目錄第1章緒論 2第2章金屬材料的力學性能 3第3章金屬的結構及結晶 5第4章鐵碳合金 7第5章鋼的熱處理 9第6章金屬材料與非金屬材料 12第7章鑄造 15第8章壓力加工 18第9章焊接 21第10章金屬切削原理與刀具 26第11章金屬切削機床 30第12章切削加工方法 32第13章機械加工工藝 36第14章機床夾具設計 42第15章特種加工與先進制造技術 47

第1章緒論1.簡答題（1）按照在制造過程中質量的變化，將零件制造方法分為哪三類？具體有哪些方法？答：1）將零件制造的工藝方法分為材料去除法（質量減少Δm<0）、材料成形法（質量不變，Δm=0）和材料累加法（質量增加，Δm>0）三種類型。2）材料去除法：車削、銑削、鉆削、刨削、磨削等；材料成形法：鑄造、鍛造、粉末冶金及沖壓等；材料累加法：分層實體制造、光固化立體造型、熔融沉積成形等。2.分析題（1）制造技術發展的歷史對于當時社會經濟運行和發展有哪些重要的影響？答：制造技術的發展是社會經濟發展的主要支撐。從石器時代的簡單工具到20世紀的高精度機床，人類技術的突破改變了生產能力，加速了社會經濟發展的步伐。制造技術的發展對工業化的推進和部分農牧產品的轉變方式表現出了深遠的影響。越來越高級的生產工藝和成本意識，催化了傳統農業經濟的轉變，形成了制造業、商貿業、服務業和新技術等新經濟結構，使社會經濟快速發展。制造技術的發展也促進了社會生活水平的提高。易操作、經濟高效的制造技術，不僅對人們的謀生造成正面影響，也為普羅大眾提供了更加高效、更具競爭力的服務，改變了人類生活的方式、思維模式，以及基本的生活福祉。（2）機械制造業在國民經濟中占有什么樣的位置？為什么說機械制造業是國民經濟的基礎？答：1）機械制造業是現代工業的主體，是國民經濟的支柱產業，是國家工業體系的重要基礎和國民經濟各部門的裝備部。2）在國民經濟的各個行業中所使用的各種各樣的機械儀器及工具，其性能、質量都受機械制造業生產能力、加工效率的影響。因此，機械制造業對整個工業的發展起到基礎和支撐作用，機械制造技術水平的提高對整個國民經濟的發展，以及科技、國防實力的提高有著直接和重要的影響，是衡量一個國家科技水平和綜合國力的重要標志。

第2章金屬材料的力學性能1.名詞解釋使用性能、屈服強度、上屈服強度、下屈服強度、抗拉強度、斷后伸長率、斷面收縮率、沖擊韌性、沖擊韌度、疲勞強度、物理性能、化學性能答：1）使用性能：指金屬材料在使用過程中表現出來的性能，它包括力學性能（強度、塑性、硬度、沖擊韌性、疲勞強度等）、物理性能（密度、熔點、熱膨脹性、導熱性、導電性等）以及化學性能（耐蝕性、抗氧化性等）。2）屈服強度：指當金屬材料呈現屈服現象時，在試驗期間發生塑性變形而力不增加的應力點。3）上屈服強度ReH：指試樣發生屈服而力首次下降前的最高應力。4）下屈服強度ReL：指在屈服期間不計初始瞬時效應時的最低應力。5）抗拉強度：指金屬材料抵抗外力而不致斷裂的最大應力值，用符號Rm表示。6）斷后伸長率：試樣被拉斷后標距的伸長量與原始標距的百分比，用符號A表示。7）斷面收縮率Z：指斷裂后試樣橫截面面積的最大縮減量與原始橫截面面積之比的百分率。8）沖擊韌性：指材料在沖擊載荷作用下抵抗破壞的能力，常用標準試樣的沖擊吸收能量K表示，沖擊吸收能量由沖擊試驗測得。9）沖擊韌度：將沖擊吸收能量除以試樣缺口處的橫截面面積所得之商，是材料沖擊韌性的一種力學性能指標，用符號αK表示。10）疲勞強度：材料在承受無數次應力循環而不斷裂或達到規定的循環次數才斷裂的最大應力。11）物理性能：指金屬材料在固態時所表現出來的一系列物理現象的性能，主要包括密度、熔點、熱膨脹性、導熱性、導電性和磁性等。12）化學性能：指金屬材料在室溫或高溫下抵抗外界介質對其化學侵蝕的能力。2.簡答題（1）什么是金屬材料的力學性能?根據載荷形式的不同，力學性能主要包括哪些指標?答：1）金屬的力學性能（又稱為機械性能），是指金屬材料在不同的溫度、介質等環境因素下，承受外加載荷（靜載荷、動載荷和交變載荷等）作用所表現出來的性能。2）根據載荷形式的不同，常用的力學性能指標有強度、剛度、塑性、硬度、沖擊韌性和疲勞強度等。（2）什么是塑性?衡量的指標有哪些?答：1）塑性是指材料受力時產生塑性變形而不斷裂的能力。2）工程上常用伸長率A和斷面收縮率Z來評價。（3）什么是硬度?壓入法硬度試驗常用的硬度指標有哪些?答：1）硬度是指材料表面在外力作用下，抵抗局部變形，尤其是塑性變形、壓痕或劃痕的能力，是衡量材料軟硬的指標。2）壓入法硬度試驗，按照試驗方法不同，可分為布氏硬度、洛氏硬度和維氏硬度等指標。（4）簡述布氏硬度、洛氏硬度和維氏硬度的硬度試驗原理。答：1）布氏硬度值是由布氏硬度試驗測定的，其試驗原理是：用一定直徑D的硬質合金球作為壓頭，在規定試驗力F的作用下壓入試件表面，保持規定的時間后卸除試驗力，測量試樣表面壓痕直徑d，用載荷與壓痕球形表面積的比值乘以一個常數（0.102）作為布氏硬度（HBW）值。2）洛氏硬度試驗法是將特定尺寸、形狀和材料的壓頭（錐頂角為120°的金剛石圓錐體或一定直徑的碳化鎢合金球），按照規定分兩級試驗力壓入試樣表面，初試驗力加載后測量初始壓痕深度，隨后施加主試驗力，在卸除主試驗力后保持初試驗力時測量最終壓痕深度。根據殘余壓痕深度h（最終壓痕深度和初始壓痕深度的差值）來計算洛氏硬度值。3）維氏硬度的試驗原理是用一個相對面夾角為136°的金剛石正四棱錐體壓頭，在規定試驗力F作用下壓入試樣表面，保持規定時間后，卸除試驗力，測量試樣表面壓痕兩對角線的平均長度d，進而計算出壓痕的表面積S，以0.102×F/S的數值來表示被測試試樣的硬度值，稱為維氏硬度。（5）什么是金屬材料的工藝性能，它包括哪些方面?答：1）金屬材料的工藝性能是指金屬材料在加工和制造過程中具有的某種特性。2）它包括鑄造性能、鍛造性能、壓力加工性能、焊接性能、切削加工性能和熱處理工藝性能等。3.分析計算題（1）退火低碳鋼做成的d0=10mm，L0=50mm的標準圓形短試樣經拉伸試驗，得到如下數據：載荷FeL=21100N試樣產生屈服現象，載荷加至Fm=34500N時，試樣產生頸縮現象，然后被拉斷，拉斷后試樣標距長度為Lu=65mm，斷裂處直徑為du=6mm。