机械工程材料知识综合应用举例市公开课一等奖省赛课获奖课件

机械工程材料基础知识综合应用举例1.金属材料在固态下普通含有特征是:良好导电、导热性；不透明，有金属光泽;较高强度、良好塑性；有正电阻温度系数。属于弱碳化物形成元素是:Mn属于强碳化物形成元素是:W、Mo、V、Ti属于非碳化物形成元素是:Al、Ni、Si3.

碳溶入α-Fe形成固溶体属于 间隙固溶体；Cr溶入α-Fe形成固溶体属于置换固溶体；

Cu与Ni能够形成无限固溶体。2.以下元素中:Al、Ni、W、Si、Mo、S、Mn、V、Ti一、简答题

机械工程材料知识综合应用举例第1页4.由Pb-Sn相图可知，纯Sn熔点为

℃，共晶成份中Pb质量分数为

％，在共晶温度下Sn在α固溶体中最大溶解度为

％，共晶点对应Sn质量分数为

％（教材P52图3-11）5.一个直径为20mm轴，要求σb＞700Mpa且综协力学性能很好。从经济角度考虑，同时又能满足性能要求，选取（只选一个）

（20、T10、45、3Cr2W8V、40Cr、9SiCr、W6Mo5Cr4V2）钢，淬火温度选取

℃，采取

作为淬火介质，回火温度选取

℃。6.加工壁厚为10mm轴承套圈，选取

（只选一个）（20、W18Cr4V、CrWMn、45、9Mn2V、40Cr、GCr15SiMn、GCr15）钢比很好，淬火温度选取

℃，采取

作为淬火介质，回火温度选取

℃较适当。机械工程材料知识综合应用举例第2页7.A组元含量为85％，B组元含量为15％，它们所形成固相为单相合金，B组元随机分布在A组元中，这种固相当为

，其中A组元称为

，B组元称为

。已知B组元属于面心立方，若它们能形成无限固溶体，则A组元晶体结构类型属于

（体心立方、密排六方、面心立方、不确定）。8.设A、B组元熔点分别为1450℃和1080℃，它们在液态和固态都无限互溶，则这两种组元组成二元相图叫作二元

相图；先结晶固溶体中含

组元多，后结晶固溶体中含

组元多，这种成份不均匀现象称为

，经过

工艺能够减轻或消除这种现象。机械工程材料知识综合应用举例第3页9.为了降低钢硬度便于机加工可采取

工艺；为使零件取得高强度、硬度和耐磨性可采取

工艺；为了提升零件局部硬度和耐磨性能够采取

工艺；为了提升淬火零件塑性和韧性能够采取

工艺。（低温回火、时效、表面淬火、高温回火、淬火、正火、退火）10.对于汽车、拖拉机变速箱中传动齿轮普通可选取

钢经过

处理后使用；而对承受载荷较小，但对尺寸精度要求非常高齿轮能够选取

钢经过

处理后使用；

对于承受载荷不大、对精度要求也不是太高机床变速箱中齿轮可选取

钢经过

处理后使用。（可供选择材料为45、40Cr、20Cr、20CrMnTi、38CrMoAl、3Cr2W8V、20Cr2Ni4WA）机械工程材料知识综合应用举例第4页11.假如用20CrMnTi钢制造齿轮，其普通简明加工路线是

。当最终热处理全部完成后，其表层组织由表及里为

++

，含有高

疲劳强度、

疲劳强度和高

性，而心部在淬透情况下为

组织，含有良好

力学性能。假如齿面曲率半径增大或承受接触应力增大，齿面硬化层深度应该对应

（减小，增加），这是经过

（延长，缩短）渗碳时间实现。低温回火后经过

处理能够深入提升齿轮弯曲疲劳强度。12.简述渗碳、渗氮和碳氮共渗三种化学热处理方法对零件正确表面硬度、耐磨性、热处理变形、疲劳强度、渗层深度等五个方面异同。机械工程材料知识综合应用举例第5页13．已知某优质碳素钢经完全退火后珠光体体积分数为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轴类零件？为何？（3）能否制造直径为φ300mm轴类零件？为何？

