工程材料作业及答案汇总 1Word格式.docx
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工程材料作业及答案汇总 1Word格式.docx
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图3—2铁碳合金相图
(1)标上各点的符号;
(2)填上各区域的组成相(写在方括号内);
(3)填上各区域的组织组成物(写在圆括号内);
(4)指出下列各点的含碳量:
E()、C()、P()、S()、K();
(5)在表3-1中填出水平线的温度、反应式、反应产物的名称。
表3-1
(6)答:
碳在α-Fe中的固溶体,具有体心立方结构;
碳在γ—Fe中的固溶体,具有面心
立方结构;
Fe和C形成的金属化合物,具有复杂结构。
(7)答:
共析反应:
冷却到727℃时具有S点成分的奥氏体中同时析出具有P点成分的铁素体和渗碳体的两相混合物。
γ0.8
→F0.02+Fe3C6.69
共晶反应:
1148℃时具有C点成分的液体同时结晶出具有E点成分的奥氏体和渗碳体的两相混合物。
L4.3
→γ2.14+Fe3C6.69
(9)解答:
(1),
(2),(3)如图3-1中所示。
图3-1
(4)E(2.11%);
C(4.3%);
P(0.0218%);
S(0.77%);
K(6.69%)
(5)
表3-1
1.4(3)试分析石墨形态对铸铁性能的影响。
(6)写出下列各牌号材料的类别、成分或含义
(3)答石墨强度、韧性极低,相当于钢基体上的裂纹或空洞,它减小基体的有效截
面,并引起应力集中。
普通灰铸铁和孕育铸铁的石墨呈片状,对基体的严重割裂作用使其抗拉强度和塑性都很低。
球墨铸铁的石墨呈球状,对基体的割裂作用显著降低,具有很高的强度,又有良好的塑性和韧性,其综合机械性能接近于钢。
蠕墨铸铁的石墨形态为蠕虫状,虽与灰铸铁的片状石墨类似,但石墨片的长厚比较小,端部较钝,对基体的割裂作用减小,它的强度接近于球墨铸铁,且有一定的韧性,较高的耐磨性。
可锻铸铁的石墨呈团絮状,对基体的割裂作用较小,具有较高的强度、一定的延伸率。
6)解答:
牌号
类别
成分或数字含义
Q345
低合金高强度结构钢
345表示钢的屈服点值为345MPa
20Cr
渗碳钢
Wc=0.2%,Cr<
1.5%
T10A
高级优质碳素工具钢
Wc=1%
Q235A
A级碳素结构钢
235表示钢的屈服点值为235MPa
HT200
灰铸铁
200表示灰铸铁抗拉强度为200MPa
GCr15SiMn
滚动轴承钢
Cr=1.5%,Si、Mn<
1.5%,
Q235-AF
普通碳素结构钢
屈服强度为235MPa的A级沸腾钢
QT600-3
球墨铸铁
σb≥600Mpa、δ≥3%
T8
碳素工具钢
含碳量为0.8%
1.5
(1)
(1)临界冷却速度VK指的是什么?
它和钢的淬透性之间有什么关系?
(2)简述正火与退火热处理的主要区别,并说明正火热处理的主要应用场合。
(7)试比较20CrMnTi与T12钢的淬透性与淬硬性。
(9).将¢5mm的T8钢试样加热奥氏体化后,采用什么工艺可得到下列组织,请写出工艺
名称并在C曲线上(图5—1)画出工艺曲线示意图。
A.珠光体、B.索氏体、C.下贝氏体、D.托氏体+马氏体、E·
马氏体+少量残余奥
氏体。
A.采用工艺为:
B.采用工艺为:
C.采用工艺为:
D.采用工艺为:
E.采用工艺为:
图5—1T8钢的C曲线
(26)45钢的过冷奥氏体等温转变曲线如图5-3所示,问:
(1)、指出图中各点处的组织;
(2)四条冷却曲线代表的热处理方式;
(3)若最终得到的组织是:
托氏体+马氏体+和残余奥氏体,请在C曲线上绘出曲线示意图。
(4)在图上画出此钢的临界冷却速度Vk示意图及说明Vk的含义?