試求低碳鋼的抗拉強度Rm、屈服強度ReL、伸長率A、斷面收縮率Z。答：抗拉強度Rm=FmS0=34500/π（屈服強度ReL=FeLS0=21100/π（伸長率A=L斷面收縮率Z=S0-SuS0×100%=（π（d0/2）2-π（d0/2）2）/π（d0/2）2×100%=（（d0/2）2-（d0/2）（2）將一根鐵絲反復折彎會發生什么現象?分析其原因。答：將一根鐵絲反復折彎會發生：金屬材料在交變載荷下長時間工作而引起斷裂現象。原因是金屬材料表面存在微觀瑕疵裂紋，稱為疲勞源；當材料在交變載荷下工作時，疲勞源處易發生應力集中，從而使裂紋逐漸擴展，形成裂紋擴展區；當裂紋擴展不斷擴展，使得載荷超過了裂紋擴展區之外部分的強度極限時，發成脆性斷裂。（3）用標準試樣測得的金屬材料的力學性能能否直接代表材料制成零件的力學性能?為什么?答：不能直接代表。因為標準試樣測試的材料力學性能主要取決于材料的組織結構、材料的熱處理方法和零件的幾何形狀、尺寸參數和加工工藝等，這些條件決定了構件承受的環境，應力集中、應力分布影響著材料的力學性能。

第3章金屬的結構及結晶1.名詞解釋晶胞、晶粒、晶界、多晶體、過冷度、自發形核、非自發形核、同素異構轉變、合金、組元、合金系、相、組織、固溶體、間隙固溶體、置換固溶體、金屬化合物、固溶強化、合金相圖、勻晶相圖、共晶相圖答：1）晶胞：如果把所有具有相同環境的原子或原子群作為一個質點，則晶體結構可以抽象為這些質點在空間上的、周期性規則排列的空間點陣，晶胞是在空間點陣中取一單位體積（通常為六面體）作為點陣的最小組成單元。2）晶粒：由于每個小晶體都具有不規則的顆粒外形，晶粒是微小的或\o"微米_微百科"微米尺度的晶體。3）晶界：晶粒與晶粒之間的界面。4）多晶體：由于晶界是兩相鄰晶粒不同晶格方位的過渡區，所以在晶界上原子排列總是不規則的，這種由多晶粒組成的晶體結構稱為“多晶體”。5）過冷度：理論結晶溫度與實際結晶溫度之差。金屬結晶的過冷度與冷卻速度有關，冷卻速度愈快，過冷度就愈大。6）自發形核：又叫均質形核，指液態金屬絕對純凈，無任何雜質，也不和型壁接觸，只是依靠液態金屬能量的變化，由晶胚直接生核的過程。7）非自發成核：在實際生產中，金屬液體內總是存在著各種固態質點，這種依附于固態質點表面而形成晶核的過程稱為非自發成核。8）同素異構轉變：某些固態金屬在不同溫度和壓力下呈不同的晶體結構，同一種固態的純金屬（或其他單相物質），在加熱或冷卻時由一種穩定狀態變成另一種晶體結構不同的穩定狀態的轉變。9）合金：由兩種或二種以上的金屬元素或金屬元素和非金屬元素組成的具有金屬性質的物質。10）組元：組成合金的元素，組元一般指化學元素，但穩定化合物也可以看成是一個組元。11）合金系：指兩種或兩種以上元素按不同比例配制的系列不同成分的合金。12）相：在物質中，凡是成分相同，結構相同，并與其他部分以界面分開的均勻組成部分。13）組織：在金相顯微鏡下所觀察到的金屬及其合金中各種晶粒的大小、相貌和分布情況，也稱為顯微組織或金相組織。14）固溶體：當合金由液態結晶為固態后，組元間仍能相互溶解而形成的晶體相。15）間隙固溶體：溶質原子分布在溶劑晶格的間隙處而形成的固溶體。16）置換固溶體：溶劑晶格結點上的原子被溶質原子所代替的固溶體。17）固溶強化：由于形成固溶體而引起強度提高的現象。18）金屬化合物：合金組元間發生相互作用而形成具有金屬特性的一種新相。19）合金相圖：表示在平衡狀態下，合金系中的合金狀態與溫度、成分之間關系的圖解。20）二元勻晶相圖：二組元在液態和固態均能無限互溶所構成的相圖。21）共晶相圖：兩組元在液態時無限互溶，固態時有限溶解，結晶時發生共晶轉變，形成兩相機械混合物的相圖。2.簡答題（1）純金屬晶格的基本類型有哪幾種?答：金屬晶體結構有三種，即體心立方、面心立方和密排六方晶格。（2）實際金屬有哪些晶體缺陷?答：點缺陷（晶格空位、間隙原子和置換原子）、線缺陷（晶體中呈連續線狀分布的位錯）和面缺陷（晶界）三類。（3）生產中有哪些細化晶粒的方法?答：增加過冷度、變質處理、附加振動和降低澆注速度等。（4）間隙固溶體的形成條件是什么?答：當溶質與溶劑的原子直徑之比小于0.59時，可形成間隙固溶體。（5）金屬化合物相的主要性能特點及其在合金中的作用。答：化合物一般具有復雜的晶格，熔點高，硬而脆。在一個合金系中，固溶體和金屬化合物都是合金的基本相。合金中的化合物分布在固溶體相的基體上，將使合金的強度、硬度明顯提高，但塑性和韌性有所降低。3.分析題（1）純金屬結晶時，分析其冷卻曲線為什么有一段水平線段?答：純金屬結晶時，液態金屬放出熱量凝固成固態金屬過程中，溫度并不隨時間的變化而變化，直到全部液態金屬凝固成固態金屬時，溫度才隨著時間的增加而降低。即，固液二相過程中，溫度不變。所以，純金屬冷卻線有一段水平。（2）金屬的同素異構轉變與液態金屬結晶有何異同之處?答：金屬的同素異構轉變與液態金屬的結晶過程有許多相似之處：有一定的轉變溫度，轉變時都有過冷現象；放出和吸收潛熱；轉變過程也是一個形核和晶核長大的過程。例如：同素異構轉變時，由于晶界處具有較高的能量，新晶格的晶核總是在原來晶粒的晶界處形核；另外固態時原子的遷移擴散較困難，所以轉變時需要較大的過冷度；晶格的變化伴隨著金屬體積的變化，轉變時會產生較大的內應力。

