機械工程材料知識綜合應用舉例市公開課一等獎省賽課獲獎課件

機械工程材料基礎(chǔ)知識綜合應用舉例1.金屬材料在固態(tài)下普通含有特征是:良好導電、導熱性；不透明，有金屬光澤;較高強度、良好塑性；有正電阻溫度系數(shù)。屬于弱碳化物形成元素是:Mn屬于強碳化物形成元素是:W、Mo、V、Ti屬于非碳化物形成元素是:Al、Ni、Si3.

碳溶入α-Fe形成固溶體屬于 間隙固溶體；Cr溶入α-Fe形成固溶體屬于置換固溶體；

Cu與Ni能夠形成無限固溶體。2.以下元素中:Al、Ni、W、Si、Mo、S、Mn、V、Ti一、簡答題

機械工程材料知識綜合應用舉例第1頁4.由Pb-Sn相圖可知，純Sn熔點為

℃，共晶成份中Pb質(zhì)量分數(shù)為

％，在共晶溫度下Sn在α固溶體中最大溶解度為

％，共晶點對應Sn質(zhì)量分數(shù)為

％（教材P52圖3-11）5.一個直徑為20mm軸，要求σb＞700Mpa且綜協(xié)力學性能很好。從經(jīng)濟角度考慮，同時又能滿足性能要求，選?。ㄖ贿x一個）

（20、T10、45、3Cr2W8V、40Cr、9SiCr、W6Mo5Cr4V2）鋼，淬火溫度選取

℃，采取

作為淬火介質(zhì)，回火溫度選取

℃。6.加工壁厚為10mm軸承套圈，選取

（只選一個）（20、W18Cr4V、CrWMn、45、9Mn2V、40Cr、GCr15SiMn、GCr15）鋼比很好，淬火溫度選取

℃，采取

作為淬火介質(zhì)，回火溫度選取

℃較適當。機械工程材料知識綜合應用舉例第2頁7.A組元含量為85％，B組元含量為15％，它們所形成固相為單相合金，B組元隨機分布在A組元中，這種固相當為

，其中A組元稱為

，B組元稱為

。已知B組元屬于面心立方，若它們能形成無限固溶體，則A組元晶體結(jié)構(gòu)類型屬于

（體心立方、密排六方、面心立方、不確定）。8.設(shè)A、B組元熔點分別為1450℃和1080℃，它們在液態(tài)和固態(tài)都無限互溶，則這兩種組元組成二元相圖叫作二元

相圖；先結(jié)晶固溶體中含

組元多，后結(jié)晶固溶體中含

組元多，這種成份不均勻現(xiàn)象稱為

，經(jīng)過

工藝能夠減輕或消除這種現(xiàn)象。機械工程材料知識綜合應用舉例第3頁9.為了降低鋼硬度便于機加工可采取

工藝；為使零件取得高強度、硬度和耐磨性可采取

工藝；為了提升零件局部硬度和耐磨性能夠采取

工藝；為了提升淬火零件塑性和韌性能夠采取

工藝。（低溫回火、時效、表面淬火、高溫回火、淬火、正火、退火）10.對于汽車、拖拉機變速箱中傳動齒輪普通可選取

鋼經(jīng)過

處理后使用；而對承受載荷較小，但對尺寸精度要求非常高齒輪能夠選取

鋼經(jīng)過

處理后使用；

對于承受載荷不大、對精度要求也不是太高機床變速箱中齒輪可選取

鋼經(jīng)過

處理后使用。（可供選擇材料為45、40Cr、20Cr、20CrMnTi、38CrMoAl、3Cr2W8V、20Cr2Ni4WA）機械工程材料知識綜合應用舉例第4頁11.假如用20CrMnTi鋼制造齒輪，其普通簡明加工路線是

