机械工程材料知识综合应用举例.ppt

机械工程材料基础知识综合应用举例,1.金属材料在固态下一般具有的特性是:,良好的导电、导热性；不透明，有金属光泽; 较高的强度、良好的塑性；有正的电阻 温度系数。,属于弱碳化物形成的元素是: Mn 属于强碳化物形成的元素是: W、Mo、V、Ti 属于非碳化物形成的元素是: Al、 Ni 、 Si,3. 碳溶入-Fe形成的固溶体属于 间隙 固溶体； Cr溶入-Fe形成的固溶体属于 置换 固溶体； Cu与Ni可以形成 无限 固溶体。,2.下列元素中: Al、Ni、W、Si、Mo、S、Mn、V、Ti,一、简答题,4. 由Pb-Sn相图可知，纯Sn的熔点为 ，共晶成分中Pb的质量分数为 ，在共晶温度下Sn在固溶体中的最大溶解度为 ，共晶点对应的Sn的质量分数为 （教材P52图3-11）,5. 一个直径为20mm的轴，要求b700Mpa且综合力 学性能较好。从经济角度考虑，同时又能满足性能要求，选用（只选一种） （20、T10、 45、 3Cr2W8V、40Cr、9SiCr、W6Mo5Cr4V2）钢，淬火温度选用 ，采用 作为淬火介质，回火温度选用 。,6. 加工壁厚为10mm的轴承套圈，选用 （只选一种）（20、 W18Cr4V、 CrWMn、 45、 9Mn2V、40Cr、GCr15SiMn、GCr15）钢比较好，淬火温度选用 ，采用 作为淬火介质，回火温度选用 较合适。,7. A组元的含量为85，B组元的含量为15，它们所形成的固相为单相合金，B组元随机分布在A组元中，这种固相称为 ，其中A组元称为 ，B组元称为 。已知B组元属于面心立方，若它们能形成无限固溶体，则A组元的晶体结构类型属于 （体心立方、密排六方、面心立方、不确定）。,8. 设A、B组元的熔点分别为1450和1080，它们在液态和固态都无限互溶，则这两种组元组成的二元相图叫作二元 相图；先结晶的固溶体中含 组元多，后结晶的固溶体中含 组元多，这种成分不均匀现象称为 ，通过 工艺可以减轻或消除这种现象。,9. 为了降低钢的硬度便于机加工可采用 工艺； 为使零件获得高的强度、硬度和耐磨性可采用 工艺；为了提高零件局部的硬度和耐磨性可以采用 工艺；为了提高淬火零件的塑性和韧性可以采用 工艺。（低温回火、时效、表面淬火、高温回火、淬火、正火、退火）,10. 对于汽车、拖拉机变速箱中的传动齿轮一般可选用 钢经过 处理后使用； 而对承受载荷较小，但对尺寸精度要求非常高的齿轮可以选用 钢经过 处理后使用； 对于承受载荷 不大、对精度要求也不是太高的机床变速箱中的齿轮可选用 钢经过 处理后使用。（可供选择的材料为45、40Cr、20Cr、20CrMnTi、38CrMoAl、3Cr2W8V、20Cr2Ni4WA）,11. 如果用20CrMnTi钢制造齿轮，其一般的简明加工路线是 。 当最终热处理全部完成后，其表层组织由表及里为 + + ，具有高的 疲劳强度、 疲劳强度和高的 性，而心部在淬透的情况下为 组织，具有良好的 力学性能。 如果齿面的曲率半径增大或承受的接触应力增大，齿面的硬化层深度应该相应 （减小，增加），这是通过 （延长，缩短）渗碳时间实现的。低温回火后通过 处理可以进一步提高齿轮的弯曲疲劳强度。,12. 简述渗碳、渗氮和碳氮共渗三种化学热处理方法对零件对的表面硬度、耐磨性、热处理变形、疲劳强度、渗层深度等五个方面的异同。,13已知某优质碳素钢经完全退火后珠光体的体积分数为59%。 （1）计算该钢含碳量并给出钢号。 （2）该钢能否制造直径为30mm的轴类零件？为什么？ （3）能否制造直径为300mm的轴类零件？为什么？,14蒸汽阀门的阀杆对综合力学性能要求较高，同时要求具有一定的耐腐蚀性。 （1）在1Cr18Ni9Ti、2Cr13、45和20CrMnTi四种钢中选择一种合适的材料； （2）画出最终热处理工艺曲线（注明温度范围）。,15某尺寸较大的轴承套圈试生产时选用GCr15，淬火后心部总出现较多的屈氏体组织不能满足要求。 （1）分析出现屈氏体的原因； （2）改用哪种钢比较合适？ （3）画出预先热处理和最终热处理工艺曲线。,16某零件用45钢制造，淬火时用水作冷却介质，淬硬层深度不能满足要求。仓库中有40Cr、50、40和60Si2Mn四种材料。 （1）选用哪种钢比较合适？ （2）淬火时选用哪种淬火介质比较合适？ （3）回火温度选在什么温度范围内比较合适？,17针对汽车或拖拉机传递动力的齿轮回答以下问题。 （1）分析主要失效形式和对性能的主要要求； （2）在45、16Mn、CrWMn和20CrMnTi中选择一种合适的材料并写出简明加工路线。,18一个直径为60mm的轴，要求抗拉强度大于900MPa且综合力学性能较好，目前仓库中有25、40Cr、GCr15、9SiCr四种材料可供选用。