第2版材料成型技术基础习题集答案 孙广平主编

作业1 金属材料技术基础

1-1 判断题（正确的画O，错误的画×）

1．纯铁在升温过程中，912℃时发生同素异构转变，由体心立方晶格的α-Fe转变为面心立方晶格的γ-Fe。这种转变也是结晶过程，同样遵循晶核形成和晶核长大的结晶规律。 （ O ）

2．奥氏体是碳溶解在γ-Fe中所形成的固溶体，具有面心立方结构，而铁素体是碳溶解在α-Fe中所形成的固溶体,具有体心立方结构。 （ O ）

3．钢和生铁都是铁碳合金。其中，碳的质量分数（又称含碳量）小于0.77%的叫钢，碳的质量分数大于2.11%的叫生铁。 （ × ）

4．珠光体是铁素体和渗碳体的机械混合物，珠光体的力学性能介于铁素体和渗碳体之间。 （ O ）

5．钢中的含碳量对钢的性能有重要的影响。40与45钢相比，后者的强度高，硬度也高,但后者的塑性差。 （ O ）

6．为了改善低碳钢的切削加工性能，可以用正火代替退火，因为正火比退火周期短，正火后比退火后的硬度低，便于进行切削加工。 （ × ）

7．淬火的主要目的是为了提高钢的硬度。因此，淬火钢就可以不经回火而直接使用。 （ × ）

8．铁碳合金的基本组织包括铁素体（F）、奥氏体（A）、珠光体（P）、渗碳体（Fe3C）、马氏体（M）、索氏体（S）等。 （ × ）

1-2 选择题

1．铁碳合金状态图中的合金在冷却过程中发生的（ F ）是共析转变，（ B ）是共晶转变。

A．液体中结晶出奥氏体； B．液体中结晶出莱氏体； C．液体中结晶出一次渗碳体； D．奥氏体中析出二次渗碳体； E．奥氏体中析出铁素体； F．奥氏体转变为珠光体。 2．下列牌号的钢材经过退火后具有平衡组织。其中，（ C ）的σb最高，（ D ）的HBS最高，（ A ）的δ和ak最高。在它们的组织中，（ A ）的铁素体最多，（ C ）的珠光体最多，（ D ）的二次渗碳体最多。

A．25； B．45； C．T8； D．T12。

3．纯铁分别按图1-1所示不同的冷却曲线冷却。其中，沿（ D ）冷却，过冷度最小；沿（ D ）冷却，结晶速度最慢；沿（ A ）冷却，晶粒最细小。

1

图1-1

4．成分相同的钢，经过不同的热处理，可以得到不同的组织，从而具有不同的力学性能。对于碳的质量分数（含碳量）为0.45%的钢，当要求具有高的硬度和耐磨性时，应进行（ F ）；当要求具有较高的综合力学性能时，应进行（ D ）；当要求具有低的硬度和良好的塑性时，应进行（ A ）。

A．完全退火； B．正火； C．淬火； D．调质处理； E．淬火十中温回火； F．淬火十低温回火。 5．“65Mn”是常用的合金弹簧钢，“65”表示的意义是（ B ）。 A．钢中的含碳量为6.5%左右； B．钢中的含碳量为0.65%左右； C．钢中的含锰量为6.5%左右； D．钢中的含锰量为0.65%左右。

1-3 填空题

1．在纯铁的一次结晶中，细化晶粒的方法是1、提高冷却速度，2、（ 孕育处理 ）3、（ 搅拌或震动 ）。

2．钢的热处理加热的主要目的是（ 获得晶粒细小、成分均匀的奥氏体组织 ）。 3．共析钢等温转变中，高温转变产物的组织，按硬度由高到低的顺序，其组织名称和表示符号分别是（ 屈氏体T ）、（ 索氏体S ）、（ 珠光体P ）。

