新编工程材料及机械制造基础习题答案

新编工程材料及机械制造基础习题答案内容摘要：

有什么特点。 比强度和比模量高，抗疲劳性能和抗断裂性能好，减 摩、耐磨、减振性能优良。 金属基复合材料具有高韧性和抗热冲击性能。 另外，复合材料还具有耐辐射性、蠕变性能高以及特殊的光、电、磁性能。 1常用的增强纤维有哪些。 试比较它们的性能特点。 1与纤维增强塑料相比，纤维增强金属在性能上有何特点。 举例说明它们的用途。 1比较玻璃钢、碳 纤维增强塑料、硼纤维增强塑料、碳化纤维增强塑料和 Kevlar纤维增强塑料的性能特点，举例说明它们的用途。 10 1纳米材料具有什么样的性能特点。 纳米材料指在一维方向上的线度在 1~100nm 之间的单元和由此单元作结构单元的材料，其具 有小尺寸效应、表面效应和 量子效应。 1未来材料有何特点。 其发展方向是什么。 第六章 失效及选 材 （ P79） 零件的失效形式主要有哪些。 分析零件失效的主要目的是什么。 零件的失效形式： 变形、断裂、腐蚀、磨损。 分析零件失效的主要目的是为了：正确的设计零件的结构形式、尺寸；正确的选择材料；正确的制订零件的加工工艺；正确的安装 及 使用零件。 2.、 选择零件材料应遵守哪些原则。 在利用手册上的力学性能数据时应注意哪些问题。 选择零件材料应遵守：使用原则、工艺原则和经济性原则。 在利用手册上的力学性能数据时应注意 零件的使用 性能，由零件的工作应力、使用寿命或安全性与力学性能指标的关系，确定对力学性能指标要求的具体数字。 试述常用力学指标在选材中的意义。 可根据零件的的工作条件、失效形式及其对力学性能的要求进行选材。 塑性材料考虑屈服强度，脆性材料考虑抗拉强度。 零件的使用要求包括哪些。 以车床主轴为例说明其使用要求。 包括力学性能、工作温度、工作介质及其它特殊性能。 车床主轴： １）受弯曲、扭转。 ２）承受的应力和冲击不大，运转平稳。 ３）滑动轴承、锥孔、外圆锥面处应有一定的耐磨性。 试确定下列齿轮的材料，并确定热处理方式。 （ 1）承受冲击的高速齿轮： 选用 20CrMnTi 钢。 锻造后正火，机加工后进行渗碳+高频淬火 +低温回火，以提高表面硬和耐磨性。 （ 2）小模数表用无润滑小齿轮： 选用 45，调质。 （ 3）农用受力小、无润滑大型直齿圆柱齿轮：选用 QT5007，正火。 分析断裂韧度在选材 中的意义。 断裂韧度是材料抵抗裂纹扩展的能力。 一般零件 在制造过程中都会或多或少的存在某种缺陷和裂纹，有的重要零件或生产周期长、生产成本高的零件，为保证安全及减少废品率，应选择断裂韧度好的材料。 今有一储存液化气的压力容器，工作温度为 196℃，试回答下列问题，并说明理由。 （ 1）低温压力容器要求材料具有哪些力学性能。 低温下保持一定的韧性和强度，以满足容器的使用要求。 （ 2）在下列材料中选择何种材料较为合适。 低温合金高强度钢：奥氏体不锈钢：变形铝合金；黄铜；钛合金；工程塑料。 选择 低温合金高强度钢（奥氏体不锈钢 、变形铝合金 ） ，因此压力容器为低温压力容器，在 196℃时要承受一定压力，需材料在低温下具有较高的强度 和韧性，低温合金高强度钢（奥氏体不锈钢） 具有这种性能。 