第4章鐵碳合金1.名詞解釋鐵素體、奧氏體、滲碳體、珠光體、萊氏體、Fe-Fe3C相圖1）鐵素體：碳溶解在α-Fe中的間隙固溶體，常用符號F表示。具有體心立方晶格，其溶碳能力很低，常溫下僅能溶解為0.0008%的碳，在727℃時最大的溶碳能力為0.02%。稱為鐵素體或α固溶體。亞共析成分的奧氏體通過先共析析出形成鐵素體。2）奧氏體：鋼鐵的一種層片狀的顯微組織，通常是碳在面心立方晶格γ-Fe中形成的間隙固溶體。3）滲碳體：鐵與碳形成的金屬化合物，其化學式為Fe3C。滲碳體的含碳量為ωc=6.69%，熔點為1227℃。其晶格為復雜的正交晶格，硬度很高HBW=800，塑性、韌性幾乎為零，脆性很大。4）珠光體：鐵素體和滲碳體一起組成的機械混合物。碳素鋼中珠光體組織的平均碳含量約為0.77%。它的力學性能介于鐵素體和滲碳體之間，即其強度、硬度比鐵素體顯著增高，塑性、韌性比鐵素體要差，但比滲碳體要好得多。5）萊氏體：鋼鐵材料基本組織結構中的一種，常溫下為珠光體、滲碳體和共晶滲碳體的混合物。由液態鐵碳合金發生共晶轉變形成的奧氏體和滲碳體所組成，其含碳量為ωc=4.3%。6）鐵碳合金相圖：由試驗方法獲得的。wc>6.69%的鐵碳合金在工業上無使用價值，而當wc=6.69%時，鐵和碳形成較穩定的滲碳體，可作為合金的一個組元。鐵碳合金相圖就是以純鐵為一個組元，Fe3C為另一個組元組成的，故又稱為Fe-Fe3C相圖。它描述了鐵碳合金在平衡狀態下成分、溫度與組織之間的關系。2.簡答題（1）Fe-Fe3C相圖中的基本組織有哪些?答：相圖中有四個基本相，對應四個單項區，分別為：ACD以上為液相區，AESG為奧氏體區，GPQ為鐵素體區，DFK為滲碳體區。1）四個單相區：鐵素體（F）、奧氏體（A）、液相（L）和滲碳體（Fe3C）。2）五個兩相區：L+A、L+Fe3CI、A+Fe3CII、A+F、F+Fe3CⅢ。3）兩個三相區：ECF共晶線是液相、奧氏體、滲碳體的三相共存線（L、A、Fe3C），PSK共析線是奧氏體、鐵素體、滲碳體的三相共存線（A、F、Fe3C）。（2）說明一次滲碳體、二次滲碳體和三次滲碳體的區別。答：一次滲碳體是從液相中直接析出的。二次滲碳體是從奧氏體中析出的。三次滲碳體是從鐵素體中析出的。要從組織上講，一次滲碳體只有在含碳量大于2.11%的鐵碳合金（白口鐵）中才能見到。其形貌可以是大塊的板條（過共晶白口鐵中）。另外，高溫萊氏體中包含的滲碳體也可以算作一次滲碳體，因為它們也是從液相中經共晶反應析出的。二次滲碳體最典型的就是過共析鋼退火平衡組織中，沿晶界網狀分布的那些。另外，珠光體中包含的滲碳體片層也可以算作二次滲碳體，因為它們也是由奧氏體中經共析反應析出的。（3）簡述鐵碳合金相圖的應用。答：1）在選材方面的應用，鐵碳合金中隨著碳的質量分數的不同，其平衡組織各不相同，從而導致其力學性能不同，可以根據零件的不同性能要求來合理地選擇材料。2）在鑄造生產上的應用，鐵碳合金中隨著碳的質量分數的增加，其熔點是隨之下降的，工業純鐵的熔點最高，鑄鐵的熔點最低。3）在鍛壓生產上的應用，鋼在室溫時的組織為兩相混合物，塑性較差，變形困難，只有將其加熱到單相奧氏體狀態，才能獲得較低的強度、較好的塑性和較小的變形抗力，才會易于鍛壓成形。4）在焊接生產上的應用，焊接時，由于局部區域被快速加熱，故從焊縫到母材各處的溫度是不相同的，造成冷卻后的組織性能不同，強度、硬度、韌性、塑性就不均勻，從而容易在脆弱處形成損壞。5）在熱處理生產上的應用，鐵碳合金在固態加熱或冷卻過程中均有相的變化，所以對鋼和鑄鐵可以進行有相變的退火、正火、淬火和回火等熱處理。3.分析題（1）根據Fe-Fe3C相圖，說明下列現象產生的原因：①低溫萊氏體Ld答：因為萊式體組織是珠光體和滲碳體的機械混合物，本身就比單一組織差，珠光體又加上脆硬的滲碳體，更加降低了塑性程度。②加熱到1100oC，wc=0.4%的鋼能進行鍛造，wc=4%的鑄鐵不能鍛造；答：wc=0.4%的鋼，其韌性和強度在正常鍛造比例情況下可以鍛造，wc=4%是鑄鐵的含碳量，高于可段性鑄鐵的含碳量，可鍛性鑄鐵的含碳量一般不高于1.4%。③鉗工鋸高碳成分wc≥0.77%的鋼材比鋸低碳成分wc≤0.2%的鋼料費力，鋸條容易磨損；答：因為含碳量大。高碳鋼硬度高，所以鋼條容易磨損。④鋼適宜于鍛壓加工成形，而鑄鐵適宜于鑄造成形；答：因為鋼含碳量在0.0218%~%2.11之間，塑性比較大，抗拉性能比較好，而流動性不好，特別是含碳量在0.35%左右的鋼比較適宜成型加工。鑄鐵含碳量在2.11%~6.69%脆性比較大，抗壓性能比較好，而抗拉強度很小，但流動性很好，所以說鋼適宜壓力加工成型而鑄鐵適宜鑄造成型。⑤鋼鉚釘一般用低碳鋼制成。答：低碳鋼的塑性比較好，一般在生產過程中還要對鉚釘進行退火處理，消除其應力，提高韌性。所以鋼鉚釘一般用低碳鋼制成。（2）倉庫內存放的兩種同規格鋼材，其碳含量分別為：wc=0.45%，wc=0.8%，因管理不當混合在一起，試提出兩種以上方法加以鑒別。答：成分：直接分析含碳量，此法最為方便，簡捷。硬度：0.45%鋼硬度比0.8%鋼硬度低很多。組織：0.45%鋼室溫組織為鐵素體+珠光體，0.8%鋼室溫組織為珠光體，組織中不含有鐵素體，但此方法需研磨+腐蝕處理，較復雜。

第5章鋼的熱處理1.名詞解釋鋼的熱處理、等溫冷卻、連續冷卻、退火、完全退火、球化退火、等溫退火、正火、淬火、回火、調質處理、表面淬火、化學熱處理、滲碳、滲氮、碳氮共滲鋼的熱處理：將鋼在固態下施加不同的加熱、保溫和冷卻的工藝方法使鋼的內部組織結構發生變化，從而獲得所需性能的工藝過程。等溫冷卻：指將加熱到奧氏體狀態的鋼，快速冷卻到低于A1的某一溫度，并等溫停留一段時間，使奧氏體發生轉變，然后再冷卻到室溫。連續冷卻：將把加熱到奧氏體狀態的鋼，以不同的冷卻速度連續冷卻到室溫。退火：將鋼加熱到略高于或略低于臨界點（Ac1、Ac3）某一溫度，保溫一定時間，然后緩慢冷卻（一般隨爐冷卻）的熱處理工藝。完全退火：又稱為重結晶退火，是將亞共析鋼工件加熱到Ac3以上30~50°C，保溫一定時間后隨爐緩慢冷卻至600°C以下，出爐空冷至室溫的熱處理工藝。球化退火：將工件加熱到Ac?以上30~50°C，保溫一定時間后以不大于50°C/h的速度隨爐冷卻，最終獲得的組織為球狀珠光體（球狀滲碳體分布在鐵素體基體上）。等溫退火：將鋼件加熱到Ac3以上30~50°C（亞共析鋼）或Ac1以上20~40°C（共析鋼和過共析鋼），保持一定時間，使其奧氏體化和奧氏體均勻化。正火：將鋼加熱到Ac3（亞共析鋼）或Accm（共析鋼和過共析鋼）以上30~50°C，保溫后從爐中取出空冷的一種熱處理工藝。淬火：將鋼件加熱到Ac1（或Ac3）以上30~50°C，保溫后快速冷卻以獲得馬氏體或貝氏體組織的熱處理工藝。回火：將鋼重新加熱到Ac?