非金属材料的分类

三、简答题（本题2小题,每小题10分,共20分 ）

1、某定型生产的薄壁铸铁件，投产以来质量基本稳定，但最近一段时期浇 不足和冷隔缺陷突然增多，试分析原因。

本题 得分 共10页 第 1 页

流动性和浇注环境的改变;影响金属流动性主要是合金的化学成分，因此很可能是胚料的化学成分发生了变化，远离了共晶成分点

浇注条件：1、型沙反复使用后，由于新沙比较少，含泥量增加，使型砂透气性降低，引起铸型中气体增多，使充型能力下降2、炉中出铁以后停留时间过长，或由于气候原因环境温度过低，导致浇注温度降低，充型能力下降3、铸型含水量增加，浇注后气体增加，使充型能力下降 2、能否将冲制孔径为40

0.16

＋0.16

mm工件的冲孔模改制成冲制外径为40-

工件的落料模？

凹

落料： D冲孔： d可

＝(Dmax-x△)+δ

凹

D

凸

＝（ D

凹

－min)-δ+Zmin)+δ

凸凹

凸

＝（dmin+x△)-δ

见

凸

d凹＝(d

凸

：

落料时凹模直径是最小的，主要为了磨损到一定程度，冲裁件还可用； 同

理

，

冲

孔

时

凸

模

尺

寸

是

最

大

的

，

凸模可改，但凹模不能改。因为若将冲孔模改成落料模，则d凹>D凹，间隙落在凹模上，尺寸太大。

四、读图题(本题2小题，共20分)

1、画出T8钢的过冷奥氏体等温转变曲线：为获得以下组织，在右侧表格中 本题 填写出应采用什么冷却方式；在等温转变曲线上画出冷却曲线示意图。 （1）索氏体 （2）托氏体+马氏体+残余奥氏体

（3）下贝氏体+残余奥氏体 （4）托氏体+马氏体+下贝氏体+残余奥氏体 （5）马氏体+残余奥氏体

得分

1 1 2 3 4 5 热处理方式 正火 油淬 等温淬火 分级淬火 水淬 共10页 第 2 页

3 5 2 4 组织 S T＋M＋A残 B下＋ A残 T＋M＋B下＋A残 M＋A残

2、下图为轴承座铸件，材料为HT250，请画出大批生产时的铸造工艺图（可在下图中直接绘制）。

五、计算题(本题1小题，共10分) 一个二元共晶转变如下：

L(ωB=75%)→α(ωB =15%)+β(ωB =95%)

(1) 求ωB =50%的合金结晶刚结束时的各组织组分和各相组分的相对量。 (2) 若显微组织中初晶β与共晶(α+β)各占50％，求该合金的成分

本题 得分

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(1) 组织组成： Wα=(75-50)/(75-15)=41.7％ Wα+β=(50-15)/(75-15)=58.3％ 相组成 Wα=（95-50）/(95+5)=56.3％ Wβ=(50-15)/(95+5)=43.7％ (2) WP=(X-75)/(95-75)=50％ 所以X=85 W(α+β)=(95-X)/(95-75)=50％ 所以X=85 三、简答题（本题2小题,每小题10分,共20分 ） 1、什么是钢的回火脆性？如何避免？ 淬火合金钢在某一温度范围内时出现冲击韧度，剧烈下降现象，称为回火脆性 第一类回火脆性在350℃附近回火时碳钢合金钢都会出现冲击韧度下降产生脆化现象无法消除第二类回火脆性淬火合金钢出现在450~650℃回火时出现的回火脆性，它与杂质在奥氏体晶界上的偏折有关，消除方法：回火后快速冷却使杂质来不及在晶界上偏折，对于大截面工件在钢中加入Ww=1%或Wm=0.5%回火缓冷中不发生 四、读图题(本题2小题，共20分) 1、附图所示为四种不同材料的应力-应变曲线（1-4），试比较这四种材料 的抗拉强度、屈服强度（屈服点）、刚度和塑性（分别用σb、σS、E和δ 表1) 示）本题 得分 本题 得分 。σb:2＞1＞3＞4 2) σs1＞3＞2＞4 E:1＞3＞2＞4 3）4) δ:3＞2＞4＞1

