工程材料与成形技术基础实验报告

第一篇：工程材料与成形技术基础实验报告

实验

一、金属材料的硬度实验

一、实验类型

验证性

二、实验目的

1、了解硬度测定的基本原理及应用范围。

2、了解布氏、洛氏硬度试验机的主要结构及操作方法。

三、实验仪器与设备

1、HB-3000型布氏硬度试验机；

2、H-100型洛低硬度试验机；

3、读数放大鏡；

四、实验内容：

金属的硬度可以认为是金属材料表面在接触应力作用下抵抗塑性变形的一种能力。硬度测量能够给出金属材料软硬程度的数量概念。由于在金属表面以下不同深处材料所承受的应力和所发生的变形程度不同，因而硬度值可以综合地反映压痕附近局部体积内金属的弹性、微量塑变抗力、塑变强化能力以及大量形变抗力。硬度值越高，表明金属抵抗塑性变形能力越大，材料产生塑性变形就越困难。另外，硬度与其它机械性能（如强调指标b及塑性指标和）之间有着一定的内在联系，所以从某种意义上说硬度的大小对于机械零件或工具的使用性能及寿命具有决定性意义。

硬度的试验方法很多，在机械工业中广泛采用压入法来测定硬度，压入法又可分为布氏硬度、洛氏硬度、维氏硬度等。

压入法硬度试验的主要特点是：

（1）试验时应力状态最软（即最大切应力远远大于最大正应力），因而不论是塑性材料还是脆性材料均能发生塑性变形。

（2）金属的硬度与强调指标之间存在如下近似关系。

bKHB

（3）硬度值对材料的耐磨性、疲劳强度等性能也有定性的参考价值，通常硬度值高，这些性能也就好。在机械零件设计图纸上对机械性能的技术要求，往往只标注硬度值，其原因就在于此。

（4）硬度测定后由于仅在金属表面局部体系内产生很小压痕，并不损坏零件，因而适合于成品检验。（5）设备简单，操作迅速方便。

布氏硬度（HB）：

（一）布氏硬度试验的基本原理

布氏硬度试验是施加一定大小的载荷P,将直径为D的钢球压入被测金属表面（如图1-1所示）保持一定时间，然后卸除载荷，根据钢球在金属表面上所压出的凹痕面积F凹求出平均应力值，以此作为硬度值的计量指标，并用符号HB表示。

其计算公式如下：

HBP/F凹

根据压痕面积和球面之比等于压痕深度h和钢球直径之比的几何关系，可知压痕部分的球面积为：

F凹Dh

（1-2）

由于测量压痕直径d要比测定压痕深度h容易，故可将（1-2）式中h改换为d来表示，这可根据图1-1（b）中Oab的关系求出：

12Dh12(D2)(2d2)2

h(DDd)2

2（1-3）

将式（1-2）和（1-3）代入式（1-1）即得：

HBPDh2PD(DDd)22

（1-4）

式中只有d是变数，故只需测出压痕直径d，根据已知D和P值就可计算出HB值。在实际测量时，可由测出之压痕直径d直接查表得到HB值。

（三）布氏硬度试验机的结构和操作

1、HB-3000型布氏硬度试验机的外形结构如图1-2所示。其主要部件及作用如下。

（1）机体与工作台：硬度机有铸铁机体，在机体前台面上安装了丝杠座，其中装有丝杠，丝杠上装立柱和工作台，可上下移动。

（2）杠杆机构：杠杆系统通过电动机可将载荷自动加在试样上。（3）压轴部分：用以保证工作时试样与压头中心对准。

（4）减速器部分：带动曲柄及曲柄连杆，在电机转动及反转时，将载荷加到压轴上或从压轴上卸除。（5）换向开关系统：是控制电机回转方向的装置，使加、卸载荷自动进行。

2、操作程序：

（1）将试样放在工作台上，顺时针转动手轮，使压头压向试样表面直至手轮对下面螺母产生相对运动为止。

（2）按动加载按钮，启动电动机，即开始加载荷。此时因紧压螺钉已拧松，圆盘并不转动，当红色指示灯闪亮时，迅速拧紧紧压螺钉，使圆盘转动。达到所要求的持续时间后，转动即自动停止。

（3）逆时针转动手轮降下工作台，取下试样用读数显微镜测出压痕直径d值，以此值查表即得HB值。洛氏硬度（HR）：

（一）洛氏硬度试验的基本原理

洛氏硬度同布氏硬度一样也属于压入硬度法，但它不是测定压痕面积，而是根据压痕深度来确定硬度值指标。

洛氏硬度测定时，需要先后两次施加载荷（预载荷和主载荷），预加载荷的目的是使压头与试样表面接触良好，以保证测量结果准确。0-0位置为未加载荷时的压头位置，此时压入深度为h1,2-2位置为加上主载荷后的位置，此时压入深度为h2，h2包括由加载所引起的弹性变形和塑性变形，此时压头的实际压入深度为h3。洛氏硬度就是以主载荷所引起的残余压入深度（h=h3-h1）来表示。洛氏硬度的试验规范：

洛氏硬度值的计算公式如下： HRK(h3h1)0.002

（三）洛氏硬度试验机的结构和操作

1、H-100型杠杆式洛氏硬度试验机的结构如图1-4所示，其主要部分及作用如下：

（1）机体及工作台：试验机有坚固的铸铁机体，在机体前面安装有不同形状的工作台，通过手轮的转动，借助螺杆的上下移动而使工作台上升或下降。

（2）加载机构：由加载杠杆（横杆）及挂重架（纵杆）等组成，通过杠杆系统将载荷传至压头而压入试样，借扇形齿轮的转动可完成加载和卸载任务。

（3）千分表指示盘：通过刻度盘指示各种不同的硬度值（如图1-5所示）。

2、操作规程如下：

（1）根据试样预期硬度按表1-2确定压头和载荷，并装入试验机。

（2）将符合要求的试样放置在试样台上，顺时针转动手轮，使试样与压头缓慢接触，直至表盘小指针指到“0”为止，此时即已预加载荷10kgf。然后将表盘大指针调整至零点（HRA、HRC零点为0，HRB零点为30）。此时压头位置即为图1-3中的1-1位置。

