机械制造基础习题解答

第一部分金属材料与热处理（非机类专业用）1.（1）理化性能：根据材料使用中工作条件不同，对材料的理化性能要求不同。

如飞机上的一些零部件，需要密度小的材料，如铝合金制造，在腐蚀介质中工作的零件要选用耐腐蚀性好的材料制造。

（2）机械性能：根据材料在使用过程中受力情况不同，选用不同机械性能指标的材料。

（3）工艺性能：根据材料使用中加工方法不同，选用不同的工艺性能的材料。

如机床床身应选用铸造性能好的灰铸铁等。

2.强度极限b—屈服极限s8 %—延伸率4 %—断面收缩率a—冲击韧性a kA k —冲击功HB-布氏硬度HRC-洛氏硬度HV—维氏硬度3.有一定的关系。

硬度可以表示金属材料在一个小体积范围内抵抗弹性变形、塑性变形和破坏的能力。

而抗拉强度亦是指材料在拉力作用下抵抗变形和破坏的能力。

4.5•用钢制造：电吹风、电熨斗、不锈钢餐具等。

用铁制造：铁锅。

用有色金属制造：铝锅、铝盆、铜制自来水龙头等。

6.车床中钢制零件：主轴、各传动轴、高速齿轮等。

铁制零件：床身、齿轮箱、尾架等。

7.塑性变形是一种永久性变形，外力去除后变形并不消失，而弹性变形在外力去除后变形消失，物体恢复原状。

&同素异晶转变一一固态金属在不同的温度下具有不同的晶格类型的现象。

例如纯铁在912C以下具有体心立方晶格，在912 C〜1300 C之间具有面心立方晶格。

9•金属在结晶过程当中，晶粒的粗细与晶核数目的多少及晶核长大的速度有关。

10•固溶体：溶质原子融入溶剂晶格而保持溶剂晶格类型的金属晶体称之为固溶体。

化合物：指两个或两个以上的组元按一定的原子比相互化合而成的新物质。

机械混合物：组成合金的组元在互配的情况下既不溶解也不化合，而是按一定的重量比例，以混合的方式存在着，形成各组元晶体的机械混合物。

具有固溶体结构的金属材料其强度和硬度比纯金属高，而具有化合物结构的金属材料通常硬度很高，而且脆性大，具有机械混合物机构的金属材料不仅决定各组成的性能，还与各数量大小，形状及分布情况有关，通常它比单一固溶体强度、硬度高，塑性、韧性差。

11．合金状态图即是表明合金系结晶过程的简明图体。

其用途是利用合金状态图可以分析合金随成分及温度的变化，其组织及性能的变化情况。

12.铁素体：碳原子溶入a—Fe的固溶体。

含碳量为小于0.02 %。

特点：强度、硬度低，塑性、韧性好。

渗碳体：铁和碳化合形成的化合物，含碳量为6.69 %。

特点：硬度高，脆性大。

珠光体：一定含量的铁素体和渗碳体组成的共析的机械混合物，含碳量为0.77 %。

特点：性能介于铁素体与渗碳体之间。

奥氏体：指碳原子溶入a— Fe的固溶体。

含碳量小于2.11 %。

特点：塑性很好，不具碳性。

13.成分上的区别：碳钢含碳量小于 2.11 %，铸铁含碳量大于2.11 %。

组织上的区别：常温下，含碳量小于0.77 %的碳钢其组织为铁素体+珠光体；含碳量等于0.77 %的碳钢其组织为珠光体；含碳量大于0.77 %的碳钢其组织为珠光体＋渗碳体。

铸铁在常温下的内部组织为珠光体+渗碳体。

14.氏——共析反应线，亦是一条恒温线（727 C）。

Acm ——奥氏体冷却到A cm 时开始析出铁素体A――奥氏体冷却到氏时，开始析出铁素体15.45钢由液态至AC线时，一部分液体转变为固体，其组织为奥氏体。

另一部分液体状态不变，继续冷却，冷至AE线时，所有液体全部转变为固体，其组织为奥氏体；温度继续下降至氏线时，从奥氏体中开始析出铁元素组织；冷至A线时，剩余奥氏体按共析反应转变为珠光体组织，45 钢最终的显微组织为铁素体+珠光体。