以下某一溫度，保溫后在空氣或油中冷卻到室溫的熱處理工藝。調質：淬火加高溫回火的雙重熱處理方法，其目的是使工件具有良好的綜合機械性能。表面淬火：利用快速加熱使鋼件表層迅速達到淬火溫度，不等熱量傳到心部就立即淬火冷卻，從而使表層獲得馬氏體組織，心部仍為原始組織。化學熱處理：將工件置于適當的活性介質中加熱和保溫，使一種或幾種元素滲入工件表層，以改變其表面層的化學成分、組織和性能的熱處理工藝。滲碳：將工件放在滲碳性介質中，使其表面層滲入碳原子的一種化學熱處理工藝。滲氮：向鋼件表面滲入氮原子，形成含氮硬化層的化學熱處理過程。碳氮共滲/氮碳共滲：向鋼的表面同時滲入碳和氮的過程，以滲碳為主的稱為碳氮共滲，以滲氮為主的稱為氮碳共滲。2.簡答題（1）鋼熱處理加熱后保溫的目的是什么?答：為了使加熱材料的內外溫度一致，能夠使材料得到比較理想的性能：比如硬度、韌性、彈性、塑性等。（2）正火與退火的主要區別是什么?生產中應如何選擇正火與退火?答：正火與退火的主要區別在于溫度、冷卻速度、周期、使用效果。正火的溫度較高，退火的溫度較低。正火的冷卻速度比退火的冷卻速度快。正火的周期短，操作方便；退火的周期長，操作較麻煩。使用效果不同，在滲碳處理以后，正火能消除網狀滲碳體，退火則不能。選擇：1）從切削加工性上考慮，對于低、中碳結構鋼以正火作為預先熱處理比較合適，高碳結構鋼和工具鋼則以退火為宜。至于合金鋼，由于合金元素的加入，使鋼的硬度有所提高，故中碳以上的合金鋼一般都采用退火以改善切削性。2）從使用性能上考慮，如工件性能要求不太高，隨后不再進行淬火和回火，那么往往用正火來提高其機械性能，但若零件的形狀比較復雜，正火的冷卻速度有形成裂紋的危險，應采用退火。3）從經濟上考慮，正火比退火的生產周期短，耗能少，且操作簡便，故在可能的條件下，應優先考慮以正火代替退火。（3）常用回火有哪幾種?回火后的組織分別是什么?鋼的性能與回火溫度有何關系?答：回火分為低溫回火、中溫回火、高溫回火。低溫回火（150~150℃）得到的是回火馬氏體組織，在保存高硬度的情況下，降低鋼的淬火應力和脆性；中溫回火（350~500℃）得到的是回火托氏體組織，硬度為HRC40~50，這類組織具有高的彈性極限和屈服極限，具有較好的韌性，主要用于彈性元件等；高溫回火（500~650℃）高溫回火得到的是鐵素體+細粒滲碳體的混合物即回火索氏體組織，具有優良的綜合力學性能，多用于結構零件淬火后的回火。隨著回火溫度的升高，硬度、強度下降，而塑性、韌性提高。（4）常用的化學熱處理方法有哪幾種?各適用哪些鋼材?答：化學熱處理可分為滲碳、滲氮、碳氮共滲等。1）滲碳熱處理適用于表面要求高硬度、高耐磨性，而心部要求高韌性的零件，如齒輪、軸類、活塞銷、凸輪等。2）滲氮適用于耐磨性和精度都要求較高的零件或要求抗熱、抗蝕的耐磨件。3）中溫氣體碳氮共滲的主要目的是提高鋼的硬度、耐磨性和疲勞強度。所用的鋼大多為低碳鋼、中碳鋼或合金鋼，如20CrMnTi。主要用于汽車和機床齒輪、蝸輪、蝸桿和軸類零件。4）低溫氣體氮碳共滲以滲氮為主，碳鋼、合金鋼、鑄鐵及粉末冶金材料均可進行低溫氣體氮碳共滲處理。主要應用于模具、量具、刃具以及耐磨、承受彎曲疲勞的結構件。3.分析題（1）確定下列工件的熱處理方法：①用60鋼絲熱成形的彈簧；答：淬火+中溫回火。②用45鋼制造的軸，心部要求有良好的綜合力學性能，軸頸處要求硬而耐磨；答：調質+感應加熱淬火（軸頸處）。③用T12鋼制造的銼刀，要求硬度為60~65HRC；答：淬火+低溫回火。④鍛造過熱的60鋼鍛坯，要求細化晶粒。答：完全退火（或等溫退火）。（2）45鋼經調質處理后，硬度為240HBS，若再進行180°C回火，能否使其硬度提高?為什么?又45鋼經淬火、低溫回火后，若再進行560°C回火，能否使其硬度降低?為什么?答：45鋼經調質處理后，若再進行180℃回火，不能使其硬度提高。因為調質處理得到的組織為回火索氏體，若再進行180℃回火，不會改變回火索氏體的組織形態。45鋼經淬火、低溫回火后，若再進行560℃回火，將會使其硬度降低。因為高溫回火將使低溫回火得到的回火馬氏體組織轉變為回火索氏體組織，因而使其硬度降低。（3）根據下列零件的性能要求及技術條件選擇熱處理工藝方法：①用45鋼制作的某機床主軸，其軸頸部分和軸承接觸要求耐磨，52~56HRC，硬化層深1mm。答：整體的軸做調質處理，軸徑與軸承接觸面做高頻表面淬火。②用45鋼制作的直徑為18mm的傳動軸，要求有良好的綜合力學性能，22~25HRC，回火索氏體組織。答：調質處理。③用20CrMnTi制作的汽車傳動齒輪，要求表面高硬度、高耐磨性、58~63HRC，硬化層深0.8mm。答：滲碳淬火+低溫回火。④用65Mn制作的直徑為5mm的彈簧，要求高彈性，38~40HRC，回火托氏體。答：淬火+中溫回火。

第6章金屬材料與非金屬材料1.名詞解釋合金鋼、低合金結構鋼、合金滲碳鋼、合金調質鋼、彈簧鋼、滾動軸承鋼、高速鋼、冷作模具鋼、熱作模具鋼、特殊性能鋼、不銹鋼、耐熱鋼、耐磨鋼、鑄鐵、白口鑄鐵、麻口鑄鐵、灰鑄鐵、塑料、陶瓷、特種陶瓷、纖維復合材料、疊層復合材料合金鋼：在Fe-C合金中加入一些其他的金屬或非金屬元素構成的鋼。低合金結構鋼：又叫普通低合金鋼，是在碳素結構鋼的基礎上，加入少量（不大于3%）的合金元素冶煉而成的。合金滲碳鋼：指經過滲碳熱處理后使用的低碳合金結構鋼，具有外硬內韌的性能，用于承受沖擊的耐磨件，如汽車、拖拉機中的變速齒輪，內燃機上的凸輪軸、活塞銷等。合金調質鋼：經調質處理后具有良好的綜合機械性能的合金鋼，這類鋼含碳量一般為中碳成分wc=0.30%~0.50%。彈簧鋼：指的是制造各類彈簧及其他彈性元件的專用合金鋼。滾動軸承鋼：指制造各類滾動軸承套圈及滾動體的專用鋼。高速鋼：一種高碳高合金工具鋼，具有高的含碳量（0.70%~1.65%）冷作模具鋼：使金屬在冷態下變形或成形所使用的模具鋼，屬于高碳成分的鋼，常加入鉻、錳、鉬、釩等合金元素。熱作模具鋼：指適宜于制作對金屬進行熱變形加工的模具用的合金工具鋼，屬于中碳成分（0.5%~0.6%），具有良好的綜合機械性能，常加入錫、錳、鎳、鉬等合金元素以提高淬透性和進一步改善鋼的性能。