选择下列零件的材料并说明理由，制定加工工艺路线并说明各热处理工序的作用。 机床主轴；镗床镗杆；燃气轮主轴；汽车、拖拉机曲轴；中压汽轮机后叶片；钟表齿轮；内燃机的火花塞；赛艇艇身。 11 第七章 铸造 (P109) １、 什么是液态合金的充型能力。 它对铸件质量有何影响。 与合金的流动性有何关系。 化学成分对合金的流动性有何影响。 充型能力：液态合金充满铸腔，获得形状完整、轮廓清晰铸件的能力。 充型能力强能获得质量好的铸件。 合金的流动性好， 充型能力强，反之充型能力强弱。 纯金属和共晶成分的合金在恒定温度下凝固，已凝固层和未凝固层之间界面分明、光滑，对未凝固液体阻力小，流动性好，结晶温度范围窄的合金流动性好。 ２、 既然提高浇注温度能提高 合金的充型能力，为何又要防止浇注温度太高。 因浇注温度太高，合金液体在铸腔中液态收缩与凝固收缩的量大，易产生缩孔与缩松。 液态合金浇入铸型后要经历哪几个收缩阶段。 对铸件质量各有何影响。 铸造模样尺寸与哪个收缩阶段密切相关。 液态合金浇入铸型后要经历： 液态收缩 ；凝固收缩 ；固态收缩等三个收缩阶段。 液态收缩 ，体积的缩小仅表现为型腔内液面的降低； 凝固收缩引起铸件的缩孔与缩松 ； 固态收缩引起铸件的内应力、变形，甚至裂纹。 铸造摸样尺寸与固态收缩 密切相关。 铸件中缩孔和缩松是如何形成的。 根本原因何在。 如何防止铸件的缩孔和缩松。 从工艺上看哪种更难防止。 为什么。 合金液体在逐层凝固时，因内部体积的收缩并得不到液体合金的补充，产生缩孔。 合金液体在糊状凝固时，因内部体积的收缩并得不到液体合金的补充，产生缩松。 从工艺上看 缩松 更难防止 ，因缩孔可采用顺序凝固方法使其产生在冒口中。 而缩松 是糊状凝固的产物，在糊状凝固时， 已凝固的金属表面粗糙，阻碍液体金属的流动，收缩所需金属液体更难得到补充。 生产上经常采用哪些方法来确定缩孔的位置。 合理的安置冒口和冷铁的位置，使铸件按预定方向顺序凝固。 何谓顺序凝 固原理。 何谓同时凝固原理从工艺上如何实现这两种凝固原理。 它们各适用 于 甚么场合。 顺序凝固原则：通过设置冷铁、布置浇、冒口位置等措施。 保证铸件各部按照远离冒口的位置最先凝固，然后朝冒口的方向顺序凝固，使冒口最后凝固的凝固原则。 同时凝固原则：通过设置冷铁、布置浇口 和冒口的 位置等措施．使铸件各部分温差尽可能小的凝固过程。 顺序凝固原则 适用于 铸件壁厚 ， 易产生 缩孔和缩松 的合金。 同时凝固原则 适用于壁厚 均匀 ， 结晶温度范围宽， 致密度要求不高的的铸件， 以防止铸件的内应力、变形及裂纹。 铸造内应力分为哪几类。 热应力是如何 形成的。 在铸件不同部位的应力状态如何。 铸造内应力分为热应力和机械 应力。 热应力是 由于铸件壁厚不均．各部分的冷却速度不一致，收缩量不同 ， 铸件内部彼此相互制约 产生 的应力。 厚部、心部受拉应力。 薄部、表面受压应力，。 如何防止铸件的变形。 铸件变形是由于内部存在内应力，铸件处于一种不稳定 状态， 厚的部分受拉应力， 12 薄的部分受压应力。 当应力超过屈服极限铸件本身总是力图通过变形来减缓内应力，铸件产生变形。 防止铸件的变形 ： 1）铸件的结构尽可能对称； 2）铸件的壁厚尽可能均匀； 3）采用同时凝固原则； 4）采用 时效处理。 