金属工艺学作业

下列符号所表示的力学性能指标的名称、含义和单位是什么？

σs：屈服强度，指金属材料开始发生明显塑性变形时的应力，单位MPa。

σb：抗拉强度，指金属材料在拉断前可能承受的最大应力，单位MPa。

σ0.2：屈服强度，试样在产生0.2%塑性变形时的应力，单位MPa。

σ-1：疲劳强度，表示金属材料在无数次的循环载荷作用下不致引起断裂的最大应力，单位MPa。

δ：伸长率，试样产生塑性变形而发生破坏是的最大伸长量。

αk：冲击韧性，金属材料在一次性、大能量冲击下，发生断裂，断口处面积所承受的冲击功，单位是J/cm2

HRC：洛氏硬度，无单位。

HBS：布氏硬度，无单位。表示金属材料在受外加压力作用下，抵抗局部塑性变形的能力。HBW：布氏硬度，无单位。

什么是退火？什么是正火？它们的特点和用途有何不同？

退火：退火是将钢件加热到临界温度以上30-50摄氏度保温一段时间，然后再缓慢地冷下来。应用:用来消除铸，锻，焊零件的内应力，降低硬度使之易于切削加工，并可细化金属晶粒。改善组织，增加韧性。

正火：正火也是将钢件加热到临界温度以上，保温一段时间，然后在空气中冷却，冷却速度比退火快。

应用：用来处理低碳和中碳结构钢件及渗碳零件，使其组织细化，增加强度与韧性，养活内应力，改善切削性能。

缩孔与缩松对铸件质量有何影响？为何缩孔比缩松较容易防止？

缩孔和缩松使铸件的有效承载面积减少，且在孔洞部位易产生应力集中，使铸件力学性能下降；缩孔和缩松使铸件的气密性、物理性能和化学性能下降。

缩孔可以采用顺序凝固通过安放冒口，将缩孔转移到冒口之中，最后将冒口切除，就可以获得致密的铸件。而铸件产生缩松时，由于发达的树枝晶布满了整个截面而使冒口的补缩通道受阻，因此即使采用顺序凝固安放冒口也很无法消除。

什么是顺序凝固原则？什么是同时凝固原则？各需采用什么措施来实现？上述两种凝固原则各适用于哪种场合？

顺序凝固就是在铸件上可能出现缩孔的厚大部位安放冒口，使铸件上远离冒口的部位先凝固然后是靠近冒口的部位凝固，最后才是冒口本身的凝固。

同时凝固，就是采取必要的工艺措施，使铸件各部分冷却速度尽量一致。

实现定向凝固的措施是：设置冒口；合理使用冷铁。它广泛应用于收缩大或壁厚差较大的易产生缩孔的铸件，如铸钢、高强度铸铁和可锻铸铁等。

实现同时凝固的措施是：将浇口开在铸件的薄壁处，在厚壁处可放置冷铁以加快其冷却速度。它应用于收缩较小的合金(如碳硅质量分数高的灰铸铁)和结晶温度范围宽，倾向于糊状凝固的合金(如锡青铜)，同时也适用于气密性要求不高的铸件和壁厚均匀的薄壁。

试用下面异形梁铸钢件分析其热应力的形成原因，并用虚线表示逐渐的变形方向。

异形铸钢件梁，因上面部分较厚，下面部分较薄，固态收缩时，上面部分先冷，所受的是拉应力，下面部分受的压应力。受拉应力部分要产生压缩变形，受压应力部分要产生拉伸复形，才能消除应力，这一压、一拉的结果使铸钢件向上弯曲变形。

影响铸铁石墨化的主要因素是什么？为什么铸铁的牌号不用化学成分来表示？

影响铸铁石墨化的主要因素是：（1）化学成分；（2）冷却速度。

铸铁的化学成分接近共晶成分，但碳在铸铁中的存在形式不同，使铸铁的力学性能也不相同。在选择铸铁材料时需考虑的是铸铁材料的力学性能。所以，铸铁的牌号用力学性能来表示，而不用化学成分表示。

HT100,HT150,HT200,HT300的显微组织有何不同?为什么HT150,HT200灰铸铁应用最广?

