1、1.工程材料的主要性能分為（1） 使用 性能和（2） 工藝 性能。（1）又包括力學(xué)性能、 物理性能和化學(xué)性能等。,作業(yè)1 工程材料,2.金屬的變形包括 彈性 變形和 塑性 變形。,一、填空題,3.通過拉伸試驗(yàn)可測(cè)得的強(qiáng)度指標(biāo)主要有 屈服強(qiáng)度 和 抗拉強(qiáng)度 ；可測(cè)得的塑性指標(biāo)有 延伸率 和 斷面收縮率 。,5.實(shí)際金屬的晶體缺陷有點(diǎn)缺陷（空位或間隙原子）、線缺陷（位錯(cuò)）和面缺陷（晶界）。,4.常見的金屬晶格類型有體心立方晶格、面心立方晶格和密排六方晶格三種類型。Fe屬于體心立方晶格，F(xiàn)e屬于面心立方晶格，F(xiàn)e屬于體心立方晶格。,6.金屬的理論結(jié)晶溫度與實(shí)際結(jié)晶溫度之差稱為過冷度。金屬的冷卻速度越

2、快，過冷度越大，獲得的晶粒越細(xì)。,7.細(xì)化金屬材料的晶粒，可使金屬的強(qiáng)度、硬度 提高，塑性、韌性 提高 ；在生產(chǎn)中常用的細(xì)化晶粒的方法有增大過冷度、 變質(zhì)處理、機(jī)械攪拌和振動(dòng)；壓力加工再結(jié)晶；熱處理。,8.合金的晶體結(jié)構(gòu)有固溶體和金屬化合物，其中固溶體具有良好的塑性，金屬化合物具有高的硬度和脆性。,10.鐵碳合金相結(jié)構(gòu)中，屬于固溶體的有鐵素體和奧氏體；其中鐵素體是碳在Fe中形成的固溶體。,11.鐵碳合金的力學(xué)性能隨含碳量的增加，其強(qiáng)度和硬度增高，而塑性和韌性降低。但當(dāng)wC1.0%時(shí)，強(qiáng)度隨其含碳量的增加而降低。,9.在鐵碳合金的基本組織中，珠光體屬于復(fù)相結(jié)構(gòu)，它由鐵素體和滲碳體按一定比例組成，

3、珠光體用符號(hào)P表示。,12.鐵碳合金中，共析鋼wC為0.77%，室溫平衡組織為P；亞共析鋼wC為0.77%，室溫平衡組織為P+Fe3C；共晶白口生鐵wC為 4.3%，室溫平衡組織為L(zhǎng)d；亞共晶白口生鐵wC為4.3%，室溫平衡組織為Fe3CI+Ld。,13.鋼是以Fe為主要元素，含碳量一般在2.11%以下，并含有其他元素的材料。鋼按化學(xué)成分可分為碳素鋼、合金鋼和特殊性能鋼三類；鋼按主要質(zhì)量等級(jí)分類，可分為普通鋼、優(yōu)質(zhì)鋼和高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼三類。合金鋼均屬于優(yōu)質(zhì)鋼和高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼質(zhì)量等級(jí)鋼。,14. 20CrMnTi鋼按化學(xué)成分分類，它屬于結(jié)構(gòu)鋼中的合金鋼，適宜制造齒輪等較重要的零件。,16. GCr9、GC

4、r15鋼按化學(xué)成分分類，它們屬于結(jié)構(gòu)鋼中的合金鋼，主要用來制造軸承套圈、滾珠、滾柱。,15. 40Cr、40CrMo鋼按化學(xué)成分分類，它們屬于結(jié)構(gòu)鋼中的合金鋼，適宜制造主軸、連桿等零件。,二、簡(jiǎn)答題與應(yīng)用題 1.材料的常用力學(xué)性能指標(biāo)有那些？若某種材料的零件在使用過程中突然發(fā)生斷裂，是由于那些力學(xué)性能指標(biāo)不足所造成的？,(1)常用力學(xué)性能指標(biāo)有: 強(qiáng)度、塑性、剛度、硬度、沖擊韌性、疲勞強(qiáng)度。,(2) 零件在使用過程中突然發(fā)生斷裂，是由于強(qiáng)度、塑性、沖擊韌性、疲勞強(qiáng)度等力學(xué)性能指標(biāo)不足所造成的。,2畫出低碳鋼的應(yīng)力-應(yīng)變曲線，并簡(jiǎn)述拉伸變形的幾個(gè)階段。,b,oe段：彈性變形 esbk段：塑性變形