4．T10A钢中的“T”表示（ 碳素工具钢 ）；“10”表示（ 含碳量1.0% ）；而“A”表示（ 高级优质碳素工具钢 ）。

5．图1-2为铁碳合金状态图的一部分。试用符号将各相区的组织填在图上，并标出S点、E点所对应的碳的质量分数（含碳量）。

2

6．两根直径为φ5mm，碳的质量分数（含碳量）为0.4%，并具有平衡组织的钢棒。一端浸入20℃水中，另一端用火焰加热到1000℃，如图1-3所示。待各点组织达到平衡状态后，一根缓慢冷却到室温，另一根水淬快速冷却到室温，试把这两根棒上各点所得到的组织填入表1-1。

A

A+Fe3CII

F

A+P

P+Fe3CII

2.11% 0.77% P

F+P 图1-2 图1-3

表1-1

指定点代号 加热时达到的温度（℃） 加热到上述温度时的平衡组织 第一根棒缓冷到室温后的组织 第二根棒水淬快冷到室温后的组织 1 1000 粗大A F+P 粗大M+A’ 2 830 A F+P M+A’ 3 740 A+F F+P M+A’+F 4 400 F+P F+P F+P 5 20 F+P F+P F+P

3

作业2 铸造技术基础

2-1 判断题（正确的画O，错误的画×）

1．浇注温度是影响铸造合金充型能力和铸件质量的重要因素。提高浇注温度有利于获得形状完整、轮廓清晰、薄而复杂的铸件。因此，浇注温度越高越好。 （ × ）

2．铸件的凝固方式有逐层凝固、中间凝固和体积凝固三种方式。影响铸件凝固方式的主要因素是铸件的化学成分和铸件的冷却速度。 （ O ）

3．合金收缩经历三个阶段。其中，液态收缩和凝固收缩是铸件产生缩孔、缩松的基本原因，而固态收缩是铸件产生内应力、变形和裂纹的主要原因。 （ O ）

4．结晶温度范围的大小对合金结晶过程有重要影响。铸造生产都希望采用结晶温度范围小的合金或共晶成分合金，原因是这些合金的流动性好，且易形成集中缩孔，从而可以通过设置冒口，将缩孔转移到冒口中，得到合格的铸件。 （ O ） 5．为了防止铸件产生裂纹，在零件设计时，力求壁厚均匀；在合金成分上应严格限制钢和铸铁中的硫、磷含量；在工艺上应提高型砂及型芯砂的退让性。 （ O ）

6．铸造合金的充型能力主要取决于合金的流动性、浇注条件和铸型性质。所以当合金的成分和铸件结构一定时；控制合金充型能力的唯一因素是浇注温度。（ × ）

7．铸造合金在冷却过程中产生的收缩分为液态收缩、凝固收缩和固态收缩。共晶成分合金由于在恒温下凝固，即开始凝固温度等于凝固终止温度，结晶温度范围为零。因此，共晶成分合金不产生凝固收缩，只产生液态收缩和固态收缩，具有很好的铸造性能。 （ × ）

8．气孔是气体在铸件内形成的孔洞。气孔不仅降低了铸件的力学性能，而且还降低了铸件的气密性。 （ O ）

9．采用顺序凝固原则，可以防止铸件产生缩孔缺陷，但它也增加了造型的复杂程度，并耗费许多合金液体，同时增大了铸件产生变形、裂纹的倾向。 （ O ）

10． 采用同时凝固的原则，可以使铸件各部分的冷却速度趋于一致，这样既可以防止或减少铸件内部的铸造应力，同时也可以得到内部组织致密的铸件。 （ × ）

11． 铸造应力包括热应力和机械应力，铸造热应力使铸件厚壁或心部受拉应力，薄壁或表层受压应力。铸件壁厚差越大，铸造应力也越大。 （ O ）

12．铸造过程中，合金凝固的液固共存区域很宽时，铸件的厚壁区仅易产生较大缩孔缺陷；因此，应选用顺序凝固原则，使得上述缺陷转移到冒口处，以便于铸件清理工序切除。 （ × ）

