工程材料與成形技術(shù)基礎(chǔ)課后部分習(xí)題及答案

1、第一章2圖1-79為五種材料的應(yīng)力-應(yīng)變曲線：45鋼，鋁青銅，35鋼，硬鋁，純銅。試問(wèn)：1當(dāng)外加應(yīng)力為300MPa時(shí)，各材料處于什么狀態(tài)？2 有一用35鋼制作的桿，使用中發(fā)現(xiàn)彈性彎曲較大，如改用45鋼制作該桿，能否減 少?gòu)椥宰冃危? 有一用35鋼制作的桿，使用中發(fā)現(xiàn)塑性變形較大，如改用45鋼制作該桿，能否減 少塑性變形？答：1 45鋼：彈性變形 鋁青銅：塑性變形 35鋼：屈服狀態(tài) 硬鋁：塑性變形 純銅：斷裂。2 不能，彈性變形與彈性模量E有關(guān)，由E=c /&可以看出在同樣的條件下 45鋼的彈 性模量要大，所以不能減少?gòu)椥宰冃巍? 能，當(dāng)35鋼處于塑性變形階段時(shí)，45鋼可能處在彈性或塑性

2、變形之間，且無(wú)論處于 何種階段，45鋼變形長(zhǎng)度明顯低于 35鋼，所以能減少塑性變形。4 以下符號(hào)表示的力學(xué)性能指標(biāo)的名稱和含義是什么？T b、T s T 0.2 1、?a k HRC、 HBS、HBW答：bb抗拉強(qiáng)度，是試樣保持最大均勻塑性的極限應(yīng)力。as屈服強(qiáng)度，表示材料在外力作用下開(kāi)始產(chǎn)生塑性變形時(shí)的最低應(yīng)力。b 0.2條件屈服強(qiáng)度，作為屈服強(qiáng)度的指標(biāo)。a-1疲勞強(qiáng)度，材料循環(huán)次數(shù)N次后到達(dá)無(wú)窮大時(shí)仍不發(fā)生疲勞斷裂的交變應(yīng)力值。S伸長(zhǎng)率，材料拉斷后增加的變形長(zhǎng)度與原長(zhǎng)的比率。HRC洛氏硬度，表示用金剛石圓錐為壓頭測(cè)定的硬度值。HBS布氏硬度，表示用淬硬鋼球?yàn)閴侯^測(cè)定的硬度值。HBW布氏硬度

3、，表示用硬質(zhì)合金為壓頭測(cè)定的硬度值。8什么是固溶強(qiáng)化？造成固溶強(qiáng)化的原因是什么？答：形成固溶體使金屬?gòu)?qiáng)度和硬度提高，塑性和韌性略有下降的現(xiàn)象稱為固溶強(qiáng)化。固溶體隨著溶質(zhì)原子的溶入晶格發(fā)生畸變。晶格畸變隨溶質(zhì)原子濃度的提高而增大。晶格 畸變?cè)龃笪诲e(cuò)運(yùn)動(dòng)的阻力，使金屬的滑移變形變得更加困難，從而提高合金的強(qiáng)度和硬度。9 將20kg純銅與30kg純鎳熔化后緩慢冷卻到如圖1-80所示溫度T1，求此時(shí)：1兩相的成分；2兩相的重量比；3各相的相對(duì)重量4各相的重量ffll - 80解：兩相的敢分(?)4相的相W*- ( 60-43 ) / ( 80- 45 ) - 3/7滾相：*tc?L* 80- 60 )

4、 / ( 80 - 45 ) -4/7 (3)常相杓贋査比H4払擁的空査閒相/漩相:臧相：Ql -V?x5O-28.(60-45>/(8D-60)-3/ 河相：Q. -3/7 * 50 - 2L 43kf10,某合金如圖1-81所示：(1) 標(biāo)出-區(qū)域中存在的相；(2) 標(biāo)出.區(qū)域中的組織；(3) 相圖中包括哪幾種轉(zhuǎn)變？寫出它們的反響式。(1) L L+y(2) L+丫一 Y 勻晶轉(zhuǎn)變(3) Y tt + 0 共析共折轉(zhuǎn)(4) Q- d + Pn 脫枠 變(5) 3 P+ a G 脫滾轉(zhuǎn)動(dòng)A:習(xí)題1019指岀以下工件淬火與回火溫度，并說(shuō)明回火后獲得的組織：(1) 45鋼小軸(要求綜合力學(xué)

5、性能好)；(2)60鋼彈簧；(3)T12鋼鋰刀。答：(1) AC3+ ( 30-50 )C淬火，(820-840 )C回火(高溫)，回火索氏體。(2) ( 400-600 )C淬火，(350-500 )C回火(中溫)，回火托氏體。(3) ( 760-780 )C淬火，250 C以下回火(低溫)，回火馬氏體。20 有兩種高強(qiáng)度螺栓，一種直徑為10mm，另一種直徑為 30mm，都要求有較高的綜合力學(xué)性能：(T b>800MPa a k>600KJ/m2試問(wèn)應(yīng)選擇什么材料與熱處理工藝。答：直徑10mm螺栓：45鋼，850 C淬火+520 C水冷回火；直徑30mm螺栓：40Cr, ( 84

