金属工艺学(二版)练习与思考题参考答案

金属工艺学（二版）练习与思考题参考答案绪论第1~20章，共309题。36页，约5。4万字《金属工艺学》（二版）练习与思考题参考答案绪论0-1性质是一门以机械制造工艺为主的综合性技术基础课。主要内容是：（1）金属的力学性能、金属学基本知识、钢的热处理、金属材料、非金属材料、金属表面处理技术、工程材料的选用等。（2）铸造、锻压、焊接、毛坯生产方法的选择等。（3）金属切削基础知识、金属切削机床及其加工、精密加工与特种加工、零件生产的基本知识及加工方法的综合分析等。0-2教育目标是：（1）了解常用机械工程材料的类别和用途，初步具有正确使用金属材料的能力。（2）了解金属的常用热处理，主要冷、热加工方法的基本原理，工艺特点和应用范围，金属毛坯和零件的常用加工方法，初步具有选用热处理、使用毛坯和确定机械加工工艺路线的能力。（3）了解机械产品制造过程、加工设备及工艺过程。（4）了解与本课程有关的新材料、新工艺、新技术、新设备及其发展趋势。0-3一般过程是根据设计图，进行工艺准备、材料、毛坯准备、进行热处理和切削加工、制得零件，经装配、检验、得合格机械产品。毛坯制造方法有铸造、锻造、冲压、焊接和型材下料。切削加工主要方法有车削、钻削、铣削、创削、磨削等。0-4（1）把课堂教学与实验、金工实习结合起来，联系生产实践，突出重点与应用；（2）学习工程材料要突出材料的类别与用途，学会正确使用材料；（3）学习冷、热加工基础要突出金属加工工艺特点和应用范围，学会正确选用毛坯和加工工艺路线；（4）利用金工实习、现场参观、电化教学、网络课程等条件，增加感性知识，理论联系实际，培养分析问题，解决问题的能力。第一章金属的力学性能1-1力学性能是材料在力作用下所显示的性能（又指金属在力作用下所显示的与弹性和非弹性反应相关或涉及应力-应变关系的性能），主要有强度、塑性、硬度、韧性和疲劳强度等。常用强度根据是屈服点和抗拉强度；塑性判据是断后伸长率和断面收缩率；硬度判据是布氏硬度、洛氏硬度和维氏硬度等；韧性判据是冲击吸收功；金属疲劳的判据是疲劳强度。1-2不正确。零件受到外力会否变形取决于外力大小（严格讲为外力/零件受力横截面积，称应力）与零件材料力学性能高低，当应力小于该零件材料弹性极限时，则产生弹性变形；当应力超过屈服点时，则发行塑性变形（永久变形）。1-3◆◆1-4短试样：◆◆长试样：◆◆长试样塑性好。因为同一材料的断后伸长率大小与试样尺寸有关，同一材料的◆；现两种材料的◆◆，则长试样的塑性应比短试样好。1-5屈服点没有达到要求1-6因为低碳钢塑性、韧性好，这些承载零件一旦超载即发生塑性变形，引起操作者注意，及时降载或更换零件，且低碳钢冷塑性变形后还产生加工硬化，可降低超载引起突然断裂的危险性。1-7硬度是指材料抵抗局部变形，特别是塑性变形、压痕或划痕的能力。常用的硬度试验方法有布氏硬度、洛氏硬度和维氏硬度试验法。1-8布氏硬度原理：用直径D的淬火钢球或硬质合金球作压头，以相应用的试验力F压入试件表面，经规定的保持时间后，卸除试验力，得到一直径为d的压痕。用试验力除以压痕表面积，即得布氏硬度值。优点：试验数据准确、稳定。缺点：测试较麻烦；压痕大，不宜测薄件或成品件；球形压头会变形或损坏，不宜硬度高的材料。应用HBS测试硬度值小于450的材料；HBW测试硬度值在450~650范围的材料。布氏硬度常用来测定铸铁、有色金属、经退火、正火和调质处理的钢材等硬度，如半成品和原材料。洛氏硬度原理：在初试验力和总试验力的先后作用下，将压头（顶角120的金刚石圆锥或◆1.588mm的淬火钢球）压入试样表面，保持规定时间后，卸除主试验力，测量出残余压痕深度增量，用以计算硬度。优点：操作简便，迅速、压痕小，可测试成品表面及较硬、较薄的工件。缺点：因压痕小，对组织、硬度不均匀的材料，硬度值波动较大，准确性不如布氏硬度高。应用：主要应用于测定钢铁、有色金属、硬质合金等的硬度。1-9查教材附录附表2（b）22HRC换算成234HBS，符合220~250HBS图纸要求。