2023年金屬工藝學(xué)題庫

1、說明。S、。02、Ob、。一1、6%、ak、45-50HRC、300HBS的名稱含義

答案：見教材。45-50HRC表示洛氏硬度為45-50；300HBS表示布氏硬度為300.

2、解釋應(yīng)力與應(yīng)變的概念

答：應(yīng)力：物體由于外因(受力、濕度變化等)而變形時，在物體內(nèi)各部分之間產(chǎn)生相互作用的內(nèi)力，以抵抗這種外

因的作用，并力圖使物體從變形后的位置回復(fù)到變形前的位置。在所考察的截面某一點單位面積上的內(nèi)力稱為應(yīng)力。

應(yīng)變：物體受力產(chǎn)生變形時，體內(nèi)各點處變形程度一般并不相同。用以描述一點處變形的程度的力學(xué)量是該點的應(yīng)

變。為此可在該點處到一單元體，比較變形前后單元體大小和形狀的變化。

1、說明晶粒粗細(xì)對力學(xué)性能的影響。

一般情況下，晶粒越細(xì)小，金屬材料的強度和硬度越高，塑性和韌性越好。

因為晶粒越小，晶界越多。晶界處的晶體排列是非常不規(guī)則的，晶面犬牙交錯，互相咬合，因而加強了金屬間的結(jié)

