材料成型考试题型DOC.docx
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材料成型考试题型DOC
加工硬化、固溶体、珠光体、本质晶粒度、托氏体、马氏体、淬火、回火、淬火临界冷却速度(Vk)、淬透性、淬硬性、调质处理、变质处理
1.过冷度与冷却速度有何关系?
它对金属结晶过程有何影响?
对铸件晶粒大小有何影响?
2.在铸造生产中,采用哪些措施控制晶粒大小?
在生产中如何应用变质处理?
3.在制造齿轮时,有时采用喷丸法(即将金属丸喷射到零件表面上)使齿面得以强化。
试分析强化原因。
4.已知A(熔点600℃)与B(500℃)在液态无限互溶;在固态300℃时A溶于B的最大溶解度为30%,室温时为10%,但B不溶于A;在300℃时,含40%B的液态合金发生共晶反应。
现要求:
1)作出A-B合金相图;
2)分析20%A,45%A,80%A等合金的结晶过程,并确定室温下的组织组成物和相组成物的相对量。
5.某合金相图如图所示。
1)试标注①—④空白区域中存在相的名称;
2)指出此相图包括哪几种转变类型;
3)说明合金Ⅰ的平衡结晶过程及室温下的显微组织。
6.何谓金属的同素异构转变?
试画出纯铁的结晶冷却曲线和晶体结构变化图。
7.为什么γ-Fe和α-Fe的比容不同?
一块质量一定的铁发生(γ-Fe→α-Fe)转变时,其体积如何变化?
8.画出Fe-Fe3C相图,指出图中S、C、E、P、N、G及GS、SE、PQ、PSK各点、线的意义,并标出各相区的相组成物和组织组成物。
答:
9.根据Fe-Fe3C相图,计算:
1)室温下,含碳0.6%的钢中珠光体和铁素体各占多少;
2)室温下,含碳1.2%的钢中珠光体和二次渗碳体各占多少;
10.某工厂仓库积压了许多碳钢(退火状态),由于钢材混杂,不知道钢的化学成分,现找出其中一根,经金相分析后,发现其组织为珠光体+铁素体,其中铁素体占80%,问此钢材的含碳量大约是多少?
11.根据Fe-Fe3C相图,说明产生下列现象的原因:
1)含碳量为1.0%的钢比含碳量为0.5%的钢硬度高;
2)在室温下,含碳0.8%的钢其强度比含碳1.2%的钢高;
3)在1100℃,含碳0.4%的钢能进行锻造,含碳4.0%的生铁不能锻造;
4)钳工锯T8,T10,T12等钢料时比锯10,20钢费力,锯条容易磨钝;
5)钢适宜于通过压力加工成形,而铸铁适宜于通过铸造成形。
12.下列零件或工具用何种碳钢制造:
手锯锯条、普通螺钉、车床主轴。
手锯锯条:
它要求有较高的硬度和耐磨性,因此用碳素工具钢制造,如T9、T9A、T10、T10A、T11、T11A。
普通螺钉:
它要保证有一定的机械性能,用普通碳素结构钢制造,如Q195、Q215、Q235。
车床主轴:
它要求有较高的综合机械性能,用优质碳素结构钢,如30、35、40、45、50。
13.指出下列各种钢的类别、符号、数字的含义、主要特点及用途:
Q235-AF、Q235-C、Q195-B、Q255-D、40、45、08、20、20R、20G、T8、T10A、T12A
答:
Q235-AF:
普通碳素结构钢,屈服强度为235MPa的A级沸腾钢。
Q235-C:
屈服强度为235MPa的C级普通碳素结构钢,
Q195-B:
屈服强度为195MPa的B级普通碳素结构钢,
Q255-D:
屈服强度为255MPa的D级普通碳素结构钢,
Q195、Q235含碳量低,有一定强度,常扎制成薄板、钢筋、焊接钢管等,用于桥梁、建筑等钢结构,也可制造普通的铆钉、螺钉、螺母、垫圈、地脚螺栓、轴套、销轴等等,Q255钢强度较高,塑性、韧性较好,可进行焊接。
通常扎制成型钢、条钢和钢板作结构件以及制造连杆、键、销、简单机械上的齿轮、轴节等。
40:
含碳量为0.4%的优质碳素结构钢。
45含碳量为0.45%的优质碳素结构钢。
40、45钢经热处理(淬火+高温回火)后具有良好的综合机械性能,即具有较高的强度和较高的塑性、韧性,用于制作轴类零件。
08:
含碳量为0.08%的优质碳素结构钢。
塑性、韧性好,具有优良的冷成型性能和焊接性能,常冷轧成薄板,用于制作仪表外壳、汽车和拖拉机上的冷冲压件,如汽车车身,拖拉机驾驶室等。
