1、金属工艺学第五版课后答案1、说明 S 、0.2 、b、1 、k、45-50HRC、300HBS 的名称含义答案：见教材。45-50HRC 表示洛氏硬度为 45-50；300HBS 表示布氏硬度为 300.2、解释应力与应变的概念答：应力：物体由于外因(受力、湿度变化等)而变形时，在物体内各部分之间产生相互作用的内力，以抵抗这种外因的作用，并力图使物体从变形后的位置回复到变形前的位置。在所考察的截面某一点单位面积上的内力称为应力。应变：物体受力产生变形时，体内各点处变形程度一般并不相同。用以描述一点处变形的程度的力学量是该点的应变。为此可在该点处到一单元体，比较变形前后单元体大小和形状的变化。1
2、、说明晶粒粗细对力学性能的影响。一般情况下，晶粒越细小，金属材料的强度和硬度越高，塑性和韧性越好。因为晶粒越小，晶界越多。晶界处的晶体排列是非常不规则的，晶面犬牙交错，互相咬合，因而加强了金属间的结合力。工业中常用细化晶粒的方法来提高金属材料的机械性能，称为细晶强化。晶粒的大小与过冷度和变质处理密切相关：过冷度：过冷度越大，产生的晶核越多，导致晶粒越细小。通常采用改变浇注温度和冷却条件的办法来细化晶粒。变质处理：也叫孕育处理。金属液中晶核多，则晶粒细小。通常采用浇注前添加变质剂的办法来促进晶核产生，以拟制晶粒长大。2、你如何理解相与组织，指出 Fe -C 状态图中的相与组织。相与组织相是指材料
3、中结构相同、化学成分及性能同一的组成部分，相与相之间有界面分开。“相”是合金中具有同一原子聚集状态，既可能是一单相固溶体也可能是一化合物；组织一般系指用肉眼或在显微镜下所观察到的材料内部所具有的某种形态特征或形貌图像，实质上它是一种或多种相按一定方式相互结合所构成的整体的总称。因此，相与组织的区别就是结构与组织的区别，结构描述的是原子尺度，而组织则指的是显微尺度。合金的组织是由相组成的，可由单相固溶体或化合物组成，也可由一个固溶体和一个化合物或两个固溶体和两个化合物等组成。正是由于这些相的形态、尺寸、相对数量和分布的不同，才形成各式各样的组织，即组织可由单相组成，也可由多相组成。相组成物与组织
4、组成物是人们把在合金相图分析中出现的“相”称为相组成物，出现的“显微组织”称为组织组成物。组织是材料性能的决定性因素。在相同条件下，不同的组织对应着不同的性能。Fe -C 状态图中的相与组织1). 铁碳合金基本相铁素体 奥氏体 渗碳体2). 铁碳合金基本组织三种单相组织；三种双相组织 铁碳合金基本组织组 织 定义 符号 C 溶解度 /% 结 构 性能特点单项 铁素体 F 00.02 体心立方 软、韧奥氏体 A 02.11 面心立方 塑性好渗碳体 Fe3C =6.69斜方 硬、脆双项 珠光体 P =0.77体心立方+斜方 综合性能好高温莱氏体 Ld =4.3 面心立方+斜方 硬、脆低温莱氏体 L
5、d =4.3 体心立方+斜方 硬、脆3、说明 F、A、 Fe 3C、P 的名称、含碳量、晶体类型及力学性能特征。F：铁素体，含碳量 0.006%0.0218% 体心立方晶格 力学性能特征见教材 p16 倒一段。A：奥氏体，含碳量，端部发蓝处理（防锈）汽车钢板弹簧：油淬+中温回火其余见教材 P35 表 1-8发动机曲轴：曲轴的热处理关键技术是表面强化处理。球墨铸铁曲轴一般均采用正火处理，为表面处理做好组织准备，表面强化处理一般采用感应淬火或氮化工艺+回火。锻钢曲轴则采用轴颈与圆角淬火工艺+回火。1、金属液态成形有何最突出的优点？通常有哪些液态成形方法？金属液态成形具有如下最突出的优点：（1）可制
6、造出内腔、外形很复杂的毛坯。如各种箱体、机床床身、汽缸体、缸盖等。（2）工艺灵活性大，适应性广。液态成型件的大小几乎不限，其重量可由几克到几百吨，其壁厚可由 0.5mm 到 1m 左右。工业上凡能溶化成液态的金属材料均可用于液态成型。对于塑性很差的铸铁，液态成型是生产其毛坯或零件的唯一的方法。（3）液态成型件成本较低。液态成型可直接利用废机件和切屑，设备费用较低。同时，液态成型件加工余量小，节约金属。通常的液态成形方法：通常分为两大类：砂型铸造成形工艺和特种铸造成形工艺（如：金属型铸造、熔模铸造、压力铸造、低压铸造、实型铸造、离心铸造等）2、金属铸造工艺性能主要以何种物理特性来表征？其影响因素
7、如何？请分别予以分析？金属铸造工艺性能主要以液态金属的充型能力来表征。影响液态金属充型能力的因素有：合金的流动性，铸型性质，浇注条件，铸件结构等。合金的流动性是指金属液的流动能力。流动性越好的金属液，充型能力越强。铸型性质的影响：（1）铸型材料 铸型的蓄热系数大，充型能力越差。（2）铸型温度 铸型温度越高，充型能力越强。（3）铸型中的气体浇注条件的影响（1）浇注温度：一般 T 浇越高，液态金属的充型能力越强。（2）充型压力：压力越大，充型能力越强。（3）浇注系统结构 结构复杂，流动阻力大，充型能力差。铸件结构的影响：（1）铸件壁厚 厚度大，热量散失慢，充型能力就好。（2）铸件复杂程度 结构复杂
