《机械工程材料学》复习题

一、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？

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）。

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。

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？

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。

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：（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？

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。

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。

（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？

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。

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。

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。

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。

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。

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。

4．针对传递动力用的齿轮，回答以下问题。

（1）分析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。

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．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。

8.在共析碳钢C曲线上，标出退火、正火、等温淬火、油淬、水淬的冷却工艺曲线，并注明由各冷却工艺曲线所能得到的组织。

9.45钢在Ac1~Ac3之间加热淬火后的硬度和完全奥氏体化加热淬火后的硬度是否相同？为什么？

10、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图并将各区域的相组成标在相图上；(2) 计算w B=50%的合金在400℃时液相和固相的质量分数。