合力。工業(yè)中常用細(xì)化晶粒的方法來提高金屬材料的機(jī)械性能，稱為細(xì)晶強化。

晶粒的大小與過冷度和變質(zhì)處理密切相關(guān)：

過冷度：過冷度越大，產(chǎn)生的晶核越多，導(dǎo)致晶粒越細(xì)小。通常采用改變澆注溫度和冷卻條件的辦法來細(xì)化晶粒。

變質(zhì)處理：也叫孕育處理。金屬液中晶核多，則晶粒細(xì)小。通常采用澆注前添加變質(zhì)劑的辦法來促進(jìn)晶核產(chǎn)生，以

擬制晶粒長大。

2、你如何理解相與組織，指出Fe-C狀態(tài)圖中的相與組織。

相與組織

相是指材料中結(jié)構(gòu)相同、化學(xué)成分及性能同一的組成部分，相與相之間有界面分開?！跋唷笔呛辖鹬芯哂型辉?/p>

聚集狀態(tài)，既可能是一單相固溶體也可能是一化合物；組織一般系指用肉眼或在顯微鏡下所觀察到的材料內(nèi)部所具

有的某種形態(tài)特征或形貌圖像，實質(zhì)上它是一種或多種相按一定方式相互結(jié)合所構(gòu)成的整體的總稱。因此，相與組

織的區(qū)別就是結(jié)構(gòu)與組織的區(qū)別，結(jié)構(gòu)描述的是原子尺度，而組織則指的是顯微尺度。

合金的組織是由相組成的，可由單相固溶體或化合物組成，也可由一個固溶體和一個化合物或兩個固溶體和兩個化

合物等組成。正是由于這些相的形態(tài)、尺寸、相對數(shù)量和分布的不同，才形成各式各樣的組織，即組織可由單相組

成，也可由多相組成。相組成物與組織組成物是人們把在合金相圖分析中出現(xiàn)的“相”稱為相組成物，出現(xiàn)的“顯

微組織”稱為組織組成物。

組織是材料性能的決定性因素。在相同條件下，不同的組織對應(yīng)著不同的性能。

Fe-C狀態(tài)圖中的相與組織

1).鐵碳合金基本相

鐵素體奧氏體滲碳體

2).鐵碳合金基本組織

三種單相組織；三種雙相組織

鐵碳合金基本組織

組織定義符號C溶解度/%結(jié)構(gòu)性能特點

單

項鐵素體F0-0.02體心立方軟、韌

奧氏體A0~2.ll面心立方塑性好

滲碳體Fe3C=6.69斜方硬、脆

雙

項珠光體P=0.77體心立方+斜方綜合性能好

高溫萊氏體Ld=4.3面心立方+斜方硬、脆

低溫萊氏體L'd=4.3體心立方+斜方硬、脆

3、說明F、A、Fe3C、P的名稱、含碳量、晶體類型及力學(xué)性能特征。

F：鐵素體，含碳量0.006%—0.0218%體心立方晶格力學(xué)性能特征見教材pl6倒一段。

A：奧氏體，含碳量，＜2.11%,727°C時含碳量為0.77%,面心立方晶格力學(xué)性能特征見教材pl7第六行。

Fe3C：滲碳體，含碳量為6.69%,金屬化合物，復(fù)雜的正交晶格，力學(xué)性能特征：硬度很高HBW=800,塑性、

韌性幾乎為零，脆性很大，延伸率接近于零。

P：珠光體，含碳量為0.77%,鐵素體和滲碳體組成的機(jī)械混合物。其形態(tài)為鐵素體薄層和滲碳體薄層交替重疊的

層狀復(fù)相物。力學(xué)性能特征介于鐵素體和滲碳體之間，強韌性較好.其抗拉強度為750~900MPa,180~280HBS,伸長率

為20~25%,沖擊功為24~32工力學(xué)性能介于鐵素體與滲碳體之間，強度較高，硬度適中，塑性和韌性較好。

b=770MPa,180HBS,6=20%~35%,AKU=24~32J

4、依Fe-C狀態(tài)圖分析緩慢冷卻條件下45鋼和T10鋼的結(jié)晶過程與室溫組織，并劃出各自的冷卻曲線。

答案：45鋼為亞共析鋼，其結(jié)晶過程與室溫組織，冷卻曲線參考課件中亞共析鋼部分

T10鋼為過共析鋼，其結(jié)晶過程與室溫組織，冷卻曲線參考課件中亞共析鋼部分

1、何謂退火和正火？兩者的特點和用途有什么不同？

退火是將鋼件加熱到Acl或Ac3以上（30~50℃）,保溫一段時間，然后再緩慢的冷卻（一般用爐冷）。

正火是將鋼件加熱到Ac3或Acm以上（30~50℃）,保溫一段時間，然后在空氣中冷卻，冷卻速度比退火稍快。

退火與正火的主要區(qū)別是：

正火是完全退火的一種變態(tài)或特例，二者僅是冷卻速度不同，通常退火是隨爐冷而正火是在空氣中冷卻，正火既

適用于亞共析鋼也適用于過共板鋼，對于共析鋼，正火一般用于消除網(wǎng)狀碳化物；對于亞共析鋼，正火的目的與退

火基本相同，主要是細(xì)化晶粒，消除組織中的缺陷，但正火組織中珠光體片較退火者細(xì)，且亞共析鋼中珠光數(shù)量多

