工程材料及成形技术基础课课后习题参考答案

工程材料及成形技术基础课课后习题参考答案

第一章：

1-1 机械零件在工作条件下可能承受哪些负荷？这些负荷对零件产生什么作用？

答：机械零件在工作条件下可能承受到力学负荷、热负荷或环境介质的作用（单负荷或复合负荷的作用）。力学负荷可使零件产生变形或断裂；热负荷可使零件产生尺寸和体积的改变，产生热应力，热疲劳，高温蠕变，随温度升高强度降低（塑性、韧性升高），承载能力下降；环境介质可使金属零件产生腐蚀和摩擦磨损两个方面、对高分子材料产生老化作用。1-3 σs、σ0.2和σb含义是什么？什么叫比强度？什么叫比刚度？

答：σs－P s∕F0,屈服强度，用于塑性材料。

σ0.2－P0.2∕F0,产生0.2％残余塑性变形时的条件屈服强度，用于无明显屈服现象的材料。

σb－P b∕F0,抗拉强度，材料抵抗均匀塑性变形的最大应力值。

比强度－材料的强度与其密度之比。

比刚度－材料的弹性模量与其密度之比。

思考１－１、１－２.

2-3 晶体的缺陷有哪些？可导致哪些强化？

答：晶体的缺陷有：

⑴点缺陷——空位、间隙原子和置换原子，是导致固溶强化的主要原因。

⑵线缺陷——位错，是导致加工硬化的主要原因。

⑶面缺陷——晶界，是细晶强化的主要原因。

2-5 控制液体结晶时晶粒大小的方法有哪些？

答：见P101.3.4.2液态金属结晶时的细晶方法。⑴增加过冷度；⑵加入形核剂（变质处理）；⑶机械方法（搅拌、振动等）。

2-8 在铁-碳合金中主要的相是哪几个？可能产生的平衡组织有哪几种？它们的性能有什么特点？

答：在铁-碳合金中固态下主要的相有奥氏体、铁素体和渗碳体。可能产生的室温平衡组织有铁素体加少量的三次渗碳体（工业纯铁），强度低塑性好；铁素体加珠光体（亚共析钢），珠光体（共析钢），珠光体加二次渗碳体（过共析钢），综合性能好；莱氏体加珠光体加二次渗碳体（亚共晶白口铸铁），莱氏体（共晶白口铸铁），莱氏体加一次渗碳体（过共晶白口铸铁），硬度高脆性大。

思考题

1. 铁-碳合金相图反映了平衡状态下铁-碳合金的成分、温度、组织三者之间的关系，试回答：

⑴随碳质量百分数的增加，铁-碳合金的硬度、塑性是增加还是减小？为什么？

⑵过共析钢中网状渗碳体对强度、塑性的影响怎样？

⑶钢有塑性而白口铁几乎无塑性，为什么？

⑷哪个区域的铁-碳合金熔点最低？哪个区域塑性最好？

﹡⑸哪个成分结晶间隔最小？哪个成分结晶间隔最大？

答：⑴随碳质量百分数的增加，硬度增加、塑性减小。因为随碳质量百分数的增加，渗碳体量增加而硬度增加，铁素体量减少而塑性减少。即硬度只与渗碳体量多少有关，塑性只与铁素体量多少有关。

⑵过共析钢中网状渗碳体对强度、塑性均降低。因为网状渗碳体破坏了基体的连续性导致强度下降。

⑶塑性主要与铁-碳合金中的铁素体相含量多少有关，铁素体相含量越多塑性越好。钢含碳量低（ωc＜2.11％）铁素体相含量多形成综合力学性能好的珠光体为基体而有塑性，白口铁含碳量高（ωc＞2.11％）,渗碳体相含量高形成硬而脆的莱氏体为基体而几乎没有塑性。