20:
含碳量为0.2%的优质碳素结构钢。
用于制作尺寸较小、负荷较轻、表面要求耐磨、心部强度要求不高的渗碳零件,如活塞钢、样板等。
20R:
含碳量为0.2%的优质碳素结构钢,容器专用钢。
20G:
含碳量为0.2%的优质碳素结构钢,锅炉专用钢。
T8:
含碳量为0.8%的碳素工具钢。
用于制造要求较高韧性、承受冲击负荷的工具,如小型冲头、凿子、锤子等。
T10A:
含碳量为1.0%的高级优质碳素工具钢。
用于制造要求中韧性的工具,如钻头、丝锥、车刀、冲模、拉丝模、锯条。
T12A:
含碳量为1.2%的高级优质碳素工具钢。
具有高硬度、高耐磨性,但韧性低,用于制造不受冲击的工具如量规、塞规、样板、锉刀、刮刀、精车刀。
15.确定下列钢件的退火方法,并指出退火目的及退火后的组织:
1)经冷轧后的15钢钢板,要求降低硬度;
答:
再结晶退火。
目的:
使变形晶粒重新转变为等轴晶粒,以消除加工硬化现象,降低了硬度,消除内应力。
细化晶粒,均匀组织,消除内应力,降低硬度以消除加工硬化现象。
组织:
等轴晶的大量铁素体和少量珠光体。
2)ZG35的铸造齿轮
答:
完全退火。
经铸造后的齿轮存在晶粒粗大并不均匀现象,且存在残余内应力。
因此退火目的:
细化晶粒,均匀组织,消除内应力,降低硬度,改善切削加工性。
组织:
晶粒均匀细小的铁素体和珠光体。
3)锻造过热后的60钢锻坯;
答:
完全退火。
由于锻造过热后组织晶粒剧烈粗化并分布不均匀,且存在残余内应力。
因此退火目的:
细化晶粒,均匀组织,消除内应力,降低硬度,改善切削加工性。
组织:
晶粒均匀细小的少量铁素体和大量珠光体。
4)具有片状渗碳体的T12钢坯;
答:
球化退火。
由于T12钢坯里的渗碳体呈片状,因此不仅硬度高,难以切削加工,而且增大钢的脆性,容易产生淬火变形及开裂。
通过球化退火,使层状渗碳体和网状渗碳体变为球状渗碳体,以降低硬度,均匀组织、改善切削加工性。
组织:
粒状珠光体和球状渗碳体。
16.正火与退火的主要区别是什么?
生产中应如何选择正火及退火?
答:
与退火的区别是①加热温度不同,对于过共析钢退火加热温度在Ac1以上30~50℃而正火加热温度在Accm以上30~50℃。
②冷速快,组织细,强度和硬度有所提高。
当钢件尺寸较小时,正火后组织:
S,而退火后组织:
P。
选择:
(1)从切削加工性上考虑
切削加工性又包括硬度,切削脆性,表面粗糙度及对刀具的磨损等。
一般金属的硬度在HB170~230范围内,切削性能较好。
高于它过硬,难以加工,且刀具磨损快;过低则切屑不易断,造成刀具发热和磨损,加工后的零件表面粗糙度很大。
对于低、中碳结构钢以正火作为预先热处理比较合适,高碳结构钢和工具钢则以退火为宜。
至于合金钢,由于合金元素的加入,使钢的硬度有所提高,故中碳以上的合金钢一般都采用退火以改善切削性。
(2)从使用性能上考虑
如工件性能要求不太高,随后不再进行淬火和回火,那么往往用正火来提高其机械性能,但若零件的形状比较复杂,正火的冷却速度有形成裂纹的危险,应采用退火。
(3)从经济上考虑
正火比退火的生产周期短,耗能少,且操作简便,故在可能的条件下,应优先考虑以正火代替退火。
17.指出下列零件的锻造毛坯进行正火的主要目的及正火后的显微组织:
(1)20钢齿轮
(2)45钢小轴(3)T12钢锉刀
答:
(1)目的:
细化晶粒,均匀组织,消除内应力,提高硬度,改善切削加工性。
组织:
晶粒均匀细小的大量铁素体和少量索氏体。
(2)目的:
细化晶粒,均匀组织,消除内应力。
组织:
晶粒均匀细小的铁
素体和索氏体。
(3)目的:
细化晶粒,均匀组织,消除网状Fe3CⅡ,为球化退火做组织准备,消除内应力。
组织:
索氏体和球状渗碳体。
18.一批45钢试样(尺寸Φ15*10mm),因其组织、晶粒大小不均匀,需采用退火处理。
拟采用以下几种退火工艺;
(1)缓慢加热至700℃,保温足够时间,随炉冷却至室温;
(2)缓慢加热至840℃,保温足够时间,随炉冷却至室温;
(3)缓慢加热至1100℃,保温足够时间,随炉冷却至室温;
问上述三种工艺各得到何种组织?