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五、计算题(本题1小题，共10分) 分析在缓慢冷却条件下， T10钢的冷却过程和室温组织组成，并计算室温 下组织的相对量。 本题 得分 A L+A A P T10钢 Wp=6.69-1/6.69-0.77=96.1% WFeC2=1-0.77/6.69-0.77=3.9% 非金属材料的分类：有机高分子材料，无机非金属材料，复合材料 焊接：以电弧焊和电阻焊为起点 正接：焊件与焊机的正极相连，焊条与负极相连 反接：焊条与焊机的正极相连，焊件与负极相连 塑料的分类： ㈠ 按树脂受热的行为分为热塑性和热固性 ① 热塑性特点：受热软化、熔融，具有可塑，冷却后坚硬，再受热又可软化，可溶解在溶剂中 ② 热固性特点：热固性塑料一次成型后，性质稳定，不再溶于溶剂中，受热不变形、不软化、不能回收。 现代材料成形技术可拓展为一切物理、化学、冶金、原理制造机器部件和结构或改进机器

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部件化学成分、微观组织及性能，并尽可能采用复合制造，绿色制造、信息化制造获得毛坯或零件的现代制造方法 强度指材料抵抗变形和断裂的能力 抗拉强度：ζb材料被拉断前的最大承载能力 屈服强度：ζs材料在外力作用下开始产生的塑性变形时的最低应力，即材料抗微量塑性变形的能力 性高 弹性模量：E(E=ζ/ε)称为弹性模量，即引起单位弹性变形所需要的应力，ζe为材料不产生永久变形是所能承受的最大应力，称为弹性极限。ε应变 伸长率：塑性的大小用伸长率δ和断面收缩率ψ表示 δ=（L－L0）／L0×100％ ζb看图上的最高点 ζs看最平的那段 E是op的斜率 硬度是指金属材料表面抵抗其他硬物体压入的能力，他是衡量金属材料软硬程度的指标 冲击韧度：常用一次摇锤冲击弯曲试验来测定金属材料的冲击韧度，其测定方法是按GB229－1984制成带U形缺口的标准试样，将其有质量G的摇锤举至高度H，使之自由落下，将试样冲断后，摇锤升至高度h，如试样断口处的截面积为S(cm2),则冲击韧度为 ak＝G(H－h) ／S 冲击韧度值取决于其塑性并与温度有关，低温冲击性能好 金属的充型性能与金属本身的流动性有关，温度、含水量、气体增加、沙含泥、透气性差 凝固方式分为三种：逐层凝固方法、体积凝固方法、体积凝固方法 逐层凝固方法：岁温度下降固体层不断加厚，逐步达到中间 体积凝固方法：合金结晶，温度范围很宽，某一段时间内，其凝固区域很宽，甚至贯穿整个铸件断面，而表面温度尚高于ts 体积凝固方法：结晶温度范围很窄，或因铸件断面的温度梯度大 锻造方法、几种锻造的意思、选择设备制造 常见几种锻造方法：自由锻、模锻、胎膜锻 ① 自由锻：利用冲击力或者静压力使经过加热的金属在锻压设备的上、下 间的，向四周自由流动产生塑性变形，获得所需锻件的加工方法 设备：锻锤、液压机 空气锤锤击：用于锻造100kg以下的 蒸汽-空气锤：用于锻造1500kg以下的 液压机：用于锻造300kg以下的 ② 模锻：模型锻造，是指将加热后的金属坯料放在锻模模膛使坯料受压变形，从而获得 ζp0.2非比例伸长与原标距长度比为0.2％时的应力 ζs与ζb的比值称为屈强比，一般在0.65~0.75,屈强比小的，可靠