图5-3
1)答:
VK指的是淬火时只发生马氏体转变的最小冷却速度,一般VK值越小钢的淬透性越好。
(2)答:
正火和退火的主要区别在于正火的冷却速度稍快,所以获得的组织比退火细,强度和硬度高于退火。
正火的主要应用场合如下:
i.对力学性能要求不高的零件可以作为最终热处理;
ii.低碳钢正火后可获得合适的硬度,改善了切削加工性能;
iii.过共析钢退火前进行一次正火,可消除网状的二次渗碳体,以保证球化退火时渗碳体全部球化。
(7)答:
20CrMnTi是一种中淬透性合金渗碳钢,其中有提高淬透性的元素Mn、Cr、Ni等,因此淬透性较好。
又因这种材料的含碳量较低,淬火后获得的马氏体少,所以,淬硬性差一些。
而T12钢是一种工具钢,含碳量高淬硬性好,淬透性差一些。
A退火,B正火;
C等温淬火,D淬火(油淬),E淬火(水淬),工艺曲线如
下图所示。
(26)答:
(1)1点:
P+F+A;
2点:
F+A;
3点:
B下+A。
(2)①等温退火 ②正火③等温淬火④淬火(单液)。
(3)如图
(4)如图,获得全部马氏体组织时(淬火热处理)的最小冷却速度
1.5
(2)(23)加工45钢机床主轴工艺路线如下:
下料—锻造—热处理1—粗加工—热处理2—精加工—热处理3—磨削加工。
请问三个热处理各是何工艺?
其目的是什么?
(24)用45钢制造某机床主轴,采用以下工艺路线是否合理?
为什么?
如不正确请改正。
锻造→粗车→退火→精车→磨削→淬火+高温回火→检验→入库。
(25)拟用T10制造形状简单的车刀,工艺路线为:
锻造—热处理1—机加工—热处理2—磨加工
(1)试写出各热处理工序的名称并指出各热处理工序的作用;
(2)指出最终热处理后的显微组织及大致硬度;
(27)将Φ5mm的T8钢加热至760℃并保温后经不同冷却方式得到,问:
(1)、指出图5-4中各冷却方式得到的最终组织;
(2)写出其中3、5二曲线代表的热处理方式;
(3)在图上画出此钢的临界冷却速度Vk示意图并说明Vk的含义?
图5-4
(28)用T10A钢制作冷冲模,其工艺路线如下:
锻造→热处理1→机加工→热处理2→精磨
(1)写出各热处理名称及作用;
(2)指出各次热处理后的组织。
(31)共析钢加热到相变点以上,用图5-5所示的冷却曲线冷却,各应得到什么组织?
各属于何种热处理方法?