16.钢的含碳量与钢的强度、硬度、韧性之间的关系，见韩克钧、许卫民编写的《金属工艺学》P6 图2—5。

原因：钢随着含碳量的增加，内部组织在发生变化由F+L P T P+F&C n ,由于P增加，Fe s C n增加，所以强硬度增加，塑性、韧性下降，降至含碳量 1 %左右，由于网状Fe s C n增加，故钢的强度反而下降，变成脆硬的材料。

17.铁碳合金状态图——用以表示铁碳合金随成分及温度变化其组织及性能发生变化的简明图解。

主要点：G点- —结晶点，此点处发生共晶反应。

S 点——共析点，此点处发生共析反应。

特性线：EF——共晶反应线A1—A3A m ――（略）18.19.20.30钢加热到700C, 750C, 1000C时各自的组织为铁素体+珠光体，铁素体+奥氏体，奥氏体。

T7 钢加热到700C, 750C, 1000 C时各自的组织为铁素体+珠光体，铁素体+奥氏体，奥氏体。

T10钢加热到700C, 750C, 1000 C时各自的组织为珠光体+渗碳体，渗碳体+奥氏体, 奥氏体。

21.A3—甲类普通碳素结构钢。

用于制造螺栓、螺母等。

B3—乙类普通碳素结构钢。

用于制造铁丝、铁钉等。

08—优质碳素结构钢，亦称08号钢，用于制造冷冲压件。

15—15号钢，用于冲压件，渗碳件。

如螺栓、螺钉等。

30—30号钢，用于制造齿轮，轴类零件。

45—45号钢，用于制造齿轮，轴类零件。

65—65号钢，用于制造弹簧等。

T10—碳素工具钢，用于制造冷件模、丝锥等。

16Mn—普通低合金钢，用于制造高压容器、桥梁建筑结构。

40Cr—调质钢，用于制造重要的齿轮、轴等。

CrWM—低合金工具钢，用于制造丝锥、板牙、铰刀等。

GCr15-滚动轴承钢，用于制造滚动轴承。

1Cr18Ni9Ti —不锈钢，用于制造医疗器件、化学、化纤工业的重要耐蚀器件。

38CrMoAIA—氮化钢，用于制造镗杆、主轴等。

W18Cr4V—高速钢，用于制造钻头、铳刀等。

HPb59- 1—黄铜，含Pb1% Cu59% Zn40%用于制造船用螺旋桨等。

ZQSn—6—3 —铸造专铜，含Sn6%,Zn6% Pb3%,Cu85%用于制造轴承、轴瓦、涡轮等在受中等冲击载荷的零件。

L2 —纯铝。

ZL105—铸造铝硅合金，用于制造形状复杂的受冲作用的大型零件，如扇风机叶，水冷汽缸头。

HT200-最低抗拉强度为200MPa的灰铸铁，用于制造齿轮箱，低速轴瓦等。

QT600—02—=600MPa, =2%的球铁，用于制造连杆曲轴等。

b min minKTZ500-04—bmin =500MPa, min =4%的珠光体可锻铸铁，用于制造曲轮轴、曲轴等。

22.钳坐一HT200，铸造性能好，减震性好。

钳口—45，经低温回火，具有较高硬度且有一定的韧性及塑性。

丝杆—45，综合机械性能好。

丝母—铜，耐磨。

手柄一A3,保证强度，有一定韧性。

23.主轴—45 或40Cr, 综合机械性能好。

传动齿轮—45 或40,综合机械性能好。

皮带盘一HT300,耐磨，减震性好，传动平稳。

主轴箱箱体一HT25Q减震性好。

导轨一HT200,耐磨，润滑性能好。

刀架—45,综合机械性能好。

丝杆—45,综合机械性能好。

尾架套筒一HT200,耐磨。

手柄一HT150，耐磨，铸造性能好。

24.一般热处理由加热、保温、冷却三个阶段组成,热处理时保温的目的是使工件烧透。

表面热处理可以不保温。

25.热处理后的钢的内部组织发生了变化,故其性能随之改变。

26.退火：将工件加热到一定温度,保温一段时间以后,缓冷的处理过程。

