《材料成型与控制工程》试卷考试卷答案

《材料成型与控制工程》试卷（A）答案
一、判断题
1 ，5, 8，9，10，11，13，15为√
2，3, 4, 6，7, 12, 14为Ｘ
二、填空题
1. 铸件顺序凝固的目的是防止缩孔。

2. 纤维组织的出现会使材料的机械性能发生各向异性，因此在设计零件时，应使零
件所收剪应力与纤维方向垂直，所受拉应力与纤维方向平行。

3. 将钢加热到一定的温度，保温一段时间，再在空气中冷却，这种热处理方法称为正
火。

4. 焊接方法可分为熔化焊、压力焊和钎焊三大类。

5. 生产效率最高的铸造生产方法是压力铸造，适用于高熔点合金的铸造成型方法是
熔模铸造，应用最广泛的是砂型铸造。

6. 选择毛坯时，要考虑的主要原则有：使用性、经济性和工艺性。

7. 按照铸造应力产生的原因不同可以分为热应力、机械应力、相变应力。

8. 合金的液态收缩和凝固收缩是形成铸件缩孔和缩松的基本原因。

9. 金属的锻造性能常用塑性和变形抗力来综合衡量。

10.将焊件接电焊机的负极，焊丝接其正极, 称为直流反接，用于轻薄或低
熔点金属的焊接。

11. 金属的锻造性能常用塑性和变形抗力来综合衡量。

12. 板料冲压的基本工序分为分离工序和变形工序。

13. 焊接接头形式主要有对接接头、T型接头、搭接接头、角接接头四种。

三、简答题
三、简答题（每题5分,共30分）
1.简述焊条选用应遵守的基本原则？
1）等强度原则即选用与母材同强度等级的焊条。

一般用于焊接低碳钢和低合金钢。

2）同成分原则即选用与母材化学成分相同或相近的焊条。

一般用于焊接耐热钢、不锈钢等金属材料。

3）抗裂纹原则选用抗裂性好的碱性焊条，以免在焊接和使用过程中接头产生裂纹。

一般用于焊接刚度大、形状复杂、使用中承受动载荷的焊接结构。

4）抗气孔原则受焊接工艺条件的限制，如对焊件接头部位的油污、铁锈等清理不便，应选用抗气孔能力强的酸性焊条，以免焊接过程中气体滞留于焊缝中，形成气孔。

5）低成本原则在满足使用要求的前提下，尽量选用工艺性能好、成本低和效率高的焊条。

焊条的选用须在确保焊接结构安全、可行使用的前提下，根据被焊材料的化学成分、力学性能、板厚及接头形式、焊接结构特点、受力状态、结构使用条件对焊缝性能的要求、焊接施工条件和技术经济效益等综合考查后，有针对性地选用焊条，必要时还需进行焊接性试验。

2. 自由锻件的设计原则是什么？
答:自由锻件因设计的尽量简单，具体要求如下：
（1）尽量避免锥面或斜面
（2）避免圆柱面与圆柱面，圆柱面与棱柱面相交
（3）避免椭圆形，工字型及其他非规则斜面或外形
（4）避免加强筋或凸台等结构
（5）横截面尺寸相差较大和形状复杂的零件，可采用分体锻造，在采用焊接或机械连接组合为整体。

3.什么是铸造合金的收缩性，有哪些因素影响铸件的收缩性？
答：合金的收缩性是指合金在从液态冷却至室温的过程中，其体积和尺寸缩小的现象，从浇注温度冷却到室温，铸件收缩先后经历液态收缩、凝固收缩和固态收缩三个阶段。

铸件收缩的大小主要取决于合金的成分、浇注温度、铸件的结构和铸型条件等。

4．为什么要对钢件进行热处理？
答：通过热处理可以改变钢的组织结构，从而改善钢的性能。

热处理可以显著提高钢的机械性能，延长机器零件的使用寿命。

恰当的热处理工艺可以消除铸、锻、焊等热加工工艺造成的各种缺陷，细化晶粒、消除偏析、降低内应力，使钢的组织和性能更加均匀。

5.正火与退火的主要区别是什么？生产中应如何选择正火及退火？
答：与退火的区别是①加热温度不同，对于过共析钢退火加热温度在Ac1以上30～50℃而正火加热温度在A ccm以上30～50℃。

②冷速快，组织细，强度和硬度有所提高。

当钢件尺寸较小时，正火后组织：S，而退火后组织：P。

选择：（1）从切削加工性上考虑
切削加工性又包括硬度，切削脆性，表面粗糙度及对刀具的磨损等。

一般金属的硬度在HB170～230范围内，切削性能较好。

高于它过硬，难以加工，且刀具磨损快；过低则切屑不易断，造成刀具发热和磨损，加工后的零件表面粗糙度很大。

对于低、中碳结构钢以正火作为预先热处理比较合适，高碳结构钢和工具钢则以退火为宜。

至于合金钢，由于合金元素的加入，使钢的硬度有所提高，故中碳以上的合金钢一般都采用退火以改善切削性。

（2）从使用性能上考虑
如工件性能要求不太高，随后不再进行淬火和回火，那么往往用正火来提高其机械性能，但若零件的形状比较复杂，正火的冷却速度有形成裂纹的危险，应采用退火。