问： （1）选哪种材料最合适（简要说明理由）； （2）画出最终热处理工艺曲线（要求给出温度范围），为什么要选用这种工艺？,19一种零件需要切削加工，批量很大，要求材料具有良好加工性能，抗拉强度大于450MPa，延伸率大于30%，其他性能没有要求。回答： （1）选择一种最合适的材料； （2）写出简明加工路线； （3）所选材料与45钢相比有哪些优点。,20某零件用45钢制造，淬火时用水作冷却介质，要求淬硬层深度为8mm，实际得到的淬硬层深度为3mm。仓库中有40CrMn、50、40和5CrMnMo四种材料。 （1）选用哪种钢比较合适？ （2）淬火时选用哪种淬火介质比较合适？ （3）回火温度选在什么温度范围内比较合适？,21说明高碳钢常用的预先热处理工艺； 画出工艺曲线并进行简要分析； 说明预先热处理的目的 。,22某机床主轴（直径约40mm），要求有良好的综合力学性能，轴颈部分要求耐磨（5055HRC）。 (1)选择一种比较合适的材料； (2)写出简明加工工艺路线； (3)说明工艺路线中各个热处理环节的目的。,4若用CrWMn钢制造圆板牙或丝锥等薄刃刀具，应采用何种热处理工艺（包括预先热处理和最终热处理）？试分析各热处理工艺的作用及其所得组织。,1CrWMn钢的淬火加热温度与T10钢相比哪个高？为什么？,2直径均为30mm的T10钢和CrWMn钢，加热透烧后均在油中冷却，获得的淬硬层深度相同吗？为什么？,3为什么用T10钢制造的刀具刃部受热至200250其硬度和耐磨性已迅速下降，以致于失效；而CrWMn钢制造的刀具刃部在230250条件下工作，硬度仍不低于60HRC，且耐磨性能良好，尚可维持正常工作？,二、分析比较CrWMn合金工具钢与T10碳素工具钢,1完全退火后含碳量为1.0的钢比含碳量为0.5的钢硬度高。 2钳工用手工锯锯T10、T12钢料时比锯10、20钢料费力，锯条容易磨钝。 3在室温下，含碳量为0.8的钢其强度比含碳量为1.2的钢高。 4含碳量为0.45的钢加热到1200开始锻造，冷却到800停止锻造。,三、根据FeFe3C相图，说明产生下列现象的原因。,5铁丝易折弯，铸铁易破裂，为什么？,7为什么绑扎物体一般用铁丝（镀锌低碳钢丝）， 而起重机钢丝绳却用60钢（c=0.60%)制成？,6为什么钢铆钉用低碳钢（c=0.25%)制作？,1 A、B合金相图属于共晶相图，A组元的熔点为330，B组元的熔点为200，共晶转变温度为160，共晶合金中B的质量分数为60%，B在（以A为溶剂的固溶体）中的最大溶解度为10%，A在（以B为溶剂的固溶体）中的最大溶解度为5%，室温下两组元互不相溶（溶解度为0）。画出相图，将题中给出的3个温度和3个成分点以及各区域的相组成标在相图上。,四、问答思考题,2拟用T10A钢制造形状简单的冲头，回答以下问题。 （1）写出其简明生产工艺路线。 （2）画出各热处理工艺曲线图（注明温度、冷却介质） （3）写出各热处理工序后得到的组织名称及硬度范围,3有两种含碳量不同的铁碳合金，它们的室温平衡组织各由两种组织组成，它们都有珠光体组织，珠光体的质量分数均为90%。回答以下问题。 (1) 分别写出这两种合金的组织名称。 (2) 计算这两种合金的含碳量。 (3) 计算这两种合金室温下相和Fe3C相的质量分数。,4针对传递动力用的齿轮，回答以下问题。 （1）分析其一般受力情况和对材料性能的主要要求。 （2）模数m=5的齿轮，要求表面硬度为6063HRC，心部硬度为4043HRC，渗碳层深度为1.01.3mm。选用哪种钢比较合适，写出简明加工工艺路线并说明各个热处理的目的。,5某型号柴油机的凸轮轴，要求凸轮表面有高的硬度（50HRC），而心部具有良好的韧性（Ak40J），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。回答下列问题： （1）说明原45钢调质和高频淬火的目的及其热处理后得到的组织。 （2）改用15钢后，仍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，应采用何种热处理工艺？分析所选工艺能满足所要求的性能的原因,7已知A、B二元合金相图属于匀晶相图，A组元的熔点为500，B组元的熔点为300，400时液相L中B的质量分数为60%，固相中B的质量分数为40%。 (1) 画出该合金相图示意并标注各区域的相组成物。 (2) 计算wB=50%的合金在400时液相和固相的质量分数。,6拟用GCr15钢制造一种小型拔丝模，回答以下问题： （1）写出其简明生产工艺路线。 （2）画出各热处理工艺曲线图（注明温度、冷却介质） （3）写出各热处