工程材料及机械制造基础复习（Ⅱ）
——热加工工艺基础
铸造
1．1 铸造工艺基础
(1)液态金属的充型能力
液态金属充满铸型型腔，获得形状完整、轮廓清晰的铸件的能力，称为液态金属充填铸型的能力。
充型能力好，易获得形状完整、尺寸准确、轮廓清晰的铸件，有利于排气和排渣，有利于补缩。
充型能力不好，铸件易产生浇不足、冷隔、气孔、渣孔等缺陷。
影响液态金属充型能力的因素是：
1)合金的流动性
液态金属的充型能力主要取决于合金的流动性，即合金本身的流动能力。流动性的好坏用螺旋线长度来表示。螺旋线长度越长，流动性越好；反之，则流动性越差。
共晶成分的合金流动性最好，离共晶成分越远，流动性越差。
2)浇注条件
①浇注温度：浇注温度越高，则充型能力越好。因为浇注温度高，金属液的黏度低，同时，因金属液含热量多，能保持液态的时间长，由于过热的金属液传给铸型的热量多，在结晶温度区间的降温速度缓慢。但在实际生产中，常用“高温出炉，低温浇注”的原则，因为浇注温度越高，金属收缩量增加，吸气增多，氧化也严重，铸件容易产生缩孔、缩松、粘砂、气孔等缺陷。
②充型压头。
③浇注系统的结构。
3)铸型填充条件：包括铸型材料、铸型温度和铸型中的气体等。
(2)合金的收缩
1)基本概念
铸件在冷却、凝固过程中，其体积和尺寸减少的现象叫做收缩。铸造合金从浇注温度冷到室温的收缩过程包括液态收缩、凝固收缩和固态收缩三个互相联系的阶段。
总收缩；液态收缩+凝固收缩+固态收缩
∨↓
体积变化尺寸变化
↓↓
产生缩孔、缩松的基本原因产生应力、变形、裂纹的基本原因
影响收缩的因素是：
①化学成分：凡是促进石墨化的元素增加，收缩减少，否则收缩率增大。
②浇注温度：T浇↑→过热度↑→液态收缩↑→总收缩↑。
③铸件结构与铸型条件。
2)缩孔、缩松的形成与防止
3)铸造内应力的产生及防止
铸造内应力按产生原因的不同可分热应力和收缩应力两种。
热应力是由于铸件各部分冷却速度不同，以致在同一时间内铸件各部分收缩不一致，在铸件内部产生了互相制约的内应力，铸件的厚大部分(或心部)受拉应力，薄的部分(或外部)受压应力。
收缩应力是铸件固态收缩时，受到机械阻碍而形成的内应力。
铸造内应力的防止措施有：
①设计上：力求铸件壁厚均匀。
②在工艺上：改善型(芯)砂的退让性；进行时效处理（包括人工时效和自然时效两种）。
4)铸件的变形及防止
由于铸造内应力的存在，铸件将会变形以缓解和消除这种内应力，变形方向是：厚的部分向内凹，薄的部分向外凸。
防止变形的措施有：
①尽量减少铸件内应力；
②使铸件结构对称；
③采用反变形法；
④设拉筋。
5)铸件的裂纹及防止
当铸件内应力超过金属强度极限时，铸件便会产生裂纹，裂纹包括热裂和冷裂两种。1．2 铸造工艺图的绘制
(1)浇注位置的选择
①铸件上的重要加工面应朝下或呈侧立面；
②铸件上的大平面应朝下，以免产生夹砂缺陷；
③大面积的薄壁部分应垂直或倾斜浇注，以免产生浇不足或冷隔缺陷；
④收缩率较大的合金应使之自下而上地进行顺序凝固，便于补缩。
(2)分型面的选择
分型面是指上半铸型和下半铸型的分界面，其选择原则是：
1)应便于起模，使造型工艺简化
①尽量使分型面平直且数量少；
②尽量避免不必要的活块或挖砂造型；
③应使型芯的数量少。
2)应尽量使铸件全部或大部分置于同一砂箱中(以免产生错箱缺陷)，且最好位于下箱（以便检验铸件壁厚及下芯)。
(3)工艺参数的确定
1)机械加工余量
在铸件上为切削加工的方便而加大的尺寸称为机械加工余量。
铸件的孔、槽是否铸出，不仅取决于工艺上的可能性，还必须考虑其必要性。
2)起模(拔模)斜度
凡垂直于分型面的加工表面都应设置拔模斜度，以便起模。
3)收缩率
由于铸件在冷却、凝固时都要产生收缩，为保证铸件的有效尺寸，模样和芯盒的制造尺寸应比铸件放大一个收缩量。
4)芯头：其作用是为了保证型芯在铸型中的定位、固定和通气。
※(4)浇注系统
1)对浇注系统的要求
a．使金属液平稳、连续、均匀地流人铸型，避免对砂型和型芯的冲击。b．防止熔渣、砂粒或其他杂质进入铸型。
c．调节铸件各部分温度分布，控制冷却和凝固顺序，避免缩孔、缩松及裂纹的产生。
2)浇注系统的组成及作用
a．浇口杯：承受金属液的冲击和分离熔渣，避免金属液对砂型的直接冲击。b．直浇道：利用它的高度所产生的静压力，可以控制金属液流人铸型的速度和提高充型能力。
c．横浇道：主要起挡渣作用。
d．内浇道：它是把金属液直接引入铸型的通道。利用它的位置、大小和数量可以控制金属液流人铸型的速度和方向，以及调整铸件各部分的温度分布。1．3铸铁件生产
(1)铸铁种类
(2)石墨对铸铁性能的影响
①力学性能差:由于石墨减少了基体的有效承载面积；在片状石墨的尖角处造成了应力集中。
②工艺性能：
铸造性能好：铸件产生缺陷的可能性小。
切削加工性好：切削加工时呈崩碎切屑。
可锻性差：属脆性材料。
可焊性差；焊接时产生裂纹的倾向大。
焊接区常出现白口组织。
③特殊性能：
减振性好：石墨对机械振动起缓冲作用，阻止了振动能量的传播。
耐磨性好：灰铸铁摩擦面上形成了大量显微凹坑，能起储存润滑油作用
使摩擦副内容易保持油膜的连续性；同时石墨本身也是良好
的润滑剂。
缺口敏感性低：由于石墨已使灰铸铁基体上形成了大量缺口，因此外来
缺口对灰铸铁的疲劳强度影响甚傲。
(3)常用铸铁一览表
注：铸铁的热处理只能改变其基体组织，而不能改变石墨的形态、大小及分布。灰铁的热处理有去应力退火和软化退火。球铁的热处理包括退火(获得铁素体基体)、正火(高温正火获得珠光体基体，低温正火获得珠光体+铁素体基体)、调质(获得回火索氏体基体)和等温淬火(获得下贝氏体基体)。
(4)影响石墨化的因素
1)化学成分
碳、硅是强烈促进石墨化的元素。碳、硅质量分数过低，铸铁易产生白口；碳、硅质量分数高，则析出的石墨数量多且粗大，基体中铁素体质量分数增高，力学性能降低。
铸铁组织图
(铸件壁厚50mm，砂型铸造)
硫是强烈阻碍石墨化的元素，它的存在使铸件的白口倾向增大，并易产生热脆性。锰也是阻碍石墨化的元素，但它与硫可形成MnS，从而降低硫的有害作用。
2)冷却连度
铸件的冷却速度主要取决于铸型散热条件与壁厚。
1．4铸钢件生产
(1)牌号及性能
最低抗拉强度，MPa
最低屈服点数字，MPa
铸钢不仅强度高，并有优良的塑性和韧性，因此适用于制造形状复杂、强度和韧性要求都高的零件。
(2)生产特点
铸钢的熔炼一般采用电弧炉和感应电炉等。
钢的浇注温度高、流动性差，钢水易氧化和吸气，体收缩率大。因此铸造性能差，容易产生浇不足、气孔、缩孔、缩松、热裂、粘砂等缺陷。为防止上述缺陷的产生，必须在工艺上采取相应的措施。
1．5铸件结构设计
(1)铸件外形设计
①铸件外形要便于造型应尽量避免在铸件外形上沿起模方向的外凸和内凹部分。
②尽量使分型面少而简单。
③凡垂直于分型面的不加工表面，最好具有结构斜度，请注意与拔模斜度的区别。
(2)铸件的内腔设计
①应尽量不用或少用型芯。
②应使铸型中的型芯定位准确、安放稳固、捧气通畅、清理方便。
(3)铸件壁的设计
①铸件的壁厚应适当：铸件壁不宜过厚，否则金属液聚集会引起晶粒粗大，且容易产生缩孔、缩松等缺陷。若壁太薄，则易产生冷隔、浇不足、变形和裂纹等缺陷，如此必须限制一个最小壁厚。
②铸件的壁厚应尽可能均匀，否则在厚壁处因金属聚集易产生缩孔、缩松等缺陷，还因冷速不同而产生热应力，致使薄壁和厚壁的连接处产生裂纹。
③铸件壁的连接。
a．铸件的垂直壁或转弯处应有结构圆角。
b．应避免交叉和锐角连接。
c．厚壁与薄壁间的连接要逐步过渡。
(4)其他：①避免受阻收缩；②应尽量避免过大的水平面。
※1．6 特种铸造
压力加工
2．1金属的塑性变形
单晶体的塑性变形方式有滑移和孪晶两种。
滑移是指晶体在外力作用下，其一部分相对另一部分沿一定的晶面(滑移面)滑动。其特点是：
①只有在剪应力的作用下才能进行；
②滑移后晶体各部分的位向依然一致；
③滑移距离是原子间距的整数倍；
④由于实际晶体存在位错，所以晶体的滑移实质是沿滑移面的位错运动。
多晶体的塑性变形包括晶粒内部的变形与晶粒之间的变形两部分。晶内变形
