《机械工程材料学》复习问答题及答案

1、简答题：

1．已知某优质碳素结构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？ 答：（1）该钢含碳量为：0.59×0.77%=45.43%。45钢。

（2）能。因该钢的水淬临界直径D 0=16mm ，用水淬该轴基本可淬透。 （3）不能。因该钢的水淬临界直径D 0=16mm ，用水淬该轴件也不能淬透，从而其性能不能满足使用要求.

Ps;在20C 的水中，45钢的D=16MM ，40Cr 钢的D=36mm,40CrNiMo 钢D=87mm,在矿物油中，45钢的D=8mm,40Cr 的D=20mm,40CrNiMo 的D=66mm.

2．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； （2）画出最终热处理工艺曲线（注明温度范围）。 答：（1）选2Cr13钢较合适。 （2）如下图所示

2Cr13钢的最终热处理工艺曲线示意图

3．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。 答：（1）由于尺寸较大，该钢的油淬临界直径小，心部淬不透所致。 （2）改用GCr15SiMn 钢较合适。

（3）预先热处理和最终热处理工艺曲线如下图所示

时间

预先热处理等温球化退火工艺曲线示意图

最终热处理工艺曲线示意图

4．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？ 答：(1)选40Cr 钢。（2）淬火介质用油。（3）回火温度550℃±20℃。

5．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。渗碳钢

答：（1）其主要失效形式有：弯曲疲劳；接触疲劳；磨损；断齿等。

（2）选20CrMnTi 钢。

其简明加工路线为：下料→锻造→正火→机加工→渗碳、淬火、低温回火→喷丸→精磨→装配

6．一个直径为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：

渗碳钢，调质钢（中淬），轴承钢，低合金工具钢

（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？ 答：（1）40Cr 。该钢的淬透性好，φ60mm 的轴淬火后心部可获得良好的性能。

（2）最终热处理工艺曲线示意图如下：

时间

用该工艺处理后其组织为回火索氏体，能使其具有良好的综合力学性能。

7．一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。

答：（1）选Y20钢。

（2）下料→机加工→检查→包装

（3）所选材料与45钢相比其切削性好、一般不需进行热处理。

8．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。热锻模钢（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？Cr主要是提高淬透性，强度有所提高，

对塑性、韧性影响不大；

Mo、V不仅能提高淬透性，还能细化组织，防止第二类回火脆性，提高塑性和韧性；

Cr-Mn钢中同时加入Cr、Mn两种元素，能更好的提高钢的淬透性和强度。

如：40Cr 、35CrMo、42CrMo

答：（1）选40CrMn钢较合适。

（2）淬火介质选用20#机油较合适。

（3）回火温度在500~520℃。

9．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。

答：高碳钢常用的预先热处理工艺为球化退火。其工艺曲线见下图所示。加热温度选在Ac1＋(20~30)℃，目的是保留部分渗碳体，为在Ar1－(10~20)℃等温时形成球状渗碳体作为核心。

时间

预先热处理（球化退火）的目的：降低硬度，使渗碳体呈球状，不仅便于机加工，也为最终热处理作好组织准备。

10．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），选择一种比较合适的材料；写出简明加工工艺路线；说明工艺路线中各个热处理环节的目的。

答：选45钢。

其简明加工路线为：下料→锻造→预先热处理（退火或正火）→机加工1（粗）→淬火+高温回火（调质）→机加工2（精）局部高频淬火（轴颈部分）→磨削→包装。

预先热处理是为了消除锻造应力、降低硬度、便于机加工，为调质作好组织准备。调质处理是为了使主轴具有高的综合力学性能和疲劳强度。局部高频淬火使轴颈部分获得高硬度、高耐磨性。

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？

答：CrWMn钢的淬火加热温度比T10钢的高。

因该钢中加入了能提高钢的相变点的合金元素Cr、W，且Cr、W易与碳形成较高熔点的合金碳化物，为使其中的合金元素溶入奥氏体中，充分发挥合金元素的固熔强化作用，故该钢的加热温度要比T10钢的高些。

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？

答：不同，T10钢的淬硬层较CrWMn钢的薄，因为T10钢的淬透性差（与CrWMn 钢相比而言），它又是碳素工具钢，不能用冷却能力较差的油作淬火介质。

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？

答：T10钢属碳素工具钢，其抗回火稳定性差，热硬性低，刃部受热至200~250℃时淬火马氏体就会分解，使其硬度和耐磨性大大降低，以致于失效；而CrWMn 钢中的合金元素W能提高回火稳定性和热硬性，其刃部受热至200~250℃时淬火马氏体不易分解，故硬度仍不低于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。答：预先热处理采用球化退火工艺。其作用是：消除锻造应力、降低硬度，使渗

。碳体呈球状，不仅便于机加工，也为最终热处理作好组织准备。组织为P

球状最终热处理采用淬火+低温回火工艺。淬火处理后使其具有高的硬度、耐磨性和热硬性，足够的强度，一定的韧性。其组织为：淬火马氏体+粒状合金渗碳体。低温回火的作用是降低淬火应力、稳定组织、稳定尺寸、调整硬度。其组织为：回火马氏体+粒状合金渗碳体。

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。

答：因组织及其硬度不同所致。即含碳量为 1.0％的钢经完全退火后组织为P+Fe3CⅡ网状，而含碳量为0.5％的钢经完全退火后组织为P+F，且F含量约35%。由于Fe3C的硬度比F的高，故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。