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锻件的方法 设备:锤上模锻和压力机上模锻 模锻锤：锻造0.5~150kg的模锻件 压力机上模锻：曲柄压力机、平锻机、摩擦压力机 ③ 胎膜锻：胎膜锻是在自由锻设备上使用可移动磨具生产锻件的一种锻造方法 常用的胎膜有扣膜、摔膜、套膜、弯曲模 焊接性与含碳量的关系： C＜0.4％焊接性能好，不需要预热 C＝0.4％~0.6％焊接时需要预热 C＞0.6％焊接性差，需要较高温度预热 锻造性与含碳量的关系： ① 低碳钢比高碳钢的锻造性能好 ② 纯金属比合金的锻造性能好 ③ 相同含碳量的钢比合金钢的锻造性好 几种常见的晶格类型；每一种晶格的常见元素 ⑴ 体心立方晶格：α—Fe，铬（Cr），銆（Mo），钒（U），钨（W） ⑵ 面心立方晶格：γ— Fe，铝（Al），铜（Cu），银（Ag），镍（Ni），金（Au） ⑶ 密排六方晶格：镁（mg），锌（Zn），铍（Be），镉（Cd） 回火 低温回火：马氏体——高硬度、耐磨——刀具、量具、冷冲模具、滚动轴承、 渗碳工件 中温回火：托式体——高韧度——弹簧、锻模 高温回火：索氏体——综合性能——传动轴承、齿轮、传递连杆 缩孔及缩松：铸件凝固结束后，常常在某些部位出现孔洞，大而集中的孔洞称为缩孔；细小而分散的孔洞称为缩松；这些可使铸件力学性能气密性和物理、化学性能大大降低。 避免：在铸件凝固过程中，建立良好的补缩条件，尽可能的使缩松转化为缩孔，并使缩孔出现在最后凝固的地方，这样铸件最后凝固的地方安置一定尺寸的冒口，使缩孔集中于冒口，或者把浇口开在凝固后的地方，直接补，就可以获得健全的铸件 ⑴缩松转化为缩孔的方法：①尽可能选择凝固区域窄的合金，使合金逐层凝固②对一些凝固较宽的合金，可选用增大凝固温度梯度的方法 晶体的三种强化方法： 固溶强化 弥散强化 细晶强化 8．什么是固溶强化？造成固溶强化的原因是什么？ 答：形成固溶体使金属强度和硬度提高，塑性和韧性略有下降的现象称为固溶强化。 固溶体随着溶质原子的溶入晶格发生畸变。晶格畸变随溶质原子浓度的提高而增大。晶格畸变增大位错运动的阻力，使金属的滑移变形变得更加困难，从而提高合金的强度和硬度。 回火脆性：淬火合金钢在某一温度范围内回火时，出现冲击韧度，剧烈下降现象，称为回