仍以滑移与孪晶两种基本方式进行，晶间变形包括晶粒之间的微量相互位移与转动。多晶体塑性变形的特点是：变形的不均匀性，变形抗力比单晶体大，形成纤维组织与各向异性。
金属在冷态下塑性变形后其强度和硬度提高、塑性降低的现象称为加工硬化。加工硬化可作为一种强化金属的手段，但它会使塑性下降，给进一步进行压力加工带来困难。要消除加工硬化，必须对冷态下塑性变形的金属加热。随着加热温度的升高，可分为回复、再结晶和晶粒长大三个阶段：
再结晶温度T再=0．4T熔
金属在再结晶温度以下进行的塑性变形称为冷态塑性变形，又称冷加工。其优点是尺寸、形状精度高；表面质量好；金属强度。硬度提高；劳动条件好。但它的变形抗力大，变形程度小，金属内部残余应力大。要想继续进行冷加工，必须进行中间再结晶退火。
金属在再结晶温度以上进行的塑性变形称为热态塑性变形，又称热加工。它对组织结构和性能影响是：消除铸态金属的某些缺陷以提高机械性能；形成纤维组织。纤维组织导致金属材料的力学性能呈现各向异性。沿纤维方向(纵向)较垂直于纤维方向(横向)具有较高的强度、塑性和冲击韧性。因此在设计零件时，应使流线与零件上所受最大正应力方向一致，与零件上所受剪应力或冲击力方向相垂直，且与零件外形相符合，不被切断。
金属的锻造性是指锻造金属材料的难易程度，其衡量指标为塑性和变形抗力。影响锻造性的因素是：
1)金属的本质：包括化学成分和组织结构。
2)变形条件
①变形温度：提高变形温度可有效地提高金属的可锻性。
②变形速度：低速、高速(大于临界速度)都可使锻造性提高。
③应力状态：三个方向中压应力的数目越多，则金属的塑性越好；拉应力的数目越多，则金属的塑性越差。同号应力状态下的变形抗力大于异号应力状态下的变形抗力。
2．2 自由锻
设备
锻锤{空气锤：适于加工小型锻件；蒸气—空气锤：吨位大，适于加工中小型锻件（＜1500kg)。产生冲击力使金属变形，吨位用落下部分质量表示水压机：产生静压力使金属变形，吨位较大，可用来锻造大型锻件
工序
基本工序：包括拔长、镦粗、冲孔、扩孔、错移、弯曲、扭转和切割等8种
辅助工序
精整工序
自由锻的工艺规程包括以下步骤：
①绘制自由锻件图；考虑加工余量、敷料和锻件公差即可绘制锻件图；
②计算坯料的质量和尺寸；
③安排锻造工序；
④选择锻造设备；
⑤确定锻造温度范围；
⑥填写锻造工艺卡。
自由锻的结构工艺性重点是判断结构的合理性。其原则是：
①避免锥面及斜面等；
②避免非平面交接结构；
③避免加强肋及表面凸台等结构；
④对于横截面尺寸变化较大、形状复杂的锻件，可分成几部分分别锻出，然后再机械连接或焊接成整体。
2．3 模锻(重点掌握锤上模锻)
锤上模锻所用的设备主要是蒸汽·空气锤，它与自由锻锤区别是：锤头与导轨之间的间隙比自由锻锤的小，且机架直接与砧座连接。
锻模模膛可分为模馒模膛、制坯模膛两大类。
1)模锻模膛：可分为终锻模膛和预锻模膛两种
终锻模膛是锻件最终成形的模膛，因此它的尺寸皮比锻件尺寸放大一个收缩量。另外，沿模膛四周应设有毛边槽，其作用是：增加金属从模膛中流出的阻力，促进金属充满模膛，容纳多余金属，缓冲冲击。
预锻模膛的作用是使坯料变形成接近锻件的形状和尺寸，使终锻时金属容易充满模膛，以减少终锻模膛的磨损。预锻模膛与终锻模膛的主要区别是：前者的圆角和斜度较大，没有飞边槽。
2)制坯模膛
拔长模膛：减少坯料某一部分的横截面积，以增加其长度
滚挤模膛：减少坯料某部分的横截面积，以增加另一部分的横截面积
弯曲模膛
切断模膛
绘制锻件图时应考虑以下问题：
①选择分模面
a．应保证锻件易于从模膛中取出；
b．应使模膛深度最浅；
c．易于发现错模现象；
d．应使零件上所加的敷料最少；
e．要使锻模制造方便，分模面最好是平面而不是折面。
②机械加工余量、敷料和锻件公差
③冲孔连皮
④模锻斜度
⑤圆角半径
模锻件的结构工艺性应考虑的主要原则：零件上与锤击方向平行的非加工表面，应设计出结构斜度，非加工表面所形成的角都应按模锻圆角设计；零件外形应力求简单、平直和对称，尽量避免零件截面差别过大，或具有薄壁、高筋、凸起等结构。
2．4 板料冲压
冲压工艺
板料冲压的基本工序可以分为分离(落料、冲孔、剪切、修整)和变形(弯曲、拉深、成形、翻边)两大类。
冲裁：使板料沿封闭的轮廓进行分离的工序，包括落料和冲孔两种。落料是被分离的部分为成品，而周边是废料；冲孔是被分离的部分为废料，而周边是成品。在孔上或落件上均有圆角带、光亮带和断裂带三部分。孔的光亮带部分尺寸
决定于凸模尺寸，落件光亮带部分尺寸决定于凹模尺寸，所以冲孔时凸模尺寸应等于孔的尺寸，凹模尺寸应等于凸模尺寸加双边间隙值；落料时，凹模尺寸应等于工件的尺寸，凸模尺寸应等于凹模尺寸减翠边间隙值。冲裁过程包括弹性变形、塑性变形、断裂分离三个阶段。对冲裁件断面质量影响最大的是间隙和凸凹
模刃口的磨损。
弯曲：使板料或坯料弯成一定角度和形状的变形工序。为防止弯裂应限制最小弯曲半径(因弯曲变形量决定于弯曲半径r和板料厚度t之比，r／t愈小，弯曲变形量愈大)，还应尽可能使弯曲线与坯料纤维方向垂直。另外，还应考虑“回弹”现象。
拉深：使平板毛坯变成开口空心零件的变形工序。为防止拉裂甚至拉穿和压褶，应采取如下
措施：①凸、凹模边缘做成圆角；②凸、凹模间应有一定的间隙；③拉深系数m(拉深件内径d与坯料直径D之比)不能太小，若m太小则应进行多次拉深，中间穿插退火以提高塑性；④防止产生皱褶用压边圈；⑤加润滑剂，以减少摩擦。
2．5 轧制、挤压和拉拔
辊锻的实质是纵向轧制。它是使坯料(热态或冷态)在装有扇形模块的一对旋转的轧辊中通过，模块上的模槽使坯料受压塑性变形，从而获得所需锻件或毛坯的一种先进工艺。
辊锻主要用于生产长轴、长杆类锻件或锻坯。
轧制是生产板材、型材和管材的主要方法，目前有横轧、斜轧和楔横轧三种。横轧是轧辊轴线与坯料轴线平行的一种轧制方式，可用来制造正齿轮、斜齿轮和人宇齿轮等。斜轧是轧辊轴线与坯料轴线在空间相夹一定角度的一种轧制方式，可用来轧制钢球、麻花钻螺旋槽等。楔横轧适用于大量生产、热轧各种成形阶梯轴毛坯。
挤压的基本方式：
按照挤压时坯料温度不同，挤压可分为热挤压、冷挤压和温挤压。
拉拔是金属坯料从模孔中拉出，使其横截面减小，获得与模孔尺寸、形状相同的制晶的塑性变形加工方法。拉拔一般在室温下进行，可获得精度较高、粗糙度值较低的产品。它主要用于生产各种钢、有色金属及其合金的棒材、线材和管材。
焊接
焊接是一种永久性连接金属材料的工艺方法。焊接的实质是用加热、加压或两者并用手段，借助于金属原子的结合与扩散作用，使分离的金属材料牢固地连
接起来。
焊接方法的种类很多，通常按焊接过程的特点分熔化焊、压力焊和钎焊三大类。
焊接与其他加工方法相比，具有以下特点：节省材料和工时；能拼小为大，简化铸、锻、冲压工艺；便于制造双层金属结构。
3．1 手工电弧焊
(1)焊接电弧
焊接电弧是在电极与工件间的气体介质中强烈而持久的放电现象。它通过接触短路引弧法和高频高压引弧法引燃。
电弧由三部分组成：阳极区、阴极区和弧柱区。由于电弧产生的热量阳极和阴极上有一定差异，在使用直流电焊接时有两种接法：直流正接和直流反接。直流正接是将工件接正极，焊条接负极，主要用于厚板、难熔金属等的焊接；直流反接是将工件接负极，焊条接正极，主要用于薄板、有色金属等的焊接。
(2)电焊条
1)手工电弧焊的冶金特点
①焊接电源和金属熔池的温度高于一般的冶金温度，因而使金属元素强烈蒸发、烧损，并使高温区的气体分解为原子态，从而使一系列物理化学反应更加激烈。
②金属熔池的体积小，冷却快，熔池处于液态时间很短，致使各种化学反应难于达到平衡状态，造成化学成分不够均匀。有时还会使金属熔池中的气体及杂质来不及逸出，而在焊缝中造成气孔、夹渣等缺陷。
2)电焊条的组成及各部分的作用
电焊条由焊芯和药皮两部分组成。
焊芯的作用是导电和填充金属，焊芯材料有H08等。
药皮的作用是：稳定电弧燃烧；形成气·渣联合保护，防止空气中有害物质侵入；脱硫并参与合金元素，以提高焊缝力学性能。
3)焊条分类：按熔渣酸碱性可将焊条分为酸性焊条和碱性焊条两大类。
酸性焊条的特点是：焊缝力学性能不高，抗裂缝性差；焊接工艺性好；交、直流均可用。因此，它仅用于一般钢结构的焊接