特殊性能鋼：指具有某些特殊的物理、化學或力學性能的合金鋼。不銹鋼：指在自然環境或一定工業介質中能抵抗腐蝕作用的鋼。耐熱鋼：指在高溫下具有高的抗氧化性和高溫熱強性的鋼。它是通過在鋼中加入合金元素鉻、硅、鋁等使鋼件表面形成一層致密的、高熔點的氧化膜，抑制內部金屬繼續氧化。耐磨鋼：指在強大沖擊和擠壓條件下才能硬化的高錳鋼，其典型鋼種是ZGMn13型。它是生產中應用最廣泛的一種耐磨鋼，其主要成分的特點是高碳（0.9%~1.45%）、高錳（11%~14%）。鑄鐵：wc>2.11%（一般為2.5%~4.0%）的鐵碳合金，是以鐵、碳、硅為主要組成元素，并比碳鋼含有較多硫、磷等雜質元素的多元合金。白口鑄鐵：鑄鐵中的碳主要以滲碳體形式存在，斷口呈白亮色。灰鑄鐵：鑄鐵中的碳主要以片狀石墨的形式存在，斷口呈灰色。灰鑄鐵具有良好的鑄造性能和切削加工性能，且價格低廉，制造方便，因而應用比較廣泛。麻口鑄鐵：鑄鐵中的碳既以滲碳體形式存在，又以石墨狀態存在。斷口夾雜著白亮的游離滲碳體和暗灰色的石墨，故又稱為麻口鐵。塑料：一類以天然或合成樹脂為主要成分，加入用來改善性能的各種添加劑，在一定溫度、壓力條件下經塑制成形，并在常溫下能保持形狀不變的高分子工程材料。陶瓷：由天然或人工合成的粉狀礦物原料和化工原料組成，經過成形和高溫燒結制成的，由金屬和非金屬元素構成化合物反應生成的多晶體相固體材料。特種陶瓷：以人工化合物（如氧化物、氮化物、碳化物等）為原料制成的。因其有獨特的性能，可滿足工程上的特殊需要。纖維復合材料：主要是由纖維與樹脂復合而成的。層疊復合材料：將兩種以上不同材料層疊在一起形成的。2.簡答題（1）合金元素在鋼中的基本作用有哪些?答：增加固溶強化鋼的力學性能；增加鋼的淬透性，提高鋼的力學性能；提高鋼的抗腐蝕性能；提高鋼的高溫性能。（2）低合金結構鋼的性能有哪些特點?主要用途有哪些?答：具有良好的塑性、韌性及良好的焊接性和壓力加工性；加入合金元素，使其強度、硬度、耐蝕性比普通碳素結構鋼高。主要用于工程建筑、車輛、船舶、油罐、輸油管等。（3）對量具鋼有何要求?量具通常采用何種最終熱處理工藝?答：對量具鋼的性能要求是：高的硬度、高的耐磨性能、高的防銹性能、受溫度影響變形量小。一般都會進行淬火熱處理，還有進行冷凍處理。多次進行140~180℃的穩定處理與冷處理。使得量具的穩定性能得到保證。（4）硬質合金的種類、特點和用途。答：硬質合金按照成分和用途可以分為以下幾類：1）鎢鉬鈷硬質合金。硬度高、耐磨、抗腐蝕性能好。廣泛應用于機械加工、采礦、油田鉆頭等領域。2）鎢鈦鈷硬質合金。硬度高，耐磨、耐腐蝕性能好。廣泛應用于切削工具、鉆頭、刨刀、齒輪等領域。3）鎢鈷硬質合金。硬度高，耐磨性能好，熱穩定性好。廣泛應用于切削工具、礦山鉆頭、刨刀、切割刀片等領域。4）鎢鉻鈷硬質合金。硬度高、耐磨性能好。廣泛應用于機械加工、采礦、油田鉆頭等領域。5）鎢鎳鐵硬質合金。硬度高、耐蝕性能好。廣泛應用于電線電纜、汽車零部件、切割刀片等領域。（5）機床的床身、床腳和箱體為什么大都采用灰鑄鐵鑄造?答：由于鑄鐵在受振動時，石墨能起緩沖作用，它阻止振動的傳播，并把振動能量轉為熱能，使灰鑄鐵減振能力約比鋼大10倍，故常用作承受壓力和振動的機床的床身、床腳、箱體等零件。（6）銅合金按化學成分可分為哪幾類?答：純銅、黃銅、鑄造銅合金、青銅和白銅。（7）軸承合金應具有哪些性能要求?答：軸承合金應具有如下性能：1）良好的減摩性能。要求由軸承合金制成的軸瓦與軸之間的摩擦系數要小，并有良好的可潤滑性能；2）有一定的抗壓強度和硬度能承受轉動著的軸施于的壓力；但硬度不宜過高，以免磨損軸頸；3）塑性和沖擊韌性良好。以便能承受振動和沖擊載荷，使軸和軸承配合良好；4）表面性能好。即有良好的抗咬合性、順應性和嵌藏性；5）有良好的導熱性、耐腐蝕性和小的熱脹系數。（8）什么是復合材料?按其增強體分類時，分可分為哪幾類?答：復合材料是由兩種或兩種以上的組分材料通過適當的制備工藝復合在一起的新材料，其既保留原組分材料的特性，又具有原單一組分材料所無法獲得的或更優異的特性。強調增強體時則以增強體材料的名稱為主，如碳纖維增強復合材料、玻璃纖維增強復合材料等。按增強體的幾何形態分類可分為連續纖維增強復合材料：包括單向纖維（一維）、無緯布疊層、二維織物層合、多向編織復合材料和混雜復合材料；短纖維復合材料：晶須、短切纖維無規則地分散在基體材料中制成的復合材料；薄片增強復合材料：增強體是長與寬尺寸相近的薄片，以平面二維為增強材料與基體復合而成的復合材料。按增強纖維種類分類可分為玻璃纖維復合材料、碳纖維復合材料、有機纖維（芳香族聚酰胺纖維、芳香族聚酯纖維、高強度聚烯烴纖維等）復合材料、金屬纖維（如鎢纖維、不銹鋼絲等）復合材料、陶瓷纖維（如氧化鋁纖維、碳化硅纖維、硼纖維等）復合材料。3.分析題試比較碳素工具鋼、低合金刃具鋼和高速鋼的熱硬性，并說明高速鋼熱硬性高的主要原因。答：碳素工具鋼在溫度高于200℃時熱硬性變差；低合金刃具鋼熱硬性在300℃以下；用高速鋼熱硬性可達600℃。高速鋼熱硬性高的主要原因是高速鋼的含碳量較高，wc在0.75%～1.60%的范圍內，并含有大量的碳化物形成元素鎢、鉬、鉻、釩等。高的碳含量是為了在淬火后獲得高碳馬氏體，并保證形成足夠的碳化物，從而保證其高硬度、高的耐磨性和良好的熱硬性；鎢和鉬的作用相似（質量分數為1%的鉬相當于質量分數為2%的鎢），都能提高鋼的熱硬性。含有大量鎢或鉬的馬氏體具有很高的回火穩定性，在500～600℃的回火溫度下，因析出微細的特殊碳化物（W2C、MozC）而產生二次硬化，使鋼具有高的熱硬性，同時還提高鋼的耐磨性。

