金属材料的基本知识

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. δb—抗拉强度 δs—屈服强度 δ0.2—设有明显塑性变形现象的金属

材料的屈服点 δ-1—疲劳强度 δ—伸长率 aｋ—冲击韧性 HRC—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。室温为体心立方

晶格，1100℃时为面心立方晶格。

19. 6.分析在缓慢冷却的条件下，亚共析钢和过共析钢的结晶过程和室温组织。

1

20. 答：亚共析钢的结晶过程：1点以前为液体，1点以后从钢液中结晶出奥氏体，

直到2点全部结晶为奥氏体，到了3点以前不发生组织转变。到3点以后，从奥氏体中析出铁素体，由于铁素体的含碳量很低，致使剩余奥氏体中含碳量随温度下降，将沿着GS线增加，当温度降到727℃时，含碳量已达到0.77‰，这时将进行共析反应，剩余奥氏体将全部转变成珠光体，而早先析出的铁素体不再发生变化，室温组织为铁素体和珠光体构成。

21. 过共析钢液态冷却到3点之前结晶过程与亚共析钢相同，到3点以后从奥氏体

中析出二次渗碳体，由渗碳体的含碳量较高，剩余奥氏体中的含碳量随温度下降将沿ES线降低，当温度降到727℃时，含碳量达到0.77‰，这时，将进行共析反应，剩余奥氏体转变成珠光体，温度继续下降，组织不再发生变化，室温组织由渗碳体和珠光体构成。

22. 第三章

1． 什么是退火？什么是正火？它们的特点和用途有何不同？

23. 答：钢加热保温后在炉中或埋在灰中冷却的热处理工艺过程称退火。退火分为

完全退火、球化退火和应力退火。对亚共析钢而言，采用完全退火，加热温在AC3 30-50℃保温后随炉或埋在砂中冷却。主要目的是降低硬度、改善切削加工性，其次是细化晶粒，用于铸钢件和锻件。

24. 对过共析钢用球化退火，加热温度在AC1以上20-50℃，主要目的是使渗碳球

化，提高钢的韧性，降低硬度。对于铸件、焊接件及锻件采用去应力退火，主要目的是去应力，防止工件变形。

25. 正火是将亚共析钢加热到AC3以上30-50℃，过共析钢加热到AC1 30-50℃，保

温后在空气中冷却。主要目的是细化晶粒，提高强度而且韧性不下降，用于普通结构件的最终热处理，对过共析钢而言，减少或消除网状的二次渗碳体析出。 26. 3．碳钢在油中淬火，后果如何？为什么合金钢通常不在水中淬火？ 27. 答：碳钢的淬透性较低，油的冷却速度低，因此钢在油中淬火不能获得马氏体，

致使硬度不足。

28. 合金钢的淬透性高，如果在水中淬火，因水的冷却速度快，获得的马氏体，内

应力大，易变形或开裂。

29. 5．钢锉、汽车大弹簧、车床主轴、发动机缸盖螺钉的最终热处理有何不同？ 30. 答：钢锉—低温回火 汽车大弹簧—中温回火 发动机缸盖螺钉—调质 31. 7．什么是共析反应？什么是共晶反应？它们有何异同？

32. 答：共析反应—合金冷却时，温度达到727℃，含碳量达到0.77‰时，在恒温

下同时析出铁素体与渗碳体的机械混合物这种反应叫共析反应，这种机械混合物叫珠光体。

33. 共晶反应—合金冷却时，温度达到1148℃，含碳达到4.3‰时，在恒温下同时

析出奥氏体与渗碳体的机械混合物，这种反应叫共晶反应，机械混合物叫莱氏体。

34. 相同点：都是机械混合物，恒温； 不同点：含碳量不同，反应温度不同，

机械物的性质不同。

35. 第四章

2

1． 下列牌号各属于哪类钢？试说明牌号中数字和符号的含义。其中

哪些牌号钢的焊接性能好？

36. 答：15、40：优质碳素结构钢，焊接性好 Q215：碳素结构钢，Q为屈服，

屈服强度为215Mpa Q345：低合金钢，Q为屈服，屈服强度345Mpa GrWMn、40Gr、60Si2Mn：合金结构钢，分别平均含碳量为0.40‰、0.6‰。