6、0-880 )0鹽浴淬火+ ( 540-650 )0回火保溫 20-30分鐘。第二早2.灰鑄鐵流動(dòng)性好的主要原因是什么？提高金屬流動(dòng)性的主要工藝措施是什么？答：灰鑄鐵流動(dòng)性好的原因是石墨呈片狀形式存在，碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)高，有共晶成分，熔點(diǎn)較低。提高金屬流動(dòng)性的主要工藝措施是較高的澆注溫度。4.定向凝固和同時(shí)凝固方法分別解決哪種鑄造缺陷？請(qǐng)舉例各分析幾種應(yīng)用情況。答：定向凝固解決的缺陷：冒口補(bǔ)縮作用好，可防止縮孔和縮松，鑄件致密。同時(shí)凝固解決的缺陷： 凝固期間不容易產(chǎn)生熱裂，凝固后也不易引起應(yīng)力變形，由于不用冒口或冒口很小而節(jié)省金屬，簡(jiǎn)化工藝，減少工作量。正確布置澆注系統(tǒng)的引入位置，確定合理的澆注工

7、藝；采用冒口；采用補(bǔ)貼； 采用具有不同蓄熱系數(shù)的造型材料或冷缺。9.鑄件、模樣、零件三者在尺寸上有何區(qū)別，為什么 ？答：模樣是考慮收縮率后將零件尺寸按一定比例放大后所做的，相當(dāng)于我們常說(shuō)的模子；然后用模樣做成鑄型，做好后將模樣取出，進(jìn)行澆注；就做出來(lái)鑄件。鑄件相當(dāng)于零件的毛坯，由于考慮到加工因素，因此鑄件的尺寸要比擬零件大如果去掉澆冒口后進(jìn)行一定加工后就是零件了所以三者的尺寸關(guān)系為：模樣 鑄件零件12. 如圖2-47(a)、(b)所示鑄件，分別指岀單件和大批生產(chǎn)造型方法并繪岀鑄造工藝圖。宋注櫛RR5 FIC龍稱：加強(qiáng)管臉竇Hhj HTL5O 昭稱：炭鳳材料，HT2&0L5ks(a)関2

8、們習(xí)理煜瀏b)上齊戈字輛壽崛和什LjgL 'L1j13. 如匿449斯亓訥承應(yīng)鑄件.村斛幻HT垢打請(qǐng)分劇作呂(門丈批曠童土產(chǎn) (2)草件土言禱造工 藝氧14, 如匿2-刎克桂臺(tái)寒件，材科ET茨h語(yǔ)升射畫出單件蘭嚴(yán)利大枇生產(chǎn)的禱造工藝團(tuán)。aoaBftFJ'R51.B-Q1 - 二?I圖E 超兌撐臺(tái)®2-4«軸卓幽15.圖2-60為支座零件圖，材料為HT2O0請(qǐng)分別畫出大批生產(chǎn)和單件生產(chǎn)的鑄 造工藝圖。(1) 萬(wàn)案I沿底板中心線分型，即采用分模造型。優(yōu)點(diǎn)：底面上110 mm凹槽容易鑄出，軸孔下芯方便，軸孔內(nèi)凸臺(tái)不阻礙起模。缺點(diǎn)：底板上四個(gè)凸臺(tái)必須采用活塊，同時(shí)，

9、鑄件易產(chǎn)生錯(cuò)型缺陷，飛翅清理的工作量大。 此外，假設(shè)采用木模，加強(qiáng)筋處過(guò)薄，木模易損壞。(2) 方案n沿底面分型，鑄件全部位于下箱，為鑄出110 mm凹槽必須采用挖砂造型。方案n克服了方案工的缺點(diǎn)，但軸孔內(nèi)凸臺(tái)阻礙起模，必須采用兩個(gè)活塊或下型芯。當(dāng)采用活塊造型時(shí)，6 30 mm軸孔難以下芯。(3) 方案川沿110 mm凹槽底面分型。優(yōu)缺點(diǎn)與方案n類同，僅是將挖砂造型改用分模造型或假箱造型，以適應(yīng)不同的生產(chǎn)條件?？梢钥闯?，方案n、川的優(yōu)點(diǎn)多于方案I。(1) 單件、小批生產(chǎn)由于軸孔直徑較小、 勿需鑄出，而手工造型便于進(jìn)行挖砂和活塊造型，此時(shí)依靠方案n分型較為經(jīng)濟(jì)合理。(2) 大批量生產(chǎn)機(jī)器造型難以