。當最終熱處理全部完成后，其表層組織由表及里為

++

，含有高

疲勞強度、

疲勞強度和高

性，而心部在淬透情況下為

組織，含有良好

力學性能。假如齒面曲率半徑增大或承受接觸應力增大，齒面硬化層深度應該對應

（減小，增加），這是經(jīng)過

（延長，縮短）滲碳時間實現(xiàn)。低溫回火后經(jīng)過

處理能夠深入提升齒輪彎曲疲勞強度。12.簡述滲碳、滲氮和碳氮共滲三種化學熱處理方法對零件正確表面硬度、耐磨性、熱處理變形、疲勞強度、滲層深度等五個方面異同。機械工程材料知識綜合應用舉例第5頁13．已知某優(yōu)質(zhì)碳素鋼經(jīng)完全退火后珠光體體積分數(shù)為59%。（1）計算該鋼含碳量并給出鋼號。（2）該鋼能否制造直徑為φ30mm軸類零件？為何？（3）能否制造直徑為φ300mm軸類零件？為何？

14．蒸汽閥門閥桿對綜協(xié)力學性能要求較高，同時要求含有一定耐腐蝕性。（1）在1Cr18Ni9Ti、2Cr13、45和20CrMnTi四種鋼中選擇一個適當材料；（2）畫出最終熱處理工藝曲線（注明溫度范圍）。機械工程材料知識綜合應用舉例第6頁15．某尺寸較大軸承套圈試生產(chǎn)時選取GCr15，淬火后心部總出現(xiàn)較多屈氏體組織不能滿足要求。（1）分析出現(xiàn)屈氏體原因；（2）改用哪種鋼比較適當？（3）畫出預先熱處理和最終熱處理工藝曲線。16．某零件用45鋼制造，淬火時用水作冷卻介質(zhì)，淬硬層深度不能滿足要求。倉庫中有40Cr、50、40和60Si2Mn四種材料。（1）選取哪種鋼比較適當？（2）淬火時選取哪種淬火介質(zhì)比較適當？（3）回火溫度選在什么溫度范圍內(nèi)比較適當？機械工程材料知識綜合應用舉例第7頁17．針對汽車或拖拉機傳遞動力齒輪回答以下問題。（1）分析主要失效形式和對性能主要要求；（2）在45、16Mn、CrWMn和20CrMnTi中選擇一個適當材料并寫出簡明加工路線。18．一個直徑為φ60mm軸，要求抗拉強度大于900MPa且綜協(xié)力學性能很好，當前倉庫中有25、40Cr、GCr15、9SiCr四種材料可供選取。問：（1）選哪種材料最適當（簡明說明理由）；（2）畫出最終熱處理工藝曲線（要求給出溫度范圍），為何要選取這種工藝？機械工程材料知識綜合應用舉例第8頁19．一個零件需要切削加工，批量很大，要求材料含有良好加工性能，抗拉強度大于450MPa，延伸率大于30%，其它性能沒有要求?；卮穑海?）選擇一個最適當材料；（2）寫出簡明加工路線；（3）所選材料與45鋼相比有哪些優(yōu)點。20．某零件用45鋼制造，淬火時用水作冷卻介質(zhì)，要求淬硬層深度為8mm，實際得到淬硬層深度為3mm。倉庫中有40CrMn、50、40和5CrMnMo四種材料。（1）選取哪種鋼比較適當？（2）淬火時選取哪種淬火介質(zhì)比較適當？（3）回火溫度選在什么溫度范圍內(nèi)比較適當？機械工程材料知識綜合應用舉例第9頁21．說明高碳鋼慣用預先熱處理工藝；畫出工藝曲線并進行簡明分析；說明預先熱處理目標。22．某機床主軸（直徑約φ40mm），要求有良好綜協(xié)力學性能，軸頸部分要求耐磨（50~55HRC）。(1)選擇一個比較適當材料；(2)寫出簡明加工工藝路線；(3)說明工藝路線中各個熱處理步驟目標。

