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浙大机械制造基础考试复习

题型:名词解释、填空、单选、简述、看图、选做题 成绩:平时30%,考试70%

不考:晶体、非铁金属、非金属、表面/化学热处理、毛坯选择(即书上第2,6,7,8,13章) 注:这里只整理了老师复习课上提到的重点,不代表不考其他内容。

【第1章 金属材料的机械性能】

P15-1:有一紧固螺栓使用后发现有塑性变形,试分析材料的哪些性能指标达不到要求?

屈服强度s σ:产生屈服时(s 点)的最小应力。表征抗塑性变形的能力。 弹性变形:外力去除后能够自行恢复的变形。

塑性变形:外力去除后不能完全自动恢复而保留下来的变形,又称永久变形。 抗拉强度b σ:材料能承受的最大应力(b 点)。表征材料抵抗断裂的能力。

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屈服点:材料发生弹性形变与塑性形变的分界点。 钢的拉伸曲线: oe 段:弹性变形阶段 es 段:屈服阶段(弹-塑性阶段) s 点后出现水平段,载荷保持不变, 试样继续伸长。 sb 段:强化阶段 bk 段:缩颈阶段 k 处:断裂

【第4章 钢的热处理】

P59-1:热处理加热时的奥氏体晶粒大小与哪些因素有关? 1.加热温度:温度越高,晶粒长大越明显。 2.保温时间:保温时间长,奥氏体晶粒粗大。 3.合金元素:

阻止奥氏体晶粒长大:

能形成稳定碳化物元素(钛、钒、锆、钨、铬等) 形成不溶于奥氏体的氧化物及氮化物的元素(铝) 促进石墨化的元素(硅、镍、钴) 在结构自由存在的元素(铜) 加速奥氏体长大:锰、磷

4.原始组织:接近平衡状态的组织有利于获得细奥氏体晶粒。

过冷奥氏体:因相变和扩散都需要时间,过冷到A 1线以下的奥氏体不能立即发生转变,暂时处于不稳定状态奥氏体。不同过冷度下,过冷奥氏体可能转变为贝氏体、马氏体等介稳定组织。

P59-2:过冷奥氏体在不同温度等温转变时,可获得哪些转变产物?

高温[750℃(A 1)~550℃] → 珠光体(P)[实际上还有索氏体(S)和屈氏体(T)] 中温[550℃~240℃(Ms)]

→ 贝氏体(B)

低温[240℃(Ms)~-40℃(Mf)] → 马氏体(M)

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退火:将金属构件加热到高于或低于临界点(A c1或A c3)的某一温度,保持一定时间,随后缓慢冷却,从而获得接近平衡状态的组织与性能的金属热处理工艺。

特点:冷却速度慢,得到珠光体。

目的:软化钢件、消除内应力、细化晶粒、改变碳化物的形态及分布。

分类:

完全退火:A c3以上保温,完全转变为奥氏体,然后缓冷。

适用对象:亚共析钢

等温退火:加热保温后,快速冷却至低于A r1,保温使奥氏体全部分解,再空冷。

适用对象:合金工具钢、高合金钢

球化退火:使碳化物球化。加热到A c1+20~30℃,保温,各工艺按不同方式冷却。

适用对象:共析钢、过共析钢

扩散退火(均匀化退火):高温加热A c3+150~200℃,长时间保温,慢速冷却。

适用对象:合金钢、重要铸钢件

应用:消除铸造过程中的组织不均匀性(如枝晶偏析)

枝晶偏析:在一个晶粒内化学成份分布不均匀的现象。

去应力退火(低温退火):加热到A r1以下某一温度,缓冷。

应用:消除铸件、锻件、焊接件以及切削加工后的残余应力。

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正火:将钢件加热到上临界点(A c3或A cm)以上40~60℃或更高的温度,保温达到完全奥氏体

化后,在空气中冷却的简便、经济的热处理工艺。

特点:空冷,得到索氏体。晶粒较细小,强度、硬度比退火略高。

目的:晶粒细化,均匀组织,调整硬度。

适用范围:

普通结构零件的最终热处理。

亚共析钢淬火前的预备热处理。

低碳钢提高强度与硬度。

过共析钢以消除网状Fe3C。

用于消除魏氏组织(针状铁素体)。

淬火:将钢件加热到奥氏体化温度(A c3或A c1以上)并保持一定时间,然后以大于临界冷却速度冷却,以获得非扩散型转变组织,如马氏体、贝氏体和奥氏体等的热处理工艺。