第7章鑄造1.名詞解釋液態收縮、凝固收縮、固態收縮、縮孔、縮松、熱應力、砂型鑄造、手工造型、機器造型、澆注系統、金屬型鑄造、壓力鑄造、低壓鑄造、離心鑄造、消失模鑄造答：液態收縮：液態金屬從澆注溫度到凝固開始溫度（液相線溫度）之間的收縮。凝固收縮：液態金屬從凝固開始溫度到凝固終止溫度（固相線溫度）之間的收縮。固態收縮：金屬從凝固終止溫度到室溫之間的收縮。縮孔：鑄件在冷凝過程中收縮而產生的孔洞。縮松：鑄件最后凝固的區域沒有得到液態金屬或合金的補縮形成分散和細小的縮孔。熱應力：由于鑄件壁厚不均勻、各部分冷卻速度不同，以致在同一時期鑄件各部分收縮不一致而引起的應力。砂型鑄造：使用型砂制造鑄型的鑄造方法。手工造型：全部用手工或手動工具完成造型工作的一種鑄造造型方法。機器造型：用機器完成全部或至少完成緊砂與起模操作的造型方法。澆注系統：液態金屬流入鑄型型腔的通道。金屬型鑄造：將金屬液在重力作用下，澆注入用金屬制成的鑄型中冷卻凝固而獲得鑄件的鑄造方法。壓力鑄造：將液態或半液態金屬在高壓、高速下壓入鑄型型腔，并在壓力下冷卻凝固而獲得鑄件的特種鑄造方法。。低壓鑄造：將液態金屬在低壓（0.02~0.06MPa）作用下，自下而上壓入鑄型型腔，并在一定壓力下冷卻凝固而獲得鑄件的特種鑄造方法。離心鑄造：將金屬液澆注入高速旋轉（250~1500r/min）的鑄型中，使其在離心力的作用下充填鑄型并冷卻凝固而獲得鑄件的特種鑄造方法。。消失模鑄造：用泡沫塑料模制造鑄型后不取出模樣，澆注金屬時模樣汽化消失獲得鑄件的鑄造方法。2.簡答題（1）什么是液態合金的充型能力?影響合金充型能力的工藝因素有哪些?答：液態合金充型能力是指液態合金充滿鑄型型腔，獲得形狀完整、輪廓清晰鑄件的能力。影響充型能力的因素主要有合金的流動性、鑄型性質、鑄件結構和澆注條件。（2）鑄件為什么會產生縮孔、縮松?如何防止或減少它們的危害?答：鑄件產生縮孔縮松的原因：冒口大小設計不合理，不足以補充體積收縮量；冒口設計位置不合理，沒有設計在最后凝固的位置.防止措施：1）合理設計冒口的大小與安放位置；2）必要時增加工藝補貼；3）盡量將容易產生縮孔縮松的位置放在鑄件不重要的位置。（3）什么是鑄造內應力?鑄造內應力對鑄件質量有何影響?如何減小和防止這種應力?答：鑄造內應力：鑄件在凝固之后繼續冷卻至室溫的過程中，若固態收縮受到阻礙，鑄件內部將產生內應力，稱為鑄造內應力。鑄造內應力會導致鑄件變形、破裂等。措施：1）合理地設計鑄件的結構鑄件，如設計成對稱結構，使其內應力互相平衡；采用反變形工藝；設置拉肋；2）采用同時凝固的工藝；3）時效處理。（4）典型澆注系統由哪幾個部分組成?各部分有何作用?答：典型澆注系統包括：外澆道、直澆道、橫澆道、內澆道等1）外澆道容納注入的金屬液并緩解液態金屬對砂型的沖擊。小型鑄件通常為漏斗狀（稱澆口杯），較大型鑄件為盆狀（稱澆口盆）。2）直澆道是連接外澆道與橫澆道的垂直通道，改變直澆道的高度可以改變型腔內金屬液的靜壓力從而改善液態金屬的充型能力。3）橫澆道是將直澆道的金屬液引入內澆道的水平通道，一般開在砂型的分型面上。橫澆道的主要作用是分配金屬液入內澆道和隔渣。4）內澆道直接與型腔相連，能調節金屬液流入型腔的方向和速度，調節鑄件各部分的冷卻速度。（5）砂型鑄造時鑄型中為何要有分型面?說明選擇分型面應遵循的原則。答：在砂型鑄造時，鑄型的分型面是為了分隔凹模和凸模，將在模具中成型的零件分開，以利于取出鑄件。分型面選擇原則：便于起模、簡化造型和盡量使鑄件位于同一砂箱內。（6）為什么鑄件壁的連接要采用圓角和逐步過渡的結構?答：可以避免連接處引起的熱節和應力集中，減少縮孔和裂紋。當設計鑄件的壁厚不能完全均勻時，厚壁與薄壁的聯接應采用逐步過渡的連接方法，可避免由于壁厚的突變而產生的應力集中。3.分析題（1）題圖1所示鑄件各有兩種結構，哪一種比較合理?為什么?題圖1圖a）右邊的方案較合理。原因：接頭因交叉處熱節較大，內部容易產生縮孔或縮松，內應力也難以松弛，故較易產生裂紋。右邊的封閉內腔接頭處形成交錯結構，避免了內腔連接壁之間的直接連接導致熱應力加劇，有效避免和減少了熱變形和收縮應力。圖b）右邊的方案較合理。原因：左圖中由于上下兩個圓弧凸臺影響起模，凸臺處要用活塊才能順利起模，導致造型麻煩。而右圖將兩個圓弧改為直線結構，使起模順利便捷，而且可以不用活塊造型。圖c）左邊的方案較合理。原因：右圖中頂蓋上端面為大面積的水平面，在澆注充型時不容易充滿整個平面，因而會產生澆不足和冷隔缺陷。而左圖將其改為斜錐體結構，澆注中合金液流動阻力小，充型能力強，可以較好地避免澆不足和冷隔缺陷。圖d）右邊的方案較合理。原因：左圖結構中型芯中心與分型面不重合，也與分模面不重合，只能用三箱造型，使造型工藝復雜和型芯安放困難，增加了錯箱機會。而改用右圖則使型芯中心與分型面、分模面重合，用兩箱造型即可。圖e）左邊的方案較合理。原因：左圖中鑄件壁厚較為均勻，不易產生縮松和裂紋，而且輪輻上的孔加工方便。而右圖壁厚不均勻，易產生縮松和裂紋；輪輻與輪緣和輪轂連接為銳角，會產生熱量的集聚和應力集中。圖f）右邊的方案較合理。原因：左圖中鑄件內腔為封閉空腔結構，其型芯安放較為困難、充型中排氣不暢、凝固后清砂困難。而右圖將封閉內腔改為開放結構，使上述問題迎刃而解。圖g）左邊的方案較合理。原因：右圖結構中，上部法蘭要用外型芯；內腔由于下部內環臺孔直徑較內腔小，要用內型芯造內腔；左邊橫內孔壁厚過厚及軸向過長，加上與下立壁成直交，形成交接不合理和較大的熱節存在。造型時要用三箱造型，一是造型工藝復雜，二是增加錯箱機會。左圖結構則只需用整模兩箱造型，內腔用自帶型芯結構即可，大大簡化了造型工藝。（2）下列鑄件在大批量生產時，采用什么鑄造方法為宜?鋁活塞；汽輪機葉片；大模數齒輪滾刀；車床床身；發動機缸體；大口徑鑄鐵管；汽車化油器鋼套；鑲銅軸承答：1）鋁活塞：金屬型鑄造；2）汽輪機葉片：熔模鑄造；3）大模數齒輪滾刀：熔模鑄造；4）車床床身：砂型鑄造；5）發動機缸體：壓力鑄造；6）大口徑鑄鐵管：離心鑄造；7）汽車化油器鋼套：金屬型鑄造；8）鑲銅軸承：離心鑄造。

