材料工程基础总复习题及部分参考答案(2)

2018-12-11 10:20

炉钢具有很高的质量,这是因为: ①钢中气体含量少

②有害杂质元素磷、硫的含量较低;脱磷率为90~95%,脱硫率70~80%。 ③残余元素和非金属夹杂物含量低

④机械性能好:冷加工性、抗时效性、锻造和焊接性能都较好 特别适宜于吹炼低碳和超低碳钢种

8、电弧炉钢与转炉钢、平炉钢相比,质量有什么特点?

电弧炉炼钢与转炉和平炉钢相比,其质量总体均优于后两种,主要表现在: a)电弧炉钢能最大限度地去除磷和硫 b)电弧炉炼钢夹杂物很少 c)电弧炉冶炼成分易控制

9、磷和硫对钢有哪些危害?写出脱磷和脱硫的反应式。

磷的危害:

a)磷使钢的偏析严重

b)磷含量高时钢会发生冷脆

c)磷促进钢的回火脆性,还使钢的焊接性能变坏 硫的危害:

a)恶化钢的热加工性能——热脆 b)使钢的铸造性能和焊接性能变坏 c)降低钢的使用性能 脱磷的反应式:

反应:2[P]+5(FeO)=P2O5+5[Fe]

P2O5+4(CaO)=(4CaO·P2O5)或P2O5+3(CaO)=(3CaO·P2O5) 总式:2[P]+5(FeO)+4(CaO)=(4CaO·P2O5)+5[Fe]或

2[P]+5(FeO)+3(CaO)=(3CaO·P2O5)+5[Fe] 脱硫的反应式: ①炉渣脱硫反应式:

利用渣中足够的CaO,把钢液中FeS去除: [FeS]+(CaO)→(FeO)+(CaS)-Q

生成的CaS渣不熔于钢液,且比其轻,浮在钢液表面: (FeS)+(CaO)→(FeO)+(CaS)-Q ②气化脱硫反应式: [S]+2[O] → SO2气 [S]+O2 → SO2气

[S]+2(FeO) → SO2气+2[Fe]

10、试分析炼钢过程中脱磷和脱硫的基本条件。在何种条件下出现回磷现象?应如何防止?

脱磷的基本条件:较低的炉温;较高的炉渣碱度(3~4);形成较高氧化铁浓度(15%~30%)的氧化性炉渣和造成氧化性炉内气氛,增大渣量或多次换渣操作。 脱硫的基本条件:高的炉温;高的炉渣碱度;还原渣。 回磷现象条件:

a)在炼钢后期,当金属液温度太高时,炉渣中(FeO)与脱氧剂作用,金属液中的部分硅被氧化成SiO2,不仅降低了炉渣的氧化作用,更重要的是渣中的SiO2增加,炉渣碱度降低。

b)渣中(3CaO·P2O5)和(P2O5)与脱氧剂[Mn]、[Si]、[Al]作用,使磷还原,返回钢液。 c)渣中(3CaO·P2O5)与炉衬中SiO2作用,使渣中的游离(P2O5)量增加,产生回磷。

防止回磷的方法 :在炼钢后期控制钢液温度不过高;减少钢液在钢包中的停留时间;提高钢包中的渣层碱度,用碱性炉衬钢包。

11、将Φ5mm的共析钢加热到760℃并保温足够时间,问采用何种冷却方式可得

到如下组织:珠光体、索氏体、屈氏体+马氏体、马氏体,并在CCT曲线上绘制出冷却曲线。

12、钢淬火后为什么要回火?不同回火温度分别得到什么组织?

13、什么叫正火?正火的目的是什么?

14、画出T8钢的TTT图和CCT图,并在TTT图上画出等温淬火、分级淬火、单介质淬火、双介质淬火的冷却曲线。

15、分别说明生产滚动轴承、弹簧和曲轴所采用的热处理工艺,并说明原因。

16、在生产中提高液态金属的充型能力的措施有那些?

1、正确选择合金成分和采用合理的熔炼工艺 2、调整铸型的性质 3、改善浇注条件

17、减少铸件中气体和非金属夹杂物的措施有那些?

18、砂型铸造对型(芯)砂的性能有那些要求?常用的型(芯)砂有哪几类?

