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机械制造基础习题集答案第一部分工程材料及热处理一、填空题1．力学性能、物理性能、化学性能2．σb、σs、HB或HRC、δ、φ、αk3．体心立方晶格、面心立方晶格、密排六方晶格4．体心立方、α、面心立方、γ、面心立方、γ、体心立方、δ5．晶核形成、晶核长大、同时进行6．平衡结晶温度、过冷7．平衡结晶温度与实际结晶温度、过冷度、△T8．自发形核、非自发行核、在液态金属中加入少量变质剂（孕育剂）作为人工晶核9．强度、硬度、塑性、韧性、增加冷却速度、变质处理、振动10.两种或两种以上金属元素或金属元素与非金属元素、金属、组元11.相同化学成分、相同晶体结构、界面12.固溶体、金属化合物、机械混合物13.强度、硬度、塑性和韧性14.溶质原子、位错、位错15.Fe、C、铁素体F、奥氏体A、渗碳体Fe3C、珠光体P、莱氏体Ld16.共析、铁素体F、渗碳体Fe3C、越好17.（1）铁碳合金的固相线，也是莱氏体共晶转变线（2）珠光体共析转变线（3）奥氏体转变为铁素体的开始线（常称A3线）（4）碳在铁素体中的溶解度线18.加热、保温、冷却、整体或表层的组织、性能19.珠光体、组织越细20.碳在α—Fe中的过饱和固溶体、-50℃—230℃、硬度很高21.缓慢冷却、完全退火、等温退火、球化退火、扩散退火、细化晶粒、改善组织、消除内应力22.快速连续冷却、马氏体23.回、内应力、变形、开裂24.淬火后所能达到的硬度值的大小、钢的含碳量25.淬火、高温回火、综合机械26.（1）低碳钢、中碳钢、高碳钢、＜0.25%、0.25%—0.6%、＞0.6%（2）结构钢、工具钢、特殊性能钢27.合金结构钢、合金工具钢、特殊性能合金钢28.灰口铸铁、白口铸铁、麻口铸铁29.球化、孕育、铸造30.高分子材料、无机非金属材料、复合材料31.金属基体、树脂基、陶瓷基32.机械零件丧失其规定功能二、判断题1.×2.×3.√4.×5.×6.√7.√8.√9.√10.×11.×12.√13.×14.×15.×16.√17.√18.×19.×20.×21.√22.√23.×24.√25.×26.×27.√28.×29.√30.√31.×32.√33.×34.×35.√36.×37.×38.×39.×40.×41.√42.×43.√44.√45.×46.√47.√48.√49.√50.×三、选择题1.C2.C3.A4.A5.C6.B7.D8.B9.B10.B11.B12.B13.C14.C15.A16.C17.C18.A19.A20.D21.C22.C23.C24.A25.A26.C27.B28.B29.A30.A31.D32.C33.C34.A35.C36.C37.A38.A39.C40.C四、简答题1．什么是工程材料？按其组成主要分为哪些类型?答：工程材料主要指用于机械工程和建筑工程等领域的材料。按其组成分为：金属材料；高分子材料；无机非金属材料；复合材料和功能材料。2．金属的实际晶体中存在哪些晶体缺陷？它们对性能有什么影响？答：在实际金属中存在的缺陷有点缺陷（空位和间隙原子）、线缺陷（位错）和面缺陷（晶界）3种类型。一般情况下，晶体缺陷的存在可以提高金属的强度，但是晶体缺陷的存在常常降低金属的抗腐蚀性能。3．什么是细晶强化？生产中主要采取哪些措施细化晶粒？答：一般情况下金属的强度、塑性和韧性都随晶粒的细化而提高，称细晶强化。因此，在生产中常采取增加冷却速度、变质处理和振动来细化晶粒以改善力学性能。增加冷却速度可增大过冷度，使晶核生成速率大于晶粒长大速率，因而使晶粒细化。但增加冷却速度受铸件的大小、形状的限制。变质处理是在液态金属中加少量变质剂(又称孕育剂)作为人工晶核，以增加晶核数，从而使晶粒细化。此外，在结晶过程中采用机械振动、超声波振动和电磁振动，也有细化晶粒的作用。4．什么是金属的热处理？有哪些常用的热处理工艺？答：金属热处理就是通过加热、保温和冷却来改变金属整体或表层的组织，从而改善和提高其性能的工艺方法。