金属材料成形基础作业集2014答案

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。 (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。
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（包括浇注位臵、分型 面、机械加工余量、起模斜度、铸造圆角、型芯及芯头等）
方案①最佳。
②
上
① 下 收缩率:1%
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。
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。 2．什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。
温度℃
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。
温度 ℃
1538 ℃
A
L
E 1147
℃
T
L
L+A
A A+F F+P
C
912 ℃ G
S
P
Q 0.45
727 ℃
t C%
11. 填表回答：
钢号 质量 普 优 高优 低 类 含碳量 中 别 成分 用途 高 碳素 合金 结构 工具 适用零 件举例
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

s e
b
esbk段：塑性变形
s点:屈服点 b点：最大应力点 k点：断裂点
k
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。
Hale Waihona Puke Baidu
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。 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。
③
12．铸件结构工艺性： 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。 3.产生加工硬化的金属在加热到较高的温度时要发生回复 和 再结晶。 4.由于锻造流线的存在，金属的力学性能具有各向异性，一 般平行锻造流线方向的抗拉强度、塑性和韧性比垂直方向 要高。 5.金属在锻造时加热的目的是提高可锻性(或提高塑性，降低 变形抗力）。
Fb 34940 b 445 ( MPa) 2 S 0 3.14 5 FS 21630 s 275 ( MPa) 2 S 0 3.14 5
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。 6.什么是同素异晶转变？请绘出纯铁的冷却曲线，并指出同 素异晶转变温度和晶格类型 。 1538 ℃ Fe （1）固态下随着温度的变化， 体心 1394 ℃ 金属的晶体结构从一种晶格类 Fe 型转变为另一种晶格类型的过 面心 程。 912 ℃
Q235
15 45 60Si2Mn T8A 9SiCr
冲压件
冲压件 轴类 弹簧 锉刀 钻头
W18Cr4V
铣刀
金属材料成形基础作业（2）
一、填空题 1．液态金属的充型能力主要取决于合金的流动性。流动 性不好的合金铸件易产生浇不足和冷隔、气孔、夹渣等 铸造缺陷。 2．影响液态合金流动性的主要因素有合金的化学成分、 合金的物理性质、合金的温度、不溶杂质和气体等。合 金的凝固温度范围越宽，其流动性越 差 。 3．任何一种液态金属注入铸型以后，从浇注温度冷却至 室温都要经历三个相互联系的收缩阶段，即 液态收缩 、 凝固收缩 和 固态收缩 。导致铸件产生缩孔和缩松的根 本原因是液态收缩和凝固收缩 ；导致铸件产生应力、变 形、裂纹的原因是固态收缩 。
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臵。
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（包括浇注位臵、分型 面、机械加工余量、起模斜度、铸造圆角、型芯及芯头等）
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？ 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。
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Φ 30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.分析图2-4所示零件分型方案的优缺点，并选择其中与零 件生产类型相适应的分型方案。
方案2
方案1
1
方案2
方案1
2
大批量生产
单件生产
答：图(a）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. 方案2: 优点是整体模造型不会因错箱造成铸件废品,铸件精度 易于保证;缺点是下砂箱高度大,起模高度较大,不易起模,机器 造型采用型板时内腔1不易形成. 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. 单件生产时，应选择方案2。
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。 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 砂型铸造，铝活塞 压力铸造， 铸铁污水管 离心铸造，汽轮机叶片 压力铸造
图2-2 阶梯铸件
7.某厂铸造一个ф1500mm的铸铁顶盖，有如图2-3所示两 种设计方案，试分析哪种方案易于生产？并简述其理由。
图2-3 铸铁顶盖的两种设计方案
（1）方案a易于生产；
（2）由于铸件的尺寸很大，壁厚较薄，属于大平面结构。铸 件上的大平面极易产生浇不足、夹砂、夹渣、气孔等缺陷， 图（a）的方案，一方面避免了上述不利因素，还因为具有了 一定的结构斜度，有利于造型。
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'。 13.钢是以Fe为主要元素，含碳量一般在2.11%以下，并含 有其他元素的材料。钢按化学成分可分为碳素钢、合金钢和 特殊性能钢三类；钢按主要质量等级分类，可分为普通钢、 优质钢和高级优质钢三类。合金钢均属于优质钢和高级优质 钢质量等级钢。
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。
4．铸件在凝固过程中所造成的体积缩减如得不到液态金属 的补充，将产生缩孔或缩松。凝固温度范围窄的合金，倾 向于“逐层凝固”，因此易产生缩孔；而凝固温度范围宽 的合金，倾向于“糊状凝固”，因此易产生缩松。 5．准确地估计铸件上缩孔可能产生的位臵是合理安排冒口 和冷铁的主要依据。生产中确定缩孔位臵的常用方法有画 等温线法、内切圆法和计算机模拟凝固法等。 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。
抗拉强度：2>1>3 屈服强度：1>3>2 塑性：3>2>1
图1-1 拉伸曲线
4. 用20钢制成10㎜、标距30㎜的试样作拉伸试验， 测得屈服时的拉力为21630N，断裂前的最大拉力为 34940N，拉断后测得标距长度为65㎜，断裂处直 径为5㎜。试计算σb、σs、δ、ψ的值。
Lk L0 65 30 100 % 100 % 116 .7% L0 30 S0 S k 3.14 (52 2.52 ) 100 % 100 % 75 % 2 S0 3.14 5
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。 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。
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。 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。
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 。