工程材料與成形技術(shù)基礎(chǔ)課后部分習(xí)題及答案

-.z.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?！?〕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．以下符號表示的力學(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場產(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次后到達(dá)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．指出以下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?！?〕〔400-600〕℃淬火，〔350-500〕℃回火〔中溫〕，回火托氏體?！?〕〔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。答：直徑10mm螺栓：45鋼，850℃淬火+520℃水冷回火；直徑30mm螺栓：40Cr，〔840-880〕℃鹽浴淬火+〔540-650〕℃回火保溫20-30分鐘。第二章2.灰鑄鐵流動性好的主要原因是什么.提高金屬流動性的主要工藝措施是什么.答：灰鑄鐵流動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.請舉例各分析幾種應(yīng)用情況。答：①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，簡化工藝，減少工作量。②正確布置澆注系統(tǒng)的引入位置，確定合理的澆注工藝；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)于我們常說的模子；然后用模樣做成鑄型，做好后將模樣取出，進(jìn)展?jié)沧ⅲ痪妥龀鰜龛T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)展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，分別指出單件和大批生產(chǎn)造型方法并繪出鑄造工藝圖。15.圖2-60為支座零件圖，材料為HT200，請分別畫出大批生產(chǎn)和單件生產(chǎn)的鑄造工藝圖。(1)方案I沿底板中心線分型，即采用分模造型。優(yōu)點(diǎn)：底面上110mm凹槽容易鑄出，軸孔下芯方便，軸孔凸臺不阻礙起模。缺點(diǎn)：底板上四個(gè)凸臺必須采用活塊，同時(shí)，鑄件易產(chǎn)生錯型缺陷，飛翅清理的工作量大。此外，假設(shè)采用木模，加強(qiáng)筋處過薄，木模易損壞。(2)方案Ⅱ沿底面分型，鑄件全部位于下箱，為鑄出110mm凹槽必須采用挖砂造型。方案Ⅱ克制了方案工的缺點(diǎn)，但軸孔凸臺阻礙起模，必須采用兩個(gè)活塊或下型芯。當(dāng)采用活塊造型時(shí)，φ30mm軸孔難以下芯。(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?？梢钥闯觯桨涪?、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)展挖砂和活塊造型，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。假設(shè)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＝(Dma*-*△)+δ凹

D凸＝〔D凹－min)-δ凸

沖孔：

d凸＝〔dmin+*△)-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?？筛模寄２荒芨摹Ｒ?yàn)榧僭O(shè)將沖孔模改成落料模，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，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。：沖裁件公差為0.02mm,凹模公差為0.01mm，凸模公差為0.01mm?！舶凑粘叽缛塍w原則〕Dma*=40mm,dmin=20mm,Zmin=4×6%=0.24△=0.02mm,*=1,δ凹＝0.01mm,δ凸＝0.01mm落料：D凹＝〔Dma*-*△〕+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+*△)－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?！?〕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?！?〕熱影響區(qū)：a.過熱區(qū)：此區(qū)的溫度圍為固相線至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)，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?！?