8、，流动阻力大，充型困难。 3、铸造凝固方式，根据合金凝固特性分成哪几类？它们对铸件质量将分别产生什么影响？铸造凝固方式，根据合金凝固特性分成逐层凝固、糊状凝固、中间凝固。合金的结晶温度范围愈小，凝固区域愈窄，愈倾向于逐层凝固；凝固区域愈宽，愈倾向于糊状凝固；对于一定成分的合金，结晶温度范围已定，凝固方式取决于铸件截面的温度梯度，温度梯度越大，对应的凝固区域越窄，越趋向于逐层凝固。对铸件质量影响较大的主要是液相和固相并存的凝固区域的宽窄，铸件的凝固与铸造缺陷的关系：一般说来，逐层凝固有利于合金的充型及补缩，便于防止缩孔和缩松；糊状凝固时，难以获得组织致密的铸件，如果凝固和收缩得不到合理的控制，铸
9、件内部就会出现缩孔、缩松、铸造应力、变形、裂纹等缺陷。4、金属液态成形中，其收缩过程分为哪几个相互联系的阶段，对铸件质量将产生什么影响？如何防止缩孔和缩松的产生？金属从液态冷却到室温，要经历三个相互联系的收缩阶段：液态收缩从浇注温度冷却至凝固开始温度之间的收缩。凝固收缩从凝固开始温度冷却到凝固结束温度之间的收缩。固态收缩从凝固完毕时的温度冷却到室温之间的收缩。收缩导致的铸件缺陷：(1)缩孔和缩松 缩松的形成是由于铸件最后凝固区域的收缩未能得到补足；或者因合金呈糊状凝固，被树枝状晶体分隔开的液体小区得不到补缩所致。缩松分为宏观缩松和显微缩松两种。【宏观缩松是用肉眼或放大镜可以看见的小孔 洞，多分
10、布在铸件中心轴线处或缩孔下方。显微缩松是分布在晶粒之间的微小 孔洞，要用显微镜才能看见。这种缩松分布更为广泛，有时遍及整个截面。显微缩松 难以完全避免，对于一般铸件多不作为缺陷对待；但对气密性、力学性能、物理性能 或化学性能要求很高的铸件，则必须设法减少。】不同的铸造合金形成缩孔和缩松的倾向不同。逐层凝固合金(纯金属、共晶合金或窄结晶温度范围合金)的缩孔倾向大，缩松倾向小；糊状凝固的合金缩孔倾向虽小，但极易产生缩松。由于采用一些工艺措施可以控制铸件的凝固方式，因此，缩孔和缩松可在一定范围内互相转化。缩孔和缩松的防止：实现“顺序凝固”使铸件从远离冒口的部分到冒口之间建立一个递增的温度梯度，凝固从
11、远离冒口的部分开始，逐渐向冒口方向顺序进行，最后是冒口本身凝固。这样就能实现良好的补缩，使缩孔移至冒口，从而获得致密的铸件。(2)铸造应力、变形和裂纹（见下一题）5、何谓铸件热应力和机械应力？它们对铸件质量将产生什么影响？如何防止铸件变形？铸件的固态收缩受到阻碍而引起的应力，称为铸造应力。热应力：由于铸件各部分冷却速度不同，以致在同一时期内收缩不一致，而且 各部分之间 存在约束作用，从而产生的内应力，称为热应力。铸件冷却至室温后，这种热 应力依然存在 ，故又称为残余应力。机械应力：是由于铸件的收缩受到机械阻碍而产生的，是暂时性的，只要机械阻碍一消除，应力也随之消失。铸造应力的存在会带来一系列不
12、良影响，诸如使铸件产生变形、裂纹 ，降低承载能力，影响加工精度等。防止铸件变形的途径工艺方面a.使铸件按“同时凝固”原则进行凝固。为此，应将内浇道开设在薄壁处，在厚壁部位安放冷铁，使铸件各部分温差很小，同时进行凝固，由此热应力 可减小到最低限度。应该注意的是，此时铸件中心区域往往出现缩松，组织不够致密。b.提高铸型和型芯的退让性，及早落砂、打箱以消除机械阻碍，将铸件放入保温坑中缓冷，都可减小铸造应力。结构设计方面应尽量做到结构简单，壁厚均匀，薄、厚壁之间逐渐过渡，以减小各部分的温差，并使各部分能比较自由地进行收缩。 铸件产生热应力后，可用自然时效、人工时效等方法消除。1、 灰口铸铁和白口铸铁在
13、组织和性能上有何区别？（1）组织区别：白口铸铁中的碳全部以渗透碳体（Fe3c）形式存在，断口呈亮白色。灰口铸铁碳大部或全部以自由状态片状石墨存在，断口呈灰色。（2）性能区别：白口铸铁由于有大量硬而脆的 Fe3c，故其硬度高、脆性大、韧性差，很难加工。灰口铸铁因石墨存在，具有良好铸造性能、切削加工性好，减震性、减磨性好。灰铸铁最适宜制造什么类型和用途的零件毛坯？根据牌号的不同可分别制造：（1）低负荷和不重要的零件，如防护罩、小手柄、盖板和重锤等；（2）承受中等负荷的零件，如机座、支架、箱体、带轮、轴承座、法兰、泵体、阀体、管路、飞轮和电动机座等；（3）承受较大负荷的重要零件，如机座、床身、齿轮、汽缸、飞轮、齿轮箱、中等压力阀体、汽缸体和汽缸套等；（4）承
