金属工艺学下册第四章

第一部分章节习题第一章金属的力学性能一、填空题1、金属工艺学是研究工程上常用材料性能和___________的一门综合性的技术基础课。

2、金属材料的性能可分为两大类:一类叫_____________,反映材料在使用过程中表现出来的特性,另一类叫__________,反映材料在加工过程中表现出来的特性。

3、金属在力作用下所显示与弹性和非弹性反应相关或涉及力—应变关系的性能,叫做金属________。

4、金属抵抗永久变形和断裂的能力称为强度,常用的强度判断依据是__________、___________等。

5、断裂前金属发生不可逆永久变形的能力成为塑性,常用的塑性判断依据是________和_________。

6、常用的硬度表示方法有__________、___________和维氏硬度。

二、单项选择题7、下列不是金属力学性能的是()A、强度B、硬度C、韧性D、压力加工性能8、根据拉伸实验过程中拉伸实验力和伸长量关系,画出的力——伸长曲线(拉伸图)可以确定出金属的()A、强度和硬度B、强度和塑性C、强度和韧性D、塑性和韧性9、试样拉断前所承受的最大标称拉应力为()A、抗压强度B、屈服强度C、疲劳强度D、抗拉强度10、拉伸实验中,试样所受的力为()A、冲击B、多次冲击C、交变载荷D、静态力11、属于材料物理性能的是()A、强度B、硬度C、热膨胀性D、耐腐蚀性12、常用的塑性判断依据是()A、断后伸长率和断面收缩率B、塑性和韧性C、断面收缩率和塑性D、断后伸长率和塑性13、工程上所用的材料,一般要求其屈强比()A、越大越好B、越小越好C、大些,但不可过大D、小些,但不可过小14、工程上一般规定,塑性材料的δ为()A、≥1%B、≥5%C、≥10%D、≥15%15、适于测试硬质合金、表面淬火刚及薄片金属的硬度的测试方法是()A、布氏硬度B、洛氏硬度C、维氏硬度D、以上方法都可以16、不宜用于成品与表面薄层硬度测试方法()A、布氏硬度B、洛氏硬度C、维氏硬度D、以上方法都不宜17、用金刚石圆锥体作为压头可以用来测试()A、布氏硬度B、洛氏硬度C、维氏硬度D、以上都可以18、金属的韧性通常随加载速度提高、温度降低、应力集中程度加剧而()A、变好B、变差C、无影响D、难以判断19、判断韧性的依据是()A、强度和塑性B、冲击韧度和塑性C、冲击韧度和多冲抗力D、冲击韧度和强度20、金属疲劳的判断依据是()A、强度B、塑性C、抗拉强度D、疲劳强度21、材料的冲击韧度越大,其韧性就()A、越好B、越差C、无影响D、难以确定三、简答题22、什么叫金属的力学性能?常用的金属力学性能有哪些?23、什么是疲劳断裂?如何提高零件的疲劳强度?四、计算题24、测定某种钢的力学性能时,已知试棒的直径是10mm,其标距长度是直径的五倍,Fb=33.81KN,Fs=20.68KN,拉断后的标距长度是65mm。

