机械制造基础作业答案1-4

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电大机械制造基础形成性考核册作业1答案

1、常用的工程材料可以用教材第一页的表格表示，请完成工程材料的分类表：

答：

1、人们在描述金属材料力学性能重要指标时，经常使用如下术语，请填写其使用的符号和内涵：

（a）强度：金属材料在外载荷的作用下抵抗塑性变形和断裂的能力。强度有屈服强度σs和抗拉强度σb。

（b）塑性：金属材料在外载荷作用下产生断裂前所能承受最大塑性变形的能力。

（c）强度：是指金属材料抵抗比它更硬的物体压入其表面的能力。硬度有布氏硬度HBS和洛氏硬度HR。

（d）冲击韧性：金属抵抗冲击载荷作用而不被破坏的能力。

（e）疲劳强度：金属材料经受无数次交变载荷作用而不引起断裂的最大应力值。

2、参照教材图1—2填写材料拉伸曲线中的相应特征值点的符号，并描述相应的含义。

（a）横坐标表示：试件的变形量ΔL

（b）纵坐标表示：载荷F

（c）S点：屈服点

（d）b点：颈缩点

（e）k点：拉断点

（f）屈服点以后出现的规律：试样的伸长率又随载荷的增加而增大，此时试样已产生较大的塑性变形，材料的抗拉强度明显增加。

3、一根标准试样的直径为10mm、标距长度为50mm。拉伸试验时测出试样在26kN时屈服，出现的最大载荷为45 kN。

拉断后的标距长度为58mm，断口处直径为7.75mm。试计算试样的σ0.2、σb。

答：σ0.2=F0.2/S0=26000/(3.14*0.0052)=3.3*108MPa

σb=F b/S0=45000/(3.14*0.0052)=5.7*108MPa

4、HR是零件设计中常用的表示材料硬度指标。请回答下表中表示的有效范围和应用范围：

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答：两种都是测试硬度的标准，区别在于测量方法不同。两种硬度标准根本性区别在于：布氏和洛氏测量的对象不同。布氏测量低硬度的材料，洛氏测量高硬度的材料。

6、参照教材1-7图补充如下Fe-Fe3C相图缺少的内容（标注相应的数据和材料相符号），思考每个线条和线条包容区域内金属相符号的特点

参考上图回答以下问题：：

（a.）. AC线为：合金的液相线

（b.）. Acm线为：碳在奥氏体中的溶解限度线

（c.）. AC3线为：奥氏体中开始析出铁素体或铁素体全部溶入奥氏体的转变线

（d.）. A表示：奥氏体相

（e.）. F表示：铁素体相

（f.）. P表示：珠光体相

（g.）. Ld表示：液相

（h.）. Fe3C表示：渗碳体相

（i.）. 含碳0.77％为：都是奥氏体

（j.）. 导致过共析钢中材料脆性很高的主要原因是：若加热到略高于AC1温度时，珠光体完全转变成奥氏体，并又少量的渗碳体溶入奥氏体。此时奥氏体晶粒细小，且其碳的质量分数已稍高与共析成分。如果继续升高温度，则二次渗碳体不断溶入奥氏体，致使奥氏体晶粒不断长大，其碳浓度不断升高，会导致淬火变形倾向增大、淬火组织显微裂纹增多及脆性增大。

7、假定有含碳量为80%的材料从液态逐渐缓慢冷却，请说明其随温度下降的组织变化。

答：液相，液相和一次渗碳体，一次渗碳体和莱氏体，一次渗碳体和低温莱氏体

8、AC3和Acm是重要指标线，在这个温度以下会稳定得逞室温组织。在高温度附近的冷却速度决定了材料的晶粒大小。

因此，为细化晶粒的退火热处理的工艺设计是需要查阅相图的（通常要高出50°C）。请同学补充完成下面的回答：回答：当温度下降到达AC线时，出现凝固，成为L（液体）和A，经过EF线以后完全固体，……

发生共晶反应。此时液相LC(4.30％C)，奥氏体AE（2.11％C）。渗碳体(6.69％C)三相共存。冷凝时反应的结果形成了奥氏体与渗碳体的机械混合物，通称为莱氏体