图5-5
(23)答:
热处理1为正火(退火),其目的为:
消除锻造应力,均匀组织,改善切削加工性。
热处理2为调质,其目的为:
使具有较高的综合力学性能。
热处理3
:
为高频或中频淬火及低温回火—获得表面高硬度、高耐磨性和高的疲劳强度。
(24)答:
不合理,退火是为消除锻造应力,改善组织,利于切削加工,而调质处理应安排在精车和磨削之前,以使工件达到所需表面质量。
应改为:
锻造→退火→粗车→调质→精车→局部表面淬火+低温回火→磨削→检验→入库。
(25)答:
(1)工艺路线为:
锻造—退火—机加工—淬火后低温回火—磨加工。
退火处理可细化组织,调整硬度,改善切削加工性;
淬火及低温回火可获得高硬度和耐磨性以及去除内
1S
2P
3B下
4T+M+A'
5M+A'
应力。
(2)终热处理后的显微组织为回火马氏体,大致的硬度60HRC。
(27)解:
(1)
(2)曲线3:
等温淬火
曲线5:
淬火(单液)。
(3)Vk如图,Vk---获得全部马氏体组织时(淬火热处理)的最小冷却速度。
Vk
(28)解答:
热处理1:
为球化退火,组织为粒状P,硬度较低,切削性能好。
热处理2:
为淬火+低温回火,组织为M回+碳化物+A残,具有较高硬度。
(31)答:
a-M十A'
,单液淬火;
b-M十A'
,分级淬火;
C-T+M+A'
,油中淬火;
d–B下,等温淬火;
e-S,正火;
f-P,退火;
g-P,等温退火。
第二章
(2)分析图2-2所示铸件结构工艺性,若不合理请改进。
(a)(b)
图2-1铸件结构工艺性
(7)改进图2-3所示铸件的结构,并简要说明修改的理由。
图2-3铸件结构改错
(8)简述分型面的选择原则,试分析图2-4所示铸件哪一种分型面合理,并说明理由。
图2-4铸件分型面的选择
(27)大批量生产下列铸件,材料均为HT200。
试判断它们的结构是否合理?
若不合理,请简要说明理由并在原图上修改。
图2—1中左图中零件应使其壁厚均匀,右图中零件下方存在内凹不利于造型。
改进后的结构如下图所示。
图2—1改进后的结构示意图
(7)解答:
铸件(a)侧壁有凹入部分,将妨碍起模,如要顺利起模,必须另加两个较大的外部芯子,这增加了铸造工艺的复杂性,因此,应将铸件(a)的结构改成下图中左图结构。
铸件结构设计时,应尽量使其能自由收缩,以减小应力,避免裂纹。
铸件(b)的轮辐呈偶数,虽然制模和刮板造型时分割轮辐简便,但当合金的收缩较大,轮缘与轮辐尺寸比例不当时,常因收缩不一致,热应力过大,并且由于每条轮辐与另——条成直线排列,收缩时互相牵制、彼此受阻,因此铸件无法通过变形白行缓解,易于产生裂纹。
因此,铸件(b)的轮辐应采用弯曲轮辐(如下图中的右图)或将其个数改成奇数,这样可通过轮辐本身或轮缘的微量变形缓解内应力,避免裂纹的产生。
(8)解答:
分型面选择原则:
(1)便于起模,使造型工艺简单;
分型面应选在铸件的最大截面处,以保证从铸型中取出模样而不损坏铸型;
分型面应尽
量采用直平面,避免曲面分型;
尽量减少分型面数量;
应尽量减少芯子和活块的数量,以简
化制模、造型、合型等工序。
(2)应尽量使铸件的全部或大部置于同一砂箱中,或使主要加工面与加工基准面处于同
一砂型中,以避免产生错箱、披缝和毛刺,降低铸件精度,增加清理工作量;
(3)应尽量使型腔和主要芯处于下型,以便于造型、下芯、合箱及检验型腔尺寸。
图中所示分型面中:
(a)是不合理的,铸件分别处于两个砂箱中;
(b)是合理的,铸件处于同一个砂箱中,既便于合型,又可避免错型。
(27)答:
铸件A:
A、上部太厚,易产生缩孔;
B、应设置适当铸造圆角,避免冲砂和应力集中。
铸件B:
A、侧面凸台妨碍起模;
B、分型面上有结构圆角。
修改见图。
第三章
(1)分析如图3-1所示自由锻件的结构工艺性,并对其不合理之处进行改进。
图3-1自由锻制坯结构工艺性
(2)如图3-2所示零件,采用自由锻制坯,试改进零件结构不合理之处。
图3-2自由锻制坯结构工艺性
(4)拉深时为什么会起皱和拉裂?
如何避免?
(11)齿轮零件图3-6如下(次要尺寸从略),锤上模锻制坯。
从其结构上看,有哪些不妥之处?
应如何改进(就在图上进行修改)?