鐵素體數(shù)量少，因此，經(jīng)正火后鋼的硬度、強度均較退火的高，由此可知，在生產(chǎn)實踐中，鋼中有網(wǎng)狀滲碳體的材

料需先經(jīng)正火消除后方可使用其他工藝，而對熱處理后有性能要求的材料，則據(jù)要求的不同及鋼種不同選擇退火工

藝，如：要求熱處理后有一定的強度、硬度，可選擇正火工藝；要求有一定的塑性，盡量降低強度、硬度的則應(yīng)選

擇退火工藝。

生產(chǎn)上常用的退火操作種類

（1）完全退火（俗稱退火）主要用于亞共橋鋼和合金鋼的鑄件、鍛件及熱軋型材，有的也用做焊接結(jié)構(gòu)件，其目

的是細(xì)化晶粒，改善組織，消除殘余應(yīng)力，降低硬度、提高塑性，改善切削加工性能，完全退火是一種時間很長的

退火工藝，為了縮短其退火時間，目前常采用等溫火的工藝來取代完全退火工藝，同完全退火比較，等溫火的目的

與完全退火相同，但它大大縮短了退火時間。

（2）球化退火主要用于過共析鋼及合金工具鋼（如刀具、量具、模具以及軸承等所有鋼種）。其目的主要是降低硬

度，改善切削加工性，并為以后淬火作好準(zhǔn)備。

（3）去應(yīng)力退火（又稱低溫退火）主要用來消除鑄件、鍛件及焊接件、熱軋件等內(nèi)應(yīng)力。

（4）再結(jié)晶退火用來消除冷加工（冷拉、冷沖、冷軋等）產(chǎn)生的加工硬化。目的是消除內(nèi)應(yīng)力，提高塑性，改善

組織。

（5）擴(kuò)散退火主要用于合金鋼，特別是合金鋼的鑄件和鋼錠。目的是利用高溫下原子具有較大的擴(kuò)散能力來減輕

或消除鋼中化學(xué)成分不均勻的現(xiàn)象。

2、鋼淬火后所獲得的馬氏體組織與鐵素體有何相同和不同之處？鋼中的馬氏體組織表現(xiàn)出什么特性？

在鋼中馬氏體和鐵素體具有相同的結(jié)構(gòu)，都是碳在a鐵中的固溶體，但馬氏體是碳在a鐵中的過飽和固溶體，鐵素

體是碳在a鐵中的間隙固溶體。

馬氏體中過飽和溶解有碳元素，所以它可以很硬，實際上低碳馬氏體的硬度并不高。馬氏體中還有大量位錯和其它

亞結(jié)構(gòu)，也是使它硬度增大的因素，馬氏體的三維組織形態(tài)通常有片狀或者板條狀，但是在金相觀察中（二維）通

常表現(xiàn)為針狀。高的強度和硬度是鋼中馬氏體的主要特征之一。

3、鋼在淬火后為什么要回火？三種類型回火的加熱溫度規(guī)范、目的和應(yīng)用有什么不同？

淬火后的馬氏體加殘余奧氏體組織，是一種不穩(wěn)定的組織，如果碰到適宜的條件，會隨時發(fā)生轉(zhuǎn)變，引起零件形狀

和尺寸的變化，這對機(jī)械零件配合的要求（一般情況下，淬火部位大多數(shù)是配合面）來說是不允許的。因為不管什么

零件，一旦成形后，我們總希望它尺寸穩(wěn)定。零件淬火后有較大的熱應(yīng)力和組織應(yīng)力存在，如果不及時消除這些

應(yīng)力，就會進(jìn)一步擴(kuò)展；而這種應(yīng)力又往往分布在尖角、缺口、孔眼等部位，形成應(yīng)力集中。應(yīng)力的集中和擴(kuò)展，

會使零件變形和開裂，所以應(yīng)當(dāng)及時消除應(yīng)力。有部分零件需要通過熱處理來提高它的機(jī)械性能，如強度、韌性

等，使它在運轉(zhuǎn)過程中具有一定的抗力，以保證較長的使用壽命。這樣的熱處理往往安排在粗加工之后。要滿足

零件機(jī)械性能的要求，使它有良好的切削加工性能，還必須把淬火后得到的含碳過飽和的馬氏體作回火處理，使碳

原子析出形成粒狀的滲碳體，從而得到回火索氏體或回火屈氏體等組織。綜上所述，為了穩(wěn)定組織，穩(wěn)定尺寸，

及時消除內(nèi)應(yīng)力，避免變形和裂紋的產(chǎn)生；為了調(diào)整組織，使零件具有良好的加工性能和使用性能，就必須將淬火

后的零件及時地進(jìn)行回火。

回火操作一般可分三類：即高溫回火，指溫度在A1線以下至500℃范圍內(nèi)的回火；中溫回火，指溫度在250—500℃

范圍內(nèi)的回火；低溫回火，指溫度在250℃以下的回火。高溫回火的目的是為了獲得回火索氏體或珠光體為主的組

織，以得到良好的綜合機(jī)械性能（既有較高的硬度、強度，又有較好的塑性、韌性）。所以高溫回火常作為調(diào)質(zhì)工序，

（即淬火加高溫回火）此外也可用于不淬火狀態(tài)下的零件，以消除應(yīng)力，預(yù)防變形的處理，如焊接結(jié)構(gòu)件消除焊接應(yīng)