（3）按动按钮，平稳地加上主载荷。当表盘中大指针反向旋转若干格并停止时，持续8~4秒（此时压头位置为图1-3中的2-2位置），再顺时针旋转摇柄，直至自锁为止，即卸除主载荷。此时大指针退回若干格，这说明弹性变形得到恢复，指针所指位置反映了压痕的实际深度（此时压头位置相当于图1-3中的3-3位置）。由表盘上可直接读出洛氏硬度值，HRA、HRC读外圈黑刻度，HRB读内圈红刻度。

（4）逆时针旋转手轮，取出试样，测试完毕。

五、实验方法与步骤

1、分成两大组，分别进行布氏和洛氏硬度试验，并相互轮换。

2、在进行试验操作前必须事先阅读并弄清布氏和洛低硬度试验机的结构及注意事项。

3、按照规定的操作顺序测定试样的硬度值（HB和HRC）。

4、注意事项

1）试样两端要平行，表面应平整，若有油污或氧化皮，可用砂纸打磨，以免影响测试。2）圆柱形试样应放在带有“V”型槽的工作台上操作，以防试样滚动。3）加载时应细心操作，以免损坏压头。

4）加预载荷（10kgf）时若发现阻力太大，应停止加载，立即报告，检查原因。5）测完硬度值，卸掉载荷后，必须使压头完全离开试样后再取下试样。

6）金刚钻压头系贵重物件，质硬而脆，使用时要小心谨慎，严禁与试样或其它物件碰撞。

7）应根据硬度试验机使用范围，按规定合理选用不同的载荷和压头，超过使用范围将不能获得准确的硬度值。

实验二 金属相图的观察

一.实验类型

验证性

二.实验目的

了解金属相图在显微镜下的图形

三.实验内容 1．试样制备

要在金相显微镜下对金属的组织进行观察和摄影，必须制备平整、光亮、清洁、无划痕、并用适当的方法显示出真实组织的试样

(1)手工磨样

试样在金相砂纸上由粗到细磨制。磨样时用力均匀，待磨面上旧磨痕消失，新磨痕均匀一致时就更换细一号的砂纸，并且试样转90o再磨。一般磨制到4号（粒度800）砂纸即可。

(2)抛光

本实验采用机械抛光的方法。PG－2金相制样抛光机

在专用的抛光机上进行，抛光织物（如呢料、金丝绒等）固定在抛光盘上，洒以抛光粉悬浮液，试样轻压于旋转的抛光盘上。靠嵌于抛光织物中的抛光粉的磨削作用和滚压作用，得到平整、光亮无划痕的磨面。

(3)化学浸蚀

试样在浸蚀剂作用下，组织中电位低的部分为阳极，电位高的部分为阴极，低电位处于溶解较快而呈现凹陷从而显示出组织特征。碳钢常用3~4%硝酸酒精溶液浸蚀。

2．观察金相显微组织

制好的试样放在显微镜下观察。使用显微镜时，动作轻、速度慢，由低倍到高倍进行观察，结合试样热处理工艺，观察与分析组织。

选择能说明组织特征的典型视场，确定合适的放大倍数及图象采集。

第二篇：材料成形技术基础习题

金属材料力学性能部分

一、填空题

1.材料力学性能指标有：（）、（）、（）、（）、（）、（）。

2.拉伸试验可以用来测试（）、（）、（）。3.塑性可由（）和（）两种方式是表示。4.硬度表示方法有三种，分别是：（）、（）、（）。5.布什硬度的压头有两种，（）和（）。6.一个洛氏硬度单位是（）mm。

二、判断题

1.面收缩率表示塑性比伸长率表示塑性跟接近真实变形。（）2.疲劳强度的单位是KPa/m2。（）

3.布氏硬度计适合测量灰铸铁、非铁合金及较软的钢材。（）4.洛氏硬度是根据压痕直径测试材料硬度值。（）

三、单项选择题

1.布氏硬度的符号是：

A、HA B、HB C、HC D、HD 2.布氏硬度符号中，HBS表示：

A、压头是淬火钢球 B、压头是硬质合金 C、压头是高铬铸铁 3.洛氏硬度的符号是：

A、HL B、HN C、HR D、HQ

四、简答题

1.什么是材料的刚度？

2.什么是材料的强度？什么是屈服强度？什么是抗拉强度？

3.什么是材料的塑性？

4.什么是材料的冲击韧性？

5.什么是材料的疲劳强度？

6.“520HBW10/1000/30”的含义是？

7.三种硬度的测量标准有何不同？

D、压头是金刚石

铁碳相图部分

一、填空题

1.纯铁的同素异构体有（）、（）、（）。2.共晶反应的方程式是（）。3.共析反应的方程式是（）。4.包晶反应的方程式是（）。5.亚共析钢和过共析钢的碳含量分界点是（）。

6.亚共晶白口铁和过共晶白口铁的碳含量分界点是（）。7.奥氏体最大含碳量为（）。8.铁素体最大含碳量为（）。

二、判断题

1.实际讨论的铁碳相图的含碳量范围是0.0008~6.69%。（）2.莱氏体的物相包括α-Fe和Fe3C。（）3.珠光体的物相包括α-Fe和Fe3C。（）4.初生奥氏体存在于过共析钢中。（）

5.珠光体的组织特征是平行线状黑白交替的铁素体和渗碳体。（）6.板条状渗碳体出现在过共晶白口铁中。（）

三、简答题

1.什么是铁素体？它的特征是什么？

2.什么是奥氏体？它的特征是什么？

3.什么是渗碳体？它的特征是什么？

四、计算题

根据铁碳相图计算含碳量为0.5%，0.77%，1.2%，2.11%，3%，4.3%，5%的常温下各组织的含量？各物相的含量？

热处理部分

一、填空题

1.普通热处理有四种，分别是：（）、（）、（）、（）。

2.冷却的方式分两大类，即（）和（）。3.连续冷却的方式有多种，比如：（）、（）、（）和（）。

4.共析碳钢TTT曲线中，高温转变区转变终止产物为（），中温转变区转变终止产物为（），低温转变区转变终止产物为（）。5.珠光体型组织根据片层厚薄不同，可以分为（）、（）、（）。

