树脂砂。 3. 缩孔和缩松都使铸件的力学性能下降，如强度、塑性韧性的降低，缩松还使铸件不致密，在气密性试验和水压试验时出现渗漏现象。缩孔体积大、分布集中，且往往产生于铸件最后凝固部位，可以采用设置冒口等方法来防止铸件产生缩孔。而缩松体积小，且分散分布于枝晶之间，工艺上难以采取有效措施。

4见书

5. 支柱：B-B图合理，可不用型芯，简化造型工艺。

摇臂：右图合理，造型时分型面为平面，左图而言，分型面为曲面，

支座：右图合理，右图造型时型芯可反复使用，甚至采用地坑造型，而左图造型时需采用专门的型芯。

箱体：右图合理，左图中壁厚不均匀，壁厚处易产生缩孔、缩松等孔洞类缺陷，右图的壁厚比较合理。

6. (a)中左图不合理，造型时φ25的两个凸台，需用活块造型，使工艺复杂。可将凸台改为沉孔，简化造型工艺。(b)中右图不合理，无铸造圆角，图中直角处设计一定的圆角。8. 相同点：生产率高；铸件的晶粒细小、组织致密，力学性能高；铸件的尺寸精度高、表面质量好；劳动条件改善，设备的制造周期长、成本高、工艺要求高；铸造材料的熔点不能高。不同点：金属型铸造不能生产形状复杂的薄壁铸件，否则易出现浇不足和冷隔等缺陷。而压力铸造则能铸出形状复杂的薄壁铸件。9. 一幅完整的铸造工艺图的主要内容包括：浇注位置、分型面、铸造工艺参数（机械加工余量、起模斜度、铸造圆角、收缩率、芯头等）的确定，然后用规定的工艺符号或文字绘制成铸造工艺图。铸造工艺图是指导铸造生产的技术文件，也是验收铸件的主要依据。10. 熔模铸造是一种精密铸造工艺，铸件的尺寸精度高、表面质量好；适应性强，能生产出形状特别复杂的铸件。所以熔模铸造特别适用于生产难以切削加工的、形状复杂的铸件。

第9章习题解答参考

自测题一、名词解释

1. 余块：为了简化锻件形状以便于进行自由锻造而增加的这一部分金属，称为余块，如键槽、齿槽、退刀槽以及小孔、盲孔、台阶等难以用自由锻方法锻出的结构，必须暂时添加一部分金属以简化锻件的形状。

2. 拉深：拉深是指变形区在一拉一压的应力状态作用下,使板料（或浅的空心坯）成形为空心件（或深的空心件）而厚度基本不变的加工方法。

3. 可锻性：材料在锻造过程中经受塑性变形而不开裂的能力叫金属的可锻性。金属的可锻性可用塑性和塑性变形抗力来综合衡量。塑性越高，变形抗力越小，金属的可锻性就越好。

4.锻造比：锻造生产中代表金属变形大小的一个参数，一般用锻造过程中的典型工序的变形程度来表示：如镦粗工序，锻造比为：y=A/A。=H。/H;拔长锻造比：y=A。/A=L/L。式中：A。、A为锻前、锻后工件的截面积，H。、L。、H、L为锻前、锻后工件的高(或长) 度。

二、填空题 1. 塑性大小变形抗力塑性变形抗力2. 增加下降降低3. 锥体凸台圆柱相贯 4. 最小弯曲半径5. 塑性 6. 好于7. 好

三、判断题 1.（×） 2.（√） 3.（√）

习题与思考题

一、简答题 1. 钢的锻造温度范围是指锻件由始锻温度至终锻温度的范围。始锻温度过高,容易产生过热和过烧缺陷,一般控制在固相线以下200℃左右。终锻温度应能保证坯料有足够的塑性和停锻后能获得细小的晶粒。终锻温度过高时,再结晶后的细小晶粒会继续长大；终锻温度过低时,不能保证钢的再结晶过程充分进行,使锻件产生冷变形强化和残余应力,有时因塑性太差而产生锻造裂纹。 2. 自由锻是指用简单的通用性工具,或在锻造设备的上、下砧铁之间直接对坯料施加外力，使坯料产生变形而获得所需的几何形状及内部质量的锻件的加工方法。自由锻基本工序包括镦粗、拔长、冲孔、切割、弯曲、扭转、错移及锻接等。拔长是使坯料横断面积减小、长度增加的锻造工序。拔长常用于锻造杆、轴类零件。镦粗是使毛坯高度减小，横断面积增大的锻造工序。主要用于锻造齿轮坯、圆饼类锻件。冲孔是在坯料上冲出透孔或不透孔的锻造工序。切割是指将坯料分成几部分或部分地割开,

