[材料成型工艺技术基础]韩建民版第二章答案1.何谓塑性变形?单晶体、多晶体塑性变形的机理各是什么？金属在外力的作用下，内部产生应力，该应力使原子偏离其原来的平衡位置，当应力超过金属材料的屈服极限，外力去除后，原子达到新的平衡状态，金属恢复不到原来的形状和尺寸，产生的永久变形。

单晶体: 晶体在切应力作用下，晶体的一部分与另一部分沿着一定的晶面彼此以刚性的整体相对滑移，滑移的距离为原子间距的整数倍。

多晶体：内部每个晶粒相互协调和配合，当外力达到一定值后晶界发生变形和破碎，其中既有晶内的滑移变形，也有晶间的滑动和转动。

2.何谓冷变形，何谓热变形，冷变形后金属的组织和性能会产生怎么样的变化，热变形后金属的组织和性能会产生怎么样的变化？金属锻造在升温变形过程中，金属原子获得能量，将低温变形中出现的应力吸收，微结构中碎晶形核等生长，将变形晶粒全部消失，这个温度就是再结晶温度，此温度以下的就是冷变形，以上的就是热变形。

冷变形后，晶粒在外力作用下倍扭曲拉长，随着变化逐渐成纤维状，有些晶粒破碎成碎晶，这种结构的晶格对进一步变形有阻碍作用，使金属的的强度和硬度升高，而塑性和韧性下降；热变形后，冷变形过程中出现的碎晶或杂志为核心形核并长大，直到全部冷变形晶粒消失为止，消除加工硬化，这个过程是再结晶不是相变，其晶粒均匀生长细化，塑性增加。

3.为什么规定锻造温度范围？碳钢合理的始锻温度和终锻温度应在铁碳合金状态图的什么位置？锻造温度范围是指始锻温度和终锻温度之间的一段温度间隔。

确定锻造温度的基本原则是，就能保证金属在锻造温度范围内具有较高的塑性和较小的变形抗力，并得到所要求的组织和性能。

锻造温度范围应尽可能宽一些，加热温度太低，表面会开裂，或者内部裂纹，加热温度过高，导致钢坯过烧，无法成型产品。

碳钢的锻造温度范围如图（铁-碳状态图）中的阴影线所示：钢的始锻温度主要受过热的限制，合金结构钢和合金工具钢的始锻温度主要受过热和过烧温度的限制。

钢的过烧温度约比熔点低100～150℃，过热温度又比过烧温度低约50℃，所以钢的始锻温度一般应低于熔点（或低于状态图固相线AE温度）150～200℃。

由于钢锭的过热倾向小，始锻温度比同钢种的锻坯和轧材高20~50℃。

当采用高速精锻时由于热效应大，始锻温度可降低越100℃。

图10 碳钢的锻造温度范围4.纤维组织如何形成的？它的存在有何利弊？铸锭中的杂质在变形过程中，沿变形方向被拉长成纤维状；利：使金属性能产生方向性，当拉应力方向与纤维长度方向一致时，材料的塑性和韧性比拉应力方向垂直于纤维长度方向时高。

弊：当纤维被切断或方向与拉应力不一致时，会使材料承载能力弱，容易断裂5.锻件的冷却方式有几种？冷却速度过快会产生什么后果？哪类锻件需要缓冷？冷却方式有室冷，坑冷，炉冷；冷却速度过快会使锻件表面硬度过高，产生翘曲变形甚至出现裂纹。

一般缓冷适用于大型锻件和合金含量高的锻件。

6.锻造比常用来表示什么？拔长与敦粗时的锻造比用什么来表示？原始胚料长150mm，若拔长到450mm，锻造比是多少？锻造比常用来表示变形程度拔长：Y比= F0 / Fm式中：F0 ——坯料截面积Fm ——锻件最大截面积墩粗：Y比= H0 / Hm式中：H0 ——坯料高度Hm ——锻件的最大高度VV450HY0 3 VV150H4507. 什么是金属的可锻性？其主要影响因素是什么？金属的可锻性指金属进行塑性变形的难易程度。