第四节淬火教学重点与难点1．重点淬火、回火2．难点淬透性和淬硬性教学方法与手段1．利用挂图等教具。

2．举生活中应用淬火与回火的现象，分析原理与应用，触类旁通。

教学组织1.复习提问10分钟2.讲解75分钟3.小结5分钟教学内容♦钢的淬火是指工件加热奥氏体化后以适当方式冷却获得马氏体或(和)贝氏体组织的热处理工艺。

♦临界冷却速度是指获得马氏体的最低冷却速度。

♦马氏体是碳或合金元素在α-Fe中的过饱和固溶体，是单相亚稳组织，硬度较高，用符号M表示。

马氏体的硬度主要取决于马氏体中碳的质量分数。

马氏体中由于溶入过多的碳原子，从而使α-Fe晶格发生畸变，增加其塑性变形抗力，故马氏体中碳的质量分数越高，其硬度也越高。

一、淬火(一)淬火的目的淬火的目的主要是使钢件得到马氏体(和贝氏体)组织，提高钢的硬度和强度，与适当的回火工艺相配合，更好地发挥钢材的性能潜力。

(二)淬火工艺1．淬火加热温度的确定亚共析钢淬火加热温度为Ac以上30℃～50℃。

3以上30℃～50℃。

共析钢和过共析钢淬火加热温度为Ac12．淬火介质常用的淬火冷却介质有油、水、盐水、硝盐浴和空气等。

3．淬火方法(1)单液淬火。

♦将已奥氏体化的钢件在一种淬火介质中冷却的方法。

例如，低碳钢和中碳钢在水中淬火，合金钢在油中淬火等。

单液淬火方法主要应用于形状简单的钢件。

(2)双液淬火。

♦将工件加热奥氏体化后先浸入冷却能力强的介质中，在组织即将发生马氏体转变时立即转入冷却能力弱的介质中冷却的方法，称为双液淬火。

例如，先在水中冷却后在油中冷却的双液淬火。

双液淬火主要适用于中等复杂形状的高碳钢工件和较大尺寸的合金钢工件。

(3)马氏体分级淬火♦工件加热奥氏体化浸入温度稍高于或稍低于Ms点的盐浴或碱浴中，保持适当时间，在工件整体达到冷却介质温度后取出空冷以获得马氏体组织的淬火方法，称为马氏体分级淬火。

马氏体分级淬火能够减小工件中的热应力，并缓和相变过程中产生的组织应力，减少淬火变形。

第一章（p11）1.什么是应力？什么是应变？答：应力是试样单位横截面的拉力；应变是试样在应力作用下单位长度的伸长量2．缩颈现象在拉伸实验中当载荷超过拉断前所承受的最大载荷时，试样上有部分开始变细，出现了“缩颈”。

缩颈发生在拉伸曲线上bk段。

不是，塑性变形在产生缩颈现象前就已经发生，如果没有出现缩颈现象也不表示没有出现塑性变形。

4.布氏硬度法和洛氏硬度法各有什么优缺点？下列材料或零件通常采用哪种方法检查其硬度？库存钢材硬质合金刀头锻件台虎钳钳口洛氏硬度法测试简便，缺点是测量费时，且压痕较大，不适于成品检验。

布氏硬度法测试值较稳定，准确度较洛氏法高。

；迅速，因压痕小，不损伤零件，可用于成品检验。

其缺点是测得的硬度值重复性较差，需在不同部位测量数次。

硬质合金刀头，台虎钳钳口用洛氏硬度法检验。

库存钢材和锻件用布氏硬度法检验。

5.下列符号所表示的力学性能指标名称和含义是什么?σb抗拉强度它是指金属材料在拉断前所能承受的最大应力.σs屈服点它是指拉伸试样产生屈服时的应力。

σ2.0规定残余拉伸强度σ1-疲劳强度它是指金属材料在应力可经受无数次应力循环不发生疲劳断裂，此应力称为材料的疲劳强度。

σ应力它指试样单位横截面的拉力。

a K冲击韧度它是指金属材料断裂前吸收的变形能量的能力韧性。

HRC 洛氏硬度它是指将金刚石圆锥体施以100N的初始压力，使得压头与试样始终保持紧密接触，然后，向压头施加主载荷，保持数秒后卸除主载荷。

以残余压痕深度计算其硬度值。

HBS 布氏硬度它是指用钢球直径为10mm，载荷为3000N为压头测试出的金属的布氏硬度。

HBW 布氏硬度它是指以硬质合金球为压头的新型布氏度计。

第二章（p23）(1)什么是“过冷现象”?过冷度指什么？答：实际结晶温度低于理论结晶温度（平衡结晶温度），这种线性称为“过冷”。

理论结晶温度与实际结晶温度之差，称为过冷度。

（2）金属的晶粒粗细对其力学性能有什么影响？细化晶粒的途径有哪些？答：金属的晶粒粗细对其力学性能有很大影响。

金属工艺学作业参考答案1. 金属工艺学作业参考答案第一篇第1章1、什么是应力,什么是应变,2. 答:应力:单位面积上所受的力。

第一篇应变:单位长度上的变形量。

3. 缩颈是如何产生的,4. 缩颈发生在拉伸曲线上哪个线段,如果没有出现缩颈现象，是否表示该试样没发生塑性变形,5. 答:拉伸试验中，当载荷增大到b点后，试件上某部分开始变细，这就是“缩颈”，发生在bk阶段。

如果没有出现缩颈现象，不表示没有发生塑性变形，因为当拉力超过s点后，已经发生了塑性变形。

6. 4、布氏硬度法和洛氏硬度法各有什么优缺点,下列材料或者零件通常采用哪种方法检查其硬度,7. 答:布氏硬度法测试的数值比较稳定，准确度较洛氏高，缺点，痕迹较大，不适于测成品比较薄的工件。

