工程材料與成形技術基礎課后部分習題及答案車輛工程

第一章2.圖1-79為五種材料的應力-應變曲線：①45鋼，②鋁青銅，③35鋼，④硬鋁，⑤純銅。試問：當外加應力為300MPa時，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，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35鋼處于塑性變形階段時，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性能指標的名稱和含義是什么？

σb、σs、σ0.2、σ-1、δ、αk、HRC、HBS、HBW答：σb抗拉強度，是試樣保持最大均勻塑性的極限應力。σs屈服強度，表示材料在外力作用下開始產(chǎn)生塑性變形時的最低應力。σ0.2條件屈服強度，作為屈服強度的指標。σ-1疲勞強度，材料循環(huán)次數(shù)N次后達到無窮大時仍不發(fā)生疲勞斷裂的交變應力值。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，表示用淬硬鋼球為壓頭測定的硬度值。HBW布氏硬度，表示用硬質(zhì)合金為壓頭測定的硬度值。8．什么是固溶強化？造成固溶強化的原因是什么？

答：形成固溶體使金屬強度和硬度提高，塑性和韌性略有下降的現(xiàn)象稱為固溶強化。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：

（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性能：σb≥800MPa，αk≥600KJ/m2。試問應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)量分數(shù)高，有共晶成分，熔點較低。提高金屬流動性的主要工藝措施是較高的澆注溫度。4.定向凝固和同時凝固方法分別解決哪種鑄造缺陷？請舉例各分析幾種應用情況。答：①定向凝固解決的缺陷：冒口補縮作用好，可防止縮孔和縮松，鑄件致密。同時凝固解決的缺陷：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，進行澆注；就做出來鑄件。鑄件相當于零件的毛坯，由于考慮到加工因素，因此鑄件的尺寸要比較零件大如果去掉澆冒口后進行一定加工后就是零件了所以三者的尺寸關系為：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：底面上110mm凹槽容易鑄出，軸孔下芯方便，軸孔內(nèi)凸臺不妨礙起模。缺點：底板上四個凸臺必須采用活塊，同時，鑄件易產(chǎn)生錯型缺陷，飛翅清理的工作量大。此外，若采用木模，加強筋處過薄，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克服了方案工的缺點，但軸孔內(nèi)凸臺妨礙起模，必須采用兩個活塊或下型芯。當采用活塊造型時，φ30mm軸孔難以下芯。(3)方案Ⅲ 沿110mm凹槽底面分型。優(yōu)缺點與方案Ⅱ類同，僅是將挖砂造型改用分模造型或假箱造型，以適應不同的生產(chǎn)條件?？梢钥闯?，方案Ⅱ、Ⅲ的優(yōu)點多于方案I。(1)單件、小批生產(chǎn)由于軸孔直徑較小、勿需鑄出，而手工造型便于進行挖砂和活塊造型，此時依靠方案Ⅱ分型較為經(jīng)濟合理。(2)大批量生產(chǎn)機器造型難以使用活塊，故應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上浮。若軸孔需要鑄出，采用組合型芯即可實現(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，沖孔時凸模尺寸是最大的，

凸?？筛?，但凹模不能改。因為若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，內(nèi)徑為20mm，板厚為4mm，精度為IT9的墊圈時，請示意畫出（1）連續(xù)模，（2）復合模簡圖，請計算凸凹模尺寸并標在簡圖上。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，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成可能出現(xiàn)液硬組織，該區(qū)的化學成分和組織都很不均勻，力學性能很差，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，冷卻后可獲得細化的鐵素體和珠光體，而未重結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，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，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