10、使用活塊，故應(yīng)采用型芯制出軸孔內(nèi)凸臺(tái)。采用方案川從110 mm凹槽底面分型，以降低模板制造費(fèi)用。方型芯的寬度大于底板，以便使上箱壓住該型芯，防止?jié)沧r(shí)上浮。假設(shè)軸孔需要鑄出， 采用組合型芯即可實(shí)現(xiàn)。第三章乞試樓定頤圖仙晰示零件的自由鍛工莒規(guī)程(WE.變形工涼 計(jì)算逑料尺寸)o坯料規(guī)IS:03-58自由鍛零件I海人學(xué)楠魯淄件5.請(qǐng)分別畫岀以下群申連桿的模錨件圈落料沖孔可見(jiàn)D 凹=(Dmax-x )+s凹 d 凸=( dmin+x )"s凸A凸D 凸=( D 凹min)-r r+ A凹d 凹=(d 凸+Zmin)落料時(shí)凹模直徑是最小的，主要為了磨損到一定程度，沖裁件還可用；同理，沖孔時(shí)凸

11、模尺寸是最大的，凸模可改，但凹模不能改。因?yàn)榧僭O(shè)將沖孔模改成落料模，那么d凹D凹，間隙落在凹模上，尺寸太大。15.在成批大量生產(chǎn)外徑為40mm，內(nèi)徑為20mm，板厚為4mm，精度為IT9的墊圈時(shí)，請(qǐng)示意畫出(1)連續(xù)模，(2)復(fù)合模簡(jiǎn)圖，請(qǐng)計(jì)算凸凹模尺寸并標(biāo)在簡(jiǎn)圖上。：沖裁件 公差為0.02mm,凹模公差為0.01mm，凸模公差為 0.01mm。(按照尺寸入體原那么)Dmax=40mm, dmin=20mm, Zmin=4 X 6%=0.24 =0.02mm,x=1, A 凹=0.01mm, A 凸=0.01mm落料：D 凹=(D max-x )+ 8凹 = (40-1 X 0.02) + &

12、#176;.01 = 39.98+ 臨 mmD 凸=(D 凹一 Zmin) a凸=(39.98-0.24)-0.01 = 39.74-0.01 mm沖孔：d 凸=(dmin+x )-A凸 =( 20+0.02) -0.01 = 20.02-0.01mm凹IId 凹=(d 凸 +Zmin)+= (20.02+0.24) °.01= 20.26 °.01 mmEE3& RH.昏費(fèi)連叫乓聊孔9S沖扎溝41復(fù)含橫上“羊詡專"井第四章2.焊接接頭的組織和性能如何 ？答：(1)焊縫金屬區(qū)：熔焊時(shí)，在凝固后的冷卻過(guò)程中，焊縫金屬可能產(chǎn)生硬，脆的淬硬組 織甚至出現(xiàn)焊接裂紋

13、。(2 )熔合區(qū)：該區(qū)的加熱溫度在固、液相之間，由鑄態(tài)的組織和過(guò)熱組織構(gòu)成可能出現(xiàn)液 硬組織，該區(qū)的化學(xué)成分和組織都很不均勻，力學(xué)性能很差，是焊接接頭中最薄弱的部位之一，常是焊接裂縫發(fā)源地。(3) 熱影響區(qū)：a.過(guò)熱區(qū)：此區(qū)的溫度 X圍為固相線至1100 C，寬度約1-3mm，由于溫度 高，顆粒粗大，使塑性和韌性降低。b. 相變重組晶區(qū)：由于金屬發(fā)生了重組晶，隨后在空氣中冷卻，因此可以得到均勻細(xì)小的正 火組織。c. 不完全重組晶區(qū)：由于局部金屬發(fā)生了重組晶，冷卻后可獲得細(xì)化的鐵素體和珠光體，而 未重結(jié)晶的局部金屬那么得到粗大的鐵素體。焊縫與熱影響的大小和組織性能變化的程度取決于焊接方法，焊接規(guī)

14、X，接頭形式等因素。3焊接低碳鋼時(shí)，其熱影響區(qū)的組織性能有什么變化？答：低碳鋼的 Wc<0.25 %，焊接性良好，焊接時(shí)，沒(méi)有淬硬，冷裂傾向，主要組織性能變化 為：(1)過(guò)熱區(qū)晶粒粗大，塑性和韌性降低。(2)相變重晶區(qū)產(chǎn)生均勻細(xì)小正火組織，力學(xué)性能良好。(3)不完全重晶區(qū)有鐵素體、珠光體，力學(xué)性能不均勻。5產(chǎn)生焊接熱裂紋和冷裂紋的原因是什么，如何減少和防止？答：熱裂紋是高溫下焊縫金屬和焊縫熱影響區(qū)中產(chǎn)生的沿晶裂紋、冷裂紋是由于材料在室溫附近溫度下脆化而形成的裂紋 熱裂紋的減少和防止：控制母材和焊材雜質(zhì)的含量。冷裂紋的減少和防止：預(yù)熱和焊裂后熱處理。10.如下圖焊接梁結(jié)構(gòu)，材料為Q235A鋼，成批生產(chǎn)現(xiàn) 有鋼板最尢長(zhǎng)度為25伽叫試確定：(1)腹板、翼板接縫 位置；(2)各