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 最大溶解度为为 ，共晶点对应对应 的Sn的质质量分数为为 （教材P52图图3-11） 5. 一个直径为20mm的轴，要求b700Mpa且综综合力 学性能较较好。从经济经济 角度考虑虑，同时时又能满满足性能要求 ，选选用（只选选一种） （20、T10、 45、 3Cr2W8V、 40Cr、9SiCr、W6Mo5Cr4V2）钢钢，淬火温度选选用 ，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，选选用 （只选选一种） （20、 W18Cr4V、 CrWMn、 45、 9Mn2V、40Cr、 GCr15SiMn、GCr15）钢钢比较较好，淬火温度选选用 ，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、分析比较二、分析比较CrWMnCrWMn合金工具钢与合金工具钢与T10T10碳素工具钢碳素工具钢 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、根据三、根据FeFeFe3CFe3C相图，说明产生下列现象的原因。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 ） （