13．铸造时，冷铁的作用是加快铸件局部的冷却速度，因此可以配合冒口来控制铸件的顺序凝固，达到降低铸件铸造应力的目的。 （ × ）

4

2-2 选择题

1．为了防止铸件产生浇不足、冷隔等缺陷，可以采用的措施有（ D ）。

A．减弱铸型的冷却能力； B．增加铸型的直浇口高度； C．提高合金的浇注温度； D．A、B和C； E．A和C。

2．顺序凝固和同时凝固均有各自的优缺点。为保证铸件质量，通常顺序凝固适合于（ D ），而同时凝固适合于（ B ）。

A．吸气倾向大的铸造合金； B．产生变形和裂纹倾向大的铸造合金； C．流动性差的铸造合金； D．产生缩孔倾向大的铸造合金。

3．铸造应力过大将导致铸件产生变形或裂纹。消除铸件中残余应力的方法是（ D ）；消除铸件中机械应力的方法是（ C ）。

A．采用同时凝固原则； B．提高型、芯砂的退让性； C．及时落砂； D．去应力退火。

4．合金的铸造性能主要是指合金的（ B ）和（ C ）。

A．充型能力；B．流动性；C．收缩；D．缩孔倾向；E．铸造应力；F．裂纹；G.偏析；H.气孔。

5．如图2-1所示的A、B、C、D四种成分的铁碳合金中，流动性最好的合金是（ D ）；形成缩孔倾向最大的合金是（ D ）；形成缩松倾向最大的合金是（ B ）。

图2-1 图2-2

6．如图2-2所示应力框铸件。浇注并冷却到室温后，各杆的应力状态为（ H ）。若用钢锯沿A-A线将φ30杆锯断，此时断口间隙将（ A ）。断口间隙变化的原因是各杆的应力（ C ），导致φ30杆（ E ），φ10杆（ D ）。

A．增大； B．减小； C．消失； D．伸长； E．缩短；F．不变； G．φ30杆受压，φ10杆受拉； Ｈ．φ30杆受拉，φ10杆受压。

7．直径Φ100m，高250mm的圆柱形铸件，内部存在铸造热应力，若将铸件直径车削为Φ80mm 后，铸件高度方向的尺寸将（ B ）。

5

作业4 铸件的生产

4-1 判断题（正确的画O，错误的画×）

1．用某成分铁水浇注的铸件为铁素体灰口铸铁件。如果对该成分铁水进行孕育处理，可以获得珠光体灰口铸铁，从而提高铸件的强度和硬度。 （ × ）

2．就HT100、HT150、HT200而言，随着牌号的提高，C、Si和Mn含量逐渐增多，以减少片状石墨的数量，增加珠光体的数量。 （ × ）

3．可锻铸铁的强度和塑性都高于灰口铸铁，所以适合于生产厚壁的重要铸件。

（ × ）

4．孕育处理是生产孕育铸铁和球墨铸铁的必要工序，一般采用硅的质量分数（含硅量）为75％的硅铁合金作孕育剂。孕育处理的主要目的是促进石墨化，防止产生白口，并细化石墨。但由于两种铸铁的石墨形态不同，致使孕育铸铁的强度和塑性均低于球墨铸铁。 （ O ）

5．灰口铸铁由于组织中存在着大量片状石墨，因而抗拉强度和塑性远低于铸钢。但是片状石墨的存在，对灰口铸铁的抗压强度影响较小，所以灰口铸铁适合于生产承受压应力的铸件。 （ O ）

6．铸铁中碳和硅的含量对铸铁组织和性能有决定性的影响，同时对铸铁的铸造性能也有很大的影响。在亚共晶灰口铸铁中碳和硅的含量越高，铸造性能越好。（ O ）

4-2 选择题

1．铸铁生产中，为了获得珠光体灰口铸铁，可以采用的方法有（ D ）。

A．孕育处理；B．适当降低碳、硅含量；

C．提高冷却速度；D．A、B和C；E．A和C。 2．HT100、KTH300-06、QT400-18的力学性能各不相同，主要原因是它们的（ C ）不同。

A．基体组织； B．碳的存在形式； C．石墨形态； D．铸造性能。 3．灰口铸铁（HT）、球墨铸铁（QT）、铸钢（ZG）三者铸造性能的优劣顺序（ B ）；塑性的高低顺序为（ A ）。