型(芯)砂性能要求: ①应具有一定的强度 ②应具有良好的透气性

③型砂具有一定的耐火度和化学稳定性,以保证在高温液态金属下不软化、不融化、不与液态金属发生反应,使铸件不易粘砂和不产生过量气体 ④应具有良好的退让性

⑤应具有良好的工艺性能,即在造型时不粘模,具有好的流动性和可塑性,使铸型有清晰的轮廓,从而保证铸件有精确的轮廓尺寸。

常用的型(芯)砂种类:粘土型砂、水玻璃砂和有机粘结剂砂三类。

19、试说明影响金属可锻性的因素。

金属本质的影响

1)金属的化学成分:化学成分不同,塑性不同,可锻性不同。

2)金属的组织状态:组织结构不同,可锻造性不同;单一固溶体组成的合金,塑性好,可锻性好;铸态柱状组织和粗晶结构不如细小均匀的晶粒结构;金属内部有缺陷也不一样。 金属的变形条件

1)变形温度:温度升高,塑性上升,降低变形抗力,易于锻造;但温度过高也会产生相应

的缺陷,如氧化,脱碳、过热和过烧等。故要严格控制锻造温度范围。

2)变形速度:(应变速率)指金属在锻压加工过程中单位时间内的相对变形量。变形速度的影响较复杂:一方面变形速度增大,冷变形强化现象严重,变形抗力增大,可锻性变坏;另一方面变形速度很大时产生的热能使金属温度升高,提高塑性,降低变形抗力,可锻性变好。 3)变形时的应力状态:不同压力加工方法,金属内部的应力状态是不同的。在金属塑性变形时,压应力数目越多,其塑性变形越好,因为压应力使滑移面紧密结合,防止产生裂纹;拉应力则使塑性变形降低,应为它使缺陷扩大,使滑移面分离。但压应力时变形抗力增大。故必须综合考虑塑性和变形抗力。

20、粉末材料的模压成型前原料准备时为什么要进行退火处理?

21、试说明塑料模压成形的工艺过程?

模压成型过程:安放嵌件、加料、闭模、排气、固化、脱模、模具清理 成型材料的预处理:预压、预热

参数主要包括: 成型温度、成型压力和成型时间。

22、橡胶制品(干胶)的生产过程包括哪几个步骤?各起什么作用?

橡胶制品是以生胶为基础加入适量配合剂(硫化剂、硫化促进剂、防老剂、填充剂、软化剂、发泡剂、补强剂、着色剂等),经塑炼(使生胶分子链断链,使其由强韧的弹性状态转变为柔软、具有可塑性的状态,这种使弹性生胶转变为可塑状态

)、混炼(使生胶炼制成制成质量均匀的混炼胶

)和硫化(使胶料分子交联,成为具有高弹性的橡胶制品。橡胶变硬变韧

)等工序成型获得。 23、生胶与橡皮有什么区别?橡胶硫化的目的是什么?硫化程度是否愈高愈好?

生胶是原材料,含橡胶量更多,弹性更明显的半透明的颗粒胶;橡皮是硫化产品。生胶是指没有经过任何加工的橡胶。橡胶是一种可以或已被改性为基本不溶(但能溶胀)于苯、甲乙酮、乙醇-甲苯共沸混合物等沸腾溶剂中的弹性体,胶皮胶面黏性不高,整体较软及轻,弹性较强

橡胶硫化的目的是使胶料分子交联,成为具有高弹性的橡胶制品,橡胶变硬变韧,硫化是为了交联,使生胶有实用价值

硫化程度并非愈高愈好,一定的硫化温度对应有一定的正硫化时间,控制硫化时间来控制硫化程度

24、下列场合宜采用何种热处理方法(不解释原因)

(1)提高低碳钢的切削加工性能。

(2)降低高碳工模具钢的硬度,以便切削加工,且为最终淬火作组织准备。

(3)为表面淬火工件(要求芯部具有良好的综合机械性能)作组织准备。

(4)纠正60钢锻造过热的粗大组织,为切削加工作准备。

(5)降低冷冲压件的硬度,提高塑性,以便进一步拉伸。

(6)为了得到下贝氏体组织。

(7)去除因塑性变形加工、焊接等造成的残余应力。

(8)渗氮前,为提高渗氮件心部的强韧性采用的热处理方法。

(9)消除过共析钢的网状二次渗碳体。

25、铝合金熔炼的特征有哪些?

