[材料成型工艺技术基础]韩建民版第二章答案

[材料成型工艺技术基础]韩建民版第二章答案

1.何谓塑性变形?单晶体、多晶体塑性变形的机理各是什么？

金属在外力的作用下，内部产生应力，该应力使原子偏离其原来的平衡位置，当应力

超过金属材料的屈服极限，外力去除后，原子达到新的平衡状态，金属恢复不到原来的形

状和尺寸，产生的永久变形。

单晶体: 晶体在切应力作用下，晶体的一部分与另一部分沿着一定的晶面彼此以刚性

的整体相对滑移，滑移的距离为原子间距的整数倍。

多晶体：内部每个晶粒相互协调和配合，当外力达到一定值后晶界发生变形和破碎，

其中既有晶内的滑移变形，也有晶间的滑动和转动。

2.何谓冷变形，何谓热变形，冷变形后金属的组织和性能会产生怎么样的变化，热变

形后金属的组织和性能会产生怎么样的变化？

金属锻造在升温变形过程中，金属原子获得能量，将低温变形中出现的应力吸收，微

结构中碎晶形核等生长，将变形晶粒全部消失，这个温度就是再结晶温度，此温度以下的

就是冷变形，以上的就是热变形。冷变形后，晶粒在外力作用下倍扭曲拉长，随着变化逐

渐成纤维状，有些晶粒破碎成碎晶，这种结构的晶格对进一步变形有阻碍作用，使金属的

的强度和硬度升高，而塑性和韧性下降；热变形后，冷变形过程中出现的碎晶或杂志为核

心形核并长大，直到全部冷变形晶粒消失为止，消除加工硬化，这个过程是再结晶不是相变，其晶粒均匀生长细化，塑性增加。

3.为什么规定锻造温度范围？碳钢合理的始锻温度和终锻温度应在铁碳合金状态图的

什么位置？

锻造温度范围是指始锻温度和终锻温度之间的一段温度间隔。确定锻造温度的基本原

则是，就能保证金属在锻造温度范围内具有较高的塑性和较小的变形抗力，并得到所要求

的组织和性能。锻造温度范围应尽可能宽一些，加热温度太低，表面会开裂，或者内部裂纹，加热温度过高，导致钢坯过烧，无法成型产品。碳钢的锻造温度范围如图（铁-碳状

态图）中的阴影线所示：钢的始锻温度主要受过热的限制，合金结构钢和合金工具钢的始

锻温度主要受过热和过烧温度的限制。钢的过烧温度约比熔点低100～150℃，过热温度又比过烧温度低约50℃，所以钢的始锻温度一般应低于熔点（或低于状态图固相线AE温度）150～200℃。由于钢锭的过热倾向小，始锻温度比同钢种的锻坯和轧材高20~50℃。当采

用高速精锻时由于热效应大，始锻温度可降低越100℃。

图10 碳钢的锻造温度范围

4.纤维组织如何形成的？它的存在有何利弊？

铸锭中的杂质在变形过程中，沿变形方向被拉长成纤维状；利：使金属性能产生方向性，当拉应力方向与纤维长度方向一致时，材料的塑性和韧性比拉应力方向垂直于纤维长

度方向时高。弊：当纤维被切断或方向与拉应力不一致时，会使材料承载能力弱，容易断

裂

5.锻件的冷却方式有几种？冷却速度过快会产生什么后果？哪类锻件需要缓冷？

冷却方式有室冷，坑冷，炉冷；冷却速度过快会使锻件表面硬度过高，产生翘曲变形

甚至出现裂纹。一般缓冷适用于大型锻件和合金含量高的锻件。

6.锻造比常用来表示什么？拔长与敦粗时的锻造比用什么来表示？原始胚料长150mm，若拔长到450mm，锻造比是多少？

锻造比常用来表示变形程度

拔长：Y比= F0 / Fm

式中：F0 ——坯料截面积

Fm ——锻件最大截面积

墩粗：Y比= H0 / Hm

式中：H0 ——坯料高度

Hm ——锻件的最大高度

VV

450HY0 3 VV150

H450

7. 什么是金属的可锻性？其主要影响因素是什么？

金属的可锻性指金属进行塑性变形的难易程度。

影响因素：（1）金属本身的影响金属的化学成分、组织、相结构碳高则可锻性差，纯金属或固溶体可锻性比多相组织好，均匀细晶组织可锻性好；（2）变性条件的影响大

多数金属而言，温度升高，塑性上升，变形抗力下降；变形速度较小时，变形速度提高，

变形抗力增加，可锻性下降，当变形速度超过一定值后，温度效应影响显著，可锻性提高；应力状态影响主要是在三个方向上受压应力数目越多，塑性越好。

8.什么是金属的超塑性？金属超塑性变形有什么特点，主要应用在什么场合？

金属的超塑性是指材料在低载荷作用下，其拉伸延伸率超过100%的现象。特点是：（1）金属塑性显著提高；（2）金属内部晶粒细小，均匀性能优良稳定；（3）尺寸稳定

具有高精度，一般不用进行切削加工。主要应用于工业生产，比如高铬合金，钛合金已用

超塑性方式制造出涡轮盘、叶片等零件。

9.为什么巨型锻件必须采用自由锻的方法制造？

巨型锻件如果采用模锻的方法锻造，所用的设备大，而使用自由锻造的方法是坯料逐

步变形就不需要设备能力的制约就能实现，巨型锻件一般不成批量，质量要求又高，而模

锻压力机的压力不够，辅助设备能力不足。相对模锻来讲，巨型锻件用自由锻造还是比较

经济的。

10. 自由锻有哪些主要工序？为什么重要的轴类锻件在锻造过程中都要安排镦粗工序？

镦粗：是使坯料高度减小、横截面积增大的工序。适于饼块、盘套类锻件的生产拔长：是使坯料横截面积减小、长度增大的工序。适于轴类、杆类锻件的生产。冲孔：是

使坯料具有通孔或盲孔的工序。

弯曲：是使坯料轴线产生一定曲率的工序

扭转：是使坯料的一部分相对于另一部分绕其轴线产生一定角度的工序。

错移：是使坯料的一部分相对于另一部分平移错开的工序。

对于重要的轴类锻件，单一的拔长，锻件切向性能不好，反复墩粗可以使综合机械性

能得到提升，再者可以破碎材料生产过程中的树枝状组织，细化晶粒。

11.图2-100所示的两种不同的砧铁拔长时效果有何不同？

左边与右边的比，周围受力均匀，可以更好的控制拔长方向和各处均匀的拔长，可以

获得更大的拔长效果。

12.图2-101所示锻件是否适合于自由锻工艺要求？如不适合，应如何修改?

图a：将加强筋去掉，将凸台变成凹坑自由锻后再切削加工；原则：自由锻件表面避

免凸起，加强筋等结构。

图b：将曲面改为平面，将中间凹坑改为平面；原则：锻件外表面不该有空间曲线，

不该有凹坑。

图c：将斜面改为平面：原则：自由锻件不应有锥面斜面等结构。

13.图2-102所示的零件在自由锻时应考虑哪些因素？并画出自由锻件图，计算培料

质量和尺寸。