金属材料成形基础作业集

温度 ℃
1538 ℃
A
T
L
912
℃G
E
1147 ℃
S 727
P
℃
Q
0.45
C
C%
L L+A
A
A+F F+P t
11. 填表回答：
钢号
普 Q235
15 45 60Si2Mn T8A 9SiCr W18Cr4V
质量 优 高优
类别
含碳量
成分
低 中 高 碳素 合金
用途 结构 工具
适用零 件举例
冲压件 冲压件
作业1 工程材料
一、填空题
1.工程材料的主要性能分为（1） 使用 性能和（2） 工 艺 性能。（1）又包括力学性能、 物理性能和化学性能 等。 2.金属的变形包括 弹性 变形和 塑性 变形。
3.通过拉伸试验可测得的强度指标主要有 屈服强度 和 抗拉 强度 ；可测得的塑性指标有 延伸率 和 断面收缩率 。
铸铁污水管 离心铸造，汽轮机叶片 压力铸造
二、简答题与应用题： 1．什么是液态合金的充型能力？影响液态合金充型能力的 因素有哪些？
（1）液态合金的充型能力是液体金属充满铸型型腔，获得 尺寸精确、轮廓清晰的成形件（铸件）的能力。
（2）影响液态合金充型能力的因素有合金的流动性、浇注 条件、铸型充填条件。
(2) 零件在使用过程中突然发生断裂，是由于强度、塑 性、冲击韧性、疲劳强度等力学性能指标不足所造成 的。
2．画出低碳钢的应力-应变曲线，并简述拉伸变形的几 个阶段。
oe段：弹性变形
b
esbk段：塑性变形
s
s点:屈服点
e
k
b点：最大应力点
k点：断裂点
o

3．图1-1所示为三种不同材料的拉伸载荷（拉力）-变形量 （伸长量）曲线（试样尺寸相同），试比较这三种材料的抗 拉强度、屈服强度和塑性的大小。
6.什么是同素异晶转变？请绘出纯铁的冷却曲线，并指出同
温度℃
素异晶转变温度和晶格类型 。
（1）固态下随着温度的变化， 金属的晶体结构从一种晶格类
1538 ℃ Fe
体心 1394 ℃
Fe
型转变为另一种晶格类型的过
面心
程。
912 ℃
体心
Fe
时间
8.图1-1所示为部分的铁碳合金状态图，请在右边的T-t图中 画出含碳量为0.45%的铁碳合金的结晶过程并标注出各温度 段的组织。
2．什么是合金的铸造性能？衡量合金铸造性能的主要指标 是什么 ？其是如何影响的？
（1）合金在铸造生产条件下，获得优质铸件的难易程度。
（2）流动性和收缩。合金的流动性越好、收缩越小，铸造 性能越好。
3．现采用铸造方法浇注三根直径分别为10mm、30mm、 60mm的灰口铸铁试棒，测得它们的抗拉强度均为200MPa， 问这三根试棒的成分是否相同？牌号是否相同？若不相同，应 有何区别？
13.按碳的质量分数的不同.碳素钢可分为高碳钢、中碳钢和 低碳钢三类；钢硫、磷杂质质量分数的不同，钢可分为普通 钢、优质钢、高级优质钢和特级优质钢三类。
14. 20CrMnTi钢按化学成分分类，它属于结构钢中的合金钢， 适宜制造齿轮等较重要的零件。
15. 40Cr、40CrMo钢按化学成分分类，它们属于结构钢中的 合金钢，适宜制造主轴、连杆等零件。
7.细化金属材料的晶粒，可使金属的强度、硬度 提高，塑性、 韧性 提高 ；在生产中常用的细化晶粒的方法有增大过冷度、 变质处理、机械搅拌和振动；压力加工再结晶；热处理。
8.合金的晶体结构有固溶体和金属化合物，其中固溶体具有 良好的塑性，金属化合物具有高的硬度和脆性。
9.在铁碳合金的基本组织中，珠光体属于复相结构，它由铁 素体和渗碳体按一定比例组成，珠光体用符号P表示。
1）牌号相同，成分不同。
2）因为铸铁的牌号是用强度来表示的，其强度相同，则牌 号相同。而影响铸铁组织和性能的因素是化学成分和冷却 速度两个因素。试棒的直径不同——冷却速度不同，要获 得同一强度，必须调整其化学成分，即10mm的试棒其碳 硅含量较高,而30mm、60mm的试棒其碳硅含量依次降 低。
6．有一包铁水，其成分为wC＝3.2%，wSi=1.8%，浇成阶 梯型铸件，如图2-2所示。试问在五个厚度不同的截面上的
组织是否相同，各是何种组织？
1）不同。
2）由于铸件壁厚不同，其 各部分冷却速度不同。壁厚 5、10、20、30、40mm 处的组织分别为麻口组织 （Ld'＋石墨)、P＋石墨、P ＋石墨、F+P＋石墨、F+石 墨。
在大批量生产时，应选择方案1。
图(b)方案1:优点是起模高度小,砂箱高度减小;缺点是分开模 造型对合箱精度要求较高,不易保证整个螺纹内孔表面的质量, 且需要砂芯.
方案2:优点是整体模造型，铸件的尺寸精度易于保证；铸件 螺纹内孔表面质量均匀；可以直接铸出铸件的内腔，省去了 型芯。缺点是下砂箱高度大,起模高度较大.
16. GCr9、GCr15钢按化学成分分类，它们属于结构钢中的 合金钢，主要用来制造轴承套圈、滚珠、滚柱。
二、简答题与应用题
1.材料的常用力学性能指标有那些？若某种材料的零件在使 用过程中突然发生断裂，是由于那些力学性能指标不足所造 成的？
(1)常用力学性能指标有:
强度、塑性、刚度、硬度、冲击韧性、疲劳强度。
4.常见的金属晶格类型有体心立方晶格、面心立方晶格和密排 六方晶格三种类型。α–Fe属于体心立方晶格，γ–Fe属于面 心立方晶格，δ–Fe属于体心立方晶格。
5.实际金属的晶体缺陷有点缺陷（空位或间隙原子）、线缺 陷（位错）和面缺陷（晶界）。
6.金属的理论结晶温度与实际结晶温度之差称为过冷度。金 属的冷却速度越快，过冷度越大，获得的晶粒越细。
单件生产时，应选择方案2。
9. 图2-5所示为铸铁底座，在保证50的孔和H不变的前提下，请回答： （1）修改结构不合理之处；（2）在图上标出最佳分型面和浇注位置。
上 下
10．确定如图2-6 所示铸件的铸造工艺方案。要求如下： （1）在单件、小批生产条件下，分析最佳工艺方案； （2）按所选最佳工艺方案绘制铸造工艺图（包括浇注位置、分型 面、机械加工余量、起模斜度、铸造圆角、型芯及芯头等）
4．有一测试铸造应力用的应力框铸件，如图2-1所示，凝 固冷却后，用钢锯沿A-A线锯断Φ30的粗杆 ，此时断口间 隙的大小会发生什么变化？为什么？
1）变大。
2）因为凝固冷却后，ф30的粗 杆处于拉应力状态，ф10的细 杆处于压应力状态。当沿A-A锯 断后，粗杆给予细杆的压力被 释放，细杆的弹性压缩变形恢 复伸长，所以断口间隙会变大。
8．砂型铸造制造铸型的过程，可分为手工造型和机器造型。 各种机器造型机械按紧实型砂的特点不同分为震压造型、 微震压实、高压造型、抛砂造型等。
9．特种铸造主要包括熔模铸造、金属型铸造、压力铸造和 离心铸造 等。
10．在大批量生产条件下，下列铸件宜选用的铸造方法是：
机床床身 性： 判断下列铸件的结构工艺性，若不合理，请在原图上进行改。
金属材料成形基础作业（3）
一、填空题
1.单晶体的塑性变形是通过滑移和孪晶的方式完成的；多晶 体的塑性变形包括晶内变形和晶间变形。
2.冷成形后的金属将产生加工硬化现象，表现为金属材料的 强度和硬度提高，而塑性和韧性降低。
图2-1 铸造应力框铸件
5. 灰口铸铁的组织和性能决定于什么因素？为什么在 灰口铸铁中，碳硅含量越高，则其强度越低？
1）灰口铸铁的组织和性能决定于化学成分和冷却速度。
2）因为碳、硅含量越高，铸铁中的石墨片就越粗大， 石墨数量也越多，对基体的破坏就越严重。同时基体 中铁素体的量增加，珠光体的量减少。所以铸铁的强 度越低。
445(MPa)
s