或从坯料的外部割掉一部分,或从内部割出一部分的锻造工序。弯曲是采用一定的工模具将坯料弯成所规定的外形的锻造工序,称为弯曲。扭转是将毛料的一部分相对于另一部分绕其轴线旋转一定角度的锻造工序,该工序多用于锻造多拐曲轴和校正某些锻件。错移是指将坯料的一部分相对另一部分平行错开一段距离，但仍保持轴心平行的的锻造工序，常用于锻造曲轴零件。锻接是将坯料在炉内加热至高温后，用锤快击，使两者在固态结合的锻造工序。锻接的方法有搭接、对接、咬接等。锻接后的接缝强度可达被连接材料强度的70%～80%。 3. 自由锻生产的锻件多为简单的圆柱体、棱柱体和简单的弧形表面。结构工艺性方面，锻件上应避免有锥形和楔形表面；应避免出现加强肋，工字形截面等复杂结构；应避免曲面与曲面相交。 4. 金属的可锻性可用塑性和塑性变形抗力来综合衡量。塑性越高，变形抗力越小，金属的可锻性就越好；低的塑性变形抗力使设备耗能少；优良的塑性使产品获得准确的外形而不遭破裂。影响金属可锻性的主要因素有：金属的本质和变形条件。金属的本质：（1）化学成分：纯金属比合金的可锻性好；含合金元素少的合金，其可锻性好。（2）组织：单相组织（纯金属或固溶体）的可锻性好；化合物呈弥散分布的合金，其可锻性优于呈网状分布的；细晶粒组织的可锻性优于粗晶粒组织。变形条件：（1）加热温度：加热温度高，可锻性好。但温度过高，会引起过烧或过热。（2）变形速度：变形速度不大时，回复和再结晶来不及消除加工硬化，可锻性下降；变形速度大于一定值后，由于塑性变形的热效应使材料温度升高，回复和再结晶充分，可锻性提高。（3）应力状态：压应力越多，材料的塑性越好；拉应力越多，塑性越差。 5. 使板料经分离或成形而得到制件的工艺统称为冲压。生产中常用的冲压工序可分为两大类：一类是分离工序,主要包括切断、落料、冲孔、切口、切边等，剪刀或模具在外力作用下,使板料发生剪断而分离。另一类是变形工序,主要包括弯曲、拉深、翻边、起伏、缩口和胀形等，模具在外力作用下,使板料发生塑性变形而改变其形状和尺寸。冲压是锻压加工中的先进加工方法之一。冲压有如下特点：（1）多用于压制形状复杂的薄壁零件,并且能使其强度高,刚度大,重量轻。（2）冲压件表面光滑且有足够的尺寸精度,不需要进一步切削加工即可满足一般互换性要求。（3）操作简单迅速,易于实现自动化,生产率高。（4）冲模制造复杂,大批量冲压生产时才能使冲压件成本降低。冲压所需的板料必须具有足够的塑性,常用的金属板材有低碳钢、高塑性的合金钢、铜及铜合金、铝及铝合金等

二、综合题 1. 主要工序：双面冲孔、芯棒拔长 2. 图9-47

三、自由锻锻件 3. 图a: 所示结构不合理，图中有加强筋，不适合用自由锻成型。图b: 所示结构不合理，图中有锥形结构，不适合用自由锻成型。图c: 所示结构不合理，图中有凸台结构，不适合用自由锻成型。图d: 所示结构不合理，图中有尖角结构，不适合用模锻成型。图e: 所示结构不合理，图中有深孔，不适合用模锻成型。图f: 所示结构不合理，图示分型,上、下模膛过深，模锻成型时不能充满模膛。图g: 所示结构不合理，图中圆柱孔邻近弯曲处，弯曲变形之外侧与圆柱孔交接处应力集中程度大，过大拉应力易使工件断裂。图h: 所示结构不合理，落料件有尖角，易损伤模具。图i: 所示结构不合理，拉深件底部应有圆角，否则易拉裂。