力的處理。高溫回火還作為表面淬火返工處理的中間工序，以消除應(yīng)力，降低硬度，代替退火工序。高溫回火用在

正火后，則常常是為了降低硬度、改善切削加工性能。高溫回火還可以用來作復(fù)雜零件和高合金鋼制造的零件在熱

處理前（包括滲碳等）的預(yù)處理工序。中溫回火能保證零件有較高的彈性極限和抗疲勞強度，這時零件的金相組織是

回火屈氏體或回火索氏體。根據(jù)這種特性，中溫回火常用于彈簧、高強度齒輪、錘桿、模具、高車（俗稱天車、行車）

車輪及其它車輪踏面的熱處理。低溫回火所得到的組織是回火馬氏體或回火馬氏體加回火屈氏體。一般說來，這

種回火不降低或少降低硬度，它的目的主要是為了消除應(yīng)力，故對于要求高硬度、高耐磨性的零件如高速齒輪、鈾

承等零件都采用這種回火。

調(diào)質(zhì)即淬火和高溫回火的綜合熱處理工藝。調(diào)質(zhì)件大都在比較大的動載荷作用下工作，它們承受著拉伸、壓縮、彎

曲、扭轉(zhuǎn)或剪切的作用，有的表面還具有摩擦，要求有一定的耐磨性等等。總之，零件處在各種復(fù)合應(yīng)力下工作。

這類零件主要為各種機(jī)器和機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)件，如軸類、連桿、螺栓、齒輪等，在機(jī)床、汽車和拖拉機(jī)等制造工業(yè)中用

得很普遍。尤其是對于重型機(jī)器制造中的大型部件，調(diào)質(zhì)處理用得更多.因此，調(diào)質(zhì)處理在熱處理中占有很重要的

位置。

4、說明鋸條、汽車鋼板彈簧、車床主軸、變速箱齒輪、發(fā)動機(jī)曲軸的最終熱處理工藝。

鋸條：退火后加工成型，再淬火+低溫回火〉端部發(fā)藍(lán)處理（防銹）

汽車鋼板彈簧：油淬+中溫回火

其余見教材P35表1-8

發(fā)動機(jī)曲軸：曲軸的熱處理關(guān)鍵技術(shù)是表面強化處理。球墨鑄鐵曲軸一般均采用正火處理，為表面處理做好組織準(zhǔn)

