機(jī)械工程材料知識(shí)綜合應(yīng)用舉例.ppt

機(jī)械工程材料基礎(chǔ)知識(shí)綜合應(yīng)用舉例,1.金屬材料在固態(tài)下一般具有的特性是:,良好的導(dǎo)電、導(dǎo)熱性；不透明，有金屬光澤; 較高的強(qiáng)度、良好的塑性；有正的電阻 溫度系數(shù)。,屬于弱碳化物形成的元素是: Mn 屬于強(qiáng)碳化物形成的元素是: W、Mo、V、Ti 屬于非碳化物形成的元素是: Al、 Ni 、 Si,3. 碳溶入-Fe形成的固溶體屬于 間隙 固溶體； Cr溶入-Fe形成的固溶體屬于 置換 固溶體； Cu與Ni可以形成 無(wú)限 固溶體。,2.下列元素中: Al、Ni、W、Si、Mo、S、Mn、V、Ti,一、簡(jiǎn)答題,4. 由Pb-Sn相圖可知，純Sn的熔點(diǎn)為 ，共晶成分中Pb的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 ，在共晶溫度下Sn在固溶體中的最大溶解度為 ，共晶點(diǎn)對(duì)應(yīng)的Sn的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 （教材P52圖3-11）,5. 一個(gè)直徑為20mm的軸，要求b700Mpa且綜合力 學(xué)性能較好。從經(jīng)濟(jì)角度考慮，同時(shí)又能滿(mǎn)足性能要求，選用（只選一種） （20、T10、 45、 3Cr2W8V、40Cr、9SiCr、W6Mo5Cr4V2）鋼，淬火溫度選用 ，采用 作為淬火介質(zhì)，回火溫度選用 。,6. 加工壁厚為10mm的軸承套圈，選用 （只選一種）（20、 W18Cr4V、 CrWMn、 45、 9Mn2V、40Cr、GCr15SiMn、GCr15）鋼比較好，淬火溫度選用 ，采用 作為淬火介質(zhì)，回火溫度選用 較合適。,7. A組元的含量為85，B組元的含量為15，它們所形成的固相為單相合金，B組元隨機(jī)分布在A組元中，這種固相稱(chēng)為 ，其中A組元稱(chēng)為 ，B組元稱(chēng)為 。已知B組元屬于面心立方，若它們能形成無(wú)限固溶體，則A組元的晶體結(jié)構(gòu)類(lèi)型屬于 （體心立方、密排六方、面心立方、不確定）。,8. 設(shè)A、B組元的熔點(diǎn)分別為1450和1080，它們?cè)谝簯B(tài)和固態(tài)都無(wú)限互溶，則這兩種組元組成的二元相圖叫作二元 相圖；先結(jié)晶的固溶體中含 組元多，后結(jié)晶的固溶體中含 組元多，這種成分不均勻現(xiàn)象稱(chēng)為 ，通過(guò) 工藝可以減輕或消除這種現(xiàn)象。,9. 為了降低鋼的硬度便于機(jī)加工可采用 工藝； 為使零件獲得高的強(qiáng)度、硬度和耐磨性可采用 工藝；為了提高零件局部的硬度和耐磨性可以采用 工藝；為了提高淬火零件的塑性和韌性可以采用 工藝。（低溫回火、時(shí)效、表面淬火、高溫回火、淬火、正火、退火）,10. 對(duì)于汽車(chē)、拖拉機(jī)變速箱中的傳動(dòng)齒輪一般可選用 鋼經(jīng)過(guò) 處理后使用； 而對(duì)承受載荷較小，但對(duì)尺寸精度要求非常高的齒輪可以選用 鋼經(jīng)過(guò) 處理后使用； 對(duì)于承受載荷 不大、對(duì)精度要求也不是太高的機(jī)床變速箱中的齒輪可選用 鋼經(jīng)過(guò) 處理后使用。（可供選擇的材料為45、40Cr、20Cr、20CrMnTi、38CrMoAl、3Cr2W8V、20Cr2Ni4WA）,11. 如果用20CrMnTi鋼制造齒輪，其一般的簡(jiǎn)明加工路線是 。 當(dāng)最終熱處理全部完成后，其表層組織由表及里為 + + ，具有高的 疲勞強(qiáng)度、 疲勞強(qiáng)度和高的 性，而心部在淬透的情況下為 組織，具有良好的 力學(xué)性能。 如果齒面的曲率半徑增大或承受的接觸應(yīng)力增大，齒面的硬化層深度應(yīng)該相應(yīng) （減小，增加），這是通過(guò) （延長(zhǎng)，縮短）滲碳時(shí)間實(shí)現(xiàn)的。