工程材料及其成型技术习题课

《工程材料及其成型技术》习题课《工程材料》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。综合分析题：包括Fe-C相图（第3章材料的凝固）、C曲线（第5章钢的热处理）、金属材料牌号（第6章金属材料）和选材（第10章典型工件的选材）四大类型。一、Fe-C相图类画出Fe—Fe3C合金相图（要求标明P、S、Ｋ点的成分及共晶线和共析线的温度），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。Fe—Fe3C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（0.77%C）：（1）结晶过程分析：珠光体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）；1点以上为液态，1-2点：匀晶转变L→γ，2-3点间为γ降温阶段，3-3`点发生共析反应γ→α+Fe3C（P），3`点到室温，α中析出Fe3CⅢ。（2）室温组织为珠光体，示意图要表明珠光体为层片状；（3）Qα=(6.69–0.77)/(6.69-0.0008)×100%=88.5%珠光体QFe3C=100%－88.5%=11.5%0.770.00086.692.亚共析钢（0.09%≤C＜0.77%）又主要分为发生包晶反应（0.09%≤C≤0.53%）和不发生包晶反应（0.53%＜C＜0.77%）两类。（1）发生包晶反应亚共析钢（0.09%≤C≤0.53%）：+Fe3C铁素体+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→δ）、包晶反应（L+δ→γ）和从γ中析出α”。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=（0.45﹣0.0008）/（0.77﹣0.0008）×100%=58.40%Q=100%﹣58.40%=41.60%（2）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γ中析出α”。室温组织：珠光体+铁素体0.450.00080.773.过共析钢（0.77%＜C≤2.11%，以0.90%钢为例）：二次渗碳体+珠光体与共析钢不同之处：（1）结晶过程：一点不同：多“从γ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：QFe3CⅡ=(0.9－0.77)/(6.69－0.77)*100%=2.20%QP=(6.69－0.9)/(6.69－0.77)*100%=97.80%；0.90.776.69二、C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)A1MfMsC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+残余奥氏体。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字母、元素符号和数字的含义，并回答第（3）和（6）最终热处理的工艺名称及获得的组织。（1）Q195Q235Q275（2）08F2045（3）T7T10T10A（4）Q345Q390Q420（5）20Cr20CrMnTi18Cr2Ni4W（6）40Cr42CrMo40CrNiMo（（7）65Mn60Si2Mn50CrV（8）GCr15GCr15SiMn（9）9SiCrW18Cr4VW6Mo5Cr4V2Cr12MoV5CrMnMo（10）1Cr131Cr18Ni91Cr18Ni9Ti（11）ZGMn13（12）HT150HT250HT350（13）KTH330-08KTZ550-04（14）QT400-18QT600-3QT800-2（15）RuT260RuT340RuT420（16）ZAlSi12ZAlCu5MnZAlMg10ZAlZn11Si7（17）H68HPb59-1HSn62-1碳素钢：（1）Q195：碳素结构钢，σS≥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：合金结构钢：（4）Q420：低合金高强度结构钢，σS≥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:（9）9SiCr：低合金刃具钢，0.9%C，1%Si，1%Cr（9）W18Cr4V：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:（10）1Cr18Ni9：不锈钢，C≤0.1%，Cr18%，Ni9%（11）ZGMn13：耐磨钢，Mn13%铸铁和有色合金:（12）HT150：灰铸铁，σb≥150MPa（13）KTH330-08：可锻铸铁，σb≥330MPa,δ≥8%（14）QT400-18：球墨铸铁,σb≥400MPa，δ≥18%（15）RuT260：蠕墨铸铁，σb≥260MPa（16）ZAlSi12：铸造铝硅合金，Si12%（17）H68：铸造黄铜，Cu68%，Zn32%四、选材类1.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；（2）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。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：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：备料→①锻造→②正火（或退火）→③粗机加工→④调质→⑤精机加工→⑥高频淬火+低温回火→磨削→装配（3）热处理目的及组织：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：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+低温回火：表面获得回火马氏体组织，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：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，并承受频繁的冲击的齿轮）和汽车活塞销：（1）选用一种材料，写出牌号；（2）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。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，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：渗碳钢，20CrMnTi（2）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：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：获得一定层深的高碳表层；淬火+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：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：（1）选用一种材料，写出牌号；（2）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。（1）选材：球墨铸铁，QT700-2（2）工艺路线：铸造→高温正火→高温回火→机械加工→轴颈表面淬火+低温回火（或轴颈氮化）→磨削→装配（3）热处理及组织：高温正火：增加组织中的珠光体含量并细化珠光体，提高强度和硬度。高温回火：消除正火所造成的内应力。轴颈表面淬火+低温回火：提高表面硬度、耐磨性。（轴颈氮化：获得一定厚度的氮化层，提高表面硬度、耐磨性）使用状态下的组织：表面回火马氏体+石墨，（氮化层）心部珠光体+石墨。