碱性焊条的特点是：焊缝力学性能好，特别是抗裂缝性好，冲击韧性高；焊接工艺性差，使用焊条要严格烘干、保温，焊件坡口处要清理油、水、锈和赃物；会产生有害气体HF；采用直流焊接。因而它常用于焊接重要结构。
4)焊条牌号
国家规定的型号表示法如下：
E ××××－(字母)
--
表示熔敷金属化学成分分类代号
表示焊条药皮类型、电源种类
表示焊接位置，“1”及“0”全位置，“2”平焊、横焊和角焊
表示熔敷金属最低抗拉强度，MPa
表示焊条
原机械工业部的牌号表示如下：
J ×××
药皮类型和电源种类
焊缝金属抗拉强度，MPa
结构钢焊条
5）焊条的选用
焊条选用的原则是要求焊缝和母材具有相同水平的使用性能：
结构钢焊条的选用方法一般是根据母材的抗拉强度，按“等强”原则选择相同强度等级的焊条；
不锈钢焊条和耐用热钢焊条的选用是根据母材的化学成分类型，选择相同成分类型的焊条。
(4)焊接接头的组织和性能
焊接接头包括焊缝和热影响区两部分。
热影响区是指焊缝两侧的基本金属因受焊接加热的影响而发生组织和性能变化的区域。热影响区可分为四个区域：熔合区、过热区、正火区和部分相变区。其中以熔合区和过热区对焊接接头性能的不利影响最大。
焊接接头的力学性能决定于它的化学它的化学成分和组织，因此影响焊缝化学成分和焊接接头的因素都影响焊接头的性能：
①焊接材料（焊条、焊丝、焊剂）；
②焊接方法（在各种焊接方法中，等离子弧焊和埋弧自动焊的热影响区最窄，
电渣焊和气焊的热影响区最宽）；
③焊接工艺（焊接电流、电弧电压、焊接速度等）；
④焊后处理。
(5)焊接应力与变形
1)产生原因：局部加热及结构有一定刚性。
2)变形基本形式：收缩变形、角变形、弯曲变形、波浪形变形和扭曲变形。
3)减少焊接应力与变形的工艺措施：焊前预热和焊后缓冷；刚性夹持法(可
减少变形，但会增加应力)；反变形法；选择合理的焊接次序；选择合适的焊接方法和规范；锤击焊缝。
4)矫正变形方法：机械矫正法和火焰加热矫正法。
(6)焊接缺陷与检验
常见的焊接缺陷有：焊缝尺寸不符要求、焊接裂纹、咬边、烧穿、气孔、
夹渣、未焊透等。
外观检验
密封性检验：水压试验；气压试验；煤油试验
焊缝内部缺陷的无损检测：渗透检验；磁粉检验；射线检验；超声波检验
3．2 其他焊接方法的含义、工艺特点及应用范围
注：1)气焊火焰
①中性焰：V o2／Vc2H2=1.1～1.2，应用最广，一般用来焊接碳钢、紫铜和低合金钢筹。
②氧化焰：Vo2／Vc2H2>1.2，主要用于焊接黄铜、铬锦钢等。
③碳化焰：V o2／Vc2H2<1.1，主要用于焊接铸铁、高碳钢和硬质合金等。
2)氧·乙炔切割
①基本过程：将金属需切割处用中性焰预热到燃点，然后打开高压切割氧气阀使金属燃烧成液态氧化物熔渣并被切割氧气流吹走，从而形成切口。即气割包括预热、燃烧、吹渣三个过程，也就是说，气割是一个燃烧过程，而不是熔化过程。
②被切割金属应具备的条件：金属的燃点与其氧化物的熔点，应低于金属本身的熔点；金属的导热性要小，燃烧时产生的热量要大。
3．3 常用金属材料的焊接
金属材料的焊接性是指在一定焊接工艺条件下，金属材料获得优质焊接接头的难易程度。
估算钢材焊接性方法是碳当量法，同时还与其他因素有关，如工件厚度等。当碳当量ω(C)当量<0．4％，焊接性优良；当ω(C)当量：0．4％～0．6％，焊接性较差；当ω(C)当量>0．6％，焊接性不好。
碳当量的计算式如下：
应能根据公式判断和比较金属的焊接性。
对焊接性不好的钢材，为减少其裂纹倾向，常采用下列工艺措施：焊前预热，焊后缓冷，焊后热处理；选用抗裂缝性好的低氢型焊条；选用细焊条小电流开坡口进行多层焊，以防止母材过多地熔人焊缝，同时减少焊缝热影响区的宽度。
铸铁焊补时存在的问题是：焊接接头易产生白口及淬硬组织；接头及热影响区易产生裂纹；易产生气孔和夹渣等缺陷。常用焊接方法有热焊法和冷焊法两种。冷焊法常用焊条有：钢芯铸铁焊条(焊后一般不能机械加工)、铸铁芯铸铁焊条(适于较大灰铸铁的焊补)、钢基铸铁焊条(一般用于非加工面焊补)、镍基铸铁焊条(一般只用于重要铸件的加工面的焊补)。
钢、铝合金焊接的共同点是易氧化、吸气、线收缩大等，因此在焊缝中易形成夹渣、气孔、裂纹等缺陷，焊接性较差，工艺上应采取一定措施，如采用氩弧焊等。
3．4 焊接结构设计
(1)焊接结构材料的选择
1)焊接结构在满足工作性能的前提下，首先要考虑选择焊接性较好的材料。
2)应尽量少用异种金属的焊接，以简化制造工艺。
3)设计焊接结构时，应该多采用工宇钢、槽钢、角钢和钢管等型材，它不仅能减少焊缝数量和简化焊接工艺，而且能够增加结构件的强度和喇性。
(2)焊缝的布置
1焊缝应尽量分散；
2)焊缝设置应避开最大应力处和应力集中处；
3)焊缝应尽可能对称；
4)焊缝应尽量避开加工表面；
5)焊缝位置应便于操作。
《机械制造基础》课堂习题参考答案 （热加工工艺基础——第一章铸造） 一、选择题 1、 D 2、B 3、A 4、A 5、B 6、C 7、B 8、A 9、B 10、D 11、C 12、B 13、B 14、B 15、C 16、A17、C 18、B 19、C 20、B 21、B 22、A23、B 24、B 25、A 二、判断题 1、╳常见的铸件缺陷砂眼产生的原因是型砂和芯砂的强度不够；砂型和型芯的紧实度不够；合型时局部损坏，浇注系统不合理，冲坏了砂型。 2、╳易形成缩孔，共晶成分合金一般在恒温下结晶，是逐层凝固方式，易形成集中孔洞，即缩孔。 3、╳应改为：要适中，因紧实度太高，易出现气孔，退让性又不好，易产生铸造应力等。 4、√ 5、√影响铸件凝固方式的因素：合金的结晶温度范围、铸件的温度梯度等。 6、√铸钢件均需经过热处理后才能使用。因为在铸态下的铸钢件内部存在气孔、裂纹、缩孔和缩松、晶粒粗大、组织不均及残余内应力等缺陷，这些缺陷大大降低了其力学性能，因此铸钢件必须进行正火或退火。 7、╳浇注时铸件朝上的表面因产生缺陷的机率较大，其余量应比底面和侧面大。 8、√有色金属铸件，由于表面光洁平整，其加工余量应比铸铁小。 9、√为使砂型易于从模样内腔中脱出，铸孔内壁起模斜度比外壁拔模斜度大，通常为3~10°。 10、╳因为共晶合金是在恒温下结晶其凝固方式为逐层凝固，容易形成缩孔。 11、√ 12、√ 13、╳确定铸件的浇注位置的重要原则是使其重要受力面朝下. 14、╳铸件的所有表面不一定应留有加工余量。 15、√ 三、填空题 1、逐层凝固；糊状凝固；中间凝固 2、缩孔；裂缝 3、合金的流动性；浇注条件；铸型的结构 4、液态收缩；凝固收缩；固态收缩 5、充型能力（流动性） 6、收缩性 7、冷却速度 8、拔模斜度；角度或宽度 9、立式；卧式
一、名词解释： １、固溶强化：固溶体溶入溶质后强度、硬度提高，塑性韧性下降现象。 ２、加工硬化：金属塑性变形后，强度硬度提高的现象。 ２、合金强化：在钢液中有选择地加入合金元素，提高材料强度和硬度 ４、热处理：钢在固态下通过加热、保温、冷却改变钢的组织结构从而获得所需性能的一种工艺。５、细晶强化：晶粒尺寸通过细化处理，使得金属强度提高的方法。 二、选择适宜材料并说明常用的热处理方法 三、（20分）车床主轴要求轴颈部位硬度为HRC54—58，其余地方为HRC20—25，其加工路线为：
