工程材料與成形技術(shù)基礎(chǔ)課后部分習(xí)題及答案

第一章2.圖1-79為五種材料的應(yīng)力-應(yīng)變曲線：①45鋼，②鋁青銅，③35鋼，④硬鋁，⑤純銅。試問：當(dāng)外加應(yīng)力為300MPa時(shí)，各材料處于什么狀態(tài)？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，能否減少彈性變形？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）①45鋼：彈性變形②鋁青銅：塑性變形③35鋼：屈服狀態(tài)④硬鋁：塑性變形⑤純銅：斷裂。（2）不能，彈性變形與彈性模量E有關(guān)，由E=σ/ε可以看出在同樣的條件下45鋼的彈性模量要大，所以不能減少彈性變形。（3）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變形之間，且無論處于何種階段，45鋼變形長度明顯低于35鋼，所以能減少塑性變形。4．下列符號表示的力學(xué)性能指標(biāo)的名稱和含義是什么？

σb、σs、σ0.2、σ-1、δ、αk、HRC、HBS、HBW答：σb抗拉強(qiáng)度，是試樣保持最大均勻塑性的極限應(yīng)力。σs屈服強(qiáng)度，表示材料在外力作用下開始產(chǎn)生塑性變形時(shí)的最低應(yīng)力。σ0.2條件屈服強(qiáng)度，作為屈服強(qiáng)度的指標(biāo)。σ-1疲勞強(qiáng)度，材料循環(huán)次數(shù)N次后達(dá)到無窮大時(shí)仍不發(fā)生疲勞斷裂的交變應(yīng)力值。δ伸長率，材料拉斷后增加的變形長度與原長的比率。HRC洛氏硬度，表示用金剛石圓錐為壓頭測定的硬度值。HBS布氏硬度，表示用淬硬鋼球?yàn)閴侯^測定的硬度值。HBW布氏硬度，表示用硬質(zhì)合金為壓頭測定的硬度值。8．什么是固溶強(qiáng)化？造成固溶強(qiáng)化的原因是什么？

答：形成固溶體使金屬強(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。晶格畸變增大位錯(cuò)運(yùn)動的阻力，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）各相的相對重量（4）各相的重量。19．指出下列工件淬火及回火溫度，并說明回火后獲得的組織：

（1）45鋼小軸（要求綜合力學(xué)性能好）；（2）60鋼彈簧；（3）T12鋼銼刀。答：（1）AC3+（30-50）℃淬火，（820-840）℃回火（高溫），回火索氏體。（2）（400-600）℃淬火，（350-500）℃回火（中溫），回火托氏體。（3）（760-780）℃淬火，250℃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：σb≥800MPa，αk≥600KJ/m2。試問應(yīng)選擇什么材料及熱處理工藝。(3)方案Ⅲ 沿110mm凹槽底面分型。優(yōu)缺點(diǎn)與方案Ⅱ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Ⅱ、Ⅲ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Ⅱ分型較為經(jīng)濟(jì)合理。(2)大批量生產(chǎn)機(jī)器造型難以使用活塊，故應(yīng)采用型芯制出軸孔內(nèi)凸臺。采用方案Ⅲ從110㎜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。若軸孔需要鑄出，采用組合型芯即可實(shí)現(xiàn)。第三章11.能否將沖制孔徑為40＋0.16mm工件的沖孔模改制成沖制外徑為40-0.16工件的落料模？落料：

D凹＝(Dmax-x△)+δ凹

D凸＝（D凹－min)-δ凸

沖孔：

d凸＝（dmin+x△)-δ凸

d凹＝(d凸+Zmin)+δ凹

可見：

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)凸模尺寸是最大的，

凸?？筛?，但凹模不能改。因?yàn)槿魧_孔模改成落料模，則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)，請示意畫出（1）連續(xù)模，（2）復(fù)合模簡圖，請計(jì)算凸凹模尺寸并標(biāo)在簡圖上。已知：沖裁件公差為0.02mm,凹模公差為0.01mm，凸模公差為0.01mm。（按照尺寸入體原則）Dmax=40mm,dmin=20mm,Zmin=4×6%=0.24△=0.02mm,x=1,δ凹＝0.01mm,δ凸＝0.01mm落料：D凹＝（Dmax-x△）+δ凹＝(40-1×0.02)＋0.01＝39.98＋0.01mmD凸＝（D凹－Zmin)－δ凸＝（39.98-0.24)-0.01＝39.74-0.01mm沖孔：d凸=(dmin+x△)－δ凸＝（20+0.02)-0.01＝20.02-0.01mmd凹=(d凸+Zmin)+δ凹＝(20.02+0.24)＋0.01＝20.26＋0.01mm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。（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.過熱區(qū)：此區(qū)的溫度范圍為固相線至1100℃，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)：由于部分金屬發(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)晶的部分金屬則得到粗大的鐵素體。焊縫及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)范，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)，沒有淬硬，冷裂傾向，主要組織性能變化為：（1）過熱區(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)