特点:在冷却剂中以适当速度冷却,得到马氏体(主要)、贝氏体。

目的:使过冷奥氏体转变为马氏体或贝氏体,配合不同温度的回火,以提高钢的强度、硬度、耐磨性、疲劳强度及韧性等。

淬火方法:

1.单液淬火:加热、保温后,在一种冷却介质中冷却。

2.双液淬火:加热、保温后,先水冷,温度降至300℃时再油冷。

3.马氏体分级淬火:在略高于Ms点热浴中保温,再放在空气/油/硝盐浴中冷却。

用于:高碳、高合金钢

4.贝氏体等温淬火:加热、保温后,在高于Ms点的盐浴中使A-体转变为B下-体。

用于:尺寸不大、形状复杂、要求高的弹簧、小齿轮、丝锥等

5.冷处理:淬火后,放入更低温度(<0℃)冷却。

用于:要求高硬度、高耐磨性的零件

6.局部淬火:局部加热+全部冷却、或:全部加热+局部冷却

用于:局部要求高硬度、高耐磨性的零件

7.预冷淬火:加热、保温后,先在A1以上空冷,再淬入冷却介质。

目的:减少淬火变形。

回火:将淬火后的钢,在A C1以下加热、保温后冷却下来的热处理工艺。

目的:

降低脆性,消除或减少内应力。

获得工件所要求的机械性能。

稳定工件尺寸。

对退火难以软化的某些合金钢,采用高温回火将硬度降低,以利切削加工。

回火工艺:

1.低温回火:

温度:150-250℃

组织:回火马氏体

硬度:HRC58-64

目的:消除部分应力,获得回火马氏体

适用范围:要求高硬度、高耐磨性的零件

2.中温回火:

温度:350-500℃

组织:回火屈氏体(弹性极限和屈服强度高,也具有一定的韧性)

硬度:HRC35-45

目的:①消除内应力;②获得高的弹性极限、屈服强度及适当的韧性

适用范围:弹性零件

3.高温回火(调质处理):

温度:500-650℃

组织:回火索氏体(综合机械性能最好,即强度、塑性和韧性都比较好)

硬度:HB200-350(HRC25-35)(0.3-0.5%C)

目的:要求综合机械性能良好的零件。不能用正火代替。

调质处理:淬火+高温回火

P60-5:正火与退火相比有何异同?

异:

组织:正火得到索氏体;退火得到珠光体。

加热温度:正火加热到奥氏体化温度;退火根据目的不同,温度可高可低。

冷却速度、冷却方式:正火空冷;退火缓冷(随炉冷却)。

目的:正火消除过热组织;退火消除成分偏析,去除内应力。

强度、硬度:正火组织的强度和硬度略大于退火组织。

同:

属于热处理,细化晶粒,改善材料性能,适用范围广。

P60-6:亚共析钢采用完全退火,过共析钢采用球化退火,为什么?等温退火?

球化退火:

碳素工具钢、合金工具钢、轴承钢等钢材经轧制、锻造后空冷,所得组织是片层状珠光体与网状渗碳体,硬而脆,难以切削加工,淬火时容易变形和开裂。经球化退火,得到球状珠光体组织,渗碳体呈球状颗粒,弥散分布在铁素体基体上,硬度低,便于切削加工,淬火时奥氏体晶粒不易长大,使工件变形和开裂少。

完全退火:

只适用于亚共析钢,不宜用于过共析钢。因为过共析钢缓冷后会析出网状二次渗碳体,使钢的强度、塑性和韧性大大降低。所谓“完全”是指退火时钢的内部组织全部进行了重结晶。通过完全退火来细化晶粒,均匀组织,消除内应力,降低硬度,便于切削加工,并为加工后零件的淬火作准备。

等温退火:

与完全退火加热温度完全相同,只是冷却的方式有差别。等温退火是以较快的速度冷却到A1以下某一温度,保温一定时间使奥氏体转变为珠光体组织,然后空冷。合金钢的奥氏体比较稳定,采用等温退火可大大缩短退火周期。

【第5章机械工程材料】

钢牌号的含义,如:

Q235:最低屈服强度为235MPa的碳素结构钢(Q>300则为低合金高强度钢)

45:含碳量为0.45%的优质碳素结构钢。(数字表示万分之几)

T8:含碳量为0.8%的碳素工具钢。(数字表示千分之几)

