2017年电大电大机械制造基础形成性考核册作业1答案.doc

电大机械制造基础形成性考核册作业1答案

1、常用的工程材料可以用教材第一页的表格表示，请完成工程材料的分类表：
答：
工程材料
非金属材料
复合材料
黑色金属
有色金属
金属材料
铸铁
碳钢
合金钢
高分子材料
陶瓷材料
橡胶
塑料
合成纤维

1、 人们在描述金属材料力学性能重要指标时，经常使用如下术语，请填写其使用的符号和内涵：
（a） 强度：金属材料在外载荷的作用下抵抗塑性变形和断裂的能力。强度有屈服强度σs和抗拉强度σb。
（b） 塑性：金属材料在外载荷作用下产生断裂前所能承受最大塑性变形的能力。
（c） 强度：是指金属材料抵抗比它更硬的物体压入其表面的能力。硬度有布氏硬度HBS和洛氏硬度HR。
（d） 冲击韧性：金属抵抗冲击载荷作用而不被破坏的能力。
（e） 疲劳强度：金属材料经受无数次交变载荷作用而不引起断裂的最大应力值。
2、 参照教材图1—2填写材料拉伸曲线中的相应特征值点的符号，并描述相应的含义。
（a） 横坐标表示：试件的变形量ΔL
（b） 纵坐标表示：载荷F
（c） S点：屈服点
（d） b点：颈缩点
（e） k点：拉断点
（f） 屈服点以后出现的规律：试样的伸长率又随载荷的增加而增大，此时试样已产生较大的塑性变形，材料的抗拉强度明显增加。
3、 一根标准试样的直径为10mm、标距长度为50mm。拉伸试验时测出试样在26kN时屈服，出现的最大载荷为45 kN。拉断后的标距长度为58mm，断口处直径为7.75mm。试计算试样的σ0.2、σb。
答：σ0.2=F0.2/S0=26000/(3.14*0.0052)=3.3*108MPa
σb=Fb/S0=45000/(3.14*0.0052)=5.7*108MPa

4、 HR是零件设计中常用的表示材料硬度指标。请回答下表中表示的有效范围和应用范围：
硬度符号
有效值范围
主要应用范围
HRA
70～85
硬质合金、表面淬火、渗碳
HRB
25～100
有色金属、退火、正火等
HRC
20～67
淬火钢、调质钢等
HR和HB有什么差别？
答：两种都是测试硬度的标准，区别在于测量方法不同。两种硬度标准根本性区别在于：布氏和洛氏测量的对象不同。布氏测量低硬度的材料，洛氏测量高硬度的材料。
6、参照教材1-7图补充如下Fe-Fe3C相图缺少的内容（标注相应的数据和材料相符号），思考每个线条和线条包容区域内金属相符号的特点