第8章壓力加工1.名詞解釋滑移、冷變形強化、回復、冷變形、熱變形、鍛造流線、自由鍛造、鐓粗、拔長、沖孔、胎模鍛、模鍛、板料沖壓、沖裁、排樣、彎曲、拉深、成形答：滑移：晶體在切應力τ的作用下，一部分相對于另外一部分，沿著原子排列緊密的晶面（稱為滑移面）做相對運動，從而產生塑性變形。冷變形強化：金屬在室溫下塑性變形，由于內部晶粒沿變形最大方向伸長并轉動、晶格扭曲畸變以及晶內、晶間產生碎晶的綜合影響，增加了進一步滑移變形的阻力，從而引起金屬的強度、硬度上升，塑性、韌性下降的現象稱為冷變形強化（或加工硬化）。回復：將金屬加熱至一定溫度后，金屬原子的運動能力增強，由不規則的排列轉向規則的排列，晶格畸變得到緩解，內應力減小，從而部分消除冷變形強化，使強度、硬度略有下降，塑性、韌性略有上升的現象稱為回復。冷變形：金屬在室溫下塑性變形，由于內部晶粒沿變形最大方向伸長并轉動、晶格扭曲畸變以及晶內、晶間產生碎晶的綜合影響，增加了進一步滑移變形的阻力，從而引起金屬的強度、硬度上升，塑性、韌性下降的現象。熱變形：在再結晶溫度以上的變形稱為熱變形。鍛造流線：鑄錠產生塑性變形時，其基體金屬的晶粒和沿晶界分布的雜質都將沿著變形方向被拉長，變形前無方向性的雜質則呈纖維狀分布，這種結構稱為纖維組織（通常稱為鍛造流線）。自由鍛造：采用通用工具或直接在鍛造設備的上、下砥鐵間，在沖擊力或靜壓力的作用下，使坯料變形獲得鍛件的方法稱為自由鍛。鐓粗：用機械裝置加工鍛件，使坯料的整體或一部分高度減小、斷面積增大的工序。分為完全鐓粗、局部鐓粗和墊環鐓粗等。拔長：用機械裝置加工鍛件，使毛坯橫截面積減小、長度增加的鍛造工序。有平砥鐵拔長、心軸拔長、心軸擴孔等。沖孔：指利用沖擊力學傳遞裝置，在坯料上沖出通孔或不通孔的鍛造工序。沖孔有單面沖孔和雙面沖孔兩種方法有實心沖子沖孔、空心沖子沖孔、板料沖孔等。胎模鍛：在自由鍛設備上使用可移動的簡單模具生產鍛件的一種鍛造方法。模鍛：利用鍛模使坯料變形而獲得鍛件的鍛造方法。板料沖壓：在沖床上用沖模使金屬或非金屬板料產生分離或變形而獲得制件的加工方法。沖裁：將板坯在沖模刃口作用下沿封閉輪廓分離的工序，沖孔和落料都屬于沖裁。排樣：落料件在條料、帶料上的布置方法。彎曲：利用彎曲模使工件軸線彎成一定角度和曲率的成形方法。拉伸：利用模具將平板毛坯變成杯形、盒形等開口空心零件的工序。成形：用各種局部變形的方式來改變工件或坯料形狀的各種加工工藝方法，這些方法多數是在沖裁、彎曲、拉深等之后進行的，主要包括翻邊、脹形、壓筋、壓坑等。2.簡答題（1）冷變形強化對金屬組織性能及加工過程有何影響?答：冷變形能使金屬獲得較高的硬度，產品表面質量好、尺寸精度高，一般不需再切削加工。但冷變形后會產生冷變形強化，隨著變形程度的增加，加工會變得越來越困難。生產中常用冷變形來提高產品的表面質量和性能，冷沖壓、冷擠壓和冷拉等都屬于冷變形。（2）再結晶對金屬組織和性能有何影響?答：再結晶可以完全消除塑性變形引起的全部冷變形強化，并使晶粒細化，改善力學性能。（3）自由鍛造的基本工序有哪些?答：自由鍛造的基本工序是指鍛造過程中直接改變坯料形狀和尺寸的工藝過程，主要包括鐓粗、拔長、彎曲、沖孔、扭轉、錯移等。（4）什么是金屬的鍛壓性能（可鍛性）?鍛壓性能取決于哪些因素?答：材料在鍛造過程中經受塑性變形而不開裂的能力，常用塑性和變形抗力兩個指標來綜合衡量。取決于金屬的化學成分、金屬組織、變形溫度、變形速度和應力狀態。（5）鍛造流線的存在對金屬的力學性能有何影響?在機械零件設計中應如何考慮鍛造流線的問題?答：鍛造流線使金屬在性能上具有方向性，對金屬變形后的質量也有影響。鍛造流線越明顯，金屬在縱向（平行流線方向）的塑性和韌性越高，而在橫向（垂直流線方向）的塑性和韌性越低。在設計和制造零件時，應盡量使零件在工作中產生的最大正應力方向與鍛造流線方向一致，最大切應力方向與鍛造流線方向垂直，并使流線分布與零件的輪廓相符合，盡量使鍛造流線組織不被切斷。（6）模鍛與自由鍛相比有哪些特點?為什么不能取代自由鍛造?答：1）生產效率高，金屬的變形在模膛內進行，鍛件成形快，一般比自由鍛高數倍；2）鍛件尺寸精度高，加工余量小，從而節約金屬材料和切削加工的工時；3）能鍛造形狀比較復雜的鍛件；4）熱加工流線分布合理，大大提高了零件的力學性能和使用壽命；5）操作過程簡單，易于實現機械化和自動化生產，工人勞動強度低。模鍛的鍛件尺寸精確、加工余量較小、結構可以較復雜，而且生產率高。但鍛模制造周期長、成本高，而且鍛件不能太大。因此，模鍛適用于中小型鍛件的成批和大量生產。（7）模鍛件為何需有模鍛斜度、模鍛圓角和沖孔連皮?答：斜度：便于從模腔中取出鍛件。圓角：增加鍛件強度，使鍛造金屬易于充滿模腔，避免鍛模上的內尖角處產生裂紋，減緩鍛模外尖角處磨損，從而提高模具使用壽命。沖孔和留連皮：1）方便后續加工，沖孔可以在模鍛件中形成孔洞，為后續的切割、鉆孔、鉚接等加工提供方便。留連皮則可以使得模鍛件在被切割時不易變形，提高切割的精度和效率。2）提高抗拉強度。留連皮可以保留模鍛件的一部分原始材料，從而提高模鍛件的抗拉強度和硬度。3）改善氣孔問題。在模鍛件制造中，可能會產生氣孔和缺陷。通過留連皮可以有效地改善氣孔問題，提高模鍛件的質量和可靠性。（8）沖孔和落料有何異同?保證沖裁件質量的措施有哪些?答：相同點：沖孔和落料兩個工序的坯料變形分離過程和模具結構都是一樣的。不同點：目的不同，沖孔的目的是獲得帶孔的制件，落料是為了獲得具有一定的形狀和尺寸的落料件。應用領域不同，落料針對于需進一步加工工件的下料，或直接沖制出工件。沖孔，由于管材是空心筒狀毛坯，沖孔時凸、凹模接觸的管壁是孤面而不像板材那樣是平面，故需采取特殊的工藝措施及其模具結構形式。基準不同，沖孔按沖頭為基準。落料按沖孔為基準。保證沖裁件質量的措施有：選擇合適的沖頭和模具，嚴格控制過程參數，采用合理的沖頭布局，修磨模具，預熱及冷卻材料，改進模具結構，加強模具護盾等。（9）拉深時常見的缺陷有哪些?如何預防這些缺陷?答：拉深時常見的缺陷有起皺和拉裂。預防此類缺陷的措施包括：合理設計模具結構與尺寸，如設置壓邊裝置、加大凸模和凹模的圓角半徑以及模具間隙，采用適當的潤滑方式。（10）擠壓成形的工藝特點是什么?答：擠壓成形的工藝特點是：1）擠壓時金屬處于三向受壓狀態，可以提高金屬坯料塑性。2）可加工出形狀復雜、深孔、薄壁和異型斷面零件。3）擠壓變形后，零件內部纖維組織基本上沿零件外形分布而不被切斷，從而提高了零件的力學性能。4）材料利用率可達70%，生產率比其他鍛造方法提高幾倍。3.分析題（1）題圖1所示的零件在單件、小批量及大批量生產時應選擇何種鍛造方法?題圖1答：單件生產時均可采用自由鍛。小批量生產時均可采用胎膜鍛。大批量生產時鍛件a選用平鍛機上鍛造，鍛件b和c選用錘上模鍛。（2）用題圖2所示板料毛坯拉深圖b或c圖零件時，哪個較難成形?為什么?題圖2答：圖b較難成形，深度大，直徑小，拉伸變形量大。