6.上贝氏体的形态为（）。7.下贝氏体的形态为（）。

8.马氏体分为（）和（），又称为（）和（）。

9.热处理分为预备热处理和最终热处理两种，预备热处理有（）、（），最终热处理有（）、（）。

二、判断题

1.根据片层厚度由厚到薄排列顺序为：珠光体>索氏体>托氏体。（）

2.上贝氏体除了强度、硬度较高外，塑性、韧性也较好，即具有良好的综合力学性能，是生产上常用的强化组织之一。（）

3.马氏体中碳含量小于0.2%时，组织为板条马氏体。（）

三、简答题

1.什么是热处理？

2.影响奥氏体晶粒长大的因素有哪些？

3.什么是过冷奥氏体？

4.什么是孕育期？

5.珠光体、贝氏体和马氏体的组织形态特征分别是什么？

6.马氏体转变的特点有哪些？

7.什么是退火？退火的目的是什么？

8.什么是正火？

9.什么是淬火？淬火的目的是什么？

10.什么是回火，回火的目的是什么？

11.为什么过共析钢的淬火温度为 Ac1+30-50℃？

12.淬透性的定义是什么？

13.淬硬性的定义是什么？

铸造部分

一、填空题

1．合金流动性差，浇注时铸件容易产生（）和（）的缺陷。2．在铸件的凝固过程中，铸件的凝固方式有（）和中间凝固以及（）三种方式。

3．液态合金在冷凝过程中，若其液态收缩和凝固收缩所减的容积得不到补足，则在铸件最后凝固的部位形成一些空洞。按照空洞的大小和分布，可将其分为（）和（）两类。

4．要使缩孔进入冒口，就要实现（）凝固的原则，使冒口（）凝固。

5．铸件热裂的特征是裂纹短，缝隙宽，形状（），缝内呈（）色。6．铸件由于壁厚不同，冷却速度不同，收缩不同，所以容易产生内应力，通常室温下厚壁受（）应力，而薄壁受（）应力。