下料锻造正火机加工调质机加工（精） 轴颈表面淬火低温回火磨加工 指出：1、主轴应用的材料：45钢 2、正火的目的和大致热处理工艺细化晶粒，消除应力；加热到Ac3＋50℃保温一段时间空冷 3、调质目的和大致热处理工艺强度硬度塑性韧性达到良好配合淬火＋高温回火 4、表面淬火目的提高轴颈表面硬度 5．低温回火目的和轴颈表面和心部组织。去除表面淬火热应力，表面M＋A’心部S回 四、选择填空（20分） １．合金元素对奥氏体晶粒长大的影响是（d） （a）均强烈阻止奥氏体晶粒长大（b）均强烈促进奥氏体晶粒长大 （c）无影响（d）上述说法都不全面 ２．适合制造渗碳零件的钢有（c）。 （a）16Mn、15、20Cr、1Cr13、12Cr2Ni4A （b）45、40Cr、65Mn、T12 （c）15、20Cr、18Cr2Ni4WA、20CrMnTi ３．要制造直径16mm的螺栓，要求整个截面上具有良好的综合机械性能，应选用（c ）（a）45钢经正火处理（b）60Si2Mn经淬火和中温回火（c）40Cr钢经调质处理 4．制造手用锯条应当选用（a ） （a）T12钢经淬火和低温回火（b）Cr12Mo钢经淬火和低温回火（c）65钢淬火后中温回火 5．高速钢的红硬性取决于（b ） （a）马氏体的多少（b）淬火加热时溶入奥氏体中的合金元素的量（c）钢中的碳含量6．汽车、拖拉机的齿轮要求表面高耐磨性，中心有良好的强韧性，应选用（c ）（a）60钢渗碳淬火后低温回火（b）40Cr淬火后高温回火（c）20CrMnTi渗碳淬火后低温回火 7．65、65Mn、50CrV等属于哪类钢，其热处理特点是（c ） （a）工具钢，淬火+低温回火（b）轴承钢，渗碳+淬火+低温回火（c）弹簧钢，淬火+中温回火 8. 二次硬化属于（d） （a）固溶强化（b）细晶强化（c）位错强化（d）第二相强化 9. 1Cr18Ni9Ti奥氏体型不锈钢，进行固溶处理的目的是（b） （a）获得单一的马氏体组织，提高硬度和耐磨性
机械制造基础复习大纲 金属材料,非金属材料 钢铁材料和有色金属 使用性能和工艺性能 使用性能包括物理性能（如比重、熔点、导电性、导热性、热膨胀性、磁性等），化学性能（耐用腐蚀性、抗氧化性），力学性能也叫机械性能. 包括铸造性能、锻造性能、焊接性能、冲压性能、切削加工性能和热处理工艺性能等。 4 金属材料的力学性能指标有哪些？什么区别？代表性各自如何？ 主要有强度、塑性、硬度、冲击韧度和疲劳强度等。 强度指材料抵抗塑性变形和断裂的能力。 塑性是材料在静载荷作用下产生塑性变形而不破坏的能力。评定指标是伸长率和断面收缩率。 硬度指金属材料抵抗外物压入其表面的能力，也是衡量金属材料软硬程度的一种力学性能指标。 指金属材料抵抗冲击负荷的能力，可用摆锤冲击试验机来测定金属材料的冲击值。 疲劳强度—机械零件在周期性或非周期性动载荷（称为疲劳载荷）的作用下工作发生断裂时的应力，用表示。 5 拉伸试验的曲线？结论？什么材料没有明显的屈服现象？ 1、oe段：弹性变形阶段 2、es段：塑性变形阶段 3、S点：屈服点 4、b点：出现缩颈现象， 拉伸力达到最大值， 试样即将断裂。 脆性材料
6 布氏硬度等适用性如何？ （1）测量值较准确，重复性好，可测 组织不均匀材料（铸铁） （2）可测的硬度值不高 （3）不测试成品与薄件 （4）测量费时，效率低 7 金属的三典型晶体结构是什么。 8 合金的晶体结构类型有哪些？性能各自如何？ 根据合金中各组元之间结合方式的不同，合金的组织可分为固溶体.金属化合物和混合物三类。 强度硬度较高，熔点较低 金属由液态转变为固态晶体的过程称为结晶。 结晶过程是金属内的原子从液态的无序的混乱排列转变成固态的有规律排列。经历了形核——长大——形核——长大... 的过程。 晶核形成：自发形核与非自发形核 晶核长大：金属液中的原子不断向晶核表面迁移，使晶核不断长大，与此同时，不断有新的晶核产生并长大，直至金属液全部消失。 晶核数目越多－晶粒越多－晶粒越细小，从而提高材料的力学性能。 （1）提高过冷度：（>107℃/s 非晶态金属）实验测出：冷却速度越大，生核速率越大>长大速率。 （2）变质处理（孕育处理）：在液态金属中，加入一些细小的金属粉末（变质剂）（孕育剂）形成非自发晶核，使晶核数目增多，晶粒变细小。
`第一章金属材料的力学性能 1、在测定强度上σs和σ0.2有什么不同？ 答：σs用于测定有明显屈服现象的材料，σ0.2用于测定无明显屈服现象的材料。 2、什么是应力？什么是应变？它们的符号和单位各是什么？ 答：试样单位截面上的拉力称为应力，用符号σ表示，单位是MPa。 试样单位长度上的伸长量称为应变，用符号ε表示，应变没有单位。 3、画出低碳钢拉伸曲线图，并指出缩颈现象发生在拉伸图上哪一点？断裂发生在哪一点？若没 有出现缩颈现象，是否表示试样没有发生塑性变形？ 答： b点发生缩颈现象，k点发生断裂。 若没有出现缩颈现象，试样并不是没有发生塑 形性变，而是没有产生明显的塑性变形。 4、将钟表发条拉直是弹性变形还是塑性变形？怎样判断它的变形性质？ 答：将钟表发条拉直是弹性变形，因为当时钟停止时，钟表发条恢复了原状，故属弹性变形。 5、在机械设计时采用哪两种强度指标？为什么？ 答：（1）屈服强度。因为大多数机械零件产生塑性变形时即告失效。 （2）抗拉强度。因为它的数据易准确测定，也容易在手册中查到，用于一般对塑性变形要求不严格的零件。 6、设计刚度好的零件，应根据何种指标选择材料？采用何种材料为宜？材料的E值愈大，其塑 性愈差，这种说法是否正确？为什么？ 答：应根据弹性模量选择材料。要求刚度好的零件，应选用弹性模量大的金属材料。 金属材料弹性模量的大小，主要取决于原子间结合力（键力）的强弱，与其内部组织关系不大，而材料的塑性是指其承受永久变形而不被破坏的能力，与其内部组织有密切关系。两者无直接关系。故题中说法不对。 7、常用的硬度测定方法有几种？其应用范围如何？这些方法测出的硬度值能否进行比较？答：工业上常用的硬度测定方法有：布氏硬度法、洛氏硬度法、维氏硬度法。 其应用范围：布氏硬度法应用于硬度值HB小于450的毛坯材料。 洛氏硬度法应用于一般淬火件、调质件。 维氏硬度法应用于薄板、淬硬表层。 采用不同方法测定出的硬度值不能直接比较，但可以通过经验公式换算成同一硬度后，再进行比较。 8、布氏硬度法和洛氏硬度法各有什么优缺点？各适用于何种场合。下列情况应采用哪种硬度法 测定其硬度？ 答：布氏硬度法：（1）优点：压痕面积大，硬度值比较稳定，故测试数据重复性好，准确度较洛氏硬度法高。 （2）缺点：测试费时，且压痕较大，不适于成品、小件检验。
材料 1.什么叫合金？他们各自常用的判别指标有哪些？了解拉伸曲线，常见力学性能指标的名称及含义？ 所谓合金，就是由两种或两种以上的金属元素，或金属元素与非金属元素融合在一起形成具有金属特性的物质。 金属材料的力学性能有哪些指标？ 主要指标有强度，塑性，硬度，冲击韧度等。 什么叫强度（塑性、韧性、硬度）？ （1）所谓强度,是指金属材料在静载荷作用下抵抗变形和断裂的能力.（2）金属发生塑性变形但不破坏的能力称为塑性.（3）硬度是衡量金属材料软硬程度的指标,是指金属抵抗局部弹性变形,塑性变形,压痕或划痕的能力.（4）金属材料在冲击载荷的作用下,抵抗破坏的能力称为冲击韧度. 他们各自常用的判别指标有哪些？ 强度的判别指标有1,在弹性变形范围内的最大载荷F,2,,最小屈服载荷Fs,3，最大载荷Fb. 塑性的判别指标有伸长率，断面收缩率。 硬度的判别指标有布氏硬度HBW，洛氏硬度HRC，维氏硬度HV。冲击韧度的判别指标有冲击韧度值。 2.什么叫结晶？ 一切物质从液态到固态的转变过程，统称为凝固。若凝固后的固态物质是晶体，则这种凝固过程又称为结晶。 什么叫过冷现象？ 在实际生产中，金属的实际结晶温度T1总是低于理论结晶温度T0，这种现象称为过冷现象。理论结晶温度与实际结晶温度的差值，称为过冷度，用ΔT表示，即ΔT = T0 - T1。 常见金属的晶格结构有哪些？ 1），体心立方晶格。2），面心立方晶格。3），密排六方晶格。 什么叫同素异构转变？（纯铁的冷却（同素异构转变）曲线）？ 金属在在固态下随温度的改变，由一种晶格类型转变为另一种晶格类型的变化，称为金属的同素异构转变。 3、什么叫钢的热处理？ 钢的热处理是指钢在固态下，采用适当方式进行加热，保温和冷却，以改变钢的内部组织结构，从而获得所需性能的一种工艺方法。 热处理可分为哪些种类？ 普通热处理：退火、正火、淬火、回火。表面热处理：表面淬火：感应淬火、火焰淬火、激光淬火、接触电阻加热淬火化学热处理：渗碳、渗氮、碳氮共渗、渗金属. 退火（概念：将钢加热到适当温度，保温一定时间，然后缓慢冷却的热处理工艺称为退火。特点：缓慢冷却分类及常用钢类：完全退火（亚共析成分的碳钢和合金钢）、等温退火（合金钢和大型碳钢）、球化退火（共析、过恭喜碳钢及合金工业钢）、均匀退火（高合金钢）、去应力退火。）正火（概念：正火是将钢加热到Ac3或者Accm以及30~500C,保温适当的时间后，在静止的空气中冷却的热处理工艺。特点：冷却速得稍快，过冷度较大。）