備，表面強化處理一般采用感應(yīng)淬火或氮化工藝+回火。鍛鋼曲軸則采用軸頸與圓角淬火工藝+回火。

1、金屬液態(tài)成形有何最突出的優(yōu)點？通常有哪些液態(tài)成形方法？

金屬液態(tài)成形具有如下最突出的優(yōu)點：

（1）可制造出內(nèi)腔、外形很復(fù)雜的毛坯。如各種箱體、機(jī)床床身、汽缸體、缸蓋等。

（2）工藝靈活性大，適應(yīng)性廣。液態(tài)成型件的大小幾乎不限，其重量可由幾克到幾百噸，其壁厚可由0.5mm

到1m左右。工業(yè)上凡能溶化成液態(tài)的金屬材料均可用于液態(tài)成型。對于塑性很差的鑄鐵，液態(tài)成型是生產(chǎn)其毛坯

或零件的唯一的方法。

（3）液態(tài)成型件成本較低。液態(tài)成型可直接利用廢機(jī)件和切屑，設(shè)備費用較低。同時，液態(tài)成型件加工余量小，

節(jié)約金屬。

通常的液態(tài)成形方法：

通常分為兩大類：砂型鑄造成形工藝和特種鑄造成形工藝（如：金屬型鑄造、熔模鑄造、壓力鑄造、低壓鑄造、實

型鑄造、離心鑄造等）

2、金屬鑄造工藝性能主要以何種物理特性來表征？其影響因素如何？請分別予以分析？

金屬鑄造工藝性能主要以液態(tài)金屬的充型能力來表征。

影響液態(tài)金屬充型能力的因素有：合金的流動性，鑄型性質(zhì)，澆注條件，鑄件結(jié)構(gòu)等。

合金的流動性是指金屬液的流動能力。流動性越好的金屬液，充型能力越強。

鑄型性質(zhì)的影響：

(1)鑄型材料鑄型的蓄熱系數(shù)大，充型能力越差。

(2)鑄型溫度鑄型溫度越高，充型能力越強。

(3)鑄型中的氣體

澆注條件的影響

(1)澆注溫度：一般T澆越高，液態(tài)金屬的充型能力越強。

(2)充型壓力：壓力越大，充型能力越強。

(3)澆注系統(tǒng)結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，流動阻力大，充型能力差。

鑄件結(jié)構(gòu)的影響：

(1)鑄件壁厚厚度大，熱量散失慢，充型能力就好。

(2)鑄件復(fù)雜程度結(jié)構(gòu)復(fù)雜，流動阻力大，充型困難。

3、鑄造凝固方式，根據(jù)合金凝固特性分成哪幾類？它們對鑄件質(zhì)量將分別產(chǎn)生什么影響？

鑄造凝固方式，根據(jù)合金凝固特性分成逐層凝固、糊狀凝固、中間凝固。合金的結(jié)晶溫度范圍愈小，凝固區(qū)域愈窄，

愈傾向于逐層凝固；凝固區(qū)域愈寬，愈傾向于糊狀凝固；對于一定成分的合金，結(jié)晶溫度范圍已定，凝固方式取決

于鑄件截面的溫度梯度，溫度梯度越大，對應(yīng)的凝固區(qū)域越窄，越趨向于逐層凝固。

對鑄件質(zhì)量影響較大的主要是液相和固相并存的凝固區(qū)域的寬窄，鑄件的凝固與鑄造缺陷的關(guān)系：一般說來，逐層

凝固有利于合金的充型及補縮，便于防止縮孔和縮松；糊狀凝固時，難以獲得組織致密的鑄件，如果凝固和收縮得

不到合理的控制，鑄件內(nèi)部就會出現(xiàn)縮孔、縮松、鑄造應(yīng)力、變形、裂紋等缺陷。

4、金屬液態(tài)成形中，其收縮過程分為哪幾個相互聯(lián)系的階段，對鑄件質(zhì)量將產(chǎn)生什么影響？如何防止縮孔和縮松

的產(chǎn)生？

金屬從液態(tài)冷卻到室溫，要經(jīng)歷三個相互聯(lián)系的收縮階段：

液態(tài)收縮一一從澆注溫度冷卻至凝固開始溫度之間的收縮。

凝固收縮一一從凝固開始溫度冷卻到凝固結(jié)束溫度之間的收縮。

固態(tài)收縮一一從凝固完畢時的溫度冷卻到室溫之間的收縮。

收縮導(dǎo)致的鑄件缺陷：(1)縮孔和縮松縮松的形成是由于鑄件最后凝固區(qū)域的收縮未能得到補足；或者因合金呈糊

狀凝固，被樹枝狀晶體分隔開的液體小區(qū)得不到補縮所致?？s松分為宏觀縮松和顯微縮松兩種。【宏觀縮松是用肉

眼或放大鏡可以看見的小孔洞，多分布在鑄件中心軸線處或縮孔下方。顯微縮松是分布在晶粒之間的微小

孔洞，要用顯微鏡才能看見。這種縮松分布更為廣泛，有時遍及整個截面。顯微縮松難以完全避免，對于一般鑄件

多不作為缺陷對待；但對氣密性、力學(xué)性能、物理性能或化學(xué)性能要求很高的鑄件，則必須設(shè)法減少?！坎煌蔫T

造合金形成縮孔和縮松的傾向不同。逐層凝固合金(純金屬、共晶合金或窄結(jié)晶溫度范圍合金)的縮孔傾向大，縮松

傾向小；糊狀凝固的合金縮孔傾向雖小，但極易產(chǎn)生縮松。由于采用一些工藝措施可以控制鑄件的凝固方式，因此，

縮孔和縮松可在一定范圍內(nèi)互相轉(zhuǎn)化。

縮孔和縮松的防止：實現(xiàn)“順序凝固”使鑄件從遠(yuǎn)離冒口的部分到冒口之間建立一個遞增的溫度梯度，凝固從遠(yuǎn)離

冒口的部分開始，逐漸向冒口方向順序進(jìn)行，最后是冒口本身凝固。這樣就能實現(xiàn)良好的補縮，使縮孔移至冒口，

從而獲得致密的鑄件。

(2)鑄造應(yīng)力、變形和裂紋(見下一題)

5、何謂鑄件熱應(yīng)力和機(jī)械應(yīng)力？它們對鑄件質(zhì)量將產(chǎn)生什么影響？如何防止鑄件變形？

鑄件的固態(tài)收縮受到阻礙而引起的應(yīng)力，稱為鑄造應(yīng)力。

熱應(yīng)力：由于鑄件各部分冷卻速度不同，以致在同一時期內(nèi)收縮不一致，而且各部分之間存在約束作用，從而產(chǎn)