若要得到大小均匀的细小晶粒,选何种工艺最合适?
答:
(1)因其未达到退火温度,加热时没有经过完全奥氏体化,故冷却后依然得到组织、晶粒大小不均匀的铁素体和珠光体。
(2)因其在退火温度范围内,加热时全部转化为晶粒细小的奥氏体,故冷却后得到组织、晶粒均匀细小的铁素体和珠光体。
(3)因其加热温度过高,加热时奥氏体晶粒剧烈长大,故冷却后得到晶粒粗大的铁素体和珠光体。
要得到大小均匀的细小晶粒,选第二种工艺最合适。
19.淬火的目的是什么?
亚共析碳钢及过共析碳钢淬火加热温度应如何选择?
试从获得的组织及性能等方面加以说明。
答:
淬火的目的是使奥氏体化后的工件获得尽量多的马氏体并配以不同温度回火获得各种需要的性能。
亚共析碳钢淬火加热温度Ac3+(30~50℃),淬火后的组织为均匀而细小的马氏体。
因为如果亚共析碳钢加热温度在Ac1~Ac3之间,淬火组织中除马氏体外,还保留一部分铁素体,使钢的强度、硬度降低。
但温度不能超过Ac3点过高,以防奥氏体晶粒粗化,淬火后获得粗大马氏体。
过共析碳钢淬火加热温度Ac1+(30~50℃),淬火后的组织为均匀而细小的马氏体和颗粒状渗碳体及残余奥氏体的混合组织。
如果加热温度超过Accm,渗碳体溶解过多,奥氏体晶粒粗大,会使淬火组织中马氏体针变粗,渗碳体量减少,残余奥氏体量增多,从而降低钢的硬度和耐磨性。
淬火温度过高,淬火后易得到含有显微裂纹的粗片状马氏体,使钢的脆性增加。
21.说明45钢试样(Φ10mm)经下列温度加热、保温并在水中冷却得到的室温组织:
700℃,760℃,840℃,1100℃。
答:
700℃:
因为它没有达到相变温度,因此没有发生相变,组织为铁素体和珠光体。
760℃:
它的加热温度在Ac1~Ac3之间,因此组织为铁素体、马氏体和少量残余奥氏体。
840℃:
它的加热温度在Ac3以上,加热时全部转变为奥氏体,冷却后的组织为马氏体和少量残余奥氏体。
1100℃:
因它的加热温度过高,加热时奥氏体晶粒粗化,淬火后得到粗片状马氏体和少量残余奥氏体。
23.指出下列工件的淬火及回火温度,并说明其回火后获得的组织和大致的硬度:
(1)45钢小轴(要求综合机械性能);
(2)60钢弹簧;
(3)T12钢锉刀。
答:
(1)45钢小轴(要求综合机械性能),工件的淬火温度为850℃左右,回火温度为500℃~650℃左右,其回火后获得的组织为回火索氏体,大致的硬度25~35HRC。
(2)60钢弹簧,工件的淬火温度为850℃左右,回火温度为350℃~500℃左右,其回火后获得的组织为回火屈氏体,大致的硬度40~48HRC。
(3)T12钢锉刀,工件的淬火温度为780℃左右,回火温度为150℃~250℃,其回火后获得的组织为回火马氏体,大致的硬度60HRC。
25.淬透性与淬硬层深度两者有何联系和区别?