A．ZG＞QT＞HT；B．HT＞QT＞ZG； C．HT＞ZG＞QT；D．QT＞ZG＞HT。 （注：符号“＞”表示“优于”或“高于”；）

4．冷却速度对各种铸铁的组织、性能均有影响，其中，对（ B ）影响最小，所以它适于产生厚壁或壁厚不均匀的较大型铸件。

A．灰铸铁； B．孕育铸铁； C．可锻铸铁； D．球墨铸铁。 5．牌号HT150中的“150”表示( A )。

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A．该牌号铸铁标准试样的最低抗拉强度不低于150MPa； B．该牌号铸铁的含碳量为1.50%；

C．该牌号铸铁标准试样的最低屈服强度不低于150MPa； D．该牌号铸铁件的最低抗拉强度不低于150MPa；. E．该牌号铸铁的含碳量为15.0%。

6．某成分铁水浇注的铸件其牌号为HT150，若仍用该铁水浇注出牌号为HT200的铸件，应采用的措施是（ D ）。

Ａ、孕育处理； Ｂ、降低铸件冷却速度； Ｃ、增加C、Si含量； Ｄ、提高铸件冷却速度。

4-3 应用题

1．用碳的质量分数（含碳量）为3.0％，硅的质量分数（含硅量）为2.0％的铁水浇注如图4-1所示的阶梯形铸件。试问在五个不同厚度截面上各应得到何种组织？铁水成分不变，欲在壁厚40mm的截面上获得珠光体灰口铸铁，需采取什么措施（在图中表明应采取的措施）?

P+Fe3C

F+G

P+F+G

P+G

P+G

+G

图4-1

答：为了获得珠光体，需要提高壁厚40mm的截面冷却速度，应增加冷铁。

2．一批铸件，经生产厂家检验，力学性能符合图纸提出的HT200的要求。用户验收时，在同一铸件上壁厚为18、26、34mm处分别取样检测。测得18mm处σb＝196MPa；26mm处σb＝171MPa；35mm处σb＝162MPa。据此，用户认为该铸件不合格，理由是：

1）铸件力学性能σb低于200Mpa，不符合HT200要求； 2）铸件整体强度不均匀。

试判断用户的意见是否正确。为什么铸件上18mm处的抗拉强度比26、35mm处高？铸铁牌号是否为HT200？ 答：

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1、该用户的意见不正确。

2、由于铸件18mm处的壁厚比26、35mm处薄，冷却速度更高，因此抗拉强度高。 3、HT200牌号判定原则是根据标准试棒测出的最低抗拉强度值确定。实际生产的铸件由于壁厚不一致，所检测的σb值为一个浮动范围值。

此时，应根据本书第56页的表2-8“不同壁厚灰口铸铁力学性能参考值及用法举例”判定铸件的牌号。查表HT200对应数据， 10~20mm，σb＝195Mpa， 20~30mm，σb＝170Mpa， 30~40mm，σb＝160Mpa，

铸件检测的σb均在允许的范围之内，因此牌号为HT200。

3．用不同成分铁水分别浇注Φ20mm、Φ30mm、Φ40mm三组试棒，测得它们的抗拉强度均为200MPa，试分析各组试棒的牌号和定性确定C、Si的含量高低，将结果填入表作4-1。

表作4-1

试棒 Φ20mm Φ30mm Φ40mm HT150 HT200 HT250 牌号 C、Si的含量 高 中 低

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作业5 特种铸造

5-1 判断题（正确的画○，错误的画×）

1．分型面是为起模或取出铸件而设置的，砂型铸造、熔模铸造和金属型铸造所用的铸型都有分型面。 （ × ）

2．铸造生产的显著优点是适合于制造形状复杂，特别是具有复杂内腔的铸件。为了获得铸件的内腔，不论是砂型铸造还是特种铸造均需使用型芯。 （ × ） 3．熔模铸造一般在铸型焙烧后冷却至600～700℃时进行浇注，从而提高液态合金的充型能力。因此，对相同成分的铸造合金而言，熔模铸件的最小壁厚可小于金属型和砂型铸件的最小壁厚。 （ ○ ）

