材料工程基础总结Word下载.docx

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0.25%=XMg-2Mn×

2%⇒XMg-2Mn=125g

0.15%=XMg-10Sr×

（1-15%）⇒XMg-10Sr=17.6g

8.5%=XAl+XAl-30Si×

70%⇒XAl=57g

XMg=1000-40-12-125-17.6-57=748.4g

1000×

（1-1.2%-1.2%-0.25%-0.15%-8.5%）=XMg+XMg-2Mn×

（1-2%）+XMg-10Sr×

（1-10%）

⇒XMg=748.6g

4.为了获得高质量的合金，在合金熔炼时一般要进行哪些工艺处理？

变质处理，细化处理，精炼处理。

5.镁合金阻燃抗氧化方法有哪几种？

熔剂保护阻燃法、气体保护阻燃法、添加合金元素阻燃法。

6.根据石墨存在形态不同，灰口铸铁可分为哪几种？

灰铸铁、可锻铸铁、蠕墨铸铁、球墨铸铁。

7.什么是金属的充型能力？

充型能力影响因素有哪些？

液态金属充满铸型型腔，获得形状完整、轮廓清晰的铸件的能力称为金属的充型能力

液态金属的充型能力主要取决于金属自身的流动能力，还受外部条件，如铸型性质、浇注条件、铸件结构等因素的影响，是各种因素的综合反映。

8.铸造合金流动性的衡量，测试方法：

浇注流动性试样。

液态金属自身的流动能力称为“流动性”，是金属的液态铸造成形的性能之一。

液态金属流动性用浇注流动性试样的方法来衡量。

9.常用合金中哪些合金流动性最好，哪些流动性最差？

纯金属和共晶成分的合金流动性最好，合金的结晶温度区间越宽，流动性越差。

灰铸铁，硅黄铜的流动性最好;

合金的结晶、铸钢的流动性最差。

10.在铸件成形过程中，一般要做哪三个收缩阶段答：

液态收缩、凝固收缩、固态收缩。

液态收缩和凝固收缩是铸件产生缩孔和缩松的基本原因。

固态收缩是铸造应力，变形和裂纹等缺陷产生的基本原因。

11.什么是同时凝固原则和顺序凝固原则？

这两种原则分别适用哪些场合？

各需采用什么工艺措施来实现？

顺序凝固原则是指采取一定的工艺措施，使铸件上从远离冒口的部分到冒口之间建立一个逐渐递增的

温度梯度，从而实现由远离冒口的部分向冒口的方向定向地凝固。

同时凝固是指采取一些工艺措施，使铸件各部分温差很小，几乎同时进行凝固。

顺序凝固主要用于消除铸造工艺中的缩孔和缩松，主要通过合理运用冒口或冷铁等工艺措施实

现。

同时凝固主要用于降低铸件产生应力、变形和裂纹的倾向，主要通过合理设置内浇口位置及安放冷铁等工艺措施实现。

12.分析铸件的热应力分布（拉压应力）和变形趋势

薄压厚拉；

变形相反。

①薄壁、细小部位：

冷得快，受压应力（凸出）；

②厚壁、粗大部位：

冷得慢，受拉应力（凹进）。

13.冒口的作用：

补缩和排气（冒口的主要作用是补缩铸件。

此外还有集渣和通、排气作用）

14.什么是铸件的偏析？

铸件截面上不同部位产生化学成分、金相组织不一致、不均匀的现象,称为偏析

15:

.何为铸件浇注位置，浇注位置的选择有哪些原则？

浇注位置是指浇注时铸件在铸型中所处的位置。

原则：

铸件的重要表面朝下或处于侧面；

铸件的宽大平面朝下或倾斜浇注；

大面积薄壁置于铸型下部或倾斜,防止浇不足和冷隔缺陷；

铸件的厚大部分应放在分型面附近的上部或侧面，便于补缩

16．常用的特种铸造方法有哪些？

熔模铸造、金属型铸造、压力铸造、离心铸造、低压铸造、陶瓷型铸造、定向结晶铸造等。

17.衡量金属的塑性成形性能，一般从材料的哪两个方面来考虑

塑性指标和变形抗力；

塑性越高，变形抗力越低，塑性成形性能（可锻性）越好。

18.金属的塑性成形性能主要取决于哪两个方面的因素：

金属的本质、变形加工条件（变形温度、变形速度、应力状态）

⑴金属的本质：

①化学成分—钢的含碳量越小，塑性成形性越好;