1)熔化时间长:铝的熔化潜热大,比热大,消耗热量,熔速小。

2)易吸氧:与氧生成Al2O3。该膜一旦破坏,进入的氧气很难去除。且Al2O3会随熔体进入铝锭。减少氧化是铝及其合金熔炼的重要问题。

3)易吸氢:吸入的氢,在固相及液相两者中的溶解度相差很大。结晶时,形成气孔和疏松的氢化物,减少吸氢又是熔炼的另一种重要问题。

4)易吸收金属杂质:铝是高活性的合金元素,易吸收铁质坩锅和工具中溶解的铁,或从炉衬中的氧化物及熔剂的氯盐中置换出铁、硅、锌等金属杂质。杂质进入铝熔体中很难去除。并随熔炼次数增多而增多,防杂质污染是铝熔炼的第三个重要问题。

26、简述火法冶金和湿法冶金的基本工艺过程。 火法冶金工艺过程:

矿石准备--选矿、干燥、焙烧、球化或烧结 冶炼——氧化还原提取金属 精炼——除去杂质提纯金属 湿法冶金的基本工艺过程:

浸 取→固液分离→溶液净化→金属或化合物提取

27、炼钢的实质是什么?在炼钢过程中发生哪些基本冶金反应?

实质:除去生铁中多余的碳和大量杂质元素,使其化学成分达到钢的要求

在高温条件下,用氧气或铁的氧化物把生铁中所含的过量的碳和其它杂质转化为气体或炉渣而除去。 把生铁冶炼成钢的实质,就是适当地降低生铁里的含碳量,除去生铁里的大部分硫、磷等有害杂质,调整钢里合金元素含量到规定范围之内。

基本冶金反应: [C]+[O]=CO↑+Q1 2[C]+O2=2CO ↑+Q2

[C]+(FeO)=[Fe]+CO ↑-Q3 [Si]+2[O]=(SiO2) [Si]+O2气=(SiO2) [Si]+2(FeO)=(SiO2)+2[Fe] 2(CaO)+(SiO2)=(Ca2SiO4) 2[C]+(SiO2)=[Si]+2CO气 [Mn]+[O]=(MnO)

[Mn]+1/2O2气=(MnO) [Mn]+(FeO)=(MnO)+[Fe] (MnO)+[C]=[Mn]+CO2

2[P]+5(FeO)=P2O5+5[Fe] P2O5+4(CaO)=(4CaO·P2O5) 或P2O5+3(CaO)=(3CaO·P2O5)

总式:2[P]+5(FeO)+4(CaO)=(4CaO·P2O5)+5[Fe] 或2[P]+5(FeO)+3(CaO)=(3CaO·P2O5)+5[Fe] 3(FeO)+ (P2O5)= (3FeO·P2O5) [FeS]+(CaO)→(FeO)+(CaS)-Q (FeS)+(CaO)→(FeO)+(CaS)-Q [S]+2[O] → SO2气 [S]+O2 → SO2气

[S]+2(FeO) → SO2气+2[Fe] Mn+FeO→MnO+Fe FeO+C→Fe+CO Si+FeO=SiO2+2Fe 2Al+FeO→Al2O3+3Fe

28、高炉炼铁过程中造渣的目的是什么

1)熔化各种氧化物,控制生铁合格成分。

2) 浮在熔融液表面,能保护金属,防止其过分氧化、热量散失或不致过热。

29、能否通过增加渣量的办法来降低高炉生铁的含硫量?在实际生产中降低高炉

生铁中硫含量的基本措施是什么? 否; 脱硫

30、影响液态金属冲型能力的因素有哪些?

1、液态合金的流动性:合金流动性主要取决于合金化学成分所决定的结晶方式、合金的物理性质及合金的结晶特点

2、浇注条件:浇注温度、充型压力、浇注系统的结构

3、铸型的性质:铸型的蓄热系数、铸型温度、铸型的表面状态和铸型中的气体 4、铸件结构:折算厚度、铸件复杂程度

31、试述铸件产生热裂和冷裂的原因、裂纹的形态及其防止措施。

热裂原因:铸件在凝固过程中,在固相线温度附近形成。此时结晶骨架已经完成,但晶粒间还有少量液体,强度很低,其收缩时受到铸型、型芯等的阻碍,铸件则产生热裂纹。 热裂形态:沿晶界萌生和扩展、缝隙宽、形状曲折、缝内呈氧化色。

热裂纹的防止措施:

① 应尽量选择凝固温度范围小,热裂倾向小的合金。② 应提高铸型和型芯的让

性,以减小机械应力。③ 合理设计铸件结构。④ 减少铸件各部分温差,建立同时凝固的条件。⑤ 对于铸钢件和铸铁件,必须严格控制硫的含量, 防止热脆性。

冷裂原因:在较低温度下,铸件处于弹性状态时,铸造应力超过合金在该温度下得强度极限而产生的。

冷裂形态:穿晶扩展,裂纹细小,呈连续直线状,断口表面干净,并有金属光泽或轻微氧化色。

冷裂纹防止错施:


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