1-10（1）不正确，HBS适用于测量硬度值小于450的材料；（2）不正确，HBW用于测量硬度值在450~650的材料，且硬度值一般不标单位；（3）不正确，HRC在用于测量硬度值20~70的材料；（4）不正确，HRC用于测量硬度值20~70的材料；（5）不正确，应写成45~50HRC；（6）不正确，HRC不应有单位，且应写成数字在前，硬度符号在后。1-11（1）布氏硬度，HBS；（2）布氏硬度，HBS；（3）洛氏硬度，HRC；（4）洛氏硬度，HRA；（5）维氏硬度，HV。1-12吸收AK是指试样在冲击试验力一次作用下折断时所吸收的功。AK越大，材料韧性越好。1-13零件在循环压力作用下，在一处或几处产生局部永久性累积损伤，经一事实上循环次数后产生裂纹或突然发生完全断裂的过程，称为金属疲劳。在零件的尖角、孔、槽、微裂纹、夹杂物、表面划痕、刀痕、局部应力集中处，在循环应力作用下易产生疲劳裂纹，裂纹不断扩展，减小了零件的有效承载面积，最后与截面减小至不能承受外力时，零件即发生突然断裂。提高零件疲劳强度的方法是合理设计零件结构，避免应力集中、降低表面粗糙度值、进行表面滚压、喷水处理、表面热处理等。第二章金属的结构与结晶2-1晶体：是原子按一定几何形状作有规律排列的固体。如金刚石、石墨、金属与合金等。晶格：用于描述原子在晶体中规律排列方式的空间格子称为结晶格子，简称晶格。晶格中直线交点称为结点。单晶体：是晶体内部原子排列方向（称晶格位向）完全一致的晶体。多晶体：由许多小晶体（单晶体）组成的晶体。晶粒：多晶体材料内以晶界分开、晶格排列方向基本相同的小晶体，称为晶粒。晶界：多晶体材料中相邻晶粒的界面称为晶界。合金：是指两种或两种以上的金属元素，或金属与非金属元素组成的具有金属特性的物质。组织：指用金相法看到的形态、尺寸和分布方式不同的一种或多种相构成的总体。显微组织：指用光学显微镜或电子显微镜观察到的组织。固溶体：是指合金在固态下，组元间能互相溶解而形成的均匀相。金属化合物：是指合金组元间相互作用而生成的具有金属特性的一种新相。固溶强化：指溶质原子溶入溶剂晶格中导致固溶体晶格畸度，使合金强度、硬度升高的现象。弥散强化：指金属合化物细小均匀分布在固溶体基体上时，能显著提高合金的强度、硬度和耐磨性的现象。2-2体心立方晶格晶胞是一个立方体，在立方体的八个顶角和立方体的中心各有一个原子面心立方晶格晶胞是一个立方体，在立方体的八个顶角和立方体的六个面的中心各有一个原子密排六方晶格晶胞是一个六方柱体，六方柱体的各个角和上下底面中心各有一个原子，在顶面和底面间还有三个原子2-3有点缺陷（晶格空位、间隙原子）、线缺陷（位错）和面缺陷（晶界）。通常，晶体缺陷造成晶格畸度，使金属的强度、硬度有所提高。2-4生产中，金属的实际结晶温度t1要低于理论结晶温度t0，t0与t1之差（t0-t1）称为过冷度t。通常情况下，增加过冷度，使晶粒细化；使金属的强度增加，塑性、韧性也好。2-5细晶粒金属的强度比粗晶粒高，塑性、韧性也好。细化晶粒的方法有增加过冷度、度质处理、附加振动。2-6在固态下，金属晶格类型随温度发生变化的现象称为同素异晶转度。Fe的相度湿度有三个：液相1538固相（Fe），◆◆◆◆，◆◆◆◆。◆◆◆◆：体心站，◆◆：面心立方。2-7在液态金属中加入少量变质剂（唯熔的固体微粒）充当人工晶核，使晶粒细化的处理方法称为变质处理。它的作用是细化晶粒。2-8（1）金属模浇注铸件晶粒细；（2）浇注时采用振动晶粒细。2-9（1）2；（2）1。2-10合金是指两种或两种以上的金属元素，或金属与非金属元素组成的具有金属特性的物质。与纯金属相比，合金的强度、硬度较高，制造成本较低，种类繁多、性能各异，可满足不同的需要，应用广泛。因为合金中的固溶体有固溶强化作用，细小均匀分布的金属化合物有弥散强化作用，不像纯金属要求较高的纯净度，固而制造成本较低。2-11因为单晶体由原子是按一定几何形状作有规律排列的，不同方向上原子排列密度不同，因而性能不同，即各向异性。