钢的合金元素含量越高，塑性成形性能越差。

②金属组织—单相固溶体的塑性成形性优于多相组织，常温下，均匀细晶的塑性成形性优于粗晶组织，钢中存在网状二次渗碳体时塑性成形性下降。

⑵变形加工条件：

①变形温度：

温度越高，塑性增加，变形抗力降低，可锻性提高。

②变形速度（单位时间内的变形程度）：

一方面变形速度增大硬化速度随之增大，塑性指标下降，变形抗力增大，可锻性变坏；

另一方面变形速度越大，热效应越明显，使塑性指标提高、变形抗力下降，可锻性变好。

因此一般生产条件下采用较小变形速度。

⑶应力状态：

三个方向中的压应力数目越多，塑性越好，变形抗力增大；

拉应力数目多，则金属的塑性就差，变形抗力降低。

19.什么事冷变形、热变形，两者的特点是什么答：

冷变形：

是指金属在进行塑性变形时的温度低于该金属的再结晶温度。

冷变形过程的特征：

变形后具有加工硬化现象，强度、硬度升高，塑性和韧度下降.

热变形：

指金属材料在其再结晶温度以上进行的塑性变形。

热变形过程的特征：

①金属在热变形中始终保持良好的塑性，可使工件进行大量的塑性变形；

又因高温下金属的屈服强度较低，故变形抗力低，易于变形。

②热变形使内部组织结构致密细小，力学性能特别是韧度明显改善和提高。

因为金属材料内部的缩松、气孔或空隙被压实，粗大（树枝状）的晶粒组织结构被再结晶细化。

③形成纤维组织，力学性能具有方向性

20.什么是金属最小阻力定律答：

金属在塑性变形过程中，其质点都将沿着阻力最小的方向移动。

因为质点沿这个方向移动时路径最短而阻力最小，所需做的功也最小。

因此，金属有可能向各个方向变形时，则最大的变形将向着大多数质点遇到的最小阻力的方向。

22.板料冲压的基本工序分为哪两类：

分离工序和变形工序分离工序：

分离工序是使坯料一部分相对于另一部分分离而得到工件或者坯料主要包括冲压、切边、

落料、修边等

落料、冲孔的差别：

落料是从板料上冲出一定外形的零件或坯料，冲下部分是成品。

冲孔是在板料上冲出孔，冲下部分是废料。

变形工序主要：

拉伸和弯曲（拉深、弯曲、翻边、成形、收口）

23.板料拉伸时常见的缺陷是：

起皱、开裂

24.如何确定落料模，冲孔模模具刃口尺寸，其设计的基准分别是什么

落料:

设工件的尺寸为D-Δ，根据计算原则，落料时以凹模为设计基准。

首先确定凹模尺寸，使凹模的基本尺寸接近或等于工件轮廓的最小极限尺寸；

将凹模尺寸减小最小合理间隙值即得到凸模尺寸。

（2）冲孔:

设冲孔尺寸为d+Δ，根据计算原则，冲孔时以凸模为设计基准。

首先确定凸模尺寸，使凸模的基本尺寸接近或等于工件孔的最大极限尺寸；

将凸模尺寸增大最小合理间隙值即得到凸模尺寸。

25.板料弯曲时应注意：

①在设计弯曲模时必须使模具的角度比成品件的角度笑一个回弹角

②应尽可能使弯曲线与胚料纤维方向垂直

26.确定模锻分模面位置的原则

a）要保证模锻件易于从模膛中取出，故通常分模面选择在模锻件最大截面上

b）所选定的分模面应能使模膛的深度最浅，这样有利于金属充满模膛，便于锻件的取出和锻模的

制造。

c）选定的分模面应能使上下两模沿分模面的模膛轮廓一致，这样在安装锻模和生产中发现错模现象时，便于及时调整锻模位置。

d）分模面最好是平面，且上下锻模的模膛深度尽可能一致，便于锻模制造。

e）所选分模面尽可能使锻件上所加的敷料最少，这样既可提高材料的利用率，又减少了切削加工的工作量。

27.绘制自由锻件图要考虑哪些问题？

敷料、加工余量、锻件公差

28.自由锻件的结构工艺性？

①自由锻件上应避免锥体、曲线或曲线交接以及椭圆形、工字形截面等结构

②自由锻件上应避免加强筋、凸台等结构。

③当锻件的横截面有急剧变化或形状较复杂时，可将其设计成几个简单件构成的组合件，用焊接或机械连接方法连成整体件。

复杂件结构

a成形性差的结构b成形性好的结构

29.根据焊接过程的特点，焊接方法可以分为哪些类？

熔化焊、压力焊及钎焊。

30.焊接电弧的构成？

阴极区、弧柱区和阳极区。

31.采用直流电机焊接时什么是正接什么是反接，各自的应用是什么？

直流正接：

工件接阳极，焊条接阴极。

适用于工件受热较大，焊接厚大工件。

直流反接：

焊条接阳极，工件接阴极。

适用于工件受热较小，焊接薄小工件。

32.熔焊冶金的特点是什么？

为保证焊缝品质，采取的技术措施是什么？

特点：

①焊接电弧和熔池金属的温度高、金属蒸发、氧化和吸气严重;