图3-6
(12)指出图3-7自由锻件结构工艺性的不合理之处,并提出改进意见。
图3-7
(1)答:
不合理。
因为图中有斜面或锥面,锻件上不应有锥体或斜体结构,改后如图。
(2)答:
肋板和凸台结构不利于自由锻造成形。
改进方案为:
在去除肋板的同时,为保证强度和刚度可适当增加圆筒壁厚;
此外,将凸台结构改为沉头孔结构,在自由锻中不成形留待切削加工成形。
拉深时起皱和拉裂是由拉深过程中产生的应力引起的,当法兰处的切向压应力达到一定数值时,法兰部分便会失稳而发生起皱现象;
当筒壁与筒底的过渡部分即“危险断面”内应力达到该处材料的抗拉强度时,就会导致拉裂现象产生。
避免起皱现象,往往可采用增加压边圈的方法来解决;
避免拉裂现象,可以从圆角半
径、凸凹模间隙、拉深系数、润滑等方面加以控制。
(11)解答:
不合适。
齿轮辐板太薄,需加厚以便金属充填;
轮毂外径不加工,应有设计斜度,以便锻件脱模;
尖角处须倒圆,既利于金属塑性流动,又不易使模具损坏。
改进后结构见下图。
(12)答:
(a)、(d)锻件:
自由锻不能锻出曲面相交的复杂结构;
对(a)锻件,将其设计成两个简单件构成的组合件,锻造后再用焊接或机械连接方法将它们连成整体件;
对(d)锻件,在自由锻工艺设计时将曲面相交设计成平面相交、凹处用敷料填平。
(b)锻件:
自由锻应避免锥体结构和斜面;
在自由锻工艺设计时将锥体设计成圆柱体。
(C)锻件:
自由锻不能锻出凹凸不平的辐板;
在自由锻工艺设计时用敷料将辐板凹处填平。
(e)锻件:
自由锻应避免加强筋结构;
在自由锻工艺设计时去掉加强筋,通过增加壁厚以提高强度和刚度。
第四章
(2)如图4-1所示焊接件,试改进零件结构不合理之处。
图4-1焊接件结构工艺性
(3)比较如图4-2所示的焊接件,试说明采用不同的焊接顺序对焊接变形的影响。
图4—2焊接件焊接顺序的选择
(9)试对图4—4所示两种拼板焊缝的布置进行比较,哪种较为合理?
为什么?
确定较为
合理的焊缝的焊接顺序,并简要说明理由。
图4—4拼板焊缝的布置
(11)分析如图4—5所示零件的结构工艺性,并对其不合理之处进行改进。
(a)焊接件 (b)铸件(保持H不变)
(c)焊接件 (d)自由锻件
图4-5结构工艺性改错
(16)试确定图4—9所示焊件的焊接顺序。
图4—9焊接顺序的选择
(19)用小块钢板拼焊,如图所示,从减小焊接应力考虑,应如何布置焊缝、确定合理的焊接顺序,试在图中标出,并说明理由。
图9—8中,左图应避开加工表面且不便施焊,可适当延长连接板;
右图心避免焊缝集中,可在焊缝集中处切一小口,改进后的结构如下图所示。
(3)答:
图9—9中右图对称焊接有利于减小焊接变形。
图中(b)所示为正确的焊缝布置。
在焊平面交叉焊缝时,在焊缝布置上要尽量减少交叉集中的现象,因为在焊缝交叉点上
会产生较大的焊接应力。
在设计应尽量避免交叉焊缝,如不可避免,应采用合理的焊接顺
序减小焊接应力。
为了减小焊接应力与变形,焊接顺序应考虑“先短后长,先中间后两边”
的对称焊接。
焊接顺序如下图所示:
结构修改如下:
(16).解答:
焊件的焊接顺序如下图所示,即先短后长,先中间后两边。
(19)答:
先焊错开的短焊缝,后焊长焊缝,使焊缝较能自由收缩,有较大的收缩变形,从而减小焊接应力。
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