洛氏硬度测试简便、迅捷、压痕小、不损伤零件，可用于成品，厚薄零件都可以用。

特点是数值，重复性差，需在不同部位测量，取平均值。

8. 库存钢材——用布氏硬度法测量硬质合金刀口——用洛氏硬度法测量9. 锻件——用布氏硬度法测量台虎钳钳口——用洛氏硬度法测量 10. 5、下列各符号所表示的力学性能指标名称和含义名称是什么, 11. δ—抗拉强度δs—屈服强度δ—设有明显塑性变形现象的金属b0.2材料的屈服点δ—疲劳强度δ—伸长率 a—冲击韧性 HRC—,-1洛氏硬度 HBS—淬火刚球为压头的布氏硬度 HBW—硬质合金为压头的布氏硬度12. 第2章13. 什么是“过冷现象”,过冷度指什么,14. 答:液态合金的实际结晶温度低于理论结晶温度的这种现象称为“过冷”;理论结晶温度与实际结晶温度之差称为“过冷度”。

15. 2(金属晶粒粗细对其力学性能有什么影响,细化晶粒的途径有哪些, 16. 答:金属晶粒越细，强度，硬度越高，塑性和韧性越好，细化晶粒的主要途径，在结晶时，提高冷却速度，或加入变质剂增加结晶晶核，固态时，可采用正火或塑性加工使晶粒破碎达到细化晶粒的目的。

17. 什么是同素异晶转变,室温和1100?时的纯铁晶格有何不同, 18. 答:固态金属的晶格随温度的改变而改变，称同素异晶转变。

第四章铁碳相图（一）教学内容铁碳合金基本组织铁素体、奥氏体、渗碳体、珠光体和莱氏体的定义、表示符号、晶体结构、显微组织特征、形成条件及性能特点。

铁碳合金状态图的构成、状态图中特性点、线的含义。

典型合金的结晶过程分析及其组织，室温下不同区域的组织组成相。

碳含量对铁碳合金组织和性能的影响。

铁碳合金状态图的实际应用。

锰、硅、硫、磷等常存杂质元素对钢性能的影响。

碳铁的分类、牌号、性能和用途。

（二）教学目的与要求本章阐述了铁碳合金的基本组织，铁碳合金状态图，碳钢的分类、牌号和用途。

要求牢固掌握铁碳合金的基本组织(铁素体、奥氏体、渗碳体、珠光体、莱氏体)的定义、结构、形成条件和性能特点。

牢固掌握简化的铁碳合金状态图；熟练分析不同成分的铁碳合金的结晶过程；掌握铁碳合金状态图各相区的组织及性能，以及铁碳合金状态图的实际应用。

掌握碳钢中常存元素对碳钢性能的影响；基本掌握碳钢的分类、牌号、性能和用途。

（三）重点、难点本章是金属工艺学的重点章节。

建议开出铁碳合金平衡组织的金相观察实验，结合课堂授课，作重分析铁碳合金的基本组织及其室温下不同成分铁碳合金的组织特征。

在课堂讲授的基础上，开展课堂讨论，练习绘制铁碳合金状态图，对不同成分的合金结晶过程进行分析。

(四)考核知识点与考核要求1．铁碳合金的基本相（领会，记忆相结构，并能认识其显微组织）2．铁碳相图分析（领会，各特性点，特性线的含义，记忆相组分，并能认识钢的纤维组织）3．铁碳合金的分类及结晶过程分析（领会：铁碳合金的分类，对典型合金能进行结晶过程分析）4．钢的成分、组织与性能之间的关系（领会，能根据碳的质量分数分析常用碳钢的组织与性能, 能根据碳的质量分数分析常用碳钢的组织和性能。

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第六节钢的表面热处理与化学热处理教学重点与难点1・重点表面淬火与化学热处理2 •难点渗碳与渗氮教学方法与手段1.利用挂图等教具。