第9章焊接1.名詞解釋焊接、熔焊、壓焊、釬焊、焊條電弧焊、焊芯、埋弧焊、氬弧焊、CO2氣體保護焊、氣焊、電渣焊、電阻焊、點焊、縫焊、對焊、摩擦焊1）焊接：通過加熱或加壓（或兩者并用），使焊件形成原子（分子）間結合的一種成形方法，是一種不可拆卸的永久性連接方法，可以使用（或不用）填充材料。2）熔化焊（熔焊）：利用局部加熱的手段，將工件的焊接處加熱到熔化狀態，形成熔池，然后冷卻結晶，形成焊縫的焊接方法。3）壓力焊（壓焊）：在焊接過程中對工件加壓（加熱或不加熱）完成焊接的方法。4）釬焊：利用熔點比母材低的填充金屬熔化以后，填充接頭間隙并與固態的母材相互擴散實現連接的焊接方法。5）焊條電弧焊：用手工操縱焊條進行焊接的電弧焊方法，也稱手弧焊。6）焊芯：一根具有一定長度與直徑的專用鋼絲，稱為焊絲，如H08A、H08MnA等。7）埋弧焊：電弧在焊劑層下燃燒進行焊接的方法，也稱埋弧自動焊。8）CO2氣體保護焊：以CO2氣體作為保護介質的氣體保護焊方法。9）氣焊：是利用氧氣與可燃性氣體（最常用的是乙炔氣）混合燃燒產生的高溫火焰，熔化金屬，進行焊接的一種加工方法。10）電渣焊：利用電流通過熔渣所產生的電阻熱作為熱源，將填充金屬和母材熔化，凝固后形成金屬原子間牢固連接的焊接方法。11）電阻焊：利用電流通過工件及其接觸處所產生的電阻熱，將工件加熱至塑性狀態或局部熔化狀態，然后在一定壓力下實現連接的焊接方法。12）點焊：利用柱狀電極加壓、通電，將搭接好的工件逐點焊合的電阻焊方法。13）縫焊：焊件裝配成搭接或對接接頭并置于兩滾輪電極之間，滾輪加壓焊件并轉動，連續或斷續送電，形成一條連續焊縫的電阻焊方法。14）對焊：利用電阻熱將兩個對接好的工件在整個斷面上進行焊接的一種電阻焊方法，對焊采用對接接頭形式。15）摩擦焊：利用兩個相對高速旋轉工件的斷面接觸摩擦而產生的熱量，將金屬斷面加熱至塑性狀態，然后迅速加壓使工件連接的焊接方法。2.簡答題（1）焊接變形的基本形式有哪些?如何預防和矯正焊接變形?答：焊接變形的基本形式：1）縱向和橫向收縮變形；2）角變形；3）彎曲變形；4）扭曲變形；5）波浪變形。預防和矯正焊接變形：1）機械矯正法，利用外力使構件產生與焊接變形方向相反的塑性變形，使兩者相互抵消。這種方法效率高，質量也好。2）火焰加熱矯正法，利用火焰局部加熱時產生的壓縮塑性變形，使較長的金屬在冷卻后產生的收穩定擴展。（2）產生焊接應力和變形的原因是什么?焊接應力是否一定要消除?消除焊接應力的方法有哪些?答：焊件局部不均勻加熱和冷卻，膨脹和收縮受到牽制，相關部位產生焊接應力并出現變形。只要有焊接就會有焊接應力，但是，并不是所有的焊接件都需要消除應力的。是否需要消除焊接應力主要取決于焊接件的要求，一般，如果是連接焊縫，由于焊縫受力不大，就不需要；但是如果是工作焊縫，焊縫承受載荷較大，如壓力容器，就需要消除應力。焊接應力消除措施：1）使用錘擊的辦法，來控制殘留的應力。這種情況下，焊接殘余應力是在焊縫冷卻收縮時產生的，因而在焊接時使用小錘慶強的敲擊焊縫和周邊的反誣，便可讓金屬展開，降低產生的應力。2）利用震動的方法，將產生的應力給消除。構件的承受荷載在達到一定數值后，且經過數次的循環加載，方可讓結構中的應力降低。且這種方法，需要的成本是比較簡單的，時間也短，需要的成本也比較少。3）用加熱減應區法，來消除產生的應力。就是在焊接的過程中，通過阻礙焊接區伸縮位置的加熱，讓其達到伸縮、膨脹，以達到消除焊接應力的目的。不過要選對加熱的部位才行。4）降低構件的局部剛度，來控制焊接應力。在焊接的時候，可以通過專業的工藝措施，將焊接位置的剛度適當的降低，是能夠消除產生的應力。5）使用預熱法，達到降低應力的目的。在構件上，產生的溫差是比較大的，導致應力也會更大，因而可以進行預加熱，控制好溫差，也就是減小了焊接的應力。6）使用高溫回火法，來降低或消除應力。構件的殘留應力，最高是可以與材料的屈服值一樣，而金屬的屈服值會隨著溫度的升高而降低，也就是說，升高溫度，可降低應力。（3）何謂焊接性?影響焊接性的因素是什么?如何來衡量鋼材的焊接性?答：焊接性是金屬材料對焊接加工的適應性，主要指在一定的焊接條件下，獲得優質焊接接頭的難易程度。焊接性的影響因素有：焊接材料、焊接方法、構件類型及使用要求等，包含工藝焊接性和使用焊接性兩方面的內容。一般常用碳當量法估算可焊性，即把影響焊接性能的元素對可焊性的影響折算為碳的影響相當的量。（4）焊條藥皮有什么作用?酸性焊條和堿性焊條的區別是什么?它們各用在什么場合?答：藥皮的主要作用：1）藥皮中的穩弧劑可以使電弧穩定燃燒，飛濺少，焊縫成形好。2）藥皮中有造氣劑，熔化時釋放的氣體可以隔離空氣，保護電弧空間。藥皮中的造渣劑熔化后產生熔渣。熔渣覆蓋在熔池上可以保護熔池。3）藥皮中有脫氧劑（主要是錳鐵、硅鐵、鈦鐵等）、合金添加劑，通過冶金反應，可以去除有害雜質。添加合金元素，可以改善焊縫的力學性能。堿性焊條中的氟石CaF2可以通過冶金反應去氫。區別：1）酸性焊條能交直流兩用，工藝性能較好，但焊縫的力學性能，沖擊韌度較差。2）堿性焊條的焊縫具有良好的抗裂性和力學性能，但工藝性能較差，堿性焊條脫硫、脫磷能力強，藥皮有去氫作用。焊接接頭含氫量很低，又稱為低氫型焊條。場合：焊接重要的結構，如壓力容器、橋梁等，或所焊對象的焊接性能較差、結構剛度大、工件厚度大易產生裂紋時，應該選用堿性焊條。焊接一般的結構可選用酸性焊條。（5）焊接接頭由哪幾部分組成?并以低碳鋼為例，說明熱影響區中各區段的組織和力學性能的變化情況。答：焊接接頭由焊縫、熔合區和熱影響區組成。焊接過程中，材料因受熱的影響（但未熔化）而發生金相組織和力學性能變化的區域。低碳鋼的焊接接頭熱影響區包括過熱區、相變重結晶區、不完全重結晶區。1）過熱區。具有過熱組織或晶粒顯著粗大的區域，