生的內(nèi)應(yīng)力，稱為熱應(yīng)力。鑄件冷卻至室溫后，這種熱應(yīng)力依然存在，故又稱為殘余應(yīng)力。

機(jī)械應(yīng)力：是由于鑄件的收縮受到機(jī)械阻礙而產(chǎn)生的，是暫時性的，只要機(jī)械阻礙一消除，應(yīng)力也隨之消失。

鑄造應(yīng)力的存在會帶來一系列不良影響，諸如使鑄件產(chǎn)生變形、裂紋，降低承載能力，影響加工精度等。

防止鑄件變形的途徑

①工藝方面

a.使鑄件按“同時凝固”原則進(jìn)行凝固。為此，應(yīng)將內(nèi)澆道開設(shè)在薄壁處，在厚壁部位安放冷鐵，使鑄件各部分溫

差很小，同時進(jìn)行凝固，由此熱應(yīng)力可減小到最低限度。應(yīng)該注意的是，此時鑄件中心區(qū)域往往出現(xiàn)縮松，組織

不夠致密。

b.提高鑄型和型芯的退讓性，及早落砂、打箱以消除機(jī)械阻礙，將鑄件放入保溫坑中緩冷，都可減小鑄造應(yīng)力。

②結(jié)構(gòu)設(shè)計方面

應(yīng)盡量做到結(jié)構(gòu)簡單，壁厚均勻，薄、厚壁之間逐漸過渡，以減小各部分的溫差，并使各部分能比較自由地進(jìn)行收

縮。

③鑄件產(chǎn)生熱應(yīng)力后，可用自然時效、人工時效等方法消除。

1、灰口鑄鐵和白口鑄鐵在組織和性能上有何區(qū)別？

（1）組織區(qū)別：白口鑄鐵中的碳全部以滲透碳體（Fe3c）形式存在，斷口呈亮白色。灰口鑄鐵碳大部或全部以自

由狀態(tài)片狀石墨存在，斷口呈灰色。

（2）性能區(qū)別：白口鑄鐵由于有大量硬而脆的Fe3c,故其硬度高、脆性大、韌性差，很難加工?；铱阼T鐵因石墨

存在，具有良好鑄造性能、切削加工性好，減震性、減磨性好。

灰鑄鐵最適宜制造什么類型和用途的零件毛坯？

根據(jù)牌號的不同可分別制造：（1）低負(fù)荷和不重要的零件，如防護(hù)罩、小手柄、蓋板和重錘等；（2）承受中等負(fù)荷

的零件，如機(jī)座、支架、箱體、帶輪、軸承座、法蘭、泵體、閥體、管路、飛輪和電動機(jī)座等；（3）承受較大負(fù)荷

的重要零件，如機(jī)座、床身、齒輪、汽缸、飛輪、齒輪箱、中等壓力閥體、汽缸體和汽缸套等；（4）承受高負(fù)荷、

要求耐磨和高氣密性的重要零件，如重型機(jī)床床身、壓力機(jī)床身、高壓液壓件、活塞環(huán)、齒輪和凸輪等。

2、孕育鑄鐵將如何生產(chǎn)？孕育鑄鐵有何組織和性能特點？

孕育鑄鐵生產(chǎn)：在澆注前向鐵液中加入少量孕育劑（如硅鐵和硅鈣合金），形成大量的、高度彌散的難熔質(zhì)點，

成為石墨的結(jié)晶核心，促進(jìn)石墨的形核，得到細(xì)珠光體基體和細(xì)小均勻分布的片狀石墨。這種方法稱為孕育處理，

孕育處理后得到的鑄鐵叫做孕育鑄鐵。

孕育鑄鐵組織和性能特點：組織是細(xì)珠光體基體和細(xì)小均勻分布的片狀石墨；性能特點：強度和韌性都優(yōu)于普

通灰鑄鐵，而且孕育處理使得不同壁厚鑄件的組織比較均勻，性能基本一致。故孕育鑄鐵常用來制造力學(xué)性能要求

較高而截面尺寸變化較大的大型鑄件。

3、鑄鐵石墨化的意義是什么？影響鑄鐵石墨化的因素有哪些？

（1）鑄鐵石墨化的意義：石墨化可將高硬度、性脆的白口鑄鐵轉(zhuǎn)化為具有較高強度及其他性能的灰鑄鐵、球鐵、

可鍛鑄鐵、蠕墨鑄鐵。

（2）影響鑄鐵石墨化的因素：

鑄鐵的組織取決于石墨化進(jìn)行的程度，為了獲得所需要的組織，關(guān)鍵在于控制石墨化進(jìn)行的程度。實踐證明，

鑄鐵化學(xué)成分、鑄鐵結(jié)晶的冷卻速度及鐵水的過熱和靜置等諸多因素都影響石墨化和鑄鐵的顯微組織。

4、（1）球墨鑄鐵是如何獲得的？

通過在澆注之前，往鐵液中加入少量球化劑（通常為鎂、稀土鎂合金或含鋅的稀土合金）和孕育劑（通常為硅鐵），

使鐵水凝固后形成球狀石墨而獲得的。

（2）球墨鑄鐵有何組織和性能特點？

組織：珠光體+球狀石墨或鐵素體+球狀石墨；即P+F少+G球或F+P少+G球

性能：具有優(yōu)良機(jī)械性能，球鐵的強度和韌性比其他鑄鐵高。

（3）說明球墨鑄鐵在汽車制造中的應(yīng)用

東風(fēng)汽車公司采用鑄態(tài)珠光體球鐵制造曲軸，東風(fēng)汽車公司與南京汽車廠分別用鑄態(tài)鐵素體球鐵大量制造汽車底盤

零件。

5、對比分析鑄鋼和球墨鑄鐵在力學(xué)性能、鑄造性能、生產(chǎn)成本以及應(yīng)用上的區(qū)別。

鑄鋼的綜合機(jī)械性能好于球鐵，尤其是抗拉強度和抗沖擊性能。但球墨鑄鐵具有更高的屈服強度和較好的疲勞強度,

其屈服強度最低為40k,而鑄鋼的屈服強度只有36ko球墨鑄鐵的耐腐蝕性和抗氧化性都超過鑄鋼。由于球墨鑄鐵

的球狀石墨微觀結(jié)構(gòu)，在減弱振動能力方面，球墨鑄鐵優(yōu)于鑄鋼；球墨鑄鐵鑄造性能好于鑄鋼；球墨鑄鐵比鑄鋼生

產(chǎn)成本低。

球墨鑄鐵以其優(yōu)良的性能，在使用中有時可以代替昂貴的鑄鋼，在機(jī)械制造工業(yè)中得到廣泛應(yīng)用，甚至能代替鍛鋼

做成曲軸，齒輪等重要零件，抗蝕性能也優(yōu)于普通鑄鋼，通常做閥門、減壓閥。但在重型機(jī)械中用于制造承受大負(fù)荷

的零件，如軋鋼機(jī)機(jī)架、水壓機(jī)底座等；在鐵路車輛上用于制造受力大又承受沖擊的零件如搖枕、側(cè)架、車輪和車

鉤等，建議使用鑄鋼。

6、簡述鑄造非鐵合金的種類、性能和應(yīng)用上的區(qū)別。

(1)鑄造銅合金

用于生產(chǎn)鑄件的銅合金。例如鑄造鍍青銅和鑄造錫青銅，這類合金塑性極差，不能進(jìn)行壓力加工，有較高的力學(xué)性

能和耐蝕性,耐磨性較好，可切削性能良好。鑄造鍍青銅主要用作防爆工具、模具、海底電纜中繼器的結(jié)構(gòu)件、焊接

電極等。鑄造錫青銅，鑄造鋁青銅，鑄造黃銅主要用作軸瓦、軸套、襯套、軸承、齒輪、管件等。

(2)鑄造鋁合金

據(jù)主要合金元素差異有四類鑄造鋁合金。

①鋁硅系合金，也叫“硅鋁明”或“矽鋁明”。有良好鑄造性能和耐磨性能，熱脹系數(shù)小，在鑄造鋁合金中品

種最多，用量最大的合金，含硅量在10%?25%。有時添加0.2%?0.6%鎂的硅鋁合金，廣泛用于結(jié)構(gòu)件，如殼體、

缸體、箱體和框架等。有時添加適量的銅和鎂，能提高合金的力學(xué)性能和耐熱性。此類合金廣泛用于制造活塞等部

件。

②鋁銅合金，含銅4.5%?5.3%合金強化效果最佳，適當(dāng)加入鎬和鈦能顯著提高室溫、高溫強度和鑄造性能。

主要用于制作承受大的動、靜載荷和形狀不復(fù)雜的砂型鑄件。

③鋁鎂合金，密度最小(2.55g/cm3),強度最高(355MPa左右)的鑄造鋁合金，含鎂12%,強化效果最佳。合金

在大氣和海水中的抗腐蝕性能好，室溫下有良好的綜合力學(xué)性能和可切削性，可用于作雷達(dá)底座、飛機(jī)的發(fā)動機(jī)機(jī)