低溫回火后通過(guò) 處理可以進(jìn)一步提高齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度。,12. 簡(jiǎn)述滲碳、滲氮和碳氮共滲三種化學(xué)熱處理方法對(duì)零件對(duì)的表面硬度、耐磨性、熱處理變形、疲勞強(qiáng)度、滲層深度等五個(gè)方面的異同。,13已知某優(yōu)質(zhì)碳素鋼經(jīng)完全退火后珠光體的體積分?jǐn)?shù)為59%。 （1）計(jì)算該鋼含碳量并給出鋼號(hào)。 （2）該鋼能否制造直徑為30mm的軸類(lèi)零件？為什么？ （3）能否制造直徑為300mm的軸類(lèi)零件？為什么？,14蒸汽閥門(mén)的閥桿對(duì)綜合力學(xué)性能要求較高，同時(shí)要求具有一定的耐腐蝕性。 （1）在1Cr18Ni9Ti、2Cr13、45和20CrMnTi四種鋼中選擇一種合適的材料； （2）畫(huà)出最終熱處理工藝曲線（注明溫度范圍）。,15某尺寸較大的軸承套圈試生產(chǎn)時(shí)選用GCr15，淬火后心部總出現(xiàn)較多的屈氏體組織不能滿(mǎn)足要求。 （1）分析出現(xiàn)屈氏體的原因； （2）改用哪種鋼比較合適？ （3）畫(huà)出預(yù)先熱處理和最終熱處理工藝曲線。,16某零件用45鋼制造，淬火時(shí)用水作冷卻介質(zhì)，淬硬層深度不能滿(mǎn)足要求。倉(cāng)庫(kù)中有40Cr、50、40和60Si2Mn四種材料。 （1）選用哪種鋼比較合適？ （2）淬火時(shí)選用哪種淬火介質(zhì)比較合適？ （3）回火溫度選在什么溫度范圍內(nèi)比較合適？,17針對(duì)汽車(chē)或拖拉機(jī)傳遞動(dòng)力的齒輪回答以下問(wèn)題。 （1）分析主要失效形式和對(duì)性能的主要要求； （2）在45、16Mn、CrWMn和20CrMnTi中選擇一種合適的材料并寫(xiě)出簡(jiǎn)明加工路線。,18一個(gè)直徑為60mm的軸，要求抗拉強(qiáng)度大于900MPa且綜合力學(xué)性能較好，目前倉(cāng)庫(kù)中有25、40Cr、GCr15、9SiCr四種材料可供選用。問(wèn)： （1）選哪種材料最合適（簡(jiǎn)要說(shuō)明理由）； （2）畫(huà)出最終熱處理工藝曲線（要求給出溫度范圍），為什么要選用這種工藝？,19一種零件需要切削加工，批量很大，要求材料具有良好加工性能，抗拉強(qiáng)度大于450MPa，延伸率大于30%，其他性能沒(méi)有要求?；卮穑?（1）選擇一種最合適的材料； （2）寫(xiě)出簡(jiǎn)明加工路線； （3）所選材料與45鋼相比有哪些優(yōu)點(diǎn)。,20某零件用45鋼制造，淬火時(shí)用水作冷卻介質(zhì)，要求淬硬層深度為8mm，實(shí)際得到的淬硬層深度為3mm。倉(cāng)庫(kù)中有40CrMn、50、40和5CrMnMo四種材料。 （1）選用哪種鋼比較合適？ （2）淬火時(shí)選用哪種淬火介質(zhì)比較合適？ （3）回火溫度選在什么溫度范圍內(nèi)比較合適？,21說(shuō)明高碳鋼常用的預(yù)先熱處理工藝； 畫(huà)出工藝曲線并進(jìn)行簡(jiǎn)要分析； 說(shuō)明預(yù)先熱處理的目的 。,22某機(jī)床主軸（直徑約40mm），要求有良好的綜合力學(xué)性能，軸頸部分要求耐磨（5055HRC）。 (1)選擇一種比較合適的材料； (2)寫(xiě)出簡(jiǎn)明加工工藝路線； (3)說(shuō)明工藝路線中各個(gè)熱處理環(huán)節(jié)的目的。,4若用CrWMn鋼制造圓板牙或絲錐等薄刃刀具，應(yīng)采用何種熱處理工藝（包括預(yù)先熱處理和最終熱處理）？試分析各熱處理工藝的作用及其所得組織。,1CrWMn鋼的淬火加熱溫度與T10鋼相比哪個(gè)高？為什么？,2直徑均為30mm的T10鋼和CrWMn鋼，加熱透燒后均在油中冷卻，獲得的淬硬層深度相同嗎？為什么？,3為什么用T10鋼制造的刀具刃部受熱至200250其硬度和耐磨性已迅速下降，以致于失效；而CrWMn鋼制造的刀具刃部在230250條件下工作，硬度仍不低于60HRC，且耐磨性能良好，尚可維持正常工作？