②熔池体积小，冷去速度快，各种冶金反应难以达到平衡状态，不利于焊缝金属化学成分的均匀和气体、杂质的排除，从而产生气孔和夹渣缺陷；

①采取保护措施，限制有害气体进入焊接区；

措施：

②渗入有用合金元素以保护焊缝成分；

③对焊接熔池进行脱氧、脱硫和脱磷。

33.焊条药皮及焊芯的作用？

焊芯的作用：

作为电极，产生电弧，传导焊接电流，熔化后填充焊缝。

药皮：

改善焊接工艺,保证电弧稳定燃烧；

造气、造渣以隔绝空气，保护熔化金属；

对熔化金属进行脱氧、去硫、渗合金元素等。

34.使用碱性焊条焊接，比酸性焊条突出的优点是：

焊缝力学性能及抗裂性能

35.焊条的选取原则焊接结构钢：

等强焊接不锈钢、耐热钢：

等成分焊接异种钢：

低匹配

36.焊接接头的组成？

焊缝，熔合区和热影响区。

37.一般结构的焊接接头中，哪些是易发生破坏的薄弱区域：

熔合区和过热区；

哪些区域性能优异：

正火区。

38.什么是焊接热影响区？

热影响区是焊缝两侧处于固态的母材金属由于受焊接过程的加热和冷却作用而产生组织及性能变

化的区域。

39.焊接应力和变形的根本原因？

焊接应力与变形产生的原因是焊接过程中对焊件的不均匀加热和冷却。

41.从减小应力出发，为焊接件选择合理的焊接顺序。

①合理选择焊接顺序能大大减小变形，如构件的对称两侧都有焊缝，应该采用分散对称焊工艺，设法使两侧焊缝的收缩量能互相抵消或减弱。

②应尽量使焊缝能比较自由地收缩,先焊收缩量较大的焊缝,从而使焊接残余应力较小。

平板拼焊时,应先焊错开的横向焊缝,后焊直通的纵向焊缝

③焊接长焊缝时，为了减少焊接变形，常采用“逆向分段焊法”，即：

把整个长焊缝分为长度为

150~200mm的小段，分段进行焊接，每一段都朝着与总方向相反的方向施焊，如图5.12所示。

42.什么是金属焊接性？

估计钢材可焊性的方法有哪些。

矫正焊接变形的方法？

质焊接接头的难易程度。

即对焊接加工的适应性。

包括接合性能和使用性能。

1）C当量＜0.4%时，淬硬及裂纹倾向较小，焊接性良好。

在一般的焊接工艺条件下即可获得优质焊接接头，而无需采取预热等特殊工艺措施

2）C当量=0.4～0.6%时，有一定的淬硬及裂纹倾向，焊接性较差，焊前工件需适当预热，焊后应缓冷

3）C当量＞0.6%时，淬硬倾向大，热影响区冷裂倾向大，焊接性差。

需采取焊前预热到较高的温度，严格工艺和焊后热处理等工艺措施。

1）机械矫正变形：

原理：

是利用机械力，如压力机加压或锤击，产生塑性变形来矫正焊接变形。

应用:

适用于塑性较好、厚度不大的焊件。

2）火焰矫正变形：

利用金属局部受热后的冷却收缩来抵消已发生的焊接变形。

应用：

主要用于低碳钢和低淬硬倾向的低合金钢

43.焊缝布置一般应考虑哪些原则？

（焊接位置应便于焊接操作）

1）.焊缝位置应便于焊接操作，以保证焊接质量

a.手工电弧焊应具有足够的焊条操作空间b.点焊或缝焊应考虑电极引入方便c.气体保护焊：

要考虑气体的保护作用

d.埋弧焊是接头处有利于熔渣形成封闭空间

44.常用的基本焊接接头形式有哪几种？

受力焊缝的最佳接头形式是哪种？

接头型式有对接、搭接、T形接头和角接，受力焊缝的最佳接头形式是对接

45.低碳钢和低合金钢焊条型号各部分的含义。

46.分型面的选取

（1）应尽可能使全部或大部分铸件，或者加工基准面与重要的加工面处于同一半型内。

以避免因合型不准产生错型，保证铸件尺寸精度。

（2）应尽量减少分型面的数目

（3）分型面应尽量选用平面平直的分型面可简化造型工艺过程和模板制造，容易保证铸件精度（图2-32b），这对于机器造型尤为重要

3、分析下图铸件的热应力分布（拉应力和压应力）和变形趋势。

上图１受到拉应力，２受到压应力，下图１受到压应力，２受到拉应力，变形趋势如图所示。

4、绘制自由锻件图与模锻件图有何不同，分别要考虑哪些问题？

绘制自由锻件图时要考虑敷料、加工余量、锻件公差问题。

绘制模锻件图时除了要考虑敷料、加工余量、锻件公差之外，还要考虑分模面、模锻斜度、模锻件圆角半径问题。

5.如用自由锻的方式生产下列工件，指出结构工艺性差的地方，为什么？

并画出结构工艺性好的工件图

锥面（斜面）的结构工艺性差，因为采用自由锻方式生产有锥面（斜面）、曲线或曲面相交等复杂结构的锻件，需要专用的工具，锻件成形也较困难，从而使工艺过程复杂化，不便于操作。