37. 4．仓库中混存三种相同规格的20钢、45钢和T10钢，请提出一种最为简便

的区分方法。

38. 答：用打样冲眼的方法就能很方便的区分出，观察样眼的大小，样冲眼大的是

20钢、最小的是T10钢，中间的为45钢。

39. 6.下列产品该选用哪些钢号？宜采用哪种热处理？

40. 答：汽车板簧—60、65、60Si2Mn钢或65Mn；淬火、中温回火

第一篇 台钳钳口—T8；淬火、低温回火

第二篇 拖拉机履带板—2GMn13；淬火、低温回火 第三篇 自行车轴挡—20Cr；淬火、低温回火 41. 8．分析含碳量对铁碳合金组织和性能的影响。

（1） 对力学性能的影响：

42. 随含碳量的增加，钢的强度、硬度增加，塑性、韧性降低，但是当含碳量超过

0.90‰时，钢的强度反而降低。

43. （2）对工艺性能的影响：随含碳的增加，钢的热加性（焊接）和冷冲压性能

降低。

44. （3）对组织的影响：随含碳量的增加，钢中铁素体逐渐减少，珠光体、渗碳

体的出现与增加，直至莱氏体的出现，这是影响力学性能变化的根本原因。

45. 铸造

46. 2．什么是液态合金的充型能力？它与合金的流动性有何关系？不同成分的合

金为何流动性不同？ 47. 答：（1）能够获得形状准确、轮廓清晰，减少浇不足和冷隔缺陷的这种能力叫

充型能力。

48. （2）合金的流动性愈高，充型能力也愈好。

49. （3）共晶成分的合金，是逐层凝固，表面光滑对液态合金的流动性无影响，

所以充型能力强；其它成分的合金是糊状凝固或中间凝固，是树枝状结晶，表面粗糙，对液态合金的流动性有阻碍作用，所以充型能力较低。

50. 3．某定型生产的薄铸铁件，投产以来质量基本稳定，但近一段时间浇不到和

冷隔缺陷突然增加，试分析其可能的原因。

51. 答：是定型产品，说明浇注工艺是成熟的，不存在铸件结构（壁厚）浇注温度

低、铸型材料等问题，导致浇不足和冷隔的主要原因是合金的流动性问题。而影响合金流动性的主要因素是合金的成分，所以应从铸铁件材料的合金成分上考虑，是否合金成分发生了改变，共晶成分太少了，才影响浇不足和冷隔缺陷的出现。可以进行化验找到原因，也可以适当提高浇注温度来验证。

52. 4．既然提高浇注温度可改善充型能力，那么为什么又要防止浇注温度过高？ 53. 答：温度过高，合金的收缩量大，易产生缩孔与缩松，同时温度过高，凝固从

于高温时间很长，晶粒长大严重，力学性能下降，因此，浇注温度不能过高。 54. 6．什么是顺序凝固？什么是同时凝固？各需采取什么措施来实现？上述两种

3

凝固原则适用场合有何不同？

55. 答：顺序凝固：为了防止或消除缩孔和缩松，在铸件的厚大截面部分安装冒口

或冷铁的工艺方法叫顺序凝固，用于结晶范围较窄或共晶成分。 56. 同时凝固：为了防止和消除拉应力，在逐渐的厚大截面部分安装冷铁的工艺方

法叫同时凝固，主要用于灰铸铁，铸青铜等。

57. 8．试用下面异形梁铸钢件分析其热应力的形成原因，并用虚线表示逐渐的变

形方向。

58. 答：异形铸钢件梁，因上面部分较厚，下面部分较薄，固态收缩时，上面部分

先冷，所受的是拉应力，下面部分受的压应力。受拉应力部分要产生压缩变形，受压应力部分要产生拉伸复形，才能消除应力，这一压、一拉的结果使铸钢件向上弯曲变形。

59. 第二章

60. 2．影响铸铁石墨化的主要因素是什么？为什么铸铁的牌号不用化学成分来表

示？

61. 答：影响石墨化的主要因素是化学成分和冷却速度，最主要元素是碳和硅。碳

是形成石墨化的主要元素，也是促进元素；硅是促进石墨化的元素。铸铁的牌号用HT后面加三位数字，表示最低抗拉强度。铸铁的性能，不仅取决于化学成分有关，还与铸件的壁厚（即冷却速度）密切相关，所以用化学成分表示。 62. 4．HT100、HT150、HT200、HT300的显微组织有何不同？为什么HT150、HT200

灰铸铁应用最广？

63. 答：HT100的组织为铁素体铸铁；HT150、HT200组织为珠光体、铁素体铸铁这

类组织的铸铁。虽然这来铸铁的强度、硬度较珠光体铸铁较低，但仍然能满足一般复件的要求，而且铸造性、减振性均佳，还容易冶炼，所以应用法最广。， 64. HT300组织为珠光体孕育铸铁，强度更高。