5、 s點(diǎn):屈服點(diǎn) b點(diǎn)：最大應(yīng)力點(diǎn) k點(diǎn)：斷裂點(diǎn),3圖1-1所示為三種不同材料的拉伸載荷（拉力）-變形量（伸長(zhǎng)量）曲線（試樣尺寸相同），試比較這三種材料的抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度和塑性的大小。,抗拉強(qiáng)度：213 屈服強(qiáng)度：132 塑性：321,圖1-1 拉伸曲線,4. 用20鋼制成10、標(biāo)距30的試樣作拉伸試驗(yàn)，測(cè)得屈服時(shí)的拉力為21630N，斷裂前的最大拉力為34940N，拉斷后測(cè)得標(biāo)距長(zhǎng)度為65，斷裂處直徑為5。試計(jì)算b、s、的值。,5. 零件的失效形式有哪些？影響失效的基本因素有哪些？,（1）斷裂、塑性變形、過量彈性變形、磨損、腐蝕等。,（2）設(shè)計(jì)因素、材質(zhì)因素、工藝因素和安裝使用不當(dāng)。,6.什

6、么是同素異晶轉(zhuǎn)變？請(qǐng)繪出純鐵的冷卻曲線，并指出同素異晶轉(zhuǎn)變溫度和晶格類型 。,（1）固態(tài)下隨著溫度的變化，金屬的晶體結(jié)構(gòu)從一種晶格類型轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N晶格類型的過程。,8.圖1-1所示為部分的鐵碳合金狀態(tài)圖，請(qǐng)?jiān)谟疫叺腡-t圖中畫出含碳量為0.45%的鐵碳合金的結(jié)晶過程并標(biāo)注出各溫度段的組織。,L,L+A,A+F,F+P,A,11. 填表回答：,一、填空題1液態(tài)金屬的充型能力主要取決于合金的流動(dòng)性。流動(dòng)性不好的合金鑄件易產(chǎn)生澆不足和冷隔、氣孔、夾渣等鑄造缺陷。2影響液態(tài)合金流動(dòng)性的主要因素有合金的化學(xué)成分、合金的物理性質(zhì)、合金的溫度、不溶雜質(zhì)和氣體等。合金的凝固溫度范圍越寬，其流動(dòng)性越 差 。3任

7、何一種液態(tài)金屬注入鑄型以后，從澆注溫度冷卻至室溫都要經(jīng)歷三個(gè)相互聯(lián)系的收縮階段，即 液態(tài)收縮 、凝固收縮 和 固態(tài)收縮 。導(dǎo)致鑄件產(chǎn)生縮孔和縮松的根本原因是液態(tài)收縮和凝固收縮 ；導(dǎo)致鑄件產(chǎn)生應(yīng)力、變形、裂紋的原因是固態(tài)收縮 。,金屬材料成形基礎(chǔ)作業(yè)（2）,4鑄件在凝固過程中所造成的體積縮減如得不到液態(tài)金屬的補(bǔ)充，將產(chǎn)生縮孔或縮松。凝固溫度范圍窄的合金，傾向于“逐層凝固”，因此易產(chǎn)生縮孔；而凝固溫度范圍寬的合金，傾向于“糊狀凝固”，因此易產(chǎn)生縮松。 5準(zhǔn)確地估計(jì)鑄件上縮孔可能產(chǎn)生的位置是合理安排冒口和冷鐵的主要依據(jù)。生產(chǎn)中確定縮孔位置的常用方法有畫等溫線法、內(nèi)切圓法和計(jì)算機(jī)模擬凝固法等。 6順序