7．由于合金的液态收缩和凝固收缩，易使铸件产生（）缺陷，防止此缺陷的工艺方法是实现（）凝固。8．影响铸铁石墨化的因素是：（）和（）。

9．灰口铸铁和可锻铸铁以及球墨铸铁三种铸铁在强度相同的前提下，塑性和韧性最好的是（）铸铁，次之是可锻铸铁，最差的是（）铸铁。

10．可锻铸铁的制取方法是，先浇注成（）铸铁件，然后进行长时间的（）。

11．KTH300—06是（）铸铁，其石墨形态为（）。

12．QT400—17是（）铸铁，其石墨形态为球状，“400”表示最低抗拉强度为400MPa,“17”表示（）。

13.手工整模造型的特点是分形面选在零件的（），模样做成整体，不但造型过程简单，而且铸件不产生（）等缺陷。

14．普通车床床身毛坯铸造浇注时，导轨面应该朝（），钳工用工作台浇注时其大平面应该朝（）。

15．型心头可分为（）和（）两大类。

16．下列铸件在批量生产时，最合适的铸造方法是：大口径铸铁污水管用（）铸造；汽车用铝合金活塞用（）铸造。

17．离心铸造必须在离心铸造机上进行，根据铸型旋转轴空间位置的不同，离心铸造机可分为（）和（）两大类。

二、判断题

1．浇注温度越高，合金的流动性越好，因此，为了防止浇不足缺陷，浇注温度越高越好。2．合金的铸造性能是一种机械性能。

3．HT200，ZG45，ZCuSn5Zn5Pb5，QT600—03等几种材料中，铸造性能最好的是HT200。

4．铸件在凝固收缩阶段受阻时,会在铸件内部产生内应力。

5．铸造合金的液态收缩使铸件产生应力和变形。

6．收缩是合金的物理本性，对正常浇注温度下已定成分的合金，其收缩是不可避免的，收缩的体积也是不能改变的，因此，铸件的缩孔是不可避免的。

7．与灰口铸铁相比，铸钢具有良好的机械性能和铸造性能。8．化学成分是影响铸铁组织与性能的唯一因素。

9．合金的结晶温度范围愈大，合金的铸造性能愈好。

10．合金的固态收缩使铸件产生缩孔和缩松。

11．铸件由于壁厚不同，冷却速度不同，收缩不同，所以容易产生内应力，通常室温下厚壁受拉应力；而薄壁受压应力。

12．在保证铸型充满的前提下，生产中广泛采用高温出炉，低温浇注的生产工艺。13．灰口铸铁的强度随着截面积的增加而增加。14．孕育铸铁件上厚大截面的性能比较均匀。

15.铸铁中的石墨呈片状时，在石墨片的尖角处容易造成应力集中，从而使铸铁的抗拉强度低、韧性几乎为零。

16．由于铸造生产的发展，砂型铸造将逐步被特种铸造方法所取代。17．可锻铸铁是适合生产形状复杂经受振动的厚壁铸件。

18．特种铸造在特种条件下具有先进性,但不能完全代替砂型铸造。19．对铸件需要切削加工的重要表面铸造时应朝上放置。

三、单项选择题

1．合金的流动性差会使铸件产生下列何种铸造缺陷（）

A.偏析 B.冷隔

C.应力

D.变形

2．下列零件中最适合用灰口铸铁制造的是

（）

A.汽车活塞

B.轧辊

C.压力机曲轴

D.车床床身

3．被广泛用来制造机床床身.机器底座的灰口铸铁因为有良好的（）

A.低的缺口敏感性 B.切削加工性 C.减振性

D.耐磨性

4．设计薄壁铸件有“最小壁厚”的规定，主要根据是（）

A.合金的流动性B.合金的收缩性C.合金的抗裂性D.合金的吸气性 5．常用的铸造合金中流动性最好的是（）

A.可锻铸铁

B.灰口铸铁

C.球墨铸铁

D.白口铸铁

6．常用鑄造合金中收缩性最小的是

（）

A.灰口铸铁 B.可锻铸铁

C.球墨铸铁

D.铸钢

7．在相同的工艺条件下，流动性最好的合金是（）

A.共晶合金成分

B.亚共晶合金成分

C.过共晶合金成分

D.结晶间隔宽的合金

8．不同的铸造合金，其最小壁厚的规定不同，主要是根据合金的（）A.流动性B.收缩性C.吸气性

D.氧化性

9．以下牌号的铸造合金中，σb最高的是

（）

A.HT150 B.QT500—07

C.KTH300—06 D.KTZ450—06

10．用HT150生产一壁厚不均匀的铸件，该铸件在（）的强度与牌号中的强度值近似。

A.壁厚10mm左右B.壁厚30mm左右C.壁厚50mm左右D.任意地方

11．可代替铸钢的铸铁有

（）

A.孕育铸铁 B.球墨铸铁 C.白口铸铁

D.灰口铸铁

12．兵马俑铜车马的驮手铜像，按真人1/10的尺寸进行缩小复制，最合适的铸造方法是（）

A.砂型铸造

B.金属型铸造 C.熔摸铸造

D.压力铸造

13．生产普通车床床身应采用

（）

A.熔模铸造

B.砂型铸造C.压力铸造

D.低压铸造 14．设计铸件结构时其分型面尽量选择

（）

A.对称平面

B.曲面

C.最大截面

D.最小平面 15．目前砂型铸造方法应用广泛的主要原因是

（）

A.生产过程简单B.适应性广 C.铸件机械性能好D.生产率低

16．大量生产铝合金照相机壳，应采用的制造方法是（）

A.金属型铸造成形

B.压力铸造成形

C.冲压拉深成形

D.冲压焊接成形

17．生产内腔形状复杂的钢件，毛坯的加工方法用

（）

A.焊接

B.铸造

C.锻造

D.冲压

18．为了提高铸铁件的强度，在不改变壁厚的情况下，常采用的措施是

（）

A.增设拔模斜度

B.增设铸造圆角

C.增设加强筋或改变截面形状

D.改变壁薄厚过渡

19．灰口铸铁壁越厚，其强度越低，这主要是由于壁越厚铸件易产生缩孔、缩松，同时由于（）

A.晶粒粗大

B.气孔越大C.冷隔越严重D.浇不足越厉害

20．大量生产气轮机叶片应采用的铸造方法是（）

A.熔模铸造

B.金属型铸造 C.压力铸造

D.砂型铸造

四、简答题

1.下列铸件的结构工艺性是否合理？若不合理，请说明理由，并在原图上进行修改

或另画出合理图形。

2.如图所示轧钢机导轮铸钢零件，铸造中出现缩孔，试分析原因；并说明采取的防止措施。

3.大批量生产下图所示灰铸铁零件，铸造毛坯要求不使用型芯和活块，采用两箱造型，请修改此零件结构设计中的不合理之处，并重新画出修改后的零件图，标出分型面和浇注位置。

焊接部分

一、名词解释

1、焊接

2、熔化焊

3、压力焊

4、钎焊

5、焊接接头

6、焊接热影响区（HAZ）

7、焊接坡口

8、焊接性

二、简答或论述

1、焊接的基本原理是什么？与其他连接工艺（例如铆接或螺纹连接）有何优势和缺点？

2、主要的焊接方法有哪些？具体要求有何不同？

3、常规的熔焊接头可以分为几个区？为什么说焊接接头是一个组织及力学性能不均匀体？

4、绘图示意说明常见的焊接接头及焊接坡口的型式

5、焊条电弧焊的原理、优缺点及适用场合

6、埋弧焊的原理、优缺点及适用场合

7、钨极氩弧焊的原理、特点及适用场合

8、CO2气体保护焊的原理、特点、适用场合

9、简述焊接中所用的焊条、焊丝、焊剂及氩气、CO2的主要作用

10、电子束焊和激光焊的特点和适用范围

11、什么是焊接电弧，焊接电弧可以分为那几个区域，温度分布有何特点？

12、什么是熔滴过渡，一般分为哪几种形式？

13、电阻焊方法可以分为哪几类，其基本原理和适用场合是什么？

14、什么是摩擦焊？可以分为哪些种类？

15、钎焊的基本原理是什么？可以分为哪些种类？

16、焊接热过程有何特点？

17、低碳钢焊接热影响区的形成及其对焊接接头的影响

18、焊接残余应力和变形产生的原因是什么？有何危害？有哪些消除或防止措施？

19、防止焊接结构脆性断裂，可以从哪些方面入手？

20、影响材料的焊接性的因素有哪些？评价材料的焊接性有哪些方法？

21、试比较一下低碳钢与低合金高强钢的焊接性的不同

22、焊接结构生产的一般工艺流程包括哪些？

三、分析题

1、如图所示低压容器，材料为20钢，板厚为15mm，小批量生产，试为焊缝A、B、C选择合适的焊接方法，并简要说明选择理由。

2、分析下图中所示焊接结构哪组合理，并说明理由。

锻造部分

一、填空题

1.金属的加工硬化是指塑性变形后其机械性能中强度和硬度（），而塑性和韧性（）的现象。

2.金属经塑性变形后，强度升高塑性下降的现象称为（），它可以通过（）方法消除。

3.金属产生加工硬化后的回复温度T回=（）T熔(金属熔化的绝对温度);再结晶温度T再=（）T熔。

4.锻造时对金属加热的目的是（）和（）。

5.45钢合理的锻造温度范围是（），在此温度区间，该钢的组织主要是（）。

6.碳钢随含碳量增加，其锻压性能变（），高碳钢的始锻温度比低碳钢的始锻温度（）。

7.衡量金属可锻性的两个指标是（）和（）。

8.影响金属可锻性的因素归纳起来有（）和（）两大方面。

9.金属在塑性变形过程中三个方向承受的（）数目越多，则金属的塑性越好，（）的数目越多，则金属的塑性越差。

10．锤上模锻的终锻模膛设飞边槽的作用是（）和（）以及保护模膛等。

11．模锻件的分模面即上下模在锻件上的（）,为了便于模锻件从模膛中取出，锻件沿锤击方向的表面要有一定的（）。

12．板料冲压的基本工序可分为（）和（）两大类。

13．板料落料时，凹模的尺寸（）落料件的尺寸，而凸模的尺寸小于落料件的尺寸；板料冲孔时，凸模的尺寸（）孔的尺寸，而凹模的尺寸大于孔的尺寸。14．板料拉深时拉深系数m愈小，板料的变形量愈（），故多次拉深时，m 应愈取愈（）。