金属热处理工艺可分为普通热处理（主要是指退火、正火、淬火和回火等工艺）、表面热处理（包括表面淬火和化学热处理）和特殊热处理（包括形变热处理和真空热处理等）。5．钢退火的主要目的是什么？常用的退火方法有哪些？答：钢退火的主要目的是：①细化晶粒，均匀组织，提高机械性能；②降低硬度，改善切削加工性；③消除残余内应力，避免钢件在淬火时产生变形或开裂；④提高塑性、韧性，便于塑性加工⑤为最终热处理做好组织准备。常用的退火方法有完全退火、等温退火、球化退火、去应力退火、扩散退火、再结晶退火。6．钢正火的主要目的是什么？正火与退火的主要区别是什么？如何选用正火与退火？答：钢正火的主要目的是①细化晶粒，改善组织，提高力学性能；②调整硬度，便于进行切削加工（↑HB)；③消除残余内应力，避免钢件在淬火时产生变形或开裂；④为球化退火做好组织准备。正火与退火的主要区别是冷却速度不同。正火与退火的选用：①不同的退火方法有不同的应用范围和目的，可根据零件的具体要求选用；②正火可用于所有成分的钢，主要用于细化珠光体组织．其室温组织硬度比退火略高，比球化退火更高；③一般来说低碳钢多采用正火来代替退火。为了降低硬度，便于加工，高碳钢应采用退火处理。7．淬火的目的是什么？常用的淬火方法有哪几种？答：淬火是将钢奥氏体化后快速冷却获得马氏体组织的热处理工艺。淬火的目的主要是为了获得马氏体，提高钢的硬度和耐磨性。它是强化钢材最重要的热处理方法。常用的淬火方法有：单液淬火、双液淬火、分级淬火和等温淬火。8.淬火后，为什么一般都要及时进行回火？回火后钢的力学性能为什么主要是决定于回火温度而不是冷却速度？答：淬火钢一般不宜直接使用，必须进行回火以消除淬火时产生的残余内应力，提高材料的塑性和韧性，稳定组织和工件尺寸。由于回火后钢的力学性能取决于回火后的组织与结构，而回火后的组织与结构主要是由回火温度而不是冷却速度决定的。9．回火的目的是什么？常用的回火操作有哪些？试指出各种回火操作得到的组织、性能及应用范围。答：回火的目的是：①消除淬火时产生的残余内应力；②提高材料的塑性和韧性，获得良好的综合力学性能；③稳定组织和工件尺寸。常用的回火方法有以下三种：（1）低温回火（250℃以下）组织：回火组织为回火马氏体。性能：基本上保持了淬火后的高硬度（一般为58～64HRC）和高耐磨性。应用：主要用于高碳工具钢、模具、滚动轴承、渗碳、表面淬火的零件及低碳马氏体钢和中碳低合金超高强度钢。（2）中温回火（350～500℃）组织：回火组织为回火屈氏体。性能：回火屈氏体的硬度一般为35～45HRC，具有较高的弹性极限和屈服极限。应用：主要用于各种弹性元件。（3）高温回火（500～650℃）组织：回火组织为回火索氏体。性能：其综合力学性能优良，在保持较高强度的同时，具有良好的塑性和韧性。硬度一般为25～35HRC。应用：广泛用于综合力学性能要求高的各种机械零件，例如轴、齿轮坯、连杆、高强度螺栓等。10．什么是调质处理？调质的主要目的是什么？钢在调质后是什么组织？答：通常在工业上将各种钢件淬火及高温回火的复合热处理工艺称为调质处理。调质的主要目的是提高零件的综合机械性能。钢在调质后的组织是：回火索氏体11．说明下列零件毛坯进行正火的主要目的及正火后的组织：（l）20钢锻造的齿轮毛坯；（2）45钢锻造用的机床主轴毛坯；（3）T12轧制而成的锉刀毛坯（组织为网状Fe３CⅡ和片状珠光体）。答：（1）20钢齿轮正火后的组织为：S+F目的：提高硬度，避免粘刀，改善切削加工性。（2）45钢锻造用的机床主轴毛坯正火后的组织为：S+F目的：（正火代替完全退火，节约时间和能源）细化晶粒，改善组织，改善机械性能。（3）T12钢轧制而成的锉刀毛坯正火前的组织为网状Fe3CⅡ和片状珠光体，正火后的组织为：S+Fe3CⅡ目的：细化晶粒，改善组织，减少或消除网状渗碳体，为后续工序（球化处理）做好组织准备。12．指出下列工件的淬火及回火温度，并说明其回火后获得的组织及其大致硬度。