2.列举生活与生产中应用表面淬火与化学热处理、渗碳与渗氮工艺的实例，分析原理与应用，以点带面，触类旁通。

教学组织1 •复习提问10分钟2.讲解75分钟3.小结5分钟教学内容的表面热处理♦表面热处理是为改变工件表面的组织和性能，仅对其表面进行热处理的工艺。

其中表面淬火是最常用的表面热处理。

♦表面淬火是指仅对工件表层进行淬火的工艺。

其目的是使工件表面获得高硬度和耐磨性，而心部保持较好的塑性和韧性。

依加热方法的不同，表面淬火方法主耍有：感应加热表面淬火、火焰加热表面淬火、屯接触加热表面淬火及屯解液加热表面淬火等。

(一)感应加热表面淬火利用感应电流通过工件所产生的热效应，使工件表而、局部或整体加热并进行快速冷却的淬火工艺称为感应加热淬火。

1.感应加热基木原理依靠感应电流的热效应，使工件表层在几秒钟内快速加热到淬火温度，然后迅速冷却，淬帔工件表面层，这就是感应加热表面淬火的基本原理。

2.感应加热表面淬火的特点(1)加热时间短，工件基本无氧化、脱碳，且变形小。

奥氏休晶粒细小，淬火后获得细小马氏体组织，使工件表层比一般淬火駛度高2〜3HRC,且脆性较低。

工件表面淬火后，在淬硬的表面层中存在较大的残余压应力，因此，提高了工件的疲劳强度。

(2)加热速度快，热效率高，生产率高，易实现机械化、口动化，适于大批量生产。

(3)感应加热设备投资大，维修调试比较困难。

3 •感应加热表而淬火的应用感应加热表面淬火主要用于中碳钢和中碳合金钢制造的工件，如40钢、45 钢、400、40MnB 等。

生产上通过选择不同的电流频率来达到满足不同要求的淬硬层深度。

根据电流频率不同，感应加热淬火分为三类：高频感应加热表面淬火、中频感应加热表面淬火和工频感应加热表面淬火。

感应加热表而淬火后，需要进行低温回火。

感应加热表面淬火零件的工艺路线一般如下：毛坯锻造(或轧材下料)一退火或正火一粗加工一调质一精加工一感应加热表而淬火一低温回火一磨削加工。

⾦属⼯艺学_课后习题参考答案第⼀章（p11）1.什么是应⼒？什么是应变？答：应⼒是试样单位横截⾯的拉⼒；应变是试样在应⼒作⽤下单位长度的伸长量2．缩颈现象在拉伸实验中当载荷超过拉断前所承受的最⼤载荷时，试样上有部分开始变细，出现了“缩颈”。

缩颈发⽣在拉伸曲线上bk段。

不是，塑性变形在产⽣缩颈现象前就已经发⽣，如果没有出现缩颈现象也不表⽰没有出现塑性变形。

4.布⽒硬度法和洛⽒硬度法各有什么优缺点？下列材料或零件通常采⽤哪种⽅法检查其硬度？库存钢材硬质合⾦⼑头锻件台虎钳钳⼝洛⽒硬度法测试简便，缺点是测量费时，且压痕较⼤，不适于成品检验。

布⽒硬度法测试值较稳定，准确度较洛⽒法⾼。

；迅速，因压痕⼩，不损伤零件，可⽤于成品检验。

其缺点是测得的硬度值重复性较差，需在不同部位测量数次。

硬质合⾦⼑头，台虎钳钳⼝⽤洛⽒硬度法检验。

库存钢材和锻件⽤布⽒硬度法检验。

5.下列符号所表⽰的⼒学性能指标名称和含义是什么?σb抗拉强度它是指⾦属材料在拉断前所能承受的最⼤应⼒.σs屈服点它是指拉伸试样产⽣屈服时的应⼒。

σ2.0规定残余拉伸强度σ1-疲劳强度它是指⾦属材料在应⼒可经受⽆数次应⼒循环不发⽣疲劳断裂，此应⼒称为材料的疲劳强度。

σ应⼒它指试样单位横截⾯的拉⼒。

a K冲击韧度它是指⾦属材料断裂前吸收的变形能量的能⼒韧性。

HRC 洛⽒硬度它是指将⾦刚⽯圆锥体施以100N的初始压⼒，使得压头与试样始终保持紧密接触，然后，向压头施加主载荷，保持数秒后卸除主载荷。

以残余压痕深度计算其硬度值。

HBS 布⽒硬度它是指⽤钢球直径为10mm，载荷为3000N为压头测试出的⾦属的布⽒硬度。

HBW 布⽒硬度它是指以硬质合⾦球为压头的新型布⽒度计。

第⼆章（p23）(1)什么是“过冷现象”?过冷度指什么？答：实际结晶温度低于理论结晶温度（平衡结晶温度），这种线性称为“过冷”。

理论结晶温度与实际结晶温度之差，称为过冷度。

（2）⾦属的晶粒粗细对其⼒学性能有什么影响？细化晶粒的途径有哪些？答：⾦属的晶粒粗细对其⼒学性能有很⼤影响。