FS S0

21630 3.14 52
275(MPa)
Lk L0 100 % 65 30 100 % 116 .7%
L0
30


S0 Sk S0
100%
3.14(52 3.14
2.52 52
)
100%

75%
5. 零件的失效形式有哪些？影响失效的基本因素有哪些？ （1）断裂、塑性变形、过量弹性变形、磨损、腐蚀等。 （2）设计因素、材质因素、工艺因素和安装使用不当。
10.铁碳合金相结构中，属于固溶体的有铁素体和奥氏体； 其中铁素体是碳在α–Fe中形成的固溶体。
11.铁碳合金的力学性能随含碳量的增加，其强度和硬度增 高，而塑性和韧性降低。但当wC>1.0%时，强度随其含碳 量的增加而降低。
12.铁碳合金中，共析钢wC为0.77%，室温平衡组织为P；亚
共析钢wC为<0.77%，室温平衡组织为P+F；过共析钢wC为 >0.77%，室温平衡组织为P+Fe3C；共晶白口生铁wC为 4.3%， 室温平衡组织为Ld'；亚共晶白口生铁wC为<4.3%，室温平衡 组织为P+Fe3CII+Ld'；过共晶白口生铁wC为>4.3%，室温平衡 组织为Fe3CI+Ld'。
6．顺序凝固原则主要适用于 逐层凝固的合金，其目的是消 除缩孔；同时凝固原则主要适用于 糊状凝固的合金，其 目的是减小应力。
7．铸件在冷却收缩过程中，因壁厚不均等因素造成铸件各 部分收缩的不一致引起内应力，这种应力称之为热应力； 铸件收缩受到铸型、型芯及浇注系统的机械阻碍而产生的 应力称为机械应力。
其余
上 下
11．确定如图2-7 所示铸件的铸造工艺方案。要求如下： （1）画出几种可能的分型方案 ； （2）在单件、小批生产条件下，分析并确定最佳工艺方案； （3）按所选最佳方案绘制铸造工艺图（包括浇注位置、分型 面、机械加工余量、起模斜度、铸造圆角、型芯及芯头等）