15．为使弯曲后角度准确，设计板料弯曲模时考虑到（）现象，应使模具的角度比需要的角度（）。

16．板料弯曲时，弯曲线应（）纤维组织，弯曲方向应（）纤维组织。

17．板料冲压基本工序冲孔和落料是属于（）工序；而拉深和弯曲则属于（）工序。

18.按照挤压时金属流动方向和凸模运动方向之间的关系，挤压可分为（）、（）、（）和（）。

19、锻造前金属加热的目的是为了提高（），降低（），并使（）均匀。

二、判断题

1.滑移是金属塑性变形的主要方式。

2.变形金属经再结晶后不仅可以改变晶粒形状，而且可以改变晶体结构。3.钨的熔点为3380℃，当钨在1200℃变形时，属于冷变形。

4.金属存在纤维组织时，沿纤维方向较垂直纎维方向具有较高的强度，较低的塑性。5.锻造纤维组织的稳定性很高，故只能用热处理的方法加以消除。

6.金属材料凡在加热条件下的加工变形称为热变形，而在室温下的加工变形称为冷变形。7.钢料经冷变形后产生加工硬化而提高强度，钢锭经锻造热变形后因无加工硬化，故机械性能没有改善。

8.自由锻不但适用于单件,小批生产中锻造形状简单的锻件,而且是锻造中型锻件唯一的方法。

9.模型锻造比自由锻造有许多优点,所以模锻生产适合于小型锻件的大批大量生产。

10.胎膜锻造比自由锻造提高了质量和生产率，故适用于大件，大批量的生产。

11．带孔的锻件在空气锤上自由锻造时，孔中都要预留有冲孔连皮，而于锻后冲去。

12．自由锻造可以锻造内腔形状复杂的锻件。

13．锤上模锻可以直接锻出有通孔的锻件。

14．自由锻件上不应设计出锥体或斜面的结构，也不应设计出加强筋，凸台，工字型截面或空间曲线型截面，这些结构难以用自由锻方法获得。

15．锤上模锻时，终锻模膛必须要有飞边槽。

16．锻造时，对坯料加热的目的是提高塑性和降低变形抗力，所以，加热温度越高越好。

17．制定锻件图时，添加敷料是为了便于切削加工。

18．曲柄压力机上的模锻不能进行拔长.滚压等制坯工序

19．在空气锤上自由锻造有孔的锻件时，都不能锻出通孔，而必须留有冲孔连皮，待锻后冲去。

20．板料冲压的弯曲变形，其弯曲的半径越大，则变形程度越大。选择题

1.钢料锻前加热必须避免

（）

A.氧化皮

B.热应力

C.过烧

D.脱碳

2.锻件坯料加热时产生的过热现象主要指（）

A.晶界形成氧化层

B.晶界杂质熔化

C.晶粒急剧变粗

D.晶粒细化

3.滑移总是沿着（）晶面和晶向进行。

A.与外力成45度的B.密排

C.非密排

D.任意的

4.设计零件时的最大工作切应力方向最好与钢料纤维组织方向成（）

A.0度

B.30度

C.45度

D.90度

5.金属经过冷变形后，有（）现象。

A.加工硬化

B.回复

C.再结晶

D.晶粒长大

6.经冷轧后的15钢钢板，要求降低硬度，采用的热处理方法是

（）

A.再结晶退火 B.去应力退火 C.完全退火 D.球化退火 7.为了提高锻件的承载能力，应该

（）

A.用热处理方法消除纤维组织

B.使工作时的正应力与纤维方向垂直

C.使工作时的切应力与纤维方向一致

D.使工作时的正应力与纤维方向一致

8.冷变形强化现象是指金属冷变形后

（）

A.强度硬度提高，塑性韧性提高

B.强度硬度提高，塑性韧性下降 C.强度硬度下降，塑性韧性提高

D.强度硬度下降，塑性韧性下降

9.起重用10吨的吊钩，最合适的材料和生产方法是（）

A.ZG35铸造而成B.35钢锻造而成C.QT420-10铸造而成D.35钢钢板切割而成

10.锻件拔长时的锻造比Y 总是()

A.=1

B.>1

C.< 1

D.无所谓

11．胎膜锻造是在（）设备上使用胎膜生产模锻件的工艺方法。

A.自由锻锤 B.模锻锤

C.曲柄压力机

D.平锻机

12．生产500Kg 以上的锻件毛坯，应采用

（）

A.模型锻造 B.胎膜锻造 C.机器自由锻造 D.手工自由锻造

13．自由锻锻件上不应设计出

（）

A.平面

B.消除空间曲线结构 C.圆柱面 D.加强筋

14．绘制模型锻件图时与绘制自由锻件图时考虑的不同因素有（）A.敷料 B.分型面C.锻件公差D.锻件加工余量

15．板料冲压拉深时，拉深系数m总是

（）

A.>1

B.=1

C.=0

D.<1

16．拉深系数（m）是衡量拉深变形程度的指标，当变形程度愈大，则

A.m愈大

B.m=0.5

C.m>0.5

D.m愈小

17.大批量生产小锻件应采用

（）

A.胎膜锻造

B.模型锻造

C.手工自由锻造 D.机器自由锻造

18．拉深时凸模和凹模之间的单面间隙Z与板厚度S应是

A Z

B.Z>S

C.Z=S

D无所谓

19．利用模具使平板坯料变成开口空心杯状零件的工序叫做（）

A.拉深

B.弯曲

C.翻边

D.成型

问答题

1.题图所示钢制拖钩，可采用下列方法制造：

（1）铸造

（2）锻造

3）板料切割 试问何种方法制得拖钩其拖重能力最大？为什么？

（）

（）

2.冲压下图所示桶形件，所用条料为宽105mm，厚1mm的低碳钢板，按先后顺序指出需要哪些冲压基本工序？如果拉深1次完成，请计算拉深系数。

3．如图所示零件为2mm厚的低碳钢板冲压件，试写出该件的冲压工序，并绘出相应的工序简图。

第三篇：工程材料与成形技术基础第三章答案(机械工业出版社)