影响因素：（1）金属本身的影响金属的化学成分、组织、相结构碳高则可锻性差，纯金属或固溶体可锻性比多相组织好，均匀细晶组织可锻性好；（2）变性条件的影响大多数金属而言，温度升高，塑性上升，变形抗力下降；变形速度较小时，变形速度提高，变形抗力增加，可锻性下降，当变形速度超过一定值后，温度效应影响显著，可锻性提高；应力状态影响主要是在三个方向上受压应力数目越多，塑性越好。

8.什么是金属的超塑性？金属超塑性变形有什么特点，主要应用在什么场合？金属的超塑性是指材料在低载荷作用下，其拉伸延伸率超过100%的现象。

特点是：（1）金属塑性显著提高；（2）金属内部晶粒细小，均匀性能优良稳定；（3）尺寸稳定具有高精度，一般不用进行切削加工。

主要应用于工业生产，比如高铬合金，钛合金已用超塑性方式制造出涡轮盘、叶片等零件。

9.为什么巨型锻件必须采用自由锻的方法制造？巨型锻件如果采用模锻的方法锻造，所用的设备大，而使用自由锻造的方法是坯料逐步变形就不需要设备能力的制约就能实现，巨型锻件一般不成批量，质量要求又高，而模锻压力机的压力不够，辅助设备能力不足。

相对模锻来讲，巨型锻件用自由锻造还是比较经济的。

10. 自由锻有哪些主要工序？为什么重要的轴类锻件在锻造过程中都要安排镦粗工序？镦粗：是使坯料高度减小、横截面积增大的工序。

适于饼块、盘套类锻件的生产拔长：是使坯料横截面积减小、长度增大的工序。

适于轴类、杆类锻件的生产。

冲孔：是使坯料具有通孔或盲孔的工序。

弯曲：是使坯料轴线产生一定曲率的工序扭转：是使坯料的一部分相对于另一部分绕其轴线产生一定角度的工序。

错移：是使坯料的一部分相对于另一部分平移错开的工序。

对于重要的轴类锻件，单一的拔长，锻件切向性能不好，反复墩粗可以使综合机械性能得到提升，再者可以破碎材料生产过程中的树枝状组织，细化晶粒。

11.图2-100所示的两种不同的砧铁拔长时效果有何不同？左边与右边的比，周围受力均匀，可以更好的控制拔长方向和各处均匀的拔长，可以获得更大的拔长效果。

12.图2-101所示锻件是否适合于自由锻工艺要求？如不适合，应如何修改?图a：将加强筋去掉，将凸台变成凹坑自由锻后再切削加工；原则：自由锻件表面避免凸起，加强筋等结构。

图b：将曲面改为平面，将中间凹坑改为平面；原则：锻件外表面不该有空间曲线，不该有凹坑。

图c：将斜面改为平面：原则：自由锻件不应有锥面斜面等结构。

13.图2-102所示的零件在自由锻时应考虑哪些因素？并画出自由锻件图，计算培料质量和尺寸。

考虑：锻件余量，敷料(工艺余块) ，锻件公差；G锻件=7.85×（0.82·3.1+0.682·2.84）=20.33kgG烧损=3%×G锻件=0.53kgG切=0.22×7.85×0.553=0.29kgG坯料=20.33kg+0.53kg+0.29kg=21.15kg14.锤上模锻分模面的选用原则是什么，为什么不能冲出通孔？锻件上为什么要设有模锻斜角和圆角？选用原则：（1）要保证锻件能从模膛中取出；（2）上下模分模面的模膛轮廓应相同，这样在安装锻模时和生产中容易发现错模现象；（3）应尽量使模膛宽度最大而深度最浅，这样模具容易制造，并且金属容易充满模膛，锻件容易取出；（4）节约金属，减少工艺余块；（5）使锻造流线分布合理。

至于金属为什么不能冲出通孔：因为金属在镦粗时，随着坯料的变形，均匀变形区越来越小，逐步消失，大变形区越来越小，难变形区越来越大，并且变得重迭。

当冲到一定程度时，就很难变形了，产生很大的变形力，容易将冲头折断，或使设备损坏。

斜度是为了便于从模腔中取出锻件;圆角则是为了增加锻件强度，使锻造金属易于充满模腔，避免锻模上的内尖角处产生裂纹，减缓锻模外尖角处磨损，从而提高模具使用寿命。

15.图2-103所示的三种连杆，采用锤上模锻时，选择最合适的分模面。

选择分模面的原则：要保证锻件能从模膛中取出；上下分模面的轮廓应相同，不然容易产生错模现象；选择时应尽量使模膛宽度最大而深度最浅；并且尽量使分模面在最大平面内；为了容易取模应避免曲面结构。