应把锥面（斜面）改为柱面（平面）。

7.分析指出下图模锻件的四种分模面设计的利弊，提出最合理的分模面方案。

①②③④零件图（中间可以锻出的孔）四种分模面

第一种：

最主要是取不出锻件。

分模面要保证模锻件易于从模膛中取出，故通常分模面选择在

模锻件最大截面上。

第二种：

孔不能锻出，敷料多，且模膛深不利于充满。

所选定的分模面应能使模膛的深度最浅，有利于金属充满模膛，便于锻件的取出和锻模的制造。

第三种：

上下两模沿分模面的模膛轮廓不一致，易错模。

选定的分模面应能使上下两模沿分模面的模膛轮廓一致，在安装锻模和生产中发现错模现象时，便于及时调整锻模位置。

第四种：

上下锻模的模膛深度一致，便于充满金属和锻模制造，且孔能锻出。

针对以上四种方式，第四种是最合理的分模面。

第一章金属材料的冶炼

1、金属冶金的分类、定义和冶金过程：

火法冶金（干法冶金）、湿法冶金、电冶金利用高温从矿石中提取金属或其化合物的冶金过程称为火法冶金过程：

矿石准备、冶炼、精炼。

湿法冶金：

利用溶剂，借助化学反应，将原料中的金属进

行提取和分离的冶金过程。

过程：

浸出、固-液分离、溶液净化、提取金属或化合物。

电冶金：

应用电能从矿石或其他原料中提取、回收和精炼金属的冶金过程

2、电冶金：

电热冶金和电化学冶金（水溶液电解和熔盐电解）；

电解精炼和电解提取。

3、从原料、设备、冶炼目的和原理和过程、冶炼产品上对比炼铁和炼钢。

炼钢生铁和铸造生铁成分有什么不同。

炼铁

炼钢

原料

铁矿石、焦炭和少量熔剂（石灰

石）

生铁液、废钢、铁合金

生铁，氧气，生石灰，硅铁和锰铁

设备

高炉

电弧炉、平炉、转炉

冶炼目的

把铁从铁矿石中还原出来

降低含碳量;

除硫磷等杂

质;

调节合金元素的含量

原理

氧化-还原反应

还原剂还原出铁

氧化剂氧化杂质除去

过程

燃料的燃烧、各种元素的还原反

应、造渣、出铁

高炉—铁水预处理—转炉—精炼—

连铸”称为长流程废钢—电弧炉—精炼—连铸”称为

短流程

冶炼产品

生铁、炉渣、高炉煤气

钢锭（坯）

4、炉外精炼：

把一般炼钢炉内要完成的精炼任务移至炉外另一装置中进行。

5、火法炼铜的工艺流程，为什么要进行造锍熔炼？

铜的电解精炼属于水溶液电解精炼。

利用铜、镍、钴对硫的亲和力与铁相近，而对氧的亲和力却远小于铁的物理化学性质，使铁的硫

化物不断氧化成铁的氧化物，随后与脉石造渣除去

6、拜耳法生产氧化铝的原理和过程。

为什么铝的电解精炼要用熔盐电解法？

（1）用NaOH溶出铝土矿得到铝酸钠溶液，添加Al（OH）3作为晶种，在不断搅拌下，溶液中析出氢氧化铝。

（2）将分解得到的母液在高温下蒸发浓缩，溶出新一批的铝土矿。

第六章热处理原理及工艺

1．名词解释：

金属材料热处理、退火、正火、淬火、回火退火是将钢加热到一定温度并保温一定时间以后，以缓慢的速度冷却（炉冷）下来，使之获得接近平衡状态的组织的热处理工艺

正火的加热温度为Ac3或Accm以上30～50℃，保温以后的冷却方式在空气中进行淬火将钢加热到Ac1或Ac3以上，保温一定时间，然后快速冷却以获得马氏体组织的回火将淬火后的钢件加热到Ac1以下某一温度，保温一定时间后冷却至室温的