影响钢淬透性的因素有哪些?
影响钢制零件淬硬层深度的因素有哪些?
答:
淬透性是指钢在淬火时获得淬硬层的能力。
不同的钢在同样的条件下淬硬层深不同,说明不同的钢淬透性不同,淬硬层较深的钢淬透性较好。
淬硬性:
是指钢以大于临界冷却速度冷却时,获得的马氏体组织所能达到的最高硬度。
钢的淬硬性主要决定于马氏体的含碳量,即取决于淬火前奥氏体的含碳量。
影响淬透性的因素:
①化学成分
C曲线距纵坐标愈远,淬火的临界冷却速度愈小,则钢的淬透性愈好。
对于碳钢,钢中含碳量愈接近共析成分,其C曲线愈靠右,临界冷却速度愈小,则淬透性愈好,即亚共析钢的淬透性随含碳量增加而增大,过共析钢的淬透性随含碳量增加而减小。
除Co和Al(>2.5%)以外的大多数合金元素都使C曲线右移,使钢的淬透性增加,因此合金钢的淬透性比碳钢好。
②奥氏体化温度
温度愈高,晶粒愈粗,未溶第二相愈少,淬透性愈好。
27.回火的目的是什么?
常用的回火操作有哪几种?
指出各种回火操作得到的组织、性能及其应用范围。
答:
回火的目的是降低淬火钢的脆性,减少或消除内应力,使组织趋于稳定并获得所需要的性能。
常用的回火操作有低温回火、中温回火、高温回火。
低温回火得到的组织是回火马氏体。
内应力和脆性降低,保持了高硬度和高耐磨性。
这种回火主要应用于高碳钢或高碳合金钢制造的工、模具、滚动轴承及渗碳和表面淬火的零件,回火后的硬度一般为HRC58-64。
中温回火后的组织为回火屈氏体,硬度HRC35-45,具有一定的韧性和高的弹性极限及屈服极限。
这种回火主要应用于含碳0.5-0.7%的碳钢和合金钢制造的各类弹簧。
高温回火后的组织为回火索氏体,其硬度HRC25-35,具有适当的强度和足够的塑性和韧性。
这种回火主要应用于含碳0.3-0.5%的碳钢和合金钢制造的各类连接和传动的结构零件,如轴、连杆、螺栓等。
28.指出下列组织的主要区别:
(1)索氏体与回火索氏体;
(2)屈氏体与回火屈氏体;
(3)马氏体与回火马氏体。
答:
由奥氏体冷却转变而成的屈氏体(淬火屈氏体)和索氏体(淬火索氏体)组织,与由马氏体分解所得到的回火屈氏体和回火索氏体组织有很大的区别,主要是碳化物的形态不同。
由奥氏体直接分解的屈氏体及索氏体中的碳化物是片状的,而由马氏体分解的回火屈氏体与回火索氏体中碳化物是颗粒状的。
回火索氏体和回火屈氏体相对于索氏体与屈氏体其塑性和韧性较好。
马氏体(M)是由A直接转变成碳在α—Fe中过饱和固溶体。
回火马氏体是过饱和的α固溶体(铁素体)和与其晶格相联系的ε碳化物所组成,其淬火内应力和脆性得到降低。
34.拟用T10制造形状简单的车刀,工艺路线为:
锻造—热处理—机加工—热处理—磨加工
(1)试写出各热处理工序的名称并指出各热处理工序的作用;
(2)指出最终热处理后的显微组织及大致硬度;
(3)制定最终热处理工艺规定(温度、冷却介质)
答:
(1)工艺路线为:
锻造—退火—机加工—淬火后低温回火—磨加工。
退火处理可细化组织,调整硬度,改善切削加工性;淬火及低温回火可获得高硬度和耐磨性以及去除内应力。
(2)终热处理后的显微组织为回火马氏体,大致的硬度60HRC。
(3)T10车刀的淬火温度为780℃左右,冷却介质为水;回火温度为150℃~250℃。
36.某型号柴油机的凸轮轴,要求凸轮表面有高的硬度(HRC>50),而心部具有良好的韧性(Ak>40J),原采用45钢调质处理再在凸轮表面进行高频淬火,最后低温回火,现因工厂库存的45钢已用完,只剩15钢,拟用15钢代替。
试说明:
(1)原45钢各热处理工序的作用;
(2)改用15钢后,应按原热处理工序进行能否满足性能要求?