機械工程材料知識綜合應用舉例第10頁4．若用CrWMn鋼制造圓板牙或絲錐等薄刃刀具，應采取何種熱處理工藝（包含預先熱處理和最終熱處理）？試分析各熱處理工藝作用及其所得組織。1．CrWMn鋼淬火加熱溫度與T10鋼相比哪個高？為何？2．直徑均為φ30mmT10鋼和CrWMn鋼，加熱透燒后均在油中冷卻，取得淬硬層深度相同嗎？為何？3．為何用T10鋼制造刀具刃部受熱至200~250℃其硬度和耐磨性已快速下降，以致于失效；而CrWMn鋼制造刀具刃部在230~250℃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碳素工具鋼機械工程材料知識綜合應用舉例第11頁1．完全退火后含碳量為1.0％鋼比含碳量為0.5％鋼硬度高。2．鉗工用手工鋸鋸T10、T12鋼料時比鋸10、20鋼料費勁，鋸條輕易磨鈍。3．在室溫下，含碳量為0.8％鋼其強度比含碳量為1.2％鋼高。4．含碳量為0.45％鋼加熱到1200℃開始鑄造，冷卻到800℃停頓鑄造。三、依據(jù)Fe－Fe3C相圖，說明產(chǎn)生以下現(xiàn)象原因。機械工程材料知識綜合應用舉例第12頁5．鐵絲易折彎，鑄鐵易破裂，為何？7．為何綁扎物體普通用鐵絲（鍍鋅低碳鋼絲），而起重機鋼絲繩卻用60鋼（ωc=0.60%)制成？6．為何鋼鉚釘用低碳鋼（ωc=0.25%)制作？機械工程材料知識綜合應用舉例第13頁1．A、B合金相圖屬于共晶相圖，A組元熔點為330℃，B組元熔點為200℃，共晶轉(zhuǎn)變溫度為160℃，共晶合金中B質(zhì)量分數(shù)為60%，B在α（以A為溶劑固溶體）中最大溶解度為10%，A在β（以B為溶劑固溶體）中最大溶解度為5%，室溫下兩組元互不相溶（溶解度為0）。畫出相圖，將題中給出3個溫度和3個成份點以及各區(qū)域相組成標在相圖上。四、問答思索題

2．擬用T10A鋼制造形狀簡單沖頭，回答以下問題。（1）寫出其簡明生產(chǎn)工藝路線。（2）畫出各熱處理工藝曲線圖（注明溫度、冷卻介質(zhì)）（3）寫出各熱處理工序后得到組織名稱及硬度范圍機械工程材料知識綜合應用舉例第14頁3．有兩種含碳量不一樣鐵碳合金，它們室溫平衡組織各由兩種組織組成，它們都有珠光體組織，珠光體質(zhì)量分數(shù)均為90%。回答以下問題。(1)分別寫出這兩種合金組織名稱。(2)計算這兩種合金含碳量。(3)計算這兩種合金室溫下α相和Fe3C相質(zhì)量分數(shù)。4．針對傳遞動力用齒輪，回答以下問題。（1）分析其普通受力情況和對材料性能主要要求。（2）模數(shù)m=5齒輪，要求表面硬度為60~63HRC，心部硬度為40~43HRC，滲碳層深度為1.0~1.3mm。選取哪種鋼比較適當，寫出簡明加工工藝路線并說明各個熱處理目標。機械工程材料知識綜合應用舉例第15頁5．某型號柴油機凸輪軸，要求凸輪表面有高硬度（>50HRC），而心部含有良好韌性（Ak>40J），原采取45鋼調(diào)質(zhì)處理再在凸輪表面進行高頻淬火，最終低溫回火，現(xiàn)因工廠庫存45鋼已用完，只剩15鋼，擬用15鋼代替?；卮鹨韵聠栴}：（1）說明原45鋼調(diào)質(zhì)和高頻淬火目標及其熱處理后得到組織。（2）改用15鋼后，仍按原熱處理工序進行能否滿足性能要求？為何？（3）改用15鋼后，為到達所要求性能，應采取何種熱處理工藝？分析所選工藝能滿足所要求性能原因機械工程材料知識綜合應用舉例第16頁7．已知A、B二元合金相圖屬于勻晶相圖，A組元熔點為500℃，B組元熔點為300℃，400℃時液相L中B質(zhì)量分數(shù)為60%，固相α中B質(zhì)量分數(shù)為40%。(1)畫出該合金相圖示意并標注各區(qū)域相組成物。(2)計算wB=50%合金在400℃時液相和固相質(zhì)量分數(shù)。6．擬用GCr15鋼制造一個小型拔絲模，回答以下問題：（1）寫出其簡明生產(chǎn)工藝路線。（2）畫出各熱處理工藝曲線圖（注明溫度、冷卻介質(zhì)）