⑷共晶点成分合金（ωc﹦4.3％）的熔点最低，奥氏体区（GSEJNG）塑性最好（面心立方晶格）。

﹡⑸ C点共晶成分（ωc＝4.3％）、组元纯铁Fe（ωc﹦0％）及渗碳体Fe3C（ωc﹦6.69％）的结晶间隔最小（为零），E点（ωc＝2.11％）成分结晶间隔最大。

2. 简述ωc﹦0.4％的钢从液态冷却到室温时的结晶过程及组织。

答：ωc﹦０.４％的钢属于亚共析钢，结晶过程为：

Ｌ→Ｌ﹢Ａ→Ａ→Ａ﹢Ｆ→Ｐ﹢Ｆ

思考２－２２－４２－６

第二章：

3-1 什么是珠光体、贝氏体、马氏体？它们的组织及性能有何特点？

答：珠光体（P）—铁碳合金平衡状态下，在PSK线（727℃）发生共析转变的转变产物，即铁素体片和渗碳体片交替排列的机械混合物组织。强度比铁素体和渗碳体都高，塑性、韧性和硬度介于铁素体和渗碳体之间。热处理后可得到在铁素体基体上分布着粒状渗碳体的粒状珠光体，综合性能更好。

贝氏体（B）—从550℃到Ms范围内中温转变、半扩散型转变的非平衡组织，即含过饱和碳的铁素体和渗碳体的非片层状混合物组织。按组织形态不同分羽毛状的上贝氏体（B上）和针片状的下贝氏体（B下）。上贝氏体脆性大无实用价值，下贝氏体的铁素体针细小，过饱和度大，碳化物弥散度大，综合性能好。

马氏体（M）—Ms-Mf之间低温转变、非扩散型转变的非平衡组织，即过饱和碳的α固溶体。体心正方晶格，分板条马氏体（低碳马氏体ωc＜0.20％,位错马氏体），强韧性较好；针状马氏体（高碳马氏体ωc＞1.0％，孪晶马氏体），大多硬而脆；ωc在0.2％～1.0％之间为两者的混合组织。马氏体的含碳量越多，硬度越高，马氏体有弱磁性。A→M,体积要膨胀，产生较大的内应力。

3-８什么是淬火？淬火的目的是什么？常用的淬火方法有哪几种？说明各种淬火方法的优缺点及其应用范围。

答：淬火－将钢加热到高温奥氏体化后以大于临界冷却速度ＶＫ冷却获得马氏体或贝氏体的工艺。淬火的目的是使钢获得高硬度的组织。常用的淬火方法有单介质淬火、双介质淬火、分级淬火和等温淬火。单介质淬火操作简单但淬火应力大，双介质淬火可降低淬火应力，但经验要求高，分级淬火操作易控制且能有效降低淬火应力，但受尺寸限制只宜小件，等温淬火获得下贝氏体组织，强韧性好且变形小，同样受尺寸限制。适用于处理形状复杂、要求变形小或韧性高的合金钢零件。

3-1０钢淬火后为什么一定要回火？说明回火的种类及主要应用范围。

答：钢淬火后一般不能直接使用，因为：①零件处于高应力状态（＞300～500MPa），放置或使用时很容易变形和开裂；②淬火态的组织（M＋A）是极端非平衡的亚稳定状态，有向稳定组织转变的自发趋向，放置或使用中组织转变，引起性能和尺寸变化；③淬火状态一般是同种钢最硬状态，但不一定是使用所要求的状态。回火的目的：①降低或消除淬火应力；②

