2012总复习题 工程材料

一、简答题

1．何谓钢的热处理？钢的热处理操作有哪两种基本类型，各种类型又包含哪些工艺？

通过加热和冷却的工艺使钢材料达到要求的性能指标。将钢材通过加热、保温、冷却的工艺使其达到所需要的工艺要求。钢的热处理分为整体热处理和表面热处理两大类。常用的整体热处理有退火、正火、淬火和回火；表面热处理可分为表面淬火和化学热处理两类。

2．金属材料在冷加工后其组织和性能会发生哪些变化？

原先的等轴晶组织，随着塑性变形量的增大，其晶粒沿变形方向逐渐伸长，变形度越大，则伸长也越显著；当变形度很大时，其组织呈纤维状。随着组织的变化，金属的性能也发生改变：强度硬度增高，塑性则逐渐下降，即产生了“加工硬化”。

3．简述冷变形强化的概念、产生原因及其在工程上的利弊？

在外力作用下，晶粒的形状随着工件外形的变化而变化。当工件的外形被拉长或压扁时，其内部晶粒的形状也随之被拉长或压扁，导致晶格发生畸变，使金属进一步滑移的阻力增大，因此金属的强度和硬度显著提高，塑性和韧性明显下降，产生所谓“变形强化”现象。原因：位错密度增加。

提高了工件硬度，抗拉强度，还可以稳定工件尺寸。

4．试比较二次结晶（重结晶）和再结晶。

重结晶和再结晶最本质的区别是前者发生了相变，是属于从低温相（铁素体）升温转变为高温相（奥氏体）在降温发生相变，形核形成晶粒，这一过程为重结晶。再结晶一般是指较大变形量的金属材料在随后的加热过程中(回火，再结晶退火），严重变形的晶粒发生回复，行核长大，形成细小的等轴晶粒，这一过程不会发生相变，只有应变能的释放。

5．简述16Mn钢的性能特点及其应用实例一项。

16Mn（Q345B)钢管是低合金高强度结构钢。16Mn钢管的用途：用于桥梁的专用钢种为“16Mnq”，汽车大梁的专用钢种为“16MnL”，压力容器的专用钢种为“16MnR”。

6．指出下列零件的毛坯成形方法：（1）减速箱箱体；铸造（2）汽车覆盖件；（3）钢结构件；（4）电视机塑料外壳；（5）机床主轴。

常用的毛坯成形方法有铸造、锻造、粉末冶金、冲压、焊接、非金属材料成形和快速成形等。 1. 铸造铸造液态金属充填型腔后凝固成形的成形方法，要求熔融金属流动性好、收缩性好，铸造材料利用率高，适用于制造各种尺寸和批量且形状复杂尤其具有复杂内腔的零件，如支座、壳体、箱体、机床床身等。 2. 锻造锻造是固态金属在压力下塑性变形的成形方法，要求金属的塑性较好、变形抗力小。锻造方法适用于制造受力较大、组织致密、质量均匀的锻件，如转轴、齿轮、曲轴和叉杆等。自由锻锻造工装简单、准备周期短，但产品形状简单，是单件生产和大型锻件的唯一锻造方法；胎模锻是在自由锻设备上采用胎模进行锻造的方法，可锻造较为复杂、中小批量的中小型锻件；模锻的锻件可较复杂，材料利用率和生产率远高于自由锻，但只能锻造批量较大的中小型锻件。 3. 粉末冶金粉末冶金是通过成形、烧结等工序，利用金属粉末和（或）非金属粉末间的原子扩散、机械楔合、再结晶等获得零件或毛坯的。要求粉料的流动性好，压缩性大。粉末冶金材料利用率和生产率高，制品精度高，适合于制造有特殊性能要求的材料和形状较复杂的中、小型零件。如制造减磨材料、结构材料、摩擦材料、硬质合金、难熔金属材料、特殊电磁性材料、过滤材料等板、带、棒、管、丝各种型材，以及齿轮、链轮、棘轮、轴套类等各种零件；可以制造重量仅百分之几g的小制品，也可制造近2t重的大型坯料。 4. 冲压冲压是借助冲模使金属产生分离或变形的成形方法，要求金属塑性成形时塑性好、变形抗力小。冲压可获得各种尺寸且形状较为复杂的零