完全退火分类球化退火低温退火在结晶退火27.完全退火适用于亚共析钢,目的是细化晶粒,消除应力,软化工件,改善切削性能。

球化退火适用于过共析钢，目的是球化Fe3C,改善钢的切削性能。

28.用低温退火,消除粗加工应力。

29.用球化退火改善T10钢的切削性能。

热处理工艺过程：将T10钢加热至Acl + 10〜30C,保温一段时间，缓冷的处理过程。

30.正火：指将钢加热到一定温度,保温一段时间,空冷的过程。

正火应用于：1.用于含碳量低于0.25%的低碳钢工件,通过正火适当提高温度,改善切削性能。

2.用于消除Fe3C网状组织为球化退火作准备。

3.对于机械性能要求不高的零件,正火可作为最终热处理。

4.亚共析钢在淬火前正火,可细化组织,减少变形开裂倾向。

31.正火。

正火可适当提高硬度,有利于切削,再则正火生产周期短。

32.淬火—指将钢加热到一定温度,保温一段时间以后,在淬火剂中快速冷却的过程。

淬火的目的：提高钢的硬度及耐磨性。

33.虎钳钳口要求综合机械性能好,用45 钢,经调质热处理。

热处理工艺过程：①淬火：把45钢加热到AC3+30〜50C,保温后，水冷；②高温回火:将淬过火的45钢再加热到500〜700C，保温后空冷。

34.淬火+低温回火。

35。

.45钢。

用调质热处理。

目的：使其机械综合性能好。

36•调制钢的含碳量一般为0.3%〜0.55% ,调质后组织为回火索氏体。

综合机械性能好。

37•回火：指将淬火后的钢加热到Ac1温度以下某一温度，保温一段时间后，空冷的过程。

回火目的：1 ）降低脆性，消除或减少内应力；2）获得工件所要求的机械性能；3）稳定工件尺寸。

回火可分为低温回火、中温回火、高温回火三种，回火后的组织分别为回火马氏体、回火屈氏体、回火索氏体。

38•表面淬火：是将钢件的表面层淬透到一定深度，而心部仍保持未淬火状态的一种局部淬火方法。

表面淬火感应加热和火焰加热两种方法。

优点：感应加热，温度易控制，加热均匀，用于中小型零件批量生产，效率高。

火焰加热，适于异型、大型或特大型工件，单件可批量生产，设备简单。

缺点：感应加热，设备复杂，成本高。

火焰加热，容易过热，淬火效果不稳定。

39•渗碳是指将钢放入含碳介质中，加热到一定温度进行保温，使碳介质渗入钢表层的方法。

渗碳适用于低碳钢。

渗碳可使零件表层含碳量增加，从而增加零件表层的硬度及耐磨性，而心部保持一定的强度及较高的塑性及韧性。

40•氮化是指向工件表层渗入氮原子的过程。

适用于碳素钢和含Cr、Al、Mo等元素的合金钢，常用的材料是38CrMoAI。

与渗碳相比，其特点为：1 ）钢氮化后无需进行淬火便具有很高的表层硬度及耐磨性，且氮化层具有高的热硬性。

而渗碳件需进行淬火方可达到高的硬度及耐磨性。

2）氮化后，可显著提高钢的疲劳强度。

3）氮化后的钢具有很高的抗腐蚀能力。

4）氮化处理温度低，工件变形很小。

5）氮化生产周期长，氮化层薄且较脆。

41•四种铸铁最基本的区别是碳的存在方式不同。

机械性能不同原因也在于各种铸铁中碳以不同的方式存在。

42• HT100, HT150, HT200属于普通灰铸铁，这一类铸铁内部由于有较粗大的粒状石墨存在，故机械性能较低。

HT300属于孕育铸铁，由于这种铸铁经过孕育处理后石墨粒变得细小，均匀分布，故机械性能较高。

43 •第二部分热加工'一、铸造1.铸造生产特点：1）可铸造形状复杂、特别是具有复杂内腔的铸件；2 3 4 5 ）铸件的大小几乎不受限制，重量可从几克到几百吨；）铸造的原材料来源广泛，且价格低廉；）铸造设备简单，铸件成本低；）铸件质量不稳定，废品率较咼，铸件较笨重，一般劳动强度大。