9、钢的热处理主要包括淬火、退火、回火、调质处理和渗碳。它们的主要特点是按照热处理温度、冷却速度、热处理目的或用途、工艺过程安排特点考虑的。请藐视它们的特点：

淬火：指将钢件加热到 Ac3 或 Ac1（钢的下临界点温度）以上某一温度，保持一定的时间，然后以适当的冷却速度，获得马氏体（或贝氏体）组织的热处理工艺。常见的淬火工艺有盐浴淬火，马氏体分级淬火，贝氏体等温淬火，表面淬火和局部淬火等。淬火的目的：使钢件获得所需的马氏体组织，提高工件的硬度，强度和耐磨性，为后道热处理作好组织准备等。

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退火：指金属材料加热到适当的温度，保持一定的时间，然后缓慢冷却的热处理工艺。常见的退火工艺有：再结晶退火，去应力退火，球化退火，完全退火等。退火的目的：主要是降低金属材料的硬度，提高塑性，以利切削加工或压力加工，减少残余应力，提高组织和成分的均匀化，或为后道热处理作好组织准备等。

回火：指钢件经淬硬后，再加热到以下的某一温度，保温一定时间，然后冷却到室温的热处理工艺。常见的回火工艺有：低温回火，中温回火，高温回火和多次回火等。回火的目的：主要是消除钢件在淬火时所产生的应力，使钢件具有高的硬度和耐磨性外，并具有所需要的塑性和韧性等。

调质：指将钢材或钢件进行淬火及高温回火的复合热处理工艺。使用于调质处理的钢称调质钢。它一般是指中碳结构钢和中碳合金结构钢。

渗碳：渗碳是将工件置于渗碳介质中，加热到单相奥氏体状态，保温一段时间，使碳原子渗入工件表层，提高表层含碳量，从而增加表面的硬度及耐磨性。渗碳工件材料一般为低碳钢。渗碳工艺常用的有气体渗碳和固体渗碳。渗碳后，仍需对工件进行淬火和低温回火处理。

、请回答.077％碳钢和1.％碳钢的细化晶粒温度。

例如：一批碳钢试样组织晶粒大小不均匀，需采用退火处理。应采用的工艺设计应该是：缓慢加热至 500～650 ℃，保温足够时间，随炉冷却至室温。

问：为什么要保温足够的时间，为什么要缓慢冷却？

答：因为晶粒组织转变需要一定的时间，因此当金属工件表面达到要求的加热温度时，还须在此温度保持一定时间，使内外温度一致，使显微组织转变完全。

11、现有40Cr钢制造的机床主轴，心部要求良好的强韧性（200～300HBS），轴颈处要求硬而耐磨（54～58HRC），

试问：

（1）应进行哪种预处理和最终热处理（2）热处理后获得什么组织？（3）热处理工序在加工工艺路线中位置如何安排？

答：（1）正火（调质）——预处理、高频淬火和回火——最终热处理

（2）奥氏体（3）正火——机加工——高频淬火——回火

12、铸铁是制造机器零件毛坯的黑色金属材料之一，请说明铸铁的基本特征。（牌号、石墨形态、铸造性能、成本等）

答：1）灰铸铁：牌号HT，石墨形态是片状，铸造性能优良，成本最低的铸铁。

2）球墨铸铁：牌号QT，石墨形态是球状，铸造性能近似于灰铸铁。

3）蠕墨铸铁：牌号RuT，石墨形态是蠕虫状，铸造性能好。

4）可锻铸铁：牌号KT，石墨形态是团絮状，不能锻造。

13、为了获得优质的铸件毛坯，在结构工艺性方面需要注意哪些原则？

答：1）铸件的壁厚应合理2）铸件的壁厚应尽量均匀3）铸件的结构不仅有利于保证铸件的质量，而且应尽可能使铸造工艺简化，以稳定产品质量和提高生产率。

14、按照碳含量将碳钢分为低、中、高碳钢，参考教材中图3-2归纳碳钢的力学性能随含碳量的变化规律。

答：含碳量越高,工件硬度增加,柔韧性变小,脆性变大,越难加工。

15、合金钢分为合金结构钢和合金调质钢，请查阅资料描述下列化学元素对材料的力学性能产生影响的特点。

Mn：提高钢韧性、强度、硬度和淬性，改善钢的热加工性能。

Cr：显著提高强度、硬度和耐磨性，但同时降低塑性和韧性。铬又能提高钢的抗氧化性和耐腐蚀性。

Si：显著提高钢的弹性极限，屈服点和抗拉强度。

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