工程材料及其成型技术习题课

1、 工程材料及其成型技术工程材料及其成型技术习题课习题课 工程材料工程材料习题课习题课 习题类型：包括名词解释、填空、选择和综合分析四大类型题。习题类型：包括名词解释、填空、选择和综合分析四大类型题。 综合分析题：包括综合分析题：包括Fe-C相图（第相图（第3章章 材料的凝固）、材料的凝固）、C曲线（第曲线（第5章章 钢的热处钢的热处 理）、金属材料牌号（第理）、金属材料牌号（第6章章 金属材料）和选材（第金属材料）和选材（第10章章 典型工件的选材）典型工件的选材） 四大类型。四大类型。 一、一、Fe-C相图类相图类 画出FeFe3C合金相图（要求标明P、S、点的成分及共晶线和共析线 的温度）

2、，分析含碳量为0.45%（0.6、0.77、0.9和1.2等）的铁碳合金从液 态缓冷到室温时结晶过程(要利用文字和冷却曲线加以说明)，画出室温组织 的示意图并利用杠杆定律计算其组织组成物的相对重量百分比。 FeFe3C合金相图合金相图 分析：分为亚共析钢（0.0218% C 0.77%）、共析钢（0.77%C）和过共析钢（0.77 % C 2.11%）三大类型。 1. 共析钢（共析钢（0.77%C）：）： （1）结晶过程分析： 珠光体珠光体 画出表示合金成分的垂线，标明交点及点的顺序；画出表示合金成分的垂线，标明交点及点的顺序； 冷却曲线（点的顺序和垂线一致，恒温转变为水平线）；冷却曲线（点的

3、顺序和垂线一致，恒温转变为水平线）； 1点以上为液态，点以上为液态， 1-2点：匀晶转变点：匀晶转变L， 2-3点间为点间为降温阶段，降温阶段， 3-3点发生共析反应点发生共析反应 +Fe3C（P），）， 3点到室温，点到室温，中析出中析出Fe3C。 （2）室温组织为珠光体，示意图要表明珠光体为层片状；）室温组织为珠光体，示意图要表明珠光体为层片状； （3）Q=(6.690.77)/(6.69-0.0008)100% = 88.5% 珠光体珠光体 QFe3C = 100% 88.5% = 11.5% 0.770.00086.69 2. 亚共析钢（亚共析钢（0.09% C 0.77%） 又主要分

4、为发生包晶反应（又主要分为发生包晶反应（0.09% C 0.53%）和不发生包晶反应）和不发生包晶反应 （0.53% C 0.77%）两类。）两类。 （1）发生包晶反应亚共析钢（）发生包晶反应亚共析钢（0.09% C 0.53%）：）： +Fe3C 铁素体铁素体+珠光体珠光体 以0.45%钢为例： 与共析钢不同之处： 1）结晶过程： 三点不同：多“匀晶转变（L ）、包晶反应（L + ）和从中析出”。 2）室温组织：珠光体+铁素体，示意图要表明珠光体为层片状，铁素体为等轴状。 3）QP = （0.450.0008）/（0.770.0008）100% = 58.40% Q = 100% 58.40

5、% = 41.60% （2）不发生包晶反应亚共析钢（）不发生包晶反应亚共析钢（0.53% C 0.77%）：）： 以0.60%钢为例： 与共析钢不同之处： 结晶过程： 一点不同：多“从中析出”。室温组织：珠光体+铁素体 0.450.00080.77 3. 过共析钢（过共析钢（0.77 %C 2.11%，以，以0.90%钢为例）：钢为例）： 二次渗碳体二次渗碳体+珠光体珠光体 与共析钢不同之处： （1）结晶过程： 一点不同：多“从中析出二次Fe3C”。 （2）室温组织为珠光体+二次渗碳体，示意图要表明珠光体为层片状，二次 渗碳体呈网状； （3）计算该合金室温下组织组成物的相对量： QFe3C=(