匣、螺旋槳、起落架等零件，也可作裝飾材料。

④鋁鋅系合金，為改善性能常加入硅、鎂元素，常稱為“鋅硅鋁明”。在鑄造條件下，該合金有淬火作用，即

“自行淬火”。不經(jīng)熱處理就可使用，以變質(zhì)熱處理后，鑄件有較高的強度。經(jīng)穩(wěn)定化處理后，尺寸穩(wěn)定，常用于

制作模型、型板及設(shè)備支架等。

7、舉例列表說明各種鑄造合金牌號、組織、主要力學(xué)性能及其應(yīng)用。

從教材或課件上的找?guī)追N鑄造合金(灰鑄鐵、球鐵、可鍛鑄鐵、蠕墨鑄鐵、鑄鋼、鑄造銅合金、鑄造鋁合金)列表。

1.砂型鑄造的關(guān)鍵技術(shù)包含哪些內(nèi)容？

合金的熔煉、造型(制芯)方法的選擇、型(芯)砂的制備、分型面的選擇、工藝參數(shù)的確定、澆注位置的確

定、澆注系統(tǒng)設(shè)計、鑄造工藝圖的繪制等。

2.舉例說明鑄件澆注位置和分型面的選擇原則及應(yīng)用。

澆注位置的選擇：

定義-澆注位置是指澆注時鑄件在鑄型中所處的空間位置。

一般原則：

(1).質(zhì)量要求高的重要加工面、受力面應(yīng)該朝下

(2).厚大部分放在上面或側(cè)面

(3),大而薄的平面朝下，或側(cè)立、傾斜

(4).應(yīng)充分考慮型芯的定位、穩(wěn)固和檢驗方便

應(yīng)用舉例參見教材或課件

分型面的選擇原則

定義-分型面是指鑄型之間的結(jié)合面；

一般原則：

(1).便于起模

(2).減少分型面和活塊的數(shù)量

(3).重要加工面應(yīng)位于同一砂型中

(4).盡量采用平直的分型面

(5).減少砂芯數(shù)量，同時注意下芯、合型及檢驗的方便

應(yīng)用舉例參見教材或課件

3.用示意圖說明鑄造型芯和芯頭的作用。

為使型芯準(zhǔn)確牢固地安放在砂型中，并順利排除型芯內(nèi)的氣體，型芯通常都帶有芯頭部分，下芯時芯頭放入砂

型上形狀相應(yīng)的芯座中。根據(jù)型芯所處的位置不同，芯頭分為垂直芯頭和水平芯頭兩大類（分別見圖1-1、圖1-2）。

垂直型芯一般都有上、下芯頭（見圖l-l（a））。為了型芯安放和固定的方便，下芯頭要比上芯頭高一些，斜度要小些，

并且要在芯頭和芯座之間留一定間隙。截面較大、高度不大的型芯可只有下芯頭或全無芯頭（見圖l-l（b）,（C））o

水平型芯一般也有兩個芯頭。當(dāng)型芯只有一個水平芯頭，或雖有兩個芯頭仍然定位不穩(wěn)而易發(fā)生轉(zhuǎn)動或傾斜時，還

可采用聯(lián)合芯頭、加長或加大芯頭、安放型芯撐支撐型芯等措施（見圖1-2）。

上述各工藝參數(shù)（芯頭高度、斜度，芯頭間距等）的確定均可參考有關(guān)手冊。

圖1-1垂直芯頭的形式圖1-2水平芯頭的形式

（a）一般形式；（b）只有下芯頭；（c）無芯頭（a）一般形式；（b）聯(lián)合芯頭；（c）加長芯頭；（d）芯頭加型芯撐

4.說明澆注系統(tǒng)的組元及其應(yīng)用？

澆注系統(tǒng)的作用是：控制金屬液充填鑄型的速度及充滿鑄型所需的時間;使金屬液平穩(wěn)地進(jìn)入鑄型,避免紊流和對

鑄型的沖刷;阻止熔渣和其他夾雜物進(jìn)入型腔;澆注時不卷入氣體，并盡可能使鑄件冷卻時符合順序凝固的原則。

澆注系統(tǒng)包括：①澆口杯：承接澆包倒進(jìn)來的金屬液，也稱外澆口；②直澆口：聯(lián)接外澆口和橫澆口，將金屬液由

鑄型外面引入鑄型內(nèi)部；③橫澆口：聯(lián)接直澆口，分配由直澆口來的金屬液流；④內(nèi)澆口：聯(lián)接橫澆口，向鑄型型

腔灌輸金屬液。

5.列表統(tǒng)計說明金屬型鑄造、熔模精密鑄造、壓力鑄造和實型鑄造的特點和應(yīng)用。

從教材或課件上找出后列表

6.試確定下列零件在大批生產(chǎn)條件下，最宜采用哪種成形方法：

汽輪機(jī)葉片：精密鑄造或模鍛

鋁活塞：金屬型鑄造

柴油機(jī)缸套：砂型鑄造？

摩托車汽缸體：壓力鑄造

車床床身：砂型鑄造

1、說明金屬塑性成形的條件和方法。

條件：一是成形的金屬必須具備可塑性；二是必須有外力的作用。

金屬塑性成形的方法：

（1）軋制將金屬材料通過軋機(jī)上兩上相對回轉(zhuǎn)軋輯之間的空隙，進(jìn)行壓延變形成為型材的加工方法；

（2）擠壓將金屬置于一封閉的擠壓模內(nèi)，用強大的擠壓力將金屬從?？字袛D出成形的方法；

（3）拉拔將金屬坯料拉過拉拔模?？?，，而使金屬拔長，其斷面與?？紫嗤募庸し椒?；

（4）自由鍛造將加熱后的金屬坯料置于上下砧鐵之間受沖擊力或壓力而變形的加工方法；

（5）模型鍛造（模鍛）將加熱后的金屬坯料置于具有一定形狀的鍛造模具模膛內(nèi)，金屬毛坯受沖擊力或壓力的作用而

變形的加工方法；

（6）板料沖壓金屬板料在沖壓模之間受壓產(chǎn)生分離或變形而形成產(chǎn)品的加工方法；

2、何謂金屬冷變形和熱變形？

變形溫度低于回復(fù)溫度時，金屬在變形過程中只有加工硬化而無回復(fù)與再結(jié)晶現(xiàn)象，變形后的金屬只具有加工硬化

組織，這種變形稱為冷變形。

變形溫度在再結(jié)晶溫度以上時，變形產(chǎn)生的加工硬化被隨即發(fā)生的再結(jié)晶所抵消，變形后金屬具有再結(jié)晶的等軸晶

粒組織，而無任何加工硬化痕跡，這種變形稱為熱變形。

3、同種金屬材料分別經(jīng)過冷、熱變形，其組織和性能有何差異？何謂金屬再結(jié)晶？

（1）冷變形：

1）組織變化的特征：①晶粒沿變形最大方向伸長；②晶粒扭曲，產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，變形織構(gòu)；③晶粒間產(chǎn)生碎晶。