淬火（概念：将钢加热到Ac3或者Ac1以上某温度，保温一定时间，然后以适当速度冷却而获得马氏体或贝氏体组织的热处理工艺。目的：为了得到马氏体组织，再经回火，是刚得到需要的使用性能，以充分发挥材料的潜能）。回火（概念：钢件淬火后，在加热到Ac1点一下某一温度，保温一定时间，然后冷却到室温的热处理工艺。目的：1.获得共建所需要的性能，2.消除淬火冷却应力，降低钢的脆性。3.稳定工件组织和尺寸。）分类及常用钢类：低温回火（高碳钢）中温回火（各种弹性元件）高温回火（结构零件）调质：工业上常把淬火和高温回火相结合的热处理工艺称为“调质” 表面热处理的目的？ 表面热处理是通过对工件表面的加热、冷却而改变表层力学性能的金属热处理工艺,其目的是获得高硬度的表面层和有利的内应力分布，以提高工件的耐磨性能和抗疲劳性能 常见的化学热处理有哪些？ 化学热处理方法有渗碳（有液体、固体、气体渗碳）、渗氮、碳氮共渗、渗金属、离子镀、化学气相沉积、TD处理、PQP处理等 什么叫铸铁的石墨化？ 铸铁中石墨的形成过程称为石墨化过程。铸铁组织形成的基本过程就是铸铁中石墨的形成过程 影响石墨化因素有哪些？ 化学成分的影响，冷却速度的影响，铸铁的过热和高温静置的影响。 根据C在铸铁中的存在形式，铸铁常分为哪几类？ 根据C在铸铁中的存在形式，铸铁常分为：白口铸铁、灰铸铁、球墨铸铁、蠕墨铸铁、可锻铸铁。 其中常见的灰口铸铁有哪几种？能够解释常见钢、铸铁的牌号？ 常见的有：灰铸铁、球墨铸铁、蠕墨铸铁、可锻铸铁、合金铸铁。 铸铁的石墨化过程：铸铁组织中石墨的形成过程成为铸铁的石墨化过程。石墨的存在形式：灰铸铁中石墨呈片状；球墨铸铁中的石墨呈球状；可锻铸铁中的石墨呈团絮状；蠕墨铸铁中的石墨呈蠕虫状。 Q235-A F 普通碳素钢。2)T8A 优质碳素工具钢T1碳素工具钢3)45 优质碳素钢40Cr合金结构钢4)H62焊条钢5)HT200灰口铸铁QT400-18 球墨铸铁6)W18Cr4V高速工具钢7)GCr15轴承钢 能够画出铁碳相图，并能分析亚共析钢、共析钢、过共析钢结晶过程中的组织转变情况。
热加工工艺基础（论文） 题目：爆炸焊接技术的展望 专业名称：机械设计制造及其自动化 指导老师：樊老师 学院：船山学院 班级：09机械01班 学号：20099410102 学生姓名：X X 2011年12月6日 论铸造与焊接工艺的优劣 摘要：铸造和焊接的工艺是机械工业中不可或缺的加工方式，可以根据两工艺的应用种类、范围、力学分析、工序及缺陷分析和控制综合对比两种工艺的特点，以便更好地了解这两种工艺，为以后的学习奠定基础。 本人通过查阅大量文献资料和实验结论总结了以上两种工艺的特点以及分析两种工艺的优劣。总结分析表明：其中铸造的原材料大都来源广泛，价格较低，工艺装备及设备的投资费用较低，在各类机械产品中，铸件质量占整机质量的比重很大；焊接应用几乎不受限制，主要用来制造机器零件、部件和工具等，有连接性能好，省料、省工、成本低，重量轻，简化工艺。主要缺点是：铸造的铸件组织疏松，力学性能较差；铸造工序多，难以精确控制；焊接的结构是不可拆卸的，不便更换、修理部分零件，接头的力学性能不如母材，而且会产生残余应力和焊接变形等缺陷。 Abstract：casting and welding processes is indispensable in the mechanical industry, processing methods can be applied in accordance with the two types of processes, scope, mechanics analysis, processes and error control integrated seamless and compares the two craft character in order to better understand how the two craft, lay the foundation for future learning. I passed a substantial literature information available and experimental conclusions summarized above two technics characterized by two technics of analysis as well as disadvantages. Summary: the casting of raw materials analysis shows that most widely, sources at a lower price, technical equipment and equipment investment in low-cost, quality castings in all types of machinery products accounted for a great proportion of the whole machine quality; welding applications, which are used for virtually unrestricted manufacturing machine parts, components and tools, such as good performance, and materials that are linked up and low-cost, light weight, and streamline processes. The main disadvantage is that foundry casting organizations: Osteoporosis is a relatively poor performance, and mechanics; casting process, it will be difficult to control the exact structure; welding of inconvenience which can not be demolished, replacement, repair part of the joints, spare parts and materials, and mechanical performance rather than a residual stress and welding deformation such deficiencies. 关键词：铸造；焊接；工艺种类；加工工艺；应用范围；力学分析；误差分析与控制Keywords：Casting; welding; technology types; processing technology; application; mechanical analysis; error analysis and control 一、焊接与铸造工艺的种类
《工程材料及机械制造基础》 课程结业论文 学院机械工程学院 专业 班级 学号 姓名 指导老师 完成日期2015年 5 月 15 日