参考上图回答以下问题：：
（a.）. AC线为：合金的液相线
（b.）. Acm线为：碳在奥氏体中的溶解限度线
（c.）. AC3线为：奥氏体中开始析出铁素体或铁素体全部溶入奥氏体的转变线
（d.）. A表示：奥氏体相
（e.）. F表示：铁素体相
（f.）. P表示：珠光体相
（g.）. Ld表示：液相
（h.）. Fe3C表示：渗碳体相
（i.）. 含碳0.77％为：都是奥氏体
（j.）. 导致过共析钢中材料脆性很高的主要原因是：若加热到略高于AC1温度时，珠光体完全转变成奥氏体，并又少量的渗碳体溶入奥氏体。此时奥氏体晶粒细小，且其碳的质量分数已稍高与共析成分。如果继续升高温度，则二次渗碳体不断溶入奥氏体，致使奥氏体晶粒不断长大，其碳浓度不断升高，会导致淬火变形倾向增大、淬火组织显微裂纹增多及脆性增大。
7、假定有含碳量为80%的材料从液态逐渐缓慢冷却，请说明其随温度下降的组织变化。
答：液相，液相和一次渗碳体，一次渗碳体和莱氏体，一次渗碳体和低温莱氏体
8、 AC3和Acm是重要指标线，在这个温度以下会稳定得逞室温组织。在高温度附近的冷却速度决定了材料的晶粒大小。因此，为细化晶粒的退火热处理的工艺设计是需要查阅相图的（通常要高出50°C）。请同学补充完成下面的回答：
回答：当温度下降到达AC线时，出现凝固，成为L（液体）和A，经过EF线以后完全固体，……
发生共晶反应。此时液相LC(4.30％C)，奥氏体AE（2.11％C）。渗碳体(6.69％C)三相共存。冷凝时反应的结果形成了奥氏体与渗碳体的机械混合物，通称为莱氏体
9、 钢的热处理主要包括淬火、退火、回火、调质处理和渗碳。它们的主要特点是按照热处理温度、冷却速度、热处理目的或用途、工艺过程安排特点考虑的。请藐视它们的特点：
淬火：指将钢件加热到 Ac3 或 Ac1（钢的下临界点温度）以上某一温度，保持一定的时间，然后以适当的冷却速度，获得马氏体（或贝氏体）组织的热处理工艺。常见的淬火工艺有盐浴淬火，马氏体分级淬火，贝氏体等温淬火，表面淬火和局部淬火等。淬火的目的：使钢件获得所需的马氏体组织，提高工件的硬度，强度和耐磨性，为后道热处理作好组织准备等。
退火：指金属材料加热到适当的温度，保持一定的时间，然后缓慢冷却的热处理工艺。常见的退火工艺有：再结晶退火，去应力退火，球化退火，完全退火等。退火的目的：主要是降低金属材料的硬度，提高塑性，以利切削加工或压力加工，减少残余应力，提高组织和成分的均匀化，或为后道热处理作好组织准备等。
回火：指钢件经淬硬后，再加热到 以下的某一温度，保温一定时间，然后冷却到室温的热处理工艺。常见的回火工艺有：低温回火，中温回火，高温回火和多次回火等。回火的目的：主要是消除钢件在淬火时所产生的应力，使钢件具有高的硬度和耐磨性外，并具有所需要的塑性和韧性等。
调质：指将钢材或钢件进行淬火及高温回火的复合热处理工艺。使用于调质处理的钢称调质钢。它一般是指中碳结构钢和中碳合金结构钢。
渗碳：渗碳是将工件置于渗碳介质中，加热到单相奥氏体状态，保温一段时间，使碳原子渗入工件表层，提高表层含碳量，从而增加表面的硬度及耐磨性。渗碳工件材料一般为低碳钢。渗碳工艺常用的有气体渗碳和固体渗碳。渗碳后，仍需对工件进行淬火和低温回火处理。
10、 请回答.077％碳钢和1.％碳钢的细化晶粒温度。
例如：一批碳钢试样组织晶粒大小不均匀，需采用退火处理。应采用的工艺设计应该是：缓慢加热至 500～650 ℃，保温足够时间，随炉冷却至室温。
问：为什么要保温足够的时间，为什么要缓慢冷却？
答：因为晶粒组织转变需要一定的时间，因此当金属工件表面达到要求的加热温度时，还须在此温度保持一定时间，使内外温度一致，使显微组织转变完全。
11、 现有40Cr钢制造的机床主轴，心部要求良好的强韧性 （200～300HBS），轴颈处要求硬而耐磨 （54～58HRC），试问：
（1）应进行哪种预处理和最终热处理？
（2）热处理后获得什么组织？
（3）热处理工序在加工工艺路线中位置如何安排？
答：（1）正火（调质）——预处理、高频淬火和回火——最终热处理
（2）奥氏体
（3）正火——机加工——高频淬火——回火
12、 铸铁是制造机器零件毛坯的主要黑色金属材料之一，请说明铸铁的基本特征。（牌号、石墨形态、铸造性能、成本等）
答：1）灰铸铁：牌号HT，石墨形态是片状，铸造性能优良，成本最低的铸铁。
2）球墨铸铁：牌号QT，石墨形态是球状，铸造性能近似于灰铸铁。
3）蠕墨铸铁：牌号RuT，石墨形态是蠕虫状，铸造性能好。
4）可锻铸铁：牌号KT，石墨形态是团絮状，不能锻造。
13、为了获得优质的铸件毛坯，在结构工艺性方面需要注意哪些原则？
答：1）铸件的壁厚应合理2）铸件的壁厚应尽量均匀3）铸件的结构不仅有利于保证铸件的质量，而且应尽可能使铸造工艺简化，以稳定产品质量和提高生产率。
14、 按照碳含量将碳钢分为低、中、高碳钢，参考教材中图3-2归纳碳钢的力学性能随含碳量的变化规律。
答：含碳量越高,工件硬度增加,柔韧性变小,脆性变大,越难加工。
15、 合金钢分为合金结构钢和合金调质钢，请查阅资料描述下列化学元素对材料的力学性能产生影响的特点。
Mn：提高钢韧性、强度、硬度和淬性，改善钢的热加工性能。
Cr：显著提高强度、硬度和耐磨性，但同时降低塑性和韧性。铬又能提高钢的抗氧化性和耐腐蚀性。
Si：显著提高钢的弹性极限，屈服点和抗拉强度。
Mo：使钢的晶粒细化，提高淬透性和热强性能，在高温时保持足够的强度和抗蠕变能力(长期在高温下受到应力，发生变形，称蠕变)。结构钢中加入钼，能提高机械性能。 还可以抑制合金钢由于火而引起的脆性。在工具钢中可提高红性。
B：钢中加入微量的硼就可改善钢的致密性和热轧性能，提高强度。
V：钒是钢的优良脱氧剂。钢中加0.5%的钒可细化组织晶粒，提高强度和韧性。钒与碳形成的碳化物，在高温高压下可提高抗氢腐蚀能力。
W：钨熔点高，比重大，是贵生的合金元素。钨与碳形成碳化钨有很高的硬度和耐磨性。在工具钢加钨，可显著提高红硬性和热强性，作切削工具及锻模具用。
16、 在毛坯冲压成形中，过大的变形量将产生毛坯缺陷甚至导致报废，因此需要增加热处理工序，请描述工艺设计的基本原则，

答：板料冲压是利用冲模板料产生分离或变形，从而获得毛坯或零件的压力加工方法。当板料厚度超过8～10mm时才采用热冲压。冲压生产的基本工序有分离工序和变形工序两大类。
17、 电焊条由哪些部分组成?其作用是什么?
答：电焊条由焊芯和药皮组成。焊芯主要有传导电流、产生电弧、作为焊缝填充金属等作用。药皮主要作用是提高电弧燃烧的稳定性，形成保护气氛使熔池隔绝空气，产生熔渣覆盖熔池表面起机械保护作用，并有脱氧与添加合金元素的作用。
18、 选择零件毛坯的两个基本原则是什么？
答：1）适用性原则2）经济性原则
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