2）性能變化的特征：隨著變形程度的增加，會其強度和硬度不斷提高，塑性和韌性不斷下降的現(xiàn)象（加工硬化）。

（2）熱變形：

1）組織變化的特征：①細(xì)化晶粒；②壓合了鑄造缺陷；③組織致密。

2）性能變化的特征：無加工硬化現(xiàn)象；出現(xiàn)鍛造流線，金屬性能各向異性。

金屬再結(jié)晶：當(dāng)溫度升高到該金屬熔點溫度的04倍時，金屬原子獲得更多的熱能，則開始以某些碎晶或雜質(zhì)為核

心結(jié)晶成新的晶粒，從而消除了全部加工硬化現(xiàn)象。這個過程稱為再結(jié)晶。

4、說明金屬鍛造性（可鍛性）的意義，有哪些影響因素？

金屬塑性變形的能力又稱為金屬的鍛造性，它指金屬材料在塑性成形加工時獲得毛坯或零件的難易程度。

鍛造性用金屬的塑性指標(biāo)（延伸系數(shù)6和斷面減縮率中）和變形抗力來綜合衡量。

影響金屬塑性的因素：

（1）金屬本身的性質(zhì)一一①化學(xué)成分：碳含量越低，材料的鍛造性越好；②組織狀態(tài)：純金屬和固溶體具有良好的

鍛造性。

（2）變形的加工條件

1）變形溫度t,塑性t；

2）變形速度的影響；見課件；

3）應(yīng)力狀態(tài)的影響，壓狀態(tài)為三向壓應(yīng)力時塑性最好。

5、什么是鍛造流線？在設(shè)計和制造零件時應(yīng)如何分布鍛造流線？

塑性變形時，金屬的晶粒沿變形方向被拉長或壓扁，變形后晶間雜質(zhì)也沿變形方向排列，這種按照一定方向分

布的晶界雜質(zhì)稱為鍛造流線，鍛造流線使金屬的力學(xué)性能表現(xiàn)為各向異性，即不同方向上的力學(xué)性能有所不同（各

向異性），表現(xiàn)為沿著纖維方向的力學(xué)性能比垂直于纖維方向的好。在機(jī)械零件中應(yīng)注意：

（1）流線與工件最大拉應(yīng)力方向一致

（2）流線與外在切應(yīng)力或沖擊力方向垂直

（3）沿工件外輪廓連續(xù)分布

6、金屬鍛造時，為什么要加熱？鋼的鍛造溫度大致限制在什么范圍內(nèi)？

加熱是為了提高金屬的塑性，降低其變形抗力，有效改善金屬的可鍛性。

金屬鍛造溫度大致限制在始鍛溫度（允許的最高溫度稱為始鍛溫度）一一終鍛溫度（停止鍛造的溫度）之間。比如：

碳鋼：1200~800（℃）

1、板料沖壓有何生產(chǎn)特點？對原材料供應(yīng)有什么要求？

板料沖壓是利用沖模使板料變形或分離，從而獲得具有一定形狀尺寸的零件的壓力加工方法。加工材料均為板

料，一般板料沖壓是在再結(jié)晶溫度以下進(jìn)行，所以又叫冷沖壓。冷沖板料通常厚度不大于4mm。。當(dāng)板料厚度超過

8?10mm時，則需采用熱沖壓。

沖壓加工的生產(chǎn)特點：

1）可生產(chǎn)形狀復(fù)雜的零件；具有足夠的精度和較低的表面粗糙度；互換性好，強度高，剛度好。

2）材料的利用率高，一般可達(dá)70-80%。

3）適應(yīng)性強，金屬、非金屬材料均可用沖壓方法加工。沖壓零件可大可小，小的如儀表零件，大的如汽車縱

梁和表面覆蓋件等。

4）生產(chǎn)率高，每分鐘可沖壓小件數(shù)千件，易于實現(xiàn)機(jī)械化和自動化。

對原材料供應(yīng)有什么要求：塑性好的板料

沖壓最常用的材料是金屬板料，有時也用非金屬板料，金屬板料分黑色金屬和有色金屬兩種。

黑色金屬：普通碳素結(jié)構(gòu)鋼、優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼、合金結(jié)構(gòu)鋼、碳素工具鋼、不銹鋼、電工硅鋼片等；

有色金屬：純銅、黃銅、青銅、鋁等。

2、沖壓基本工序分為哪兩類？何謂沖裁？

板料沖壓的基本工序可分為分離工序和變形工序兩大類。

沖裁：使坯料沿封閉輪廓分離的工序。

3、如何決定板料沖孔和落料的凸、凹模尺寸及合理間隙值？

1）凸、凹模尺寸

落料：以凹模為設(shè)計基準(zhǔn)，口凹=<1落；D凸=口凹-Z

沖孔：以凸模（沖頭）為設(shè)計基準(zhǔn)，DT=d孔；D凹=DT+Z

2）合理的凸凹模間隙：Z（雙邊間隙）=（5%~10%）t（壁厚）

4、說明落料前合理排樣的經(jīng)濟(jì)意義和排樣方法。

排樣設(shè)計原則（合理排樣的經(jīng)濟(jì)意義）：

（1）提高材料利用率

（2）改善操作性

（3）使模具結(jié)構(gòu)簡單合理，使用壽命高。

（4）保證沖裁件質(zhì)量。

排樣方式：

根據(jù)沖裁件在板料上的布置方式，排樣形式有直排、單行排、多行排、斜排、對頭直排和對排斜排等多種排列方式。

（可給出一個實際零件繪制排樣圖）。

I焊接電弧是怎樣的一種物理現(xiàn)象？電弧各區(qū)的溫度有多高？溫度高對焊接質(zhì)量會帶來什么后果？

焊接電弧是一種氣體放電的物理現(xiàn)象。

電弧的組成：由陽極區(qū)、陰極區(qū)和弧柱組成。陽極區(qū)：用鋼焊條焊接時，該區(qū)平均溫度為2600K；陰極區(qū)：用鋼焊

條焊接時，該區(qū)平均溫度為2400K?；≈河捎陔娀〉臒峤粨Q在弧柱區(qū)最為激烈，而弧柱溫度高，約為6000?8000K。

熔池溫度，直接影響焊接質(zhì)量，熔池溫度高、熔池較大、鐵水流動性好，易于熔合，但過高時，鐵水易下淌，單面

焊雙面成形的背面易燒穿，形成焊瘤，成形也難控制，且接頭塑性下降，彎曲易開裂。熔池溫度高，易使金屬元素

產(chǎn)生強烈的熔損和蒸發(fā)。熔池溫度低時，熔池較小，鐵水較暗，流動性差，易產(chǎn)生未焊透，未熔合，夾渣等缺陷。

2.何謂焊接熱影響區(qū)？各區(qū)段對焊接接頭性能有何影響？

焊接熱影響區(qū)是指在焊接過程中，母材因受熱影響（但未熔化）而發(fā)生組織和力學(xué)性能變化的區(qū)域。焊接熱影響區(qū)包

括過熱區(qū)、正火區(qū)和部分相變區(qū)。焊接熱影響區(qū)的組織和性能，基本上反映了焊接接頭的性能和質(zhì)量。

1）過熱區(qū)：在焊接熱影響區(qū)中，具有過熱組織或晶粒顯著粗化的區(qū)域稱為過熱區(qū)。該區(qū)被加熱的最高溫度范圍為固

相線至1100C,寬度約1?3mm。由于晶粒粗大，使材料的塑性和韌性降低，且常在過熱處產(chǎn)生裂紋。

2）正火區(qū)：該區(qū)被加熱的最高溫度范圍為1100℃至Ac3之間，寬度約為1.2?4.0mm。由于金屬發(fā)生了重結(jié)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，力學(xué)性能良好。

3）部分相變區(qū)：該區(qū)被加熱的最高溫度范圍為Acl?Ac3之間，只有部分組織發(fā)生相變。由于部分金屬發(fā)生了重結(jié)

晶，冷卻后可獲得細(xì)化的鐵素體和珠光體，而未重結(jié)晶的部分則得到粗大的鐵素體，由于晶粒大小不一，故力學(xué)性

能較差。一般情況，焊接時焊件被加熱到Acl以下的部分，鋼的組織不發(fā)生變化。對于經(jīng)過冷塑性變形的鋼材，則

在450℃?Acl的部分，還將產(chǎn)生再結(jié)晶，使鋼材軟化。

3.產(chǎn)生焊接應(yīng)力與變形的原因是什么？如何減小或消除焊接應(yīng)力？如何