卧式和面机典型零件的选材及加工工艺 一、前言 1.课程背景 工程材料及机械制造基础是研究常用机械零件的制造过程及制造方法的一门综合性技术基础课。是高等工业学校机械类专业和一些非机械类专业必修的技术基础课。课程内容包含工程材料、成型工艺基础和机械加工工艺基础三部分，主要介绍常用工程材料的组织、性能、应用和选用原则；各种毛坯的成型方法及零件的切削加工方法的基本原理和工艺特点；零件的结构工艺性以及机械加工工艺过程的基础知识；机械制造新材料、新技术及新工艺。通过本课程的学习，我们获得了常用工程材料、材料成形工艺及现代机械制造的基础知识，为学习其它相关课程及以后从事工程技术工作和科学研究奠定必要的基础。 本文以卧式和面机为例，通过初步分析卧式和面机典型零件的材料选择、毛坯生产方法、热处理工艺、零件制造工艺流程和结构工艺性，以加深对工程材料及机械制造基础课程的理解。 2.卧式和面机简介 和面机是一种食品加工机械，在食品机械的设计、制造、维护及材料等方面都要考虑到食品的特殊要求，要有切实可行的密封，简单方便的洗涤，以及彻底干净的杀菌的机构。通常我们应该注意以下几点。 1)结构上，接触食品的各个部件要能简单迅速的分解组合，分解的零件能便于洗涤； 2)材料上，对接触食品的零部件尽可能地采用不锈钢或其他防锈无污染材料； 3)环境保护上，必须有可靠的密封措施，严防杂物混入食品和物料散失； 4)在温度上，要有可靠的控温措施； 5)在工作环境上，机器应放置在空气流通、光线、温度和湿度适宜的地方。 和面机作用是进行面团的调制，既将各种原、辅料加水搅拌，调制成即符合质量要求，又适合机械加工成形的面团，主要用于面包、饼干、糕点、膨松食品、夹馅饼等食品生产过程中的面团调制。和面机可分为卧式和面机和立式和面机。 卧式和面机主要是指搅拌容器轴线与搅拌器回转轴线都处于水平位置，它的特点是，结构简单，制造成本低，卸料清洗方便，所以在食品加工中，如面包、饼干、糕点及一些饮食行业的面食中得到了广泛的应用。 根据食品生产的种类和特点不同，面团的各种性质各不相同，可分为韧性面团、水面团及酥性面团，一般来讲，对面团拉伸作用较强时，易于形成韧性面团，而对面团拉捏作用较强时，易于形成酥性面团。卧式和面机一般是在一根轴上安装几片浆叶，它对面团的拉伸作用较弱。适用于调制酥性面团。
《机械制造基础（热加工工艺基础）》复习题 一．选择题（每小题5|分） 1.铸件缩孔常产生的部位是（）。 A 冒口 B 最后凝固区 C 浇口 2．在铸造生产的各种方法中，最基本的方法是（）。 A.砂型铸造 B金属型铸造 C 离心铸造 D熔模铸造 3.下列冲压基本工序中，属于变形工序的是（）。 A 拉深 B 落料 C 冲孔 D 切口 4.机床床身的成形方法通常为（）。 A 锻压 B 焊接 C 冷冲压 D 铸造 5.减速器箱体的成形方法通常为（）。 A 锻压 B 焊接 C 铸造 D冷冲压 6．为防止铸件产生内应力，型砂应具有一定的（）。 A.透气性 B耐火性 C 强度 D退让性 7.板料在冲压弯曲时，弯曲园弧的弯曲方向应与板料的纤维方向（）。 A 垂直 B斜交 C 一致 8.焊采用一般的工艺方法，下列金属材料中焊接性能较好的是（）。 A 铜合金 B铝合金 C 可锻铸铁 D 低碳钢 二.填空题（每小题5分） 1.拉深变形后制件的直径与其毛坯直径之比称作。 2.手工电弧焊焊条焊芯的作用是和。 3.皮带轮在批量生产时应采用毛坯。 4.金属的焊接方法主要可分为、和三大类。 5.影响铸铁石墨化及组织、性能的因素是和。 62拉深工艺的主要缺陷是和。 7.生产机床床身一般应采用毛坯。 8.超塑性成型的主要工艺方法有、、和等。三．名词解释（每个5分） 1.落料 2.拔模斜度
3.最小弯曲半径 4.离心铸造 5.爆炸成形 6.烙铁钎焊 四.简答题（每题10分） 1.在落料和冲孔等冲裁工序中，凹模和凸模之间的间隙主要取决于什么？ 2.缩孔和缩松是怎么形成的？如何防止？ 3.什么叫碳当量？它有何作用？ 4.什么叫铸造应力？减少和消除铸造应力的方法有哪些？ 5.在板料的拉深工艺中，如何防止拉穿和起皱褶这样的缺陷？ 6.什么叫焊接性？影响焊接性的因素有哪些？ 五．综合题（15分） 1.试指出图中哪种焊接方案是合理的，说明理由。 2.试编制图中冲压零件的工艺规程。
1.分析图示轨道铸件热应力的分布，并用虚线表示出铸件的变形方向。工艺上如何解决？ 轨道上部较下部厚，上部冷却速度慢，而下部冷却速度快。因此，上部产生拉应力，下部产生压应力。变形方向如图。 反变形法 5.如图一底座铸铁零件，有两种浇注位置和分型面方案，请你选择一最佳方案，并说明理由。 方案(Ⅱ)最佳.。 理由：方案(Ⅰ)是分模造型，上下铸件易错边，铸件尺寸精度差。 方案(Ⅱ)是整模造型, 铸件尺寸精度高。内腔无需砂芯成型，它是靠 上、下型自带砂芯来成形。 6.下图为支架零件简图。材料HT200，单件小批量生产。 （1）选择铸型种类 （2）按模型分类应采用何种造型方法？ （3）在图中标出分型面、浇注位置、加工余量 (1) 砂型铸造，(2)整模造型 （3）分型面、浇注位置、加工余量：见图 9.如图，支架两种结构设计。 （1）从铸件结构工艺性方面分析，何种结构较为合理？简要说明理由。 （2）在你认为合理的结构图中标出铸造分型面和浇注位置。
(1）（b）结构较为合理。因为它可省去悬臂砂芯。 （2）见图。分型面。浇注位置(说明：浇注位置上、下可对调） `12.如图所示铸件结构是否合理？如不合理，请改正并说明理由。 铸件上部太厚，易形成缩孔，壁厚不均匀易造成热应力。可减小上部壁厚，同时设加强筋。 无结构圆角，拐弯处易应力、开裂。设圆角。 3.某厂铸造一个Φ1500mm的铸铁顶盖，有图示两个设计方案，分析哪个方案的结构工艺性 好，简述理由。 (a)图合理 (b)图结构为大的水平面，不利于金属液体的充填，易造成浇不足、冷隔等缺陷；不利于金属夹杂物和 气体的排除，易造成气孔、夹渣缺陷；大平面型腔的上表面，因受高温金属液的长时间烘烤，易开裂使铸件产生夹砂结疤缺陷。 7.图示铸件的两种结构设计，应选择哪一种较为合理？为什么？
金属工艺学热加工工艺基础部分作业题 铸造部分 1、什么是合金的铸造性能？它可以用哪些性能来衡量？铸造性能不好，会引起哪些缺陷？合金的流动性受到哪些因素影响？ 2、铸件的凝固方式有哪些？合金的收缩经历哪几个阶段？缩孔和缩松的产生原因是什么？防止缩孔和缩松的方法有哪些？ 3、热应力和机械应力产生的原因是什么？什么是顺序凝固原则？什么是同时凝固原则？各有何应用？热裂和冷裂的特征是什么？ 4、机器造型的工艺特点是什么？铸造方法分为哪几类？ 5、什么是浇注位置？什么是分型面？选择浇注位置的原则及其原因？什么是起模斜度？ 6、常见特种铸造方法有哪些？熔模铸造、金属型铸造、压力铸造、低压铸造和离心铸造都主要适合生产哪些合金铸件？ 金属塑性加工部分 1、什么是始锻温度？什么是终锻温度？什么是锻造温度范围？ 2、什么是锻造比？纤维组织有何特点？影响金属可锻性的因素有哪些？ 3、自由锻的工序有哪些？基本工序有哪些？ 4、自由锻、模锻设备主要有哪些？各有何应用？分模面选择原则是什么？ 5、怎样确定落料模和冲孔模刃口尺寸？ 6、拉深时的废品有哪些？如何防止？什么是拉深系数？有何意义？ 7、弯曲的最小弯曲半径是多少？如何控制弹复现象保证弯曲精度？ 焊接部分 1、按焊接过程的特点不同，焊接方法分为哪几类？ 2、焊接接头由哪些部分组成，各有何特点？ 3、焊条药皮有哪些作用？焊芯和焊丝有哪些作用？如何正确选用焊条？下列焊条型号或牌号的含义是什么？E4303，J422，J507 4、点焊和缝焊各有哪些用途？闪光对焊和电阻对焊有什么相同点和不同点？ 5、钎焊时，钎剂的作用是什么？什么是软钎焊？什么是硬钎焊？各有哪些用途？ 6、埋弧焊、氩弧焊、CO2气体保护焊、电阻焊各有何应用？ 7、什么是金属焊接性？间接评价金属焊接性的方法有哪些？ 铸造部分 一、判断题： 1、铸造的实质使液态金属在铸型中凝固成形。………………………………………（） 2、随着铸造生产的发展，砂型铸造将逐步被特种铸造所取代。……………………（） 3、活块造型、三箱造型也适用于机器造型。…………………………………………（） 4、为了提高铸件的刚度和强度，通常采用的措施是：增设加强肋而不是增加壁厚。（） 5、铸件加工余量完全取决于铸造合金的种类和铸件的最大尺寸。…………………（） 6、当浇注条件和铸件结构相同时，同一化学成分的液态合金在金属型和砂型中具有相同的充型能力。…………………………………………………………………………………（） 7、型芯只能确定铸件的内部形状。………………………………………………………（） 8、铸造合金固态收缩是引起铸件产生缩孔的根本原因。………………………………（） 9、离心铸造只能生产空心铸件。…………………………………………………………（） 10、砂型铸造时，分型面只能有一个。………………………………………………（） 11、浇注位置是指造型时模样在铸型中所处的位置，它影响铸型的质量。…………（） 12、在同一合金系中，共晶合金的流动性最好。…………………………………………（） 13、从凝固机理上看，铸件产生缩孔和缩松的主要原因是合金液态收缩量与凝固收缩量之