为什么?
(3)改用15钢后,为达到所要求的性能,在心部强度足够的前提下采用何种热处理工艺?
答:
(1)正火处理可细化组织,调整硬度,改善切削加工性;调质处理可获得高的综合机械性能和疲劳强度;局部表面淬火及低温回火可获得局部高硬度和耐磨性。
(2)不能。
改用15钢后按原热处理工序会造成心部较软,表面硬,会造成表面脱落。
(3)渗碳。
1落料和冲孔:
落料和冲孔又称冲裁,是使坯料按封闭轮廓分离。
落料是被分离的部分为所需要的工件,而留下的周边是废料;冲孔则相反。
2焊接:
将分离的金属用局部加热或加压,或两者兼而使用等手段,借助于金属内部原子的结合和扩散作用牢固的连接起来,形成永久性接头的过程。
3顺序凝固:
是采用各种措施保证铸件结构各部分,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,实现由远离冒口的部分最先凝固,在向冒口方向顺序凝固,使缩孔移至冒口中,切除冒口即可获得合格零件的铸造工艺同时凝固:
是指采取一些工艺措施,使铸件个部分温差很小,几乎同时进行凝固获得合格零件的铸造工艺
4.缩孔、缩松液态金属在凝固过程中,由于液态收缩和凝固收缩,因而在铸件最后凝固部位出现大而集中的孔洞,这种孔洞称为缩孔,而细小而分散的孔洞称为分散性缩孔,简称缩松。
5.直流正接:
将焊件接电焊机的正极,焊条接其负极;用于较厚或高熔点金属的焊接。
直流反接:
将焊件接电焊机的负极,焊条接其正极;用于轻薄或低熔点金属的焊接。
6自由锻造:
利用冲击力或压力使金属材料在上下两个砧铁之间或锤头与砧铁之间产生变形,从而获得所需形状、尺寸和力学性能的锻件的成形过程。
模型锻造:
它包括模锻和镦锻,它是将加热或不加热的坯料置于锻模模膛内,然后施加冲击力或压力使坯料发生塑性变形而获得锻件的锻造成型过程。
7.钎焊:
利用熔点比钎焊金属低的钎料作填充金属,适当加热后,钎料熔化将处于固态的焊件连接起来的一种方法。
8.金属焊接性:
金属在一定条件下,获得优质焊接接头的难易程度,即金属材料对焊接加工的适应性。
1、砂型铸造常用的机器造型方法有震实造型、抛砂造型等。
2、影响液态金属充型能力的因素有金属流动性、铸型性质、浇注条件、
铸件结构四个方面。
3、金属材料的可锻性常用金属的塑性指标和变形抗力来综合衡量。
4、熔化焊接用焊条通常由焊芯和药皮组成,其中焊芯的主要作用为作为电源的一个电极,传导电流,产生电弧、药皮熔化后作为填充材料,与母材一起构成焊缝金属。
5、一般砂型铸造技术的浇注系统结构主要由浇口杯、直浇道、
横浇道、内浇道组成。
6、液态金属浇入铸型后,从浇注温度冷却到室温都经历液态收缩凝固收缩、固态收缩三个收缩阶段。
7、焊接过程中对焊件进行局部不均匀加热是产生焊接应力和变形的根本原因。
8、根据钎料熔点不同,钎焊可分为硬钎焊和软钎焊两大类。
9、模锻时飞边的作用是强迫充填,容纳多余的金属,减轻上模对下模的打击,起缓冲作用.。
10.焊接时往往都要对被焊工件进行加热。
熔化焊加热的目的是形成熔池;压力焊加热的目的是将接头金属加热到高塑性状态;钎焊加热的目的是熔化钎料。
11.焊接时一般都要对被焊区进行保护,以防空气的有害作用。
手工电弧焊采用气和渣联合保护;埋弧自动焊采用渣保护;氩弧焊的保护措施是氩气保护;而在钎焊过程中则利用钎剂来进行保护。
12.CO2气体保护焊适于焊接低碳钢和低合金钢材料。
13如图所示的A、B、C、D四种成分的铁碳合金中,流动性最好的合金是(D);形成缩孔倾向最大的合金是(D);形成缩松倾向最大的合金是(B)
14.如图所示应力框铸件。
浇注并冷却到室温后,各杆的应力状态为()若用钢锯沿A-A线将φ30杆锯断,此时断口间隙将()断口间隙变化的原因是各杆的应力(),导致φ30杆(),φ10杆()
1、板料加工技术过程中冲裁凸、凹模和拉深凸、凹模有何不同?
