10-机械工程材料知识综合应用举例

3. 碳溶入α-Fe形成的固溶体属于 间隙 固溶体； Cr溶入α-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。
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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α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σb＞700Mpa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 ℃。
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。
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φ40mm），要求有良好的 综合力学性能，轴颈部分要求耐磨（50~55HRC）。 (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。
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？
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）写出各热处理工序后得到的组织名称及硬度范围。
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α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。
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φ30mm的轴类零件？为什么？ （3）能否制造直径为φ300mm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）。
三、根据Fe－Fe3C相图，说明产生下列现象的原因。 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。
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φ60mm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？
5．铁丝易折弯，铸铁易破裂，为什么？
6．为什么钢铆钉用低碳钢（ωc=0.25%)制作？
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（ωc=0.60%)制成？
四、问答思考题 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α（以A为溶剂的 固溶体）中的最大溶解度为10%，A在β（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。
机械工程材料基础知识综合应用举例
一、简答题 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。
2.下列元素中: Al、Ni、W、Si、Mo、S、Mn、V、Ti
属于弱碳化物形成的元素是: 属于强碳化物形成的元素是: 属于非碳化物形成的元素是: Mn W、Mo、V、Ti Al、 Ni 、 Si
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α相和Fe3C相的质量分数。
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？
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．拟用9SiCr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。
认真细心读懂题意，反复琢磨关键词语。 冷静回顾知识要点，有的放矢分析考题。 考试期间注意时间，答题遵循先易后难。 若想考出优良成绩，重在理解基本概念。 平时刻苦考前复习，即使缺失也不遗憾。
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60~63HRC， 心部硬度为40~43HRC，渗碳层深度为1.0~1.3mm。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（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。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
二、分析比较CrWMn合金工具钢与T10碳素工具钢 1．CrWMn钢的淬火加热温度与T10钢相比哪个高？ 为什么？ 2．直径均为φ30mm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200~250℃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230~250℃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？ 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。