球墨铸铁在化学成分、力学性能和铸造工艺方面有何特点。 化学成分： wc=～ ％． Wsi=～ ％、 wMn=～ ％， ws＜ ％，wP＜ ％， wRe=～ ％。 力学性能：抗拉强度、塑性、韧性、疲劳强度较高。 铸造性能良好，在浇注前需向铁液中加入适量的球化剂和孕育剂，使碳呈球状析出。 分析如图 749 所示的槽型铸件的热应力形成过程，标出最终热应力状态，并用虚线画出 铸件的变形方向。 在固态收缩过程中，由于下部温度下降得快，上部与下部收缩不 均匀，所以产生热应力。 最终热应力为上拉下压。 变形方向为沿对称轴向上凸。 1铸造工艺图包括哪些内容。 试确定如图 750 所示的机床床身的分型面和浇注位置，并说明原因。 铸造工艺图包括：铸件的浇注位置，分型面，型芯的数量、形状及固定方法，加工余量，起模斜度、收缩率，浇注系统，冒口，冷铁的尺寸及布置，砂箱形状及尺寸等。 1图 751 所示的三种铸件应采用何种手工造型方法。 试确定它们的分型面和浇注位置。 13 1 熔模铸造有何优缺点。 和实型铸造相比有哪些不同。 优缺点：（１）可生产形状复杂及薄壁铸件； （２） 铸件尺寸精度高、表面质量好 ；（３）适应性广 ； （４）工艺过程复杂、不易控制，生产周期长，铸型的制造费用高，铸件不宜太大。 与实型铸造相比 ， 工艺较复杂，需要两次造型，两次浇注，且不易控制 ；使用和消耗的材料较贵。 1金属型铸造、压力铸造、反压铸造和挤压铸造有何不同。 金属型铸造： 依靠合金液重力将熔融金属浇入金属铸型而获得铸件的方法。 压力铸造：将熔融金属在压铸机中以高速压射入金属铸型内，并结晶的铸造方法。 反压铸造：用较低的压力使金属液自下而上充填型腔，并在压力下结晶以获得铸件的铸造方法。 挤压铸造：对定量浇 入铸型型腔中的液态金属施加较大的机械压力，使其成形、凝固获得零件毛坯的一种工艺方法。 1离心浇注有何优缺点。 主要适用于哪些场合 优点：工艺简单，铸件组织致密，无缩孔、气孔、夹渣等缺陷，力学性能好，便于铸造“双金属”铸件，铸造合金的种类不受限制。 缺点：铸件内表面质量差，孔的尺寸不易控制。 主要适用于大批量生产灰铸铁及球墨铸铁管、汽缸套及滑动轴承等中空件，也可浇注刀具、齿轮等成形铸件。 1在大批量生产时，铝活塞、照相机机身、机床机身、大直径铸铁管、汽轮机叶片和薄壁波导管最适宜采用哪一种铸造方法。 铝活塞 、汽轮机叶片适宜采用 反压铸造； 照相机机身适宜采用 压力铸造； 机床机身适宜采用砂型铸造； 大直径铸铁管、薄壁波导管适宜采用离心铸造 1什么是铸件的最小壁厚。 为何要规定铸件的最小壁厚。 是否铸件壁厚越大越好。 铸件的最小壁厚指某种合金在一定的铸造工艺下能得到合格铸件的壁厚的最小值。 如果铸件的壁厚小于规定的最小壁厚，铸件将可能出现浇不到等缺陷，而成为废品。 铸件壁厚不是越大越好，而是根据使用要求选取，并需大于铸件的最小壁厚。 1为什么要设计铸件的结构圆角。 图 752 铸件的结构设计是否合理。 如不合理，在不改变分型面 和浇注位置的前提下 加以修改。 为便于造型，避免铸件在尖角处产生裂纹和应力集中，避免因尖角在浇注时造成冲砂 、砂眼和黏砂等缺陷。 