答:
主要区别在于工作部分凸模与凹模的间隙不同,而且拉深的凸凹模上没有锋利的刃口。
冲裁凸凹模有锋利的刃口和适当的间隙;拉深凸凹模有适当的圆角和较大的间隙
2、焊接应力产生的根本原因是什么?
减少和消除焊接应力的措施有哪些?
答:
根本原因:
焊接过程中对焊件进行了局部不均匀加热。
措施:
1)选择合理的焊接顺序,应尽量使焊缝自由收缩而不受较大约束;2)焊前预热,焊前将工件预热到350~400℃,然后再进行焊接;
3)加热“减应区”,在焊件结构上选择合适的部位加热后再焊接;4)焊后热处理。
去应力退火,即将工件均匀加热后到600–650℃保温一段时间后冷却。
整体高温回火消除焊接应力最好
3、低碳钢焊接热影响区的形成及其对焊接接头的影响(组织性能特征)。
答:
形成:
在电弧热的作用下,焊缝两侧处于固态的母材被加热,处于相变温度到固相线温度之间,按温度的不同具体分为过热区、正火区、部分相变区,并使母材发生组织和性能变化,从而形成低碳钢焊接热影响区。
对焊接接头的影响:
1、过热区处于过热区的母材组织转变为奥氏体,奥氏体在高温下急剧长大,冷却后形成过热粗晶组织,使焊接接头的塑性和韧性下降;2、正火区经书从结晶,且得到细化,使焊接接头的力学性能得到提高;3、部分相变区因相变不均匀使冷却后的晶粒大小不等,对接头力学性能产生不利影响
4试分析图所示铸造应力框:
(1)铸造应力框凝固过程属于自由收缩还是受阻收缩?
(2)铸造应力框在凝固过程中将形成哪几类铸造应力?
(3)在凝固开始和凝固结束时铸造应力框中1、2部位应力属什么性质(拉应力、压应力)?
(4)铸造应力框冷却到常温时,在1部位的C点将其锯断,AB两点间的距离L将如何变化(变长、变短、不变)
5、模锻分模面选取的原则是什么?
请按照该原则在图二所示的a-a、b-b、c-c、d-d、e-e五个面中选取符合条件的分模面
模锻分模面选取的原则:
(1)要保证模锻件易于从模膛中取出;
(2)所选定的分模面应能使模膛的深度最浅;
(3)选定的分模面应能使上下两模沿分模面的模膛轮廓一致;
(4)分模面做好是平面,且上下锻模的模膛深度尽可能一致;
(5)所选分模面尽可能使锻件上所加的敷料最少。
图中c-c面是符合要求的分模面
6、试分析图七所示铸件:
(1)哪些是自由收缩,哪些是受阻收缩?
(2)受阻收缩的铸件形成哪一类铸造应力?
(3)各部分应力属什么性质(拉应力、压应力)?
答:
(1)第一列是自由收缩,第二列第三列是受阻收缩。
(2)第二列是机械阻碍应力(临时应力),第三列是热应力(残余应力)(3)第二列过程中都是拉应力,铸件取出后应力消失,第三列上面的零件开始时上部是压应力,下部是拉应力,凝固后上拉下压。
下面的零件相反
7.绳轮(图4-3),材料为HT200,批量生产。
绘制零件的铸造工艺图
8.常啮合齿轮,年产15万件,锻坯由锤上模锻生产。
试图上修改零件不合理的结构,在图上定性绘出齿轮结构修改后的锻件图
9.如图8-3所示冲压件,采用厚l.5mm低碳钢板进行批量生产。
试确定冲压的基本工序,并在表8-1中绘出工序简图
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