,二、分析比較CrWMn合金工具鋼與T10碳素工具鋼,1完全退火后含碳量為1.0的鋼比含碳量為0.5的鋼硬度高。 2鉗工用手工鋸鋸T10、T12鋼料時(shí)比鋸10、20鋼料費(fèi)力，鋸條容易磨鈍。 3在室溫下，含碳量為0.8的鋼其強(qiáng)度比含碳量為1.2的鋼高。 4含碳量為0.45的鋼加熱到1200開(kāi)始鍛造，冷卻到800停止鍛造。,三、根據(jù)FeFe3C相圖，說(shuō)明產(chǎn)生下列現(xiàn)象的原因。,5鐵絲易折彎，鑄鐵易破裂，為什么？,7為什么綁扎物體一般用鐵絲（鍍鋅低碳鋼絲）， 而起重機(jī)鋼絲繩卻用60鋼（c=0.60%)制成？,6為什么鋼鉚釘用低碳鋼（c=0.25%)制作？,1 A、B合金相圖屬于共晶相圖，A組元的熔點(diǎn)為330，B組元的熔點(diǎn)為200，共晶轉(zhuǎn)變溫度為160，共晶合金中B的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為60%，B在（以A為溶劑的固溶體）中的最大溶解度為10%，A在（以B為溶劑的固溶體）中的最大溶解度為5%，室溫下兩組元互不相溶（溶解度為0）。畫(huà)出相圖，將題中給出的3個(gè)溫度和3個(gè)成分點(diǎn)以及各區(qū)域的相組成標(biāo)在相圖上。,四、問(wèn)答思考題,2擬用T10A鋼制造形狀簡(jiǎn)單的沖頭，回答以下問(wèn)題。 （1）寫(xiě)出其簡(jiǎn)明生產(chǎn)工藝路線。 （2）畫(huà)出各熱處理工藝曲線圖（注明溫度、冷卻介質(zhì)） （3）寫(xiě)出各熱處理工序后得到的組織名稱(chēng)及硬度范圍,3有兩種含碳量不同的鐵碳合金，它們的室溫平衡組織各由兩種組織組成，它們都有珠光體組織，珠光體的質(zhì)量分?jǐn)?shù)均為90%。回答以下問(wèn)題。 (1) 分別寫(xiě)出這兩種合金的組織名稱(chēng)。 (2) 計(jì)算這兩種合金的含碳量。 (3) 計(jì)算這兩種合金室溫下相和Fe3C相的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。,4針對(duì)傳遞動(dòng)力用的齒輪，回答以下問(wèn)題。 （1）分析其一般受力情況和對(duì)材料性能的主要要求。 （2）模數(shù)m=5的齒輪，要求表面硬度為6063HRC，心部硬度為4043HRC，滲碳層深度為1.01.3mm。選用哪種鋼比較合適，寫(xiě)出簡(jiǎn)明加工工藝路線并說(shuō)明各個(gè)熱處理的目的。,5某型號(hào)柴油機(jī)的凸輪軸，要求凸輪表面有高的硬度（50HRC），而心部具有良好的韌性（Ak40J），原采用45鋼調(diào)質(zhì)處理再在凸輪表面進(jìn)行高頻淬火，最后低溫回火，現(xiàn)因工廠庫(kù)存的45鋼已用完，只剩15鋼，擬用15鋼代替?；卮鹣铝袉?wèn)題： （1）說(shuō)明原45鋼調(diào)質(zhì)和高頻淬火的目的及其熱處理后得到的組織。 （2）改用15鋼后，仍按原熱處理工序進(jìn)行能否滿(mǎn)足性能要求？為什么？ （3）改用15鋼后，為達(dá)到所要求的性能，應(yīng)采用何種熱處理工藝？分析所選工藝能滿(mǎn)足所要求的性能的原因,7已知A、B二元合金相圖屬于勻晶相圖，A組元的熔點(diǎn)為500，B組元的熔點(diǎn)為300，400時(shí)液相L中B的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為60%，固相中B的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為40%。 (1) 畫(huà)出該合金相圖示意并標(biāo)注各區(qū)域的相組成物。 (2) 計(jì)算wB=50%的合金在400時(shí)液相和固相的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。,6擬用GCr15鋼制造一種小型拔絲模，回答以下問(wèn)題： （1）寫(xiě)出其簡(jiǎn)明生產(chǎn)工藝路線。 （2）畫(huà)出各熱處理工藝曲線圖（注明溫度、冷卻介質(zhì)） （3）寫(xiě)出各熱處