图 752 铸件的结构设计不合理，孔不应该有 上 部圆角，或者不铸出孔。 1指出如图 753 所示铸件结构不合理之处，并加以改正。 14 为什么要设计铸件的结构斜度。 铸件的结构斜度与起模斜度有何异同。 为方便起模和避免损坏砂型。 铸件的结构斜度 是从使用角度考虑设计的，而起模斜度是考虑铸造工艺要求附加的，如铸件的结构斜度大于起模斜度，可不在考虑与起模斜度。 第八章 压力加工（ 151） １、 常用的金属压力加工方法有哪些。 各有何特点。 （ 1） 轧制：使金属坯料通过 一对回转轧辊间的空隙产生变形。 （ 2） 挤压：使金属坯料从挤压模的模孔中挤出而变形。 （ 3） 拉拔：将金属坯料从拉拔模的模孔中拉出而变形。 （ 4） 自由锻：将金属坯料放在上下砧板间受冲击力或压力而变形。 （ 5） 模锻：将金属坯料放在模锻模膛内受冲击力或压力而变形。 （ 6） 板料冲压：利用冲模，使金属板料产生分离或变形。 为什么弹簧丝都采用冷拉、冷卷成形。 在拉制过程中为什么被拉过模孔而截面缩小的钢丝 其截面不会再缩小，也不会被拉断。 冷拉簧丝 在冷拉过程中受挤压，表面形成压应力 ， 有利 于提高疲劳强度。 弹簧主要受剪应力，而冷拉簧丝纤维组织沿轴向分布，垂直于剪应力方向，有利于承受剪应力。 冷卷成形 是为了保持冷拉簧丝的特点。 被拉过模孔而截面缩小的钢丝其截面不会再缩小，也不会被拉断，是因为在模孔的挤压下，金属发生冷变形，材料的强度、硬度提高，塑性和韧性下降的原因。 纤维组织是如何形成的。 它的存在有何利弊。 设计零件时如何合理利用纤维组织。 通过热变形时材料内部的夹杂物及其他非基体物质，沿塑性变形方向形成纤维组织。 它使材料顺纤维 方向的强度、塑性和韧性增加，垂直纤维方向的同类性能下降 ，力学性能 出现各向异性。 设计零件时应使纤维组织沿拉 最大正 应力方向，而 最大 剪应力 垂直于纤维方向 ， 并尽可能使纤维方向沿零件的轮廓分布而不被切断。 何谓冷变形和热变形。 纯铅丝和纯铁丝反复折弯会发生什么现象。 为什么。 材料在再结晶温度以下变形称为冷变形，反之为热变形。 纯铅丝和纯铁丝反复折弯会发生加工硬化（即强度、硬度增加，塑性、韧性下降）现象。 这是因为金属在外力作用下产生塑性变形，晶体与晶体间发生位移，使位错阻力增加所至。 15 何谓金属的可锻性。 影响可锻性的因素有哪些。 金属的可锻性 (锻造性能 ):是衡量材料压力加工难易程 度的工艺性能。 包括塑性和变形抗力。 影响可锻性的因素有： （ 1）金属的化学成分；（ 2）金属的组织结构；（ 3）变形温度； （ 4）变形速度；（３）应力状态。 为什么锻件的力学性能常优于铸件。 因为热变形可使金属的致密度提高，细化组织，提高其力学性能。 为什么重要的轴类锻件在锻造过程中均安排有鐓 粗工序。 为提高零件的锻造比，以提高纤维组织的明显程度及材料的致密度， 破碎铸造状态下的树枝状组织，细化晶粒， 达到提高其力学性能的目的。 在图 854所示的两种砧铁上拔长时，其效果有何不同。 图 a 比图 b 效果好，图 a材料在 V 型砧铁作用下受压面较多，有利于纤维组织的形成和 阻碍 内部缺陷 的产生和扩展。 图 b材料在平砧铁材料表面层在两侧处于拉应力状态，容易产生垂直方向的裂。