回火的种类及主要应用范围见下表。

思考题

１. 试说明下列钢件应采用何种退火工艺、退火的目的及退火后的组织：

⑴经冷轧后的１５钢钢板，要求降低硬度；

⑵铸造成形的机床床身；

⑶经锻造过热（晶粒粗大）的ωｃ﹦０.６０％的锻件；

⑷具有片状渗碳体组织的Ｔ１２钢件。

正火与退火的主要区别有哪些？生产中应如何选择？

答：⑴再结晶退火，消除加工硬化；

⑵去应力退火，消除铸造应力；

⑶完全退火，细化晶粒；

⑷球化退火，改善切削加工性能和为最终热处理作组织准备。

正火与退火的主要区别是：⑴冷却速度不同，正火冷却速度比退火快；⑵退火分相变退火和不相变退火，正火必须加热到奥氏体区；⑶组织性能，正火比退火的析出相（Ｆ、Ｆｅ３Ｃ）少，组织细，强度硬度高，塑性韧性也好。生产中选择⑴改善切削加工性能，一般ωｃ＜０.５％的钢用正火，提高硬度，ωｃ＞０.５％的钢用退火，降低硬度；⑵消除过共析钢网状二次渗碳体只能用正火；⑶在许可情况下优先用正火，提高生产率和经济效率。

２. 在什么情况下采用表面淬火、表面化学热处理、表面形变强化及其他表面处理？用20（ωc＝0.20％）钢进行表面淬火和用45（ωc＝0.45％）钢进行渗碳处理是否合适？为什么？

答：表面淬火是使表面获得高硬度高耐磨性的淬火组织而工件内部仍保持原有组织与性能。使零件整体获得“表硬心韧”的性能，用于要求能承受一定冲击并且表面承受摩擦磨损的零件（如齿轮的轮齿，机床的道轨，轴及花键轴等）。表面淬火只能少量提高表面硬度，一般用于中碳结构钢和中碳低合金结构钢，有时也用于冲击较小的高碳钢刃具、模具及铸铁件。

表面化学热处理是通过改变表层化学成分来改变表层组织、性能。同样获得“表硬心韧”的性能，化学热处理和表面淬火都属于表面热处理，但化学热处理能更有效地提高表层性能。渗碳用于承受冲击更大，耐磨性要求更高的零件，用低碳结构钢和低碳合金结构钢。渗氮用于显著提高表面硬度和耐磨性，疲劳强度和抗蚀性，氮化温度低，变形小，但周期长，成本高，只用于对耐磨性和精度要求更高的零件或要求抗热、抗蚀的耐磨件，如发动机气缸、排气阀、精密机床丝杠、镗床主轴等。氮化用中碳合金结构钢（38CrMoAl是氮化专用钢）。

表面形变强化是通过对零件表面产生塑性变形，产生加工硬化，提高表面性能，产生较大的残余应力，提高疲劳强度，并可清除表面氧化皮，延长使用寿命。特别适用于有缺口的零件、零件的截面变化处、圆角、沟槽及焊缝区等部位的强化。广泛用于弹簧、齿轮、叶片、飞机零件等。

其他表面处理有高能束表面改性（激光、电子束）、电镀及化学镀、气相沉积技术、热喷涂技术、化学转化膜技术等。主要目的是对材料表面进行特殊的强化或作某些功能处理，以提高表面硬度、耐磨性、耐蚀性、耐热性，或提高零件的装饰性，或改变表面的电、磁性能等。表面改性技术一般不改变基体材料的成分或组织。

20钢进行表面淬火不合适，低碳钢表面淬火后表面硬度并不高（≤50HRC），不耐磨；45钢进行渗碳处理以不合适，中碳钢渗碳热处理后心部的韧性不够，不能承受较大的冲击。思考３－３３－４３－６３－７３－１１