8、凝固原則主要適用于 逐層凝固的合金，其目的是消除縮孔；同時(shí)凝固原則主要適用于 糊狀凝固的合金，其目的是減小應(yīng)力。,7鑄件在冷卻收縮過程中，因壁厚不均等因素造成鑄件各部分收縮的不一致引起內(nèi)應(yīng)力，這種應(yīng)力稱之為熱應(yīng)力；鑄件收縮受到鑄型、型芯及澆注系統(tǒng)的機(jī)械阻礙而產(chǎn)生的應(yīng)力稱為機(jī)械應(yīng)力。 8砂型鑄造制造鑄型的過程，可分為手工造型和機(jī)器造型。各種機(jī)器造型機(jī)械按緊實(shí)型砂的特點(diǎn)不同分為震壓造型、微震壓實(shí)、高壓造型、拋砂造型等。 9特種鑄造主要包括熔模鑄造、金屬型鑄造、壓力鑄造和離心鑄造 等。 10在大批量生產(chǎn)條件下，下列鑄件宜選用的鑄造方法是： 機(jī)床床身 砂型鑄造，鋁活塞 壓力鑄造， 鑄鐵污水管 離心鑄造

9、，汽輪機(jī)葉片 壓力鑄造,（1）液態(tài)合金的充型能力是液體金屬充滿鑄型型腔，獲得尺寸精確、輪廓清晰的成形件（鑄件）的能力。,（2）影響液態(tài)合金充型能力的因素有合金的流動(dòng)性、澆注條件、鑄型充填條件。,（1）合金在鑄造生產(chǎn)條件下，獲得優(yōu)質(zhì)鑄件的難易程度。 （2）流動(dòng)性和收縮。合金的流動(dòng)性越好、收縮越小，鑄造性能越好。,2什么是合金的鑄造性能？衡量合金鑄造性能的主要指標(biāo)是什么 ？其是如何影響的？,二、簡(jiǎn)答題與應(yīng)用題： 1什么是液態(tài)合金的充型能力？影響液態(tài)合金充型能力的因素有哪些？,3現(xiàn)采用鑄造方法澆注三根直徑分別為10mm、30mm、60mm的灰口鑄鐵試棒，測(cè)得它們的抗拉強(qiáng)度均為200MPa，問這三根試

10、棒的成分是否相同？牌號(hào)是否相同？若不相同，應(yīng)有何區(qū)別？,1）牌號(hào)相同，成分不同。,2）因?yàn)殍T鐵的牌號(hào)是用強(qiáng)度來表示的，其強(qiáng)度相同，則牌號(hào)相同。而影響鑄鐵組織和性能的因素是化學(xué)成分和冷卻速度兩個(gè)因素。試棒的直徑不同冷卻速度不同，要獲得同一強(qiáng)度，必須調(diào)整其化學(xué)成分，即10mm的試棒其碳硅含量較高,而30mm、60mm的試棒其碳硅含量依次降低 。,4有一測(cè)試鑄造應(yīng)力用的應(yīng)力框鑄件，如圖2-1所示，凝固冷卻后，用鋼鋸沿A-A線鋸斷30的粗桿 ，此時(shí)斷口間隙的大小會(huì)發(fā)生什么變化？為什么？,1）變大。,2）因?yàn)槟汤鋮s后，30的粗桿處于拉應(yīng)力狀態(tài)，10的細(xì)桿處于壓應(yīng)力狀態(tài)。當(dāng)沿A-A鋸斷后，粗桿給予細(xì)桿的

11、壓力被釋放，細(xì)桿的彈性壓縮變形恢復(fù)伸長(zhǎng)，所以斷口間隙會(huì)變大。,圖2-1 鑄造應(yīng)力框鑄件,5. 灰口鑄鐵的組織和性能決定于什么因素？為什么在灰口鑄鐵中，碳硅含量越高，則其強(qiáng)度越低？,1）灰口鑄鐵的組織和性能決定于化學(xué)成分和冷卻速度。,2）因?yàn)樘?、硅含量越高，鑄鐵中的石墨片就越粗大，石墨數(shù)量也越多，對(duì)基體的破壞就越嚴(yán)重。同時(shí)基體中鐵素體的量增加，珠光體的量減少。所以鑄鐵的強(qiáng)度越低。,6有一包鐵水，其成分為wC3.2%，wSi=1.8%，澆成階梯型鑄件，如圖2-2所示。試問在五個(gè)厚度不同的截面上的組織是否相同，各是何種組織？,1）不同。,2）由于鑄件壁厚不同，其各部分冷卻速度不同。壁厚5、10、20