工程材料及热处理 一、名词解释（20分）8个名词解释 1.过冷度：金属实际结晶温度T和理论结晶温度、Tm之差称为过冷度△T，△T=Tm-T。 2.固溶体：溶质原子溶入金属溶剂中形成的合金相称为固溶体。 3.固溶强化：固溶体的强度、硬度随溶质原子浓度升高而明显增加，而塑、韧性稍有下降，这种现象称为固溶强化。 4.匀晶转变：从液相中结晶出单相的固溶体的结晶过程称匀晶转变。 5.共晶转变：从一个液相中同时结晶出两种不同的固相 6.包晶转变：由一种液相和固相相互作用生成另一种固相的转变过程，称为包晶转变。 7.高温铁素体：碳溶于δ-Fe的间隙固溶体，体心立方晶格，用符号δ表示。 铁素体：碳溶于α－Fe的间隙固溶体，体心立方晶格，用符号α或F表示。 奥氏体：碳溶于γ-Fe的间隙固溶体，面心立方晶格，用符号γ或 F表示。 8.热脆（红脆）：含有硫化物共晶的钢材进行热压力加工，分布在晶界处的共晶体处于熔融状态，一经轧制或锻打，钢材就会沿晶界开裂。这种现象称为钢的热脆。 冷脆：较高的含磷量，使钢显著提高强度、硬度的同时，剧烈地降低钢的塑、韧性并且还提高了钢的脆性转化温度，使得低温工作的零
件冲击韧性很低，脆性很大，这种现象称为冷脆。 氢脆：氢在钢中含量尽管很少，但溶解于固态钢中时，剧烈地降低钢的塑韧性增大钢的脆性，这种现象称为氢脆。 9.再结晶：将变形金属继续加热到足够高的温度，就会在金属中发生新晶粒的形核和长大，最终无应变的新等轴晶粒全部取代了旧的变形晶粒，这个过程就称为再结晶。 10.马氏体：马氏体转变是指钢从奥氏体状态快速冷却，来不及发生扩散分解而产生的无扩散型的相变，转变产物称为马氏体。 含碳量低于0.2%，板条状马氏体；含碳量高于1.0%，针片状马氏体；含碳量介于0.2%-1.0%之间，马氏体为板条状和针片状的混合组织。 11.退火：钢加热到适当的温度，经过一定时间保温后缓慢冷却，以达到改善组织提高加工性能的一种热处理工艺。 12.正火：将钢加热到3c A或ccm A以上30-50℃，保温一定时间，然后在空气中冷却以获得珠光体类组织的一种热处理工艺。 13.淬火：将钢加热到3c A或1c A以上的一定温度，保温后快速冷却，以获得马氏体组织的一种热处理工艺。 14.回火：将淬火钢加热到临界点1c A以下的某一温度，保温后以适当方式冷却到室温的一种热处理工艺。（低温回火-回火马氏体；中温回火-回火托氏体；高温回火-回火索氏体） 15.回火脆性：淬火钢回火时，其冲击韧性并非随着回火温度的升高而单调地提高，在250-400℃和450-650℃两个温度区间内出现明显下降，这种脆化现象称为钢的回火脆性。
第一篇工程材料 一、判断题（对的在题前的括号中打“√”，错的打“×”） （）1. 奥氏体的晶粒大小除了与加热温度和保温时间有关外，还与奥氏体中碳的质量分数及合金元素的质量分数有关。 （）2. 马氏体的硬度主要取决于马氏体中的碳的质量分数。 （）3. 固溶强化是指因形成固溶体而引起合金强度、硬度升高的现象。“√” （）4. 奥氏体中碳的质量分数愈高，淬火后残余奥氏体的量愈多。（）5. 同一钢材在相同加热条件下水淬比油淬的淬透性好。 （）6. 感应加热时的淬硬层深度主要取决于电流频率。频率愈高，则淬硬层愈浅。“√” （）7. 钢的表面淬火和表面化学热处理，本质上都是为了改变表面的成分和组织，从而提高其表面性能。 （）8. 钢的含碳量越高，则其淬火加热温度越高。 （）9. 金属多晶体是由许多内部晶格位向相同，而相互间位向不同的小晶体组成的。 （）10. 因为单晶体具有各向异性的特征，所以实际应用的金属晶体在各个方向上的性能也是不相同的。“×” （）11. 在其它条件相同时，金属模浇注的铸件晶粒比砂模浇注的铸件晶粒更细。“√” （）12. 在其它条件相同时，高温浇注的铸件晶粒比低温浇注的铸件晶粒更细。“×” （）13. 在其它条件相同时，铸成薄件的晶粒比铸成厚件的晶粒更细。“×” （）14. 在其它条件相同时，浇注时采用振动的铸件晶粒比不采用振动的
铸件晶粒更细“√” （）15. 铸造合金常用共晶或接近共晶成分的合金，要进行塑性变形的合金常用具有单相固溶体成分的合金。 （）16. 合金中的固溶体一般说塑性较好，而金属化合物的硬度较高。（）17. 过冷奥氏体的冷却速度越快，钢冷却后的硬度越高。 （）18. 第一类回火脆性是可逆的，第二类回火脆性是不可逆的。 （）19. 随奥氏体中碳的质量分数的增高，马氏体转变后，其中片状马氏体增加，板条状马氏体减少。 （）20. 孕育铸铁的强度、硬度比普通灰铸铁明显提高。 （）21. 凡是由液体凝固成固体的过程都是结晶。“×” （）22. 灰铸铁经过球化退火可获得球墨铸铁。 （）23. 为了提高硬铝的强度和硬度，应进行淬火加时效处理。 （）24. 除钴以外，大多数合金元素都使C曲线右移，从而提高钢的淬透性。 （）25. 奥氏体中的碳的质量分数愈高，则马氏体转变的开始温度和终止温度愈低。 （）26. 机械零件在承受交变应力时，只要该应力的绝对值小于它的屈服强度，就不会发生疲劳破坏。× （）27. 金属的同素异晶转变过程也是一种再结晶的过程。“×” （）28. 灰口铸铁件壁越厚，强度愈高。 （）29. 灰口铸铁的机械性能主要取决于石墨，而球墨铸铁的性能主要取决于基体。 （）30. 渗C和渗N都是常用的化学热处理都是要改变零件表面的化学成份，都需安排后续热处理。 （）31. 所有加入钢中的合金元素都可以不同程度地细化晶粒。“×”
班级（学生填写） ： 姓名： 学号： 命题： 审题： 审批： ----------------------------------------------- 密 ---------------------------- 封 --------------------------- 线 ------------------------------------------------------- （答题不能超出密封线）
班级（学生填写）： 姓名： 学号： ------------------------------------------------ 密 ---------------------------- 封 --------------------------- 线 ------------------------------------------------ （答题不能超出密封线） 9. 碳钢的塑性和强度都随着含碳量的增加而降低。 ( ) 10. 感应加热表面淬火一般只改变钢件表面层的组织，而不改变心部组织。( ) 三、选择题：(每题1分，共10分) 1. 钢中加入除Co 之外的其它合金元素一般均能使其C 曲线右移，从而（ ） A 、增大VK B 、增加淬透性 C 、减小其淬透性 D 、增大其淬硬性 2. 高碳钢淬火后回火时，随回火温度升高其（ ） A 、强度硬度下降，塑性韧性提高 B 、强度硬度提高，塑性韧性下降 C 、强度韧性提高，塑性韧性下降 D 、强度韧性下降，塑性硬度提高 3. 常见的齿轮材料20CrMnTi 的最终热处理工艺应该是（ ） A 、调质 B 、淬火+低温回火 C 、渗碳 D 、渗碳后淬火+低温回火 4. 某工件采用单相黄铜制造，其强化工艺应该是（ ） A 、时效强化 B 、固溶强化 C 、形变强化 D 、热处理强化 5. 下列钢经完全退火后，哪种钢可能会析出网状渗碳体（ ） A 、Q235 B 、45 C 、60Si2Mn D 、T12 6. 下列合金中，哪种合金被称为巴氏合金（ ） A 、铝基轴承合金 B 、铅基轴承合金 C 、铜基轴承合金 D 、锌基轴承合金 7. 下列钢经淬火后硬度最低的是（ ） A 、Q235 B 、40Cr C 、GCr15 D 、45钢 8. 高速钢淬火后进行多次回火的主要目的是（ ） A 、消除残余奥氏体，使碳化物入基体 B 、消除残余奥氏体，使碳化物先分析出 C 、使马氏体分解，提高其韧性 D 、消除应力，减少工件变形 9. 过共析钢因过热而析出网状渗碳体组织时，可用下列哪种工艺消除（ ） A 、完全退火 B 、等温退火 C 、球化退火 D 、正火 10. 钢的淬透性主要决定于其（ ）