4-2何谓调质钢？从钢号如何判别是否为调质钢?合金调质钢中常加入的合金元素有哪些？为达到调质钢相近的强韧性能，还可选用哪些钢种？

答：调质钢是指在调质处理（淬火＋高温回火）状态下使用的钢种。一般为中碳结构钢和中碳合金结构钢。从钢号判别调质钢主要从①含碳量的表示方法，必须用两位数表示的，说明是结构钢；②含碳量的高低，必须是中碳钢范围，即ωc＝0.25％～0.55％。合金调质钢中常加入合金元素有: ①提高淬透性并产生固溶强化的主加元素Mn、Si、Cr、Ni、B 等；②形成稳定碳化物，阻止加热时奥氏体晶粒长大，起细晶强韧化作用的辅加元素Ti、V、W、Mo等，Mo、W还能防止产生高温回火脆性。合金元素可明显提高钢的抗回火能力。为达到调质钢相近的强韧性，①部分中碳钢钢种（如45MnV、35MnS）通过控制锻造工艺参数直接生产零件，可达调质的性能；②部分低、中碳钢钢种（如20CrMnTi、20MnV、15MnVB、27SiMn、20SiMnMoV等）处理成低碳马氏体（淬火低温回火）或下贝氏体（等温淬火），可代替调质钢。

﹡４–４高碳刃具钢、高碳滚动轴承钢、高碳冷作模具钢的热处理方法、使用状态组织及性能有何异同处？

答：用表分析：

４–７填写表４–２１.说明表中铸铁牌号的了类别、符号和数字的含义、组织特点和用途。

表４－２１铸铁牌号的类别、符号和数字的含义、组织特点和用途

4-8填写表4-22，指出表中金属材料的类别、牌号或代号的含义、特性和主要用途。

表4-22 金属材料的类别、牌号或代号的含义、特性和主要用途

思考题

2．不锈钢耐蚀的原理是什么？试比较1Cr13、1Cr18Ni9及1Cr18Ni9Ti的耐蚀性及强度。实际使用中该如何选用？

答：⑴加ωCr＞12％提高基体的电极电位；⑵形成致密、稳定、牢固的Cr2O3氧化膜，减小或阻断腐蚀电流；⑶在室温下形成单相铁素体或奥氏体。含碳量越低或含铬量越高越耐腐蚀。三者含碳量相同，故耐蚀性1Cr18Ni9Ti＞1Cr18Ni9＞1Cr13，Ti防止晶间腐蚀。强度1Cr13为马氏体不锈钢强度高，后二者为奥氏体不锈钢强度低。实际使用中按使用时对耐蚀性和对强度的要求选用。

思考 4-1

第三章

5-1热固性与热塑性塑料的区别和特点大致有哪些?分别简述你常用（或常接触）的三种热固性与热塑性塑料的特性及用途。

答：热固性与热塑性塑料的区别大致有：热塑性塑料①线型（含支链型）分子结构；②受热软化可再生。热固性塑料①体网型分子结构；②固化后不溶、不熔，不可再生。

特点有：热塑性塑料具有较高的机械性能，加工成型简便，缺点为耐热性和刚性差；热固性塑料具有耐热性高，受压不易变形，结构便宜，缺点是生产率低。常见热塑性和热固性塑料的特性及用途见下表：

思考 5-3 5-4

6-7根据下列零件的性能要求及技术条件，试选择热处理工艺方法并说明理由。

①用45钢制作的某机床主轴，其轴颈部分与轴承接触，要求耐磨，52～56HRC,硬化

层深1mm。

②用20CrMnTi制作的某汽车传动齿轮，要求表面具有高硬度及高耐磨性，58～63HRC,

硬化层深0.8mm。

③用65Mn制作直径为5mm的某弹簧，要求具有高弹性，38～40HRC，回火屈氏体组织。

④用HT200制作减速器壳，要求具有良好的刚度、强度、尺寸稳定性。

答：①预先热处理正火，最终热处理调质加轴颈部分表面淬火低温回火。调质使整体获得良好的综合机械性能，高频感应加热表面淬火低温回火使轴颈部分获得高硬度、高耐磨性。

②预先热处理正火，最终热处理渗碳淬火低温回火。渗碳使表面为高碳钢，淬火低温回火

获得高硬度，高耐磨性。

③淬火中温回火，获得回火屈氏体，具有高弹性。

④去应力退火，消除铸造应力。

6-8汽车、拖拉机变速箱齿轮多用渗碳钢制造，而机床变速箱齿轮又多采用调质钢制造，原因何在？

答：汽车、拖拉机变速箱齿轮承受冲击力较大，多用渗碳钢制造经渗碳淬火低温回火后使用；而机床变速箱齿轮受力平稳冲击载荷小，多采用调质钢制造经调质表面淬火低温回火后使用。