庞国星主编 工程材料作业第三章答案

1、比较下列名词

（2）比较索氏体和回火索氏体 , 马氏体和回火马氏体的主要区别。正火组织：索氏体S:属于细珠光体，其中渗碳体呈片状。回火组织,淬火后高温回火,碳化物从过饱和F中析出,称为回火索氏体S回，呈粒状渗碳体，塑、韧性更好

淬火组织:马氏体:过饱和F 回火组织:淬火后低温回火，碳化物开始从M中析出，成为M回。保持高硬度，消除内应力，改善脆性。

2、判断下列说法是否正确：

（1）钢在奥氏体化后，冷却时形成的组织主要取决于钢的加热温度。

错误，钢在奥氏体化后，冷却时形成的组织主要取决于钢的冷却速度。（2）低碳钢与高碳钢工件为了便于切削加工，可预先进行球化退火。

错误，低碳钢工件为了便于切削加工，预先进行热处理应进行正火（提高硬度）或完全退火。而高碳钢工件则应进行球化退火（若网状渗碳体严重则在球化退火前增加一次正火），其目的都是为了将硬度调整到HB200左右并细化晶粒、均匀组织、消除网状渗碳体。

（3）钢的实际晶粒度主要取决于钢在加热后的冷却速度。

错误，钢的实际晶粒度主要取决于钢的加热温度。（4）过冷奥氏体冷却速度快，钢冷却后的硬度越高

错误，钢的硬度主要取决于含碳量。（5）钢中合金元素越多，钢淬火后的硬度越高

错误，钢的硬度主要取决于含碳量。

（6）同一钢种在相同加热条件下，水淬比油淬的淬透性好，小件比大件的淬透性好。

正确。同一钢种，其C曲线是一定的，因此，冷速快或工件小容易淬成马氏体。（7）钢经过淬火后是处于硬脆状态。

基本正确，低碳马氏体韧性要好些，而高碳马氏体硬而脆。（8）冷却速度越快，马氏体的转变点Ms和Mf越低。正确。

（9）淬火钢回火后的性能主要取决于回火后的冷却速度。

错误，淬火钢回火后的性能主要取决于回火温度。（10）钢中的含碳量就等于马氏体的含碳量

错误，钢中的含碳量是否等于马氏体的含碳量，要看加热温度。完全奥氏体化时，钢的含碳量等于奥氏体含碳量，淬火后即为马氏体含碳量。如果是部分奥氏体化，钢的含碳量一部分溶入奥氏体，一部分是未溶碳化物，从而可以减轻马氏体因含碳量过高的脆性，也能细化晶粒，此时马氏体含碳量要低于钢的含糖碳量。

4、什么是钢的回火？钢的回火有哪些过程？。。

淬火碳钢回火过程中的组织转变对于各种钢来说都有代表性。回火过程包括马氏体分解，碳化物的析出、转化、聚集和长大，铁素体回复和再结晶，残留奥氏体分解等四类反应。

第一阶段回火（250℃以下）马氏体在室温是不稳定的，填隙的碳原子可以在马氏体内进行缓慢的移动，产生某种程度的碳偏聚。随着回火温度的升高，马氏体开始分解，在中、高碳钢中沉淀出ε-碳化物（图2），马氏体的正方度减小。高碳钢在 50～100℃回火后观察到的硬度增高现象，就是由于ε-碳化物在马氏体中产生沉淀硬化的结果（见脱溶）。ε-碳化物具有密排六方结构，呈狭条状或细棒状，和基体有一定的取向关系。初生的 ε-碳化物很可能和基体保持共格。在250℃回火后，马氏体内仍保持含碳约0.25%。含碳低于 0.2%的马氏体在200℃以下回火时不发生ε-碳化物沉淀，只有碳的偏聚，而在更高的温度回火则直接分解出渗碳体。回火

第二阶段回火（200～300℃）残留奥氏体转变。回火到200～300℃的温度范围，淬火钢中原来没有完全转变的残留奥氏体，此时将会发生分解，形成贝氏体组织。在中碳和高碳钢中这个转变比较明显。含碳低于 0.4%的碳钢和低合金钢，由于残留奥氏体量很少，所以这一转变基本上可以忽略不计。

第三阶段回火（200～350℃）马氏体分解完成，正方度消失。ε-碳化物转化为渗碳体(Fe3C）。这一转化是通过 ε-碳化物的溶解和渗碳体重新形核长大方式进行的。最初形成的渗碳体和基体保持严格的取向关系。渗碳体往往在ε-碳化物和基体的界面上、马氏体界面上、高碳马氏体片中的孪晶界上和原始奥氏体晶粒界上形核（图3）。形成的渗碳体开始时呈薄膜状，然后逐渐球化成为颗粒状的Fe3C。回火

第四阶段回火（350～700℃）渗碳体球化和长大，铁素体回复和再结晶。渗碳体从400℃开始球化，600℃以后发生集聚性长大。过程进行中，较小的渗碳体颗粒溶于基体，而将碳输送给选择生长的较大颗粒。位于马氏体晶界和原始奥氏体晶粒间界上的碳化物颗粒球化和长大的速度最快，因为在这些区域扩散容易得多。

铁素体在350～600℃发生回复过程。此时在低碳和中碳钢中，板条马氏体的板条内和板条界上的位错通过合并和重新排列，使位错密度显著降低，并形成和原马氏体内板条束密切关联的长条状铁素体晶粒。原始马氏体板条界可保持稳定到600℃；在高碳钢中，针状马氏体内孪晶消失而形成的铁素体，此时也仍然保持其针状形貌。在600～700℃间铁素体内发生明显的再结晶，形成了等轴铁素体晶粒。此后，Fe3C颗粒不断变粗，铁素体晶粒逐渐长大。