第10章习题解答参考

自测题一、填空题 1. 熔焊、压力焊、钎焊 2. 工件厚度接头形式大 3. 交流电焊机直流电焊机4. 平焊、横焊、立焊、仰焊5. 对接、搭接、角接、T形接 6. 氩气保护二氧化碳气体保护7. 电极压力、焊接电流、通电时间降低飞溅烧穿

二、选择题 1. B 2. B 3. A，B 4. A，B 5.用直流弧焊机焊接时，焊件接正极，焊条接负极的接法是（A）A. 正接法 B. 反接法

三、判断题 1.（×） 2.（√） 3.（√） 4.（×） 5.（×） 6.（×）

习题与思考题 1. 坡口是在焊件的待焊部位加工并装配成一定几何形状的沟槽，作用是得到在焊件厚度上全部焊透的焊缝，防止产生焊不透。常见对接接头的坡口形式有I形坡口（不开坡口）、V形坡口、X形坡口、U形坡口等四种。 2. 电弧的电压低、电流大、温度高、能量密度大、移动性好，可维持电弧的稳定燃烧；电弧中的电流可以从几十安培到几千安培，以满足不同工件的焊接要求；电弧的温度可达5000K以上，可以熔化各种金属。焊接电弧由阴极区、阳极区和弧柱区三部分组成；阴极区热量约占36%，平均温度2400K；阳极区热量约占43%，平均温度2600K；弧柱区热量21%，弧柱中心温度可达6000~8000K。 3. 焊条由焊芯和药皮两部分组成。焊芯作为电极，产生电弧，并传导焊接电流，焊芯熔化后作为填充金属成为焊缝的一部分。药皮是压涂在焊芯表面上的涂料层。它由多种矿石粉、铁合金粉和粘结剂等原料按一定比例配制而成。改善焊接工艺性；稳定电弧燃烧；药皮熔化后产生的气体和熔渣可隔绝空气，保护熔滴和熔池金属，起机械保护作用；药皮中添入Mn、Si等合金化元素，能脱氧、脱硫、脱磷、去氢、渗合金，从而改善焊缝质量，起冶金处理作用。 4. 焊接时，由于工件是不均匀的局部加热和冷却，造成焊件的热胀冷缩速度和组织变化先后不一致，从而导致焊接应力和变形的产生。焊接变形的基本形式有弯曲变形、角变形、波浪变形和扭曲变形等。设计时应尽可能采用合理结构形式和焊接时采用必要的工艺措施，可防止和减少焊接变形。如采用尽量小的焊缝尺寸、数量；焊缝尽量对称、分散布置。焊接时采取反变形法、刚性固定法、焊接顺序变换法等工艺措施；而焊前预热、焊后热处理可降低焊接应力，减小焊接变形。 5. 焊接件的结构工艺性应考虑到各条焊缝的可焊到性、焊缝质量的保证、焊接工作量、焊接变形的控制、材料的合理应用、焊后热处理等因素；具体主要表现在焊缝的布置、焊接接头和坡口形式等几个方面。焊缝布置应遵循的原则有：.焊缝位置应便于施焊，有利于保证焊缝质量；焊缝应尽量避开最大应力和应力集中部位；焊缝应尽量避开或远离机械加工面；焊缝尽可能分散布置、对称分布。 6. 在焊接过程中，电弧热除熔化金属外，还传给工件，使焊缝两侧的母材在一定范围内受到不同程度的热影响，对其组织和性能引起不均匀的变化的区域，称为热影响区。低碳钢焊接接头，因受热温度不同，其热影响区可分为过热区、正火区和部分相变区。过热区：区域的温度范围在1100℃至固相线之间，冷却后粗晶组织十分明显，塑性和冲击韧度很低，容易产生裂纹。正火区：区域温度比正常的正火温度偏高，冷却快，相当于进行了正火处理，使晶粒细化，力学性能得到改善。部分相变区：部分组织发生相变，因此冷却后晶粒大小不均匀，力学性能较差。