6、0.90.77)/(6.690.77)*100%=2.20% QP=(6.690.9)/(6.690.77) *100%=97.80%； 0.90.776.69 二、二、C曲线类曲线类 画出共析钢的C曲线，并在其上示意地绘出共析钢退火、正火、等温 淬火、水冷和油冷淬火的热处理工艺曲线，并写出室温组织。 时间（t) 等温淬火 空冷 淬火（水冷） 退火 淬火（油冷） 温度(T) A1 Mf Ms C曲线：坐标、开始线、结束线、A1 、Ms、Mf 退火：曲线如图，珠光体 正火：曲线如图，索氏体 等温淬火：曲线如图，下贝氏体 油冷淬火：曲线如图，马氏体+残余奥氏体。 水冷淬火：曲线如图，托氏体+马氏体

7、+残余奥氏体。 三、材料牌号类三、材料牌号类 说明下列各金属材料所属类别（钢按用途分类），指出牌号中汉语拼音说明下列各金属材料所属类别（钢按用途分类），指出牌号中汉语拼音 字母、元素符号和数字的含义，并回答第（字母、元素符号和数字的含义，并回答第（3）和（）和（6）最终热处理的工艺名）最终热处理的工艺名 称及获得的组织。称及获得的组织。 （1）Q195 Q235 Q275 （2）08F 20 45 （3）T7 T10 T10A （4）Q345 Q390 Q420 （5）20Cr 20CrMnTi 18Cr2Ni4W （6）40Cr 42CrMo 40CrNiMo （ （7）65Mn 60Si2

8、Mn 50CrV （8）GCr15 GCr15SiMn （9）9SiCr W18Cr4V W6Mo5Cr4V2 Cr12MoV 5CrMnMo （10）1Cr13 1Cr18Ni9 1Cr18Ni9Ti （11）ZGMn13 （12）HT150 HT250 HT350 （13）KTH330-08 KTZ550-04 （14）QT400-18 QT600-3 QT800-2 （15）RuT260 RuT340 RuT420 （16）ZAlSi12 ZAlCu5Mn ZAlMg10 ZAlZn11Si7 （17）H68 HPb59-1 HSn62-1 碳素钢：碳素钢： （1）Q195：碳素结构钢，

9、S 195MPa； （2）20：优质碳素结构钢，0.20%C； （3） T10A：高级优质碳素工具钢 ，1.0%C； 淬火+低温回火，回火马氏体+颗粒状碳化物及少量残余奥氏体 合金钢：合金钢： 合金结构钢：合金结构钢： （4）Q420：低合金高强度结构钢，S 420MPa ； （5）20Cr：渗碳钢，0.20%C，1%Cr； （6）40Cr：调质钢，0.40%C，1%Cr； 淬火+高温回火，回火索氏体 （7）65Mn：弹簧钢，0.65%C，1%Mn； （8）GCr15：滚动轴承钢，1.5%Cr 合金工具钢合金工具钢: （9）9SiCr：低合金刃具钢，0.9%C，1%Si，1%Cr （9）W18

10、Cr4V：高速工具钢，18%W，4%Cr，1%V （9）Cr12MoV：冷作模具钢，12%Cr，1%Mo，1%V （9）5CrMnMo：热作模具钢，0.5%C, 1%Cr, 1%Mn, 1%Mo 特殊性能钢特殊性能钢: （10）1Cr18Ni9：不锈钢，C0.1%，Cr18%，Ni9% （11）ZGMn13：耐磨钢，Mn13% 铸铁和有色合金铸铁和有色合金: （12）HT150：灰铸铁，b 150MPa （13）KTH330-08：可锻铸铁，b 330MPa,8% （14）QT400-18：球墨铸铁, b 400MPa，18% （15）RuT260：蠕墨铸铁，b 260MPa （16）ZAlS