（3）从经济上考虑
正火比退火的生产周期短，耗能少，且操作简便，故在可能的条件下，应优先考虑以正火代替退火。

6.CO2气体保护焊防止飞溅产生的措施有哪些？
(1)由冶金反应引起的飞溅：这种飞溅主要是CO2气体造成的。

由于CO2具有强烈的氧化性，焊接时熔滴和熔池中的碳元素被氧化而生成CO2气体，在电弧高温作用下，其体积急剧膨胀，逐渐增大的CO2气体压力最终突破液态熔滴和熔池表面的约束，形成爆破，从而产生大量细粒的飞溅。

但采用含有脱氧元素的焊丝，这种飞溅已不显著。

(2)由极点压力引起的飞溅：这种飞溅主要取决于电弧极性。

当用正极性焊接时，正离子飞向焊丝末端的熔滴，机械冲击力大，而造成大颗粒飞溅。

当采用反极性焊接时，主要是电子撞击熔滴，极点压力大大减少，故飞溅比较小，所以通常采用直流反接进行焊接。

(3)熔滴短路时引起的飞溅：这是在短路过渡和有短路大滴过渡焊接中产生的飞溅，电源动特性不好时更加严重。

通过改变焊接回路的电感数值，能够减少这种飞溅，若串入回路电感值较合适时，则飞溅较小，爆声较小，焊接过程比较稳定。

(4)非轴向熔滴过渡造成的飞溅：这种飞溅是在大滴过渡焊接时由于电弧斥力所引起
的。

熔滴在极点压力和弧柱中气流的压力共同作用下，被推向焊丝末端的一边，并抛到熔池外面，使熔滴形成大颗粒飞溅。

(5)焊接规范选择不当引起的飞溅：这种飞溅是在焊接过程中，由于焊接电源、电弧电压、电感值等规范参数选择不当所造成的。

因此，必须正确地选择焊接规范，使产生这种飞溅的可能性减小。

四、分析题（每题10分,共30分）
1某型号柴油机的凸轮轴，要求凸轮表面有高的硬度（HRC>50），而心部具有良好的韧性（Ak>40J），原采用45钢调质处理再在凸轮表面进行高频淬火，最后低温回火，现因工厂库存的45钢已用完，只剩15钢，拟用15钢代替。

试说明：
（1）原45钢各热处理工序的作用；
（2）改用15钢后，应按原热处理工序进行能否满足性能要求？为什么？
（3）改用15钢后，为达到所要求的性能，在心部强度足够的前提下采用何种热处理工艺？
答：（1）正火处理可细化组织，调整硬度，改善切削加工性；调质处理可获得高的综合机械性能和疲劳强度；局部表面淬火及低温回火可获得局部高硬度和耐磨性。

（2）不能。

改用15钢后按原热处理工序会造成心部较软，表面硬，会造成表面脱落。

（3）渗碳。

2、试分析预防焊接变形的措施有哪些。

答1.）设计合理的焊接结构
（1）合理选择焊缝尺寸及形状，焊缝尺寸直接影响着焊接工作量和焊接变形的大小，焊缝尺寸大，不但焊接量大，而且焊接变形也大，因此，在保证结构承载能力的情况下，设计时候应尽量采用小的焊接尺寸，保证焊接质量的前提下，可按照板厚选取工艺上可能的最小焊缝尺寸，
（2）减少不必要的焊缝，在焊接结构中，常采用肋板来提高薄板结构的稳定性，但是不适当的大量采用肋板，反而不经济，因为这样做不但增加装配和焊接工作量，而且焊接变形大，会增加校正的工作，如果适当加厚壁板，减少肋板，还是比较经济的。

（3）合理安排焊缝的位置，，焊缝应尽量对称于截面中性轴，或者使焊缝接近中性轴。

2）工艺措施
(1) 反变形法
（2）刚性固定法
（3）热调整法
（4）.对称实焊法
（5）锤击焊缝法
3、根据成型本质、结构特征、工艺要求、组织特征四个方面分析铸造毛坯、锻造毛坯和焊接毛坯的区别。

五、计算题（10分）
KR500型焊机，查说明书，额定负载持续率为60%，额定电流为500A 。

（即当焊接电流为500A 时，十分钟内，工作6分钟，休息4分钟)。

KR500焊机如需在450A 焊接电流下连续工作时，计算其允许的实际负载持续率为多少？
()()2
2
实际使用电流额定负载持续率
额定电流实际负载持续率⨯=
Id 2 × F d = I e 2 × Fe F d = I e 2 / Id 2 × Fe
F d = 5002A /4502A × 0.6 = 74%
用符号来表示上述计算公式：
()()2
2d e
e d I F I F ⨯=。