思考题

﹡1. 指出下列零件在选材和制定热处理技术条件中的错误，并说明理由及改进意见。

①直径30mm、要求良好综合力学性能的传动轴，材料用20钢，热处理技术条件：

调质40～45HRC。

②转速低、表面耐磨及心部强度要求不高的齿轮，材料用45钢，热处理技术条件：

渗碳＋淬火，58～62HRC。

③弹簧（直径Φ15mm），材料用45钢，热处理技术条件：淬火＋回火，55～60HRC。

④机床床身，材料用QT400-15，采用正火热处理。

⑤表面要求耐磨的凸轮，选用45钢，热处理技术条件：淬火、回火，60～63HRC。

答：①分析：要求良好综合力学性能的传动轴，应选中碳结构钢（或中碳合金结构钢）调质热处理。材料用20钢（低碳钢）不对，强度不够，要求40～45HRC指标高了（25～35HRC），调质达不到。改进：根据题目要求结合本题条件，材料选40Cr钢（D0油＝20～40mm），850℃油淬＋520℃回火，30～35HRC。

②转速低，表面耐磨及心部强度要求不高的齿轮，应选中碳结构钢（或中碳合金结构钢），

正火或调质，表面淬火＋低温回火。正火心部硬度为160～200HBS，调质心部硬度为200～280HBS，表面淬火低温回火后表面硬度为50～55HRC。材料选用是可以的，但渗碳＋淬火不对，成本太高。改进：材料用45钢，正火＋表面淬火＋低温回火，心部硬度160～200HBS，表面硬度为50～55HRC。

③分析：弹簧应选高碳结构钢或中碳合金结构钢及高碳合金结构钢，淬火＋中温回火，

35～50HRC。选45钢（中碳结构钢）不对，弹性极限低，55～60HRC只能淬火＋低温回火才能达到且太脆。改进：材料选 65Mn钢（截面≤15mm），830℃油淬＋540℃回火，45～50HRC。

④机床床身，受压且要求消振性好，铸铁受压性能都好，但消振性灰铸铁最好，灰铸铁是

机床床身的首选材料。材料用QT400-15 不对。改进：材料用HT200即可。

⑤表面要求耐磨的凸轮，应选中碳结构钢或中碳合金结构钢，正火或调质，表面淬火＋低

温回火。改进：材料用45钢，正火＋表面淬火＋低温回火，58～62HRC。

第四章

7-1﹡铸造的成形原理是什么？这种成形原理有什么特点？

答：铸造的成形原理是“液态成形”—即将金属液注入铸型型腔中，冷却凝固后获得所需的铸件。特点有：①适应性很广，工艺灵活性大（合金种类、形状、大小、生产批量等几乎不受限制）。②成本较低，原辅材料广泛（铸件与零件形状相似、尺寸相近，降低成形和加工成本）。缺点是：铸造工艺过程较繁杂，生产周期长，易产生铸造缺陷（缩孔、缩松、气孔、夹渣、变形等）；铸件品质不够稳定，性能比锻造低得多，对环境有污染，劳动环境较差。

7-3何谓合金的铸造性能？若合金的铸造性能不好，会引起哪些铸造缺陷？

答：合金的铸造性能—是指合金材料对一定铸造工艺的适应程度即获得形状完整、轮廓清晰、品质合格的铸件的能力。若合金的铸造性能不好，会带来铸造生产成本提高或无法得到合格铸件的后果。

7-6铸造应力有哪几种？从铸件结构和铸造技术两方面考虑，如何减小铸造应力、防止铸件变形和裂纹？

答：铸造应力主要有热应力和机械应力两类。从铸件结构和铸造技术两方面考虑，减小铸造应力，防止铸件变形的措施有：⑴对体收缩小的合金，铸造工艺上采用“同时凝固原则”减小各部位间的温差减小热应力；⑵对铸件结构尽可能减小壁厚差异，增加铸件刚度；