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火脆性 第一类回火脆性：在350℃附近回火时，碳钢和合金钢都会出现冲击韧度下降，产生催化现象 第二类回火脆性：淬火合金钢在450到650℃，回火时出现的回火脆性 A、 A3、Acm。是碳钢极缓慢地加热或冷却时的相变温度线，是平衡临界点 实际加热时各临界点的位置分别为图中的Ac1上时，珠光体p转化或是具有面心立方晶格的奥氏体（A） 当温度超过Accm或是Ac3时并保持温度较长时间先共析相奥氏体转变，或溶解才能获得均匀的单项奥氏体 简答题： 2. 灰铸铁流动性好的主要原因是什么？提高金属流动性的主要工艺措施是什么？ 答：灰铸铁流动性好的原因是石墨呈片状形式存在，碳的质量分数高，有共晶成分，熔点较低。 提高金属流动性的主要工艺措施是较高的浇注温度。 4. 定向凝固和同时凝固方法分别解决哪种铸造缺陷？请举例各分析几种应用情况。 答：①定向凝固解决的缺陷：冒口补缩作用好，可防止缩孔和缩松，铸件致密。 同时凝固解决的缺陷：凝固期间不容易产生热裂，凝固后也不易引起应力变形，由于不用冒口或冒口很小而节省金属，简化工艺，减少工作量。 ②正确布置浇注系统的引入位置，确定合理的浇注工艺；采用冒口；采用补贴；采用具有不同蓄热系数的造型材料或冷缺。 9. 铸件、模样、零件三者在尺寸上有何区别，为什么? 答：模样是考虑收缩率后将零件尺寸按一定比例放大后所做的，相当于我们常说的模子；然后用模样做成铸型，做好后将模样取出，进行浇注；就做出来铸件。 铸件相当于零件的毛坯，由于考虑到加工因素，因此铸件的尺寸要比较零件大如果去掉浇冒口后进行一定加工后就是零件了 所以三者的尺寸关系为：模样>铸件>零件 11.能否将冲制孔径为40＋0.16 mm工件的冲孔模改制成冲制外径为40-0.16工件的落料模？ 落料： D凹＝(Dmax-x△)+δ可见： 落料时凹模直径是最小的，主要为了磨损到一定程度，冲裁件还可用； 同理，冲孔时凸模尺寸是最大的， 凸模可改，但凹模不能改。因为若将冲孔模改成落料模，则d凹>D凹，间隙落在凹模上，尺寸太大。 15.在成批大量生产外径为40mm，内径为20mm，板厚为4mm，精度为IT9的垫圈时，请示意画出（1）连续模，（2）复合模简图，请计算凸凹模尺寸并标在简图上。已知：冲裁件公差为0.02mm,凹模公差为0.01mm，凸模公差为0.01mm。 （按照尺寸入体原则）Dmax=40mm, dmin=20mm, Zmin=4×6%=0.24 凹 D凸＝（ D凹－min)-δ凸 冲孔： d凸＝（dmin+x△)-δ凸 d凹＝(d凸+Zmin)+δ凹

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△=0.02mm, x=1, δ凹＝0.01mm, δ凸＝0.01mm 落料： D凹＝（Dmax-x△ ）+δ凹＝(40-1×0.02) ＋0.01＝39.98＋0.01 mm D凸＝（D凹－Zmin)－δ凸＝（39.98-0.24) -0.01＝39.74-0.01 mm 冲孔： d凸=(dmin+x△)－δ凸＝（20+0.02) -0.01 ＝20.02-0.01mm d凹=(d凸+Zmin)+δ凹＝(20.02+0.24)＋0.01＝20.26＋0.01 mm 课后作业： 19．指出下列工件淬火及回火温度，并说明回火后获得的组织： （1）45钢小轴（要求综合力学性能好）；（2）60钢弹簧；（3）T12钢锉刀。 答：（1）AC3+（30-50）℃淬火，（820-840）℃回火（高温），回火索氏体。 （2）（400-600）℃淬火，（350-500）℃回火（中温），回火托氏体。 （3）（760-780）℃淬火，250℃以下回火（低温），回火马氏体。 2.图1-79为五种材料的应力-应变曲线：①45钢，②铝青铜，③35钢，④硬铝，⑤纯铜。试问：

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（1） 当外加应力为300MPa时，各材料处于什么状态？ （2） 有一用35钢制作的杆，使用中发现弹性弯曲较大，如改用45钢制作该杆，能否减少弹性变形？ （3） 有一用35钢制作的杆，使用中发现塑性变形较大，如改用45钢制作该杆，能否减少塑性变形？ 答：（1）①45钢：弹性变形 ②铝青铜：塑性变形 ③35钢：屈服状态 ④硬铝：塑性变形 ⑤纯铜：断裂。 （2）不能，弹性变形与弹性模量E有关，由E=ζ/ε可以看出在同样的条件下45钢的弹性模量要大，所以不能减少弹性变形。 （3）能，当35钢处于塑性变形阶段时，45钢可能处在弹性或塑性变形之间，且无论处于何种阶段，45钢变形长度明显低于35钢，所以能减少塑性变形。 计算题： 9．将20kg纯铜与30kg纯镍熔化后缓慢冷却到如图1-80所示温度T1，求此时： （1）两相的成分； （2）两相的重量比；（3）各相的相对重量 （4）各相的重量。

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