14．蒸汽阀门阀杆对综协力学性能要求较高，同时要求含有一定耐腐蚀性。（1）在1Cr18Ni9Ti、2Cr13、45和20CrMnTi四种钢中选择一个适当材料；（2）画出最终热处理工艺曲线（注明温度范围）。机械工程材料知识综合应用举例第6页15．某尺寸较大轴承套圈试生产时选取GCr15，淬火后心部总出现较多屈氏体组织不能满足要求。（1）分析出现屈氏体原因；（2）改用哪种钢比较适当？（3）画出预先热处理和最终热处理工艺曲线。16．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）选取哪种钢比较适当？（2）淬火时选取哪种淬火介质比较适当？（3）回火温度选在什么温度范围内比较适当？机械工程材料知识综合应用举例第7页17．针对汽车或拖拉机传递动力齿轮回答以下问题。（1）分析主要失效形式和对性能主要要求；（2）在45、16Mn、CrWMn和20CrMnTi中选择一个适当材料并写出简明加工路线。18．一个直径为φ60mm轴，要求抗拉强度大于900MPa且综协力学性能很好，当前仓库中有25、40Cr、GCr15、9SiCr四种材料可供选取。问：（1）选哪种材料最适当（简明说明理由）；（2）画出最终热处理工艺曲线（要求给出温度范围），为何要选取这种工艺？机械工程材料知识综合应用举例第8页19．一个零件需要切削加工，批量很大，要求材料含有良好加工性能，抗拉强度大于450MPa，延伸率大于30%，其它性能没有要求。回答：（1）选择一个最适当材料；（2）写出简明加工路线；（3）所选材料与45钢相比有哪些优点。20．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，实际得到淬硬层深度为3mm。仓库中有40CrMn、50、40和5CrMnMo四种材料。（1）选取哪种钢比较适当？（2）淬火时选取哪种淬火介质比较适当？（3）回火温度选在什么温度范围内比较适当？机械工程材料知识综合应用举例第9页21．说明高碳钢惯用预先热处理工艺；画出工艺曲线并进行简明分析；说明预先热处理目标。22．某机床主轴（直径约φ40mm），要求有良好综协力学性能，轴颈部分要求耐磨（50~55HRC）。(1)选择一个比较适当材料；(2)写出简明加工工艺路线；(3)说明工艺路线中各个热处理步骤目标。

机械工程材料知识综合应用举例第10页4．若用CrWMn钢制造圆板牙或丝锥等薄刃刀具，应采取何种热处理工艺（包含预先热处理和最终热处理）？试分析各热处理工艺作用及其所得组织。1．CrWMn钢淬火加热温度与T10钢相比哪个高？为何？2．直径均为φ30mmT10钢和CrWMn钢，加热透烧后均在油中冷却，取得淬硬层深度相同吗？为何？3．为何用T10钢制造刀具刃部受热至200~250℃其硬度和耐磨性已快速下降，以致于失效；而CrWMn钢制造刀具刃部在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？二、分析比较CrWMn合金工具钢与T10碳素工具钢机械工程材料知识综合应用举例第11页1．完全退火后含碳量为1.0％钢比含碳量为0.5％钢硬度高。2．钳工用手工锯锯T10、T12钢料时比锯10、20钢料费劲，锯条轻易磨钝。3．在室温下，含碳量为0.8％钢其强度比含碳量为1.2％钢高。4．含碳量为0.45％钢加热到1200℃开始铸造，冷却到800℃停顿铸造。三、依据Fe－Fe3C相图，说明产生以下现象原因。机械工程材料知识综合应用举例第12页5．铁丝易折弯，铸铁易破裂，为何？7．为何绑扎物体普通用铁丝（镀锌低碳钢丝），而起重机钢丝绳却用60钢（ωc=0.60%)制成？6．为何钢铆钉用低碳钢（ωc=0.25%)制作？机械工程材料知识综合应用举例第13页1．A、B合金相图属于共晶相图，A组元熔点为330℃，B组元熔点为200℃，共晶转变温度为160℃，共晶合金中B质量分数为60%，B在α（以A为溶剂固溶体）中最大溶解度为10%，A在β（以B为溶剂固溶体）中最大溶解度为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3个温度和3个成份点以及各区域相组成标在相图上。四、问答思索题

2．拟用T10A钢制造形状简单冲头，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组织名称及硬度范围机械工程材料知识综合应用举例第14页3．有两种含碳量不一样铁碳合金，它们室温平衡组织各由两种组织组成，它们都有珠光体组织，珠光体质量分数均为90%。回答以下问题。(1)分别写出这两种合金组织名称。(2)计算这两种合金含碳量。(3)计算这两种合金室温下α相和Fe3C相质量分数。4．针对传递动力用齿轮，回答以下问题。（1）分析其普通受力情况和对材料性能主要要求。（2）模数m=5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。选取哪种钢比较适当，写出简明加工工艺路线并说明各个热处理目标。机械工程材料知识综合应用举例第15页5．某型号柴油机凸轮轴，要求凸轮表面有高硬度（>50HRC），而心部含有良好韧性（Ak>40J），原采取45钢调质处理再在凸轮表面进行高频淬火，最终低温回火，现因工厂库存45钢已用完，只剩15钢，拟用15钢代替。回答以下问题：（1）说明原45钢调质和高频淬火目标及其热处理后得到组织。（2）改用15钢后，仍按原热处理工序进行能否满足性能要求？为何？（3）改用15钢后，为到达所要求性能，应采取何种热处理工艺？分析所选工艺能满足所要求性能原因机械工程材料知识综合应用举例第16页7．已知A、B二元合金相图属于匀晶相图，A组元熔点为500℃，B组元熔点为300℃，400℃时液相L中B质量分数为60%，固相α中B质量分数为40%。(1)画出该合金相图示意并标注各区域相组成物。(2)计算wB=50%合金在400℃时液相和固相质量分数。6．拟用GCr15钢制造一个小型拔丝模，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）