⑶采用反变形法减小变形；⑷去应力退火。防止裂纹的措施：⑴良好的型砂（芯砂）的退让性；⑵限制S、P含量防止冷、热脆性。⑶降低内应力防止变形的措施。

7-10﹡比较熔模铸造、金属型铸造、压力铸造、离心铸造与砂型铸造，它们各有何特点？

其应用的局限性为何？

答：熔模铸造与砂型铸造相比：①铸件精度高，表面质量好；②可制造形状复杂铸件；

③铸造合金种类不受限制；④生产批量基本不受限制。缺点是工序繁杂，生产周期长，生产成本较高，铸件不宜太大、太长，一般＜25Kg。主要用于生产汽轮机和燃气轮机的叶片，泵的叶轮，切削刀具及中、小型零件

金属型铸造与砂型铸造相比：①尺寸精度高，表面粗糙度小，机械加工余量小；②晶粒细，力学性能好；③可一型多铸，提高劳动生产率，且节约造型材料。但缺点有金属型的制造成本高，用于大批量生产，不宜生产大型（尺寸在300mm以内，质量≤8Kg）、形状复杂和薄壁铸件；冷却快，铸铁件表面易产生白口，切削加工困难；受金属型材料熔点的限制，熔点高的合金不适用，用于铜合金、铝合金铸件大批量生产。

压力铸造与砂型铸造相比：①尺寸精度高，表面质量好；②可压铸薄壁、形状复杂及很小孔和螺纹的铸件；③铸件强度和表面硬度较高；④生产率高。缺点易产生皮下气孔，压铸件不能热处理，也不能在高温工作；易产生缩孔和缩松；不宜小批量生产。主要用于生产锌合金、铝合金、镁合金和铜合金等铸件。

离心铸造与砂型铸造相比：①不用型芯即可铸出中空铸件；②离心力提高金属充填铸型的能力，可使一些流动性较差的合金和薄壁铸件用离心铸造生产；③产生缩孔、缩松、气孔和夹杂等缺陷的概率较小；④节约金属（无浇注系统和冒口）。缺点是铸件的内表面上尺寸

不精确，质量较差；易产生成分（密度）偏析。主要用于铸铁管、汽缸套、铜套、双金属轴承、无缝管坯、造纸机滚筒等。

思考 7-7 7-10

8-2 为什么金属材料的固态塑性成形不像铸造那样具有广泛的适应性？

答：金属材料的固态塑性成形原理是在外力作用下金属材料通过塑性变形，以获得具有一定形状、尺寸和力学性能的毛坯或零件。要实现金属材料的固态塑性变形必须金属材料要具备一定的塑性且有外力作用其上。金属材料的固态塑性成形受到内、外两方面因素的制约，内因指金属本身能否进行固态塑性变形和可形变的能力大小；外因指需要多大的外力及外界条件（温度、变形速度、应力状态等）的影响。故金属材料的固态塑性变形不如铸造成形那样具有广泛的适应性，不能压力加工脆性材料（铸铁、铸铝合金等）和形状特别复杂（尤其是内腔形状复杂）或体积特别大的毛坯或零件，此外，压力加工设备和模具投资较大。