件，材料利用率和生产率高。冲压广泛应用于汽车、仪表行业，是大批量制造质量轻、刚度好的零件和形状复杂的壳体的首选成形方法。 5. 焊接焊接是通过加热和（或）加压使被焊材料产生共同熔池或塑性变形或原子扩散而实现连接的，要求材料在焊接时的淬硬倾向以及产生裂纹和气孔等缺陷的倾向较小。焊接可获得各种尺寸且形状较复杂的零件，材料利用率高，采用自动化焊接可达到很高的生产率，适用于形状复杂或大型构件的连接成形，也可用于异种材料的连接和零件的修补。 6. 塑料成形塑料成形可在较低的温度下（一般在400℃以下）采用注射、挤出、模压、浇注、烧结、真空成形、吹塑等方法制成制品。由于塑料的原料来源丰富易得，制取方便，成形加工简单，可以少无切削加工，成本低廉，性能优良，所以塑料在民经济中得到广泛的应用。 7. 陶瓷成形陶瓷成形通常采用注浆成形法、可塑成形法、模压成形法等。陶瓷的密度低，比重只有钢的1/3，弹性模量高、缺口敏感性小，耐高温，膨胀系数低，硬度高，摩擦系数较低，热稳定性和化学稳定性好、电性能好，属耐高温耐腐蚀绝缘材料。陶瓷成形的特点是在制备过程中需经过高温处理，其制备工艺路线，加工和质量控制难度大。因此，先进陶瓷制品的成本较高。 8. 复合材料成形复合材料是由基体材料和增强材料复合而成的一类多相材料。复合材料保留了组成材料的各自的优点，获得单一材料无法具备的优良综合性能。它的成形特征是材料与结构一次成形，即在形成复合材料的同时也就得到了结构件。一特点使构件的零件数目减少，整体化程度提高；同时由于减少甚至取消了接头，避免或减少了铆、焊等工艺从而减轻了构件质量，改善并提高了构件的耐疲劳性和稳定性。由于复合材料材料成形和结构成形是一次完成的，因此其成形的关键是在成形过程中既要保证零件的外部公差，又要保证零件的内部质量。常用的材料成形方法比较见表7-1 表7－1 常用的材料成形方法比较成形方法成形特点对材料的工艺要求制件特征材料利用率生产率主要应用尺寸结构铸造液态金属填充型腔流动性好，集中缩孔各种可复杂较高低～高型腔较复杂尤其是内腔复杂的制件，如箱体、壳体、床身、支座等自由锻固态金属塑性变形变形抗力较小，塑性较好各种简单较低低传动轴、齿轮坯、炮筒等模锻中小件可较复杂较高较高或高受力较大或较复杂，且形状较复杂的制件，如齿轮、阀体、叉杆、曲轴等冲压各种可较复杂较高较高或高重量轻且刚度好的零件以及形状较复杂的壳体，如箱体、罩壳、汽车覆盖件、仪表板、容器等粉末冶金粉末间原子扩散、再结晶，有时重结晶粉末流动性较好，压缩性较大中小件可较复杂高较高精密零件或特殊性能的制品，如轴承、金刚石工具，硬质合金，活塞环、齿轮等焊接通过金属熔池液态凝固，或塑性变形或原子扩散实现连接淬硬、裂纹、气孔等倾向较小各种可复杂较高低～高形状复杂或大型构件的连接成形，异种材料间的连接，零件的修补等塑料成形采用注射、挤出、模压、浇注、烧结、真空成形、吹塑等方法制成制品流动性好、收缩性、吸水性、热敏性小各种可复杂较高较高或高一般结构零件、一般耐磨传动零件，减磨自润滑零件，耐腐蚀零件等。如化工管道、仪表壳罩等陶瓷成形陶瓷材料通过制粉、配料、成形、高温烧结获得制品坯体结构均匀并有一定的致密度中小件可较复杂较高低～较高高硬度，耐高温、耐腐蚀绝缘零件，如刀具、高温轴承、泵、阀复合材料成形基体材料和增强材料复合而成的一类多相材料，材料与结构一次成形纤维有高强度和刚度，有合理的含量、尺寸和分布；基体有一定的塑性、韧性各种可复杂较高低～较高高比强度、比模量、化学稳定性和电性能好，如船、艇、车身及配件，管道、阀门、储罐、高压气瓶等快速成形通过离散获得堆积的路径和方式，通过堆积材料叠加起来成形三维实体有利于快速精确地加工原型零件；当原形直接用作制件、模具时，原型的力学性能和物理化学性能要满足使用要求；各种可复杂高单件成形速度快产品设计、方案论证、产品展示、工业造型、模具、家用电器、汽车、航空航天、军事装备、材料、工程、医疗器具、体器官模型、生物材料组织等