（l）45钢小轴（要求综合性能）；（2）60弹簧钢；（3）T12锉刀。答：工件淬火温度回火温度回火后的组织回火后的硬度45钢小轴Ac3+30~50℃500~650℃S回HRC25~3560弹簧钢Ac3+30~50℃350~500℃T回HRC45~50T12锉刀Ac1+30~50℃150~250℃M回HRC55~6513.45钢轴的生产工艺过程如下，试说明其中各热处理工序的目的。锻造正火粗加工调质精加工局部表面淬火+低温回火磨削答：正火：细化晶粒，改善组织，改善机械性能，并能消除锻造时产生的内应力。调质处理：提高材料的综合机械性能。局部表面淬火+低温回火：局部表面淬火是为了局部提高材料表面的硬度，从而提高其耐磨性；低温回火是为了消除残余内应力，防止工件变形开裂，同时保持材料淬火后的高硬度。14.试分析下列零件的工作条件和主要力学性能要求，选择相应的材料(写出2—3种材料的牌号)：（1）弹簧（2）汽车变速箱小齿轮（3）机床传动用大齿轮（4）轻载载货汽车发动机曲轴（5）钳工用的锉刀（6）高速切削刀具（7）机床主轴（8）机床床身答:（1）弹簧:60、65、70、65Mn、60Si2MnA（2）汽车变速箱小齿轮：40、45、40Cr、40Mn、35CrMo（3）机床传动用大齿轮：35、45、50、HT200、HT250、HT300、HT350（4）轻载载货汽车发动机曲轴：QT600-3、QT700-2、QT800-2（5）钳工用的锉刀：T10、T11、T12、T13（6）高速切削刀具：W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2（7）机床主轴：45、40Cr、35CrMo（8）机床床身：HT150、HT200、HT250机械制造基础习题集答案第二部分成形工艺基础第1章铸造四、简答题1．合金流动性不好时，会影响到铸件的质量。请问：（1）合金流动性不好时容易产生哪些铸造缺陷？（2）影响合金流动性的主要因素有哪些？（3）设计铸件时，如何考虑保证合金的流动性？答:(1)合金的流动性是指液态合金本身的流动能力。合金流动性不好时，容易出现冷隔、浇不足、气孔、夹渣及缩孔等铸造缺陷。(2)影响合金流动性的主要因素有：合金的成分、温度、物理性质、难熔质点和气体等。(3)设计铸件时，应从以下几个方面考虑保证合金的流动性:①从合金流动性的角度考虑，在铸造生产中，应尽量选择共晶成分、近共晶成分或凝固温度范围小的合金作为铸造合金。②液态合金的比热容和密度越大、导热系数越小、粘度越小，合金的流动性越好。③液态合金的浇注温度必须合理。2．合金的液态收缩、凝固收缩以及固态收缩与铸件中孔洞的产生以及铸造内应力的产生直接相关。请问：（1）铸件中产生缩孔和缩松的主要原因是什么？生产工艺上有哪些预防措施？（2）铸件产生铸造内应力的主要原因是什么？如何减小或消除铸造内应力？答：(1)铸件中产生缩孔和缩松的主要原因是合金的液态收缩和凝固收缩。在实际生产中，通常采用顺序凝固原则，并设法使分散的缩松转化为集中的缩孔，再使集中的缩孔转移到冒口中，最后将冒口去除，即可获得完好铸件。即通过设置冒口和冷铁，使铸件从远离冒口的地方开始凝固并逐渐向冒口推进，冒口最后凝固。(2)铸件产生铸造内应力的主要原因是合金的固态收缩。为了减小铸造内应力，在铸造工艺上可采取同时凝固原则。所谓同时凝固原则，就是采取工艺措施保证铸件结构上各部分之间没有温差或温差尽量小，使各部分同时凝固。此外，还可以采取去应力退火或自然时效等方法，将残余应力消除。3.什么是砂型铸造的手工造型和机器造型，各有什么特点？答:(1)手工造型：指全部用手工或手动工具完成的造型工序。手工造型按起模特点分为整模、挖沙、分模、活块、假箱、三箱等造型方法。手工造型方法比较灵活，适应性较强，生产准备时间短，但生产率低、劳动强度大，铸件质量较差。因此，手工造型多用于单件小批量生产。（2）机器造型：指用机器完成全部或至少完成紧砂和起模操作的造型工序。机器造型可大大提高生产率和铸件尺寸精度，降低表面粗糙度，减少加工