生产中使用的金属大多为多晶体，虽然多晶体中每个晶粒和单晶体一样具有各向异性，但一块金属包含有大量彼此位向不同的晶粒，不同方向的金属性能却是许多晶粒性能的平均值，故一般金属（多晶体）表现为各向同性。2-12合金的结构因其他组元的加入，形成固溶体、金属化合物基本相，不同于纯金属的单一晶体结构。由于固溶体会产生固溶强化，金属化合物细小的均匀分布在固溶体上产生弥散强化，因而是强度、硬度比纯金属高。2-13（1）有相的改变；（2）无邪恶的改变。2-14纯金属液在一定过冷变下，开始形成结晶核心，晶核依靠吸附周围液体中的原子长中。与此同时，在液态金属中又有新晶核产生、长大，直到全部结晶成固态金属。合金的结晶与纯金属相似处是都遵循生核与长大的规律，结晶过程都有潜热放出。不同处是纯金属结晶在某一恒温下进行，合金通常在某一温度范围内进行，且各相成分还发生变化，结晶比纯金属复杂。第三章铁碳合金状态图3-1铁碳合金状态图是表示平衡状态下，不同成分的铁碳合金，在不同温度时所具有的状态或组织的图形。3-2在固态下，金属晶格类型随温度发生变化的现象称为同素异晶转变。铁的同素异晶转变是钢铁能进行热处理的基础，也是钢铁材料品种多样、应用广泛的重要原因。3-3随碳质量分数增加，铁碳合金室温组织中，F减少；Fe3C增多，且形态、分布有所不同，形成不同组织。◆≤0.0218＜0.770.77＞0.77＜4.34.3＞4.3室温组织FF+PPP+◆P+◆+◆◆◆3-4铁素体：碳溶于α-Fe的间隙固溶体；F；体心立方晶格，溶碳量很少，显微组织与纯铁相似，呈明亮的多边形晶粒；性能与纯铁相似，即强度、硬度低，塑性、韧性好。臭氐体：碳溶于γ-Fe的间隙固溶体；A；面心立方晶格，晶粒呈多边形，晶界较铁素体平直；强度和硬度比铁素体高，塑性、韧性也好，钢材多数加热到臭氏体状态进行锻造。渗碳体：铁与碳形成的金属化合物；Fe3C；具有复杂的晶体结构，wC=6.69%；它是钢中的主要强化相，它的形态、大小、数量和分布对钢及铸铁的性能有很大影响，渗碳体硬度很高，塑性、韧性很差，δ、Ak接近于零，脆性很大。珠光体：由铁素体和渗碳体组成的机械混合物；P；由铁素体与渗碳体片层状交替排列的共转变组织，碳合量平均为wC=0.77%；性能介于铁素体和渗碳体之间，强度较高，硬度适中，有一定的塑性。莱氏体：由臭氏体和渗碳体组成的机械混合物；Ld（高温莱氏体），Ld’（变态莱氏体）；变态莱氏体由渗碳体与珠光体相近，硬度很高，塑性很差。3-5一定成分的液相，在恒温下同时转变成两个固相称为共晶转变，◆◆◆◆◆，一定成分的固相，在恒温下同时转变成两个固相称为共折转变，◆◆◆◆◆。3-6◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆3-7碳钢可以锻造，因处于A区，塑性好；白口铸铁不能锻造，因存在硬脆的Ld相和液相。3-8打洛氏硬度HRC，wC=0.20%，太软测不出HRC；wC=0.40%，HRC低；wC=1.2%，HRC中；wC=3.5%，HRC高。3-9亚共折钢：0.0218＜wC＜0.77%的钢，F+P；共折钢；wC=0.77%的钢，P；过共折钢：0.77%＜wC≤2.11%的钢，P+Fe3CⅡ。3-10（1）钢铆钉使用时头部要被砸扁，不能太硬；（2）铁丝绑扎物件要缠绕，要软一点；钢丝绳吊重物要承受很大的拉伸力，要有高的强度；（3）wC=1.0%的钢硬度高，wC=0.1%的钢硬度低。Fe-Fe3C状态图（局部）及钢的组织转变示意图合金Ⅱ（wC=0.45%）：t1以上，全部为L→t1时，开始从L相折出A，t1~t2为L+A→当达到t2时，全部变成A，t2~t3，为A→当低于t3时，为A→中折出F，t3~t4为F+A→达到t4时，F成分为p，A成分为s（0.77），在727℃发生共折转变，As◆◆Fp+Fe3C，t4以下组织不再变化，室温组织为F+P；合金Ⅰ（wC=0.77%）：t1以上，全部为L→t1时，开始从L相折出