65. 5．某产品上的灰铸铁件壁厚计有5mm、25mm两种，力学性能全部要求δ

b=220Mpa，若全部选用HT200，是否正确？

66. 答：铸件虽然最后的力学性能都要求δb=220Mpa，但是它们的壁厚相差很大，

冷却速度就不一样，显然的力学性能就不一样，因此不能用一个牌号。5mm选用HT200,25mm应选用HT250。

67. 8.制造铸铁件、铸钢件和铸铝件所用的熔炉有何不同？所用的型砂又有何不

同？为什么？ 68. 答：制造铸铁件用

冲天炉，铸钢件用炼钢炉、铸铝件用坩埚炉。

69. 因为铸钢件的流动性差，要求浇注温度高，又因钢液在高温时易氧化和吸气，

因此要求凝固吸缩性大、内应力型砂应具有较高的强度和耐热性因此要求型砂颗粒要大的型砂。同时还要具有良好的退让性。钢液易氧化和吸气，要求砂子具有良好的透气性。

70. 铝铸件要求表面光滑，熔点较低，应选用细砂来造型。

71. 铸铁采用的铸造性能好、流动性好，收缩率小，对砂的要求较低，采用中粗的

砂粒即可。

72. 9.下列铸件宜选用哪类铸造合金？请阐述理由。

73. 车床床身 摩托车气缸件 火车轮 压气机曲轴 自来水管道弯曲 减

4

速器蜗轮

74. 答：车床床身—HT250 摩托车气缸件—HT200 火车轮—2G270—500 75. 压气机曲轴—QT600-3 自来水管道弯曲—KTH300-10 减速器蜗轮

—2CuSi10Pb1

76. 第三章

77. 什么是铸造工艺图？它包括哪些内容？它在铸件生产的准备阶段起着哪些重

要作用？ 78. 答：铸件工艺图是根据零件图设计出来的，它形状简单、尺寸较大（含收率量、

加工余量），同时在工艺图上用各种工艺符号及参数表示铸造工艺方案的图形。工艺图应包括浇注位置、分型面、型芯的数量及冒口、冷铁的数量和安装位置，起模斜度，圆角过度等。它是指导模样（芯盒）设计生产，准备铸件造型和检验的基本工艺文件。

79. 浇注位置选择和分型面选择哪个重要？如若它们的选择方案发生矛盾该如何

统一？

80. 答：铸件的浇注位置正确与否，对铸件质量影响很大，因此制订铸造方案时，

必须优先考虑，一般的原则是：（1）铸件的主要加工面应朝下；（2）铸件的大平面应朝下；（3）铸件薄、较大平面应置于垂直线或倾斜位置，避免浇不足和冷隔缺陷出现；（4）铸件表面要求较高的圆柱形零件应进立式浇注，以便补液。 81. 分型面选择的原则（1）尽量使分型面平、直、少（2）应避免不必要的活块和

型芯，简化工艺（3）应尽使铸件的全部或较大部置于下箱，便于造型、下芯保证铸件的精度（4）保证模样顺利的取出来而不破坏型砂。

82. 上述原则在具体实施中有时甚至互相矛盾，因此必须抓住主要矛盾全面考虑，

至于次要矛盾可以从工艺措施解决。 83. 铸件结构设计时应遵循主要原则是：

84. 尽可能将实心结构改为空心结构，减少重量，减少缩孔，缩松等缺陷，以便提

高铸件质量，降低成本。

85. 把封闭的空心结构改变为开敞结构，便于造型，型芯的安装。 86. 尽可能将空心结构改为工字型结构，造型简单、结构合理。 87. 尽可能笨重的实心结构改为薄壁加肋结构。

1． （3）（4）两条可以节约材料，同时还提高了铸件的力学性能。

第二篇 由于各种铸件的性能不同，因而对铸件的机构要求也不相同，每种铸

铁牌号最低壁厚要求是不一样的，这是为了减少浇不足和冷隔等缺陷及白口组织，保证铸件的形状准确和力学性能。如果壁厚过大，铸件的热节会出现缩孔与缩松，降低力学性能.过薄会产生浇不足和冷隔等缺陷。

88. 第五章

89. 2.为什么熔模铸造是最有代表性的精密铸造方法？它有哪些优越性？

90. 答：用熔模铸造，精度高IT9—12级（一般铸件为IT16-18）表面质量

Ra12.5-1.6um.铸件最少厚壁可达0.3mm(一般铸件要达到3mm以上)孔径为2.5mm(一般为大径12-15mm)所以是最有代表性的精密铸造。除了上面的精度

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