11、i12：铸造铝硅合金，Si12% （17）H68：铸造黄铜，Cu68%，Zn32% 四、选材类四、选材类 1.制造机床变速箱齿轮（如制造机床变速箱齿轮（如C620车床齿轮）、承受中等载荷、转速不高的机车床齿轮）、承受中等载荷、转速不高的机 床主轴（如小型车床主轴）和汽车半轴：（床主轴（如小型车床主轴）和汽车半轴：（1）选用一种材料，写出牌号；）选用一种材料，写出牌号； （2）编写加工工艺路线；（）编写加工工艺路线；（3）回答各热处理工序的目的及使用状态下的）回答各热处理工序的目的及使用状态下的 组织。组织。 分析：该类件工作负荷、转速及受到的冲击都不太大，但承受交变弯曲应力 及接触应力作用且表

12、面发生强烈的摩擦。要求材料应具有良好的综合力学 性能且表面耐磨，故终热处理应选择调质和表面淬火+低温回火工艺。 （1）选材：）选材：调质钢，40Cr（机床变速箱齿轮等），45（小型式车床主轴） （2）加工工艺路线）加工工艺路线：备料 锻造 正火（或退火）粗机加工 调质精机加工高频淬火+低温回火磨削装配 （3）热处理目的及组织：）热处理目的及组织： 正火正火：改善组织，消除锻造缺陷，调整硬度便于机械加工，为调质做组织准 备； 调质：调质：获得回火索氏体组织，可获得较高的综合机械性能，提高齿轮心部的 强度和韧性，以承受较大的弯曲应力和冲击载荷； 表面淬火表面淬火+低温回火：低温回火：表面获得回火马

13、氏体组织，可使表面获得高硬度和高 耐磨性，提高齿面接触疲劳强度； 使用状态下的组织：使用状态下的组织：表面回火马氏体，心部回火索氏体。 2. 制造汽车变速箱齿轮（重型汽车变速箱齿轮，传递很大的扭矩，并承受频制造汽车变速箱齿轮（重型汽车变速箱齿轮，传递很大的扭矩，并承受频 繁的冲击的齿轮）和汽车活塞销：（繁的冲击的齿轮）和汽车活塞销：（1）选用一种材料，写出牌号；（）选用一种材料，写出牌号；（2） 编写加工工艺路线；（编写加工工艺路线；（3）回答各热处理工序的目的及使用状态下的组织。）回答各热处理工序的目的及使用状态下的组织。 分析：该类件除承受交变弯曲应力及接触应力作用且表面发生强烈的摩擦外，

14、 工作负荷、转速都很大且冲击频繁。要求材料表硬、心韧，故终热处理应 选择渗碳和淬火+低温回火工艺。 （1）选材：）选材：渗碳钢， 20CrMnTi （2）加工工艺路线：）加工工艺路线：下料锻造正火机械加工渗碳淬火+低温回火 喷丸磨削装配 （3）热处理目的及组织：）热处理目的及组织： 正火：正火：作为预备热处理，可改善组织，消除锻造应力，调整硬度便于机械加 工； 渗碳：渗碳：获得一定层深的高碳表层； 淬火淬火+低温回火：低温回火：提高硬度、耐磨性、弯曲疲劳强度、表面接触疲劳强度和 耐冲击能力。同时心部的强度和韧性也得到提高。 使用状态下的组织：使用状态下的组织：表面回火马氏体+颗粒碳化物和少量残余奥氏体 心部回火马氏体（+铁素体） 3. 制造内燃机铸造曲轴：（制造内燃机铸造曲轴：（1）选用一种材料，写出牌号；（）选用一种材料，写出牌号；（2）编写加工工）编写加工工 艺路线；（艺路线；（3）回答各热处理工序的目的及使用状态下的组织。）回答各热处理工序的目的及使用状态下的组织。 （1）选材：）选材：球墨铸铁，QT700-2 （2）工艺路线：）工艺路线：铸