12、、30、40mm處的組織分別為麻口組織（Ld石墨)、P石墨、P石墨、F+P石墨、F+石墨。,圖2-2 階梯鑄件,7.某廠鑄造一個(gè)1500mm的鑄鐵頂蓋，有如圖2-3所示兩種設(shè)計(jì)方案，試分析哪種方案易于生產(chǎn)？并簡(jiǎn)述其理由。,（1）方案a易于生產(chǎn)； （2）由于鑄件的尺寸很大，壁厚較薄，屬于大平面結(jié)構(gòu)。鑄件上的大平面極易產(chǎn)生澆不足、夾砂、夾渣、氣孔等缺陷，圖（a）的方案，一方面避免了上述不利因素，還因?yàn)榫哂辛艘欢ǖ慕Y(jié)構(gòu)斜度，有利于造型。,圖2-3 鑄鐵頂蓋的兩種設(shè)計(jì)方案,8.分析圖2-4所示零件分型方案的優(yōu)缺點(diǎn)，并選擇其中與零件生產(chǎn)類型相適應(yīng)的分型方案。,大批量生產(chǎn),單件生產(chǎn),1,2,方案1,方案1

13、,方案2,方案2,圖(b)方案1:優(yōu)點(diǎn)是起模高度小,砂箱高度減小;缺點(diǎn)是分開模造型對(duì)合箱精度要求較高,不易保證整個(gè)螺紋內(nèi)孔表面的質(zhì)量,且需要砂芯. 方案2:優(yōu)點(diǎn)是整體模造型，鑄件的尺寸精度易于保證；鑄件螺紋內(nèi)孔表面質(zhì)量均勻；可以直接鑄出鑄件的內(nèi)腔，省去了型芯。缺點(diǎn)是下砂箱高度大,起模高度較大. 單件生產(chǎn)時(shí)，應(yīng)選擇方案2。,答：圖(a）方案1：優(yōu)點(diǎn)是起模高度小,砂箱高度減小;缺點(diǎn)是分開模造型對(duì)合箱精度要求較高. 方案2: 優(yōu)點(diǎn)是整體模造型不會(huì)因錯(cuò)箱造成鑄件廢品,鑄件精度易于保證;缺點(diǎn)是下砂箱高度大,起模高度較大,不易起模,機(jī)器造型采用型板時(shí)內(nèi)腔1不易形成. 在大批量生產(chǎn)時(shí)，應(yīng)選擇方案1。,9.

14、圖2-5所示為鑄鐵底座，在保證50的孔和H不變的前提下，請(qǐng)回答： （1）修改結(jié)構(gòu)不合理之處；（2）在圖上標(biāo)出最佳分型面和澆注位置。,上,下,10確定如圖2-6 所示鑄件的鑄造工藝方案。要求如下： （1）在單件、小批生產(chǎn)條件下，分析最佳工藝方案； （2）按所選最佳工藝方案繪制鑄造工藝圖（包括澆注位置、分型面、機(jī)械加工余量、起模斜度、鑄造圓角、型芯及芯頭等）,其余,上,下,11確定如圖2-7 所示鑄件的鑄造工藝方案。要求如下： （1）畫出幾種可能的分型方案 ； （2）在單件、小批生產(chǎn)條件下，分析并確定最佳工藝方案； （3）按所選最佳方案繪制鑄造工藝圖（包括澆注位置、分型面、機(jī)械加工余量、起模斜度、

15、鑄造圓角、型芯及芯頭等）,上,下,收縮率:1%,方案最佳。,12鑄件結(jié)構(gòu)工藝性： 判斷下列鑄件的結(jié)構(gòu)工藝性，若不合理，請(qǐng)?jiān)谠瓐D上進(jìn)行改。,一、填空題 1.單晶體的塑性變形是通過滑移和孿晶的方式完成的；多晶體的塑性變形包括晶內(nèi)變形和晶間變形。 2.冷成形后的金屬將產(chǎn)生加工硬化現(xiàn)象，表現(xiàn)為金屬材料的強(qiáng)度和硬度提高，而塑性和韌性降低。 3.產(chǎn)生加工硬化的金屬在加熱到較高的溫度時(shí)要發(fā)生回復(fù) 和再結(jié)晶。 4.由于鍛造流線的存在，金屬的力學(xué)性能具有各向異性，一般平行鍛造流線方向的抗拉強(qiáng)度、塑性和韌性比垂直方向要高。 5.金屬在鍛造時(shí)加熱的目的是提高可鍛性(或提高塑性，降低變形抗力）。,金屬材料成形基礎(chǔ)作業(yè)