4种铸铁(HT、KT、QT、RuT)的形状结构:

灰铸铁(HT):碳以片状石墨形式存在

球墨铸铁(QT):碳以球状石墨形式存在

可锻铸铁(KT):碳以团絮状石墨形式存在

蠕墨铸铁(RuT): 碳以蠕虫状石墨形式存在

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合金钢:为了改善钢的性能,有意加入一定合金元素的钢。

合金元素对钢的影响:

1.Ni、Co、Mn使A1、A3线下降,奥氏体区扩大;Cr、W、Mo、V、Ti、Al、Si则相反。

2.除Mn外,使奥氏体化过程减慢,并阻碍奥氏体晶粒的长大,细化晶粒。

3.除Co外,提高过冷奥氏体稳定性,C曲线右移。

4.Co、Al使Ms、Mf点下降。

5.减慢回火时组织分解和转变的速度、增加回火抗力、回火稳定性,回火时硬度下降少。

6.产生固溶强化,提高强度硬度、降低塑性韧性。

7.沉淀强化(“沉淀型”的“二次硬化”)。

8.提高淬透性(主要Cr)。

9.提高红硬性。

10.提高耐磨性。

11.其他:改善焊接性能、改善切削性能、增加尺寸稳定性。

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弹簧钢:

要求:

具有高的弹性极限(σe),保证弹性变形能力和承载能力;

具有高的疲劳强度(σ-1),以免在交变应力作用下产生疲劳断裂,保证寿命;

具有足够的冲击韧性,防止受冲击时发生脆性断裂。

Si、Mn、Cr:提高淬透性、强化铁素体

W、V:增加高温强度、细化晶粒

常用型号:50V:小汽车弹簧;65Mn:汽车座垫弹簧;55Si2Mn、60Si2MnA:汽车板弹簧

制造方法:冷成型、热成型

冷成型弹簧:D<7mm,白钢丝直接冷卷成型;使用65,70,75,85,T8,T9,65Mn等,大都用碳钢;成型后要200-300℃去应力退火。

热成型弹簧:D>10-14mm,成型后淬火+中温回火(400-500℃)。

【第6章铸造、锻压与焊接】

P181-2:铸件产生缩孔、缩松的原因和防止方法:

缩孔的基本原因:液态收缩、凝固收缩(金属从液态凝固、冷却时产生体积和尺寸的缩减)。缩孔:铸件在凝固中,由于补缩不良而产生的孔洞。逐层凝固易产生缩孔。(左图)

缩松:铸件某一区域中分散而细小的缩孔。(右图)

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防止方法:

1.采用顺序凝固原则:使铸件按规定方向按薄壁--厚壁--到冒口的顺序依次凝固,让缩孔转移到冒口中去,从而获得致密的铸件的原则。实施方法:内浇道+冒口+冷铁。

2.加压补缩:铸型置于压力罐中,浇注后使铸件在压力下凝固,可显著减少显微缩松。

3.选择合适的合金:不同成分的合金,凝固方式不同,总体积收缩量不同;共晶成分的铁碳合金凝固区间最小,收缩量最小。实际生产中碳、硅含量应在

4.3%附近。

分型面的选择原则:图见ppt 58-60页

分型面:铸型组元间的接合面。

基本原则:保证质量的前提下,尽可能简化工艺。

1.铸件全部或大部置于下箱:加工面及基准面应尽量放在同一砂箱中,避免错箱而影响质量。

2.分型面尽量少而平。

3.应尽量减少分型面数量,最好只有一个分型面。

4.应尽量减少型芯和活块的数量,以简化制模、造型、合箱等工序。

5.为便于造型、下芯、合箱及检验型腔尺寸,应尽量使型腔和主要型芯处于下箱。

6.分型面应选在铸件最大截面处、选用平直面作为分型面。

P182-5:普通砂型铸造、压力铸造、离心铸造的原理:

砂型铸造:在砂型中生产铸件的铸造方法。

造型方法:手工造型、机器造型

手工造型:

特点:操作技术要求高,劳动强度大,生产率低,造型质量不稳定。

应用:单件、小批生产,特别是大型复杂铸件。

机器造型:

特点:

生产率高;

劳动条件较好;

铸件精度较高;

表面质量较好;

设备投资较大;

产品变换适应性差。

适用:两箱造型、成批、大量生产各类铸件。

压力铸造:金属在高压(5~150兆帕)下高速充型,并凝固。

优点:

生产率高,操作简便;

获得形状复杂的薄壁件;

铸件精度高、表面粗糙度低,可少切削、无切削;

铸件晶粒细小,组织致密,力学性能好。

缺点:

设备投资大。

用于铸钢、铸铁件时,铸型的寿命很低。

内部有气孔和缩松,不宜大余量切削,不宜热处理。

应用:铝、锌、镁等非铁合金,中、小型铸件的大量生产。

离心铸造:将金属液浇入绕水平、倾斜或立轴旋转的铸型中,在离心力作用下凝固成铸件。

特点:铸件多是简单的圆筒体,不用型芯即可形成圆筒内孔。

优点:

生产管、筒状铸件,成本低;

生产率高;

铸件组织致密,力学性能高;

能生产双金属铸件。

缺点:成分偏析,内表面粗糙且尺寸不易控制,设备投资大。

应用:各类铸造合金及各种尺寸铸件的成批、大量生产,尤其适于空心回转体类铸件。常用铸造方法比较:

砂型铸造:工艺适应性最强、设备费用和铸件成本较低,应用最广泛。

特种铸造:适合于特定场合,如薄壁件、精密件铸造或大批量生产。

P211-7:自由锻造、锤上模锻、胎膜锻的工艺特点、应用、选择原因:

自由锻造:利用冲击力或压力使金属在锻造设备的上下砧铁间产生自由变形的方法。

特点:加工适应性较广,但对技术水平要求高,劳动条件差,金属损耗大,生产率低。是制造大型锻件的唯一方法。

手工锻造:适用于单件、要求不高的小型锻件。

机器锻造:适用于小批量生产、大型锻件。

模锻:将金属坯料放在锻模模膛内,在锻压冲击力或压力下变形而获得锻件的方法。

特点:模型锻造的生产率高,锻件形状准确,可获得形状复杂的锻件,切削加工余量小。但需要专门模锻设备,故成本较高。适用于中小型、批量生产。

锤上模锻:在专用的模锻空气锤或模锻蒸汽锤的锻锤和模垫上分别固定上下模,上下模经锤击合拢,而获得锻件的方法。特点:具有一般模锻的优点,但冲击大、震动大、噪声大、效率低。一般仅用于中小吨位的锻锤。

压力机上模锻:在压力机上的滑块和底座上分别固定上下模,上下模经下压合拢,而获得锻件的方法。特点:冲击小、噪声小、操作安全,但生产率低。一般适用于中小批量生产。

胎模锻:在自由锻造的设备上用胎膜生产锻件的方法。与锤上模锻和压力机模锻不同的是,胎膜不与锤头和下模座连在一起(需要手工辅助夹持)。特点:工艺灵活,可提高锻件的精度和形状的复杂程度,减少加工余量,提高生产率。

P211-8:落料与冲孔的区别:

落料:利用冲裁取得一定外形的制件或坯料的冲压方法。(冲裁掉落的是需要的部分)

冲孔:把坯料内的材料以封闭的轮廓和坯料分离开来,得到带孔制件的冲压方法。(冲裁掉落的是不要的部分)

电弧焊:利用电弧作为热源的熔焊方法。

焊接过程:引弧→形成熔池→形成焊缝

焊接电弧:在焊条末端和工件两极之间的气体介质中,产生强烈而持久的放电现象。

焊接接头:

焊缝区:熔池金属冷却结晶所形成的铸态组织。

焊接热影响区:由于焊接热的作用,焊缝两侧母材的组织和性能发生变化的区域。

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1.熔合区:强度、塑性、韧性极差;裂纹和局部脆断发源地

2.过热区:塑性和韧性很低;裂纹发源地

3.正火区:力学性能优于母材

4.部分相变区:力学性能较母材稍差

主要缺陷:

气孔:焊接时熔池中的气泡在焊缝凝固时未能逸出而形成的空穴。

夹渣:焊后残留在焊缝中的熔渣。

焊接裂纹:由于焊接残余应力较大而在焊缝或热影响区产生的裂纹。

未焊透:焊接接头根部未完全熔透的现象。

焊接应力:焊缝区域的拉应力。

焊接变形:焊接构件由于焊接而产生的变形。

焊接应力与变形的根本原因:焊件在焊接过程中受到局部加热和快速冷却。

焊接应力及变形的预防、消除措施:

焊缝不交叉,截面和长度尽可能小;