4．熔模铸造适于成批、大量生产，铸件表面质量高于砂型铸造的铸件，尤其适合铸造高熔点合金、难切削加工的合金铸件。 （ ○ ）

5．压力铸造时，液态合金在压力作用下，可以铸造形状复杂的薄壁件。但由于铸型为金属材料制造，液态金属冷却速度快。铸件的内应力较砂型铸造高，因此通常需要进行去应力退火处理。 （ × ）

6．压力铸造在高压（5Mpa～150Mpa）的作用下，液态金属充填铸型，可以铸造形状复杂的薄壁件，铸件的表面质量高于其他铸造方法，不仅适于大批量生产低熔点的有色合金铸件，也可以生产铸铁、铸钢等小型铸件。 （ × ）

7．离心铸造和熔模铸造都不需要分型面，可以获得优异的铸件内外表面质量，铸件加工余量小，适于铸钢类合金铸件的成批生产。 （ × ） 8．金属型铸造和压力铸造的铸型均为金属材料制造，可以反复使用。铸件的表面质量高于砂型铸造方法，但为了提高铸型的使用寿命，在工作前都必须对铸型进行预先加热。 （ ○ ）

5-2 选择题

1．用化学成分相同的铸造合金浇注相同形状和尺寸的铸件。设砂型铸造得到的铸件强度为σ砂；金属型铸造的铸件强度为σ金；压力铸造的铸件强度为σ压，则（ C ）。

A．σ砂＝σ金 =σ压； B．σ金＞σ砂＞σ压； C． σ压＞σ金＞σ砂； D．σ压＞σ砂＞σ金。

2．铸造时，无需型芯而能获得内腔结构铸件的铸造方法是( C )。 A 砂型铸造； B 金属型铸造； C 熔模铸造； D 压力铸造。

3．砂型铸造可以生产（ F ），熔模铸造适于生产（ E ），压力铸造适于生产（ A ）。

Ａ、低熔点合金铸件； Ｂ、灰口铸铁件； Ｃ、 球墨铸铁件； Ｄ、可锻铸铁件； Ｅ、铸钢件； Ｆ、各种合金铸件。

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作业6 铸造结构工艺性

6-1 判断题（正确的画○，错误的画×）

1．为避免缩孔、缩松或热应力、裂纹的产生，零件壁厚应尽可能均匀。所以设计零件外壁和内壁、外壁和筋，其厚度均应相等。 （ × ） 2．零件内腔设计尽量是开口式的，并且高度H与开口的直径D之比（H/D）要小于1，这样造型时可以避免使用砂芯，内腔靠自带砂芯来形成。 （ ○ ）

3．起模斜度和结构斜度目的都是为了便于铸件造型中的起模，并且均位于平行于起模方向的零件表面。但二者的区别在于起模斜度设置在零件的加工表面，而结构斜度设计在零件非加工表面。 （ ○ ）

4. 铸件壁厚不均匀会造成铸件壁厚不均匀部分的冷却速度不一致；铸件的内壁散热条件比外壁差；因此为了减少和防止铸造热应力，铸件的内壁应比外壁薄。（ ○ ）

6-2 选择题

1．铸件上所有垂直于分型面的立壁均应有斜度。当立壁的表面为加工表面时，该斜度称为（ A ）。

A．起模斜度； B．结构斜度； C．起模斜度或结构斜度。

2．在铸造条件和铸件尺寸相同的条件下，铸钢件的最小壁厚要大于灰口铸铁件的最小壁厚，主要原因是铸钢的（ B ）。

A．收缩大； B．流动性差； C．浇注温度高； D．铸造应力大。

6-3 应用题

下列零件采用砂型铸造生产毛坯，材料为HT200。请标注分型面；在不改变标定尺寸的前提下，修改结构上不合理处，并简述理由。

１．托架（图6-1） 下 上 图6-1

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