《机械工程材料学》复习问答题及答案

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1、机械工程材料学复习问答题及答案 一、简答题： 1某优质碳素构造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？ 答：1该钢含碳量为：0.590.77%=45.43%。45钢。 2能。因该钢的水淬临界直径D0=16mm，用水淬该轴根本可淬透。 3不能。因该钢的水淬临界直径D0=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。 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

2、择一种适宜的材； 2画出最终热处理工艺曲线注明温度范围。 答：1选2Cr13钢较适宜。 2如以下图所示 10001050 温度 油200300 淬空 冷 时间 3某尺寸较大的轴承套圈试消费时选用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p 出现屈氏体的原因； 2改用哪种钢比拟适宜？ 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钢较适宜。 3预先热处理和最终热处理工艺曲线如以下图所示 预先热处理等温球化退火工艺曲线示意图 1 2Cr13钢的最终热处理工艺曲线示意图 温度Ac1(2030) Ar

3、1(1020) 随炉冷至550 后再空冷 时间 最终热处理工艺曲线示意图 温度820840 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选用哪种钢比拟适宜？ 2淬火时选用哪种淬火介质比拟适宜？ 3回火温度选在什么温度范围内比拟适宜？ 答：(1)选40Cr钢。2淬火介质用油。3回火温度55020。 5针对汽车或拖拉机传递动力的齿轮答复以下问题。 1分析p 主要失效形式和对性能的主要要求； 2在45、16Mn、CrWMn和20CrMnTi中选择一种适宜的材料并写出简明加工道路。 答：1其主要失效形式有：弯曲疲劳；接触

4、疲劳；磨损；断齿等。 2选20CrMnTi钢。 其简明加工道路为：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选哪种材料最适宜简要说明理由； 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：140Cr。该钢的淬透性好，60mm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： 840860 温度 油 550580 淬 水 冷 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

5、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2 油淬150170 空冷 时间 强度大于450MPa，延伸率大于30%，其他性能没有要求。答复： 1选择一种最适宜的材料； 2写出简明加工道路； 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、一般不需进展热处理。 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。 1选用哪种钢比拟适宜？ 2淬火时选用哪种淬火介质比拟适宜？ 3回火温度选在什么温度范围内比拟适宜？

6、答：1选40CrMn钢较适宜。 2淬火介质选用20#机油较适宜。 3回火温度在500520。 9说明高碳钢常用的预先热处理工艺画出工艺曲线并进展简要分析p ；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。其工艺曲线见以下图所示。加热温度选在Ac1(2030)，目的是保存部分渗碳体，为在Ar1(1020)等温时形成球状渗碳体作为核心。 Ac1(2030) 温 度 Ar1(1020) 随炉冷至550 后再空冷 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40mm，要求有良好的综合力学性能，轴颈部分要

7、求耐磨5055HRC，选择一种比拟适宜的材料；写出简明加工工艺道路；说明工艺道路中各个热处理环节的目的。 答：选45钢。 其简明加工道路为：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精部分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。部分高频淬火使轴颈部分获得高硬度、高耐磨性。 3 二、分析p 比拟CrWMn合金工具钢与T10碳素工具钢。 1CrWMn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。 因该钢中参加了能进步钢

8、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，获得的淬硬层深度一样吗？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，不能用冷却才能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

9、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200250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能进步回火稳定性和热硬性，其刃部受热至200250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假设用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p 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

10、。 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FeFe3C相图，说明产生以下现象的原因。 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+Fe3C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。 2钳工用

11、手工锯锯T10、T12钢料时比锯10、20钢料费力，锯条容易磨钝。 答：一般情况下T10、T12钢料供货状态为球化退火态，其组织为球状珠光体即细小粒状的渗碳体均匀分布在铁素体基体上，而10、20钢料供货状态为退火态，其组织为块状的珠光体+铁素体，且铁素体含量较多。渗碳体与铁素体相比，前者硬度高、耐磨性好，故用手工锯锯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。 答：在室温下，含碳量为0.8的钢其组织为P。含碳量为1.2的钢其组织为P+Fe3C。而Fe3C是一个硬脆相，故它的存在使含碳量为1.2的钢的强度降低。 4 4含

12、碳量为0.45的钢加热到1200开场锻造，冷却到800停顿锻造。 答：45钢在1200800锻造恰巧是在其塑性良好的单相奥氏体区进展，假设开锻温度1200，由于其奥氏体晶粒易长大，使其塑性变差，易产生锻造缺陷；假设停锻温度800，落在45钢的P+F两相区，其塑性也变差，也易产生锻造缺陷如锻造裂纹。 5铁丝易折弯，铸铁易破裂，为什么？ 答：铁丝一般为低碳钢丝，室温组织为P+F，硬度低、塑性好，抗弯能量差，故易折弯。铸铁含碳量高，室温组织由P+ Fe3C网状+Ld组成，硬度高、脆性大、抗裂纹扩展才能差，故易破裂。 6为什么钢铆钉用低碳钢c=0.25%)制作？ 答：c=0.25%的钢制铆钉通常在正火

13、态下使用，其室温组织为细小块状的细珠光体加铁素体，该组织具有一定的强度和良好的韧性，即具有良好的综合力学性能，故能满足使用性能如较好的抗冲击、抗剪才能等的要求。 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？ 答：镀锌低碳钢丝，其硬度低、塑性好、易折弯，故容易将物体绑紧。而起重机钢丝绳的力学性能需较高的抗拉强度，用60钢经淬火加中温回火，可获得具有高强度的回火屈氏体组织，故制作钢丝绳用60钢。 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。 答： 330 L 200 ?+L 160?+L ? ? 10% 95% 60% ?+? A B wB(%) 2拟用T10A钢制造形状简单的冲头，答复以下问题。 1写出其简明消费工艺道路。 温度/ 5 第 11 页 共 11 页