合理的焊接顺序;

采用反变形法;

焊前预热;

焊后热处理:去应力退火

焊接变形的矫正:机械矫正、火焰矫正

焊条电弧焊:用手工操作焊条进行焊接的电弧焊方法

焊接过程:

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用途:适用于各种金属材料、各种厚度、各种结构形状的焊接。

电焊条:电焊时熔化填充在焊接工件的接合处的金属条。

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药皮:是矿石粉末、铁合金粉、有机物和化工制品等原料按一定比例配制后压涂在焊芯表面上的一层涂料

埋弧焊:是一种电弧在焊剂层下燃烧进行焊接的方法。其固有的焊接质量稳定、焊接生产率高、无弧光及烟尘很少等优点,使其成为压力容器、管段制造、箱型梁柱等重要钢结构制作中的主要焊接方法。特别适用于焊接大型工作的直缝和环缝。

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P235-6:工字梁的焊接(上课讲过答案)

【第7章金属切削加工的基础知识】

P305-4:积屑瘤是如何产生的?积屑瘤的优缺点。

积屑瘤:在加工中碳钢时,在刀尖处出现的小块且硬度较高的金属粘附物。

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积屑瘤的形成:

切削过程中,由于金属的挤压和强烈摩擦,使切屑与前刀

面之间产生很大的应力和很高的切削温度。当应力和温度条件

适当时,切屑底层与前刀面之间的摩擦力很大,使得切屑底层

流出速度变得缓慢,形成一层很薄的“滞流层”,当滞流层与前

刀面的摩擦阻力超过切屑内部的结合力时,滞流层的金属与切

屑分离而粘附在切削刃附近形成积屑瘤。

优点:

保护刀具:积屑瘤硬度很高,可代替切削刃进行切屑,减少刀具的磨损。

增加工作前角:使刀具的实际工作前角增大,可减小切削变形和切削力,使切削轻快。缺点:

影响工件尺寸精度:

1.时大时小,时有时无,使切削力产生波动而引起振动。

2.积屑瘤的顶端突出于切削刃之外,使实际的切削深度不断变化。

影响工件表面粗造度:

1.积屑瘤破裂后会划伤表面,加快刀具磨损。

2.会形成硬点和毛刺,使工件表面粗造度值增大。

【第8章机械加工工艺的基本知识】

P299页的轴(加工的要求、材料选择、尺寸设计、具体工序等)

详见ppt 79-89页

工序:是指由一个或一组工人在同一台机床或同一个工作地,对一个或同时对几个工件所连续完成的那一部分机械加工工艺过程。

安装:在一道工序中,工件每经一次装夹(定位和夹紧)后所完成的那部分工序称为安装。工位:工件在一次安装中,工件相对刀具或设备的固定部分,先后处于不同的位置上进行加工,此时一个加工位置即为一个工位。

工步:加工表面、切削刀具不变的情况下所连续完成的那部分工序。

进给/走刀:切削刀具在加工表面上切削一次所完成的工步内容。

工艺过程卡片(小批生产)、工艺卡片(中批生产)、工序卡片(大批生产),均是按工序制定的。生产类型分为:小、中、大批量生产(单件生产、成批生产、大量生产)

精基准:使用经过机械加工表面作为定位基准。

选择原则:

基准重合原则:选用被加工面设计基准作为精基准。

统一基准原则:选择一个便于作大多数其余表面的基准面的表面,要先加工该面。

互为基准原则:先以表面1为基准加工表面2,再互换,反复多次进行。

自为基准原则:选择加工表面作为定位基准。

便于装夹原则:应保证工件定位准确、可靠,尽量使夹具结构简单、操作方便。粗基准:使用未经机械加工表面作为定位基准。

选择原则:

重要表面余量均匀原则:将要求加工余量均匀的表面的毛坯面作为粗基准。

不加工面原则:对加工面与不加工面的相互位置有要求时,应以不加工面为粗基准。

余量最小表面原则:若要加工所有表面,则以加工余量最小的表面为粗基准。

便于工件装夹原则:所选粗基准面应尽可能平整、光洁、尺寸足够大,不能有缺陷。

粗基准一般不得重复使用原则

工件定位的4种情况:

完全定位:六个不定度均被限制。

不完全定位:六个不定度没有被全部限制。

欠定位:定位支承点数目少于工序加工所要求的数目,工件定位不足。

过定位:几个定位支承点重复限制一个或几个不定度。