HT100的显微组织：铁素体+片状石墨

HT150的显微组织：珠光体+铁素体+片状石墨

HT200的显微组织：珠光体+片状石墨

HT300的显微组织：珠光体+细小片状石墨

因为HT150 和HT200 的最小抗拉强度值为150MPa~200MPa，对承受中等载荷的零件都能满足要求，故应用很广泛。

什么是熔模铸造？试用方框图表示其大致工艺过程？

熔模铸造就是用蜡质制成模样，在模样上涂挂耐火材料，经硬化后，再将模样融化排出型外，从而获得无分型面的铸型。

其工艺过程：蜡模制造→型壳制造→焙烧→浇注

金属型铸造有何优越性？为什么金属型铸造未能广泛取代砂型铸造？

金属型铸造的优越性：

（1）可“一型多铸”，便于实现机械化和自动化生产，生产率高

（2）铸件表面精度高（IT12～IT16），粗糙度值低（Ra25～12.5um）；

（3）组织致密，铸件力学性能高；

（4）劳动条件得到显著改善。

金属型铸造成本高，周期长，工艺要求严格，铸件易出现浇不足、冷隔、裂纹等缺陷，易产生白口现象，外形不易复杂，所以金属型铸造不宜生产铸铁件，而广泛应用于铜、铝合金铸件的大批量生产，故它不能取代砂型铸造。

什么是消失模铸造？其工艺特点是什么？

消失模铸造技术是将与铸件尺寸形状相似的发泡塑料模型粘结组合成模型簇,刷涂耐火涂层并烘干后,埋在干石英砂中振动造型,在一定条件下浇注液体金属,使模型气化并占据模型位置,凝固冷却后形成所需铸件的方法

（1）一个与逐渐形状完全一致、尺寸大小只差金属收缩量的泡沫塑料模型保留在铸型内,形成“实型”铸型

（2）其砂型为无粘结剂、无水份、无任何附加物的干石英砂。

（3）浇注时,泡沫塑料模型在高温液体金属作用下不断分解气化,产生金属—模型的置换过程,而不象传统“空型”铸造是一个液体金属的填充过程。制作一个铸件,就要“消失”掉一个泡沫塑料模型。

（4）模型形状（即铸件形状）基本不受任何限制。

铅在20℃、钨在1100℃时变形，各属于哪种变形？为什么？（铅的熔点为327℃，钨的熔点为3380℃）。

答：Pb：T 再= 0.4（327+273）－273 = －33℃＜20℃属于热加工

W：T 再= 0.4（3380+273）－273 = 1188.2℃＞1100℃属冷加工

纤维组织是怎样形成的？它的存在有何利弊？

铸锭在塑性变形时，晶粒和沿晶界分布的杂质的形状沿变形方向被拉长，呈纤维状，这种结构称纤维组织。纤维组织的存在使金属在性能上具有了方向性，沿纤维方向塑性和韧性提高；垂直纤维方向塑性和韧性降低。纤维组织的稳定性很高，故在制造零件时，应使纤维沿轮廓方向分布。

如何确定分模面的位置？

分模面的确定原则：

（1）模锻件的最大截面处，且最好为平直面；

（2）使上、下两模沿分模面的模膛轮廓一致；

（3）使模腔深度最浅；

（4）使零件上所加敷料最少。

钎焊和熔化焊的实质差别是什么？钎焊的主要使用范围有哪些？

钎焊是利用熔点比焊件低的钎料作为填充金属，加热时钎料熔化，熔化的钎料将焊件连接起来的一种焊接方法。

熔化焊是熔化的母材和焊条形成熔池，冷却后将两焊件连接起来的焊接方法。

钎焊根据所用钎料熔点不同，可分为硬钎焊和软钎焊。硬钎焊主要用于受力较大的钢铁

和铜合金构件的焊接，以及工具、刀具的焊接；软钎焊主要用于接头强度较低、受力不大、工作温度较低的工件，如精密仪表、电气部件、异种金属构件等。

现有直径500mm的铸铁齿轮和带轮各1件，铸造后出现图示断裂现象。曾先后用E4303（J422）焊条和钢芯铸铁焊条进行电弧焊冷焊补，但焊后再次断裂，试分析其原因。请问采用什么方法能保证焊后不开裂，并可进行切削加工？

再次断裂主要是：齿轮受热不均应力过大导致的变形开裂。

方法：先将齿轮加热300度左右，然后进行焊接，焊后进行退火处理，即可消除焊接产生的焊接应力，同时降低硬度利于进行切削加工。

如图所示三种工件，其焊缝布置是否合理？若不合理，请加以改正。