8-5 提高金属材料可锻性最常用且有效的方法是什么？为何这样？

答：提高金属材料可锻性最常用且有效的方法是提高塑性变形温度。随温度升高，金属材料的塑性（δ、ψ）增加，变形抗力降低。

﹡8-9 下列图示零件（图8.77、图8.78、图8.79）2若各自分别按单件小批量、成批量和大批量的锻造生产毛坯，试解答：

⑴根据生产批量选择锻造方法。

⑵由选取的锻造方法绘制出相应的锻造过程图（锻件图）。

⑶确定所选锻造过程的工序，并计算坯料的质量和尺寸。

答：⑴单件小批量锻造生产均选自由锻、成批量锻造生产均选模锻、大批量锻造生产分别选辊环轧制、齿轮齿形轧制和楔横轧。

⑵、⑶略。

8-10 落料或冲孔与拉深过程凹、凸模结构及间隙Z有何不同？为什么？

答：落料或冲孔与拉深过程凹、凸模结构在于落料或冲孔的凹、凸模有锋利的刃口切断材料而拉深过程凹、凸模有适当的圆角；拉深过程凹、凸模间隙Z（Z≈0.1s）比落料或冲孔凹、凸模间隙Z（Z≈1.1s）大得多，容材料。

思考 8-6 8-7 8-9

第五章

9-1颗粒状材料的成形原理是什么？这种成形原理有什么特点？

答：颗粒状材料的成形原理—用金属粉末做原料，经压制成形后烧结而制造出各种类型的零件和产品的成形方法。粉末（颗粒材料）兼有液体和固体的双重特性，即整体具有一定的流动性和每个颗粒本身的塑性。

粉末压制具有以下特点：⑴能够生产其他方法不能或很难制造的制品。可制取难熔、极硬和特殊性能的材料（钨丝、硬质合金、耐热材料等）及生产净形和近似净形的优质机械零件（多孔含油轴承、精密齿轮等）；⑵材料利用率很高（接近100％）；⑶其他方法可以制造但粉末冶金法更经济；⑷适宜大批量生产的零件。

思考 9-2

﹡10-1 什么是焊接热影响区？为什么会产生焊接热影响区？焊接热影响区对焊接接头有

何影响？如何减小或消除这些影响？

答：焊接热影响区—指熔化焊在电弧热的作用下，焊缝两侧处于固态的母材发生组织或性能变化的区域。是由于各处受热不同引起的。焊接热影响区各处受热不同，其组织变化不同，性能不同。分过热区、正火区和部分相变区，过热区奥氏体晶粒急剧长大，性能很差。在保证焊接接头品质的前提下，增加焊接速度或减少焊接电流（减少热量）都能使熔合区、过热区变小，减小或消除其影响。

10-2产生焊接应力和变形的原因是什么？防止焊接应力和变形的措施有哪些？

答：产生焊接应力的原因是焊接过程中对焊件进行了局部的不均匀的加热，使焊件各个部分的热胀冷缩极不一致而产生相互制约形成的。当焊接应力超过材料的屈服强度时（σ焊＞σs）就会造成焊件变形。

减小焊接应力的措施：主要从焊缝结构设计和焊接过程两方面考虑。⑴合理地设计焊接构件（核心问题是焊缝布置），在保证结构承载能力下，尽量减少焊缝数量、焊缝长度及焊缝截面积；要使结构中所有焊缝尽量处于对称位置；对厚大件应开两面坡口进行焊接，避免焊缝交叉或密集。此外，提高材料的塑性或降低刚性也能降低焊接应力。⑵采取必要的焊接技术措施，①选择合理的焊接顺序（使焊缝自由收缩）；②焊前预热（减小温差使其较均匀的收缩同时可适当提高塑性）；③加热“减应区”（反向变形减少焊缝收缩约束）；④反变形法（用反方向变形来抵消焊接变形）；⑤焊后热处理(消除焊接应力)。

减小变形的措施：降低焊接应力或提高材料的屈服强度或刚度（刚性夹持法），能减小变形。已产生焊接变形的可通过矫正方法减小变形。

10-5焊接低合金高强度结构钢时，应采取哪些措施防止冷裂纹的产生？

答：焊接低合金高强度结构钢时，应采取①尽可能选低氢型焊条或碱度高的焊剂和适当的焊丝配合。②焊前预热，温度≥150℃。③焊后缓冷，去应力退火。

思考 10-4 10-6

思考 11-1

思考 12-1 12-6