机械工程材料与热加工工艺 -⑴ 第一章金属材料的力学性能 1.什么是应力？什么是应变？ 2.缩颈现象在力一拉伸图上哪一点？如果没有出现缩颈现象，是否表示该试样 没发生塑性变形？ 3.将钟表发条拉直是弹性变形还是塑性变形？怎样判断它的变形性质？ 4.布氏和洛氏硬度各有什么优缺点？下列情况采用哪种硬度法来检查其硬度： 库存钢材，硬质合金刀头，锻件，台虎钳钳口。 5.下列符号所代表的力学性能指标的名称和含义是什么： E, 6,6,6.2,二」，、,'一，:k,HRC, HBS,HBW ,HV . 洛氏硬度的测试规范 标尺压头 总载荷 / N 适用测 试材料 有效值 HRA 1200金刚石 圆锥体 600 硬质合 金，表面 淬火钢 70-85
HRB?1.588mm 淬火 钢球1000 退火钢， 非铁合金25-100 HRC 120°金刚石 圆锥体 1500 般淬 火钢件 20-67第二章金属及合金的结构与结晶 1.名词解释：金属键，晶体，晶格，配位数，致密度，单晶体，多晶体，晶体 缺陷，相，固溶体，金属化合物，相图。 2.简述金属的结晶过程。 3.金属的晶粒粗细对其力学性能有什么影响。 4.典型金属铸锭组织有哪几部分组成？影响金属铸锭组织的因素有哪些？
第三章铁碳合金相图 1.什么是同素异构转变？室温和110C°C时纯铁晶格有什么不同? 填表： 3■试绘简化的铁碳合金状态图中钢的部分，标出各特性点的符号，填写各区相和组织名称。 4.分析在缓慢冷却条件下，45钢和T10钢的结晶过程和室温组织。 5.含碳量对碳钢组织与性能有哪些影响？ 第四章钢的热处理 1.什么叫热处理？常用热处理的方法大致分为哪几类？ 2.简述钢在加热时奥氏体的形成过程，影响奥氏体晶粒长大的因素有哪些？ 3.简述过冷奥氏体等温转变产物的组织和性能？影响过冷奥氏体转变的因素 有哪些？ 4.在连续冷却转变中如何应用过冷奥氏体等温转变？ 5.什么叫退火？什么叫正火？两者的特点和用途有什么不同？ 6.亚共析钢的淬火为何是A c「(30 -50 C) ?过高或过低有什么弊端? 7.什么叫钢的淬透性和淬硬性？影响钢的淬透性的因素有哪些？ &碳钢在油中淬火的后果如何？为什么合金钢可以在油中淬火？ 9.钢在淬火后为什么要回火？三种类型回火的用途有什么不同？汽车发动机
《机械制造基础》复习题 1.什么叫材料的塑性? 塑性有哪两个指标, 如何用公式表示? 试述塑性的两个 作用。 答: 塑性是指金属材料在外力作用下, 产生永久变形而不致引起断裂的性能。指 标: 伸长率δ和断面收缩率Ψ。公式表示δ=(L 1-L 0 )/L 0*100% Ψ =(F 0-F 1 )/F 0*100% 式中 L 0—试样原始长度 L 1—试样拉断后的长度 F 0—试 样原始横截面积 F 1 试样拉断后的横截面积 作用: 1、 方便加工2、 提高 材料的可靠性 2．说明下列力学性能指标的名称、 单位、 含义: k s b αδσσσσ,,,,,12.0-。分别 指出哪些指标是动载下的力学性能, 哪些是静载下的力学性能。 答: δb 抗拉强度, 单位MPa , 指金属材料拉断前所能承受的最大应力。 δs 屈服极限 单位MPa , 指出现明显塑性变形时的应力。 δ0.2 条件屈服强度 单位MPa , 指试样产生0.2%残余塑性变形时的应力值。 δ-1 疲劳强度 单位MPa , 指最大应变力δmax 低于某一值时, 曲线与横坐标平 行, 表示循环周次N 能够达到无穷大, 而试样仍不发生疲劳断裂时的交变应力 值。 δ 伸长率 单位: 无δ=( L 1-L 0/L 0) *100% 式中L 1指试样拉断后的长度 L 0指试 样原始长度 a k 冲击韧性 单位 J/cm 2 指金属材料在冲击载荷作用下, 抵抗断裂的能力。 动载荷下的力学性能: δ-1, a k 静载荷下的力学性能: δb , δs , δ0.2 , δ 3.从压头的材料、 形状、 载荷大小、 硬度值计算方法、 应用等方面简要说明 布氏硬度、 洛氏硬度、 微氏硬度三种测量硬度的方法的特点。 答: 布氏硬度: 压头材料: 淬火钢球或硬质合金球、 形状: 球形、 载荷大小: 3000kgf 、 硬度值计算方法: 载荷除以压痕表面积的值、 应用: 铸铁、 有色金 属、 低合金结构钢等毛坯材料。
金属工艺学热加工工艺基础部分作业题 (铸造部分) 一、判断题：：以下各题如认为正确，请在题尾括号内打“√”，如认为错误，则打“×”。 1、铸造的实质使液态金属在铸型中凝固成形。………………………………………………………………（√） 2、随着铸造生产的发展，砂型铸造将逐步被特种铸造所取代。……………………………………………（×） 3、浇注时，铸件的厚大部分应尽可能置于型腔的下部。……………………………………………………（×） 4、其他条件性同时，亚共晶铸铁的流动性随着含碳量的增加而下降。……………………………………（×） 5、离心铸造只能生产回转体铸件。……………………………………………………………………………（×） 6、为了提高铸件的刚度和强度，通常采用的措施是：增设加强肋而不是增加壁厚。………………………（√） 7、对某垂直于分型面的非加工表面（例如某箱体的侧立面），如果在铸件设计时不宜设置结构斜度，则在进行铸造工艺设计时，允许对该面设置起模斜度。…………………………………………………………………（√） 8、铸件加工余量完全取决于铸造合金的种类和铸件的最大尺寸。………………………………………（×） 9、当浇注条件和铸件结构相同时，同一化学成分的液态合金在金属型和砂型中具有相同的充型能力。…（×） 10、压铸件不宜留较大的加工余量。…………………………………………………………………………（√） 11、芯子只能确定铸件的内部形状。…………………………………………………………………………（×） 12、压铸件不宜进行热处理。……………………………………………………………………………………（√） 13、由于金属型铸件的晶粒细小、力学性能好，所以最允许小壁厚可以比砂型铸件的小。………………（×） 二、单选题：以下各题请将正确的备选答案的序号填入题尾括号内。 1、下列铸造方法，使用无分型面铸型的是：（4 ） ①砂型铸造；②金属型铸造；③压力铸造；④熔模铸造。 2、在设计铸造零件时，应尽可能设置结构斜度的表面是：（ 3 ） ①平行于分型面的非加工表面；②平行于分型面的加工表面； ③垂直于分型面的非加工表面；④平行于分型面的加工表面。 3、用金属型和砂型铸造的方法生产同一个零件毛坯，一般：（ 1 ） ①金属型铸件，残留应力较大，力学性能高；②金属型铸件，残留应力较大，力学性能差； ③金属型铸件，残留应力较小，力学性能高；④金属型铸件，残留应力较小，力学性能差。 4、在垂直型芯中，与上芯头相比较，下芯头的特点是：（ 2 ） ①斜度大，高度大；②斜度小，高度大；③斜度小，高度小；④斜度大，高度小。 5、设计铸件时，壁厚应不小于最小允许壁厚，是为了防止产生：（4 ） ①裂纹；②变形；③铸件强度和刚度不足；④冷隔或浇不到；⑤气孔。 6、制造自来水龙头，壁厚较薄，且要求具有较好的塑性，常选用：（ 2 ） ①普通灰铸铁；②球墨铸铁；③黑心可锻铸铁；④孕育铸铁。 7、大型铸钢件大批生产时，应采用：（ 4 ） ①金属型铸造；②压力铸造；③熔模铸造；④砂型铸造。 8、大量生产下列小型铸造合金件，其中最适合于压力铸造的是：（ 2 ） ①球墨铸铁件；②铜、铝等有色合金铸件；③灰铸铁件；④高熔点及难切削加工合金铸件。 9、铸造圆角的主要作用是：（④） ①方便起模；②防止浇不到和冷隔；③防止气孔和夹杂物；④防止冲砂和应力集中。 10、铸件产生热应力和变形的原因是：（ ①液态收缩大；②凝固收缩大； ⑤铸件各部分冷却速度不一致。 11、大量铸造图示三通水管，在三个分型方案中最合理的方案是：（3 ①方案Ⅰ；②方案Ⅱ；③方案Ⅲ。 12、铸件的大平面应：（2 ）