2．通过热处理改变材料性能的前提是金属材料的组织具有可转变性。

3．金属材料热处理的三大基本要素是加热、保温、冷却。

其决定了热处理后的组织和性能。

加热是热处理的第一道工序。

不同的材料，其加热工艺和加热温度都不同。

钢在加热和冷却时的相变

温度以相图为分析依据。

钢加热的实质是奥氏体化过程。

保温的目的是要保证工件烧透，防止脱碳、氧化等。

保温时间和介质的选择与工件的尺寸和材质有直接

的关系。

一般工件越大，导热性越差，保温时间就越长。

冷却是热处理的最终工序，也是热处理最重要的工序。

钢的热处理多数需要先加热得到奥氏体，然后以不同速度冷却使奥氏体转变为不同的组织，得到钢的不同性能。

4．钢在冷却过程中的组织转变（共析钢）

1）冷却方式：

等温冷却和连续冷却

2）过冷奥氏体的等温转变：

C曲线分析：

高温转变（珠光体转变）、中温转变（贝氏体转变）和低温转变

（马氏体转变）

3）过冷奥氏体的连续转变：

CCT曲线分析

5．片状珠光体的性能主要取决于珠光体的片层间距。

片层间距越小，则强度和硬度越高，塑性和韧性也越好。

典型上贝氏体组织形态呈羽毛状；

下贝氏体呈黑色针状或竹叶状。

上贝氏体的强度和韧性均差；

下贝氏体不仅强度高，而且韧性也好，表现为具有较好的综合力学性能，是一种很有应用价值的组织。

马氏体是碳在α—Fe中的过饱和固溶体，具有非常高的强度和硬度。

马氏体有两种基本形态：

板条马氏体和片状马氏体。

马氏体的硬度主要取决于马氏体的含碳量，

6．扩散退火、完全退火、球化退火、再结晶退火、去应力退火的加热温度区间及退火目的。

扩散退火

去应力退火

球化退火

完全退火

再结晶退火

一般在Ac3或

Accm以上

150～300℃

400-500（AC1以下

AC1+30-50

Ac3以上

20℃～

30℃

再结晶温度

+150-200（一般钢材在650-700

减少钢锭、铸

件或锻坯的化学成分和组织不均匀性。

消除铸件、锻件、和焊

接件以及冷变形等价格中所造成的残余应力，以提高尺寸稳定性，防止工件开裂和变形

降低硬度，改

善切削加工性，并为淬火做准备

细化晶粒，降

低硬度、改善切削加工性能

消除加工硬化、

提高塑性、改善切削加工及成形性能。

7．淬火的主要目的是通过先获得马氏体或下贝氏体组织，再为以后获得各种力学性能的实用回火组织做准备。

亚共析钢和过共析钢的淬火加热温度如何确定。

亚共析钢：

Ac3以上30～50℃；

过共析钢：

Ac1以上30～50℃

8．钢的淬硬性和淬透性。

淬透性是指钢在淬火时获得淬硬层深度的能力淬硬性是指钢淬火后所能达到的最高硬度，即硬化能力。

9．低温回火、中温回火、高温回火的温度范围、获得的组织、回火后工件的性能及应用。

低温回火

中温回火

高温回火

回火温度

150~250

350~500

500~650

回火组织

M回

T回

S回

性能

降低应力和脆性，使钢具有高的硬度、强度和耐磨性。

具有高的弹性极限、较高的强度和硬度、良好的塑性和韧性

高温回火使工件的强度、塑性、韧性有较好地配合，即具有高的综合力学性能

应用

低温回火一般用来处理要求高硬度和高耐磨性的工件，如刀具、量具、滚动轴承和渗碳件等。

各种弹性元件

广泛用于汽车、拖拉机、机床等机械中的重要构件，如轴、连杆、曲轴

10．调质处理。

淬火+高温回火

11．材料表面热处理改性有感应表面淬火、渗碳、渗氮、碳氮共渗。

第七章陶瓷材料制备与加工工艺

1．结构陶瓷和功能陶瓷答：

结构陶瓷：

强调材料的高温力学性能或机械性能。

功能陶瓷：

具有电、磁、声、光、热、化学及生物特性，且具有相互转化功能。

2．粉末颗粒大小的表征方法（主要有：

等体积球相当径、等表面积球相当径、斯托克斯径）；

测定粉末粒度的方法有哪几种？

测试原理？

粒度筛分法中“目”的定义规则。

描述粒度的方法

等体积球相当径

等表面积球相当径

等沉降速度相当径

物理意义

用与颗粒等体积球的直径来描述。

用与颗粒等表面积球的直径来描述。

斯托克斯假设

测量参数

体积

比表面积

斯托克斯相当球径

测试方法和仪器

激光法

透过法、吸附法（BET

法）比表面仪

沉降法、光透法；

沉降天平光透仪、X射线沉降仪

优缺点

测试范围宽0.04~500微米，操作简便，重复性和真实性好；

不宜测粒度分布很窄的样品，分辨率相对较低

测量大于1微米的颗粒误差大；

重复性好

结果取决于分散相的密度，状态、表面积，分散介质的密度

﹑粘度的影响；

测量范围宽有一定的精度和重复性

、

，

3．为什么不同的方法表征同一种粉体，有时得到的结果会差别很大？

答1、基于的数学模型不同2、仪器原理不同3、样品制备方法造成粉体的团聚状态不同。

4．粉体粒