16.图2-104所示的零件是否适合于模锻件生产？若不适合，试改正其不合理之处。

图a.不适合，上面柱体部分中孔，2倍孔径小于孔深不适合锻造：下面薄壁部分太薄不适合锻造，设计的更厚一些。

图b.不适合，主要错误中间部分太薄不可锻造获得。

图c.不适合，中间结构角处应设计为圆角，减小金属流动时的摩擦阻力和使金属液充分的填满模膛；中间柱体结构应有一定的拔模斜度,便于拔模；连接处应设计得更厚，不然金属容易冷却，不易充满模膛；上下应设设计成对称，使金属易于充满模膛和减少锻造工序，皮带轮处应由机加工获得，不能通过锻造工艺获得。

17.胎膜锻与自由锻和锤上模锻相比有何特点？(1) 和自由锻相比：① 操作简便，生产率高；② 锻件尺寸精度高，形状复杂，敷料少，加工余量小；(2) 和锤上模锻相比：① 胎模锻不需昂贵设备，使用自由锻设备即可；② 工艺、操作灵活，可以局部成形，小设备可锻大锻件；③ 模具结构简单，制造容易，可降低锻件成本。

缺点是：锻件尺寸精度不如模锻件，工人劳动强度大，胎模易损坏，生产率不够高。

18.摩擦压力机、曲柄压力机和平锻机上模锻各有何特点？摩擦压力机上模锻的特点：1）滑块运动速度低，可锻造低塑性合金钢和有色金属；2）承受偏心载荷能力差，仅适合单膛模锻；3）打击速度低,可用组合模具,降低生产成本,缩短生产周期；4）滑块行程不固定，故工艺性广泛。

曲柄压力机特点：1）锻造力是压力，坯料的变形速度较低，可锻造较低塑形合金；2）锻造时滑块的行程不变，每个变形工步在一次行程中即可完成，便于实现机械化和自动化，具有很高生产率；3）滑块运动精度高，使模锻斜度、加工余量、锻造公差减小，锻件精度比锤上模锻高。

4）振动和噪音较小，劳动条件改善。

5）设备费用高，模具结构复杂；6）滑块行程和压力不能在锻造过程中调整，因此不能进行拔长、滚压等制坯。

平锻机上模锻特点是：1）坯料都是棒料或管材，坯料长度几乎不受限制，并且只进行局部（一端）加热和局部变形加工，因此可锻造立式锻压设备上不能锻造的某些长杆类锻件。

2）锻模有两个分模面，锻件出模方便，可以锻出在其它设备上难以完成的在不同方向上有凸台或凹槽的锻件。

3）需配备对棒料局部加热的专用加热炉。

4）是高效率、高质量、容易实现机械化的锻造方法，但设备结构复杂，价格贵，适用于大批量生产。

5)材料利用率可达85%-95%;④生产率高，每小时可生产400-900件；19.画出图2-105零件的模锻件图。

（改为：应考虑哪些内容？）（1）首先要考虑锻件余量、锻件公差和敷料；（2）选择合适的分模面，就选在上部结构中间位置处，使模膛深度最浅，以便于充型；（3）拔模斜度，模锻件上平行于锤击方向的表面保持5-15度的的的斜度，以便于从模膛中取出锻件；（4）模锻圆角，所有两平面的交角均需做成圆角，外圆角1.5-12mm，内圆角比外圆角大2-3倍；（5）冲孔连皮，中间孔部分符合锻造条件，但由于模锻不能锻出通孔，所以孔中需留出冲孔连皮;(6)最后还要考虑飞边。

20.板料冲压生产有何特点？应于范围如何？板料冲压的特点：（1）可以冲压出形状复杂的零件，废料少；（2）产品精度、表面质量高，互换性好；（3）冲压件质量轻，耗材少，强度、刚度较高；（4）冲压操作简单，便于机械化自动化生产，生产效率高，成本低。