16、（3）,6.自由鍛的基本工序有鐓粗、拔長(zhǎng)、沖孔、彎曲、扭轉(zhuǎn)、錯(cuò)移； 其中最常用的是鐓粗、拔長(zhǎng)、和沖孔三種。 7.鍛模模膛通常分為制坯模膛和模鍛模膛，其中又可分為拔長(zhǎng)模膛、 滾壓模膛、彎曲模膛和切斷模膛，又可分為預(yù)鍛模膛和終鍛模膛。 8.沖壓的基本工序包括分離和變形。其中又分為落料、沖孔、剪切等；又分為拉深、彎曲、翻邊等。 9.沖壓模具按照沖床的一次行程所完成工序的多少可分為簡(jiǎn)單沖模、連續(xù)沖模和復(fù)合沖模，其中在模具的同一位置上同時(shí)可以完成兩道以上工序的模具稱為復(fù)合沖模。,10. 純鉛（T熔327）的再結(jié)晶溫度為-33，它在常溫下的變形為 熱 變形。而鎢（ T熔3380）的再結(jié)晶溫度為1188，它

17、在1000下的變形為 冷 變形。,T再 = 0.4T熔 = 0.4（327+273）= 240（K）,T再 = 240 273 = -33（）,T再 = 0.4T熔 = 0.4（3380+273）= 1461（K）,T再 = 1461 273 = 1188（）,11. 壓力加工的基本生產(chǎn)方式有軋制、擠壓、拉拔、自由鍛、模鍛、板料沖壓，對(duì)于大型重要件應(yīng)采用自由鍛方法生產(chǎn)。,12. 圖3-1所示墊圈擬采用簡(jiǎn)單沖裁模生產(chǎn)，其沖壓工序?yàn)椋?）落料、（2）沖孔，若模具的單面間隙為0.05mm，則（1）的凸模尺寸為49.9mm、凹模尺寸為50mm，（2）的凸模尺寸為15mm、凹模尺寸為15.1mm。,圖3

18、-1 墊圈,二、簡(jiǎn)答題與應(yīng)用題 1.何謂金屬的塑性成形（壓力加工）？為什對(duì)某些重要的機(jī)械零件要采用塑性成形制坯？ （1）在外力作用下使金屬坯料產(chǎn)生塑性變形，獲得具有一定形狀、尺寸和力學(xué)性能的毛坯或零件的成形工藝方法。 （2）這是因?yàn)樗苄猿尚沃婆魇共牧系牧W(xué)性能提高。（a）細(xì)化晶粒、改善組織；（b）壓合鑄造缺陷；（c）使纖維組織不被切斷，并沿制件外形合理分布。,13. 單晶體塑性變形的實(shí)質(zhì)是晶體內(nèi)部的滑移和孿晶，而多晶體塑性變形的實(shí)質(zhì)是晶粒內(nèi)部產(chǎn)生滑移和孿晶；晶粒之間進(jìn)行滑動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)。,2什么是熱塑性成形和冷塑性成形？生產(chǎn)中如何選用？,（1）在再結(jié)晶溫度以上的變形為熱塑性成型，在再結(jié)晶溫度以下的變形成為冷塑性成形。 （2）生產(chǎn)中應(yīng)根據(jù)材料的塑性及對(duì)零件的要求進(jìn)行選用：材料的塑性較好，要求變形后部分提高強(qiáng)度、硬度時(shí)選用冷塑性成形；要求材料的可鍛性好、變形抗力小時(shí)選用熱塑性成形。,3熱處理能否消除壓力加工后的纖維組織，采用何種方法可以改變纖維方向？,（1）不能。 （2）可以采用壓力加工（塑性成形）的方法改變纖維方向。,4. 圖3-3所示為一鋼制拖鉤，可以用下列方法制造：鑄造、鍛造、板料切割，其中以什么方法制得的拖鉤拖重能力最大？為什么？ (1)以鍛造方法制得的拖鉤拖重能力最大。 (2)這是因?yàn)殄懺炜梢裕╝）細(xì)化晶粒