5、两个碳的质量分数均为1.2%的碳钢试件，分别加热到760℃和900℃，保温时间相同，达到平衡状态后以大于临界冷速的速度快速冷却至室温。问：

（1）哪个温度的试件淬火后晶粒粗大。900℃粗大，处于完全奥氏体化区，对于过共析钢易造成晶粒粗大。

（2）哪个温度的试件淬火后未溶碳化物较少。900℃，处于完全奥氏体化区。

（3）哪个温度的试件淬火后马氏体的含碳量较多。900℃，处于完全奥氏体化区，奥氏体的含碳量即为马氏体含碳量。

（4）哪个温度的试件淬火后残余奥氏体量多。900℃，奥氏体的含碳量越高，Ms和Mf就越低，残余奥氏体量就越多。

（5）哪个试件的淬火温度较为合理，为什么？760℃，处于部分奥氏体化区，加热组织为奥氏体+未溶碳化物（阻碍晶粒长大），晶粒细小。同时控制了奥氏体含碳量，也就控制了马氏体含碳量，降低了马氏体脆性。淬火组织：马氏体+未溶碳化物+残余奥氏体，保证了强度、硬度。

6、45钢调质后的硬度为240HBS，若再进行200℃回火，硬度能否提高? 为什么? 该钢经淬火和低温回火后硬度57HRC，若再进行高温回火，其硬度可否降低，为什么?

45钢调质后的硬度为240HBS，若再进行200℃回火，不能提高硬度。因为，回火温度越高，硬度下降越多，而调质工艺就是淬火+高温回火，碳化物已经析出，铁素体回复，硬度已经下降了，不能再升高。

该钢经淬火和低温回火后硬度57HRC，若再进行高温回火，硬度可以。因为，回火温度越高，硬度下降越多。该钢经低温回火，组织是回火马氏体，碳化物还未析出，存在过饱和，因此，可继续提高回火温度，使得硬度降低。这也是为何经低温回火处理的碳素工具钢，不能使用很高的切削速度的原因。高速切削，摩擦生热，切削温度高于低于回火温度后，就相当于继续回火。

7、T12钢经760℃加热后，按照图3-26所示的冷却方式进行冷却。问它们各获得何种组织？并比较它们的硬度。（图3-26：庞国星教材P70）

冷速1：相当于水冷，组织：马氏体+未溶碳化物+残余奥氏体，硬度：HRC60 冷速2：相当于油冷，组织：索氏体+未溶碳化物+马氏体+残余奥氏体，硬度：不均匀。冷速3：相当于炉冷，组织：索氏体+未溶碳化物（二次渗碳体）硬度：HRC20-30 冷速4：同冷速3。已经通过转变完成线，保温时间的延长，不影响组织，但可能晶粒粗大。

8、一根直径为6mm的45钢棒，先经860℃淬火，160℃低温回火后的硬度55HRC，然后从一端加热，使钢棒各点达到如图3-27，所示温度，问：（图3-27：庞国星教材P70）45钢棒，先经860℃淬火，160℃低温回火后的硬度55HRC，组织：回火马氏体（1）各点的组织是什么？

150℃点：低于160℃，组织不变，回火马氏体

550℃点：高于160℃，低于A1线，相当于高温回火，组织：回火索氏体。

750℃点：高于A1线，相当于重新加热，部分奥氏体化，组织：奥氏体+铁素体。840℃点：高于A3线，完全奥氏体化，组织：奥氏体。

950℃点：高于A3线，完全奥氏体化，组织：粗大奥氏体。（2）从各点的图示温度缓冷到室温后的组织是什么？

150℃点：低于160℃，缓冷到室温后，组织不变，回火马氏体

550℃点：高于160℃，低于A1线，相当于高温回火，缓冷到室温后，组织：回火索氏体。750℃点：高于A1线，相当于重新加热，部分奥氏体化，缓冷到室温后，组织：珠光体+铁素体。

840℃点：高于A3线，完全奥氏体化，组织：奥氏体。缓冷到室温后，组织：珠光体+铁素体。

950℃点：高于A3线，完全奥氏体化，组织：粗大奥氏体。缓冷到室温后，组织：珠光体+铁素体。

（3）从各点的图示温度水冷到室温后的组织是什么？

150℃点：低于160℃，水冷到室温后，组织不变，回火马氏体。

550℃点：高于160℃，低于A1线，相当于高温回火，水冷到室温后，组织：回火索氏体。750℃点：高于A1线，相当于重新加热，部分奥氏体化，水冷到室温后，组织：马氏体+铁素体。

840℃点：高于A3线，完全奥氏体化，组织：奥氏体。水冷到室温后，组织：马氏体 950℃点：高于A3线，完全奥氏体化，组织：粗大奥氏体。水冷到室温后，组织：粗大马氏体

9、现有20钢和40钢制造的齿轮各一个，为提高齿轮的硬度和耐磨性，宜采用何种热处理工艺？

（1）20钢齿轮，要求齿面耐磨，心部强韧。

锻造→正火→机加工→渗碳，淬火，低温回火→精加工（2）40钢齿轮，要求齿面耐磨，心部强韧要求不高

锻造→完全退火→机加工→整体调质（淬火+高温回火）→齿面高频表面淬火，低温回火→精加工（磨齿）

10、用T12钢制造锉刀和用45钢制造较重要的螺栓，工艺路线均为： 锻造——热处理——机加工——热处理——精加工。对两工件：（1）

说明预备的工艺方法和作用

（2）

制订最终热处理的工艺规范（加热温度、冷却介质），并指出最终热处理的显微组织和大致硬度。T12钢制造锉刀：

锻造——球化退火——机加工——淬火+低温回火——精加工。球化退火：消除网状渗碳体，细化晶粒，便于切削加工。淬火（760℃）+低温回火（200℃），水冷，回火马氏体，HRC60。45钢制造较重要的螺栓: 锻造——完全退火——机加工——淬火+高温回火——精加工。完全退火：细化晶粒、均匀组织，便于切削加工。淬火（860℃）+低温回火（600℃），水冷，回火索氏体，HRC20-25。

第四篇：塑性成形实验报告

金属塑性成形原理实验报告

实验项目：Ansys软件分析平面问题和轴对称问题

材料参数：弹性模量E=210Gpa 泊松比：u=0.33 屈服强度σ

摩擦系数v=0.26

尺寸：15×25(mm)

s=350Mpa

实验步骤：

1、建模

1）问题的类型：设置单元类型、属性

(1).设置计算类型。ANSYS Main Menu: Preferences →select Structural → OK(2).选择单元类型。执行ANSYS Main Menu→Preprocessor →Element Type→Add/Edit/Delete →Add →select（Solid # Quad 4node 42）

→OK

2）材料模型

执行Main Menu→Preprocessor →Material Props →Material Models →

Structural →Linear →Inelastic，在EX框中输入2.1e5，在PRXY框中输入0.3，选择OK并关闭对话框。

3）建立几何形状

选择Main Menu→Preprocessor →modeling →create→areas，如图所示：

4）划分网格

Preprocessor →Meshing →Mesh Tool→Volumes Mesh→Tet→Mapped,.采用

Mapped网格划分单元。

执行Main Menu-Preprocessor-Meshing-Mesh-Volume-Mapped：

5）建立接触

2、施加边界条件并求解

执行Main Menu-Solution-Apply-Structural-Displacement，拾取目标平面等，单击OK按钮。然后出现如图窗口，选择“UY”，再单击OK按钮。加载荷后结果：

1）定义求解参数

2）求解

执行Main Menu-Solution-Solve-Current LS，弹出一个提示框。执行file-close，单击OK按钮求解运算。

3、结果处理 1）读入结果数据

2）查看结果

轴对称问题：

平面应变问题

平面应力问题

结论：同一种材料，外形尺寸不变时，在不同的受力状态下，应力分布是不同的，且受到的最大应力也不一样。

第五篇：工程材料基础实验报告

实验二 碳钢和铸铁的平衡组织和非平衡组织 的观察与分析

一．实验目的

1．观察和分析碳纲和白口铸铁在平衡状态下的显微组织。

2．分析含碳量对铁碳合金的平衡组织的影响，加深理解成分、组织和性能之间的相互关系。

3．熟悉灰口铸铁中的石墨形态和基体组织的特征，了解浇铸及处理条件对铸铁组织和性能的影响，并分析石墨形态对铸铁性能的影响。

4．识别淬火组织特征，并分析其性能特点，掌握平衡组织和非平衡组织的形成条件和组织性能特点。

二、．实验仪器及材料

1．观察表2—1中的金相样品.2．几种基本组织的概念与特征见表2—2 3．XJB—1型、4X型、XJP—3A型和MG型金相显微镜数台 4．多媒体设备一套 5．金相组织照片两套

三、实验内容

1．实验前应复习课本中有关部分，认真阅读实验指导书。2．熟悉金相样品的制备方法与显微镜的原理和使用。

3．认真聆听指导教师对实验内容、注意事项等的讲解。

4．用光学显微镜观察和分析表2—1中各金相样品的显微组织。5．观察过程中，学会分析相、组织组成物及分析不同碳量的 铁碳合金的凝固过程、室温组织及形貌特点。

四、实验问题分析

2.根据实验结果，结合所学知识，分析碳钢和铸铁成分、组织和性能之间的关系。

（1）亚共析钢

含碳量在（0.0218—0.77）%之间的铁碳合金，室温组织为铁素体和珠光体，随着含碳量的增加，铁素体的数量逐渐减少，而珠光体的数量则相应的增加，显微组织中铁素体呈白色，珠光体呈暗黑色或层片状。

（2）过共析钢

含碳量在（0.77—2.11）%之间，室温组织为珠光体和网状二次渗碳体，含碳量越高，渗碳体网愈多、愈完整。当含碳量小于1.2%时，二次渗碳体呈不连续网状，强度、硬度增加，塑性、韧性降低，当含碳量大于或等于1.2%时，二次渗碳体呈连续网状，使强度、塑性、韧性显著降低，过共析钢含碳量一般不超过（1.3—1.4）%，二次渗碳体网用硝酸酒精溶液腐蚀呈白色，若用苦味酸钠溶液热腐蚀后，呈暗黑色。（3）共晶白口铸铁

含碳量为4.3%，室温组织由单一的莱氏体组成，经腐蚀后，在显微镜下，变态莱氏体呈豹皮状，由珠光体，二次渗碳体及共晶渗碳体组成，珠光体呈暗黑色的细条状及斑点状，二次渗碳体常与共晶渗碳体连成一片，不易分辨。呈亮白色。（4）灰口铸铁

由铁碳双重相图可知，铸铁凝固时碳可以以两种形式存在，即以渗碳体的形式Fe3C和石墨G的形式存在。碳大部分以渗碳体Fe3C形式存在的，因其断口呈白色。而称白口铸铁，如前所述，白口铸铁硬而脆，很少用做零件。而碳大部分以石墨形式存在的，因其断口呈灰色，而称灰口铸铁。

3.分析碳钢（任选一种成分）或白口铸铁（任选一种成分）凝固过程。

共晶白口铸铁[ w(C)=4.3%]平衡结晶过程：

合金在1点发生共晶反应, 由L转变为(高温)莱氏体Le[即(A+Fe3C)]。1¢～2点间, Le中的A不断析出Fe3CII。Fe3CII与共晶Fe3C相连, 在显微镜下无法分辨, 但此时的莱氏体由A+ Fe3CII+ Fe3C组成。由于Fe3CII的析出, 至2点时A的碳质量分数降为0.77%, 并发生共析反应转变为P;高温莱氏体Le转变成低温莱氏体Le¢(P+ Fe3CII+ Fe3C)。从2¢至3点组织不变化。所以室温平衡组织仍为Le¢, 由黑色条状或粒状P和白色Fe3C基体组成。

共晶白口铸铁的组织组成物全为Le¢, 而组成相还是F和Fe3C。

共晶白口铸铁室温平衡组织

典型铁碳合金在Fe-Fe3C相图中的位置 2

工程材料基础实验报告